JP2023068782A - 半導体基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに接している第１の半導体層（第１層）と第２の半導体層（第２層）を備え、電気特性と量産性の向上が図れる半導体基板（接合基板）と製造方法を提供する。【解決手段】第１層表面と第２層表面に真空中で不純物を照射する照射工程、照射工程が行われた真空中で第１層の照射面と第２層の照射面を接合して接合界面を有する半導体基板を生成する接合工程、該半導体基板を熱処理して第１層および第２層の接合界面を再結晶化させる熱処理工程を備える半導体基板の製造方法において、第１層と第２層がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成され、第１層と第２層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出している各層の表面を照射工程の照射面に設定し、かつ、照射工程で照射する不純物が第１層と第２層にキャリアを発生させない不活性な不純物（Ａｒ等）であることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、互いに接している第１の半導体層と第２の半導体層を備え、例えば炭化珪素（以下、ＳｉＣと略称する）半導体デバイス等に使用される半導体基板に係り、特に、半導体基板の電気特性を向上させることが可能でかつ量産性の向上も図れる半導体基板とその製造方法の改良に関する。

特許文献１には、多結晶ＳｉＣで構成される支持体上に単結晶ＳｉＣの活性層を有する半導体基板の製造方法が開示されている。この製造方法では、多結晶ＳｉＣの支持体上に非晶質材料層（非晶質シリコン）が蒸着される。そして、この非晶質材料層（非晶質シリコン）を介して多結晶ＳｉＣの支持体と単結晶ＳｉＣが重ね合わされ、直接ボンディング（特許文献１の段落００９８参照）により一体化されて上記半導体基板が得られる。

尚、関連する技術として、非特許文献１の技術が知られている。

しかし、特許文献１の方法で製造された半導体基板においては、多結晶ＳｉＣで構成される支持体（第１の半導体層）と単結晶ＳｉＣ（第２の半導体層）との接合界面で非オーミックな導電特性が発生することがあり、接合界面を横切るように電流経路が形成される半導体デバイスを作成する場合、デバイス特性に影響を及ぼす問題があった。

この問題を解決するため、特許文献２においては、第１の半導体層と第２の半導体層との接合界面で非オーミックな導電特性が発生し難い半導体基板の製造方法を提案している。

すなわち、特許文献２で提案された半導体基板の製造方法は、
第１の半導体層（例えば多結晶ＳｉＣ）の表面に真空中で第１の不純物を照射すると共に、第２の半導体層（例えば単結晶ＳｉＣ）の表面に真空中で上記第１の不純物を照射する照射工程と、
照射工程が行われた真空中において第１の半導体層の照射面と第２の半導体層の照射面とを接合し、接合界面を有する半導体基板を生成する接合工程と、
上記接合工程で生成された半導体基板を熱処理する熱処理工程、
を備え、かつ、
上記第１の不純物は、第１の半導体層および第２の半導体層にキャリアを発生させない不活性な不純物（例えばアルゴン）であり、
上記熱処理は、第１の半導体層および第２の半導体層の接合界面を再結晶化させるように行われ、
第１の半導体層および第２の半導体層に含まれている第１の不純物の深さ方向の濃度プロファイルの幅が、上記熱処理の実施前に較べて実施後の方が狭くなるようにしたことを特徴とする方法であった。

そして、特許文献２で提案された半導体基板の製造方法によれば、上記照射工程により打ち込まれた第１および第２の半導体層に含まれる「第１の不純物」の深さ方向の濃度プロファイルの幅を、上記熱処理工程の熱処理により狭くすることができるため、接合界面を横切る電流経路上において「第１の不純物」が存在する経路の距離を短縮させることが可能となり、この結果、非オーミックな導電特性の発現を抑制できるとされている。

特表２００４－５０３９４２号公報（請求項１、５、１４、１７、段落００９８参照） 特許第６２０６７８６号公報（請求項１、３、請求項１１～１３、段落０００５、段落００３２、段落００４８参照）

JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 113, 203512 (2013) Fast atom beam-activated n-Si/n-GaAs wafer bonding with high interfacial transparency and electrical conductivity (S. Essig, O. Moutanabbir, Wekkeli, Nahme, Oliva, W. Bett, and F. Dimroth)

