JP2024094561A - エピタキシャル基板の製造方法及びエピタキシャル基板 - Google Patents
エピタキシャル基板の製造方法及びエピタキシャル基板 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024094561A JP2024094561A JP2022211189A JP2022211189A JP2024094561A JP 2024094561 A JP2024094561 A JP 2024094561A JP 2022211189 A JP2022211189 A JP 2022211189A JP 2022211189 A JP2022211189 A JP 2022211189A JP 2024094561 A JP2024094561 A JP 2024094561A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- single crystal
- thickness
- epitaxial
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 212
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 102
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 12
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- 241001124569 Lycaenidae Species 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
【課題】耐圧特性が高く、｜反り｜≦５０μｍであるエピタキシャル基板及びそのようなエピタキシャル基板の製造方法を提供する。
【解決手段】エピタキシャル基板１００の製造方法は、厚さ１５００μｍ以上の単結晶Ｓｉ基板１を用い、単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２の厚さとの比ａをパラメータとして、単結晶Ｓｉ基板上へのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のエピタキシャル成長と得られたエピタキシャル基板の反りの測定を、パラメータを変えて行い、単結晶Ｓｉ基板の抵抗率毎に比ａとエピタキシャル基板の反りの相関関係を求める工程と、前記相関関係から、エピタキシャル基板の反りの絶対値が５０μｍ以下となる製造パラメータを決定する工程と、決定した製造パラメータを用いて、単結晶Ｓｉ基板上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層をエピタキシャル成長させる工程と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】エピタキシャル基板１００の製造方法は、厚さ１５００μｍ以上の単結晶Ｓｉ基板１を用い、単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２の厚さとの比ａをパラメータとして、単結晶Ｓｉ基板上へのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のエピタキシャル成長と得られたエピタキシャル基板の反りの測定を、パラメータを変えて行い、単結晶Ｓｉ基板の抵抗率毎に比ａとエピタキシャル基板の反りの相関関係を求める工程と、前記相関関係から、エピタキシャル基板の反りの絶対値が５０μｍ以下となる製造パラメータを決定する工程と、決定した製造パラメータを用いて、単結晶Ｓｉ基板上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層をエピタキシャル成長させる工程と、を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、エピタキシャル基板の製造方法及びエピタキシャル基板に関する。
ＧａＮやＡｌＮをはじめとするＩＩＩ族窒化物半導体はＳｉ（シリコン）の材料としての限界を超える次世代の半導体材料として期待されている。ＩＩＩ族窒化物半導体は、２次元電子ガスを用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を作製することができるため、高周波用途の半導体デバイスとしての応用が期待されている。また、上記のＩＩＩ族窒化物半導体は、機械的特性に優れた圧電体でもあり、通信用高周波フィルターや、センサー、エナジーハーベスターなどへの利用も期待されている。近年、Ｓｉ単結晶基板上にＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長を行うことで高周波デバイスを製造することが行われている。
ＧａＮ ｏｎ Ｓｉ基板のようなＳｉ単結晶基板上にＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を備えたエピタキシャル基板で高耐圧化するには、ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層の膜厚を厚くするかＣドープにより高耐圧化する方法が知られている（特許文献１）。しかしながら、エピタキシャル層の膜厚を厚くすることで、エピタキシャル基板の反りが大きくなるという問題がある。
特許文献２はＢドーパント濃度及びエピタキシャル層の膜厚と反りとの関係について述べているが、Ｓｉ基板の厚さと反りの関係は言及されておらず、抵抗率別に適した（基板／エピ）厚さ比についても言及していない。
特許文献３は、エピタキシャル層の厚さが８μｍの時、窒化物半導体基板の反りが２４μｍであったとしているが、Ｓｉ基板の直径は４インチ（１００ｍｍ）である。反りは基板の直径の増加に伴い大きくなるため、より大直径で反りの絶対値を５０μｍ以下（「｜反り｜≦５０μｍ」と表記することもある）を達成するにはさらなる対策が必要となる。例えば、発明者らが直径３００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのＳｉ基板を用いて確認したところ、特許文献３の請求項２の酸素濃度及び抵抗率の範囲でも、エピ厚５．７μｍで応力がかかりすぎて割れてしまった。
