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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024073933
(43)【公開日】2024-05-30
(54)【発明の名称】半導体基板の製造方法、半導体基板、及び半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20240523BHJP
C30B 29/36 20060101ALI20240523BHJP
C30B 33/06 20060101ALI20240523BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 B
C30B29/36 A
C30B33/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022184924
(22)【出願日】2022-11-18
(71)【出願人】
【識別番号】000190149
【氏名又は名称】信越半導体株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100102532
【弁理士】
【氏名又は名称】好宮 幹夫
(74)【代理人】
【識別番号】100194881
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 俊弘
(74)【代理人】
【識別番号】100215142
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 徹
(72)【発明者】
【氏名】大槻 剛
(72)【発明者】
【氏名】松原 寿樹
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 温
(72)【発明者】
【氏名】阿部 達夫
【テーマコード（参考）】
4G077
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077AA03
4G077BE08
4G077FF07
4G077HA12
(57)【要約】
【課題】
Ｈ＋注入による剥離技術において４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できる半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】
４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面にＨ＋を含むイオンを注入してイオン注入層２を形成するイオン注入工程と、イオン注入工程を行った４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面に、別の支持基板３を接合して接合基板１０を得る接合工程と、接合基板１０に、水素を含む雰囲気で熱処理をおこない、イオン注入層２で４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として支持基板３上に転写された結合基板１２と、４Ｈ－ＳｉＣ基板から表層が剥離された後の基板である剥離基板１１に分離する剥離工程と、を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
【選択図】図２
Ｈ＋注入による剥離技術において４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できる半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】
４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面にＨ＋を含むイオンを注入してイオン注入層２を形成するイオン注入工程と、イオン注入工程を行った４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面に、別の支持基板３を接合して接合基板１０を得る接合工程と、接合基板１０に、水素を含む雰囲気で熱処理をおこない、イオン注入層２で４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として支持基板３上に転写された結合基板１２と、４Ｈ－ＳｉＣ基板から表層が剥離された後の基板である剥離基板１１に分離する剥離工程と、を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面にＨ＋を含むイオンを注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程を行った前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面に、別の支持基板を接合して接合基板を得る接合工程と、
前記接合基板に、水素を含む雰囲気で熱処理をおこない、前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として前記支持基板上に転写された結合基板と、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板から表層が剥離された後の基板である剥離基板に分離する剥離工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
前記イオン注入工程を行った前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面に、別の支持基板を接合して接合基板を得る接合工程と、
前記接合基板に、水素を含む雰囲気で熱処理をおこない、前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として前記支持基板上に転写された結合基板と、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板から表層が剥離された後の基板である剥離基板に分離する剥離工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項2】
前記剥離工程は、
前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板が剥離する温度未満で所定の時間、前記接合基板を加熱して、前記イオン注入工程で注入したＨ＋を内方拡散させた後に、剥離温度以上に昇温して前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板が剥離する温度未満で所定の時間、前記接合基板を加熱して、前記イオン注入工程で注入したＨ＋を内方拡散させた後に、剥離温度以上に昇温して前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項3】
前記４Ｈ－ＳｉＣ基板はバルク４Ｈ－ＳｉＣであり、
前記イオン注入工程は、前記バルク４Ｈ－ＳｉＣの表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
前記イオン注入工程は、前記バルク４Ｈ－ＳｉＣの表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項4】
前記剥離工程後に、
前記結合基板の前記４Ｈ－ＳｉＣ層上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の半導体基板の製造方法。
前記結合基板の前記４Ｈ－ＳｉＣ層上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項5】
前記４Ｈ－ＳｉＣ基板は、バルク４Ｈ－ＳｉＣの表面に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板であり、
前記イオン注入工程は、前記エピタキシャル層の表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
前記イオン注入工程は、前記エピタキシャル層の表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項6】
前記イオン注入工程は、Ｈ＋の注入量が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上となるようにイオンを注入する工程であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項7】
支持基板と、
前記支持基板の表面に接合された、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣ層と、
を備えることを特徴とする半導体基板。
前記支持基板の表面に接合された、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣ層と、
を備えることを特徴とする半導体基板。
【請求項8】
請求項７に記載の半導体基板を備えることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体基板の製造方法、半導体基板、及び半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ＳｉＣは、２．２～３．３ｅＶという広いバンドギャップを有することから高い絶縁破壊強度を有し、また熱伝導率も大きいためパワーデバイスや高周波用デバイスなどの各種半導体デバイス用の半導体材料として期待されている材料である。
【0003】
しかしながら、半導体としてのＳｉＣにはダイオードなど実際の素子を作製した場合に順方向に通電した場合に多数のキャリアが基板に注入されることで、転位が拡張して順方向特性が変動してしまい（Ｖｆ変動）、動作が不安定になり信頼性が損なわれる、順方向劣化と呼ばれる現象が知られており、大きな問題である（非特許文献１）。
【0004】
この転位の拡張を止める方法として、Ｃｕイオンを注入する方法（非特許文献２）が２０１０年に提案されたのち、最近になってＨ＋でも同様の効果があることが報告されている（非特許文献３、４）。具体的には非特許文献３、４ではＨ＋を１．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ２程度注入する方法が提案されている。
【0005】
このＨ＋のＳｉＣへの注入に関しては他にもいくつかの先行技術が報告されている。特許文献１には、２枚のＳｉＣ単結晶ウェーハを準備し、それぞれに酸化膜を形成したのち、片方の基板に水素イオンを注入し、さらに酸化層を介して室温で接合一体化した後、５００℃以上に加熱処理することにより水素イオン注入された箇所でＳｉＣ単結晶ウェーハを２分割し半導体電子素子用基板を作製する方法が記載されている。この方法では、接合部に酸化膜が存在しており、縦方向デバイスとする際に、この酸化膜が絶縁層として機能しパワーデバイス基板としての機能が大きく制限されてしまう。また、特許文献２には、Ｈ＋注入した単結晶と多結晶のＳｉＣ基板を貼り合わせたのちに、単結晶および多結晶それぞれを剥離する方法が開示されている。一方で２回剥離をおこなうことによるコストの増加とそれぞれ所定の工程で剥離をおこなう難しさ、また順方向劣化については特許文献２には言及がされていない。さらに、特許文献３には、不純物濃度と欠陥密度に注目しており欠陥密度の少ない高抵抗基板をＨ＋注入を用いて転写する方法が記載されている。この方法は、もともとの基板に存在する欠陥を低減する方法ではあるが、その後の信頼性に関わる順方向劣化については言及がない。さらに、特許文献４は、Ｈ＋による基板剥離のもととなる技術についてであり、拡散バリア（酸素拡散バリア）機能については言及があるが、こちらも順方向劣化については言及がない。特許文献５はＨ＋による分離への記述はあるが、同じく順方向劣化に対する解決策は示されていない。さらに特許文献６には、多種多様な基板をＨ＋の剥離技術にて作製する方法が述べられている。このように、先行技術では、Ｈ＋注入による順方向劣化の抑制や、Ｈ＋注入による剥離技術を用いて基板を作製することはそれぞれで述べられているが、Ｈ＋注入による剥離技術において順方向劣化を抑制することについては言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平１１－００３８４２号公報
【特許文献2】特開２０１６－０１８８９０号公報
【特許文献3】特開２０１４－０２２７１１号公報
【特許文献4】特開２００７－３２９４７０号公報
【特許文献5】特開２００７－２２７４１５号公報
【特許文献6】特表２０２２－５１０８２２号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】M. Skowronski and S. Ha, “Degradation of hexagonal silicon-carbide-based bipolar devices”, J. Appl., Phys., 99, 01101(2006).
