特表 2023-542884 ガリウムベースのＩＩＩ－Ｎ合金の層をエピタキシャル成長させるための基板を製造するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-12

(54)【発明の名称】ガリウムベースのＩＩＩ－Ｎ合金の層をエピタキシャル成長させるための基板を製造するための方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/20 20060101AFI20231004BHJP

   H01L 21/338 20060101ALI20231004BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20231004BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20231004BHJP

   C30B 29/38 20060101ALI20231004BHJP

   C30B 25/18 20060101ALI20231004BHJP

   C30B 19/12 20060101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

H01L21/20

H01L29/80 H

H01L21/265 Q

H01L21/02 B

H01L21/02 C

C30B29/38 D

C30B25/18

C30B19/12

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023517668

(86)(22)【出願日】2021-10-04

(85)【翻訳文提出日】2023-05-09

(86)【国際出願番号】 FR2021051709

(87)【国際公開番号】W WO2022074318

(87)【国際公開日】2022-04-14

(31)【優先権主張番号】2010206

(32)【優先日】2020-10-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】598054968

【氏名又は名称】ソイテック

【氏名又は名称原語表記】Ｓｏｉｔｅｃ

【住所又は居所原語表記】Ｐａｒｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｑｕｅ ｄｅｓ ｆｏｎｔａｉｎｅｓ ｃｈｅｍｉｎ Ｄｅｓ Ｆｒａｎｑｕｅｓ ３８１９０ Ｂｅｒｎｉｎ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】ギオ， エリック

