(57)【要約】【課題】電気特性が優れ、熱伝導率が高い基板を提供する。【解決手段】温度３００Ｋでの熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上である基材と、温度３００Ｋでの熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満である酸化物膜とが積層し、前記基材の熱伝導率が前記酸化物膜の熱伝導率よりも高い、基板。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度３００Ｋでの熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上である基材と、
温度３００Ｋでの熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満である酸化物膜とが積層し、
前記基材の熱伝導率が前記酸化物膜の熱伝導率よりも高い、基板。
【請求項２】
前記酸化物膜の膜厚が、１ｎｍ以上３００μｍ以下である請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記基材の厚みが、１μｍ以上５ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の基板。
【請求項４】
温度３００Ｋでの熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の基板。
【請求項５】
前記基材の温度３００Ｋでの電気抵抗率が、０．０５Ωｃｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の基板。
【請求項６】
前記基材が、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、金及びダイヤモンドから選択される１以上を含む請求項１〜５のいずれかに記載の基板。
【請求項７】
前記基材表面の算術平均粗さが、５０ｎｍ以下である請求項１〜６のいずれかに記載の基板。
【請求項８】
前記酸化物膜が、多結晶酸化物及び非晶質酸化物の少なくとも一方を含む請求項１〜７のいずれかに記載の基板。
【請求項９】
前記酸化物膜が、少なくともガリウムを含有する請求項１〜８のいずれかに記載の基板。
【請求項１０】
前記酸化物膜中に含まれる全金属元素に対するガリウムの原子組成百分率（［Ｇａ］／［Ｇａ］＋（［Ｇａ以外の全金属元素］）×１００）が、１ａｔ％以上、１００ａｔ％以下である請求項９に記載の基板。
【請求項１１】
前記ガリウムを含む酸化物膜が、さらにシリコン、ゲルマニウム、スズ、チタン、インジウム、アルミニウム、チタン、イットリウム、サマリウム、セリウム、及び亜鉛から選択される１以上の金属元素Ａを含有し、酸化物膜中の全金属元素に占める前記金属元素Ａの原子組成百分率が０．０１ａｔ％以上、９０ａｔ％以下である請求項９又は１０に記載の基板。
【請求項１２】
前記金属元素Ａが、シリコン、ゲルマニウム、スズ、チタン、及び亜鉛から選択される１以上である請求項１１に記載の基板。
【請求項１３】
前記酸化物膜の温度３００Ｋにおけるキャリア濃度が、１×１０１４ｃｍ−３以上、１×１０１７ｃｍ−３以下である請求項１〜１２のいずれかに記載の基板。
【請求項１４】
半導体素子用基板である請求項１〜１３のいずれかに記載の基板。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の基板を用いた素子。
【請求項１６】
請求項１５に記載の素子を含む電気回路。
【請求項１７】
請求項１５に記載の素子を含む電気機器又は車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体素子の作製に用いる基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体素子の１つであるパワーデバイスは、産業用機器及び民生用機器等のさらなる省エネルギー化のため、スイッチング動作のための電力消費の低減や、発熱による電力損失の低減等、高性能化が望まれている。パワーデバイスの主流材料としてシリコンが使用されている。しかしながら、シリコンを使用したデバイスの性能の向上は、電気的特性の理論限界を迎えているため困難になりつつある。そのため、他のワイドギャップ半導体が注目されている。
ワイドギャップ半導体としては炭化ケイ素や窒化ガリウム、酸化ガリウム等が挙げられる。
【０００３】
