JP6450282B2 - Compound semiconductor substrate and method of manufacturing compound semiconductor substrate - Google Patents

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Description

本発明は、化合物半導体基板および化合物半導体基板の製造方法に関し、より特定的には、SiC(炭化ケイ素)層を備えた化合物半導体基板および化合物半導体基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a compound semiconductor substrate and a method for manufacturing a compound semiconductor substrate, and more particularly to a compound semiconductor substrate having a SiC (silicon carbide) layer and a method for manufacturing the compound semiconductor substrate.

SiCは、Si(ケイ素)に比べてバンドギャップが大きく、高い絶縁破壊電界強度を有している。このため、SiCは、高耐圧を有する半導体装置の材料として期待されている。また、SiCは、GaN(窒化ガリウム)との格子定数が近いことから、GaNを成長させるためのバッファー層として使用することができる。GaNを成長させるためのバッファー層としてSiCを使用した場合、GaNおよびSiCはいずれも高い絶縁破壊電界強度を有することから、より高耐圧なGaNの半導体装置を実現することができる。   SiC has a larger band gap than Si (silicon) and a high dielectric breakdown electric field strength. For this reason, SiC is expected as a material for a semiconductor device having a high breakdown voltage. Further, since SiC has a lattice constant close to that of GaN (gallium nitride), it can be used as a buffer layer for growing GaN. When SiC is used as a buffer layer for growing GaN, since both GaN and SiC have high breakdown field strength, a GaN semiconductor device with higher breakdown voltage can be realized.

SiCを成長させるための下地基板としては、Si基板またはバルクのSiC基板が広く用いられている。このうちバルクのSiC基板は、大口径化が困難であるという問題を有している。安価で大口径のSiCを得るためには、下地基板としてSi基板を用いることが好ましい。この場合、Si基板上には一般的に3C−SiC(3C型の結晶構造を有するSiC)が成長する。   As a base substrate for growing SiC, a Si substrate or a bulk SiC substrate is widely used. Among these, the bulk SiC substrate has a problem that it is difficult to increase the diameter. In order to obtain inexpensive and large-diameter SiC, it is preferable to use a Si substrate as a base substrate. In this case, 3C-SiC (SiC having a 3C type crystal structure) is generally grown on the Si substrate.

Si上に高品質な3C―SiC単結晶を成長する方法として、ガスソースMBE(Molecular Beam Epitaxy)法が知られている(たとえば非特許文献1)。この方法では低温で3C―SiCを成長させるので、層内の応力を低減することができる。このため、ガスソースMBE法は、3C−SiCの大口径化の観点で有利な方法である。近年、ガスソースMBE法を用いてSi基板上に製造した0.1μm〜3.0μmの厚さの(111)面を主面とする3C−SiC層(以降、3C−SiC(111)層と記すことがある)を、GaNを成長させるための下地として用いることが検討されている(たとえば非特許文献2)。   As a method for growing a high-quality 3C—SiC single crystal on Si, a gas source MBE (Molecular Beam Epitaxy) method is known (for example, Non-Patent Document 1). In this method, since 3C—SiC is grown at a low temperature, the stress in the layer can be reduced. For this reason, the gas source MBE method is an advantageous method from the viewpoint of increasing the diameter of 3C-SiC. In recent years, a 3C-SiC layer (hereinafter referred to as a 3C-SiC (111) layer) having a (111) plane of a thickness of 0.1 to 3.0 [mu] m manufactured on a Si substrate using a gas source MBE method is used. Is sometimes used as a base for growing GaN (for example, Non-Patent Document 2).

図16は、ワイドギャップ半導体の物性値を示す表である。   FIG. 16 is a table showing physical property values of the wide gap semiconductor.

図16を参照して、3C−SiCは、2.23eVというバンドギャップを有するワイドギャップ半導体である。また3C−SiCは、4H−SiCと同等の高い電子移動度を有している。さらに、酸化膜界面における3C−SiCの界面準位密度は十分低いことが知られている(たとえば非特許文献3)。したがって、3C−SiCをMOSトランジスタに用いた場合には、大電流を流す際の取り扱いを有利にすることができ、界面反転層における電子の移動度を向上することができる。   Referring to FIG. 16, 3C-SiC is a wide gap semiconductor having a band gap of 2.23 eV. 3C-SiC has a high electron mobility equivalent to 4H-SiC. Furthermore, it is known that the interface state density of 3C—SiC at the oxide film interface is sufficiently low (for example, Non-Patent Document 3). Therefore, when 3C-SiC is used for a MOS transistor, handling when a large current flows can be made advantageous, and the mobility of electrons in the interface inversion layer can be improved.

従来においては、3C−SiC(111)層よりも、(100)面を主面とする3C−SiC層(以降、3C−SiC(100)層と記すことがある)の作製および評価が多く行われてきた。これは、酸化膜界面における3C−SiC(100)層の界面準位密度が他の面方位を主面とする3C−SiC層の界面準位密度と比較して低いためである。しかし、3C−SiC(100)層は、DPB(Double Positioning Boundary)や積層欠陥(以降、SF(Stacking Fault)と記すことがある)などの結晶欠陥を多く含んでおり、結晶品質が低いという問題があった。   Conventionally, the production and evaluation of a 3C-SiC layer having a (100) plane as a main surface (hereinafter sometimes referred to as a 3C-SiC (100) layer) is more performed and evaluated than a 3C-SiC (111) layer. I have been. This is because the interface state density of the 3C—SiC (100) layer at the oxide film interface is lower than the interface state density of the 3C—SiC layer whose main surface is the other plane orientation. However, the 3C-SiC (100) layer has many crystal defects such as DPB (Double Positioning Boundary) and stacking faults (hereinafter sometimes referred to as SF (Stacking Fault)), and the crystal quality is low. was there.

図17は、Si(100)ジャスト基板上に3C−SiC(100)が成長する場合に生じるDPBを模式的に示す図である。図17において、四角形の頂点の部分は、Si原子またはC原子の位置を示している。   FIG. 17 is a diagram schematically illustrating DPB generated when 3C—SiC (100) grows on a Si (100) just substrate. In FIG. 17, the apex portion of the rectangle indicates the position of the Si atom or C atom.

図17を参照して、Si(100)ジャスト基板とは、基板の主面に対するSi(100)面の傾斜角であるオフ角が1度以下であるSi基板である。Si(100)ジャスト基板の(100)面上に3C−SiC(100)層の6個の面PP101〜PP106が成長している。面PP101〜PP106の各々は、(100)面である上面と、互いに対向する(111)面である2つの側面と、互いに対向する(−1−1−1)面である2つの側面とにより構成されている。(111)面である2つの側面はSi面であり、(−1−1−1)面である2つの側面はC面である。   Referring to FIG. 17, the Si (100) just substrate is a Si substrate having an off angle, which is an inclination angle of the Si (100) plane with respect to the main surface of the substrate, of 1 degree or less. Six faces PP101 to PP106 of the 3C—SiC (100) layer are grown on the (100) face of the Si (100) just substrate. Each of the surfaces PP101 to PP106 is composed of an upper surface that is a (100) surface, two side surfaces that are (111) surfaces facing each other, and two side surfaces that are (-1-1-1) surfaces facing each other. It is configured. The two side surfaces that are the (111) plane are Si planes, and the two side surfaces that are the (-1-1-1) plane are C planes.