【非特許文献2】B. Chen, H. Matsuhara, T. Sekiguchi, T. Ohyanagi, A. Kinoshita and H. Okumura, “Pinning of recombination-enhanced dislocation mition in 4H-SiC : Role of Cu and EH1 complex”, Appl. Phys. Lett., 96, 212110(2010).
【非特許文献3】M. Kato, O. Watanabe, T. Mii, H. Sakane, S. Harada, “Suppression of stacking fault expansion in SiC PiN diodes by H+ implantation”, Abstract of 19th International Conference on Silicon Carbide and Related Materials, 453(2022).
【非特許文献4】S. Harada, T. Mii, H. Sakane, M. Kato, “Suppression of recombination enhanced dislocation glide motion in 4HSiC by hydrogen ion implantation”, Abstract of 19th International Conference on Silicon Carbide and Related Materials, 459(2022).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記のＳｉＣ素子の順方向劣化の問題を基板レベルで解決し、さらに、デバイス工程で薄膜化されてしまいロスとされしまう貴重なバルクＳｉＣ基板を効率よく使用するためになされたものである。より詳しくは高耐圧デバイス基板として期待されている４Ｈ－ＳｉＣが、通電によりキャリアが注入されることで転位が拡張して電気特性が変化する順方向劣化（通電劣化）を抑制するとともに、先ほどのべたようなＨ＋イオンを使用した基板剥離技術を両立させることを目的とする。
つまり、本発明は信頼性で問題となる転位の拡張による順方向特性の劣化の抑制とより安価なＳｉＣ基板の提供を両立することを最終的な目的とする。
そのために、本発明は、Ｈ＋注入による剥離技術において４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できる半導体装置の製造方法、半導体基板、及び半導体装置の提供を目的とする。
つまり、本発明は信頼性で問題となる転位の拡張による順方向特性の劣化の抑制とより安価なＳｉＣ基板の提供を両立することを最終的な目的とする。
そのために、本発明は、Ｈ＋注入による剥離技術において４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できる半導体装置の製造方法、半導体基板、及び半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面にＨ＋を含むイオンを注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記イオン注入工程を行った前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面に、別の支持基板を接合して接合基板を得る接合工程と、前記接合基板に、水素を含む雰囲気で熱処理をおこない、前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として前記支持基板上に転写された結合基板と、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板から表層が剥離された後の基板である剥離基板に分離する剥離工程と、を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法を提供する。
【0010】
この方法では、４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面に水素をイオン注入しておき、その後に別の支持基板と接合をおこなったあとに、水素を含む雰囲気で剥離処理を行うことで、結合基板を作製する。さらにこのようにして作製した結合基板にエピタキシャル成長を行ってもよい。こうすることで、エピタキシャル成長界面にＨが存在でき、かつ剥離処理も同時に行うことができる。
より具体的には、この方法では表面にＨ＋を注入した４Ｈ－ＳｉＣ基板に支持基板を接合後に剥離して支持基板に４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層を転写する際に、水素を含む雰囲気で熱処理を行って剥離することで、注入したＨ＋が剥離の際の熱処理で外方拡散されるのを抑制する。また、剥離工程で支持基板に４Ｈ－ＳｉＣを転写した後の４Ｈ－ＳｉＣ基板である剥離基板は、再度のイオン注入工程、接合工程、剥離工程を繰り返すことで、支持基板に４Ｈ－ＳｉＣを転写するための基板として再利用できる。そのため、４Ｈ－ＳｉＣ基板が高コストなバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合でも製造時に無駄になる部分がなく、製造コストの面で有利となり、安価な製造方法になる。
よって本発明の半導体装置の製造方法では、水素雰囲気で熱処理をしない場合よりも、支持基板に転写された４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が多くの水素を含有でき、転写された表層が含有する水素によって４Ｈ－ＳｉＣ基板の転位が拡張するのを防ぐことで、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
より具体的には、この方法では表面にＨ＋を注入した４Ｈ－ＳｉＣ基板に支持基板を接合後に剥離して支持基板に４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層を転写する際に、水素を含む雰囲気で熱処理を行って剥離することで、注入したＨ＋が剥離の際の熱処理で外方拡散されるのを抑制する。また、剥離工程で支持基板に４Ｈ－ＳｉＣを転写した後の４Ｈ－ＳｉＣ基板である剥離基板は、再度のイオン注入工程、接合工程、剥離工程を繰り返すことで、支持基板に４Ｈ－ＳｉＣを転写するための基板として再利用できる。そのため、４Ｈ－ＳｉＣ基板が高コストなバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合でも製造時に無駄になる部分がなく、製造コストの面で有利となり、安価な製造方法になる。
よって本発明の半導体装置の製造方法では、水素雰囲気で熱処理をしない場合よりも、支持基板に転写された４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が多くの水素を含有でき、転写された表層が含有する水素によって４Ｈ－ＳｉＣ基板の転位が拡張するのを防ぐことで、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【0011】
前記剥離工程は、前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板が剥離する温度未満で所定の時間、前記接合基板を加熱して、前記イオン注入工程で注入したＨ＋を内方拡散させた後に、剥離温度以上に昇温して前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離する工程であってもよい。
この場合、イオン注入工程で注入したＨ＋を、４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離する前に内方拡散させるため、４Ｈ－ＳｉＣ基板内で、イオン注入層の外側にＨ＋を拡散させることができ、４Ｈ－ＳｉＣ基板内で、転位が拡張するのをより広範囲で防ぐことができる。
この場合、イオン注入工程で注入したＨ＋を、４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離する前に内方拡散させるため、４Ｈ－ＳｉＣ基板内で、イオン注入層の外側にＨ＋を拡散させることができ、４Ｈ－ＳｉＣ基板内で、転位が拡張するのをより広範囲で防ぐことができる。
【0012】
前記４Ｈ－ＳｉＣ基板はバルク４Ｈ－ＳｉＣであってもよく、この場合、前記イオン注入工程は、前記バルク４Ｈ－ＳｉＣの表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程である。
