СЛОИСТАЯ ПОДЛОЖКА ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ, СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ
LAYERED SUBSTRATE MADE OF SEMICONDUCTOR COMPOUND, ITS MANUFACTURING METHOD AND SEMICONDUCTOR ELEMENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение относится к слоистой подложке из полупроводникового соединения, которая может быть благоприятным образом применена для изготовления силового полупроводникового устройства и относится в частности к слоистой подложке из полупроводникового соединения, которая способствует оптимизации характеристик обработки поверхности и технологическому процессу в процессе изготовления полупроводникового устройства, и способу изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения, и полупроводниковому устройству.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Полупроводниковые соединения, примерами которых являются карбид кремния, нитрид галлия и т.п., привлекают внимание в качестве материалов высокоэффективных полупроводниковых устройств, которые не могут быть получены с помощью кремния, который обычно применяют, таких как высокотемпературные полупроводниковые устройства, полупроводниковые устройства с высоким напряжением пробоя, с низким энергопотреблением, или полупроводниковые устройства с ультравысокой скоростью переключения, благодаря их физическим, химическим и электрическим характеристикам. На практике, значительные энергосберегающие характеристики, уменьшение размеров и уменьшение массы становятся достижимыми за счет полупроводниковых соединений, применяемых в качестве материалов подложек импульсных источников электропитания и электроприводов для электропоездов, автомобилей и т.д.
[0003] Хотя полупроводниковые соединения обладают значительными преимуществами, как указано выше, они имеют некоторые ограничения в применении по отношению к полупроводниковому элементу, такому как кремний. Одно из ограничений заключается в том, что грани кристалла полупроводникового соединения обладают полярностями. Иными словами, монокристаллическая подложка из полупроводникового соединения, выполненная из составляющих элементов A и B неизбежно имеет полярную грань (A-полярную грань, далее здесь также называемую A–гранью), которая образована A-атомами (заканчивается ими) и на которой свободные связи A-атомов открыты, и полярную грань (B-полярную грань, далее здесь также называемую B–гранью), которая образована B-атомами (заканчивается ими) и на которой свободные связи B-атомов открыты.
[0004] При этом, в случае, когда кристалл полупроводникового соединения является кубическим кристаллом, гексагональным кристаллом или ромбоэдром, полярная грань проявляется на наиболее плотно упакованной плоскости кристаллической решетки. Иными словами, наиболее плотно упакованной плоскостью кубического кристалла является плоскость {111}; в кремнии, все плоскости {111} являются полярными гранями Si и эквивалентны; в противоположность этому, в кристалле полупроводникового соединения кубического кристалла плоскость (111) является плоскостью, на которой открыты атомы катионов, а плоскость (–1–1–1) на противоположной стороне к ней является плоскостью, на которой открыты атомы анионов. Более конкретно, в кубическом кристалле карбида кремния (SiC) плоскость (111) является Si–гранью, а плоскость (–1–1–1), которая является плоскостью на противоположной стороне к ней, является C–гранью. С другой стороны, наиболее плотно упакованной плоскостью кристалла полупроводникового соединения, такого как гексагональный кристалл или ромбоэдр является плоскость {0001}, однако плоскость (0001) и плоскость (000–1) не являются эквивалентными, то есть первой из упомянутых является плоскость, на которой открыты атомы катионов, а последняя из упомянутых является плоскостью, на которой открыты атомы анионов. В гексагональном кристалле карбида кремния плоскость (0001) является Si–гранью, а плоскость (000–1) является C–гранью. Подобным образом, в арсениде галлия (GaAs) плоскость (111) является Ga–гранью, а плоскость (–1–1–1) является As–гранью; в фосфиде галлия (GaP) плоскость (111) является Ga–гранью, а плоскость (–1–1–1) является P–гранью; в нитриде галлия (GaN) плоскость (0001) является Ga–гранью, а плоскость (000–1) является N–гранью.
[0005] Основным фактором, который затрудняет изготовление полупроводникового устройства при применении монокристаллической подложки из соединения, является то, что физические, химические и электрически характеристики различаются между полярными гранями; когда пытаются оптимизировать элемент в отношении конкретной полярной грани, множество раз происходит ситуация, когда характеристики на другой полярной грани ухудшаются. Такое различие между характеристиками полярных граней обусловлено следующими двумя факторами: (1) энергия связи между атомом внешней поверхности и атомом одного слоя, расположенного ниже, изменяется в зависимости от полярности; и (2) также потенциал поверхности изменяется в зависимости от различия в склонности к ионизации между атомами.
[0006] Различие между полярными гранями, подобное вышеуказанному, вызывает, например, проблему, заключающуюся в том, что изменяются характеристики соединения между полупроводником и металлом, т.е. в то время как одна поверхность проявляет способность к спрямлению, другая поверхность проявляет омические характеристики или проявляет иное контактное сопротивление и т.д.
[0007] Кроме того, также скорость окисления различается между полярными гранями; когда выполняют термическую окислительную обработку, значительное различие может встречаться по толщине оксидной пленки между передней поверхностью и задней поверхностью подложки. Например, в карбиде кремния скорость термического окисления C–грани в три раза больше скорости термического окисления Si–грани; следовательно, когда пытаются получить пленку термического оксида с желательной толщиной пленки на Si–грани, на C–грани формируют пленку термического оксида, имеющую толщину в три раза больше, чем ее толщина на Si–грани. Соответственно, необходимо выполнять дополнительный процесс, такой как процесс выполнения различных окислительных обработок для полярных граней или процесс травления одной оксидной пленки до желательной толщины пленки.
[0008] Кроме того, также между полярными гранями различаются условия полирования для сглаживания поверхности. Например, при получении гладкой поверхности на подложке из карбида кремния, может быть выполнено химико–механическое полирование (CMP); скорости полирования C–грани и Si–грани изменяются в зависимости от pH суспензии, применяемой для обработки химико–механическим полированием (CMP). Например, в случае химико–механического полирования (CMP) при щелочных условиях для получения гладкой поверхности для Si–грани, гладкая поверхность не может быть получена на C–грани, поскольку C–грань травится быстрее, чем Si–грань. Таким образом, необходимо применять разные условия химико–механического полирования (CMP) для Si–грани и C–грани, и обе плоскости не могут быть отполированы одновременно.
[0009] Более серьезная проблема заключается в том, что под влиянием полярных граней также находятся условия гомоэпитаксиального выращивания на подложке из полупроводникового соединения. При эпитаксиальном выращивании кристалла полупроводникового соединения необходимо, чтобы несколько составляющих элементов подавались к поверхности подложки, независимо от твердой фазы, жидкой фазы или газообразной фазы. В этом случае эффективность захватывания элементов различается между полярными гранями. Например, в случае, когда предполагают, что кристалл полупроводникового соединения, образованного из элемента A и элемента B, эпитаксиально выращивают при управлении скоростью подачи, количество подаваемых B-атомов подают таким образом, что контролируют скорость эпитаксиального роста на A–грани, а количество подаваемых A-атомов подают таким образом, что контролируют скорость эпитаксиального роста на B–грани на другой стороне. Неизбежно, если количество подаваемых A-атомов увеличивают, скорость эпитаксиального роста B–грани увеличивается, а скорость эпитаксиального наращивания A–грани уменьшается. Кроме того, изменяется также эффективность включения примесей в полярные грани. Иными словами, концентрация примеси, которая замещает узел кристаллической решетки A-атома, уменьшается, когда скорость роста B–грани увеличивается, а концентрация примеси, которая замещает узел кристаллической решетки B-атома, уменьшается, когда скорость роста A–грани увеличивается. Как указано выше, в кристалле полупроводникового соединения затруднен эпитаксиальный рост пленки с желательной толщиной пленки и желательной концентрацией примесей, одновременно получаемой на всех полярных гранях, и необходимо, чтобы эпитаксиальное выращивание было выполнено при условиях, характерных для полярных граней; соответственно, возникают такие проблемы, как усложнение процесса и увеличение затрат.
[0010] В частности, при эпитаксиальном выращивании карбида кремния необходимо, чтобы порядок нанесения для наиболее плотно упакованных плоскостей был предоставлен точным образом. С этой целью, как представлено в патентном документе 1 (описании изобретения US 5011549), применяют ступенчато-слоевую эпитаксию, в которой поверхность, подвергаемую росту кристаллов, немного наклоняют до определенного направления от наиболее плотно упакованной плоскости, и порядок нанесения обеспечивают в боковом направлении. Однако, оптимальный небольшой угол наклона различается между полярными гранями; соответственно, как на виде в поперечном сечении, показанном на Фиг. 7, для Si–грани (A–грани) и C–грани (B–грани) требуются различные небольшие углы наклона, и форма поперечного сечения подложки приобретает клиновидную форму, и степень параллелизации ухудшается; соответственно, возникают проблемы, такие как затруднение фотолитографического процесса во время изготовления полупроводникового элемента.
[0011] Для решения вышеуказанной проблемы патентный документ 2 (JP–A 2012–151177) раскрывает структуру подложки из карбида кремния, в которой приготовлены две подложки из гексагонального кристалла карбида кремния, при этом (Si–грани 0001) подложек взаимно соединены, и тем самым обе поверхности соответствуют C–грани (000–1), и раскрывает способ изготовления данной структуры. Соответственно, обе, как передняя, так и задняя поверхности подложки выполнены являющимися одинаковой C–гранью и могут быть выполнены являющимися поверхностями, подходящими для полупроводникового элемента; однако, когда полупроводниковое устройство фактически формируют путем применения этого способа, имел место случай, в котором возникала операционная неисправность.
ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0012] Патентный документ 1: US 5011549
Патентный документ 2: JP–A 2012–151177
Патентный документ 3: JP 3576432
Патентный документ 4: WO 2012/067105
Патентный документ 5: JP–A 2011–84435
Патентный документ 6: JP–A 2003–119097
[0013] Непатентный документ 1: H. Nagasawa, R. Gurunathan, and M. Suemitsu, Materials Science Forum Vols. 821–823 (2015), 108–114
Непатентный документ 2: Naoki Hatta, Takamitsu Kawahara, Kuniaki Yagi, Hiroyuki Nagasawa, Sergey Reshanov, and Adolf Schoner, Materials Science Forum Vols. 717–720 (2012), pp. 173–176
Непатентный документ 3: T. Kawahara, N. Natta, K. Yagi, H. Uchida, M. Kobayashi, M. Abe, H. Nagasawa, B. Zippelius, and G. Pensl, Materials Science Forum Vols. 645–648 (2010), pp. 339–342
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
[0014] Настоящее изобретение создано с учетом вышеуказанных обстоятельств и целью настоящего изобретения является предоставление слоистой подложки из полупроводникового соединения, в которой полярные грани передней и задней поверхностей слоистой подложки из полупроводникового соединения имеют однополярность (обоюдно одну и ту же полярность), и это способствует разработку процесса получения полупроводникового устройства и обеспечивает изготовление полупроводникового устройства при низких затратах, высокой эффективности, стабильном функционировании без выполнения усложненной обработки подложки, и способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения и полупроводниковое устройство.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
+
[0015] Авторы настоящего изобретения первоначально исследовали операционную неисправность полупроводникового устройства, найденного в изобретении по вышеуказанному патентному документу 2, и нашли, что в изобретении по патентному документу 2 имеет место случай, где некогерентная поверхность раздела (граница, на которой кристаллическая решетка прерывается) и межзеренная граница (граница, на которой две кристаллические решетки расположены под углом и соединены одна с другой лишь частично) образованы на поверхности раздела, на которой подложки слоистой подложки взаимно соединены, вследствие чего от этого возникает дефект кристалла, такой как дислокация, и это ухудшает работу полупроводникового элемента. Иными словами, в качестве способа изготовления полупроводниковой подложки из SiC, в патентном документе 2 утверждается, что может быть применена отдельная подложка, которая является подложкой для соединения (подложкой 11 или 12 SiC n–типа), для которой кристаллическая ориентация передней или задней поверхности имеет отдельный угол по отношению к нормальной плоскости, такой как Si–грани (0001) или C–грани (000–1), и утверждается, что при этом отдельное направление и отдельный угол могут различаться между подложками 11 и 12 (абзац [0042]). Это означает, что в патентном документе 2 кристаллическая ориентация соединяемой поверхности не ограничена или не принимается во внимание поворот кристаллографической оси; они являются основными факторами возникновения дефектов, как указано выше. Например, если ориентация соединяемой поверхности не является точно определенной и взаимно соединяются поверхности кристалла, имеющие разные углы наклона, на связанной поверхности раздела возникает межзеренная граница с углом наклона, как показано на Фиг. 8 (граница обозначена штрихпунктирной линией); кроме того, если не разрешен поворот кристаллографической оси (если кристаллические поверхности в отношении поворота с кристаллографической осью в качестве центра взаимно соединены), закрученная межзеренная граница, как показано на Фиг. 9, возникает на связанной поверхности раздела (на рисунке, область, окруженная пунктирной линией).
[0016] Кроме того, в патентном документе 2 утверждается, что эффект получают также путем размещения промежуточной электропроводной пленки на связанной поверхности раздела; однако, было обнаружено, что, поскольку рабочие функции электропроводной пленки и карбида кремния различны, область пространственного заряда возникает в карбиде кремния вблизи электропроводной пленки, и это увеличивает количество компонентов сопротивления; вследствие этого не получают желательной эффективности с низким уровнем потерь.
[0017] При этом в случае, когда кристаллическая решетка присоединенной поверхности раздела (также называемой как связанная поверхность раздела) согласована, и сформирован домен обращенной фазы границы (также называемой как антифазная граница (APB); подробности описаны далее), структура поперечного сечения кристаллической решетки на поверхности раздела является любой по Фиг. 10, 11, и 12. Среди них, на Фиг. 10 антифазная граница (APB) находится при смещенной (измененной местами) установке кристаллической решетки; антифазная граница (APB) сформирована из элемента, отличающегося от элемента, открытого на передней или задней поверхности. С другой стороны, на Фиг. 11, антифазная граница (APB) находится при скользящей установке кристаллической решетки; антифазная граница (APB) сформирована из того же самого элемента, что и элемент, открытый на передней и задней поверхностях. В обеих структурах антифазная граница (APB) сформирована из единого элемента и поэтому называется однополярной антифазной границей (APB).
[0018] Однако, в патентном документе 2 плоскостные ориентации обеих поверхностей, подлежащих взаимному соединению, не выровнены точным образом, и более того шероховатость Ra (среднеарифметическая шероховатость) поверхности допускается до 5 нм; следовательно, даже если антифазная граница (APB) возникает вследствие случайного обстоятельства на связанной поверхности раздела, структура ее поверхности раздела является связанной поверхностью раздела (поверхностью раздела соединения), в которой сосуществуют антифазная граница (APB) типа, показанного на Фиг. 10, и антифазная граница (APB) типа, показанного на Фиг. 11 (то есть антифазная граница разделена на смещенную установку и скользящую установку). В результате формируется биполярная антифазная граница (APB), как показано на Фиг. 12. В этом случае биполярная антифазная граница (APB) создает полуметаллический электрический характер по причине, описанной далее; поэтому в силовом полупроводниковом устройстве ток утечки увеличивается, и функционирование с низким уровнем потерь ухудшается. Иными словами, чтобы уравнять переднюю и заднюю полярные грани подложки и применять подложку в качестве материала силового полупроводникового устройства, необходимо, чтобы кристаллическая решетка соединяемых поверхностей продолжалась (согласованная поверхность раздела) и, кроме того, сформированная антифазная граница (APB) являлась однополярной (то есть была сформирована лишь связями атомов одного конкретного элемента; один тип из любого по Фиг. 10 и 11).
[0019] При этом в кристалле полупроводникового соединения основным фактором деградации при изготовлении полупроводникового устройства высокой производительности могут быть дефекты кристалла. В отличие от этого, в кремнии большое число дефектов включено в кристалл полупроводникового соединения, и они влияют на функционирование полупроводникового устройства. Например, дислокация, которая является линейным дефектом, простирается вдоль конкретной кристаллической ориентации в кристалле и ухудшает блокирующие характеристики полупроводникового устройства. Кроме того, местоположение дислокации остается как дефект укладки, и это препятствует переносу носителей в кристалле и образует путь утечки. Кроме того, дислокация перемещается также вследствие внешнего механического напряжения, электрического поля или энергии во время рекомбинации носителей и дестабилизирует долговременные эксплуатационные характеристики полупроводникового устройства.
[0020] К настоящему времени большое число изобретений было сделано для мер против дислокаций и дефектов укладки. Например, в патентном документе 3 (JP 3576432) предоставлено средство, в котором обеспечены неровности поверхности, которые по существу параллельны конкретному направлению поверхности кремниевой подложки, на которой должен эпитаксиально выращиваться карбид кремния, конкретная полярная грань ориентирована в конкретном направлении, и тем самым получают решение в отношении антифазных границ раздела, дефектов укладки и т.д. Однако, остаются такие проблемы, как следующие: необходимость обработки, которая должна быть выполнена на кремниевой подложке перед эпитаксиальным выращиванием карбида кремния; движение дислокаций вследствие внешнего механического напряжения не может быть подавлено; и дефекты укладки, возникающие вследствие движения мобильных дислокаций, не могут быть полностью предотвращены.
[0021] Для того, чтобы полностью сдерживать движение дислокаций и значительным образом уменьшать плотность дефектов укладки, в патентном документе 4 (WO 2012/067105) раскрыто средство, в котором предоставлена инклюзивная область во внутренней части кристалла и распространение дислокаций блокировано этой инклюзивной областью. В этом изобретении плотности дислокаций и дефекты укладки могут быть значительно уменьшены; однако, процесс формирования инклюзивной области во внутренней части кристалла сложен, и инклюзивная область увеличивает электрическое сопротивление; вследствие этого затруднено изготовление высокоэффективного полупроводникового устройства при низких затратах.
[0022] В непатентном документе 1 (H. Nagasawa, R. Gurunathan, and M. Suemitsu, Materials Science Forum Vols. 821–823 (2015), 108–114) обнаружено, что, без создания проблемы для применения инклюзивной области, антифазная граница полностью препятствует движению дислокаций. Следовательно, проблемы с дислокациями и дефектами укладки могут быть предотвращены, когда во внутренней части кристалла намеренно создают антифазную границу. Соответственно, в патентном документе 5 (JP–A 2011–84435) усовершенствовано средство, раскрытое патентным документом 3, и раскрыто средство, в котором на поверхности подложки, на которой должен быть выращен карбид кремния и создана антифазная граница, предусмотрены дискретные неровности поверхности, и тем самым затруднено расширение дефектов укладки.
[0023] Однако, способ по патентному документу 5 не делает возможным регулирование полярности антифазной границы. Антифазная граница является плоским дефектом, характерным для кристаллического соединения, и является плоскостью, в которой решетка, которая предполагает формирование связей между различными видами атомов, образована связями атомов элемента одного и того же вида. Когда антифазная граница образована связями анионов, энергия края зоны проводимости уменьшена. Напротив, когда антифазная граница образована связями катионов, энергия края валентной зоны увеличена. Соответственно, если как связи анион–анион, так и связи катион–катион включены в антифазную границу (если сформирована биполярная антифазная граница (APB)), электронные свойства, которые первоначально считаются являющимися полупроводниковыми, изменяются до полуметаллических электронных свойств, и блокирующие характеристики полупроводникового устройства значительно ухудшаются. Поэтому, в структуре, описанной патентным документом 5, хотя количество дефектов укладки может быть уменьшено, остающаяся антифазная граница является полуметаллом, и затруднено получение применяемого на практике полупроводникового устройства. Кроме того, как и в патентном документе 3, увеличено число дополнительных процессов, таких как обеспечение неровностей на поверхности подложки, и снижение затрат затруднено.
[0024] Для того, чтобы достигнуть вышеуказанной цели авторы настоящего изобретения провели обширные исследования в отношении средства для подавления движения дислокаций при унифицировании полярностей передней и задней поверхностей монокристаллической подложки из полупроводникового соединения. Сначала было обращено внимание на тот факт, что полярная грань монокристалла полупроводникового соединения (также называемого кристаллом полупроводникового соединения) появляется в наиболее плотно упакованной плоскости, и тот факт, что также плоскость кристалла на стороне, противоположной конкретной полярной грани, является полярной гранью и имеет другую полярность. Иными словами, когда кристалл полупроводникового соединения обрабатывают в форму плоской пластины таким образом, что наиболее плотно упакованные плоскости открывают на передней поверхности и задней поверхности, сторона передней поверхности и сторона задней поверхности плоской пластины являются различными полярными гранями. Это может рассматриваться как являющимся тем же самым, что и тот факт, что когда одна сторона магнита является N–полюсом, противоположная сторона является неизбежно S–полюсом.
cp1
cp2
[0025] Здесь, как на Фиг. 1(a), монокристаллическую пластину из полупроводникового соединения (первоначальная пластина 1) с одинаковой толщиной рассматривают как являющуюся монокристаллической подложкой полупроводникового соединения, содержащего A и B в качестве составляющих элементов, и одну основную поверхность которой характеризуют как A–грань, которая является полярной гранью 1, которая образована A-атомами (атомами элемента A) и на которой свободные связи A-атомов открыты, и другую основную поверхность характеризуют как B–грань, которая является полярной гранью 1, которая образована B атомами, и на которой свободные связи B-атомов открыты. В случае, когда первоначальная пластина 1 разрезана горизонтально по отношению к передней поверхности, первоначальная пластина 1 разделена на две подложки из полупроводникового соединения, подложку 1a и подложку 1b (Фиг. 1(b)). Поскольку передняя поверхность подложки 1a является A–гранью, сторона задней поверхности (поверхность разреза) является B–гранью. С другой стороны, поскольку задняя поверхность подложки 1b является B–гранью, A–грань появляется на стороне передней поверхности (поверхности разреза). В результате, когда подложку 1a переворачивают и соединяют с подложкой 1b, создают новую подложку (слоистую подложку 10 из полупроводникового соединения), имеющую поверхность раздела 1ab, на которой A–грани обеих подложек взаимно соединены (Фиг. 1(c)). Здесь как передняя поверхность, так и задняя поверхность слоистой подложки 10 являются B–гранями; соответственно, хотя созданная подложка является монокристаллической подложкой из полупроводникового соединения, полярные грани, открытые на передней и задней поверхностях слоистой подложки 10 являются унифицированными до однополярности (взаимно одной и той же полярностью).
[0026] В то же время, в случае, когда кристаллические решетки подложки 1a и подложки 1b взаимно соединены таким образом, что выровнены точным образом без наклона или поворота (то есть когерентным образом), поверхность раздела 1ab, включенная в заново сформированную слоистую подложку 10, является когерентной поверхностью раздела (поверхностью раздела, на которой кристаллические решетки соединены одна с другой) образована связями атомов элемента одного и того же вида (A-атом–A-атом, или B-атом–B-атом); соответственно, в отличие от этого, связанная поверхность раздела слоистой подложки по патентному документу 2, вышеуказанная поверхность раздела может рассматриваться как являющаяся однополярной антифазной границей (однополярной APB). В этом случае, как описано в непатентном документе 1, поверхность раздела 1ab препятствует движению дислокаций; следовательно, плотность дислокаций и плотность дефектов укладки, включенных в слоистую подложку 10, могут быть уменьшены, как в изобретении, раскрытом в патентном документе 5, и, кроме того, улучшается долговременная надежность эксплуатационных характеристик полупроводникового устройства при применении этой поверхности раздела. Кроме того, в отличие от патентного документа 5, антифазная граница является любой из связей анион–анион и связей катион–катион, и поэтому не создает полуметаллическое поведение; соответственно, разрешена проблема с эффектом деградации, при котором блокирующие характеристики полупроводникового устройства значительно ухудшаются. Кроме того, поверхность раздела 1ab не открыта на поверхности; следовательно, при изготовлении полевого МОП–транзистора (полевого транзистора со структурой металл–оксид–полупроводник (MOSFET) или диода с барьером Шоттки (SBD), в которых вблизи поверхности образована активная область, антифазная граница, которая является поверхностью раздела 1ab, не оказывает влияния. Авторы настоящего изобретения дополнительно провели исследования на основании данных, полученных, как указано выше, и завершили настоящее изобретение.
[0027] Иными словами, настоящее изобретение предоставляет слоистую подложку из полупроводникового соединения и способ ее изготовления, и полупроводниковое устройство, описанные ниже.
[1] Слоистая подложка из полупроводникового соединения, содержащая: две монокристаллические подложки из полупроводникового соединения, каждая из которых содержит A и B в качестве составляющих элементов, и обе имеют один и тот же состав и одно и то же расположение атомов, при этом данные подложки непосредственно взаимно соединены и наслоены, при этом передняя поверхность и задняя поверхность слоистой подложки являются полярными гранями, образованными атомами одного и того же вида из A или B, и поверхность раздела наслоения является однополярной антифазной границей, которая образована связями любых атомов из B и A друг с другом и обеспечивает когерентность их кристаллических решеток.
[2] Слоистая подложка из полупроводникового соединения в соответствии с пунктом [1], которая выполнена из карбида кремния, нитрида галлия, арсенида галлия, фосфида галлия, фосфида индия, нитрида алюминия или антимонида индия.
[3] Слоистая подложка из полупроводникового соединения в соответствии с пунктом [1] или [2], в которой каждая из наслоенных подложек из полупроводникового соединения имеет равномерную толщину.
[4] Слоистая подложка из полупроводникового соединения в соответствии с любым пунктом из [1]-[3], в которой одна из упомянутых двух подложек из полупроводникового соединения является тонкой пленкой из полупроводникового соединения.
[5] Слоистая подложка из полупроводникового соединения в соответствии с пунктом [4], в которой одна из упомянутых двух подложек из полупроводникового соединения является эпитаксиально выращенной пленкой.
[6] Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения, включающий: приготовление двух монокристаллических подложек из полупроводникового соединения, в каждой из которых одна основная поверхность является A–гранью, которая является полярной гранью, образованной A-атомами, а другая основная поверхность является B–гранью, которая является полярной гранью, образованной B-атомами, каждая из которых содержит A и B в качестве составляющих элементов, и обе из которых имеют один и тот же состав и одно и то же расположение атомов; и непосредственное взаимное наложение B–граней или A–граней двух упомянутых подложек из полупроводникового соединения в состоянии, когда конкретные кристаллические плоскости обеих подложек выровнены, и тем самым соединение двух подложек из полупроводникового соединения с получением слоистой подложки из полупроводникового соединения, в которой передняя поверхность и задняя поверхность слоистой подложки являются полярными гранями, образованными атомами одного и того же вида из A или B, а поверхность раздела наслоения является однополярной антифазной границей, которая образована связями любых атомов из B и A друг с другом и обеспечивает когерентность в их кристаллических решетках.
[7] Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с пунктом [6], в котором в предписанном относительном положении между обеими подложками задают ориентационные плоскости или выемки, каждая из которых предусмотрена для обеспечения возможности идентификации конкретной кристаллической плоскости подложки из полупроводникового соединения, и тем самым конкретные кристаллические плоскости выравнивают.
[8] Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с пунктом [6] или [7], в котором поверхность одной подложки из полупроводникового соединения из упомянутых двух подложек из полупроводникового соединения, которая должна быть соединена с другой подложкой из полупроводникового соединения, заранее подвергают ионной имплантации, затем выполняют соединение, а затем выполняют отслаивание в области ионной имплантации с образованием тонкого слоя из подложки из полупроводникового соединения.
[9] Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с пунктом [6] или [7], в котором одна подложка из полупроводникового соединения из упомянутых двух подложек из полупроводникового соединения является подложкой из полупроводникового соединения, в которой, на ее поверхности, соединяемой с другой подложкой из полупроводникового соединения, заранее формируют гомоэпитаксиально выращиваемый слой из того же самого соединения, что и первая подложка из полупроводникового соединения.
[10] Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с пунктом [9], в котором между упомянутой одной подложкой из полупроводникового соединения и гомоэпитаксиально выращенным слоем обеспечивают буферный слой, получаемый легированием того же самого соединения примесью.
[11] Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с пунктом [9] или [10], в котором гомоэпитаксиально выращиваемый слой заранее подвергают ионной имплантации, затем выполняют соединение, а затем выполняют отслаивание в области ионной имплантации, и часть гомоэпитаксиально выращенного слоя переносят в качестве образования из тонкого слоя из подложки из полупроводникового соединения.
[12] Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с любым из пунктов [6]-[11], в котором упомянутые две подложки из полупроводникового соединения получают из одной и той же монокристаллической подложки из полупроводникового соединения.
[13] Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с любым из пунктов [6]-[12], в котором две подложки из полупроводникового соединения одновременно подвергают поверхностной обработке при одних и тех же условиях обработки, и поверхностные состояния соединенных поверхностей обеих подложек выполнены эквивалентными.
[14] Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с любым из пунктов [6]-[13], в котором перед соединением обе соединяемые поверхности упомянутых двух подложек из полупроводникового соединения подвергают обработке активирования поверхности при одних и тех же условиях обработки.
[15] Полупроводниковое устройство, применяющее слоистую подложку из полупроводникового соединения в соответствии с любым из пунктов [1]-[5].
ПРЕИМУЩЕСТВВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] В слоистой подложке из полупроводникового соединения по настоящему изобретению, хотя она является подложкой из кристалла полупроводникового соединения, передняя поверхность и задняя поверхность имеют одинаковую полярность; поэтому весьма совпадают разнообразные физические и химические свойства (скорости окисления, скорости травления, скорости полирования и т.д.) передней и задней поверхностей, и совпадают условия обработки полупроводниковых пластин (скашивание, очистка, шлифование, полирование и т.д.) для передней и задней поверхностей подложек; соответственно, возможна одновременная обработка передней и задней поверхностей. В частности, при изготовлении полупроводниковой пластины для дискретного полупроводника, в котором процесс обработки выполняют на передней и задней сторонах пластины, поверхности с одними и теми же свойствами получают как для передней, так и для задней сторон путем одинаковой обработки; соответственно, применима слоистая подложка из полупроводникового соединения по настоящему изобретению. Кроме того, слоистая подложка из полупроводникового соединения по настоящему изобретению включает, в ее внутренней части, однополярную антифазную границу в качестве существенного компонента. Антифазная граница является монополярной и поэтому не влияет на полуметаллические свойства; соответственно, поддерживаются блокирующие характеристики полупроводникового устройства. Кроме того, антифазная граница предотвращает движение (распространение) дислокаций в кристалле; соответственно, обеспечиваются уменьшение плотности дислокаций и плотности дефектов укладки и долговременная надежность полупроводникового устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0029] [Фиг. 1] Фиг. 1 представляет собой концептуальную схему, показывающую конфигурацию и процедуру изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с настоящим изобретением.
[Фиг. 2] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение, показывающее конфигурацию в поперечном сечении слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с настоящим изобретением.
[Фиг. 3] Фиг. 3 представляет собой диаграмму, показывающую процесс изготовления в первом варианте осуществления способа изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с настоящим изобретением.
[Фиг. 4] Фиг. 4 представляет собой диаграмму, показывающую внешний вид подложки из полупроводникового соединения применяемой в настоящем изобретении.
[Фиг. 5] Фиг. 5 представляет собой диаграмму, показывающую процесс изготовления во втором варианте осуществления способа изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с настоящим изобретением.
[Фиг. 6] Фиг. 6 представляет собой диаграмму, показывающую процесс изготовления в третьем варианте осуществления способа изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с настоящим изобретением.
[Фиг. 7] Фиг. 7 представляет собой вид поперечного сечения, показывающий конфигурацию обычной подложки из полупроводникового соединения, в которой на полярных гранях был выполнен небольшой наклон для оптимальной обработки для эпитаксиального выращивания.
[Фиг. 8] Фиг. 8 представляет собой схематический вид поперечного сечения, показывающий конфигурацию решетки поверхности раздела, на которой взаимно соединены кристаллы, имеющие разные углы наклона (межзеренная граница с углом наклона).
[Фиг. 9] Фиг. 9 представляет собой схематический вид поперечного сечения, показывающий конфигурацию решетки поверхности раздела, на которой взаимно соединены кристаллы в отношении поворота с кристаллографической осью в качестве центра (закрученная межзеренная граница).
[Фиг. 10] Фиг. 10 представляет собой схематический вид поперечного сечения, показывающий структуру однополярной антифазной границы n, кристаллические решетки которой согласованы и которая образована элементом, отличным от элемента передней или задней поверхности.
[Фиг. 11] Фиг. 11 представляет собой схематический вид поперечного сечения, показывающий структуру однополярной антифазной границы n, кристаллические решетки которой согласованы и которая образована тем же самым элементом, что и элемент передней и задней поверхностей.
[Фиг. 12] Фиг. 12 представляет собой схематический вид поперечного сечения, показывающий структуру биполярной антифазной границы, в которой кристаллические решетки согласованы.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0030] Здесь далее описаны варианты осуществления настоящего изобретения.
[Слоистая подложка из полупроводникового соединения]
Фиг. 2 показывает конфигурацию в поперечном сечении слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на Фиг. 2, слоистая подложка 20 из полупроводникового соединения является подложкой, в которой две монокристаллические подложки 2a и 2b из полупроводникового соединения, имеющие один и тот же состав и одно и то же расположение атомов, непосредственно взаимно соединены и наслоены; передняя и задняя поверхности слоистой подложки 20 являются полярными гранями, которые образованы атомами элемента одного и того же вида (любым одним) из нескольких элементов, содержащихся в подложках 2a и 2b из полупроводникового соединения, и на которых свободные связи атомов вышеуказанного вида открыты; поверхность раздела наслоения является однополярной антифазной границей 2ab, которая параллельна поверхности (передней поверхности 20f и задней поверхности 20r) слоистой подложки 20 и образована связями атомов элемента одного и того же вида любого из нескольких элементов, содержащихся в подложках 2a и 2b из полупроводникового соединения и на которой кристаллические решетки этих атомов согласованы. В качестве альтернативы, слоистая подложка 20 из полупроводникового соединения является подложкой, в которой две монокристаллические подложки 2a и 2b из полупроводникового соединения, имеющие один и тот же состав, содержащие A и B в качестве составляющих элементов и имеющие одно и то же расположение атомов, непосредственно взаимно соединены и наслоены; передняя и задняя поверхности слоистой подложки 20 являются полярными гранями, которые образованы атомами одного и того же вида (одним из) A или B, и на которой свободные связи атомов вышеуказанного вида открыты; поверхность раздела наслоения является однополярной антифазной границей 2ab, которая параллельна поверхности (передней поверхности 20f и задней поверхности 20r) слоистой подложки 20 и образована связями любых атомов из B и A одних с другими, и на которой кристаллические решетки этих атомов согласованы.
[0031] Описание «передняя и задняя поверхности слоистой подложки 20 являются полярными гранями, которые образованы атомами одного и того же вида (одним из) A или B, и на которой свободные связи атомов вышеуказанного вида открыты» означает, что обе, как передняя, так и задняя поверхности слоистой подложки 20 стали наиболее плотно упакованными плоскостями (A–гранями) из A-атомов в кристаллической решетке кристалла полупроводникового соединения или обе стали наиболее плотно упакованными плоскостями (B–гранями) из B-атомов.
[0032] Это означает, иными словами, что обе, как передняя, так и задняя поверхности слоистой подложки 20 стали кристаллическими плоскостями с одними и теми же индексами плоскости (индексами Миллера). Например, в случае, когда слоистую подложку 20 изготавливают из кристалла карбида кремния (SiC) с полиморфизмом 4H–SiC, как передняя, так и задняя поверхности являются (0001) Si–гранями или обе являются (000–1) C–гранями.
[0033] Здесь слоистую подложку из полупроводникового соединения 20 выполняют из полупроводникового соединения с составом, содержащем A и B в качестве составляющих элементов, и предпочтительно выполняют из бинарного полупроводникового соединения из A и B; например, предпочтительно выполняют из карбида кремния, нитрида галлия, арсенида галлия, фосфида галлия, фосфида индия, нитрида алюминия или антимонида индия, более предпочтительно выполняют из карбида кремния, нитрида галлия, арсенида галлия или фосфида галлия, и особенно предпочтительно выполняют из карбида кремния.
[0034] В случае, когда слоистая подложка 20 из полупроводникового соединения выполнена из карбида кремния (SiC), слоистая подложка 20 из полупроводникового соединения является подложкой, в которой наслоены подложки 2a и 2b, выполненные из полупроводникового соединения, имеющего один и тот же монокристаллический SiC, имеющие одно и то же расположение атомов; передняя и задняя поверхности 20f и 20r слоистой подложки 20 являются полярными гранями, которые заканчиваются атомами Si (или атомами C) (то есть образованы атомами Si (или атомами C)) из Si и C, содержащихся в подложках 2a и 2b из полупроводникового соединения, на которой открыты свободные связи вышеуказанного вида атомов, и которые имеют обоюдно одну и ту же полярность; поверхность раздела наслоения является однополярной антифазной границей (однополярной антифазной границей (APB)) 2ab, которая параллельна упомянутым поверхностям (передней поверхности 20f и задней поверхности 20r) слоистой подложки 20, и на которой атомы (то есть атомы C или атомы Si) элемента одного и того же вида из Si и C, содержащихся в подложках 2a и 2b из полупроводникового соединения, взаимно соединены (C–C связями или Si–Si связями), и кристаллические решетки этих атомов согласованы. Однополярная антифазная граница (APB) 2ab является поверхностью раздела по любой из Фиг. 10 и 11.
[0035] Описание «кристаллические решетки являются когерентными» относится к состоянию, где кристаллическая решетка со стороны подложки 2a из полупроводникового соединения и кристаллическая решетка со стороны подложки 2b из полупроводникового соединения являются непрерывно соединенными вместе на всей поверхности раздела наслоения (когерентность в их кристаллических решетках). При этом кристаллическая ориентация со стороны 2a подложки и кристаллическая ориентация со стороны 2b подложки выровнены. В этом случае состояние, где кристаллические решетки полностью соединены вместе, наиболее предпочтительно, однако состояние, где кристаллические решетки не соединены вместе, допускается до некоторой степени.
[0036] Здесь степень, при которой кристаллические решетки не могут соединяться вместе, (плотность некогерентных поверхностей раздела), выражают путем отношения на единичную площадь числа атомов, которые не являются взаимно соединенными на поверхности раздела наслоения, и конкретно выражают путем отношения (число атомных пар не соединенных взаимно)/(общее число атомных пар, считающихся взаимно соединенными) на поверхности раздела наслоения на единицу площади × 100 (%), которое предпочтительно менее чем или равно 0,1% от плотности атомов, составляющих поверхность раздела, и более предпочтительно менее чем или равно 0,02%. Это отношение может быть измерено путем применения электронного парамагнитного резонанса.
9
2
[0037] Если некогерентная поверхность раздела существует на поверхность раздела наслоения, некогерентная поверхность раздела захватывает носители, те, что служат для электропроводности в полупроводниковом устройстве, и вследствие этого ионизируется. В результате функционирование с низким уровнем потерь полупроводникового устройства ухудшается. Для того, чтобы избежать возникновения этой проблемы, плотность ловушек на поверхности раздела предпочтительно устанавливают менее чем или равной 10/см, и каждый из допустимого угла и угла поворота между наслоенными кристаллическими решетками предпочтительно устанавливают на менее чем или равным 50 угловым секундам, и более предпочтительно устанавливают на менее чем или равным 20 угловым секундам.
[0038] Чтобы получить вышеуказанную антифазную границу 2ab, способ изготовления требуется модифицировать, как описано далее; простой процесс взаимного соединения A–граней или B–граней подложек 2a и 2b сам по себе не делает возможным получение антифазной границы 2ab.
[0039] Кристаллические полиморфизмы монокристаллических полупроводниковых соединений, которые образуют подложки 2a и 2b из полупроводникового соединения, не ограничиваются особым образом, при условии, что они являются одними теми же, то есть кристаллические формы являются одними теми же и способы расположения атомов в кристаллах являются одними и теми же. Например, в случае карбида кремния (SiC), возможна любая форма из 4H–SiC, 6H–SiC, 3C–SiC и т.п., при условии, что кристаллические полиморфизмы являются одними и теми же. Однако поверхности подложек (2a и 2b), подлежащие взаимному соединению, предпочтительно находятся в точно таком же состоянии. Это обусловлено тем, что, если поверхностные состояния различны, биполярная антифазная граница (APB) имеет место, как на Фиг. 12. Соответственно, предпочтительно, чтобы подложки 2a и 2b были одновременно поверхностно обработаны при одних и тех же условиях перед соединением подложек.
[0040] Толщина слоистой подложки 20 из полупроводникового соединения не ограничивается особым образом; например, она составляет предпочтительно от 100 до 800 мкм и более предпочтительно от 200 до 500 мкм. Слоистая подложка 20 из полупроводникового соединения предпочтительно имеет равномерную толщину (то есть передняя поверхность 20f и задняя поверхность 20r являются предпочтительно параллельными).
[0041] Толщина каждой из наслоенных подложек 2a и 2b из полупроводникового соединения не ограничивается особым образом. Подложкам 2a и 2b из полупроводникового соединения не требуется иметь обоюдно одну и ту же толщину, и каждая предпочтительно имеет равномерную толщину. Например, одна из двух подложек 2a и 2b из полупроводникового соединения может быть тонкой пленкой из полупроводникового соединения. В этом случае тонкая пленка из полупроводникового соединения может быть перенесенной пленкой, которая была отслоена от подложки из полупроводникового соединения, служащей в качестве первоначальной пластины, методом отслаивания ионной имплантацией. Кроме того, тонкая пленка из полупроводникового соединения может быть пленкой, в которую была перенесена эпитаксиально выращенная пленка. В случае, когда одна из подложек 2a и 2b из полупроводникового соединения является тонкой пленкой из полупроводникового соединения, другая подложка служит в качестве поддерживающей подложки для тонкой пленки.
[0042] Толщина каждой из подложек 2a и 2b из полупроводникового соединения может быть выбрана предпочтительно в диапазоне от 100 нм до 1000 мкм и более предпочтительно, например, в диапазоне от 200 нм до 650 мкм.
[0043] В слоистой подложке 20 по настоящему изобретению обе, как передняя, так и задняя поверхности, являются кристаллическими плоскостями с одними и теми же индексами плоскости; тем самым весьма совпадают различные физические и химические свойства (скорости окисления, скорости травления, скорости полирования и т.д.) передней и задней поверхностей, и совпадают условия обработки полупроводниковых пластин (скашивание, очистка, шлифование, полирование и т.д.) для передней и задней подложек; соответственно, возможна одновременная обработка передней и задней поверхностей. В частности, при изготовлении полупроводниковой пластины для дискретного полупроводника, где процесс обработки выполняют на передней и задней сторонах полупроводниковой пластины, поверхности с одними и теми же свойствами получают как для передней, так и для задней сторон путем одинаковой обработки; соответственно, применима слоистая подложка 20 по настоящему изобретению. В дополнение к этому также при изготовлении полупроводникового устройства, передняя и задняя поверхности слоистой подложки из полупроводникового соединения могут быть обработаны одновременно при тех же самых условиях процесса, что и оптимальные условия процесса, и это способствует снижению затрат. Кроме того, в случае попытки получения высококачественного гомоэпитаксиально выращенного слоя на кристаллическом соединении, поверхность, имеющую определенный небольшой угол наклона по отношению к кристаллической плоскости, применяют в качестве подложки намеренным образом; в этом случае, когда применяют подложку в соответствии с настоящим изобретением, поскольку как передняя, так и задняя поверхности являются кристаллическими плоскостями одинаковой природы, также оптимально небольшой угол наклона совпадает полностью между между передней и задней поверхностями, и степень параллелизации между передней и задней поверхностями не нарушается; соответственно может быть получена пластина с высокой степенью параллелизации, подходящая для изготовления элемента. В частности, поскольку эпитаксиальное выращивание может быть выполнено на стороне задней поверхности слоистой подложки из полупроводникового соединения при условиях, аналогичных условиям для передней поверхности, слой p–типа, служащий в качестве коллекторного слоя биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), может быть сформирован на стороне задней поверхности путем эпитаксиального выращивания, и гибкость процесса изготовления полупроводникового устройства увеличивается. Кроме того, поверхность раздела наслоения слоистой подложки 20 является однополярной антифазной границей 2ab и поэтому не принимает полуметаллические свойства; соответственно, поддерживаются блокирующие характеристики полупроводникового устройства. Кроме того, антифазная граница 2ab предотвращает движение (распространение) дислокаций в кристалле; соответственно, обеспечиваются уменьшение плотности дислокаций и плотности дефектов укладки и долговременная надежность полупроводникового устройства. Блокирующие характеристики полупроводникового устройства являются характеристиками, предотвращающими (или затрудняющими) протекание тока между основными электродами полупроводникового устройства, даже когда высокая разность потенциалов приложена между основными электродами в определенном направлении. Этот эффект аналогичным образом проявляется в кристаллах полупроводниковых соединений, имеющих полярность, таких как карбид кремния, нитрид галлия, арсенид галлия, фосфид галлия, фосфид индия, нитрид алюминия и антимонид индия.
[Способ изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения]
[0044] Описываются первый, второй и третий варианты осуществления способа изготовления вышеописанной слоистой подложки из полупроводникового соединения по настоящему изобретению.
(Первый вариант осуществления)
[0045] Первый вариант осуществления способа изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с настоящим изобретением описан с использованием Фиг. 3. Сначала приготавливают две монокристаллические подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения, в каждой из которых наиболее плотно упакованные плоскости ориентированы на передней поверхности и задней поверхности подложки (заданных в качестве передней и задней поверхности подложки) (Фиг. 3(a)).
[0046] При этом необходимо, чтобы составляющие элементы и соотношения составляющих элементов подложек 3a и 3b были заданы одинаковыми (то есть был задан одинаковый состав). Кристаллические системы подложек 3a и 3b могут быть произвольным образом выбраны из комбинаций триклинного кристалла, моноклинного кристалла, орторомбического кристалла, тетрагонального кристалла, тригонального кристалла, кубического кристалла, гексагонального кристалла и ромбоэдра при условии, что обе являются одной и той же кристаллической системой; но расположения атомов в подложках 3a и 3b должны быть одинаковыми. Например, в случае, когда подложки 3a и 3b выполнены из карбида кремния, обе подложки 3a и 3b являются 4H–SiC, обе являются 6H–SiC или обе являются 3C–SiC. В случае, когда, например, кристаллической системой является кубический кристалл, наиболее плотно упакованной плоскостью является {111} плоскость; в случае гексагонального кристалла или ромбоэдра наиболее плотно упакованной плоскостью является плоскость {0001}.
[0047] В случае, когда подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения имеют один и тот же состав, содержащий A и B в качестве составляющих элементов, и одно и то же расположение атомов, передняя поверхность каждой из подложек 3a и 3b является полярной гранью, которая образована из атомов элемента одного и того же вида и на которой свободные связи атомов вышеуказанного вида открыты, и задняя поверхность является полярной гранью, которая образована из атомов элемента одного и того же вида, иного, чем элемент передней поверхности, и на которой свободные связи атомов вышеуказанного вида открыты. Здесь из вышеуказанных наиболее плотно упакованных плоскостей полярную грань, которая выполнена из атомов на катионной стороне и на которой свободные связи атомов катионов открыты, характеризуют как A–грань, а плоскость, которая образована атомами на анионной стороне и на которой свободные связи атомов анионов открыты, характеризуют как B–грань.
[0048] Способ идентификации A–грани и B–грани в каждой из подложек 3a и 3b из полупроводникового соединения изменяется в зависимости от составляющих элементов; например, в случае карбида кремния, дано сравнение скорости термического окисления. То есть, когда скорость термического окисления A–грани выше, чем скорость термического окисления B–грани, это может быть идентифицировано как то, что A–грань является углеродной плоскостью, а B–грань является кремниевой плоскостью. Для полупроводниковых соединений с высокой степенью ионности (арсенид галлия, фосфид галлия, фосфид индия и т.п.) идентификация может быть выполнена также путем применения зондового микроскопа, измеряющего электрический потенциал поверхности. В качестве альтернативы, в случае, когда выполняют гомоэпитаксиальное выращивание, и количество поданных атомов анионов увеличено, поверхность может быть определена как анионная грань, когда скорость роста сравнительно уменьшена, и напротив, поверхность может быть определена как катионная грань, когда скорость роста сравнительно увеличена.
[0049] После того, как A–грань и B–грань в каждой из подложек 3a и 3b из полупроводникового соединения идентифицированы вышеуказанным образом, на месте каждой из подложек 3a и 3b, где не оказывается влияние на рабочие характеристики слоистой подложки 30, обеспечивают метку, которая предоставляет возможность различения между A–гранью и B–гранью.
of
n
of
of
n
of
n
of
[0050] Кроме того, на связываемой поверхности (A–грани или B–грани) каждой из подложек 3a и 3b для каждой из подложек 3a и 3b обеспечивают метку, которая делает возможной идентификацию кристаллической плоскости в конкретной ориентации (в индексах Миллера). Ориентационная плоскость (также называемая OF) или выемка, первоначально предоставленная на монокристаллической пластине, могут быть использованы в качестве метки. Иными словами, как показано на Фиг. 4, метку обеспечивают заранее для каждой из подложек 3a и 3b в качестве ориентационной плоскости 3 или выемки 3 таким образом, что может быть идентифицирована конкретная кристаллическая плоскость на A–грани или B–грани, которая является связываемой поверхностью каждой из подложек 3a и 3b. Например, в случае, когда применяют подложку из полупроводникового соединения 3a (и 3b) из 4H–SiC пластины, предоставляют ориентационную плоскость 3, вытянутую вдоль плоскости (11–20) каждой из подложек 3a и 3b (для которых боковая грань (сторона в форме прямой линии) параллельна кристаллической плоскости), и в позиции 90° по часовой стрелке от ориентационной плоскости 3предоставляют выемку 3, когда (000–1) C–грань, которая является присоединенной поверхностью (связываемой поверхностью), задана как передняя поверхность (Фиг. 4). В качестве альтернативы, в случае, когда применяют подложку из полупроводникового соединения 3a (и 3b) из 3CSiC пластины, предоставляют ориентационную плоскость 3, вытянутую вдоль плоскости (110) каждой из подложек 3a и 3b (для которых боковая грань параллельна кристаллической плоскости), и выемку 3 предоставляют в позиции 90° по часовой стрелке от ориентационной плоскости 3, когда (111) Si–грань, которая является связываемой поверхностью, задана как передняя поверхность (Фиг. 4).
[0051] В качестве альтернативы, две ориентационные плоскости с различными длинами могут быть предоставлены на подложке таким образом, чтобы они являлись параллельными соответствующим разным определенным кристаллическим плоскостям. В этом случае более длинную ориентационную плоскость (OF1) предоставляют при ориентации [11–20] кристаллической плоскости, и более короткую ориентационную плоскость (OF2) предоставляют параллельно ориентации [1–100] кристаллической плоскости. Более конкретно, ориентационную плоскость OF1 задают в позиции, соответствующей направлению часовой стрелки на 6 часов в каждой из обеих двух подложек; затем одну подложку снабжают ориентационной плоскостью OF2 в направлении часовой стрелки на 3 часа, а другую подложку снабжают ориентационной плоскостью OF2 в направлении часовой стрелки на 9 часов. То есть в обеих подложках ориентационная плоскость OF1 и ориентационная плоскость OF2 находятся в ортогональном взаиморасположении; соответственно, может быть легко выполнено высокоточное выравнивание, когда обе ориентационные плоскости OF1 и обе ориентационные плоскости OF2 выровнены путем использования зажимного приспособления L–формы.
of
[0052] При этом допустимое отклонение между ориентационной плоскостью 3 Фиг. 4 и конкретной кристаллической ориентацией находится предпочтительно в пределах 50 угловых секунд и более предпочтительно в пределах 20 угловых секунд. Допустимые отклонения в вышеуказанном интервале являются предпочтительными, поскольку, после процесса соединения (процесса наложения), описанного далее, в соединительной части получают согласованную поверхность раздела, где согласованы кристаллические решетки, и формируется целевая однополярная антифазная граница, и может быть простым образом предотвращено возникновение источника дислокаций, такого как закрученная межзеренная граница или межзеренная граница с углом наклона.
[0053] Подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения предпочтительно выполняют из карбида кремния, нитрида галлия, арсенида галлия, фосфида галлия, фосфида индия, нитрида алюминия или антимонида индия, более предпочтительно выполняют из карбида кремния, нитрида галлия, арсенида галлия или фосфида галлия и особенно предпочтительно выполняют из карбида кремния. Например, в случае выполнения из карбида кремния, катионная грань является Si–гранью, а анионная грань является C–гранью; в случае выполнения из нитрида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является N–гранью; в случае выполнения из арсенида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является As–гранью; в случае выполнения из фосфида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является P–гранью; в случае выполнения из нитрида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является N–гранью.
[0054] Также принимая во внимание выполнение гомоэпитаксиального выращивания в последующем процессе, ориентация наиболее плотно упакованной плоскости (кристаллическая ориентация наиболее плотно упакованной плоскости) каждой из передней поверхности и задней поверхности подложек 3a и 3b из полупроводникового соединения может быть немного наклонена до предписанного направления по отношению к нормали к подложке. Угол наклона при этом задают на оптимальную величину в желательной полярности плоскости; в подложках 3a и 3b углы наклона являются такими же, что и угол наклона в зеркально–симметричных направлениях; когда углы наклона передней поверхности и задней поверхности выровнены, степень параллелизации между поверхностями подложки из полупроводникового соединения поддерживается, и соединенные поверхности образуют согласованную поверхность раздела.
[0055] Предпочтительно выполнять обработку поверхности для создания точным образом эквивалентных поверхностных состояний по меньшей мере соединенных поверхностей подложек 3a и 3b. Иными словами, обработки поверхностей подложек 3a и 3b могут быть выполнены одновременно при одних и тех же условиях обработки; тем самым оба поверхностных состояния выполняют точным образом одинаковыми и получают однополярную антифазную границу, как показано на Фиг. 10 или Фиг. 11; соответственно это предпочтительно. С другой стороны, если взаимно соединены неэквивалентные поверхности, образуется биполярная антифазная граница (APB), подобная представленной на Фиг. 12, и характеристики полупроводникового устройства ухудшаются. Описание «поверхностные состояния являются эквивалентными» относится к состоянию, где для обеих подложек, все концы поверхностей равномерно заняты атомами того же самого элемента из любых элементов, содержащихся в полупроводниковом соединении.
[0056] С этой целью обработку поверхности выполняют одновременно на подложках 3a и 3b в качестве пары. Оптимальный способ обработки поверхности зависит от материала подложки; например, в случае подложки из карбида кремния, имеется способ, в котором смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты выполняют очистку, затем оксидную пленку поверхности удаляют разбавленной фтористоводородной кислотой, и тем самым получают чистую поверхность. Кроме того, для того, чтобы создать предписанную структуру однополярной антифазной границы (APB), в атмосфере водорода может быть выполнено нагревание, чтобы завершить поверхность водородом; тем самым контролируемость полярности поверхности улучшается, и на связанной поверхности раздела надежным образом может быть получена антифазная граница (APB) при смещенной установке сцепления, как показано на Фиг. 10. В качестве альтернативы, после вышеуказанной обработки водородом температуру увеличивают до более чем или равной 1600°C с образованием однослойного графена на внешних поверхностях, дополнительно графен окисляют и удаляют, и поверхности взаимно соединяют; тем самым на связанной поверхности раздела может быть получена антифазная граница (APB) при скользящей установке, как показано на Фиг. 11.
[0057] Затем A–грань (или B–грань) подложки из полупроводникового соединения 3a и A–грань (или B–грань) подложки 3b из полупроводникового соединения накладывают и взаимно соединяют, так что A–грани (или B–грани) находятся непосредственно в контакте в состоянии, когда конкретные кристаллические плоскости обеих подложек 3a и 3b выровнены (Фиг. 3(b)).
of
n
[0058] Здесь, как описано выше, предпочтительно, чтобы конкретные кристаллические плоскости подложек 3a и 3b были выровнены путем применения меток, предоставленных для обеспечения возможности идентификации конкретных кристаллических плоскостей (то есть конкретные кристаллографические ориентации выполнены полностью согласованными и непрерывность кристаллической решетки поддерживается равномерной на протяжении поверхности раздела наслоения). Например, вышеуказанные конкретные кристаллические плоскости могут быть выровнены (то есть конкретная кристаллографическая ориентация подложки 3a и конкретная кристаллографическая ориентация подложки 3b могут быть выполнены согласованными) путем выравнивания точным образом ориентационных плоскостей 3, предоставленных вдоль определенных кристаллических плоскостей подложек 3a и 3b (так что боковые грани параллельны кристаллическим плоскостям) или выемок 3 в виде вырезов, предоставленных в направлениях, соответствующих определенным кристаллическим плоскостям, для достижения предписанного относительного положения между обеими подложками. Тем самым, расположения атомов подложек 3a и 3b на соединенных поверхностях выровнены, и кристаллические решетки согласованы; соответственно сформирована антифазная граница 3ab.
[0059] Например, в подложках 3a и 3b, выполненных из гексагональных кристаллов, наложение предпочтительно выполняют таким образом, что ориентация [1–100] подложки 3a и ориентация [–1100] подложки 3b выполнены согласованными. Кроме того, в подложках 3a и 3b, выполненных из кубических кристаллов, наложение предпочтительно выполняют таким образом, что ориентация [110] подложки 3a и ориентация [–1–10] подложки 3b выполнены согласованными.
[0060] При этом допустимое отклонение между кристаллическими ориентациями подложки 3a и подложки 3b (угловая разница между кристаллической ориентацией подложки 3a и кристаллической ориентацией подложки 3b, которая должна быть согласована) составляет предпочтительно менее чем или равна 50 угловым секундам и более предпочтительно менее чем или равна 20 угловым секундам. Тем самым кристаллические решетки совпадают на связанной поверхности раздела и сформирована однополярная антифазная граница; соответственно, эффект настоящего изобретения проявляется более значительным образом. Кроме того, возникновение дислокаций и дефектов укладки подавляется на совпадающей поверхности раздела наложенных поверхностей (соединенных поверхностей), и плотность дефектов в подложке из полупроводникового соединения может быть уменьшена.
[0061] В настоящем изобретении приготавливают две подложки, снабженные метками, такие как ориентационные плоскости, соответствующие кристаллическим ориентациям, (которые были подвергнуты обработке внешней формы), и предписанные кристаллические плоскости накладывают и взаимно соединяют таким образом, что конкретные кристаллографические ориентации между двумя подложками совмещаются путем выполнения точного совмещения посредством обеих меток; тем самым поверхность раздела наслоения выполнена являющейся однополярной антифазной границей (APB). В этом случае важно, чтобы допустимое отклонение в кристаллической ориентации между упакованными поверхностями двух соединенных подложек (отклонение в направлении поворота поверхности пластины) являлось таким небольшим, насколько это возможно.
[0062] Соответственно, в настоящем изобретении, как описано выше, метки, такие как несколько ориентационных плоскостей в заданном относительном положении по отношению к предписанной кристаллической ориентации, предоставлены для подложки таким образом, что предписанная кристаллическая ориентация может быть идентифицирована; однако, обычно достаточно предоставлять две метки, а именно, первую метку и вторую метку, и они могут иметь различные формы для того, чтобы быть взаимно различимыми. Например, в случае ориентационных плоскостей, они могут быть выполнены имеющими разные длины до такой степени, чтобы быть визуально различимыми. Предпочтительно, чтобы эти метки были предоставлены на каждой подложке с тем, чтобы допустимое отклонение по отношению к предписанной кристаллической ориентации (отклонение в направлении поворота поверхности пластины) было таким небольшим, насколько это возможно.
[0063] При наложении двух подложек вместе предпочтительно, чтобы две подложки были зафиксированы путем применения зажимного приспособления таким образом, чтобы позиции точным образом совпадали между метками, предоставленными на подложках. Более конкретно, соединение может быть выполнено следующим методом: два вида ориентационных плоскостей (первая ориентационная плоскость и вторая ориентационная плоскость) предоставлены в качестве вышеуказанных первой и второй меток для каждой из двух подложек таким образом, что угол между выносными линиями боковых граней меток составляет 90°; при укладке двух подложек их укладывают таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей совмещаются; тогда торцевые поверхности первых ориентационных плоскостей и торцевые поверхности вторых ориентационных плоскостей выровнены и зафиксированы путем применения кварцевого зажимного приспособления L–формы, служащего в качестве накладки 90°.
[0064] Перед тем, как две подложки взаимно соединяют вышеуказанным образом, предпочтительно, чтобы систематическая ошибка отклонения ориентации поверхности или ориентационной плоскости после обработки внешней формы каждой подложки была найдена на основе подложки с помощью камеры Лауэ или положения пика рентгеновской дифракции, систематические ошибки применены в качестве стандарта, чтобы классифицировать подложки для получения поправочной функции, посредством чего между парой подложек для наложения взаимно аннулируются систематические ошибки, и наложение выполняется с этими подложками в качестве пары. Посредством этого метода допустимое отклонение в кристаллической ориентации между конечными подложками (отклонение в направлении поворота поверхности пластины) ограничено лишь компонентами, производными от побочных допустимых отклонений, и выход наслоенных подложек, удовлетворяющий величинам в пределах целевого допустимого отклонения (например, предпочтительно менее чем или равным 50 угловым секундам и более предпочтительно менее чем или равным 20 угловым секундам), может быть дополнительно улучшен.
[0065] Пакетированная подложка после наложения может быть зафиксирована на трехосевом гониометре, и ориентация кристаллической плоскости каждой из передней и задней поверхностей пакетированной подложки может быть измерена с помощью камеры Лауэ или положения пика рентгеновской дифракции; тем самым допустимое отклонение во время соединения может быть обнаружено из разницы между обеими ориентациями, и пакетированные подложки, удовлетворяющие величинам в пределах целевого допустимого отклонения (например, предпочтительно менее или равного 50 угловым секундам и более предпочтительно менее или равного 20 угловым секундам), могут быть идентифицированы на основании результата измерения допустимого отклонения.
[0066] В качестве способа соединения двух подложек, соединенных вышеуказанным образом, произвольный способ может быть выбран из средств, посредством которых атомы элемента одного и того же вида могут быть непрерывным образом взаимно соединены. Например, любая или обе из соединяемых поверхностей двух подложек 3a и 3b из полупроводникового соединения могут быть заранее подвергнуты обработке активирования поверхности, и затем обе подложки могут быть взаимно соединены. Активирующая обработка плазмой, вакуумная обработка ионным пучком или обработка погружением в озонированную воду может быть выполнена в качестве обработки активирования поверхности.
[0067] В случае, когда, среди них, выполняют активирующую обработку плазмой, подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения устанавливают в вакуумной камере, газ для плазмы вводят при пониженном давлении, и затем подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения подвергают воздействию высокочастотной плазмы при приблизительно 100 Вт в течение приблизительно от 5 до 10 секунд; соответственно, поверхности подвергают активирующей обработке плазмой. Газообразный кислород, газообразный водород, газообразный азот или газообразный аргон, смешанный из них газ или смешанный газ из газообразного водорода и газообразного гелия могут быть применены в качестве газа для плазмы.
[0068] В качестве вакуумной обработки ионным пучком, подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения устанавливают в высоковакуумной камере, и ионный пучок Ar или т.п. подают на соединяемые вместе поверхности; соответственно, выполняют активирующую обработку.
[0069] В качестве обработки погружением в озонированную воду, подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения погружают в озонированную воду, в которой растворен газообразный озон, и поверхности тем самым повергают активирующей обработке.
[0070] Вышеуказанную активирующую обработку поверхности предпочтительно выполняют при одних и тех же условиях обработки для обеих из A–граней (или B–граней) подложек 3a и 3b из полупроводникового соединения. Это обусловлено поверхностными состояниями подложек, совмещенных точным образом, и это облегчает формирование однополярной антифазной границей. Поверхностная активирующая обработка может быть любой из вышеуказанных способов или может быть комбинированной обработкой. Поверхности подложек 3a и 3b из полупроводникового соединения, подвергнутые обработке активирования поверхности, являются предпочтительно соединяемыми поверхностями (соединенными поверхностями).
[0071] Затем, после того, как подложка 3a из полупроводникового соединения и подложка 3b из полупроводникового соединения взаимно соединены, выполняют термообработку при предпочтительно от 150 до 350°C, более предпочтительно от 150 до 250°C, чтобы улучшить прочность связи между соединенными поверхностями подложки 3a из полупроводникового соединения и подложки 3b из полупроводникового соединения. Поскольку подложка 3a из полупроводникового соединения и подложка 3b из полупроводникового соединения являются материалами одного и того же качества, коробление подложки вследствие различия в коэффициентах термического расширения подавлено; однако, температура, подходящая для каждой подложки, может быть применена для подавления деформации подходящим образом. Период термообработки составляет, хотя он до некоторой степени зависит от температуры, предпочтительно от 2 до 24 часов.
[0072] Тем самым подложка 3a из полупроводникового соединения и подложка 3b из полупроводникового соединения являются прочно сцепленными, и получают одну слоистую подложку 30 из полупроводникового соединения (Фиг. 3(c)).
[0073] Здесь на Фиг. 3 каждая из передней и задней поверхностей слоистой подложки 30 из полупроводникового соединения является полярной гранью (B–гранью), которая выполнена из атомов (B-атомов) элемента одного и того же вида среди составляющих элементов и на которой свободные связи атомов вышеуказанного вида открыты. В качестве альтернативы, в случае, когда B–грани подложек 3a и 3b из полупроводникового соединения взаимно соединены, каждая из передней и задней поверхностей слоистой подложки 30 из полупроводникового соединения является полярной гранью (A–гранью), которая выполнена из A-атомов, и на которой свободные связи A-атомов открыты.
[0074] Кроме того, на Фиг. 3, во внутренней части слоистой подложки 30 из полупроводникового соединения на поверхности раздела наслоения сформирована однополярная антифазная граница 3ab, которая параллельна поверхности слоистой подложки 30 и в которой A-атомы взаимно соединены. В качестве альтернативы, в случае, когда B–грани подложек 3a и 3b из полупроводникового соединения взаимно соединены, во внутренней части слоистой подложки 30 из полупроводникового соединения на поверхности раздела наслоения сформирована однополярная антифазная граница 3ab, которая параллельна поверхности слоистой подложки 30 и в которой B атомы взаимно соединены. Антифазная граница 3ab является вышеописанной однополярной антифазной границей 2ab и образована лишь связями атомов элемента одного и того же вида, т.е. связями катион–катион (или связями анион–анион); поэтому она не ухудшает блокирующие характеристики полупроводникового устройства.
2
2
2
2
2
3
3
[0075] В вышеуказанной слоистой подложке 30 из полупроводникового соединения на каждой из передней поверхности и задней поверхности может быть сформирован в качестве активного слоя полупроводникового устройства эпитаксиально выращенный слой предписанной толщины, в котором концентрация носителей является контролируемой. При изготовлении подложки из карбида кремния, эпитаксиально выращенный слой предписанной толщины может быть сформирован способом, в котором слоистую подложку 30, изготовленную с помощью вышеуказанного процесса устанавливают вертикально на лодочке, выполненной из поликристаллического карбида кремния, температуру увеличивают до 1340°C в печи для выращивания в газообразной фазе, подают SiHCl при расходе 200 см/мин и CH при расходе 50 см/мин, и давление задают на 15 Па. Толщина эпитаксиально выращенного слоя может быть отрегулирована с помощью времени выращивания, а концентрация электронов и концентрация дырок может быть отрегулирована путем смешивания газообразного N и триметилалюминия или т.п., соответственно, в газе для выращивания подходящим образом.
[0076] Подобные гомоэпитаксиально выращиваемые слои формируют на обеих поверхностях слоистой подложки 30 с помощью вышеуказанного процесса; с другой стороны, при формировании эпитаксиально выращиваемого слоя только на одной поверхности, операция эпитаксиального выращивания может быть выполнена при том, что поверхность, не нуждающуюся в эпитаксиальном выращивании, покрывают оксидной пленкой, или после эпитаксиального выращивания может быть выполнено полирование для удаления эпитаксиально выращенного слоя.
[0077] Вышеуказанным образом получают слоистую подложку из полупроводникового соединения, которая не подвержена влиянию, обусловленному разницей между полярностями поверхностей при обработке подложки и изготовлении полупроводникового устройства и в которой движение дислокаций в кристалле подавляется, а блокирующие характеристики не ухудшены.
[0078] В случае, когда, например, применяют подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения, выполненные из карбида кремния, катионная грань является Si–гранью, а анионная грань является C–гранью; в случае, когда применяют подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения, выполненные из нитрида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является N–гранью; в случае, когда применяют подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения, выполненные из арсенида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является As–гранью; в случае, когда применяют подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения, выполненные из фосфида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является P–гранью; в случае, когда применяют подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения, выполненные из нитрида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является N–гранью. В настоящем изобретении катионные грани (или анионные грани) взаимно соединены, формируя однополярную антифазную границу, образованную из катионов (или анионов), а анионные грани (или катионные грани), имеющие такую же полярность, сформированы на передней и задней поверхностях слоистой подложки 30; соответственно, получают вышеописанные результат и эффект настоящего изобретения.
(Второй вариант осуществления)
[0079] Второй вариант осуществления способа изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с настоящим изобретением описан с использованием Фиг. 5. Сначала приготавливают монокристаллические подложки 4a и 4b из полупроводникового соединения, в каждой из которых наиболее плотно упакованные плоскости ориентированы на передней поверхности и задней поверхности подложки (Фиг. 5(a)). Предполагают, что подложки 4a и 4b из полупроводникового соединения являются такими же, что и подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения в первом варианте осуществления.
ion
[0080] Затем для подложки 4a из полупроводникового соединения, которая является одной из двух подложек 4a и 4b из полупроводникового соединения, в поверхность, соединяемую с другой подложкой 4b из полупроводникового соединения, заранее имплантируют ионы водорода или т.п. в качестве обработки для отделения поверхностного слоя A–грани (или B–грани) подложки 4a из полупроводникового соединения и формируют область ионной имплантации 4 (Фиг. 5(b)).
+
+
2
ion
[0081] Здесь во время ионной имплантации в подложку 4a из полупроводникового соединения имплантируют предписанную дозу по меньшей мере ионов водорода (H) или молекулярных ионов водорода (H) при такой энергии имплантации, что область ионной имплантации 4 может быть сформирована до желательной глубины от поверхности. В качестве условий при этом, энергия ионной имплантации может быть задана таким образом, чтобы получить требуемую толщину желательной тонкой пленки. Также ионы He, ионы B или т.п. могут быть имплантированы одновременно; любой вид ионов может быть применен при условии, что получают такой же эффект. Однако ионы предпочтительно являются ионами легкого элемента до возможной степени с точки зрения уменьшения повреждения кристаллической решетки полупроводникового соединения.
+
16
2
17
2
16
2
17
2
[0082] Величина дозы ионов водорода (H), имплантированных в подложку 4a из полупроводникового соединения составляет предпочтительно от 1,0×10 атомов/см до 9,0×10 атомов/см. Если она составляет менее 1,0×10 атомов/см, охрупчивание поверхности раздела может не происходить; если оно составляет более 9,0×10 атомов/см, ионы водорода могут становиться газовыми пузырьками во время термообработки после упомянутого наложения и могут вызывать неспособность к переносу.
2
+
15
2
17
2
15
2
17
2
[0083] Если молекулярные ионы водорода (H) применяют в качестве имплантированных ионов, величина дозы составляет предпочтительно от 5,0×10 атомов/см до 4,5×10 атомов/см. Если она составляет менее 5,0×10 атомов/см, охрупчивание поверхности раздела может не происходить; если оно составляет более 4,5×10 атомов/см, ионы водорода могут становиться газовыми пузырьками во время термообработки после упомянутого наложения и могут вызывать неспособность к переносу.
ion
ion
[0084] Глубина от поверхности ионной имплантации подложки до области ионной имплантации 4 (то есть глубина ионной имплантации) соответствует желательной толщине тонкой пленки 4a’ из полупроводникового соединения, которая является утонченной подложкой из полупроводникового соединения, предоставленной на подложке 4b из полупроводникового соединения; и составляет обычно от 100 до 2000 нм, предпочтительно от 300 до 500 нм и более предпочтительно приблизительно 400 нм. Глубина области ионной имплантации 4 (то есть толщина распределения ионов) может быть такой толщиной, чтобы обеспечить возможность легкого отслаивания путем механического воздействия или т.п., и составляет предпочтительно от 200 до 400 нм и более предпочтительно приблизительно 300 нм.
[0085] Затем предпочтительно выполнять обработку поверхности для создания точным образом эквивалентных поверхностных состояний A–грани (или B–грани), которая является поверхностью для ионной имплантации подложки 4a из полупроводникового соединения, и A–грани (или B–грани) подложки 4b из полупроводникового соединения. Это обусловлено тем, что если взаимно соединяются неэквивалентные поверхности, образуется биполярная антифазная граница (APB), подобная представленной на Фиг. 12, и характеристики полупроводникового устройства ухудшаются. С этой целью обработку поверхности выполняют одновременно при одних и тех же условиях обработки на подложках 4a и 4b в качестве пары. Оптимальный способ обработки поверхности зависит от материала подложки; например, в случае подложки из карбида кремния, имеется способ, в котором очистку выполняют смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты, затем оксидную пленку на поверхности удаляют разбавленной фтористоводородной кислотой, и тем самым получают нормальную поверхность. Кроме того, для того, чтобы создать предписанную структуру однополярной антифазной границы (APB), может быть выполнено нагревание в атмосфере водорода, чтобы завершить поверхность водородом; тем самым контролируемость полярности поверхности улучшается, и антифазная граница (APB) при смещенной установке сцепления, как показано на Фиг. 10, может быть получена в качестве связанной поверхности раздела надежным образом.
[0086] Затем в состоянии, когда конкретные кристаллические плоскости обеих подложек 4a и 4b выровнены (то есть в состоянии, где конкретная кристаллографическая ориентация подложки 4a и конкретная кристаллографическая ориентация подложки 4b согласованы), наложение и соединение выполняют таким образом, что A–грани (или B–грани) находятся в непосредственном контакте, то есть A–грани (или B–грани), которые были подвергнуты обработке активирования поверхностей подложек 4a и 4b из полупроводникового соединения, взаимно соединяются в качестве соединяемых (связываемых) поверхностей (Фиг. 5(c)). При этом способ соединения, способ активирования поверхности и т.д. могут быть такими же способами, что и в первом варианте осуществления.
[0087] Затем, после того, как подложка 4a из полупроводникового соединения и подложка 4b из полупроводникового соединения взаимно соединены, выполняют термообработку при предпочтительно от 150 до 350°C, более предпочтительно от 150 до 250°C, чтобы улучшить прочность связи между соединенными поверхностями подложки 4a из полупроводникового соединения и подложки 4b из полупроводникового соединения. Поскольку подложка 4a из полупроводникового соединения и подложка 4b из полупроводникового соединения являются материалами одного и того же качества, подавляется коробление подложки вследствие различия в коэффициентах термического расширения; однако для подавления деформации подходящим образом может быть применена температура, подходящая для каждой подложки. Период термообработки составляет, хотя он до некоторой степени зависит от температуры, предпочтительно от 2 до 24 часов.
ion
[0088] К ионноимплантированной части подложки, соединенной вышеуказанным образом, прикладывают тепловую энергию или механическую энергию; тем самым поверхностный слой подложки 4a из полупроводникового соединения отслаивают в области ионной имплантации 4, и тонкую пленку 4a’ из монокристаллического полупроводникового соединения переносят на подложку 4b из полупроводникового соединения; соответственно, получают слоистую подложку 40 из полупроводникового соединения (Фиг. 5(d)).
ion
ion
[0089] Здесь в качестве способа отслаивания, например, может быть применен способ термического отслаивания, в котором вышеуказанную соединенную подложку нагревают до высокой температуры, путем нагревания в области ионной имплантации 4образуются мелкие пузырьки компонентов ионной имплантации, создавая отслаивание, и подложку 4a из полупроводникового соединения отделяют. В качестве альтернативы может быть применен способ механического отслаивания, в котором, наряду с тем, что выполняют низкотемпературную термообработку (например, от 500 до 900°C, предпочтительно от 500 до 700°C) при уровне, который не вызывает термического отслаивания, физическое ударное воздействие прикладывают к одному концу области ионной имплантации 4, создавая отслаивание механическим образом, и подложку 4a из полупроводникового соединения отделяют. В способе механического отслаивания шероховатость поверхности переноса после переноса тонкой пленки из монокристаллического полупроводникового соединения меньше, чем в способе термического отслаивания; соответственно, способ механического отслаивания более предпочтителен.
ion
[0090] После процедуры отслаивания может быть выполнена термообработка, которая улучшает сцепляемость с тонкой пленкой 4a’ из полупроводникового соединения, путем нагревания подложки 4b из полупроводникового соединения при условиях температуры нагревания, которая находится в диапазоне от 700 до 1000°C и выше, чем во время процесса отслаивания, и времени нагревания от 1 до 24 часов. При этом, поскольку тонкая пленка 4a’ прочно сцеплена с подложкой 4b из полупроводникового соединения, отслаивание участков, иных, чем участок отслаивания области ионной имплантации 4, не происходит.
[0091] Монокристаллическая подложка 4a” из полупроводникового соединения после отслаивания может быть повторно использована снова в качестве монокристаллической подложки из полупроводникового соединения путем выполнения полирования, очистки и т.д. на поверхности снова.
[0092] Тем самым тонкая пленка 4a’ из полупроводникового соединения и подложка 4b из полупроводникового соединения являются прочно сцепленными, и получают одну слоистую подложку 40 из полупроводникового соединения (Фиг. 5(d)).
[0093] Здесь на Фиг. 5 каждая из передней и задней поверхностей слоистой подложки 40 из полупроводникового соединения является полярной гранью (B–гранью), которая выполнена из атомов (B-атомов) элемента одного и того же вида среди составляющих элементов и на которой свободные связи атомов вышеуказанного вида открыты. В качестве альтернативы, в случае, когда B–грани подложек 4a и 4b из полупроводникового соединения взаимно соединены (связаны), каждая из передней и задней поверхностей слоистой подложки 40 из полупроводникового соединения является полярной гранью (A–гранью), которая выполнена из A-атомов и на которой свободные связи A-атомов открыты.
[0094] Кроме того, на Фиг. 5, во внутренней части слоистой подложки 40 из полупроводникового соединения на поверхности раздела наслоения сформирована антифазная граница 4ab, которая параллельна поверхности слоистой подложки 40 и в которой A-атомы или B-атомы взаимно соединены. В качестве альтернативы, в случае, когда B–грани подложек 4a и 4b из полупроводникового соединения взаимно соединены, во внутренней части слоистой подложки 40 из полупроводникового соединения на поверхности раздела наслоения сформирована антифазная граница 4ab, которая параллельна поверхности слоистой подложки 40 и в которой A-атомы или B-атомы взаимно соединены. Антифазная граница 4ab является вышеописанной однополярной антифазной границей 2ab и образована лишь связями атомов элемента одного и того же вида, т.е. связями катион–катион (или связями анион–анион).
2
2
2
2
2
3
3
[0095] В вышеуказанной слоистой подложке 40 из полупроводникового соединения на каждой из передней поверхности и задней поверхности может быть сформирован в качестве активного слоя полупроводникового устройства эпитаксиально выращенный слой предписанной толщины, в котором концентрация носителей является контролируемой. При изготовлении подложки из карбида кремния эпитаксиально выращенный слой предписанной толщины может быть сформирован способом, в котором слоистую подложку 40, изготовленную вышеуказанным процессом, устанавливают вертикально на лодочке, выполненной из поликристаллического карбида кремния, температуру увеличивают до 1340°C в печи для выращивания в газообразной фазе, подают SiHCl при расходе 200 см/мин и CH при расходе 50 см/мин, и давление задают на 15 Па. Толщина эпитаксиально выращенного слоя может быть отрегулирована с помощью периода выращивания, а концентрация электронов и концентрация дырок может быть отрегулирована путем смешивания газообразного N и триметилалюминия или т.п., соответственно, в газе для выращивания подходящим образом.
[0096] Подобные гомоэпитаксиально выращиваемые слои формируют на обеих поверхностях слоистой подложки 40 с помощью вышеуказанного процесса; с другой стороны, при формировании эпитаксиально выращиваемого слоя только на одной поверхности, операция эпитаксиального выращивания может быть выполнена при том, что поверхность, не нуждающуюся в эпитаксиальном выращивании, покрывают оксидной пленкой, или после эпитаксиального выращивания может быть выполнено полирование, чтобы удалить эпитаксиально выращенный слой.
2
[0097] За счет применения слоистой подложки 40, полученной вышеуказанным образом, отсутствует влияние, обусловленное разницей между полярностями поверхностей при обработке подложки и изготовлении полупроводникового устройства, и движение дислокаций в кристалле подавляется. Например, в непатентном документе 2 сообщается, что карбид кремния с плотностью дефектов укладки менее или равной 120/см может быть сформирован путем подавления движения дислокаций, а в непатентном документе 3 сообщается, что плотность тока утечки на p–n переходе из карбида кремния может быть менее или равной 0,1 мА за счет подавления плотности дефектов укладки до менее или равной 60000/см (менее или равной 245/см). Когда применяют слоистую подложку из полупроводникового соединения, выполненную из карбида кремния в соответствии с настоящим изобретением, получают полупроводниковое устройство, в котором блокирующие характеристики не ухудшены.
[0098] Аналогичным образом, в случае, когда применяют подложки 4a и 4b из полупроводникового соединения, выполненные из нитрида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является N–гранью; в случае, когда применяют подложки 4a и 4b из полупроводникового соединения, выполненные из арсенида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является As–гранью; в случае, когда применяют подложки 4a и 4b из полупроводникового соединения, выполненные из фосфида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является P–гранью; в случае, когда применяют подложки 4a и 4b из полупроводникового соединения, выполненные из нитрида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является N–гранью. В настоящем изобретении катионные грани (или анионные грани) взаимно соединяются, формируя однополярную антифазную границу, образованную из катионов (или анионов), а анионные грани (или катионные грани), имеющие такую же полярность, формируются на передней и задней поверхностях слоистой подложки 40; соответственно, получают вышеописанные результат и эффект настоящего изобретения.
(Третий вариант осуществления)
[0099] Третий вариант осуществления способа изготовления слоистой подложки из полупроводникового соединения в соответствии с настоящим изобретением описан с использованием Фиг. 6. Третий вариант осуществления является примером, где в качестве вышеуказанной подложки 4a из полупроводникового соединения во втором варианте осуществления применяют подложку из полупроводникового соединения, в которой на поверхности подложки 4a из полупроводникового соединения, подлежащей соединению с подложкой 4b из полупроводникового соединения, заранее формируют гомоэпитаксиально выращиваемый слой.
[0100] Сначала приготавливают монокристаллические подложки 5a и 5b из полупроводникового соединения, в каждой из которых наиболее плотно упакованные плоскости ориентированы на передней поверхности и задней поверхности подложки (Фиг. 6(a)). Предполагают, что подложки 5a и 5b из полупроводникового соединения являются такими же, что и подложки 3a и 3b из полупроводникового соединения в первом варианте осуществления. Здесь подложка 5a может называться подложкой для переноса, а подложка 5b может называться поддерживающей подложкой.
[0101] Затем для подложки 5a из полупроводникового соединения, которая является одной из двух подложек 5a и 5b из полупроводникового соединения, на поверхности, связываемой с другой подложкой 5b из полупроводникового соединения (Фиг. 6(b)), формируют гомоэпитаксиально выращиваемый слой 5e из того же самого соединения, что и подложка 5a. Иными словами, эпитаксиальный кристалл, имеющий такой же состав и одно и то же расположение атомов, что и подложка 5a, выращивают в слое, формируемым на основной поверхности подложки 5a.
[0102] В качестве способа гомоэпитаксиального выращивания может быть применен известный способ эпитаксиального выращивания; например, предпочтителен способ эпитаксиального выращивания из газообразной фазы.
[0103] Толщина гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e составляет предпочтительно от 500 нм до 5 мкм и более предпочтительно от 600 нм до 1 мкм. Тем самым часть гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e может быть перенесена на слой, сформированный на подложке 5b способом переноса ионной имплантации, описанным далее.
[0104] Между подложкой 5a из полупроводникового соединения и слоем 5e, полученным гомоэпитаксиальным выращиванием, может быть сформирован буферный слой 5c, получаемый легированием того же самого соединения примесью, и тем самым может быть предотвращено распространение дефектов кристалла, открытых на поверхности подложки 5a, к слою 5e, полученному гомоэпитаксиальным выращиванием; соответственно это предпочтительно (Фиг. 6(b)). Толщина буферного слоя 5c составляет предпочтительно от 100 до 1000 нм.
[0105] Здесь, поскольку гомоэпитаксиально выращенный слой 5e сформирован на A–грани (катионной грани) подложки 5a, поверхность гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e также является A–гранью (катионной гранью). В случае, когда гомоэпитаксиально выращенный слой 5e предоставляют на B-плоскости подложки 5a, поверхность гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e является B–гранью (анионной гранью).
ion
[0106] Затем для одной подложки 5a из полупроводникового соединения в поверхность, связываемую с другой подложкой 5b из полупроводникового соединения, то есть в гомоэпитаксиально выращенный слой 5e заранее имплантируют ионы водорода или т.п. в качестве обработки для отделения поверхностного слоя A–грани (или B–грани) гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e и формируют область 5 ионной имплантации (Фиг. 6(c)). Способ обработки ионной имплантацией при этом может быть таким же, что и во втором варианте осуществления.
ion
ion
[0107] Следует заметить, что глубина от поверхности ионной имплантации подложки до области ионной имплантации 5 (то есть глубина ионной имплантации) соответствует желательной толщине гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e’ который является утонченной подложкой из полупроводникового соединения, предоставленной на подложке 5b из полупроводникового соединения; и составляет обычно от 100 до 2000 нм, предпочтительно от 300 до 500 нм и более предпочтительно приблизительно 400 нм. Глубина области ионной имплантации 5 (то есть толщина распределения ионов) может быть такой толщиной, чтобы обеспечивать возможность легкого отслаивания путем механического воздействия или т.п., и составляет предпочтительно от 200 до 400 нм и более предпочтительно приблизительно 300 нм.
[0108] Затем предпочтительно выполнять обработку поверхности для создания точным образом эквивалентных поверхностных состояний по меньшей мере соединяемых поверхностей полупроводниковых подложек 5a и 5b. Это обусловлено тем, что, если взаимно соединяются неэквивалентные поверхности, формируется биполярная антифазная граница (APB), подобная представленной на Фиг. 12, и характеристики полупроводникового устройства ухудшаются. С этой целью обработку поверхности выполняют одновременно при одних и тех же условиях обработки на подложках 5a и 5b в качестве пары. Оптимальный способ обработки поверхности зависит от материала подложки; например, в случае подложки из карбида кремния имеется способ, в котором очистку выполняют смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты, затем оксидную пленку на поверхности удаляют разбавленной фтористоводородной кислотой, и тем самым получают нормальную поверхность. Кроме того, для того, чтобы создать предписанную структуру однополярной антифазной границы (APB), может быть выполнено нагревание в атмосфере водорода, чтобы завершить поверхность водородом; тем самым контролируемость полярности поверхности улучшается, и надежным образом может быть получена антифазная граница (APB) при смещенной установке сцепления, как показано на Фиг. 10.
[0109] Затем в состоянии, когда конкретные кристаллические плоскости обеих подложек 5a и 5b выровнены (то есть в состоянии, где конкретная кристаллографическая ориентация подложки 5a и конкретная кристаллографическая ориентация подложки 5b согласованы), A–грань (или B–грань), которая является поверхностью ионной имплантации подложки 5a из полупроводникового соединения (то есть слоем 5e, получаемым гомоэпитаксиальным выращиванием) и A–грань (или B–грань) подложки 5b из полупроводникового соединения наложены и взаимно соединены таким образом, что A–грани (или B-грани) находятся в непосредственном контакте, то есть A–грани (или B–грани) подложки 5a из полупроводникового соединения, которые были подвергнуты обработке активирования поверхности (гомоэпитаксиально выращенный слой 5e) и подложка 5b из полупроводникового соединения взаимно соединены в качестве соединенных поверхностей (Фиг. 6(d)). Способ соединения, способ очистки поверхности, способ активирования поверхности и т.д. при этом могут быть такими же способами, что и в первом варианте осуществления.
[0110] Затем, после того, как подложка 5a из полупроводникового соединения (гомоэпитаксиально выращенный слой 5e) и подложка 5b из полупроводникового соединения взаимно соединяются, выполняют термообработку при предпочтительно от 150 до 350°C, более предпочтительно от 150 до 250°C, чтобы улучшить прочность связи между соединенными поверхностями гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e и подложки 5b из полупроводникового соединения. Поскольку подложка 5a из полупроводникового соединения (гомоэпитаксиально выращенный слой 5e) и подложка 5b из полупроводникового соединения являются материалами одного и того же качества, подавляется коробление подложки вследствие различия в коэффициентах термического расширения; однако, для сдерживания деформации подходящим образом может быть применена температура, подходящая для каждой подложки. Период термообработки составляет, хотя он до некоторой степени зависит от температуры, предпочтительно от 2 до 24 часов.
ion
[0111] Тепловую энергию или механическую энергию прикладывают к участку подложки для ионной имплантации, соединенной вышеуказанным образом; тем самым, поверхностный слой из гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e отслаивают в области ионной имплантации 5, и тонкую монокристаллическую пленку 5e’ из полупроводникового соединения переносят на подложку 5b из полупроводникового соединения; соответственно, получают слоистую подложку 50 из полупроводникового соединения (Фиг. 6(e)). Способ отслаивания при этом может быть таким же, что и во втором варианте осуществления. При необходимости может быть выполнена термообработка, которая улучшает сцепляемость.
[0112] Монокристаллическая подложка 5a из полупроводникового соединения после отслаивания может быть повторно использована снова в качестве монокристаллической подложки из полупроводникового соединения путем выполнения полирования, очистки и т.д. на поверхности снова.
[0113] Тем самым тонкая пленка 5e’ полупроводникового соединения и подложка 5b из полупроводникового соединения являются прочно сцепленными вместе, и получают одну слоистую подложку 50 из полупроводникового соединения (Фиг. 6(e)).
[0114] Здесь на Фиг. 6 каждая из передней и задней поверхностей слоистой подложки 50 из полупроводникового соединения является полярной гранью (B–гранью), которая выполнена из атомов (B-атомов) элемента одного и того же вида среди составляющих элементов и на которой свободные связи атомов вышеуказанного вида открыты. В качестве альтернативы, в случае, когда B–грани подложки 5a из полупроводникового соединения (гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e) и подложки 5b из полупроводникового соединения взаимно соединены, каждая из передней и задней поверхностей слоистой подложки 50 из полупроводникового соединения является полярной гранью (A–гранью), которая выполнена из A-атомов и на которой свободные связи A-атомов открыты.
[0115] Кроме того, на Фиг. 6, во внутренней части слоистой подложки 50 из полупроводникового соединения на поверхности раздела наслоения сформирована антифазная граница 5eb, которая параллельна поверхностям слоистой подложки 50 и в которой A-атомы взаимно соединены. В качестве альтернативы, в случае, когда B–грани подложки 5a из полупроводникового соединения (гомоэпитаксиально выращенного слоя 5e) и подложки 5b из полупроводникового соединения взаимно соединены, во внутренней части слоистой подложки 50 из полупроводникового соединения на поверхности раздела наслоения сформирована антифазная граница 5eb, которая параллельна поверхностям слоистой подложки 50 и в которой B атомы взаимно соединены. Антифазная граница 5eb является вышеописанной однополярной антифазной границей 2ab и образована лишь связями атомов элемента одного и того же вида, т.е. связями катион–катион (или связями анион–анион).
2
2
2
2
2
3
3
[0116] В вышеуказанной слоистой подложке 50 из полупроводникового соединения на каждой из передней поверхности и задней поверхности в качестве активного слоя полупроводникового устройства может быть сформирован эпитаксиально выращенный слой предписанной толщины, в котором концентрация носителей является контролируемой. При изготовлении подложки из карбида кремния (3C–SiC), например, эпитаксиально выращенный слой предписанной толщины может быть сформирован способом, в котором слоистую подложку 50, изготовленную вышеуказанным процессом, устанавливают вертикально на лодочке, выполненной из поликристаллического карбида кремния, температуру увеличивают до 1340°C в печи для выращивания в газообразной фазе, подают SiHCl при расходе 200 см/мин и CH при расходе 50 см/мин, и давление задают на 15 Па. Толщина эпитаксиально выращенного слоя может быть отрегулирована за счет периода выращивания, а концентрация электронов и концентрация дырок может быть отрегулирована путем смешивания газообразного N и триметилалюминия или т.п., соответственно, в газе для выращивания подходящим образом.
[0117] Подобные гомоэпитаксиально выращиваемые слои формируют на обеих поверхностях слоистой подложки 50 вышеуказанным процессом; с другой стороны, при формировании эпитаксиально выращенного слоя только на одной поверхности, операция эпитаксиального выращивания может быть выполнена при том, что поверхность, не нуждающуюся в эпитаксиальном выращивании, покрывают оксидной пленкой, или после эпитаксиального выращивания может быть выполнено полирование, чтобы удалить эпитаксиально выращенный слой.
2
[0118] За счет применения слоистой подложки 50, полученной вышеуказанным образом, отсутствует влияние, обусловленное разницей между полярностями поверхностей при обработке подложки и изготовлении полупроводникового устройства, и движение дислокаций в кристалле подавляется. Например, в непатентном документе 2 сообщается, что карбид кремния с плотностью дефектов укладки менее или равной 120/см может быть сформирован путем подавления движения дислокаций, а в непатентном документе 3 сообщается, что плотность тока утечки на p–n переходе из карбида кремния может быть менее или равной 0,1 мА за счет подавления плотности дефектов укладки до менее или равной 60000/см (менее или равной 245/см). Когда применяют слоистую подложку из полупроводникового соединения, выполненную из карбида кремния в соответствии с настоящим изобретением, получают полупроводниковое устройство, в котором блокирующие характеристики не ухудшены.
[0119] Аналогичным образом, в случае, когда применяют подложку 5a из полупроводникового соединения (гомоэпитаксиально выращенный слой 5e) и подложку 5b из полупроводникового соединения, выполненные из нитрида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является N–гранью; в случае, когда применяют подложку 5a из полупроводникового соединения (гомоэпитаксиально выращенный слой 5e) и подложку 5b из полупроводникового соединения, выполненные из арсенида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является As–гранью; в случае, когда применяют подложку 5a из полупроводникового соединения (гомоэпитаксиально выращенный слой 5e) и подложку 5b из полупроводникового соединения, выполненные из фосфида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является P–гранью; в случае, когда применяют подложку 5a из полупроводникового соединения (гомоэпитаксиально выращенный слой 5e) и подложку 5b из полупроводникового соединения, выполненные из нитрида галлия, катионная грань является Ga–гранью, а анионная грань является N–гранью. В настоящем изобретении катионные грани (или анионные грани) взаимно соединяются, формируя однополярную антифазную границу, образованную из катионов (или анионов), а анионные грани (или катионные грани), имеющие такую же полярность, формируются на передней и задней поверхностях слоистой подложки 50; соответственно получают вышеописанные результат и эффект настоящего изобретения.
ПРИМЕРЫ
[0120] В последующем настоящее изобретение описано более конкретно с использованием Примеров; однако настоящее изобретение не ограничено этими Примерами.
[Пример 1]
[0121] Слоистую подложку 30 из полупроводникового соединения, имеющую однополярную антифазную границу (антифазную границу (APB)), показанную на Фиг. 3(c), соответствующую первому варианту осуществления, и слоистую подложку, не имеющую однополярную антифазную границу (APB), изготавливали и оценивали. Сначала приготавливали четыре вида полупроводниковых (далее - п/п) пластин из монокристаллического 4H–SiC, каждая диаметром 4 дюйма (10,16 см), изготовленных компанией II–VI Inc. Для четырех первых п/п пластин W11 и двух вторых п/п пластин W12, переднюю поверхность каждой п/п пластины выполняли являющейся (0001) Si–гранью; для одной третьей п/п пластины W13 переднюю поверхность выполняли являющейся (000–1) C–гранью. Допустимое отклонение между нормальной осью, перпендикулярной поверхности каждой п/п пластины, и [0001] осью находится в пределах 0,3 градуса. Для одной четвертой п/п пластины W14 переднюю поверхность выполняли являющейся A–гранью, наклоненной на 4 градуса к [11–20] ориентации от (0001) Si–грани. В каждой п/п пластине обеспечивали первую ориентационную плоскость, параллельную [11–20] ориентации, и вторую ориентационную плоскость, параллельную [1–100] ориентации, и длину первой ориентационной плоскости задавали на 38,5 мм, а длину второй ориентационной плоскости задавали на 18 мм. П/п пластину W11 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 3 часа. П/п пластины W12, W13 и W14 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 9 часов. П/п пластина W11 служит в качестве поддерживающей подложки (основания) (соответствующей подложке 3b по Фиг. 3) слоистого изделия после процесса наложения, описанного далее, и, следовательно, нуждается в поддержании механической прочности; соответственно, толщину п/п пластины задавали на 0,5 мм. С другой стороны, толщину каждой из п/п пластин W12, W13 и W14 задавали на 0,15 мм.
[0122] Переднюю поверхность и заднюю поверхность каждой из таких п/п пластин W11, W12, W13 и W14 подвергали обработке механическим полированием и химико–механическому полированию (CMP), и среднеарифметическую шероховатость поверхности (Ra; JIS B0601, 2013; то же самое применено здесь далее) выполняли менее или равной 0,2 нм. Причина, почему сглаживание выполняют таким образом, заключается в попытке уменьшить площадь неприсоединенной области в процессе соединения п/п пластин, описанном далее. Затем п/п пластины W11, W12, W13 и W14 одновременно очищали смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты при одних и тех же условиях обработки (SPM очисткой), и затем оксидную пленку каждой поверхности удаляли путем обработки разбавленной фтористоводородной кислотой (HF обработки). Затем п/п пластины одновременно погружали на 10 минут в озонированную воду, в которой был растворен газообразный озон, и каждую поверхность активировали. Затем в атмосфере водорода в течение 10 минут выполняли термообработку при 700°C, чтобы завершить обработку поверхности каждой подложки водородом, и полярности подложек делали равными (аналогичными).
[0123] Затем для 2 групп из комбинации п/п пластины W11 и п/п пластины W12, комбинации п/п пластины W11 и п/п пластины W13 и комбинации п/п пластины W11 и п/п пластина W14 соединение выполняли таким образом, чтобы передние поверхности п/п пластин находились в контакте в каждой комбинации. При этом торцевые поверхности ориентационных плоскостей выравнивали путем применения кварцевого зажимного приспособления L–формы таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей пластин выравниваются одна с другой точным образом в 1 группе (Пример) из комбинаций п/п пластины W11 и п/п пластины W12 и в комбинации п/п пластины W11 и п/п пластины W13 (сравнительный пример 1). В этом случае допустимое отклонение между торцевыми поверхностями п/п пластин, которые находились в контакте, находилось в пределах 20 угловых секунд. В другой группе (сравнительный пример 2) комбинаций п/п пластины W11 и п/п пластины W12, первую ориентационную плоскость п/п пластины W12 задавали в позиции более или равной 2 градусам против часовой стрелки от первой ориентационной плоскости пластины W11. Вследствие такого поворота, поверхность раздела после соединения, описанного далее, образует не совпадающую поверхность раздела, а закрученную межзеренную границу. В комбинации п/п пластины W11 и п/п пластины W14 (сравнительный пример 3), торцевые поверхности ориентационных плоскостей выравнивали путем применения кварцевого зажимного приспособления L–формы таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей п/п пластин были выровнены одна с другой точным образом. В этом случае допустимое отклонение между торцевыми поверхностями п/п пластин, которые находились в контакте, находилось в пределах 20 угловых секунд. В комбинации п/п пластины W11 и п/п пластина W14, поскольку кристаллическая решетка п/п пластины W14 наклонена по отношению к п/п пластине W11 при наложенной поверхности раздела, поверхность раздела после соединения, описанного далее, образует не совпадающую поверхность раздела, а межзеренную границу с углом наклона.
[0124] При этом п/п пластину, интегрированную путем взаимного наложения п/п пластины W11 и п/п пластины W12 в 1 группе (Пример) из комбинаций п/п пластины W11 и п/п пластины W12 называют W112, а п/п пластину, интегрированную путем взаимного наложения п/п пластины W11 и п/п пластины W13 в комбинации п/п пластины W11 и п/п пластины W13 (сравнительный пример 1) называют W113. Кроме того, п/п пластину, интегрированную путем взаимного наложения п/п пластины W11 и п/п пластины W12 в другой группе (сравнительный пример 2) из комбинаций п/п пластины W11 и п/п пластины W12 называют W112’, а пластину, интегрированную путем взаимного наложения п/п пластины W11 и п/п пластины W14 в комбинации п/п пластины W11 и п/п пластины W14 (сравнительный пример 3) называют W114.
[0125] В п/п пластине W112 связанная поверхность раздела сформирована однополярной антифазной границей (APB) Si–Si связей, а передняя поверхность и задняя поверхность являются C–гранями. С другой стороны, в п/п пластине W113 связанная поверхность раздела сформирована Si–C связями и она не включает антифазную границу (APB). Сторона передней поверхности п/п пластины W113 (соответствующая задней поверхности п/п пластины W13) является Si–гранью, а сторона задней поверхности п/п пластины W113 (соответствующая задней поверхности п/п пластины W11) является C–гранью. В п/п пластинах W112’ и W114 передняя поверхность и задняя поверхность являются C–гранями; однако, связанная поверхность раздела не является обязательно однополярной антифазной границей (APB), в которой взаимно соединены Si-атомы, а может быть сформирована биполярной антифазной границей (APB) и закрученной межзеренной границей, или межзеренной границей с углом наклона. Поэтому, когда предоставляют p–n переход или затвор Шоттки, и область пространственного заряда рассредоточена в связанной поверхности раздела, область пространственного заряда ведет себя как путь утечки носителей.
[0126] Затем на каждой из п/п пластин W112, W113, W112’ и W114 при 250°C в течение 24 часов выполняли термообработку, и прочность связи связанной поверхности раздела улучшали.
[0127] При этом различные дефекты кристалла открыты на поверхностях подложек из полупроводникового соединения или наслоенных подложек из полупроводникового соединения; дефектами, преобладающими в этих подложках, являются дислокации базисной плоскости (BPD) и прорастающие дислокации (TD). Хотя каждый дефект не может визуально наблюдаться, визуальное наблюдение становится возможным с помощью способа, в котором кристалл гидроксида калия (KOH) устанавливают на поверхности п/п пластины или поверхности эпитаксиально выращенного слоя и плавят путем нагревания до 500°C, тем самым способствуя травлению дефектов, и дефекты становятся заметными (это называют травление расплавленным KOH). Здесь плотность дефектов определяли, на поверхности, обследуемой после травления расплавленным KOH, путем подсчета наблюдаемых дефектов во множестве полей зрения оптического микроскопа с кратностью увеличения 100 (то же самое применяется в примерах ниже).
2
[0128] Сначала травление расплавленным KOH выполняли на каждой из поверхностей на стороне п/п пластины W12, поверхности на стороне W13 и поверхности на стороне W14 п/п пластин W112, W113, W112’ и W114, полученных вышеуказанным образом, и измеряли плотность дислокаций базисной плоскости (BPD), открытых на поверхности; соответственно, было обнаружено, что плотности дислокаций базисной плоскости (BPD) п/п пластин W112, W113, W112’ и W114 были по существу равны и составляли от 7900 до 12000/см.
2
2
2
2
[0129] Затем для п/п пластин W112, W113, W112’ и W114 выполняли термообработку при 1650°C в течение 300 минут в качестве термообработки, соответствующей гомоэпитаксиальному выращиванию, затем выполняли травление расплавленным KOH и измеряли плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины (поверхностей на стороне п/п пластины W12, поверхности на стороне W13 и поверхности на стороне W14). В результате было обнаружено, что плотность составляла 9500/см в п/п пластине W112, однако была в два раза или более выше в других наслоенных п/п пластинах, то есть 21000/см в п/п пластине W113, 26000/см в п/п пластине W112’ и 31000/см в п/п пластине W114.
[0130] Предполагают, что в п/п пластине W112, которая является слоистой подложкой по настоящему изобретению, однополярная антифазная граница (APB), сформированная на связанной поверхности раздела, препятствует вытягиванию (распространению) дислокаций базисной плоскости (BPD) со стороны п/п пластины W11 к п/п пластине W12 в слоистой подложке и подавляет увеличение в плотности дислокаций базисной плоскости (BPD). С другой стороны, предполагают, что в п/п пластине W113 для сравнения, поскольку антифазная граница (APB) не была сформирована на поверхности раздела наслоения, дислокации базисной плоскости (BPD) распространялись со стороны п/п пластины W11 к п/п пластине W13 в слоистой подложке, и плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) была увеличена. Кроме того, предполагают, что в п/п пластинах W112’ и W114 для сравнения, поскольку однополярная антифазная граница (APB) не была сформирована на поверхности раздела наслоения, новые дислокации базисной плоскости (BPD) возникали вследствие рассогласованной границы, которая возникала наряду с биполярной антифазной границей (APB), и плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) была увеличена.
[0131] В настоящем примере подложку из карбида кремния со сравнительно высокой плотностью дефектов применяли в качестве п/п пластины W12; с другой стороны, в случае, когда п/п пластину W112 изготавливали с помощью применения подложки из карбида кремния с низкой плотностью дефектов в качестве п/п пластины W12, даже когда плотность дефектов поверхности п/п пластины W11 является высокой, распространение этих дефектов блокируется антифазной границей (APB); соответственно может быть получена слоистая подложка из карбида кремния с низкой плотностью дефектов, подобной поверхности п/п пластины W12. В качестве подложки из карбида кремния с низкой плотностью дефектов может быть применена, например, подложка из карбида кремния с низкой плотностью дефектов, изготовленная способом, описанным в JP–A 2003–119097.
[Пример 2]
[0132] Слоистую подложку 40 из полупроводникового соединения, имеющую однополярную антифазную границу (антифазную границу (APB)), показанную на Фиг. 5(d), соответствующую второму варианту осуществления, и слоистую подложку, не имеющую однополярную антифазную границу (APB), изготавливали и оценивали. Сначала приготавливали три вида подложек (п/п пластин) из монокристаллического 4H–SiC, каждая диаметром 4 дюйма (10,16 см). Среди них каждая из двух первых п/п пластин W21 служит в качестве поддерживающей подложки слоистого изделия (соответствующей подложке 4b на Фиг. 5) и является п/п пластиной, в которой (0001) Si–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [11–20] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности. Одна вторая п/п пластина W22 (соответствующая подложке 4a по Фиг. 5) является п/п пластиной, в которой (0001) Si–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности (подложки для переноса). Каждая из двух третьих п/п пластин W23 (для сравнения) является п/п пластиной, в которой (000–1) C–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности (подложки для переноса). Причина, почему немного наклоненную подложку применяют таким образом, заключается в попытке достигнуть степени контроля эпитаксии, при которой порядок нанесения кристаллических плоскостей в направлении [0001] оси предоставляют в боковом направлении, поддерживая политип кристалла (поддерживая расположение атомов). Кроме того, причина, почему направление небольшого наклона целевой плоскости устанавливают противоположным образом между п/п пластиной W21 и п/п пластинами W22 и W23, заключается в попытке сформировать согласованную поверхность раздела путем подавления возникновения межзеренной границы с углом наклона, когда поверхности взаимно соединяются.
[0133] Каждую п/п пластину снабжали первой ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [11–20], и второй ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [1–100]. Длину первой ориентационной плоскости задавали на 38,5 мм, а длину второй ориентационной плоскости задавали на 18 мм. П/п пластину W21 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 3 часа. П/п пластины W22 и W23 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 9 часов. Толщина каждой пластины составляет 0,5 мм.
2
[0134] Все плотности дислокаций базисной плоскости (BPD) п/п пластин W21, W22 и W23, измеренные путем вышеописанного травления расплавленным KOH, были по существу равны и составляли от 9300 до 11000/см.
[0135] Затем каждую поверхность п/п пластины подвергали обработке химико–механическим полированием (CMP), чтобы уменьшить среднеарифметическую шероховатость Ra поверхности до величины менее или равной 0,2 нм. Причина, почему сглаживание выполняют таким образом, заключается в попытке уменьшить возникновение несоединенной области или биполярной антифазной границы (APB) в процессе соединения п/п пластин, описанном далее.
ion
ion
+
17
2
[0136] Затем поверхность каждой из п/п пластин W22 и W23 снабжали слоем, чувствительным к внешним воздействиям, (соответствующим области ионной имплантации 4 на Фиг. 5(b)). Это является обработкой для переноса лишь поверхностного слоя каждой из п/п пластин W22 и W23 на п/п пластину W21 после того, как каждая из п/п пластин W22 и W23 приведена в соприкосновение с п/п пластиной W21 и соединена с ней. С этой целью подлежащая связыванию поверхность каждой из п/п пластин W22 и W23 имплантировали ионами водорода, образуя область ионной имплантации 4, показанную на Фиг. 5(b). Величина дозы имплантированных ионов водорода (H) задавали на 1,0×10 атомов/см, а энергию ускорения ионов задавали на 65 кэВ, так что глубина слоя, чувствительного к внешним воздействиям, может составлять 400 нм.
[0137] Затем п/п пластины W21, W22 и W23 одновременно очищали смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты при одних и тех же условиях обработки (SPM очисткой), и затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем обработки разбавленной фтористоводородной кислотой (HF обработки). Затем в атмосфере водорода в течение 10 минут выполняли термообработку при 700°C, чтобы завершить обработку поверхности подложки водородом, и полярности подложек делали равными.
[0138] Затем переднюю поверхность каждой из п/п пластин W22 и W23 приводили в соприкосновение с передней поверхностью п/п пластины W21 и соединяли с ней (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 5(c)). Здесь каждую переднюю поверхность п/п пластины перед соприкосновением облучали Ar-плазмой при одних и тех же условиях обработки и активировали. Кроме того, аналогично примеру 1, наложение выполняли при том, что при применении кварцевого зажимного приспособления L–формы ориентацию ориентационной плоскости каждой из п/п пластин W22 и W23 выравнивали с ориентацией ориентационной плоскости п/п пластины W21 (то есть таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей п/п пластин совпадали одна с другой точным образом), и отклонение кристаллической плоскости в ориентации [11–20] выполняли менее или равным 20 угловым секундам. Тем самым плотности рассогласованных поверхностей раздела (поверхностей раздела, при которых кристаллические решетки являются прерываемыми) между п/п пластиной W21 и п/п пластиной W22 и между п/п пластиной W21 и п/п пластиной W23 уменьшались до пренебрежимого уровня.
[0139] Здесь внимание сосредоточено на различии между поверхностью раздела п/п пластин W21/W22 и поверхностью раздела п/п пластин W21/W23. На поверхности раздела между п/п пластиной W21 и п/п пластиной W22 полярные грани Si обращены одна к другой, и поэтому существуют связи Si–Si. Иными словами, существует однополярная антифазная граница (антифазная граница (APB)) из мономолекулярного слоя. С другой стороны, на поверхности раздела между п/п пластиной W21 и п/п пластиной W23, полярная грань C п/п пластины W23 обращена к полярной грани Si п/п пластины W21. Следовательно, поверхность раздела образована Si–C связями, и антифазная граница (APB) не существует на этой поверхности раздела.
[0140] Затем каждое из связанного изделия из п/п пластин W21 и W22 и связанного изделия из п/п пластин W21 и W23 нагревали до 800°C, вызывая разрыв на слое, чувствительном к внешним воздействиям, образованном путем имплантации ионов водорода, и лишь тонкопленочному слою толщиной 400 нм была предоставлена возможность оставаться (быть перенесенным) на поверхности п/п пластины W21 (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 5(d)). П/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W22 был перенесен на поверхность п/п пластины W21 путем разрыва, называют W212, а п/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W23 был перенесен на поверхность п/п пластины W21, называют W213. Среднеарифметическая шероховатость Ra поверхности каждой из п/п пластин W212 и W213 увеличивалась до более чем 1 нм вследствие обработки с разрывом, и, соответственно, выполняли обработку химико–механическим полированием (CMP), чтобы уменьшить среднеарифметическую шероховатость Ra поверхности до величины менее или равной 0,2 нм.
4
3
8
4
3
8
4
3
8
3
3
3
3
15
3
[0141] Затем другой цикл гомоэпитаксиального выращивания выполняли на поверхности каждой из п/п пластин W212 и W213. Перед гомоэпитаксиальным выращиванием, п/п пластины W212 и W213 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 3 л/мин, и температуру увеличивали до 1600°C при давлении 13 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1600°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiH и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. Для п/п пластины W213 расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 10 см/мин и 8 см/мин, соответственно, поскольку Si–грань была открыта на поверхности; для п/п пластины W212 расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 8 см/мин и 10 см/мин, соответственно. Обработку в течение 75 минут при этих условиях продолжали, выполняя гомоэпитаксиальное выращивание 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращенный слой проявлял электропроводность n–типа и концентрация оставшихся носителей составляла 3×10/см, было обнаружено путем вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполненного позже.
2
2
[0142] Затем, чтобы измерить плотность дефектов поверхности эпитаксиально выращенного слоя, сформированного на каждой п/п пластине W212 и W213, на поверхность наносили гидроксид калия и плавили путем нагревания при 500°C в течение 5 минут, и тем самым способствовали травлению дефектов и выполняли обработку явно выраженным образом. В результате измерения с помощью травления расплавленным KOH, было обнаружено, что плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности пластины W212 была ограничена в пределах 9700/см, как и на поверхности W22, однако плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W213 была увеличена до 22000/см, что приблизительно в два раза больше, чем для поверхности W23. Иными словами, предполагают, что в п/п пластине W212 распространение дислокаций базисной плоскости (BPD) было затруднено за счет однополярной антифазной границы (APB) поверхности раздела наслоения; с другой стороны, в п/п пластине W213, поскольку антифазной границы (APB) не существовало, дислокации базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W21 проходили через W23 и достигали поверхности эпитаксиально выращенного слоя. Соответственно, эффект настоящего изобретения был проверен.
[0143] В настоящем примере подложку из карбида кремния со сравнительно высокой плотностью дефектов применяли в качестве п/п пластины W22; с другой стороны, в случае, когда п/п пластина W212 изготовлена с использованием подложки из карбида кремния с низкой плотностью дефектов в качестве п/п пластины W22, даже когда плотность дефектов поверхности п/п пластины W21 является высокой, распространение этих дефектов блокировано антифазной границей (APB); соответственно может быть получена слоистая подложка из карбида кремния с низкой плотностью дефектов, подобной поверхности п/п пластины W22. В качестве подложки из карбида кремния с низкой плотностью дефектов может быть применена, например, подложка из карбида кремния с низкой плотностью дефектов, изготовленная способом, описанным в JP–A 2003–119097.
[Пример 3]
[0144] Изготавливали слоистую подложку 50 из полупроводникового соединения, имеющую однополярную антифазную границу (антифазная граница (APB)), показанную на Фиг. 6(e), и слоистую подложку, не имеющую однополярную антифазную границу (APB), и сравнивали плотности дислокаций базисной плоскости (BPD) тонких пленок, которые гомоэпитаксиально выращены на этих подложках. Сначала приготавливали три вида монокристаллических 4H–SiC подложек (п/п пластин). Каждая из двух первых п/п пластин W31 служит в качестве поддерживающей подложки слоистого изделия (соответствующей подложке 5b на Фиг. 6) и является п/п пластиной, в которой (0001) Si–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [11–20] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности. Одна вторая п/п пластина W32 (соответствующая подложке 5a на Фиг. 6) является п/п пластиной, в которой (0001) Si–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности (подложка для переноса). Одна третья п/п пластина W33 (для сравнения) является п/п пластиной, в которой (000–1) C–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности (подложка для переноса). Причина, почему немного наклоненную подложку применяют таким образом, заключается в попытке достичь степени контроля эпитаксии, при которой порядок нанесения для кристаллических плоскостей в направлении [0001] оси предоставляют в боковом направлении, поддерживая политип кристалла (поддерживая расположение атомов). Кроме того, причина, почему направление небольшого наклона целевой плоскости устанавливают противоположным образом между п/п пластиной W31 и п/п пластинами W32 и W33, заключается в попытке сформировать согласованную поверхность раздела путем подавления возникновения межзеренной границы с углом наклона и биполярной антифазной границы, когда поверхности взаимно соединяются. Каждую п/п пластину снабжали первой ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [11–20], и второй ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [1–100]. Длину первой ориентационной плоскости задавали на 38,5 мм, а длину второй ориентационной плоскости задавали на 18 мм. П/п пластину W31 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 3 часа. П/п пластины W32 и W33 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 9 часов. Толщина каждой пластины составляет 0,5 мм. Такие п/п пластины W31, W32 и W33 одновременно очищали смешанным раствором серной кислоты и водного раствора пероксида водорода при одних и тех же условиях обработки (SPM очисткой), и затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем обработки разбавленной фтористоводородной кислотой (HF обработки).
4
3
8
4
3
8
4
3
8
3
3
3
3
[0145] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W32 и W33 (Фиг. 6(b)) выполняли гомоэпитаксиальное выращивание 4H–SiC. Сначала, перед эпитаксиальным выращиванием, п/п пластины W32 и W33 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 3 л/мин, и температуру увеличивали до 1600°C при давлении 13 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1600°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiH и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. При этом расходы газообразного SiH и газообразного CH для п/п пластины W32 задавали на 10 см/мин и 8 см/мин, соответственно, а расходы газообразного SiH и газообразного CH для п/п пластины W33 задавали на 8 см/мин и 10 см/мин, соответственно. Причина, почему расходы газов изменяются таким образом между п/п пластинами W32 и W33, заключается в том, что оптимальные условия для способствования боковому росту от немного наклоненной плоскости изменяются в соответствии с различием между полярными гранями поверхности (Si–гранью и C–гранью). Тот факт, что скорость роста SiC, основанная на каждой группе условий, составляла приблизительно 8 мкм/ч, был найден с помощью температурного колебания радиационного термометра, который измеряет температуру поверхности п/п пластины (метод измерения является таким же в примере ниже).
3
18
3
15
3
[0146] Для того, чтобы можно было предотвратить дефекты кристалла, открытые на поверхности пластины, от их распространения в гомоэпитаксиально выращиваемый слой, в начале вышеуказанной обработки эпитаксиальным выращиванием в вышеуказанный газ добавляли газообразный азот при 40 см/мин, чтобы модифицировать слой толщиной 1 мкм, сформированный в более раннем периоде роста в слое с добавлением азота с концентрацией азота 1×10 атомов/см, и тем самым формировали буферный слой (соответствующий буферному слою 5c на Фиг. 6(b)). При этом распространение дислокаций базисной плоскости (BPD) от поверхности п/п пластины к эпитаксиальному слою экспериментальной структуры превращалось в прорастающие дислокации (TD) в буферном слое, и плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности было уменьшено. Затем, после формирования буферного слоя толщиной 1 мкм, добавление газообразного азота прекращали и выполняли гомоэпитаксиальное выращивание толщиной 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой (соответствующий гомоэпитаксиальному слою 5e на Фиг. 6(b)) проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 3×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
2
[0147] Различные дефекты кристалла открыты на поверхности перед и после эпитаксиального выращивания; преобладающими дефектами являются дислокации базисной плоскости (BPD) и прорастающие дислокации (TD). Было обнаружено, что плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) каждой из п/п пластин W32 и W33, измеренная с помощью расплавленного KOH, составляла от 9300 до 11000/см перед эпитаксиальным выращиванием (то есть также плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) в п/п пластине W31 была такой же); в противоположность этому, они обе были уменьшены до от 80 до 250/см после эпитаксиального выращивания. С другой стороны, во всех п/п пластинах плотность прорастающих дислокаций (TD) не изменялась перед и после эпитаксиального выращивания и оставалась 800/см.
[0148] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя на каждой из п/п пластин W32 и W33 подвергали обработке химико–механическим полированием (CMP), и среднеарифметическая шероховатость Ra поверхности уменьшалась до от 1 нм до 0,2 нм. Причина, почему сглаживание выполняют таким образом, заключается в попытке уменьшить площадь неприсоединенной области в процессе соединения п/п пластин, описанном далее.
ion
ion
+
17
2
[0149] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя на каждой из п/п пластин W32 и W33 снабжали слоем, чувствительным к внешним воздействиям (соответствующим области ионной имплантации 5 на Фиг. 6(c)). Это является обработкой для переноса лишь поверхностного слоя каждой из п/п пластин W32 и W33 на п/п пластину W31 после того, как каждая из п/п пластин W32 и W33 приведена в соприкосновение с п/п пластиной W31 и соединена с ней. С этой целью поверхность эпитаксиально выращенного слоя на каждой из п/п пластин W32 и W33 имплантировали ионами водорода, образуя область ионной имплантации 5, показанной на Фиг. 6(c). Величина дозы имплантированных ионов водорода (H) задавали на 1,0×10 атомов/см, а энергию ускорения ионов задавали на 65 кэВ, так что глубина слоя, чувствительного к внешним воздействиям, может составлять 400 нм.
[0150] Затем п/п пластины W31, W32 и W33 одновременно очищали смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты при одних и тех же условиях обработки (SPM очисткой), и затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем обработки разбавленной фтористоводородной кислотой (HF обработки). Затем в атмосфере водорода в течение 10 минут выполняли термообработку при 700°C, чтобы завершить обработку поверхности подложки водородом, и полярности подложек делали равными.
[0151] Затем поверхность каждой из п/п пластин W32 и W33 приводили в соприкосновение с поверхностью п/п пластины W31 и соединяли с ней (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(d)). При этом каждую поверхность п/п пластины перед соприкосновением облучали Ar-плазмой при одних и тех же условиях обработки и активировали. Кроме того, аналогично примеру 1, наложение выполняли при том, что при применении кварцевого зажимного приспособления L–формы ориентацию ориентационной плоскости каждой из п/п пластин W32 и W33 выравнивали с ориентацией ориентационной плоскости п/п пластины W31 (то есть таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей п/п пластин выравнивались одна с другой точным образом), и отклонение кристаллической плоскости в ориентации [11–20] выполняли менее или равным 20 угловым секундам. Тем самым плотности рассогласованных поверхностей раздела (поверхностей раздела, при которых кристаллические решетки являются прерываемыми) между п/п пластиной W31 и п/п пластиной W32 и между п/п пластиной W31 и п/п пластиной W33 уменьшали до пренебрежимого уровня.
[0152] Здесь внимание сосредоточено на различии между поверхностью раздела п/п пластины W31/W32 и поверхностью раздела п/п пластины W31/W33. На поверхности раздела между п/п пластиной W31 и п/п пластиной W32 полярные грани Si обращены одна к другой, и поэтому существуют связи Si–Si. Иными словами, существует однополярная антифазная граница (антифазная граница (APB)) мономолекулярного слоя. С другой стороны, на поверхности раздела между п/п пластиной W31 и п/п пластиной W33, полярная грань C п/п пластины W33 обращена к полярной грани Si п/п пластины W31. Следовательно, поверхность раздела образована Si–C связями, и антифазная граница (APB) не существует на поверхности раздела.
[0153] Затем каждое из соединенного изделия из п/п пластин W31 и W32 и соединенного изделия из п/п пластин W31 и W33 нагревали до 800°C, вызывая разрыв на слое, чувствительном к внешним воздействиям, образованном имплантацией ионов водорода, и лишь тонкопленочному слою толщиной 400 нм была предоставлена возможность оставаться (быть перенесенным) на поверхности п/п пластины W31 (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(e)). П/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W32 переносили на поверхность п/п пластины W31 путем разрыва, называют W312, а п/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне пластины W33 переносят на поверхность п/п пластины W31, называют W313. Среднеарифметическая шероховатость Ra поверхности каждой из п/п пластин W312 и W313 увеличивалась до более 1 нм вследствие обработки с разрывом, и соответственно выполняли обработку химико–механическим полированием (CMP), чтобы уменьшить среднеарифметическую шероховатость Ra поверхности до величины менее или равной 0,2 нм.
4
3
8
4
3
8
4
3
8
3
3
3
3
15
3
[0154] Затем другой цикл гомоэпитаксиального выращивания выполняли на поверхности каждой из п/п пластин W312 и W313. Перед гомоэпитаксиальным выращиванием, п/п пластины W312 и W313 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 3 л/мин, и температуру увеличивали до 1600°C при давлении 13 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1600°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiH и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. Для п/п пластины W313, аналогично эпитаксиальному выращиванию на п/п пластине W32, расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 10 см/мин и 8 см/мин, соответственно, поскольку Si–грань была открыта на поверхности; для п/п пластины W312, подобно п/п пластине W33, расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 8 см/мин и 10 см/мин, соответственно. Обработку в течение 75 минут при этих условиях продолжали, выполняя гомоэпитаксиальное выращивание 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 3×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
[0155] Затем для того, чтобы измерить плотность дефектов поверхности эпитаксиально выращенного слоя, сформированного на каждой п/п пластине W312 и W313, на поверхность наносили гидроксид калия и плавили путем нагревания при 500°C в течение 5 минут, и тем самым способствовали травлению дефектов и выполняли обработку явно выраженным образом. В результате измерения с помощью травления расплавленным KOH, было обнаружено, что плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W312 была ограничена в пределах от 87 до 375/см, что было по существу равно ее величине перед эпитаксиальным выращиванием, однако плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W313 была увеличена до от 8700 до 15000/см, как на поверхности п/п пластины W31 перед эпитаксиальным выращиванием. Иными словами, предполагают, что, в п/п пластине W312 распространение дислокаций базисной плоскости (BPD) было затруднено с помощью однополярной антифазной границы (APB) поверхности раздела наслоения; с другой стороны, в п/п пластине W313, поскольку антифазной границы (APB) не существовало, дислокации базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W31 проходили через также через буферный слой и достигали поверхности эпитаксиально выращенного слоя.
[Пример 4]
[0156] Слоистую подложку изготавливали посредством обмена A–грани и B–грани монокристаллической подложки в Примере 3 и применения подложки, являющейся монокристаллической подложкой, и оценивали. Сначала приготавливали три вида монокристаллических 4H–SiC подложек (п/п пластин). Каждая из двух первых п/п пластин W41 служит в качестве поддерживающей подложки слоистого изделия (соответствующей подложке 5b на Фиг. 6) и является п/п пластиной, в которой (000–1) C–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [11–20] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности. Одна вторая п/п пластина W42 (соответствующая подложке 5a на Фиг. 6) является п/п пластиной, в которой (000–1) C–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности (подложки для переноса). Одна третья п/п пластина W43 (для сравнения) является п/п пластиной, в которой (0001) Si–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности. Причина, почему немного наклоненную подложку применяют таким образом, заключается в попытке достичь степень контроля эпитаксии, при которой порядок нанесения для кристаллических плоскостей в направлении [0001] оси предоставляют в боковом направлении, поддерживая политип кристалла (поддерживая расположение атомов). Кроме того, причина, почему направление небольшого наклона целевой плоскости устанавливают противоположным образом между п/п пластиной W41 и п/п пластинами W42 и W43, заключается в попытке сформировать согласованную поверхность раздела путем подавления возникновения межзеренной границы с углом наклона, когда поверхности взаимно соединены. Каждую п/п пластину снабжали первой ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [11–20], и второй ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [1–100]. Длину первой ориентационной плоскости задавали на 38,5 мм, а длину второй ориентационной плоскости задавали на 18 мм. П/п пластину W41 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 3 часа. П/п пластины W42 и W43 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 9 часов. Толщина каждой пластины составляет 0,5 мм. Такие п/п пластины W41, W42 и W43 одновременно подвергали очистке смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты (SPM очистке) при одних и тех же условиях обработки, и затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем HF обработки.
4
3
8
4
3
8
4
3
8
3
3
3
3
[0157] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W42 и W43 выполняли гомоэпитаксиальное выращивание 4H–SiC (Фиг. 6(b)). Сначала, перед эпитаксиальным выращиванием, п/п пластины W42 и W43 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 3 л/мин, и температуру увеличивали до 1600°C при давлении 13 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1600°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiH и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. При этом расходы газообразного SiH и газообразного CH для п/п пластины W42 задавали на 8 см/мин и 10 см/мин, соответственно, а расходы газообразного SiH и газообразного CH для п/п пластины W43 задавали на 10 см/мин и 8 см/мин, соответственно. Скорость роста SiC, основанная на каждой группе условий, составляла приблизительно 8 мкм/ч.
3
18
3
15
3
[0158] Для того, чтобы могло быть предотвращено распространение дефектов кристалла, открытых на поверхности пластины, в гомоэпитаксиально выращиваемый слой, в начале вышеуказанной обработки эпитаксиальным выращиванием в вышеуказанный газ добавляли газообразный азот при 40 см/мин, чтобы модифицировать слой толщиной 1 мкм, сформированный в более раннем периоде роста в слое с добавлением азота с концентрацией азота 1×10 атомов/см, и тем самым формировали буферный слой (соответствующий буферному слою 5c на Фиг. 6(b)). Затем, после формирования буферного слоя толщиной 1 мкм, добавление газообразного азота прекращали и выполняли гомоэпитаксиальное выращивание толщиной 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой (соответствующий гомоэпитаксиальному слою 5e на Фиг. 6(b)) проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 3×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
2
[0159] Здесь было обнаружено, что плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) каждой из п/п пластин W42 и W43, измеренная с помощью травления расплавленным KOH при 500°C, составляла от 9300 до 11000/см перед эпитаксиальным выращиванием; в противоположность этому, они обе были уменьшены до от 35 до 140/см после эпитаксиального выращивания. С другой стороны, плотность прорастающих дислокаций (TD) не изменялась перед и после эпитаксиального выращивания в любой из п/п пластин и оставалась равной 800/см.
[0160] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя на каждой из п/п пластин W42 и W43 подвергали обработке химико–механическим полированием (CMP), и среднеарифметическую шероховатость (Ra) поверхности уменьшали до от 1 нм до 0,2 нм.
ion
ion
+
17
2
[0161] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W42 и W43 снабжали слоем, чувствительным к внешним воздействиям (соответствующим области ионной имплантации 5 на Фиг. 6(c)). Иными словами, поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W42 и W43 имплантировали ионами водорода, образуя область ионной имплантации 5, показанную на Фиг. 6(c). Величину дозы имплантированных ионов водорода (H) задавали на 1,0×10 атомов/см, а энергию ускорения ионов задавали на 65 кэВ, так что глубина слоя, чувствительного к внешним воздействиям, может составлять 400 нм.
[0162] Затем п/п пластины W41, W42 и W43 одновременно очищали смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты при одних и тех же условиях обработки (SPM очистки), а затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем обработки разбавленной фтористоводородной кислотой (HF обработки). Затем в атмосфере водорода в течение 10 минут выполняли термообработку при 700°C, чтобы завершить обработку поверхности подложки водородом, и полярности подложек делали равными.
[0163] Затем поверхность каждой из п/п пластин W42 и W43 приводили в соприкосновение с поверхностью п/п пластины W41 и соединяли с ней (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(d)). При этом каждую поверхность п/п пластины перед соприкосновением облучали Ar-плазмой при одних и тех же условиях обработки и активировали. Кроме того, аналогично примеру 1, наложение выполняли при том, что при применении кварцевого зажимного приспособления L–формы ориентацию ориентационной плоскости каждой из п/п пластин W42 и W43 выравнивали с ориентацией ориентационной плоскости п/п пластины W41 (то есть таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей пластин выравнивались одна с другой точным образом), и отклонение кристаллической плоскости в ориентации [11–20] выполняли менее или равным 20 угловым секундам. Тем самым, плотности рассогласованных поверхностей раздела (поверхностей раздела, при которых кристаллические решетки являются прерываемыми) между п/п пластиной W41 и п/п пластиной W42 и между п/п пластиной W41 и п/п пластиной W43 уменьшали до пренебрежимого уровня.
[0164] Здесь внимание сосредоточено на различии между поверхностью раздела п/п пластины W41/W42 и поверхностью раздела п/п пластины W41/W43. На поверхности раздела между п/п пластиной W41 и п/п пластиной W42 полярные грани C обращены одна к другой, и поэтому существуют связи C–C. Иными словами, существует однополярная антифазная граница (антифазная граница (APB)) мономолекулярного слоя. С другой стороны, на поверхности раздела между п/п пластиной W41 и п/п пластиной W43, полярная грань Si п/п пластины W43 обращена к полярной грани C п/п пластины W41. Следовательно, поверхность раздела образована Si–C связями, и антифазная граница (APB) не существует на поверхности раздела.
[0165] Затем каждое из соединенного изделия из п/п пластин W41 и W42 и соединенного изделия из п/п пластин W41 и W43 нагревали до 800°C, вызывая разрыв на слое, чувствительном к внешним воздействиям, образованном путем имплантации ионов водорода, и лишь тонкопленочному слою толщиной 400 нм была предоставлена возможность оставаться (быть перенесенным) на поверхности п/п пластины W41 (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(e)). П/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W42 был перенесен на поверхность п/п пластины W41 с помощью разрыва, называют W412, а п/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W43 был перенесен на поверхность п/п пластины W41, называют W413. Среднеарифметическая шероховатость Ra поверхности каждой из п/п пластин W412 и W413 увеличивалась до более 1 нм вследствие обработки с разрывом, и соответственно выполняли обработку химико–механическим полированием (CMP), чтобы уменьшить среднеарифметическую шероховатость Ra поверхности до величины менее или равной 0,2 нм.
4
3
8
4
3
8
4
3
8
3
3
3
3
15
3
[0166] Затем другой цикл гомоэпитаксиального выращивания выполняли на поверхности каждой из п/п пластин W412 и W413. Перед гомоэпитаксиальным выращиванием п/п пластины W412 и W413 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 3 л/мин, и температуру увеличивали до 1600°C при давлении 13 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1600°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiH и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. Для п/п пластины W413, аналогично эпитаксиальному выращиванию на п/п пластине W42, расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 8 см/мин и 10 см/мин, соответственно, поскольку C–грань была открыта на поверхности; для п/п пластины W412, подобно п/п пластине W43, расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 10 см/мин и 8 см/мин, соответственно. Обработку в течение 75 минут при этих условиях продолжали, выполняя гомоэпитаксиальное выращивание 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 3×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
[0167] Затем для того, чтобы измерить плотность дефектов поверхности эпитаксиально выращенного слоя, сформированного на каждой п/п пластине W412 и W413, на поверхность наносили гидроксид калия и плавили путем нагревания при 500°C в течение 5 минут, и тем самым способствовали травлению дефектов, делая дефекты видимыми. В результате измерения с помощью травления расплавленным KOH, было обнаружено, что плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W412 была ограничена в пределах от 84 до 184/см, что было по существу равно ее величине перед эпитаксиальным выращиванием, однако плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W413 увеличивалась до от 9200 до 15000/см, как на поверхности п/п пластины W41 перед эпитаксиальным выращиванием. Иными словами, предполагают, что, в п/п пластине W412 распространение дислокаций базисной плоскости (BPD) затруднялось с помощью однополярной антифазной границы (APB) поверхности раздела наслоения; с другой стороны, в п/п пластине W413, поскольку антифазной границы (APB) не существовало, дислокации базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W41 проходили через также через буферный слой и достигали поверхности эпитаксиально выращенного слоя.
[Пример 5]
[0168] Слоистую подложку изготавливали путем замены монокристаллической подложки на подложку, отличающуюся в кристаллической структуре (порядке кристалла) от примера 3, и оценивали. Сначала приготавливали три вида монокристаллических 6H–SiC подложек (п/п пластин). Каждая из двух первых п/п пластин W51 служит в качестве поддерживающей подложки слоистого изделия (соответствующей подложке 5b на Фиг. 6) и является п/п пластиной, в которой (0001) Si–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [11–20] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности. Одна вторая п/п пластина W52 (соответствующая подложке 5a на Фиг. 6) является п/п пластиной, в которой (0001) C–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности (подложка для переноса). Одна третья п/п пластина W53 (для сравнения) является п/п пластиной, в которой (000–1) C–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности. Каждую п/п пластину снабжали первой ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [11–20], и второй ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [1–100]. Длину первой ориентационной плоскости задавали на 38,5 мм, а длину второй ориентационной плоскости задавали на 18 мм. П/п пластину W51 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 3 часа. П/п пластины W52 и W53 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 9 часов. Толщина каждой пластины составляет 0,5 мм. Такие п/п пластины W51, W52 и W53 одновременно подвергали очистке смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты (SPM очистке) при одних и тех же условиях обработки, а затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем HF обработки.
4
3
8
4
3
8
4
3
8
3
3
3
3
[0169] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W52 и W53 выполняли гомоэпитаксиальное выращивание 6H–SiC (Фиг. 6(b)). Сначала, перед эпитаксиальным выращиванием, п/п пластины W52 и W53 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 3 л/мин, и температуру увеличивали до 1550°C при давлении 13 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1550°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiH и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. При этом расходы газообразного SiH и газообразного CH для пластины W52 задавали на 10 см/мин и 8 см/мин, соответственно, а расходы газообразного SiH и газообразного CH для п/п пластины W53 задавали на 8 см/мин и 10 см/мин, соответственно. Скорость роста SiC, основанная на каждой группе условий, составляла приблизительно 8 мкм/ч.
3
18
3
15
3
[0170] Для того, чтобы могло быть предотвращено распространение дефектов кристалла, открытых на поверхности пластины, в гомоэпитаксиально выращиваемый слой, в начале вышеуказанной обработки эпитаксиальным выращиванием в вышеуказанный газ добавляли газообразный азот при 40 см/мин, чтобы модифицировать слой толщиной 1 мкм, сформированный в более раннем периоде роста в слое с добавлением азота с концентрацией азота 1×10 атомов/см, и тем самым формировали буферный слой (соответствующий буферному слою 5c на Фиг. 6(b)). Затем, после формирования буферного слоя толщиной 1 мкм, добавление газообразного азота прекращали и выполняли гомоэпитаксиальное выращивание толщиной 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой (соответствующий гомоэпитаксиальному слою 5e на Фиг. 6(b)) проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 3×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
2
[0171] Здесь было обнаружено, что плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) каждой из п/п пластин W52 и W53, измеренная с помощью травления расплавленным KOH при 500°C, составляла от 8700 до 12000/см перед эпитаксиальным выращиванием; в противоположность этому, они обе были уменьшены до от 38 до 260/см после эпитаксиального выращивания. С другой стороны, плотность прорастающих дислокаций (TD) не изменялась перед и после эпитаксиального выращивания в любой из п/п пластин и оставалась равной 300/см.
[0172] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя на каждой из п/п пластин W52 и W53 подвергали обработке химико–механическим полированием (CMP), и среднеарифметическая шероховатость (Ra) поверхности уменьшалась до от 1 нм до 0,2 нм.
ion
ion
+
17
2
[0173] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W52 и W53 снабжали слоем, чувствительным к внешним воздействиям (соответствующим области ионной имплантации 5 на Фиг. 6(c)). Иными словами, поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W52 и W53 имплантировали ионами водорода, образуя область ионной имплантации 5, показанную на Фиг. 6(c). Величину дозы имплантированных ионов водорода (H) задавали на 1,0×10 атомов/см, а энергию ускорения ионов задавали на 65 кэВ, так что глубина слоя, чувствительного к внешним воздействиям, может составлять 400 нм.
[0174] Затем п/п пластины W51, W52 и W53 одновременно очищали смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты при одних и тех же условиях обработки (SPM очисткой), а затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем обработки разбавленной фтористоводородной кислотой (HF обработки). Затем в атмосфере водорода в течение 10 минут выполняли термообработку при 700°C, чтобы завершить обработку поверхности подложки водородом, и полярности подложек делали равными.
[0175] Затем поверхность каждой из п/п пластин W52 и W53 приводили в соприкосновение с поверхностью п/п пластины W51 и соединяли с ней (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(d)). При этом каждую поверхность п/п пластины перед соприкосновением облучали Ar-плазмой при одних и тех же условиях обработки и активировали. Кроме того, аналогично примеру 1, наложение выполняли при том, что при применении кварцевого зажимного приспособления L–формы ориентацию ориентационной плоскости каждой из п/п пластин W52 и W53 выравнивали с ориентацией ориентационной плоскости п/п пластины W51 (то есть таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей пластин выравнивались одна с другой точным образом), и отклонение кристаллической плоскости в ориентации [11–20] выполняли менее или равным 20 угловым секундам.
[0176] Здесь внимание сосредоточено на различии между поверхностью раздела п/п пластин W51/W52 и поверхностью раздела п/п пластин W51/W53. На поверхности раздела между п/п пластиной W51 и п/п пластиной W52 полярные грани Si обращены одна к другой, и поэтому существуют связи Si–Si. Иными словами, существует однополярная антифазная граница (антифазная граница (APB)) мономолекулярного слоя. С другой стороны, на поверхности раздела между п/п пластиной W51 и п/п пластиной W53, полярная грань C п/п пластины W53 обращена к полярной грани Si п/п пластины W51. Следовательно, поверхность раздела образована Si–C связями, и антифазная граница (APB) не существует на поверхности раздела.
[0177] Затем каждое из соединенного изделия из п/п пластин W51 и W52 и соединенного изделия из п/п пластин W51 и W53 нагревали до 800°C, вызывая разрыв на слое, чувствительном к внешним воздействиям, образованном путем имплантации ионов водорода, и лишь тонкопленочному слою толщиной 400 нм была предоставлена возможность оставаться (быть перенесенным) на поверхности п/п пластины W51 (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(e)). П/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W52 был перенесен на поверхность п/п пластины W51 путем разрыва, называют W512, а п/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне пластины W53 был перенесен на поверхность п/п пластины W51, называют W513. Среднеарифметическая шероховатость Ra поверхности каждой из п/п пластин W512 и W513 увеличивалась до более 1 нм вследствие обработки с разрывом, и соответственно выполняли обработку химико–механическим полированием (CMP), чтобы уменьшить среднеарифметическую шероховатость Ra поверхности до величины менее или равной 0,2 нм.
4
3
8
4
3
8
4
3
8
3
3
3
3
15
3
[0178] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W512 и W513 выполняли другой цикл гомоэпитаксиального выращивания. Перед гомоэпитаксиальным выращиванием п/п пластины W512 и W513 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 3 л/мин, и температуру увеличивали до 1550°C при давлении 13 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1550°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiH и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. Для п/п пластины W513, аналогично эпитаксиальному выращиванию на п/п пластине W52, расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 10 см/мин и 8 см/мин, соответственно, поскольку Si–грань была открыта на поверхности; для п/п пластины W512, подобно п/п пластине W53, расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 8 см/мин и 10 см/мин, соответственно. Обработку в течение 75 минут при этих условиях продолжали, выполняя гомоэпитаксиальное выращивание 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 3×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
[0179] Затем для того, чтобы измерить плотность дефектов поверхности эпитаксиально выращенного слоя, сформированного на каждой п/п пластине W512 и W513, на поверхность наносили гидроксид калия и плавили путем нагревания при 500°C в течение 5 минут, и тем самым способствовали травлению дефектов и выполняли обработку явно выраженным образом. В результате измерения с помощью травления расплавленным KOH, было обнаружено, что плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W512 была ограничена в пределах от 42 до 292/см, что было по существу равно ее величине перед эпитаксиальным выращиванием, однако плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W513 увеличивалась до от 1400 до 18000/см, как на поверхности п/п пластины W51 перед эпитаксиальным выращиванием. Иными словами, предполагают, что, в п/п пластине W512 распространение дислокаций базисной плоскости (BPD) затруднялось с помощью однополярной антифазной границы (APB) поверхности раздела наслоения; с другой стороны, в п/п пластине W513, поскольку антифазной границы (APB) не существовало, дислокации базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W31 проходили через также через буферный слой и достигали поверхности эпитаксиально выращенного слоя.
[Пример 6]
[0180] Слоистую подложку изготавливали путем обмена A–грани и B–грани монокристаллической подложки в примере 5 и применения подложки, являющейся монокристаллической подложкой, и оценивали. Сначала приготавливали три вида монокристаллических 6H–SiC подложек (п/п пластин). Каждая из двух первых п/п пластин W61 служит в качестве поддерживающей подложки слоистого изделия (соответствующей подложке 5b на Фиг. 6) и является п/п пластиной, в которой (000–1) C–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [11–20] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности. Одна вторая п/п пластина W62 (соответствующая подложке 5a на Фиг. 6) является п/п пластиной, в которой (000–1) C–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности (подложка для переноса). Одна третья п/п пластина W63 (для сравнения) является п/п пластиной, в которой (0001) Si–грань ориентирована в направлении, наклоненном на 4 градуса к ориентации [–1–120] от нормальной оси, перпендикулярной передней поверхности. Каждую п/п пластину снабжали первой ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [11–20], и второй ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [1–100]. Длину первой ориентационной плоскости задавали на 38,5 мм, а длину второй ориентационной плоскости задавали на 18 мм. П/п пластину W61 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 3 часа. П/п пластины W62 и W63 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 9 часов. Толщина каждой п/п пластины составляет 0,5 мм. Такие п/п пластины W61, W62 и W63 одновременно подвергали очистке смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты (SPM очистке) при одних и тех же условиях обработки, а затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем HF обработки.
4
3
8
4
3
8
4
3
8
3
3
3
3
[0181] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W62 и W63 выполняли гомоэпитаксиальное выращивание 6H–SiC (Фиг. 6(b)). Сначала, перед эпитаксиальным выращиванием, п/п пластины W62 и W63 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 3 л/мин, и температуру увеличивали до 1550°C при давлении 13 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1550°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiH и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. При этом расходы газообразного SiH и газообразного CH для п/п пластины W62 задавали на 8 см/мин и 10 см/мин, соответственно, а расходы газообразного SiH и газообразного CH для п/п пластины W63 задавали на 10 см/мин и 8 см/мин, соответственно. Скорость роста SiC, основанная на каждой группе условий, составляла приблизительно 8 мкм/ч.
3
18
3
15
3
[0182] Для того, чтобы могло быть предотвращено распространение дефектов кристалла, открытых на поверхности п/п пластины, в гомоэпитаксиально выращиваемый слой, в начале вышеуказанной обработки эпитаксиальным выращиванием в вышеуказанный газ добавляли газообразный азот при 40 см/мин, чтобы модифицировать слой толщиной 1 мкм, сформированный в более раннем периоде роста в слое с добавлением азота с концентрацией азота 1×10 атомов/см, и тем самым формировали буферный слой (соответствующий буферному слою 5c на Фиг. 6(b)). Затем, после формирования буферного слоя толщиной 1 мкм, добавление газообразного азота прекращали и выполняли гомоэпитаксиальное выращивание толщиной 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой (соответствующий гомоэпитаксиальному слою 5e на Фиг. 6(b)) проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 3×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
2
[0183] При этом было обнаружено, что плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) каждой из п/п пластин W62 и W63, измеренная с помощью травления расплавленным KOH при 500°C составляла от 8700 до 12000/см перед эпитаксиальным выращиванием; в противоположность этому, они обе были уменьшены до от 29 до 84/см после эпитаксиального выращивания. С другой стороны, плотность прорастающих дислокаций (TD) не изменялась перед и после эпитаксиального выращивания в любой из п/п пластин и оставалась 300/см.
[0184] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя на каждой из п/п пластин W62 и W63 подвергали обработке химико–механическим полированием (CMP), и среднеарифметическая шероховатость (Ra) поверхности уменьшалась до от 1 нм до 0,2 нм.
ion
ion
+
17
2
[0185] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W62 и W63 снабжали слоем, чувствительным к внешним воздействиям (соответствующим области ионной имплантации 5 на Фиг. 6(c)). Иными словами, поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W62 и W63 имплантировали ионами водорода, образуя область ионной имплантации 5, показанную на Фиг. 6(c). Величину дозы имплантированных ионов водорода (H) задавали на 1,0×10 атомов/см, а энергия ускорения ионов задавали на 65 кэВ, так что глубина слоя, чувствительного к внешним воздействиям, может составлять 400 нм.
[0186] Затем п/п пластины W61, W62 и W63 одновременно очищали смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты при одних и тех же условиях обработки (SPM очисткой), а затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем обработки разбавленной фтористоводородной кислотой (HF обработки). Затем в атмосфере водорода в течение 10 минут выполняли термообработку при 700°C, чтобы завершить обработку поверхности подложки водородом, и полярности подложек делали равными.
[0187] Затем поверхность каждой из п/п пластин W62 и W63 приводили в соприкосновение с поверхностью п/п пластины W61 и соединяли с ней (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(d)). При этом каждую поверхность п/п пластины перед соприкосновением облучали Ar-плазмой при одних и тех же условиях обработки и активировали. Кроме того, аналогично примеру 1, наложение выполняли при том, что при применении кварцевого зажимного приспособления L–формы ориентацию ориентационной плоскости каждой из п/п пластин W62 и W63 выравнивали с ориентацией ориентационной плоскости п/п пластины W61 (то есть таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей пластин выравнивались одна с другой точным образом), и отклонение кристаллической плоскости в ориентации [11–20] выполняли менее или равным 20 угловым секундам. Тем самым плотности рассогласованных поверхностей раздела (поверхностей раздела, при которых кристаллические решетки являются прерываемыми) между п/п пластиной W61 и п/п пластиной W62 и между п/п пластиной W61 и п/п пластиной W63 уменьшали до пренебрежимого уровня.
[0188] Здесь внимание сосредоточено на различии между поверхностью раздела п/п пластин W61/W62 и поверхностью раздела п/п пластин W61/W63. На поверхности раздела между п/п пластиной W61 и п/п пластиной W62 полярные грани C обращены одна к другой, и поэтому существуют связи C–C. Иными словами, существует однополярная антифазная граница (антифазная граница (APB)) мономолекулярного слоя. С другой стороны, на поверхности раздела между п/п пластиной W61 и п/п пластиной W63 полярная грань Si п/п пластины W63 обращена к полярной грани C п/п пластины W61. Следовательно, поверхность раздела образована Si–C связями, и антифазная граница (APB) не существует на поверхности раздела.
[0189] Затем каждое из соединенного изделия из п/п пластин W61 и W62 и соединенного изделия из п/п пластин W61 и W63 нагревали до 800°C, вызывая разрыв на слое, чувствительном к внешним воздействиям, образованном путем имплантации ионов водорода, и лишь тонкопленочному слою толщиной 400 нм была предоставлена возможность оставаться (быть перенесенным) на поверхности п/п пластины W61 (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(e)). П/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W62 переносили на поверхность п/п пластины W61 путем разрыва, называют W612, а п/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне пластины W63 переносили на поверхность п/п пластины W61, называют W613. Среднеарифметическая шероховатость Ra поверхности каждой из пластин W612 и W613 увеличивалась до более 1 нм вследствие обработки с разрывом, и соответственно выполняли обработку химико–механическим полированием (CMP), чтобы уменьшить среднеарифметическую шероховатость Ra поверхности до величины менее или равной 0,2 нм.
4
3
8
4
3
8
4
3
8
3
3
3
3
15
3
[0190] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W612 и W613 выполняли другой цикл гомоэпитаксиального выращивания. Перед гомоэпитаксиальным выращиванием, п/п пластины W612 и W613 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 3 л/мин, и температуру увеличивали до 1550°C при давлении 13 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1550°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiH и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. Для п/п пластины W613, аналогично эпитаксиальному выращиванию на п/п пластине W62, расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 8 см/мин и 10 см/мин, соответственно, поскольку C–грань была открыта на поверхности; для п/п пластины W612, подобно п/п пластине W63, расходы газообразного SiH и газообразного CH задавали на 10 см/мин и 8 см/мин, соответственно. Обработку в течение 75 минут при этих условиях продолжали, выполняя гомоэпитаксиальное выращивание 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 3×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
[0191] Затем для того, чтобы измерить плотность дефектов поверхности эпитаксиально выращенного слоя, сформированного на каждой п/п пластине W612 и W613, на поверхность наносили гидроксид калия и плавили путем нагревания при 500°C в течение 5 минут, и тем самым способствовали травлению дефектов и выполняли обработку явно выраженным образом. В результате измерения с помощью травления расплавленным KOH, было обнаружено, что плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W612 была ограничена в пределах от 31 до 94/см, что было по существу равно ее величине перед эпитаксиальным выращиванием, однако плотность дислокаций базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W613 увеличивалась до от 312 до 824/см, как на поверхности п/п пластины W61 перед эпитаксиальным выращиванием. Иными словами, предполагают, что, в п/п пластине W612 распространение дислокаций базисной плоскости (BPD) затруднялось с помощью однополярной антифазной границы (APB) поверхности раздела наслоения; с другой стороны, в п/п пластине W613, поскольку антифазной границы (APB) не существовало, дислокации базисной плоскости (BPD) поверхности п/п пластины W61 проходили через также через буферный слой и достигали поверхности эпитаксиально выращенного слоя.
[Пример 7]
[0192] Слоистую подложку изготавливали путем замены монокристаллической подложки на подложку, отличающуюся в кристаллической структуре (полиморфизме кристалла) от Примера 3, и оценивали. Сначала приготавливали три вида монокристаллических 3C–SiC подложек (п/п пластин). Каждая из двух первых п/п пластин W71 служит в качестве поддерживающей подложки слоистого изделия (соответствующей подложке 5b на Фиг. 6) и каждая имеет (111) Si–грань в качестве поверхности. Также одна вторая п/п пластина W72 (соответствующая подложке 5a на Фиг. 6) имеет (111) Si–грань в качестве поверхности. Одна третья п/п пластина W73 (для сравнения) имеет (–1–1–1) C–грань в качестве поверхности. Каждую п/п пластину снабжали первой ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [110], и второй ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [1–10]. Длину первой ориентационной плоскости задавали на 38,5 мм, а длину второй ориентационной плоскости задавали на 18 мм. П/п пластину W71 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 3 часа. П/п пластины W72 и W73 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 9 часов. Толщина каждой пластины составляет 0,5 мм. Такие п/п пластины W71, W72 и W73 одновременно подвергали очистке смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты (SPM очистке) при одних и тех же условиях обработки, а затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем HF обработки.
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0193] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W72 и W73 выполняли гомоэпитаксиальное выращивание 3H–SiC (Фиг. 6(b)). Сначала, перед эпитаксиальным выращиванием, п/п пластины W72 и W73 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 500 см/мин, и температуру увеличивали до 1350°C при давлении 1 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1350°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiHCl и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. При этом расходы газообразного SiHCl и газообразного CH для п/п пластины W72 задавали на 50 см/мин и 12 см/мин, соответственно, а расходы газообразного SiHCl и газообразного CH для п/п пластины W73 задавали на 50 см/мин и 14 см/мин, соответственно. Причина, почему расходы газообразного CH изменяются таким образом между п/п пластинами W72 и W73, заключается в том, что степень перенасыщения поверхности изменяется, и условия оптимального эпитаксиального выращивания изменяются в соответствии с различием между полярными гранями поверхностей (Si–гранью и C–гранью). Скорость роста SiC, основанная на каждой группе условий, составляла приблизительно 21 мкм/ч.
16
3
[0194] Это гомоэпитаксиальное выращивание выполняли в течение 29 минут и получали гомоэпитаксиально выращенный слой толщиной 10 мкм. Гомоэпитаксиально выращенный слой 5e на Фиг. 6(b)) проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 2×10/см, как было обнаружено с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполненного позже.
2
[0195] При этом дефекты укладки (SF) поверхности эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W72 и W73 были сделаны заметными путем травления при 500°C расплавленным KOH; вследствие этого было обнаружено, что плотность дефектов укладки (SF) каждого эпитаксиально выращенного слоя составляла от 368 до 890/см.
[0196] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя на каждой из п/п пластин W72 и W73 подвергали обработке химико–механическим полированием (CMP), и среднеарифметическая шероховатость (Ra) поверхности уменьшалась до от 1 нм до 0,2 нм.
ion
ion
+
17
2
[0197] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W72 и W73 снабжали слоем, чувствительным к внешним воздействиям, (соответствующим области ионной имплантации 5 на Фиг. 6(c)). Иными словами, поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W72 и W73 имплантировали ионами водорода, образуя область ионной имплантации 5, показанную на Фиг. 6(c). Величину дозы имплантированных ионов водорода (H) задавали на 1,0×10 атомов/см, а энергию ускорения ионов задавали на 65 кэВ, так что глубина слоя, чувствительного к внешним воздействиям, может составлять 400 нм.
[0198] Затем п/п пластины W71, W72 и W73 одновременно очищали смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты при одних и тех же условиях обработки (SPM очистки), а затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем обработки разбавленной фтористоводородной кислотой (HF обработки). Затем в атмосфере водорода в течение 10 минут выполняли термообработку при 700°C, чтобы завершить обработку поверхности подложки водородом, и полярности подложек делали равными.
[0199] Затем поверхность каждой из п/п пластин W72 и W73 приводили в соприкосновение с поверхностью п/п пластины W71 и соединяли с ней (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(d)). При этом каждую поверхность п/п пластины перед соприкосновением облучали Ar-плазмой и активировали. Кроме того, аналогично примеру 1, наложение выполняли при том, что при применении кварцевого зажимного приспособления L–формы ориентацию ориентационной плоскости каждой из п/п пластин W72 и W73 выравнивали с ориентацией ориентационной плоскости п/п пластины W71 (то есть таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей пластин выравнивались одна с другой точным образом), и отклонение кристаллической плоскости в ориентации [110] выполняли менее или равным 20 угловым секундам. Тем самым плотности рассогласованных поверхностей раздела между п/п пластинами W71 и W72 и между п/п пластинами W71 и W73 уменьшали до пренебрежимого уровня.
[0200] Здесь внимание сосредоточено на различии между поверхностью раздела п/п пластин W71/W72 и поверхностью раздела п/п пластин W71/W73. На поверхности раздела между п/п пластиной W71 и п/п пластиной W72 полярные грани Si обращены одна к другой, и поэтому существуют связи Si–Si. Иными словами, существует однополярная антифазная граница (антифазная граница (APB)) мономолекулярного слоя. С другой стороны, на поверхности раздела между п/п пластиной W71 и п/п пластиной W73 полярная грань C п/п пластины W73 обращена к полярной грани Si п/п пластины W71. Следовательно, поверхность раздела образована Si–C связями, и антифазная граница (APB) не существует на поверхности раздела.
[0201] Затем каждое из соединенного изделия из п/п пластин W71 и W72 и соединенного изделия из п/п пластин W71 и W73 нагревали до 800°C, вызывая разрыв на слое, чувствительном к внешним воздействиям, образованном путем имплантации ионов водорода, и лишь тонкопленочному слою толщиной 400 нм была предоставлена возможность оставаться (быть перенесенным) на поверхности пластины W71 (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(e)). П/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W72 был перенесен на поверхность п/п пластины W71 путем разрыва, называют W712, а п/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W73 был перенесен на поверхность п/п пластины W71, называют W713. Среднеарифметическая шероховатость Ra поверхности каждой из п/п пластин W712 и W713 увеличивалась до более 1 нм вследствие обработки с разрывом, и соответственно выполняли обработку химико–механическим полированием (CMP), чтобы уменьшить среднеарифметическую шероховатость Ra поверхности до величины менее или равной 0,2 нм.
3
3
3
3
3
16
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0202] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W712 и W713 выполняли другой цикл гомоэпитаксиального выращивания. Перед гомоэпитаксиальным выращиванием п/п пластины W712 и W713 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 500 см/мин, и температуру увеличивали до 1350°C при давлении 1 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1350°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiHCl и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. При этом расходы газообразного SiHCl и газообразного CH для п/п пластины W712 задавали на 50 см/мин и 14 см/мин, соответственно, а расходы газообразного SiHCl и газообразного CH для п/п пластины W713 задавали на 50 см/мин и 12 см/мин, соответственно. Обработку в течение 29 минут при этих условиях продолжали, выполняя гомоэпитаксиальное выращивание 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 2×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
[0203] Затем для того, чтобы измерить плотность дефектов поверхности эпитаксиально выращенного слоя, сформированного на каждой п/п пластине W712 и W713, на поверхность наносили гидроксид калия и плавили путем нагревания при 500°C в течение 5 минут, и тем самым способствовали травлению дефектов и выполняли обработку явно выраженным образом. В результате измерения с помощью травления расплавленным KOH, было обнаружено, что плотность дефектов укладки (SF) поверхности п/п пластины W712 была ограничена в пределах от 456 до 917/см, что по существу равно ее величине перед эпитаксиальным выращиванием, однако плотность дефектов укладки (SF) поверхности п/п пластины W713 увеличивалась до от 16000 до 23000/см. Иными словами, предполагают, что, в п/п пластине W712 распространение дефектов укладки (SF) затруднялось с помощью однополярной антифазной границы (APB) поверхности раздела; с другой стороны, в п/п пластине W713, поскольку антифазной границы (APB) не существовало, дефекты укладки (SF) поверхности пластины W71 достигали поверхности эпитаксиально выращенного слоя.
[Пример 8]
[0204] Слоистую подложку изготавливали путем обмена A–грани и B–грани монокристаллической подложки в примере 7 и применения подложки, являющейся монокристаллической подложкой, и оценивали. Сначала приготавливали три вида монокристаллических 3C–SiC подложек (п/п пластин). Каждая из двух первых п/п пластин W81 служит в качестве поддерживающей подложки слоистого изделия (соответствующей подложке 5b на Фиг. 6) и каждая имеет (–1–1–1) C–грань в качестве поверхности. Также одна вторая п/п пластина W82 (соответствующая подложке 5a на Фиг. 6) имеет (–1–1–1) C–грань в качестве поверхности. Одна третья п/п пластина W83 (для сравнения) имеет (111) Si–грань в качестве поверхности. Каждую п/п пластину снабжали первой ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [110], и второй ориентационной плоскостью, параллельной ориентации [1–10]. Длину первой ориентационной плоскости задавали на 38,5 мм, а длину второй ориентационной плоскости задавали на 18 мм. П/п пластину W81 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 3 часа. П/п пластины W82 и W83 обрабатывали таким образом, чтобы имела место взаимосвязь, при которой на виде стороны передней поверхности первая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 6 часов, а вторая ориентационная плоскость находилась по направлению часовой стрелки на 9 часов. Толщина каждой п/п пластины составляет 0,5 мм. Такие п/п пластины W78, W82 и W83 одновременно подвергали очистке смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты (SPM очистке) при одних и тех же условиях обработки, а затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем HF обработки.
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0205] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W82 и W83 выполняли гомоэпитаксиальное выращивание 3H–SiC (Фиг. 6(b)). Сначала, перед эпитаксиальным выращиванием, п/п пластины W82 и W83 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 500 см/мин, и температуру увеличивали до 1350°C при давлении 1 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1350°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiHCl и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. При этом расходы газообразного SiHCl и газообразного CH для п/п пластины W82 задавали на 50 см/мин и 14 см/мин, соответственно, и расходы газообразного SiHCl и газообразного CH для п/п пластины W83 задавали на 50 см/мин и 12 см/мин, соответственно. Скорость роста SiC, основанная на каждой группе условий, составляла приблизительно 21 мкм/ч.
16
3
[0206] Это гомоэпитаксиальное выращивание выполняли в течение 29 минут и получали гомоэпитаксиально выращенный слой толщиной 10 мкм. Гомоэпитаксиально выращенный слой 5e по Фиг. 6(b)) проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 2×10/см, как было обнаружено с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполненного позже.
2
[0207] Здесь дефекты укладки (SF) поверхности эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W82 и W83 были сделаны заметными путем травления при 500°C расплавленным KOH; вследствие этого было обнаружено, что плотность дефектов укладки (SF) каждого эпитаксиально выращенного слоя составляла от 244 до 883/см.
[0208] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя на каждой из п/п пластин W82 и W83 подвергали обработке химико–механическим полированием (CMP), и среднеарифметическая шероховатость (Ra) поверхности уменьшалась до от 1 нм до 0,2 нм.
ion
ion
+
17
2
[0209] Затем поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W82 и W83 снабжали слоем, чувствительным к внешним воздействиям (соответствующим области ионной имплантации 5 на Фиг. 6(c)). Иными словами, поверхность эпитаксиально выращенного слоя каждой из п/п пластин W82 и W83 имплантировали ионами водорода, образуя область ионной имплантации 5, показанную на Фиг. 6(c). Величину дозы имплантированных ионов водорода (H) задавали на 1,0×10 атомов/см, а энергию ускорения ионов задавали на 65 кэВ, так что глубина слоя, чувствительного к внешним воздействиям, может составлять 400 нм.
[0210] Затем п/п пластины W81, W82 и W83 одновременно очищали смешанной кислотой из водного раствора пероксида водорода и серной кислоты при одних и тех же условиях обработки (SPM очистки), и затем оксидную пленку на поверхности удаляли путем обработки разбавленной фтористоводородной кислотой (HF обработки). Затем в атмосфере водорода в течение 10 минут выполняли термообработку при 700°C, чтобы завершить обработку поверхности подложки водородом, и полярности подложек делали равными.
[0211] Затем поверхность каждой из п/п пластин W82 и W83 приводили в соприкосновение с поверхностью п/п пластины W81 и соединяли с ней (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(d)). При этом каждую поверхность п/п пластины перед соприкосновением облучали Ar-плазмой при одних и тех же условиях обработки и активировали. Кроме того, аналогично примеру 1, наложение выполняли при том, что при применении кварцевого зажимного приспособления L–формы ориентацию ориентационной плоскости каждой из п/п пластин W72 и W73 выравнивали с ориентацией ориентационной плоскости п/п пластины W81 (то есть таким образом, что позиции первых ориентационных плоскостей и позиции вторых ориентационных плоскостей пластин выравнивались одна с другой точным образом), и отклонение кристаллической плоскости в ориентации [110] выполняли менее или равным 20 угловым секундам. Тем самым плотности рассогласованных поверхностей раздела между п/п пластинами W81 и W82 и между п/п пластинами W81 и W83 уменьшали до пренебрежимого уровня.
[0212] Здесь внимание сосредоточено на различии между поверхностью раздела п/п пластин W81/W82 и поверхностью раздела п/п пластин W81/W83. На поверхности раздела между п/п пластиной W81 и п/п пластиной W82 полярные грани C обращены одна к другой, и поэтому существуют связи C–C. Иными словами, существует однополярная антифазная граница (антифазная граница (APB)) мономолекулярного слоя. С другой стороны, на поверхности раздела между п/п пластиной W81 и п/п пластиной W83, полярная грань Si п/п пластины W83 обращена к полярной грани C п/п пластины W81. Следовательно, поверхность раздела образована Si–C связями, и антифазная граница (APB) не существует на поверхности раздела.
[0213] Затем каждое из соединенного изделия из п/п пластин W81 и W82 и соединенного изделия из п/п пластин W81 и W83 нагревали до 800°C, вызывая разрыв на слое, чувствительном к внешним воздействиям, образованном путем имплантации ионов водорода, и лишь тонкопленочному слою толщиной 400 нм была предоставлена возможность оставаться (быть перенесенным) на поверхности п/п пластины W81 (в соответствии с обработкой, показанной на Фиг. 6(e)). П/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне п/п пластины W82 был перенесен на поверхность п/п пластины W81 путем разрыва, называют W812, а п/п пластину, в которой тонкопленочный слой на стороне пластины W83 был перенесен на поверхность п/п пластины W81, называют W813. Среднеарифметическая шероховатость Ra поверхности каждой из п/п пластин W812 и W813 увеличивалась до более 1 нм вследствие обработки с разрывом, и соответственно выполняли обработку химико–механическим полированием (CMP), чтобы уменьшить среднеарифметическую шероховатость Ra поверхности до величины менее или равной 0,2 нм.
3
3
3
3
3
16
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0214] Затем на поверхности каждой из п/п пластин W812 и W813 выполняли другой цикл гомоэпитаксиального выращивания. Перед гомоэпитаксиальным выращиванием п/п пластины W812 и W813 по отдельности помещали в устройство для эпитаксиального выращивания, затем вводили водород при 500 см/мин, и температуру увеличивали до 1350°C при давлении 1 Па. По прошествии 10 минут после того, как температура достигала 1350°C, т.е. периода, необходимого для того, чтобы уравнять температуру в устройстве для эпитаксиального выращивания, дополнительно вводили газообразный SiHCl и газообразный CH и начинали эпитаксиальное выращивание. При этом расходы газообразного SiHCl и газообразного CH для пластины W812 задавали на 50 см/мин и 12 см/мин, соответственно, а расходы газообразного SiHCl и газообразного CH для пластины W813 задавали на 50 см/мин и 14 см/мин, соответственно. Обработку в течение 21 минут при этих условиях продолжали, выполняя гомоэпитаксиальное выращивание 10 мкм. То, что гомоэпитаксиально выращиваемый слой проявлял электропроводность n–типа, а концентрация остающихся носителей составляла 2×10/см, обнаруживали с помощью вольт–емкостного измерения (C–V измерения), выполняемого позже.
2
2
[0215] Затем для того, чтобы измерить плотность дефектов поверхности эпитаксиально выращенного слоя, сформированного на каждой п/п пластине W812 и W813, на поверхность наносили гидроксид калия и плавили путем нагревания при 500°C в течение 5 минут, и тем самым способствовали травлению дефектов и выполняли обработку явно выраженным образом. В результате измерения с помощью травления расплавленным KOH, было обнаружено, что плотность дефектов укладки (SF) поверхности п/п пластины W812 была ограничена в пределах от 277 до 1000/см, что по существу равно ее величине перед эпитаксиальным выращиванием, однако плотность дефектов укладки (SF) поверхности п/п пластины W813 увеличивалась до от 11000 до 34000/см. Иными словами, предполагают, что, в п/п пластине W812 распространение дефектов укладки (SF) затруднялось с помощью однополярной антифазной границы (APB) поверхности раздела; с другой стороны, в п/п пластине W813, поскольку антифазной границы (APB) не существовало, дефекты укладки (SF) поверхности п/п пластины W81 достигали поверхности эпитаксиально выращенного слоя.
[0216] Таблица 1 представляет в общем виде результаты определения плотностей дефектов поверхностей эпитаксиально выращенных слоев в наслоенных подложках по примерам 3–8. Плотность дефектов в каждом из примеров 3 и 4 (4H–SiC) и примеров 5 и 6 (6H–SiC) является плотностью дислокаций базисной плоскости (BPD), а плотность дефектов каждого из примеров 7 и 8 (3C–SiC) является плотностью дефектов укладки (SF). Как показано в Таблице 1, несмотря на различие в кристаллической структуре (кристаллической форме или порядке кристаллов) между подложками из полупроводникового соединения, эффект подавления распространения дефектов с помощью однополярной антифазной границы (APB) получают в слоистых подложках по настоящему изобретению.
[0217] [Таблица 1]
Слоистая подложка из полупроводникового соединения
Плотность дефектов гомоэпитаксиально выращенного слоя (см<sup>–2</sup>)
Кристаллический полиморфизм (кристаллическая структура)
Полярность соединенных поверхностей
Однополярная антифазная граница (APB)
Поддерживающая подложка
Подложка для переноса
Пример 3
4H–SiC
Si
Si
Присутствует
87 до 375
Si
C
Отсутствует
8700 до 15000
Пример 4
4H–SiC
C
C
Присутствует
84 до 184
C
Si
Отсутствует
9200 до 15000
Пример 5
6H–SiC
Si
Si
Присутствует
42 до 292
Si
C
Отсутствует
1400 до 18000
Пример 6
6H–SiC
C
C
Присутствует
31 до 94
C
Si
Отсутствует
312 до 824
Пример 7
3C–SiC
Si
Si
Присутствует
456 до 917
Si
C
Отсутствует
16000 до 23000
Пример 8
3C–SiC
C
C
Присутствует
277 до 1000
C
Si
Отсутствует
11000 до 34000
4
3
8
2
2
2
2
2
2
[0218] Здесь выше настоящее изобретение описано с использованием вариантов осуществления; однако, настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления и может быть изменено с помощью других вариантов осуществления, дополнений, изменений, исключений и т.д. до такой степени, которая может быть достигнута специалистом в данной области техники; такие изменения и т.п. включены в объем настоящего изобретения в любом аспекте при условии, что демонстрируются результат и эффект настоящего изобретения. Например, хотя в представленных примерах способ выращивания в газообразной фазе, в котором для гомоэпитаксиального выращивания на подложке применяют систему (SiH+CH+H) или (SiHCl+CH+H), используемую в качестве смешанного газа, эффект настоящего изобретения проявляется независимо от способа эпитаксиального выращивания или исходного материала, и аналогичный эффект получают также, когда применяют, например, молекулярно–лучевую эпитаксию или выращивание из раствора.
[0219] СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 первоначальная пластина (первоначальная монокристаллическая пластина из полупроводникового соединения)
1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4a”, 4b, 5a, 5b, 90 подложка из полупроводникового соединения
1ab, 2ab, 3ab, 4ab, 5eb однополярная антифазная граница
cp1
cp2
1, 1 полярная грань
of
3 ориентационная плоскость (OF)
n
3 выемка
4a’, 5e’ тонкая пленка из полупроводникового соединения
ion
ion
4, 5 область ионной имплантации
5c буферный слой
5e гомоэпитаксиально выращенный слой
10, 20, 30, 40, 50 слоистая подложка из полупроводникового соединения
20f передняя поверхность
20r задняя поверхность