JPWO2020031829A1 - GaN積層基板の製造方法 - Google Patents
GaN積層基板の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2020031829A1 JPWO2020031829A1 JP2020535710A JP2020535710A JPWO2020031829A1 JP WO2020031829 A1 JPWO2020031829 A1 JP WO2020031829A1 JP 2020535710 A JP2020535710 A JP 2020535710A JP 2020535710 A JP2020535710 A JP 2020535710A JP WO2020031829 A1 JPWO2020031829 A1 JP WO2020031829A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gan
- substrate
- film
- thin film
- plane sapphire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 47
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 314
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 165
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 130
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 106
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 106
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 84
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 48
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 claims description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 6
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 301
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 295
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 44
- 206010040844 Skin exfoliation Diseases 0.000 description 35
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 11
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 8
- 239000002335 surface treatment layer Substances 0.000 description 8
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 5
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 3
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical group 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical group 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/38—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/01—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes on temporary substrates, e.g. substrates subsequently removed by etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C23C16/303—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/183—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being provided with a buffer layer, e.g. a lattice matching layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
- C30B29/406—Gallium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
- C30B31/20—Doping by irradiation with electromagnetic waves or by particle radiation
- C30B31/22—Doping by irradiation with electromagnetic waves or by particle radiation by ion-implantation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/06—Joining of crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02002—Preparing wafers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/0242—Crystalline insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/02433—Crystal orientation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02488—Insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02502—Layer structure consisting of two layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
- H01L21/2003—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate
- H01L21/2007—Bonding of semiconductor wafers to insulating substrates or to semiconducting substrates using an intermediate insulating layer
-
- H01L21/205—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/7806—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices involving the separation of the active layers from a substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78681—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising AIIIBV or AIIBVI or AIVBVI semiconductor materials, or Se or Te
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
800Kにおける熱膨張率がシリコンより大きく、C面サファイアより小さいセラミック材料からなるハンドル基板上にオフ角度0.5〜5度のC面サファイア薄膜1tを転写してGaNエピ成長用基板11を作製し、GaNエピ成長用基板11の高温窒化処理を行ってC面サファイア薄膜1t表面をAlNからなる表面処理層11aで被覆し、この表面処理層11a上にGaNをエピ成長させて表面がN極性面からなるGaN膜担持体を作製し、GaN膜13にイオン注入し、イオン注入したGaN膜担持体のGaN膜側表面と支持基板12とを貼り合わせて接合し、GaN膜13中のイオン注入領域13ionで剥離させてGaN薄膜13aを支持基板12上に転写し、表面がGa極性面からなる結晶性及び平坦性のよいGaN薄膜13aを支持基板12上に有するGaN積層基板10を得る。
Description
本発明は、表面がGa極性面(Ga面)からなるGaN積層基板の製造方法に関する。
結晶性GaNはSiやGaAsに比べ広いバンドギャップを有し、高速高パワーデバイス用途として有望である。しかしながら、中でも良好な結晶性を有するバルク(Bulk)GaN基板は、口径が小さくかつ非常に高価であることからその普及を阻害する要因となっている。
これに対し、ハイドライド気相成長法(HVPE法)や有機金属気相成長法(MOCVD法)などによりAlN基板やAl2O3(サファイア)基板上にGaNをヘテロエピタキシャル成長させることによって、比較的大口径のGaN薄膜が得られているが、特性の余り高いものは得られていない。
また、半導体材料として広く一般的に普及しているSi基板上に、GaN薄膜を形成した積層基板は、GaNの優れた基本特性が得られると共にSi半導体デバイスの進歩的なプロセス技術を適用することができることから高性能デバイス用基板として非常に期待される。
ここで、Si基板上にGaN薄膜を形成する手法としては、Si<111>面上に直接ヘテロエピタキシャル成長法でGaNを成膜する手法が開発されており、既に直径200mmの基板も実用化されている。
しかしながら、この手法では、結晶性の良好なGaNを得るには、Si基板とGaN薄膜の間に多重の厚いバッファー層が不可欠である。何故ならば、GaN膜とSi基板の熱膨張率が大きく異なると共に両者を構成する結晶の格子定数が一致していないことによって、積層基板として反りが発生しやすい傾向にあり、その反りはGaN膜厚が厚くなるほど、あるいは基板の口径が大きくなるほど増大し、種々の結晶欠陥が発生し拡大するという問題があったからである。また、積層基板の反りが増大すると、最終的には積層基板が破断するという問題があるが、破断に至らなくとも、半導体デバイスプロセスでは色々と問題が発生する。特に微細加工時の露光プロセスでは重大な問題となる。そこでこの反りを緩和すべくSi基板とGaN薄膜間に、これら2つの材料の中間の線膨張率と格子定数を考慮した厚いバッファー層を挿入する必要があった。
しかしながら、この手法でも積層基板上で特性のよいGaN層を厚くすることは困難であった。
しかしながら、この手法でも積層基板上で特性のよいGaN層を厚くすることは困難であった。
このような問題を解決する手法として、次のような手順の転写によるGaN積層基板の製造方法が考えられる。
即ち、まず第1の基板を準備し、表面に一定膜厚以上のGaN膜をエピタキシャル成長させる。次に、この基板にイオン注入を行い、表面から一定深さのところに脆化層(イオン注入領域)を形成する。この基板を第2の基板に接合させた後、脆化層から剥離を行い、GaN薄膜を第2の基板に転写させてGaN積層基板を得る。
即ち、まず第1の基板を準備し、表面に一定膜厚以上のGaN膜をエピタキシャル成長させる。次に、この基板にイオン注入を行い、表面から一定深さのところに脆化層(イオン注入領域)を形成する。この基板を第2の基板に接合させた後、脆化層から剥離を行い、GaN薄膜を第2の基板に転写させてGaN積層基板を得る。
ここで、一般的なGaNのエピタキシャル成長(即ち、上記第1の基板上に形成したGaNエピタキシャル成長膜)では成長面(表面)側がGa極性面(以下、Ga面)となる。よって、イオン注入面側がGa面となり、剥離して第2の基板上に転写した後の表面はN極性面(N面)となる。通常、電子部品用途としてはデバイス製造面に高特性が得られるGa面が使用されるため、第2の基板に転写されたGaN薄膜を再度第3の基板へ接合し転写して表面がGa面とする必要があった。そこで、剥離して第2の基板上に転写した後の表面がGa面となる(つまり、第1の基板上のエピタキシャル成長面をN面とする)様な試みもこれまで多く検討されたが、通常N面でのエピタキシャル成長ではGaN膜の結晶性や平坦性が悪く、デバイス用途としての使用は困難であった。
上記のGaNエピタキシャル成長の特性から、最終的なGaN積層基板の成長面(表面)をGa面とする必要があるため、これまでわざわざGaN薄膜の転写を2回実施せざるを得ない状況であった。このため、プロセスが繁雑となり、低歩留り、高コストの要因となっていた。
なお、本発明に関連する先行技術として特表2016−511934号公報(特許文献1)が挙げられる。
なお、本発明に関連する先行技術として特表2016−511934号公報(特許文献1)が挙げられる。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、Ga面の表面を持ち、結晶性及び平坦性のよいGaN積層基板を簡便に製造でき、更に直径150mm以上の大口径化が可能なGaN積層基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するため、下記のGaN積層基板の製造方法を提供する。
1.
800Kにおける熱膨張率がシリコンより大きく、C面サファイアより小さい、ガラス、セラミックス又は単結晶の材料からなるハンドル基板上に、イオン注入剥離法によりオフ角度0.5〜5度のC面サファイア基板から剥離させたC面サファイア薄膜を転写してGaNエピ成長用基板を作製する工程と、
上記GaNエピ成長用基板の800〜1000℃での高温窒化処理及び/又は該GaNエピ成長用基板のC面サファイア薄膜上への結晶性AlNの堆積処理を行って上記GaNエピ成長用基板を表面処理し、C面サファイア薄膜表面をAlNからなる表面処理層で被覆する工程と、
上記表面処理されたGaNエピ成長用基板の表面処理層上にGaNをエピタキシャル成長させて表面がN極性面からなるGaN膜担持体を作製する工程と、
上記GaN膜にイオン注入を行ってイオン注入領域を形成する工程と、
上記イオン注入したGaN膜担持体のGaN膜側表面と支持基板とを貼り合わせて接合する工程と、
上記GaN膜におけるイオン注入領域で剥離させてGaN薄膜を支持基板上に転写して、表面がGa極性面からなるGaN薄膜を支持基板上に有するGaN積層基板を得る工程と
を有するGaN積層基板の製造方法。
2.
上記ハンドル基板が硼ケイ酸系ガラス、GaN焼結体、AlN焼結体又はGaAs単結晶からなる1記載のGaN積層基板の製造方法。
3.
上記ハンドル基板とC面サファイア薄膜との間に酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンの薄膜を介在させて該C面サファイア薄膜を転写する1又は2記載のGaN積層基板の製造方法。
4.
GaNエピ成長用基板の反り量を300μm以下とすることを特徴とする1〜3のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
5.
上記GaNエピタキシャル成長が1000℃超1200℃以下で行われる1〜4のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
6.
MOCVD法により上記GaNのエピタキシャル成長を行う1〜5のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
7.