この構成ではバルク４Ｈ－ＳｉＣの表面にＨ＋を含むイオンを注入するため、予め４Ｈ－ＳｉＣをエピタキシャル成長させた基板を用意する必要がない。また、剥離工程で支持基板に４Ｈ－ＳｉＣを転写した後の４Ｈ－ＳｉＣ基板である剥離基板は、再度のイオン注入工程、接合工程、剥離工程を繰り返すことで、支持基板に４Ｈ－ＳｉＣを転写するための基板として再利用できる。そのため、４Ｈ－ＳｉＣ基板が高コストなバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合でも製造時に無駄になる部分がなく、製造コストの面で安価となる。
この構成ではバルク４Ｈ－ＳｉＣの表面にＨ＋を含むイオンを注入するため、予め４Ｈ－ＳｉＣをエピタキシャル成長させた基板を用意する必要がない。また、剥離工程で支持基板に４Ｈ－ＳｉＣを転写した後の４Ｈ－ＳｉＣ基板である剥離基板は、再度のイオン注入工程、接合工程、剥離工程を繰り返すことで、支持基板に４Ｈ－ＳｉＣを転写するための基板として再利用できる。そのため、４Ｈ－ＳｉＣ基板が高コストなバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合でも製造時に無駄になる部分がなく、製造コストの面で安価となる。
【0013】
前記４Ｈ－ＳｉＣ基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合、前記剥離工程後に、前記結合基板の前記４Ｈ－ＳｉＣ層上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程を含んでもよい。
この構成では４Ｈ－ＳｉＣ基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合、結合基板に転写された、Ｈ＋を含む４Ｈ－ＳｉＣ層上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこなうので、通電時にエピタキシャル層内の転位が拡張するのをＨ＋が防ぐことができるとともに、高品質のエピタキシャル層をデバイス層として用いることができる。
この構成では４Ｈ－ＳｉＣ基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合、結合基板に転写された、Ｈ＋を含む４Ｈ－ＳｉＣ層上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこなうので、通電時にエピタキシャル層内の転位が拡張するのをＨ＋が防ぐことができるとともに、高品質のエピタキシャル層をデバイス層として用いることができる。
【0014】
前記４Ｈ－ＳｉＣ基板は、バルク４Ｈ－ＳｉＣの表面に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板であってもよく、この場合、前記イオン注入工程は、前記エピタキシャル層の表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程である。
この構成ではエピタキシャル基板のエピタキシャル層の表面にＨ＋を含むイオンを注入するため、剥離後に改めて結合基板の４Ｈ－ＳｉＣ層上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル層を成長させる必要がない点で有利である。
この構成ではエピタキシャル基板のエピタキシャル層の表面にＨ＋を含むイオンを注入するため、剥離後に改めて結合基板の４Ｈ－ＳｉＣ層上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル層を成長させる必要がない点で有利である。
【0015】
前記イオン注入工程は、Ｈ＋の注入量が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上となるようにイオンを注入する工程であってもよい。
この構成ではＨ＋の注入量が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上なので、剥離工程で４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離させるのに十分な量のＨ＋を注入工程で４Ｈ－ＳｉＣ基板に注入することができる。
この構成ではＨ＋の注入量が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上なので、剥離工程で４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離させるのに十分な量のＨ＋を注入工程で４Ｈ－ＳｉＣ基板に注入することができる。
【0016】
また本発明によれば、支持基板と、前記支持基板の表面に接合された、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣ層と、を備えることを特徴とする半導体基板が提供される。
この構成では支持基板の表面に接合された４Ｈ－ＳｉＣ層が含有するＨ＋が、通電時の４Ｈ－ＳｉＣ層内の転位の拡張を阻止する。
そのため、Ｈ＋注入による剥離技術においても順方向劣化を抑制できるものとなる。
この構成では支持基板の表面に接合された４Ｈ－ＳｉＣ層が含有するＨ＋が、通電時の４Ｈ－ＳｉＣ層内の転位の拡張を阻止する。
そのため、Ｈ＋注入による剥離技術においても順方向劣化を抑制できるものとなる。
【0017】
さらに本発明によれば、上記に記載の４Ｈ－ＳｉＣ基板を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
この構成では、半導体装置が備える４Ｈ－ＳｉＣ層が含有するＨ＋が、通電時の転位の拡張を阻止する。
そのため、４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制でき、信頼性の高い半導体装置となる。
この構成では、半導体装置が備える４Ｈ－ＳｉＣ層が含有するＨ＋が、通電時の転位の拡張を阻止する。
そのため、４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制でき、信頼性の高い半導体装置となる。
【発明の効果】
【0018】
以上のように、本発明の構成により、４Ｈ－ＳｉＣで問題となる順方向劣化を効果的に抑制し、かつ、バルクＳｉＣを用いる場合でも剥離基板を有効利用することが可能となる。
より具体的には本発明の半導体装置の製造方法によれば、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できる。本発明の４Ｈ－ＳｉＣ基板、及び半導体装置によれば、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できるものとなる。また、剥離した４Ｈ－ＳｉＣ基板は再利用できるので、コスト面で著しく有利である。
より具体的には本発明の半導体装置の製造方法によれば、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できる。本発明の４Ｈ－ＳｉＣ基板、及び半導体装置によれば、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できるものとなる。また、剥離した４Ｈ－ＳｉＣ基板は再利用できるので、コスト面で著しく有利である。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施形態に係る４Ｈ－ＳｉＣ基板および半導体装置を示す。
【図2】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法のプロセスフローを示す図であって、剥離する基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合を示す。
【図3】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法のプロセスフローを示す図であって、剥離する基板がエピタキシャル基板の場合を示す。
【図4】実施例のおよび比較例の順方向劣化試験の試験方法の手順を示す。
【図5】順方向劣化試験の結果から求めた実施例１、実施例２、および比較例のΔＶｆを示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0021】
上述のように、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できる半導体装置の製造方法、半導体基板、および半導体装置が求められていた。
