JP4749584B2 - Manufacturing method of semiconductor substrate - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor substrate Download PDF

Info

Publication number
JP4749584B2
JP4749584B2 JP2001099211A JP2001099211A JP4749584B2 JP 4749584 B2 JP4749584 B2 JP 4749584B2 JP 2001099211 A JP2001099211 A JP 2001099211A JP 2001099211 A JP2001099211 A JP 2001099211A JP 4749584 B2 JP4749584 B2 JP 4749584B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
thin film
crystal
film portion
semiconductor substrate
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001099211A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002299254A (en
Inventor
誠二 永井
一義 冨田
芳宏 色川
健治 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Gosei Co Ltd, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyoda Gosei Co Ltd
Priority to JP2001099211A priority Critical patent/JP4749584B2/en
Priority to US10/473,074 priority patent/US7011707B2/en
Priority to EP02707196A priority patent/EP1396878A4/en
Priority to PCT/JP2002/003026 priority patent/WO2002082517A1/en
Priority to TW91106340A priority patent/TW586136B/en
Publication of JP2002299254A publication Critical patent/JP2002299254A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4749584B2 publication Critical patent/JP4749584B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン(Si)より形成された下地基板上に III族窒化物系化合物半導体から成る結晶を成長させることにより、半導体基板を得る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4に、Si基板(下地基板)上に結晶成長した従来の半導体結晶の模式的な断面図を例示する。この結晶成長工程には、MOCVD法が採用された。本図4に例示する様に、従来の技術によりSi基板(下地基板)上に高温成長した半導体結晶(GaN結晶等)には、「反応部」や転位、クラック等が生じている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
転位やクラックは、異種材料間における熱膨張係数差や格子定数差に基づいて発生した応力が作用した結果生じたものであり、この様な結晶成長基板で各種の半導体デバイスを製造した場合、デバイス特性の劣化を引き起こす。
また、例えばシリコン(Si)等から成る下地基板を除去し、成長層のみを残して、独立した基板(結晶)を得ようとする場合、上記の転位やクラック等の作用により、大面積(1cm2 以上)のものを得ることは殆ど不可能である。
【0004】
また、目的の半導体基板(半導体結晶A)の結晶成長温度である1000℃〜1150℃付近では、シリコン(Si)と窒化ガリウム(GaN)とが反応し、多結晶のGaN(図中の「反応部」)を形成してしまうことがある。このため、高温の結晶成長過程を経て単結晶のGaN基板を得ることが容易でない等の問題がある。
【0005】
また、単結晶のGaN基板を得るために、上記の応力が生じにくいシリコンの薄膜を単独で結晶成長基板とした方法も報告されてはいるが、これらの薄膜は破損し易いので、結晶成長開始前に薄膜を直接ハンドリングすることは容易でなく、従ってこれらの従来の方法では、大面積の半導体基板を歩留り良く量産することは困難である。
【0006】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、比較的安価なシリコン(Si)を下地基板として用いて、クラックや多結晶塊(反応部)のない高品質の半導体結晶を効率よく生産することである。また、本発明の更なる目的は、高品質に製造された上記の半導体結晶を結晶成長基板として用いることにより、高品質の半導体デバイスを製造することである。
【0007】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第1の手段は、シリコン(Si)より形成された下地基板上に III族窒化物系化合物半導体から成る半導体結晶Aを成長させる、半導体基板の製造工程において、上記の下地基板の結晶成長面の直下に空洞を設けることにより下地基板の結晶成長面をシリコン(Si)より成る薄膜部で構成する薄膜部形成工程と、薄膜部上に半導体結晶Aよりも融点又は耐熱性が高い晶質材料Bより成る反応防止層を積層する反応防止層形成工程と、反応防止層の上に半導体結晶Aを成長させる結晶成長工程とを設けることである。
【0008】
ただし、上記の半導体結晶Aから構成される上記の半導体基板は、単層構造であっても複層構造(多層構造)であっても良い。
また、ここで言う「 III族窒化物系化合物半導体」一般には、2元、3元、又は4元の「Alx Gay In(1-x-y) N(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)」成る一般式で表される任意の混晶比の半導体が含まれ、更に、p型或いはn型の不純物が添加された半導体も、本明細書の「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇とする。
また、上記の III族元素(Al,Ga,In)の内の一部をボロン(B)やタリウム(Tl)等で置換したり、或いは、窒素(N)の一部をリン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)等で置換したりした半導体等もまた、本明細書の「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇とする。
【0009】
また、上記のp型の不純物としては、例えば、マグネシウム(Mg)や、或いはカルシウム(Ca)等を添加することができる。
また、上記のn型の不純物としては、例えば、シリコン(Si)や、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)、或いはゲルマニウム(Ge)等を添加することができる。
また、これらの不純物は、同時に2元素以上を添加しても良いし、同時に両型(p型とn型)を添加しても良い。
【0010】
図1は、本発明の基本概念を例示的に説明する半導体結晶の製造工程における模式的な断面図である。この反応防止層は、Siと窒化ガリウム系の半導体(半導体結晶A)との反応を防止するためのものであり、この様に、下地基板(Si基板)上に窒化ガリウム系の半導体よりも融点又は耐熱性が高い例えばSiCやAlN等より成る反応防止層(晶質材料B)を成膜することにより、窒化ガリウム系の半導体(半導体結晶A)を長時間高温で結晶成長させる場合においても、シリコン界面付近に前記の「反応部」が形成されることが無くなる。
【0011】
また、空洞を形成することにより、シリコン(Si基板)の結晶成長面側に薄膜が形成されるので、反応防止層に作用する応力が緩和され、これらの応力は反応防止層にクラックを形成する様には働き難くなり、よって、反応防止層には縦方向に貫通したクラックが発生し難くなる。このため、縦方向に貫通したクラックの無い反応防止層で、下地基板(Si基板)と窒化ガリウム系の半導体(半導体結晶A)とをより確実に遮断することができるので、上記の様な「反応部」の発生をより確実に防止することができる。
【0012】
また、上記の薄膜部或いは空洞により「下地基板と半導体基板の間の格子定数差に基づく応力」が緩和されるため、半導体基板(所望の半導体結晶A)を成長させる際に、成長中の半導体基板に働く不要な応力が抑制されて転位やクラックの発生密度が低減される。
即ち、以上の応力緩和作用により、窒化ガリウム系の半導体(半導体結晶A)には転位が発生し難くなり、また、クラックの発生密度も格段に削減できる。
【0013】
以上の作用と相乗効果により、上記の「反応部」やクラックの無い、転位密度の十分抑制された高品質の半導体基板(半導体結晶A)を得ることが可能又は容易となる。
【0014】
また、第2の手段は、上記の第1の手段において、上記の半導体結晶Aを、組成式が「Alx Gay In(1-x-y) N(0≦x<1,0<y≦1,x+y≦1)」を満たす III族窒化物系化合物半導体から構成することである。
【0015】
また、第3の手段は、上記の第1又は第2の手段において、上記の反応防止層を形成する晶質材料Bを、炭化シリコン(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、またはスピネル(MgAl2 4 )より構成することである。
【0016】
また、第4の手段は、上記の第1又は第2の手段において、上記の反応防止層を形成する晶質材料Bを、アルミニウム組成比が少なくとも0.30以上のAlGaN、AlInN、或いはAlGaInNより構成することである。
また、更には、晶質材料Bとしては、結合力の比較的強固な耐熱性(融点)の高い安定した材料を選択することが望ましい。
【0017】
また、第5の手段は、上記の第1乃至第4の何れか1つの手段において、上記の反応防止層の膜厚を0.1μm以上、2μm以下に形成することである。
この厚さが薄過ぎると、膜厚にはムラが伴うため、或いは、反応防止層を形成する上記の晶質材料Bも十分には安定な物質ではないため、ガリウム(Ga)若しくは窒化ガリウム(GaN)とシリコン(Si)とを完全には遮断することができなくなる。従って、これらの反応に基づく「反応部(多結晶のGaN)」の形成を防止する効果が十分には得られなくなる。
【0018】
また、反応防止層の膜厚が厚過ぎると、反応防止層にクラックが入り易くなり、ガリウム(Ga)若しくは窒化ガリウム(GaN)とシリコン(Si)とを完全には遮断することができなくなる。従って、これらの反応に基づく「反応部」の形成を防止する効果が十分には得られなくなる。
また、反応防止層の膜厚が厚過ぎると、その分だけ反応防止層の積層時間や積層材料が余計に必要となるので、生産コスト等の面でも望ましくない。
【0019】
また、第6の手段は、上記の第1乃至第5の何れか1つの手段の反応防止層形成工程後において、反応防止層の表面に「Alx Ga1-x N(0<x≦1)」より成るバッファ層Cを形成する工程を設けることである。
【0020】
ただし、上記のバッファ層Cとは、凡そ1100℃付近で成長するAlNやAlGaN等の半導体層のことであり、このバッファ層Cとは別に、更に、上記のバッファ層Cと略同組成(例:AlNや、AlGaN)の中間層(以下、単に「バッファ層」と言う場合がある。)を目的の半導体基板(半導体結晶A)中に、周期的に、又は他の層と交互に、或いは、多層構造が構成される様に積層しても良い。
【0021】
これらのバッファ層(或いは、中間層)の積層により、格子定数差に起因する半導体基板(成長層)に働く応力を緩和できる等の従来と同様の作用原理により、結晶性を向上させることが可能となる。
また、この様な作用・効果は、反応防止層を構成する晶質材料Bが炭化シリコン(SiC)等の場合に、特に顕著である。即ち、この場合には、反応防止層の上にバッファ層Cを成膜することがより望ましい。
【0022】
また、第7の手段は、上記の第6の手段において、バッファ層Cの膜厚を0.01μm以上、1μm以下に形成することである。より望ましくは、0.02μm以上、0.5μm以下が良い。
【0023】
この膜厚が厚過ぎると、クラックが発生し易くなり、また、製造時間、材料などの面でもコストアップにつながり望ましくない。また、この膜厚を薄くし過ぎると、略均一にバッファ層を成膜することが困難となる。このため、バッファ層の成膜ムラ(十分に成膜されない部位)が生じ易くなり、結晶性にもムラが生じ易くなるので望ましくない。
【0024】
また、第8の手段は、上記の第1乃至第7の何れか1つの手段において、半導体結晶Aと下地基板とを冷却または加熱することにより半導体結晶Aと下地基板との熱膨張係数差に基づく応力を発生させ、この応力を利用して空洞の側壁を破断することにより半導体結晶Aと下地基板とを分離する分離工程を設けることである。
【0025】
例えば、半導体基板(半導体結晶A)を十分に厚くすれば、内部応力または外部応力が上記の空洞の側壁に集中的に作用し易くなる。その結果、特にこれらの応力は、空洞の側壁に対する剪断応力等として作用し、この応力が大きくなった時に、薄膜部が剥離する。
従って、この応力を利用すれば、容易に下地基板と半導体基板とを分離することが可能となる。また、上記の「空洞」が大きく形成される程、空洞の側壁に応力(剪断応力)が集中し易くなる。
即ち、上記の第9の手段によれば、上記の応力を容易に生成することができるため、半導体結晶Aと下地基板とを容易に分離することができる。
【0026】
尚、下地基板と半導体基板とを分離(剥離)する際に、半導体基板側に下地基板の一部(薄膜部や空洞の側壁の破断残骸など)が残っても良い。即ち、上記の分離工程は、これらの材料の一部を皆無とする様な各材料の完全な分離を前提(必要条件)とするものではない。
この様な破断残骸等の除去は、必要に応じてラッピングやエッチング等の周知の手段を用いて実施することができる。
【0027】
また、第9の手段は、上記の第1乃至第8の何れか1つの手段の結晶成長工程において、半導体結晶Aを50μm以上積層することである。
この厚さが厚い程、半導体基板(半導体結晶A)に対する引っ張り応力が緩和されて、半導体基板の転位やクラックの発生密度を減少でき、同時に半導体基板を強固にできるため、上記の応力を上記の側壁に集中させ易くなる。
【0028】
また、薄膜部の厚さは、20μm以下が望ましい。この厚さが薄い程、半導体基板(半導体結晶A)に対する引っ張り応力が緩和されて、半導体基板の転位やクラックの発生密度が減少する。ただし、薄膜部の厚さを0.02μm未満とすると、薄膜部の強度に問題が生じ、高い生産性を維持することが難しくなる。したがって、製造する結晶成長基板の品質と生産性を確保するためには、薄膜部の厚さは、0.02μm以上20μm以下が望ましい。
【0029】
また、相対的には、結晶成長させる目的の半導体結晶の厚さは、薄膜部の厚さと略同等以上とすることが望ましい。この様な設定により、所望の半導体結晶に対する応力が緩和され易くなり、転位やクラックの発生を従来よりも大幅に抑制することが可能となる。この応力緩和効果は、目的の半導体結晶を相対的に厚くする程大きくなる。また、この応力緩和効果は、薄膜部の厚さ等にも依存するが、薄膜部の厚さが20μm以下の場合には、約50〜200μm程度で略飽和する。
【0030】
また、第10の手段は、上記の第1乃至第9の何れか1つの手段の薄膜部形成工程において、下地基板を構成するシリコン結晶に、上方が開いた空洞を物理的又は化学的エッチング処理により設ける凹部形成工程を設け、1000℃〜1350℃の熱処理に基づく下地基板の表面付近のマイグレーション作用により、空洞及び薄膜部を形成することである。
【0031】
また、第11の手段は、上記の第1乃至第9の何れか1つの手段の薄膜部形成工程において、薄膜部を提供するシリコン結晶にイオンを注入するイオン注入工程と、下地基板の薄膜部以外の部分を構成するシリコン結晶に、上方が開いた空洞を物理的又は化学的エッチング処理により設ける凹部形成工程と、熱処理により、薄膜部を凹部に接合する接合工程と、イオンの注入部を分離境界面として薄膜部を剥離する剥離工程とを設けることである。
【0032】
本発明の「薄膜部形成工程」は、少なくとも、上記の第10又は第11の手段により、十分に具体的に実施することが可能又は容易である。ただし、本発明の「薄膜部形成工程」は、これらの手段に限定して実施しなければならないものではなく、その他の任意の適当な方法により実施しても良い。その様な場合においても、本発明の作用・効果を一定以上に得ることが可能である。
【0033】
また、第12の手段は、上記の第1乃至第11の何れか1つの手段の薄膜部形成工程において形成される上記の空洞の高さを0.1μm以上、10μm以下とすることである。より望ましくは、この空洞の高さは0.5〜5μm程度が良い。
この値が大き過ぎると、空洞を構成する穴、溝、又は空洞を支える柱の形成が強度的に不安定となるか、或いは、加工が徐々に困難又は非効率となるので、望ましくない。また、加工時間も長くなり生産性が向上しない。
また、この値が小さ過ぎると、薄膜部が空洞の底面と結合し易くなり、確実に空洞を形成できなくなるので、望ましくない。
【0034】
また、II族窒化物系化合物半導体素子において、上記の第1乃至第12の何れか1つの手段により製造された半導体基板を結晶成長基板として備えても良い。
これによれば、結晶性が良質で、内部応力の少ない半導体より、 III族窒化物系化合物半導体素子を製造することが可能又は容易となる。
【0035】
また、上記の第1乃至第12の何れか1つの手段により製造された半導体基板を結晶成長基板として用いた結晶成長により III族窒化物系化合物半導体素子を製造しても良い。 これによれば、結晶性が良質で、内部応力の少ない半導体より、 III族窒化物系化合物半導体素子を製造することが可能又は容易となる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
本発明を実施するに当り、次の中から個々の製造条件をそれぞれ任意に選択しても良い。また、これらの各製造条件は、任意に組み合わせても良い。
まず、最初に、III族窒化物系化合物半導体層を形成する方法としては、有機金属気相成長法(MOCVD又はMOVPE)が好ましい。しかしながら、分子線気相成長法(MBE)、ハライド気相成長法(Halide VPE)、液相成長法(LPE)等を用いても良く、また、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。
【0037】
また、バッファ層については、格子不整合を是正する等の理由から、結晶成長基板中、或いは下地基板等に形成することが好ましい。
特に、半導体基板(半導体結晶A)中にバッファ層(前記の中間層)を積層する場合、これらのバッファ層としては、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1)、より好ましくはAlxGa1-xN(0≦x≦1)を用いることができる。このバッファ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良い。バッファ層の形成方法は、380〜420℃の低温で形成するものでも良く、逆に1000〜1180℃の範囲で、MOCVD法で形成しても良い。また、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガスを原材料として、リアクティブスパッタ法によりAlNから成るバッファ層を形成することもできる。
【0038】
同様に一般式AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1、組成比は任意)のバッファ層を形成することができる。更には蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ECR法を用いることができる。物理蒸着法によるバッファ層は、200〜600℃で行うのが望ましい。さらに望ましくは300〜600℃であり、さらに望ましくは350〜450℃である。これらのスパッタリング法等の物理蒸着法を用いた場合には、バッファ層の厚さは、100〜3000Åが望ましい。さらに望ましくは、100〜400Åが望ましく、最も望ましくは、100〜300Åである。
【0039】
多重層としては、例えばAlxGa1-xN(0≦x≦1)から成る層とGaN層とを交互に形成する、組成の同じ層を形成温度を例えば600℃以下と1000℃以上として交互に形成するなどの方法がある。勿論、これらを組み合わせても良く、多重層は3種以上のIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1)を積層しても良い。一般的には緩衝層は非晶質であり、中間層は単結晶である。緩衝層と中間層を1周期として複数周期形成しても良く、繰り返しは任意周期で良い。繰り返しは多いほど結晶性が良くなる。
【0040】