上記C面サファイア基板を表面処理した後、700℃以下で表面処理層上にGaNバッファー層を形成し、次いで該GaNバッファー層上に上記GaNエピタキシャル成長を行う1〜6のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
8.
上記GaNバッファー層の厚みが20〜40nmである7記載のGaN積層基板の製造方法。
9.
上記エピタキシャル成長によりGaN膜を形成した後、更に該GaN膜上に酸化シリコン膜を形成して上記GaN膜担持体とする1〜8のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
10.
更に、上記イオン注入前にGaN膜担持体のイオン注入面を算術平均粗さRa0.3nm以下に平滑化する1〜9のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
11.
上記GaN膜へのイオン注入が水素イオン(H+)及び/又は水素分子イオン(H2 +)を用いた、注入エネルギー100〜160keV、ドーズ量1.0×1017〜3.5×1017atom/cm2の処理である1〜10のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
12.
上記支持基板が、Si、Al2O3、SiC、AlN又はSiO2からなる1〜11のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
13.
上記支持基板は、GaN膜担持体との接合面に酸化シリコン膜を形成したものである(ただし、支持基板がSiO2からなる場合を除く)12記載のGaN積層基板の製造方法。
1.
800Kにおける熱膨張率がシリコンより大きく、C面サファイアより小さい、ガラス、セラミックス又は単結晶の材料からなるハンドル基板上に、イオン注入剥離法によりオフ角度0.5〜5度のC面サファイア基板から剥離させたC面サファイア薄膜を転写してGaNエピ成長用基板を作製する工程と、
上記GaNエピ成長用基板の800〜1000℃での高温窒化処理及び/又は該GaNエピ成長用基板のC面サファイア薄膜上への結晶性AlNの堆積処理を行って上記GaNエピ成長用基板を表面処理し、C面サファイア薄膜表面をAlNからなる表面処理層で被覆する工程と、
上記表面処理されたGaNエピ成長用基板の表面処理層上にGaNをエピタキシャル成長させて表面がN極性面からなるGaN膜担持体を作製する工程と、
上記GaN膜にイオン注入を行ってイオン注入領域を形成する工程と、
上記イオン注入したGaN膜担持体のGaN膜側表面と支持基板とを貼り合わせて接合する工程と、
上記GaN膜におけるイオン注入領域で剥離させてGaN薄膜を支持基板上に転写して、表面がGa極性面からなるGaN薄膜を支持基板上に有するGaN積層基板を得る工程と
を有するGaN積層基板の製造方法。
2.
上記ハンドル基板が硼ケイ酸系ガラス、GaN焼結体、AlN焼結体又はGaAs単結晶からなる1記載のGaN積層基板の製造方法。
3.
上記ハンドル基板とC面サファイア薄膜との間に酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンの薄膜を介在させて該C面サファイア薄膜を転写する1又は2記載のGaN積層基板の製造方法。
4.
GaNエピ成長用基板の反り量を300μm以下とすることを特徴とする1〜3のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
5.
上記GaNエピタキシャル成長が1000℃超1200℃以下で行われる1〜4のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
6.
MOCVD法により上記GaNのエピタキシャル成長を行う1〜5のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
7.
上記C面サファイア基板を表面処理した後、700℃以下で表面処理層上にGaNバッファー層を形成し、次いで該GaNバッファー層上に上記GaNエピタキシャル成長を行う1〜6のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
8.
上記GaNバッファー層の厚みが20〜40nmである7記載のGaN積層基板の製造方法。
9.
上記エピタキシャル成長によりGaN膜を形成した後、更に該GaN膜上に酸化シリコン膜を形成して上記GaN膜担持体とする1〜8のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
10.
更に、上記イオン注入前にGaN膜担持体のイオン注入面を算術平均粗さRa0.3nm以下に平滑化する1〜9のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
11.
上記GaN膜へのイオン注入が水素イオン(H+)及び/又は水素分子イオン(H2 +)を用いた、注入エネルギー100〜160keV、ドーズ量1.0×1017〜3.5×1017atom/cm2の処理である1〜10のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
12.
上記支持基板が、Si、Al2O3、SiC、AlN又はSiO2からなる1〜11のいずれかに記載のGaN積層基板の製造方法。
13.
上記支持基板は、GaN膜担持体との接合面に酸化シリコン膜を形成したものである(ただし、支持基板がSiO2からなる場合を除く)12記載のGaN積層基板の製造方法。
本発明によれば、GaNエピ成長用基板における所定のオフ角度を有するC面サファイア薄膜について所定の表面処理を行い、その薄膜上にGaNエピタキシャル成長させることにより表面がN極性面からなる結晶性のよいGaN膜を形成することができるため、1回のGaN薄膜転写で表面がGa極性面からなるGaN積層基板を得ることが可能となる。従来よりも転写回数を減らせることにより、プロセスコスト低減が可能となる。更に、転写で消失するGaN膜を減らすことが可能となり、材料コストを低減させることが可能となる。また、膜厚の面内ばらつきや表面粗さが転写回数に応じて増大するところ、従来よりも転写回数を減らせるため、それを抑制することが可能となる。
更に、GaNエピ成長用基板のハンドル基板とGaN膜との熱膨張率の差を小さく抑えることによりGaN膜をエピタキシャル成長により形成して作製したGaN膜担持体の反りを抑制することができ、大口径のGaN膜担持体としてGaN膜転写ができ、Ga面の表面を持ち、結晶性及び平坦性のよいGaN積層基板の大口径化が可能となる。
また本発明によれば、GaN薄膜転写のドナー基板として大口径化し易いエピタキシャル成膜した基板を使用するため、高価で小口径なバルクGaN基板をドナー基板として使用する場合に比べて低コストかつ大口径のGaN積層基板が得られる。本発明で得られた表面がGa極性面からなるGaN積層基板はGaNテンプレート基板として、更にGaNのエピタキシャル成膜をすることにより高耐圧、高特性、低コストのGaN基板を得ることができる。
更に、GaNエピ成長用基板のハンドル基板とGaN膜との熱膨張率の差を小さく抑えることによりGaN膜をエピタキシャル成長により形成して作製したGaN膜担持体の反りを抑制することができ、大口径のGaN膜担持体としてGaN膜転写ができ、Ga面の表面を持ち、結晶性及び平坦性のよいGaN積層基板の大口径化が可能となる。
また本発明によれば、GaN薄膜転写のドナー基板として大口径化し易いエピタキシャル成膜した基板を使用するため、高価で小口径なバルクGaN基板をドナー基板として使用する場合に比べて低コストかつ大口径のGaN積層基板が得られる。本発明で得られた表面がGa極性面からなるGaN積層基板はGaNテンプレート基板として、更にGaNのエピタキシャル成膜をすることにより高耐圧、高特性、低コストのGaN基板を得ることができる。
以下に、本発明に係るGaN積層基板の製造方法について説明する。なお、ここでは数値範囲「A〜B」はその両端の数値を含むものであり、A以上B以下を意味する。
本発明に係るGaN積層基板の製造方法は、800Kにおける熱膨張率がシリコンより大きく、C面サファイアより小さい、ガラス、セラミックス又は単結晶の材料からなるハンドル基板上に、イオン注入剥離法によりオフ角度0.5〜5度のC面サファイア基板から剥離させたC面サファイア薄膜を転写してGaNエピ成長用基板を作製する工程と、上記GaNエピ成長用基板の800〜1000℃での高温窒化処理及び/又は該GaNエピ成長用基板のC面サファイア薄膜上への結晶性AlNの堆積処理を行って上記GaNエピ成長用基板を表面処理し、C面サファイア薄膜表面をAlNからなる表面処理層で被覆する工程と、上記表面処理されたGaNエピ成長用基板の表面処理層上にGaNをエピタキシャル成長させて表面がN極性面からなるGaN膜担持体を作製する工程と、上記GaN膜にイオン注入を行ってイオン注入領域を形成する工程と、上記イオン注入したGaN膜担持体のGaN膜側表面と支持基板とを貼り合わせて接合する工程と、上記GaN膜におけるイオン注入領域で剥離させてGaN薄膜を支持基板上に転写して、表面がGa極性面からなるGaN薄膜を支持基板上に有するGaN積層基板を得る工程とを有することを特徴とするものである。
本発明に係るGaN積層基板の製造方法は、800Kにおける熱膨張率がシリコンより大きく、C面サファイアより小さい、ガラス、セラミックス又は単結晶の材料からなるハンドル基板上に、イオン注入剥離法によりオフ角度0.5〜5度のC面サファイア基板から剥離させたC面サファイア薄膜を転写してGaNエピ成長用基板を作製する工程と、上記GaNエピ成長用基板の800〜1000℃での高温窒化処理及び/又は該GaNエピ成長用基板のC面サファイア薄膜上への結晶性AlNの堆積処理を行って上記GaNエピ成長用基板を表面処理し、C面サファイア薄膜表面をAlNからなる表面処理層で被覆する工程と、上記表面処理されたGaNエピ成長用基板の表面処理層上にGaNをエピタキシャル成長させて表面がN極性面からなるGaN膜担持体を作製する工程と、上記GaN膜にイオン注入を行ってイオン注入領域を形成する工程と、上記イオン注入したGaN膜担持体のGaN膜側表面と支持基板とを貼り合わせて接合する工程と、上記GaN膜におけるイオン注入領域で剥離させてGaN薄膜を支持基板上に転写して、表面がGa極性面からなるGaN薄膜を支持基板上に有するGaN積層基板を得る工程とを有することを特徴とするものである。
