多晶金刚石自立基板及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种制造层叠有高品质的化合物半导体层的多晶金刚石自立基板的方法。以附着于单晶硅基板(10)上的金刚石粒子(14)为核心，通过化学气相沉积法，在单晶硅基板(10)上使厚度为100μm以上的多晶金刚石层(16)生长。此时，将多晶金刚石层的表面(16A)上的晶粒的最大粒径除以多晶金刚石层(16)的厚度的值设为0.20以下。然后，对多晶金刚石层的表面(16A)进行平坦化。然后，通过真空常温接合法或等离子体接合法，在多晶金刚石层(16)上贴合化合物半导体基板(20)。然后，对化合物半导体基板(20)进行减厚而形成化合物半导体层(22)。去除单晶硅基板(10)。如此，获得多晶金刚石层(16)作为化合物半导体层(22)的支撑基板而发挥作用的多晶金刚石自立基板(100)。用的多晶金刚石自立基板(100)。用的多晶金刚石自立基板(100)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多晶金刚石自立基板及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种在作为支撑基板的多晶金刚石层上形成化合物半导体层而成的多晶金刚石自立基板及其制造方法。

技术介绍

[0002]在高频器件或功率器件等高耐压的半导体器件中，器件的自发热成为问题。作为该对策，已知有在器件形成区域的下方配置导热系数较大的材料的技术。
[0003]例如，已知有在用于形成半导体器件的成为器件层的氮化镓(GaN)层等化合物半导体层的正下方配置散热性较高的金刚石层的技术。专利文献1中公开有金刚石上的氮化镓型晶圆的制造方法。该方法包括：在位于支撑基板上的GaN层上形成60nm以下的薄的氮化硅膜之后，利用干式刮擦在该氮化硅膜的表面埋入并固定金刚石粒子的工序；以固定于所述表面的金刚石粒子为核心，通过化学气相沉积法在GaN层上经由所述氮化硅膜使金刚石层生长的工序；及去除所述支撑基板的工序，制造在金刚石上形成有氮化镓层的晶圆。
[0004]并且，专利文献2中记载有将氮化物半导体薄膜设置于支撑基板的复合基板的制造方法(权利要求1)，该制造方法至少包括：获得从表面注入离子而在内部具有离子注入层的氮化物半导体基板的工序；对所述氮化物半导体基板的注入有所述离子的表面及与所述氮化物半导体基板贴合的支撑基板的表面中的至少一个表面实施表面活性处理的工序；对置重叠所述氮化物半导体基板的注入有所述离子的表面与所述支撑基板的所述表面，并且在0.5～5.0MPa的压力下进行贴合的工序；及沿所述离子注入层剥离所述氮化物半导体基板，在所述支撑基板上转印氮化物半导体薄膜的工序。在专利文献2中，所述氮化物半导体基板设为GaN基板或AlN基板(权利要求6)，所述支撑基板设为选自由硅、蓝宝石、氧化铝、SiC、AlN、SiN及金刚石组成的组中的基板(权利要求7)。现有技术文献专利文献
[0005]专利文献1：日本特表2015
‑
509479号公报专利文献2：日本特开2015
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46486号公报

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题
[0006]根据本专利技术人的研究，判断出在专利文献1中所记载的方法中，由所述埋入引起而在GaN层中出现龟裂，在基于之后的化学气相沉积法的高温长时间的热处理的过程中，在GaN层内龟裂扩展，从而发生位错。若在这种GaN层上形成半导体器件，则漏电流增加而可能会导致器件特性恶化。
[0007]因此，本专利技术人构思出如下方法：不是在化合物半导体层上使金刚石层生长，而是在预先在其他基板(即单晶硅基板)上生长的多晶金刚石层上使用真空常温接合法或等离子体接合法贴合化合物半导体基板。然而，根据本专利技术人的研究，判断出无法贴合在单晶硅
基板上生长的多晶金刚石层与化合物半导体基板。
[0008]专利文献2中记载有接合选自由硅、蓝宝石、氧化铝、SiC、AlN、SiN及金刚石组成的组中的支撑基板与氮化物半导体基板的内容。然而，在实施例中能够接合的情况得到确认的仅为蓝宝石基板与GaN基板及硅基板与GaN基板，金刚石基板与氮化物半导体基板的接合未得到确认。并且，在专利文献2中，关于能够使在单晶硅基板上生长的多晶金刚石层与氮化物半导体基板接合的条件，没有任何提示。
[0009]鉴于上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种使用真空常温接合法或等离子体接合法能够制造层叠有高品质的化合物半导体层的多晶金刚石自立基板的多晶金刚石自立基板的制造方法。并且，本专利技术的目的在于提供一种层叠有高品质的化合物半导体层的多晶金刚石自立基板。用于解决技术问题的方案
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术人进行深入研究获得了以下见解。即，发现了在单晶硅基板上生长的多晶金刚石层与化合物半导体基板的接合与否与多晶金刚石层的表面上的晶粒的最大粒径有密切关联，只是简单地对多晶金刚石层的表面进行抛光并进行平坦化，则无法贴合。而且，本专利技术人进一步进行研究的结果发现，关于多晶金刚石层的表面，随着已成膜的多晶金刚石层变厚，多晶金刚石层的表面上的晶粒变大，表面的凹凸也变大。详细评价分析的结果发现，只要多晶金刚石层的表面上的晶粒的最大粒径除以多晶金刚石层的厚度的值成为0.20以下，则能够贴合并接合多晶金刚石层与化合物半导体基板。
[0011]根据上述见解完成的本专利技术的主旨方案如下。(1)一种晶金刚石自立基板的制造方法，其特征在于，具有：使金刚石粒子附着于单晶硅基板上的附着工序；以所述金刚石粒子为核心，通过化学气相沉积法，在所述单晶硅基板上使厚度为100μm以上的多晶金刚石层生长，此时，将该多晶金刚石层的表面上的晶粒的最大粒径除以所述多晶金刚石层的厚度的值设为0.20以下的工序；对所述多晶金刚石层的表面进行平坦化的平坦化工序；然后，通过真空常温接合法或等离子体接合法，在所述多晶金刚石层上贴合化合物半导体基板而获得贴合基板的工序；然后，对所述化合物半导体基板进行减厚而形成化合物半导体层的工序；及从所述贴合基板去除所述单晶硅基板，获得所述多晶金刚石层作为所述化合物半导体层的支撑基板而发挥作用的多晶金刚石自立基板的工序。
[0012](2)根据上述(1)所述的多晶金刚石自立基板的制造方法，其中，所述真空常温接合法具有：在真空常温下，对所述多晶金刚石层的表面及所述化合物半导体基板的表面照射离子束或中性原子束而将所述两者的表面设为活性表面的工序；及继续在真空常温下，通过使所述两者的活性表面接触，贴合所述多晶金刚石层与所述化合物半导体基板的工序。
[0013](3)根据上述(1)所述的多晶金刚石自立基板的制造方法，其中，所述等离子体接合法具有：进行(i)及(ii)中的至少一者的工序，所述(i)是在所述多晶金刚石层的表面形成
厚度为100nm以上且1μm以下的硅氧化膜，所述(ii)是在所述化合物半导体基板的表面形成厚度为100nm以上且1μm以下的硅氧化膜、或者对所述化合物半导体基板进行热氧化而在其表层部形成厚度为100nm以上且1μm以下的氧化膜；在由氧、氮、氢及氩中的一种以上组成的气氛下，对所述硅氧化膜及所述氧化膜的表面和所述多晶金刚石层的表面及所述化合物半导体基板的表面中未形成所述硅氧化膜及所述氧化膜的表面进行等离子体处理的工序；及通过经由所述硅氧化膜及所述氧化膜重叠所述多晶金刚石层与所述化合物半导体基板，并进行气氛温度为300℃以上且1000℃以下的热处理，贴合所述多晶金刚石层与所述化合物半导体基板的工序。
[0014](4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的多晶金刚石自立基板的制造方法，其中，所述单晶硅基板的氧浓度为5
×
10
17
atoms/cm3以下。
[0015](5)根据上述(1)～(4)中任一项所述的多晶金刚石自立基板的制造方法，其中，所述附着工序通过在所述单晶硅基板上涂布含有平均粒径为50nm以下的金刚石粒子的溶液，然后对所述单晶硅基板实施热处理来进行。
[0016](6)根据上述(5)所述的多晶金刚石自立基板的制造方法，其中，所述溶液中的所述金刚石粒子带负电荷。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多晶金刚石自立基板的制造方法，其特征在于，具有：使金刚石粒子附着于单晶硅基板上的附着工序；以所述金刚石粒子为核心，通过化学气相沉积法，在所述单晶硅基板上使厚度为100μm以上的多晶金刚石层生长，此时，将该多晶金刚石层的表面上的晶粒的最大粒径除以所述多晶金刚石层的厚度的值设为0.20以下的工序；对所述多晶金刚石层的表面进行平坦化的平坦化工序；然后，通过真空常温接合法或等离子体接合法，在所述多晶金刚石层上贴合化合物半导体基板而获得贴合基板的工序；然后，对所述化合物半导体基板进行减厚而形成化合物半导体层的工序；及从所述贴合基板去除所述单晶硅基板，获得所述多晶金刚石层作为所述化合物半导体层的支撑基板而发挥作用的多晶金刚石自立基板的工序。2.根据权利要求1所述的多晶金刚石自立基板的制造方法，其中，所述真空常温接合法具有：在真空常温下，对所述多晶金刚石层的表面及所述化合物半导体基板的表面照射离子束或中性原子束而将所述两者的表面设为活性表面的工序；及继续在真空常温下，通过使所述两者的活性表面接触，贴合所述多晶金刚石层与所述化合物半导体基板的工序。3.根据权利要求1所述的多晶金刚石自立基板的制造方法，其中，所述等离子体接合法具有：进行(i)及(ii)中的至少一者的工序，所述(i)是在所述多晶金刚石层的表面形成厚度为100nm以上且1μm以下的硅氧化膜，所述(ii)是在所述化合物半导体基板的表面形成厚度为100nm以上且1μm以下的硅氧化膜、或者对所述化合物半导体基板进行热氧化而在其表层部形成厚度为100nm以上且1μm以下的氧化膜；在由氧、氮、氢及氩中的一种以上组成的气氛下，对所述硅氧化膜及所述氧化膜的表面和所述多晶金刚石层的表面及所述化合物半导体基板的表面中未形成所述硅氧化膜及所述氧化膜的表面进行等离子体处理的工序；及通过经由所述硅氧化膜及所述氧化膜重叠所述多晶金刚石层与所述化合物半导体基板，并进行气氛温度为300℃以上且1000℃以下的热处理，贴合所述多晶金刚石层与所述化合物半导体基板的工序。4.根据权利要求1至3中任一项所述的多晶金刚石自立基板的制造方法，其中，所述单晶硅基板的氧浓度为5
×
10
17
atoms/cm3以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的多晶金刚石自...

【专利技术属性】
技术研发人员：古贺祥泰，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：