3C−SiC(100)層の下地となるSi(100)ジャスト基板の結晶構造は、[100]方向((100)面の法線)に対して4回対称である。一方、3C−SiC(100)層の結晶構造は、[100]方向に対して2回対称である。3C−SiCの結晶成長の際には、面PP101、PP102、およびPP103のように、(−1−1−1)面が図中左右の側面に現れ、(111)面が図中上下の側面に現れる場合と、面PP104、PP105、およびPP106のように、(−1−1−1)面が図中上下の側面に現れ、(111)面が図中左右の側面に現れる場合とがある。面PP101、PP102、およびPP103の各々と、面PP104、PP105、およびPP106の各々とは、(100)面の法線を中心として90度回転した場合に等価となる。DPBは、面PP103とPP104との間の位置BR101や、面PP103とPP106との間の位置BR102のように、側面のSi面とC面とが隣接する箇所で発生する不整合に起因する結晶欠陥である。   The crystal structure of the Si (100) just substrate, which is the base of the 3C—SiC (100) layer, is four-fold symmetric with respect to the [100] direction (the (100) plane normal). On the other hand, the crystal structure of the 3C—SiC (100) layer is twice symmetrical with respect to the [100] direction. During crystal growth of 3C—SiC, as in the planes PP101, PP102, and PP103, the (−1-1-1) plane appears on the left and right side surfaces in the drawing, and the (111) plane is the upper and lower side surfaces in the drawing. And (-1-1-1) plane may appear on the upper and lower side surfaces in the drawing, and (111) plane may appear on the left and right side surfaces in the drawing, like the planes PP104, PP105, and PP106. . Each of planes PP101, PP102, and PP103 and each of planes PP104, PP105, and PP106 are equivalent when rotated 90 degrees about the normal line of (100) plane. The DPB is a crystal caused by a mismatch that occurs at a place where the side Si surface and the C surface are adjacent, such as a position BR101 between the surfaces PP103 and PP104 and a position BR102 between the surfaces PP103 and PP106. It is a defect.

3C−SiC(100)層のDPBを低減する技術として、オフ基板やアンジュレーション加工基板などを使用する方法が提案されている(たとえば非特許文献4〜6)。   As a technique for reducing the DPB of the 3C—SiC (100) layer, a method using an off-substrate, an undulation substrate, or the like has been proposed (for example, Non-Patent Documents 4 to 6).

図18は、オフ基板およびアンジュレーション基板の各々を利用した場合のSiC結晶の成長を模式的に示す図である。図18(a)は、オフ基板を利用した場合の図であり、図18(b)は、アンジュレーション基板を利用した場合の図である。   FIG. 18 is a diagram schematically showing the growth of a SiC crystal when each of the off-substrate and the undulation substrate is used. FIG. 18A is a diagram when an off-substrate is used, and FIG. 18B is a diagram when an undulation substrate is used.

図18(a)を参照して、オフ基板とは、Si(100)基板の主面の法線に対して数度のオフ角を設けたものである。オフ基板上に3C−SiC層を形成する方法によれば、SiC層101の結晶の各々が矢印AR101の方向に成長するため、DPBの発生を抑止することができる。   Referring to FIG. 18A, an off substrate is one in which an off angle of several degrees is provided with respect to the normal line of the main surface of the Si (100) substrate. According to the method of forming the 3C—SiC layer on the off-substrate, each crystal of the SiC layer 101 grows in the direction of the arrow AR101, so that the generation of DPB can be suppressed.

図18(b)を参照して、アンジュレーション基板とは、Si(100)基板の主面に特定の形状の凹凸を形成したものである。アンジュレーション基板上に3C−SiC層を形成する方法によれば、互いに対向する傾斜面(たとえば傾斜面PL101おおよびPL102)の各々からSiC層101の結晶が成長し、これらの結晶の欠陥が会合消滅するため、DPBを低減することができる。   Referring to FIG. 18B, the undulation substrate is one in which irregularities having a specific shape are formed on the main surface of the Si (100) substrate. According to the method of forming the 3C—SiC layer on the undulation substrate, the crystal of the SiC layer 101 grows from each of the inclined surfaces facing each other (for example, the inclined surfaces PL101 and PL102), and defects of these crystals are associated. Since it disappears, DPB can be reduced.

横山敬志他、第52回応用物理学会春季講演、30p−YK−1Yokoyama Takashi et al., 52nd JSAP Spring Meeting, 30p-YK-1 H.Fang et al., J. Appl. Phys. 115, 063102(2014)H. Fang et al., J. Appl. Phys. 115, 063102 (2014) 山本裕介他、第75回応用物理学会秋季講演、17p−A17−10Yusuke Yamamoto et al., 75th JSAP Autumn Meeting, 17p-A17-10 K.shibahara et al., J. Cryst. Growth, 78, 538(1986)K.shibahara et al., J. Cryst. Growth, 78, 538 (1986) K.shibahara et al., Appl. Phys. Lett., 50, 1888(1987)K.shibahara et al., Appl. Phys. Lett., 50, 1888 (1987) N.Hatta et al., 2011 ICSCRMN. Hatta et al., 2011 ICSCRM

3C−SiCはSiよりも高い絶縁破壊電界を有することから、Siよりも高耐圧なデバイスへの適用が期待されている。そのためには、3C−SiC層の高品質化が必要である。しかし、従来の技術には、3C−SiC層の品質が低いという問題があった。   Since 3C-SiC has a higher breakdown electric field than Si, application to devices having a higher breakdown voltage than Si is expected. For this purpose, it is necessary to improve the quality of the 3C—SiC layer. However, the conventional technique has a problem that the quality of the 3C—SiC layer is low.

オフ基板上に3C−SiC層を形成する方法(図18(a)の方法)やアンジュレーション基板上に3C−SiC層を形成する方法(図18(b)の方法)では、基板を作製する際に複雑な加工工程や成長工程が必要であり、基板の高コスト化を招いていた。   In the method of forming the 3C-SiC layer on the off-substrate (the method of FIG. 18A) or the method of forming the 3C-SiC layer on the undulation substrate (the method of FIG. 18B), a substrate is manufactured. At the same time, complicated processing steps and growth steps are required, leading to high cost of the substrate.

さらに、Si(100)基板上に形成する3C−SiCの厚みを増加して高品質な結晶を得ようとすると、SiとSiCとの格子定数の違いおよび熱膨張係数の違いに起因して、Si基板に過剰にストレスが加わり、Si基板に割れが発生したり、SiC層にクラックが発生したりする問題があった。   Furthermore, when trying to obtain a high-quality crystal by increasing the thickness of 3C-SiC formed on the Si (100) substrate, due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between Si and SiC, There has been a problem that excessive stress is applied to the Si substrate, causing cracks in the Si substrate or cracks in the SiC layer.

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、高品質な3C−SiC層を備えた化合物半導体基板および化合物半導体基板の製造方法を提供することである。   The present invention is to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a compound semiconductor substrate having a high-quality 3C—SiC layer and a method for manufacturing the compound semiconductor substrate.

本発明の一の局面に従う化合物半導体基板は、(111)面で構成された表面を有するSi基板と、Si基板の表面に形成された、(111)面で構成された表面を有する単層の3C−SiC層とを備え、Si基板の裏面にはSiC層が形成されておらず、3C−SiC層の厚さは100μm以上400μm以下であり、3C−SiC層の表面に対してX線照射により、(220)回折を検出できる条件で、φが0度から360度の範囲でφスキャンをした場合に、回折強度のφ依存性を示すグラフにおける1〜3番目に大きな回折強度を持つ回折ピークの平均強度を平均強度AV1とし、グラフにおける4〜6番目に大きな回折強度を持つ回折ピークの平均強度を平均強度AV2とした場合、2つの平均強度の割合(AV2/AV1)は、0より大きく0.5%以下であり、3C−SiC層の断面の表面において、単位長さ当たりに出現する積層欠陥の本数は0より大きく2000本/cm以下であるA compound semiconductor substrate according to one aspect of the present invention includes: a Si substrate having a surface constituted by a (111) plane; and a single layer having a surface constituted by a (111) plane formed on the surface of the Si substrate . 3C-SiC layer , no SiC layer is formed on the back surface of the Si substrate, the thickness of the 3C-SiC layer is not less than 100 μm and not more than 400 μm, and the surface of the 3C-SiC layer is irradiated with X-rays (2) When the φ scan is performed in the range of 0 to 360 degrees under the condition that (220) diffraction can be detected, the diffraction having the first to third largest diffraction intensities in the graph showing the φ dependence of the diffraction intensity When the average intensity of the peak is the average intensity AV1, and the average intensity of the diffraction peak having the fourth to sixth largest diffraction intensity in the graph is the average intensity AV2, the ratio of the two average intensity (AV2 / AV1) is 0. Greater Ri der than 0.5%, in the cross section surface of the 3C-SiC layer, the number of stacking faults appearing per unit length is 2,000 / cm or less greater than 0.

