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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】P2024081936
(43)【公開日】2024-06-19
(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 20060101AFI20240612BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022195538
(22)【出願日】2022-12-07
(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】阿部 達夫
(57)【要約】
【課題】
Ｈ＋注入による剥離技術において、より安価で高品質な半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
【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、別の支持基板を接合して接合基板を得る接合工程と、接合基板に熱処理をおこない、イオン注入層で４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として支持基板上に転写された結合基板と、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に分離する剥離工程と、剥離工程後の結合基板または剥離基板の少なくとも一方の剥離面をプラズマエッチングするエッチング工程と、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、より安価で高品質な半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
【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、別の支持基板を接合して接合基板を得る接合工程と、接合基板に熱処理をおこない、イオン注入層で４Ｈ－ＳｉＣ基板を剥離することで、４Ｈ－ＳｉＣ基板の表層が４Ｈ－ＳｉＣ層として支持基板上に転写された結合基板と、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に分離する剥離工程と、剥離工程後の結合基板または剥離基板の少なくとも一方の剥離面をプラズマエッチングするエッチング工程と、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、
前記剥離工程後の前記結合基板または前記剥離基板の少なくとも一方の剥離面をプラズマエッチングするエッチング工程と、
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、
前記剥離工程後の前記結合基板または前記剥離基板の少なくとも一方の剥離面をプラズマエッチングするエッチング工程と、
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】
前記エッチング工程において、原料ガスとしてフッ化炭素ガスと酸素の混合ガスを用い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】
前記剥離工程後で、前記エッチング工程前に、前記エッチング工程を行う予定の前記結合基板または前記剥離基板の剥離面を水素雰囲気下で１０００℃以上の温度でアニールするアニール工程を行う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】
前記エッチング工程において、前記結合基板の剥離面をプラズマエッチングし、さらに、
前記エッチング工程後に、
前記結合基板のエッチングされた剥離面上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル工程を行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。
前記エッチング工程後に、
前記結合基板のエッチングされた剥離面上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル工程を行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項5】
支持基板と、
前記支持基板の表面に接合された４Ｈ－ＳｉＣ層と、
を備え、
前記４Ｈ－ＳｉＣ層は、表面がエッチング処理されているものであ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４Ｈ－ＳｉＣ層と、
を備え、
前記４Ｈ－ＳｉＣ層は、表面がエッチング処理されているものであることを特徴とする半導体基板。
【請求項6】
請求項５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。
【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、非特許文献１では、ＳｉＣを使用したデバイスでは、ＳｉＣ基板の製造工程とそれにつづくエピタキシャル工程でコストの半分を占めることが報告されており、基板のコスト低減は非常に重要である。
【0004】