【0022】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面にＨ＋を含むイオンを注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記イオン注入工程を行った前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面に、別の支持基板を接合して接合基板を得る接合工程と、前記接合基板に、水素を含む雰囲気で熱処理をおこない、前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として前記支持基板上に転写された結合基板と、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板から表層が剥離された後の基板である剥離基板に分離する剥離工程と、を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法により、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できる半導体装置の製造方法を提供できることを見出し、本発明を完成した。
また、本発明者らは上記課題について鋭意検討を重ねた結果、支持基板と、前記支持基板の表面に接合された、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣ層と、を備えることを特徴とする半導体基板により、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できるものとなることを見出し、本発明を完成した。
さらに、本発明者らは上記課題について鋭意検討を重ねた結果、上記に記載の４Ｈ－ＳｉＣ基板を備えることを特徴とする半導体装置によって、Ｈ＋注入による剥離技術を用いた結合基板において４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制でき、信頼性の高いものとなることを見出し、本発明を完成した。
また、本発明者らは上記課題について鋭意検討を重ねた結果、支持基板と、前記支持基板の表面に接合された、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣ層と、を備えることを特徴とする半導体基板により、Ｈ＋注入による剥離技術においても４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制できるものとなることを見出し、本発明を完成した。
さらに、本発明者らは上記課題について鋭意検討を重ねた結果、上記に記載の４Ｈ－ＳｉＣ基板を備えることを特徴とする半導体装置によって、Ｈ＋注入による剥離技術を用いた結合基板において４Ｈ－ＳｉＣの順方向劣化を抑制でき、信頼性の高いものとなることを見出し、本発明を完成した。
【0023】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
まず、図１を参照しながら本発明の実施形態に係る半導体基板５および半導体装置６の構成について説明する。
まず、図１を参照しながら本発明の実施形態に係る半導体基板５および半導体装置６の構成について説明する。
【0024】
まず、半導体基板５の構成について図１を参照して説明する。
図１に示すように本発明の実施形態に係る半導体基板５は、支持基板３と、支持基板３の表面に接合された、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣ層１ａとを備える。
支持基板３は４Ｈ－ＳｉＣ層１ａを支持する基板であり、４Ｈ－ＳｉＣ層１ａを支持するのに十分な強度と４Ｈ－ＳｉＣ層１ａと意図しない反応を起こさないものであれば材料や寸法は適宜選択できる。具体的には４Ｈ－ＳｉＣ層１ａと同じ材料を用いたバルク４Ｈ－ＳｉＣを例示できるが、価格を考慮してバルク４Ｈ－ＳｉＣよりも安価なＳｉＣ基板であるＳｉＣポリウェーハを使用してもよい。
図１に示すように本発明の実施形態に係る半導体基板５は、支持基板３と、支持基板３の表面に接合された、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣ層１ａとを備える。
支持基板３は４Ｈ－ＳｉＣ層１ａを支持する基板であり、４Ｈ－ＳｉＣ層１ａを支持するのに十分な強度と４Ｈ－ＳｉＣ層１ａと意図しない反応を起こさないものであれば材料や寸法は適宜選択できる。具体的には４Ｈ－ＳｉＣ層１ａと同じ材料を用いたバルク４Ｈ－ＳｉＣを例示できるが、価格を考慮してバルク４Ｈ－ＳｉＣよりも安価なＳｉＣ基板であるＳｉＣポリウェーハを使用してもよい。
【0025】
４Ｈ－ＳｉＣ層１ａは、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣの単結晶層であり、支持基板３の表面に接合されている。
４Ｈ－ＳｉＣ層１ａが、Ｈ＋を含むイオンを含有することで、支持基板である４Ｈ－ＳｉＣ基板や４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ内に転位があっても、通電時に、その転位が拡張するのをＨ＋が防ぐ。
そのため、４Ｈ－ＳｉＣ層１ａの順方向劣化を抑制できる。
４Ｈ－ＳｉＣ層１ａは単結晶層であればバルク４Ｈ－ＳｉＣでもよいし、４Ｈ－ＳｉＣを支持基板３上に成長させたエピタキシャル層でもよい。
４Ｈ－ＳｉＣ層１ａの厚さは最低限、層としての形状を保持でき、デバイスの形成ができ、その際のエッチングや研磨等で消失しない厚さであればよい。一方で膜厚の最大値は例えばデバイスを形成する際に利用されない無駄な部分が出てこない厚さである。膜厚は例えば０．０１μｍ～４００μｍとすることができる。
４Ｈ－ＳｉＣ層１ａが、Ｈ＋を含むイオンを含有することで、支持基板である４Ｈ－ＳｉＣ基板や４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ内に転位があっても、通電時に、その転位が拡張するのをＨ＋が防ぐ。
そのため、４Ｈ－ＳｉＣ層１ａの順方向劣化を抑制できる。
４Ｈ－ＳｉＣ層１ａは単結晶層であればバルク４Ｈ－ＳｉＣでもよいし、４Ｈ－ＳｉＣを支持基板３上に成長させたエピタキシャル層でもよい。
４Ｈ－ＳｉＣ層１ａの厚さは最低限、層としての形状を保持でき、デバイスの形成ができ、その際のエッチングや研磨等で消失しない厚さであればよい。一方で膜厚の最大値は例えばデバイスを形成する際に利用されない無駄な部分が出てこない厚さである。膜厚は例えば０．０１μｍ～４００μｍとすることができる。
【0026】
このように、本発明の半導体基板５は、支持基板３の表面に接合された４Ｈ－ＳｉＣ層１ａが含有するＨ＋が、通電時の転位の拡張を阻止する。
そのため、半導体基板５がＨ＋注入による剥離技術で製造された場合でも順方向劣化を抑制できるものとなる。
そのため、半導体基板５がＨ＋注入による剥離技術で製造された場合でも順方向劣化を抑制できるものとなる。
【0027】
次に、半導体装置６の構成について図１を参照しながら説明する。
図１に示す半導体装置６は半導体基板５を備える。
具体的な半導体装置６としては、半導体基板５、特に４Ｈ－ＳｉＣ層１ａに何らかの半導体デバイスを形成したものを例示できる。例えば図１に示すように半導体基板５の表面である４Ｈ－ＳｉＣ層１ａにデバイスを作製した後にＡｌ／Ｐｔ電極７を蒸着し、裏面である半導体基板５にＡｕ電極８を蒸着することで、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成できる。よって半導体基板５を備える半導体装置６としては、ショットキーバリアダイオードを形成した半導体基板５を例示できる。もちろん、ダイシングすることで、半導体装置６をチップ化することもできる。
図１に示す半導体装置６は半導体基板５を備える。
具体的な半導体装置６としては、半導体基板５、特に４Ｈ－ＳｉＣ層１ａに何らかの半導体デバイスを形成したものを例示できる。例えば図１に示すように半導体基板５の表面である４Ｈ－ＳｉＣ層１ａにデバイスを作製した後にＡｌ／Ｐｔ電極７を蒸着し、裏面である半導体基板５にＡｕ電極８を蒸着することで、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成できる。よって半導体基板５を備える半導体装置６としては、ショットキーバリアダイオードを形成した半導体基板５を例示できる。もちろん、ダイシングすることで、半導体装置６をチップ化することもできる。
【0028】
【0029】
まず、剥離する４Ｈ－ＳｉＣ基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合、具体的には製造される半導体基板５の４Ｈ－ＳｉＣ層１ａがバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合について、図２を参照して説明する。
【0030】
