JP5692279B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体デバイスおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

3.4eVのエネルギーバンドギャップおよび高い熱伝導率を有する窒化ガリウム(GaN)基板などの窒化物基板は、短波長の光デバイスやパワー電子デバイスなどの半導体デバイス用の材料として注目されている。このような窒化物基板は高価である。そこで、特開2006−210660号公報(特許文献1)には、低転位密度の窒化物半導体薄膜をシリコン(Si)基板、あるいは任意の材質からなる基板上に形成するための半導体基板の製造方法が開示されている。   Nitride substrates such as a gallium nitride (GaN) substrate having an energy band gap of 3.4 eV and high thermal conductivity are attracting attention as materials for semiconductor devices such as short-wavelength optical devices and power electronic devices. Such a nitride substrate is expensive. Japanese Patent Laid-Open No. 2006-210660 (Patent Document 1) discloses a method for manufacturing a semiconductor substrate for forming a nitride semiconductor thin film having a low dislocation density on a silicon (Si) substrate or a substrate made of an arbitrary material. Is disclosed.

上記特許文献1の半導体基板の製造方法は以下の工程を備えていることが記載されている。まず、第1の窒化物半導体基板の表面近傍にイオンを注入する。その後、その第1の窒化物半導体基板の表面側を第2の基板に重ね合わせる。その後、重ね合わせた上記2枚の基板を熱処理する。次に、イオン注入された層を境として上記第1の窒化物半導体基板の大部分を上記第2の基板から引き剥がす。   It is described that the manufacturing method of the semiconductor substrate of the said patent document 1 is equipped with the following processes. First, ions are implanted near the surface of the first nitride semiconductor substrate. Thereafter, the surface side of the first nitride semiconductor substrate is overlaid on the second substrate. Thereafter, the two stacked substrates are heat-treated. Next, most of the first nitride semiconductor substrate is peeled off from the second substrate with the ion-implanted layer as a boundary.

特開2006−210660号公報JP 2006-210660 A

しかしながら、本発明者は、上記特許文献1に開示の半導体基板の製造方法により製造される半導体基板の第1の窒化物基板上にエピタキシャル層を形成すると、エピタキシャル層にクラックが発生しやすい、またはエピタキシャル層が半導体基板から剥がれやすいという問題があることを見い出した。   However, when the present inventor forms an epitaxial layer on the first nitride substrate of the semiconductor substrate manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate disclosed in Patent Document 1, cracks are likely to occur in the epitaxial layer, or It has been found that there is a problem that the epitaxial layer is easily peeled off from the semiconductor substrate.

そこで、本発明の目的は、窒化物層上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が半導体基板から剥がれることを抑制できる半導体基板および半導体基板の製造方法を用いることにより、品質を向上した半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate and a method of manufacturing a semiconductor substrate that can suppress the occurrence of cracks when an epitaxial layer is formed on a nitride layer, and can suppress the peeling of the epitaxial layer from the semiconductor substrate. It is to provide a semiconductor device having improved quality and a method for manufacturing the semiconductor device by using the semiconductor device.

本発明者は、窒化物層の主面上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生しやすいという問題、およびエピタキシャル層が半導体基板から剥がれやすいという問題の要因について鋭意研究した。その結果、以下の要因を見い出した。第1の窒化物基板(窒化物層)の主面上にエピタキシャル層を形成すると、窒化物層およびエピタキシャル層の積層と、第2の基板(異種基板)との熱膨張率の差からエピタキシャル層に応力が加えられる。引張応力が加えられるとエピタキシャル層にクラックが発生し、圧縮応力が加えられるとエピタキシャル層が半導体基板から剥がれる。そこで、本発明者は、このような要因を取り除くことに着目して、本発明の完成に至った。   The present inventors diligently studied the problem that the crack is likely to occur when the epitaxial layer is formed on the main surface of the nitride layer and the cause of the problem that the epitaxial layer is easily peeled off from the semiconductor substrate. As a result, the following factors were found. When an epitaxial layer is formed on the main surface of the first nitride substrate (nitride layer), the epitaxial layer is determined from the difference in thermal expansion coefficient between the nitride layer and the epitaxial layer and the second substrate (different substrate). Is stressed. When tensile stress is applied, a crack is generated in the epitaxial layer, and when compressive stress is applied, the epitaxial layer is peeled off from the semiconductor substrate. Therefore, the inventor of the present invention has completed the present invention by paying attention to removing such factors.

すなわち、本発明の半導体デバイスは、異種基板と異種基板上に形成された窒化物層とを備え、窒化物層は応力緩和領域を有する半導体基板と、半導体基板の窒化物層の主面上に形成されたエピタキシャル層と、エピタキシャル層に形成されたショットキー電極とを備える。   That is, the semiconductor device of the present invention includes a heterogeneous substrate and a nitride layer formed on the heterogeneous substrate, and the nitride layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate having a stress relaxation region and the nitride layer of the semiconductor substrate. An epitaxial layer formed and a Schottky electrode formed on the epitaxial layer are provided.

本発明の半導体デバイスの製造方法は、以下の工程を備えている。主面と、主面と反対側の裏面とを有する窒化物基板を準備し、窒化物基板の裏面にイオンを注入し、窒化物基板の裏面と異種基板とを貼り合わせることにより貼り合わせ基板を形成し、貼り合せ基板から窒化物基板の一部を剥離することにより窒化物層を形成し、窒化物層は応力緩和領域を有する、半導体基板を製造する。半導体基板の窒化物層上にエピタキシャル層を形成する。エピタキシャル層上にショットキー電極を形成する。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the following steps. A nitride substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface is prepared, ions are implanted into the back surface of the nitride substrate, and the back surface of the nitride substrate and the dissimilar substrate are bonded together to form a bonded substrate A nitride layer is formed by forming and peeling a part of the nitride substrate from the bonded substrate, and the nitride layer has a stress relaxation region to manufacture a semiconductor substrate. An epitaxial layer is formed on the nitride layer of the semiconductor substrate. A Schottky electrode is formed on the epitaxial layer.

上記「応力緩和領域」とは、窒化物層の熱膨張率と異種基板の熱膨張率との差、または、窒化物層およびその上に形成したエピタキシャル層の積層の熱膨張率と異種基板の熱膨張率との差による応力を緩和するために設けられた領域を意味する。   The above-mentioned “stress relaxation region” means the difference between the thermal expansion coefficient of the nitride layer and the thermal expansion coefficient of the heterogeneous substrate, or the thermal expansion coefficient of the nitride layer and the laminated epitaxial layer formed thereon and the heterogeneous substrate. It means a region provided to relieve stress due to the difference from the coefficient of thermal expansion.

本発明の半導体デバイスおよびその製造方法に用いられる半導体基板およびその製造方法によれば、窒化物層は応力緩和領域を有している。応力緩和領域により、窒化物層、または、窒化物層とエピタキシャル層との積層に引張応力および圧縮応力が加えられることを抑制できる。窒化物層、または、窒化物層とエピタキシャル層との積層に引張応力が加えられることを緩和できると、クラックの発生を抑制できる。窒化物層、または、窒化物層とエピタキシャル層との積層に圧縮応力が加えられることを緩和できると、半導体基板からエピタキシャル層が剥がれる領域を低減できる。したがって、窒化物層上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が半導体基板から剥がれることを抑制できる。   According to the semiconductor substrate and the manufacturing method thereof used in the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, the nitride layer has a stress relaxation region. The stress relaxation region can suppress the application of tensile stress and compressive stress to the nitride layer or the laminate of the nitride layer and the epitaxial layer. The generation of cracks can be suppressed if the application of tensile stress to the nitride layer or the laminate of the nitride layer and the epitaxial layer can be alleviated. If the compressive stress applied to the nitride layer or the stack of the nitride layer and the epitaxial layer can be alleviated, the region where the epitaxial layer is peeled off from the semiconductor substrate can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks when an epitaxial layer is formed on the nitride layer, and to suppress the epitaxial layer from peeling from the semiconductor substrate.

上記半導体デバイスおよび上記半導体デバイスの製造方法においては、上記応力緩和領域は反層である。 Te manufacturing method smell of the semiconductor device and the semiconductor device, the stress relaxation region is inversion layer.

窒化物層に溝が形成されている場合、クラックが入った場合であっても、溝によりクラックが途切れるので、エピタキシャル層を貫通するようなクラックが入ることを抑制できる。窒化物層に多結晶の領域が形成されている場合、伸びる方向が一方向である単結晶と異なり、伸びる方向を増加することができる。このため、加えられる応力を発散することができる。窒化物層に反転層または異種材料膜が形成されている場合、界面で一方からの応力を留めることができる。したがって、これらの応力緩和領域で、エピタキシャル層に加えられる応力を低減することができるので、窒化物層上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が半導体基板から剥がれることを抑制できる。   When a groove is formed in the nitride layer, even if a crack is generated, the crack is interrupted by the groove, so that it is possible to prevent the crack from penetrating the epitaxial layer. When a polycrystalline region is formed in the nitride layer, the extending direction can be increased unlike a single crystal in which the extending direction is one direction. For this reason, the applied stress can be dissipated. When an inversion layer or a dissimilar material film is formed on the nitride layer, stress from one side can be retained at the interface. Therefore, since the stress applied to the epitaxial layer can be reduced in these stress relaxation regions, it is possible to suppress the occurrence of cracks when the epitaxial layer is formed on the nitride layer, and the epitaxial layer is a semiconductor substrate. It can suppress peeling from.

上記半導体デバイスおよび上記半導体デバイスの製造方法において好ましくは、応力緩和領域は、窒化物層の主面において、ドット状、ストライプ状、または格子状である。   Preferably, in the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device, the stress relaxation region has a dot shape, a stripe shape, or a lattice shape on the main surface of the nitride layer.

これにより、窒化物層の主面において応力緩和領域が分散して形成されるので、加えられる応力を発散することができる。このため、応力を低減できるので、窒化物層上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が半導体基板から剥がれることを抑制できる。   Thereby, since the stress relaxation region is formed in a dispersed manner on the main surface of the nitride layer, the applied stress can be dissipated. For this reason, since stress can be reduced, it can suppress that a crack generate | occur | produces when forming an epitaxial layer on a nitride layer, and can suppress that an epitaxial layer peels from a semiconductor substrate.