以下、本発明に係るGaN積層基板の製造方法を図1及び図2に基づき詳細に説明する。
本発明に係るGaN積層基板の製造方法は、まず図1に示すように、(a)C面サファイア基板及びハンドル基板の準備工程(工程1−1)、(b)C面サファイア基板上への薄膜形成工程(工程1−2)、(c)C面サファイア基板のイオン注入処理工程(工程1−3)、(d)C面サファイア基板とハンドル基板の貼り合わせ接合工程(工程1−4)、(e)C面サファイア薄膜の剥離、転写工程(工程1−5)の順に処理を行い、GaNエピ成長用基板を作製するものである。
本発明に係るGaN積層基板の製造方法は、まず図1に示すように、(a)C面サファイア基板及びハンドル基板の準備工程(工程1−1)、(b)C面サファイア基板上への薄膜形成工程(工程1−2)、(c)C面サファイア基板のイオン注入処理工程(工程1−3)、(d)C面サファイア基板とハンドル基板の貼り合わせ接合工程(工程1−4)、(e)C面サファイア薄膜の剥離、転写工程(工程1−5)の順に処理を行い、GaNエピ成長用基板を作製するものである。
(工程1−1:C面サファイア基板及びハンドル基板の準備)
まずC面サファイア基板1とハンドル基板2を準備する(図1(a))。
ここで、C面サファイア基板1は、C面((0001)面)を基板面とするサファイア(α−Al2O3)からなる基板である。また、C面サファイア基板1のc軸オフ角度(以下、オフ角度)は、0.5〜5度であり、2〜3度であることが好ましい。オフ角度をこの範囲内とすることにより、この後に該C面サファイア基板1から剥離・転写して形成するC面サファイア薄膜1t上に形成されるGaN膜13においてその表面がN極性面(以下、N面)となると共に平滑性が良好で結晶性がよいエピタキシャル成長膜となり、更にイオン注入剥離法によりGaN膜13の一部を剥離して支持基板12に転写した場合にその転写薄膜13aが平滑性に優れたものとなる。なお、オフ角度とは基板表面(結晶成長させようとする面)を最密面から特定方向に微傾斜させた場合のその角度であり、c軸オフ角度とは、C面サファイア基板1のc軸(C面の法線軸)のa軸方向への傾きの大きさをいう。
まずC面サファイア基板1とハンドル基板2を準備する(図1(a))。
ここで、C面サファイア基板1は、C面((0001)面)を基板面とするサファイア(α−Al2O3)からなる基板である。また、C面サファイア基板1のc軸オフ角度(以下、オフ角度)は、0.5〜5度であり、2〜3度であることが好ましい。オフ角度をこの範囲内とすることにより、この後に該C面サファイア基板1から剥離・転写して形成するC面サファイア薄膜1t上に形成されるGaN膜13においてその表面がN極性面(以下、N面)となると共に平滑性が良好で結晶性がよいエピタキシャル成長膜となり、更にイオン注入剥離法によりGaN膜13の一部を剥離して支持基板12に転写した場合にその転写薄膜13aが平滑性に優れたものとなる。なお、オフ角度とは基板表面(結晶成長させようとする面)を最密面から特定方向に微傾斜させた場合のその角度であり、c軸オフ角度とは、C面サファイア基板1のc軸(C面の法線軸)のa軸方向への傾きの大きさをいう。
ハンドル基板2は、800Kにおける熱膨張率がシリコンより大きく、C面サファイアより小さい、ガラス、セラミックス又は単結晶の材料からなる基板であり、本製造工程で作製するGaNエピ成長用基板11のベース基板となるものである。
また、ハンドル基板2は、GaNエピタキシャル成長時の基板温度、例えば1000℃の熱膨張率と室温(20℃)の熱膨張率との差分(△α)がシリコンよりも大きく、C面サファイアよりも小さい、ガラス、セラミックス又は単結晶の材料からなることが好ましく、GaNにできるだけ近い材料からなることがより好ましい。ハンドル基板2が硼ケイ酸系ガラス、GaN焼結体、AlN焼結体又はGaAs単結晶からなることが特に好ましい。なお、硼ケイ酸系ガラスとしては、例えば、JIS R3503:2007で規定される、ほうけい酸ガラス−1(JR−1)、ほうけい酸ガラス−2(JR−2)が挙げられる。
ここでいう熱膨張率とは、所定の温度におけるその材料の線膨張率のことである。なお、熱膨張率は温度の関数になるので、本発明においてはエピタキシャル成長時の温度と室温との中間温度における値で判断したものである。
代表的な材料の800Kにおける熱膨張率の例を以下に示す。
GaN:6.0×10-6/K(800K)
C面サファイア:8.0×10-6/K(800K)
AlN:5.2×10-6/K(800K)
Si:4.1×10-6/K(800K)
GaAs単結晶:6.9×10-6/K(800K)
代表的な材料の800Kにおける熱膨張率の例を以下に示す。
GaN:6.0×10-6/K(800K)
C面サファイア:8.0×10-6/K(800K)
AlN:5.2×10-6/K(800K)
Si:4.1×10-6/K(800K)
GaAs単結晶:6.9×10-6/K(800K)
ハンドル基板2表面の算術平均粗さRa(JIS B0601:2013、以下同じ)が0.5nm以下であることが好ましい。これによりC面サファイア基板1との接合時により強固な接合が可能となる。
(工程1−2:C面サファイア基板上への薄膜形成)
C面サファイア基板1の表面に薄膜1aを形成する(図1(b))。
薄膜1aは、C面サファイア基板1(最終的にC面サファイア薄膜1t)と貼り合わせ相手のハンドル基板2との間に介在して両者の接合強度を向上させるためのものであり、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(Si3N4)又は酸窒化シリコン(SiOxNy)からなることが好ましい。また、この薄膜1aの膜厚は300〜1000nmであることが好ましい。
薄膜1aは、スパッタリング法、プラズマCVD法などにより形成するとよい。
なお、薄膜1aを介在させなくてもC面サファイア基板1とハンドル基板2との間で十分な接合強度が得られる場合(即ち、C面サファイア薄膜1tが剥離することなくハンドル基板2に転写される場合)にはこの工程を省略してもよい。
C面サファイア基板1の表面に薄膜1aを形成する(図1(b))。
薄膜1aは、C面サファイア基板1(最終的にC面サファイア薄膜1t)と貼り合わせ相手のハンドル基板2との間に介在して両者の接合強度を向上させるためのものであり、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(Si3N4)又は酸窒化シリコン(SiOxNy)からなることが好ましい。また、この薄膜1aの膜厚は300〜1000nmであることが好ましい。
薄膜1aは、スパッタリング法、プラズマCVD法などにより形成するとよい。
なお、薄膜1aを介在させなくてもC面サファイア基板1とハンドル基板2との間で十分な接合強度が得られる場合(即ち、C面サファイア薄膜1tが剥離することなくハンドル基板2に転写される場合)にはこの工程を省略してもよい。
(工程1−3:C面サファイア基板1のイオン注入処理工程)
次に、上記C面サファイア基板1の薄膜1a形成面にイオン注入を行ってC面サファイア基板1中に層状のイオン注入領域1ionを形成する(図1(c))。
次に、上記C面サファイア基板1の薄膜1a形成面にイオン注入を行ってC面サファイア基板1中に層状のイオン注入領域1ionを形成する(図1(c))。
このとき、注入イオンとして水素イオン(H+)及び/又は水素分子イオン(H2 +)を用いることが好ましい。
また、注入エネルギーはイオン注入深さ(つまり剥離膜(C面サファイア薄膜1t)の膜厚)を規定するものであり、110〜160keVが好ましい。注入エネルギー110keV以上とすると、C面サファイア薄膜1tの膜厚を500nm以上とすることができる。一方、160keV超とすると、注入ダメージが大きくなり剥離された薄膜の結晶性の劣化を招くおそれがある。
また、ドーズ量は1.0×1017〜3.0×1017atom/cm2であることが好ましい。これにより、C面サファイア基板1中に剥離層(脆化層)となるイオン注入領域1ionを形成することができる。なお、イオン注入温度は室温である。
ここで、上記イオン注入処理は、前工程1−2で薄膜1aを形成したままのC面サファイア基板1に対して実施してもよいが、形成したままの薄膜1aの表面(薄膜1aを形成しない場合にはC面サファイア基板1表面)が粗いとその表面凹凸に対応してイオン注入深さが不均一となり、剥離後のC面サファイア薄膜1tの剥離面(表面)の凹凸が大きくなってしまう。
そこで、上記イオン注入前にC面サファイア基板1のイオン注入面(つまり、薄膜1a表面又はC面サファイア基板1表面)を算術平均粗さが好ましくは0.3nm以下となるように平滑化するとよい。例えば、工程1−2で形成した薄膜1a表面又は薄膜1aを形成しない場合にはC面サファイア基板1表面をCMP等による研磨及び/又はエッチングして算術平均粗さRaが好ましくは0.3nm以下となるように平滑化するとよい。
以上のようにC面サファイア基板1のイオン注入を予定している面(つまり、薄膜1a表面又はC面サファイア基板1表面)を平滑化することにより、次に行うイオン注入処理におけるイオン注入深さを一定にすることができ、引いてはハンドル基板2と貼り合わせた後に剥離させた場合に表面が平滑な(表面粗さの小さな)剥離転写層(C面サファイア薄膜1t)を得ることができる。
(工程1−4:C面サファイア基板1とハンドル基板2の貼り合わせ接合工程)