図２はこの実施形態を示したものである。まず、図２（ａ）に示すように４Ｈ－ＳｉＣ基板としてバルク４Ｈ－ＳｉＣ１を準備し、図２（ｂ）に示すように、この基板表面にイオン注入装置を使用して、例えばＨ＋の注入量が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件でイオン注入してイオン注入層２を形成する（イオン注入工程）。この際のイオン注入量を１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とすることで、この後の剥離工程で確実にバルク４Ｈ－ＳｉＣ１を剥離できる。また、剥離工程で確実にバルク４Ｈ－ＳｉＣ１を剥離するという観点からは、イオン注入量を５．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とするのが好ましい。一方で、注入量の上限は特に限定されないが、例えばイオン注入工程に使える作業時間の上限で注入できる量である。
なお、注入するイオンはＨ＋を含むイオンであればクラスターイオン等でもよいし、Ｈ＋のみを注入してもよい。
なお、注入するイオンはＨ＋を含むイオンであればクラスターイオン等でもよいし、Ｈ＋のみを注入してもよい。
【0031】
次に図２（ｃ）に示すように、支持基板３としてバルク４Ｈ－ＳｉＣ１とは別の基板を用意し、図２（ｄ）に示すように注入工程後のバルク４Ｈ－ＳｉＣ１のイオン注入を行った表面に接合して接合基板１０を得る（接合工程）。接合方法としては、例えば先行技術にあるような常温接合をおこなう。この接合の際に温度を上げてしまわないことが重要であり、そのために常温接合を採用するのが好ましい。特に３００℃以上の温度に上げないことが重要である。接合時の温度を高くしないことで、Ｈ＋注入をしたところから接合工程中に剥離が起こるのを防止できる。以下の説明では常温で接合を行った場合を例に説明する。この際の支持基板３は、イオン注入を行ったバルク４Ｈ－ＳｉＣと同じ材料である単結晶のバルク４Ｈ－ＳｉＣでもよいし、価格を考慮してＳｉＣポリウェーハを使用してもよいが、ここでは製造される半導体基板５の４Ｈ－ＳｉＣ層１ａがバルク４Ｈ－ＳｉＣの場合を説明しているので、支持基板３はバルク４Ｈ－ＳｉＣである。なお、接合前にＮ２プラズマ等でバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の表面を活性化させてもよい。
【0032】
つぎに、この常温で接合済みの接合基板１０を、図２（ｅ）に示すように水素を含む雰囲気で例えば４００℃以上、好ましくは５００℃で熱処理することで、イオン注入層２でバルク４Ｈ－ＳｉＣ１を剥離する。これにより、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層１ａとして支持基板３上に転写された結合基板１２（ここでは半導体基板５）と、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１から表層が剥離された後の基板である剥離基板１１に接合基板１０を分離する（剥離工程）。ここで、イオン注入層２のＨ＋の厚さ方向の分布は裾引きのあるブロードな分布をもつため、Ｈ＋濃度の高いところで剥離しても、転写されたバルク４Ｈ－ＳｉＣ１にはＨ＋が残っている。そこで、水素を含む雰囲気で熱処理をおこなうことで、水素の外方拡散を抑制することができて、注入されたＨ＋のうち、裾引きのＨ＋が転写されたバルク４Ｈ－ＳｉＣ１に残留することで、転位の拡張の抑制に寄与することが可能になる。なお、温度の上限は例えば、熱処理を行う装置が耐えられる温度の上限で、かつ結合基板１２と剥離基板１１を構成する材料が変質しない温度の上限である。
以上の工程で結合基板１２としての半導体基板５が得られる。
以上の工程で結合基板１２としての半導体基板５が得られる。
【0033】
このように、本発明の半導体装置の製造方法では、表面にＨ＋を注入したバルク４Ｈ－ＳｉＣ１に支持基板３を接合後に剥離して支持基板３にバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の表層を転写して半導体基板５を得る際に、水素を含む雰囲気で熱処理を行うことで、注入したＨ＋が剥離の際の熱処理で外方拡散されるのを抑制する。
そのため、この方法では、水素雰囲気で熱処理をしない場合よりも、支持基板３に転写されたバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の表層が多くの水素を含有でき、転写された表層が含有する水素によって半導体基板５の転位が拡張するのを防ぐことで、Ｈ＋注入による剥離技術においても半導体基板５の順方向劣化を抑制できる。
また、剥離工程で支持基板３に４Ｈ－ＳｉＣを転写した後のバルク４Ｈ－ＳｉＣ１である剥離基板１１は、再度のイオン注入工程、接合工程、剥離工程を繰り返すことで、これ以上剥離できない厚さになるまで、支持基板３に４Ｈ－ＳｉＣを転写するための基板として再利用できる。そのため、４Ｈ－ＳｉＣ基板が高コストなバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の場合でも製造時に無駄になる部分がなく、製造コストの面で有利となる。
そのため、この方法では、水素雰囲気で熱処理をしない場合よりも、支持基板３に転写されたバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の表層が多くの水素を含有でき、転写された表層が含有する水素によって半導体基板５の転位が拡張するのを防ぐことで、Ｈ＋注入による剥離技術においても半導体基板５の順方向劣化を抑制できる。
また、剥離工程で支持基板３に４Ｈ－ＳｉＣを転写した後のバルク４Ｈ－ＳｉＣ１である剥離基板１１は、再度のイオン注入工程、接合工程、剥離工程を繰り返すことで、これ以上剥離できない厚さになるまで、支持基板３に４Ｈ－ＳｉＣを転写するための基板として再利用できる。そのため、４Ｈ－ＳｉＣ基板が高コストなバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の場合でも製造時に無駄になる部分がなく、製造コストの面で有利となる。
【0034】
なお、剥離工程では、イオン注入層２でバルク４Ｈ－ＳｉＣ１が剥離する温度未満で所定の時間、接合基板１０を加熱して、イオン注入工程で注入したＨ＋を内方拡散させた後に、剥離温度以上に昇温してイオン注入層２でバルク４Ｈ－ＳｉＣ１を剥離してもよい。
このように、剥離工程における、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１が剥離する温度未満の熱処理を以下の説明では低温熱処理と称す。
低温熱処理を行うことで、イオン注入工程で注入したＨ＋が、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１を剥離する前に接合基板１０内で内方拡散する。そのため、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１内で、イオン注入層２の外側にＨ＋を拡散させることができ、結合基板１２としての半導体基板５内で、通電時に転位が拡張するのを、より広範囲で防ぐことができる。
低温熱処理の温度はＨ＋を確実に内方拡散させるという観点からは１００℃以上が好ましい。また低温熱処理の温度は、低温熱処理時に半導体基板５が剥離するのを確実に防止するという観点からは３００℃未満が好ましい。さらに、低温熱処理時間はＨ＋を確実に内方拡散させるためには１０分以上であるのが好ましい。一方で、Ｈ＋の拡散は非常に早く、短時間で基板内を拡散するため、低温熱処理時間はＨ＋が通電時の転位の拡張を十分に防止できる程度に内方拡散する時間であれば十分なので、６０分以下とするのが好ましい。
このように、剥離工程における、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１が剥離する温度未満の熱処理を以下の説明では低温熱処理と称す。
低温熱処理を行うことで、イオン注入工程で注入したＨ＋が、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１を剥離する前に接合基板１０内で内方拡散する。そのため、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１内で、イオン注入層２の外側にＨ＋を拡散させることができ、結合基板１２としての半導体基板５内で、通電時に転位が拡張するのを、より広範囲で防ぐことができる。
低温熱処理の温度はＨ＋を確実に内方拡散させるという観点からは１００℃以上が好ましい。また低温熱処理の温度は、低温熱処理時に半導体基板５が剥離するのを確実に防止するという観点からは３００℃未満が好ましい。さらに、低温熱処理時間はＨ＋を確実に内方拡散させるためには１０分以上であるのが好ましい。一方で、Ｈ＋の拡散は非常に早く、短時間で基板内を拡散するため、低温熱処理時間はＨ＋が通電時の転位の拡張を十分に防止できる程度に内方拡散する時間であれば十分なので、６０分以下とするのが好ましい。
【0035】