しかしながら、特許文献２の製造方法において非オーミックな導電特性の発現を確実に抑制させるためには、第１および第２の半導体層にキャリアを発生させる窒素、リン等の「第２の不純物」が、第１および第２の半導体層内の「第１の不純物」が存在する領域に存在している必要があるとされている。すなわち、特許文献２の製造方法では、アルゴン（第１の不純物）の周囲にリン等のキャリアを発生させる不純物（第２の不純物）を存在させると、接合界面を横切る電流経路上において非オーミックな導電特性の発現を抑制することができる（特許文献２の段落００４８参照）と記載されている。

このように特許文献２の製造方法において、接合界面の非オーミックな導電特性の発現を確実に抑制させるには、第２の半導体層（例えば単結晶ＳｉＣ）の表面近傍に意図的に高濃度でキャリアを発生させる窒素、リン等の「第２の不純物」をドーピングする必要があり、更に、「第２の不純物」を活性化させるための高温熱処理（１５００℃以上、好ましくは１７００℃程度）が必要（特許文献２の段落００３２参照）となるため、半導体基板の量産性に劣る問題が依然として存在した。

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、半導体基板の電気特性を向上させることが可能でかつ量産性の向上も図れる半導体基板とその製造方法を提供することにある。

そこで、互いに接している第１と第２の半導体層を備える半導体基板の電気特性と量産性の向上が図れる方法について本発明者が鋭意研究を行ったところ、電気陰性度の高い元素が優先的に露出した半導体層の表面同士を接合させることにより、意図的に接合界面にキャリアとなる高濃度の「第２の不純物」をドーピングすることなく、接合界面の非オーミックな導電特性の発現を抑制できることを見出すに至った。具体的には、第１と第２の半導体層がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成される場合、上記第１と第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の低い方の元素が優先的に露出した各半導体層の表面同士、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出した各半導体層の表面同士、および、電気陰性度の低い方の元素が優先的に露出した半導体層の表面と電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出した半導体層の表面を接合させた３種類の半導体基板についてその接合界面における導電性を本発明者が調べた結果、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出した各半導体層の表面同士を接合させた半導体基板についてのみオーミックな導電特性が得られることを見出すに至った。

本発明は本発明者による上記実験と技術的知見に基づき完成されたものである。

すなわち、本発明に係る第一の発明は、
第１の半導体層と、該第１の半導体層と接している第２の半導体層を備える半導体基板において、
上記第１の半導体層および第２の半導体層がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成され、
かつ、上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出している各半導体層の表面同士が接している構造を有することを特徴とする。

また、本発明に係る第二の発明は、
第一の発明に記載の半導体基板において、
上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の電気陰性度差が０．７以上であることを特徴とし、
第三の発明は、
第一の発明または第二の発明に記載の半導体基板において、
上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が各半導体層の表面に９０％以上露出していることを特徴とし、
第四の発明は、
第一の発明～第三の発明のいずれかに記載の半導体基板において、
上記第１の半導体層および第２の半導体層の組み合わせが、３Ｃ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣから選択される同種若しくは異種の組み合わせであることを特徴とする。

次に、本発明に係る第五の発明は、
第１の半導体層と、該第１の半導体層と接している第２の半導体層を備える半導体基板の製造方法であって、
上記第１の半導体層の表面に真空中で１種類以上の不純物を照射すると共に、上記第２の半導体層の表面に真空中で１種類以上の上記不純物を照射する照射工程と、
上記照射工程が行われた真空中において、上記第１の半導体層の照射面と上記第２の半導体層の照射面とを接合し、接合界面を有する半導体基板を生成する接合工程と、
上記接合工程で生成された半導体基板を熱処理し、上記第１の半導体層および第２の半導体層の上記接合界面を再結晶化させる熱処理工程、
を備える半導体基板の製造方法において、
上記第１の半導体層および第２の半導体層がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成され、
上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出している各半導体層の表面を、上記照射工程における不純物の照射面に設定し、かつ、
上記照射工程で照射する不純物が第１の半導体層および第２の半導体層にキャリアを発生させない不活性な不純物であることを特徴とする。

