JP2018203587A - 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体基板 - Google Patents
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(1)シリコンウェーハ上にダイヤモンド層を形成する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記シリコンウェーハを薄膜化する第2工程と、
前記薄膜化により残ったシリコン部分を炭化処理して単結晶SiC層とする第3工程と、
前記単結晶SiC層の前記ダイヤモンド層が形成されていない側の表面上にIII族窒化物半導体層を形成する第4工程と、
を有することを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
前記単結晶SiC層上にダイヤモンド層を形成する第2工程と、
前記第2工程の後、前記炭化処理により残ったシリコン部分を除去する第3工程と、
前記第3工程の後、前記単結晶SiC層の前記ダイヤモンド層が形成されていない側の表面上にIII族窒化物半導体層を形成する第4工程と、
を有することを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
カソードルミネッセンス法で評価した前記III族窒化物半導体層の欠陥密度が1×106個/cm2以下であることを特徴とする窒化物半導体基板。
本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第1の実施形態を図1に、第2の実施形態を図2に示す。第1及び第2の実施形態とも、III族窒化物半導体層としてGaN層を形成した。
図1を参照して、本発明の第1の実施形態による窒化物半導体基板100の製造方法を説明する。まず、第1工程では、シリコンウェーハ10上にダイヤモンド層12を形成する(図1(A),(B))。次に、図1(B),(C)に示すように、シリコンウェーハ10とダイヤモンド層12の上下を反転させた後に、第2工程では、シリコンウェーハ10を薄膜化する(図1(C),(D))。次に、第3工程では、薄膜化により残ったシリコン部分を炭化処理して単結晶SiC層14とする(図1(D),(E))。次に、第4工程では、単結晶SiC層14のダイヤモンド層12が形成されていない側の表面上にGaN層16を形成する(図1(E),(F))。このようにして得られた窒化物半導体基板100は、ダイヤモンド層12と、単結晶SiC層14と、GaN層16とをこの順で備える(図1(F))。
図1(A),(B)を参照して、第1工程では、シリコンウェーハ10上にダイヤモンド層12を形成する。ここで、シリコンウェーハ10上にダイヤモンド層12を成長させるには、予めシリコンウェーハ10の表面にダイヤモンドの成長核を形成しておく必要がある。
図1(B)〜(D)を参照して、シリコンウェーハ10とダイヤモンド層12の上下を反転させた後に、第2工程では、シリコンウェーハ10を研削および研磨して薄膜化する。ここで、薄膜化により残すシリコンウェーハの厚さは、第3工程で得られる所望の単結晶SiC層14の厚さと等しくなるように設定することが好ましく、5nm以上100nm以下とすることが好ましい。なお、この理由については後述する。また、研削および研磨には、任意または公知の方法を好適に用いることができ、例えばバックグラインド法によりシリコンウェーハを研削した後に、化学機械研磨(CMP:chemical mechanical polishing)法によって研磨する方法が挙げられる。
図1(D),(E)を参照して、第3工程では、第2工程の薄膜化により残ったシリコン部分をメタンガス雰囲気中で炭化処理して単結晶SiC層14に改質させる。炭化処理時の基板温度は900〜1300℃(とすることが好ましく、炭化処理の時間は1〜100分とすることが好ましい。このような条件で炭化処理を行えば、厚さ5〜100nmで残したシリコン部分を全て単結晶SiC層に改質させることができる。5nm以上であれば、シリコン部分を炭化処理する過程において、単結晶SiC層14がシリコンウェーハ10に与える膜応力を低減することができ、100nm以下であれば、単結晶SiC層14とダイヤモンド層12との間の格子定数差に起因する単結晶SiC層14内の結晶の歪みを低減することができる。
図1(E),(F)を参照して、第4工程では、単結晶SiC層14上に任意または公知のMOVPE法によりGaN層16を形成する。例えば、水素をキャリアガスとして、トリメチルガリウム(TMG)とアンモニア(NH3)のソースガスをチャンバー内に導入し、基板温度を1000〜1300℃として、GaN層16をエピタキシャル成長させることができる。GaN層16の厚さは、窒化物半導体基板100の用途を考慮して適宜設定することができ、5μm以上100μm以下とすることが好ましい。