【テーマコード（参考）】

4G077

5F102

5F152

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077BE11

4G077BE15

4G077CG10

4G077DB01

4G077ED04

4G077ED06

4G077HA02

4G077HA12

4G077QA71

4G077TA04

4G077TK01

4G077TK06

4G077TK13

5F102GJ02

5F102GJ04

5F102GJ09

5F102GK02

5F102GK04

5F102GL04

5F102HC01

5F102HC07

5F152LP01

5F152LP06

5F152LP08

5F152LP09

5F152MM05

5F152MM09

5F152MM18

5F152NN02

5F152NN03

5F152NN05

5F152NN09

5F152NN12

5F152NN22

5F152NP02

5F152NP09

5F152NQ09

(57)【要約】

ガリウムベースのＩＩＩ－Ｎ合金の層のエピタキシャル成長のための基板を製造するための方法は、単結晶半絶縁性炭化ケイ素のドナー基板を用意するステップと、転写される単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層を画定する脆弱化領域を形成するように、ドナー基板にイオン種を注入するステップと、接合層を介してドナー基板を第１のレシーバ基板に接合するステップと、単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層を第１のレシーバ基板に転写するように、脆弱化領域に沿ってドナー基板を分離するステップと、転写された薄層上に半絶縁性ＳｉＣの追加の層を形成するステップと、追加の層を、高い電気抵抗率を有する第２のレシーバ基板に接合するステップと、第１のレシーバ基板を分離し、転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層を露出させるように、接合層の少なくとも一部を除去するステップと、を含む。
【選択図】 図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）又は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）の層のエピタキシャル成長のための基板を製造するための方法であって、以下の連続するステップ、すなわち、
単結晶半絶縁性炭化ケイ素のドナー基板（１０）を用意するステップと、
転写される単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層（１１）を画定する脆弱化領域（１２）を形成するように、前記ドナー基板（１０）にイオン種を注入するステップと、
接合層（２１）を介して前記ドナー基板（１０）を第１のレシーバ基板（２０）に接合するステップと、
前記単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層（１１）を前記第１のレシーバ基板（２０）に転写するように、前記脆弱化領域（１２）に沿って前記ドナー基板（１０）を分離するステップと、
前記転写された半絶縁性ＳｉＣの薄層（１１）上に半絶縁性ＳｉＣの追加の層（１３）を形成するステップと、
前記半絶縁性ＳｉＣの追加の層（１３）を、高い電気抵抗率を有する第２のレシーバ基板（４０）に接合するステップと、
前記第１のレシーバ基板（２０）を分離し、前記転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層（１１）を露出させるように、前記接合層（２１）の少なくとも一部を除去するステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記第１のレシーバ基板（２０）と前記ドナー基板（１０）とが、熱膨張係数の差が３×１０^－６Ｋ^－１以下である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１のレシーバ基板（２０）が、前記ドナー基板の結晶品質よりも低い結晶品質を有するＳｉＣ基板である、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１のレシーバ基板（２０）に転写された前記単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層（１１）の厚さが１μｍ未満の厚さを有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記接合層（２１）が、前記半絶縁性ＳｉＣの層（１３）の前記形成中に熱的に安定した状態にあり、かつ前記転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層（１１）と前記第１のレシーバ基板（２０）との間の前記界面から除去することができる材料から形成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記接合層（２１）が窒化ケイ素又は窒化ガリウムの層である、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記接合層（２１）の少なくとも一部を除去するステップが、化学エッチング、レーザによる層剥離、及び／又は機械的応力の印加を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記半絶縁性ＳｉＣの追加の層（１３）が、ケイ素、炭素及びバナジウムを同時に堆積させることによって形成される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記第２のレシーバ基板（４０）が１００Ωｃｍ以上の電気抵抗率を有するシリコン基板である、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記半絶縁性ＳｉＣの追加の層（１３）が１～５μｍに含まれる厚さを有する、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第２のレシーバ基板（４０）が、多結晶ＳｉＣ基板、ダイヤモンド基板、又は多結晶ＡｌＮ基板である、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記半絶縁性ＳｉＣの追加の層（１３）が８０μｍ以下の厚さを有する、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記イオン種が前記ドナー基板（１０）の前記シリコン面（１０－Ｓｉ）を通して注入され、
前記ドナー基板（１０）の前記シリコン面（１０－Ｓｉ）が、前記接合層（２１）が除去された後に、前記転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層（１１）の前記シリコン面が露出されるように、前記第１のレシーバ基板（２０）に接合される、
請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

新たなドナー基板を形成することを目的として、前記転写された層（１１）から分離された前記ドナー基板の前記セグメント（１０’）をリサイクルするステップをさらに含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

窒化ガリウムの層をエピタキシによって製造するための方法であって、
請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法を用いて製造された基板を用意するステップと、
前記基板の前記転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層（１１）の前記シリコン面（１１－Ｓｉ）上に前記窒化ガリウムの層（５０）のエピタキシャル成長を行うステップと、
を含む、方法。

【請求項16】

前記窒化ガリウムの層（５０）が、１～２μｍに含まれる厚さを有する、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を製造するための方法であって、
請求項１５又は１６に記載の方法を用いて窒化ガリウムの層（５０）をエピタキシによって製造するステップと、
前記窒化ガリウムの層（５０）上に、窒化ガリウムとは異なるＩＩＩ－Ｎ材料の層のエピタキシによってヘテロ接合を形成するステップと、
前記ヘテロ接合と同じ高さに前記トランジスタのチャネルを形成するステップと、
前記チャネル上に前記トランジスタのソース、ドレイン及びゲートを形成するステップと、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[1]本発明は、窒化ガリウムの層のエピタキシャル成長のための基板を製造するための方法、このような窒化ガリウムの層を製造するための方法、及びこのような窒化ガリウムの層に高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

[2]ＩＩＩ－Ｎ半導体、特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）又は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）は、特に高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）、及び高周波で動作する電子デバイス、すなわち高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）又は他の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの形成に関して、特に有望であるように思われる。

【0003】

[3]これらのＩＩＩ－Ｎ合金は、大きなサイズのバルク基板の形態で見出すのが困難である限りは、一般に、ヘテロエピタキシによって、すなわち、異なる材料で作られた基板上にエピタキシによって形成される。

【0004】

[4]このような基板の選択には、特に、基板の材料とＩＩＩ－Ｎ合金との格子定数の差及び熱膨張係数の差が考慮される。具体的には、これらの差が大きいほど、ＩＩＩ－Ｎ合金の層において、転位などの結晶欠陥が形成されるリスクが高くなり、過度の歪みを引き起こしやすい高い機械的応力が発生するリスクが高くなる。

