(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面からイオンを注入して内部にイオン注入層を有する窒化物半導体基板を得る工程であって、前記窒化物半導体基板が前記イオン注入した表面を上側としたときに凸状に反った１０μｍ以上で３００μｍ以下のＷａｒｐを有する形状であり、前記ＷａｒｐがＳＥＭＩ規格のＭＦ１３９０によって評価されるアンクランプ状態での反りを表す工程と、
前記窒化物半導体基板の前記イオン注入した表面と、前記窒化物半導体基板と貼り合わせる支持基板の表面との少なくとも一方に表面活性化処理を施す工程と、
前記窒化物半導体基板の前記イオン注入した表面と前記支持基板の前記表面とを対向して重ね合わせ、１．０ＭＰａ以上で４．０ＭＰａ以下の圧力下で貼り合わせる工程と、
前記窒化物半導体基板を前記イオン注入層に沿って剥離し、前記支持基板上に窒化物半導体薄膜を転写する工程と
を少なくとも含む、窒化物半導体薄膜を支持基板に備えた複合基板の製造方法。
【請求項２】
前記貼り合わせる工程において前記圧力下で貼り合わせながら１００℃以上３００℃以下で熱処理を施すか、または、前記貼り合わせる工程の後であって前記支持基板上に前記窒化物半導体薄膜を転写する工程前に、前記貼り合わせた基板を１００℃以上３００℃以下で熱処理を施す工程を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記貼り合わせる工程における前記圧力が、１秒間以上で６００秒間以下保持される請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記窒化物半導体基板に前記イオンを注入する工程の前に、前記窒化物半導体基板の前記イオンを注入する表面にＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯｘＮｙから選択される膜を形成する工程を含み、前記式中、ｘとｙがそれぞれ０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜１．３を満たす請求項１ないし３のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項５】
前記貼り合わせる工程における前記窒化物半導体基板及び前記支持基板の各貼り合わせ表面の表面粗さＲＭＳが、１ｎｍ以下である請求項１ないし４のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項６】
前記窒化物半導体基板が、ＧａＮ基板またはＡｌＮ基板である請求項１ないし５のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項７】
前記支持基板が、シリコン、サファイア、アルミナ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＳｉＮ及びダイヤモンドからなる群から選択される請求項１ないし６のいずれか一つに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持基板上に半導体層を備えた複合基板において、金属汚染が無く、且つ半導体層の欠陥の少ない複合基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物単結晶半導体、特にＧａＮはバンドギャップが広いことから、青色ＬＥＤへの適用、ハイパワーデバイスへの応用が検討されている。ＧａＮ薄膜は、通常ＧａＮとの格子定数差の小さいサファイア基板上にＧａＮをエピタキシャル成長させることで製造しているが、格子定数のミスマッチにより欠陥が発生する。このような欠陥を生じさせないことを目的として、近年、単結晶ＧａＮ自立基板の開発がなされてきている。ＧａＮ自立基板上にＧａＮを成長させることは、格子定数差が無いため欠陥の低減が期待できる。
【０００３】
しかしながら、単結晶ＧａＮ自立基板は現状コストが高いという問題がある。コストを下げる方策として、例えばＳＯＩやＳＯＳなどにおいて用いられる手法、例えば、単結晶Ｓｉに水素などの軽元素イオンをイオン注入した後にＳｉやサファイアなどの支持基板と貼り合わせてＳｉ薄膜を転写するといった、スマートカット法等をＧａＮ自立基板に適用することが考えられる。この方法を適用することにより、ＧａＮ薄膜転写後のＧａＮ自立基板を再度ＧａＮ薄膜の転写に再利用することができ、コストを下げることが可能である。