バッファ層及び上層のIII族窒化物系化合物半導体は、III族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても本発明を実質的に適用できる。また、これら元素を組成に表示できない程度のドープをしたものでも良い。例えば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有しないIII族窒化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN(0≦x≦1)に、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原子半径の大きなインジウム(In)、又は窒素(N)よりも原子半径の大きなヒ素(As)をドープすることで、窒素原子の抜けによる結晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性を良くしても良い。
【0041】
この場合はアクセプタ不純物がIII族原子の位置に容易に入るため、p型結晶をアズグローンで得ることもできる。このようにして結晶性を良くすることで本願発明と合わせて更に貫通転位を100乃至1000分の1程度にまで下げることもできる。バッファ層とIII族窒化物系化合物半導体層とが2周期以上で形成されている基底層の場合、各III族窒化物系化合物半導体層に主たる構成元素よりも原子半径の大きな元素をドープすると更に良い。なお、発光素子として構成する場合は、本来III族窒化物系化合物半導体の2元系、若しくは3元系を用いることが望ましい。
【0042】
n型のIII族窒化物系化合物半導体層を形成する場合には、n型不純物として、Si、Ge、Se、Te、C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。また、p型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを複数或いはn型不純物とp型不純物を同一層にドープしても良い。
【0043】
横方向エピタキシャル成長を用いてIII族窒化物系化合物半導体層の転位を減じることも任意である。この際、マスクを用いるもの、エッチングにより段差を埋めるもの任意の方法を取ることができる。
【0044】
エッチングマスクは、多結晶シリコン、多結晶窒化物半導体等の多結晶半導体、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジルコニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化物、チタン(Ti)、タングステン(W)のような高融点金属、これらの多層膜をもちいることができる。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、CVD等の気相成長法の他、任意である。
【0045】
エッチングをする際には、反応性イオンビームエッチング(RIBE)が望ましいが、任意のエッチング方法を用いることができる。基板面に垂直な側面を有する段差を形成するのでないものとして、異方性エッチングにより例えば段差の底部に底面の無い、断面がV字状のものを形成しても良い。
【0046】
III族窒化物系化合物半導体にFET、発光素子等の半導体素子を形成することができる。発光素子の場合は、発光層は多重量子井戸構造(MQW)、単一量子井戸構造(SQW)の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダブルヘテロ構造のものが考えられるが、pin接合或いはpn接合等により形成しても良い。
【0047】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
(第1実施例)
以下、本発明の実施例における半導体結晶(結晶成長基板)の製造手順の概要を例示する。
【0048】
〔1〕薄膜部形成工程
本製造工程は、下地基板を構成するシリコン結晶に、上方が開いた空洞を物理的又は化学的エッチング処理により設ける凹部形成工程を設け、更にその後、1000℃〜1200℃の熱処理に基づく下地基板の表面付近のマイグレーション作用により、空洞及び薄膜部を形成するものである。
【0049】
(a)シリコン基板上の凹部形成
Si(111)基板にプラズマCVD装置を用いて、SiO2 膜を約1μm成膜し、SiO2 膜の一部とSi基板とをフォトリソグラフィーとRIEによりパターンニング及びエッチングして、Si(111)基板表面に直径約0.8μm、深さ約3μmの穴を多数1.2μm周期(間隔)で作製する。
その後、上記のSiO2 膜をB−HFで除去する。
【0050】
(b)マイグレーション
次に、この凹部が形成されたSi基板をH2 雰囲気中で、1100℃で熱処理することによって、基板表面でSi原子をマイグレーションさせて、膜厚約1μmの薄膜部(メンブレン)を凹部上方に形成する。即ち、この薄膜部D1で上記の凹部の上方を閉じることにより、図1に例示される様な多数の空洞を形成する。その後、得られた基板を1150℃でwet酸化させることにより、表面をSiO2 に変化させ、残るSi薄膜部の膜厚を0.1μm程度にする。
【0051】
(c)洗浄
その後、上記のSiO2 膜をバッファードフッ酸で除去する。
以上の工程(a)〜(c)により、図1に例示する様な空洞と薄膜部D1を有するSi基板Dを製造した。
【0052】
〔2〕反応防止層形成工程
本反応防止層形成工程は、上記の薄膜部D1を有する下地基板(Si基板D)上に反応防止層を積層する製造工程である。
本反応防止層形成工程では、まず最初に、Si(111)基板の結晶成長面(薄膜部D1)上に気相成長法(MOVPE)により、約1100℃で窒化アルミニウム(AlN)より成る反応防止層Bを約1μm成膜する。
【0053】
〔3〕結晶成長工程
その後、本結晶成長工程では、上記の反応防止層Bの上に、半導体結晶A(GaN)が200μm程度の厚膜に成長するまでの成長工程を有機金属化合物気相成長法(MOVPE法)に従って実施する。
尚、本結晶成長工程では、アンモニア(NH3) ガス、キャリアガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)ガス(以下「TMG 」と記す)、及びトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3 )ガス(以下「TMA 」と記す)を用いる。
【0054】
上記の反応防止層Bの上に、MOVPE法に従って、GaN層(半導体結晶A)を約200μm程度結晶成長させた。このMOVPE法におけるGaN層の結晶成長速度は、凡そ30μm/Hr程度である。
【0055】
〔4〕分離工程
(a)上記の結晶成長工程の後、アンモニア(NH3)ガスを結晶成長装置の反応室に流したまま、下地基板(Si基板)を有するウエハを略常温まで冷却する。この時の冷却速度は、概ね「−50℃/min〜−5℃/min」程度とすれば良い。
【0056】
(b)その後、これらを結晶成長装置の反応室から取り出すと、下地基板(Si基板)から剥離したGaN結晶(半導体結晶A)が得られた。ただし、この結晶は、GaN層(半導体基板)の裏面に、薄膜部D1や上記の空洞の側壁の破断残骸とが残留したままのものである。
【0057】
〔5〕残骸除去工程
上記の分離工程の後、ラッピング処理により、GaN結晶の裏面に残ったSiより成る薄膜部D1や上記の空洞の側壁の破断残骸を除去する。
ただし、本残骸除去工程は、フッ酸に硝酸を加えた混合液等を用いたエッチング処理により実施しても良い。また、反応防止層Bまでを除去しても良い。
【0058】
以上の製造方法により、膜厚約200μmの結晶性の非常に優れた良質のGaN結晶(GaN層)、即ち、下地基板から独立した所望の半導体基板(半導体結晶A)を得ることができる。
即ち、以上の半導体結晶の製造方法により、従来よりも結晶性に優れた、GaN多結晶(反応部)やクラックのない窒化ガリウム(GaN)の単結晶を得ることができる。
【0059】
従って、この様な良質の単結晶を、例えば結晶成長基板等の半導体発光素子の一部として用いれば、発光効率が高いか、或いは駆動電圧が従来よりも抑制された、高品質の半導体発光素子や半導体受光素子等の半導体製品を製造することが可能又は容易となる。
また、この様な良質の単結晶を用いれば、光素子のみならず、耐圧性の高い半導体パワー素子や高い周波数まで動作する半導体高周波素子等の所謂半導体電子素子の製造も、可能又は容易にすることができる。
【0060】
尚、反応防止層形成工程と結晶成長工程との間に、格子定数不整合を是正する目的で、1000℃〜1180℃程度の高温で結晶成長を行うバッファ層形成工程を設けても良い。
【0061】
また、上記の実施例では、図1に例示した様に、下地基板の結晶成長面の近傍に多数の空洞を設けることで、下地基板の薄膜部を形成しているが、これらは一連の空洞から形成しても良い。従って、例えば、1本の管状のトンネル型の空洞を細長く渦巻き状に緻密に形成することにより、本発明の空洞を形成しても良い。前述の図1は、そのように構成された空洞を持つ下地基板の断面図として解釈することも可能である。
即ち、下地基板の薄膜部を形成することを目的とした空洞の形成形態については、一般に、その形状、大きさ、間隔、配置、配向等は任意である。
【0062】
(第2実施例)
本第2実施例は、上記の第1実施例の薄膜部形成工程を以下の「薄膜部形成工程」に置き換えたものであり、その他の工程については特段変更する必要のないものである。
以下、本実施例では、上記の第1実施例とは方法が相異なる「薄膜部形成工程」についてのみ説明する。
【0063】
〔1〕薄膜部形成工程
本製造工程は、薄膜部を提供するシリコン結晶にイオンを注入するイオン注入工程と、下地基板の薄膜部以外の部分を構成するシリコン結晶に、上方が開いた空洞を物理的又は化学的エッチング処理により設ける凹部形成工程と、熱処理により薄膜部を凹部に接合する接合工程と、イオンの注入部を分離境界面として薄膜部を剥離する剥離工程により、空洞及び薄膜部を形成するものである。
【0064】
(a)イオン注入工程
薄膜部D1を提供するシリコン結晶(Si(111)基板)に、水素イオンを入射エネルギー4keV、ドーズ量2×1016〜1×1017〔cm-2〕で注入する。
図2は、本第2実施例における、イオンが注入される深さに対する注入イオン数(密度)を例示したグラフである。本図からも判る様に、シリコン結晶のイオン注入面の近傍には、イオン密度が局所的に高いイオン注入層が形成される。
【0065】
(b)凹部形成工程
一方、別のSi(111)基板(図1の符号Dに相当)にプラズマCVD装置を用いて、SiO2 膜を約1μm成膜し、SiO2 膜の一部とSi基板とをフォトリソグラフィーとRIEによりパターンニング及びエッチングして、Si基板表面に直径約0.6μm、高さ約3μmの柱を多数約2μm周期(間隔)で作成する。
【0066】
(c)接合工程
次に、上記の薄膜部D1を提供するシリコン結晶のイオン注入面を上記のSi基板表面の多数の柱に対して垂直に接合する。
【0067】
(d)剥離工程
500℃で熱処理することにより、イオン注入部で上記の薄膜部D1を提供するシリコン結晶を分離させ、上方に薄膜部D1で閉じられた空洞を形成する。
【0068】
以上の工程(a)〜(d)により、図1に例示する様な空洞と薄膜部D1を有するSi基板Dを製造した。
【0069】
以下、上記の第2実施例の実施形態の変形可能な範囲に付いて例示する。
例えば、水素イオン(H+ )の代わりに(He+ )を用いても、上記の第2実施例と略同様の作用・効果を得ることができる。
【0070】
また、水素イオンのドーズ量は、下地基板の材質等にも依存するが、概ね1×1015〔/cm2 〕〜1×1020〔/cm2 〕の範囲において有効で、この条件下において上記と略同様の作用・効果を得ることができる。より望ましくは、水素イオンのドーズ量は、3×1015〜1×1017〔/cm2 〕程度が良く、更に望ましくは、8×1015〜2×1016〔/cm2 〕程度が良い。
【0071】
また、この値が小さ過ぎると、薄膜部D1を提供するシリコン結晶から薄膜部D1を確実に分離させることが困難となる。また、この値が大き過ぎると、薄膜部D1へのダメージが大きくなり、下地基板から薄膜部D1を略一様な厚さで綺麗につながった形状に分離させることが困難となる。
【0072】
また、入射エネルギーを可変として、下地基板から分離する薄膜部の厚さを制御することも可能である。図3に、イオンの注入エネルギーに対するイオンが注入される深さ(最大密度の深さh)の測定結果を例示する。例えば、この様に、イオンが注入される深さ(最大密度の深さh)は、イオンの注入エネルギーに略比例するので、入射エネルギー(加速電圧)を調整することにより、薄膜部の厚さを適当に制御することができる。
【0073】
また、イオン注入後に熱処理を行うことにより、予めイオン注入層における部分的な破断部(ボイド)を形成すると同時に、イオン照射によってダメージを受けた下地基板のイオン注入部の結晶性を回復させることができる。
また、空洞形成時の薄膜部D1に対する熱処理により、その上に成長する半導体の結晶性を向上させることができる。
【0074】
また、薄膜部D1の厚さは、20μm以下が望ましい。この厚さが薄い程、目的の半導体結晶に対する引っ張り応力が緩和されて、転位やクラックの発生密度が減少する。従って、より望ましくは、薄膜部の厚さは2μm以下が良く、更に望ましくは200nm以下が良い。これらの値を実現するためには、前述の図3などに従って、注入イオン数のピークがこの程度の深さになる様にイオンの注入エネルギー(加速電圧)を調整すれば良い。
ただし、イオン注入層が厚くなってしまうと、薄膜部の厚さを制御し難くなるため、イオン注入層の厚さ等にも注意を要する。
【0075】
イオン注入層の厚さは、厳密には定義できないが、例えば図2の注入イオン数のピーク値に対する半値幅等が1つの目安になり得る。上記の薄膜部の厚さは、このイオン注入層の厚さを薄くする程制御し易くなる。
従って、イオンの注入エネルギー(加速電圧)を極力一定値に保つ等の手段が、薄膜部の厚さを正確に制御する上で有効となる。
【0076】
尚、上記の第1実施例以降の各実施例において、反応防止層を形成する晶質材料Bとしては、Alx Ga1-x N(0<x<1)等を用いても良い。これらの晶質材料Bでも、上記の実施例と略同様の作用・効果が得られる。より一般には、反応防止層を形成する晶質材料Bとして、炭化シリコン(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、スピネル(MgAl2 4 )、或いは、アルミニウム組成比が少なくとも0.30以上のAlGaN、AlInN又はAlGaInNを用いることができる。
【0077】
また、目的の半導体基板を形成する半導体結晶Aは、窒化ガリウム(GaN)に限定されるものではなく、前記の一般の「 III族窒化物系化合物半導体」を任意に選択することができる。
また、目的の半導体基板(半導体結晶A)は、多層構造を有するものとしても良い。
【0078】
即ち、本発明は、下地基板や目的の半導体結晶の種類(材質)に特段の制限が無く、前述の下地基板及び半導体結晶の各材料同士の任意の組み合わせを含め、公知或いは任意の種類のヘテロエピタキシャル成長に適用することができる。
【0079】
また、上記の実施例においては、有機金属化合物気相成長法(MOVPE法)を用いたが、本発明の結晶成長は、ハライド気相成長法(HVPE法)等によっても実施可能である。
【0080】
更に、上記の実施例では、下地基板を分離し、残骸除去を行った上で半導体結晶Aを半導体素子の結晶成長基板として用いる方法を例示したが、これらの分離や残骸除去を行う工程は、半導体素子自身の半導体層を積層した後に実施しても良いし、或いは、特に分離工程等を実施しないまま、半導体素子として利用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本概念を例示的に説明する半導体結晶の製造工程における模式的な断面図。
【図2】 イオンが注入される深さに対する注入イオン数(密度)を例示するグラフ。
【図3】 イオンの注入エネルギーに対するイオンが注入される深さ(最大密度の深さh)を例示するグラフ。
【図4】 Si基板(下地基板)上に結晶成長した従来の半導体結晶を例示する模式的な断面図。
【符号の説明】
A … 半導体結晶(目的の半導体基板)
B … 反応防止層(晶質材料)
D … シリコン基板(下地基板)
D1… シリコン基板Dの薄膜部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method for obtaining a semiconductor substrate by growing a crystal made of a group III nitride compound semiconductor on a base substrate formed of silicon (Si).Related.
[0002]
[Prior art]
  FIG. 4 illustrates a schematic cross-sectional view of a conventional semiconductor crystal grown on a Si substrate (underlying substrate). The MOCVD method was adopted for this crystal growth process. As illustrated in FIG. 4, a “reaction portion”, dislocations, cracks, and the like are generated in a semiconductor crystal (GaN crystal or the like) grown on a Si substrate (underlying substrate) at a high temperature by a conventional technique.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  Dislocations and cracks are the result of stress generated based on differences in thermal expansion coefficients and lattice constants between dissimilar materials, and when various semiconductor devices are manufactured on such crystal growth substrates, Causes deterioration of characteristics.
  In addition, when an independent substrate (crystal) is obtained by removing the base substrate made of, for example, silicon (Si) and leaving only the growth layer, a large area (1 cm) is obtained due to the above-described dislocations and cracks.2It is almost impossible to obtain the above).
[0004]
  Also, in the vicinity of 1000 ° C. to 1150 ° C., which is the crystal growth temperature of the target semiconductor substrate (semiconductor crystal A), silicon (Si) and gallium nitride (GaN) react with each other to produce polycrystalline GaN (“Reaction” in the figure). Part ") may be formed. For this reason, there is a problem that it is not easy to obtain a single-crystal GaN substrate through a high-temperature crystal growth process.
[0005]
  In addition, in order to obtain a single-crystal GaN substrate, it has been reported that the above-described silicon thin film, which hardly generates stress, is used alone as a crystal growth substrate. However, since these thin films are easily damaged, crystal growth starts. It is not easy to handle the thin film directly before, so it is difficult to mass-produce a large area semiconductor substrate with a high yield by these conventional methods.