【0005】

[5]ＩＩＩ－Ｎ合金のヘテロエピタキシで最も頻繁に考慮される材料は、サファイア及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。

【0006】

[6]窒化ガリウムとの格子定数の差がより小さいことに加えて、炭化ケイ素は、その熱伝導率がサファイアよりも明らかに高く、したがって構成要素の動作中に生成される熱エネルギーをより容易に放散させることができるため、高出力電子用途に特に好ましい。

【0007】

[7]高周波（ＲＦ）用途では、基板の寄生損失（一般にＲＦ損失と呼ばれる）を最小限に抑えるために、半絶縁性炭化ケイ素、すなわち典型的には１０^５Ωｃｍ以上の電気抵抗率を有する炭化ケイ素を使用することが求められる。しかしながら、この材料は特に高価であり、現在、限られたサイズの基板の形態でしか入手可能でない。

【0008】

[8]シリコンであれば、製造コストが大幅に削減され、大きなサイズの基板を利用することができるが、ＩＩＩ－Ｎ合金オンシリコン型の構造は、ＲＦ損失によって、及び不十分な熱放散によって不利になる。

【0009】

[9]ＳｏｐＳｉＣ又はＳｉＣｏｐＳｉＣ構造などの複合構造も研究されたが［１］、完全に満足できるものではないことが判明している。これらの構造は、多結晶ＳｉＣ基板上に単結晶シリコン層又は単結晶ＳｉＣ層（窒化ガリウムをエピタキシャル成長させるためのシード層を形成することが意図されている）をそれぞれ含む。多結晶ＳｉＣは、安価で、大きなサイズの基板の形態で入手可能な、熱を良好に放散する材料であるが、これらの複合構造は、ＩＩＩ－Ｎ合金の層から多結晶ＳｉＣ基板への熱の放散を妨げる熱障壁を形成する、単結晶のシリコン又はＳｉＣの層と多結晶ＳｉＣ基板との間の界面の酸化ケイ素の層の存在によって不利になっている。

【発明の概要】

【0010】

（発明の簡単な説明）
[10]したがって、本発明の１つの目的は、前述の欠点、特に、半絶縁性ＳｉＣ基板のサイズ及びコストに関する制限を是正することである。

【0011】

[11]したがって、本発明の目的は、ＲＦ損失が最小限に抑えられ、熱の放散が最大化されたＨＥＭＴ又は他の高周波、高出力電子デバイスを形成することを特に目的として、ガリウムベースのＩＩＩ－Ｎ合金をエピタキシャル成長させるための基板を製造するための方法を提供することである。
[12]この目的のために、本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、又は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）の層のエピタキシャル成長のための基板を製造するための方法であって、以下の連続するステップ、すなわち、
単結晶半絶縁性炭化ケイ素のドナー基板を用意するステップと、
転写される単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層を画定する脆弱化領域を形成するように、ドナー基板にイオン種を注入するステップと、
接合層を介してドナー基板を第１のレシーバ基板に接合するステップと、
単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層を第１のレシーバ基板に転写するように、脆弱化領域に沿ってドナー基板を分離するステップと、
転写された半絶縁性ＳｉＣの薄層上に半絶縁性ＳｉＣの追加の層を形成するステップと、
半絶縁性ＳｉＣの追加の層を、高い電気抵抗率を有する第２のレシーバ基板に接合するステップと、
第１のレシーバ基板を分離し、転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層を露出させるように、接合層の少なくとも一部を除去するステップと、
を含む、方法を提供する。

【0012】

[13]「高周波」とは、本明細書において、３ｋＨｚよりも高い周波数を意味する。

【0013】

[14]「高出力」とは、本明細書において、トランジスタのゲートを通して注入される電力密度が０．５Ｗ／ｍｍよりも高いことを意味する。

【0014】

[15]「高い電気抵抗率」とは、本明細書において、１００Ωｃｍ以上の電気抵抗率を意味する。

【0015】

[16]「半絶縁性ＳｉＣ」とは、本明細書において、１０^５Ωｃｍ以上の電気抵抗率を有する炭化ケイ素を意味する。

【0016】

[17]本方法は、シリコン、ダイヤモンド、又はセラミックをベースとし、高い電気抵抗率及び高い熱伝導率を有し、大きなサイズで入手可能であり、熱の放散及びＲＦ損失の制限に関して、良好な特性から最終構造が利益を得ることを可能にする半絶縁性ＳｉＣの層を含む低コストの基板を形成することを可能にする。半絶縁性ＳｉＣの層は、レシーバ基板と直接接触するため、この構造は、熱障壁をさらに含まない。