また、本発明に係る第六の発明は、
第五の発明に記載の半導体基板の製造方法において、
上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の電気陰性度差が０．７以上であることを特徴とし、
第七の発明は、
第五の発明または第六の発明に記載の半導体基板の製造方法において、
上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が各半導体層の表面に９０％以上露出していることを特徴とし、
第八の発明は、
第五の発明～第七の発明のいずれかに記載の半導体基板の製造方法において、
上記第１の半導体層および第２の半導体層の組み合わせが、３Ｃ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣから選択される同種若しくは異種の組み合わせであることを特徴とし、
第九の発明は、
第五の発明～第八の発明のいずれかに記載の半導体基板の製造方法において、
上記照射工程の不純物が、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）のいずれかを含むことを特徴とし、
また、第十の発明は、
第五の発明～第九の発明のいずれかに記載の半導体基板の製造方法において、
上記熱処理工程で行われる熱処理の最高温度が１０００℃～１２００℃であることを特徴とするものである。

本発明に係る半導体基板によれば、
第１の半導体層と第２の半導体層がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成され、かつ、上記第１と第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出する半導体層の表面同士が接している構造を有するため、
接合界面にキャリアとなる高濃度の窒素やリン等を意図的にドーピングすることなく、接合界面の非オーミックな導電特性の発現を抑制することが可能となる。

従って、電気特性と量産性の向上が図れる半導体基板とその製造方法を提供できる効果を有する。

本発明に係る半導体基板の概略斜視図。 本発明に係る半導体基板の製造方法を示す工程図。 六方晶系の結晶構造を有する単結晶４Ｈ－ＳｉＣに係る（０００－１）Ｃ面と（０００１）Ｓｉ面の説明図。 本発明に係る半導体基板の製造方法の照射工程を示す説明図。 界面特性の計測結果を示すグラフ図。 界面特性の計測がなされた半導体基板の構成説明図。 剥離工程を含む本発明に係る半導体基板の製造方法を示す説明図。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

１．半導体基板
本発明に係る半導体基板は、第１の半導体層と該第１の半導体層と接している第２の半導体層を備える半導体基板であって、
上記第１の半導体層および第２の半導体層がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成され、かつ、
上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出している各半導体層の表面同士が接している構造を有することを特徴とするものである。

（１）本実施形態に係る半導体基板
以下、図面を用いて本実施形態に係る半導体基板を具体的に説明する。

本実施形態に係る半導体基板１０は、図１に示すように略円盤形状を有しており、下側に配置された支持基板（第１の半導体層）１１と、該支持基板１１の上面に接合された単結晶層（第２の半導体層）１３を備えている。

（２）本実施形態に係る半導体基板の構成材料
上記支持基板１１並びに単結晶層１３は、イオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成され、製造過程で適用される各種熱プロセスに対する耐性を有することが好ましく、更に、支持基板１１は単結晶層１３との熱膨張率の差が小さい材料であることが好ましい。

上記単結晶層１３として、単結晶３Ｃ－ＳｉＣ、単結晶４Ｈ－ＳｉＣ、単結晶６Ｈ－ＳｉＣ、単結晶ＧａＮ、単結晶ＡｌＮ等が例示され、単結晶層１３に単結晶ＳｉＣが適用された場合、支持基板１１として、単結晶ＳｉＣ（単結晶３Ｃ－ＳｉＣ、単結晶４Ｈ－ＳｉＣ、単結晶６Ｈ－ＳｉＣ）、多結晶ＳｉＣ（多結晶３Ｃ－ＳｉＣ、多結晶４Ｈ－ＳｉＣ、多結晶６Ｈ－ＳｉＣ）、ＧａＮ、ＡｌＮ等が例示され、かつ、上記多結晶ＳｉＣには、様々なポリタイプや面方位のＳｉＣが混在していてもよいが、下記理由から、多結晶ＳｉＣを構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に表面に露出していることを要する。

そして、本実施形態に係る半導体基板１０において、上記支持基板（第１の半導体層）１１および単結晶層（第２の半導体層）１３を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出している半導体層の表面同士が接している構造を有している。