剥離工程が終わると、剥離工程で分離された基板のうち、結合基板１２（ここでは半導体基板５）の４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ上に、必要に応じて図２（ｆ）に示すように４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層４を形成する（エピタキシャル工程）。
このように、結合基板１２（ここでは半導体基板５）に転写された、Ｈ＋を含む４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこなうことで、通電時にエピタキシャル層４の転位が拡張するのを４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ内のＨ＋が防ぐことができる。
以上が、剥離する基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の場合の半導体基板の製造方法の説明である。
このように、結合基板１２（ここでは半導体基板５）に転写された、Ｈ＋を含む４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこなうことで、通電時にエピタキシャル層４の転位が拡張するのを４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ内のＨ＋が防ぐことができる。
以上が、剥離する基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の場合の半導体基板の製造方法の説明である。
【0036】
次に、剥離する４Ｈ－ＳｉＣ基板がエピタキシャル基板の場合、具体的には製造される半導体基板５の４Ｈ－ＳｉＣ層１ａがエピタキシャル層の場合の半導体基板の製造方法について、図３を参照して説明する。
【0037】
まず、図３（ａ）に示すように４Ｈ－ＳｉＣ基板としてエピタキシャル基板５ａを準備する。エピタキシャル基板５ａは、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板１ｂと、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板１ｂ上に形成された４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル層１ｃを備える。次に図３（ｂ）に示すように、エピタキシャル層１ｃの表面にイオン注入をしてイオン注入層２を形成する（イオン注入工程）。イオン注入量はバルク４Ｈ－ＳｉＣ１に注入するイオン注入量と同じでよい。
【0038】
次に図３（ｃ）に示すように、支持基板３としてエピタキシャル基板５ａとは別の基板を用意し、図３（ｄ）に示すように注入工程後のエピタキシャル基板５ａのイオン注入を行ったエピタキシャル層の表面に接合して接合基板１０を得る（接合工程）。支持基板３の種類や接合の際の温度は、剥離する基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の場合と同じでよい。
【0039】
次に接合済みの接合基板１０を、図３（ｅ）に示すように水素を含む雰囲気で熱処理することで、イオン注入層２でエピタキシャル基板５ａを剥離する。これにより、エピタキシャル層１ｃの表層が支持基板３上に転写された結合基板１２（ここでは半導体基板５）と、エピタキシャル基板５ａのエピタキシャル層１ｃから表層が剥離された後の基板である剥離基板１１に接合基板１０を分離する（剥離工程）。熱処理の温度は剥離する基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の場合と同じでよい。また必要に応じて低温熱処理をおこなってもよい。
以上の工程で支持基板３上にエピタキシャル層１ｃが転写された半導体基板５が得られる。この半導体基板５は既にエピタキシャル層１ｃが転写されているので、剥離する基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の場合と異なり、図２（ｆ）に示すような半導体基板５に改めてエピタキシャル層４を成長させる工程は必ずしも必要ない。また、剥離工程で支持基板３にエピタキシャル層１ｃを転写した後のエピタキシャル基板５ａである剥離基板１１は、再度のイオン注入工程、接合工程、剥離工程を繰り返すことで、これ以上エピタキシャル層１ｃを剥離できない厚さになるまで、支持基板３に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル層１ｃを転写するための基板として再利用できる。
以上の工程で支持基板３上にエピタキシャル層１ｃが転写された半導体基板５が得られる。この半導体基板５は既にエピタキシャル層１ｃが転写されているので、剥離する基板がバルク４Ｈ－ＳｉＣ１の場合と異なり、図２（ｆ）に示すような半導体基板５に改めてエピタキシャル層４を成長させる工程は必ずしも必要ない。また、剥離工程で支持基板３にエピタキシャル層１ｃを転写した後のエピタキシャル基板５ａである剥離基板１１は、再度のイオン注入工程、接合工程、剥離工程を繰り返すことで、これ以上エピタキシャル層１ｃを剥離できない厚さになるまで、支持基板３に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル層１ｃを転写するための基板として再利用できる。
【0040】
剥離する４Ｈ－ＳｉＣ基板をバルク４Ｈ－ＳｉＣ１とするか、エピタキシャル基板５ａとするかは、各々の利点を考慮して適宜選択すればよい。
例えば剥離する基板をバルク４Ｈ－ＳｉＣ１とする方法は、剥離工程後にエピタキシャル成長をおこなうので、予め４Ｈ－ＳｉＣをエピタキシャル成長させた基板を用意する必要がない。そのため、エピタキシャル工程を剥離工程の後に行いたい場合に有利である。
例えば剥離する基板をバルク４Ｈ－ＳｉＣ１とする方法は、剥離工程後にエピタキシャル成長をおこなうので、予め４Ｈ－ＳｉＣをエピタキシャル成長させた基板を用意する必要がない。そのため、エピタキシャル工程を剥離工程の後に行いたい場合に有利である。
【0041】
一方で、剥離する基板をエピタキシャル基板５ａとする場合は、剥離工程で得られた半導体基板５は既にエピタキシャル層１ｃが転写されているので剥離工程後に改めて基板に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル層４を成長させる必要がない点で有利である。
【実施例0042】
以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
【0043】
本発明の半導体基板の製造方法で製造した、支持基板３上に４Ｈ－ＳｉＣエピタキシャル層を形成した接合基板１０と、Ｈ＋を注入せずに４Ｈ－ＳｉＣエピタキシャル層を形成した基板とで、順方向特性を比較した。具体的な手順は以下の通りである。
【0044】
（実施例１）
バルク４Ｈ－ＳｉＣ１として、直径１５０ｍｍ、厚さ３５５μｍで、ｎ型、抵抗率０．０１Ω・ｃｍで（０００１）面に対して４°オフの４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板を準備し、これに注入工程としてＨ＋を５０ｋｅＶで注入量１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した（注入は室温）。次に支持基板３として、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１と同じものを準備して、Ｎ２プラズマで表面を活性化したのちに、接合工程として常温で接合をおこなった。この次に、剥離工程として体積比で３％水素を含むＮ２雰囲気下、５００℃で３０分熱処理を行い、４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板の剥離をおこない、結合基板１２と剥離基板１１を得た。次にエピタキシャル成長工程として、結合基板１２の４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ上に、ホットウォール型ＣＶＤ装置を用いて、Ｈ２をキャリアガスとして、ＳｉＨ４、Ｃ３Ｈ８を原料ガスとして４Ｈ－ＳｉＣエピタキシャル成長をおこない、エピタキシャル層４を形成した。このときの温度は１６００℃で炉内圧力は７ｋＰａとした。この基板の表面であるエピタキシャル層４上に、直径１ｍｍのＡｌ／Ｐｔ電極７を蒸着しショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成した（裏面である支持基板３にはＡｕ電極８を蒸着した）。その後、図４のストレスシーケンスに従って順方向ストレスを２０Ａ／ｃｍ２から１００分ごとに段階的に増加させて印加し、初期（「Ｖｆ測定Ｉｎｉｔ．」）と「Ｖｆ測定４」で測定したＶｆの差をΔＶｆと定義（このときの電流値は０．０００２Ａ）し、この値を、Ｖｆ変動を示す値とした。