このコスト低減策として、４Ｈ－ＳｉＣ基板にＨ＋イオン（以下、単にＨ＋と表現する場合がある）注入を行い、イオン注入層を形成した後に、イオン注入層で基板を剥離する方法が提案されている。このＨ＋のＳｉＣへの注入に関しては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、その後、酸化層を介して室温で接合一体化し、一体化した後で、５００℃以上に加熱処理することにより水素イオンが注入された箇所で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開示されている。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。
【0005】
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が、この方法では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がある。特許文献３には、不純物濃度と欠陥密度に注目して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、その後の基板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、剥離後の基板については言及がない。
【0006】
さらに、特許文献５にも多種多様な基板をＨ＋の剥離技術にて作製する方法が述べられており、表面を研磨やドライエッチングを行った後にＩｎＧａＮをエピタキシャル成長させる方法が記載されているが剥離基板の扱いについては記述がない。また、特許文献６に、炭化シリコン基板上にデバイスを作製し、保護膜を形成した後に、イオン注入し支持基板に接合後、高温アニールを行い、分離後の基板を再利用する方法が記載されているが、やはり剥離後の基板の扱いについての記述がない。また、特許文献７にはＨ＋剥離を応用し、単結晶ＳｉＣにイオン注入後、反対面にポリＳｉＣを形成し、その後アニールを行い、イオン注入面から剥離し、剥離面を研磨後にＳｉＣをエピタキシャル成長させる方法が記載されている。以上のように、Ｈ＋を用いた基板剥離技術では、剥離した基板の具体的な再利用方法や剥離によりＳｉＣが転写された側の基板について十分な言及がなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【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】特表２０１３－５１３９６３号公報
【特許文献6】特開２０２２－１４０３９６号公報
【特許文献7】国際公開第２０２２／１５８０８５号明細書
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】岩室,”SiC MOSFET高性能化・高信頼化の進展”, ワイドバンドギャップ半導体学会特別公開シンポジウム予稿集、ワイドバンドギャップ半導体学会、2022年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
このように４Ｈ－ＳｉＣは高耐圧デバイスとして期待されているが、基板コストが高いことが問題であり、いかにバルク基板のコストを下げるかが問題である。そこで、Ｈ＋イオン注入を行い、基板を剥離する技術が提案されているが、この場合、剥離後の基板を再利用することでコストが下がる（そうでないとコストは高止まりする）。このことから剥離後の基板をいかに再利用するか（高品質な基板にするか）が非常に重要であり、Ｈ＋イオンによる基板剥離技術が広く浸透するための根幹の技術である。
【0010】
一方でＨ＋イオン注入を行い、基板を剥離した後の剥離基板は剥離面が荒れているため平坦化しないと再度の接合ができないので再利用できない。また剥離で支持基板に転写されたＳｉＣの剥離面も平坦化してから剥離面にエピタキシャル成長等を行うのが好ましい場合がある。
【0011】
しかしながらＳｉＣは高硬度の難加工材であるため、ＣＭＰ等の研磨では剥離面を平坦化するのに要するコストが高く、結局は基板の製造コストが高くなる問題があった。
【0012】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、Ｈ＋注入による剥離技術において、より安価で高品質な半導体基板の製造方法、半導体基板、及び半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は上記目的を達成するためになされたＳｉＣウェーハの製造方法に関するものであり、より詳細にはＨ＋注入による基板剥離技術に関して、剥離後の基板の再利用に対するものであり、より安価で高品質なＳｉＣ基板を提供するものである。
具体的には本発明は、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、前記剥離工程後の前記結合基板または前記剥離基板の少なくとも一方の剥離面をプラズマエッチングするエッチング工程と、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。
具体的には本発明は、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、前記剥離工程後の前記結合基板または前記剥離基板の少なくとも一方の剥離面をプラズマエッチングするエッチング工程と、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。
【0014】
このように、本発明では、Ｈ＋注入にて基板剥離をおこなった後の、剥離基板または結合基板に対して剥離面をプラズマでエッチングを行うことでダメージ層を除去して平坦化したのちに再利用又はエピタキシャル成長を行う。こうすることで、難加工材であるＳｉＣをＣＭＰ等の研磨と比べて低コストで平坦化でき、高品質な基板を得ることが可能になる。なお、通常ＳｉＣはプラズマエッチングされ難いが、Ｈ＋注入による表面の脆弱化の影響でエッチングできる。
【0015】
前記エッチング工程において、原料ガスとしてフッ化炭素ガスと酸素の混合ガスを用いてもよい。