尚、第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の電気陰性度差は、ＳｉＣにおいてＣ（電気陰性度：２．５）－Ｓｉ（電気陰性度：１．８）＝０．７、ＧａＮにおいてＮ（電気陰性度：３．０）－Ｇａ（電気陰性度：１．６）＝１．４、ＡｌＮにおいてＮ（電気陰性度：３．０）－Ａｌ（電気陰性度：１．５）＝１．５から、０．７以上であることが好ましく、また、第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が各半導体層の表面に９０％以上露出していることが好ましい。

（３）支持基板（第１の半導体層）１１の厚さ
上記支持基板（第１の半導体層）１１の厚さについては、後工程の加工に耐えることができる機械的強度が得られるように定めればよく、例えば、支持基板１１の直径が１００（ｍｍ）である場合、支持基板１１の厚さは１００（μｍ）程度である。

２．半導体基板の製造方法
第１の半導体層と該第１の半導体層と接している第２の半導体層を備える本発明に係る半導体基板の製造方法は、
上記第１の半導体層の表面に真空中で１種類以上の不純物を照射すると共に、上記第２の半導体層の表面に真空中で１種類以上の上記不純物を照射する照射工程と、
上記照射工程が行われた真空中において、上記第１の半導体層の照射面と上記第２の半導体層の照射面とを接合し、接合界面を有する半導体基板を生成する接合工程と、
上記接合工程で生成された半導体基板を熱処理し、上記第１の半導体層および第２の半導体層の上記接合界面を再結晶化させる熱処理工程、
を備える半導体基板の製造方法であって、
上記第１の半導体層および第２の半導体層がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成され、
上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出している各半導体層の表面を、上記照射工程における不純物の照射面に設定し、かつ、
上記照射工程で照射する不純物が第１の半導体層および第２の半導体層にキャリアを発生させない不活性な不純物であることを特徴とする。

（１）本実施形態に係る半導体基板の製造方法
以下、図２および図３を用いて本実施形態に係る半導体基板の製造方法を説明する。

尚、本実施形態において、支持基板（第１の半導体層）１１は単結晶４Ｈ－ＳｉＣで構成され、単結晶層（第２の半導体層）１３も単結晶４Ｈ－ＳｉＣで構成されている。

（２）ステップＳ１
ステップＳ１において支持基板１１および単結晶層１３を準備する。

支持基板１１および単結晶層１３の表面は平坦化されている。平坦化は、研削や切削によって行われてもよいし、ＣＭＰ法によって行われてもよい。

（３）ステップＳ２
ステップＳ２において照射工程が行われる。

照射工程は、上記支持基板（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）１１および単結晶層（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）１３を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素（Ｃ）が優先的に露出している単結晶４Ｈ－ＳｉＣの表面を照射面に設定する。すなわち、図３に示す六方晶系の結晶構造を有する単結晶４Ｈ－ＳｉＣに係る（０００－１）Ｃ面を照射面に設定する。

そして、照射工程は、図４に示すように支持基板（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）１１の表面１１ａを改質して非晶質層１１ｂを形成すると共に、単結晶層（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）１３の表面１３ａも改質して非晶質層１３ｂを形成する工程である。非晶質層とは、原子が結晶構造のような規則性を持たない状態となっている層のことを意味する。

具体的には、図４に示すように単結晶層１３と支持基板１１をチャンバー１０１内にセットする。次に、単結晶層１３と支持基板１１との相対位置の位置合わせを行う。位置合わせは、後述する接合工程で単結晶層１３と支持基板１１が正しい位置関係で接触できるように行われる。次に、チャンバー１０１内を真空状態にする。チャンバー１０１内の真空度は、例えば、１×１０^-4～１×１０^-6（Ｐａ）程度であってもよい。

次に、支持基板（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）１１の表面１１ａ［図３に示す単結晶４Ｈ－ＳｉＣに係る（０００－１）Ｃ面］、および、単結晶層（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）１３の表面１３ａ［図３に示す単結晶４Ｈ－ＳｉＣに係る（０００－１）Ｃ面］にＦＡＢガン（高速原子ビーム：Fast Atom Beam）１０２を用いて、アルゴンの中性原子ビームを照射する。アルゴンの中性原子ビームは、上記表面１１ａの全面および表面１３ａの全面に均一に照射される。例えば、アルゴンの中性原子ビームを、オーバーラップ部分を有するように走査させながら、表面１１ａおよび表面１３ａの全面に照射してもよい。これにより、表面１１ａおよび１３ａの酸化膜や吸着層が除去されて結合手を表出させることができる。この状態を活性状態と呼ぶ。