また特許文献４には、反り抑制のためにエピタキシャル層厚さ／基板厚さ比≦０．０１１かつ基板厚さ≧４５０μｍの技術が開示されている。しかしながら、特許文献４の実施例の基板の直径は５ｃｍで、ＧａＮ層厚さは７μｍまでであった。発明者が調査したところ、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層の厚さを７μｍを超えて更に厚くした場合、耐圧は更に向上することが確認された。例えば、リーク電流が１×１０－６Ａ／ｍｍ２に達した時のバイアス電圧を耐圧とした時、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層の厚さが６．５μｍの場合は耐圧９００Ｖであるのに対し、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層の厚さが７．５μｍの場合は耐圧１０００Ｖであった。なお、後者は反りの絶対値を５０μｍ以下にするため基板の厚さも増大させたが、使用した基板は５ｍΩｃｍと低抵抗率であり、基板の厚さを増大したことによる耐圧増加の効果はなく、耐圧の上昇はエピタキシャル層の厚さの増加によるものである。以上のように、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層の厚さを７μｍを超えてさらに厚くすれば、さらなる高耐圧デバイスに適した窒化物半導体基板が得られる。このため、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層の膜厚が７μｍを超え反りの絶対値が５０μｍ以下であるＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を備えたエピタキシャル基板が求められていた。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、本発明は、さらなる高耐圧化の為に、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さを７μｍより厚くしながらも、エピタキシャル基板の反りの絶対値を５０μｍ以下（｜反り｜≦５０μｍ）に抑制可能な半導体デバイス用のエピタキシャル基板及びそのようなエピタキシャル基板を容易に安定して得ることができる製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、単結晶Ｓｉ基板と該単結晶Ｓｉ基板上のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含むエピタキシャル基板の製造方法であって、厚さが１５００μｍ以上の単結晶Ｓｉ基板を用い、該単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び単結晶Ｓｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さとの比ａ（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）をパラメータとして、単結晶Ｓｉ基板上へのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のエピタキシャル成長と得られたエピタキシャル基板の反りの測定を、前記パラメータを変えて行い、前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率毎に、前記比ａと前記エピタキシャル基板の前記反りの相関関係を求める相関関係取得工程と、前記相関関係から前記エピタキシャル基板の反りの絶対値が５０μｍ以下となる前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び前記比ａを決定する製造パラメータ決定工程と、前記決定した製造パラメータを用いて単結晶Ｓｉ基板上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層をエピタキシャル成長するエピタキシャル基板製造工程を含むエピタキシャル基板の製造方法を提供する。
このようなエピタキシャル基板の製造方法によれば、耐圧特性を高めながら反りを抑制し｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板を容易に安定して得ることができる。
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、単結晶Ｓｉ基板と、該単結晶Ｓｉ基板上のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含み、直径が１５０ｍｍ以下のエピタキシャル基板であって、前記単結晶Ｓｉ基板は厚さが１５００μｍ以上、前記ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層は厚さが７μｍより厚いものであり、単結晶Ｓｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さの比（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）をａとしたときに、下記（Ａ）～（Ｃ）の少なくとも一つを満たすものであるエピタキシャル基板を提供する。
（Ａ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が２ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１２５以上
（Ｂ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が３ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３５以上
（Ｃ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が５ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３７以上
