特表 2025-502911 複合炭化珪素基板およびその調製方法

(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】2025-01-30

(54)【発明の名称】複合炭化珪素基板およびその調製方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20250123BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20250123BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20250123BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20250123BHJP

   H01L 21/208 20060101ALN20250123BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

H01L21/20

H01L21/205

H01L21/02 B

H01L21/208 D

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024514636

(86)(22)【出願日】2023-11-24

(85)【翻訳文提出日】2024-03-11

(86)【国際出願番号】 CN2023133952

(87)【国際公開番号】W WO2024131439

(87)【国際公開日】2024-06-27

(31)【優先権主張番号】202211644873.7

(32)【優先日】2022-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524083945

【氏名又は名称】青禾晶元（天津）半導体材料有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＴＪ ＩＮＮＯＶＡＴＩＶＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ． ，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100128886

【弁理士】

【氏名又は名称】横田 裕弘

(72)【発明者】

【氏名】母 鳳文

(72)【発明者】

【氏名】郭 超

【テーマコード（参考）】

4G077

5F045

5F053

5F152

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077AB01

4G077AB10

4G077BE08

4G077CG07

4G077DB05

4G077DB07

4G077FD02

4G077FG02

4G077HA12

5F045AA03

5F045AB06

5F045AC01

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5F045AC05

5F045AC07

5F045AC19

5F045AD01

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5F045BB04

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5F053AA03

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5F053DD02

5F053FF01

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5F053JJ03

5F053RR03

5F152LL03

5F152LL13

5F152LN05

5F152LP01

5F152LP07

5F152MM18

5F152NN05

5F152NN22

5F152NN27

5F152NP02

5F152NQ02

(57)【要約】

【課題】本願は、複合炭化珪素基板およびその調製方法を提供する。
【手段】前記基板は、単結晶炭化珪素層および炭化珪素支持層を含み、前記単結晶炭化珪素層と炭化珪素支持層との間に第１ドープ炭化珪素層が設けられ、前記第１ドープ炭化珪素層と単結晶炭化珪素層との間に結合界面層が設けられる。前記調製方法として、ステップ（１）前記炭化珪素支持層に第１ドープ炭化珪素層を堆積して第１複合層を取得し、ステップ（２）ステップ（１）で得られた第１複合層とイオン注入またはレーザー照射を経た単結晶炭化珪素層とを互いに結合し、応力を加えた後に前記複合炭化珪素基板のアセンブリを取得し、ステップ（３）ステップ（２）で得られた複合炭化珪素基板のアセンブリを熱処理して前記複合炭化珪素基板を取得する。本願に係る複合炭化珪素基板は、結合界面の抵抗を軽減または除去することができ、調製方法が簡便かつ効率的であり、制御性に優れている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶炭化珪素層および炭化珪素支持層を含み、
前記単結晶炭化珪素層と炭化珪素支持層との間に第１ドープ炭化珪素層が設けられ、
前記第１ドープ炭化珪素層と単結晶炭化珪素層との間に結合界面層が設けられ、
前記第１ドープ炭化珪素層のドープ濃度は１×１０^１９／ｃｍ^２以上である、
複合炭化珪素基板。

【請求項2】

前記炭化珪素支持層の単結晶炭化珪素層から遠い側に第２ドープ炭化珪素層が設けられ、
前記炭化珪素支持層と第１ドープ炭化珪素層および／または第２ドープ炭化珪素層との間に粗面化界面層が設けられ、
前記粗面化界面層の形状は起伏状および／または波状を含み、
前記粗面化界面層の起伏高さは３～５００ｎｍである、
請求項１に記載の複合炭化珪素基板。

【請求項3】

前記単結晶炭化珪素層の厚さは０．１～１０μｍであり、
前記結合界面層の厚さは０．５～５ｎｍであり、
前記炭化珪素支持層の厚さは２００～１０００μｍであり、
前記第１ドープ炭化珪素層の厚さは５～５００００ｎｍであり、
前記第２ドープ炭化珪素層の厚さは５～５００００ｎｍである、
請求項２に記載の複合炭化珪素基板。

【請求項4】

前記第１ドープ炭化珪素層および第２ドープ炭化珪素層のドープ元素は、Ｂ、Ｎ、ＰまたはＡｌのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせを含み、
前記単結晶炭化珪素層の結晶型は４Ｈ、６Ｈまたは３Ｃのうちのいずれか１種であり、
前記炭化珪素支持層の結晶型は４Ｈ、６Ｈまたは３Ｃのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせであり、
前記炭化珪素支持層のドープ濃度は１×１０^１７／ｃｍ^２以上であり、
前記複合炭化珪素基板の直径は２～８インチである、
請求項３に記載の複合炭化珪素基板。

【請求項5】

前記炭化珪素支持層に第１ドープ炭化珪素層を堆積して第１複合層を取得するステップ（１）と、
ステップ（１）で得られた第１複合層とイオン注入またはレーザー照射を経た単結晶炭化珪素層とを互いに結合し、応力を加えた後に複合炭化珪素基板のアセンブリを取得するステップ（２）と、
ステップ（２）で得られた複合炭化珪素基板のアセンブリを熱処理して前記複合炭化珪素基板を取得するステップ（３）と、を含む、
請求項１～４のいずれか１項に記載の複合炭化珪素基板の調製方法。

【請求項6】

ステップ（１）に記載の堆積は、化学気相成長または液相エピタキシャルを含み、
ステップ（１）に記載の堆積は、前記炭化珪素支持層の第１ドープ炭化珪素層から遠い側に第２ドープ炭化珪素層を堆積することを更に含む、
請求項５に記載の調製方法。

【請求項7】

ステップ（１）に記載の堆積前に、粗面化処理を更に含み、
前記粗面化処理は、化学エッチングおよび／またはプラズマエッチングを含み、
前記粗面化処理後の表面の起伏高さは３～５００ｎｍである、
請求項５に記載の調製方法。

【請求項8】

ステップ（２）に記載のイオン注入に用いられるイオンは、水素イオンおよび／またはヘリウムイオンを含み、
前記イオン注入の深さは５μｍ以下であり、
ステップ（２）に記載のレーザー照射に用いられるレーザーはパルスレーザーを含み、
前記パルスレーザーは、固体レーザーまたはファイバレーザーを含み、
ステップ（２）に記載のレーザー照射のパルス幅は１００～３００ｆｓであり、
ステップ（２）に記載のレーザー照射の深さは１５０μｍ以下である、
請求項５に記載の調製方法。

【請求項9】

ステップ（２）に記載の結合の後に、結合界面層を取得し、
ステップ（２）に記載の結合の前に、結合待ち表面に対する前処理過程を更に含み、
前記前処理過程は、順次行われる研削および研磨を含み、
前記研磨後の結合待ち表面の粗度は０．０５～０．５ｎｍである、
請求項５に記載の調製方法。

【請求項10】

ステップ（２）に記載の応力を加える方式は、熱処理または機械的分離を含み、
ステップ（２）に記載の応力を加える方式が熱処理である場合、熱処理の温度は７００～１３００℃であり、
ステップ（３）に記載の熱処理の温度は１５００～１９００℃であり、
ステップ（３）に記載の熱処理の時間は１０～１００００ｓである、
請求項５に記載の調製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、半導体材料の技術分野に関し、例えば、炭化珪素基板、特に、複合炭化珪素基板およびその調製方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素単結晶で作製されたデバイスは、耐高温、耐高圧、高周波、大電力、耐放射線、高効率等の利点を有し、ＲＦ、新エネルギー等の分野で重要な応用価値を持っている。