また、照射工程は真空中での処理であるため、上記表面１１ａおよび１３ａは酸化等されず活性状態を保持することができる。また、照射工程において、表面１１ａおよび１３ａの結晶構造を表面から一定の深さで破壊することができる。この結果、単結晶層１３と支持基板１１の各表面１１ａおよび１３ａに、ＳｉとＣを含んでいる非晶質層１１ｂおよび１３ｂを形成することができる。また、非晶質層１１ｂおよび１３ｂには、アルゴン原子が打ち込まれている状態となる。尚、支持基板（第１の半導体層）１１と単結晶層（第２の半導体層）１３中において不活性なアルゴンはキャリアに貢献しないため、必要最小限の打ち込み量にしてもよい。

（４）ステップＳ３
ステップＳ３において接合工程が行われる。

接合工程では、支持基板（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）１１の表面１１ａ［図３に示す単結晶４Ｈ－ＳｉＣに係る（０００－１）Ｃ面］と、単結晶層（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）１３の表面１３ａ［図３に示す単結晶４Ｈ－ＳｉＣに係る（０００－１）Ｃ面］とを、チャンバー１０１内において真空中で接触させる。

これにより、活性状態の表面に存在する結合手同士が結びつき、支持基板（第１の半導体層）１１と単結晶層（第２の半導体層）１３とを接合することができる。

（５）ステップＳ４
ステップＳ４において熱処理工程が行われる。

熱処理工程では、支持基板（第１の半導体層）１１の非晶質層１１ｂと単結晶層（第２の半導体層）１３の非晶質層１３ｂが接触している状態で、支持基板（第１の半導体層）１１および単結晶層（第２の半導体層）１３を熱処理する。

熱処理工程はファーネスを用いて実施される。尚、熱処理工程は、チャンバー１０１内において減圧下で実施されてもよいし、チャンバー１０１以外の他の炉内において実施されてもよい。

熱処理工程では、支持基板（第１の半導体層）１１および単結晶層（第２の半導体層）１３が所定温度に加熱される。所定温度は、支持基板（第１の半導体層）１１および単結晶層（第２の半導体層）１３を構成する材料に応じて決定してもよい。例えば、ＳｉＣを用いる場合、熱処理の最高温度が１０００℃～１２００℃となるように加熱してもよい。これにより、支持基板（第１の半導体層）１１の非晶質層１１ｂと単結晶層（第２の半導体層）１３の非晶質層１３ｂに流動性を持たせることができる。上記非晶質層１１ｂと非晶質層１３ｂとの接触面には、空間が形成される場合がある。形成される空間の体積は、非晶質層１１ｂや非晶質層１３ｂの表面粗さが大きくなる程大きくなる。そこで、熱処理工程を行なうことにより、非晶質層１１ｂおよび非晶質層１３ｂを形成している原子を流動させることができるため、非晶質層１１ｂと非晶質層１３ｂとの接触面に形成されている空間を埋めることができる。

また、熱処理工程により、上記非晶質層１１ｂと非晶質層１３ｂを、原子配列に規則性がない状態から原子配列に規則性を有する状態へ再結晶化させることができる。再結晶化が完了すると、非晶質層１１ｂおよび非晶質層１３ｂが消滅し、支持基板（第１の半導体層）１１と単結晶層（第２の半導体層）が直接接合している本実施形態に係る半導体基板１０が形成される。

３．非オーミックな導電特性の発現が抑制される効果
（１）本実施形態に係る半導体基板１０は、支持基板１１と単結晶層１３を構成する材料がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）で構成され、かつ、支持基板１１と単結晶層１３を構成する２元素（ＳｉとＣ）の内、電気陰性度の高い方の元素（Ｃ）が優先的に露出する支持基板１１と単結晶層１３の表面［図３に示す単結晶４Ｈ－ＳｉＣの（０００－１）Ｃ面］同士が接する構造を有しているため、
接合界面にキャリアとなる高濃度の窒素やリン等を意図的にドーピングすることなく、接合界面の非オーミックな導電特性の発現を抑制できる効果を有する。