バルク４Ｈ－ＳｉＣ１として、直径１５０ｍｍ、厚さ３５５μｍで、ｎ型、抵抗率０．０１Ω・ｃｍで（０００１）面に対して４°オフの４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板を準備し、これに注入工程としてＨ＋を５０ｋｅＶで注入量１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した（注入は室温）。次に支持基板３として、バルク４Ｈ－ＳｉＣ１と同じものを準備して、Ｎ２プラズマで表面を活性化したのちに、接合工程として常温で接合をおこなった。この次に、剥離工程として体積比で３％水素を含むＮ２雰囲気下、５００℃で３０分熱処理を行い、４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板の剥離をおこない、結合基板１２と剥離基板１１を得た。次にエピタキシャル成長工程として、結合基板１２の４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ上に、ホットウォール型ＣＶＤ装置を用いて、Ｈ２をキャリアガスとして、ＳｉＨ４、Ｃ３Ｈ８を原料ガスとして４Ｈ－ＳｉＣエピタキシャル成長をおこない、エピタキシャル層４を形成した。このときの温度は１６００℃で炉内圧力は７ｋＰａとした。この基板の表面であるエピタキシャル層４上に、直径１ｍｍのＡｌ／Ｐｔ電極７を蒸着しショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成した（裏面である支持基板３にはＡｕ電極８を蒸着した）。その後、図４のストレスシーケンスに従って順方向ストレスを２０Ａ／ｃｍ２から１００分ごとに段階的に増加させて印加し、初期（「Ｖｆ測定Ｉｎｉｔ．」）と「Ｖｆ測定４」で測定したＶｆの差をΔＶｆと定義（このときの電流値は０．０００２Ａ）し、この値を、Ｖｆ変動を示す値とした。
【0045】
（実施例２）
４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板１ｂとして直径１５０mm、厚さ３５５μｍ、ｎ型、抵抗率０．０１Ω・ｃｍで（０００１）面に対して４°オフの４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板を準備し、この基板上にホットウォール型ＣＶＤ装置を用いて、Ｈ２をキャリアガスとして、ＳｉＨ４、Ｃ３Ｈ８を原料ガスとして４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこなってエピタキシャル層１ｃを形成した。このときの温度は１６００℃で炉内圧力は７ｋＰａとした。このエピタキシャル層１ｃにＨ＋を５０ｋｅＶで注入量１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した（注入は室温）。次に支持基板３として、４Ｈ－ＳｉＣ基板を準備して、Ｎ２プラズマで表面を活性化したのちに、接合工程として常温で接合をおこなった。この次に、剥離工程として体積比で３％水素を含むＮ２雰囲気下、５００℃で３０分熱処理を行って、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板１ｂの剥離をおこない、結合基板１２と剥離基板１１を得た。この結合基板１２の表面であるエピタキシャル層１ｃに、直径１ｍｍのＡｌ／Ｐｔ電極７を蒸着しショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成した（裏面である支持基板３にはＡｕ電極８を蒸着した）。その後、図４のストレスシーケンスに従って順方向ストレスを２０Ａ／ｃｍ２から１００分ごとに段階的に増加させて印加し、初期（「Ｖｆ測定Ｉｎｉｔ．」）と「Ｖｆ測定４」で測定したＶｆの差をΔＶｆと定義（このときの電流値は０．０００２Ａ）し、この値を、Ｖｆ変動を示す値とした。
４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板１ｂとして直径１５０mm、厚さ３５５μｍ、ｎ型、抵抗率０．０１Ω・ｃｍで（０００１）面に対して４°オフの４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板を準備し、この基板上にホットウォール型ＣＶＤ装置を用いて、Ｈ２をキャリアガスとして、ＳｉＨ４、Ｃ３Ｈ８を原料ガスとして４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこなってエピタキシャル層１ｃを形成した。このときの温度は１６００℃で炉内圧力は７ｋＰａとした。このエピタキシャル層１ｃにＨ＋を５０ｋｅＶで注入量１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した（注入は室温）。次に支持基板３として、４Ｈ－ＳｉＣ基板を準備して、Ｎ２プラズマで表面を活性化したのちに、接合工程として常温で接合をおこなった。この次に、剥離工程として体積比で３％水素を含むＮ２雰囲気下、５００℃で３０分熱処理を行って、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板１ｂの剥離をおこない、結合基板１２と剥離基板１１を得た。この結合基板１２の表面であるエピタキシャル層１ｃに、直径１ｍｍのＡｌ／Ｐｔ電極７を蒸着しショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成した（裏面である支持基板３にはＡｕ電極８を蒸着した）。その後、図４のストレスシーケンスに従って順方向ストレスを２０Ａ／ｃｍ２から１００分ごとに段階的に増加させて印加し、初期（「Ｖｆ測定Ｉｎｉｔ．」）と「Ｖｆ測定４」で測定したＶｆの差をΔＶｆと定義（このときの電流値は０．０００２Ａ）し、この値を、Ｖｆ変動を示す値とした。
【0046】
（比較例１）
直径１５０ｍｍ、厚さ３５５μｍ、ｎ型、抵抗率０．０１Ω・ｃｍで（０００１）面に対して４°オフの４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板を準備し、ホットウォール型ＣＶＤ装置を用いて、Ｈ２をキャリアガスとして、ＳｉＨ４、Ｃ３Ｈ８を原料ガスとして基板上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこない、エピタキシャル層を形成した。このときの温度は１６００℃で炉内圧力は７ｋＰａとした。この基板のエピタキシャル層の表面に、直径１ｍｍのＡｌ／Ｐｔ電極７を蒸着しショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成した（裏面である４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板にはＡｕ電極８を蒸着した）。その後、図４のストレスシーケンスに従って順方向ストレスを２０Ａ／ｃｍ２から１００分ごとに段階的に増加させて印加し、初期（「Ｖｆ測定Ｉｎｉｔ．」）と「Ｖｆ測定４」で測定したＶｆの差をΔＶｆと定義（このときの電流値は０．０００２Ａ）し、この値を、Ｖｆ変動を示す値とした。
直径１５０ｍｍ、厚さ３５５μｍ、ｎ型、抵抗率０．０１Ω・ｃｍで（０００１）面に対して４°オフの４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板を準備し、ホットウォール型ＣＶＤ装置を用いて、Ｈ２をキャリアガスとして、ＳｉＨ４、Ｃ３Ｈ８を原料ガスとして基板上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこない、エピタキシャル層を形成した。このときの温度は１６００℃で炉内圧力は７ｋＰａとした。この基板のエピタキシャル層の表面に、直径１ｍｍのＡｌ／Ｐｔ電極７を蒸着しショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成した（裏面である４Ｈ－ＳｉＣの単結晶基板にはＡｕ電極８を蒸着した）。その後、図４のストレスシーケンスに従って順方向ストレスを２０Ａ／ｃｍ２から１００分ごとに段階的に増加させて印加し、初期（「Ｖｆ測定Ｉｎｉｔ．」）と「Ｖｆ測定４」で測定したＶｆの差をΔＶｆと定義（このときの電流値は０．０００２Ａ）し、この値を、Ｖｆ変動を示す値とした。
【0047】
実施例１、実施例２、および比較例で算出されたΔＶｆの値を図５に示す。
図５から明らかなようにＨ＋注入を行った実施例１、２は比較例と比べてΔＶｆが３Ｖ近く低く、比較例ほどのＶｆ変動がみられず、順方向劣化が抑制されることがわかった。
一方でＨ＋注入を行わなかった比較例では、ΔＶｆが実施例１、２よりも高く、Ｖｆ変動がみられ、順方向劣化が発生していた。
図５から明らかなようにＨ＋注入を行った実施例１、２は比較例と比べてΔＶｆが３Ｖ近く低く、比較例ほどのＶｆ変動がみられず、順方向劣化が抑制されることがわかった。
