(57)【要約】【課題】基板を所定の面方位からあらかじめ傾けて切り出すことなく、面方位を傾けて作成したオフ基板に作成した場合と同じく優れた特性の半導体部を有する複合半導体基板を提供する。【解決手段】シリコン１０１基板の主表面１０２を形成する領域と、その主表面１０２の法線方向に対して１°以上かつ１０°未満の傾斜角度１０３で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面１０４形成する領域とを有する。上記傾斜面１０４を形成する領域上に、シリコン１０１基板と結晶構造が異なる化合物半導体層１０７を形成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面に結晶材料部を有する基板と、
上記結晶材料部は、主表面を形成する領域と、上記主表面の法線方向に対して１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面を形成する領域とを有し、
上記結晶材料部の上記傾斜面を形成する領域上に、上記結晶材料部と結晶構造が異なる半導体部が形成されていることを特徴とする複合半導体基板。
【請求項２】
請求項１に記載の複合半導体基板において、
上記基板の上記結晶材料部が無極性の結晶構造を有し、
上記半導体部が極性の結晶構造を有することを特徴とする複合半導体基板。
【請求項３】
請求項１に記載の複合半導体基板において、
上記基板の上記結晶材料部が立方晶の結晶系であり、
上記半導体部が六方晶の結晶系であることを特徴とする複合半導体基板。
【請求項４】
請求項１に記載の複合半導体基板において、
上記基板が立方晶の結晶構造を有するシリコン基板であり、
上記基板の上記結晶材料部の主表面の面方位が（１　０　０）であり、
上記傾斜面を形成する領域が、上記基板の上記結晶材料部の主表面の法線方向に対して少なくとも［０　１　１］方向に３°以上かつ８°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする面よりなり、
上記半導体部が、六方晶の結晶構造を有する少なくともＩＩＩ族と窒素からなる化合物半導体であることを特徴とする複合半導体基板。
【請求項５】
請求項１に記載の複合半導体基板において、
上記結晶材料部の上記傾斜面は、法線方向が異なる複数の傾斜面であって、
上記複数の傾斜面によって凹形状または凸形状が形成され、
上記複数の傾斜面上に上記半導体部が形成されていることを特徴とする複合半導体基板。
【請求項６】
請求項１に記載の複合半導体基板を用いた半導体装置であって、
上記複合半導体基板の上記傾斜面を形成する領域上の上記半導体部に、少なくとも半導体装置の能動領域が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
基板の表面に存在する結晶材料部の主表面に、上記基板の主表面の法線方向に対して１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面を形成する領域を少なくとも１個所以上加工する傾斜面加工工程と、
上記傾斜面を形成する領域上に半導体部を成長させる半導体成長工程とを有することを特徴とする複合半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合半導体基板および半導体装置および複合半導体基板の製造方法に関する。特に、結晶材料部の主表面から数度傾斜させた面に半導体部が形成されている複合半導体基板および半導体装置および複合半導体基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン半導体基板の主表面にエピタキシャル成長して半導体装置を作成する場合、たとえば、シリコン半導体基板としてオフ基板（傾斜基板）を用いる場合がある。このオフ基板とは、特定の結晶面（たとえば（１　０　０）、（１　１　１）面）の法線方向を、ある方向（たとえば［０　１　１］方向，［０　０　１］方向等）に所定の角度（たとえば３°から５°）だけ傾斜させた方向を法線方向とする面を基板の表面となるように調整して切り出した基板である。
【０００３】
このようなオフ基板を用いるのは、たとえば、シリコン基板の表面に砒化ガリウムを成長した場合、砒化ガリウムの結晶に生じるアンチフェーズドメインを防止するためである。
【０００４】
上記シリコンが無極性結晶なので、（１　０　０）面の基板表面に１原子層の高さの段差テラスが存在する。それに対して、砒化ガリウムのような極性結晶は、（１　０　０）面に成長した場合、砒素とガリウムとを繰り返すので、たとえば、砒化ガリウムの成長がシリコン上に砒素から始まるとすると、上記のあるテラスに成長した砒化ガリウムのガリウム面は、一段上のテラスに成長した砒化ガリウムのガリウム面の高さと一致しない。
【０００５】
また、上記高さ方向を無視しても、平面的には、上記の１段だけ異なるテラス上に成長したそれぞれの砒化ガリウムは、基板表面の法線を軸として９０°回転したものになっており、両者によって、複数の異なる相のドメイン、すなわちアンチフェーズドメインが発生する。
【０００６】
上記のアンチフェーズドメインはデバイス特性を劣化させるのでこれを防止するために、（１　０　０）面の法線方向を［０　１　１］方向にわずかに傾けた上記オフ基板を用いることで、アンチフェーズドメインのない（あるいは少ない）単一ドメイン結晶を成長させ得ることが知られている。
【０００７】
従来のシリコン基板では、更に、シリコン単結晶の（１　０　０）面を、その法線方向が［０　０　１］方向に３°から５°の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする面で切り出したオフ基板を用いることで、図１９に示すように、（１０　０）面の１原子層の段差のテラス１９０４が［０　０　１］方向、［０　１　１］方向、［０　−１　１］方向の３方向に傾いた階段構造とし、デバイス特性を劣化させる転位をより減少させる効果を有している（例えば、特許文献１参照）。図１９において、［０　１　１］方向の傾斜角度を１９０２とし、［０
−１　１］方向の傾斜角度を１９０３としている。
【０００８】
上記［０　−１　１］方向等の結晶方位の記述は、本来数字の上に「−」記号を記述して表現するが、紙面の都合上、数字の前に「−」記号を記述している。以降、数字の上に「−」記号を記述して表現する部分は、数字の前に「−」記号を記述して表現するものとする。
【０００９】
また、立方晶での面方位（Ｘ　Ｙ　Ｚ）や結晶軸方位［Ｘ　Ｙ　Ｚ］でのＸ、Ｙ、Ｚは互いに等価であり、全体で入れ替えれば同じとなる。また、六方晶での面方位（Ａ　Ｂ　Ｃ　Ｄ）や結晶軸方位［Ａ　Ｂ　Ｃ　Ｄ］でのＡ、Ｂ、Ｃは互いに等価であり、全体で入れ替えれば同じとなる。ただし、最後のＤは他のＡ、Ｂ、Ｃと等価ではない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−２７５２９７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１９に示される基板１９０１では、シリコン基板全体をシリコン単結晶から切り出すとき、あらかじめ上記のように（１　０　０）面より傾斜させて切り出すために、砒化ガリウムの成長を行わなかった部分にシリコンを用いた素子を作成する場合、（１　０　０）面のシリコン基板で作成した素子に比べて、素子の特性が変わってしまうという問題がある。これは、シリコンを用いた素子を作成する場合の工程で面方位が（１　０　０）からわずかにずれているためにシリコンの熱酸化の速度やエッチングの速度、イオン注入の活性化の程度等の諸特性が代わってしまうためである。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、基板を所定の面方位からあらかじめ傾けて切り出すことなく、面方位を傾けて作成したオフ基板に作成した場合と同じく優れた特性の半導体部を有する複合半導体基板、特に、上記所定の面方位と半導体部とを集積した複合半導体基板およびその複合半導体基板を用いた優れた特性の半導体装置および上記複合半導体基板の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の複合半導体基板は、少なくとも表面に結晶材料部を有する基板と、上記結晶材料部は、主表面を形成する領域と、上記主表面の法線方向に対して、１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面を形成する領域とを有する。そして、上記結晶材料部の上記傾斜面を形成する領域上に、上記結晶材料部と結晶構造が異なる半導体部が形成されている。
【００１４】
つまり、上記複合半導体基板の表面の上記結晶材料部は、主表面と、主表面の法線方向より１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面とを有し、上記傾斜面上に結晶材料部と結晶構造が異なる半導体部が形成されている。
【００１５】
上記構成の複合半導体基板によれば、上記結晶材料部の上記傾斜面を形成する領域が、オフ基板（傾斜基板）の表面と同じように、特定の面方位からわずかに傾いた面として作用するので、オフ基板上に成長させた半導体と同じく、結晶材料部と結晶構造が異なる半導体部は、優れた半導体特性を提供できる。