[0006]
  The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to use a relatively inexpensive silicon (Si) as a base substrate, and to prevent the occurrence of cracks and polycrystalline ingots (reaction parts). It is to produce quality semiconductor crystals efficiently. Another object of the present invention is to manufacture a high-quality semiconductor device by using the above-described semiconductor crystal manufactured with high quality as a crystal growth substrate.
[0007]
[Means for Solving the Problem, Action, and Effect of the Invention]
  In order to solve the above problems, the following means are effective.
  That is, the first means of the present invention is a semiconductor substrate manufacturing process in which a semiconductor crystal A made of a group III nitride compound semiconductor is grown on a base substrate formed of silicon (Si). A thin film portion forming step for forming a crystal growth surface of the base substrate with a thin film portion made of silicon (Si) by providing a cavity immediately below the crystal growth surface, and a melting point or heat resistance higher than that of the semiconductor crystal A on the thin film portion. It is to provide a reaction preventing layer forming step of laminating a reaction preventing layer made of a high crystalline material B and a crystal growth step of growing the semiconductor crystal A on the reaction preventing layer.
[0008]
  However, the semiconductor substrate composed of the semiconductor crystal A may have a single layer structure or a multilayer structure (multilayer structure).
  In addition, “Group III nitride compound semiconductor” as used herein is generally a binary, ternary, or quaternary “Al”.xGayIn(1-xy)N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) ”is included, and semiconductors having an arbitrary mixed crystal ratio represented by the general formula“ N ”are added, and p-type or n-type impurities are added. These semiconductors are also included in the category of “Group III nitride compound semiconductor” in this specification.
  Further, a part of the above group III elements (Al, Ga, In) is replaced with boron (B), thallium (Tl), or the like, or a part of nitrogen (N) is phosphorus (P), Semiconductors substituted with arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), and the like are also included in the category of “Group III nitride compound semiconductor” in this specification.
[0009]
  Moreover, as said p-type impurity, magnesium (Mg), calcium (Ca), etc. can be added, for example.
  As the n-type impurity, for example, silicon (Si), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), germanium (Ge), or the like can be added.
  Further, two or more elements of these impurities may be added simultaneously, or both types (p-type and n-type) may be added simultaneously.
[0010]
  FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in a semiconductor crystal manufacturing process for exemplifying the basic concept of the present invention. This reaction prevention layer is for preventing the reaction between Si and the gallium nitride semiconductor (semiconductor crystal A), and thus has a melting point higher than that of the gallium nitride semiconductor on the base substrate (Si substrate). Alternatively, even when a gallium nitride semiconductor (semiconductor crystal A) is grown at a high temperature for a long time by depositing a reaction prevention layer (crystalline material B) made of, for example, SiC or AlN having high heat resistance, The “reaction part” is not formed near the silicon interface.
[0011]
  Moreover, since a thin film is formed on the crystal growth surface side of silicon (Si substrate) by forming the cavity, stress acting on the reaction preventing layer is relieved, and these stresses form a crack in the reaction preventing layer. Therefore, it is difficult to cause cracks penetrating in the vertical direction in the reaction preventing layer. For this reason, since the base layer (Si substrate) and the gallium nitride based semiconductor (semiconductor crystal A) can be more reliably cut off by the reaction-preventing layer without cracks penetrating in the vertical direction, The occurrence of “reaction part” can be prevented more reliably.
[0012]
  In addition, since the “stress based on the difference in lattice constant between the base substrate and the semiconductor substrate” is relieved by the thin film portion or the cavity, when the semiconductor substrate (desired semiconductor crystal A) is grown, the growing semiconductor Unnecessary stress acting on the substrate is suppressed, and the generation density of dislocations and cracks is reduced.
  That is, the above stress relaxation action makes it difficult for dislocations to occur in the gallium nitride semiconductor (semiconductor crystal A), and the generation density of cracks can be significantly reduced.
[0013]
  Due to the above-described action and synergistic effect, it is possible or easy to obtain a high-quality semiconductor substrate (semiconductor crystal A) free from the above “reaction part” and cracks and having a sufficiently low dislocation density.
[0014]
  The second means is the same as the first means, wherein the semiconductor crystal A is composed of the composition formula “AlxGayIn(1-xy)N (0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1, x + y ≦ 1) ”is formed of a group III nitride compound semiconductor.
[0015]
  A third means is the same as the first or second means described above, wherein the crystalline material B forming the reaction preventing layer is made of silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), or spinel (MgAl2OFour).
[0016]
  The fourth means is that in the first or second means, the crystalline material B forming the reaction preventing layer is made of AlGaN, AlInN, or AlGaInN having an aluminum composition ratio of at least 0.30 or more. Is to configure.
  Furthermore, as the crystalline material B, it is desirable to select a stable material having a relatively strong bonding force and a high heat resistance (melting point).
[0017]
  The fifth means is that, in any one of the first to fourth means, the film thickness of the reaction preventing layer is 0.1 μm or more and 2 μm or less.
  If this thickness is too thin, the film thickness is uneven, or the crystalline material B for forming the reaction preventing layer is not a sufficiently stable substance, so that gallium (Ga) or gallium nitride ( GaN) and silicon (Si) cannot be completely blocked. Therefore, the effect of preventing the formation of “reaction part (polycrystalline GaN)” based on these reactions cannot be sufficiently obtained.
[0018]
  On the other hand, if the thickness of the reaction preventing layer is too large, the reaction preventing layer is likely to crack, and gallium (Ga) or gallium nitride (GaN) and silicon (Si) cannot be completely blocked. Therefore, the effect of preventing the formation of the “reaction part” based on these reactions cannot be sufficiently obtained.
  In addition, if the thickness of the reaction preventing layer is too thick, it is not desirable in terms of production cost and the like because an extra layer of the reaction preventing layer and a laminate material are required.
[0019]
  Further, the sixth means is the step of forming “Al” on the surface of the reaction preventing layer after the reaction preventing layer forming step of any one of the first to fifth means.xGa1-xN (0 <x ≦ 1) ”is a step for forming a buffer layer C.
[0020]
  However, the buffer layer C is a semiconductor layer such as AlN or AlGaN grown at about 1100 ° C. In addition to the buffer layer C, the buffer layer C further has substantially the same composition (example) : A layer of AlN or AlGaN (hereinafter sometimes simply referred to as “buffer layer”) in the target semiconductor substrate (semiconductor crystal A) periodically or alternately with other layers, or The layers may be laminated so as to form a multilayer structure.
[0021]
  Crystallinity can be improved by the same action principle as before, such as the relaxation of the stress acting on the semiconductor substrate (growth layer) caused by the difference in lattice constant by laminating these buffer layers (or intermediate layers). It becomes.
  Such actions and effects are particularly remarkable when the crystalline material B constituting the reaction preventing layer is silicon carbide (SiC) or the like. That is, in this case, it is more desirable to form the buffer layer C on the reaction preventing layer.
[0022]
  The seventh means is that the film thickness of the buffer layer C is 0.01 μm or more and 1 μm or less in the sixth means. More desirably, the thickness is 0.02 μm or more and 0.5 μm or less.
[0023]
  If the film thickness is too thick, cracks are likely to occur, and the manufacturing time and materials are increased in cost, which is undesirable. If the film thickness is too thin, it is difficult to form the buffer layer substantially uniformly. For this reason, film formation unevenness (part where the film is not sufficiently formed) of the buffer layer is likely to occur, and crystallinity is likely to be uneven, which is not desirable.
[0024]