【0017】

[18]高い電気抵抗率のシリコン基板上に直接エピタキシによって半絶縁性ＳｉＣの層を形成するという方法では、シリコンと炭化ケイ素との格子定数の差のために、半絶縁性ＳｉＣ中に多数の転位が形成されることになる。対照的に、本発明による方法では、ドナー基板からの転写によって得られたため、品質が最適である単結晶半絶縁性ＳｉＣの層を、その後のガリウムベースのＩＩＩ－Ｎ合金の成長のためのシードとして使用することが可能である。半絶縁性ＳｉＣの層の残りの部分、すなわち、ＩＩＩ－Ｎ合金の層とは反対側の転写された層の側に位置する、転写された層上に堆積させた追加の層は、必ずしも単結晶ではない。

【0018】

[19]一時的キャリアの役割を果たす第１のレシーバ基板を使用することで、本方法の様々なステップにおいて半絶縁性ＳｉＣのシリコン面を最適に配向させることが可能になる。

【0019】

[20]本方法の有利であるが任意選択の特徴によると、これらは、別々に、又はこれらの任意の技術的に可能な組合せで実施することができる。
[21] 第１のレシーバ基板とドナー基板は、熱膨張係数の差が３×１０^－６Ｋ^－１以下であり、
[22] 第１のレシーバ基板は、ドナー基板の結晶品質よりも低い結晶品質を有するＳｉＣ基板であり、
[23] 第１のレシーバ基板に転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層の厚さは、１μｍ未満の厚さを有し、
[24] 接合層は、半絶縁性ＳｉＣの層の形成中に熱的に安定した状態にあり、かつ転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層と第１のレシーバ基板との間の界面から除去することができる材料から形成され、
[25] 接合層は、窒化ケイ素又は窒化ガリウムの層であり、
[26] 接合層の少なくとも一部を除去するステップは、化学エッチング、レーザによる層剥離、及び／又は機械的応力の印加を含み、
[27] 半絶縁性ＳｉＣの追加の層は、シリコン、炭素及びバナジウムを同時に堆積させることによって形成され、
[28] 第２のレシーバ基板は、１００Ωｃｍ以上の電気抵抗率を有するシリコン基板であり、
[29] 半絶縁性ＳｉＣの追加の層は、１～５μｍに含まれる厚さを有し、
[30] 第２のレシーバ基板は、多結晶ＳｉＣ基板、ダイヤモンド基板、又は多結晶ＡｌＮ基板であり、
[31] 半絶縁性ＳｉＣの追加の層は、８０μｍ以下の厚さを有し、
[32] イオン種は、ドナー基板のシリコン面を通して注入され、ドナー基板のシリコン面は、接合層が除去された後、転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層のシリコン面が露出されるように第１のレシーバ基板に接合され、
[33] 本方法は、新たなドナー基板を形成することを目的として、転写された層から分離されたドナー基板のセグメントをリサイクルするステップをさらに含む。

【0020】

[34]本発明の別の主題は、上述した方法を用いて得られた基板上にガリウムベースのＩＩＩ－Ｎ合金の層を製造するための方法に関する。

【0021】

[35]前記方法は、
上述したような方法を用いて製造された基板を用意するステップと、
前記基板の転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層のシリコン面上に窒化ガリウムの層のエピタキシャル成長を行うステップと、
を含む。

【0022】

[36]窒化ガリウムの層は、典型的には１～２μｍに含まれる厚さを有する。

【0023】

[37]本発明の別の主題は、このようなＩＩＩ－Ｎ合金の層に高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を製造するための方法に関する。
[38]前記方法は、
上述したような方法を用いて窒化ガリウムの層をエピタキシによって製造するステップと、
窒化ガリウムの層上に、窒化ガリウムとは異なるＩＩＩ－Ｎ材料の層のエピタキシによるヘテロ接合を形成するステップと、
前記ヘテロ接合と同じ高さにトランジスタのチャネルを形成するステップと、
チャネル上にトランジスタのソース、ドレイン及びゲートを形成するステップと、
を含む。