【0003】

炭化珪素単結晶基板の通常の製造方法は、物理気相輸送法で炭化珪素単結晶を成長させ、炭化珪素単結晶のインゴットを取得する工程と、インゴットの外周を加工して必要な直径および表面品質を取得してから、インゴットをスライスに切り、スライスを必要な厚さおよび平坦度に研削、研磨し、最終的な炭化珪素単結晶基板を取得する工程とを含む。物理気相輸送法で炭化珪素単結晶を成長させる効率が低いため、単一の炭化珪素単結晶基板のコストは高い。

【0004】

炭化珪素基板のコストを低減するために、当業者は、具体的に、価格が低い支持基板に１層の単結晶炭化珪素薄層を結合する複合基板構造を提出する。この態様は、単結晶炭化珪素薄層と支持基板との間に結合層を形成し、結合層の存在は、基板の垂直導電に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0005】

結合界面の抵抗を軽減または除去するために、関連学者は、結合前に、２つの結合待ち表面に対してイオン注入を行って結合待ち表面付近のドープ濃度を高めてから、結合することを提出する。この態様は、結合界面の抵抗を効果的に低減することができるが、イオン注入工程を何度も行う必要があり、調製プロセスは複雑となる。

【0006】

以上をまとめ、結合界面の抵抗を軽減または除去することができ、調製プロセスが簡単かつ効率的な複合基板を提供することは、既に当分野で早急に解決すべき課題の１つとなっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

以下は、本稿を詳細に説明する主題についての概要である。本概要は、特許請求の範囲を制限するものではない。

【0008】

本願は、複合炭化珪素基板およびその調製方法を提供し、前記複合炭化珪素基板は、結合界面の抵抗を軽減または除去することができ、調製方法が簡便かつ効率的であり、制御性に優れている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

態様１において、本願は、
単結晶炭化珪素層および炭化珪素支持層を含み、
前記単結晶炭化珪素層と炭化珪素支持層との間に第１ドープ炭化珪素層が設けられ、
前記第１ドープ炭化珪素層と単結晶炭化珪素層との間に結合界面層が設けられ、
前記第１ドープ炭化珪素層のドープ濃度は１×１０^１９／ｃｍ^２以上であり、例えば、１×１０^１９／ｃｍ^２、５×１０^１９／ｃｍ^２、１×１０^２０／ｃｍ^２、４×１０^２０／ｃｍ^２、８×１０^２０／ｃｍ^２または１×１０^２１／ｃｍ^２であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される、
複合炭化珪素基板を提供する。

【0010】

本願に係る複合炭化珪素基板は、ドープ炭化珪素層を増加することにより、結合界面層の抵抗を更に軽減または除去し、該基板で製造された半導体デバイスの界面の導通損失および発熱を減少する。

【0011】

本願に係る第１ドープ炭化珪素層のドープ濃度は１×１０^１９／ｃｍ^２以上であり、ドープ濃度が低すぎると、第１ドープ層は、結合界面層の抵抗を効果的に軽減または除去することができない。

【0012】

本願に係る単結晶炭化珪素層は高品質の炭化珪素層であり、前記炭化珪素支持層は低品質の炭化珪素層であり、前記高品質と低品質との区別は、炭化珪素結晶におけるマイクロパイプ、転位、炭素被覆等の欠陥密度であり、高品質の炭化珪素層中の欠陥密度は低品質の炭化珪素層よりも小さい。前記炭化珪素支持層は多結晶であってもよい。低品質の炭化珪素層を採用することにより、品質を著しく低減させることなく、複合基板のトータルコストを低減することができる。

【0013】

本願の好ましい技術案として、前記炭化珪素支持層の単結晶炭化珪素層から遠い側に第２ドープ炭化珪素層が設けられる。

【0014】

本願に係る炭化珪素支持層の２つの対向面の表面には、いずれもドープ炭化珪素層が堆積されることが可能である。対向する２つの表面（正面および裏面）にドープ炭化珪素層を同時に堆積することにより、堆積過程における基板の歪みを減少することができ、且つ、最終的な複合基板の炭化珪素支持層の裏面に１層のドープ炭化珪素層が存在し、その上で製造された裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を更に低減することができる。

【0015】

一実施形態において、前記炭化珪素支持層と第１ドープ炭化珪素層および／または第２ドープ炭化珪素層との間に粗面化界面層が設けられる。

【0016】

本願に係る粗面化界面層は、複合基板のエピタキシャル成長過程における応力を吸収し、エピタキシャル成長における複合基板の歪みを減少し、エピタキシャル層の品質を向上させることができる。

【0017】

一実施形態において、前記粗面化界面層の形状は起伏状および／または波状を含む。

【0018】

一実施形態において、前記粗面化界面層の起伏高さは３～５００ｎｍであり、例えば、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍまたは５００ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0019】

一実施形態において、前記単結晶炭化珪素層の厚さは０．１～１０μｍであり、例えば、０．１μｍ、１μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍ、８μｍまたは１０μｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0020】

一実施形態において、前記結合界面層の厚さは０．５～５ｎｍであり、例えば、０．５ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍまたは５ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0021】

一実施形態において、前記炭化珪素支持層の厚さは２００～１０００μｍであり、例えば、２００μｍ、４００μｍ、６００μｍ、８００μｍまたは１０００μｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0022】

一実施形態において、前記第１ドープ炭化珪素層の厚さは５～５００００ｎｍであり、例えば、５ｎｍ、１００ｎｍ、１０００ｎｍ、１００００ｎｍ、２００００ｎｍ、３００００ｎｍ、４００００ｎｍまたは５００００ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0023】

一実施形態において、前記第２ドープ炭化珪素層の厚さは５～５００００ｎｍであり、例えば、５ｎｍ、１００ｎｍ、１０００ｎｍ、１００００ｎｍ、２００００ｎｍ、３００００ｎｍ、４００００ｎｍまたは５００００ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0024】

本願は、前記複合基板における各層の厚さに対していずれも制限がある。

【0025】

単結晶炭化珪素層の厚さが０．１μｍよりも低い場合、厚さが小さすぎると、厚さ均一性の制御の困難性およびコストが増加し、単結晶炭化珪素層の厚さが１０μｍよりも大きい場合、厚さが大きすぎると、高品質の単結晶材料の使用量が増加し、コストが増加する。

【0026】

結合界面層の厚さが０．５ｎｍよりも小さい場合、厚さが小さすぎると、製造の困難性およびコストが増加し、結合界面層の厚さが５ｎｍよりも大きい場合、厚さが大きすぎると、結合界面層の抵抗が増加し、該基板で製造された半導体デバイスの性能に影響を及ぼす。

【0027】

炭化珪素支持層の厚さが２００μｍよりも小さい場合、厚さが小さすぎると、支持層は変形しやすくなり、良好な支持作用を果たすことができず、炭化珪素支持層の厚さが１０００μｍよりも大きい場合、厚さが大きすぎると、炭化珪素材料の使用量が増加し、コストが増加する。

【0028】

第１／第２ドープ炭化珪素層の厚さが５ｎｍよりも小さい場合、厚さが小さすぎると、第１ドープ層は結合界面層の抵抗を効果的に軽減または除去することができず、第２ドープ層は裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を効果的に低減することができず、第１／第２ドープ炭化珪素層の厚さが５００００ｎｍよりも大きい場合、厚さが大きすぎると、製造に必要な時間が増加し、コストが増加する。

【0029】

一実施形態において、前記第２ドープ炭化珪素層のドープ濃度は１×１０^１９／ｃｍ^２以上であり、例えば、１×１０^１９／ｃｍ^２、５×１０^１９／ｃｍ^２、１×１０^２０／ｃｍ^２、４×１０^２０／ｃｍ^２、８×１０^２０／ｃｍ^２または１×１０^２１／ｃｍ^２であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0030】