【０００４】
そうした例は、例えば特許文献１において、イオン注入したＧａＮ基板をＳｉ基板と貼り合わせ、８００℃以上の熱処理を行うことでＳｉ基板上にＧａＮ薄膜を転写させる記載がなされている。また、非特許文献１、２においては、イオン注入したＧａＮ基板とサファイア基板との貼り合わせの試みが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１０６６０号公報
【非特許文献１】O.Moutanabbir et al. , ECS Transactions 16(8), 251-262(2008)
【非特許文献２】O.Moutanabbir and U.Gosele , Journal of Electronic Materials 39(5), 482-488(2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、熱処理を行うとイオン注入した領域での分離が成されず、ＧａＮ基板がＳｉ基板から剥がれるという問題が頻発した。また、非特許文献１及び２においても特許文献１と同様に、熱処理時に基板が剥がれるという問題があった。すなわち、ＧａＮ基板にイオン注入を行うことでＧａＮ基板の反りが大きくなり、支持基板との貼り合わせがうまく成されず、貼り合わせ後の熱処理によって剥がれが生じてしまうことが述べられている。
上記の対策として、ＧａＮ基板の両面からイオン注入をすることによりＧａＮ基板の反りを改善することが検討されているが、この方法ではサファイア基板全面への薄膜転写は成されず、最大でも直径数ｍｍサイズの転写しか成されていない。また、両面にイオン注入を行うと反りは改善されるが、イオン注入の回数が２倍になるためコストがかかる。基板が剥がれる他の要因として基板の表面粗さについても考えられるが、ＧａＮ基板表面にＳｉＯ２層を設けた場合、その表面粗さは０．２ｎｍ程度と十分貼り合わせが可能なレベルである。そのため、剥がれが生じる原因は反りが大きく、接合後の熱処理によって剥がれが生じるものと推測する。このように、表面粗さ若しくは反りの改善のみでは、支持基板全面へのＧａＮ薄膜の転写を達成することが困難であった。
以上のことから、イオン注入を用いたＧａＮ基板の薄膜転写は、基板面全体における転写が困難であるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らが検討したところ、ＧａＮ基板の片面にのみイオン注入した反りのある状態であっても、ＧａＮ薄膜を支持基板面全体に転写することが可能であることを見出した。すなわち、貼り合わせ前に表面活性化処理を施し一定荷重のもとで貼り合わせを行うことにより接合強度を高め、貼り合わせ後にＧａＮ基板をイオン注入層に沿って剥離して転写する際に貼り合わせの接合界面での剥離が生じる事無く、支持基板面全体にわたってＧａＮ薄膜を転写することが可能となることを見出した。
本発明の一つの態様では、表面からイオンを注入して内部にイオン注入層を有する窒化物半導体基板を得る工程であって、前記窒化物半導体基板が前記イオン注入した表面を上側としたときに凸状に反った１０μｍ以上で３００μｍ以下のＷａｒｐを有する形状である工程と、前記窒化物半導体基板の前記イオン注入した表面と前記窒化物半導体基板と貼り合わせる支持基板の表面との少なくとも一方に表面活性化処理を施す工程と、前記窒化物半導体基板の前記イオン注入した表面と前記支持基板の前記表面とを対向して重ね合わせ、１．０ＭＰａ以上で４．０ＭＰａ以下の圧力下で貼り合わせる工程と、前記窒化物半導体基板を前記イオン注入層に沿って剥離し、前記支持基板上に窒化物半導体薄膜を転写する工程とを少なくとも含む、窒化物半導体薄膜を支持基板に備えた複合基板の製造方法が提供できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、窒化物半導体基板の表面にイオン注入することにより生じる反りのある状態の窒化物半導体基板を用いても、支持基板面全体に窒化物半導体薄膜を転写することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にかかる複合基板の製造工程の一態様を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