上記半導体デバイスの製造方法において好ましくは、上記窒化物基板を準備する工程では、裏面に応力緩和領域を有する窒化物基板を準備する。   Preferably, in the semiconductor device manufacturing method, in the step of preparing the nitride substrate, a nitride substrate having a stress relaxation region on the back surface is prepared.

これにより、応力緩和領域を有する窒化物層を備えた半導体基板を容易に製造することができる。   Thereby, the semiconductor substrate provided with the nitride layer which has a stress relaxation area | region can be manufactured easily.

本発明の半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法によれば、窒化物層上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が半導体基板から剥がれることを抑制できる半導体基板を備えている。このため、この半導体基板上にエピタキシャル層を形成することにより、半導体デバイスの品質を向上することができる。   According to the semiconductor device and the semiconductor device manufacturing method of the present invention, a semiconductor substrate capable of suppressing the occurrence of cracks when the epitaxial layer is formed on the nitride layer and suppressing the peeling of the epitaxial layer from the semiconductor substrate. It has. For this reason, the quality of a semiconductor device can be improved by forming an epitaxial layer on this semiconductor substrate.

以上説明したように、本発明の半導体デバイスおよびその製造方法に用いられる半導体基板および半導体基板の製造方法によれば、窒化物層上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が半導体基板から剥がれることを抑制できる。また、本発明の半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法によれば、品質を向上した半導体デバイスが得られる。   As described above, according to the semiconductor substrate and the semiconductor substrate manufacturing method used in the semiconductor device and the manufacturing method of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of cracks when an epitaxial layer is formed on the nitride layer. And it can suppress that an epitaxial layer peels from a semiconductor substrate. Moreover, according to the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, a semiconductor device with improved quality can be obtained.

本発明の実施の形態1における半導体基板を概略的に示し、(A)は断面図であり、(B)〜(D)は上面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The semiconductor substrate in Embodiment 1 of this invention is shown schematically, (A) is sectional drawing, (B)-(D) is a top view. 本発明の実施の形態1における半導体基板の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における窒化物基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the nitride board | substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における窒化物基板にイオンを注入した状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the state which ion-implanted in the nitride board | substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における異種基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the dissimilar board | substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における窒化物基板と異種基板とを貼り合せた状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the state which bonded the nitride board | substrate and dissimilar board | substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における貼り合わせ基板から窒化物基板の一部を剥離する状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the state which peels a part of nitride board | substrate from the bonding board | substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the semiconductor substrate in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における窒化物基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the nitride board | substrate in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における窒化物基板にイオンを注入した状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the state which ion-implanted in the nitride board | substrate in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における窒化物基板と異種基板とを貼り合せた状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the state which bonded the nitride board | substrate and dissimilar board | substrate in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における貼り合わせ基板から窒化物基板の一部を剥離する状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the state which peels a part of nitride board | substrate from the bonding board | substrate in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における半導体基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the semiconductor substrate in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における窒化物基板を形成するための製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process for forming the nitride board | substrate in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における窒化物基板を形成するための製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process for forming the nitride board | substrate in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における窒化物基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the nitride board | substrate in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における窒化物基板にイオンを注入した状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the state which ion-implanted in the nitride board | substrate in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における窒化物基板と異種基板とを貼り合せた状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the state which bonded the nitride board | substrate and dissimilar board | substrate in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における貼り合わせ基板から窒化物基板の一部を剥離する状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the state which peels a part of nitride board | substrate from the bonding board | substrate in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における窒化物基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the nitride board | substrate in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5における半導体デバイスを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the semiconductor device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5における半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 5 of this invention. 比較例1の半導体基板を概略的に示す断面図である。6 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate of Comparative Example 1. FIG. 比較例2の半導体基板を概略的に示す断面図である。10 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate of Comparative Example 2. FIG.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、“−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In the present specification, individual surfaces are indicated by (), and aggregate surfaces are indicated by {}. As for the negative index, “−” (bar) is added on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number.

(実施の形態1)
図1(A)〜(D)を参照して、本発明の一実施の形態における半導体基板10aを説明する。図1(A)に示すように、本実施の形態における半導体基板10aは、異種基板11と、異種基板11上に形成された窒化物層12とを備えている。
(Embodiment 1)
With reference to FIGS. 1A to 1D, a semiconductor substrate 10a according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate 10a in the present embodiment includes a heterogeneous substrate 11 and a nitride layer 12 formed on the heterogeneous substrate 11.

異種基板11は、たとえば基板13と、基板13上に形成された層14とを含んでいる。基板13は、たとえばシリコン(Si)基板である。層14は、たとえば二酸化ケイ素(SiO2)層である。異種基板11は、主面11aと、主面11aと反対側の裏面11bとを有している。 The heterogeneous substrate 11 includes, for example, a substrate 13 and a layer 14 formed on the substrate 13. The substrate 13 is, for example, a silicon (Si) substrate. The layer 14 is, for example, a silicon dioxide (SiO 2 ) layer. The heterogeneous substrate 11 has a main surface 11a and a back surface 11b opposite to the main surface 11a.

なお、異種基板11は、窒化物層12と異なる材料であれば特に限定されない。また、異種基板11は、1層でもよく、2層以上であってもよい。1層の場合、および2層以上の場合の基板13は特に限定されず、金属、Si、炭化ケイ素(SiC)などを用いることができる。また、異種基板11において、基板13と層14との位置が反対、つまり層14上に基板13が形成されていてもよい。   The heterogeneous substrate 11 is not particularly limited as long as it is a different material from the nitride layer 12. Further, the heterogeneous substrate 11 may be one layer or two or more layers. The substrate 13 in the case of one layer or two or more layers is not particularly limited, and metal, Si, silicon carbide (SiC), or the like can be used. Further, in the dissimilar substrate 11, the positions of the substrate 13 and the layer 14 are opposite, that is, the substrate 13 may be formed on the layer 14.

窒化物層12は、窒化物であれば特に限定されず、たとえばAlxInyGa(1-x-y)N(0≦x≦1、x+y≦1)であり、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)などであることが好ましい。 The nitride layer 12 is not particularly limited as long as it is a nitride, and is, for example, Al x In y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, x + y ≦ 1), and includes gallium nitride (GaN) and aluminum nitride. (AlN) or the like is preferable.

窒化物層12は、主面12aと、主面12aと反対側の裏面12bと、応力緩和領域としての溝19aとを有している。裏面12bは、異種基板11と接している。   The nitride layer 12 has a main surface 12a, a back surface 12b opposite to the main surface 12a, and a groove 19a as a stress relaxation region. The back surface 12 b is in contact with the dissimilar substrate 11.

溝19aは、窒化物層12の熱膨張率と異種基板11の熱膨張率との差、または、窒化物層12およびその上に形成したエピタキシャル層の積層の熱膨張率と異種基板11の熱膨張率との差による応力を緩和するために形成された領域である。   The groove 19 a is formed by the difference between the thermal expansion coefficient of the nitride layer 12 and the thermal expansion coefficient of the heterogeneous substrate 11, or the thermal expansion coefficient of the nitride layer 12 and the epitaxial layer formed thereon and the heat of the heterogeneous substrate 11. This is a region formed to relieve stress due to the difference from the expansion coefficient.

溝19aは、窒化物層12の主面12aにおいて、図1(B)に示すストライプ状であってもよく、図1(C)に示すドット状であってもよく、図1(D)に示す格子状であってもよい。また、図1(B)〜(D)において窒化物層12として現れている領域(溝19a以外の領域)と、応力緩和領域(溝19a)とが逆であってもよい。   The groove 19a may have a stripe shape shown in FIG. 1B or a dot shape shown in FIG. 1C on the main surface 12a of the nitride layer 12, as shown in FIG. It may be a lattice shape as shown. Further, the region appearing as the nitride layer 12 in FIGS. 1B to 1D (region other than the groove 19a) and the stress relaxation region (groove 19a) may be reversed.

溝19aは、図1(A)に示すように異種基板11の主面11aまで貫通するように形成されていてもよく、異種基板11の主面11aまで貫通しないように形成されていてもよい(図示せず)。   The groove 19a may be formed so as to penetrate to the main surface 11a of the dissimilar substrate 11 as shown in FIG. 1A, or may be formed so as not to penetrate to the main surface 11a of the dissimilar substrate 11. (Not shown).

主面12aは(0001)面、つまりGa原子が露出している面(Ga原子面)であり、裏面12bは(000−1)面、つまりN原子が露出している面(N原子面)であることが好ましい。Ga原子面上にエピタキシャル層を形成すると、特性を向上したエピタキシャル層を形成できるので、窒化物層12の主面12aがGa原子面になることが好ましい。   The main surface 12a is a (0001) plane, that is, a plane from which Ga atoms are exposed (Ga atomic plane), and the back plane 12b is a (000-1) plane, that is, a plane from which N atoms are exposed (N atomic plane). It is preferable that When an epitaxial layer is formed on the Ga atom plane, an epitaxial layer with improved characteristics can be formed. Therefore, the main surface 12a of the nitride layer 12 is preferably a Ga atom plane.

なお、窒化物層12の主面12aは、(0001)面に限定されず、(0001)面からオフ角を有する面であってもよく、{1−100}面、{11−20}面などの面であってもよい。   The main surface 12a of the nitride layer 12 is not limited to the (0001) plane, and may be a plane having an off angle from the (0001) plane, such as a {1-100} plane, a {11-20} plane Or the like.

窒化物層12の厚みは、異種基板11の厚みよりも小さいことが好ましい。この場合、高価な窒化物層12の厚みを小さくすることにより、半導体基板10のコストを低減することができる。窒化物層12の厚みは、たとえば100nm以上900nm以下である。   The thickness of the nitride layer 12 is preferably smaller than the thickness of the heterogeneous substrate 11. In this case, the cost of the semiconductor substrate 10 can be reduced by reducing the thickness of the expensive nitride layer 12. The thickness of nitride layer 12 is not less than 100 nm and not more than 900 nm, for example.

続いて、本実施の形態における半導体基板10の製造方法について説明する。図2および図3に示すように、まず、主面15aと、主面15aと反対側の裏面15bとを有する窒化物基板15を準備する(ステップS1)。主面15aは(0001)面、つまりGa原子面であり、裏面15bは(000−1)面、つまりN原子面であることが好ましい。   Then, the manufacturing method of the semiconductor substrate 10 in this Embodiment is demonstrated. As shown in FIGS. 2 and 3, first, a nitride substrate 15 having a main surface 15a and a back surface 15b opposite to the main surface 15a is prepared (step S1). The main surface 15a is preferably a (0001) plane, that is, a Ga atom plane, and the back surface 15b is preferably a (000-1) plane, that is, an N atom plane.