一実施形態において、前記第１ドープ炭化珪素層および第２ドープ炭化珪素層におけるドープ元素は、Ｂ、Ｎ、ＰまたはＡｌのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせを含み、典型的な組み合わせは、ＢとＮとの組み合わせ、ＢとＰとの組み合わせ、ＢとＡｌとの組み合わせ、ＢとＮとＰとの組み合わせ、ＰとＮとＡｌとの組み合わせ、またはＢとＮとＰとＡｌとの組み合わせを含むが、これに制限的なものではない。

【0031】

一実施形態において、前記単結晶炭化珪素層の結晶型は４Ｈ、６Ｈまたは３Ｃのうちのいずれか１種であり、４Ｈであることが好ましい。

【0032】

一実施形態において、前記炭化珪素支持層の結晶型は４Ｈ、６Ｈまたは３Ｃのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせであり、典型的な組み合わせは、４Ｈと６Ｈとの組み合わせ、４Ｈと３Ｃとの組み合わせ、６Ｈと３Ｃとの組み合わせ、または４Ｈと６Ｈと３Ｃとの組み合わせを含むが、これに制限的なものではない。

【0033】

一実施形態において、前記炭化珪素支持層のドープ濃度は１×１０^１７／ｃｍ^２以上であり、例えば、１×１０^１７／ｃｍ^２、３×１０^１７／ｃｍ^２、７×１０^１７／ｃｍ^２、１×１０^１８／ｃｍ^２、５×１０^１８／ｃｍ^２、または９×１０^１８／ｃｍ^２であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0034】

一実施形態において、前記複合炭化珪素基板の直径は２～８インチであり、例えば、２インチ、４インチ、６インチまたは８インチであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0035】

態様２において、本願は、
前記炭化珪素支持層に第１ドープ炭化珪素層を堆積して第１複合層を取得するステップ（１）と、
ステップ（１）で得られた第１複合層とイオン注入またはレーザー照射を経た単結晶炭化珪素層とを互いに結合し、応力を加えた後に複合炭化珪素基板のアセンブリを取得するステップ（２）と、
ステップ（２）で得られた複合炭化珪素基板のアセンブリを熱処理して複合炭化珪素基板を取得するステップ（３）と、を含む、
態様１に記載の複合炭化珪素基板の調製方法を提供する。

【0036】

一実施形態において、ステップ（１）に記載の堆積は、化学気相成長または液相エピタキシャルを含む。

【0037】

本願に係る化学気相成長は、反応ガスを用いて高温の反応室で反応させることで、低品質の炭化珪素基板の表面にハイドープ炭化珪素層を成長させる。反応ガスは、少なくともケイ素源ガス、炭素源ガスおよびドープガスを含み、ケイ素源ガスは、シラン、トリクロロシラン、テトラクロロシランまたはジクロロシランのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせであってもよく、炭素源ガスは、エチレン、プロパンまたはアセチレンのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせであってもよく、ドープガスは、一般的に窒素ガスである。

【0038】

前記液相エピタキシャル法は、以下のとおりである。シリコン含有助溶剤を黒鉛ルツボに入れ、助溶剤を加熱溶融し、黒鉛ルツボ内の炭素を助溶剤に溶解させ、その後、低品質の炭化珪素基板の表面を助溶剤溶液と接触させるか、または浸し込み、炭化珪素基板の表面の過冷却により、炭素は炭化珪素基板の固液界面に析出し、助溶剤内のシリコンと結び合ってハイドープ炭化珪素層を形成する。ドープは、反応室に窒素ガスを通気することで実現してもよいし、助溶剤にＡｌ等の金属元素を加えることで実現してもよい。

【0039】

一実施形態において、ステップ（１）に記載の堆積は、前記炭化珪素支持層の第１ドープ炭化珪素層から遠い側に第２ドープ炭化珪素層を堆積することを更に含む。

【0040】

一実施形態において、ステップ（１）に記載の堆積前に、粗面化処理を更に含む。

【0041】

一実施形態において、前記粗面化処理は、化学エッチングおよび／またはプラズマエッチングを含む。

【0042】

本願に係る化学エッチングはウェットエッチングである。

【0043】

一実施形態において、前記粗面化処理後の表面の起伏高さは３～５００ｎｍであり、例えば、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍまたは５００ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0044】

一実施形態において、ステップ（２）に記載のイオン注入に用いられるイオンは、水素イオンおよび／またはヘリウムイオンを含む。

【0045】

一実施形態において、前記イオン注入の深さは５μｍ以下であり、例えば、５μｍ、４μｍ、３μｍ、２μｍまたは１μｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0046】

一実施形態において、ステップ（２）に記載のレーザー照射に用いられるレーザーはパルスレーザーを含む。

【0047】

一実施形態において、前記パルスレーザーは、固体レーザーまたはファイバレーザーを含む。

【0048】

一実施形態において、ステップ（２）に記載のレーザー照射のパルス幅は１００～３００ｆｓであり、例えば、１００ｆｓ、１４０ｆｓ、１８０ｆｓ、２２０ｆｓ、２６０ｆｓまたは３００ｆｓであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0049】

一実施形態において、ステップ（２）に記載のレーザー照射の深さは１５０μｍ以下であり、例えば、１５０μｍ、１４０μｍ、１３０μｍ、１２０μｍ、１１０μｍまたは１００μｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0050】

イオン注入またはレーザー照射の目的は、単結晶炭化珪素層内のイオン注入またはレーザー照射された表面から一定の深さの位置に弱化層を形成することである。

【0051】

一実施形態において、ステップ（２）に記載の結合の後に、結合界面層を取得する。

【0052】

一実施形態において、ステップ（２）に記載の結合の前に、結合待ち表面に対する前処理過程を更に含む。

【0053】

一実施形態において、前記前処理過程は、順次行われる研削および研磨を含む。

【0054】

一実施形態において、前記研磨後の結合待ち表面の粗度は０．０５～０．５ｎｍであり、例えば、０．０５ｎｍ、０．１ｎｍ、０．２ｎｍ、０．３ｎｍ、０．４ｎｍまたは０．５ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0055】

一実施形態において、ステップ（２）に記載の応力を加える方式は、熱処理または機械的分離を含む。

【0056】

一実施形態において、ステップ（２）に記載の応力を加える方式が熱処理である場合、熱処理の温度は７００～１３００℃であり、例えば、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃または１３００℃であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0057】

応力を加える目的は、単結晶炭化珪素層を前記弱化層に沿って裂開させ、前記単結晶炭化珪素層を回収待ち層と複合炭化珪素基板上の単結晶炭化珪素層との２つの部分に分けることである。

【0058】

一実施形態において、ステップ（３）に記載の熱処理の温度は１５００～１９００℃であり、例えば、１５００℃、１６００℃、１７００℃、１８００℃または１９００℃であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0059】

一実施形態において、ステップ（３）に記載の熱処理の時間は１０～１００００ｓであり、例えば、１０ｓ、１００ｓ、１０００ｓ、５０００ｓまたは１００００ｓであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0060】

ステップ（３）に記載の熱処理の目的は、結合界面層の損傷を修復し、結合界面層に導入された抵抗を減少または除去することである。

【0061】

本願のステップ（３）に記載の熱処理前に、表面のシリコンの昇華、蒸発を防止するために、公知の技術を用いて複合基板の表面に厚さが３０～６００ｎｍの間にある１層の炭素膜またはダイヤモンドライク膜を堆積することができる。

【0062】

本願に係る数値範囲は、上記挙げられた点値を含むだけでなく、挙げられていない上記数値範囲間の任意の点値も含み、紙面の都合と簡明のために、本願では前記範囲に含まれる具体的な点値を網羅的に列挙しない。