次に、上記イオン注入したC面サファイア基板1の薄膜1a表面(薄膜1aを形成しない場合にはC面サファイア基板1表面)とハンドル基板2とを貼り合わせて接合する(図1(d))。
次に、上記イオン注入したC面サファイア基板1の薄膜1a表面(薄膜1aを形成しない場合にはC面サファイア基板1表面)とハンドル基板2とを貼り合わせて接合する(図1(d))。
ここで、C面サファイア基板1とハンドル基板2とが薄膜1aを介して接合されるようになる。あるいは、薄膜1aを形成しない場合にはC面サファイア基板1とハンドル基板2とが直接接する形で接合されるようになる。
なお、この貼り合わせの前に、C面サファイア基板1のイオン注入面、ハンドル基板2の接合面の双方もしくは片方に表面活性化処理としてプラズマ処理を施すことが好ましい。
例えば、一般的な平行平板型プラズマチャンバーに、表面活性化処理するC面サファイア基板1及び/又はハンドル基板2をセットし、13.56MHz、100W程度の高周波を印加し、プロセスガスとしてAr、N2、O2等を導入して処理すればよい。処理時間は5〜30秒とする。これにより、対象の基板表面が活性化され、貼り合わせ後の接合強度が増大する。
また、貼り合せ後は200〜300℃程度のアニールを実施することで、より強固な接合が形成される。
例えば、一般的な平行平板型プラズマチャンバーに、表面活性化処理するC面サファイア基板1及び/又はハンドル基板2をセットし、13.56MHz、100W程度の高周波を印加し、プロセスガスとしてAr、N2、O2等を導入して処理すればよい。処理時間は5〜30秒とする。これにより、対象の基板表面が活性化され、貼り合わせ後の接合強度が増大する。
また、貼り合せ後は200〜300℃程度のアニールを実施することで、より強固な接合が形成される。
(工程1−5:C面サファイア薄膜の剥離、転写工程)
次に、上記C面サファイア基板1におけるイオン注入領域1ionで剥離させてC面サファイア薄膜1tをハンドル基板2上に転写する(図1(e))。
次に、上記C面サファイア基板1におけるイオン注入領域1ionで剥離させてC面サファイア薄膜1tをハンドル基板2上に転写する(図1(e))。
剥離処理は、イオン注入剥離法で一般的に行われる処理であればよく、例えばブレードを挿入するなどの機械剥離の他、レーザー光照射等の光剥離、その他ジェット水流や超音波等の物理的衝撃剥離が適用可能である。
これにより、オフ角度が0.5〜5度、好ましくは2〜3度で表面が平滑なC面サファイア薄膜1tをハンドル基板2上に有するGaNエピ成長用基板11が得られる。
このとき、GaNエピ成長用基板11の反り量は小さければ小さい程よいが実用的には300μm以下とすることが好ましく、200μm以下がより好ましく、150μm以下が更に好ましい。なお、この場合の基板サイズは直径150mm(6インチ)以上(上限は特に制限はないが、通常直径300mm(12インチ)以下)を前提としている。これにより、以降の処理工程を容易に行うことができる。
なお、GaNエピ成長用基板11の反り量は、GaNエピ成長用基板11のC面サファイア薄膜1tが上側(表面側)となる向きに配置したときのGaNエピ成長用基板11の中央部と端部との高低差であり、基板の中央部が下方向に凸の場合をマイナスの値、上方向に凸の場合をプラスの値とする。また、反り量の測定には、例えば垂直入射方式のフィゾー干渉計(Corning Tropel社製、Flat Master)を用いるとよい(実施例において同じ)。
なお、GaNエピ成長用基板11の反り量は、GaNエピ成長用基板11のC面サファイア薄膜1tが上側(表面側)となる向きに配置したときのGaNエピ成長用基板11の中央部と端部との高低差であり、基板の中央部が下方向に凸の場合をマイナスの値、上方向に凸の場合をプラスの値とする。また、反り量の測定には、例えば垂直入射方式のフィゾー干渉計(Corning Tropel社製、Flat Master)を用いるとよい(実施例において同じ)。
次に、本発明に係るGaN積層基板の製造方法は、図2に示すように、(a)GaNエピ成長用基板及び支持基板の準備工程(工程2−1)、(b)GaNエピ成長用基板の表面処理工程(工程2−2)、(c)GaNエピタキシャル成長工程(工程2−3)、(d)イオン注入処理工程(工程2−4)、(e)貼り合わせ接合工程(工程2−5)、(f)GaN薄膜の剥離、転写工程(工程2−6)の順に処理を行うものである。
(工程2−1:GaNエピ成長用基板及び支持基板の準備)
まずGaNエピ成長用基板11と支持基板12を準備する(図2(a))。
ここで、GaNエピ成長用基板11は、上述した通りの工程で作製したものであり、ハンドル基板2上にオフ角度が0.5〜5度、好ましくは2〜3度のC面サファイア薄膜1tを有してなる。
オフ角度をこの範囲内とすることにより、この後にC面サファイア薄膜1t上に形成されるGaN膜13においてその表面がN極性面(以下、N面)となると共に平滑性が良好で結晶性がよいエピタキシャル成長膜となり、更にイオン注入剥離法によりこれの一部を剥離して支持基板12に転写した場合にその転写薄膜13aが平滑性に優れたものとなる。
まずGaNエピ成長用基板11と支持基板12を準備する(図2(a))。
ここで、GaNエピ成長用基板11は、上述した通りの工程で作製したものであり、ハンドル基板2上にオフ角度が0.5〜5度、好ましくは2〜3度のC面サファイア薄膜1tを有してなる。
オフ角度をこの範囲内とすることにより、この後にC面サファイア薄膜1t上に形成されるGaN膜13においてその表面がN極性面(以下、N面)となると共に平滑性が良好で結晶性がよいエピタキシャル成長膜となり、更にイオン注入剥離法によりこれの一部を剥離して支持基板12に転写した場合にその転写薄膜13aが平滑性に優れたものとなる。
また、C面サファイア薄膜1t表面の算術平均粗さRaが0.5nm以下であることが好ましい。これにより、エピタキシャル成膜されるGaN膜13の表面が更に平滑になり、支持基板12との貼り合わせ接合時により強固な接合が可能となる。
支持基板12は、最終的にGaN薄膜13aを支持する基板であり、Si、Al2O3、SiC、AlN又はSiO2からなることが好ましい。その構成材料は、得られたGaN積層基板を用いて作製する半導体デバイスの用途に応じて適宜選定するとよい。
支持基板12表面の算術平均粗さRaが0.5nm以下であることが好ましい。これによりGaNエピ成長用基板11上にGaN層13を有するGaN層担持体との接合時により強固な接合が可能となる。
また、スパッタリング法、プラズマCVD法などや支持基板12がSiからなる場合には熱酸化法により、支持基板12の最表層に酸化シリコン(SiOx薄膜、但し、0<x≦2)からなるボンド膜を設けてもよい(ただし、支持基板12がSiO2からなる場合を除く)。更に、支持基板12自体の表面粗さが十分に小さくない場合(例えば、支持基板12表面の算術平均粗さRaが0.5nm超の場合)、このボンド膜を化学機械研磨(CMP)等により処理してその表面を平滑化してもよい。これにより、GaNエピ成長用基板11及びGaN層13を有するGaN層担持体との接合強度をより一層大きくすることができる。
なお、このボンド膜の膜厚は、概ね300〜1000nmが好ましい。
なお、このボンド膜の膜厚は、概ね300〜1000nmが好ましい。
(工程2−2:GaNエピ成長用基板の表面処理)
次に、GaNエピ成長用基板の表面処理を行う(図2(b))。
即ち、GaNエピ成長用基板11の800〜1000℃での高温窒化処理及び/又はGaNエピ成長用基板11のC面サファイア薄膜1t上への結晶性AlNの堆積処理を行ってGaNエピ成長用基板11を表面処理し、C面サファイア薄膜1t表面をAlNからなる表面処理層11aで被覆する。
次に、GaNエピ成長用基板の表面処理を行う(図2(b))。
即ち、GaNエピ成長用基板11の800〜1000℃での高温窒化処理及び/又はGaNエピ成長用基板11のC面サファイア薄膜1t上への結晶性AlNの堆積処理を行ってGaNエピ成長用基板11を表面処理し、C面サファイア薄膜1t表面をAlNからなる表面処理層11aで被覆する。
このうち、GaNエピ成長用基板11の高温窒化処理は、GaNエピ成長用基板11を窒素含有雰囲気中でこの後行われるGaNエピタキシャル成長の成膜温度よりもやや低い温度、具体的には800〜1000℃に加熱して少なくともC面サファイア薄膜1tの表面に表面処理層11aとしてAlN膜を形成するものである。この処理は、好ましくはGaN膜をエピタキシャル成長させるMOCVD装置の同一の処理室でインサイチュー(in situ)の状態で実施され、GaNエピタキシャル成長の成膜温度(1050〜1100℃)よりやや低い温度(800〜1000℃)で実行される。このとき、処理温度が800℃未満となるとGaN膜のN極成長が発生せず、更には1000℃超ではこの後に行われるエピタキシャル成長のGaN生成で平滑性が劣化する。また、プロセスガスとしては純窒素を使用するが、アンモニアガスを使用することもできる。アンモニアガスを使用することにより、より活性なN原子が発生し、GaN膜の表面形態(結晶構造)を改善できる。また、高温窒化処理時間は30秒〜30分程度とするとよい。処理時間を長くすることで、GaN膜の表面形態(結晶構造)を改善可能である。
C面サファイア薄膜1t上への結晶性AlNの形成処理は、サファイアの窒化、化学的気相成長法(CVD法)又は物理的気相成長法(PVD法)によりC面サファイア薄膜1t上に表面処理層11aとして結晶性AlN膜を形成するものである。この堆積処理は少なくともC面サファイア薄膜1t表面を結晶性AlN膜(表面処理層11a)で被覆できる形成条件で行えばよい。
なお、上記のようにC面サファイア薄膜1t上に表面処理層11aとして結晶性AlN膜を形成した後、GaNエピタキシャル成長前に熱処理して結晶性AlN膜を安定化させることが好ましい。
(工程2−3:GaNエピタキシャル成長工程)