（２）上記効果が得られる技術的理由
上記効果が得られる理由について本発明者は以下のように推論している。

（2-1）イオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶内では、電気陰性度の違いにより、電気陰性度の高い元素の方に電子が引き寄せられた形で電気的な中性状態が形成されている。

（2-2）但し、このような２元系化合物半導体結晶の表面では、結合が切れているため電気的な中性状態が崩れており、相対的に電気陰性度の高い元素が正、電気陰性度の低い元素が負に帯電する。

（2-3）そして、正に帯電した元素が優先的に露出した支持基板（第１の半導体層）と単結晶層（第２の半導体層）の表面同士を接することで電子が引き寄せられ、接面に対して垂直方向の電子伝導が促進して、界面の電気抵抗が低減される。

（2-4）２元系化合物半導体結晶がＳｉＣの場合について具体的に説明する。
（2-4-1）ＳｉＣ化合物半導体結晶内では、４つのＳｉ元素と結合しているＣ元素に電子が集まり、電気的な中性状態が保たれている。
（2-4-2）図３に示した（０００－１）Ｃ面単結晶ＳｉＣの最表面では、Ｃ元素が一つのＳｉ元素とのみ結合して電気的な中性状態が崩れており、引き寄せる電子が少ないため、最表面に限ってＣ元素の周りは正に帯電する。
（2-4-3）そして、正に帯電した元素が優先的に露出した支持基板（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）と単結晶層（単結晶４Ｈ－ＳｉＣ）の表面［図３に示した単結晶４Ｈ－ＳｉＣの（０００－１）Ｃ面］同士を接することで電子が引き寄せられ、接面に対して垂直方向の電子伝導が促進して、界面の電気抵抗が低減される。

４．界面特性の計測
（１）上記ステップＳ１～ステップＳ４を経て製造された半導体基板における界面特性の計測を行った。

測定対象は、Ｃ元素が優先的に表面に露出した単結晶４Ｈ－ＳｉＣ層２３（図１の単結晶層１３に対応）とＣ元素が優先的に表面に露出した単結晶ＳｉＣ基板２４（図１の支持基板１１に対応）の表面同士を接合した図６に示す半導体基板である。

また、上記単結晶４Ｈ－ＳｉＣ層２３には表面電極２１が設けられ、単結晶ＳｉＣ基板２４には、裏面電極２２が設けられている。

（２）図５のグラフ図は、計測結果を示しており、表面電極２１と裏面電極２２の間におけるＶ－Ｉ曲線である。

そして、図５のグラフ図から確認されるように、この半導体基板においてはオーミックな導電特性が得られていることが分かる。

５．変形例
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

［第１変形例］
本発明において、第１の半導体層と第２の半導体層との接合界面にキャリアとなる高濃度の窒素やリン等をドーピングする必要性はないが、キャリアとなる不純物が存在していてもよい。

このような場合、半導体基板を構成する支持基板１１および単結晶層１３として、窒素やリン等が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上の高濃度にドープされたｎ型の支持基板１１および単結晶層１３を用いればよい。

［第２変形例］
上記照射工程（ステップＳ２）において、表面を活性化する方法は、アルゴンの中性原子ビームを照射する方法に限られない。半導体の格子に取り込まれ難い不純物であって、ＦＡＢガンにおける照射で半導体層の表面を活性化する効力が高い不純物であってもよい。また、キャリアになり難い不純物であって、ＦＡＢガンにおける照射で半導体層の表面を活性化する効力が高い不純物であってもよい。例えば、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガスの原子ビームを照射してもよい。

［第３変形例］
本明細書に記載した製造フローを、スマートカット（登録商標）と呼ばれる手法に適用することも可能である。図７（Ａ）～（Ｄ）を用いて説明する。

図７（Ａ）は、支持基板（第１の半導体層）１１と単結晶層（第２の半導体層）１３１の接合前の状態を示す断面図である。単結晶層１３１は、接合面の深さ０．５μｍの位置に、予め水素注入層２８が形成されている。

図７（Ｂ）において、本明細書に記載の接合工程（ステップＳ３）までを実施する。図７（Ｃ）において、本明細書に記載の熱処理工程（ステップＳ４）を実施する。これにより、１０００℃以上の高温度状態に加熱することで、単結晶層１３１を水素注入層２８で分離させることができる。その結果、支持基板（第１の半導体層）１１上に、０．５μｍの厚さの薄い単結晶層１３を接合した構造を形成することができる。尚、単結晶層１３１は再利用することができる。

図７（Ｄ）において、薄い単結晶層１３の上に、必要な厚さの単結晶ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させる。これにより、エピタキシャル層１４が形成される。このエピタキシャル層１４が、各種の素子の形成領域となる。各種素子の形成のために必要なエピタキシャル層１４の厚さは、概ね１０μｍである。

［その他の変形例］
単結晶層１３は上述した単結晶４Ｈ－ＳｉＣに限られない。単結晶３Ｃ－ＳｉＣ、単結晶６Ｈ－ＳｉＣ、様々なポリタイプの単結晶ＳｉＣ、単結晶ＧａＮ、単結晶ＡｌＮ等を単結晶層１３として用いることができる。

本発明の半導体基板によれば電気特性と量産性の向上が図れるため、炭化珪素半導体デバイス等に用いられる産業上の利用可能性を有している。

１０ 半導体基板
１１ 支持基板
１１ａ 表面
１１ｂ 非晶質層
１３ 単結晶層
１３ａ 表面
１３ｂ 非晶質層
１４ エピタキシャル層
２１ 表面電極
２２ 裏面電極
２３ 単結晶４Ｈ－ＳｉＣ層（単結晶層１３に対応）
２４ 単結晶ＳｉＣ基板（支持基板１１に対応）
２８ 水素注入層
１０１ チャンバー
１０２ ＦＡＢガン
１３１ 単結晶層（第２の半導体層）

Claims (10)

1. 第１の半導体層と、該第１の半導体層と接している第２の半導体層を備える半導体基板において、
   上記第１の半導体層および第２の半導体層がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成され、
   かつ、上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出している各半導体層の表面同士が接している構造を有することを特徴とする半導体基板。
2. 上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の電気陰性度差が０．７以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
3. 上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が各半導体層の表面に９０％以上露出していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板。
4. 上記第１の半導体層および第２の半導体層の組み合わせが、３Ｃ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣから選択される同種若しくは異種の組み合わせであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の半導体基板。
5. 第１の半導体層と、該第１の半導体層と接している第２の半導体層を備える半導体基板の製造方法であって、
   上記第１の半導体層の表面に真空中で１種類以上の不純物を照射すると共に、上記第２の半導体層の表面に真空中で１種類以上の上記不純物を照射する照射工程と、
   上記照射工程が行われた真空中において、上記第１の半導体層の照射面と上記第２の半導体層の照射面とを接合し、接合界面を有する半導体基板を生成する接合工程と、
   上記接合工程で生成された半導体基板を熱処理し、上記第１の半導体層および第２の半導体層の上記接合界面を再結晶化させる熱処理工程、
   を備える半導体基板の製造方法において、
   上記第１の半導体層および第２の半導体層がイオン性を有する共有結合型の２元系化合物半導体結晶で構成され、
   上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が優先的に露出している各半導体層の表面を、上記照射工程における不純物の照射面に設定し、かつ、
   上記照射工程で照射する不純物が第１の半導体層および第２の半導体層にキャリアを発生させない不活性な不純物であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
6. 上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の電気陰性度差が０．７以上であることを特徴とする請求項５に記載の半導体基板の製造方法。
7. 上記第１の半導体層および第２の半導体層を構成する２元素の内、電気陰性度の高い方の元素が各半導体層の表面に９０％以上露出していることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体基板の製造方法。
8. 上記第１の半導体層および第２の半導体層の組み合わせが、３Ｃ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣから選択される同種若しくは異種の組み合わせであることを特徴とする請求項５～７のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
9. 上記照射工程の不純物が、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）のいずれかを含むことを特徴とする請求項５～８のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
10. 上記熱処理工程で行われる熱処理の最高温度が１０００℃～１２００℃であることを特徴とする請求項５～９のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。

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