【発明の効果】

【0063】

関連技術と比べ、本願は、以下の有益な効果を備える。

【0064】

（１）本願に係る複合炭化珪素基板は、結合界面層の抵抗を効果的に低減または除去することができる。

【0065】

（２）本願に係る複合炭化珪素基板において、前記炭化珪素支持層の２つの対向する表面にドープ炭化珪素層を同時に堆積することにより、堆積過程における基板の歪みを減少することができ、且つ、最終的な複合基板の炭化珪素支持層の裏面に存在する第２ドープ炭化珪素層は、その上で製造された裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を更に低減することができる。

【0066】

（３）本願に係る複合炭化珪素基板における粗面化界面層は、複合基板のエピタキシャル成長過程における応力を吸収し、エピタキシャル成長における複合基板の歪みを減少し、エピタキシャル層の品質を向上させることができる。

【0067】

図面および詳細な説明を閲読して理解してから、他の態様も理解できる。

【図面の簡単な説明】

【0068】

図面は、本稿の技術案に対する更なる理解を提供するためのものであり、明細書の一部を構成し、本願の実施例と共に本稿の技術案を解釈するために用いられ、本稿の技術案を限定するものではない。

【0069】

【図1】本願の実施例１に係る複合炭化珪素基板の構造模式図である。

【図2】本願の実施例２に係る複合炭化珪素基板の構造模式図である。

【図3】本願の実施例１に係る前記複合炭化珪素基板の調製のフローチャートである。

【図4】本願の実施例２に係る前記複合炭化珪素基板の調製のフローチャートである。

【符号の説明】

【0070】

１…炭化珪素支持層；２…第１ドープ炭化珪素層；３…単結晶炭化珪素層；４…第２ドープ炭化珪素層；３００…弱化層；３１…回収待ち層。

【発明を実施するための形態】

【0071】

以下、具体的な実施形態により本願の技術案について更に説明する。当業者であれば、前記実施例は、本願の理解を補助するためのものに過ぎず、本願の具体的な制限と見なされるべきではないことを理解すべきである。

【実施例1】

【0072】

本実施例は、図１に示す複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板は、単結晶炭化珪素層３および炭化珪素支持層１を含んだ。

【0073】

前記単結晶炭化珪素層３と炭化珪素支持層１との間に第１ドープ炭化珪素層２が設けられた。

【0074】

前記第１ドープ炭化珪素層２と単結晶炭化珪素層３との間に結合界面層が設けられた。

【0075】

前記第１ドープ炭化珪素層２のドープ濃度は１．２×１０^２０／ｃｍ^２であった。

【0076】

前記単結晶炭化珪素層の厚さは１．５μｍであり、前記結合界面層の厚さは２ｎｍであり、前記炭化珪素支持層の厚さは３４５μｍであり、前記第１ドープ炭化珪素層の厚さは５μｍであった。

【0077】

前記第１ドープ炭化珪素層内のドープ元素はＮであり、前記単結晶炭化珪素層３の結晶型は４Ｈであり、前記炭化珪素支持層１は多結晶であり、結晶型が３Ｃであった。

【0078】

前記複合炭化珪素基板の直径は６インチであった。

【0079】

前記複合炭化珪素基板の調製方法において、複合炭化珪素基板の調製のフローチャートは、図３に示し、具体的に、以下のステップを含んだ。

【0080】

ステップ（１）前記炭化珪素支持層１に第１ドープ炭化珪素層２を堆積して第１複合層を取得した。
ステップ（２）ステップ（１）で得られた第１複合層とイオン注入を経た単結晶炭化珪素層３とを互いに結合し、応力を加えた後に前記複合炭化珪素基板のアセンブリを取得した。
ステップ（３）ステップ（２）で得られた複合炭化珪素基板のアセンブリに対して１６００℃で１０～１００００ｓの熱処理を行い、前記複合炭化珪素基板を取得した。

【0081】

ここで、ステップ（２）に記載のイオン注入過程において、単結晶炭化珪素層３内に弱化層３００を形成した。応力を加えた後、単結晶炭化珪素層は前記弱化層３００に沿って裂開し、前記単結晶炭化珪素層３を回収待ち層３１と複合炭化珪素基板上の単結晶炭化珪素層との２つの部分に分け、前記イオン注入の深さは１．５μｍであった。

【0082】

前記回収待ち層３１は、回収再利用を行って上記複合基板の調製方法を繰り返すことができる。

【実施例2】

【0083】

本実施例は、図２に示す複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板と実施例１との区別は、
本実施例では、前記炭化珪素支持層１の裏面に第２ドープ炭化珪素層４を堆積し、
前記第２ドープ炭化珪素層４の厚さが５μｍであったことのみである。

【0084】

本実施例に係る複合炭化珪素基板の調製方法と実施例１との区別は、
図４に示すように、本実施例では、ステップ（１）に記載する、前記炭化珪素支持層１に第１ドープ炭化珪素層２を堆積するのを、前記炭化珪素支持層１に第１ドープ炭化珪素層２と第２ドープ炭化珪素層４とを同時に堆積するのに変更し、
前記第２ドープ炭化珪素層が前記炭化珪素支持層１の第１ドープ炭化珪素層２から遠い側に設けられたことのみである。

【実施例3】

【0085】

本実施例は、複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板と実施例１との区別は、
本実施例では、炭化珪素支持層１と第１ドープ炭化珪素層２との間に波状の粗面化界面層を設け、前記粗面化界面層の起伏高さが２００ｎｍであったことのみである。

【0086】

前記複合炭化珪素基板の調製方法と実施例１との区別は、
本実施例では、ステップ（１）に記載の堆積の前に、前記炭化珪素支持層１の堆積待ち表面に対して粗面化処理を行ったことのみである。

【実施例4】

【0087】

本実施例は、複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板と実施例２との区別は、
本実施例では、炭化珪素支持層１と第１ドープ炭化珪素層２および第２ドープ炭化珪素層４との間に、それぞれ独立して波状の粗面化界面層を設け、前記粗面化界面層の起伏高さが２００ｎｍであったことのみである。

【0088】

前記複合炭化珪素基板の調製方法と実施例２との区別は、
本実施例では、ステップ（１）に記載の堆積の前に、前記炭化珪素支持層１の堆積待ち表面に対して粗面化処理を行ったことのみである。

【比較例１】

【0089】

本比較例は、複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板と実施例１との区別は、
本比較例では、第１ドープ炭化珪素層２を省略し、前記炭化珪素支持層の厚さが３５０μｍであったことのみである。

【0090】

前記単結晶炭化珪素層の厚さ、前記結合界面層の厚さは実施例１と同じであった。

【0091】

前記複合炭化珪素基板の調製方法と実施例１との区別は、
本比較例では、ステップ（１）に記載の堆積過程を省略したことのみである。

【0092】

性能テスト：
（１）実施例１～４および比較例１に係る複合炭化珪素基板の界面抵抗を比較した。
前記界面抵抗の測定方法は、以下のとおりである。複合炭化珪素基板の多結晶基板の表面に裏面電極を形成し、単結晶層の表面に直径０．３ｍｍの円形の表面電極を形成した。表面電極と裏面電極との間に電圧Ｖを印加し、対応する電流Ｉを記録し、Ｖ－Ｉ曲線を取得し、抵抗値を算出した。
（２）型面品質を検出し、即ち、ＢＯＷおよびＷＡＲＰ値を検出し、前記ＢＯＷは型面屈曲度であり、前記ＷＡＲＰ値は型面反り量であった。
実施例１～４および比較例１に係る複合基板のエピタキシャル過程における歪み量を比較し、エピタキシャル厚さは１５μｍであった。エピタキシャルの終了後に、エピタキシャル基板の型面を測定し、ＢＯＷおよびＷＡＲＰ値を取得し、エピタキシャル前の値と比較し、変化量絶対値を取得した。

