JP2013115307A

JP2013115307A - Ｉｉｉ族窒化物複合基板の製造方法

Info

Publication number: JP2013115307A
Application number: JP2011261648A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Ishihara; 邦亮石原
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10

Abstract

【課題】支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合が良好なＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法は、目標とする基板径より大きい径の主面１０ｍを有する支持基板１０と、目標とする基板径より大きい径の主面３０ｎを有しその主面３０ｎから所定の深さの位置にイオン注入領域３０ｉが形成されたＩＩＩ族窒化物基板３０とを、中間層２０を介在させて貼り合わせ、ＩＩＩ族窒化物基板３０をイオン注入領域３０ｉにおいてＩＩＩ族窒化物層３０ａと残りのＩＩＩ族窒化物基板３０ｂとに分離することにより、支持基板１０上に中間層２０を介在させてＩＩＩ族窒化物層３０ａが接合された第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１を形成し、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部を除去することにより目標とする基板径に等しい径の主面を有する第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合が良好なＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法に関する。

発光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスとして好適に用いられるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスを効率よく製造するために、支持基板とＩＩＩ族窒化物層が接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板が用いられている。

たとえば、特開２００６−２１０６６０号公報（特許文献１）は、シリコン基板などの支持基板にイオン注入法を用いて窒化物半導体膜を形成する半導体基板の製造方法を開示する。特開２００８−３００５６２号公報（特許文献２）は、支持基板である下地基板とＩＩＩ族窒化物半導体層との間の熱膨張係数の差が小さい下地基板とＩＩＩ族窒化物半導体層とが貼り合わされたＩＩＩ族窒化物半導体層貼り合わせ基板を開示する。

また、有用層を提供する源基板と支持基板との間の接合の有効面積を大きくするために、特表２００５−５３３３９５号公報（特許文献３）は、源基板径を支持基板径よりも大きくして、源基板および支持基板のいずれかの外周部（基板の主面の外周近傍部分をいう。以下同じ。）にメサを形成することを開示し、特表２００５−５３３３９７号公報（特許文献４）は、源基板径を支持基板系より大きくすることを開示する。

特開２００６−２１０６６０号公報特開２００８−３００５６２号公報特表２００５−５３３３９５号公報特表２００５−５３３３９７号公報

特開２００６−２１０６６０号公報（特許文献１）および特開２００８−３００５６２号公報（特許文献２）に開示されるイオン注入法を用いた貼り合わせ基板の製造方法においては、支持基板の反り、中間膜の不均一、イオン注入の不均一、支持基板、源基板および中間層などの研磨後における研磨残渣の除去の不十分、貼り合わせの際における荷重の不均一、支持基板および源基板などのハンドリングの際におけるゴミの付着などにより、貼り合わせ基板の外周部においてＩＩＩ族窒化物層の接合不良箇所が生じ易いという問題点があった。

また、特表２００５−５３３３９５号公報（特許文献３）および特表２００５−５３３３９７号公報（特許文献４）に開示される貼り合わせ基板の製造方法においては、支持基板の外周部における有用層の接合不良が抑制され有効面積が大きくなるが、有用層を提供する源基板の主面のサイズと支持基板の主面のサイズとが異なることにより、源基板と支持基板との貼り合わせの際の源基板および支持基板の外周部における応力集中およびそれに伴う反りおよび割れなどの発生という問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決して、支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合が良好なＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、目標とする基板径があって、上記目標とする基板径より大きい径の主面を有する支持基板と、上記目標とする基板径より大きい径の主面を有しその主面から所定の深さの位置にイオン注入領域が形成されたＩＩＩ族窒化物基板とを、中間層を介在させて、貼り合わせる工程と、ＩＩＩ族窒化物基板をイオン注入領域においてＩＩＩ族窒化物層と残りのＩＩＩ族窒化物基板とに分離することにより、支持基板上に中間層を介在させてＩＩＩ族窒化物層が接合された第１のＩＩＩ族窒化物複合基板を形成する工程と、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周部を除去することにより上記目標とする基板径に等しい径の主面を有する第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程と、を含むＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法である。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法において、支持基板の主面の径とＩＩＩ族窒化物基板の主面の径とを同じにすることができる。また、第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程において、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周部の除去は、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板における支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合部分の外周で囲まれた領域内に、第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面の外周が含まれるように行なうことができる。また、第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程において、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周部の除去は、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面の外周と第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面の外周との最短距離が５ｍｍ以上となるように行なうことができる。