上記化合物半導体基板において好ましくは、3C−SiC層は、2インチ以上8インチ未満の直径を有する平面形状である。   In the compound semiconductor substrate, preferably, the 3C—SiC layer has a planar shape having a diameter of 2 inches or more and less than 8 inches.

上記化合物半導体基板において好ましくは、3C−SiC層は、4インチ未満の直径を有する平面形状である。   Preferably, in the compound semiconductor substrate, the 3C—SiC layer has a planar shape having a diameter of less than 4 inches.

本発明の他の局面に従う化合物半導体基板の製造方法は、中央に開口部を有し、環状の平面形状のマスクを、Si(111)基板表面の外周領域を覆うように形成する工程と、マスクを形成する工程の後に、Si(111)基板表面におけるマスクが形成されずに露出した領域に、3C−SiC層をヘテロエピタキシャル成長させる工程と、3C−SiC層をヘテロエピタキシャル成長させる工程の後に、剥離液を用いてSi(111)基板を除去する工程とを備える。   A method of manufacturing a compound semiconductor substrate according to another aspect of the present invention includes a step of forming an annular planar mask so as to cover an outer peripheral region of the Si (111) substrate surface, and having an opening in the center. After the step of forming the 3C-SiC layer in the region exposed without forming the mask on the Si (111) substrate surface and the step of heteroepitaxially growing the 3C-SiC layer in the region exposed without forming the mask, And removing the Si (111) substrate by using.

上記製造方法において好ましくは、開口部は、2インチ以上の直径を有する。   Preferably, in the above manufacturing method, the opening has a diameter of 2 inches or more.

本発明によれば、高品質な3C−SiC層を備えた化合物半導体基板および化合物半導体基板の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the compound semiconductor substrate provided with the high quality 3C-SiC layer and a compound semiconductor substrate can be provided.

本発明の一実施の形態における化合物半導体基板SRを模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically compound semiconductor substrate SR in one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態における化合物半導体基板SRの第1の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the 1st manufacturing process of compound semiconductor substrate SR in one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態における化合物半導体基板SRの第2の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the 2nd manufacturing process of compound semiconductor substrate SR in one embodiment of this invention. CVD法を用いてSiC層21を形成する際のSi基板11の温度の時間変化を模式的に示す表である。It is a table | surface which shows typically the time change of the temperature of the Si substrate 11 at the time of forming the SiC layer 21 using CVD method. 本発明の一実施の形態における化合物半導体基板SRの第3の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the 3rd manufacturing process of compound semiconductor substrate SR in one embodiment of this invention. Si基板11におけるSiC層1との界面に生じる力を模式的に示す断面図である。3 is a cross-sectional view schematically showing a force generated at an interface between the Si substrate 11 and the SiC layer 1. FIG. Si基板11の(111)面上にSiC層21の結晶が成長する様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that the crystal | crystallization of the SiC layer 21 grows on the (111) plane of the Si substrate 11. FIG. 本発明の一実施例における各試料の作製条件と評価結果とを示す表である。It is a table | surface which shows the preparation conditions and evaluation result of each sample in one Example of this invention. 2θ−θスキャン装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of a 2 (theta)-(theta) scanning apparatus. 試料Cについての2θ−θスキャンの結果を示すグラフである。3 is a graph showing the result of 2θ-θ scan for sample C. FIG. φスキャン装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of a (phi) scanning apparatus. 試料Cについての回折強度のφ依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the φ dependence of diffraction intensity for Sample C. 試料Bについての回折強度のφ依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the φ dependence of diffraction intensity for Sample B. 試料Aについての回折強度のφ依存性を示すグラフである。4 is a graph showing the φ dependence of diffraction intensity for Sample A. 図15(a)は試料Cの断面SEMの画像である。図15(b)は試料Cの断面TEMの画像である。FIG. 15A is an image of a cross section SEM of the sample C. FIG. FIG. 15B is an image of a cross-section TEM of the sample C. ワイドギャップ半導体の物性値を示す表である。It is a table | surface which shows the physical-property value of a wide gap semiconductor. Si(100)ジャスト基板上に3C−SiC(100)が成長する場合に生じるDPBを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically DPB produced when 3C-SiC (100) grows on a Si (100) just substrate. オフ基板およびアンジュレーション基板の各々を利用した場合のSiC結晶の成長を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the growth of the SiC crystal at the time of utilizing each of an off board | substrate and an undulation board | substrate.

以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[化合物半導体基板の構成および製造方法]   [Configuration and Manufacturing Method of Compound Semiconductor Substrate]

図1は、本発明の一実施の形態における化合物半導体基板SRを模式的に示す斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing a compound semiconductor substrate SR in one embodiment of the present invention.

図1(a)を参照して、本実施の形態における化合物半導体基板SRは、たとえば2インチ以上の直径を有する円の平面形状を有している。化合物半導体基板SRは、SiC層1を備えている。SiC層1は、3C−SiCの結晶構造を有しており、(111)面で構成された表面1aを有している。SiC層1の厚さWは2μm以上400μm以下である。3C−SiC層1の表面に対してX線照射により、(220)回折を検出できる条件で、φが0度から360度の範囲でφスキャンをした場合に、回折強度のφ依存性を示すグラフにおける1〜3番目に大きな回折強度を持つ回折ピークの平均強度を平均強度AV1とし、グラフにおける4〜6番目に大きな回折強度を持つ回折ピークの平均強度を平均強度AV2とした場合、2つの平均強度の割合(AV2/AV1)は、0より大きく0.5%以下である。好ましくは、SiC層1の厚さは100μm以上であり、SiC層1の断面の表面において、単位長さ当たりに出現するSFの本数は、0より大きく2000本/cm以下である。SiC層1は、好ましくは2インチ以上8インチ未満であり、より好ましくは2インチ以上4インチ未満の直径を有する平面形状である。   Referring to FIG. 1A, compound semiconductor substrate SR in the present embodiment has a planar shape of a circle having a diameter of, for example, 2 inches or more. The compound semiconductor substrate SR includes the SiC layer 1. The SiC layer 1 has a 3C-SiC crystal structure, and has a surface 1a composed of (111) planes. The thickness W of the SiC layer 1 is not less than 2 μm and not more than 400 μm. When φ scan is performed in the range of 0 to 360 degrees under the condition that (220) diffraction can be detected by X-ray irradiation on the surface of the 3C-SiC layer 1, the φ dependence of diffraction intensity is shown. When the average intensity AV1 is the average intensity of the diffraction peak having the first to third highest diffraction intensity in the graph and the average intensity AV2 is the average intensity of the diffraction peak having the fourth to sixth highest diffraction intensity in the graph, The ratio of average intensity (AV2 / AV1) is greater than 0 and 0.5% or less. Preferably, SiC layer 1 has a thickness of 100 μm or more, and the number of SF appearing per unit length on the surface of the cross section of SiC layer 1 is greater than 0 and equal to or less than 2000 / cm. The SiC layer 1 is preferably a planar shape having a diameter of 2 inches or more and less than 8 inches, more preferably 2 inches or more and less than 4 inches.