  Further, an eighth means is that in any one of the first to seventh means, the difference between the thermal expansion coefficients of the semiconductor crystal A and the base substrate is obtained by cooling or heating the semiconductor crystal A and the base substrate. It is to provide a separation step of separating the semiconductor crystal A and the base substrate by generating a stress based on this and breaking the side wall of the cavity using this stress.
[0025]
  For example, if the semiconductor substrate (semiconductor crystal A) is made sufficiently thick, internal stress or external stress tends to concentrate on the side wall of the cavity. As a result, these stresses in particular act as shear stresses on the side wall of the cavity, and when this stress becomes large, the thin film portion peels off.
  Therefore, if this stress is used, the base substrate and the semiconductor substrate can be easily separated. In addition, the larger the “cavity” is, the more easily stress (shear stress) is concentrated on the side wall of the cavity.
  That is, according to the ninth means, since the stress can be easily generated, the semiconductor crystal A and the base substrate can be easily separated.
[0026]
  When the base substrate and the semiconductor substrate are separated (separated), a part of the base substrate (such as a thin film portion or a broken debris on the side wall of the cavity) may remain on the semiconductor substrate side. In other words, the above separation step does not assume (necessary conditions) the complete separation of each material such that some of these materials are eliminated.
  Such removal of fracture debris and the like can be carried out using known means such as lapping and etching as necessary.
[0027]
  The ninth means is to stack the semiconductor crystal A by 50 μm or more in the crystal growth step of any one of the first to eighth means.
  As this thickness increases, the tensile stress on the semiconductor substrate (semiconductor crystal A) is relaxed, the dislocation density and crack generation density of the semiconductor substrate can be reduced, and at the same time the semiconductor substrate can be strengthened. It becomes easy to concentrate on the side wall.
[0028]
  The thickness of the thin film portion is desirably 20 μm or less. As this thickness is reduced, the tensile stress on the semiconductor substrate (semiconductor crystal A) is relaxed, and the dislocation density and crack generation density of the semiconductor substrate are reduced. However, if the thickness of the thin film portion is less than 0.02 μm, a problem occurs in the strength of the thin film portion, and it becomes difficult to maintain high productivity. Therefore, in order to ensure the quality and productivity of the crystal growth substrate to be manufactured, the thickness of the thin film portion is preferably 0.02 μm or more and 20 μm or less.
[0029]
  In comparison, it is desirable that the thickness of the semiconductor crystal for crystal growth is approximately equal to or greater than the thickness of the thin film portion. With such a setting, the stress on the desired semiconductor crystal is easily relaxed, and the generation of dislocations and cracks can be significantly suppressed as compared with the conventional case. This stress relaxation effect increases as the target semiconductor crystal becomes relatively thick. The stress relaxation effect depends on the thickness of the thin film portion and the like, but when the thickness of the thin film portion is 20 μm or less, it is substantially saturated at about 50 to 200 μm.
[0030]
  Further, the tenth means is a physical or chemical etching treatment of a cavity opened upward in a silicon crystal constituting the base substrate in the thin film portion forming step of any one of the first to ninth means. And forming a cavity and a thin film portion by a migration action in the vicinity of the surface of the base substrate based on a heat treatment at 1000 ° C. to 1350 ° C.
[0031]
  The eleventh means includes an ion implantation step of implanting ions into a silicon crystal providing the thin film portion, and a thin film portion of the base substrate in the thin film portion forming step of any one of the first to ninth means. Separates the ion-implanted portion from the recess forming step in which the upper part of the silicon crystal constituting the other part is opened by physical or chemical etching, the bonding step of bonding the thin film portion to the recess by heat treatment And a peeling step of peeling the thin film portion as the boundary surface.
[0032]
  The “thin film portion forming step” of the present invention can be carried out sufficiently or easily by at least the tenth or eleventh means. However, the “thin film portion forming step” of the present invention is not limited to these means, and may be performed by any other appropriate method. Even in such a case, the action / effect of the present invention can be obtained to a certain level or more.
[0033]
  The twelfth means is that the height of the cavity formed in the thin film portion forming step of any one of the first to eleventh means is 0.1 μm or more and 10 μm or less. More preferably, the height of the cavity is about 0.5 to 5 μm.
  If this value is too large, the formation of holes, grooves, or pillars that support the cavity becomes unstable in strength, or processing becomes gradually difficult or inefficient, which is not desirable. In addition, the processing time becomes long and productivity is not improved.
  On the other hand, if this value is too small, the thin film portion is likely to be bonded to the bottom surface of the cavity, and the cavity cannot be reliably formed.
[0034]
  Also,In the group II nitride compound semiconductor device, the semiconductor substrate manufactured by any one of the first to twelfth means is provided as a crystal growth substrate.May be.
  to thisTherefore, it is possible or easy to manufacture a group III nitride compound semiconductor element from a semiconductor having good crystallinity and low internal stress.
[0035]
  Also,A group III nitride compound semiconductor device is manufactured by crystal growth using the semiconductor substrate manufactured by any one of the first to twelfth means as a crystal growth substrate.You may do it.  According to this, it is possible or easy to manufacture a group III nitride compound semiconductor element from a semiconductor having good crystallinity and low internal stress.
  By the above means of the present invention, the above-mentioned problem can be effectively or rationally solved.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  In carrying out the present invention, each manufacturing condition may be arbitrarily selected from the following. These manufacturing conditions may be arbitrarily combined.
  First, as a method of forming a group III nitride compound semiconductor layer, metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD or MOVPE) is preferable. However, molecular beam vapor phase epitaxy (MBE), halide vapor phase epitaxy (Halide VPE), liquid phase epitaxy (LPE), etc. may be used, and each layer may be formed by different growth methods. .
[0037]
  The buffer layer is preferably formed in the crystal growth substrate or the base substrate for the purpose of correcting the lattice mismatch.
  In particular, when a buffer layer (the above intermediate layer) is stacked in a semiconductor substrate (semiconductor crystal A), these buffer layers include a group III nitride compound semiconductor Al formed at a low temperature.xGayIn1-xyN (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), more preferably AlxGa1-xN (0 ≦ x ≦ 1) can be used. This buffer layer may be a single layer or multiple layers having different compositions. The buffer layer may be formed at a low temperature of 380 to 420 ° C., and conversely, may be formed by the MOCVD method in the range of 1000 to 1180 ° C. In addition, a buffer layer made of AlN can be formed by reactive sputtering using a DC magnetron sputtering apparatus using high-purity metallic aluminum and nitrogen gas as raw materials.
[0038]
  Similarly general formula AlxGayIn1-xyN (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1, composition ratio is arbitrary) buffer layers can be formed. Furthermore, vapor deposition, ion plating, laser ablation, and ECR can be used. The buffer layer by physical vapor deposition is preferably performed at 200 to 600 ° C. More preferably, it is 300-600 degreeC, More preferably, it is 350-450 degreeC. When these physical vapor deposition methods such as sputtering are used, the thickness of the buffer layer is preferably 100 to 3000 mm. More desirably, the thickness is 100 to 400 mm, and most desirably 100 to 300 mm.
[0039]
  For example, AlxGa1-xThere are methods such as alternately forming layers composed of N (0 ≦ x ≦ 1) and GaN layers, and alternately forming layers having the same composition at a forming temperature of, for example, 600 ° C. or lower and 1000 ° C. or higher. Of course, these may be combined, and the multilayer is composed of three or more group III nitride compound semiconductors Al.xGayIn1-xyN (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) may be stacked. In general, the buffer layer is amorphous, and the intermediate layer is single crystal. A plurality of periods may be formed with the buffer layer and the intermediate layer as one period, and the repetition may be any period. The more repeats, the better the crystallinity.
[0040]