本発明によれば、支持基板とＩＩＩ族窒化物層との接合が良好なＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法が提供される。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法の一例を示す概略断面図である。本発明にかかるＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法の第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程において、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板に対する第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の位置関係の一例を示す概略平面図である。本発明にかかるＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法の第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程において、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板に対する第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の位置関係の別の例を示す概略平面図である。本発明にかかるＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法の第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程において、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周部を除去する別の例を示す概略断面図である。

図１を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法は、目標とする基板径があって、上記目標とする基板径より大きい径の主面１０ｍを有する支持基板１０と、上記目標とする基板径より大きい径の主面３０ｎを有しその主面３０ｎから所定の深さの位置にイオン注入領域３０ｉが形成されたＩＩＩ族窒化物基板３０とを、中間層２０を介在させて、貼り合わせる工程（図１（Ａ）〜（Ｃ））と、ＩＩＩ族窒化物基板３０をイオン注入領域３０ｉにおいてＩＩＩ族窒化物層３０ａと残りのＩＩＩ族窒化物基板３０ｂとに分離することにより、支持基板１０上に中間層２０を介在させてＩＩＩ族窒化物層３０ａが接合された第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１を形成する工程（図１（Ｄ））と、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐを除去することにより上記目標とする基板径に等しい径の主面を有する第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２を得る工程と、を含む。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法によれば、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとの接合が良好なＩＩＩ族窒化物複合基板が歩留よく得られる。

［支持基板とＩＩＩ族窒化物基板との貼り合わせ工程］
図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法は、まず、目標とする基板径があって、その目標とする基板径より大きい径の主面１０ｍを有する支持基板１０と、その目標とする基板径より大きい径の主面３０ｎを有しその主面３０ｎから所定の深さの位置にイオン注入領域３０ｉが形成されたＩＩＩ族窒化物基板３０とを、中間層２０を介在させて、貼り合わせる工程を含む。ここで、さらに図１（Ｅ）を参照して、目標とする基板径とは、本実施形態のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法により得られる、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとの接合が良好な第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２の主面の径を意味する。

上記の貼り合わせ工程は、特に制限はないが、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物基板３０との接合強度を高くする観点から、たとえば、支持基板１０の主面１０ｍ上に中間層２０ａを形成するサブ工程（図１（Ａ））と、ＩＩＩ族窒化物基板３０の主面３０ｎ上に中間層２０ｂを形成し、ＩＩＩ族窒化物基板３０の主面３０ｎから所定の深さの位置にイオン注入領域３０ｉを形成するサブ工程（図１（Ｂ））と、支持基板１０に形成された中間層２０ａとＩＩＩ族窒化物基板３０に形成された中間層２０ｂとを貼り合わせるサブ工程（図１（Ｃ））と、を含むことが好ましい。

（支持基板に中間層を形成するサブ工程）
図１（Ａ）を参照して、支持基板１０の主面１０ｍ上に中間層２０ａを形成する。支持基板１０は、それに接合されるＩＩＩ族窒化物層を支持できる基板であれば特に制限はなく、ＧａＮ支持基板などのＩＩＩ族窒化物支持基板、Ｓｉ支持基板、ＳｉＣ支持基板、サファイア支持基板、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃支持基板などの複合酸化物基板、Ｗ基板、Ｍｏ基板、Ｃｕ基板などの金属基板、Ｗ、ＭｏおよびＣｕからなる群から選ばれる２以上の金属を含む合金基板などが好適に用いられる。さらに、ＩＩＩ族窒化物層上に結晶品質のよいＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、ＩＩＩ族窒化物の熱膨張係数と同一または近似の熱膨張係数を有する支持基板が好ましく、たとえば、ＧａＮ支持基板などのＩＩＩ族窒化物支持基板、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃支持基板などの複合酸化物支持基板、Ｍｏ支持基板などの金属基板などが好ましい。

中間層２０ａは、特に制限はないが、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物基板３０との接合強度を高める観点から、ＳｉＯ₂層などのケイ素酸化物層、Ｓｉ₃Ｎ₄層などのケイ素窒化物層、Ａｌ₂Ｏ₃層、ＴｉＯ₂層などの金属酸化物層、ＡｌＮ層、ＴｉＮ層などの金属窒化物層、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃層、ＳｉＯ₂−ＺｒＯ₂層などの複合酸化物層などが好ましい。また、中間層２０ａの厚さは、特に制限はないが、上記接合強度を高く保持するとともに、支持基板１０と中間層２０ａとの間の熱膨張係数の差による熱応力の影響を抑制する観点から、１０ｎｍ以上３μｍ以下が好ましい。