準備する窒化物基板15は、たとえばAlxInyGa(1-x-y)N(0≦x≦1、x+y≦1)基板であり、GaN基板、AlN基板などであることが好ましい。 The nitride substrate 15 to be prepared is, for example, an Al x In y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, x + y ≦ 1) substrate, and is preferably a GaN substrate, an AlN substrate, or the like.

本実施の形態では、準備するステップS1では、裏面15bに応力緩和領域としての溝19aを形成している。溝19aを形成する方法は特に限定されず、たとえばダイシングなどのメカニカル加工、ドライエッチング、ウエットエッチングなどのエッチングなどを採用することができる。溝19aは、窒化物基板15の主面15aまで貫通していてもよいが、主面15aまで貫通していないことが好ましい。   In the present embodiment, in step S1 to be prepared, a groove 19a as a stress relaxation region is formed on the back surface 15b. The method for forming the groove 19a is not particularly limited, and for example, mechanical processing such as dicing, etching such as dry etching, wet etching, or the like can be employed. The groove 19a may penetrate to the main surface 15a of the nitride substrate 15, but preferably does not penetrate to the main surface 15a.

次に、図2および図4に示すように、窒化物基板15の裏面15bに、イオンを注入する(ステップS2)。このステップS2では、窒化物基板15の裏面15bからイオン注入を行なう。これにより、窒化物基板15の裏面15b近傍に不純物を多く含む領域を形成することができる。この不純物を多く含む領域は、脆弱領域である。   Next, as shown in FIGS. 2 and 4, ions are implanted into the back surface 15b of the nitride substrate 15 (step S2). In this step S2, ion implantation is performed from the back surface 15b of the nitride substrate 15. Thereby, a region containing a large amount of impurities can be formed in the vicinity of the back surface 15 b of the nitride substrate 15. The region containing a large amount of impurities is a fragile region.

このステップS2では、1×1017cm-2以上1×1018cm-2以下のドーズ量を注入することが好ましく、1×1017cm-2以上8×1017cm-2以下のドーズ量を注入することがより好ましい。1×1017cm-2以上のイオンが注入された領域は脆弱であるので、窒化物基板を容易に剥離できる。一方、1×1018cm-2以下の場合、形成する窒化物層12(図7参照)の抵抗が高くなることを抑制できる。また、イオン注入をした時点で窒化物基板15が分離することを抑制できる。8×1017cm-2以下の場合、低抵抗な窒化物層12を形成することができる。 In this step S2, it is preferable to implant a dose of 1 × 10 17 cm −2 or more and 1 × 10 18 cm −2 or less, and a dose of 1 × 10 17 cm −2 or more and 8 × 10 17 cm −2 or less. More preferably, it is injected. Since the region implanted with ions of 1 × 10 17 cm −2 or more is fragile, the nitride substrate can be easily peeled off. On the other hand, in the case of 1 × 10 18 cm −2 or less, an increase in resistance of the nitride layer 12 (see FIG. 7) to be formed can be suppressed. Further, separation of the nitride substrate 15 at the time of ion implantation can be suppressed. In the case of 8 × 10 17 cm −2 or less, the low-resistance nitride layer 12 can be formed.

なお、上記ドーズ量は、窒化物基板15において最大の値を示す。たとえば、窒化物基板15の裏面15bからの深さH15(図4において点線の領域)においてドーズ量が最大である。   The dose amount shows the maximum value in the nitride substrate 15. For example, the dose amount is maximum at a depth H15 from the back surface 15b of the nitride substrate 15 (a dotted line region in FIG. 4).

注入するイオンは、特に限定されないが、たとえば水素イオン、ヘリウムイオン、窒素イオンなどを用いることができる。   The ions to be implanted are not particularly limited, and for example, hydrogen ions, helium ions, nitrogen ions and the like can be used.

次に、図2および図5に示すように、異種基板11を準備する(ステップS3)。異種基板11は、特に限定されず、1層または複数の層であってもよい。本実施の形態では、基板13と、この基板13上に形成された層14とを含む異種基板11を準備している。たとえば基板13がSi基板で、層14がSiO2層である異種基板11を準備する。なお、基板13は、金属基板、SiC基板などを用いることもできる。金属基板としては、Mo(モリブデン)、W(タングステン)などを用いることが好ましい。また、1層の場合には、基板13と同様の材料を用いることが好ましい。また、層14と、層14上に形成された基板13とを含む異種基板11を準備してもよい。 Next, as shown in FIGS. 2 and 5, the heterogeneous substrate 11 is prepared (step S3). The heterogeneous substrate 11 is not particularly limited, and may be a single layer or a plurality of layers. In the present embodiment, a heterogeneous substrate 11 including a substrate 13 and a layer 14 formed on the substrate 13 is prepared. For example, the heterogeneous substrate 11 in which the substrate 13 is a Si substrate and the layer 14 is a SiO 2 layer is prepared. The substrate 13 can be a metal substrate, a SiC substrate, or the like. As the metal substrate, it is preferable to use Mo (molybdenum), W (tungsten), or the like. In the case of a single layer, it is preferable to use the same material as the substrate 13. Further, a heterogeneous substrate 11 including the layer 14 and the substrate 13 formed on the layer 14 may be prepared.

次に、図2および図6に示すように、窒化物基板15の裏面15bと、異種基板11とを貼り合わせることにより、貼り合わせ基板16aを形成する(ステップS4)。本実施の形態では、窒化物基板15の裏面15bと、異種基板11の層14(主面11a)とが接するように貼り合せる。   Next, as shown in FIGS. 2 and 6, a bonded substrate 16a is formed by bonding the back surface 15b of the nitride substrate 15 and the heterogeneous substrate 11 (step S4). In the present embodiment, bonding is performed so that the back surface 15b of the nitride substrate 15 and the layer 14 (main surface 11a) of the dissimilar substrate 11 are in contact with each other.

貼り合わせる方法は特に限定されず、たとえば大気中で加圧することにより貼り合わせるなどの方法を採用できる。また、貼り合わせる際に加熱してもよく、加熱温度はたとえば25℃〜1000℃である。これにより、図6に示すように、異種基板11と、異種基板11上に形成された窒化物基板15とを備えた貼り合わせ基板16aを形成することができる。   The method of bonding is not particularly limited, and for example, a method of bonding by applying pressure in the atmosphere can be employed. Moreover, you may heat at the time of bonding, and heating temperature is 25 degreeC-1000 degreeC, for example. Thereby, as shown in FIG. 6, a bonded substrate 16 a including the heterogeneous substrate 11 and the nitride substrate 15 formed on the heterogeneous substrate 11 can be formed.

次に、図2および図7に示すように、貼り合せ基板16aから窒化物基板15の一部を剥離する(ステップS5)。   Next, as shown in FIGS. 2 and 7, a part of the nitride substrate 15 is peeled from the bonded substrate 16a (step S5).

剥離する方法としては、たとえば貼り合わせ基板16aを熱処理することにより、脆弱領域(図6において裏面15bから深さH15に位置する領域)を境界として、窒化物基板15を分割することができる。熱処理温度はたとえば100℃〜700℃である。なお、剥離する方法は特に限定されず、たとえば応力を加える方法、光を照射する方法などを用いてもよい。   As a peeling method, for example, the bonded substrate 16a is heat-treated, so that the nitride substrate 15 can be divided with the fragile region (region located at the depth H15 from the back surface 15b in FIG. 6) as a boundary. The heat treatment temperature is, for example, 100 ° C to 700 ° C. Note that a peeling method is not particularly limited. For example, a method of applying stress or a method of irradiating light may be used.

これにより、異種基板11と、異種基板11上に形成された窒化物層17とを備えた積層基板を形成することができる。なお、窒化物層17は、主面17aと、主面17aと反対側の裏面17bとを有し、窒化物層17の裏面17bは窒化物基板15の裏面15bと一致する。その結果、高価な窒化物基板15の一部(窒化物層18)を剥離して再利用でき、残部(窒化物層17)のみを使用できるので、製造コストを低減することができる。   As a result, a multilayer substrate including the heterogeneous substrate 11 and the nitride layer 17 formed on the heterogeneous substrate 11 can be formed. The nitride layer 17 has a main surface 17a and a back surface 17b opposite to the main surface 17a, and the back surface 17b of the nitride layer 17 coincides with the back surface 15b of the nitride substrate 15. As a result, a part of the expensive nitride substrate 15 (nitride layer 18) can be peeled off and reused, and only the remaining part (nitride layer 17) can be used, so that the manufacturing cost can be reduced.

以上のステップS1〜S5を実施することにより、図1に示す半導体基板10aを製造することができる。この半導体基板10aを半導体デバイスに用いる場合には、たとえば横型の半導体デバイスとして利用することができる。あるいは、半導体基板10が絶縁性の層14を備えている場合には、層14を除去する工程をさらに行なってもよい。   By performing the above steps S1 to S5, the semiconductor substrate 10a shown in FIG. 1 can be manufactured. When this semiconductor substrate 10a is used for a semiconductor device, it can be used as a horizontal semiconductor device, for example. Alternatively, when the semiconductor substrate 10 includes the insulating layer 14, a step of removing the layer 14 may be further performed.

なお、本実施の形態では、ステップS1で溝19aを形成した窒化物基板15を準備しているが、溝19aを形成する工程はステップS1〜S5のいずれかの後に実施してもよい。   In the present embodiment, the nitride substrate 15 in which the groove 19a is formed in step S1 is prepared. However, the step of forming the groove 19a may be performed after any of steps S1 to S5.