  In the group III nitride compound semiconductor of the buffer layer and the upper layer, a part of the composition of the group III element may be replaced by boron (B) and thallium (Tl), and a part of the composition of nitrogen (N) may be phosphorous. The present invention can be substantially applied even if it is replaced with (P), arsenic (As), antimony (Sb), or bismuth (Bi). Moreover, what doped such an extent that these elements cannot be displayed on a composition may be used. For example, Al is a group III nitride compound semiconductor that does not contain indium (In) or arsenic (As) in the composition.xGa1-xDoping N (0 ≦ x ≦ 1) with aluminum (Al), indium (In) with a larger atomic radius than gallium (Ga), or arsenic (As) with a larger atomic radius than nitrogen (N) The crystal expansion may be improved by compensating the expansion strain of the crystal due to the loss of nitrogen atoms with the compressive strain.
[0041]
  In this case, since the acceptor impurity easily enters the position of the group III atom, a p-type crystal can be obtained as-grown. By improving the crystallinity in this manner, the threading dislocation can be further reduced to about 100 to 1/1000 in combination with the present invention. In the case of a base layer in which the buffer layer and the group III nitride compound semiconductor layer are formed in two cycles or more, if each group III nitride compound semiconductor layer is doped with an element having an atomic radius larger than the main constituent element, good. In the case of constituting a light emitting element, it is desirable to use a binary or ternary group III-nitride compound semiconductor.
[0042]
  When an n-type group III nitride compound semiconductor layer is formed, a group IV element such as Si, Ge, Se, Te, C, or a group VI element can be added as an n-type impurity. Further, as a p-type impurity, a group II element or group IV element such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, or Ba can be added. A plurality of these or n-type impurities and p-type impurities may be doped in the same layer.
[0043]
  It is also optional to reduce the dislocations in the group III nitride compound semiconductor layer using lateral epitaxial growth. At this time, any method using a mask or filling a step by etching can be used.
[0044]
  Etching masks include polycrystalline semiconductors such as polycrystalline silicon and polycrystalline nitride semiconductor, silicon oxide (SiOx), Silicon nitride (SiNx), Titanium oxide (TiOX), Zirconium oxide (ZrOX) And other oxides, nitrides, refractory metals such as titanium (Ti) and tungsten (W), and multilayer films of these. These film forming methods are arbitrary in addition to vapor phase growth methods such as vapor deposition, sputtering, and CVD.
[0045]
  In etching, reactive ion beam etching (RIBE) is desirable, but any etching method can be used. As an example of not forming a step having a side surface perpendicular to the substrate surface, for example, a step having no bottom at the bottom of the step and having a V-shaped cross section may be formed by anisotropic etching.
[0046]
  Semiconductor elements such as FETs and light emitting elements can be formed on the group III nitride compound semiconductor. In the case of a light emitting device, the light emitting layer may be a multi-quantum well structure (MQW), a single quantum well structure (SQW), a homo structure, a hetero structure, or a double hetero structure, but a pin junction or a pn junction, etc. You may form by.
[0047]
  Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(First embodiment)
  Hereinafter, the outline of the manufacturing procedure of the semiconductor crystal (crystal growth substrate) in the embodiment of the present invention will be exemplified.
[0048]
[1] Thin film part formation process
  In this manufacturing process, the silicon crystal constituting the base substrate is provided with a recess forming step in which a cavity opened upward is formed by a physical or chemical etching process, and then the base substrate based on a heat treatment at 1000 ° C. to 1200 ° C. A cavity and a thin film portion are formed by a migration action near the surface.
[0049]
(A) Concave formation on silicon substrate
  Using a plasma CVD apparatus on a Si (111) substrate, SiO2A film of about 1 μm is formed and SiO2A part of the film and the Si substrate are patterned and etched by photolithography and RIE, and a number of holes having a diameter of about 0.8 μm and a depth of about 3 μm are formed on the surface of the Si (111) substrate at a period of 1.2 μm (interval). Make it.
  Then, the above SiO2The membrane is removed with B-HF.
[0050]
(B) Migration
  Next, the Si substrate on which the recesses are formed is made H2By performing heat treatment at 1100 ° C. in an atmosphere, Si atoms migrate on the substrate surface, and a thin film portion (membrane) having a thickness of about 1 μm is formed above the recess. That is, by closing the upper portion of the concave portion with the thin film portion D1, a large number of cavities as illustrated in FIG. 1 are formed. Thereafter, the obtained substrate is wet oxidized at 1150 ° C. to make the surface SiO 2.2The film thickness of the remaining Si thin film portion is changed to about 0.1 μm.
[0051]
(C) Cleaning
  Then, the above SiO2The membrane is removed with buffered hydrofluoric acid.
  Through the above steps (a) to (c), a Si substrate D having a cavity and a thin film portion D1 as illustrated in FIG. 1 was manufactured.
[0052]
[2] Reaction prevention layer formation process
  This reaction preventing layer forming step is a manufacturing step of laminating a reaction preventing layer on the base substrate (Si substrate D) having the thin film portion D1.
  In this reaction prevention layer forming step, first, reaction prevention comprising aluminum nitride (AlN) at about 1100 ° C. is performed on the crystal growth surface (thin film portion D1) of the Si (111) substrate by vapor phase growth (MOVPE). Layer B is formed to a thickness of about 1 μm.
[0053]
[3] Crystal growth process
  Thereafter, in this crystal growth step, the growth step until the semiconductor crystal A (GaN) grows to a thick film of about 200 μm on the reaction prevention layer B is performed according to the metal organic compound vapor phase growth method (MOVPE method). carry out.
  In this crystal growth process, ammonia (NHThree) Gas, carrier gas (H2, N2), Trimethylgallium (Ga (CHThree)Three) Gas (hereinafter referred to as “TMG”), and trimethylaluminum (Al (CHThree)Three) Gas (hereinafter referred to as “TMA”) is used.
[0054]
  On the reaction prevention layer B, a GaN layer (semiconductor crystal A) was grown by about 200 μm according to the MOVPE method. The crystal growth rate of the GaN layer in this MOVPE method is about 30 μm / Hr.
[0055]
[4] Separation process
(A) After the above crystal growth step, ammonia (NHThreeThe wafer having the base substrate (Si substrate) is cooled to approximately room temperature while the gas is allowed to flow into the reaction chamber of the crystal growth apparatus. The cooling rate at this time may be about “−50 ° C./min to −5 ° C./min”.
[0056]
(B) Then, when these were taken out from the reaction chamber of the crystal growth apparatus, the GaN crystal (semiconductor crystal A) exfoliated from the base substrate (Si substrate) was obtained. However, this crystal is such that the thin film portion D1 and the broken debris on the side wall of the cavity remain on the back surface of the GaN layer (semiconductor substrate).
[0057]
[5] Debris removal process
  After the separation step, the thin film portion D1 made of Si remaining on the back surface of the GaN crystal and the broken debris on the side wall of the cavity are removed by lapping.
  However, this debris removal step may be performed by an etching process using a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid. Further, the layers up to the reaction preventing layer B may be removed.
[0058]
  By the above manufacturing method, it is possible to obtain a high-quality GaN crystal (GaN layer) having a film thickness of about 200 μm, that is, a desired semiconductor substrate (semiconductor crystal A) independent from the base substrate.
  That is, by the above semiconductor crystal manufacturing method, it is possible to obtain a GaN polycrystal (reaction part) and a crack-free gallium nitride (GaN) single crystal, which are superior in crystallinity compared to the prior art.
[0059]
  Therefore, if such a high-quality single crystal is used as a part of a semiconductor light-emitting element such as a crystal growth substrate, a high-quality semiconductor light-emitting element with high light emission efficiency or a reduced driving voltage than before. It is possible or easy to manufacture semiconductor products such as semiconductor light receiving elements.
  Further, by using such a high-quality single crystal, it is possible or easy to manufacture not only an optical element but also a so-called semiconductor electronic element such as a semiconductor power element having a high withstand voltage and a semiconductor high-frequency element that operates up to a high frequency. be able to.
[0060]
  A buffer layer forming step for crystal growth at a high temperature of about 1000 ° C. to 1180 ° C. may be provided between the reaction preventing layer forming step and the crystal growth step for the purpose of correcting lattice constant mismatch.