一方でＨ＋注入を行わなかった比較例では、ΔＶｆが実施例１、２よりも高く、Ｖｆ変動がみられ、順方向劣化が発生していた。
【0048】
（比較例２、３）
水素を含まない雰囲気で剥離を行ったこと以外は、実施例１と同じ条件で結合基板１２を得た（比較例２）。また、水素を含まない雰囲気で剥離を行ったこと以外は、実施例２と同じ条件で結合基板１２を得た（比較例３）。次に、比較例２、３の結合基板１２に実施例１、２と同じ条件で順方向ストレスを印加してΔＶｆを求めた。
その結果、水素を含まない雰囲気で剥離を行った比較例２、３のΔＶｆは０．５Ｖ程度と、水素を含む雰囲気で剥離を行った実施例１、２の２倍以上の値となり、Ｖｆ変動がみられ、順方向劣化が発生していた。
水素を含まない雰囲気で剥離を行ったこと以外は、実施例１と同じ条件で結合基板１２を得た（比較例２）。また、水素を含まない雰囲気で剥離を行ったこと以外は、実施例２と同じ条件で結合基板１２を得た（比較例３）。次に、比較例２、３の結合基板１２に実施例１、２と同じ条件で順方向ストレスを印加してΔＶｆを求めた。
その結果、水素を含まない雰囲気で剥離を行った比較例２、３のΔＶｆは０．５Ｖ程度と、水素を含む雰囲気で剥離を行った実施例１、２の２倍以上の値となり、Ｖｆ変動がみられ、順方向劣化が発生していた。
【0049】
以上のとおり、本発明の実施例によれば、本発明の製造方法を用いて半導体基板５を製造することで、順方向劣化を抑制できることがわかった。
【0050】
本明細書は、以下の態様を包含する。
［１］：４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面にＨ＋を含むイオンを注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程を行った前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面に、別の支持基板を接合して接合基板を得る接合工程と、
前記接合基板に、水素を含む雰囲気で熱処理をおこない、前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として前記支持基板上に転写された結合基板と、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板から表層が剥離された後の基板である剥離基板に分離する剥離工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
［２］：前記剥離工程は、
前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板が剥離する温度未満で所定の時間、前記接合基板を加熱して、前記イオン注入工程で注入したＨ＋を内方拡散させた後に、剥離温度以上に昇温して前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離する工程であることを特徴とする上記［１］に記載の半導体基板の製造方法。
［３］：前記４Ｈ－ＳｉＣ基板はバルク４Ｈ－ＳｉＣであり、
前記イオン注入工程は、前記バルク４Ｈ－ＳｉＣの表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程であることを特徴とする上記［１］又は上記［２］に記載の半導体基板の製造方法。
［４］：前記剥離工程後に、
前記結合基板の前記４Ｈ－ＳｉＣ層上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程を含むことを特徴とする、上記［３］に記載の半導体基板の製造方法。
［５］：前記４Ｈ－ＳｉＣ基板は、バルク４Ｈ－ＳｉＣの表面に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板であり、
前記イオン注入工程は、前記エピタキシャル層の表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程であることを特徴とする上記［１］又は上記［２］に記載の半導体基板の製造方法。
［６］：前記イオン注入工程は、Ｈ＋の注入量が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上となるようにイオンを注入する工程であることを特徴とする上記［１］～上記［５］のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
［７］：支持基板と、前記支持基板の表面に接合された、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣ層と、を備えることを特徴とする４Ｈ－ＳｉＣ基板。
［８］：上記［７］に記載の半導体基板を備えることを特徴とする半導体装置。
［１］：４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面にＨ＋を含むイオンを注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程を行った前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表面に、別の支持基板を接合して接合基板を得る接合工程と、
前記接合基板に、水素を含む雰囲気で熱処理をおこない、前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として前記支持基板上に転写された結合基板と、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板から表層が剥離された後の基板である剥離基板に分離する剥離工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
［２］：前記剥離工程は、
前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板が剥離する温度未満で所定の時間、前記接合基板を加熱して、前記イオン注入工程で注入したＨ＋を内方拡散させた後に、剥離温度以上に昇温して前記イオン注入層で前記４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離する工程であることを特徴とする上記［１］に記載の半導体基板の製造方法。
［３］：前記４Ｈ－ＳｉＣ基板はバルク４Ｈ－ＳｉＣであり、
前記イオン注入工程は、前記バルク４Ｈ－ＳｉＣの表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程であることを特徴とする上記［１］又は上記［２］に記載の半導体基板の製造方法。
［４］：前記剥離工程後に、
前記結合基板の前記４Ｈ－ＳｉＣ層上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程を含むことを特徴とする、上記［３］に記載の半導体基板の製造方法。
［５］：前記４Ｈ－ＳｉＣ基板は、バルク４Ｈ－ＳｉＣの表面に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル成長をおこないエピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板であり、
前記イオン注入工程は、前記エピタキシャル層の表面にＨ＋を含むイオンを注入する工程であることを特徴とする上記［１］又は上記［２］に記載の半導体基板の製造方法。
［６］：前記イオン注入工程は、Ｈ＋の注入量が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上となるようにイオンを注入する工程であることを特徴とする上記［１］～上記［５］のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
［７］：支持基板と、前記支持基板の表面に接合された、Ｈ＋を含むイオンを含有する４Ｈ－ＳｉＣ層と、を備えることを特徴とする４Ｈ－ＳｉＣ基板。
［８］：上記［７］に記載の半導体基板を備えることを特徴とする半導体装置。
【0051】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【0052】
１…バルク４Ｈ－ＳｉＣ、 １ａ…４Ｈ－ＳｉＣ層、 １ｂ…４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、 １ｃ…エピタキシャル層、 ２…イオン注入層、 ３…支持基板、 ４…エピタキシャル層、 ５…半導体基板、 ６…半導体装置、 ７…Ａｌ／Ｐｔ電極、 ８…Ａｕ電極、 １０…接合基板、 １１…剥離基板、 １２…結合基板。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】