【図面の簡単な説明】

【0024】

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

【図1】単結晶半絶縁性ＳｉＣドナー基板の概略断面図である。

【図2】図１のドナー基板の概略断面図であり、この基板には、転写される薄層を画定するために、イオン種を注入することによって脆弱化領域が形成されている。

【図3】除去可能な接合層で覆われた一時的キャリアの概略断面図である。

【図4】図３の一時的キャリアが、除去可能な接合層を介して図２のドナー基板に接合されている概略断面図である。

【図5】単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層を一時的キャリアに転写するためにドナー基板が脆弱化領域に沿って分離されている概略断面図である。

【図6】一時的キャリアの自由表面が研磨された後に単結晶ＳｉＣの薄層が一時的キャリアに転写された概略断面図である。

【図7】半絶縁性ＳｉＣの追加の層が、転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層上に形成されている概略断面図である。

【図8】図７の構造が半絶縁性ＳｉＣの追加の層を介してレシーバ基板に接合されている概略断面図である。

【図9】転写された半絶縁性ＳｉＣの層のシリコン面を露出させるように、除去可能な接合層の化学エッチングによる、一時的キャリアを図８の構造から除去した概略断面図である。

【図10】ＧａＮの層が、転写された半絶縁性ＳｉＣの層のシリコン面上にエピタキシによって形成されている概略断面図である。

【図11】ヘテロ接合が、ＧａＮの層上にＧａＮとは異なるＩＩＩ－Ｎ合金の層のエピタキシによって形成されている概略断面図である。

【0025】

図を見やすくするために、様々な層は必ずしも縮尺通りには示されていない。

【発明を実施するための形態】

【0026】

（実施形態の詳細な説明）
[52]本発明は、ガリウムベースの二元又は三元ＩＩＩ－Ｎ合金をエピタキシャル成長させるための基板を製造するための方法を提供する。前記合金は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ、ここで０＜ｘ＜１であり、以下ＡｌＧａＮと略記する）及び窒化インジウムガリウム（Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮ、ここで０＜ｘ＜１であり、以下ＩｎＧａＮと略記する）を含む。簡潔にするために、本明細書の残りの部分では、ＧａＮの層をエピタキシャル成長させるための基板の製造について説明するが、当業者であれば、ＡｌＧａＮ又はＩｎＧａＮの層を形成するために成長条件を調整することができ、このエピタキシャル成長に役立つ基板は同じままである。

【0027】

[53]本方法は、単結晶半絶縁性炭化ケイ素（ＳｉＣ）のドナー基板を使用し、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）プロセスを使用して第１のレシーバ基板に転写されたドナー基板の薄層は、必ずしも単結晶ではない半絶縁性ＳｉＣの追加の層を成長させるためのシードとして働く。以下で分かるように、半絶縁性ＳｉＣの追加の層は、ＧａＮの層の成長のために意図された前記層のセグメントのみが単結晶である限り、最適化されたコストで、ＲＦ損失を実質的に低減するのに十分に大きな厚さの半絶縁性ＳｉＣが最終構造に設けられることを可能にする。

【0028】

[54]この目的のために、優れた結晶品質を有する単結晶半絶縁性ＳｉＣドナー基板、すなわち、特に転位のない基板が選択される。

【0029】

[55]特定の実施形態において、ドナー基板は、単結晶半絶縁性ＳｉＣのバルク基板であってもよい。他の実施形態では、ドナー基板は、単結晶半絶縁性ＳｉＣの表面層と、別の材料の少なくとも１つの他の層とを含む複合基板であってもよい。この場合、単結晶半絶縁性ＳｉＣの層は、０．５μｍ以上の厚さを有する。