フッ化炭素ガスと酸素の混合ガスはシリコン等のエッチングに用いられているガスであるため、原料ガスとして用いることで、ＳｉＣのエッチング専用のガスを用意する必要がない点で有利となる。
フッ化炭素ガスと酸素の混合ガスはシリコン等のエッチングに用いられているガスであるため、原料ガスとして用いることで、ＳｉＣのエッチング専用のガスを用意する必要がない点で有利となる。
【0016】
前記剥離工程後で、前記エッチング工程前に、前記エッチング工程を行う予定の前記結合基板または前記剥離基板の剥離面を水素雰囲気下で１０００℃以上の温度でアニールするアニール工程を行ってもよい。
このように水素アニールを行ってからエッチングを行えば、剥離で荒れた剥離面の凹凸形状がエッチング前に水素アニールで改質され、ある程度は平坦化される。そのため、エッチング工程で、剥離面の平坦度をより向上させやすくなる。
このように水素アニールを行ってからエッチングを行えば、剥離で荒れた剥離面の凹凸形状がエッチング前に水素アニールで改質され、ある程度は平坦化される。そのため、エッチング工程で、剥離面の平坦度をより向上させやすくなる。
【0017】
前記エッチング工程において、前記結合基板の剥離面をプラズマエッチングする場合、さらに、前記エッチング工程後に、前記結合基板のエッチングされた剥離面上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル工程を行ってもよい。
このように結合基板のエッチングされた剥離面上にエピタキシャル層を成長させれば、エピタキシャル層にデバイスを形成することで、デバイスをより高品質にできる。
このように結合基板のエッチングされた剥離面上にエピタキシャル層を成長させれば、エピタキシャル層にデバイスを形成することで、デバイスをより高品質にできる。
【0018】
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４Ｈ－ＳｉＣ層と、を備え、前記４Ｈ－ＳｉＣ層は、表面がエッチング処理されているものであることを特徴とする半導体基板が提供される。
このような半導体基板であれば、半導体基板の４Ｈ－ＳｉＣ層の表面がエッチング処理されたものであるため、表面が平坦であり、ＣＭＰ等の高コストな平坦化処理を行わなくてもエピタキシャル層を形成でき、安価で高品質なものとなる。
このような半導体基板であれば、半導体基板の４Ｈ－ＳｉＣ層の表面がエッチング処理されたものであるため、表面が平坦であり、ＣＭＰ等の高コストな平坦化処理を行わなくてもエピタキシャル層を形成でき、安価で高品質なものとなる。
【0019】
さらに本発明によれば、上記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が提供される。
このような半導体装置は上記に記載の安価で高品質な半導体基板を備えるため、安価で高品質な信頼性が高いものとなる。
このような半導体装置は上記に記載の安価で高品質な半導体基板を備えるため、安価で高品質な信頼性が高いものとなる。
【発明の効果】
【0020】
以上のように、本発明の半導体基板の製造方法によれば、Ｈ＋注入による剥離技術において、安価で高品質な半導体基板を製造でき、基板の製造コストを削減できる。また、本発明の半導体基板は安価で高品質なものとなる。さらに、本発明の半導体装置も安価で高品質なものとなる。
また、本発明の構成により、剥離後の基板を有効利用することが可能となり、ＳｉＣ基板のコスト低減が可能になる。
また、本発明の構成により、剥離後の基板を有効利用することが可能となり、ＳｉＣ基板のコスト低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
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。
【0023】
上述のように、特にＨ＋注入による剥離技術において、より安価で高品質な半導体基板の製造方法が求められていた。
【0024】
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、前記剥離工程後の前記結合基板または前記剥離基板の少なくとも一方の剥離面をプラズマエッチングするエッチング工程と、を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法により、より安価で高品質な半導体基板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４Ｈ－ＳｉＣ層と、を備え、前記４Ｈ－ＳｉＣ層は、表面がエッチング処理されているものであることを特徴とする半導体基板により、より安価で高品質な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、上記に記載の半導体基板を備えることを特徴とする半導体装置により、より安価で高品質な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４Ｈ－ＳｉＣ層と、を備え、前記４Ｈ－ＳｉＣ層は、表面がエッチング処理されているものであることを特徴とする半導体基板により、より安価で高品質な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、上記に記載の半導体基板を備えることを特徴とする半導体装置により、より安価で高品質なものとなることを見出し、本発明を完成した。
【0025】
以下、図面を参照して本発明に好適な実施形態を説明する。
まず、図１を参照して半導体基板５の構成について説明する。
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、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よりも安価な焼結して作製したＳｉＣ基板や多結晶ＳｉＣ基板を使用してもよい。