中間層２０ａを形成する方法は、その中間層２０ａの形成に適している限り特に制限はないが、品質のよい中間層２０ａを効率的に形成する観点から、スパッタ法、ＣＶＤ（化学気相堆積）法、ＰＬＤ（パルスレーザ堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、電子線蒸着法などが好ましい。

さらに、中間層２０ａは、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物基板との接合強度を高める観点から、その主面を鏡面（たとえば、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に規定される算術平均粗さＲａが５ｎｍ以下の鏡面）に研磨することが好ましい。中間層２０ａの主面を研磨する方法は、特に制限はなく、たとえばＣＭＰ（化学機械的研磨）などが用いられる。

（ＩＩＩ族窒化物基板に中間層およびイオン注入領域を形成するサブ工程）
図１（Ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物基板３０の主面３０ｎ上に中間層２０ｂを形成し、ＩＩＩ族窒化物基板３０の主面３０ｎから所定の深さの位置にイオン注入領域３０ｉを形成する。

ＩＩＩ族窒化物基板３０は、後工程における分離によりＩＩＩ族窒化物層３０ａを形成させるものであり、ＩＩＩ族窒化物層３０ａと同じ結晶方位を有するＩＩＩ族窒化物結晶（好ましくはＩＩＩ族窒化物単結晶）で形成されている。かかるＩＩＩ族窒化物基板を準備する方法は、特に制限はないが、結晶性のよいＩＩＩ族窒化物基板を得る観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法、ＭＢＥ法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが好適である。

中間層２０ａおよび中間層２０ｂを形成する方法は、上記の中間層２０ａおよび中間層２０ａを形成する方法とそれぞれ同様であるため、ここでは繰り返さない。

ＩＩＩ族窒化物基板３０の主面３０ｎから所定の深さの位置にイオン注入領域３０ｉを形成することは、ＩＩＩ族窒化物基板３０の主面３０ｎ上に形成された中間層２０ｂ側からイオンＩを注入することにより行なう。注入するイオンＩは、イオン注入されるＩＩＩ族窒化物層３０ａの結晶性の低下を抑制する観点から、質量の小さいイオンが好ましく、たとえば水素イオン、ヘリウムイオンなどが好ましい。また、イオンＩが注入される所定の深さは、主面３０ｎから５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の深さが好ましい。

さらに、ＩＩＩ族窒化物基板３０にイオン注入領域３０ｉを形成した後、中間層２０ｂは、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物基板との接合強度を高める観点から、その主面を鏡面（たとえば、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に規定される算術平均粗さＲａが５ｎｍ以下の鏡面）に研磨することが好ましい。中間層２０ｂの主面を研磨する方法は、特に制限はなく、たとえばＣＭＰ（化学機械的研磨）などが用いられる。

なお、図１（Ａ）に示す支持基板１０に中間層２０ａを形成するサブ工程と、図１（Ｂ）に示すＩＩＩ族窒化物基板３０に中間層２０ｂおよびイオン注入領域３０ｉを形成するサブ工程とは、いずれのサブ工程を先に行なってもよく、併行して行なってもよく、また、同時に行なってもよい。

（支持基板とＩＩＩ族窒化物基板とを貼り合わせるサブ工程）
図１（Ｃ）を参照して、次いで、支持基板１０に形成された中間層２０ａとＩＩＩ族窒化物基板３０に形成された中間層２０ｂとを貼り合わせる。その貼り合わせ方法は、特に制限はなく、貼り合わせ面を洗浄しそのまま貼り合わせた後６００℃〜１２００℃程度に昇温して接合する直接接合法、貼り合わせ面を洗浄しプラズマやイオンなどで活性させた後に室温（たとえば２５℃）〜４００℃程度の低温で接合する表面活性化法などが好適である。かかる貼り合わせにより、中間層２０ａと中間層２０ｂとが接合により一体化して中間層２０が形成され、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物基板３０とが中間層２０を介在させて接合される。