【００１６】
つまり、上記傾斜面によって上記結晶材料部の表面での結晶方位の等価性が崩れ、その上に形成される結晶構造の異なる半導体部のアンチフェーズドメインの発生を防ぐかあるいは低減することができる。
【００１７】
そして、アンチフェーズドメインの減少によって、上記半導体部の特性が向上する。たとえば、転移欠陥密度の減少である。また、転移欠陥密度の減少によって電子移動度の向上、電子飽和速度の向上、また、ショットキー接合での接合特性、たとえば、界面順位密度の低減、また、発光効率の向上の利点を有する。あるいはまた、転移欠陥密度の減少によって、機械的強度の向上や、クラック（半導体層に生じるひび割れ）が減少する利点を有する。
【００１８】
そのため、特に上記半導体部を能動領域として用いることにより、優れた特性の半導体装置を作成することが可能な複合半導体基板を提供することができる。
【００１９】
そして、上記のこれらの効果を特定の結晶方位から傾斜させて切り出したオフ基板を用いることなく得ることができるので、上記特定の結晶方位の主表面と上記半導体部とを集積した複合半導体基板を提供することができる。
【００２０】
つまり、上記構成の複合半導体基板により、開発が進んでいる特定の面方位の結晶材料部の半導体工程を変更することなく、その面方位の結晶材料部と、優れた特性の結晶構造の異なる別の半導体部を積層した複合半導体基板を提供することが可能となる。
【００２１】
たとえば、シリコンを用いた半導体装置では、（１　０　０）面に基板表面をあわせて、半導体装置の加工条件が研究されており、シリコン基板の表面を（１　０　０）面より変更することなく別の半導体を集積して利用できることは、工業的価値が極めて大きい。
【００２２】
あるいは、砒化ガリウムを用いた半導体装置においても、（１　０　０）面において開発されていることが多い。あるいは、砒化ガリウム、砒化ガリウムインジウム、砒化ガリウムアルミニウム、燐化ガリウムインジウムなどによるヘテロ構造を利用した半導体装置は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属気相成長）法による成長で、（１　０　０）面より所定の方向に所定の角度傾いた面を利用して開発している。
【００２３】
このように、たとえば、特定の結晶面で開発の進んだ半導体装置と、上記傾斜面の優れた特性の半導体上に形成した半導体装置とを集積した集積半導体装置を作成することが可能な複合半導体基板を提供することができる。
【００２４】
この場合の基板は、表面つまり基板の上記半導体部が作成される側の面の少なくとも一部に結晶材料部を有していればよい。そのため、基板全体が単結晶からなる必要はなく、結晶材料部と他の材質の基板を張り合わせた基板でもよい。あるいは、何らかの基板の表面に結晶材料部を成長させた基板でもよい。あるいは、上記結晶材料部は、基板全面でつながっていても構わないし、分離されていても構わない。また、上記結晶材料部は、特に単結晶であることが好ましいが、上記半導体装置を作成するのに必要な程度に単一な結晶であればよく、たとえばＸ線ロッキングカーブで必要以下の半値幅を有するものであっても構わない。
【００２５】
また、上記結晶材料部は、任意の種類が可能であり、たとえば立方晶や六方晶の結晶構造が可能である。また、無極性の結晶構造の場合や極性の結晶構造の場合もある。
【００２６】
また、上記結晶材料部上に作成される半導体部は、上記結晶材料部と異なる結晶構造であり、その範囲で任意の結晶構造が可能である。しかし、特に、上記結晶材料部と上記半導体部の一方が無極性の結晶構造であり、他方が極性の結晶構造であるようにすることで、結晶構造の極性の違いに起因するアンチフェーズドメインの解消（あるいは減少）が可能である。
【００２７】
また、特に、上記結晶材料部と上記半導体部の結晶系が異なることで、結晶構造（結晶系）の対称性の違いに起因するアンチフェーズドメインの解消（あるいは減少）が可能である。
【００２８】
また、上記結晶材料部の表面の法線方向の結晶軸方向は、任意の結晶軸方向が可能であり、１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向が法線方向となる面が上記半導体部を作成するのに適した面方位となるように調整することができる。たとえば、立方晶の場合の（ｎ，ｍ，ｌ）面（ｎ，ｍ，ｌは整数）、六方晶の場合の（ｏ，ｐ，ｑ，ｒ）面（ｏ，ｐ，ｑ，ｒは整数）のように特異な面方位とするか、あるいはその特異な面方位から所定の方位に、わずかな角度（たとえば３°〜８°程度）だけ傾けた面とすることができる。通常、上記整数（ｎ，ｍ，ｌ，ｏ，ｐ，ｑ，ｒ）は０、１、２、−１，−２であることが多い。
【００２９】
また、上記傾斜角度が１°未満では、上記結晶材料部の面方位の誤差のため、一定の方向への傾斜を目的とするオフ基板と同じ作用が確実に現れない場合がある。また、上記傾斜角度が１０°以上では、上記の従来技術で説明したテラスのひとつひとつの面が小さくなり過ぎて、上記オフ基板と同じ作用が生じにくい。
【００３０】
より好ましくは、上記傾斜面の傾斜角度を３°以上かつ８°未満とすることで、傾斜面の加工に誤差が生じた場合でも必要な角度の傾斜が維持され、また、オフ基板と同様の優れた半導体部を成長できる作用が確実に現れる。
【００３１】
また、上記半導体部を形成する傾斜面は、完全な平面になっている必要はなく曲面である場合も有る。つまり、たとえば図１９のテラス１９０４の広さが一定方向にすこしずつ変化することで巨視的に曲面となることができる。上記従来技術で説明した特許文献１の中でも、オフ基板での上記テラスの広さが必ずしも一定ではない場合があることが記述されている。しかし、傾斜面はできるだけ平面に近いことがより好ましい。
【００３２】
また、上記傾斜面は、閉じられた凹部の領域あるいは凸部の領域を形成する傾斜面として作成されていても構わないし、ストライプ状の凹部の連続した領域あるいはストライプ状の凸部の連続した領域を形成する傾斜面として作成されていても構わない。
【００３３】
また、上記半導体部は、上記傾斜面にのみ存在する必要はなく傾斜面の外側にわたって作成されていても構わない。しかし、本発明では、上記傾斜面は、上記結晶材料部に部分的に作成され、その周囲は別の角度の面方位の表面（たとえば主表面）と接するので、上記半導体部を上記傾斜面の外側にわたって作成した場合、別の角度の面方位の表面との境界で上記半導体部に転位密度が大きくなりやすく、転位が上記傾斜面にまで伸びて来る場合もあるため、特に上記傾斜面内にのみ半導体部を作成することが好ましい。
【００３４】
また、上記半導体部は、上記結晶材料部の上記傾斜面に対してエピタキシャル成長されたものが好ましいが、上記結晶材料部と上記半導体部との結晶格子の大きさの違いにより局部的なエピタキシャル成長を伴った３次元的な成長を経て、転位密度の低い結晶となる場合もある。あるいは上記のアンチフェーズドメインがいくらか生じ、上記傾斜面によって結晶方位の等価性が崩れることで、その中の安定なドメインが主に成長して、結果として転位密度の低い結晶となる場合もある。
【００３５】
上記構成の複合半導体基板では、基板表面の上記結晶材料部に上記傾斜面を有しているが、半導体基板あるいはサファイア基板などの結晶基板の中には、基板の外周部の面取りとして、一定角度に削った部分を作成する場合もある、これは、半導体基板の取り扱いのしやすさを向上させたり、表面へのエピタキシャル成長において、半導体外周部への成長材料の異常成長を防止するために行われるためのものであり、実質上、この部分を半導体装置に使うことはない。そのため、上記の基板の外周部の面取り領域に半導体が形成されていても、本発明の課題を解決することはできず、本発明には含まれない。
【００３６】
また、一実施形態の複合半導体基板は、上記基板の上記結晶材料部が無極性の結晶構造を有し、上記半導体部が極性の結晶構造を有する。つまり、無極性の結晶構造の結晶材料部に形成された上記傾斜面上に、極性の結晶構造の半導体部を有している。
【００３７】
上記実施形態の複合半導体基板によれば、半導体装置に多く利用されている無極性の結晶材料部（たとえば、シリコンやゲルマニウム等）上に、たとえば、高周波特性の優れた、あるいは発光機能を有する砒化ガリウムやインジウム燐や砒化ガリウムインジウムや窒化ガリウムなどの化合物半導体をアンチフェーズドメインを生ずることなく作成し、高周波特性に優れた素子や発光機能を有する素子を作成することができる。
【００３８】
特に、上記実施形態の複合半導体基板によれば、上記基板として、（１　０　０）面を主表面とするゲルマニウムや、とりわけシリコン基板の上に上記の化合物半導体を作成することができる。これによって、開発が進んでいるシリコン（１　０　０）面での半導体装置の製造方法を変化させることなく利用できる主面（１　０　０）面と、別の種類の結晶構造の半導体部とを集積した複合半導体基板を提供することができる。
【００３９】
また、一実施形態の複合半導体基板は、上記基板の上記結晶材料部が立方晶の結晶系であり、上記半導体部が六方晶の結晶系である。つまり、立方晶の結晶構造に作成された上記傾斜面に、六方晶の半導体部を有している。
【００４０】