まず、図１を参照して半導体基板５の構成について説明する。
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、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よりも安価な焼結して作製したＳｉＣ基板や多結晶ＳｉＣ基板を使用してもよい。
【0026】
４Ｈ－ＳｉＣ層１ａは、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。また４Ｈ－ＳｉＣ層１ａは表面２５がエッチング処理されているものである。
４Ｈ－ＳｉＣ層１ａが、表面２５がエッチング処理されているものであることで、表面２５が平坦なものとなり、ＣＭＰ等の高コストな平坦化処理を行わなくてもエピタキシャル層を形成でき、安価で高品質な半導体基板５となる。
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の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、表面２５がエッチング処理されているものであることで、表面２５が平坦なものとなり、ＣＭＰ等の高コストな平坦化処理を行わなくてもエピタキシャル層を形成でき、安価で高品質な半導体基板５となる。
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の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。
【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に所望の半導体デバイスを形成したものを例示できる。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。
半導体装置６が安価で高品質な半導体基板５を備えることで、半導体装置６も安価で高品質で信頼性の高いものとなる。
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に所望の半導体デバイスを形成したものを例示できる。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。
半導体装置６が安価で高品質な半導体基板５を備えることで、半導体装置６も安価で高品質で信頼性の高いものとなる。
【0028】
次に、図２を参照して本発明の半導体基板５の製造方法の概要を説明する。
まず、図２（ａ）に示すように４Ｈ－ＳｉＣ基板１を準備する。ここでは４Ｈ－ＳｉＣ基板１として単結晶のバルク４Ｈ－ＳｉＣを例示しているが、４Ｈ－ＳｉＣエピタキシャル基板でもよい。次にイオン注入装置を使用して、図２（ｂ）に示すように４Ｈ－ＳｉＣ基板１の表面にＨ＋を含むイオンを注入し、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であるが、１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることで、後工程で剥離が不完全になることがない。一方で、注入量の上限は特に限定されないが、注入量が多くなると注入に要する時間が長くなるため、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が注入量の上限である。また、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、４Ｈ－ＳｉＣ基板１がエピタキシャル基板の場合はＨ＋を含むイオンをエピタキシャル層に注入する。
まず、図２（ａ）に示すように４Ｈ－ＳｉＣ基板１を準備する。ここでは４Ｈ－ＳｉＣ基板１として単結晶のバルク４Ｈ－ＳｉＣを例示しているが、４Ｈ－ＳｉＣエピタキシャル基板でもよい。次にイオン注入装置を使用して、図２（ｂ）に示すように４Ｈ－ＳｉＣ基板１の表面にＨ＋を含むイオンを注入し、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であるが、１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることで、後工程で剥離が不完全になることがない。一方で、注入量の上限は特に限定されないが、注入量が多くなると注入に要する時間が長くなるため、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が注入量の上限である。また、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、４Ｈ－ＳｉＣ基板１がエピタキシャル基板の場合はＨ＋を含むイオンをエピタキシャル層に注入する。
【0029】
次に図２（ｃ）に示すように支持基板３として４Ｈ－ＳｉＣ基板１とは別の基板を用意する。支持基板３は４Ｈ－ＳｉＣ基板１と同じ構造の単結晶の４Ｈ－ＳｉＣでもよいが、コストを考えると例えば焼結して作製した焼結ＳｉＣや多結晶ＳｉＣ等も使用可能である。次に図２（ｄ）に示すように４Ｈ－ＳｉＣ基板１のイオン注入工程を行った表面に支持基板３を接合して接合基板１０を得る（接合工程）。接合方法としては、例えば常温接合をおこなう。接合の際は、３００℃以上の温度に上げないことが重要である。これは、接合時の温度を高くしすぎないことで、接合プロセス中に剥離が起こるのを防止できるためである。なお、接合前にＮ２プラズマで支持基板３の表面を活性化する等して接合し易くしてもよい。
【0030】