【0030】

[56]炭化ケイ素には様々な結晶形態（ポリタイプとも呼ばれる）がある。最も一般的なのは、４Ｈ、６Ｈ及び３Ｃの形態である。単結晶半絶縁性炭化ケイ素は、４Ｈ及び６Ｈポリタイプから選択されるのが好ましいが、任意のポリタイプを用いて本発明を実施することができる。

【0031】

[57]図には、単結晶半絶縁性ＳｉＣのバルク基板１０が示されている。

【0032】

[58]それ自体知られているように、図１に示すように、このような基板は、シリコン面１０－Ｓｉ及び炭素面１０－Ｃを有する。

【0033】

[59]現在、ＧａＮのエピタキシ法は、主に半絶縁性ＳｉＣのシリコン面上で実施されている。しかしながら、半絶縁性ＳｉＣの炭素面上にＧａＮを成長させることは不可能ではない。本方法の実施中のドナー基板の向き（シリコン面／炭素面）は、ＧａＮの層を成長させることが意図された半絶縁性ＳｉＣの面に応じて選択される。

【0034】

[60]図２を参照すると、単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層１１を画定する脆弱化領域１２を形成するように、イオン種がドナー基板１０に注入される。注入される種は、典型的には水素及び／又はヘリウムを含む。当業者であれば、必要な注入ドーズ量及びエネルギーを規定することができるであろう。

【0035】

[61]ドナー基板が複合基板である場合、注入は、前記基板の単結晶半絶縁性ＳｉＣの表面層に行われる。

【0036】

[62]イオン種は、ドナー基板のシリコン面１０－Ｓｉを通して注入されるのが好ましい。以下で分かるように、ドナー基板のこの配向によって、ＧａＮの層を成長させることが意図された最終基板の表面に、半絶縁性ＳｉＣのシリコン面を配置することが可能になり、これはより好ましい。しかしながら、半絶縁性ＳｉＣの炭素面上にＧａＮの層を成長させることが想定される場合は、イオン種は、ドナー基板の炭素面１０－Ｃを通して注入されなければならない。

【0037】

[63]単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層１１は、１μｍ未満の厚さを有するのが好ましい。具体的には、このような厚さは、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）プロセスを用いて工業規模で達成可能である。特に、工業的製造ラインで利用可能な注入ツールにより、このような注入深さを得ることができる。

【0038】

[64]図３を参照すると、第１のレシーバ基板２０がさらに用意されている。

【0039】

[65]前記第１のレシーバ基板の主な機能は、ドナー基板からの単結晶半絶縁性ＳｉＣの層１１の転写と、単結晶半絶縁性ＳｉＣの層上での半絶縁性ＳｉＣの追加の層の成長との間で、単結晶半絶縁性ＳｉＣの層１１を一時的に保持することである。

【0040】

[66]この目的のために、第１のレシーバ基板は、半絶縁性ＳｉＣの追加の層の形成中に応力又は歪みを生成しないように、半絶縁性ＳｉＣの熱膨張係数と実質的に等しい熱膨張係数を有するように選択される。したがって、第１のレシーバ基板とドナー基板（又は複合ドナー基板の場合には単結晶半絶縁性ＳｉＣの層）とは、熱膨張係数の差が絶対値として３×１０^－６Ｋ^－１以下であるのが特に有利である。

【0041】

[67]第１のレシーバ基板も、熱膨張係数の差を最小限に抑えるようにＳｉＣで作られているのが好ましい。第１のレシーバ基板２０は、ドナー基板の結晶品質よりも低い結晶品質を有するＳｉＣ基板であるのが特に有利である。このことは、第１のレシーバ基板が多結晶ＳｉＣ基板、又は実際に単結晶ＳｉＣの基板であってもよいが、（ＧａＮのエピタキシャル層の品質を確保するために、優れた結晶品質のために選択されるドナー基板の単結晶半絶縁性ＳｉＣとは対照的に）すべてのタイプの転位を含んでもよいことを意味する。このような結晶品質の低い基板は、ドナー基板と同じ品質の基板よりも安価でありながら、一時的キャリアの機能に完全に適合しているという利点がある。