例えば、ワイドギャップ半導体の一つである酸化ガリウムは、ショットキーバリアダイオード等のパワーデバイスにした場合、シリコンに比べ、逆方向耐圧が高く、逆回復時間が短いという優れた特性を持つ（例えば、特許文献１）。しかしながら、高耐圧が求められるような用途においては電流も大きく、それに伴い発生するジュール熱が大きい。そのため、熱伝導率の向上が求められている。
【０００４】
特許文献１及び２では、β−Ｇａ２Ｏ３基板上にβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を成膜した積層体が記載されている。しかしながら、この積層体は熱伝導率が低く、大電流が流れた場合に発生する熱を速やかに逃がすことができず、特性劣化を引き起こしやすい（非特許文献１）。
一方で、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を成膜するためには、格子定数の整合のために基材をβ−Ｇａ２Ｏ３としなければならず、熱伝導率の向上は解決困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１０２０８１号公報
【特許文献２】特開２０１３−５６８０２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ９２，  ２０２１１８  （２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、電気特性が優れ、熱伝導率が高い基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、以下の基板等が提供される。
１．温度３００Ｋでの熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上である基材と、
温度３００Ｋでの熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満である酸化物膜とが積層し、
前記基材の熱伝導率が前記酸化物膜の熱伝導率よりも高い、基板。
２．前記酸化物膜の膜厚が、１ｎｍ以上３００μｍ以下である１に記載の基板。
３．前記基材の厚みが、１μｍ以上５ｍｍ以下である１又は２に記載の基板。
４．温度３００Ｋでの熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ以上である１〜３のいずれかに記載の基板。
５．前記基材の温度３００Ｋでの電気抵抗率が、０．０５Ωｃｍ以下である１〜４のいずれかに記載の基板。
６．前記基材が、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、金及びダイヤモンドから選択される１以上を含む１〜５のいずれかに記載の基板。
７．前記基材表面の算術平均粗さが、５０ｎｍ以下である１〜６のいずれかに記載の基板。
８．前記酸化物膜が、多結晶酸化物及び非晶質酸化物の少なくとも一方を含む１〜７のいずれかに記載の基板。
９．前記酸化物膜が、少なくともガリウムを含有する１〜８のいずれかに記載の基板。
１０．前記酸化物膜中に含まれる全金属元素に対するガリウムの原子組成百分率（［Ｇａ］／［Ｇａ］＋（［Ｇａ以外の全金属元素］）×１００）が、１ａｔ％以上、１００ａｔ％以下である９に記載の基板。
１１．前記ガリウムを含む酸化物膜が、さらにシリコン、ゲルマニウム、スズ、チタン、インジウム、アルミニウム、チタン、イットリウム、サマリウム、セリウム、及び亜鉛から選択される１以上の金属元素Ａを含有し、酸化物膜中の全金属元素に占める前記金属元素Ａの原子組成百分率が０．０１ａｔ％以上、９０ａｔ％以下である９又は１０に記載の基板。
１２．前記金属元素Ａが、シリコン、ゲルマニウム、スズ、チタン、及び亜鉛から選択される１以上である１１に記載の基板。
１３．前記酸化物膜の温度３００Ｋにおけるキャリア濃度が、１×１０１４ｃｍ−３以上、１×１０１７ｃｍ−３以下である１〜１２のいずれかに記載の基板。
１４．半導体素子用基板である１〜１３のいずれかに記載の基板。
１５．１〜１４のいずれかに記載の基板を用いた素子。
１６．１５に記載の素子を含む電気回路。