次に、上記表面処理されたC面サファイア薄膜1tの表面処理層11a上にGaNをエピタキシャル成長させて表面がN極性面からなるGaN膜13を形成し、GaN膜担持体を作製する。
次に、上記表面処理されたC面サファイア薄膜1tの表面処理層11a上にGaNをエピタキシャル成長させて表面がN極性面からなるGaN膜13を形成し、GaN膜担持体を作製する。
GaN膜のエピタキシャル成長法としては、分子線エピタキシャル(MBE)法や、ハイドライド気相成長(HVPE)法、有機金属気相成長(MOCVD)法が知られているが、C面サファイア薄膜1t上に直接低欠陥のGaN薄膜を成長させるにはMOCVD法が最適であり好ましい。
このとき、MOCVD法によるGaN膜13のエピタキシャル成長が1000℃超で行われることが好ましく、上記工程2−2において高温窒化処理が行われる場合にはその処理温度よりも高温で行われることが好ましく、GaN膜13の膜質と成膜速度のバランスがとれる1000℃超1200℃以下が好適である。また、プロセスガスはトリメチルガリウム(TMG)及びアンモニア(NH3)を使用し、キャリアガスとして水素を使用するとよい。
また、GaN膜13の厚みは、最終的に得ようとするGaN薄膜13aの厚さに応じるものであり、例えば1〜30μmである。
また、GaN膜13の厚みは、最終的に得ようとするGaN薄膜13aの厚さに応じるものであり、例えば1〜30μmである。
なお、工程2−2においてC面サファイア薄膜1tを表面処理した後、表面処理層11a上に低温、例えば700℃以下でGaNバッファー層を形成し、次いでこのGaNバッファー層上に上記MOCVD法によるGaNエピタキシャル成長を行い、GaN膜13を形成することが好ましい。
このとき、GaNバッファー層の成膜に際して、成膜温度が700℃超ではバッファー層上のGaN膜13がうまくN極成長せず、400℃未満では成膜自体が進行しない場合があるため、好ましくは400〜700℃、より好ましくは400〜600℃で成膜することが好ましい。また、GaNバッファー層の厚みは、薄過ぎるとバッファー効果が得られない場合があり、厚過ぎると膜質低下を招くおそれがあるため、好ましくは20〜40nm、より好ましくは20〜25nmとする。
以上の一連のGaN膜13の形成工程により、GaNエピ成長用基板11のC面サファイア薄膜1t(表面処理層11a)上に表面がN面からなり、極めて結晶性のよいGaN膜13が成膜される(ここまで、図2(c))。
ここで、GaNなどの化合物半導体結晶表面は極性を有しており、例えば構成元素GaとNからなる単結晶のGaN膜は、必然的に、Ga原子からなり(終端され)該Ga原子の未結合手が露出した極性面(Ga極性面(Ga面ともいう))と、N原子からなり(終端され)該N原子の未結合手が露出した極性面(N極性面(N面ともいう))を有する。
また、GaNの結晶構造は六方晶系であり、その極性面は結晶格子の最密面に現れる。なお、六方晶系化合物半導体結晶の最密面は{0001}面であるが、(0001)面と(000−1)面は等価ではなく、前者はカチオン原子が露出する面、後者はアニオン原子が露出する面であり、窒化ガリウム(GaN)においては(0001)面がGa面、(000−1)面がN面となる。
ここで、GaNなどの化合物半導体結晶表面は極性を有しており、例えば構成元素GaとNからなる単結晶のGaN膜は、必然的に、Ga原子からなり(終端され)該Ga原子の未結合手が露出した極性面(Ga極性面(Ga面ともいう))と、N原子からなり(終端され)該N原子の未結合手が露出した極性面(N極性面(N面ともいう))を有する。
また、GaNの結晶構造は六方晶系であり、その極性面は結晶格子の最密面に現れる。なお、六方晶系化合物半導体結晶の最密面は{0001}面であるが、(0001)面と(000−1)面は等価ではなく、前者はカチオン原子が露出する面、後者はアニオン原子が露出する面であり、窒化ガリウム(GaN)においては(0001)面がGa面、(000−1)面がN面となる。
なお、上記エピタキシャル成長によりGaN膜13を形成した後、更にスパッタリング法、プラズマCVD法などにより、該GaN膜13上に酸化シリコン(SiOx、但し、0<x≦2)膜を支持基板12と貼り合わせるためのボンド層として形成して上記GaN膜担持体としてもよい。この場合の酸化シリコン膜の厚み(CMP研磨する場合にはCMP研磨後の厚み)は200〜1000nmが好ましい。
(工程2−4:GaN膜13へのイオン注入工程)
次に、上記GaN膜担持体のGaN膜13の表面からイオン注入を行ってGaN膜13中に層状のイオン注入領域13ionを形成する(図2(d))。
次に、上記GaN膜担持体のGaN膜13の表面からイオン注入を行ってGaN膜13中に層状のイオン注入領域13ionを形成する(図2(d))。
このとき、注入イオンとして水素イオン(H+)及び/又は水素分子イオン(H2 +)を用いることが好ましい。
また、注入エネルギーはイオン注入深さ(つまり剥離膜(GaN薄膜13a)の膜厚)を規定するものであり、100〜160keVが好ましい。注入エネルギー100keV以上とすると、GaN薄膜13aの膜厚を500nm以上とすることができる。一方、160keV超とすると、注入ダメージが大きくなり剥離された薄膜の結晶性の劣化を招くおそれがある。
また、ドーズ量は1.0×1017〜3.5×1017atom/cm2であることが好ましい。これにより、GaN膜13中に剥離層(脆化層)となるイオン注入領域13ionを形成することができ、且つGaN膜担持体の温度上昇を抑制することができる。なお、イオン注入温度は室温であり、高温となるとGaN膜担持体が破断するおそれがあるため、GaN膜担持体を冷却してもよい。
ここで、上記イオン注入処理は、工程2−3でGaN膜13を形成したままのGaN膜担持体に対して実施してもよいが、形成したままのGaN膜13の表面が粗いとその表面凹凸に対応してイオン注入深さが不均一となり、剥離後のGaN薄膜13aの剥離面(表面)の凹凸が大きくなってしまう。
そこで、上記イオン注入前にGaN膜担持体のイオン注入面を算術平均粗さが好ましくは0.3nm以下、より好ましくは0.2nm以下となるように平滑化するとよい。
例えば、工程2−3で形成したGaN膜13表面をCMP等による研磨及び/又はエッチングして算術平均粗さRaが好ましくは0.3nm以下、より好ましくは0.2nm以下となるように平滑化するとよい。
例えば、工程2−3で形成したGaN膜13表面をCMP等による研磨及び/又はエッチングして算術平均粗さRaが好ましくは0.3nm以下、より好ましくは0.2nm以下となるように平滑化するとよい。
あるいは、上記GaN膜13(即ち、成膜したままの、あるいは研磨及び/又はエッチングして平滑化したGaN膜13)の上にボンド層として酸化シリコン膜を形成した場合には、この酸化シリコン膜表面をCMP等による研磨及び/又はエッチングして算術平均粗さRaが好ましくは0.3nm以下となるように平滑化するとよい。GaN膜13の厚みが薄く、研磨等での平坦化が困難な場合に特に有効である。
以上のようにGaN膜担持体のイオン注入を予定している面(つまり、GaN膜13又は上記ボンド層としての酸化シリコン膜表面)を平滑化することにより、次に行うイオン注入処理におけるイオン注入深さを一定にすることができ、ひいては支持基板12と貼り合わせた後に剥離させた場合に表面が平滑な(表面粗さの小さな)剥離転写層(GaN薄膜13a)を得ることができる。
(工程2−5:GaN膜担持体と支持基板12の貼り合わせ接合工程)
次に、上記イオン注入したGaN膜担持体のGaN膜13側表面と支持基板12とを貼り合わせて接合する(図2(e))。
次に、上記イオン注入したGaN膜担持体のGaN膜13側表面と支持基板12とを貼り合わせて接合する(図2(e))。
ここで、ボンド層(酸化シリコン膜)を形成していないGaN膜担持体と支持基板12の貼り合わせの場合、GaN膜担持体のGaN膜13表面(N面)と支持基板12表面とが接合するようになる。即ち、GaNエピ成長用基板11(ハンドル基板2/薄膜1a/C面サファイア薄膜1t)/表面処理層11a/(GaNバッファー層)/GaN膜13(N面)/支持基板12の積層構造となる。
また、ボンド層(酸化シリコン膜)を少なくともいずれかの表面に形成しているGaN膜担持体と支持基板12の貼り合わせの場合、GaN膜担持体のGaN膜13表面(N面)と支持基板12表面とがそれらの間にボンド層(酸化シリコン膜)が介在して接合するようになる。即ち、GaNエピ成長用基板11(ハンドル基板2/薄膜1a/C面サファイア薄膜1t)/表面処理層11a/(GaNバッファー層)/GaN膜13(N面)/ボンド層(酸化シリコン膜)/支持基板12の積層構造となる。
なお、この貼り合わせの前に、GaN膜担持体のイオン注入面、支持基板12の接合面の双方もしくは片方に表面活性化処理としてプラズマ処理を施すことが好ましい。
例えば、一般的な平行平板型プラズマチャンバーに、表面活性化処理するGaN膜担持体及び/又は支持基板12をセットし、13.56MHz、100W程度の高周波を印加し、プロセスガスとしてAr、N2、O2等を導入して処理すればよい。処理時間は5〜30秒とする。これにより、対象の基板表面が活性化され、貼り合わせ後の接合強度が増大する。
また、貼り合せ後は200〜300℃、5〜24時間程度のアニールを実施することで、より強固な接合が形成されるため好ましい。
例えば、一般的な平行平板型プラズマチャンバーに、表面活性化処理するGaN膜担持体及び/又は支持基板12をセットし、13.56MHz、100W程度の高周波を印加し、プロセスガスとしてAr、N2、O2等を導入して処理すればよい。処理時間は5〜30秒とする。これにより、対象の基板表面が活性化され、貼り合わせ後の接合強度が増大する。
また、貼り合せ後は200〜300℃、5〜24時間程度のアニールを実施することで、より強固な接合が形成されるため好ましい。
(工程2−6:GaN薄膜の剥離、転写工程)
次に、上記GaN膜13におけるイオン注入領域13ionで剥離させてGaN薄膜13aを支持基板12上に転写する(図2(f))。