【0093】

本願に係る性能検出の結果は、表１に示すとおりである。

【0094】

【表1】

【0095】

表１を分析し、実施例１～２および比較例１の抵抗値の比較から分かるように、本願に係る複合炭化珪素基板におけるドープ炭化珪素層は、複合基板における結合界面の界面抵抗を効果的に低減するとともに、複合基板の裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を低減することができる。

【0096】

実施例１と実施例３、実施例２と実施例４のＢＯＷおよびＷＡＲＰ変化量絶対値の比較から分かるように、粗面化界面層は、エピタキシャル過程における複合基板の歪みを効果的に減少することができる。

【0097】

以上をまとめ、本願に係る複合炭化珪素基板は、複合基板における結合界面の界面抵抗を軽減または除去し、複合基板の裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を低減し、エピタキシャル過程における複合基板の歪みを減少することができ、調製方法が簡便かつ効率的であり、制御性に優れている。

【0098】

以上に記載されたものは、本願の具体的な実施形態に過ぎないが、本願の保護範囲はこれに限定されるものではなく、当業者として分かるように、当業者が本願に掲げられた技術的範囲内に容易に想到可能な変更または置換は、全て本願の保護範囲および開示範囲内に含まれることを出願人より声明する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、半導体材料の技術分野に関し、例えば、炭化珪素基板、特に、複合炭化珪素基板およびその調製方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素単結晶で作製されたデバイスは、耐高温、耐高圧、高周波、大電力、耐放射線、高効率等の利点を有し、ＲＦ、新エネルギー等の分野で重要な応用価値を持っている。

【0003】

炭化珪素単結晶基板の通常の製造方法は、物理気相輸送法で炭化珪素単結晶を成長させ、炭化珪素単結晶のインゴットを取得する工程と、インゴットの外周を加工して必要な直径および表面品質を取得してから、インゴットをスライスに切り、スライスを必要な厚さおよび平坦度に研削、研磨し、最終的な炭化珪素単結晶基板を取得する工程とを含む。物理気相輸送法で炭化珪素単結晶を成長させる効率が低いため、単一の炭化珪素単結晶基板のコストは高い。

【0004】

炭化珪素基板のコストを低減するために、当業者は、具体的に、価格が低い支持基板に１層の単結晶炭化珪素薄層を結合する複合基板構造を提出する。この態様は、単結晶炭化珪素薄層と支持基板との間に結合層を形成し、結合層の存在は、基板の垂直導電に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0005】

結合界面の抵抗を軽減または除去するために、関連学者は、結合前に、２つの結合待ち表面に対してイオン注入を行って結合待ち表面付近のドープ濃度を高めてから、結合することを提出する。この態様は、結合界面の抵抗を効果的に低減することができるが、イオン注入工程を何度も行う必要があり、調製プロセスは複雑となる。

【0006】

以上をまとめ、結合界面の抵抗を軽減または除去することができ、調製プロセスが簡単かつ効率的な複合基板を提供することは、既に当分野で早急に解決すべき課題の１つとなっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

以下は、本稿を詳細に説明する主題についての概要である。本概要は、特許請求の範囲を制限するものではない。

【0008】

本願は、複合炭化珪素基板およびその調製方法を提供し、前記複合炭化珪素基板は、結合界面の抵抗を軽減または除去することができ、調製方法が簡便かつ効率的であり、制御性に優れている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

態様１において、本願は、
単結晶炭化珪素層および炭化珪素支持層を含み、
前記単結晶炭化珪素層と炭化珪素支持層との間に第１ドープ炭化珪素層が設けられ、
前記第１ドープ炭化珪素層と単結晶炭化珪素層との間に結合界面層が設けられ、
前記第１ドープ炭化珪素層のドープ濃度は１×１０^１９ ／ｃｍ ^３ 以上であり、例えば、１×１０^１９ ／ｃｍ ^３ 、５×１０^１９ ／ｃｍ ^３ 、１×１０^２０ ／ｃｍ ^３ 、４×１０^２０ ／ｃｍ ^３ 、８×１０^２０ ／ｃｍ ^３ または１×１０^２１ ／ｃｍ ^３ であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される、
複合炭化珪素基板を提供する。

【0010】

本願に係る複合炭化珪素基板は、ドープ炭化珪素層を増加することにより、結合界面層の抵抗を更に軽減または除去し、該基板で製造された半導体デバイスの界面の導通損失および発熱を減少する。

【0011】

本願に係る第１ドープ炭化珪素層のドープ濃度は１×１０^１９ ／ｃｍ ^３ 以上であり、ドープ濃度が低すぎると、第１ドープ層は、結合界面層の抵抗を効果的に軽減または除去することができない。

【0012】

本願に係る単結晶炭化珪素層は高品質の炭化珪素層であり、前記炭化珪素支持層は低品質の炭化珪素層であり、前記高品質と低品質との区別は、炭化珪素結晶におけるマイクロパイプ、転位、炭素被覆等の欠陥密度であり、高品質の炭化珪素層中の欠陥密度は低品質の炭化珪素層よりも小さい。前記炭化珪素支持層は多結晶であってもよい。低品質の炭化珪素層を採用することにより、品質を著しく低減させることなく、複合基板のトータルコストを低減することができる。

【0013】

本願の好ましい技術案として、前記炭化珪素支持層の単結晶炭化珪素層から遠い側に第２ドープ炭化珪素層が設けられる。

【0014】

本願に係る炭化珪素支持層の２つの対向面の表面には、いずれもドープ炭化珪素層が堆積されることが可能である。対向する２つの表面（正面および裏面）にドープ炭化珪素層を同時に堆積することにより、堆積過程における基板の歪みを減少することができ、且つ、最終的な複合基板の炭化珪素支持層の裏面に１層のドープ炭化珪素層が存在し、その上で製造された裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を更に低減することができる。

【0015】

一実施形態において、前記炭化珪素支持層と第１ドープ炭化珪素層および／または第２ドープ炭化珪素層との間に粗面化界面層が設けられる。

【0016】

本願に係る粗面化界面層は、複合基板のエピタキシャル成長過程における応力を吸収し、エピタキシャル成長における複合基板の歪みを減少し、エピタキシャル層の品質を向上させることができる。

【0017】

一実施形態において、前記粗面化界面層の形状は起伏状および／または波状を含む。

【0018】

一実施形態において、前記粗面化界面層の起伏高さは３～５００ｎｍであり、例えば、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍまたは５００ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0019】

一実施形態において、前記単結晶炭化珪素層の厚さは０．１～１０μｍであり、例えば、０．１μｍ、１μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍ、８μｍまたは１０μｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0020】

一実施形態において、前記結合界面層の厚さは０．５～５ｎｍであり、例えば、０．５ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍまたは５ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0021】

一実施形態において、前記炭化珪素支持層の厚さは２００～１０００μｍであり、例えば、２００μｍ、４００μｍ、６００μｍ、８００μｍまたは１０００μｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0022】

一実施形態において、前記第１ドープ炭化珪素層の厚さは５～５００００ｎｍであり、例えば、５ｎｍ、１００ｎｍ、１０００ｎｍ、１００００ｎｍ、２００００ｎｍ、３００００ｎｍ、４００００ｎｍまたは５００００ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0023】

一実施形態において、前記第２ドープ炭化珪素層の厚さは５～５００００ｎｍであり、例えば、５ｎｍ、１００ｎｍ、１０００ｎｍ、１００００ｎｍ、２００００ｎｍ、３００００ｎｍ、４００００ｎｍまたは５００００ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0024】

本願は、前記複合基板における各層の厚さに対していずれも制限がある。

【0025】

単結晶炭化珪素層の厚さが０．１μｍよりも低い場合、厚さが小さすぎると、厚さ均一性の制御の困難性およびコストが増加し、単結晶炭化珪素層の厚さが１０μｍよりも大きい場合、厚さが大きすぎると、高品質の単結晶材料の使用量が増加し、コストが増加する。

【0026】

結合界面層の厚さが０．５ｎｍよりも小さい場合、厚さが小さすぎると、製造の困難性およびコストが増加し、結合界面層の厚さが５ｎｍよりも大きい場合、厚さが大きすぎると、結合界面層の抵抗が増加し、該基板で製造された半導体デバイスの性能に影響を及ぼす。

【0027】

炭化珪素支持層の厚さが２００μｍよりも小さい場合、厚さが小さすぎると、支持層は変形しやすくなり、良好な支持作用を果たすことができず、炭化珪素支持層の厚さが１０００μｍよりも大きい場合、厚さが大きすぎると、炭化珪素材料の使用量が増加し、コストが増加する。

【0028】

第１／第２ドープ炭化珪素層の厚さが５ｎｍよりも小さい場合、厚さが小さすぎると、第１ドープ層は結合界面層の抵抗を効果的に軽減または除去することができず、第２ドープ層は裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を効果的に低減することができず、第１／第２ドープ炭化珪素層の厚さが５００００ｎｍよりも大きい場合、厚さが大きすぎると、製造に必要な時間が増加し、コストが増加する。

【0029】

一実施形態において、前記第２ドープ炭化珪素層のドープ濃度は１×１０^１９ ／ｃｍ ^３ 以上であり、例えば、１×１０^１９ ／ｃｍ ^３ 、５×１０^１９ ／ｃｍ ^３ 、１×１０^２０ ／ｃｍ ^３ 、４×１０^２０ ／ｃｍ ^３ 、８×１０^２０ ／ｃｍ ^３ または１×１０^２１ ／ｃｍ ^３ であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0030】

一実施形態において、前記第１ドープ炭化珪素層および第２ドープ炭化珪素層におけるドープ元素は、Ｂ、Ｎ、ＰまたはＡｌのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせを含み、典型的な組み合わせは、ＢとＮとの組み合わせ、ＢとＰとの組み合わせ、ＢとＡｌとの組み合わせ、ＢとＮとＰとの組み合わせ、ＰとＮとＡｌとの組み合わせ、またはＢとＮとＰとＡｌとの組み合わせを含むが、これに制限的なものではない。

【0031】

一実施形態において、前記単結晶炭化珪素層の結晶型は４Ｈ、６Ｈまたは３Ｃのうちのいずれか１種であり、４Ｈであることが好ましい。

【0032】

一実施形態において、前記炭化珪素支持層の結晶型は４Ｈ、６Ｈまたは３Ｃのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせであり、典型的な組み合わせは、４Ｈと６Ｈとの組み合わせ、４Ｈと３Ｃとの組み合わせ、６Ｈと３Ｃとの組み合わせ、または４Ｈと６Ｈと３Ｃとの組み合わせを含むが、これに制限的なものではない。

【0033】

一実施形態において、前記炭化珪素支持層のドープ濃度は１×１０^１７ ／ｃｍ ^３ 以上であり、例えば、１×１０^１７ ／ｃｍ ^３ 、３×１０^１７ ／ｃｍ ^３ 、７×１０^１７ ／ｃｍ ^３ 、１×１０^１８ ／ｃｍ ^３ 、５×１０^１８ ／ｃｍ ^３ 、または９×１０^１８ ／ｃｍ ^３ であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0034】

一実施形態において、前記複合炭化珪素基板の直径は２～８インチであり、例えば、２インチ、４インチ、６インチまたは８インチであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0035】

態様２において、本願は、
前記炭化珪素支持層に第１ドープ炭化珪素層を堆積して第１複合層を取得するステップ（１）と、
ステップ（１）で得られた第１複合層とイオン注入またはレーザー照射を経た単結晶炭化珪素層とを互いに結合し、応力を加えた後に複合炭化珪素基板のアセンブリを取得するステップ（２）と、
ステップ（２）で得られた複合炭化珪素基板のアセンブリを熱処理して複合炭化珪素基板を取得するステップ（３）と、を含む、
態様１に記載の複合炭化珪素基板の調製方法を提供する。

【0036】

一実施形態において、ステップ（１）に記載の堆積は、化学気相成長または液相エピタキシャルを含む。

【0037】

本願に係る化学気相成長は、反応ガスを用いて高温の反応室で反応させることで、低品質の炭化珪素基板の表面にハイドープ炭化珪素層を成長させる。反応ガスは、少なくともケイ素源ガス、炭素源ガスおよびドープガスを含み、ケイ素源ガスは、シラン、トリクロロシラン、テトラクロロシランまたはジクロロシランのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせであってもよく、炭素源ガスは、エチレン、プロパンまたはアセチレンのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせであってもよく、ドープガスは、一般的に窒素ガスである。

【0038】

前記液相エピタキシャル法は、以下のとおりである。シリコン含有助溶剤を黒鉛ルツボに入れ、助溶剤を加熱溶融し、黒鉛ルツボ内の炭素を助溶剤に溶解させ、その後、低品質の炭化珪素基板の表面を助溶剤溶液と接触させるか、または浸し込み、炭化珪素基板の表面の過冷却により、炭素は炭化珪素基板の固液界面に析出し、助溶剤内のシリコンと結び合ってハイドープ炭化珪素層を形成する。ドープは、反応室に窒素ガスを通気することで実現してもよいし、助溶剤にＡｌ等の金属元素を加えることで実現してもよい。

【0039】

一実施形態において、ステップ（１）に記載の堆積は、前記炭化珪素支持層の第１ドープ炭化珪素層から遠い側に第２ドープ炭化珪素層を堆積することを更に含む。

【0040】

一実施形態において、ステップ（１）に記載の堆積前に、粗面化処理を更に含む。

【0041】

一実施形態において、前記粗面化処理は、化学エッチングおよび／またはプラズマエッチングを含む。

【0042】

本願に係る化学エッチングはウェットエッチングである。

【0043】

一実施形態において、前記粗面化処理後の表面の起伏高さは３～５００ｎｍであり、例えば、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍまたは５００ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0044】

一実施形態において、ステップ（２）に記載のイオン注入に用いられるイオンは、水素イオンおよび／またはヘリウムイオンを含む。

【0045】

一実施形態において、前記イオン注入の深さは５μｍ以下であり、例えば、５μｍ、４μｍ、３μｍ、２μｍまたは１μｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0046】

一実施形態において、ステップ（２）に記載のレーザー照射に用いられるレーザーはパルスレーザーを含む。

【0047】

一実施形態において、前記パルスレーザーは、固体レーザーまたはファイバレーザーを含む。

【0048】

一実施形態において、ステップ（２）に記載のレーザー照射のパルス幅は１００～３００ｆｓであり、例えば、１００ｆｓ、１４０ｆｓ、１８０ｆｓ、２２０ｆｓ、２６０ｆｓまたは３００ｆｓであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0049】

一実施形態において、ステップ（２）に記載のレーザー照射の深さは１５０μｍ以下であり、例えば、１５０μｍ、１４０μｍ、１３０μｍ、１２０μｍ、１１０μｍまたは１００μｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0050】

イオン注入またはレーザー照射の目的は、単結晶炭化珪素層内のイオン注入またはレーザー照射された表面から一定の深さの位置に弱化層を形成することである。

【0051】

一実施形態において、ステップ（２）に記載の結合の後に、結合界面層を取得する。

【0052】

一実施形態において、ステップ（２）に記載の結合の前に、結合待ち表面に対する前処理過程を更に含む。

【0053】

一実施形態において、前記前処理過程は、順次行われる研削および研磨を含む。

【0054】

一実施形態において、前記研磨後の結合待ち表面の粗度は０．０５～０．５ｎｍであり、例えば、０．０５ｎｍ、０．１ｎｍ、０．２ｎｍ、０．３ｎｍ、０．４ｎｍまたは０．５ｎｍであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0055】

