(57)【要約】  本発明は、エピタキシャル基板、例えば、ＧａＮ，ＳｉＧｅ，ＡｌＮまたはＩｎＮのエピタキシャル基板の製造方法、およびエピタキシャル基板上またはその中に作製された電子デバイスに関する。本発明の目的は、基板の影響を更に軽減することが可能であると同時に経済的に実行可能な、エピタキシャル基板の製造方法を提供することである。この目的は、以下のように達成することが出来る。すなわち、結晶性基板を用意し、原子種を基板に注入して脆性層を作成し、第１の温度で、基板の表面にエピタキシャル補強層を設け、第２の温度範囲で補強層を基板の副層とともに基板の残部から分離させて、これによって、この分離した材料によって、その上にホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層の形成する擬似基板が作成される。【選択図】図１
2007524222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル基板、例えば、ＧａＮ，ＳｉＧｅ，ＡｌＮまたはＩｎＮのエピタキシャル基板の製造方法であって、
結晶性基板（１）を用意するステップと、
原子種、例えば水素イオンおよび／または希ガスを基板（１）に注入して、基板（１）の表面（２）に略平行に基板（１）内部に層状領域（４）を作成し、これによって、基板の残部（１１）と副層（６）との間に脆性界面を画成するステップと、
第１の所定の温度範囲で、基板（１）の副層（６）の表面にヘテロエピタキシャル補強層（７）を成長させるステップと、
第１の温度範囲よりも高温である第２の所定の温度範囲における熱処理により補強層（７）を基板（１）の副層（６）とともに基板の残部（１１）から分離させて、擬似基板（１０）を作成するステップと、
擬似基板（１０）上にホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）を成長させるステップとを備える方法。
【請求項２】
ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）の成長を、第１の所定の温度範囲よりも高温である第３の所定の温度範囲で行う、請求項１記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項３】
補強層（７）を形成する前に注入を行うことを特徴とする、請求項１または２記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項４】
副層（６）の厚さは、最大約５μｍであり、具体的には、最大約２μｍであり、より具体的には最大約１μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項５】
第１の温度範囲は、ほぼ室温〜９００℃であり、より具体的にはほぼ室温〜８００℃であり、第２の温度範囲は、９００℃より高い値〜約１１００℃であり、および／または第３の温度範囲は、９００℃より高い温度からスタートするようにしたことを特徴とする、請求項１〜４のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項６】
注入前に、犠牲層（１５）、例えば、薄い二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層を基板（１）の表面（２）に施し、この犠牲層（１５）を介して注入を行うことを特徴とする、請求項１〜５のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項７】
補強層（７）を作成する前に犠牲層（１５）を除去することを特徴とする、請求項６記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項８】
補強層（７）をデポジションにより付着する、具体的にはエピタキシャル付着、より具体的には分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）またはスパッタリングによって付着することを特徴とする、請求項１〜７のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項９】
補強層（７）を、擬似基板（１０）の自立特性を得るのに十分な厚さに成長させ、具体的には約５μｍ〜５０μｍの範囲の厚さ、より具体的には約１０μｍ〜４０μｍの範囲の厚さに成長させることを特徴とする、請求項１〜８のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１０】
補強層（７）を作成する前に、例えば、ＨＦエッチング、プラズマエッチングまたはＳｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ１（ＳＣ１）およびＳｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ２（ＳＣ２）によって、基板（１）の表面（２）に前処理を行うことを特徴とする、請求項１〜９のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１１】
補強層（７）に加えて、少なくとも１つの付加的な層を、補強層の頂部上、または基板（１）と補強層（７）との間に設けることを特徴とする、請求項１〜１０のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１２】
少なくとも２つの付加的な層を基板頂部に設けて変更された基板を作成し、少なくとも１つの付加的な層を原子種の注入の前に設けることを特徴とする、請求項１１記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１３】
原子種の注入の前に設けられた、変更された基板の少なくとも１つの付加的な層に原子種を注入し、これによって、この少なくとも１つの付加的な層の内部に、その表面に略平行に層状領域を形成し、これによって、脆性界面を画成することを特徴とする、請求項１２記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１４】
擬似基板（１０）の分離の後に、例えば、ＣＭＰによって基板の残部（１１）の表面（１３）を研磨し、これを、後続の擬似基板（１０）作成プロセスの基板（１）として再利用することを特徴とする、請求項１〜１３のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１５】
基板（１）が、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ガリウム砒素、リン化インジウム（ＩｎＰ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）からなる群のうちの１つの材料からなることを特徴とする、請求項１〜１４のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１６】
ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）がホモエピタキシャル成長モードで成長するように、エピタキシャル補強層（７）を、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）と同じ材料から成るようにしたことを特徴とする、請求項１〜１５のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１７】
ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）がヘテロエピタキシャル成長モードで成長するように、補強層（７）の結晶構造および熱膨張係数が、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）のそれと同様のものであるようにしたことを特徴とする、請求項１〜１５のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１８】
窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ），リン化インジウム（ＩｎＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）またはこれらの材料からなる合金（例えば、ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ）からなる群のうちの１つまたは複数の材料から補強層（７）を作成することを特徴とする、請求項１〜１７のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１９】
基板（１）とＧａＮ等の補強層（７）との間の付加的な層は、バッファ層であり、このバッファ層は、ＡｌＮ，ＧａＮ，ＡｌＧａＮおよびこれらを組み合わせた材料からなる群のうちの１つまたは複数の材料から成るようにしたことを特徴とする、請求項１０〜１８のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項２０】
擬似基板（１０）の裏面（１３）は、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）を受容しない面であるとともに分離により形成される面であり、この裏面の粗さは、約２０〜２００オングストロームＲＭＳ、具体的には約２０〜１５０オングストロームＲＭＳ、より具体的には約２０〜１００オングストロームＲＭＳであることを特徴とする、請求項１〜１９のうちの少なくとも１項記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のうちの少なくとも１項記載の方法により製造されたエピタキシャル基板（１４）上またはその中に作製された電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル基板、例えば、ＧａＮ，ＳｉＧｅ，ＡｌＮまたはＩｎＮのエピタキシャル基板の製造方法、およびエピタキシャル基板上またはその中に作製された電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシーは、ある材料の結晶層を、結晶である基板上に付着するプロセスである。エピタキシャル成長の特徴は、基板の結晶構造が、成長する材料のエピタキシャル層に再現されることである。従って、通常、基板の欠陥もまた、エピタキシャル層中に再現される。このようなエピタキシャル層は、通常、エレクトロニクスのアプリケーションまたはオプトエレクトロニクスのアプリケーションに適用される。特に興味深いものとしては、例えば、窒化ガリウムエピタキシャル層が挙げられ、これらは、バンドギャップが大きいことから、青色、紫色または紫外線のレーザーダイオードに利用される。
【０００３】
エピタキシャル技術は、基本的に、２つの種類に分けられる。まず、第一に、ホモエピタキシーが挙げられ、この場合は、成長する材料が基板と同じ性質を有する。このことは、これらの結晶学的構造および化学的性質が実質的に同じであることを意味する。産業における利用例としては、シリコン基板上におけるシリコンのホモエピタキシーやガリウム砒素基板上におけるガリウム砒素のエピタキシャル成長などが挙げられる。
【０００４】
さらに興味深いものとしては、ヘテロエピタキシーが挙げられ、この場合は、成長される膜が、異なる性質の基板上に成長される。これは、所望の材料を結晶性基板という形態では入手出来ない場合に特に重要である。ヘテロエピタキシーには、２つの固有の問題がある。つまり、２つの材料の結晶構造が異なることおよびこれらの熱膨張係数が異なることである。これらの違いによって、膜内部に応力が生じ、結果として、転位のような欠陥が生じる。
【０００５】
エピタキシャル層の質を不十分なものにする上述した問題に加えて、以下の問題がある。つまり、基板の本質的な性質に起因して、エピタキシャル層の特殊な性質を用いるデバイスのアプリケーションに、基板を完全に適合させることができない可能性がある。例えば、炭化シリコン上に窒化ガリウムを成長させると、比較的良質のエピタキシャル成長を達成することができるが、この窒化ガリウムを発光素子として利用する場合、炭化シリコン基板が過度に光を捕獲してしまうため、この炭化シリコン基板が好ましくない。
【０００６】
この技術分野では、上述の問題を解決するための幾つかの周知の方法が存在するが、ヘテロエピタキシャル成長のみならずホモエピタキシャル成長を可能にしかつ上述した３つの異なる問題を解決する基板は提案されていない。例えば、米国特許５７５９８９８号には、エピタキシャルシリコンゲルマニウム薄膜をシリコン／絶縁体ウェハ上に良好に成長させること可能であることが記載されており、この場合、このシリコンゲルマニウム層はシリコン薄膜（約１６ｎｍ）上に成長し、そのシリコン薄膜自体は、二酸化シリコン層上に設けられ、その二酸化シリコン層は、シリコンウェハ上に設けられている。このような構造によれば、シリコンゲルマニウム膜をバルクシリコン基板上に直接に成長させる場合と比較して、シリコンゲルマニウム膜中の転位の発生を著しく軽減することが出来る。
【０００７】
他の方法としては、国際公開第９９／３９３７７号パンフレットに記載されたものが挙げられ、この方法では、いわゆるコンプライアント基板をイオン注入により形成する。この方法によれば、イオン注入によって、材料内部に脆弱な層を設け、これと同時に、頂部に非常に薄い膜を形成する。この頂部の層は、脆弱な層を介して部分的に基板から分離されており、成長すべきエピタキシャル層と元の基板の頂部の層との間の結晶構造および熱膨張の不適合若しくはミスフィットを幾分か吸収し、これによって、エピタキシャル層の応力を少なくとも部分的に解放する。
【０００８】
これらの２つの方法によって、上述の問題を幾分かは解消することが出来る。しかし、元の基板の存在に起因して、除去できない悪影響が生じる。元の基板の存在が成長したエピタキシャル層のアプリケーションに適合しない場合、元の基板を除去するための更なるプロセスステップが必要となり、これによって、製造コストが高くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、基板の影響を更に軽減することが可能であると同時に経済的に実行可能な、エピタキシャル基板の形成プロセスを提供することである。この目的は、請求項１の方法により達成することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
擬似基板を基板の残部から分離することによって、上述した問題を大幅に解消することができる。商業的に入手可能な基板が、成長すべきホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層の成長に適合しない場合に、このような不適合性を軽減することができる。得られた擬似基板は、基板の残部から独立しており、これによって、この残部の望ましくない特性の影響をあまり受けない為である。従って、このプロセスにおいて、残留した副層の影響を軽減することが可能であり、従って、副層は重要な役割を果たさない。
【００１１】
基板と所望のエピタキシャル層との間の結晶学的構造の不適合性および熱膨張係数の差の問題に関しては、本発明による擬似基板の作成が有効である。というのは、基板頂部に設けられた補強層自体がヘテロエピタキシャル法により既に成長されているからである。このことは、基板材料および後に得られるエピタキシャル層の特性に依存して、適した材料を補強層に選択することによって、このような不適合性を低減できることを意味する。さらに、擬似基板の頂部に所望のエピタキシャル層を成長させる間に生じ得るひずみを、擬似基板内部で大幅に吸収させることが出来る。従って、本発明の方法による擬似基板の作成は、良質のエピタキシャル層またはエピタキシャル膜の提供に既に貢献するものである。
【００１２】
分離した擬似基板を得るために、補強層の厚さは、擬似基板の自立性を得るのに十分なものである。このことは、擬似基板が、基板の残部から分離するプロセスステップに耐えるのに十分に頑強なものでければならず、つまり適した手段により基板の残部から取り出すことが出来るほど十分に安定したものでなければならないことを意味する。このことは、例えば、更なるプロセスを行うために別の装置内に擬似基板を配置するために必要である。
【００１３】
エピタキシャル基板の結晶の質をさらに改善するために、補強層の成長、分離及びホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層の成長が起こる温度範囲を、以下のことが成り立つように決める。
ａ）  補強層の成長が第１の温度範囲で起こり、この第１の温度範囲は、エピタキシャル成長を達成することが出来ると同時に、脆性界面の変化は起こらないように選択する。脆性界面が変化すると、擬似基板が変形したり破壊したりする可能性がある。
ｂ）  補強層の厚さが十分大きくなると、補強層の成長を停止し、温度を上昇させて脆性界面を更に弱めて分離を起こし、擬似基板を形成する。変形例として、熱的エネルギに代えて機械的エネルギを加えることにより、脆性界面での分離を達成することも可能である。
ｃ）  分離後、エピタキシャル層の成長条件が結晶の質改善に最適なものとなるように、温度を選択する。
【００１４】
従って、分離前には、結晶の成長と分離の防止との釣り合いを保つように温度を選択し、分離後には、成長のパラメータのみに温度を適合させることができる。
【００１５】
好適な実施形態によると、エピタキシャル層の成長を、第１の温度範囲よりも高温の第３の温度範囲で行うことが可能である。従って、基板の残部における応力の発生を懸念せずに、エピタキシャル層を得るために最適な成長温度を選択することが可能であり、この最適な成長温度は、補強層の成長温度よりも高温であってもよい。
【００１６】
更に好適な実施形態によると、補強層を形成する前に注入を行う。イオン注入中には、注入されたイオンは基板内部の所望のレベルで結晶構造を破壊するのみならず、このような欠陥は、イオンが通過する層の内部にも導入されることが知られている。このことは、補強層を設けた後にイオン注入を行うと、補強層に欠陥が含まれるようになり、これが、成長すべきエピタキシャル層の質に影響し得ることを意味する。従って、イオン注入を最初に行い、続いて補強層を成長させることが好ましい。
【００１７】
本発明の変形によると、副層の厚さを最大約５μｍ、具体的には、最大約２μｍ、より具体的には、最大約１μｍ以下にすることができる。副層を比較的厚くすることによって、以下のような利点が得られる。つまり、自立した擬似基板を得る際に、補強層の厚さを比較的小さくすることができ、これによって、プロセスを高速化することができる。一方、副層の厚さを比較的小さくすることによって、副層の材料の望ましくない性質（例えば、光学的アプリケーションにおける光の吸収性）を軽減することが可能である。イオンのエネルギを調節することによって、このような副層の厚さの制御を容易に行うことができる。その厚さを、示された値より小さくすることも可能である。ある実施形態によると、擬似基板上にホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層を形成する前に、副層および／または補強層を擬似基板から取り除くことが可能である。
【００１８】
好ましくは、第１の温度範囲を、ほぼ室温から９００℃とすることが可能であり、より具体的にはほぼ室温から８００℃とすることが可能である。第２の温度範囲を、９００℃から約１１００℃とすることが可能であり、および／または第３の温度範囲を、９００℃以上の温度とすることができる。これらの温度では、特にＧａＮの場合に、改善された結晶の質を有するエピタキシャル基板を得ることができる。
【００１９】
更に好適な実施形態によると、注入前に、犠牲層（特に、薄い二酸化シリコン（ＳＩＯ２層））を基板表面に施す。後続のプロセスステップにおいて、このような犠牲層を介して注入が起こる。このようにすることによって、高エネルギのイオン注入中に生じ得る一般的な有機汚染および粒子汚染から基板表面を保護することが出来る。
【００２０】
ある好適な例によると、補強層を設ける前、つまりイオン注入の後に、犠牲層を除去することができる。上述したように、高エネルギのイオン注入により有機汚染が生じる可能性がある。犠牲層を設ける場合、汚染はこの層に固定されるため、この層を後続のステップで除去することにより、このような汚染も取り除くことが出来る。さらに、犠牲層の結晶学的特性または熱膨張係数は、所望の補強層またはエピタキシャル層のエピタキシャル成長に適さなくてもよい。
【００２１】
更なる好適な実施形態によると、付着によって犠牲層を施すことが可能であり、具体的にはエピタキシャル付着、より具体的には分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、有機金属CVD（ＭＯＣＶＤ）、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）またはスパッタリングによって犠牲層を施すことができる。このような方法によって、良質の結晶の補強層を成長させることができ、この補強層の質は、良質のエピタキシャル層を良好に成長させるために重要である。
【００２２】
本発明の他の態様によると、補強層を、擬似基板の自立特性を得るのに十分な厚さに成長させることができる。この厚さは、具体的には約５〜５０μｍの範囲の厚さ、より具体的には約１０〜４０μｍの範囲の厚さである。これらの厚さは、以下の事実に関連する。補強層、最終的には補強層と副層とによって、十分な安定性が擬似基板に与えられ、これによって、その表面が分離ステップ中に変形したり破壊したりしなくなる。
【００２３】
補強層を設ける前に、補強層の質を向上するために、特にＨＦエッチング、プラズマエッチングまたはＳｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ１（ＳＣ１）およびＳｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ２（ＳＣ２）によって、基板の表面に前処理を行うことが可能である。
【００２４】
擬似基板の質を向上する更なる方法として、補強層に加えて少なくとも１つの付加的な層を設けることが出来る。このような付加的な層を、補強層の頂部または基板と補強層との間に設ける。これらの層は、結晶学的構造および熱膨張の残留した差を解消するのに有用である。従って、このような付加的な層を施すことによって、残留応力を更に減少させることができ、これによって、改善されたエピタキシャル膜が得られる。
【００２５】
他の好適な実施形態によると、成長すべきエピタキシャル層の質をさらに改善する為に、少なくとも２つの付加的な層を基板頂部に設け、少なくとも１つの付加的な層を原子種の注入の前に設ける。原子種の注入の前に、第１の層または多層構造のエピタキシーを基板上で行う。続いて、この第１の層または多層構造を、注入ステップ後の補強層の成長の為の核生成層として利用することが出来る。
【００２６】
本発明の更なる変更例によると、原子種の注入の前に設けられた少なくとも１つの付加的な層に原子種を注入し、これによって、この少なくとも１つの付加的な層の内部に、その表面に略平行に層状領域を形成し、これによって、脆性界面が画成される。このことは、分離ステップ後には元の基板からの材料が存在せず、従って、残留応力を更に減少させることができ改善されたエピタキシャル層が得られることを意味する。実際には、この場合、基板の残部が、基板全体と、この少なくとも１つの付加的な層における、脆性界面よりも下部から基板までの部分と、から構成される。
【００２７】
ある好適な例によると、擬似基板の分離の後に、特にＣＭＰ（化学機械的研磨）によって基板の残部の表面を研磨し、これを、後続の擬似基板形成プロセスの基板として再利用する。このことは、結果的に、ある一定の無視できない量の良質の擬似基板を比較的高価な単結晶性基板から形成できることを意味する。
【００２８】
更に好適な実施形態によると、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ガリウム砒素、リン化インジウム（ＩｎＰ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）からなる群のうちの１つの材料から基板を形成する。エピタキシャル成長の為には、これらの基板は、通常は単結晶であり、従って、様々な結晶方向の面を提供することが出来る。これらの基板は、入手が容易であり、かつ様々な特性を有することから、これらの基板によって、それぞれ異なる擬似基板を多数成長させる為の良好な基板を提供することができ、これによって、良好な結晶性質を有するエピタキシャル層を多量に成長させることが可能となる。
【００２９】
他の好適な実施形態によると、成長すべきエピタキシャル層の質を更に向上させるために、エピタキシャル補強層を、成長すべきホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層と同じ材料から形成し、このホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層がホモエピタキシャル成長モードで成長するようにする。このことは、エピタキシャル層と擬似基板との間には、結晶構造および熱膨張係数の差が殆ど存在せず、これによって、良質のエピタキシャル膜が得られることを意味する。
【００３０】
本発明の更なる変更例によると、補強層の結晶構造および／または熱膨張係数を、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層と等しくして、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層をヘテロエピタキシャル成長モードで成長させることが可能である。基板と所望のエピタキシャル膜との間の結晶構造および熱膨張係数の差が過度に大きい場合、補強層の材料として、これらの２つの値の中間の特性を有する材料を選択することが好ましい。このようにすることによって、結晶の質が良好な補強層を得ることができ、これによって、後続の形成ステップにおいて良質のエピタキシャル膜を得ることが出来る。
【００３１】
好適な実施形態によると、窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ），リン化インジウム（ＩｎＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）またはこれらの材料からなる合金（例えば、ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ）からなる群のうちの１つまたは複数の材料から補強層を形成することが可能である。これらの材料は、特に、光電子的アプリケーションおよび電子的アプリケーションに重要なものであり、補強層内部の複数の層という形態で配置することが可能である。
【００３２】
基板と窒化ガリウム等の補強層との間に付加的な層または複数の層を設ける場合、基板および補強層の材料に依存して、ＡｌＮ，ＧａＮ，ＡｌＧａＮまたはこれらを組み合わせた材料からなる群のうちの１つまたは複数の材料からバッファ層を形成することが特に好ましい。これらの材料をバッファ層として利用することによって、最終的に生じる制約を限定することが可能であり、これによって、擬似基板上に成長されるエピタキシャル膜の質を向上することが出来る。これらの材料を、複数の層の形態で配列することが可能である。
【００３３】
本発明の更なる変更例によると、擬似基板の裏面は、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層を受けない面であるとともに分離により形成される面であり、この裏面の粗さは、約２０〜２００オングストロームＲＭＳ、具体的には約２０〜１５０オングストロームＲＭＳ、より具体的には約２０〜１００オングストロームＲＭＳである。このことに起因して、擬似基板は実際には基板の残部から分離されてこの残部の存在による影響を受けないが、擬似基板と基板の残部との間に十分な摩擦が存在することから、擬似基板の位置を基板の残部の頂部で比較的良好に維持することが出来る。従って、同一の付着装置内におけるプロセスによって、擬似基板を特殊な方法（例えばこれを基板ホルダに固定すること）で取り扱うことを必要とせずに、次の層（別のバッファ層または最終的なホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層）の成長を継続して行うことが可能である。
【００３４】
本発明は、さらに、上述したプロセスに従って形成したエピタキシャル基板上またはその内部に形成された電子デバイスに関する。
【００３５】
本発明の特定の実施形態は、以下の詳細な説明および付随の図面からより明確になろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１ａ〜１ｈに示されたプロセスを、例えば、Ｓｍａｒｔ−ｃｕｔ（登録商標）タイプのプロセス製造ライン上で実行することが可能である。
【００３７】
図１ａは、エピタキシャル基板の形成プロセスの起点として働く基板を示す。この基板１は、前面２および裏面３を有する。ホモエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルのアプリケーションのためには、この基板は、通常、結晶からなり、特に、単結晶タイプの基板である。少なくとも１つの面（ここでは前面２）は、その上にエピタキシャル、ホモエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルの層または膜を成長させるためのスタート点として機能するように十分良好に画成されている。通常、この面には、エピタキシーのために、実質的に結晶方向に従って、研磨および前処理が施される。基板１の厳密なサイズはあまり重要ではないが、後に必要となるデバイスに適した十分な大きさのエピタキシャル基板を成長できるように、少なくとも前面２の表面が十分な大きさを有するものでなければならない。該当するものとしては、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ガリウム砒素、リン化インジウムまたはゲルマニウムからなるウェハが挙げられる。これらのウェハは、通常、ディスク形状を有するが、矩形や正方形を有するものでも利用可能である。現在、ディスク状ウェハは、５０．８ミリメートル（２インチ）〜３００ミリメートルまでの直径を有するが、将来的にはより大きな直径を得られることが予測される。
【００３８】
図１ｂには、次のプロセスステップの結果が示される。ガス種、特に水素イオン、を基板１に注入する。この注入は、基板１の前面２を介して行う。このように注入した種によって、基板１の前面２と実質的に平行な弱い層状領域４が形成される。注入した種のエネルギによって、層状領域４の深さ５を調節することが出来る。例えば、炭化シリコンに水素原子を注入する場合、約１００ＫｅＶのエネルギによって、層状領域が約６０００オングストロームの深さに形成される。表面２と層状領域４との間の領域は、副層６を画成している。このイオン注入にＳＭａｒｔ−ｃｕｔ（登録商標）プロセスを適用すると、特に有利である。
【００３９】
図１ｃには、補強層７の付着を行う次の処理ステップの結果が示されている。このプロセスの最初に、補強層７のエピタキシーに適合し得る材料からなる基板１が選択されている。特に、基板１の材料は、ヘテロエピタキシャル成長に適合するものでなければならない。
【００４０】
この第１のエピタキシャル成長ステップでは、補強層を約１〜５０μｍの厚さに成長させる。補強層７の厚さ８と副層６の厚さ５の合計は、自立した擬似基板１０を形成するのに十分なものでなければならない。擬似基板１０が自立しているということは、擬似基板１０を基板の残部（１１）から分離した時点およびそれ以降に補強層７の表面９が劣化しないことを意味する。補強層の一般的な材料としては、窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ），リン化インジウム（ＩｎＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）またはこれらの材料からなる合金（例えば、ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ）が挙げられる。しかし、将来的なアプリケーションでは、他の材料により補強層の機能を得ることが必要となる可能性がある。通常、エピタキシャル成長をもたらすいかなる付着方法によっても、補強層７を適用することができる。しかし、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、有機金属CVD（ＭＯＣＶＤ）、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）またはスパッタリングによる成長が特に適している。
【００４１】
補強層７を成長させる温度としては、脆性界面４における分離を起こすことなくエピタキシャル成長が起こるような温度を選択する。このとき脆性界面４で既に分離が起こると、補強層の質が劣化したり、補強層が破壊する恐れがあるためである。通常、９００℃未満の温度で補強層を成長させる。
【００４２】
図７ｄには、次のプロセスステップの結果が示されている。このプロセスステップでは、補強層の成長の完了後に、形成した構造に熱処理を行い、これによって、擬似基板１０が基板の残部（１１）から分離する。擬似基板１０の厚さ５、８の合計厚さが、この破断が起こる領域１３の反対側の表面１２の構造上の欠陥の生成を防止するのに十分なものである為、表面１２は劣化しない。この破断が起こる表面１３の粗さは、摩擦による相互作用によって擬似基板１０を基板の残部（１１）の頂部で安定な位置に維持するのに十分なものである。このことは、後続の処理ステップに有利であり、特に、擬似基板１０を除去せずに後続の処理ステップを同一装置内で行う場合に有利である。通常、このようなプロセスによって、約２０〜２００オングストロームＲＭＳ、具体的には約２０〜１５０オングストロームＲＭＳ、より具体的には約２０〜１００オングストロームＲＭＳの粗さを得ることができる。
【００４３】
このような分離は、補強層７の成長プロセスの温度よりも高温で起こる。典型的な温度としては、９００℃が挙げられる。
【００４４】
図１ｅには、次のプロセスステップの結果が示されている。このプロセスステップでは、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層になる所望の材料をエピタキシャル成長させ、これによって、層６，７および１４からなるエピタキシャル基板を形成する。この第２の付着ステップは、第１の付着ステップと同様な方法で行うが、分離処理を考慮する必要が無い為、このときの温度としては、エピタキシャル成長に最適な温度を選択することができる。このような第２の付着ステップ中に、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層１４が得られる。
【００４５】
このプロセスの目的に応じて、第２の層１４の材料を、擬似基板１１の補強層７の材料と同じものにすることができ、または、ヘテロエピタキシャル成長の場合には、層１４の材料を補強層７の材料と別のものにすることができる。擬似基板１０を基板の残部（１１）から分離するため、第２の層１４の結晶の質が非常に良好なものになる。応力に起因した欠陥を最小にすることができる。通常、副層６の厚さを補強層７の厚さよりも明らかに小さくなるように選択している為、擬似基板１０の副層６（これは基板１の材料を含有する）の悪影響は無視することができる。このことは、擬似基板１１が実際には補強層７の材料のバルク基板のように作用することを意味する。
【００４６】
さらに、このことは、特に層１４および層７の材料が同一である場合には、第２の膜１４の厚さが制限されないことを意味する。また、横方向に可変の厚さに膜１４を成長させることも可能である。実際、擬似基板１０は、第２の層１４の構造および厚さを制限するものではない。特に層１４、７の２つの材料が同じである場合には、このプロセスを、例えば、良質の単結晶を成長させるために利用できる。または、へテロ構造を構成して、レーザーダイオードのようなデバイスを構成することも可能である。
【００４７】
任意のプロセスステップ（図示せず）において、例えばドライエッチング技術または湿式エッチング技術を用いて、副層６を除去することが可能である。
【００４８】
特に、ＣＭＰ（化学機械的研磨）によって基板１の残部１１を研磨し、後続の擬似基板１０またはエピタキシャル基板の製造プロセスにおける基板１として利用することが可能である。
【００４９】
図１ｆ〜１ｈには、上述したプロセスの変更例が示されている。第１の実施形態において、これらのプロセスを、図１ａと図１ｃに示されたプロセスステップの間に導入し、つまり、図１ｂに対応するプロセスステップと置き換える。
【００５０】
図１ｆには、基板１の頂部に犠牲層１５を付着するプロセスステップの結果が示されている。この犠牲層１５を、例えば、従来技術で周知の一般的な方法の一つにより付着した二酸化シリコンにより形成する。この犠牲層によって、後のイオン注入プロセスステップ中に起こり得る有機汚染または粒子汚染から基板１の前面２が保護される。
【００５１】
図１ｇには、イオン注入ステップの結果が示されている。これは、図１ｂと組み合わせて説明したプロセスステップに相当する。しかし、犠牲層１５が存在する為、層状領域４の深さ５は、第１の実施形態におけるものよりも小さい。このことは、同一のエネルギーレベルでガス種が犠牲層を通過しなければならず、その結果、ガス種がより小さい深さ５で停止してしまうためである。
【００５２】
図１ｈには、犠牲層除去ステップの結果が示されている。イオン注入の後、犠牲層１５を順に除去して、基板１の清浄な前面２を得る。この次のステップは、補強層の成長であり、図１ｃに関して上述したステップに相当する。
【００５３】
様々な変更を更に加えることによって、それぞれ異なる実施形態を得ることができる。これらについては、図示されていないが、以下で簡単に述べる。
【００５４】
第２のホモエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャル層１４のみならず補強層７の質を向上させるために、更なるステップを加えることができる。補強層を施す前に、エピタキシャル補強層７の核生成を促進するための前処理を前面２に施すことができる。フッ化水素酸（ＨＦ）を用いた化学的エッチング、プラズマエッチング、Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ１（ＳＣ１）、Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ２（ＳＣ２）または他のいかなる好適な洗浄技術によっても、これを達成することができる。また、基板１から表面欠陥を除去するために、イオン注入の前に、熱酸化および酸化物の除去を行うことも可能である。
【００５５】
また、補強層７の質を向上させるために、少なくとも１つの付加的な層をバッファ層として用いることも可能である。このような付加的な層を基板１上に成長させることによって、補強層７内部に生じ得るいかなる応力も解放することができる。一般的な材料としては、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウムまたはこれらを組み合わせたものが挙げられる。横方向オーバーグロース等のような精錬されたバッファ技術を適用することも可能である。同一種類の付加的な層を擬似基板１０と所望のホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層１４との間に適用することも可能である。注入ステップの前および／または後にこのような付加的な層を成長させることが可能である。更に他の変更例では、注入前に成長させた付加的な層のうちの１つの層の内部の弱い領域に注入が起こる。
【００５６】
最終的には、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層１４の成長後、更なる層を基板上に成長させることが可能である。
【００５７】
理想的には、少なくともプロセスステップ１ｃ〜１ｅを単一の装置の内部で行い、擬似基板１０を移動させないようにして、擬似基板上またはその内部に汚染や傷が導入されるリスクを軽減する。代替例として、予定しているプロセスにおいて有利であれば、ステップ１ｄの後に、擬似基板１０を基板の残部（１１）から分離させることが可能である。従って、このためには、擬似基板の厚さは、ある装置から別の装置への間でこれを取り扱いかつ移動させるのに十分なものとする必要がある。
【００５８】
このような形成方法により得られるホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層１４は、特に、窒化ガリウム、シリコンゲルマニウム、窒化アルミニウムまたは窒化インジウムからなる。以下、炭化シリコン基板上にエピタキシャル窒化ガリウム膜を形成する例を詳細に述べる。
【００５９】
基板として、シリコン端面を有する６Ｈまたは４Ｈポリタイプの単結晶炭化シリコンまたは３Ｃ炭化シリコンを用いる。代替例として、このプロセスを、サファイアからなる基板に適用することも可能である。イオン注入は、水素イオンを用いて、２〜８×１０１６Ｈ+／ｃｍ２の線量および３０〜２１０ＫｅＶのエネルギで行い、より具体的には、５×１０１６Ｈ+／ｃｍ２の線量および１２０ＫｅＶのエネルギで行う。これらのイオンは、基板１の前面２を介して注入される。上述したように、犠牲層１５を適用して汚染を防止する。炭化シリコンの場合には、熱的プロセスにより数百オングストロームの二酸化シリコン層を成長させることができる。注入後、１０％の濃度のフッ化水素酸（ＨＦ）を用いて二酸化シリコンを除去することができる。通常、この酸化層を除去するには、２０分間の時間で十分である。
【００６０】
次のステップでは、８００℃未満の温度で、ＭＢＥによって、注入された炭化シリコン基板の上に窒化ガリウムを付着させる。この第１のエピタキシャル層は、補強層７に相当し、数ミクロンの厚さを有する。代替例として、窒化ガリウムの付着前に、バッファ技術を適用することも可能である。他の代替例として、フッ化水素酸による化学的エッチング、プラズマエッチングまたはＳＣ１およびＳＣ２によるクリーニングによって、付着前に表面をクリーニングすることも可能である。
【００６１】
次のステップでは、このサンプルを９００℃以上の温度に加熱し、これによって、擬似基板１０と炭化シリコン基板の残部（１１）との間で破断が起こる。続いて、第２のエピタキシャル層の成長ステップが起こり、このとき、窒化ガリウムが約２００〜３００μｍまでの厚さに成長し、これによって、成長速度を比較的大きく、例えば５０μｍ／時とすることができる。この成長ステップは、９００℃を上回る温度で行われ、これによって、良好な結晶の質を有するエピタキシャル膜を得るための成長条件を更に改善することができる。
【００６２】
最後に、基板および新たに成長させた窒化ガリウム層を室温に戻して、ここで、窒化ガリウム膜を基板から分離させることができる。化学的方法によって、窒化ガリウムの裏面をクリーニングすることによって、残留した炭化シリコンを除去する。元の炭化シリコン基板は、化学機械的研磨によりその表面を研磨することによって、再利用する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】エピタキシャル基板の製造のための、本発明の製造方法の過程を概略的に示す図である。ここで、図１ａ〜１ｅは、第１の実施形態のエピタキシャル基板の製造方法を概略的に示し、図１ｆ〜１ｈは、製造方法の付加的なステップからなる第２の実施形態を概略的に示す。
【図１】
2007524222.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月24日(2006.1.24)
【手続補正１】
【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】
エピタキシャル基板、例えば、ＧａＮ，ＳｉＧｅ，ＡｌＮまたはＩｎＮのエピタキシャル基板の製造方法であって、
結晶性基板（１）を用意するステップと、
原子種、例えば水素イオンおよび／または希ガスを基板（１）に注入して、基板（１）の表面（２）に略平行に基板（１）内部に層状領域（４）を作成し、これによって、基板の残部（１１）と副層（６）との間に脆性界面を画成するステップと、
次いで、第１の所定の温度範囲で、基板（１）の副層（６）の表面にヘテロエピタキシャル補強層（７）を成長させるステップと、
第１の温度範囲よりも高温である第２の所定の温度範囲における熱処理により補強層（７）を基板（１）の副層（６）とともに基板の残部（１１）から分離させて、擬似基板（１０）を作成するステップと、
擬似基板（１０）上にホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）を成長させるステップと
を備える方法。
【請求項２】
ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）の成長を、第１の所定の温度範囲よりも高温である第３の所定の温度範囲で行う、請求項１に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項３】
副層（６）の厚さは、最大約５μｍであり、具体的には、最大約２μｍであり、より具体的には最大約１μｍであることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項４】
第１の温度範囲は、ほぼ室温〜９００℃であり、より具体的にはほぼ室温〜８００℃であり、第２の温度範囲は、９００℃より高い値〜約１１００℃であり、および／または第３の温度範囲は、９００℃より高い温度からスタートするようにしたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項５】
注入前に、犠牲層（１５）、例えば、薄い二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層を基板（１）の表面（２）に施し、この犠牲層（１５）を介して注入を行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項６】
補強層（７）を作成する前に犠牲層（１５）を除去することを特徴とする、請求項５に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項７】
補強層（７）をデポジションにより付着する、具体的にはエピタキシャル付着、より具体的には分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）またはスパッタリングによって付着することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項８】
補強層（７）を、擬似基板（１０）の自立特性を得るのに十分な厚さに成長させ、具体的には約５μｍ〜５０μｍの範囲の厚さ、より具体的には約１０μｍ〜４０μｍの範囲の厚さに成長させることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項９】
補強層（７）を作成する前に、例えば、ＨＦエッチング、プラズマエッチングまたはＳｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ１（ＳＣ１）およびＳｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ２（ＳＣ２）によって、基板（１）の表面（２）に前処理を行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１０】
補強層（７）に加えて、少なくとも１つの付加的な層を、補強層の頂部上、または基板（１）と補強層（７）との間に設けることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも２つの付加的な層を基板頂部に設けて変更された基板を作成し、少なくとも１つの付加的な層を原子種の注入の前に設けることを特徴とする、請求項１０記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１２】
原子種の注入の前に設けられた、変更された基板の少なくとも１つの付加的な層に原子種を注入し、これによって、この少なくとも１つの付加的な層の内部に、その表面に略平行に層状領域を形成し、これによって、脆性界面を画成することを特徴とする、請求項１１記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１３】
擬似基板（１０）の分離の後に、例えば、ＣＭＰによって基板の残部（１１）の表面（１３）を研磨し、これを、後続の擬似基板（１０）作成プロセスの基板（１）として再利用することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１４】
基板（１）が、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ガリウム砒素、リン化インジウム（ＩｎＰ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）からなる群のうちの１つの材料からなることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１５】
ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）がホモエピタキシャル成長モードで成長するように、エピタキシャル補強層（７）を、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）と同じ材料から成るようにしたことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１６】
ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）がヘテロエピタキシャル成長モードで成長するように、補強層（７）の結晶構造および熱膨張係数が、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）のそれと同様のものであるようにしたことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１７】
窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ），リン化インジウム（ＩｎＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）またはこれらの材料からなる合金（例えば、ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ）からなる群のうちの１つまたは複数の材料から補強層（７）を作成することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１８】
基板（１）とＧａＮ等の補強層（７）との間の付加的な層は、バッファ層であり、このバッファ層は、ＡｌＮ，ＧａＮ，ＡｌＧａＮおよびこれらを組み合わせた材料からなる群のうちの１つまたは複数の材料から成るようにしたことを特徴とする、請求項１０〜１７のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１９】
擬似基板（１０）の裏面（１３）は、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシャル層（１４）を受容しない面であるとともに分離により形成される面であり、この裏面の粗さは、約２０〜２００オングストロームＲＭＳ、具体的には約２０〜１５０オングストロームＲＭＳ、より具体的には約２０〜１００オングストロームＲＭＳであることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法により製造されたエピタキシャル基板（１４）上またはその中に作製された電子デバイス。
【国際調査報告】
2007524222.tif 000004
2007524222.tif 000005
2007524222.tif 000006