次に、上記GaN膜13におけるイオン注入領域13ionで剥離させてGaN薄膜13aを支持基板12上に転写する(図2(f))。
剥離処理は、イオン注入剥離法で一般的に行われる処理であればよく、例えばブレードを挿入するなどの機械剥離の他、レーザー光照射等の光剥離、その他ジェット水流や超音波等の物理的衝撃剥離が適用可能である。
これにより、表面がGa極性面からなり結晶性の良好で表面が平滑なGaN薄膜13aを支持基板12上に有するGaN積層基板10が得られる。
なお、剥離後の転写したGaN薄膜13aの表面は十分に平滑であるが、このGaN積層基板10を使用するデバイスの要求特性の如何によっては研磨等でより平滑化してもよい。また、このGaN積層基板10に更にGaN膜をエピタキシャル成長させることで、低欠陥で厚膜のGaN基板を製造することも可能である。
なお、剥離後の転写したGaN薄膜13aの表面は十分に平滑であるが、このGaN積層基板10を使用するデバイスの要求特性の如何によっては研磨等でより平滑化してもよい。また、このGaN積層基板10に更にGaN膜をエピタキシャル成長させることで、低欠陥で厚膜のGaN基板を製造することも可能である。
なお、GaN積層基板10のGaN薄膜13a表面の極性面を確認する方法は、例えばKOH水溶液によるエッチングレートの違いをみて判断すればよい。即ち、N面の方がGa面よりもエッチングレートが大きい。例えば、40℃、2mol/LのKOH水溶液に45分浸した場合、Ga面はエッチングされないが、N面はエッチングされることから確認できる。
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
以下の条件でGaN積層基板を作製した。
以下の条件でGaN積層基板を作製した。
(実施例1−1)
直径12インチ、厚み750μm、熱膨張率5.2×10-6/k(800K)のAlN焼結体(セラミックス)からなるハンドル基板と、直径12インチ、厚み750μm、算術平均粗さRa0.3nm、熱膨張率8.0×10-6/k(800K)、c軸オフ角1.5度のC面サファイア基板を準備した。なお、このハンドル基板のGaN(熱膨張率6.0×10-6/k(800K))との熱膨張率の差は−0.8×10-6/kである。
次に、このC面サファイア基板表面にスパッタリング法により厚み150nmのSiO2薄膜を形成し、このSiO2薄膜表面から水素分子イオンH2 +を、注入エネルギー150keV、ドーズ量2×1017atom/cm2でイオン注入した。
次いで、C面サファイア基板のイオン注入面(SiO2薄膜形成面)とハンドル基板表面についてArプラズマ処理を実施した。次いで、両者のArプラズマ処理面同士を貼り合せて接合した後、貼り合わせたものからイオン注入領域において機械的にC面サファイア基板を剥離させ、ハンドル基板上にC面サファイア薄膜を転写してGaNエピ成長用基板を得た。このGaNエピ成長用基板の反り量は100μmであった。
直径12インチ、厚み750μm、熱膨張率5.2×10-6/k(800K)のAlN焼結体(セラミックス)からなるハンドル基板と、直径12インチ、厚み750μm、算術平均粗さRa0.3nm、熱膨張率8.0×10-6/k(800K)、c軸オフ角1.5度のC面サファイア基板を準備した。なお、このハンドル基板のGaN(熱膨張率6.0×10-6/k(800K))との熱膨張率の差は−0.8×10-6/kである。
次に、このC面サファイア基板表面にスパッタリング法により厚み150nmのSiO2薄膜を形成し、このSiO2薄膜表面から水素分子イオンH2 +を、注入エネルギー150keV、ドーズ量2×1017atom/cm2でイオン注入した。
次いで、C面サファイア基板のイオン注入面(SiO2薄膜形成面)とハンドル基板表面についてArプラズマ処理を実施した。次いで、両者のArプラズマ処理面同士を貼り合せて接合した後、貼り合わせたものからイオン注入領域において機械的にC面サファイア基板を剥離させ、ハンドル基板上にC面サファイア薄膜を転写してGaNエピ成長用基板を得た。このGaNエピ成長用基板の反り量は100μmであった。
この基板をRCA洗浄にて洗浄した後、MOCVD装置にて、基板温度900℃の高温窒化処理(プロセスガス:純窒素)を30分実施し、続いて基板温度400℃でGaNバッファー層を厚み20nm成膜した後に、更に基板温度1050℃にて、プロセスガス:TMG及びNH3を用いてエピタキシャル成長させてGaN膜を10μm成膜した。そのGaN膜の算術平均粗さRaは8nmであった。
次いで、このGaN膜上にボンド層としてプラズマCVD法により厚み2μmの酸化シリコン膜を成膜した後、CMP装置でこの酸化シリコン膜を300nmまで研磨した。得られたGaN膜担持体の算術平均粗さRaは0.3nmであった。
次に、このGaN膜担持体の酸化シリコン膜表面から水素分子イオンH2 +を、注入エネルギー160keV、ドーズ量3.1×10+17atom/cm2でイオン注入した。
次いで、このGaN膜上にボンド層としてプラズマCVD法により厚み2μmの酸化シリコン膜を成膜した後、CMP装置でこの酸化シリコン膜を300nmまで研磨した。得られたGaN膜担持体の算術平均粗さRaは0.3nmであった。
次に、このGaN膜担持体の酸化シリコン膜表面から水素分子イオンH2 +を、注入エネルギー160keV、ドーズ量3.1×10+17atom/cm2でイオン注入した。
次に、支持基板として、直径12インチ、厚み750μmのSi基板を準備し、Si基板上に厚み300nmの熱酸化膜を形成した。熱酸化膜形成後のSi基板の算術平均粗さはRa=0.5nmであった。
このSi基板、上記GaN膜担持体それぞれの熱酸化膜、酸化シリコン膜(イオン注入面)表面についてArプラズマ処理を実施した。次いで、Arプラズマ処理面同士を貼り合せた後、窒素雰囲気下で200℃にて12時間アニールした。アニール後、GaN膜のイオン注入領域に金属ブレードを差し込んで剥離を行い、Si基板上にGaN薄膜を転写してGaN積層基板を得た。
得られたGaN積層基板のGaN薄膜表面の算術平均粗さRaは10nmであった。また、得られたGaN積層基板のGaN薄膜についてX線ロッキングカーブ法により結晶性を評価した。詳しくは、X線回折により上記GaN薄膜のGaN(0002)面反射のロッキングカーブ(ωスキャン)におけるチルト分布(半価幅)を求めたところ、310arcsecと良好な結晶性を示した。
また、GaN薄膜の表面の極性面の確認として、サンプルを40℃、2mol/LのKOH水溶液に45分浸した後、表面を観察したところ、GaN薄膜表面はエッチングされておらず、GaN薄膜表面がGa面となっていることが分かった。
また、GaN薄膜の表面の極性面の確認として、サンプルを40℃、2mol/LのKOH水溶液に45分浸した後、表面を観察したところ、GaN薄膜表面はエッチングされておらず、GaN薄膜表面がGa面となっていることが分かった。
(実施例1−2)
実施例1−1において、ハンドル基板をほうけい酸ガラス(熱膨張率6.8×10-6/k(800K))からなるものとし、C面サファイア基板のオフ角度を3度(算術平均粗さRa:0.3nm)とし、それ以外は実施例1−1と同様にしてGaNエピ成長用基板を作製した。このGaNエピ成長用基板の反り量は150μmであった。
次いで、このGaNエピ成長用基板を用いて厚み5μmのGaN膜をエピタキシャル成長させた後、このGaN膜表面(該GaN膜算術平均粗さRa:6nm)をCMP研磨してその表面の算術平均粗さRaを0.2nmとし、ボンド層を形成することなくそのまま、石英からなる支持基板(石英基板)に転写した。それ以外は実施例1−1と同様にしてGaN積層基板を得た。
得られたGaN積層基板のGaN薄膜表面の算術平均粗さRaは0.3nmであった。また、得られたGaN積層基板のGaN薄膜について実施例1−1と同様にX線ロッキングカーブ法により結晶性を評価したところ、FWHM280arcsecとなり、実施例1−1と同等の結晶性を示した。
また、実施例1−1と同様にしてGaN薄膜の表面の極性面を確認したところ、Ga面となっていた。
実施例1−1において、ハンドル基板をほうけい酸ガラス(熱膨張率6.8×10-6/k(800K))からなるものとし、C面サファイア基板のオフ角度を3度(算術平均粗さRa:0.3nm)とし、それ以外は実施例1−1と同様にしてGaNエピ成長用基板を作製した。このGaNエピ成長用基板の反り量は150μmであった。
次いで、このGaNエピ成長用基板を用いて厚み5μmのGaN膜をエピタキシャル成長させた後、このGaN膜表面(該GaN膜算術平均粗さRa:6nm)をCMP研磨してその表面の算術平均粗さRaを0.2nmとし、ボンド層を形成することなくそのまま、石英からなる支持基板(石英基板)に転写した。それ以外は実施例1−1と同様にしてGaN積層基板を得た。
得られたGaN積層基板のGaN薄膜表面の算術平均粗さRaは0.3nmであった。また、得られたGaN積層基板のGaN薄膜について実施例1−1と同様にX線ロッキングカーブ法により結晶性を評価したところ、FWHM280arcsecとなり、実施例1−1と同等の結晶性を示した。
また、実施例1−1と同様にしてGaN薄膜の表面の極性面を確認したところ、Ga面となっていた。
(比較例1−1)
実施例1−1において、C面サファイア基板のc軸オフ角度を0.05度(算術平均粗さRa:0.3nm)としたものを用い、それ以外は実施例1−1と同様にしてGaN積層基板を得た。なお、GaN膜成膜後の該GaN膜算術平均粗さRaは135nmであり、酸化シリコン膜CMP研磨後のGaN膜担持体の算術平均粗さRaは0.2nmであった。
得られたGaN積層基板のGaN薄膜表面の算術平均粗さRaは150nmとなり平滑性が悪いものであった。また、得られたGaN積層基板のGaN薄膜について実施例1−1と同様にX線ロッキングカーブ法により結晶性を評価したところ、FWHM850arcsecとなり、結晶性が悪化した。