（Ａ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が２ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１２５以上
（Ｂ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が３ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３５以上
（Ｃ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が５ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３７以上
このようなエピタキシャル基板によれば、耐圧特性が高くかつ反りが抑制され｜反り｜≦５０μｍのものとなる。
このとき、前記単結晶Ｓｉ基板は酸素濃度が１１～１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のものであるエピタキシャル基板とすることができる。
これにより、より安定して反りが抑制されたものとなる。
以上のように、本発明のエピタキシャル基板の製造方法によれば、耐圧特性を高めながら反りを抑制し｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板を容易に安定して得ることが可能となる。本発明のエピタキシャル基板によれば、耐圧特性が高くかつ反りが抑制され｜反り｜≦５０μｍのものとなる。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上述のように、耐圧特性が高くかつ反りが抑制され｜反り｜≦５０μｍであるエピタキシャル基板及びそのようなエピタキシャル基板を容易に安定して得ることができる製造方法が求められていた。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、単結晶Ｓｉ基板と該単結晶Ｓｉ基板上のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含むエピタキシャル基板の製造方法であって、厚さが１５００μｍ以上の単結晶Ｓｉ基板を用い、該単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び単結晶Ｓｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さとの比ａ（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）をパラメータとして、単結晶Ｓｉ基板上へのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のエピタキシャル成長と得られたエピタキシャル基板の反りの測定を、前記パラメータを変えて行い、前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率毎に、前記比ａと前記エピタキシャル基板の前記反りの相関関係を求める相関関係取得工程と、前記相関関係から前記エピタキシャル基板の反りの絶対値が５０μｍ以下となる前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び前記比ａを決定する製造パラメータ決定工程と、前記決定した製造パラメータを用いて単結晶Ｓｉ基板上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層をエピタキシャル成長するエピタキシャル基板製造工程を含むエピタキシャル基板の製造方法により耐圧特性を高めながら反りを抑制し｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板を容易に安定して得ることができることを見出し、本発明を完成した。
また、本発明者らは、単結晶Ｓｉ基板と、該単結晶Ｓｉ基板上のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含み、直径が１５０ｍｍ以下のエピタキシャル基板であって、前記単結晶Ｓｉ基板は厚さが１５００μｍ以上、前記ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層は厚さが７μｍより厚いものであり、単結晶Ｓｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さの比（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）をａとしたときに、下記（Ａ）～（Ｃ）の少なくとも一つを満たすものであるエピタキシャル基板により、耐圧特性が高くかつ反りが抑制され｜反り｜≦５０μｍのものとなることを見出し、本発明を完成した。
（Ａ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が２ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１２５以上
（Ｂ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が３ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３５以上
（Ｃ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が５ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３７以上
（Ａ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が２ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１２５以上
（Ｂ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が３ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３５以上