本実施形態においては、支持基板１０およびＩＩＩ族窒化物基板３０のそれぞれに中間層２０ａ，２０ｂを形成した後貼り合わせる方法を示したが、支持基板１０およびＩＩＩ族窒化物基板３０のいずれかのみに中間層を形成した後貼り合わせてもよい。

［第１のＩＩＩ族窒化物複合基板を形成する工程］
図１（Ｄ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法は、次に、ＩＩＩ族窒化物基板３０をイオン注入領域３０ｉにおいてＩＩＩ族窒化物層３０ａと残りのＩＩＩ族窒化物基板３０ｂとに分離することにより、支持基板１０上に中間層２０を介在させてＩＩＩ族窒化物層３０ａが接合されたＩＩＩ族窒化物複合基板を形成する工程を含む。

ＩＩＩ族窒化物基板３０をイオン注入領域３０ｉにおいて分離する方法は、ＩＩＩ族窒化物基板３０のイオン注入領域３０ｉに何らかのエネルギーを与える方法であれば特に制限はなく、イオン注入領域３０ｉに、応力を加える方法、熱を加える方法、光を照射する方法、および超音波を印加する方法の少なくともいずれかの方法が可能である。

かかるイオン注入領域３０ｉは、注入されたイオンにより脆化しているため、上記エネルギーを受けることにより、ＩＩＩ族窒化物基板３０は、支持基板１０上の中間層２０上に貼りあわされたＩＩＩ族窒化物層３０ａと、残りのＩＩＩ族窒化物基板３０ｂと、に容易に分離される。

上記のようにして、支持基板１０上の中間層２０上にＩＩＩ族窒化物層３０ａを形成することにより、支持基板１０と、支持基板１０上に配置されている中間層２０と、中間層２０上に配置されているＩＩＩ族窒化物層３０ａと、を含む第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１が得られる。

上記のようにして得られる第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１は、支持基板１０の反り、中間層２０の不均一、イオン注入の不均一、支持基板１０およびＩＩＩ族窒化物基板３０に形成された中間層２０ａ，２０ｂなどの研磨後における研磨残渣の除去の不十分、貼り合わせの際における荷重の不均一、支持基板１０およびＩＩＩ族窒化物基板３０などのハンドリングの際におけるゴミの付着などにより、図１（Ｄ）、図２および図３に示すように、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周部においてＩＩＩ族窒化物層３０ａの非接合部分が発生する場合が多く、かかる非接合部分では、ＩＩＩ族窒化物基板３０をイオン注入領域３０ｉにおいて分離する際に、ＩＩＩ族窒化物層３０ａが中間層２０上に残らずまたはＩＩＩ族窒化物層３０ａおよび中間層２０の一部（たとえば図１（Ｃ）の中間層２０ｂに対応する部分）が中間層２０の一部（たとえば図１（Ｃ）の中間層２０ａに対応する部分）上に残らず中間層２０の主面の一部が露出して中間層露出部２０ｅとなり、あるいは、ＩＩＩ族窒化物層３０ａおよび中間層２０が支持基板１０上に残らず支持基板１０の主面の一部が露出して支持基板露出部１０ｅとなる。上記の中間層露出部２０ｅおよび支持基板露出部１０ｅをあわせて、下地露出部１ｅという。ここで、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面におけるＩＩＩ族窒化物層３０ａの接合部分および下地露出部１ｅ（中間層露出部２０ｅおよび支持基板露出部１０ｅ）は、光学顕微鏡を用いた観察により容易に区別することができる。

上記のような下地露出部１ｅを主面の外周部に有する第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１のＩＩＩ族窒化物層３０ａ上に半導体層をエピタキシャル成長をさせると、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の下地露出部１ｅ上に異常成長物が形成される。この異常成長物の形状は、エピタキシャル成長の条件により様々であるが、しばしば数十〜数百μｍの突起を形成し、たとえばフォトリソグラフィー時にフォトマスクなどに傷をつけ欠損させたり、別基板との貼り合わせプロセスにおいて主面全体での良好な貼り合わせを妨げたり、といった不具合の原因となる。また、この異常成長物が存在する範囲は、本来意図したエピタキシャル成長がなされていないため、この範囲に作製されたデバイスからは期待通りの性能が発揮されない。以上のように、下地露出部１ｅの存在は半導体デバイスの製造の妨げとなる。このため、本実施形態のＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法においては、上記のような第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周部における下地露出部１ｅを除去するために、さらに以下の工程を含む。