図2を参照して、本発明の第2の実施形態による窒化物半導体基板200の製造方法を説明する。まず、第1工程では、シリコンウェーハ10を炭化処理して、シリコンウェーハ10の表層部を単結晶SiC層14とする(図2(A),(B))。次に、第2工程では、単結晶SiC層14上にダイヤモンド層12を形成する(図2(B),(C))。次に、図2(C),(D)に示すように、シリコンウェーハ10とダイヤモンド層12の上下を反転させた後に、第3工程では、第1工程の炭化処理により残ったシリコン部分を除去して単結晶SiC層14を露出させる(図2(D),(E))。次に、第4工程では、単結晶SiC層14のダイヤモンド層12が形成されていない側の表面上にGaN層16を形成する(図2(E),(F))。このようにして得られた窒化物半導体基板200は、ダイヤモンド層12と、単結晶SiC層14と、GaN層16とをこの順で備える(図2(F))。
図2(A),(B)を参照して、第1工程では、シリコンウェーハ10を炭化処理して、シリコンウェーハ10の表層部を単結晶SiC層14に改質させる。炭化処理の方法および作用効果については、第1の実施形態の説明を援用する。
図2(B),(C)を参照して、第2工程では、単結晶SiC層14上にダイヤモンド層12を形成する。ダイヤモンド層12の厚さは、50μm以上5mm以下とすることが好ましい。本実施形態では、シリコンウェーハ10上ではなく、単結晶SiC層14上にダイヤモンド層12を形成するので、第1の実施形態とは異なりダイヤモンドの成長核を予め形成しておく必要はない。なお、これ以外の点については、第1の実施形態におけるダイヤモンド層の形成方法に関する説明を援用する。
図2(C)〜(E)を参照して、シリコンウェーハ10とダイヤモンド層12の上下を反転させた後に、第3工程では、第1工程の炭化処理により残ったシリコン部分を除去して単結晶SiC層を露出させる。本実施形態では、第3工程より前に、すなわち第1工程において、シリコンウェーハ10の表層部を単結晶SiC層14に改質させている。そのため、炭化処理されず残存しているシリコン部分と単結晶SiC層14との抵抗率の違いを利用することにより、炭化処理されず残存しているシリコン部分を容易に除去することができる。具体的には、バックグラインド法によりシリコンウェーハ10の厚さの9割程度を研削した後に、公知の抵抗モニターを搭載したCMP装置を用いて、抵抗の変動およびシリコン部分の厚さをモニターしながらさらに追い込み研削および研磨を行うことによって、炭化処理されず残存しているシリコン部分を容易に除去することができる。
図2(E),(F)を参照して、第4工程では、単結晶SiC層14上にGaN層16を形成する。GaN層16の厚さは、5μm以上100μm以下とすることが好ましい。なお、GaN層の形成方法については第1の実施形態の説明を援用する。
第1及び第2の実施形態におけるシリコンウェーハ10としては、シリコン単結晶からなる単結晶シリコンウェーハを用いることができる。単結晶シリコンウェーハは、チョクラルスキー法(CZ法)や浮遊帯域溶融法(FZ法)により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたものを使用することができる。
図1(F)及び図2(F)を参照して、上記製造方法によって得られる窒化物半導体基板100,200について説明する。窒化物半導体基板100,200は、ともにダイヤモンド層12と、単結晶SiC層14と、GaN層16とをこの順で備える。窒化物半導体基板100,200によれば、GaN層16の結晶性を向上させることができる。図1(F)に示す窒化物半導体基板100では、カソードルミネッセンス法で評価したGaN層16の欠陥密度が5×105個/cm2以下となっており、図2(F)に示す窒化物半導体基板200では、カソードルミネッセンス法で評価したGaN層16の欠陥密度が1×106個/cm2以下となっている。
実験1では、以下に説明する方法に従って、発明例1,2及び比較例1の窒化物半導体基板をそれぞれ3枚ずつ作製し、カソードルミネッセンス評価を行った。
図1(A)〜(F)に示す工程を経て、発明例1の窒化物半導体基板を作製した。
図2(A)〜(F)に示す工程を経て、発明例2の窒化物半導体基板を作製した。
図3(A)〜(F)に示す工程を経て、比較例1の窒化物半導体基板300を作製した。
各発明例および比較例において、以下の評価を行った。
各発明例および比較例において3枚の窒化物半導体基板に対して、GaN層における欠陥密度(個/cm2)を既述のカソードルミネッセンス法により求めて、GaN層の結晶性を評価した。結果を表1に示す。