（Ｃ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が５ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３７以上
以下、図面を参照して説明する。
［エピタキシャル基板］
まず、本発明に係るエピタキシャル基板について、図１の例を参照しながら説明する。図１に示されるように、本発明に係るエピタキシャル基板１００は、単結晶Ｓｉ基板１とＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２とを備えている。また、本発明に係るエピタキシャル基板１００は、直径が１５０ｍｍ（６インチ）以下のものである。
まず、本発明に係るエピタキシャル基板について、図１の例を参照しながら説明する。図１に示されるように、本発明に係るエピタキシャル基板１００は、単結晶Ｓｉ基板１とＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２とを備えている。また、本発明に係るエピタキシャル基板１００は、直径が１５０ｍｍ（６インチ）以下のものである。
単結晶Ｓｉ基板１の厚さは１５００μｍ（１．５ｍｍ）以上である。このような厚さの単結晶Ｓｉ基板１は、反りを抑制する効果が高いものである。また、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２の厚さは７μｍより厚い。このような厚さのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２は、耐圧特性の高いものである。
図２に、単結晶Ｓｉ基板１（厚さ１５００μｍ）の抵抗率毎に取得した、単結晶Ｓｉ基板１の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２の厚さとの比ａ（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）とエピタキシャル基板１００の反りの絶対値（｜反り｜）の関係を示す。図２に示すように、単結晶Ｓｉ基板１の抵抗率が同じ場合には、単結晶Ｓｉ基板１の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２の厚さとの比ａ（以下、単に「比ａ」ということがある）が大きくなると、エピタキシャル基板１００の反りの絶対値が小さくなることがわかる。図３は、図２の一部領域を拡大した図である。図３から、単結晶Ｓｉ基板１の抵抗率と比ａとが適切な範囲であれば、｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板となることがわかる。
具体的には、図３より、
（Ａ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が２ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１２５以上
（Ｂ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が３ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３５以上
（Ｃ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が５ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３７以上
であれば、｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板となる。
（Ａ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が２ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１２５以上
（Ｂ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が３ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３５以上
（Ｃ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が５ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３７以上
であれば、｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板となる。
また、図２からわかるように、抵抗率が５ｍΩｃｍを超える範囲では、比ａの変化に対し｜反り｜の変化が極めて大きくなり、比ａと｜反り｜の相関関係曲線が急勾配となる。このため、｜反り｜≦５０μｍとするために取り得る比ａの範囲が狭い、すなわち、エピタキシャル層の調整可能範囲が狭い。さらに、このような相関関係曲線の勾配のもとでは比ａの変動による反りのバラツキも大きくなりがちであり、安定して制御を行うことができない恐れがある。このような理由により、本発明に係るエピタキシャル基板においては、単結晶Ｓｉ基板１として抵抗率が５ｍΩｃｍ以下のものを用いる。
なお、本発明者らの調査によれば、単結晶Ｓｉ基板の厚さが１５００μｍ（１．５ｍｍ）以上の範囲では、相関関係に及ぼす単結晶Ｓｉ基板の厚さの影響は小さいことがわかっている。図４は、単結晶Ｓｉ基板の抵抗率を３ｍΩｃｍとし、単結晶Ｓｉ基板の厚さが１５００μｍ（１．５ｍｍ）と２０００μｍ（２．０ｍｍ）の場合を比較した図である。図４に示すように、｜反り｜≦５０μｍの条件付近では、相関関係に及ぼす単結晶Ｓｉ基板の厚さの影響は無視できるレベルである。
以下、再び図１を参照しながら、本発明に係るエピタキシャル基板１００の構成毎により詳しく説明する。
（単結晶Ｓｉ基板）
次に、単結晶Ｓｉ基板１について説明する。単結晶Ｓｉ基板の抵抗率は、単一のウェーハからなるものであってもよく、１５００μｍ以上の厚さを確保するために複数の単結晶Ｓｉウェーハを接合した接合基板であっても良い。接合基板の形態は基板同士が直接貼り合わされたものや、酸化膜を介在させて接合された接合基板でも良い。