従来技術では、無極性のシリコン単結晶上に極性の砒化ガリウムを成長した場合のアンチフェーズドメインの発生について説明を行っているが、アンチフェーズドメインは、立方晶の結晶構造上に成長した六方晶の半導体部にも生じる。
【００４１】
たとえば、立方晶の（１　０　０）面に、六方晶の（０　０　０　１）面が平行になるように成長すると、結晶表面の法線方向を軸として６０°回転した２種類のアンチフェーズドメインが発生してしまう。
【００４２】
また、たとえばシリコンのように無極性の結晶構造では、表面に１原子層の高さの段差テラスが存在する。
【００４３】
それに対して、窒化ガリウムのような六方晶を成長させた場合、窒素とガリウムとを繰り返すので、たとえば、窒化ガリウムの成長がシリコン上に窒素から始まるとすると、上記のあるテラスに成長した窒化ガリウムのガリウム面は、一段上のテラスに成長した窒化ガリウムのガリウム面の高さと一致しない。
【００４４】
また、上記高さ方向を無視しても、平面的には、上記の２種類のアンチフェーズドメインとあわせて、それぞれの窒化ガリウムは、基板表面の法線を軸として３０°回転したものになっており、複数の異なる相のドメイン、すなわちアンチフェーズドメインが発生する。
【００４５】
この場合でも、オフ基板を用いることで単一のドメインの結晶成長が可能であることが、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　２３０（２００１）４２６−４３１にＶ．Ｌｅｂｅｄｅｖらによって報告されている。
【００４６】
上記実施形態の複合半導体基板によれば、半導体装置に多く利用されている立方晶の結晶構造（たとえば、シリコンや砒化ガリウムやインジウム燐など）の上に、六方晶の半導体部（たとえば、窒化ガリウムなどのＩＩＩ族と窒素による半導体）を作成し、高耐圧の素子や発光機能を有する半導体装置を作成することができる利点を有する。
【００４７】
特に、工業的に開発が進んでいるシリコンや砒化ガリウムやインジウム燐などの半導体装置を作成している面方位を変えることなく、窒化ガリウムなどのＩＩＩ族と窒素による半導体からなる六方晶の半導体部と混在させることが可能な複合半導体基板を提供することができる。
【００４８】
また、一実施形態の複合半導体基板は、上記基板が、上記主表面の面方位を（１　０　０）とする立方晶の結晶構造を有するシリコン基板であり、上記傾斜面を形成する領域が、上記シリコン基板の結晶材料部の主表面の法線方向に対して、少なくとも［０　１　１］方向に３°以上かつ８°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする面からなる。そして、上記半導体部を、六方晶の結晶構造を有する少なくともＩＩＩ族と窒素からなる化合物半導体とする。
【００４９】
つまり、（１　０　０）面を主表面とするシリコン基板の法線方向を少なくとも［０　１　１］方向に３°以上かつ８°未満傾けた傾斜面にＩＩＩ族と窒素からなる化合物半導体を有している。
【００５０】
上記実施形態の複合半導体基板によれば、開発が進んでおり工業的価値の高いシリコンの（１　０　０）面のシリコンと、異なる結晶構造の窒化物半導体（たとえば大きなバンドギャップを有し、また、たとえば発光材料としても価値の大きい半導体）とを集積した複合半導体基板を提供することができる。
【００５１】
また、一実施形態の複合半導体基板は、上記結晶材料部の上記傾斜面が、法線方向が異なる複数の傾斜面であって、上記複数の傾斜面によって凹形状または凸形状が形成され、上記複数の傾斜面上に上記半導体部が形成されていることを特徴とする。
【００５２】
つまり、たとえば、別方向に傾斜面がわずかに傾いた２個の傾斜面よって、断面が凹形状（つまり谷状の形状）が作成され、上記２個の傾斜面に、それぞれ半導体部が形成されている。あるいは、たとえば、別方向に傾斜面がわずかに傾いた２個の傾斜面よって、断面が凸形状（つまり山状の形状）が形成され、上記２個の傾斜面に、それぞれ半導体部が形成されている。
【００５３】
上記実施形態の複合半導体基板によれば、基板の単位面積当たりに上記傾斜面を配置できる密度が高くできるため、上記半導体部の配置できる密度を高くできる利点を有する。
【００５４】
特に、各傾斜面を結晶方位上、あるいはエピタキシャル成長を行う上で等価な面とするように配置することで同じ性質の面を高い密度で配置した複合半導体基板を提供することができる。
【００５５】
たとえば、シリコン（１　０　０）面からわずかに傾斜した面では、［０　０　１］方向、［０　１　０］方向、［０　０　−１］方向、［０　−１　０］方向、に同じ角度で傾けた面がたとえばエピタキシャル成長を行う上で等価な面となる。
【００５６】
また、この発明の半導体装置は、上記複合半導体基板の上記傾斜面を形成する領域上の上記半導体部に、少なくとも半導体装置の能動領域が形成されている。
【００５７】
上記構成の半導体装置によれば、上記複合半導体基板の半導体部が、上記オフ基板の表面に成長した半導体と同じ作用により、優れた半導体特性を有し、その半導体部を能動領域として用いることで優れた特性の半導体装置が提供することができる。
【００５８】
また、上記半導体装置の上記能動領域とは、半導体装置の基本特性を決定する領域であり、たとえば、電界効果トランジスタであれば、ゲート電極の下部に位置するチャネル領域や、ショットキー接合領域、金属−酸化物−半導体接合領域などであり、バイポーラトランジスタでは、エミッタ、ベース、コレクタの各半導体領域の接合領域である。また、ショットキーダイオードであれば、ショットキー接合領域であり、発光ダイオード、レーザー素子であれば、発光領域である。これらは、多くの場合、半導体装置の真性トランジスタ領域、真性ダイオード領域のように真性素子領域と呼ばれている場合も有る。また、上記の真性素子領域からオーミック接合までの領域も寄生抵抗の低減が半導体装置の特性の向上に重要であり、上記傾斜面の半導体部に形成することが特に好ましい。
【００５９】
一方、上記結晶材料部の表面に、基板の主表面の法線方向から１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面を形成する領域があり、その領域上に半導体があったとしても、半導体装置の能動領域が、実質上、上記傾斜面を形成する領域にない場合は、本発明の目的を達成することができないので、本発明には含まれない。たとえば、電界効果トランジスタのリセス領域にバリア層を再成長した場合など、リセス領域の境界等のごく一部の部分に、主表面の法線方向に対して１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面を見出すことができないこともない。あるいは、ヘテロバイポーラトランジスタで外部ベース領域を作成した場合などでは、上記外部ベース領域の成長前の形状によっては、部分的に、主表面の法線方向に対して１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面が作成されている場合も有る。しかし、これらの傾斜した領域は、素子の一部の領域で、上記のように素子の真性素子領域でなかったり、また、真性素子領域のほんの一部分である。そのため、この発明の本来の目的であるオフ基板と同じ作用によって特性を向上させた半導体部を利用した半導体装置にはならない。また、目的を異にするため、本発明の複合半導体基板にも含まれない。
【００６０】
また、この発明の複合半導体基板の製造方法は、基板の表面に存在する結晶材料部の主表面に、上記基板の主表面の法線方向に対して１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面を形成する領域を少なくとも１個所以上、傾斜面加工工程によって加工する。そして、上記傾斜面を形成する領域上に、半導体成長工程によって半導体部を成長させる。
【００６１】
上記複合半導体基板の製造方法によれば、上記基板の主表面に、上記結晶材料部の主表面の法線方向に対して１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面を形成する領域を少なくとも１個所以上有し、上記傾斜面を形成する領域に半導体部を有する複合半導体基板を製造することができる。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の複合半導体基板および半導体装置および複合半導体基板の製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００６３】
〔第１実施形態〕
図１は、この発明の第１実施形態の複合半導体基板の概略構成図を示している。
【００６４】
まず、上記複合半導体基板の表面に結晶材料部を有する基板の一例としての立方晶のシリコン基板１０１を用いている。つまり、上記結晶材料部の一例としては、上記シリコン基板１０１の表面のシリコン単結晶であり、無極性の結晶構造を有する結晶材料部の一例となると共に、立方晶の結晶系による結晶材料部の一例となっている。
【００６５】
また、上記結晶材料部の主表面の一例として、上記シリコン基板１０１の主表面１０２の（１　０　０）面を用いる。この面方位の精度は、一般的には±０．５°程度以下で工業的には生産される場合が多い。
【００６６】
そして、シリコン基板１０１の表面の一部に、傾斜面の一例として、上記シリコン基板１０１の表面を加工して作成した閉じた凸形状１０５（図１では凸形状の尾根線を指し示している）の傾斜面１０４を形成している。
【００６７】
上記傾斜面１０４の傾斜角度および傾斜方向の一例として、傾斜面１０４の法線方向は、上記シリコン基板１０１の表面の法線方向より、上記シリコン単結晶の［０　１　１］方向に６°傾斜した方位を法線方向としている。つまり、傾斜角度１０３が６°となる。
【００６８】
また、半導体部の一例として、化合物半導体層１０７（透視して図示している）を上記傾斜面１０４上の領域１０６（斜線で示す）に成長させている。上記傾斜面１０４上の領域１０６は、上記傾斜面１０４の周囲に位置する別の面方位の主表面１０２から少し離している。
【００６９】
この第１実施形態では、上記化合物半導体層１０７は、窒化アルミニウム層と窒化ガリウム層を積層して形成した。つまり、上記化合物半導体層１０７は、極性の結晶構造を有する半導体部の一例であり、六方晶の結晶構造の半導体部の一例となると共に、ＩＩＩ族元素と窒素の化合物半導体の一例となっている。
【００７０】
また、上記化合物半導体層１０７は、上記傾斜面１０４の法線方向に対して、［０　０　０　１］方向が平行になるように成長している。
【００７１】
この第１実施形態の複合半導体基板によれば、上記傾斜面１０４はオフ基板表面と同じ作用を有し、その傾斜面１０４に形成された化合物半導体層１０７がアンチフェーズドメインの無い単一のドメインとして形成されている。そのため、結晶転位が少なく、また、電子移動度が大きく優れた半導体特性を示す。
【００７２】
また、このとき、上記シリコン基板１０１をあらかじめ特定の面方位から傾斜させて切り出す、いわゆるオフ基板とすることがなく、かつ、既存のシリコンを用いた半導体装置の開発が特に進んでいることから、工業的価値が特に高いシリコンの（１　０　０）面である上記結晶材料部（シリコン基板１０１）の主表面１０２と、上記傾斜面１０４の上記結晶材料部とは結晶構造の異なる上記化合物半導体層１０７とを集積化した複合半導体材料を提供することが可能となる。つまり、既存の技術との親和性が良い複合半導体基板を提供することができる。特に、シリコン（１　０　０）面との親和性が良い複合半導体基板を提供することができる。
【００７３】
上記の第１実施形態で示した複合半導体基板では、シリコン基板１０１上の閉じられた領域の凸形状１０５のひとつの傾斜面１０４を用いて、その面の所定の領域に化合物半導体層１０７を形成しているが、本発明はこの構成に限られるものではない。例えば、図２に示すように、シリコン基板１０１上の閉じられた領域の凸形状１０５のひとつの傾斜面１０４を用いて、その傾斜面１０４の複数の所定の領域２０６ａ，２０６ｂ（斜線で示す）に半導体層２０７ａ，２０７ｂ（透視して図示している）をそれぞれ形成してもよい。なお、図２において、図１と同一の構成部は同一の参照番号を付している。
【００７４】
この図２に示す構成の場合、上記のシリコン基板１０１のシリコン単結晶と、化合物半導体の窒化アルミニウムあるいは窒化ガリウムとは、結晶格子の大きさが異なるため、上記のように複数の領域２０６ａ，２０６ｂに分割して化合物半導体層２０７ａ，２０７ｂを成長することで化合物半導体の転移欠陥をより減少させる効果を有し、また、電子移動度などの特性がより向上する効果がある。
【００７５】
あるいはまた、図３に示すように、主表面３０２を有するシリコン基板３０１上の複数の別の凸形状３０５ａ，３０５ｂ（図２では凸形状の尾根線を示している）の構造を有し、それぞれの凸形状の傾斜面３０４ａ，３０４ｂの所定の領域３０６ａ，３０６ｂ（斜線で示す）に半導体層３０７ａ，３０７ｂ（透視して図示している）を形成するようにしてもかまわない。なお、図３に示す凸形状３０５ａ，３０５ｂは同一の形状をしている。
【００７６】
この図３に示す構成の場合、複数の傾斜面３０４ａ，３０４ｂで必要な面積の半導体層３０７ａ，３０７ｂを作成することで、上記基板の起伏を減少させることができる利点を有する。
【００７７】
これは、傾斜面３０４ａ，３０４ｂの傾斜角度３０３が図１の傾斜角度１０３と同じ角度の場合、図３のように分割して、矢印で示す長さ３０８が図１の同じ個所の長さ１０８に比べて短くなることで、傾斜面３０４ａ，３０４ｂの高さ３０９が図１の同じ高さ１０９に比べて小さくなるからである。
【００７８】
上記基板の起伏が減少することで、半導体装置を作成するときのレジストの塗布厚さが均一になる効果や、露光装置の焦点のずれが少なくなる効果が生じる。そのため、半導体装置の形状の製造精度が向上し、歩留まりの向上や特性の均一化が可能となる複合半導体基板を提供することができる。
【００７９】
〔第２実施形態〕
次に、この発明の第２実施形態の複合半導体基板について説明する。この第２実施形態は、上記第１実施形態において、基板上の閉じられた領域の凸形状の傾斜面を用いているのに対して、凹形状の傾斜面を用いている。
【００８０】
図４に示すように、上記第１実施形態と同じく、上記基板と上記結晶材料部の一例としては立方晶のシリコン基板４０１を用い、（１　０　０）面を主表面４０２として用いている。
【００８１】
また、上記シリコン基板４０１の表面の一部に、傾斜面の一例として、上記シリコン基板の表面を加工して作成した閉じた凹形状４０５（図４では凹形状の谷線部分を示している）によって傾斜面４０４を形成している。
【００８２】
上記傾斜面４０４の傾斜角度および傾斜方向の一例として、傾斜面４０４の法線方向は、上記シリコン基板４０１の表面の法線方向より、上記シリコン単結晶の［０　−１　−１］方向に６°傾斜した方位を法線方向としている。つまり、傾斜角度４０３が６°となる。
【００８３】
また、半導体部の一例として、化合物半導体層４０７（透視して図示している）を上記傾斜面４０４上の領域４０６（斜線で示す）に成長させている。上記傾斜面４０４上の領域４０６は、上記傾斜面４０４の周囲に位置する別の面方位の主表面４０２から少し離している。
【００８４】
この第２実施形態でも、上記第１実施形態と同様に化合物半導体層４０７は、窒化アルミニウム層と窒化ガリウム層を積層して形成した。
【００８５】
この場合も、また、化合物半導体層４０７は、上記傾斜面４０４の法線方向に対して［０　０　０　１］方向が平行になるように成長している。
【００８６】
この第２実施形態の複合半導体基板によれば、上記第１実施形態の場合と同じく、上記化合物半導体層４０７は優れた半導体特性を示す。また、このとき、基板をオフ基板とすることがないので、既存の技術との親和性が良い複合半導体基板を提供することができる。
【００８７】
特に、上記第１実施形態の場合では、凸形状部を残すようにシリコン基板１０１の主表面１０２がエッチングされた面となるのに対して、この第２実施形態では、凹形状部をエッチングして作成するため、シリコン基板４０１の主表面４０２をエッチングする必要がない。そのため、主表面４０２、すなわち上記結晶材料部の平坦性が維持され、上記結晶材料部（この場合、シリコン単結晶）上に半導体装置を作成する場合にその半導体装置の製造歩留まりが向上すると共に、半導体装置の素子性能の均一性が向上する別の効果がある。
【００８８】
また、傾斜面４０４上に形成される化合物半導体層４０７の窒化アルミニウムと窒化ガリウムの積層構造が、上記第１実施形態の場合では、基板１０１の主表面１０２から上に張り出して作成されるため、基板１０１の取り扱いの過程で破損する場合がある。それに対して、この第２実施形態では、凹形状４０５の内部に窒化アルミニウム，窒化ガリウムが成長されるので、基板４０１の主表面４０２からの張り出しが少なくなり、あるいは、張り出しが無くなり、上記のような破損が生じることが少なくなる。これによって、上記化合物半導体層４０７に作成される半導体装置の歩留まりを向上させる効果がある複合半導体基板を提供することができる。
【００８９】
また、この第２実施形態の場合も、上記の第１実施形態で説明したのと同様に、図５に示すように傾斜面４０４の２個所の領域５０６ａ，５０６ｂに半導体層５０７ａ，５０７ｂを形成しても構わない。この場合でも、上記の第１実施形態で説明したのと同様に、複数の化合物半導体層５０７ａ，５０７ｂに分割することで、化合物半導体の転移欠陥をより減少させる効果を有し、また、電子移動度などの特性がより向上する効果がある。なお、図５において、図４と同一の構成部は、同一参照番号を付している。
【００９０】
また、図６に示すように、主表面６０２を有するシリコン基板６０１に形成された複数の凹形状６０５ａ，６０５ｂの傾斜面６０４ａ，６０４ｂの領域６０６ａ，６０６ｂ上に、同様に半導体層６０７ａ，６０７ｂを形成しても構わない。なお、凹形状６０５ａ，６０５ｂは同一形状をしている。
【００９１】
この図６に示す構成の場合、複数の傾斜面６０４ａ，６０４ｂで必要な面積の半導体層６０７ａ，６０７ｂを作成することで、上記基板の起伏を減少させることができる利点を有する。
【００９２】
これは、傾斜面６０４ａ，６０４ｂの傾斜角度６０３が図４の傾斜角度４０３と同じ角度の場合、図６のように分割して、矢印で示す長さ６０８が図４の同じ個所の長さ４０８に比べて短くなることで、傾斜面６０４ａ，６０４ｂの深さ６０９が図４の同じ深さ４０９に比べて小さくなるからである。
【００９３】
上記基板の起伏が減少することで、第１実施形態の図３の場合と同様に、半導体装置を作成するときのレジストの塗布厚さが均一になる効果や、露光装置の焦点のずれが少なくなる効果があり、その結果、半導体装置の形状の製造精度が向上、歩留まりの向上、特性の均一化の効果がある複合半導体基板を提供することができる。
【００９４】
〔第３実施形態〕
次に、この発明の第３実施形態の複合半導体基板について説明する。この第３実施形態は、第１実施形態や第２実施形態が基板上の閉じられた領域の凸形状あるいは凹形状のひとつの傾斜面を用いているのに対して、凸形状あるいは凹形状の複数の傾斜面を用いている例を示している。なお、上記基板の材料や面方位および上記半導体の材料は、第１実施形態と同様のものを用いた。
【００９５】
図７では、主表面７０２を有するシリコン基板７０１に形成された凸形状７０５（図７では凸形状の尾根線を示している）の２箇所の傾斜面７０４ａ，７０４ｂの領域７０６ａ，７０６ｂ上に、化合物半導体層７０７ａ，７０７ｂを形成している。
【００９６】
上記傾斜面７０４ａは、シリコン基板７０１の主表面７０２の法線方向より、シリコン単結晶の［０　−１　−１］方向に６°傾斜した方向を法線方向とするように形成されている。つまり、傾斜角度７０３ａが６°となる。
【００９７】
また、別の傾斜面７０４ｂは、シリコン基板７０１の主表面７０２の法線方向より、シリコン単結晶の［０　１　１］方向に６°傾斜した方向を法線方向とするように形成されている。つまり、傾斜角度７０３ｂが６°となる。
【００９８】
また、図８では、主表面８０２を有するシリコン基板８０１に形成された凹形状８０５（図８では凹形状の谷線部分を指し示している）の２箇所の傾斜面８０４ａ，８０４ｂの領域８０６ａ，８０６ｂ上に、化合物半導体層８０７ａ，８０７ｂを形成している。
【００９９】
上記傾斜面８０４ａは、シリコン基板８０１の主表面８０２の法線方向より、シリコン単結晶の［０　−１　−１］方向に６°傾斜した方向を法線方向とするように形成されている。つまり、傾斜角度８０３ａが６°となる。
【０１００】
また、別の傾斜面８０４ｂは、シリコン基板８０１の主表面８０２の法線方向より、シリコン単結晶の［０　１　１］方向に６°傾斜した方向を法線方向とするように形成されている。つまり、傾斜角度８０３ｂが６°となる。
【０１０１】
上記図７，図８に示す構成によって、余分な傾斜面、たとえば図１の傾斜面１１０や、図４の傾斜面４１０のような半導体が形成されない傾斜面が少なくなり、上記基板の表面を有効に活用することができる効果を有する。また、上記の余分な傾斜面は上記基板上の面積を少なくするためには急な角度となってしまう場合があり、半導体装置の製造工程においてレジストや絶縁膜などの被覆が不完全になる問題を生じる場合があった。上記図７，図８に示す構成により急な傾斜面が減少し、半導体装置の製造工程での歩留まりが良好な複合半導体基板を提供することができる。
【０１０２】
この第３実施形態での複数の傾斜面を利用する構成では、複数の傾斜面は上記の構成のように２箇所に限られるものではなく、それ以上の数の場合もありうる。
【０１０３】
たとえば、図９（ａ）に凸構造あるいは凹構造の４箇所の傾斜面９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ，９０４ｄを利用する構造を示す。簡単のために、図９（ａ）は、基板９０１の主表面９０２に垂直な方向かつ上方から見た図としている。凸構造では、傾斜面９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ，９０４ｄの中央部９０５が基板９０１より突出している構造となる。また、凹構造では、傾斜面９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ，９０４ｄの中央部９０５が基板９０１の表面より窪んでいる構造となる。
【０１０４】
そして、図７、図８と同様に傾斜面９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ，９０４ｄの領域９０６ａ，９０６ｂ，９０６ｃ，９０６ｄに半導体層（図示せず）を形成する。立方晶の結晶構造においては、上記の傾斜面９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ，９０４ｄは傾斜角度を同じくすれば、エピタキシャル成長を行う上で等価な面として利用することができる。
【０１０５】
また、たとえば、図９（ｂ）に凸構造あるいは凹構造の３箇所の傾斜面９１４ａ，９１４ｂ，９１４ｃを利用する構造を示している。同じく、簡単のために、図９（ｂ）は、基板９１１の主表面９１２に垂直な方向かつ上方から見た図としている。凸構造では、傾斜面９１４ａ，９１４ｂ，９１４ｃの中央部９１５が基板９１１より突出している構造となる。また、凹構造では、傾斜面９１４ａ，９１４ｂ，９１４ｃの中央部９１５が基板９１１の表面より窪んでいる構造となる。
【０１０６】
そして、図７、図８と同様に傾斜面９１４ａ，９１４ｂ，９１４ｃの領域９１６ａ，９１６ｂ，９１６ｃに基板９１１の結晶材料部と結晶構造の異なる半導体部を形成する。
【０１０７】
上記図９（ｂ）では、上記基板９１１の上記結晶材料部が六方晶の一例として、サファイア基板を用いた場合の例であり、（０　０　０　１）面を主表面９１２として用いた場合の一例を示している。六方晶の結晶での（０　０　０　１）面では、１２０°毎に等価な方位となるため、図９（ｂ）のように３角錐または６角錐の凸形状あるいは凹形状の傾斜面を用いる場合もある。
【０１０８】
また、上記第１実施形態、上記第２実施形態、上記第３実施形態では、基板としてシリコン基板を用いたが、基板はそれに限られるものではなく、立方晶で無極性のゲルマニウムや、立方晶で極性の砒化ガリウム，燐化インジウムの半導体基板、あるいは、六方晶のシリコンカーバイトや、絶縁材料であるサファイアによる基板などを使用することもできる。
【０１０９】
また、上記第１実施形態、上記第２実施形態、上記第３実施形態では、半導体部として、ＩＩＩ族と窒素からなる化合物半導体の例を示したが、上記半導体部はそれらの材料に限られるものではなく、上記結晶材料部とは異なる結晶構造であれば、立方晶で無極性のゲルマニウムや、立方晶で極性の砒化ガリウム，燐化インジウム、あるいは、六方晶のシリコンカーバイトなどを使用することもできる。たとえば、六方晶の結晶材料部上に立方晶の半導体部を形成するように構成しても構わない。あるいは、極性の結晶材料部に無極性の半導体部を形成するように構成しても構わない。
【０１１０】
つまり、上記結晶材料部上に、異なる結晶構造の半導体部を形成する場合に、上記結晶材料部の傾斜面上に異なる結晶構造の半導体部を作成することで、上記傾斜面によって上記結晶材料部の表面での結晶方位の等価性が崩れ、結晶構造の違いによるアンチフェーズドメインに起因する半導体特性の劣化が防止できるのである。それにより、上記結晶材料部と半導体特性の優れた上記半導体部とを集積することができる。
【０１１１】
また、上記第１実施形態、上記第２実施形態、上記第３実施形態では、基板としてシリコン単結晶基板を用いた例を示したが、上記基板は、シリコン単結晶基板などのように基板全体が結晶材料部である必要性はなく、金属基板やガラス基板などの上に、結晶材料部を張り合わせたり成長させたりして形成したものを用いることもできる。
【０１１２】
図１０には、ガラス基板１００１上に選択的に成長したシリコン結晶１０１１のそれぞれの結晶の主表面１０１２上の傾斜面１０１４（斜線で示している）に別の半導体部（図示せず）を形成する構造の概略図を示している。
【０１１３】
また、上記傾斜面１０１４の方向は、上記ガラス基板１００１の主表面の法線方向から［０　１　１］方向に傾けた方向を法線方向とする傾斜面とすることに限られるものではなく、任意の向きへの傾斜が可能である。
【０１１４】
たとえば、従来技術（特開平５−２７５２９７号公報）のようにシリコン単結晶の（１　０　０）面上で、傾斜面の法線方向を［０　１　０］方向に傾けることで、原子レベルの微視的なステップを［０　１　１］方向［０　１　０］方向［０−１　１］方向の複数の方向に形成することもできる。その場合、化合物半導体層として砒化ガリウムを成長した基板によって、優れた特性の砒化ガリウム結晶と、開発の進んでいるシリコン（１　０　０）面との集積化を行った基板を提供することができる。
【０１１５】
また、上記の例は、閉じた凸形状または凹形状のある傾斜面を用いている構成を示しているが、必ずしも閉じた凸形状または凹形状のある傾斜面である必要はない。
【０１１６】
たとえば、凸あるいは凹のストライプ形状の傾斜面を用いることも可能である。たとえば、図１１（ａ）では、凹形状のストライプがウエハ基板１１０１全面にわたって形成されている。つまり、ウエハ基板１１０１の主表面１１０２に傾斜面１１０４（斜線で示す）と傾斜面１１０５（別の斜線でしめす）によって、基板の縦方向に凹形状のストライプ形状が作成されている。図１１（ａ）では、ウエハ基板１１０１上に上記のストライプが４本作成されているようすを示している。そして、傾斜面１１０４の領域に半導体部（図示せず）が形成される。また、図１１（ｂ）では、図１１（ａ）のウエハ基板１１０１から矩形の領域１１０３を切り出した半導体チップを示している。つまり、凹形状は、半導体チップの端にまでいたっている。そして、傾斜面１１０４に半導体層１１０６が形成されている。
【０１１７】
また、図７、図８、図９（ａ）、図９（ｂ）においても、図２や図５のように傾斜面の領域に、複数の個所に半導体部を形成してもよい。あるいはまた、図３や図６のように結晶材料部に複数の凸形状または凹形状を作成するように構成しても構わない。
【０１１８】
また、上記第１〜第３実施形態では、半導体部を有している領域は、その周囲の別の面方位の表面との間に距離を置くように構成している。しかし、上記半導体部は傾斜面全体に形成されていても構わないし、あるいは、半導体部を傾斜面の周囲の表面にまでわたって形成するようにすることも可能である。
【０１１９】
しかし、異なる面方位に成長した半導体同士は結晶格子の方位が異なる場合が多く、結晶転位が増加し、場合によっては、転位が広がる場合もあり、半導体特性を劣化させる場合もある。そのため、別の面方位の表面（たとえば図１であれば主表面１０２や別の傾斜面１１０等、図４であれば主表面４０２や別の傾斜面４１０等）と距離をおいて半導体部を成長することが好ましい。また、傾斜面の周辺はその製造方法によっては傾斜角度がずれる場合も有るので、上記第１〜第３実施形態のように所定の距離だけ周囲から離した部分に半導体部を成長するように構成した方がより好ましい。
【０１２０】
〔第４実施形態〕
次に、この発明の第４実施形態の複合半導体基板を用いた半導体装置について説明する。この第４実施形態は、第１〜第３実施形態のいずれかに記載の上記複合半導体基板の半導体部に作成した半導体装置の例として、第１実施形態の化合物半導体層１０７上に作成された電界効果トランジスタの例を示している。
【０１２１】
図１２に上記電界効果トランジスタの概略構成図を示す。上記第１実施形態と同一の構成部は、同一参照番号を付して説明を省略する。また、化合物半導体層１０７は厚みが薄いので、以降、厚さを省略して斜線で示す領域として示している。
【０１２２】
この第４実施形態では、電界効果トランジスタを形成するために、化合物半導体層１０７の窒化ガリウムの表面は６０ｎｍにわたって、ｎ型にドープしたものを用い、その他の化合物半導体層１０７の部分はｎ型にもｐ型にもドーピングしないものとしている。
【０１２３】
また、上記化合物半導体層１０７の表面には、窒化タングステンとタングステンの積層電極をスパッタ法により形成し、化合物半導体層１０７との間にショットキー接合を形成してゲート電極１２０３としている。
【０１２４】
また、上記化合物半導体層１０７の表面のゲート電極１２０３の両側には、チタンとアルミをこの順番で電子線蒸着法により形成して熱処理を行い、化合物半導体層１０７との間にオーミック接合を形成してそれぞれソース電極１２０１、ドレイン電極１２０２としている。
【０１２５】
上記図１２に示す構成により、化合物半導体層１０７のｎ型にドープされた部分がチャネルとなり、ソース電極１２０１、ドレイン電極１２０２、ゲート電極１２０３とともに電界効果トランジスタを形成している。
【０１２６】
この第４実施形態の半導体装置によれば、傾斜面１０４はオフ基板と同じ作用を有し、その傾斜面１０４に形成された化合物半導体層１０７がアンチフェーズドメインの無い（あるいは少ない）単一のドメインとして形成されている。そのため、上記化合物半導体層１０７を能動領域（この第４実施形態ではチャネル領域）として用いることで、電子移動度が大きく、電界効果トランジスタのオン抵抗の低減や、増幅率の向上、ゲート電流の低減等、優れたトランジスタ特性を示す。また、その結果、高い遮断周波数など、良好な高周波特性を示す。
【０１２７】
また、このとき、基板をあらかじめ特定の面方位から傾斜させて切り出す、いわゆるオフ基板とすることがないので、上記の（１　０　０）面方位で開発が進んでいる既存のシリコンを用いた半導体装置を主表面１０２に集積することが可能となる。
【０１２８】
また、上記半導体装置の能動領域は、半導体装置の基本特性を決定する領域であり、たとえば、上記電界効果トランジスタであれば、ゲート電極の下部に位置するチャネル層や、ショットキー接合部などに相当する。あるいは、上記半導体装置の能動領域は、ゲート電極と半導体部の間に酸化物や絶縁体を挟む構造では、金属−酸化物−半導体接合部の酸化物−半導体接合部界面、金属−絶縁体−半導体接合部の絶縁体−半導体接合部界面に相当する。
【０１２９】
また、この第４実施形態では、図１２に示すようにゲート電極１２０３の長手方向（ゲート幅方向）を傾斜面の傾斜方向に対して直角に配置したが、この方向は任意の方向が可能である。たとえば、傾斜面１０４の傾斜方向に対して平行に配置してもよい。しかし、図１２に示すようにゲート電極１２０３の長手方向を傾斜面１０４の傾斜方向に対して直角に配置した方が、ゲート電極１２０３の位置が傾斜面１０４上で同じ高さになるので好ましい。
【０１３０】
上記ゲート電極１２０３は細長い形状として寄生容量を低減し、トランジスタ特性を向上させる場合が多い。その場合、傾斜面１０４上で一定の高さとすることで、その形状の長手方向に対する幅を一定にすることが容易となるためである。これは、たとえば、塗布したレジストの厚みが、傾斜面の傾斜方向に変化することが避けられないが、傾斜面の傾斜方向に対して直角の方向での各位置では、上記厚みの変化が少ないためである。また、レジストの露光を行う場合でも、露光装置の焦点を合わせた場合、基板表面からの高さが一定で有るために解像度が向上するためである。
【０１３１】
また、この第４実施形態では、チャネルとして、ｎ型窒化ガリウムを用いたが、ｐ型窒化ガリウムを用いて電界効果トランジスタを作成してもよく、また、窒化ガリウムアルミニウム、窒化ガリウムの電気陰性度の異なる異種材料を用いて、両材料の界面の電気陰性度の大きな材料部分に蓄積した２次元電子ガスをチャネルとして用いることも可能である。あるいは、２次元正孔ガスをチャネルとして用いることも可能である。
【０１３２】
あるいはまた、窒化ガリウムインジウムのように、歪みを有する結晶層をチャネルとなる部分の半導体材料に用いることも可能である。
【０１３３】
また、半導体装置は、電界効果トランジスタに制限されるものではなく、ダイオードや、バイポーラトランジスタも可能である。
【０１３４】
ダイオードの場合の能動領域は、上記の電界効果トランジスタの場合のゲート電極と同じように、ショットキー接合領域、金属−酸化物−半導体接合領域の酸化物−半導体接合部界面、金属−絶縁体−半導体接合領域の絶縁体−半導体接合界面に相当し、上記傾斜面の半導体部に形成することが特に好ましい。
【０１３５】
また、バイポーラトランジスタの場合の能動領域は、エミッタ、ベース、コレクタの各半導体領域の接合領域であり、上記傾斜面の半導体部に形成することが特に好ましい。
【０１３６】
また、発光ダイオードやレーザー素子の能動領域は、発光層であり、上記傾斜面の半導体部に形成することが特に好ましい。
【０１３７】
これらの能動領域は、多くの場合、半導体装置の真性トランジスタ領域、真性ダイオード領域のように真性素子領域と呼ばれている場合も有る。また、上記の真性素子領域からオーミック接合までの領域も寄生抵抗の低減が半導体装置の特性の向上に効果があり、能動領域を上記傾斜面の半導体部に形成することが特に好ましい。
【０１３８】
また、上記のダイオード、バイポーラトランジスタ、発光素子においても、それらの構造が細長い形状を有する場合は、図１２のゲート電極１２０３のように、その構造の長手方向を傾斜面の傾斜方向に対して直角に配置した方が好ましい。これは、上記の電界効果トランジスタのゲート電極の場合と同じく、製造するときの作用により、歩留まり、製造精度、均一性を向上させる効果を有するためである。
【０１３９】
また、上記の第４実施形態の図１２に示す半導体装置では、化合物半導体上に形成された半導体装置の例を示しているが、上記基板の表面の結晶材料部、つまりシリコン単結晶上にも素子を作成することができる。
【０１４０】
図１３には、シリコン上の半導体装置と、上記傾斜面を形成する領域の半導体部を用いた半導体装置との集積化の一例を示している。
【０１４１】
図１３では、化合物半導体に作成した半導体装置の一例として第４実施形態で示した構成と同じ電界効果トランジスタ１３１１と、シリコン基板１３０１の主表面１３０２に作成した半導体装置の一例としてのメタルオキサイドセミコンダクタ接合電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）１３１２とが集積化されているようすを模式的に示している。上記電界効果トランジスタ１３１１は、傾斜面１３０４（傾斜角度１３０３）上に形成されている。
【０１４２】
上記に述べているように、（１　０　０）面を表面とするシリコン単結晶を基板として用いているために、図１３のように半導体装置を集積する場合、シリコンによる半導体装置の製造に既存の技術を何ら変更することなく用いることができる効果を有する。
【０１４３】
また、図１３はシリコンによる半導体装置１３１２として、ＭＯＳＦＥＴ構造を記述しているが、これに限られるものではなく、バイポーラトランジスタや、シリコンゲルマニウムを一部に用いた半導体装置とすることも可能である。
【０１４４】
また、上記の第４実施形態の図１２、図１３では、化合物半導体上に形成したトランジスタの一例として、単一のトランジスタを示しているが、本発明は単体トランジスタに限られるものではなく、ＩＣ回路や、複数のトランジスタであってもよい。あるいは、複数のトランジスタを並列に接続したトランジスタ群としても良い。たとえば、図２、図５での別の個所の半導体領域や、図３、図６での別の傾斜面のそれぞれの半導体領域に、別々にトランジスタを作成することができる。
【０１４５】
特に、図１４、図１５に上記のトランジスタ群を作成する場合の好ましい配置の例を示す。
【０１４６】
図１４では、上記傾斜面の隣り合う傾斜面との境界で単位トランジスタのある電極を共通して構成することでトランジスタの集積密度を向上させている。
【０１４７】
つまり、図１４では、ソース電極１４１１ｂが隣の素子とつながって形成されている。また、ドレイン電極１４１２ａ，１４１２ｂもそれぞれ隣の素子とつながって形成されている。図１４では、主表面１４０２を有するシリコン基板１４０１に傾斜面１４０４を形成している。
【０１４８】
また、図１５では、上記傾斜面の隣り合う傾斜面との境界で単位トランジスタのそれぞれの電極１５１１，１５１２，１５１３を、隣り合う位置になるように上記傾斜面や半導体装置を配置し、隣接する半導体装置間の配線長を短くしてトランジスタの集積密度を向上させている。図１５では、主表面１５０２を有するシリコン基板１５０１に傾斜面１５０４を形成している。
【０１４９】
図１４、図１５では、電界効果トランジスタの例を示したが、その他の半導体装置においても同様に、上記傾斜面の隣り合う傾斜面との境界で単位トランジスタのある電極を共通したり、短距離で電極を配線できるように上記傾斜面を配置して、半導体装置の集積密度を向上させることが可能である。
【０１５０】
〔第５実施形態〕
図１６は、この発明の第５実施形態の複合半導体基板の製造方法のフローチャートを示している。また、図１７（ａ）〜（ｅ）は上記ステップＳ１〜Ｓ４までの複合半導体基板の製造方法の各工程での断面図を示している。以下、この第５実施形態では、第１実施形態の図１に示す複合半導体基板の製造方法について説明する。
【０１５１】
先ず、図１６に示すステップＳ１において、加工用マスクの作成を行う。この第５実施形態では、加工用マスクの一例としてレジスト材料によるエッチング加工用マスクの例を示す。先ず、図１７（ａ）に示すように、基板（１　０　０）面を主表面とするシリコン基板１０１の表面にレジスト１７０１を塗布する。そして、上記レジスト１７０１を露光し、現像処理し、図１７（ｂ）に示すように傾斜面（傾斜角度１７０３）を有するレジスト材料によるエッチング加工用マスク１７０２を作成する。
【０１５２】
この実施形態５では、エッチング加工用マスク１７０２の傾斜面の方向が［０１　１］方向となるようにしている。
【０１５３】
また、上記レジスト１７０１の露光において、レチクルと呼ばれる露光マスクの傾斜面に対応する部分の透過性を順に変化させたものを用いることで、レジスト１７０１の露光量を傾斜面の傾斜方向に順に変化させ、上記現像処理により、上記のレジスト１７０１を傾斜面状に加工している。上記レチクルの概略図を図１８（ａ）に示す。レチクル１８０１の上記傾斜面に対応する領域１８０２（破線で示す）には、矢印１８０３の方向に透過性を徐々に減少させた遮光マスクが作成されており、このマスクを使用して露光することで、傾斜面となる領域の露光量を徐々に変化させることができる。
【０１５４】
次に、図１６に示すステップＳ２において、基板上の結晶材料部を傾斜面形状に加工する。図１７（ｃ）に基板１０１上の傾斜面形状に加工された結晶材料部としての凸形状１０５を示す。
【０１５５】
この実施形態５では、一般的なドライエッチングによりエッチング加工用マスクをマスクにして、エッチング加工用マスクをエッチングしつつ、シリコン基板１０１をエッチングし、エッチング加工用マスクの傾斜面形状をシリコンに転写し、上記基板１０１の主表面１０２の法線方向に対して、１°以上かつ１０°未満の傾斜角度１０３で傾斜させた方向を法線方向とするシリコンの傾斜面１０４を形成している。
【０１５６】
また、この工程では、上記ドライエッチングによるレジスト材料によるエッチング加工用マスクのエッチング速度とシリコン基板１０１のエッチング速度の違いのために、エッチング加工用マスク１７０２の傾斜面の傾斜角度１７０３と、シリコン基板１０１に転写形成されたの傾斜面の傾斜角度１０３が変わる場合がある。そのため、シリコン基板１０１に転写形成された傾斜面１０４の傾斜角度１０３が所定の傾き（１°以上かつ１０°以下）となるように上記ステップＳ２での加工条件を調節し、エッチング加工用マスク１７０２の傾斜面の傾斜角度１７０３を補正しておく。
【０１５７】
また、エッチングは、異方性のエッチング条件であっても等方性の条件であってもよい。できれば、異方性と等方性の中間的なエッチング条件で、エッチング加工用マスク１７０２の形状を比較的正確に転写しつつ、エッチング加工用マスクの形状に微妙に残る凹凸を、シリコン基板に転写する工程で平坦化する条件が好ましい。
【０１５８】
次に、図１６に示すステップＳ３において、結晶成長用マスクを作成する。この実施形態５では、結晶成長用マスクの一例として、熱酸化シリコンを材料とした例を示している。結晶材料部の傾斜面１０４上に開口部１７０５を有するマスク１７０４を形成したようすを図１７（ｄ）に示す。
【０１５９】
この第５実施形態では、まず、シリコン表面を熱酸化して表面に熱酸化膜を形成する。上記熱酸化膜は、一度シリコン基板の表面の全面に形成した後、レジストで上記傾斜面上の所定の場所に開口を形成し、上記熱酸化膜をエッチング除去することで、上記熱酸化膜に開口部１７０５を形成し、酸化シリコンからなる熱酸化膜によって、上記マスク１７０４を形成している。また、レジストはその後、除去される。
【０１６０】
最後に、図１６に示すステップＳ４において、傾斜面上に基板の結晶材料部と結晶構造の異なる半導体部を成長させる。上記結晶材料部であるシリコンと結晶構造の異なる半導体層１０７を傾斜面１０４の結晶成長マスク１７０４の開口部１７０５に成長したようすを図１７（ｅ）に示す。
【０１６１】
この第５実施形態では、上記傾斜面１０４に形成した結晶成長マスク１７０４の開口部１７０５の領域に、ガスソースＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ；分子線エピタキシャル）装置により、基板の結晶材料部であるシリコンの立方晶結晶と異なる結晶構造の半導体部として、六方晶よりなる化合物半導体の窒化アルミニウム、窒化ガリウムを順次成長するように構成している。
【０１６２】
つまり、ステップＳ１によって、基板の表面に存在する結晶材料部の主表面の少なくとも１個所以上に、厚みが順次変化するエッチング加工用マスクを作成する加工用マスク形成工程が構成される。
【０１６３】
また、ステップＳ２によって、上記結晶材料部に、上記結晶材料部の主表面の法線方向に対して１°以上かつ１０°未満の傾斜角度で傾斜させた方向を法線方向とする傾斜面よりなる領域を少なくとも１個所以上形成する傾斜面形成工程が構成される。
【０１６４】
また、ステップＳ４によって、結晶成長用マスク作成工程が構成される。
【０１６５】
また、ステップＳ５の工程によって、上記傾斜面の領域に半導体部を成長する半導体成長工程が構成される。
【０１６６】
この第５実施形態の複合半導体基板の製造方法によれば、上記基板の結晶材料部上に傾斜面を形成し、その傾斜面上に半導体部を形成した複合半導体基板を提供することができる。また、特に、上記結晶材料部の主表面と上記半導体部とを集積した複合半導体基板を提供することができる。
【０１６７】
また、図１７（ｅ）に示された複合半導体基板のように、基板１０１の主表面１０２には、加工用の膜や保護膜等がついている場合もある。これは、上記半導体層１０７についても同様で、販売や輸送において品質を維持するための保護膜が付与される場合もある。
【０１６８】
また、ステップＳ１でのレジストの加工に用いる透過性を順に変化させたレチクルは、実際に透過性の変化する遮光部分を用いる以外に、等価的に傾斜面に対応する部分の透過性を変化させるようにしてもよい。たとえば、図１８（ｂ）に示すように、レチクル１８０１の所定の領域１８０２に、レジストの解像度より小さい微細な遮光パターン１８０４を、その密度を矢印１８０３の方向に徐々に増加させて配置し、等価的に透過性を減少させることができる。
【０１６９】
また、露光に際し、露光機の焦点を基板表面から少し、たとえば５〜２０マイクロメートル程度ずらして、上記微細遮光なパターンのレジスト表面での解像度を低下させることで、上記の微細な遮光パターンによるレジストの傾斜面の凹凸をより低減することも効果的である。つまり、次のステップＳ２で基板の結晶材料部に転写された時に結晶材料部の傾斜面をより滑らかにする効果がある。
【０１７０】
また、ステップＳ１では、エッチング加工用マスクの一例としてレジストマスクの例を示したが、レジスト以外の材料を用いることも可能である。たとえば、レジストの傾斜面の形状を一度別の材料に転写して、その別の材料をエッチング加工用マスクとして上記結晶材料部を加工するように構成することもできる。たとえば、ステップＳ１でレジスト塗布前に基板全面に酸化シリコン膜を作成しておき、レジストの傾斜面形状を上記酸化シリコン膜に転写し、エッチング加工用マスクの別の例として傾斜面形状となった上記酸化シリコン膜を作成する。
【０１７１】
また、上記傾斜面の傾斜角度の加工精度は、上記の工程で０．５°未満とすることができるが、工業的には、基板面内のばらつき、工程ロット間のばらつきから約２°未満となる。そのため、上記傾斜面の傾斜角度は、３°以上かつ８°未満とすることで上記傾斜面の製造上のばらつきがあっても上記半導体部の特性のばらつきが少ない基板を作成することができる。
【０１７２】
また、ステップＳ３の熱酸化膜の代わりにスパッタ法により形成した酸化シリコン膜や、窒化シリコン膜など別の膜を使用することもできる。
【０１７３】
また、ステップＳ４では、ガスソースＭＢＥの他にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　ＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いることもできる。
【０１７４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の複合半導体基板によれば、基板の少なくとも表面に有する結晶材料部の傾斜面はオフ基板と同じ作用を有し、その傾斜面に形成された半導体部（例えば化合物半導体）がアンチフェーズドメインの無い単一のドメインとして形成されている。そのため、電子移動度が大きく優れた半導体特性を示す。
【０１７５】
また、このとき、上記結晶材料部をあらかじめ特定の面方位から傾斜させて切り出す、いわゆるオフ基板とすることがないので、たとえば、シリコンの（１　０　０）面のように、開発が進んでいる既存の面方位の主表面とともに、上記半導体部を、上記基板表面に集積化した複合半導体基板を提供することが可能となる。つまり、既存の技術との親和性が良い複合半導体基板を提供することができる。
【０１７６】
また、この発明の半導体装置によれば、上記複合半導体基板の結晶材料部の傾斜面はオフ基板と同じ作用を有し、その傾斜面に形成された優れた特性の半導体部を半導体装置の能動領域に用いることによって、優れた特性の半導体装置を提供することができる。また、特に、基板をあらかじめ特定の面方位から傾斜させて切り出す、いわゆるオフ基板とすることがないので、上記結晶材料部の主表面で開発が進んでいる半導体装置と集積化した集積半導体装置を提供することができる。
【０１７７】
また、この発明の複合半導体基板の製造方法によれば、基板の表面に存在する結晶材料部上に傾斜面を形成し、その傾斜面上に半導体部を成長することで複合半導体基板を提供することができる。また、特に、上記結晶材料部の主表面と上記半導体部を集積した複合半導体基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の第１実施形態の複合半導体基板を説明するための概略構成図である。
【図２】図２は、上記複合半導体基板の傾斜面の複数の個所に半導体部を形成した構成を説明するための概念図である。
【図３】図３は、上記複合半導体基板の複数の傾斜面に半導体部を形成した構成を説明するための概略構成図である。
【図４】図４は、この発明の第２実施形態の複合半導体基板を説明するための概略構成図である。
【図５】図５は、上記複合半導体基板の傾斜面の複数の個所に半導体部を形成した構成を説明するための概略構成図である。
【図６】図６は、上記複合半導体基板の複数の傾斜面に半導体部を形成した構成を説明するための概略構成図である。
【図７】図７は、この発明の第３実施形態の複合半導体基板を説明するための概略構成図である。
【図８】図８は、上記複合半導体基板の別の構成を説明するための概略構成図である。
【図９】図９は、上記複合半導体基板の複数の傾斜面に半導体部を形成した構成を説明するための概略構成図である。
【図１０】図１０は、上記第３実施形態の複合半導体基板において、ガラス基板の上に成長したシリコン結晶の傾斜面に半導体部を形成した構成を説明するための概略構成図である。
【図１１】図１１は、上記第３実施形態の複合半導体基板の別の構成を説明するための概略構成図である。
【図１２】図１２は、この発明の第４実施形態の複合半導体基板を用いた半導体装置を説明するための概略構成図である。
【図１３】図１３は、上記半導体装置をシリコン基板上の半導体装置と集積した構成を説明するための概略構成図である。
【図１４】図１４は、上記半導体装置の単位トランジスタの配置の例を説明するための概略構成図である。
【図１５】図１５は、上記半導体装置の単位トランジスタの別の配置の例を説明するための概略構成図である。
【図１６】図１６は、この発明の第５実施形態の複合半導体基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１７は、上記複合半導体基板の製造方法の各工程を説明するための断面図である。
【図１８】図１８は、上記複合半導体基板の製造方法のレジスト露光工程で使用する露光マスクを説明するための図である。
【図１９】図１９は、従来のシリコン基板を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…シリコン基板、
１０２…主表面、
１０３…傾斜角度、
１０４…傾斜面、
１０５…凸形状、
１０７…化合物半導体層、
２０６ａ，２０６ｂ…領域、
２０７ａ，２０７ｂ…化合物半導体層、
３０１…シリコン基板、
３０２…主表面、
３０３…傾斜角度、
３０４ａ，３０４ｂ…傾斜面、
３０５ａ，３０５ｂ…凸形状、
３０６ａ，３０６ｂ…領域、
３０７ａ，３０７ｂ…化合物半導体層、
４０１…シリコン基板、
４０２…主表面、
４０３…傾斜角度、
４０４…傾斜面、
４０５…凹形状、
４０６…領域、
４０７…化合物半導体層、
５０６ａ，５０６ｂ…領域、
５０７ａ，５０７ｂ…化合物半導体層、
６０１…シリコン基板、
６０２…主表面、
６０３…傾斜角度、
６０４ａ，６０４ｂ…傾斜面、
６０５ａ，６０５ｂ…凹形状、
６０６ａ，６０６ｂ…領域、
６０７ａ，６０７ｂ…化合物半導体層、
７０１…シリコン基板、
７０２…主表面、
７０３ａ，７０３ｂ…傾斜角度、
７０４ａ，７０４ｂ…傾斜面、
７０５…凸形状、
７０６ａ，７０６ｂ…領域、
７０７ａ，７０７ｂ…化合物半導体層、
８０１…シリコン基板、
８０２…主表面、
８０３ａ，８０３ｂ…傾斜角度、
８０４ａ，８０４ｂ…傾斜面、
８０５…凸形状、
８０６ａ，８０６ｂ…領域、
８０７ａ，８０７ｂ…化合物半導体層、
９０１，９１１…シリコン基板、
９０２，９１２…主表面、
９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ，９０４ｄ…傾斜面、
９０６ａ，９０６ｂ，９０６ｃ，９０６ｄ…領域、
９１４ａ，９１４ｂ，９１４ｃ…傾斜面、
９１６ａ，９１６ｂ，９１６ｃ…領域、
１００１…ガラス基板、
１０１１…シリコン結晶、
１０１２…主表面、
１０１４…傾斜面、
１１０１…ウエハ基板、
１１０２…主表面、
１１０３…領域、
１１０４…傾斜面、
１１０５…傾斜面、
１１０６…半導体層、
１２０１…ソース電極、
１２０２…ドレイン電極、
１２０３…ゲート電極、
１３０１…シリコン基板、
１３０２…主表面、
１３０４…傾斜面、
１３１１…電界効果トランジスタ、
１３１２…ＭＯＳＦＥＴ、
１４０１…シリコン基板、
１４０２…主表面、
１４０４…傾斜面、
１４１１ａ，１４１１ｂ…ソース電極、
１４１２ａ，１４１２ｂ…ドレイン電極、
１４１３…ゲート電極、
１５０１…シリコン基板、
１５０２…主表面、
１５０４…傾斜面、
１５１１，１５１２，１５１３…電極、
１７０１…レジスト、
１７０２…レジストマスク、
１７０３…レジストマスクの角度、
１７０４…結晶成長マスク、
１７０５…結晶成長マスクの開口部、
１８０１…露光マスク、
１８０２…傾斜面に対応する領域、
１８０３…透過率の変化、
１８０４…遮光パターン、
１９０１…基板、
１９０２，１９０３…傾斜角度、
１９０４…テラス。
【図１】
2004146571.tif 000003
【図２】
2004146571.tif 000004
【図３】
2004146571.tif 000005
【図４】
2004146571.tif 000006
【図５】
2004146571.tif 000007
【図６】
2004146571.tif 000008
【図７】
2004146571.tif 000009
【図８】
2004146571.tif 000010
【図９】
2004146571.tif 000011
【図１０】
2004146571.tif 000012
【図１１】
2004146571.tif 000013
【図１２】
2004146571.tif 000014
【図１３】
2004146571.tif 000015
【図１４】
2004146571.tif 000016
【図１５】
2004146571.tif 000017
【図１６】
2004146571.tif 000018
【図１７】
2004146571.tif 000019
【図１８】
2004146571.tif 000020
【図１９】
2004146571.tif 000021