転写する窒化物半導体基板としては、ＧａＮ基板やＡｌＮ基板を挙げることができるが、単結晶基板としてサイズの大きい点においてＧａＮ基板が好ましい。以下はＧａＮウェハについて記載する。
ＧａＮ単結晶ウェハにおいて、貼り合わせる面はＧａ面、Ｎ面のいずれの面も用いることができる。しかし、通常デバイスにはＧａ面が用いられるため、貼り合わせ面にはＮ面を用い、転写後に露出する面をＧａ面とすることが好ましい。
【００１１】
ＧａＮウェハの表面は、その表面粗さＲＭＳ（二乗平均平方根、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１）が好ましくは１ｎｍ以下、より好ましくは０．５ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３ｎｍ以下とすることが、もう一方の基板である支持基板との貼り合わせを実現する上で好ましい。さらに、貼り合わせ面にピット等の欠陥があると薄膜転写後にその部分がボイドとなるため、欠陥の無いことが好ましい。
【００１２】
半導体基板の表面を平滑にする手法として、一般的に、ＣＭＰ（化学機械研磨）処理が用いられるが、ＧａＮウェハの表面に直にこの手法を用いて所望の表面粗さＲＭＳや無欠陥を達成することは、現状において容易でなく、歩留まり等が悪くなり、また、コストもかかる。そのため、歩留まり良くＧａＮウェハ表面を所望の表面粗さＲＭＳとし、転写後のボイド発生を抑えるために、ＧａＮウェハの貼り合わせ面となるイオン注入する表面には、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＯｘＮｙ（０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜１．３）から選ばれる膜を設けることが好ましい。この膜の厚さは、好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍ、より好ましくは２０ｎｍ〜５μｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ〜３μｍである。１０ｎｍ未満だと表面粗さＲＭＳを改善する効果が不十分である場合があり、１０μｍを超えると成膜時に剥がれが生じる場合がある。成膜する手段としては、ＡＰ−ＣＶＤ、ＬＰ−ＣＶＤ、ＰＥ−ＣＶＤなどの化学的気相成長法や、電子ビーム蒸着、スパッタリング、または、膜の前駆体を含む溶液をスピンコート、ディップコート、スリットコート等から選ばれる手段で成膜した後に熱処理によって所望の膜に転化する方法などを用いることができる。
【００１３】
上記の成膜後に、膜の緻密化や脱ガス処理のため、好ましくは８００〜１２００℃でアニール処理を行ってもよい。また、成膜後に、その表面粗さＲＭＳを上述した所望の表面粗さＲＭＳとするため、ＣＭＰを行うことが好ましい。ＧａＮウェハ上に形成された膜の表面にＣＭＰを行うことで、歩留まり良く所望の表面粗さＲＭＳを達成することが可能となる。但し、成膜後、またはアニール処理後の表面粗さＲＭＳが好ましくは１ｎｍ以下、より好ましくは０．５ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３ｎｍ以下の場合には、特にＣＭＰを行わなくてもよい。また、アニール処理が表面粗さＲＭＳに影響を与えない場合であれば、ＣＭＰの後に上述したアニール処理を行ってもよい。
【００１４】
ＧａＮウェハ表面に成膜し所望の表面粗さＲＭＳとした後、その表面からイオンを注入し、ＧａＮウェハの内部にイオン注入層を形成する。この際、その表面から所望の深さにイオン注入層を形成できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素イオン（Ｈ＋）または水素分子イオン（Ｈ２＋）を注入する。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜１００ｋｅＶとすることができる。ＨｅイオンやＢイオン等、同じ効果が得られればどのようなイオンでもかまわず、適宜注入エネルギーを選択してよい。イオン注入深さは、所望のドナー薄膜の厚さによるが、通常、５０ｎｍ〜２０００ｎｍとすることができる。
注入イオンとして水素イオン（Ｈ＋）を用いる場合、そのドーズ量は、例えば１．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２〜３．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２であることが好ましい。また、注入イオンとして水素分子イオン（Ｈ２＋）を用いる場合、そのドーズ量は、例えば５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００１５】
イオン注入後のＧａＮウェハは、イオン注入した表面を上側としたときに凸状の反りが発生する。反りの指標としてはＷａｒｐを用いることができる。Ｗａｒｐは、ＳＥＭＩ規格のＭＦ１３９０によって評価されるアンクランプ状態でのウェハの変形（反り）を表すものであり、具体的には、アンクランプ状態における３点基準面とウェハ表面との最大距離及び最小距離の和で表され、例えば、ＦｌａｔＭａｓｔｅｒ２００ＸＲＡ−Ｗａｆｅｒ（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｔｒｏｐｅｌ製）で測定することができる。Ｗａｒｐを用いた場合にウェハの反りは、Ｗａｒｐが３００μｍ以下である事が好ましい。より好ましくは１００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下である。Ｗａｒｐが３００μｍより大きくなると、その後の貼り合わせが困難となる。下限については、元の基板のＷａｒｐ、サイズ、及び水素イオンのドーズ量に依存するが、１０μｍである。反りの大きさの制御は、たとえば注入する水素イオンのドーズ量、基板のサイズ、及び基板の厚さなどにより制御することが可能である。
【００１６】
支持基板は目的及び用途により選択されるが、好ましくは窒化物半導体基板と異なる基板であり、代表的な基板の例としては、シリコン、サファイア、アルミナ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、及びダイヤモンドなどの単結晶あるいは多結晶基板を挙げることができる。多結晶基板については、シリコンなどの基板上に設けた薄膜として用いてもよい。また、これらの支持基板の表面粗さＲＭＳも、上記で説明したＧａＮウェハと同様の貼り合わせが可能なレベルの粗さＲＭＳとすることが好ましい。多結晶基板または多結晶薄膜を用いる場合には、その表面にＳｉＯ2などの膜を上記の方法で成膜し、ＣＭＰを行って表面粗さＲＭＳを小さくすることができる。
【００１７】
ＧａＮウェハと支持基板との貼り合わせにおいては、貼り合わせる前にＧａＮウェハと支持基板との少なくともいずれか一方の貼り合わせ面について表面活性化処理を施し、その後、加圧することによって貼り合わせして接合が成されることが重要である。
【００１８】
表面活性化処理の方法としては、プラズマ処理、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、イオンビーム処理等が挙げられる。例えば、プラズマで処理をする場合、真空チャンバ中に洗浄した基板を載置し、プラズマ用ガスを減圧下で導入した後、１００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜１０秒程度さらし、表面をプラズマ処理する。プラズマ用ガスとしては、表面を酸化する場合には酸素ガス、酸化しない場合には水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、又は、これらの混合ガスを用いることができる。プラズマで処理することにより、基板表面の有機物が酸化して除去され、さらに表面のＯＨ基が増加し活性化する。オゾンで処理をする場合は、純水中にオゾンガスを導入し、活性なオゾンで表面を活性化することができ、ＵＶオゾン処理をする場合は、大気もしくは酸素ガスに短波長のＵＶ光（波長１９５  ｎｍ程度）を照射し、活性なオゾンを発生させることで表面を活性化することができる。イオンビーム処理をする場合は、高真空中（＜１×１０−６Ｔｏｒｒ）でＡｒ等のイオンビームを表面に当て、活性度が高いダングリングボンドを露出させることで行うことができる。
この処理は、ＧａＮウェハのイオン注入した表面、及び、ＧａＮウェハと貼り合わせる支持基板の表面の両方について行うのがより好ましいが、いずれか一方だけ行ってもよい。表面活性化処理をしないと、貼り合わせ面での接合力が弱く、熱処理時に基板間の剥がれが生じＧａＮ薄膜の転写はほとんど生じない。
【００１９】
表面活性化処理後、ＧａＮウェハのイオン注入した表面とＧａＮウェハと貼り合わせる支持基板の表面とを対向して重ね合わせ、加圧下で貼り合わせ接合させる。接合時に加圧が無いと、支持基板面の一部にしかＧａＮ薄膜の転写は生じない。それゆえ、支持基板面全体にわたってＧａＮ薄膜の転写を行うには、表面活性化処理だけでなく加圧も必要となる。
加圧方法としては、静水圧プレス、一軸加圧プレス、加圧ロール、平板プレス、熱プレス等が挙げられる。加圧の圧力は、０．５〜５．０ＭＰａが好ましい。より好ましくは０．７〜４．５ＭＰa、さらに好ましくは１．０〜４．０ＭＰaである。圧力が０．５ＭＰaより低いと支持基板の一部にしか転写せず加圧する効果が小さく、５．０ＭＰａを超えると基板が破損する恐れがある。また、加圧の保持時間は圧力によって異なるが、好ましくは１〜６００秒、より好ましくは１０〜５００秒、さらに好ましくは３０〜４００秒である。加圧時間が１秒より短いと支持基板の一部にしか転写せず加圧する効果が不十分な場合があり、６００秒を超えると支持基板全面に転写はするが、効果は変わらずプロセス時間が長くなる。
【００２０】
貼り合わせた基板は、接合強度の増大のために必要に応じて熱処理を施してもよい。場合によって、貼り合わせる工程において熱プレス機等を用いて圧力下で貼り合わせながら熱処理を施してもよいし、貼り合わせる工程の後であって支持基板上にＧａＮ薄膜を転写する工程前に、貼り合わせた基板に熱処理を施す工程を含んでもよい。
熱処理温度は、好ましくは１００〜３００℃である。熱処理時間は、熱処理温度と材料に応じて決められ、好ましくは１０分〜２４時間の範囲で選択される。熱処理温度が高すぎたり、熱処理時間が長すぎたりすると、ひび割れ、剥離等が発生する恐れがある。場合によって、熱処理は、好ましくはアルゴン、窒素、ヘリウム、またはこれらの混合ガスの存在下で行われることができる。
【００２１】
貼り合わせ工程の後、ＧａＮウェハをイオン注入層に沿って剥離することにより、支持基板上にＧａＮ薄膜の転写を達成することができる。剥離を行う方法として、可視光照射や熱を加えることによる剥離、または機械的衝撃を与えて剥離することが挙げられる。上記の剥離を行う方法は単独で用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。
可視光照射による剥離の場合、ＧａＮウェハの内部に形成されたイオン注入界面近傍がアモルファス化していることによって、可視光の吸収を受けやすく、エネルギーを選択的に受容しやすいという機構によってイオン注入層を脆化させ剥離することが可能である。また、この剥離方法は、機械的剥離よりも簡易であるため好ましい。可視光の光源は、Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｒ（ＲＴＡ）、グリーンレーザー光、又はフラッシュランプ光であることが好ましい。
また、イオン注入層に衝撃を与えて機械的剥離を行う場合、加熱に伴う熱歪、ひび割れ、貼り合わせた面の剥離等が発生するおそれがない。機械的剥離は、一端部から他端部に向かうへき開によるものが好ましい。へき開用部材として、好ましくは楔状の部材、例えば楔（くさび）をイオン注入層（注入界面）に挿入し、楔による変形でへき開を進行させて剥離する方法であってもよい。この方法の使用に際しては、楔が接触する部分での傷やパーティクルの発生や、楔を打ち込むことにより生じるウェハの過大な変形による基板割れの発生を回避するように留意する。イオン注入層に衝撃を与えるためには、例えば、ガスや液体等の流体のジェットを貼り合わせたウェハの側面から連続的又は断続的に吹き付ければよいが、衝撃による機械的剥離が生じる方法であれば特に限定はされない。
このようにして、ＧａＮウェハの表面にイオン注入することにより生じるウェハに反りのある状態でもＧａＮ薄膜を支持基板面全体に転写することが可能となる。
【００２２】
本発明にかかる複合基板の製造工程は、特に限定されるものではないが、その一態様を図１に示す。これによれば、ＧａＮウェハ１の表面にＳｉＯ２膜２を形成し、その表面からイオン３を注入してイオン注入層４を形成する（ａ）。さらに、イオン注入した表面２ａと支持基板であるサファイア基板５の貼り合わせ面５ａにイオンビーム６の照射による表面活性化処理を施し（ｂ及びｃ）、これらの面を対向して重ね合わせ、例えば、２５０℃下で圧力７を印加したまま保持して貼り合わせる（ｄ）。その後、貼り合わせた基板８のイオン注入層４に楔状の治具を挿入し、イオン注入層４に沿ってＧａＮウェハ１ｂを剥離することにより、サファイア基板５上にＧａＮ薄膜１ａが転写した複合基板９を得ることができる（ｅ）。
【実施例】
【００２３】
＜実施例１＞
窒化物半導体基板として、外径２インチ、厚さ３５０μｍの単結晶ＧａＮウェハを用い、そのＮ面側にプラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２を３００ｎｍ堆積し成膜した。ＧａＮウェハのＳｉＯ２膜面側からＨ＋イオンを２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した。イオン注入後のＧａＮウェハはイオン注入面を上側としたときに凸形状であり、Ｗａｒｐは４０μｍであった。なお、ＷａｒｐはＦｌａｔＭａｓｔｅｒ２００ＸＲＡ−Ｗａｆｅｒ装置（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｔｒｏｐｅｌ社製）を用いてアンクランプの状態で測定した。続いて、ＧａＮウェハ上のＳｉＯ２膜の表面にＣＭＰを行い、表面粗さＲＭＳ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１）が０．２ｎｍとなるように調整し、貼り合わせが可能なレベルの粗さＲＭＳとした。
支持基板として上記ＧａＮウェハと同サイズのサファイアウェハを用いた。サファイアウェハ及びＧａＮウェハのＳｉＯ２膜面にイオンビーム照射で表面活性化処理を実施した。その後、表面活性化処理した各面を対向させて重ね合わせ、一軸加圧プレスを用いて４．０ＭＰａの圧力で６０秒保持し、ＧａＮウェハとサファイアウェハとを貼り合わせて接合体を得た。これを２５０℃で熱処理を行った後、楔状の部材を用いて機械的衝撃を加えることでＧａＮウェハの剥離を行い、ＧａＮ薄膜が転写したサファイアウェハを得た。
【００２４】
＜実施例２＞
１．０ＭＰａの圧力で３００秒保持し、ＧａＮウェハとサファイアウェハとを貼り合わせて接合体を得た以外は、実施例１と同様にして、ＧａＮ薄膜が転写したサファイアウェハを得た。
【００２５】
＜実施例３＞
実施例１と同様の条件で、ＧａＮウェハのＮ面側にＳｉＯ２を３００ｎｍ堆積し、ＳｉＯ２膜面側からＨ＋イオンを４．３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した。イオン注入後の基板はイオン注入面を上側としたときに凸形状であり、Ｗａｒｐは２６０μｍであった。続いて、ＧａＮウェハ上のＳｉＯ２膜の表面にＣＭＰを行い、表面粗さＲＭＳが０．２ｎｍとなるように調整し、貼り合わせが可能なレベルの粗さとした。
支持基板としてサファイアウェハを用い、その後の工程においては、加圧時間を１２０秒とした以外は、実施例１と同様にして、ＧａＮ薄膜が転写したサファイアウェハを得た。
【００２６】
＜実施例４＞
支持基板としてシリコンウェハを用いた以外は実施例１と同様にして、ＧａＮ薄膜が転写したシリコンウェハを得た。
【００２７】
＜実施例５＞
実施例１と同様の条件で、ＧａＮウェハのＮ面側にＳｉＮを３００ｎｍ堆積し、ＳｉＮ膜面側からＨ＋イオンを４．３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した。イオン注入後の基板形状はイオン注入面側を上側としたときに凸形状であり、Ｗａｒｐは５０μｍであった。続いて、ＧａＮウェハ上のＳｉＮ膜の表面にＣＭＰを行い、表面粗さＲＭＳが０．２ｎｍとなるように調整し、貼り合わせが可能なレベルの粗さとした。
支持基板としてサファイアウェハを用い、その後の工程は実施例１と同様にして、ＧａＮ薄膜が転写したサファイアウェハを得た。
【００２８】
＜比較例１＞
貼り合わせ時に未加圧の状態で外周部をピンで押すことで接合を行った以外は、実施例１と同様にして、ＧａＮ薄膜が転写したサファイアウェハを得た。
【００２９】
＜比較例２＞
加圧する前に表面活性化処理を行わない以外は、実施例１と同様にして、ＧａＮ薄膜が転写したサファイアウェハを得た。
【００３０】
＜比較例３＞
７．０ＭＰａの圧力で６０秒保持し、ＧａＮウェハとサファイアウェハとを貼り合わせて接合体を得た以外は、実施例１と同様にして、接合を行った。得られた接合体を取り出したところ、サファイア基板にクラックが発生していた。
【００３１】
＜比較例４＞
実施例１と同様の条件で、ＧａＮウェハのＮ面側にＳｉＯ２を３００ｎｍ堆積し、ＳｉＯ２膜面側からＨ＋イオンを５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した。イオン注入後の基板形状はイオン注入面を上側としたときに凸形状であり、Ｗａｒｐは３５０μｍであった。続いて、ＧａＮウェハ上のＳｉＯ２膜の表面にＣＭＰを行い、表面粗さＲＭＳが０．２ｎｍとなるように調整し、貼り合わせが可能なレベルの粗さとした。
サファイアを支持基板として、その後の表面活性化処理、加圧による接合及び熱処理に至る工程は、実施例１と同じ条件で行った。熱処理後の接合体の状態を観察したところ、中心付近のみ転写されており、外周部分には転写されなかった。
【００３２】
上記の実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例４の接合時の条件及び転写結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0006049571.tif 000002
【００３４】
実施例１と比較例１、２を比べると、表面活性化処理又は所定の加圧処理のいずれかが無いとＧａＮ薄膜の転写はうまくいかず、両者の処理を用いることによって初めてウェハ面全体への転写が可能となった。比較例３では、加圧時の圧力が高すぎることでウェハの損傷が発生した。すなわち、圧力には上限があり、それは５．０ＭＰａ程度である。また、実施例１、３及び比較例４では、ＧａＮウェハのＷａｒｐが異なっており、Ｗａｒｐが大きく成り過ぎると圧力を大きくしても転写しない領域が発生した。このことより、Ｗａｒｐは３００μｍ以下となるように条件を制御する必要がある。
なお、本願の出願当初の特許請求の範囲は以下の通りである。
［請求項１］表面からイオンを注入して内部にイオン注入層を有する窒化物半導体基板を得る工程であって、前記窒化物半導体基板が前記イオン注入した表面を上側としたときに凸状に反った１０〜３００μｍのＷａｒｐを有する形状である工程と、
前記窒化物半導体基板の前記イオン注入した表面と、前記窒化物半導体基板と貼り合わせる支持基板の表面との少なくとも一方に表面活性化処理を施す工程と、
前記窒化物半導体基板の前記イオン注入した表面と前記支持基板の前記表面とを対向して重ね合わせ、０．５〜５．０ＭＰａの圧力下で貼り合わせる工程と、
前記窒化物半導体基板を前記イオン注入層に沿って剥離し、前記支持基板上に窒化物半導体薄膜を転写する工程と
を少なくとも含む、窒化物半導体薄膜を支持基板に備えた複合基板の製造方法。
［請求項２］前記貼り合わせる工程において前記圧力下で貼り合わせながら１００〜３００℃で熱処理を施すか、または、前記貼り合わせる工程の後であって前記支持基板上に前記窒化物半導体薄膜を転写する工程前に、前記貼り合わせた基板を１００〜３００℃で熱処理を施す工程を含む、請求項１に記載の製造方法。
［請求項３］前記貼り合わせる工程における前記圧力が、１〜６００秒間保持される請求項１または２に記載の製造方法。
［請求項４］前記窒化物半導体基板に前記イオンを注入する工程の前に、前記窒化物半導体基板の前記イオンを注入する表面にＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯｘＮｙ（０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜１．３）から選択される膜を形成する工程を含む請求項１〜３のいずれか一つに記載の製造方法。
［請求項５］前記貼り合わせる工程における前記窒化物半導体基板及び前記支持基板の各貼り合わせ表面の表面粗さＲＭＳが、１ｎｍ以下である請求項１〜４のいずれか一つに記載の製造方法。
［請求項６］前記窒化物半導体基板が、ＧａＮ基板またはＡｌＮ基板である請求項１〜５のいずれか一つに記載の製造方法。
［請求項７］前記支持基板が、シリコン、サファイア、アルミナ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＳｉＮ及びダイヤモンドからなる群から選択される請求項１〜６のいずれか一つに記載の製造方法。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＧａＮウェハ
１ａ  ＧａＮ薄膜
１ｂ  剥離後のＧａＮウェハ
２  ＳｉＯ２膜
２ａ  イオン注入した表面
３  イオン
４  イオン注入層
５  サファイア基板（支持基板）
５ａ  貼り合わせ面
６  イオンビーム
７  圧力
８  貼り合わせた基板
９  複合基板
【図１】
0006049571.tif 000003