[0061]
  In the above embodiment, as illustrated in FIG. 1, the thin film portion of the base substrate is formed by providing a large number of cavities in the vicinity of the crystal growth surface of the base substrate. You may form from. Therefore, for example, the hollow of the present invention may be formed by forming a single tubular tunnel-type cavity in an elongated and spiral shape. FIG. 1 described above can also be interpreted as a cross-sectional view of a base substrate having such a cavity.
  That is, the form, size, spacing, arrangement, orientation, etc. of the cavity are generally arbitrary for the formation form of the cavity for the purpose of forming the thin film portion of the base substrate.
[0062]
(Second embodiment)
  In the second embodiment, the thin film portion forming step of the first embodiment is replaced with the following “thin film portion forming step”, and the other steps do not need to be changed particularly.
  Hereinafter, in the present embodiment, only the “thin film portion forming step” which is different from the first embodiment will be described.
[0063]
[1] Thin film part formation process
  This manufacturing process consists of an ion implantation process for implanting ions into a silicon crystal that provides a thin film portion, and a physical or chemical etching process for the open cavity in the silicon crystal that constitutes the portion other than the thin film portion of the underlying substrate. The cavity and the thin film portion are formed by a concave portion forming step provided by the above, a bonding step in which the thin film portion is bonded to the concave portion by heat treatment, and a peeling step in which the thin film portion is peeled off using the ion implantation portion as the separation boundary surface.
[0064]
(A) Ion implantation process
  The silicon crystal (Si (111) substrate) that provides the thin film portion D1 is irradiated with hydrogen ions with an incident energy of 4 keV and a dose of 2 × 10.16~ 1x1017〔cm-2] To inject.
  FIG. 2 is a graph illustrating the number of ions implanted (density) with respect to the depth at which ions are implanted in the second embodiment. As can be seen from this figure, an ion implantation layer having a locally high ion density is formed in the vicinity of the ion implantation surface of the silicon crystal.
[0065]
(B) Concave forming step
  On the other hand, using another plasma (CVD) apparatus on another Si (111) substrate (corresponding to symbol D in FIG. 1), SiO2A film of about 1 μm is formed and SiO2A part of the film and the Si substrate are patterned and etched by photolithography and RIE, and a large number of pillars having a diameter of about 0.6 μm and a height of about 3 μm are formed on the surface of the Si substrate at a period (interval) of about 2 μm.
[0066]
(C) Joining process
  Next, the ion-implanted surface of the silicon crystal that provides the thin film portion D1 is bonded perpendicularly to many columns on the surface of the Si substrate.
[0067]
(D) Peeling process
  By performing heat treatment at 500 ° C., the silicon crystal providing the thin film portion D1 is separated at the ion implantation portion, and a cavity closed by the thin film portion D1 is formed above.
[0068]
  Through the above steps (a) to (d), a Si substrate D having a cavity and a thin film portion D1 as illustrated in FIG. 1 was manufactured.
[0069]
  Hereinafter, examples of the deformable range of the second embodiment will be described.
  For example, hydrogen ion (H+) Instead of (He+) Can be used to obtain substantially the same operations and effects as in the second embodiment.
[0070]
  The dose amount of hydrogen ions depends on the material of the base substrate and the like, but is approximately 1 × 10.15〔/cm2] ~ 1 × 1020〔/cm2In this condition, substantially the same actions and effects as described above can be obtained. More preferably, the dose amount of hydrogen ions is 3 × 10.15~ 1x1017〔/cm2The degree is good, more preferably 8 × 1015~ 2x1016〔/cm2] The degree is good.
[0071]
  If this value is too small, it is difficult to reliably separate the thin film portion D1 from the silicon crystal that provides the thin film portion D1. If this value is too large, damage to the thin film portion D1 will increase, and it will be difficult to separate the thin film portion D1 from the base substrate into a cleanly connected shape with a substantially uniform thickness.
[0072]
  It is also possible to control the thickness of the thin film portion separated from the base substrate by changing the incident energy. FIG. 3 illustrates the measurement result of the depth at which ions are implanted relative to the ion implantation energy (depth h of maximum density). For example, the depth at which ions are implanted (maximum density depth h) is substantially proportional to the ion implantation energy, and thus the thickness of the thin film portion can be adjusted by adjusting the incident energy (acceleration voltage). Can be controlled appropriately.
[0073]
  In addition, by performing heat treatment after ion implantation, a partial fracture portion (void) in the ion implantation layer is formed in advance, and at the same time, the crystallinity of the ion implantation portion of the base substrate damaged by ion irradiation can be recovered. it can.
  Further, the crystallinity of the semiconductor grown thereon can be improved by the heat treatment on the thin film portion D1 during the cavity formation.
[0074]
  Further, the thickness of the thin film portion D1 is desirably 20 μm or less. The thinner the thickness is, the more the tensile stress on the target semiconductor crystal is relaxed and the density of dislocations and cracks is reduced. Therefore, more desirably, the thickness of the thin film portion is 2 μm or less, and more desirably 200 nm or less. In order to realize these values, the ion implantation energy (acceleration voltage) may be adjusted so that the peak of the number of implanted ions has such a depth according to FIG.
  However, if the ion implantation layer becomes thick, it becomes difficult to control the thickness of the thin film portion, so attention should be paid to the thickness of the ion implantation layer.
[0075]
  Although the thickness of the ion implantation layer cannot be strictly defined, for example, the half width with respect to the peak value of the number of implanted ions in FIG. The thickness of the thin film portion becomes easier to control as the thickness of the ion implantation layer is reduced.
  Therefore, means for maintaining the ion implantation energy (acceleration voltage) at a constant value as much as possible is effective in accurately controlling the thickness of the thin film portion.
[0076]
  In each of the first and subsequent examples, the crystalline material B for forming the reaction preventing layer is Al.xGa1-xN (0 <x <1) or the like may be used. Even with these crystalline materials B, substantially the same operations and effects as in the above-described embodiment can be obtained. More generally, as the crystalline material B for forming the reaction preventing layer, silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), spinel (MgAl2OFourAlternatively, AlGaN, AlInN, or AlGaInN having an aluminum composition ratio of at least 0.30 or more can be used.
[0077]
  Further, the semiconductor crystal A forming the target semiconductor substrate is not limited to gallium nitride (GaN), and the above-mentioned general “Group III nitride compound semiconductor” can be arbitrarily selected.
  The target semiconductor substrate (semiconductor crystal A) may have a multilayer structure.
[0078]
  That is, the present invention has no particular limitation on the type (material) of the base substrate or the target semiconductor crystal, and includes any combination of the materials of the base substrate and the semiconductor crystal as described above. It can be applied to epitaxial growth.
[0079]
  In the above embodiment, the metal organic compound vapor phase growth method (MOVPE method) is used. However, the crystal growth of the present invention can also be performed by a halide vapor phase growth method (HVPE method) or the like.
[0080]
  Further, in the above embodiment, the method of using the semiconductor crystal A as the crystal growth substrate of the semiconductor element after separating the base substrate and removing the debris was exemplified. It may be performed after the semiconductor layers of the semiconductor element itself are stacked, or may be used as a semiconductor element without performing a separation step or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in a semiconductor crystal manufacturing process for exemplifying the basic concept of the present invention.
FIG. 2 is a graph illustrating the number (density) of implanted ions with respect to the depth at which ions are implanted.
FIG. 3 is a graph illustrating an ion implantation depth (maximum density depth h) with respect to ion implantation energy;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor crystal grown on a Si substrate (underlying substrate).
[Explanation of symbols]
    A ... Semiconductor crystal (target semiconductor substrate)
    B ... Reaction prevention layer (crystalline material)
    D ... Silicon substrate (underlying substrate)
    D1 ... Thin film portion of silicon substrate D