比較例1では、堆積法によりSiC層を形成したので、SiC層は完全な単結晶層とはならず、その上に形成するGaN層の結晶性は発明例1,2に比べて悪かった。一方で、発明例1,2では、炭化処理によりSiC層を形成したので、SiC層は単結晶層となっており、SiC層上に形成するGaN層の結晶性は比較例1に比べて向上した。さらに、発明例1は、発明例2に比べてGaN層の結晶性がさらに向上した。これは、発明例1では、単結晶SiC層を形成した直後にGaN層を形成したので、長時間の熱処理に伴う単結晶SiC層への熱負荷や不純物混入の影響が発明例2に比べて低減されたことに起因する。
実験2では、以下に説明する方法に従って、発明例3〜9および比較例2の窒化物半導体基板を作製し、カソードルミネッセンス評価およびリーク電流の測定を行った。
各発明例および比較例において、以下の評価を行った。
各発明例および比較例に対して、GaN層における欠陥密度(個/cm2)を既述のカソードルミネッセンス法により求めて、GaN層の結晶性を評価した。結果を表2に示す。
各発明例および比較例に対して、GaN層内にpn接合を作製し、pn接合間に300Vの電圧を印加した際のリーク電流を測定した。結果を表2に示す。
炭化処理によりSiC層を形成した発明例3〜9は、堆積法によりSiC層を形成した比較例2に比べて、GaN層の結晶性が向上した。また、発明例3〜6は、発明例7〜9に比べてリーク電流を抑制することができた。これは、1000Ω・cm以上の高抵抗のシリコンウェーハを用いることで、ダイヤモンド層やSiC層への不純物の外方拡散を抑制することができたこと、酸素濃度が5×1017atoms/cm3以下の低酸素のシリコンウェーハを用いることで、シリコンウェーハ中の酸素がSiC層を介してGaN層内でドナー化するのを抑制することができたことに起因する。
10 シリコンウェーハ
12 ダイヤモンド層
14 単結晶SiC層
16 GaN層
31 COP発生領域
32 OSF潜在核領域
33 酸素析出促進領域(Pv(1)領域)
34 酸素析出促進領域(Pv(2)領域)
35 酸素析出抑制領域(Pi領域)
36 転位クラスター領域
Claims (17)
- シリコンウェーハ上にダイヤモンド層を形成する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記シリコンウェーハを薄膜化する第2工程と、
前記薄膜化により残ったシリコン部分を炭化処理して単結晶SiC層とする第3工程と、
前記単結晶SiC層の前記ダイヤモンド層が形成されていない側の表面上にIII族窒化物半導体層を形成する第4工程と、
を有することを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。 - シリコンウェーハを炭化処理して、前記シリコンウェーハの表層部を単結晶SiC層とする第1工程と、
前記単結晶SiC層上にダイヤモンド層を形成する第2工程と、
前記第2工程の後、前記炭化処理により残ったシリコン部分を除去する第3工程と、
前記第3工程の後、前記単結晶SiC層の前記ダイヤモンド層が形成されていない側の表面上にIII族窒化物半導体層を形成する第4工程と、
を有することを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記シリコンウェーハの酸素濃度が5×1017atoms/cm3以下である、請求項1または2に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
- 前記シリコンウェーハの抵抗率が1000Ω・cm以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
- 前記シリコンウェーハの面方位が(100)である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
- 前記シリコンウェーハが転位クラスター及びCOPを含まないシリコンウェーハである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
- 前記ダイヤモンド層の厚さが50μm以上5mm以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
- 前記単結晶SiC層の厚さが5nm以上100nm以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
- 前記ダイヤモンド層を形成する時にキャリアガスとして酸素を用いない、請求項1〜8のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
- 前記III族窒化物半導体層がGaN層である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
- ダイヤモンド層と、単結晶SiC層と、III族窒化物半導体層とをこの順で備える窒化物半導体基板であって、
カソードルミネッセンス法で評価した前記III族窒化物半導体層の欠陥密度が1×106個/cm2以下であることを特徴とする窒化物半導体基板。 - カソードルミネッセンス法で評価した前記III族窒化物半導体層の欠陥密度が5×105個/cm2以下である、請求項11に記載の窒化物半導体基板。