つぎに、図２（ｅ）に示すように接合基板１０に熱処理をおこない、イオン注入層２で４Ｈ－ＳｉＣ基板１を剥離することで、４Ｈ－ＳｉＣ基板１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と、４Ｈ－ＳｉＣ基板１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）。熱処理温度は４００℃以上であるのが好ましく、５００℃が最適である。また、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でき、剥離を確実にできる。
【0031】
このように剥離で得られた結合基板１２の剥離面２３は表面が荒れているため、後工程でエピタキシャル層を形成したい場合は表面を平坦化するのが好ましい場合がある。また、剥離基板１１は再度のイオン注入工程、接合工程、剥離工程を繰り返して再利用を続けることで、表層を複数の支持基板３に転写することができるが、剥離面２１は表面が荒れているため、支持基板３と接合するためには表面を平坦化する必要がある。そこで、剥離面２３、２１を平坦化する手順を以下に説明する。
【0032】
【0033】
なお図２では結合基板１２の剥離面２３と剥離基板１１の剥離面２１の両方をエッチングした場合を例示しているが、少なくとも一方のみをエッチングしてもよい。例えば結合基板１２の剥離面２３を平坦化しなくてもエピタキシャル層を形成できる場合や、４Ｈ－ＳｉＣ層１ａがエピタキシャル層で、さらにエピタキシャル層を形成する必要がない場合は、剥離基板１１の剥離面２１のみをエッチングしてもよい。
結合基板１２の剥離面２３または剥離基板１１の剥離面２１の少なくとも一方をプラズマエッチングすることで、難加工材であるＳｉＣの表面をＣＭＰ等と比べて安価に平坦化できる。
結合基板１２の剥離面２３または剥離基板１１の剥離面２１の少なくとも一方をプラズマエッチングすることで、難加工材であるＳｉＣの表面をＣＭＰ等と比べて安価に平坦化できる。
【0034】
エッチングの原料ガスとしてはフッ化炭素ガスと酸素の混合ガスを用いることができる。具体的なフッ化炭素ガスとしてはＣＨＦ３やＣＦ４が好ましい。フッ化炭素ガスと酸素の混合ガスはシリコン等のエッチングに用いられているガスであるため、原料ガスとして用いることで、ＳｉＣのエッチング専用のガスを用意する必要がない点で有利となる。
またエッチング工程時のプラズマ形態は、装置によって最適化されていればよく、特に限定されないがＲＦプラズマを例示できる。なお、一般的にはＳｉＣはこのようなフッ化炭素ガスと酸素ガスの混合ガスでエッチングされることはないが、イオン注入工程でＨ＋が注入されることによって、剥離面２３、２１は脆弱化しており、表層がダメージの入っている層であるため、剥離面２３、２１を含むこの層をエッチングで除去することで平坦化できる。また、このＨ＋による材料の脆弱化は、Ｈ＋注入以外に、Ｈ２ガスを用いたプラズマ処理でも可能である。
またエッチング工程時のプラズマ形態は、装置によって最適化されていればよく、特に限定されないがＲＦプラズマを例示できる。なお、一般的にはＳｉＣはこのようなフッ化炭素ガスと酸素ガスの混合ガスでエッチングされることはないが、イオン注入工程でＨ＋が注入されることによって、剥離面２３、２１は脆弱化しており、表層がダメージの入っている層であるため、剥離面２３、２１を含むこの層をエッチングで除去することで平坦化できる。また、このＨ＋による材料の脆弱化は、Ｈ＋注入以外に、Ｈ２ガスを用いたプラズマ処理でも可能である。
【0035】
なお、剥離工程後で、エッチング工程前に、図２（ｆ）および図２（ｇ）に示すように、エッチング工程を行う予定の結合基板１２の剥離面２３または剥離基板１１の剥離面２１を水素雰囲気下で１０００℃以上の温度でアニールしてもよい（アニール工程）。このようにアニール工程で水素アニールを行ってからエッチング工程を行うことで、剥離で荒れた剥離面２３または剥離面２１の凹凸形状がエッチング前に水素アニールで改質され、ある程度は平坦化される。そのため、エッチング工程で、剥離面２３または剥離面２１の平坦度をより向上させやすくなる。
【0036】
剥離工程後の剥離基板１１は、４Ｈ－ＳｉＣ基板１として、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。
ここで、剥離基板１１の剥離面２１がエッチング工程でエッチングされている場合、剥離面２１がエッチングで平坦化されているため、ＣＭＰ等の高コストな平坦化処理を行わなくても剥離面２１に支持基板３を接合できる。
そのため、Ｈ＋注入による剥離技術において、４Ｈ－ＳｉＣ基板１としてのコストを削減できる。
ここで、剥離基板１１の剥離面２１がエッチング工程でエッチングされている場合、剥離面２１がエッチングで平坦化されているため、ＣＭＰ等の高コストな平坦化処理を行わなくても剥離面２１に支持基板３を接合できる。
そのため、Ｈ＋注入による剥離技術において、４Ｈ－ＳｉＣ基板１としてのコストを削減できる。
【0037】
また、結合基板１２は、図２（ｊ）に示すように、必要に応じて４Ｈ－ＳｉＣ層１ａ上に４Ｈ－ＳｉＣのエピタキシャル層４を成長させてもよい（エピタキシャル工程）。
ここで、４Ｈ－ＳｉＣ層１ａの剥離面２３がエッチング工程でエッチングされている場合、剥離面２３がエッチングで平坦化されているため、ＣＭＰ等の高コストな平坦化処理を行わなくても剥離面２３上にエピタキシャル層を形成でき、結合基板１２を安価で高品質な半導体基板５にできる。なお、４Ｈ－ＳｉＣ層１ａがエピタキシャル層の場合で、転写された４Ｈ－ＳｉＣ層１ａの厚さが後工程でデバイスを形成するのに十分な厚さの場合は必ずしも図２（ｊ）に示すエピタキシャル工程を行う必要はない。