以上説明したように、本実施の形態における半導体基板10aおよびその製造方法によれば、応力緩和領域としての溝19aを有する窒化物層12を備えている。窒化物層12の厚みは薄いため、窒化物層12の主面12a上にエピタキシャル層を形成すると、エピタキシャル層は異種基板11の影響を大きく受ける。本実施の形態では、溝19aにより、窒化物層12およびエピタキシャル層の積層、または、窒化物層12に引張応力および圧縮応力が加えられることを抑制できる。つまり、溝19aにより、窒化物層12およびエピタキシャル層の積層、または、窒化物層12に生じる歪みを緩和することができる。窒化物層12、または、窒化物層12とエピタキシャル層との積層に引張応力が加えられることを緩和できると、エピタキシャル層にクラックが発生することを抑制できる。また、仮にクラックが発生し始めた場合であっても、溝19aによりクラックが途切れるので、窒化物層12またはエピタキシャル層を貫通するようなクラックが入ることを抑制できる。さらに、溝19aにより、窒化物層12とエピタキシャル層と積層、または、窒化物層12に圧縮応力が加えられることを緩和できると、半導体基板10aからエピタキシャル層が剥がれる領域を低減できる。したがって、窒化物層12の主面12a上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が異種基板11または窒化物層12から剥がれること、窒化物層12が異種基板11から剥がれることを抑制できる。   As described above, according to the semiconductor substrate 10a and the manufacturing method thereof in the present embodiment, the nitride layer 12 having the groove 19a as the stress relaxation region is provided. Since the nitride layer 12 is thin, when the epitaxial layer is formed on the main surface 12 a of the nitride layer 12, the epitaxial layer is greatly affected by the heterogeneous substrate 11. In the present embodiment, the groove 19 a can suppress the lamination of the nitride layer 12 and the epitaxial layer or the application of tensile stress and compressive stress to the nitride layer 12. That is, the groove 19a can relieve the nitride layer 12 and the epitaxial layer, or the strain generated in the nitride layer 12. If the application of tensile stress to the nitride layer 12 or the laminate of the nitride layer 12 and the epitaxial layer can be alleviated, the occurrence of cracks in the epitaxial layer can be suppressed. Further, even if a crack starts to occur, the crack is interrupted by the groove 19a, so that it is possible to prevent the crack from penetrating the nitride layer 12 or the epitaxial layer. Further, if the nitride layer 12 and the epitaxial layer are stacked or the compressive stress is applied to the nitride layer 12 by the groove 19a, the region where the epitaxial layer is peeled off from the semiconductor substrate 10a can be reduced. Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of cracks when an epitaxial layer is formed on the main surface 12a of the nitride layer 12, and the epitaxial layer is peeled off from the heterogeneous substrate 11 or the nitride layer 12, and the nitride layer 12 is heterogeneous. The peeling from the substrate 11 can be suppressed.

なお、貼り合わせ基板16aを形成するステップS4または窒化物基板15の一部を剥離するステップS5において加熱する場合であっても、通常高い温度では行なわない。しかし、半導体基板10a上にエピタキシャル層を形成する場合には、高温の雰囲気で通常行なわれる。このため、エピタキシャル層を形成する際に、異種基板11とエピタキシャル層との熱膨張率の差による応力が大きく加わる。したがって、本実施の形態によれば、特に、エピタキシャル層を形成する際に、剥がれおよびクラックを抑制できる。   Even when heating is performed in step S4 for forming the bonded substrate 16a or step S5 for peeling off a part of the nitride substrate 15, it is not usually performed at a high temperature. However, when an epitaxial layer is formed on the semiconductor substrate 10a, it is usually performed in a high temperature atmosphere. For this reason, when the epitaxial layer is formed, a large stress is applied due to the difference in thermal expansion coefficient between the heterogeneous substrate 11 and the epitaxial layer. Therefore, according to the present embodiment, peeling and cracking can be suppressed particularly when the epitaxial layer is formed.

(実施の形態2)
図8を参照して、本発明の実施の形態2の半導体基板10bは、基本的には図1に示す半導体基板10aと同様の構成を備えているが、応力緩和領域が異種材料膜19bである点において異なる。異種材料膜19bは、窒化物層12と異なる材料であれば特に限定されず、たとえばSiO2(二酸化珪素)膜、SiN(窒化珪素)膜などを用いることができる。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 8, the semiconductor substrate 10b of the second embodiment of the present invention basically has the same configuration as the semiconductor substrate 10a shown in FIG. 1, but the stress relaxation region is a dissimilar material film 19b. There are some differences. The dissimilar material film 19b is not particularly limited as long as it is a material different from that of the nitride layer 12, and for example, a SiO 2 (silicon dioxide) film, a SiN (silicon nitride) film, or the like can be used.

本実施の形態における半導体基板10bの製造方法は、基本的には実施の形態1における半導体基板10aの製造方法と同様であるが、異種材料膜19bよりなる応力緩和領域を形成する点において異なる。   The manufacturing method of the semiconductor substrate 10b in the present embodiment is basically the same as the manufacturing method of the semiconductor substrate 10a in the first embodiment, but differs in that a stress relaxation region made of a different material film 19b is formed.

具体的には、まず、実施の形態1と同様に、図3に示すように、窒化物基板15の裏面15bに溝19aを形成する。その後、図9に示すように、溝19aの内部に異種材料膜19bを形成する。異種材料膜19bを形成する方法は特に限定されず、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学蒸着)法などにより形成することができる。これにより、応力緩衝領域を有する窒化物基板15を準備することができる(ステップS1)。   Specifically, first, as in the first embodiment, as shown in FIG. 3, a groove 19 a is formed on the back surface 15 b of the nitride substrate 15. Thereafter, as shown in FIG. 9, a dissimilar material film 19b is formed inside the groove 19a. The method for forming the dissimilar material film 19b is not particularly limited, and can be formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. Thereby, the nitride substrate 15 having the stress buffer region can be prepared (step S1).

次に、図2および図10に示すように、窒化物基板15の裏面15bに、イオンを注入する(ステップS2)。次に、図2および図5に示すように、異種基板11を準備する(ステップS3)。次に、図2および図11に示すように、窒化物基板15の裏面15bと、異種基板11とを貼り合わせることにより、貼り合わせ基板16bを形成する(ステップS4)。次に、図2および図12に示すように、貼り合せ基板16bから窒化物基板15の一部を剥離する(ステップS5)。ステップS2〜S5は、実施の形態1と同様であるので、その説明は繰り返さない。   Next, as shown in FIGS. 2 and 10, ions are implanted into the back surface 15b of the nitride substrate 15 (step S2). Next, as shown in FIGS. 2 and 5, the heterogeneous substrate 11 is prepared (step S3). Next, as shown in FIGS. 2 and 11, a bonded substrate 16b is formed by bonding the back surface 15b of the nitride substrate 15 and the heterogeneous substrate 11 (step S4). Next, as shown in FIGS. 2 and 12, a part of the nitride substrate 15 is peeled off from the bonded substrate 16b (step S5). Steps S2 to S5 are the same as in the first embodiment, and therefore description thereof will not be repeated.

以上のステップS1〜S5を実施することにより、図8に示す半導体基板10bを製造することができる。半導体基板10bは、窒化物層12に異種材料膜19bが形成されているので、窒化物層12において異種材料膜19bとの界面で一方からの引張応力を留めることができる。このため、異種材料膜19bにより、加えられる応力を低減することができる。したがって、窒化物層12上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が窒化物層12または異種基板11から剥がれること、または窒化物層12が異種基板11から剥がれることを抑制できる。   By performing the above steps S1 to S5, the semiconductor substrate 10b shown in FIG. 8 can be manufactured. In the semiconductor substrate 10b, since the dissimilar material film 19b is formed on the nitride layer 12, the tensile stress from one side can be kept in the nitride layer 12 at the interface with the dissimilar material film 19b. For this reason, the stress applied by the dissimilar material film 19b can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks when an epitaxial layer is formed on the nitride layer 12, and the epitaxial layer is peeled off from the nitride layer 12 or the heterogeneous substrate 11, or the nitride layer 12 is separated from the heterogeneous substrate 11. It can suppress peeling.

また、異種材料膜19bは、エピタキシャル層を形成するための原料との反応性が低い材料からなることが好ましい。このような材料として、上述したSiO2膜、SiN膜などが挙げられる。この場合、品質を向上したエピタキシャル層を形成することができる。また、実施の形態1の溝19aの場合には、異種基板11が露出しているので、本実施の形態の異種材料膜19bによれば、異種基板11と原料とが反応することを抑制できる。 The dissimilar material film 19b is preferably made of a material having low reactivity with the raw material for forming the epitaxial layer. Examples of such a material include the above-described SiO 2 film and SiN film. In this case, an epitaxial layer with improved quality can be formed. In the case of the groove 19a of the first embodiment, the heterogeneous substrate 11 is exposed. Therefore, according to the heterogeneous material film 19b of the present embodiment, the reaction between the heterogeneous substrate 11 and the raw material can be suppressed. .

(実施の形態3)
図13を参照して、本発明の実施の形態3の半導体基板10cは、基本的には図1に示す半導体基板10aと同様の構成を備えているが、応力緩和領域が多結晶19cである点において異なる。
(Embodiment 3)
Referring to FIG. 13, the semiconductor substrate 10c of the third embodiment of the present invention basically has the same configuration as the semiconductor substrate 10a shown in FIG. 1, but the stress relaxation region is a polycrystal 19c. It is different in point.

多結晶19cは、窒化物層12において多結晶19c以外の領域よりも結晶性が悪く、たとえば転位密度が高いことなどにより観察される。窒化物層12において、多結晶19cとそれ以外の領域とは同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。   The polycrystal 19c is observed in the nitride layer 12 because of poorer crystallinity than regions other than the polycrystal 19c, for example, a high dislocation density. In the nitride layer 12, the polycrystal 19c and the other region may be made of the same material or different materials.

本実施の形態における半導体基板10cの製造方法は、基本的には実施の形態1における半導体基板10aの製造方法と同様であるが、多結晶19cよりなる応力緩和領域を形成する点において異なる。   The method for manufacturing the semiconductor substrate 10c in the present embodiment is basically the same as the method for manufacturing the semiconductor substrate 10a in the first embodiment, but differs in that a stress relaxation region made of the polycrystal 19c is formed.

具体的には、まず、図14に示すように、下地基板31上にマスクパターン32を形成した状態で、図15に示すように、窒化物基板15を構成する結晶を形成する。その後、必要に応じて図16に示すように下地基板31を除去する。これにより、応力緩和領域としての多結晶19cを有する窒化物基板15を準備することができる(ステップS1)。   Specifically, first, as shown in FIG. 14, with the mask pattern 32 formed on the base substrate 31, crystals forming the nitride substrate 15 are formed as shown in FIG. Thereafter, the base substrate 31 is removed as shown in FIG. Thereby, the nitride substrate 15 having the polycrystal 19c as the stress relaxation region can be prepared (step S1).