【0042】

[68]図４を参照すると、単結晶ＳｉＣの薄層１１を含むドナー基板１０が第１のレシーバ基板２０に接合されている。

【0043】

[69]ドナー基板の第１のドナー基板への良好な接着を確実にするために、接合層２１が前記基板間の界面に形成される。

【0044】

[70]図３では、接合層２１は、第１のレシーバ基板２０上に形成されているが、図示されていない他の実施形態では、接合層は、ドナー基板上に（薄層１１の側に）形成されてもよく、又は実際には、ある部分はドナー基板上に、ある部分は第１のレシーバ基板上に形成されてもよい。

【0045】

[71]接合層は、引き続き行われる薄層１１上への半絶縁性ＳｉＣの追加の層の形成中に熱的に安定した状態にある材料から形成される。

【0046】

[72]参考までに、４Ｈ－又は６Ｈ－ＳｉＣのエピタキシは、典型的には１５００℃よりも高い温度で行われるため、選択された接合層の材料は、半絶縁性ＳｉＣの追加の層がエピタキシによって形成される場合、このような温度で劣化又は解離しない。しかしながら、優れた結晶品質が半絶縁性ＳｉＣの追加の層に必要とされない限り、エピタキシ法を使用することは必須ではない。したがって、多結晶の追加の層又は転位を含む追加の層をもたらす、より低温でのより迅速な堆積方法を使用することができ、これにより、基板を製造する期間及びコストを低減することが可能になる。

【0047】

[73]さらに、接合層の材料は、転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層と第１のレシーバ基板２０との間の界面から、例えば、任意選択でプラズマによって支援される選択的エッチングによって除去することができる。

【0048】

[74]好ましい一実施形態によると、接合層は、窒化ケイ素又は窒化ガリウムの層である。前記層の厚さは、典型的には１０ｎｍ～数百ナノメートルに含まれる。

【0049】

[75]図５を参照すると、ドナー基板は、脆弱化領域１２に沿って分離されている。それ自体知られている仕方で、分離は、熱処理、機械的作用、又はこれらの手段の組合せによって引き起こされてもよい。

【0050】

[76]この分離の効果は、単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層１１を第１のレシーバ基板２０に転写することである。ドナー基板の残りの部分１０’は、任意選択で、別の使用のためにリサイクルされてもよい。

【0051】

[77]図６に示すように、転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの層１１の自由面は、炭素面１１－Ｃである（シリコン面１１－Ｓｉは接合界面の側にある）。この面は、イオン種の注入に関連する欠陥を除去し、層１１の粗さを減少させるために、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）によって研磨される。

【0052】

[78]図７を参照すると、半絶縁性ＳｉＣの追加の層１３が単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層１１上に形成されている。追加の層のＳｉＣのポリタイプは、有利には、転写された層のポリタイプと同一である。

【0053】

[79]上述したように、追加の層１３は、必ずしも単結晶である必要はなく、多結晶であってもよく、これにより、エピタキシよりも低い温度で堆積を行うことが可能になる。いずれにせよ、第１のレシーバ基板の材料とＳｉＣとの熱膨張係数の差が小さいため、スタック内で生成される機械的応力が最小限に抑えられる。

【0054】

[80]半絶縁性ＳｉＣを形成するための様々な技術がある。一実施形態によると、ＳｉＣの層は、そのエピタキシャル成長中にバナジウムでドープされる。別の実施形態によると、エピタキシャル反応器内で適切な前駆体を使用して、シリコン、炭素及びバナジウムを同時に堆積させる。

【0055】

[81]半絶縁性ＳｉＣの追加の層は、有利には、最終構造内での熱の放散に著しく寄与するように、１μｍよりも大きい厚さを有する。この厚さは、工業的に利用可能な機器を使用してＳｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）プロセスで直接達成可能な厚さよりも大きい。加えて、この追加の層は、転写されたドナー基板の層よりも安価な方法によって形成することができる。

【0056】

[82]したがって、１μｍ未満の厚さを有する単結晶半絶縁性ＳｉＣの層を転写し、次いで、前記転写された層上にエピタキシによって必ずしも単結晶ではない半絶縁性ＳｉＣの層を形成することからなる方法は、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）プロセスを実施するために工業的に利用可能な注入ツールの技術的限界を回避し、製造方法のコストを低減することを可能にする。

【0057】

[83]図８を参照すると、高い電気抵抗率を有する第２のレシーバ基板４０が用意され、半絶縁性ＳｉＣの層１３に接合されている。例えば、第２のレシーバ基板は、１００Ωｃｍ以上の電気抵抗率を有するシリコン基板、又は好ましくは、多結晶ＳｉＣ基板、多結晶ＡｌＮ基板、若しくはダイヤモンド基板であってもよい。

【0058】

[84]半絶縁性ＳｉＣの追加の層１３の厚さは、場合によっては、第２のレシーバ基板の材料に応じて選択される。したがって、第２のレシーバ基板が電気抵抗率の高いシリコン基板である場合、半絶縁性ＳｉＣの追加の層１３は、有利には、１～５μｍに含まれる厚さを有する。第２のレシーバ基板が多結晶ＡｌＮ、ダイヤモンド、又は多結晶ＳｉＣで作られている場合、最終構造内の熱の放散を改善するために、半絶縁性ＳｉＣの追加の層１３は、場合によっては最大８０μｍ、例えば約５０～８０μｍといったはるかに大きい厚さを有するのが有利である可能性がある。

【0059】

[85]次に、第１のレシーバ基板を本構造の残りの部分から分離するように、接合層２１の少なくとも一部が除去される。この除去の間、層２１は、構造からの分離を可能にするために十分に損傷されなければならない。任意の適切な手段が使用されてもよい。例えば、非限定的に、接合層は、化学エッチング、レーザによる層剥離、及び／又は機械的応力の印加によって除去されてもよい。

【0060】

[86]したがって、図９に示すように、この分離の終了時に、第２のレシーバ基板４０、半絶縁性ＳｉＣの追加の層１３、及び転写された単結晶半絶縁性ＳｉＣの薄層１１が連続的に構成された構造が残る。接合層２１のいかなる残留物も、研磨及び／又はエッチングによって除去される。

【0061】

[87]転写された層１１の露出面は、ＧａＮのエピタキシャル成長に好ましい単結晶半絶縁性ＳｉＣのシリコン面である。このようにして、ＩＩＩ－Ｎ合金のエピタキシャル成長に適した基板が形成された。

【0062】

[88]図１０を参照すると、ＧａＮ（又は、上述したように、ＡｌＧａＮ若しくはＩｎＧａＮ）の層５０を半絶縁性ＳｉＣの層１１の自由面上に成長させる。層５０の厚さは、典型的には１～２μｍに含まれる。

【0063】

[89]次に、図１１に示すように、層５０上に、層５０とは異なるＩＩＩ－Ｎ合金の層６０をエピタキシによって成長させることによって、ヘテロ接合が形成される。

【0064】

[90]したがって、当業者に知られている方法を用いて、このヘテロ接合からトランジスタ、特にＨＥＭＴの製造を継続することが可能であり、トランジスタのチャネルがヘテロ接合と同じ高さに形成され、トランジスタのソース、ドレイン、及びゲートがチャネル上に形成される。

【0065】

[91]このようにして得られた構造は、比較的厚い半絶縁性ＳｉＣの層を含み、ＩＩＩ－Ｎ合金の層のエピタキシャル成長のためのシードとして働く部分のみが単結晶であればよく、熱を良好に放散し、ＲＦ損失を制限するという点で特に有利である。さらに、半絶縁性ＳｉＣの層を担持する第２のレシーバ基板は、この構造がいかなる熱障壁も含まないように、前記層と直接接触している。

【0066】

[92]したがって、このような構造上にエピタキシによって形成されたＩＩ－Ｎ合金の層に形成されたＨＥＭＴ又は別の高周波、高出力電子デバイスは、ＲＦ損失が最小限に抑えられ、熱の放散が最大化されている。

【0067】

（参考文献）
[93] [1] Comparative study on stress in AlGaN/GaN HEMT structures grown on 6H-SiC, Si and on composite substrates of the 6H-SiC/poly-SiC and Si/poly-SiC, M. Guziewicz et al, Journal of Physics: Conference Series 100 (2008) 040235

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】