また、実施例1−1と同様にしてGaN薄膜の表面の極性面を確認したところ、Ga面となっていた。
実施例1−1において、C面サファイア基板のc軸オフ角度を0.05度(算術平均粗さRa:0.3nm)としたものを用い、それ以外は実施例1−1と同様にしてGaN積層基板を得た。なお、GaN膜成膜後の該GaN膜算術平均粗さRaは135nmであり、酸化シリコン膜CMP研磨後のGaN膜担持体の算術平均粗さRaは0.2nmであった。
得られたGaN積層基板のGaN薄膜表面の算術平均粗さRaは150nmとなり平滑性が悪いものであった。また、得られたGaN積層基板のGaN薄膜について実施例1−1と同様にX線ロッキングカーブ法により結晶性を評価したところ、FWHM850arcsecとなり、結晶性が悪化した。
また、実施例1−1と同様にしてGaN薄膜の表面の極性面を確認したところ、Ga面となっていた。
(比較例1−2)
実施例1−1において、C面サファイア基板のc軸オフ角度を6度(算術平均粗さRa:0.3nm)としたものを用い、それ以外は実施例1−1と同様にしてGaN積層基板を得た。なお、GaN膜成膜後の該GaN膜算術平均粗さRaは80nmであり、酸化シリコン膜CMP研磨後のGaN膜担持体の算術平均粗さRaは0.3nmであった。
得られたGaN積層基板のGaN薄膜表面の算術平均粗さRaは120mであった。また、得られたGaN積層基板のGaN薄膜について実施例1−1と同様にX線ロッキングカーブ法により結晶性を評価したところ、FWHM960arcsecとなり、結晶性が悪化した。
また、実施例1−1と同様にしてGaN薄膜の表面の極性面を確認したところ、Ga面となっていた。
実施例1−1において、C面サファイア基板のc軸オフ角度を6度(算術平均粗さRa:0.3nm)としたものを用い、それ以外は実施例1−1と同様にしてGaN積層基板を得た。なお、GaN膜成膜後の該GaN膜算術平均粗さRaは80nmであり、酸化シリコン膜CMP研磨後のGaN膜担持体の算術平均粗さRaは0.3nmであった。
得られたGaN積層基板のGaN薄膜表面の算術平均粗さRaは120mであった。また、得られたGaN積層基板のGaN薄膜について実施例1−1と同様にX線ロッキングカーブ法により結晶性を評価したところ、FWHM960arcsecとなり、結晶性が悪化した。
また、実施例1−1と同様にしてGaN薄膜の表面の極性面を確認したところ、Ga面となっていた。
(比較例1−3)
実施例1−1で用いたC面サファイア基板をそのままGaNエピ成長用基板として用い、該GaNエピ成長用基板に実施例1−1と同様にしてGaN膜を形成したところ、GaN成膜後の基板の反りが約3mmと極めて大きくなり、支持基板との貼り合せができないため、以降の工程を中止した。
実施例1−1で用いたC面サファイア基板をそのままGaNエピ成長用基板として用い、該GaNエピ成長用基板に実施例1−1と同様にしてGaN膜を形成したところ、GaN成膜後の基板の反りが約3mmと極めて大きくなり、支持基板との貼り合せができないため、以降の工程を中止した。
以上の結果を表1に示す。本発明によれば、直径12インチの大口径の基板であっても優れた平滑性と結晶性を持つGaN積層基板が得られることが明らかとなった。なお、表中の表面粗さRaは算術平均粗さRaのことである。
なお、これまで本発明を上記実施形態をもって説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
1、1’ C面サファイア基板
1a 薄膜
1ion、13ion イオン注入領域
1t C面サファイア薄膜
2 ハンドル基板
10 GaN積層基板
11 GaNエピ成長用基板
11a 表面処理層
12 支持基板
13 GaN膜
13a GaN薄膜
1a 薄膜
1ion、13ion イオン注入領域
1t C面サファイア薄膜
2 ハンドル基板
10 GaN積層基板
11 GaNエピ成長用基板
11a 表面処理層
12 支持基板
13 GaN膜
13a GaN薄膜
Claims (13)
- 800Kにおける熱膨張率がシリコンより大きく、C面サファイアより小さい、ガラス、セラミックス又は単結晶の材料からなるハンドル基板上に、イオン注入剥離法によりオフ角度0.5〜5度のC面サファイア基板から剥離させたC面サファイア薄膜を転写してGaNエピ成長用基板を作製する工程と、
上記GaNエピ成長用基板の800〜1000℃での高温窒化処理及び/又は該GaNエピ成長用基板のC面サファイア薄膜上への結晶性AlNの堆積処理を行って上記GaNエピ成長用基板を表面処理し、C面サファイア薄膜表面をAlNからなる表面処理層で被覆する工程と、
上記表面処理されたGaNエピ成長用基板の表面処理層上にGaNをエピタキシャル成長させて表面がN極性面からなるGaN膜担持体を作製する工程と、
上記GaN膜にイオン注入を行ってイオン注入領域を形成する工程と、
上記イオン注入したGaN膜担持体のGaN膜側表面と支持基板とを貼り合わせて接合する工程と、
上記GaN膜におけるイオン注入領域で剥離させてGaN薄膜を支持基板上に転写して、表面がGa極性面からなるGaN薄膜を支持基板上に有するGaN積層基板を得る工程と
を有するGaN積層基板の製造方法。 - 上記ハンドル基板が硼ケイ酸系ガラス、GaN焼結体、AlN焼結体又はGaAs単結晶からなる請求項1記載のGaN積層基板の製造方法。
- 上記ハンドル基板とC面サファイア薄膜との間に酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンの薄膜を介在させて該C面サファイア薄膜を転写する請求項1又は2記載のGaN積層基板の製造方法。
- GaNエピ成長用基板の反り量を300μm以下とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載のGaN積層基板の製造方法。
- 上記GaNエピタキシャル成長が1000℃超1200℃以下で行われる請求項1〜4のいずれか1項記載のGaN積層基板の製造方法。
- MOCVD法により上記GaNのエピタキシャル成長を行う請求項1〜5のいずれか1項記載のGaN積層基板の製造方法。
- 上記C面サファイア基板を表面処理した後、700℃以下で表面処理層上にGaNバッファー層を形成し、次いで該GaNバッファー層上に上記GaNエピタキシャル成長を行う請求項1〜6のいずれか1項記載のGaN積層基板の製造方法。
- 上記GaNバッファー層の厚みが20〜40nmである請求項7記載のGaN積層基板の製造方法。
- 上記エピタキシャル成長によりGaN膜を形成した後、更に該GaN膜上に酸化シリコン膜を形成して上記GaN膜担持体とする請求項1〜8のいずれか1項記載のGaN積層基板の製造方法。
- 更に、上記イオン注入前にGaN膜担持体のイオン注入面を算術平均粗さRa0.3nm以下に平滑化する請求項1〜9のいずれか1項記載のGaN積層基板の製造方法。
- 上記GaN膜へのイオン注入が水素イオン(H+)及び/又は水素分子イオン(H2 +)を用いた、注入エネルギー100〜160keV、ドーズ量1.0×1017〜3.5×1017atom/cm2の処理である請求項1〜10のいずれか1項記載のGaN積層基板の製造方法。
- 上記支持基板が、Si、Al2O3、SiC、AlN又はSiO2からなる請求項1〜11のいずれか1項記載のGaN積層基板の製造方法。
- 上記支持基板は、GaN膜担持体との接合面に酸化シリコン膜を形成したものである(ただし、支持基板がSiO2からなる場合を除く)請求項12記載のGaN積層基板の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018149939 | 2018-08-09 | ||
JP2018149939 | 2018-08-09 | ||
PCT/JP2019/030164 WO2020031829A1 (ja) | 2018-08-09 | 2019-08-01 | GaN積層基板の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2020031829A1 true JPWO2020031829A1 (ja) | 2021-08-26 |
JP7044161B2 JP7044161B2 (ja) | 2022-03-30 |
Family
ID=69414175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020535710A Active JP7044161B2 (ja) | 2018-08-09 | 2019-08-01 | GaN積層基板の製造方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11479876B2 (ja) |
JP (1) | JP7044161B2 (ja) |
KR (1) | KR20210039438A (ja) |
CN (1) | CN112585305B (ja) |
DE (1) | DE112019003987T5 (ja) |
GB (1) | GB2591348B (ja) |
WO (1) | WO2020031829A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115867107B (zh) * | 2023-02-27 | 2023-12-08 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种利用键合技术同步制备两片复合压电衬底的方法 |
CN117660879B (zh) * | 2023-12-08 | 2024-05-14 | 广州市艾佛光通科技有限公司 | 一种AlN薄膜及其制备方法和应用 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008540315A (ja) * | 2005-05-11 | 2008-11-20 | ノース・キャロライナ・ステイト・ユニヴァーシティ | 極性が制御されたiii族窒化物薄膜及びその製法 |