ここで、４Ｈ－ＳｉＣ層１ａの剥離面２３がエッチング工程でエッチングされている場合、剥離面２３がエッチングで平坦化されているため、ＣＭＰ等の高コストな平坦化処理を行わなくても剥離面２３上にエピタキシャル層を形成でき、結合基板１２を安価で高品質な半導体基板５にできる。なお、４Ｈ－ＳｉＣ層１ａがエピタキシャル層の場合で、転写された４Ｈ－ＳｉＣ層１ａの厚さが後工程でデバイスを形成するのに十分な厚さの場合は必ずしも図２（ｊ）に示すエピタキシャル工程を行う必要はない。
【実施例0038】
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。
４Ｈ－ＳｉＣ基板１にイオン注入工程、接合工程、剥離工程、エッチング工程を行った後に再度のイオン注入工程と接合工程を行うことで剥離基板１１を４Ｈ－ＳｉＣ基板１として再利用を試み、エッチング工程を行わずに再利用を試みた場合と比較した。具体的な手順は以下の通りである。
４Ｈ－ＳｉＣ基板１にイオン注入工程、接合工程、剥離工程、エッチング工程を行った後に再度のイオン注入工程と接合工程を行うことで剥離基板１１を４Ｈ－ＳｉＣ基板１として再利用を試み、エッチング工程を行わずに再利用を試みた場合と比較した。具体的な手順は以下の通りである。
【0039】
（実施例）
まず４Ｈ－ＳｉＣ基板１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単結晶基板を準備し、これにイオン注入工程として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、４Ｈ－ＳｉＣ基板１と同じ４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を準備して、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４Ｈ－ＳｉＣ基板１との接合をおこない接合基板１０を得た。
この次に、剥離工程として体積比３％水素を含むＮ２雰囲気下、５００℃で３０分、接合基板１０に対して熱処理を行い、イオン注入層２で４Ｈ－ＳｉＣ基板１を剥離して、接合基板１０を結合基板１２と剥離基板１１に分離した。
まず４Ｈ－ＳｉＣ基板１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単結晶基板を準備し、これにイオン注入工程として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、４Ｈ－ＳｉＣ基板１と同じ４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を準備して、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４Ｈ－ＳｉＣ基板１との接合をおこない接合基板１０を得た。
この次に、剥離工程として体積比３％水素を含むＮ２雰囲気下、５００℃で３０分、接合基板１０に対して熱処理を行い、イオン注入層２で４Ｈ－ＳｉＣ基板１を剥離して、接合基板１０を結合基板１２と剥離基板１１に分離した。
【0040】
この結合基板１２に、エピタキシャル工程としてホットウォール型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い半導体基板５を得た。このときの温度は１６００℃で炉内圧力は７ｋＰａとした。
このようにして、半導体基板５を得た際にできる剥離基板１１の剥離面２１に対して、エッチング工程として原料ガスがＣＨＦ３とＯ２をそれぞれ１００ｓｃｃｍと１０ｓｃｃｍの条件、圧力が１００Ｔｏｒｒ（１３３３２．２Ｐａ）の条件、ＲＦ電力が５００Ｗの条件でＲＦプラズマエッチング処理を行った。エッチング工程後の剥離基板１１をさらにもう一度先のフローでイオン注入工程と接合工程を行ったところ、剥離基板１１の剥離面２１に支持基板３を接合でき、同じように接合基板１０を得ることができた。
このようにして、半導体基板５を得た際にできる剥離基板１１の剥離面２１に対して、エッチング工程として原料ガスがＣＨＦ３とＯ２をそれぞれ１００ｓｃｃｍと１０ｓｃｃｍの条件、圧力が１００Ｔｏｒｒ（１３３３２．２Ｐａ）の条件、ＲＦ電力が５００Ｗの条件でＲＦプラズマエッチング処理を行った。エッチング工程後の剥離基板１１をさらにもう一度先のフローでイオン注入工程と接合工程を行ったところ、剥離基板１１の剥離面２１に支持基板３を接合でき、同じように接合基板１０を得ることができた。
【0041】
（比較例）
まず４Ｈ－ＳｉＣ基板１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単結晶基板を準備し、これにイオン注入工程として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、４Ｈ－ＳｉＣ基板１と同じ４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を準備して、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４Ｈ－ＳｉＣ基板１との接合をおこない接合基板１０を得た。
この次に、剥離工程として体積比３％水素を含むＮ２雰囲気下、５００℃で３０分、接合基板１０に対して熱処理を行い、イオン注入層２で４Ｈ－ＳｉＣ基板１を剥離して、接合基板１０を結合基板１２と剥離基板１１に分離した。
まず４Ｈ－ＳｉＣ基板１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単結晶基板を準備し、これにイオン注入工程として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、４Ｈ－ＳｉＣ基板１と同じ４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を準備して、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４Ｈ－ＳｉＣ基板１との接合をおこない接合基板１０を得た。