一実施形態において、ステップ（２）に記載の応力を加える方式は、熱処理または機械的分離を含む。

【0056】

一実施形態において、ステップ（２）に記載の応力を加える方式が熱処理である場合、熱処理の温度は７００～１３００℃であり、例えば、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃または１３００℃であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0057】

応力を加える目的は、単結晶炭化珪素層を前記弱化層に沿って裂開させ、前記単結晶炭化珪素層を回収待ち層と複合炭化珪素基板上の単結晶炭化珪素層との２つの部分に分けることである。

【0058】

一実施形態において、ステップ（３）に記載の熱処理の温度は１５００～１９００℃であり、例えば、１５００℃、１６００℃、１７００℃、１８００℃または１９００℃であってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0059】

一実施形態において、ステップ（３）に記載の熱処理の時間は１０～１００００ｓであり、例えば、１０ｓ、１００ｓ、１０００ｓ、５０００ｓまたは１００００ｓであってもよいが、列挙された数値に限定されず、数値範囲内の他の列挙されていない数値も同様に適用される。

【0060】

ステップ（３）に記載の熱処理の目的は、結合界面層の損傷を修復し、結合界面層に導入された抵抗を減少または除去することである。

【0061】

本願のステップ（３）に記載の熱処理前に、表面のシリコンの昇華、蒸発を防止するために、公知の技術を用いて複合基板の表面に厚さが３０～６００ｎｍの間にある１層の炭素膜またはダイヤモンドライク膜を堆積することができる。

【0062】

本願に係る数値範囲は、上記挙げられた点値を含むだけでなく、挙げられていない上記数値範囲間の任意の点値も含み、紙面の都合と簡明のために、本願では前記範囲に含まれる具体的な点値を網羅的に列挙しない。

【発明の効果】

【0063】

関連技術と比べ、本願は、以下の有益な効果を備える。

【0064】

（１）本願に係る複合炭化珪素基板は、結合界面層の抵抗を効果的に低減または除去することができる。

【0065】

（２）本願に係る複合炭化珪素基板において、前記炭化珪素支持層の２つの対向する表面にドープ炭化珪素層を同時に堆積することにより、堆積過程における基板の歪みを減少することができ、且つ、最終的な複合基板の炭化珪素支持層の裏面に存在する第２ドープ炭化珪素層は、その上で製造された裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を更に低減することができる。

【0066】

（３）本願に係る複合炭化珪素基板における粗面化界面層は、複合基板のエピタキシャル成長過程における応力を吸収し、エピタキシャル成長における複合基板の歪みを減少し、エピタキシャル層の品質を向上させることができる。

【0067】

図面および詳細な説明を閲読して理解してから、他の態様も理解できる。

【図面の簡単な説明】

【0068】

図面は、本稿の技術案に対する更なる理解を提供するためのものであり、明細書の一部を構成し、本願の実施例と共に本稿の技術案を解釈するために用いられ、本稿の技術案を限定するものではない。

【0069】

【図1】本願の実施例１に係る複合炭化珪素基板の構造模式図である。

【図2】本願の実施例２に係る複合炭化珪素基板の構造模式図である。

【図3】本願の実施例１に係る前記複合炭化珪素基板の調製のフローチャートである。

【図4】本願の実施例２に係る前記複合炭化珪素基板の調製のフローチャートである。

【符号の説明】

【0070】

１…炭化珪素支持層；２…第１ドープ炭化珪素層；３…単結晶炭化珪素層；４…第２ドープ炭化珪素層；３００…弱化層；３１…回収待ち層。

【発明を実施するための形態】

【0071】

以下、具体的な実施形態により本願の技術案について更に説明する。当業者であれば、前記実施例は、本願の理解を補助するためのものに過ぎず、本願の具体的な制限と見なされるべきではないことを理解すべきである。

【実施例1】

【0072】

本実施例は、図１に示す複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板は、単結晶炭化珪素層３および炭化珪素支持層１を含んだ。

【0073】

前記単結晶炭化珪素層３と炭化珪素支持層１との間に第１ドープ炭化珪素層２が設けられた。

【0074】

前記第１ドープ炭化珪素層２と単結晶炭化珪素層３との間に結合界面層が設けられた。

【0075】

前記第１ドープ炭化珪素層２のドープ濃度は１．２×１０^２０ ／ｃｍ ^３ であった。

【0076】

前記単結晶炭化珪素層の厚さは１．５μｍであり、前記結合界面層の厚さは２ｎｍであり、前記炭化珪素支持層の厚さは３４５μｍであり、前記第１ドープ炭化珪素層の厚さは５μｍであった。

【0077】

前記第１ドープ炭化珪素層内のドープ元素はＮであり、前記単結晶炭化珪素層３の結晶型は４Ｈであり、前記炭化珪素支持層１は多結晶であり、結晶型が３Ｃであった。

【0078】

前記複合炭化珪素基板の直径は６インチであった。

【0079】

前記複合炭化珪素基板の調製方法において、複合炭化珪素基板の調製のフローチャートは、図３に示し、具体的に、以下のステップを含んだ。

【0080】

ステップ（１）前記炭化珪素支持層１に第１ドープ炭化珪素層２を堆積して第１複合層を取得した。
ステップ（２）ステップ（１）で得られた第１複合層とイオン注入を経た単結晶炭化珪素層３とを互いに結合し、応力を加えた後に前記複合炭化珪素基板のアセンブリを取得した。
ステップ（３）ステップ（２）で得られた複合炭化珪素基板のアセンブリに対して１６００℃で１０～１００００ｓの熱処理を行い、前記複合炭化珪素基板を取得した。

【0081】

ここで、ステップ（２）に記載のイオン注入過程において、単結晶炭化珪素層３内に弱化層３００を形成した。応力を加えた後、単結晶炭化珪素層は前記弱化層３００に沿って裂開し、前記単結晶炭化珪素層３を回収待ち層３１と複合炭化珪素基板上の単結晶炭化珪素層との２つの部分に分け、前記イオン注入の深さは１．５μｍであった。

【0082】

前記回収待ち層３１は、回収再利用を行って上記複合基板の調製方法を繰り返すことができる。

【実施例2】

【0083】

本実施例は、図２に示す複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板と実施例１との区別は、
本実施例では、前記炭化珪素支持層１の裏面に第２ドープ炭化珪素層４を堆積し、
前記第２ドープ炭化珪素層４の厚さが５μｍであったことのみである。

【0084】

本実施例に係る複合炭化珪素基板の調製方法と実施例１との区別は、
図４に示すように、本実施例では、ステップ（１）に記載する、前記炭化珪素支持層１に第１ドープ炭化珪素層２を堆積するのを、前記炭化珪素支持層１に第１ドープ炭化珪素層２と第２ドープ炭化珪素層４とを同時に堆積するのに変更し、
前記第２ドープ炭化珪素層が前記炭化珪素支持層１の第１ドープ炭化珪素層２から遠い側に設けられたことのみである。

【実施例3】

【0085】

本実施例は、複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板と実施例１との区別は、
本実施例では、炭化珪素支持層１と第１ドープ炭化珪素層２との間に波状の粗面化界面層を設け、前記粗面化界面層の起伏高さが２００ｎｍであったことのみである。

【0086】

前記複合炭化珪素基板の調製方法と実施例１との区別は、
本実施例では、ステップ（１）に記載の堆積の前に、前記炭化珪素支持層１の堆積待ち表面に対して粗面化処理を行ったことのみである。

【実施例4】

【0087】

本実施例は、複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板と実施例２との区別は、
本実施例では、炭化珪素支持層１と第１ドープ炭化珪素層２および第２ドープ炭化珪素層４との間に、それぞれ独立して波状の粗面化界面層を設け、前記粗面化界面層の起伏高さが２００ｎｍであったことのみである。