なお、多結晶19cを形成する方法は特に限定されない。たとえば、実施の形態1と同様に、図3に示すように、窒化物基板15の裏面15bに溝19aを形成した後、溝19aの内部に多結晶19cを形成してもよい。   The method for forming the polycrystal 19c is not particularly limited. For example, as in the first embodiment, as shown in FIG. 3, after forming groove 19a on back surface 15b of nitride substrate 15, polycrystal 19c may be formed inside groove 19a.

次に、図2および図17に示すように、窒化物基板15の裏面15bに、イオンを注入する(ステップS2)。次に、図2および図5に示すように、異種基板11を準備する(ステップS3)。次に、図2および図18に示すように、窒化物基板15の裏面15bと、異種基板11とを貼り合わせることにより、貼り合わせ基板16cを形成する(ステップS4)。次に、図2および図19に示すように、貼り合せ基板16cから窒化物基板15の一部を剥離する(ステップS5)。ステップS2〜S5は、実施の形態1と同様であるので、その説明は繰り返さない。   Next, as shown in FIGS. 2 and 17, ions are implanted into the back surface 15b of the nitride substrate 15 (step S2). Next, as shown in FIGS. 2 and 5, the heterogeneous substrate 11 is prepared (step S3). Next, as shown in FIGS. 2 and 18, a bonded substrate 16c is formed by bonding the back surface 15b of the nitride substrate 15 and the heterogeneous substrate 11 (step S4). Next, as shown in FIGS. 2 and 19, a part of the nitride substrate 15 is peeled off from the bonded substrate 16c (step S5). Steps S2 to S5 are the same as in the first embodiment, and therefore description thereof will not be repeated.

以上のステップS1〜S5を実施することにより、図13に示す半導体基板10cを製造することができる。半導体基板10cは、窒化物層12に多結晶19cが形成されているので、伸びる方向が一方向である単結晶と異なり、伸びる方向を増加することができる。このため、エピタキシャル層に加えられる応力を発散することができる。したがって、窒化物層12上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が窒化物層12または異種基板11から剥がれること、または窒化物層12が異種基板11から剥がれることを抑制できる。   By performing the above steps S1 to S5, the semiconductor substrate 10c shown in FIG. 13 can be manufactured. In the semiconductor substrate 10c, since the polycrystal 19c is formed in the nitride layer 12, the extending direction can be increased unlike a single crystal in which the extending direction is one direction. For this reason, the stress applied to an epitaxial layer can be dissipated. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks when an epitaxial layer is formed on the nitride layer 12, and the epitaxial layer is peeled off from the nitride layer 12 or the heterogeneous substrate 11, or the nitride layer 12 is separated from the heterogeneous substrate 11. It can suppress peeling.

(実施の形態4)
図20を参照して、本発明の実施の形態4の半導体基板10dは、基本的には図1に示す半導体基板10aと同様の構成を備えているが、応力緩和領域が反転層19dである点において異なる。
(Embodiment 4)
Referring to FIG. 20, the semiconductor substrate 10d of the fourth embodiment of the present invention basically has the same configuration as the semiconductor substrate 10a shown in FIG. 1, but the stress relaxation region is the inversion layer 19d. It is different in point.

反転層19dは、たとえば主面19d1と、主面19d1と反対側の裏面19d2とを有している。窒化物層12において、反転層19dの主面19d1と、それ以外の領域の主面12aとの極性が異なっており、反転層19dの裏面19d2と、それ以外の領域の裏面12bとの極性が異なっている。たとえば反転層19d以外の領域の主面12aおよび反転層19dの裏面19d2は、(0001)面、つまりGa原子が露出している面(Ga原子面)であり、反転層19d以外の領域の裏面12bおよび反転層19dの主面19d1は(000−1)面、つまりN原子が露出している面(N原子面)である。   The inversion layer 19d has, for example, a main surface 19d1 and a back surface 19d2 opposite to the main surface 19d1. In the nitride layer 12, the polarity of the main surface 19d1 of the inversion layer 19d and the main surface 12a of the other region are different, and the polarity of the back surface 19d2 of the inversion layer 19d and the back surface 12b of the other region is different. Is different. For example, the main surface 12a in the region other than the inversion layer 19d and the back surface 19d2 of the inversion layer 19d are the (0001) plane, that is, the surface from which Ga atoms are exposed (Ga atom surface), and the back surface in the region other than the inversion layer 19d. The main surface 19d1 of 12b and the inversion layer 19d is a (000-1) plane, that is, a plane from which N atoms are exposed (N atomic plane).

本実施の形態における半導体基板10dの製造方法は、基本的には実施の形態1における半導体基板10aの製造方法と同様であるが、反転層19dよりなる応力緩和領域を形成する点において異なる。   The manufacturing method of the semiconductor substrate 10d in the present embodiment is basically the same as the manufacturing method of the semiconductor substrate 10a in the first embodiment, but differs in that a stress relaxation region including the inversion layer 19d is formed.

具体的には、まず、実施の形態3と同様に、図14に示すように、下地基板31上にマスクパターン32を形成した状態で、図15に示すように、窒化物基板15を形成する。このとき、マスクに覆われていない下地基板31に接触する領域上には(0001)面が主面になるように窒化物層(窒化物基板15)が成長し、マスク層に接触する領域上には(000−1)面が主面になるように窒化物層(反転層19d)が成長する。その後、必要に応じて下地基板31を除去する。また、必要に応じて主面(成長面)を研磨する。これにより、応力緩和領域としての反転層19dを有する窒化物基板15を準備することができる(ステップS1)。   Specifically, first, as in the third embodiment, a nitride substrate 15 is formed as shown in FIG. 15 with a mask pattern 32 formed on the base substrate 31 as shown in FIG. . At this time, a nitride layer (nitride substrate 15) is grown on the region in contact with the base substrate 31 that is not covered with the mask so that the (0001) plane is the main surface, and on the region in contact with the mask layer. The nitride layer (inversion layer 19d) grows so that the (000-1) plane becomes the main surface. Thereafter, the base substrate 31 is removed as necessary. Further, the main surface (growth surface) is polished as necessary. Thereby, the nitride substrate 15 having the inversion layer 19d as the stress relaxation region can be prepared (step S1).

その後のステップS2〜S5は、実施の形態3と同様であるので、その説明は繰り返さない。   Since subsequent steps S2 to S5 are the same as those in the third embodiment, the description thereof will not be repeated.

なお、本実施の形態では、反転層19dにおいて、主面19d1と裏面19d2とは極性が反対としたが、面方位が異なっていれば特に限定されない。   In the present embodiment, in the inversion layer 19d, the main surface 19d1 and the back surface 19d2 have opposite polarities, but there is no particular limitation as long as the plane orientations are different.

以上のステップS1〜S5を実施することにより、図20に示す半導体基板10dを製造することができる。半導体基板10dは、窒化物層12に反転層19dが形成されているので、窒化物層12において反転層19dとの界面で一方からの引張応力を留めることができる。このため、反転層19dにより、エピタキシャル層に加えられる応力を低減することができる。したがって、窒化物層12上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が窒化物層12または異種基板11から剥がれること、または窒化物層12が異種基板11から剥がれることを抑制できる。   By performing the above steps S1 to S5, the semiconductor substrate 10d shown in FIG. 20 can be manufactured. In the semiconductor substrate 10d, since the inversion layer 19d is formed on the nitride layer 12, the tensile stress from one side can be kept in the nitride layer 12 at the interface with the inversion layer 19d. Therefore, the stress applied to the epitaxial layer can be reduced by the inversion layer 19d. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks when an epitaxial layer is formed on the nitride layer 12, and the epitaxial layer is peeled off from the nitride layer 12 or the heterogeneous substrate 11, or the nitride layer 12 is separated from the heterogeneous substrate 11. It can suppress peeling.

なお、応力緩和領域を有する窒化物層12を備えた半導体基板として、上記実施の形態1〜4を例に挙げて説明したが、本発明の応力緩和領域は実施の形態1〜4に限定されない。また、実施の形態1〜4のいずれかの応力緩和領域を組み合わせてもよい。   In addition, although the said Embodiment 1-4 was mentioned as an example and demonstrated as a semiconductor substrate provided with the nitride layer 12 which has a stress relaxation area | region, the stress relaxation area | region of this invention is not limited to Embodiment 1-4. . Moreover, you may combine the stress relaxation area | region in any one of Embodiment 1-4.

(実施の形態5)
図21を参照して、本発明の一実施の形態における半導体デバイスとしてのショットキーバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode)20を説明する。図21に示すように、SBD20は、半導体基板10と、半導体基板10上に形成されたエピタキシャル層21と、半導体基板10の裏面に形成された電極22と、エピタキシャル層21上に形成されたショットキー電極23とを備えている。
(Embodiment 5)
With reference to FIG. 21, a Schottky Barrier Diode (SBD) 20 as a semiconductor device in an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 21, the SBD 20 includes a semiconductor substrate 10, an epitaxial layer 21 formed on the semiconductor substrate 10, an electrode 22 formed on the back surface of the semiconductor substrate 10, and a shot formed on the epitaxial layer 21. And a key electrode 23.

半導体基板10は、基本的には実施の形態1の半導体基板10aと同様であるが、導電性の材料の異種基板11を用いている。用いる半導体基板10は、特に限定されず、たとえば実施の形態2〜4の半導体基板10b〜10dなどを用いてもよい。本実施の形態では、たとえば異種基板11として導電性の基板を用いている。異種基板11としては、Mo基板、W基板などが好適に用いられる。なお、異種基板11は1層であっても、複数層であってもよい。   The semiconductor substrate 10 is basically the same as the semiconductor substrate 10a of the first embodiment, but uses a heterogeneous substrate 11 made of a conductive material. The semiconductor substrate 10 to be used is not particularly limited, and for example, the semiconductor substrates 10b to 10d of the second to fourth embodiments may be used. In the present embodiment, for example, a conductive substrate is used as the heterogeneous substrate 11. As the heterogeneous substrate 11, a Mo substrate, a W substrate, or the like is preferably used. The heterogeneous substrate 11 may be a single layer or a plurality of layers.