次に、単結晶Ｓｉ基板１について説明する。単結晶Ｓｉ基板の抵抗率は、単一のウェーハからなるものであってもよく、１５００μｍ以上の厚さを確保するために複数の単結晶Ｓｉウェーハを接合した接合基板であっても良い。接合基板の形態は基板同士が直接貼り合わされたものや、酸化膜を介在させて接合された接合基板でも良い。
単結晶Ｓｉ基板１の酸素濃度は特に限定されないが、１１～１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のものが好ましい。このような範囲のものであれば、安定して反りが抑制されたものとなる。なお本明細書において、酸素濃度の値はＪＥＩＤＡ－６１－２０００規格によるものである。
（ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層）
次に、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２について説明する。本発明に係るＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２はＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層であれば特に限定されないが、例えば、バッファ層３、デバイス層４を含むことができる。バッファ層３は初期層５や他の層６を含んでいてもよく、さらに超格子層７が含まれていてもよい。デバイス層４は例えばＧａＮ層８、障壁層９、キャップ層１０などを備えるものであってもよい。
次に、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２について説明する。本発明に係るＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２はＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層であれば特に限定されないが、例えば、バッファ層３、デバイス層４を含むことができる。バッファ層３は初期層５や他の層６を含んでいてもよく、さらに超格子層７が含まれていてもよい。デバイス層４は例えばＧａＮ層８、障壁層９、キャップ層１０などを備えるものであってもよい。
ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層２がＧａＮを含むものである場合、バッファ層は、例えば、ＡｌＮの初期層及びその上に設けられるＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層が例示される。また、超格子層７としては、Ａｌ１－ｘＧａｘＮ／ＧａＮの繰り返し構造などが例示される。
［エピタキシャル基板の製造方法］
次に、本発明に係るエピタキシャル基板の製造方法について説明する。本発明に係るエピタキシャル基板の製造方法は、単結晶Ｓｉ基板とその上のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含む｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板の製造方法である。以下、各工程に分けて説明する。
次に、本発明に係るエピタキシャル基板の製造方法について説明する。本発明に係るエピタキシャル基板の製造方法は、単結晶Ｓｉ基板とその上のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含む｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板の製造方法である。以下、各工程に分けて説明する。
（相関関係取得工程）
相関関係取得工程では、厚さが１５００μｍ以上の単結晶Ｓｉ基板１を用いる。そして、単結晶Ｓｉ基板１の抵抗率及び単結晶Ｓｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さとの比ａ（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）をパラメータとして、単結晶Ｓｉ基板上へのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のエピタキシャル成長を行う。上述のパラメータを変更して、エピタキシャル成長を繰り返し行う。例えば、実際のエピタキシャル基板製造工程で使用する単結晶Ｓｉ基板の厚さや抵抗率が決まっている場合には、単結晶Ｓｉ基板の厚さ、抵抗率を固定し、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さを振ってエピタキシャル成長を行えばよい。もちろん、すべての条件を振ってエピタキシャル成長を行ってもよい。その後、エピタキシャル成長して得たエピタキシャル基板について、反りを測定する。
相関関係取得工程では、厚さが１５００μｍ以上の単結晶Ｓｉ基板１を用いる。そして、単結晶Ｓｉ基板１の抵抗率及び単結晶Ｓｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さとの比ａ（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）をパラメータとして、単結晶Ｓｉ基板上へのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のエピタキシャル成長を行う。上述のパラメータを変更して、エピタキシャル成長を繰り返し行う。例えば、実際のエピタキシャル基板製造工程で使用する単結晶Ｓｉ基板の厚さや抵抗率が決まっている場合には、単結晶Ｓｉ基板の厚さ、抵抗率を固定し、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さを振ってエピタキシャル成長を行えばよい。もちろん、すべての条件を振ってエピタキシャル成長を行ってもよい。その後、エピタキシャル成長して得たエピタキシャル基板について、反りを測定する。