- 前記ダイヤモンド層、前記単結晶SiC層、及び前記III族窒化物半導体層の酸素濃度が、いずれも5×1017atoms/cm3以下である、請求項11または12に記載の窒化物半導体基板。
- 前記ダイヤモンド層および前記単結晶SiC層の抵抗率が1000Ω・cm以上である、請求項11〜13のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。
- 前記ダイヤモンド層の厚さが50μm以上5mm以下である、請求項11〜14のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。
- 前記単結晶SiC層の厚さが5nm以上100nm以下である、請求項11〜15のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。
- 前記III族窒化物半導体層がGaN層である、請求項11〜16のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023048160A1 (ja) * | 2021-09-22 | 2023-03-30 | エア・ウォーター株式会社 | 半導体基板、半導体デバイス、半導体基板の製造方法、および半導体デバイスの製造方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05109625A (ja) * | 1990-02-13 | 1993-04-30 | General Electric Co <Ge> | 半導体の単結晶をエピタキシヤル成長させるための多結晶質cvdダイヤモンド基体 |
JPH09181355A (ja) * | 1995-12-25 | 1997-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 結晶成長方法および半導体発光装置 |
JP2002261011A (ja) * | 2001-03-02 | 2002-09-13 | Toshiba Ceramics Co Ltd | デバイス用多層構造基板 |
JP2009167053A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Iii族窒化物結晶の成長方法 |
JP2011519181A (ja) * | 2008-04-29 | 2011-06-30 | インターナショナル レクティフィアー コーポレイション | 窒化ガリウム材料加工及びその関連するデバイス構造体 |
JP2016111138A (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-20 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法 |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05109625A (ja) * | 1990-02-13 | 1993-04-30 | General Electric Co <Ge> | 半導体の単結晶をエピタキシヤル成長させるための多結晶質cvdダイヤモンド基体 |
JPH09181355A (ja) * | 1995-12-25 | 1997-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 結晶成長方法および半導体発光装置 |
JP2002261011A (ja) * | 2001-03-02 | 2002-09-13 | Toshiba Ceramics Co Ltd | デバイス用多層構造基板 |
JP2009167053A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Iii族窒化物結晶の成長方法 |
JP2011519181A (ja) * | 2008-04-29 | 2011-06-30 | インターナショナル レクティフィアー コーポレイション | 窒化ガリウム材料加工及びその関連するデバイス構造体 |
JP2016111138A (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-20 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023048160A1 (ja) * | 2021-09-22 | 2023-03-30 | エア・ウォーター株式会社 | 半導体基板、半導体デバイス、半導体基板の製造方法、および半導体デバイスの製造方法 |
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