【0088】

前記複合炭化珪素基板の調製方法と実施例２との区別は、
本実施例では、ステップ（１）に記載の堆積の前に、前記炭化珪素支持層１の堆積待ち表面に対して粗面化処理を行ったことのみである。

【比較例１】

【0089】

本比較例は、複合炭化珪素基板を提供し、前記複合炭化珪素基板と実施例１との区別は、
本比較例では、第１ドープ炭化珪素層２を省略し、前記炭化珪素支持層の厚さが３５０μｍであったことのみである。

【0090】

前記単結晶炭化珪素層の厚さ、前記結合界面層の厚さは実施例１と同じであった。

【0091】

前記複合炭化珪素基板の調製方法と実施例１との区別は、
本比較例では、ステップ（１）に記載の堆積過程を省略したことのみである。

【0092】

性能テスト：
（１）実施例１～４および比較例１に係る複合炭化珪素基板の界面抵抗を比較した。
前記界面抵抗の測定方法は、以下のとおりである。複合炭化珪素基板の多結晶基板の表面に裏面電極を形成し、単結晶層の表面に直径０．３ｍｍの円形の表面電極を形成した。表面電極と裏面電極との間に電圧Ｖを印加し、対応する電流Ｉを記録し、Ｖ－Ｉ曲線を取得し、抵抗値を算出した。
（２）型面品質を検出し、即ち、ＢＯＷおよびＷＡＲＰ値を検出し、前記ＢＯＷは型面屈曲度であり、前記ＷＡＲＰ値は型面反り量であった。
実施例１～４および比較例１に係る複合基板のエピタキシャル過程における歪み量を比較し、エピタキシャル厚さは１５μｍであった。エピタキシャルの終了後に、エピタキシャル基板の型面を測定し、ＢＯＷおよびＷＡＲＰ値を取得し、エピタキシャル前の値と比較し、変化量絶対値を取得した。

【0093】

本願に係る性能検出の結果は、表１に示すとおりである。

【0094】

【表1】

【0095】

表１を分析し、実施例１～２および比較例１の抵抗値の比較から分かるように、本願に係る複合炭化珪素基板におけるドープ炭化珪素層は、複合基板における結合界面の界面抵抗を効果的に低減するとともに、複合基板の裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を低減することができる。

【0096】

実施例１と実施例３、実施例２と実施例４のＢＯＷおよびＷＡＲＰ変化量絶対値の比較から分かるように、粗面化界面層は、エピタキシャル過程における複合基板の歪みを効果的に減少することができる。

【0097】

以上をまとめ、本願に係る複合炭化珪素基板は、複合基板における結合界面の界面抵抗を軽減または除去し、複合基板の裏面電極のオーミックコンタクト抵抗を低減し、エピタキシャル過程における複合基板の歪みを減少することができ、調製方法が簡便かつ効率的であり、制御性に優れている。

【0098】

以上に記載されたものは、本願の具体的な実施形態に過ぎないが、本願の保護範囲はこれに限定されるものではなく、当業者として分かるように、当業者が本願に掲げられた技術的範囲内に容易に想到可能な変更または置換は、全て本願の保護範囲および開示範囲内に含まれることを出願人より声明する。

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶炭化珪素層および炭化珪素支持層を含み、
前記単結晶炭化珪素層と炭化珪素支持層との間に第１ドープ炭化珪素層が設けられ、
前記第１ドープ炭化珪素層と単結晶炭化珪素層との間に結合界面層が設けられ、
前記第１ドープ炭化珪素層のドープ濃度は１×１０^１９ ／ｃｍ ^３ 以上である、
複合炭化珪素基板。

【請求項2】

前記炭化珪素支持層の単結晶炭化珪素層から遠い側に第２ドープ炭化珪素層が設けられ、
前記炭化珪素支持層と第１ドープ炭化珪素層および／または第２ドープ炭化珪素層との間に粗面化界面層が設けられ、
前記粗面化界面層の形状は起伏状および／または波状を含み、
前記粗面化界面層の起伏高さは３～５００ｎｍである、
請求項１に記載の複合炭化珪素基板。

【請求項3】

前記単結晶炭化珪素層の厚さは０．１～１０μｍであり、
前記結合界面層の厚さは０．５～５ｎｍであり、
前記炭化珪素支持層の厚さは２００～１０００μｍであり、
前記第１ドープ炭化珪素層の厚さは５～５００００ｎｍであり、
前記第２ドープ炭化珪素層の厚さは５～５００００ｎｍである、
請求項２に記載の複合炭化珪素基板。

【請求項4】

前記第１ドープ炭化珪素層および第２ドープ炭化珪素層のドープ元素は、Ｂ、Ｎ、ＰまたはＡｌのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせを含み、
前記単結晶炭化珪素層の結晶型は４Ｈ、６Ｈまたは３Ｃのうちのいずれか１種であり、
前記炭化珪素支持層の結晶型は４Ｈ、６Ｈまたは３Ｃのうちのいずれか１種または少なくとも２種の組み合わせであり、
前記炭化珪素支持層のドープ濃度は１×１０^１７ ／ｃｍ ^３ 以上であり、
前記複合炭化珪素基板の直径は２～８インチである、
請求項３に記載の複合炭化珪素基板。

【請求項5】

前記炭化珪素支持層に第１ドープ炭化珪素層を堆積して第１複合層を取得するステップ（１）と、
ステップ（１）で得られた第１複合層とイオン注入またはレーザー照射を経た単結晶炭化珪素層とを互いに結合し、応力を加えた後に複合炭化珪素基板のアセンブリを取得するステップ（２）と、
ステップ（２）で得られた複合炭化珪素基板のアセンブリを熱処理して前記複合炭化珪素基板を取得するステップ（３）と、を含む、
請求項１～４のいずれか１項に記載の複合炭化珪素基板の調製方法。

【請求項6】

ステップ（１）に記載の堆積は、化学気相成長または液相エピタキシャルを含み、
ステップ（１）に記載の堆積は、前記炭化珪素支持層の第１ドープ炭化珪素層から遠い側に第２ドープ炭化珪素層を堆積することを更に含む、
請求項５に記載の調製方法。

【請求項7】

ステップ（１）に記載の堆積前に、粗面化処理を更に含み、
前記粗面化処理は、化学エッチングおよび／またはプラズマエッチングを含み、
前記粗面化処理後の表面の起伏高さは３～５００ｎｍである、
請求項５に記載の調製方法。

【請求項8】

ステップ（２）に記載のイオン注入に用いられるイオンは、水素イオンおよび／またはヘリウムイオンを含み、
前記イオン注入の深さは５μｍ以下であり、
ステップ（２）に記載のレーザー照射に用いられるレーザーはパルスレーザーを含み、
前記パルスレーザーは、固体レーザーまたはファイバレーザーを含み、
ステップ（２）に記載のレーザー照射のパルス幅は１００～３００ｆｓであり、
ステップ（２）に記載のレーザー照射の深さは１５０μｍ以下である、
請求項５に記載の調製方法。

【請求項9】

ステップ（２）に記載の結合の後に、結合界面層を取得し、
ステップ（２）に記載の結合の前に、結合待ち表面に対する前処理過程を更に含み、
前記前処理過程は、順次行われる研削および研磨を含み、
前記研磨後の結合待ち表面の粗度は０．０５～０．５ｎｍである、
請求項５に記載の調製方法。

【請求項10】

ステップ（２）に記載の応力を加える方式は、熱処理または機械的分離を含み、
ステップ（２）に記載の応力を加える方式が熱処理である場合、熱処理の温度は７００～１３００℃であり、
ステップ（３）に記載の熱処理の温度は１５００～１９００℃であり、
ステップ（３）に記載の熱処理の時間は１０～１００００ｓである、
請求項５に記載の調製方法。

【国際調査報告】