JP7325624B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る半導体装置100の構成の一例を概略的に示す断面図である。半導体装置100は、第1基板1と、半導体層2と、接合層3とを備えている。図1に例示された半導体装置100は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)であり、複数の電極4をさらに備えている。
つまり、半導体層2のうち第2基板10側の境界部分において、窒化ガリウムは、ガリウムと、気体である窒素とに分離する。このガリウムの融点は窒化ガリウムの融点よりも低く、30度程度である。このように、半導体層2は境界部分において、自身の融点よりも低い融点を有する単物質(ガリウム)と、気体である単物質(窒素)とに分離する。
上述の例では、接合工程(ステップS5)において、低融点層30と反応する酸素等の気体の雰囲気中において、接合基板1および積層構造物100bを加熱した。これによって、低融点層30を気体と反応させて接合層3に変化させることができる。低融点層30と反応する気体の他の具体例としては、例えば、ハロゲンガス(例えば塩素ガス)を採用することもできる。この場合、低融点層30のガリウムをハロゲン化物、より具体的な一例として塩化ガリウムに(Ga2Cl6)に変化させることができる。塩化ガリウムの融点はガリウムの融点よりも高い。
図8は、半導体装置100の製造方法の他の一例を示すフローチャートである。ステップS11からステップS13は、ステップS1からステップS3とそれぞれ同一である。次にステップS14にて、低融点層30の厚みを低減させる薄膜化処理を行う。例えば、低融点層30を除去する薬液(例えば、エッチング液)を、低融点層30に供給する。例えば、積層構造物100bを当該薬液に浸漬させる。当該薬液としては、例えば、塩酸を採用できる。これにより、低融点層30はその表面から徐々に薬液によって除去される。そして、低融点層30の厚みが規定の厚みとなったときに、積層構造物100bを薬液から取り出して、薬液を洗い流す。これにより、低融点層30を薄くすることができる。
図1に例示する半導体装置100は、ビアホール51を有している。ビアホール51は接合基板1、接合層3および半導体層2を貫通しており、電極4および電極6は、ビアホール51内の引き出し電極5によって相互に電気的に接続される。引き出し電極5はビアホール51の内壁に接触するので、引き出し電極5の一部はビアホール51内において接合層3に接触する。
図11は、実施の形態2に係る半導体装置100Aの構成の一例を概略的に示す断面図である。半導体装置100Aは、ビアホール51、引き出し電極5および電極6の有無を除いて、半導体装置100と同様の構成を有している。また、半導体装置100Aにおける接合層3の具体的な構成の一例も半導体装置100と相違する。具体的には、接合層3は、半導体層2の構成元素(例えば、ガリウム)の少なくとも一つを含む合金を有する。当該合金を構成するガリウム以外の物質は、例えば、マグネシウム(Mg)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)および銀(Au)の少なくともいずれか一つを含む。例えば、鉄とガリウムとの合金化反応で生成される鉄ガリウム合金を接合層3として好適に用いることができる。
シード層31は多孔質であってもよい。シード層31が多孔質である場合、接合工程(ステップS36)の加熱処理により液体化した低融点層30(例えば、ガリウム)がシード層31の内部に浸透する。図15は、シード層31の内部に液体の低融点層30の一部が入り込んでいる状態の一例を概略的に示す断面図である。液体の低融点層30がシード層31の内部に浸透するので、液体の低融点層30はシード層31の内部から拡散して合金化して、接合層3を形成する。
上述の例では、シード層31として金属を採用しているものの、必ずしもこれに限らない。要するに、低融点層30と反応して低融点層30よりも融点の高い接合層3を形成できればよい。例えば、低融点層30と反応して接合層3として化合物を生成することができる材料を、シード層31の材料に採用してもよい。
図16は、実施の形態3に係る半導体装置100Bの構成の一例を概略的に示す断面図である。半導体装置100Bは半導体装置100と同様に、接合基板1と、半導体層2と、接合層3とを備えている。図16では図示していないものの、半導体装置100Bは、実施の形態1と同様に、引き出し電極5および電極6をさらに備えていてもよい。図16に例示されるように、実施の形態3においては、接合基板1の接合面1aは凹凸を有している。当該凹凸は平面視において2次元的に配置される。例えば、複数のライン状またはドット状の凸部または凹部が2次元的に配列されてもよい。接合層3は接合基板1の接合面1aの凹凸を埋めて密着している。
なお、接合基板1の凹凸構造は図16に例示された周期的な構造である必要はなく、任意の形状を有していてもよい。例えば、凸部または凹部が平面視においてランダムな位置に分散して形成されてもよい。また、凹凸の形状も適宜に設定されればよい。例えば、凸部または凹部がドット状の形状を有してもよく、あるいは、ライン状の形状を有してもよい。さらには、接合面1aは複数の緩やかな傾斜構造により凹凸形状を有してもよい。要するに、接合面1aに凹凸が形成されていれば、その形状によらず、接合基板1の接合面1aの面積を平坦面よりも大きくすることができ、接合強度を向上させることができる。
Claims (17)
- 第1基板と、
窒化物系化合物半導体からなる半導体層と、
前記第1基板と前記半導体層との間において、前記第1基板および前記半導体層に接合し、前記窒化物系化合物半導体の構成元素の少なくとも一つを含む接合層と
を備え、
前記接合層が多孔質状の物質を含み、前記半導体層の前記構成元素が前記物質内の孔に存在する、半導体装置。 - 前記接合層は、前記構成元素の化合物を含む、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記接合層は、前記半導体層の前記構成元素の酸化物を含む、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記接合層は、前記半導体層の前記構成元素の合金を含む、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記接合層に接合する前記半導体層の接合面は凹凸を有し、前記接合層が該凹凸を埋めている、請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記接合層に接合する前記第1基板の接合面は凹凸を有し、前記接合層が該凹凸を埋めている、請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1基板はシリコン基板または炭化ケイ素基板である、請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記半導体層の前記構成元素はガリウムを含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 第1基板と、窒化物系化合物半導体からなる半導体層と、前記第1基板と前記半導体層との間に設けられ、前記第1基板および前記半導体層を接合する接合層とを備える半導体装置の製造方法であって、
第2基板上に形成された前記半導体層に対してレーザーを入射させ、前記第2基板を前記半導体層から分離する第1工程と、
前記第1基板および前記半導体層を重ね合わせる第2工程と、
前記レーザーの照射によって前記半導体層の接合面に形成された生成物を反応させることで、前記第1基板および前記半導体層を接合させる前記接合層を形成する第3工程と
を備える、半導体装置の製造方法。 - 前記第3工程において、前記生成物を他の物質と反応させ、前記接合層としての化合物に変化させる、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3工程において、前記生成物を酸化させて前記接合層を形成する、請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3工程において、前記生成物を多孔質状の物質内に浸透させて前記接合層を形成する、請求項9から11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程の後、前記第3工程よりも前に、前記第1基板の接合面に前記生成物と反応するシード層を形成する第4工程をさらに備える、請求項9から12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程よりも前に、前記第1基板の接合面に凹凸を形成する第5工程をさらに備える、請求項9から13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1基板はシリコン基板または炭化ケイ素基板である、請求項9から14のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記接合層がガリウム合金またはガリウム化合物である、請求項9から15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1工程の後、前記第2工程の前に、前記生成物の一部を除去して前記生成物の厚みを低減させる第6工程をさらに備える、請求項9から16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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