［第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程］
図１（Ｄ）〜（Ｅ）、図２および図３を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法は、次に、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐを除去することにより目標とする基板径に等しい径の主面を有する第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程を含む。すなわち、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１から、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周部に形成された下地露出部１ｅ（ＩＩＩ族窒化物層３０ａの非接合部分）を除去することにより、主面全面にわたり支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとが良好に接合されている、言い換えれば、下地露出部１ｅがない第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２が得られる。

ここで、図１（Ｄ）〜（Ｅ）、図２および図３を参照して、第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２を得る工程において、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐの除去は、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１における支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとの接合部分の外周３０ａｒで囲まれた領域内に、第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２の主面の外周３０ａｓが含まれるように行なうことが好ましい。このような第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐの除去方法により、主面全面にわたり支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとが良好に接合された第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２が確実に得られる。

また、第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２を得る工程において、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐの除去は、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周２０ｒと第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２の主面の外周３０ａｓとの最短距離が５ｍｍ以上となるように行なうことが好ましい。第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１において、下地露出部１ｅ（ＩＩＩ族窒化物層３０ａの非接合部分）は、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周２０ｒから５ｍｍまでの外周部にほとんど存在しているため、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周２０ｒから少なくとも５ｍｍの部分を除去することにより、主面全面にわたり支持基板１０とＩＩＩ族窒化物層３０ａとが良好に接合された第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２が歩留よく得られる。かかる観点から、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周２０ｒと第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２の主面の外周３０ａｓとの最短距離を１０ｍｍ以上とすることが、より好ましい。

また、図２および図３を参照して、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐを除去することにより第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２を得る方法は、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周部に形成される下地露出部１ｅ（中間層露出部２０ｅおよび支持基板露出部１０ｅ、すなわちＩＩＩ族窒化物層３０ａの非接合部分）の形状に対応して、図２に示すように第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周２０ｒの中心点と第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２の主面の外周３０ａｓの中心点とが一致するようにしてもよく、図３に示すように第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の外周２０ｒの中心点と第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２の主面の外周３０ａｓの中心点とが一致しないようにしてもよい。

ここで、図１（Ｅ）および図４を参照して、第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２を得る工程において、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐを除去する方法には、特に制限はないが、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐを効率的に除去する観点から、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐを切削、研削および研磨の少なくともいずれかにより除去する方法（図１（Ｅ））、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１から第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐを除いた第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２を刳り貫く方法（図４）などが、好適に挙げられる。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法において、当初に準備される支持基板１０およびＩＩＩ族窒化物基板３０の主面の径は目標とする基板径より大きいため、目標とする基板径より大きな径の主面を有する第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１が得られ、かかる第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の外周部１ｐを除去することにより目標とする基板径に等しい径の主面を有する第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２が得られる。

すなわち、目標とする基板径とは、製造の目標とされる第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２の主面の径であり、目標とする基板の形状としては、たとえば、直径２インチ（５０．８ｍｍ）の円板、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）の円板などが挙げられる。また、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１の主面の径は、目標とする基板径より大きいことが必要であり、たとえば目標とする基板径が直径２インチ（５０．８ｍｍ）の円である場合には、直径６０．８ｍｍ以上の円であることが好ましく、直径７０．８ｍｍ以上の円であることがより好ましく、たとえば目標とする基板径が直径４インチ（１０１．６ｍｍ）の円である場合には、直径１１１．６ｍｍ以上の円であることが好ましく、直径１２１．６ｍｍ以上の円であることがより好ましい。

また、目標とする基板径より大きな径の主面を有する第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１を作製するためには、目標とする基板径より大きな径の主面を有する支持基板１０およびＩＩＩ族窒化物基板３０が必要である。支持基板１０およびＩＩＩ族窒化物基板３０は、それらの主面の径が目標とする基板径より大きければ特に制限はないが、支持基板１０とＩＩＩ族窒化物基板３０とを貼り合わせる際に、支持基板１０およびＩＩＩ族窒化物基板３０の外周部における応力集中およびそれに伴う反りおよび割れなどの発生を抑制する観点から、支持基板１０の主面の径とＩＩＩ族窒化物基板３０の主面の径とが等しい（同じである）ことが好ましい。