JP2009231816A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-10-08 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 単結晶薄膜を有する基板の製造方法 |
JP2010509177A (ja) * | 2006-11-15 | 2010-03-25 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 有機金属化学気相成長法による、高品質のN面GaN、InNおよびAlNならびにそれらの合金のヘテロエピタキシャル成長の方法 |
JP2017193486A (ja) * | 2011-09-12 | 2017-10-26 | 住友化学株式会社 | 窒化物半導体結晶の製造方法、窒化物半導体エピタキシヤルウエハ、および窒化物半導体自立基板 |
JP6232150B1 (ja) * | 2017-01-10 | 2017-11-15 | 古河機械金属株式会社 | Iii族窒化物半導体基板、及び、iii族窒化物半導体基板の製造方法 |
JP2018024538A (ja) * | 2016-08-08 | 2018-02-15 | 三菱ケミカル株式会社 | GaN単結晶およびGaN単結晶製造方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1174562A (ja) * | 1997-06-30 | 1999-03-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
US20090278233A1 (en) * | 2007-07-26 | 2009-11-12 | Pinnington Thomas Henry | Bonded intermediate substrate and method of making same |
KR101226073B1 (ko) * | 2008-12-19 | 2013-01-25 | 소이텍 | 변형 조절된 복합 반도체 기판들 및 그의 형성 방법 |
JP6026188B2 (ja) | 2011-09-12 | 2016-11-16 | 住友化学株式会社 | 窒化物半導体結晶の製造方法 |
CN104488081B (zh) * | 2012-07-25 | 2017-09-19 | 信越化学工业株式会社 | Sos基板的制造方法和sos基板 |
WO2014113503A1 (en) | 2013-01-16 | 2014-07-24 | QMAT, Inc. | Techniques for forming optoelectronic devices |
US9859458B2 (en) * | 2015-06-19 | 2018-01-02 | QMAT, Inc. | Bond and release layer transfer process |
TWI751127B (zh) * | 2015-12-17 | 2022-01-01 | 日商信越化學工業股份有限公司 | 藍寶石複合基材與其製造方法 |
JP6915591B2 (ja) * | 2018-06-13 | 2021-08-04 | 信越化学工業株式会社 | GaN積層基板の製造方法 |
-
2019
- 2019-08-01 CN CN201980052719.0A patent/CN112585305B/zh active Active
- 2019-08-01 US US17/266,178 patent/US11479876B2/en active Active
- 2019-08-01 GB GB2102099.5A patent/GB2591348B/en active Active
- 2019-08-01 DE DE112019003987.3T patent/DE112019003987T5/de active Pending
- 2019-08-01 KR KR1020217006426A patent/KR20210039438A/ko not_active Application Discontinuation
- 2019-08-01 JP JP2020535710A patent/JP7044161B2/ja active Active
- 2019-08-01 WO PCT/JP2019/030164 patent/WO2020031829A1/ja active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008540315A (ja) * | 2005-05-11 | 2008-11-20 | ノース・キャロライナ・ステイト・ユニヴァーシティ | 極性が制御されたiii族窒化物薄膜及びその製法 |
JP2010509177A (ja) * | 2006-11-15 | 2010-03-25 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 有機金属化学気相成長法による、高品質のN面GaN、InNおよびAlNならびにそれらの合金のヘテロエピタキシャル成長の方法 |
JP2009231816A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-10-08 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 単結晶薄膜を有する基板の製造方法 |
JP2017193486A (ja) * | 2011-09-12 | 2017-10-26 | 住友化学株式会社 | 窒化物半導体結晶の製造方法、窒化物半導体エピタキシヤルウエハ、および窒化物半導体自立基板 |
JP2018024538A (ja) * | 2016-08-08 | 2018-02-15 | 三菱ケミカル株式会社 | GaN単結晶およびGaN単結晶製造方法 |
JP6232150B1 (ja) * | 2017-01-10 | 2017-11-15 | 古河機械金属株式会社 | Iii族窒化物半導体基板、及び、iii族窒化物半導体基板の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112585305B (zh) | 2023-03-28 |
GB2591348B (en) | 2023-02-08 |
TW202024406A (zh) | 2020-07-01 |
GB2591348A (en) | 2021-07-28 |
WO2020031829A1 (ja) | 2020-02-13 |
US11479876B2 (en) | 2022-10-25 |
JP7044161B2 (ja) | 2022-03-30 |
CN112585305A (zh) | 2021-03-30 |
KR20210039438A (ko) | 2021-04-09 |
US20210301419A1 (en) | 2021-09-30 |
DE112019003987T5 (de) | 2021-04-22 |
GB202102099D0 (en) | 2021-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6915591B2 (ja) | GaN積層基板の製造方法 | |
US10829868B2 (en) | Manufacturing method of SiC composite substrate | |
US20200149189A1 (en) | SiC COMPOSITE SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME | |
JP5468528B2 (ja) | 単結晶ダイヤモンド成長用基材及びその製造方法並びに単結晶ダイヤモンド基板の製造方法 | |
US10431460B2 (en) | Method for producing SiC composite substrate | |
JP7044161B2 (ja) | GaN積層基板の製造方法 | |
JP2022012558A (ja) | 大口径iii族窒化物系エピタキシャル成長用基板とその製造方法 | |
JP2013098572A (ja) | 薄膜接合基板の製造方法 | |
TWI834703B (zh) | GaN層合基板的製造方法 | |
KR20130051232A (ko) | 박막 접합 기판 및 그 제조방법 | |
WO2024084836A1 (ja) | 窒化物半導体エピタキシャルウエーハの製造方法及び窒化物半導体エピタキシャルウエーハ用複合基板 | |
WO2024057698A1 (ja) | 窒化物半導体層付き単結晶シリコン基板及び窒化物半導体層付き単結晶シリコン基板の製造方法 | |
TW202331794A (zh) | 氮化物半導體基板及氮化物半導體基板的製造方法 | |
KR20150035413A (ko) | 격자-조정된 도메인-매칭 에피택시를 이용한 화합물 반도체의 에피택셜 성장 방법 | |
JP2022120695A (ja) | 窒化物半導体基板及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210125 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220215 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220228 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7044161 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |