[發明專利]氮化合物半導體基板的制造方法和氮化合物半導體基板、單晶SiC基板的制造方法和單晶SiC基板

有效

• 申請號: 200980121625.0
• 申請日: 2009-06-09
• 公開（公告）號: CN102057463A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 川村啟介;泉勝俊;淺村英俊;橫山敬志
• 申請（專利權）人: 愛沃特株式會社
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/20;H01L21/205;H01L21/76;H01L27/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 朱丹

技術領域

本發明涉及作為絕緣層埋入型半導體基板的氮化合物半導體基板的制造方法以及由其得到的氮化合物半導體基板、作為絕緣層埋入型半導體基板的單晶SiC基板的制造方法以及由其得到的單晶SiC基板。

背景技術

氮化鎵、氮化鋁等氮化合物是直接躍遷型的寬禁帶半導體，與硅半導體相比在絕緣破壞電場、飽和電子速度、化學穩定性方面優越，因此作為下一代的發光裝置、半導體裝置材料而備受關注。另外，具有埋入絕緣層的SOI基板在實現回路的高速化和低耗電方面優越，有望被視為下一代的LSI基板。因此，融合了這兩個特征的絕緣層埋入型氮化合物半導體基板極有望作為半導體裝置材料。

作為上述具有埋入絕緣層的氮化合物半導體基板的制造方法，提出了如下的方法：使碳化硅層在SOI基板上面外延生長，再在其上面使氮化物半導體層外延生長(例如，下述專利文獻1)。

如上述專利文獻1所示，使用碳化硅結晶作為氮化合物半導體的襯底基板的主要理由是由于，碳化硅與氮化合物半導體之間的晶格常數的失配(mismatch)比較小，與在SOI基板的表面硅層上面直接使氮化合物半導體外延生長的情況相比，可以抑制氮化合物半導體雜界面的錯配位錯發生的緣故。

作為一個示例，氮化鎵結晶與作為其襯底基板一直使用的藍寶石、硅之間的晶格常數的失配分別為約16％、約20％，與此相對，氮化鎵與碳化硅之間的晶格常數的失配為約3.5％，這明顯小于藍寶石、硅的情況。

但是，在使碳化硅層在SOI基板上面外延生長再在其上使氮化物半導體層外延生長的方法中，存在在碳化硅與硅之間的界面容易發生晶體缺陷的問題。

因而，為了解決上述問題，提出了以下方法：通過將SOI基板的表面硅膜碳化使之改性成碳化硅層，制造具有埋入氧化膜的碳化硅基板，再在其上使氮化鎵層外延生長(例如，下述專利文獻1和2)。

另一方面，作為通過將SOI基板的表面硅膜碳化使之改性成碳化硅層從而在容易實現具有價格優勢的大口徑化的同時可以制造具有埋入絕緣層的SiC基板的制造方法，提出了例如下述專利文獻3記載的方法。這種方法是使用具有規定厚度的表面硅層和埋入絕緣層(SiO₂層)的SOI基板(絕緣層埋入型Si基板)來進行制造。即進行如下的操作：將上述SOI基板的表面Si層薄膜化至10nm左右，將其在氫氣與烴系氣體的混合氣氛的加熱爐內加熱處理規定時間，從而對上述表面硅層在高溫進行碳化處理而變成單晶SiC薄膜，將上述單晶SiC薄膜作為籽晶(seed)層利用外延法使SiC層生長。

另一方面，由于熱、化學穩定性優越，機械強度也強，強耐放射線照射這樣的特性，單晶SiC(碳化硅)作為下一代的半導體裝置材料備受關注。另外，具有埋入絕緣層的SOI基板在實現回路的高速化和低耗電方面優良，有望被視為下一代的LSI基板。因此，融合了這兩個特征的絕緣層埋入型半導體SiC基板極有望作為半導體裝置材料。

作為在容易實現具有價格優勢的大口徑化的同時可以制造上述絕緣層埋入型半導體SiC基板的制造方法，例如提出了在下述專利文獻3中記載的方法。該方法是使用具有規定厚度的表面硅層和埋入絕緣層(SiO₂層)的SOI基板(絕緣層埋入型Si基板)來進行制造。即進行如下的操作：將上述SOI基板的表面Si層薄膜化薄膜化到10nm左右，將其在氫氣與烴系氣體的混合氣氛中的加熱爐內熱處理規定時間，從而對上述表面硅層在高溫下進行碳化處理而變成單晶SiC薄膜，將上述單晶SiC薄膜作為籽晶層利用外延法使SiC層生長。

在上述專利文獻3記載的方法中，通過上述碳化處理，將厚度約10nm以下的表面硅層全部碳化生成單晶SiC薄膜(SiC籽晶層)。然而，如這樣操作，則在埋入酸化膜與SiC薄膜之間的界面會發生不規則且大的“起伏”。即，變成的SiC層與埋入的SiO₂層之間的界面在高溫下不穩定，特別是SiC容易浸入到SiO₂層，而且急劇進行Si→SiC反應，因此上述SiC/SiO₂界面不穩定，界面成為粗糙且波狀起伏樣的狀態。

該界面的“起伏”有時會達到超過10nm的程度，出現在SiC層的厚度中存在參差不齊的結果，而且直到生成的SiC薄膜本身出現“起伏”，預測作為半導體裝置使用時會成為大問題。另外，如果在界面與SiC薄膜本身存在“起伏”的狀態下，使SiC層在該SiC薄膜上面外延生長，則生成的SiC層本身的結晶性大幅劣化，而且還存在表面狀態也容易變成粗糙狀態的問題。