Claims (12)

シリコン(Si)より形成された下地基板上に III族窒化物系化合物半導体から成る半導体結晶Aを成長させることにより、半導体基板を得る方法であって、
前記下地基板の結晶成長面の直下に空洞を設けることにより、前記下地基板の前記結晶成長面をシリコン(Si)より成る薄膜部で構成する薄膜部形成工程と、
前記薄膜部上に前記半導体結晶Aよりも融点又は耐熱性が高い晶質材料Bより成る反応防止層を積層する反応防止層形成工程と、
前記反応防止層の上に前記半導体結晶Aを成長させる結晶成長工程と
を有する
ことを特徴とする半導体基板の製造方法。
A method of obtaining a semiconductor substrate by growing a semiconductor crystal A made of a group III nitride compound semiconductor on a base substrate formed of silicon (Si),
A thin film portion forming step of forming a cavity directly below the crystal growth surface of the base substrate to form the crystal growth surface of the base substrate with a thin film portion made of silicon (Si);
A reaction preventing layer forming step of laminating a reaction preventing layer made of a crystalline material B having a melting point or heat resistance higher than that of the semiconductor crystal A on the thin film portion;
And a crystal growth step for growing the semiconductor crystal A on the reaction preventing layer.
前記半導体結晶Aは、
組成式が「Alx Gay In(1-x-y) N(0≦x<1,0<y≦1,x+y≦1)」を満たす III族窒化物系化合物半導体から成る
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の製造方法。
The semiconductor crystal A is
3. A group III nitride compound semiconductor satisfying the composition formula “Al x Ga y In (1-xy) N (0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1, x + y ≦ 1)” Item 12. A method for manufacturing a semiconductor substrate according to Item 1.
前記反応防止層を形成する前記晶質材料Bは、
炭化シリコン(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、又はスピネル(MgAl2 4 )より成る
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体基板の製造方法。
The crystalline material B forming the reaction preventing layer is:
3. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made of silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), or spinel (MgAl 2 O 4 ).
前記反応防止層を形成する前記晶質材料Bは、
アルミニウム組成比が少なくとも0.30以上のAlGaN、AlInN、或いはAlGaInNより成る
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体基板の製造方法。
The crystalline material B forming the reaction preventing layer is:
3. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor composition is made of AlGaN, AlInN, or AlGaInN having an aluminum composition ratio of at least 0.30 or more.
前記反応防止層の膜厚を
0.1μm以上、2μm以下に形成する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
The film thickness of the reaction preventing layer
5. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is formed to have a thickness of 0.1 μm or more and 2 μm or less.
前記反応防止層形成工程後、
前記反応防止層の表面に「Alx Ga1-x N(0<x≦1)」より成るバッファ層Cを形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
After the reaction preventing layer forming step,
6. The method according to claim 1, further comprising: forming a buffer layer C made of “Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1)” on the surface of the reaction preventing layer. The manufacturing method of the semiconductor substrate as described in a term.
前記バッファ層Cの膜厚を
0.01μm以上、1μm以下に形成する
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体基板の製造方法。
The film thickness of the buffer layer C is
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the semiconductor substrate is formed to have a thickness of 0.01 μm or more and 1 μm or less.
前記半導体結晶Aと前記下地基板とを冷却または加熱することにより、前記半導体結晶Aと前記下地基板との熱膨張係数差に基づく応力を発生させ、この応力を利用して前記空洞の側壁を破断することにより、前記半導体結晶Aと前記下地基板とを分離する分離工程を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
By cooling or heating the semiconductor crystal A and the base substrate, a stress based on a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor crystal A and the base substrate is generated, and the side wall of the cavity is broken using this stress. 8. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a separation step of separating the semiconductor crystal A and the base substrate.
前記結晶成長工程において、
前記半導体結晶Aを50μm以上積層する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
In the crystal growth step,
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor crystal A is stacked by 50 μm or more.
前記薄膜部形成工程は、
前記下地基板を構成するシリコン結晶に、上方が開いた前記空洞を物理的又は化学的エッチング処理により設ける凹部形成工程を有し、
1000℃〜1350℃の熱処理に基づく前記下地基板の表面付近のマイグレーション作用により、前記空洞及び前記薄膜部を形成する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
The thin film portion forming step includes
A step of forming a recess in the silicon crystal constituting the base substrate by providing the cavity opened upward by physical or chemical etching;
10. The semiconductor according to claim 1, wherein the cavity and the thin film portion are formed by a migration action near the surface of the base substrate based on a heat treatment at 1000 ° C. to 1350 ° C. 10. A method for manufacturing a substrate.
前記薄膜部形成工程は、
前記薄膜部を提供するシリコン結晶にイオンを注入するイオン注入工程と、
前記下地基板の前記薄膜部以外の部分を構成するシリコン結晶に、上方が開いた前記空洞を物理的又は化学的エッチング処理により設ける凹部形成工程と、
熱処理により、前記薄膜部を前記凹部に接合する接合工程と、
前記イオンの注入部を分離境界面として前記薄膜部を剥離する剥離工程と
を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
The thin film portion forming step includes
An ion implantation step of implanting ions into the silicon crystal providing the thin film portion;
A recess forming step of providing the cavity opened upward in a silicon crystal constituting a portion other than the thin film portion of the base substrate by a physical or chemical etching process,
A bonding step of bonding the thin film portion to the recess by heat treatment;
10. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a peeling step of peeling the thin film portion using the ion implanted portion as a separation boundary surface. 11.
前記薄膜部形成工程において形成される前記空洞の高さを
0.1μm以上、10μm以下とした
ことを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
The height of the cavity formed in the thin film portion forming step
12. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has a thickness of 0.1 μm or more and 10 μm or less.
JP2001099211A 2001-03-30 2001-03-30 Manufacturing method of semiconductor substrate Expired - Fee Related JP4749584B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001099211A JP4749584B2 (en) 2001-03-30 2001-03-30 Manufacturing method of semiconductor substrate
US10/473,074 US7011707B2 (en) 2001-03-30 2002-03-27 Production method for semiconductor substrate and semiconductor element
EP02707196A EP1396878A4 (en) 2001-03-30 2002-03-27 Production method for semiconductor substrate and semiconductor element
PCT/JP2002/003026 WO2002082517A1 (en) 2001-03-30 2002-03-27 Production method for semiconductor substrate and semiconductor element
TW91106340A TW586136B (en) 2001-03-30 2002-03-29 Manufacturing method for semiconductor substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001099211A JP4749584B2 (en) 2001-03-30 2001-03-30 Manufacturing method of semiconductor substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002299254A JP2002299254A (en) 2002-10-11
JP4749584B2 true JP4749584B2 (en) 2011-08-17

Family

ID=18952783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001099211A Expired - Fee Related JP4749584B2 (en) 2001-03-30 2001-03-30 Manufacturing method of semiconductor substrate

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4749584B2 (en)
TW (1) TW586136B (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4201541B2 (en) 2002-07-19 2008-12-24 豊田合成株式会社 Semiconductor crystal manufacturing method and group III nitride compound semiconductor light emitting device manufacturing method
JP4913375B2 (en) 2005-08-08 2012-04-11 昭和電工株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
US8946863B2 (en) 2009-08-04 2015-02-03 Dowa Electronics Materials Co., Ltd. Epitaxial substrate for electronic device comprising a high resistance single crystal substrate on a low resistance single crystal substrate, and method of manufacturing
JP6450086B2 (en) * 2014-04-15 2019-01-09 エア・ウォーター株式会社 Method for manufacturing compound semiconductor substrate
TWI566430B (en) 2015-05-06 2017-01-11 嘉晶電子股份有限公司 Nitride semiconductor structure
JP7186872B2 (en) * 2019-05-23 2022-12-09 三菱電機株式会社 Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device manufacturing method
CN111915545B (en) * 2020-08-06 2022-07-05 中北大学 Self-supervision learning fusion method of multiband images

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2681472B1 (en) * 1991-09-18 1993-10-29 Commissariat Energie Atomique PROCESS FOR PRODUCING THIN FILMS OF SEMICONDUCTOR MATERIAL.
JPH09249499A (en) * 1996-03-15 1997-09-22 Matsushita Electron Corp Epitaxial growth for group iii nitride semiconductor
FR2748851B1 (en) * 1996-05-15 1998-08-07 Commissariat Energie Atomique PROCESS FOR PRODUCING A THIN FILM OF SEMICONDUCTOR MATERIAL
US6503321B2 (en) * 1998-02-17 2003-01-07 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Slicing of single-crystal films using ion implantation
JP2000164510A (en) * 1998-11-26 2000-06-16 Sony Corp Iii-v nitride compound semiconductor substrate and manufacture of the same, and semiconductor device and manufacture of the same
US6211095B1 (en) * 1998-12-23 2001-04-03 Agilent Technologies, Inc. Method for relieving lattice mismatch stress in semiconductor devices
JP2000228539A (en) * 1999-02-08 2000-08-15 Sharp Corp Manufacture of nitrogen compound semiconductor
JP2000277441A (en) * 1999-03-26 2000-10-06 Nagoya Kogyo Univ Semiconductor structure, semiconductor element comprising the same and crystal growth method
JP4231189B2 (en) * 1999-04-14 2009-02-25 パナソニック株式会社 Method for producing group III nitride compound semiconductor substrate

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002299254A (en) 2002-10-11
TW586136B (en) 2004-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4084544B2 (en) Semiconductor substrate and semiconductor device manufacturing method
EP1367150B1 (en) Production method for semiconductor crystal and semiconductor luminous element
US6964705B2 (en) Method for producing semiconductor crystal
CN100414005C (en) Production method for semiconductor crystal and semiconductor luminous element
US7811902B2 (en) Method for manufacturing nitride based single crystal substrate and method for manufacturing nitride based light emitting diode using the same
JP4127463B2 (en) Method for crystal growth of group III nitride compound semiconductor and method for manufacturing group III nitride compound semiconductor light emitting device
US7011707B2 (en) Production method for semiconductor substrate and semiconductor element
JP2001122693A (en) Ground substrate for crystal growth and method of producing substrate using the same
JP4749583B2 (en) Manufacturing method of semiconductor substrate
TW544930B (en) Method for producing semiconductor crystal
JP2003163370A (en) Method of manufacturing semiconductor crystal
JP2002299253A5 (en)
JP4115187B2 (en) Semiconductor crystal manufacturing method and group III nitride compound semiconductor light emitting device
JP2002249400A (en) Method for manufacturing compound semiconductor single crystal and utilization thereof
JP4035971B2 (en) Manufacturing method of semiconductor crystal
JP4749584B2 (en) Manufacturing method of semiconductor substrate
JP2006120841A (en) Method of manufacturing semiconductor
JP5056272B2 (en) Gallium nitride based semiconductor surface light emitting device and method for fabricating gallium nitride based semiconductor surface light emitting device
EP4053881A1 (en) Semiconductor element and method for producing semiconductor element
JP2004091278A (en) Method of manufacturing semiconductor crystal
JP4126452B2 (en) Manufacturing method of semiconductor substrate
JP2004296703A (en) Process for fabricating nitride semiconductor element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101124

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110117

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110517

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110518

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4749584

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140527

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140527

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees