JP5343984B2 - 化合物半導体基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態にかかるSiC半導体基板を用いて縦型パワーMOSFETを形成したSiC半導体装置の断面図である。
まず、高品位かつ表面が平坦で、一面側の面方位が(0001)Si面で他面側の面方位が(000−1)C面とされた4H−SiCからなる単結晶の二枚のn+型SiC基板11、12を用意する。具体的には、図3(a)に示す4H−SiCの結晶構造を表した模式図のように、4H−SiCは、六方晶構造とされており、SiとCとが交互に結合されて六角形状をなしている。このため、4H−SiCでは、2つの極性面を有しており、一方がC原子が主に基板表面から露出させられる(000−1)C面、他方がSi原子が主に基板表面から露出させられる(0001)Si面となる。
次に、例えばカーボン製の型を構成する中空円柱状のダイ14と、ダイ14の中空部と同径とされた円柱状のパンチ15を用意する。そして、ダイ14の中空部内にダメージ層13を形成しておいたn+型SiC基板11ともう一枚のn+型SiC基板12を配置する。この後、パンチ15をn+型SiC基板11、12の両側に配置したのち、100kgf/cm2の圧力で加圧することで、n+型SiC基板11、12の(0001)Si面同士が貼り合わされる。この加圧の際に、n+型SiC基板11、12の加熱も同時に行うようにすれば、より強固にn+型SiC基板11、12の貼り合せが行え、後工程で行われる素子形成のための各種工程の際に、貼り合せ面で剥離することをより確実に防ぐことが可能となる。ただし、本実施形態のように、貼り合せ面側を平坦化していれば、加熱を行わなくても貼り合せが可能であるため、加熱工程を省略できるし、加熱工程を行ったときにダメージ層13で再結合することを防止でき、次の分離工程で確実にダメージ層13にてn+型SiC基板11の剥離が行えるようにできる。
ダイ14およびパンチ15にて構成された型から貼り合せ後のn+型SiC基板11、12を取り外す。そして、n+型SiC基板11の一部を分離する分離工程を行う。例えば、取り外したn+型SiC基板11、12を加熱炉に設置し、加熱炉にて900℃、30分間の熱処理を行うと、水素イオンが注入されることで結晶欠陥が析出したダメージ層13においてn+型SiC基板11が剥離する。これにより、n+型SiC基板11、12の厚みが所望の厚さとなり、両面が(000−1)C面とされたn+型SiC基板1が完成する。
このようにして完成したn+型SiC基板1の一方の表面の上に、低不純物濃度のSiCをエピタキシャル成長して半導体素子の活性領域となるn-型ドリフト層2を形成する。このとき、単結晶のn+型SiC基板1の表面にn-型ドリフト層2を形成しているため、n-型ドリフト層2の結晶性はn+型SiC基板1の結晶性が引き継がれ、n-型ドリフト層2の表面も(000−1)C面となる。
本発明の第2実施形態について説明する。図4は、本発明の第2実施形態にかかるGaN半導体基板を用いて縦型ショットキーバリアダイオードを形成したGaN半導体装置の断面図である。
まず、高品位かつ表面が平坦で、一面側の面方位が(0001)Ga面で他面側の面方位が(000−1)N面とされた単結晶の二枚のn+型GaN基板31、32を用意する。単結晶のGaNでは、2つの極性面を有しており、一方がGa原子が主に基板表面から露出させられる(0001)Ga面、他方がN原子が主に基板表面から露出させられる(000−1)N面となる。
次に、第1実施形態と同様のダイ14およびパンチ15を有する型を用いて、n+型GaN基板31、32を(000−1)N面同士を向かい合わせた状態で型内に配置する。この後、パンチ15をn+型GaN基板31、32の両側に配置したのち、1000℃の温度下において、100kgf/cm2の圧力で加圧することで、n+型GaN基板31、32の(000−1)N面同士が貼り合わされる。
ダイ14およびパンチ15にて構成された型から貼り合せ後のn+型GaN基板31、32を取り外す。そして、n+型GaN基板31、32のうちのいずれか一方の基板を10μm程度の厚さまで研磨することで、n+型GaN基板31、32を合わせた厚みが所望の厚さとなり、両面が(0001)Ga面とされたn+型GaN基板21が完成する。
このようにして完成したn+型GaN基板21の一方の表面の上に、低不純物濃度のGaNをエピタキシャル成長してn-型エピタキシャル層22を形成する。このとき、(0001)Ga面とされたn+型GaN基板21の表面にn-型エピタキシャル層22を形成しているため、良質な結晶品質でn-型エピタキシャル層22を形成できる。
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してn+型SiC基板1の構成および製造方法を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記第1、第3実施形態では、4H−SiCで構成されたn+型SiC基板11、12を用いる場合について説明したが、4H−SiCに限るものではなく、他の結晶構造のSiCを用いても良い。また、n+型SiC基板11が4H−SiC、n+型SiC基板12が6H−SiCのように結晶構造が異なるようにしても良い。
2 n-型ドリフト層
3 p型ベース領域
4 n+型ソース領域
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
9 ソース電極
10 ドレイン電極
11、12 n+型SiC基板(第1、第2基板)
13 ダメージ層
21 n+型GaN基板
22 n-型エピタキシャル層
23 ショットキー電極
24 裏面電極
31、32 n+型GaN基板(第1、第2基板)
Claims (9)
- 一方の面が(000−1)C面でその反対の面が(0001)Si面からなる単結晶の炭化珪素基板にて構成される第1、第2基板(11、12)を有し、
前記第1基板(11)の(0001)Si面と前記第2基板(12)の(0001)Si面同士が向かい合わされた状態で前記第1、第2基板(11、12)が直接貼り合わされることで、露出している両面が(000−1)C面で構成されていることを特徴とする化合物半導体基板。 - 一方の面が(0001)Ga面でその反対の面が(000−1)N面からなる単結晶の窒化ガリウム基板にて構成される第1、第2基板(31、32)を有し、
前記第1基板(31)の(000−1)N面と前記第2基板(32)の(000−1)N面同士が向かい合わされた状態で前記第1、第2基板(31、32)が直接貼り合わされることで、露出している両面が(0001)Ga面で構成されていることを特徴とする化合物半導体基板。 - 一方の面が(000−1)C面でその反対の面が(0001)Si面からなる単結晶の炭化珪素基板にて構成される第1、第2基板(11、12)を有し、
前記第1基板(11)の(0001)Si面と前記第2基板(12)の(0001)Si面同士が向かい合わされた状態で前記第1、第2基板(11、12)が導電性接着剤(16)を介して貼り合わされることで、露出している両面が(000−1)C面で構成されていることを特徴とする化合物半導体基板。 - 一方の面が(0001)Ga面でその反対の面が(000−1)N面からなる単結晶の窒化ガリウム基板にて構成される第1、第2基板(31、32)を有し、
前記第1基板(31)の(000−1)N面と前記第2基板(32)の(000−1)N面同士が向かい合わされた状態で前記第1、第2基板(31、32)が導電性接着剤(16)を介して貼り合わされることで、露出している両面が(0001)Ga面で構成されていることを特徴とする化合物半導体基板。 - 一方の面が(000−1)C面でその反対の面が(0001)Si面からなる単結晶の炭化珪素基板にて構成される第1、第2基板(11、12)を用意する工程と、
前記第1基板(11)の(0001)Si面と前記第2基板(12)の(0001)Si面同士を向かい合わせた状態で前記第1、第2基板(11、12)を直接貼り合わせる工程と、
前記第1基板(11)を所定厚さ分除去し、該第1基板(11)の薄膜と前記第2基板(12)とにより、露出している両面が(000−1)C面で構成される化合物半導体基板を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。 - 一方の面が(0001)Ga面でその反対の面が(000−1)N面からなる単結晶の窒化ガリウム基板にて構成される第1、第2基板(31、32)を用意する工程と、
前記第1基板(31)の(000−1)N面と前記第2基板(32)の(000−1)N面同士を向かい合わせた状態で前記第1、第2基板(31、32)を直接貼り合わせる工程と、
前記第1基板(31)を所定厚さ分除去し、該第1基板(31)の薄膜と前記第2基板(32)とにより、露出している両面が(0001)Ga面で構成される化合物半導体基板を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。 - 前記第1基板(11、31)と前記第2基板(12、32)のうち向かい合わされて貼り合わされる側の面を平坦化したのち、前記第1、第2基板(11、12、31、32)を直接貼り合わせる工程を行うことを特徴とする請求項5または6に記載の化合物半導体基板の製造方法。
- 前記第1、第2基板(11、12、31、32)を直接貼り合わせる工程では、加熱しながら同時に前記第1、第2基板(11、12、31、32)の両側から加圧することで、前記第1、第2基板(11、12、31、32)を貼り合わせることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載の化合物半導体基板の製造方法。
- 前記第1基板(11、31)のうち前記第2基板(12、32)と貼り合わされる側の面側から所定深さの位置において濃度が最大となるように水素もしくは希ガスイオンを注入してダメージ層(13)を形成する工程を有し、
前記化合物半導体基板を形成する工程では、前記第1基板(11、31)を所定厚さ分除去する際に、前記ダメージ像(13)において、前記第1基板(11、31)を剥離させることを特徴とする請求項5ないし8のいずれか1つに記載の化合物半導体基板の製造方法。
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