この次に、剥離工程として体積比３％水素を含むＮ２雰囲気下、５００℃で３０分、接合基板１０に対して熱処理を行い、イオン注入層２で４Ｈ－ＳｉＣ基板１を剥離して、接合基板１０を結合基板１２と剥離基板１１に分離した。
【0042】
この結合基板１２に、エピタキシャル工程としてホットウォール型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い半導体基板５を得た。このときの温度は１６００℃で炉内圧力は７ｋＰａとした。
このようにして、半導体基板５を得た際にできる剥離基板１１の剥離面２１に対して、エッチングをせずに、剥離工程後の表面形状でそのまま使用して、もう一度先のフローでイオン注入工程と接合工程をおこなった。その結果、剥離面２１をＣＭＰで平坦化しないと、そのままでは接合工程で剥離面２１を支持基板３の表面と接合できなかった。
このようにして、半導体基板５を得た際にできる剥離基板１１の剥離面２１に対して、エッチングをせずに、剥離工程後の表面形状でそのまま使用して、もう一度先のフローでイオン注入工程と接合工程をおこなった。その結果、剥離面２１をＣＭＰで平坦化しないと、そのままでは接合工程で剥離面２１を支持基板３の表面と接合できなかった。
【0043】
以上の結果から、４Ｈ－ＳｉＣ基板１にイオン注入工程、接合工程、剥離工程、エッチング工程を行った後に再度のイオン注入工程と接合工程を行うことで、剥離工程後の剥離面２１にＣＭＰ等の平坦化処理を行わなくても剥離基板１１を支持基板３と接合でき、剥離基板１１を４Ｈ－ＳｉＣ基板１として再利用できることが分かった。一方で、エッチング工程を行わない場合、そのままでは剥離基板１１の剥離面２１を支持基板３の表面と接合できず、ＣＭＰで剥離面２１を平坦化しないと剥離基板１１の再利用ができなかった。
【0044】
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、
前記剥離工程後の前記結合基板または前記剥離基板の少なくとも一方の剥離面をプラズマエッチングするエッチング工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
［２］：前記エッチング工程において、原料ガスとしてフッ化炭素ガスと酸素の混合ガスを用い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］：前記剥離工程後で、前記エッチング工程前に、前記エッチング工程を行う予定の前記結合基板または前記剥離基板の剥離面を水素雰囲気下で１０００℃以上の温度でアニールするアニール工程を行う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］：前記エッチング工程において、前記結合基板の剥離面をプラズマエッチングし、さらに、
前記エッチング工程後に、
前記結合基板のエッチングされた剥離面上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル工程を行うことを特徴とする上記［１］～上記［３］のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
［５］：支持基板と、
前記支持基板の表面に接合された４Ｈ－ＳｉＣ層と、
を備え、
前記４Ｈ－ＳｉＣ層は、表面がエッチング処理されているものであることを特徴とする半導体基板。
［６］：上記［５］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、
前記剥離工程後の前記結合基板または前記剥離基板の少なくとも一方の剥離面をプラズマエッチングするエッチング工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
［２］：前記エッチング工程において、原料ガスとしてフッ化炭素ガスと酸素の混合ガスを用い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］：前記剥離工程後で、前記エッチング工程前に、前記エッチング工程を行う予定の前記結合基板または前記剥離基板の剥離面を水素雰囲気下で１０００℃以上の温度でアニールするアニール工程を行う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］：前記エッチング工程において、前記結合基板の剥離面をプラズマエッチングし、さらに、
前記エッチング工程後に、
前記結合基板のエッチングされた剥離面上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル工程を行うことを特徴とする上記［１］～上記［３］のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
［５］：支持基板と、
前記支持基板の表面に接合された４Ｈ－ＳｉＣ層と、
を備え、
前記４Ｈ－ＳｉＣ層は、表面がエッチング処理されているものであることを特徴とする半導体基板。
［６］：上記［５］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。
【0045】
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】
【0046】
１…４Ｈ－ＳｉＣ基板、 １ａ…４Ｈ－ＳｉＣ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、 １０…接合基板、 １１…剥離基板、 １２…結合基板、 ２１…剥離面、 ２３…剥離面、 ２５…表面。
【図1】
【図2】