図1(b)を参照して、化合物半導体基板SRは、Si基板11をさらに備えていてもよい。Si基板11はSiC層1の形成時に下地として用いたものであり、SiとSiCの基板主面は(111)面である。SiC層1はSi基板11の表面11aに形成されている。Si基板11は、Si(111)ジャスト基板であることが好ましい。Si(111)ジャスト基板とは、基板の主面に対するSi(111)面の傾斜角であるオフ角が1度以下であるSi基板である。   With reference to FIG. 1B, the compound semiconductor substrate SR may further include a Si substrate 11. The Si substrate 11 is used as a base when the SiC layer 1 is formed, and the Si and SiC substrate main surface is the (111) plane. The SiC layer 1 is formed on the surface 11 a of the Si substrate 11. The Si substrate 11 is preferably a Si (111) just substrate. The Si (111) just substrate is a Si substrate having an off angle, which is an inclination angle of the Si (111) surface with respect to the main surface of the substrate, of 1 degree or less.

SiC層1の厚さWがSiC層1の平面形状の面積と比較して小さい場合には、SiC層1の機械的強度は低い。この場合、図1(b)に示すように、Si基板11によってSiC層1が補強されてもよい。一方、SiC層1の厚さWがSiC層1の平面形状の面積と比較して大きい場合には、SiC層1の機械的強度は高くなる。この場合、図1(a)に示すように、SiC層1単独でも機械的強度を維持可能となる。以降、SiC層1単独で化合物半導体基板SRを構成するものを自立基板と記すことがある。   When the thickness W of the SiC layer 1 is smaller than the area of the planar shape of the SiC layer 1, the mechanical strength of the SiC layer 1 is low. In this case, the SiC layer 1 may be reinforced by the Si substrate 11 as shown in FIG. On the other hand, when thickness W of SiC layer 1 is larger than the area of the planar shape of SiC layer 1, mechanical strength of SiC layer 1 is increased. In this case, as shown in FIG. 1A, the mechanical strength can be maintained even with the SiC layer 1 alone. Hereinafter, what constitutes the compound semiconductor substrate SR by the SiC layer 1 alone may be referred to as a free-standing substrate.

図2は、本発明の一実施の形態における化合物半導体基板SRの第1の製造工程を示す図である。図2(a)は断面図であり、図2(b)は平面図である。   FIG. 2 is a diagram showing a first manufacturing process of the compound semiconductor substrate SR in one embodiment of the present invention. 2A is a cross-sectional view, and FIG. 2B is a plan view.

図2(a)を参照して、Si基板11を準備する。Si基板11は、たとえば4インチの直径を有する汎用のSi(111)ジャスト基板よりなっている。Si基板11は、アンドープのSiであってもよいし、p型またはn型の不純物がドープされたものであってもよい。次に、Si基板11の表面11aにマスク12を形成する。   Referring to FIG. 2A, the Si substrate 11 is prepared. The Si substrate 11 is made of a general-purpose Si (111) just substrate having a diameter of 4 inches, for example. The Si substrate 11 may be undoped Si or may be doped with p-type or n-type impurities. Next, a mask 12 is formed on the surface 11 a of the Si substrate 11.

図2(b)を参照して、マスク12は、Si基板11の表面11aの外周領域を覆うように環状の平面形状で形成される。マスク12は、その中央に開口部12aを有している。開口部12aは、たとえば2インチ以上の直径を有している。マスク12が形成されていないSi基板11の中心部には2インチ以上の直径を有する円の平面形状で表面11aが露出する。マスク12は、たとえば金属、SiC、またはSiO2などよりなっている。なお、マスク12の形状は任意であり、Si基板11の表面11aの一部を覆うものであればよい。 With reference to FIG. 2B, the mask 12 is formed in an annular planar shape so as to cover the outer peripheral region of the surface 11 a of the Si substrate 11. The mask 12 has an opening 12a at the center thereof. The opening 12a has a diameter of, for example, 2 inches or more. At the center of the Si substrate 11 on which the mask 12 is not formed, the surface 11a is exposed in a planar shape of a circle having a diameter of 2 inches or more. The mask 12 is made of, for example, metal, SiC, or SiO 2 . Note that the shape of the mask 12 is arbitrary, and any shape that covers a part of the surface 11a of the Si substrate 11 may be used.

図3は、本発明の一実施の形態における化合物半導体基板SRの第2の製造工程を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing a second manufacturing process of the compound semiconductor substrate SR in one embodiment of the present invention.

図3を参照して、次に、たとえば低温CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、Si基板1の表面11aにおけるマスク12が形成されずに露出した領域、およびマスク12上にSiC層21をヘテロエピタキシャル成長させる。SiC層21は、2μm以上400μm以下の厚さ、好ましくは100μm以上の厚さで形成される。   Referring to FIG. 3, next, for example, by using a low temperature CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a region exposed on surface 11 a of Si substrate 1 where mask 12 is not formed and SiC layer 21 is formed on mask 12. Heteroepitaxially grown. The SiC layer 21 is formed with a thickness of 2 μm or more and 400 μm or less, preferably 100 μm or more.

図4は、CVD法を用いてSiC層21を形成する際のSi基板11の温度の時間変化を模式的に示す表である。   FIG. 4 is a table schematically showing temporal changes in the temperature of the Si substrate 11 when the SiC layer 21 is formed using the CVD method.

図4を参照して、SiC層21を形成する際には、マスク12が形成されたSi基板11を成膜チャンバー内に配置し、成膜チャンバー内を減圧する。次に、たとえば10分程度の時間をかけて室温から所定の成膜温度までSi基板11を加熱する。成膜温度は、たとえば1050〜1100℃である。   Referring to FIG. 4, when forming SiC layer 21, Si substrate 11 on which mask 12 is formed is placed in a film forming chamber, and the pressure in the film forming chamber is reduced. Next, for example, the Si substrate 11 is heated from room temperature to a predetermined film formation temperature over a period of about 10 minutes. The film forming temperature is, for example, 1050 to 1100 ° C.

Si基板11の温度が成膜温度に達した後で、たとえば5〜12時間の間、成膜チャンバー内に原料ガスを導入する。原料ガスはたとえばモノメチルシランである。原料ガスの流量はたとえは20〜30sccmである。原料ガスの導入中の成膜チャンバー内の圧力は、たとえば2×10-4〜3×10-4Torr(0.02〜0.03Pa)である。なお、原料ガスの導入中には、原料ガスの流量を上記の範囲内で時間経過に従って周期的に変化させてもよい。 After the temperature of the Si substrate 11 reaches the film formation temperature, the source gas is introduced into the film formation chamber for 5 to 12 hours, for example. The source gas is, for example, monomethylsilane. The flow rate of the source gas is, for example, 20-30 sccm. The pressure in the film forming chamber during the introduction of the source gas is, for example, 2 × 10 −4 to 3 × 10 −4 Torr (0.02 to 0.03 Pa). During the introduction of the source gas, the flow rate of the source gas may be periodically changed over time within the above range.

原料ガスの導入が終了した後で、たとえば65分程度の時間をかけて成膜温度から200℃未満の温度までSi基板11を冷却する。   After the introduction of the source gas is completed, the Si substrate 11 is cooled from the film formation temperature to a temperature lower than 200 ° C. over a period of, for example, about 65 minutes.

なお、CVD法を用いてSiC層21を形成する前に、露出した表面11aに対して炭化処理を行ってもよい。   In addition, before forming the SiC layer 21 using CVD method, you may carbonize with respect to the exposed surface 11a.

図5は、本発明の一実施の形態における化合物半導体基板SRの第3の製造工程を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a third manufacturing process of the compound semiconductor substrate SR in one embodiment of the present invention.

図5を参照して、次に剥離液などを用いて、Si基板11の表面11aからマスク12を除去する。このとき、マスク12上に形成されたSiC層21はマスク12とともに除去される。SiC層21の一部は、Si基板11の表面11aに残りSiC層1となる。SiC層1は、マスク12によって、Si基板11の中心部の2インチの直径を有する円形の領域に制限される。   Referring to FIG. 5, next, mask 12 is removed from surface 11a of Si substrate 11 using a stripping solution or the like. At this time, the SiC layer 21 formed on the mask 12 is removed together with the mask 12. A part of the SiC layer 21 remains on the surface 11 a of the Si substrate 11 to become the SiC layer 1. The SiC layer 1 is limited by the mask 12 to a circular area having a diameter of 2 inches in the center of the Si substrate 11.

次に、たとえばフッ硝酸などの剥離液を用いてSi基板11をエッチングにより除去する。この場合には、図1(a)に示す化合物半導体基板SR(自立基板)が得られる。SiC層1が薄い場合には、SiC層1の真下のSi基板11を残して、図5中線LN1に沿ってSi基板11をダイシングする。この場合には、図1(b)に示す化合物半導体基板SRが得られる。さらに、Si基板11は除去しなくてもよい。   Next, the Si substrate 11 is removed by etching using a stripping solution such as hydrofluoric acid. In this case, the compound semiconductor substrate SR (self-standing substrate) shown in FIG. When the SiC layer 1 is thin, the Si substrate 11 is diced along the line LN1 in FIG. 5 while leaving the Si substrate 11 directly below the SiC layer 1. In this case, the compound semiconductor substrate SR shown in FIG. 1B is obtained. Furthermore, the Si substrate 11 may not be removed.

[実施の形態の効果]   [Effect of the embodiment]

本実施の形態によれば、マスク12によって、SiC層1を形成する領域をSi基板11の表面11aの一部に制限する。これにより、Si基板11の割れやSiC層1のクラックの発生を抑制しつつSiC層1を厚膜化することができる。その結果、SiC層1の厚膜化によって欠陥が消滅し、3C−SiC層の品質を向上することができる。   According to the present embodiment, the region for forming SiC layer 1 is limited to a part of surface 11 a of Si substrate 11 by mask 12. Thereby, SiC layer 1 can be made thick while suppressing generation of cracks in Si substrate 11 and cracks in SiC layer 1. As a result, defects are eliminated by increasing the thickness of the SiC layer 1, and the quality of the 3C-SiC layer can be improved.

図6は、Si基板11におけるSiC層1との界面に生じる力を模式的に示す断面図である。図6(a)は、比較例として、マスク12を用いないでSiC層1を形成した場合の図である。図6(b)は、本実施の形態のように、マスク12を用いてSiC層1を形成した場合の図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the force generated at the interface between the Si substrate 11 and the SiC layer 1. FIG. 6A shows a case where the SiC layer 1 is formed without using the mask 12 as a comparative example. FIG. 6B is a diagram when the SiC layer 1 is formed using the mask 12 as in the present embodiment.

図6(a)を参照して、マスク12を用いない場合には、Si基板11の表面11a全体にSiC層1が形成される。Si(111)面の格子定数(0.384nm)に比べてSiC(111)面の格子定数(0.308nm)は小さく、Si(111)面の熱膨張係数(2.6×1016/K)に比べてSiC(111)面の熱膨張係数(2.8×1016/K)は大きい。このため、SiC層1形成後の冷却時にSiC結晶が大きく収縮し、Si基板11におけるSiC層1との界面全体に矢印F1で示す収縮力が生じ、Si基板11にはモーメントMが生じる。その結果、Si基板11には変形が生じ、SiC層1には変形とクラックが生じ、SiC層1を厚膜化することができない。 Referring to FIG. 6A, when mask 12 is not used, SiC layer 1 is formed on the entire surface 11a of Si substrate 11. The lattice constant (0.308 nm) of the SiC (111) surface is smaller than the lattice constant (0.384 nm) of the Si (111) surface, and the thermal expansion coefficient (2.6 × 10 16 / K) of the Si (111) surface. ) Has a larger coefficient of thermal expansion (2.8 × 10 16 / K) on the SiC (111) surface. For this reason, the SiC crystal is greatly contracted during cooling after the formation of the SiC layer 1, a contraction force indicated by an arrow F <b> 1 is generated on the entire interface of the Si substrate 11 with the SiC layer 1, and a moment M is generated in the Si substrate 11. As a result, the Si substrate 11 is deformed, the SiC layer 1 is deformed and cracked, and the SiC layer 1 cannot be thickened.

図6(b)を参照して、マスク12を用いた場合には、SiC層1が形成される領域がSi基板11の表面11aの一部に制限される。このため、SiC層1形成後の冷却時にSiC結晶が大きく収縮しても、矢印F1で示す収縮力は、Si基板11におけるSiC層1との界面の一部の領域RG1にのみ生じる。その結果、Si基板11の変形量は小さく、SiC層1にもクラックが生じず、SiC層1を厚膜化することができる。これにより、厚膜化の効果としてSiC層1内の欠陥を低減することができる。   Referring to FIG. 6B, when mask 12 is used, the region where SiC layer 1 is formed is limited to a part of surface 11 a of Si substrate 11. For this reason, even if the SiC crystal contracts greatly during cooling after the formation of SiC layer 1, the contraction force indicated by arrow F <b> 1 occurs only in part of region RG <b> 1 at the interface with SiC layer 1 in Si substrate 11. As a result, the deformation amount of the Si substrate 11 is small, the SiC layer 1 is not cracked, and the SiC layer 1 can be thickened. Thereby, defects in SiC layer 1 can be reduced as an effect of increasing the film thickness.

加えて、本実施の形態によれば、(111)面を表面とする3C−SiCを成長させることにより、基板を作製する際に複雑な加工工程や成長工程を行うことなく、シンプルかつ安価な方法でDPBおよびSFを低減することができる。   In addition, according to the present embodiment, by growing 3C-SiC having the (111) plane as a surface, it is simple and inexpensive without performing complicated processing steps and growth steps when manufacturing a substrate. DPB and SF can be reduced by the method.

図7は、Si基板11の(111)面上にSiC層21の結晶が成長する様子を模式的に示す図である。図7において、三角形または四角形の頂点の部分は、Si原子またはC原子の位置を示している。   FIG. 7 is a diagram schematically showing how the crystal of the SiC layer 21 grows on the (111) plane of the Si substrate 11. In FIG. 7, the apex portion of the triangle or quadrangle indicates the position of the Si atom or C atom.

図7を参照して、Si基板11の表面11a(主面)である(111)面上に、SiC層21となる3C−SiCの4個の面PP1〜PP4が成長している。面PP1〜PP4の各々は、(111)面である上面と、(100)面である3つの側面と、(−1−1−1)面である3つの側面とにより構成されている。(111)面である上面はSi面であり、(100)面である3つの側面はSi面であり、(−1−1−1)面である3つの側面はC面である。   Referring to FIG. 7, four 3C-SiC surfaces PP1 to PP4 that become SiC layer 21 grow on the (111) surface, which is surface 11a (main surface) of Si substrate 11. Each of the surfaces PP1 to PP4 includes an upper surface that is a (111) plane, three side surfaces that are a (100) plane, and three side surfaces that are a (-1-1-1) plane. The upper surface which is the (111) plane is the Si plane, the three side faces which are the (100) plane are Si planes, and the three side faces which are the (-1-1-1) plane are C planes.

Si基板11およびSiC層21の結晶構造は、いずれも[111]方向((111)面の法線)に対して3回対称であり、同一の回転対称性(120度)を有している。このため、Si基板11のSi結晶内のSi原子の位置と、SiC層21の3C−SiC結晶内のSi原子の位置とが整合する。面PP1〜PP4における対向する側面である(100)面はいずれもSi面となる。面PP1〜PP4における別の対向する側面である(−1−1−1)面はいずれもC面となる。その結果、面PP1〜PP4の各々の(100)面から成長する結晶に含まれるSFが対向する関係となり、これらのSFが会合消滅する。その結果、DPBおよびSFを低減することができる。   The crystal structures of the Si substrate 11 and the SiC layer 21 are both three-fold symmetric with respect to the [111] direction (the (111) plane normal) and have the same rotational symmetry (120 degrees). . For this reason, the position of the Si atom in the Si crystal of the Si substrate 11 and the position of the Si atom in the 3C—SiC crystal of the SiC layer 21 are matched. All the (100) planes that are the opposite side faces in the planes PP1 to PP4 are Si planes. All of the (-1-1-1) planes, which are other opposing side faces in the planes PP1 to PP4, are C planes. As a result, the SFs contained in the crystals grown from the (100) planes of the planes PP1 to PP4 face each other, and these SFs disappear together. As a result, DPB and SF can be reduced.

[実施例]   [Example]

本実施例では、互い異なる作製条件で化合物半導体基板としての試料A〜Gの各々を作製し、その品質を評価した。試料B〜Dは実施例(本発明例)であり、試料A、E、F、およびGは比較例である。   In this example, samples A to G as compound semiconductor substrates were produced under different production conditions, and the quality was evaluated. Samples B to D are examples (examples of the present invention), and samples A, E, F, and G are comparative examples.

図8は、本発明の一実施例における各試料の作製条件と評価結果とを示す表である。   FIG. 8 is a table showing production conditions and evaluation results for each sample in one example of the present invention.

図8を参照して、試料A〜Eでは、SiC(111)層を形成することを目的として、Si基板としてSi(111)ジャスト基板を用いた。試料FおよびGでは、SiC(100)層を形成することを目的として、Si基板としてSi(100)ジャスト基板を用いた。   Referring to FIG. 8, in Samples A to E, a Si (111) just substrate was used as the Si substrate for the purpose of forming a SiC (111) layer. In samples F and G, a Si (100) just substrate was used as the Si substrate for the purpose of forming a SiC (100) layer.

次にSi基板上に3C−SiCが形成される条件でSiC層を成膜した。試料AではSiC層の厚さを160nmとした。試料BおよびFではSiC層の厚さを2μmとした。試料C、E、およびGではSiC層の厚さを100μmとした。試料DではSiC層の厚さを400μmとした。SiC層の厚さは、エリプソメーターを用いて観察した。また、SiC層を成膜する際に、試料A〜Dでは、マスクを使用することで、Si基板の中心部の円形の領域にSiC層の形成領域を制限した。試料E〜Gでは、マスクを使用せず、Si基板の表面全面にSiC層を形成した。   Next, an SiC layer was formed on the Si substrate under the condition that 3C-SiC was formed. In sample A, the thickness of the SiC layer was 160 nm. In samples B and F, the thickness of the SiC layer was 2 μm. In samples C, E, and G, the thickness of the SiC layer was 100 μm. In sample D, the thickness of the SiC layer was 400 μm. The thickness of the SiC layer was observed using an ellipsometer. Further, in forming the SiC layer, in Samples A to D, the formation area of the SiC layer was limited to a circular area at the center of the Si substrate by using a mask. In samples E to G, a SiC layer was formed on the entire surface of the Si substrate without using a mask.

SiC層形成後に室温までSi基板を冷却し、SiC層が形成されたSi基板の割れの発生の有無を目視にて評価した。その結果、試料A〜DおよびFでは、SiC層が形成されたSi基板に割れの発生がいずれも確認されなかった。これに対して、試料EおよびGでは、SiC層が形成されたSi基板の割れの発生が確認された。   After the formation of the SiC layer, the Si substrate was cooled to room temperature, and the presence or absence of cracking of the Si substrate on which the SiC layer was formed was visually evaluated. As a result, in Samples A to D and F, no cracks were confirmed on the Si substrate on which the SiC layer was formed. On the other hand, in Samples E and G, it was confirmed that the Si substrate on which the SiC layer was formed was cracked.

次に、SiC層形成後に割れが発生しなかった試料A〜DおよびFの各々におけるSiC層の表面の面方位を、2θ−θスキャンを用いて評価した。その結果、試料A〜Dの各々は、SiC層の表面が(111)面で構成された単結晶基板であることが確認された。試料Fは、SiC層の表面が(100)面で構成された単結晶基板であることが確認された。なお、SiC層形成後に割れが発生した試料EおよびGについては、φスキャン、SF密度、およびSiCを自立化したときのクラック有無は評価しなかった。   Next, the surface orientation of the surface of the SiC layer in each of Samples A to D and F in which no cracks occurred after the SiC layer was formed was evaluated using a 2θ-θ scan. As a result, it was confirmed that each of the samples A to D was a single crystal substrate in which the surface of the SiC layer was configured with a (111) plane. It was confirmed that Sample F was a single crystal substrate in which the surface of the SiC layer was configured with a (100) plane. For samples E and G in which cracks occurred after the formation of the SiC layer, the φ scan, SF density, and the presence or absence of cracks when SiC was self-supported were not evaluated.

次に、SiC層形成後に割れおよびクラックが発生しなかった試料A〜DおよびFの各々におけるDPBの密度を、SiC層の表面に対して[220]方向から照射したX線を用いて360度のφスキャンを行うことにより評価した。その結果、試料B〜Dでは、後述するピーク強度比が0.5%以下となり、DPBが低減されていることが分かった。なお、試料B〜Dの各々の間でのピーク強度比の違いは見られなかった。一方、試料AおよびFでは、ピーク強度比が0.5%より大きくなり、DPBが十分に低減されなかった。特に試料Fでは、結晶の4回対称性を示す4つのピークが現れた。なお、SiC層形成後に割れおよびクラックが発生した試料EおよびGについては、DPBの密度を評価しなかった。   Next, the DPB density in each of Samples A to D and F in which no cracks and cracks occurred after the SiC layer was formed was 360 degrees using X-rays irradiated from the [220] direction to the surface of the SiC layer. This was evaluated by performing a φ scan. As a result, in samples B to D, the peak intensity ratio described later was 0.5% or less, and it was found that DPB was reduced. In addition, the difference of the peak intensity ratio between each of samples BD was not seen. On the other hand, in Samples A and F, the peak intensity ratio was greater than 0.5%, and DPB was not sufficiently reduced. In particular, in sample F, four peaks showing the 4-fold symmetry of the crystal appeared. In addition, the density of DPB was not evaluated about the samples E and G in which the crack and the crack generate | occur | produced after SiC layer formation.

次に、割れおよびクラックが発生しなかった試料A〜DおよびFの各々の断面をSEM(Scanning Electron Microscope)とTEM(Transmission Electron Microscope)で観察し、単位長さ当たりの基板表面に存在するSFの本数(SF密度)を評価した。その結果、試料CおよびDでは、SF密度が2000本/cm以下であり、約1000本/cmであった。一方、試料A、B、およびFでは、SF密度が2000本/cmより大きかった。なお、SiC層形成後に割れおよびクラックが発生した試料EおよびGについては、SF密度を評価しなかった。   Next, the cross sections of the samples A to D and F in which no cracks and cracks occurred were observed with a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (TEM), and SF existing on the substrate surface per unit length. The number (SF density) of was evaluated. As a result, in samples C and D, the SF density was 2000 lines / cm or less, and was about 1000 lines / cm. On the other hand, in samples A, B, and F, the SF density was larger than 2000 pieces / cm. In addition, SF density was not evaluated about the samples E and G in which the crack and the crack generate | occur | produced after SiC layer formation.

最後に、割れおよびクラックが発生しなかった試料A〜DおよびFの各々において、SiC層からSi基板を除去し、SiCの自立基板とした。そして、SiC層へのクラックの発生の有無を目視にて評価した。その結果、試料CおよびDについては、SiC層が十分に厚いためにSiC層にクラックが発生しなかった。一方、試料A、B、およびFについては、SiC層が薄いためにSiC層にクラックが発生した。   Finally, in each of Samples A to D and F where cracks and cracks did not occur, the Si substrate was removed from the SiC layer to obtain a SiC self-supporting substrate. And the presence or absence of the generation | occurrence | production of the crack to a SiC layer was evaluated visually. As a result, in Samples C and D, the SiC layer was sufficiently thick, so that no crack was generated in the SiC layer. On the other hand, for Samples A, B, and F, since the SiC layer was thin, cracks occurred in the SiC layer.

図9は、2θ−θスキャン装置の構成を模式的に示す図である。   FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of the 2θ-θ scanning apparatus.

図9を参照して、2θ−θスキャン装置は、照射源51と検出器52とを備えている。照射源51は、化合物半導体基板SRに対して入射角θでX線を照射する。検出器52は、化合物半導体基板SRでの反射光を受光する。照射源51は固定されている。化合物半導体基板SRは、入射角θが変化するようにその傾斜角度が連続的に変更される。検出器52は、X線の入射方向に対して角度2θとなる位置で反射X線を受光するように、化合物半導体基板SRの傾斜角度に連動して移動される。2θ−θスキャンによれば、表面を構成する結晶面の評価が可能である。   Referring to FIG. 9, the 2θ-θ scanning apparatus includes an irradiation source 51 and a detector 52. The irradiation source 51 irradiates the compound semiconductor substrate SR with X-rays at an incident angle θ. The detector 52 receives the reflected light from the compound semiconductor substrate SR. The irradiation source 51 is fixed. The tilt angle of the compound semiconductor substrate SR is continuously changed so that the incident angle θ changes. The detector 52 is moved in conjunction with the tilt angle of the compound semiconductor substrate SR so as to receive reflected X-rays at a position that is at an angle 2θ with respect to the X-ray incident direction. According to the 2θ-θ scan, the crystal plane constituting the surface can be evaluated.

なお、2θ−θスキャン装置としては、Bruker社製、型式D8 SiscoverというX線装置、またはPanalytical社製、型式X’Pert PRO MDDというX線装置を使用した。   As the 2θ-θ scanning device, an X-ray device called Model D8 Discover made by Bruker, or an X-ray device called Model X′Pert PRO MDD made by Panaltical was used.

図10は、試料Cについての2θ−θスキャンの結果を示すグラフである。   FIG. 10 is a graph showing the result of the 2θ-θ scan for the sample C.

図10を参照して、試料Cでは、θが30度から40度の間である場合に(111)面に由来する大きな回折ピークが現れた。また、θが70度から80度の間である場合に(222)面に由来する小さな回折ピークが現れた。他に回折ピークは発生しなかった。   Referring to FIG. 10, in sample C, a large diffraction peak derived from the (111) plane appeared when θ was between 30 degrees and 40 degrees. Further, when θ is between 70 degrees and 80 degrees, a small diffraction peak derived from the (222) plane appeared. No other diffraction peak was generated.

図11は、φスキャン装置の構成を模式的に示す図である。   FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the φ scanning device.

図11を参照して、φスキャン装置は、照射源61と検出器62とを備えている。照射源61は、SiC[220]方向からSiC層の表面に対してX線を照射する。検出器62は、化合物半導体基板SRでの反射X線を受光する。化合物半導体基板SRは、φ軸(SiC層の表面の法線)を中心として360度回転される。これにより、SiC層の表面に対して360度のφスキャンが行われる。φスキャンによれば、反射X線強度のピークに基づいてDPBの評価が可能である。   Referring to FIG. 11, the φ scanning device includes an irradiation source 61 and a detector 62. The irradiation source 61 irradiates the surface of the SiC layer with X-rays from the SiC [220] direction. The detector 62 receives the reflected X-rays on the compound semiconductor substrate SR. The compound semiconductor substrate SR is rotated 360 degrees around the φ axis (the normal to the surface of the SiC layer). Thereby, a 360-degree φ scan is performed on the surface of the SiC layer. According to φ scan, DPB can be evaluated based on the peak of reflected X-ray intensity.

なお、φスキャン装置としては、Bruker社製、型式D8 SiscoverというX線装置、またはPanalytical社製、型式X’Pert PRO MDDというX線装置を使用した。   As the φ scanning apparatus, an X-ray apparatus called Model D8 Discover made by Bruker, or an X-ray apparatus called Model X′Pert PRO MDD made by Panaltical was used.

図12は、試料Cについての回折強度のφ依存性を示すグラフである。   FIG. 12 is a graph showing the φ dependence of the diffraction intensity for Sample C.

図12を参照して、試料Cでは、SiC(111)の3回対称性を示す120度周期の回折ピークP1、P2、およびP3が支配的に現れた。回折ピークP1、P2、およびP3は、1〜3番目に大きな回折強度を持つ回折ピークであった。また、DPB由来の120度周期の回折ピークP4、P5、およびP6も現れた。回折ピークP4、P5、およびP6は、4〜6番目に大きな回折強度を持つ回折ピークであった。回折ピークP1、P2、およびP3の平均強度AV1に対する、回折ピークP4、P5、およびP6の平均強度AV2の割合(AV2/AV1)(以降、ピーク強度比と記すことがある)は、0.5%以下であり、約0.3%であった。これにより、試料Cにおける3C−SiC層の結晶構造が高い3回対称性を有していることが分かり、DPBが低減されていることが分かった。   Referring to FIG. 12, in sample C, diffraction peaks P1, P2, and P3 having a period of 120 degrees showing the three-fold symmetry of SiC (111) predominantly appeared. Diffraction peaks P1, P2, and P3 were diffraction peaks having the first to third largest diffraction intensities. Further, diffraction peaks P4, P5, and P6 having a period of 120 degrees derived from DPB also appeared. Diffraction peaks P4, P5, and P6 were diffraction peaks having the fourth to sixth largest diffraction intensity. The ratio (AV2 / AV1) of the average intensities AV2 of the diffraction peaks P4, P5, and P6 to the average intensities AV1 of the diffraction peaks P1, P2, and P3 (hereinafter sometimes referred to as peak intensity ratio) is 0.5. % Or less and about 0.3%. Thereby, it turned out that the crystal structure of the 3C-SiC layer in the sample C has a high three-fold symmetry, and that DPB is reduced.

図13は、試料Bについての回折強度のφ依存性を示すグラフである。   FIG. 13 is a graph showing the φ dependence of the diffraction intensity for Sample B.

図13を参照して、試料Bでは、SiC(111)の3回対称性を示す120度周期の回折ピークP1、P2、およびP3が支配的に現れた。回折ピークP1、P2、およびP3は、1〜3番目に大きな回折強度を持つ回折ピークであった。また、DPB由来の120度周期の回折ピークP4、P5、およびP6も現れた。回折ピークP4、P5、およびP6は、4〜6番目に大きな回折強度を持つ回折ピークであった。ピーク強度比は、0.5%以下であり、約0.3%であった。これにより、試料Bにおける3C−SiC層の結晶構造が高い3回対称性を有していることが分かり、DPBが低減されていることが分かった。   Referring to FIG. 13, in sample B, diffraction peaks P1, P2, and P3 having a period of 120 degrees showing the three-fold symmetry of SiC (111) predominantly appeared. Diffraction peaks P1, P2, and P3 were diffraction peaks having the first to third largest diffraction intensities. Further, diffraction peaks P4, P5, and P6 having a period of 120 degrees derived from DPB also appeared. Diffraction peaks P4, P5, and P6 were diffraction peaks having the fourth to sixth largest diffraction intensity. The peak intensity ratio was 0.5% or less and about 0.3%. Thereby, it turned out that the crystal structure of the 3C-SiC layer in the sample B has high three-fold symmetry, and it has been found that DPB is reduced.

図14は、試料Aについての回折強度のφ依存性を示すグラフである。   FIG. 14 is a graph showing the φ dependence of the diffraction intensity for Sample A.

図14を参照して、試料Aでは、SiC(111)の3回対称性を示す120度周期の回折ピークP1、P2、およびP3が現れた。回折ピークP1、P2、およびP3は、1〜3番目に大きな回折強度を持つ回折ピークであった。また、DPB由来の120度周期の回折ピークP4、P5、およびP6も現れた。回折ピークP4、P5、およびP6は、4〜6番目に大きな回折強度を持つ回折ピークであった。ピーク強度比は、0.5%よりも大きく、約7%であった。これにより、試料Aにおける3C−SiC層の結晶構造の対称性は低く、DPBが十分に低減されていないことが分かった。   Referring to FIG. 14, in sample A, diffraction peaks P1, P2, and P3 having a period of 120 degrees showing the 3-fold symmetry of SiC (111) appeared. Diffraction peaks P1, P2, and P3 were diffraction peaks having the first to third largest diffraction intensities. Further, diffraction peaks P4, P5, and P6 having a period of 120 degrees derived from DPB also appeared. Diffraction peaks P4, P5, and P6 were diffraction peaks having the fourth to sixth largest diffraction intensity. The peak intensity ratio was greater than 0.5% and about 7%. Thereby, it was found that the symmetry of the crystal structure of the 3C—SiC layer in Sample A was low, and DPB was not sufficiently reduced.

図15(a)は試料Cの断面SEMの画像であり、図15(b)は試料Cの断面TEM画像である。   FIG. 15A is a cross-sectional SEM image of the sample C, and FIG. 15B is a cross-sectional TEM image of the sample C.

図15を参照して、(111)面で構成されている試料Cの表面には、SFの存在を示す線がほとんど見当たらず、SF密度は2000本/cm以下であった。   Referring to FIG. 15, almost no line indicating the presence of SF was found on the surface of sample C composed of the (111) plane, and the SF density was 2000 lines / cm or less.

上述の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説明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。   The above-described embodiments and examples are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1,21,101 SiC(炭化ケイ素)層
1a SiC層表面
11,111 Si(ケイ素)基板
11a Si基板表面
12 マスク
12a マスクの開口部
51,61 照射源
52,62 検出器
AR101 SiC層の結晶の成長方向
BR101,BR102 DPB(Double Positioning Boundary)が発生する位置
F1 SiC層に生じる収縮力
LN1 Si基板をダイシングする線
M モーメント
P1,P2,P3,P4,P5,P6 回折ピーク
PL101,PL102 斜面
PP1,PP2,PP3,PP4,PP101,PP102,PP103,PP104,PP105,PP106 面
RG1 収縮力が生じる領域
SR 化合物半導体基板
W SiC層の厚さ
1,21,101 SiC (silicon carbide) layer 1a SiC layer surface 11,111 Si (silicon) substrate 11a Si substrate surface 12 Mask 12a Mask opening 51,61 Irradiation source 52,62 Detector AR101 SiC layer crystal Growth direction BR101, BR102 Position where DPB (Double Positioning Boundary) is generated F1 Contracting force generated in SiC layer LN1 Line dicing Si substrate M Moment P1, P2, P3, P4, P5, P6 Diffraction peak PL101, PL102 Slope PP1, PP2, PP3, PP4, PP101, PP102, PP103, PP104, PP105, PP106 plane RG1 Area where contraction force is generated SR Compound semiconductor substrate W SiC layer thickness

Claims (5)

(111)面で構成された表面を有するSi基板と、
前記Si基板の表面に形成された、(111)面で構成された表面を有する単層の3C−SiC層とを備え、
前記Si基板の裏面にはSiC層が形成されておらず、
前記3C−SiC層の厚さは100μm以上400μm以下であり、
前記3C−SiC層の表面に対してX線照射により、(220)回折を検出できる条件で、φが0度から360度の範囲でφスキャンをした場合に、回折強度のφ依存性を示すグラフにおける1〜3番目に大きな回折強度を持つ回折ピークの平均強度を平均強度AV1とし、前記グラフにおける4〜6番目に大きな回折強度を持つ回折ピークの平均強度を平均強度AV2とした場合、2つの平均強度の割合(AV2/AV1)は、0より大きく0.5%以下であり、
前記3C−SiC層の断面の表面において、単位長さ当たりに出現する積層欠陥の本数は0より大きく2000本/cm以下である、化合物半導体基板。
A Si substrate having a surface composed of (111) planes;
A single 3C-SiC layer formed on the surface of the Si substrate and having a surface composed of (111) planes ,
No SiC layer is formed on the back surface of the Si substrate,
The thickness of the 3C—SiC layer is 100 μm or more and 400 μm or less,
When φ scan is performed in the range of 0 to 360 degrees under the condition that (220) diffraction can be detected by X-ray irradiation on the surface of the 3C-SiC layer, the dependence of diffraction intensity on φ is shown. When the average intensity AV1 is the average intensity of the diffraction peak having the first to third highest diffraction intensity in the graph, and the average intensity AV2 is the average intensity of the diffraction peak having the fourth to sixth highest diffraction intensity in the graph, 2 One fraction of the mean intensity (AV2 / AV1) is state, and are less than 0.5% greater than 0,
The compound semiconductor substrate, wherein the number of stacking faults that appear per unit length on the surface of the cross section of the 3C—SiC layer is greater than 0 and equal to or less than 2000 / cm .
前記3C−SiC層は、2インチ以上8インチ未満の直径を有する平面形状である、請求項に記載の化合物半導体基板。 The compound semiconductor substrate according to claim 1 , wherein the 3C—SiC layer has a planar shape having a diameter of 2 inches or more and less than 8 inches. 前記3C−SiC層は、4インチ未満の直径を有する平面形状である、請求項に記載の化合物半導体基板。 The compound semiconductor substrate according to claim 2 , wherein the 3C—SiC layer has a planar shape having a diameter of less than 4 inches. 中央に開口部を有し、環状の平面形状のマスクを、Si(111)基板表面の外周領域を覆うように形成する工程と、
前記マスクを形成する工程の後に、前記Si(111)基板表面における前記マスクが形成されずに露出した領域に、3C−SiC層をヘテロエピタキシャル成長させる工程と、
前記3C−SiC層をヘテロエピタキシャル成長させる工程の後に、剥離液を用いて前記Si(111)基板を除去する工程とを備えた、化合物半導体基板の製造方法。
Forming an annular planar mask having an opening in the center so as to cover the outer peripheral region of the Si (111) substrate surface;
After the step of forming the mask, heteroepitaxially growing a 3C-SiC layer in a region exposed without forming the mask on the Si (111) substrate surface;
And a step of removing the Si (111) substrate using a stripping solution after the step of heteroepitaxially growing the 3C-SiC layer.
前記開口部は、2インチ以上の直径を有する、請求項に記載の化合物半導体基板の製造方法。 The method of manufacturing a compound semiconductor substrate according to claim 4 , wherein the opening has a diameter of 2 inches or more.
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