（実施例１）
１．支持基板とＩＩＩ族窒化物基板との貼り合わせ
図１（Ａ）を参照して、支持基板１０として主面１０ｍが直径６２ｍｍの円であり厚さが４００μｍのＧａＮ支持基板を準備し、ＧａＮ支持基板（支持基板１０）の主面上にプラズマＣＶＤ法により中間層２０ａとして厚さ３００ｎｍのＳｉＯ₂層を形成した。

図１（Ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物基板３０として主面３０ｎが６２ｍｍの円であり厚さが４００μｍのＧａＮ基板を準備し、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板３０）上にプラズマＣＶＤ法により中間層２０ｂとして厚さ３００ｎｍのＳｉＯ₂層を形成した。次いで、ＳｉＯ₂層（中間層２０ｂ）が形成された主面３０ｎ側から水素イオン（イオンＩ）を注入することにより、主面３０ｎから深さ３００ｎｍの位置にイオン注入領域３０ｉを形成した。

次に、ＧａＮ支持基板（支持基板１０）上に形成されたＳｉＯ₂層（中間層２０ａ）およびＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板３０）上に形成されたＳｉＯ₂層（中間層２０ｂ）の主面のそれぞれにＣＭＰを施し表面を鏡面化した。中間層２０ａ、中間層２０ｂともに、ＣＭＰ後のＳｉＯ₂層の厚さは２５０ｎｍであり、それらの主面の算術平均粗さＲａは２ｎｍ未満であった。

次に、図１（Ｃ）を参照して、鏡面化された上記２つのＳｉＯ₂層（中間層２０ａ，２０ｂ）の主面を、真空チャンバー内で、Ａｒイオンガンを用いて活性化した後、貼り合わせた。貼り合わせ後、室温（たとえば２０〜３０℃）から２００℃まで３時間かけてゆっくり加熱することにより接合強度を向上させた。

２．第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の形成
次に、図１（Ｄ）を参照して、ＧａＮ支持基板（支持基板１０）およびＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板３０）とが貼り合わされた積層基板を、さらに、５００℃に加熱して応力をかけることにより、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板３０）をイオン注入領域３０ｉで分離して、ＧａＮ支持基板（支持基板１０）の主面上に厚さ５００ｎｍのＳｉＯ₂層（中間層２０）を介在させて厚さ３００ｎｍのＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層３０ａ）が形成された第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１）を得た。

こうして得られた第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１）の主面の外周にはＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層３０ａ）が接合されていない下地露出部１ｅが見られた。光学顕微鏡を用いて基板主面の全面を詳細に観察したところ、この下地露出部１ｅは第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１）の外周２０ｒから５ｍｍの範囲内にのみ存在していた。

３．第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の形成
次に、図１（Ｅ）、図２、図３および図４を参照して、コアドリル装置を用いて、第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板１）から、光学顕微鏡を用いた観察結果に基づいて、その下地露出部１ｅ（ＧａＮ層（ＩＩＩ族窒化物層３０ａ）の非接合部分）をできる限り外すように位置調整して、主面が直径２インチ（５０．８ｍｍ）の円である第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２）を刳り抜いた。

上記と同様の工程により、１００枚の第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２）を作製した。得られた１００枚の第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板２）のうち、後工程における外周面取り（チャンファー）加工で取り除かれる主面の外周から０．５ｍｍの外周部を除く領域内で、０．０１ｍｍ²以上１ｍｍ²未満の面積を有する下地露出部１ｅの領域が１０ヶ所以下かつ１ｍｍ²以上の面積を有する下地露出部１ｅの領域が０ヶ所のものを良品、０．０１ｍｍ²以上１ｍｍ²未満の面積を有する下地露出部１ｅの領域が１０ヶ所より多いかまたは１ｍｍ²以上の面積を有する下地露出部１ｅの領域が１ヶ所以上のものを不良品とし、良品の枚数を良品および不良品の枚数の和で除した百分率を良品の歩留率とした。本実施例における良品の歩留率は８５％であった。

（実施例２）
第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板）から第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）を刳り抜く際に、第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板）の主面と第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）の主面とが同心円となるように、すなわち、第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板）の主面の外周と第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）の主面の外周との距離が５．６ｍｍとなるように、位置調整したこと以外は、実施例１と同様にして、１００枚の第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）を作製した。本実施例における良品の歩留率は４０％であった。

（実施例３）
主面が直径７２ｍｍの円であるＧａＮ支持基板（支持基板）およびＧａＮ基板を用い、第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板）から第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）を刳り抜く際に、第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板）の主面と第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）の主面とが同心円となるように、すなわち、第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板）の主面の外周と第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）の主面の外周との距離が１０．６ｍｍとなるように、位置調整したこと以外は、実施例１と同様にして、１００枚の第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）を作製した。本実施例における良品の歩留率は７５％であった。

（実施例４）
第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）を得る工程において、第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板）の主面の中心を軸として、旋盤を用いて第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板）の外周から５．６ｍｍの外周部を削り取ったこと以外は、実施例１と同様にして、１００枚の第２のＧａＮ複合基板（第２のＩＩＩ族窒化物複合基板）を作製した。本実施例における良品の歩留率は３０％であった。

（比較例１）
主面が２インチ（５０．８ｍｍ）であるＧａＮ支持基板（支持基板）およびＧａＮ基板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、１００枚の主面が２インチ（５０．８ｍｍ）の第１のＧａＮ複合基板（第１のＩＩＩ族窒化物複合基板）を作製した。本比較例における良品の歩留率は２％であった。

上記のように、通常の製造方法により作製された比較例１のＩＩＩ族窒化物複合基板の良品の歩留率が２％であったのに対し、本発明にかかる製造方法により作製された実施例１〜４のＩＩＩ族窒化物複合基板の良品の歩留率は３０％〜８５％とに大きく向上した。

ここで、実施例１〜３は第１のＩＩＩ族窒化物複合基板を刳り貫くことにより第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を作製した例であり、実施例４は第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周部を研削により除去することにより第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を作製した例である。実施例１は、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板において下地露出部（ＩＩＩ族窒化物層の非接合部分）をできる限り外すように位置調整をして第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を刳り抜いているため、第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面が第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面に比べて小さな同心円となるように位置調整して第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を刳り抜いている実施例２に比べて、良品の歩留率が高くなった。また、実施例３は、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面の外周と第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周との距離が１０．６ｍｍとなるように位置調整したため、第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面の外周と第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周との距離が５．６ｍｍとなるように位置調整した実施例２に比べて、良品の歩留率が高くなった。また、実施例４は、実施例２に比べて、高速回転させた基板に刃具を点状に押し当てて加工するという手法のため、外周部でＩＩＩ族窒化物層の剥離（チッピング）が生じやすく、歩留率が低くなる傾向にあった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１第１のＩＩＩ族窒化物複合基板、１ｅ下地露出部、１ｐ外周部、２第２のＩＩＩ族窒化物複合基板、１０支持基板、１０ｅ支持基板露出部、１０ｍ，３０ｎ主面、２０，２０ａ，２０ｂ中間層、２０ｅ中間層露出部、２０ｒ，３０ａｒ，３０ａｓ外周、３０ＩＩＩ族窒化物基板、３０ａＩＩＩ族窒化物層、３０ｂ残りのＩＩＩ族窒化物基板、３０ｉイオン注入領域。

Claims

目標とする基板径があって、前記目標とする基板径より大きい径の主面を有する支持基板と、前記目標とする基板径より大きい径の主面を有しその主面から所定の深さの位置にイオン注入領域が形成されたＩＩＩ族窒化物基板とを、中間層を介在させて、貼り合わせる工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物基板を前記イオン注入領域においてＩＩＩ族窒化物層と残りのＩＩＩ族窒化物基板とに分離することにより、前記支持基板上に前記中間層を介在させて前記ＩＩＩ族窒化物層が接合された第１のＩＩＩ族窒化物複合基板を形成する工程と、
前記第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周部を除去することにより前記目標とする基板径に等しい径の主面を有する第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程と、を含むＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法。
前記支持基板の主面の径と前記ＩＩＩ族窒化物基板の主面の径とが同じである請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法。
前記第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程において、前記第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周部の除去は、前記第１のＩＩＩ族窒化物複合基板における前記支持基板と前記ＩＩＩ族窒化物層との接合部分の外周で囲まれた領域内に、前記第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面の外周が含まれるように行なう請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法。
前記第２のＩＩＩ族窒化物複合基板を得る工程において、前記第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の外周部の除去は、前記第１のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面の外周と前記第２のＩＩＩ族窒化物複合基板の主面の外周との最短距離が５ｍｍ以上となるように行なう請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物複合基板の製造方法。