JP2010087360A - 半導体基板の製造方法および半導体基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化珪素基板上にIII−V族半導体層を設けた半導体基板の製造方法が、それぞれが表面と裏面とを有するIII−V族半導体基板と炭化珪素基板を準備する工程と、III−V族半導体基板の裏面を研磨板に貼り付けて、III−V族半導体基板を表面から研磨して薄層化する研磨工程と、III−V族半導体基板の表面と炭化珪素基板の表面の少なくとも一方に有機溶剤を塗布する塗布工程と、III−V族半導体基板の表面と炭化珪素基板の表面を重ねて接合面とする重ね合わせ工程と、III−V族半導体基板と炭化珪素基板とを、接合面に向かって加圧した状態で加熱して、炭化珪素基板の表面にIII−V族半導体基板を直接接合してIII−V族半導体層を形成する加熱工程を含む。
【選択図】図1
Description
ここで、直接接合されているとは、例えば接着剤のような他の接合材料を用いない接合状態をいう。
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1にかかる半導体基板の斜視図である。半導体基板100は、6H−SiC(炭化珪素)基板10の上に、GaAs(砒化ガリウム)層25が接合された構造である。SiC基板10とGaAs層25とは、直接接合された構造となっている。即ち、接着剤のような他の接着材料を用いることなく、SiC基板10とGaAs層25とが直接接合されている。
δ:反り量
σ:応力
v:基板のポアッソン比
Tf:表層の膜厚
l:基板の口径
Es:基板のヤング率
ts:基板の厚さ
σ=(4/ts)・Tf・Ef・∫Th Tl(αs−αf)dT・・・・(2)
但し、
σ:熱応力
Ef:基板上の形成層のヤング率
αs:基板の線膨張係数
αf:基板上の形成層の線膨張係数
Th:基板と形成層が接合される温度
Tl:温度変化後の温度
δ=
{12・Ef/Es・(αs−αf)・ΔT・(1−v)・l2/Ts3}・Tf2
・・・・・・・(3)
なお、SiC基板10の表面は、研磨せずに洗浄のみ行うこともできる。
一方、基板温度が350℃以上に達すると、加圧しても剥がれた接合面の再接合が困難となる。これは、剥がれた部分の基板表面が酸化するためと考えられる。従って、剥がれた接合面を再接合させるには、350℃以下、好適には300℃程度で加圧する必要がある。
図5は、全体が200で表される、本発明の実施の形態2にかかる半導体基板の斜視図である。半導体基板200では、SiC基板20の上にGaAs層25が積層されている。
SiC基板10の(1−100)面と、GaAs層25を構成するGaAs基板の(110)面が平行になるように、SiC基板10とGaAs基板20とが張り合わされている。2つの劈開面は、同一面内に配置されるのが好ましい。
上述の実施の形態1、2では、工程3の加熱工程を加熱炉やアニール炉を用いて行ったが、SiC基板10の裏面から、SiC基板10を透過するレーザ光を照射して、接合面を加熱しても良い。
かかるレーザ加熱を用いた場合、局所的に接合面を加熱して接合することができ、加熱工程における接合面の剥がれを低減することができる。
Claims (18)
- 炭化珪素基板上にIII−V族半導体層を設けた半導体基板の製造方法であって、
それぞれが表面と裏面とを有するIII−V族半導体基板と炭化珪素基板を準備する工程と、
該III−V族半導体基板の裏面を研磨板に貼り付けて、該III−V族半導体基板を表面から研磨して薄層化する研磨工程と、
該III−V族半導体基板の表面と該炭化珪素基板の表面の少なくとも一方に有機溶剤を塗布する塗布工程と、
該III−V族半導体基板の表面と該炭化珪素基板の表面を重ねて接合面とする重ね合わせ工程と、
該III−V族半導体基板と該炭化珪素基板とを、該接合面に向かって加圧した状態で加熱して、該炭化珪素基板の表面に該III−V族半導体基板を直接接合してIII−V族半導体層を形成する加熱工程とを含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 上記研磨工程は、上記III−V族半導体基板の膜厚を30μm以下に減じる工程であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 上記研磨工程は、上記III−V族半導体基板の膜厚を2μm以上で15μm以下に減じる工程であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 上記塗布工程は、上記有機溶剤を塗布した後に、該有機溶剤が塗布された表面を室温で乾燥させる工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 上記加熱工程は、200℃/時間より遅い速度で昇温する工程であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 上記加熱工程は、150℃/時間より遅い速度で昇温する工程であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 上記加熱工程は、少なくとも300℃以下の温度において、上記III−V族半導体基板と上記炭化珪素基板とを上記接合面に向かって加圧し、この加圧状態で加熱する工程であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 上記加熱工程は、上記III−V族半導体基板と上記炭化珪素基板とを、300℃以上で、該III−V族半導体の融点より低い保持温度まで加熱し、該保持温度で保持する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 上記保持温度が、800℃であることを特徴とする請求項8に記載の製造方法。
- 上記III−V族半導体基板と上記炭化珪素基板とが、それぞれ上記表面と上記裏面との間の側壁面に劈開面を有し、
上記重ね合わせ工程は、該III−V族半導体基板と該炭化珪素基板の該劈開面が同一平面内になるように、該III−V族半導体基板と該炭化珪素基板とを重ねる工程であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 - 上記III−V族半導体基板の劈開面は(110)面であり、上記炭化珪素基板の劈開面は(1−100)面であることを特徴とする請求項10に記載の製造方法。
- 上記III−V族半導体が、砒化ガリウムであることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の製造方法。
- 炭化珪素基板と、該炭化珪素基板上に積層されたIII−V族半導体層とを含む半導体基板であって、
該炭化珪素基板の上に、該III−V族半導体層が直接接合されていることを特徴とする半導体基板。 - 炭化珪素基板上にIII−V族半導体層が積層された半導体基板であって、
研磨板に貼り付けた状態で研磨して薄層化したIII−V族半導体基板と、該炭化珪素基板とを、少なくとも一方に有機溶剤を塗布した接合面で接合し、該接合面に向かって加圧した状態で加熱して該炭化珪素基板に該III−V族半導体基板を直接接合させてIII−V族半導体層としたことを特徴とする半導体装置。 - 上記III−V族半導体層の膜厚は、2μm以上で15μm以下であることを特徴とする請求項13または14に記載の半導体基板。
- 上記III−V族半導体層と上記炭化珪素基板とが、それぞれ表面と裏面との間の側壁面に劈開面を有し、該劈開面が平行になるように積層されたことを特徴とする請求項13または14に記載の半導体基板。
- 上記III−V族半導体層の劈開面は(110)面であり、上記炭化珪素基板の劈開面は(1−100)面であることを特徴とする請求項16に記載の半導体基板。
- 上記III−V族半導体層の接合面が、III族元素面であることを特徴とする請求項13または14に記載の半導体基板。
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