１７．１５に記載の素子を含む電気機器又は車両。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電気特性が優れ、熱伝導率が高い基板を提供することができる。本発明の基板は、高耐圧性を維持しながら、熱伝導率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の基板の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の基板の他の実施形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の基板は、温度３００Ｋでの熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上である基材と、温度３００Ｋでの熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満である酸化物膜とを有する。そして、基材の熱伝導率が酸化物膜の熱伝導率よりも高いことを特徴とする。酸化物膜は基材の直ぐ上にあってもよく、基材と酸化物膜の間に導電膜等の介在層があってもよい。基板は基材と酸化物膜の積層体である。
【００１２】
本発明の基板の一実施形態を図１に示す。
基板１は、基材１０上に酸化物膜２０を有する。
本発明で使用する基材は、その熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上であり、５０Ｗ／ｍＫ以上がさらに好ましく、１００Ｗ／ｍＫ以上がより好ましく、１２０Ｗ／ｍＫ以上が特に好ましい。本発明の基板を用いて半導体素子を作製した場合、半導体素子は、素子に流れる電流によってジュール熱を発生する。発生した熱を速やかに放熱するためには、基材の熱伝導率は３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
【００１３】
尚、本願において熱伝導率とは、３００Ｋにおいて、単位厚さの板の両端に単位温度の差があるとき、その板の単位面積に、単位時間あたり流れる熱量である。熱伝導率は、保護熱板法、同心円筒絶対法等の定常法によって測定したり、パルス加熱法、周期加熱法、熱線法等の非定常法で熱拡散率又は熱浸透率を求め、これらの値から比熱及び密度を用いて計算することにより求めることができる。ここで、保護熱板法とは平板比較法や平板比較法熱流量計法等の測定法である。同心円筒絶対法とは同心円筒比較法や同心球比較法等の測定法である。また、パルス加熱法とはレーザーフラッシュ法等、周期加熱法とはサーモリフレクタンス法、２ω法、３ω法、カロリーメーター法等、熱線法とはプローブ法等を指す。
【００１４】
熱浸透率が測定された場合、熱伝導率λ［Ｗ／ｍＫ］は熱浸透率ｂ［Ｊ／ｓｅｃ０．５ｍ２Ｋ］、密度ρ［ｋｇ／ｍ３］、比熱容量ｃ［Ｊ／ｋｇＫ］を用いて下記式（１）で算出する。
λ＝ｂ２／ρｃ    （１）
ここで密度とは試料の単位体積当たりの質量のことで、比重瓶法、液中ひょう量法、幾何学的測定（試料固体の体積及び質量を直接測定）等によって求めることができる。比熱容量とは単位質量の物質を単位温度上げるのに必要な熱量のことで、フラッシュ法や示差走査熱両方（ＤＳＣ法）等の測定法で求められる。
【００１５】
熱拡散率αが測定された場合、熱伝導率λ［Ｗ/ｍＫ］は熱拡散率α［ｍ２／ｓｅｃ］、密度ρ［ｋｇ／ｍ３］、比熱容量ｃ［Ｊ／ｋｇＫ］を用いて下記式（２）から計算できる。
λ=αρｃ    （２）
【００１６】
本願において酸化物膜の熱伝導率は、室温（３００Ｋ）において周期加熱サーモリフレクタンス法で、膜表面上の各対角線の交点を測定した値を指す。サーモリフレクタンス法では、一定の加熱変調周波数で校正用基準試料のサーモリフレクタンス信号を測定し、これらの熱浸透率とサーモリフレクタンス信号の位相遅れを用いて校正式を作成する。次に、未知試料の測定で得られたサーモリフレクタンス信号の位相遅れを校正式に代入して、熱浸透率を求める。この熱浸透率、試料の密度及び比熱容量から上記式（１）より熱伝導率を求める。
【００１７】
また、基材及び基板の熱伝導率は、室温において周期加熱測温法で測定した値を指す。周期加熱測温法では、周期加熱源によって試料表面を加熱し、裏面からの放射エネルギーを測温し、熱拡散率を求める。この熱拡散率、試料の密度及び比熱容量から上記式（２）より熱伝導率を求める。
【００１８】
熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上である基材の構成材料としては、例えば、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、金、ダイヤモンドが挙げられる。基材は上記材料のうちの１種のみで形成してもよく、また、２種以上組み合わせて形成してもよい。
上記の構成材料のうち、ダイヤモンド、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、銅、アルミニウム、モリブデン及びチタンは、熱伝導率が１２０Ｗ／ｍＫ以上であり好ましい。
【００１９】
基板を用いて半導体素子を作製する場合、生産性やダイシング工程における切削加工性の観点から、基材の材料にはシリコンが好ましい。基板から半導体素子を作製する場合、１枚の基板に複数の半導体素子（チップ）を作製し、ダイシング工程によって１つ１つのチップに切り分ける。このとき、１枚の基板から取得できるチップの数が多い程、チップ１つ当たりの製造費が下がるという利点がある。従って、基板は大口径であることが好ましい。また、ダイシング工程においては、基板を切削加工が容易であることも生産性向上のため重要である。シリコンは大口径化が達成されており、切削加工も容易である。
【００２０】
シリコン基材の場合、基材のキャリア伝導型には制限がなく、Ｎ型シリコン及びＰ型シリコンのいずれも使用できる。
シリコン基材の口径について、特に制限はないが、生産性の観点から大口径基材、例えば、直径５０．８ｍｍ（２インチ）以上の基材が好ましく、１００ｍｍ以上がより好ましく、３００ｍｍ以上が特に好ましい。
シリコン基材の結晶性は特に制限はなく、単結晶シリコン及び多結晶シリコンのいずれも使用することができる。
シリコン基材としては、例えば、公知のシリコンウェハーを用いることができる。また、シリコンウェハーはドーピングされていてもよい。
基材のキャリア濃度は、低抵抗の縦型素子を作製するために導電膜や酸化物膜と電気的に良好な接合を得るため、１０１６ｃｍ-３以上が好ましく、より好ましくは１０１８ｃｍ−３以上であり、さらに好ましくは１０１９ｃｍ−３以上である。
【００２１】
また、基材の厚み方向に電流が流れる半導体素子（縦型半導体素子）を作製する場合、基材の材料は金属であることが好ましい。縦型半導体素子を作製する場合、基材に酸化物膜を成膜した後、酸化物膜及び基材の面上に電極を形成する必要がある。金属は電気抵抗率が非常に低いため、金属基材を使用することにより、基材が電極の機能を兼ねることができる。従って、基材面側の電極を省略できることから、電極作製工程を簡略化できる。また、金属は熱伝導率が高いため、電流が流れたときに発生するジュール熱を速やかに放熱し、半導体素子の劣化を防ぐことができる。
金属として、具体的には、銅、アルミニウム、モリブデン又はチタンが好ましい。尚、基材は化学的安定のため、複数の金属を含む合金でもよい。また、これらの金属を積層して用いてもよい。
【００２２】
基材の厚みは、特に制限はないが、材料費抑制、チップの積層搭載、及び半導体素子パッケージの薄型化の観点からは、基材は薄い方がよい。しかしながら、基材の厚みが薄すぎると、基材自身の重さによって基材がたわんだり、割れたりする。従って、基材の厚みは１μｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは３０μｍ以上３ｍｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上１ｍｍ以下、さらに好ましくは、１００μｍ以上７００μｍ以下である。
基材の厚みは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定する。測定箇所として、基材表面の対角線の交点と、交点と各頂点の中間点の計５点の視野を観察し、その視野を等間隔に１０等分する箇所で測定し、その計５５か所の平均値を基材の厚みとする。尚、基材の厚みが厚い場合は、光学顕微鏡や、マイクロメータ等により測定する。
【００２３】
基材表面の算術平均粗さは５０ｎｍ以下であることが好ましい。例えば、半導体素子を作製する際、１枚の基板から複数個の素子を作製するが、基材表面が粗いと得られる基板の表面も粗くなり、素子毎の特性にバラつきが起こりやすくなるおそれがある。また、基板の凹凸では電界集中が起こりやすく、素子破壊のおそれがある。基材表面の算術平均粗さが５０ｎｍ以下であれば、素子毎の特性のバラつきや凹凸による電界集中を低減できる。基板の算術平均粗さは１０ｎｍ以下であることがより好ましい。
算術平均粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ‘２０１３の測定法により測定した値である。
【００２４】
基材の温度３００Ｋでの電気抵抗率は、０．０５Ωｃｍ以下であることが好ましい。
半導体素子を作製するとき、基材は電気伝導層となる。基材の電気抵抗率が０．０５Ωｃｍ以下であれば、基材の電気抵抗値が十分に低いため、半導体素子全体の抵抗値も低くできる。基材の電気抵抗率は、０．０２Ωｃｍ以下であることがより好ましく、０．０１Ωｃｍ以下であることがさらに好ましく、特に、０．００２Ωｃｍ以下であることが好ましく、０．００１Ωｃｍ以下であることが最も好ましい。
【００２５】
電気抵抗率は、四探針法によって測定した値である。
四探針法による測定が難しい場合は、以下の方法で評価することができる。
基材の表面と裏面の両方に良好なコンタクトが得られる金属膜を成膜し、電圧Ｖを印加する。その時に流れる電流Ｉを測定する。電極面積をＳ、電極表面と裏面の間の長さをＬとして、電気抵抗率は以下の式により求ることができる。
電気抵抗率＝（Ｖ・Ｓ）／（Ｉ・Ｌ）
【００２６】
本発明で使用する酸化物膜は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満である。熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満の酸化物膜を用いることで、ダイオード等のパワーデバイスを作製した際に、高い耐圧性を達成することができる。酸化物膜の熱伝導率は７０Ｗ／ｍＫ未満が好ましく、５０Ｗ／ｍＫ未満がより好ましく、３０Ｗ／ｍＫ未満が特に好ましい。
【００２７】
酸化物膜を形成する酸化物は、熱伝導率が上記要件を満たしていれば特に限定はなく、公知の金属酸化物が使用できる。例えば、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｍｇ，Ｔｉ、Ｚｎ，Ｙ，Ｓｍ，Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇａ又はＡｌの酸化物、及びこれら酸化物を２種以上含む混合酸化物が挙げられる。また、酸化物膜は単層構成でも積層構成でもよい。
【００２８】
金属酸化物は、非晶質でも結晶質でもよく、結晶は、多結晶でも単結晶でもよい。本発明では、酸化物膜が多結晶酸化物及び非晶質酸化物のいずれか一方又は両方を含むことが好ましい。
基材上に単結晶酸化物層を成膜する場合、基材の結晶方位によって異なる複数の方位の結晶を含んだ膜が形成される可能性がある。また、基材の端面においては、面取り加工が施されている場合が多い。その結果、成膜面には様々な方位面が連続的に存在しているため、酸化物膜成膜時に結晶の異常成長が生じやすい。さらに、単結晶の成膜は概して高温が必要となるため、基材から酸化物膜へ不純物が拡散することがある。異常成長が無く、かつ低温での成膜が可能であるという点で多結晶酸化物及び非晶質酸化物が好ましい。
【００２９】
また、例えば、本発明の基板から半導体素子を作製する場合、その工程において基板はプラズマや各種反応ガスに曝されるため、それらに対する安定性が高いことにより、プロセスマージンが広くなるため好ましい。この点において、酸化物膜は多結晶酸化物、又は多結晶酸化物と非晶質酸化物の両方を含むことが好ましい。
また、半導体素子作製工程では、酸化物膜を酸や反応性ガスでエッチングして微細加工するが、この加工が微細になるほど高いエッチング精度が望まれる。酸化物膜に異方性が有る場合、エッチングが望ましくない方向へ進む場合があることから、酸化物膜は等方性の高い非晶質酸化物であることが好ましい。
【００３０】
一方、非晶質膜及び微結晶を含む非晶質膜の場合、電気移動度が低いという問題がある。スイッチング素子等の半導体素子の場合、低電気移動度は電力損失が増加してしまうおそれがある。従って、この場合は、酸化物膜は主に移動度の高い多結晶酸化物を含むことが好ましい。
【００３１】
尚、本発明において、多結晶酸化物とは結晶軸の方向が必ずしも揃っていない結晶酸化物の集合体を意味する。また、非晶質酸化物とは、Ｘ線解析により得られる回折チャートにおいて、結晶に起因する回折ピークが観測されない酸化物を意味する。
「微結晶」とは、結晶粒径のサイズがサブミクロン以下であり、明解な粒界が存在しないものを言う。
「多結晶」とは、結晶粒径のサイズがミクロンサイズを超え、明解な粒界が存在するものを言う。
【００３２】
本発明では、酸化物膜がガリウム元素（酸化ガリウム）を含有することが好ましい。酸化ガリウムはバンドギャップが広いため、優れた電流−電圧特性を持つ。そのため、この基板を用いて作製される半導体素子は高い絶縁破壊電界を有する。
また、ガリウムは酸素保持力が強く、酸化物膜中の酸素の脱離による膜の還元を防ぐことができる。
【００３３】
酸化物膜中に含まれる全金属元素に対するガリウムの原子組成百分率（［Ｇａ］／［Ｇａ］＋（［Ｇａ以外の全金属元素］）×１００）が１ａｔ％以上１００ａｔ％以下であることが好ましい。
酸化ガリウムの有する広いバンドギャップ及び高い絶縁破壊電界を発揮する場合には、酸化物膜中に含まれるガリウムの原子組成百分率は７０ａｔ％以上が好ましく、９０ａｔ％以上がより好ましく、９５ａｔ％以上がさらに好ましく、特に好ましくは９８ａｔ％以上である。
一方、半導体素子に指数関数的な電流が流れ始めるまで、順方向の電圧を印加することを考えた場合、その電圧値は消費電力低減のために小さい方がよい。
電圧値とバンドギャップはトレードオフの関係にある。従って、広いバンドギャップを維持しながら、電気伝導性を維持する場合には、ガリウムの原子組成百分率は１ａｔ％以上９０ａｔ％以下であることが好ましく、２０ａｔ％以上８０ａｔ％以下がより好ましく、２５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であることが好ましく、３０ａｔ％以上４５ａｔ％以下であることが特に好ましい。
【００３４】
また、本発明の酸化物膜ではガリウムの他に、さらに、シリコン、ゲルマニウム、マグネシウム、スズ、チタン、インジウム、アルミニウム、イットリウム、サマリウム、セリウム、及び亜鉛から選択される一以上の元素Ａを含有することが好ましく、シリコン、ゲルマニウム、マグネシウム、スズ、チタン、インジウム 、アルミニウム、及び亜鉛から選択される一以上の元素Ａを含有することがより好ましい。酸化物膜中の全金属元素に占める元素Ａの原子組成百分率は、０．０１ａｔ％以上９０ａｔ％以下であることが好ましく、３０ａｔ％以上７０ａｔ％以下がより好ましい。元素Ａの原子組成百分率が０．０１ａｔ％以上である場合、キャリア伝導の散乱源となるおそれが減少し、電気抵抗の上昇を抑制できる。
特に、耐薬品性向上のためには、スズを含む事が好ましく、電気伝導向上のためには、インジウムを含む事が好ましく、価格の面では安価な亜鉛を含む事が好ましい。さらに、酸化物がインジウムとの化合物である場合、アモルファス状態安定のため、亜鉛を含む事が好ましい。Ａｌを含むと、酸化物膜中の酸素の脱離による膜の還元が防止されるため好ましい。
尚、酸化物膜が元素Ａを２種類以上含有する場合、元素Ａの原子組成百分率は、添加された元素Ａの合計の原子組成百分率を意味する。
酸化物膜の組成は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分析装置やＸＲＦ（（Ｘ−ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）又はＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定する。
【００３５】
酸化物膜中の温度３００Ｋにおけるキャリア濃度は、１×１０１１ｃｍ−３以上、１×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１２ｃｍ−３以上、１×１０１７ｃｍ−３以下であることがさらに好ましく、１×１０１４ｃｍ−３以上、１×１０１７ｃｍ−３以下であることがより好ましい。キャリア濃度が１×１０１１ｃｍ−３以上であれば、酸化物膜の電気抵抗値が十分低く好ましい。一方、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３以下であれば、抵抗が低くなりすぎず、逆バイアス時のリーク電流が上昇しづらい。
【００３６】
キャリア濃度は、Ｃ−Ｖ評価によって測定する。
Ｃ−Ｖ評価は、下記式を用いて、Ｃ−２ｖｓＶの傾きからＮ（キャリア濃度）を求める。
Ｃ＝｛ｑεＮ／２（φ−Ｖ）｝１／２
各記号は下記を意味する。
Ｃ：単位面積当たりの金属と酸化物膜の接合容量
q：電荷素量
ε：酸化物膜の誘電率
φ：金属と酸化物膜の接合による内蔵電位
Ｖ：印加電圧
【００３７】
酸化物膜の膜厚に特に制限はなく、用途に応じて適宜設定できる。例えば、本発明の基板を用いて半導体素子の１つであるダイオードを作製する場合、酸化物膜の膜厚は、絶縁破壊電界を保持するためには厚い方がよい。一方、膜厚が厚すぎると、膜の抵抗値が大きくなり、ダイオードに順方向電圧を印加した時に電流が流れ始める電圧値が大きくなる。従って、酸化物膜の膜厚は５０ｎｍ以上３００μｍ以下が好ましく、より好ましくは５００ｎｍ以上１００μｍ以下であり、特に好ましくは９００ｎｍ以上５０μｍ以下である。
【００３８】
膜厚は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定する。測定箇所として、膜の対角線の交点と、交点と各頂点の中間点の計５点の視野を観察し、その視野を等間隔に１０等分する箇所で測定し、その計５５か所の平均値を膜厚とする。尚、膜厚が厚い場合は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や、光学顕微鏡等により上記同様に測定する。
【００３９】
本発明の基板では、基材の熱伝導率が酸化物膜の熱伝導率よりも高い。即ち、下記式の関係を満たす。
（基材の熱伝導率）＞（酸化物膜の熱伝導率）
これにより、熱伝導率が高く、耐圧性も高い基板を得ることができる。
【００４０】
本発明の基板の、温度３００Ｋにおける熱伝導率は３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、５０Ｗ／ｍＫ以上がさらに好ましく、１００Ｗ／ｍＫ以上がより好ましく、１２０Ｗ／ｍＫ以上が特に好ましい。
本発明の基板は上述した基材上に酸化物膜を形成することにより作製できる。
酸化物膜の形成には、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の真空気相法，大気圧ＣＶＤ、スプレーパイロリシス法、ミストＣＶＤ法等の常圧気相法，スピンコート法、インクジェット法、キャスト法、ミセル電解法、電着法等の液相法等、公知の方法を適用できる。
【００４１】
酸化物膜を形成した後、アニール処理をしてもよい。アニール処理により、上述した基材と酸化物膜の電気的接合が向上する。
アニール処理の条件は、酸化物膜の種類等に合わせて適宜調整すればよいが、通常、５０〜１４００℃で３０秒〜５時間加熱する。６０〜６００℃がより好ましく、８０〜３００℃がさらに好ましい。１０分〜２時間加熱することがより好ましく、３０分〜１時間３０分加熱することがさらに好ましい。
【００４２】
本発明の基板では、基材と酸化物膜の間に厚さが１ｎｍ以上１μｍ以下の導電膜を形成してもよい。
本発明の基板の他の実施形態を図２に示す。
基板２は、基材１０、導電膜３０及び酸化物膜２０をこの順に積層した構造を有する。
導電膜は電気伝導性の高い金属膜が好ましい。金属膜の場合、厚すぎると金属層の応力により基板が反るおそれがある。従って、金属膜の厚さは１μｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましく、２００ｎｍ以下が特に好ましい。金属としては、パラジウム、モリブデン、クロム、チタン、タンタル、ジルコニウム又はハフニウム、金、白金、イリジウム、ルテニウムが好ましい。
【００４３】
導電膜の上に、保護膜を積層してもよい。保護膜としては、導電膜と異なる金属を用いることができ、金や白金等の酸化しにくい金属が好ましい。また、酸化物膜を二層とし、導電膜と接する酸化物膜に保護膜の役割を持たせることもできる。この場合、酸化パラジウムや、酸化イリジウム、酸化ルテニウムが好ましい。
【００４４】
また、本発明の基板では、基材の裏面、即ち、酸化物膜を作製する面の逆側の面に、導通を補助するため、密着性に優れた導電膜を形成してもよい。導電膜としては、シリコンと良好なオーミック接合を形成する、クロム、チタン、タンタル、モリブデン、ジルコニウム、又はハフニウムが好ましい。
導電膜の厚みは、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。この範囲であれば、基板に熱が加わったときに、基板と導電膜との熱膨張率の差によって生じる基板の反りを低減できる。
【００４５】
本発明の基板は、例えば、半導体素子の構成部材（半導体膜等）、電気絶縁素子等に使用できる。なかでも、半導体素子用基板に好適である。
本発明の基板を用いた素子としては、ダイオード、縦型ＭＯＳＦＥＴ等が挙げられる。本発明の基板を用いたダイオードは、高耐圧かつ高速スイッチングを実現できる。
【００４６】
本発明の素子を用いた電気回路としては、昇圧・降圧チョッパ回路、インバータ・コンバータ回路、電源回路、スイッチングレギュレータ等が挙げられ、電気機器としては、携帯電話、パソコン、エアコン、冷蔵庫、受像機、照明器具、電磁調理器等が挙げられ、車両としては、自転車、自動車、鉄道車両、航空機等が挙げられる。
【実施例】
【００４７】
本発明の具体的な実施例について説明する。
実施例及び比較例で、基材としてシリコン基板又はβ−Ｇａ２Ｏ３基板を用いた。酸化物膜として、アモルファスＧａ２Ｏ３膜、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）膜又はインジウム錫亜鉛酸化物（ＩＴＺＯ）膜を用いた。これらの物性を表１に示す。各物性の測定方法は以下のとおりである。
【００４８】
・熱伝導率
酸化物膜の室温（３００Ｋ）での熱伝導率は、ベテル社製サーマルマイクロスコープＴＭ３を用いて周期加熱サーモリフレクタンス法で測定した。
具体的に、測定のため、アモルファスＧａ２Ｏ３（酸化物膜）上にＭｏ薄膜を１４０ｎｍ成膜し、加熱用レーザーで表面を周期的に加熱した。熱はＭｏ薄膜からアモルファスＧａ２Ｏ３上に伝播し、試料表面の温度応答、即ち、周期加熱しているレーザーの波形位相に対してＭｏ表面の温度変化の波形位相が位相遅れを生じる。この位相遅れを解析する事により膜の熱浸透率ｂを測定した。
熱浸透率ｂから熱伝導率λを下記式より計算した。
λ＝ｂ２／ρｃ
（式中、λは熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、ｂは熱浸透率［Ｊ／ｓｅｃ０．５ｍ２Ｋ］、ρは密度［ｋｇ／ｍ３］、cは比熱容量［Ｊ／ｋｇＫ］である。）
【００４９】
また、基材の室温（３００Ｋ）での熱伝導率は、以下のようにして求めた。ベテル社製サーモウェーブアナライザＴＡ３を用いて周期加熱放射測温法で熱拡散率αを測定した。熱拡散率αから熱伝導率λを下記式より計算した。
λ=αρｃ
（式中、λは熱伝導率［Ｗ/ｍＫ］、αは熱拡散率［ｍ２／ｓｅｃ］、ρは密度［ｋｇ／ｍ３］、ｃは比熱容量［Ｊ／ｋｇＫ］である。）
【００５０】
・算術平均粗さ
算術平均粗さを求めるために必要な粗さ曲線は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の探針で試料表面の各対角線の交点を中心とする１０μｍ×１０μｍの範囲を走査して得た。その後、ＪＩＳ Ｂ０６０１  ‘２０１３に記載の手順によって算術平均粗さを求めた。
【００５１】
・電気抵抗率
電気抵抗率は四探針法によって測定した。
【００５２】
・キャリア濃度
キャリア濃度は、Ｃ−Ｖ評価によって測定した。
【表１】
2016154228.tif 000003
実施例１
図１に示す構造を有する基板を作製した。具体的に、基材１０としてＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法により作製した厚さ５２５μｍ、Ｎ型の結晶方位＜１００＞、算術粗さ０．２５ｎｍのシリコン基材を使用した。基材の多数キャリアの種類に制限はないが、酸化物膜２０と同じ多数キャリアの種類であることが望ましい。酸化物膜２０として、上記のＳｉ基材（基材１０）上にスパッタリング法によって厚さ９８１．７ｎｍのアモルファス（非晶質）Ｇａ２Ｏ３を形成した。アモルファス酸化ガリウムはアネルバ製スパッタリング装置Ｅ−２００Ｓを用いて、５０Ｗ、ＤＣ電力５０Ｗ、アルゴンガス１００％、室温（３００Ｋ）にて成膜した。
【００５３】
作製した基板の層構成並びに熱伝導率及び高耐圧の評価結果を表２に示す。測定方法は以下のとおりである。
・熱伝導率
基板の室温（３００Ｋ）での熱伝導率は、基材と同じ方法で求めた。
３０Ｗ／ｍＫ以上を「〇」、３０Ｗ／ｍＫ未満を「×」と評価した。
【００５４】
・耐電圧（絶縁破壊電圧）評価
シリコン基材の表面に金属膜を成膜し、さらに、金属膜上に酸化物膜を積層し、さらに、酸化物膜の上部に金属電極（表面電極）を形成する。シリコン基材の裏面に金属膜を形成し、裏面電極とする。表面電極及び裏面電極間に逆方向電圧を印加し、指数関数的に電流が流れ始めた電圧を耐電圧（耐圧）とした。
この耐電圧を用いて絶縁破壊電界を算出した。なお、実施例、比較例の酸化物膜は、キャリア濃度が１０１６ｃｍ−３以上であり、半導体的で空乏層の厚みが電界に正比例して変化するため、「耐電圧（絶縁破壊電圧）×２／酸化物の膜厚」を絶縁破壊電界とした。なお、キャリア濃度が１０１６ｃｍ−３未満と少なく、金属酸化物が絶縁体と見做せる場合は、「耐電圧（絶縁破壊電圧）／酸化物の膜厚」を絶縁破壊電界とする。
そして、絶縁破壊電界が０．３ＭＶ／ｃｍ以上の場合を「〇」、絶縁破壊電界が０．３ＭＶ／ｃｍ未満の場合を「×」と評価した。
【００５５】
・パワーデバイスへの活用の可否
上記の評価結果から、パワーデバイスへの活用可能な場合を「〇」、活用できない場合を「×」と評価した。
【００５６】
実施例２〜４
表２に示す層構成の基板を作製し、実施例１と同様に評価した。結果を表２に示す。尚、実施例４の酸化物膜は、アモルファスＧａ２Ｏ３とＩＧＺＯとした。
【００５７】
【表２】
2016154228.tif 000004
【００５８】
比較例１〜４
表３に示す層構成の基板を作製し、実施例１と同様に評価した。結果を表３に示す。
【００５９】
【表３】
2016154228.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の基板は、例えば、半導体素子に使用できる。
本発明の基板を用いた素子は、電気回路、電気機器や車両に使用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１、２  基板
１０  基材
２０  酸化物膜
３０  導電膜
【図１】
2016154228.tif 000006
【図２】
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