エピタキシャル層21は、半導体基板10を構成する窒化物層12の主面12a上に形成されている。エピタキシャル層21は、たとえばドリフト層である。エピタキシャル層21は、窒化物半導体層であることが好ましく、たとえばAlxInyGa(1-x-y)N(0≦x≦1、x+y≦1)層であり、GaN層などであることが好ましい。エピタキシャル層21は、半導体基板10を構成する窒化物層12と、同じ組成であることが好ましい。 Epitaxial layer 21 is formed on main surface 12 a of nitride layer 12 constituting semiconductor substrate 10. Epitaxial layer 21 is, for example, a drift layer. Epitaxial layer 21 is preferably a nitride semiconductor layer, for example, an Al x In y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, x + y ≦ 1) layer, and preferably a GaN layer or the like. . Epitaxial layer 21 preferably has the same composition as nitride layer 12 constituting semiconductor substrate 10.

電極22は、半導体基板10を構成する異種基板11下に形成されている。電極22は、たとえばオーミック電極である。ショットキー電極23は、エピタキシャル層21上に形成されている。   The electrode 22 is formed under the heterogeneous substrate 11 constituting the semiconductor substrate 10. The electrode 22 is, for example, an ohmic electrode. The Schottky electrode 23 is formed on the epitaxial layer 21.

続いて、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオード20の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the Schottky barrier diode 20 in the present embodiment will be described.

まず、図22に示すように、導電性の異種基板11を準備する点を除いて、実施の形態1の半導体基板10aの製造方法にしたがって、半導体基板10を製造する(ステップS1〜S5)。   First, as shown in FIG. 22, the semiconductor substrate 10 is manufactured according to the manufacturing method of the semiconductor substrate 10a of the first embodiment except that the conductive heterogeneous substrate 11 is prepared (steps S1 to S5).

次に、図22に示すように、半導体基板10上にエピタキシャル層21を形成する(ステップS7)。本実施の形態では、半導体基板10を構成する窒化物層12の主面12a上にエピタキシャル層21を形成している。   Next, as shown in FIG. 22, the epitaxial layer 21 is formed on the semiconductor substrate 10 (step S7). In the present embodiment, epitaxial layer 21 is formed on main surface 12 a of nitride layer 12 constituting semiconductor substrate 10.

このステップS7では、たとえばAlxInyGa(1-x-y)N(0≦x≦1、x+y≦1)よりなるエピタキシャル層21を形成する。エピタキシャル層21は、1層であっても、複数層であってもよい。 In this step S7, the epitaxial layer 21 made of, for example, Al x In y Ga (1-xy) N (0 ≦ x ≦ 1, x + y ≦ 1) is formed. The epitaxial layer 21 may be a single layer or a plurality of layers.

また、半導体基板10を構成する窒化物層12と、同じ組成のエピタキシャル層21を形成することが好ましい。この場合、格子不整合などの問題を緩和することができるので、特性を向上したエピタキシャル層21を形成することができる。   In addition, it is preferable to form an epitaxial layer 21 having the same composition as that of the nitride layer 12 constituting the semiconductor substrate 10. In this case, since problems such as lattice mismatch can be alleviated, the epitaxial layer 21 with improved characteristics can be formed.

エピタキシャル層21を形成する方法は特に限定されず、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy:ハイドライド気相成長)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法、OMVPE(OrganoMetallic Vapor Phase Epitaxy:有機金属気相成長)法、昇華法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相成長法などを採用することができる。これにより、半導体基板10と、半導体基板10上に形成されたエピタキシャル層21とを備えたエピタキシャルウエハを製造することができる。   The method for forming the epitaxial layer 21 is not particularly limited, and HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, OMVPE (OrganoMetallic Vapor Phase Epitaxy: organometallic vapor phase). Growth) method, vapor phase growth method such as sublimation method, liquid phase growth method such as flux method, high nitrogen pressure solution method, and the like can be employed. Thereby, an epitaxial wafer including the semiconductor substrate 10 and the epitaxial layer 21 formed on the semiconductor substrate 10 can be manufactured.

次に、半導体基板10においてエピタキシャル層21が形成された面と反対側の面、つまり異種基板11側に電極22を形成する。電極22として、たとえばオーミック電極を形成する。次に、エピタキシャル層21上に、ショットキー電極23を形成する(ステップS8)。ショットキー電極23および電極22の形成方法は特に限定されず、たとえば蒸着法などにより形成される。   Next, the electrode 22 is formed on the surface of the semiconductor substrate 10 opposite to the surface on which the epitaxial layer 21 is formed, that is, on the heterogeneous substrate 11 side. For example, an ohmic electrode is formed as the electrode 22. Next, the Schottky electrode 23 is formed on the epitaxial layer 21 (step S8). The formation method of the Schottky electrode 23 and the electrode 22 is not specifically limited, For example, it forms by a vapor deposition method etc.

以上のステップS1〜S5、S7、S8により、図21に示すショットキーバリアダイオード20を製造することができる。   Through the above steps S1 to S5, S7, and S8, the Schottky barrier diode 20 shown in FIG. 21 can be manufactured.

以上説明したように、本実施の形態における半導体デバイスとしてのSBD20およびSBD20の製造方法によれば、応力緩和領域を有する窒化物層12を備えた半導体基板を用いている。このため、半導体基板10の窒化物層12の主面12a上にエピタキシャル層21を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層21が窒化物層12から剥がれることを抑制できる。したがって、エピタキシャル層21の結晶性を向上できるので、品質を向上したSBD20を実現することができる。   As described above, according to the SBD 20 as the semiconductor device and the manufacturing method of the SBD 20 in the present embodiment, the semiconductor substrate including the nitride layer 12 having the stress relaxation region is used. For this reason, when the epitaxial layer 21 is formed on the main surface 12 a of the nitride layer 12 of the semiconductor substrate 10, it is possible to suppress the generation of cracks and to suppress the epitaxial layer 21 from peeling from the nitride layer 12. Therefore, since the crystallinity of the epitaxial layer 21 can be improved, the SBD 20 with improved quality can be realized.

なお、本実施の形態では、半導体デバイスとしてSBDを例に挙げて説明したが、本発明の半導体デバイスはSBDに限定されず、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)、LD(Laser Diode:レーザダイオード)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)、JFET(Junction Field-Effect Transistor:接合電界効果トランジスタ)、pnダイオード、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などにも適用することができる。   In the present embodiment, the SBD is described as an example of the semiconductor device. However, the semiconductor device of the present invention is not limited to the SBD, and an LED (Light Emitting Diode), an LD (Laser Diode: laser diode). ), MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), JFET (Junction Field-Effect Transistor), pn diode, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) be able to.

本実施例では、応力緩和領域を有する窒化物層を備えることの効果について調べた。
(本発明参考例1〜10、14、15)
本発明参考例1〜10、14、15は、基本的には実施の形態1の半導体基板10aの製造方法にしたがって製造した。
In this example, the effect of providing a nitride layer having a stress relaxation region was examined.
( Reference Examples 1 to 10, 14, and 15 of the present invention)
Reference Examples 1 to 10, 14, and 15 of the present invention were basically manufactured according to the method for manufacturing the semiconductor substrate 10a of the first embodiment.

具体的には、まず、以下のようにして、窒化物基板15を準備した(ステップS1)。主面15aおよび裏面15bが研磨により鏡面とされ、かつ酸素をドーピングした直径が2インチ(5.08cm)で厚さが500μmのGaN基板を準備した。このGaN基板の比抵抗は1Ω・cm以下、キャリア濃度は1×1017cm-3以上であった。また、主面15aはGa原子面であり、裏面15bはN原子面であった。その後、本発明参考例1〜10では、裏面15bに、下記の表1に記載の幅(図3におけるW19a)および間隔(図3におけるP19a)を有する溝19aをダイシングにより深さ(図3におけるH19a)が100μmになるように切り込み加工した。また、本発明参考例14、15では、裏面15bに、下記の表1に記載の幅(図3におけるW19a)および間隔(図3におけるP19a)を有する溝19aをRIEまたはウエットエッチングにより深さ(図3におけるH19a)が5μmになるように加工した。これにより、本発明参考例1〜10、14、15の窒化物基板15を準備した。 Specifically, first, a nitride substrate 15 was prepared as follows (step S1). A main surface 15a and a back surface 15b were mirror-finished by polishing, and a GaN substrate having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 500 μm doped with oxygen was prepared. The specific resistance of this GaN substrate was 1 Ω · cm or less, and the carrier concentration was 1 × 10 17 cm −3 or more. Moreover, the main surface 15a was a Ga atom surface, and the back surface 15b was an N atom surface. Thereafter, in Reference Examples 1 to 10 of the present invention, a groove 19a having a width (W19a in FIG. 3) and an interval (P19a in FIG. 3) described in Table 1 below is formed on the back surface 15b by dicing (see FIG. 3). Cutting was performed so that H19a) was 100 μm. Further, in Reference Examples 14 and 15 of the present invention, the groove 19a having the width (W19a in FIG. 3) and the interval (P19a in FIG. 3) shown in Table 1 below is formed on the back surface 15b by RIE or wet etching ( Processing was performed such that H19a) in FIG. 3 was 5 μm. Thereby, the nitride board | substrate 15 of this invention reference examples 1-10, 14, 15 was prepared.

次に、イオン注入するステップS2として、準備したGaN基板の裏面15b(N原子面)に水素イオンを注入した。水素イオンの注入は、加速電圧90keVで行ない、ドーズ量は7×1017cm-2とした。なお、ドーズ量は、水素イオンが注入された領域において最大である濃度とした。本発明参考例1〜10、14、15では、N原子面からの深さH15(図4参照)が約600nmの領域において、注入された水素イオンのドーズ量が最大であった。 Next, as step S2 for ion implantation, hydrogen ions were implanted into the back surface 15b (N atomic surface) of the prepared GaN substrate. Hydrogen ions were implanted at an acceleration voltage of 90 keV, and the dose was 7 × 10 17 cm −2 . Note that the dose was set to the maximum concentration in the region where hydrogen ions were implanted. In Reference Examples 1 to 10, 14, and 15 of the present invention, the dose amount of implanted hydrogen ions was maximum in the region where the depth H15 from the N atomic plane (see FIG. 4) was about 600 nm.

その後、水素イオンを注入したGaN基板の裏面15b(N原子面)を洗浄した。次いで、ドライエッチング装置によりアルゴン(Ar)ガス中で放電させて得られるプラズマにより、裏面15bを清浄面とした。GaN基板の裏面15bを清浄するためのプラズマ発生条件は、RFパワー100W、Arガス流量50sccm(標準状態における気体が1分間に流れる体積(cm3/分))、圧力6.7Paであった。 Thereafter, the back surface 15b (N atomic plane) of the GaN substrate implanted with hydrogen ions was cleaned. Next, the back surface 15b was made a clean surface by plasma obtained by discharging in an argon (Ar) gas with a dry etching apparatus. The plasma generation conditions for cleaning the back surface 15b of the GaN substrate were an RF power of 100 W, an Ar gas flow rate of 50 sccm (volume (cm 3 / min) of gas flowing in one minute in a standard state), and a pressure of 6.7 Pa.

次に、異種基板11を準備するステップS3では、Si基板を熱酸化させて表面に厚さ100nmのSiO2層を形成した異種基板11、つまり図5に示すようにSiO2層(層14)が形成されたSi基板(基板13)を準備した。この異種基板11の主面11aを、ドライエッチング装置によりArガス中で放電させて得られるプラズマにより清浄面とした。異種基板11の主面11aを清浄するためのプラズマ発生条件は、GaN基板の裏面15bと同じ条件とした。 Next, in step S3 of preparing the dissimilar substrate 11, the heterogeneous substrate 11 where the Si substrate to form a SiO 2 layer having a thickness of 100nm on the surface by thermal oxidation, i.e. SiO 2 layer as shown in FIG. 5 (layer 14) A Si substrate (substrate 13) on which was formed was prepared. The main surface 11a of the heterogeneous substrate 11 was made a clean surface by plasma obtained by discharging in Ar gas with a dry etching apparatus. The plasma generation conditions for cleaning the main surface 11a of the heterogeneous substrate 11 were the same as those for the back surface 15b of the GaN substrate.

次に、窒化物基板15の裏面15bと、異種基板11とを貼り合わせることにより、貼り合わせ基板16aを形成するステップS4として、清浄面同士、つまりGaN基板の裏面15b(N原子面)と、SiO2層が形成されたSi基板(異種基板11)の主面11aとを、大気中で貼り合わせた。これにより、図6に示す貼り合わせ基板16aを得た。 Next, as a step S4 for forming the bonded substrate 16a by bonding the back surface 15b of the nitride substrate 15 and the heterogeneous substrate 11, the clean surfaces, that is, the back surface 15b (N atomic surface) of the GaN substrate, The main surface 11a of the Si substrate (the heterogeneous substrate 11) on which the SiO 2 layer was formed was bonded in the air. Thereby, the bonded substrate 16a shown in FIG. 6 was obtained.

次に、窒化物基板15の一部を剥離するステップS5として、貼り合わせ基板16aを、N2ガス雰囲気中で300℃で、2時間熱処理した。これにより、貼り合わせ強度を高めるとともに、窒化物基板15としてのGaN基板を裏面15bから約600nmの深さH15の領域で分離した。つまり、イオン注入するステップS2においてGaN基板においてドーズ量が最大の領域において、GaN基板の一部を分離した。これにより、図7に示すように、窒化物層17として、厚さが約600nmのGaN層を有する貼り合わせ基板(積層基板)を得た。 Next, as step S5 for peeling off a part of the nitride substrate 15, the bonded substrate 16a was heat-treated at 300 ° C. for 2 hours in an N 2 gas atmosphere. As a result, the bonding strength was increased, and the GaN substrate as the nitride substrate 15 was separated from the back surface 15b by a region having a depth H15 of about 600 nm. That is, in the ion implantation step S2, a part of the GaN substrate is separated in the region where the dose amount is maximum in the GaN substrate. As a result, as shown in FIG. 7, a bonded substrate (laminated substrate) having a GaN layer having a thickness of about 600 nm was obtained as the nitride layer 17.

以上のステップS1〜S5を実施することにより、図1に示す本発明参考例1〜10、14、15の半導体基板10aを製造した。 By carrying out the above steps S1 to S5, the semiconductor substrate 10a of Reference Examples 1 to 10, 14, and 15 of the present invention shown in FIG. 1 was manufactured.

(本発明参考例11)
本発明参考例11では、実施の形態3にしたがって、半導体基板10cを製造した。本発明参考例11における半導体基板10cの製造方法は、基本的には本発明参考例1と同様であったが、窒化物基板15を準備するステップS1において異なっていた。
( Reference Example 11 of the present invention)
In Reference Example 11 of the present invention, the semiconductor substrate 10c was manufactured according to the third embodiment. The manufacturing method of the semiconductor substrate 10c in Reference Example 11 of the present invention was basically the same as that of Reference Example 1 of the present invention, but was different in Step S1 in which the nitride substrate 15 was prepared.

具体的には、図14に示す下地基板31上にマスクパターン32を形成した状態で、GaN結晶を成長した。これにより、ストライプ状に幅50μmの多結晶19cとしての多結晶GaNと、幅が500μmの単結晶としての単結晶GaNとを有する本発明参考例11の窒化物基板15を準備した。なお、単結晶領域は、本発明参考例1のGaN基板と同様の特性を有していた。 Specifically, a GaN crystal was grown with the mask pattern 32 formed on the base substrate 31 shown in FIG. Thus, a nitride substrate 15 of Reference Example 11 of the present invention having polycrystalline GaN as a polycrystal 19c having a width of 50 μm and single crystal GaN as a single crystal having a width of 500 μm was prepared in a stripe shape. The single crystal region had the same characteristics as the GaN substrate of Reference Example 1 of the present invention.

(本発明実施例12)
本発明実施例12では、実施の形態4にしたがって、半導体基板10dを製造した。本発明実施例12における半導体基板10dの製造方法は、基本的には本発明参考例1と同様であったが、窒化物基板15を準備するステップS1において異なっていた。
(Invention Example 12)
In the present invention embodiment 12, according to the fourth embodiment, it was manufactured semiconductor substrate 10d. The method of manufacturing a semiconductor substrate 10d in the present invention Example 12 was basically the same as the present invention in Reference Example 1, was different in step S1 of preparing a nitride substrate 15.

具体的には、本発明参考例11と同様に、下地基板31にマスクパターン32を形成した状態でGaN結晶を成長した。これにより、ストライプ状に幅50μmの反転層19dの主面12aがGa面であるGaNと、幅が500μmの主面がN面であるGaNとを有する本発明実施12の窒化物基板15を準備した。なお、反転層19d以外の領域は、本発明参考例1のGaN基板と同様の特性を有していた。 Specifically, as in Reference Example 11 of the present invention, a GaN crystal was grown with the mask pattern 32 formed on the base substrate 31. Thus, a GaN main surface 12a of the inversion layer 19d having a width 50μm in stripes is Ga plane, the nitride substrate 15 of the present invention Example 12 and a GaN is main surface N face width of 500μm Got ready. The region other than the inversion layer 19d had the same characteristics as the GaN substrate of Reference Example 1 of the present invention.

(本発明参考例13)
本発明参考例13では、実施の形態2にしたがって、半導体基板10bを製造した。本発明参考例13における半導体基板10bの製造方法は、基本的には本発明参考例1と同様であったが、窒化物基板15を準備するステップS1においてGaN基板に溝を形成した後にSiO2膜を形成した点において異なっていた。
( Reference Example 13 of the present invention)
In Reference Example 13 of the present invention, the semiconductor substrate 10b was manufactured according to the second embodiment. The manufacturing method of the semiconductor substrate 10b in Reference Example 13 of the present invention was basically the same as that of Reference Example 1 of the present invention. However, after forming a groove in the GaN substrate in Step S1 for preparing the nitride substrate 15, SiO 2 was formed. It was different in that a film was formed.

(本発明参考例16)
本発明参考例16の半導体基板は、基本的には本発明参考例1と同様に製造したが、貼り合わせ基板16aから窒化物基板の一部を剥離するステップS5の後に、溝19aを形成した点において異なっていた。
( Reference Example 16 of the present invention)
The semiconductor substrate of Reference Example 16 of the present invention was basically manufactured in the same manner as Reference Example 1 of the present invention. However, after step S5 for peeling a part of the nitride substrate from the bonded substrate 16a, a groove 19a was formed. It was different in point.

(本発明参考例17)
本発明参考例17の半導体基板は、基本的には本発明参考例1と同様に製造したが、異種基板11として、サファイア基板を用いた点において異なっていた。
( Reference Example 17 of the present invention)
The semiconductor substrate of Reference Example 17 of the present invention was basically manufactured in the same manner as Reference Example 1 of the present invention, but differed in that a sapphire substrate was used as the heterogeneous substrate 11.

(比較例1)
図23に示すように、比較例1の半導体基板40は、基本的には本発明参考例1と同様に製造したが、応力緩衝領域としての溝19aを形成しなかった点において異なっていた。つまり、比較例1の半導体基板40は、溝19aを有していない窒化物層12を備えていた。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 23, the semiconductor substrate 40 of Comparative Example 1 was basically manufactured in the same manner as Reference Example 1 of the present invention, but differed in that the groove 19a as a stress buffering region was not formed. That is, the semiconductor substrate 40 of Comparative Example 1 includes the nitride layer 12 that does not have the groove 19a.

(比較例2)
図24に示すように、比較例2の半導体基板50は、基本的には本発明参考例1と同様に製造したが、応力緩和領域として溝19aを形成しなかった点、および異種基板としてサファイア基板53を用いた点において異なっていた。つまり、図24に示すように、比較例2の半導体基板50は、本発明参考例17の半導体基板と基本的に同様の構成を備えていたが、溝19aを有していない窒化物層12を備えていた点において異なっていた。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 24, a semiconductor substrate 50 of Comparative Example 2 is basically prepared in the same manner as the present invention in Reference Example 1, point was Tsu Naka a groove 19a as a stress relief region, and a heterologous substrate The difference was that the sapphire substrate 53 was used. That is, as shown in FIG. 24, the semiconductor substrate 50 of Comparative Example 2 was basically provided with the same configuration as that of the semiconductor substrate of Reference Example 17 of the present invention, but the nitride layer 12 having no groove 19a. It was different in that it had.

(評価方法)
本発明参考例1〜11、13〜17、本発明実施例12および比較例1、2の半導体基板を構成する窒化物層(GaN層)の主面上に、OMVPE法により、3μmの厚さを有するn型GaNエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウエハを製造した。
(Evaluation method)
A thickness of 3 μm is formed on the main surface of the nitride layer (GaN layer) constituting the semiconductor substrates of Reference Examples 1 to 11 , 13 to 17 of the present invention, Example 12 of the present invention and Comparative Examples 1 and 2 by OMVPE method. An n-type GaN epitaxial layer having the following structure was formed to manufacture an epitaxial wafer.

それぞれのエピタキシャルウエハについて、剥がれ比率およびクラック発生率を測定した。その結果を下記の表1に示す。   About each epitaxial wafer, the peeling ratio and the crack generation rate were measured. The results are shown in Table 1 below.

剥がれ比率としては、異種基板11に対して窒化物層12またはエピタキシャル層が剥がれなかった領域の面積比率を測定した。   As the peeling ratio, the area ratio of the region where the nitride layer 12 or the epitaxial layer was not peeled from the heterogeneous substrate 11 was measured.

また、本発明参考例1〜11、13〜17、本発明実施例12および比較例1、2の半導体基板を100枚製造し、同様にエピタキシャル層を形成して、エピタキシャルウエハを100枚製造した。クラック発生率は、エピタキシャル成長中またはエピタキシャル成長後の複数のエピタキシャルウエハにおいて、全枚数に対してクラックが発生したエピタキシャルウエハの枚数の割合を測定した。ここで、クラックが発生したエピタキシャルウエハとは、長さが2.0mm以上の表面線状割れが生じたエピタキシャルウエハ、0.5mm以上2.0mm以下の表面線状割れが3本以上生じたエピタキシャルウエハ、または0.1mm以上0.5mm以下の表面線状割れが21本以上発生したエピタキシャルウエハとした。 In addition, 100 semiconductor substrates of Reference Examples 1 to 11 , 13 to 17 of the present invention, Example 12 of the present invention and Comparative Examples 1 and 2 were manufactured, and an epitaxial layer was similarly formed to manufacture 100 epitaxial wafers. . The crack occurrence rate was determined by measuring the ratio of the number of epitaxial wafers with cracks to the total number of epitaxial wafers during or after epitaxial growth. Here, the epitaxial wafer having a crack is an epitaxial wafer having a surface linear crack having a length of 2.0 mm or more, and an epitaxial having three or more surface linear cracks having a length of 0.5 mm or more and 2.0 mm or less. A wafer or an epitaxial wafer having 21 or more surface linear cracks of 0.1 mm or more and 0.5 mm or less occurred.

Figure 0005692279
Figure 0005692279

(評価結果)
Si基板を異種基板11として用いる場合には、エピタキシャル層を形成すると、窒化物層12およびエピタキシャル層の積層に、熱膨張率の差から引張応力が加えられる。しかし、表1に示すように、異種基板11としてSi基板を用いた本発明参考例1〜11、13〜16および本発明実施例12は、同じ異種基板11を用いた比較例1と比較して、クラック発生率を低減することができた。このことから、引張応力が加えられる場合には、窒化物層12に応力緩和領域を形成することで、クラックの発生率を低減できることがわかった。
(Evaluation results)
When an Si substrate is used as the heterogeneous substrate 11, when an epitaxial layer is formed, tensile stress is applied to the laminate of the nitride layer 12 and the epitaxial layer due to the difference in thermal expansion coefficient. However, as shown in Table 1, the present invention reference examples 1 to 11, 13 to 16 and the present invention example 12 using the Si substrate as the heterogeneous substrate 11 are compared with the comparative example 1 using the same heterogeneous substrate 11. Thus, the crack generation rate could be reduced. From this, it was found that when tensile stress is applied, the rate of occurrence of cracks can be reduced by forming a stress relaxation region in the nitride layer 12.

また、応力緩和領域として、溝19a、異種材料膜19b、多結晶19c、および反転層19dを形成することが、クラック発生率の低減に有効であることがわかった。   Further, it has been found that forming the groove 19a, the dissimilar material film 19b, the polycrystal 19c, and the inversion layer 19d as the stress relaxation region is effective in reducing the crack generation rate.

また、応力緩和領域が、窒化物層12の主面12aにおいて、ドット状、ストライプ状、または格子状であることが、クラック発生率の低減に有効であることがわかった。   Further, it has been found that the stress relaxation region having a dot shape, stripe shape, or lattice shape on the main surface 12a of the nitride layer 12 is effective in reducing the crack generation rate.

また、応力緩和領域を形成する方法には特に限定されず、また、応力緩和領域を形成する工程順は特に限定されないことがわかった。   Moreover, it was found that the method for forming the stress relaxation region is not particularly limited, and the order of the steps for forming the stress relaxation region is not particularly limited.

サファイア基板を異種基板11として用いる場合には、エピタキシャル層を形成すると、窒化物層12およびエピタキシャル層の積層に、熱膨張率の差から圧縮応力が加えられる。しかし、表1に示すように、異種基板11としてサファイア基板を用いた本発明参考例17は、同じ異種基板11を用いた比較例2と比較して、剥がれていない比率を向上することがわかった。 When a sapphire substrate is used as the heterogeneous substrate 11, when an epitaxial layer is formed, a compressive stress is applied to the laminate of the nitride layer 12 and the epitaxial layer from the difference in thermal expansion coefficient. However, as shown in Table 1, it can be seen that Reference Example 17 of the present invention using a sapphire substrate as the heterogeneous substrate 11 improves the ratio of not peeling compared to Comparative Example 2 using the same heterogeneous substrate 11. It was.

以上より、本実施例によれば、応力緩和領域を有する窒化物層を備えることにより、窒化物層の主面上にエピタキシャル層を形成したときにクラックが発生することを抑制でき、かつエピタキシャル層が半導体基板から剥がれることを抑制できることが確認できた。   As described above, according to this example, by providing the nitride layer having the stress relaxation region, it is possible to suppress the occurrence of cracks when the epitaxial layer is formed on the main surface of the nitride layer, and the epitaxial layer. It can be confirmed that can be prevented from peeling from the semiconductor substrate.

なお、本実施例では、窒化物層としてGaN層を例に挙げて説明したが、本発明者は窒化物基板を用いると、本発明参考例1〜11、13〜17および本発明実施例12と同様の剥がれていない比率およびクラック発生率を有する半導体基板を製造できるという知見を得ている。 In the present embodiment, the GaN layer is described as an example of the nitride layer. However, when the inventor uses a nitride substrate, the present invention reference examples 1 to 11, 13 to 17 and the present invention example 12 are used. It has been found that a semiconductor substrate having the same non-peeling ratio and crack generation rate can be manufactured.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the features of the embodiments and examples. The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

10,10a,10b,10c,10d,40,50 半導体基板、11 異種基板、11a,12a,15a,17a,19d1 主面、12,17,18 窒化物層、11b,12b,15b,17b,19d2 裏面、13 基板、14 層、15 窒化物基板、16a,16b,16c 貼り合わせ基板、19a 溝、19b 異種材料膜、19c 多結晶、19d 反転層、20 ショットキーバリアダイオード(SBD)、21 エピタキシャル層、22 電極、23 ショットキー電極、31 下地基板、32 マスクパターン、53 サファイア基板。   10, 10a, 10b, 10c, 10d, 40, 50 Semiconductor substrate, 11 Different substrate, 11a, 12a, 15a, 17a, 19d1 Main surface, 12, 17, 18 Nitride layer, 11b, 12b, 15b, 17b, 19d2 Back surface, 13 substrate, 14 layers, 15 nitride substrate, 16a, 16b, 16c bonded substrate, 19a groove, 19b dissimilar material film, 19c polycrystal, 19d inversion layer, 20 Schottky barrier diode (SBD), 21 epitaxial layer , 22 electrodes, 23 Schottky electrodes, 31 base substrate, 32 mask pattern, 53 sapphire substrate.

Claims (5)

異種基板と、前記異種基板上に形成された窒化物層と、を備え、前記窒化物層は応力緩和領域を有する、半導体基板と、
前記半導体基板の前記窒化物層の主面上に形成されたエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層に形成されたショットキー電極とを備え
前記応力緩和領域は反転層である、半導体デバイス。
A semiconductor substrate comprising: a heterogeneous substrate; and a nitride layer formed on the heterogeneous substrate, wherein the nitride layer has a stress relaxation region;
An epitaxial layer formed on the main surface of the nitride layer of the semiconductor substrate;
And a Schottky electrode formed on the epitaxial layer,
The semiconductor device , wherein the stress relaxation region is an inversion layer .
前記応力緩和領域は、前記窒化物層の前記主面において、ドット状、ストライプ状、または格子状である、請求項1に記載の半導体デバイス。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the stress relaxation region has a dot shape, a stripe shape, or a lattice shape on the main surface of the nitride layer. 主面と、前記主面と反対側の裏面とを有する窒化物基板を準備する工程と、
前記窒化物基板の前記裏面に、イオンを注入する工程と、
前記窒化物基板の前記裏面と、異種基板とを貼り合わせることにより、貼り合わせ基板を形成する工程と、
前記貼り合せ基板から前記窒化物基板の一部を剥離することにより、窒化物層を形成する工程とを備え、
前記窒化物層は応力緩和領域を有する、半導体基板の製造方法により半導体基板を製造する工程と、
前記半導体基板の前記窒化物層上にエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャル層上にショットキー電極を形成する工程とを備え
前記応力緩和領域は反転層である、半導体デバイスの製造方法。
Preparing a nitride substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface;
Implanting ions into the back surface of the nitride substrate;
Forming a bonded substrate by bonding the back surface of the nitride substrate and a heterogeneous substrate;
Forming a nitride layer by peeling a part of the nitride substrate from the bonded substrate,
The nitride layer has a stress relaxation region, and a step of manufacturing a semiconductor substrate by a method of manufacturing a semiconductor substrate;
Forming an epitaxial layer on the nitride layer of the semiconductor substrate;
And a step of forming a Schottky electrode on said epitaxial layer,
The method of manufacturing a semiconductor device , wherein the stress relaxation region is an inversion layer .
前記応力緩和領域は、前記窒化物層の前記主面において、ドット状、ストライプ状、または格子状である、請求項に記載の半導体デバイスの製造方法。 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3 , wherein the stress relaxation region has a dot shape, a stripe shape, or a lattice shape on the main surface of the nitride layer. 5. 前記窒化物基板を準備する工程では、前記裏面に前記応力緩和領域を有する前記窒化物基板を準備する、請求項3または4に記載の半導体デバイスの製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3 , wherein in the step of preparing the nitride substrate, the nitride substrate having the stress relaxation region on the back surface is prepared.
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