エピタキシャル成長として標準的な条件の例では、所定の厚さのＳｉ基板上に、バッファ層として、初期層ＡｌＮ（厚さ１５０ｎｍ）、ＡｌＧａＮ層（厚さ５０ｎｍ）、ＧａＮ層（厚さ５０ｎｍ）、その上に超格子層（ＳＬｓ構造：Ａｌ１－ｘＧａｘＮ厚さ２～１０ｎｍ／ＧａＮ厚さ２～１５ｎｍの繰り返し構造）を６．６μｍ成長し、さらに上記バッファ層の上に、デバイス層としてＧａＮ層（厚さ４．４μｍ）、ＡｌＧａＮ障壁層（厚さ２３ｎｍ）、ＧａＮ－Ｃａｐ層（厚さ３ｎｍ）を成長する。相関関係を取得するためにＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層の厚さ（総膜厚）を調整する場合には、上記のような標準的なＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層を基準として、バッファ層とデバイス層の比率を同等としながら全体の厚さを調節する。なかでもバッファ層における超格子層とデバイス層におけるＧａＮ層とが、それぞれの層における膜厚の割合が大きいため、これらの膜厚を調整することが好ましい。
上述のパラメータ及び測定結果から、比ａとエピタキシャル基板の反りの相関関係を求める。例えば、図２、３に示すような比ａとエピタキシャル基板の反りの絶対値の相関関係を得ることができる。
（製造パラメータ決定工程）
上記のようにして得られた相関関係を用いて、エピタキシャル基板の反りの絶対値が５０μｍ以下となる条件、すなわち、単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び比ａを決定する。例えば、｜反り｜≦５０μｍとなる条件は、図２、３から選択し、製造パラメータとして容易に決定することができる。
上記のようにして得られた相関関係を用いて、エピタキシャル基板の反りの絶対値が５０μｍ以下となる条件、すなわち、単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び比ａを決定する。例えば、｜反り｜≦５０μｍとなる条件は、図２、３から選択し、製造パラメータとして容易に決定することができる。
（エピタキシャル基板製造工程）
上記のようにして決定した製造パラメータを用いて単結晶Ｓｉ基板上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層をエピタキシャル成長することで、｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板を得ることができる。
上記のようにして決定した製造パラメータを用いて単結晶Ｓｉ基板上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層をエピタキシャル成長することで、｜反り｜≦５０μｍのエピタキシャル基板を得ることができる。
なお、反りの測定に使用する装置は特に限定されない。例えば、大塚電子製ＯＰＴＭを使用して行うことができる。
エピタキシャル成長の手法は、ＩＩＩ族窒化物膜を成膜できれば特に限定されず、熱ＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ等などが挙げられる。エピタキシャル成長条件も特に限定されない。例えば、エピタキシャル層の中にバッファ層の一部として初期層のＡｌＮを成長する場合は１０５０～１２００℃、ＡｌＧａＮ層を成長する場合は１１５０～１０５０℃、超格子層を成長する場合は１１００～１０００℃、デバイス層の一部としてＧａＮ層を成長する場合は９００～１０００℃等が例示される。
以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
（実施例１）
まず、直径１５０ｍｍ（６インチ）、厚さ１５００μｍのＳｉ基板を準備した。Ｓｉ基板の抵抗率は、２、３、５、８、１６ｍΩｃｍの水準とした。準備したＳｉ基板上に、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を成長して、エピタキシャル基板を得た。このとき、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の膜厚を変えることで、パラメータであるＳｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さとの比ａ（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）を振った。
まず、直径１５０ｍｍ（６インチ）、厚さ１５００μｍのＳｉ基板を準備した。Ｓｉ基板の抵抗率は、２、３、５、８、１６ｍΩｃｍの水準とした。準備したＳｉ基板上に、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を成長して、エピタキシャル基板を得た。このとき、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の膜厚を変えることで、パラメータであるＳｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さとの比ａ（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）を振った。
より具体的には、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層として、バッファ層（初期層ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層、超格子層（Ａｌ１－ｘＧａｘＮ厚さ２～１０ｎｍ／ＧａＮ厚さ２～１５ｎｍの繰り返し構造）と、その上のデバイス層（ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ障壁層、ＧａＮ－Ｃａｐ層）を成長した。ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さを変える場合には、バッファ層とデバイス層の比率を同等にしながら、全体の総厚を変化させることとした。
このようにして作製したエピタキシャル基板の反りの測定を行った。そして、比ａと反り（絶対値）を取得し、これらの相関関係を求めたところ、図２、３に示すような相関関係を得ることができた。
上記のようにして得た相関関係に基づいて、｜反り｜≦５０μｍとなる条件、すなわち、Ｓｉ基板として抵抗率３ｍΩｃｍのものを採用するとともに、比ａとして１３５を超える条件を採用した。具体的には、抵抗率３ｍΩｃｍ、酸素濃度１４．７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、厚さ１５００μｍのＳｉ基板を準備した。エピタキシャル層の成長について、具体的には、初期層ＡｌＮ（厚さ１５０ｎｍ）上にＡｌＧａＮ層（厚さ５０ｎｍ）、ＧａＮ層（厚さ５０ｎｍ）を成長した。その上に超格子層（ＳＬｓ構造：Ａｌ１－ｘＧａｘＮ厚さ２～１０ｎｍ／ＧａＮ厚さ２～１５ｎｍの繰り返し構造）（厚さ６．５μｍ）を成長した。さらにその上にＧａＮ層（厚さ４．２μｍ）とＡｌＧａＮ障壁層（厚さ２３ｎｍ）、その上にＧａＮ－Ｃａｐ層（厚さ３ｎｍ）を成長した。この場合、エピタキシャル層の膜厚は１１．０μｍであり、比ａは１３６．４である。また、この条件からエピタキシャル層の厚さを表１に示すように変更してエピタキシャル基板の製造及び反りの評価を行った。実施例１においてエピタキシャル基板の反りは±５０μｍ以下（｜反り｜≦５０μｍ）であった。
（比較例１）
実施例１と同じ抵抗率３ｍΩｃｍのＳｉ基板を用いたが、エピタキシャル層の膜厚を１１．５μｍとすると反りが±５０μｍを超えてしまった。このときの比ａは１３０．４であり１３５を下回る条件だった。
実施例１と同じ抵抗率３ｍΩｃｍのＳｉ基板を用いたが、エピタキシャル層の膜厚を１１．５μｍとすると反りが±５０μｍを超えてしまった。このときの比ａは１３０．４であり１３５を下回る条件だった。
（比較例２）
実施例１と同じ抵抗率３ｍΩｃｍのＳｉ基板を用いたが、エピタキシャル層の膜厚を１２．０μｍとすると反りが±５０μｍを超えてしまった。このときの比ａは１２５．０であり１３５を下回る条件だった。
実施例１と同じ抵抗率３ｍΩｃｍのＳｉ基板を用いたが、エピタキシャル層の膜厚を１２．０μｍとすると反りが±５０μｍを超えてしまった。このときの比ａは１２５．０であり１３５を下回る条件だった。
（比較例３）
抵抗率１６ｍΩｃｍ、酸素濃度１７．０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のＳｉ基板を準備した。エピタキシャル層の膜厚が１０μｍになると、反りが－２０８μｍと大きくなった。
抵抗率１６ｍΩｃｍ、酸素濃度１７．０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のＳｉ基板を準備した。エピタキシャル層の膜厚が１０μｍになると、反りが－２０８μｍと大きくなった。
（比較例４）
抵抗率８ｍΩｃｍ、酸素濃度１０．５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、厚さ１０００μｍのＳｉ基板を準備し、厚さ７．４７μｍのエピタキシャル層を成長させた。反りが－２０９μｍと大きくなった。なお、このときの比ａは１３４だった。
抵抗率８ｍΩｃｍ、酸素濃度１０．５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、厚さ１０００μｍのＳｉ基板を準備し、厚さ７．４７μｍのエピタキシャル層を成長させた。反りが－２０９μｍと大きくなった。なお、このときの比ａは１３４だった。
表１に、実施例１、比較例１～４の条件及び結果をまとめた。
以上のとおり、本発明の実施例によれば、耐圧特性が高くかつ反りが｜反り｜≦５０μｍと抑制されたエピタキシャル基板を得ることができた。
させることができた。
させることができた。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…単結晶Ｓｉ基板、 ２…ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層、 ３…バッファ層、
４…デバイス層、 ５…初期層、 ６…層、 ７…超格子層、 ８…ＧａＮ層、
９…障壁層、 １０…キャップ層、 １００…エピタキシャル基板。
４…デバイス層、 ５…初期層、 ６…層、 ７…超格子層、 ８…ＧａＮ層、
９…障壁層、 １０…キャップ層、 １００…エピタキシャル基板。
Claims (3)
- 単結晶Ｓｉ基板と該単結晶Ｓｉ基板上のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含むエピタキシャル基板の製造方法であって、
厚さが１５００μｍ以上の単結晶Ｓｉ基板を用い、該単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び単結晶Ｓｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さとの比ａ（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）をパラメータとして、単結晶Ｓｉ基板上へのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層のエピタキシャル成長と得られたエピタキシャル基板の反りの測定を、前記パラメータを変えて行い、前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率毎に、前記比ａと前記エピタキシャル基板の前記反りの相関関係を求める相関関係取得工程と、
前記相関関係から前記エピタキシャル基板の反りの絶対値が５０μｍ以下となる前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率及び前記比ａを決定する製造パラメータ決定工程と、
前記決定した製造パラメータを用いて単結晶Ｓｉ基板上にＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層をエピタキシャル成長するエピタキシャル基板製造工程を含むことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 単結晶Ｓｉ基板と、該単結晶Ｓｉ基板上のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含み、直径が１５０ｍｍ以下のエピタキシャル基板であって、
前記単結晶Ｓｉ基板は厚さが１５００μｍ以上、前記ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層は厚さが７μｍより厚いものであり、
単結晶Ｓｉ基板の厚さとＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さの比（単結晶Ｓｉ基板の厚さ／ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の厚さ）をａとしたときに、下記（Ａ）～（Ｃ）の少なくとも一つを満たすものであることを特徴とするエピタキシャル基板。
（Ａ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が２ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１２５以上
（Ｂ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が３ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３５以上
（Ｃ） 前記単結晶Ｓｉ基板の抵抗率が５ｍΩｃｍ以下かつ比ａが１３７以上 - 前記単結晶Ｓｉ基板は酸素濃度が１１～１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のものであることを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャル基板。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024094561A true JP2024094561A (ja) | 2024-07-10 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10211296B2 (en) | P-doping of group-III-nitride buffer layer structure on a heterosubstrate | |
| US9966259B2 (en) | Silicon-based substrate, semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device | |
| US10186421B2 (en) | Composite semiconductor substrate | |
| CN108140563B (zh) | 半导体元件用外延基板、半导体元件和半导体元件用外延基板的制造方法 | |
| US8653561B2 (en) | III-nitride semiconductor electronic device, and method of fabricating III-nitride semiconductor electronic device | |
| EP2565906A1 (en) | Epitaxial substrate and process for producing epitaxial substrate | |
| EP2565928A1 (en) | Epitaxial substrate and method for producing epitaxial substrate | |
| WO2009119356A1 (ja) | 半導体素子用エピタキシャル基板、半導体素子、および半導体素子用エピタキシャル基板の作製方法 | |
| EP2565907A1 (en) | Epitaxial substrate and method for producing epitaxial substrate | |
| KR20120132531A (ko) | 에피택셜 탄화규소 단결정 기판 및 그 제조 방법 | |
| EP2290696B1 (en) | Epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and method of manufacturing epitaxial substrate for semiconductor device | |
| WO2006135477A1 (en) | Group iii nitride epitaxial layers on silicon carbide substrates | |
| EP2554719A1 (en) | Epitaxial substrate and method for manufacturing epitaxial substrate | |
| EP2581929A1 (en) | Epitaxial substrate and method for producing epitaxial substrate | |
| KR102132760B1 (ko) | 13족 질화물 복합 기판, 반도체 소자, 및 13족 질화물 복합 기판의 제조 방법 | |
| US10068858B2 (en) | Compound semiconductor substrate | |
| JP2006004970A (ja) | 窒化物半導体薄膜の作製方法 | |
| JP6925117B2 (ja) | 化合物半導体基板の製造方法および化合物半導体基板 | |
| US9520286B2 (en) | Semiconductor substrate, semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device | |
| WO2024142754A1 (ja) | エピタキシャル基板の製造方法及びエピタキシャル基板 | |
| JP2024094561A (ja) | エピタキシャル基板の製造方法及びエピタキシャル基板 | |
| EP2797108A1 (en) | Nitride semiconductor substrate | |
| JP2024001751A (ja) | 窒化物半導体ウェーハ、及びその製造方法 | |
| JP2023160752A (ja) | 半導体構造およびその製造方法 | |
| JP5614130B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 |