半导体基板、半导体元件以及半导体基板的制造方法技术

提供一种包含单晶Ga2O3系基板的半导体基板，其特征在于，包含将包括Ga2O3系单晶的单晶Ga2O3系基板的接合面与包括多晶体的多晶基板的接合面接合而成的接合基板，上述多晶基板是多晶SiC基板、多晶金刚石基板、多晶Si基板、多晶Al2O3基板、多晶AlN基板中的任意一基板，上述单晶Ga2O3系基板的厚度比上述多晶基板的厚度薄，通过遵循JIS R 1607的断裂韧性试验得到的上述多晶基板的断裂韧性值为3MPa

【技术实现步骤摘要】
半导体基板、半导体元件以及半导体基板的制造方法
[0001]本申请是分案申请，原案申请的申请号为201880046032.1，申请日为2018年07月09日，专利技术名称为“半导体基板、半导体元件以及半导体基板的制造方法”。


[0002]本专利技术涉及半导体基板、半导体元件以及半导体基板的制造方法。

技术介绍

[0003]以往已知被称为表面活性化接合的将单晶基板与支撑基板接合的方法(例如，参照专利文献1)。在表面活性化接合中，对2个基板各自的要接合的表面照射Ar(氩)而使这些表面产生损伤后，使这些表面接触，将两基板接合。另外，根据专利文献1的方法，对通常的表面活性化接合工序增加了热处理工序，在使两基板的表面接触后实施了热处理。由此，由于Ar照射而非晶质化的接合面会再结晶，通过共价键合，两基板的接合变得更牢固。
[0004]另外，以往已知一种肖特基势垒二极管，其包含通过该表面活性化接合而接合的外延层和高热传导基板，该外延层包括Ga2O3系晶体，该高热传导基板包括具有比Ga2O3系晶体高的热传导率的材料(例如，参照专利文献2)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：特许第6061251号公报
[0008]专利文献2：特开2016
‑
31953号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的问题
[0010]Ga2O3系单晶具有解理性强的解理面，因此耐裂纹性低而容易破裂。所以，作为用于使包括Ga2O3系单晶的外延层生长的基底基板，需要机械强度优异而不易破裂的基板。
[0011]本专利技术的目的在于，提供一种包含有包括Ga2O3系单晶的层并且机械强度优异的半导体基板、包含该半导体基板的半导体元件以及该半导体基板的制造方法。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]为了达到上述目的，本专利技术的一方面提供以下的[1]～[8]的半导体基板、[9]的半导体元件以及[10]、[11]的半导体基板的制造方法。
[0014][1]一种半导体基板，由单晶Ga2O3系基板与多晶基板接合而成，上述单晶Ga2O3系基板的厚度薄于上述多晶基板的厚度，上述多晶基板的断裂韧性值高于上述单晶Ga2O3系基板的断裂韧性值。
[0015][2]根据上述[1]所述的半导体基板，上述多晶基板的断裂韧性值为3MPa
·
m
1/2
以上。
[0016][3]根据上述[2]所述的半导体基板，上述多晶基板为多晶SiC基板。
[0017][4]根据上述[1]～[3]中的任意一项所述的半导体基板，上述单晶Ga2O3系基板与
上述多晶基板的接合强度为8.3MPa以上。
[0018][5]根据上述[1]～[4]中的任意一项所述的半导体基板，上述单晶Ga2O3系基板的厚度与上述多晶基板的厚度的比率为大致20％以下。
[0019][6]根据上述[1]～[5]中的任意一项所述的半导体基板，上述单晶Ga2O3系基板的载流子浓度为3
×
10
18
cm
‑3以上。
[0020][7]根据上述[1]～[6]中的任意一项所述的半导体基板，上述单晶Ga2O3系基板的主面为包含[010]轴的面。
[0021][8]根据上述[7]所述的半导体基板，上述主面为(001)面。
[0022][9]一种半导体元件，具有上述[1]～[8]中的任意一项所述的半导体基板。
[0023][10]一种半导体基板的制造方法，包含：使单晶Ga2O3系基板的表面产生损伤而形成第1非晶质层，使多晶SiC基板的表面产生损伤而形成第2非晶质层的工序；使上述第1非晶质层与上述第2非晶质层接触的工序；以及对上述第1非晶质层与上述第2非晶质层接触的状态下的上述单晶Ga2O3系基板和多晶SiC基板实施800℃以上的热处理，将上述单晶Ga2O3系基板与多晶SiC基板工序接合的工序。
[0024][11]根据上述[10]所述的半导体基板的制造方法，上述热处理的温度为1100℃以下。
[0025]专利技术效果
[0026]根据本专利技术，能够提供一种包含有包括Ga2O3系单晶的层并且机械强度优异的半导体基板、包含该半导体基板的半导体元件以及该半导体基板的制造方法。
附图说明
[0027]图1是第1实施方式的半导体基板的立体图。
[0028]图2A是示出半导体基板的制造工序中的氢离子注入工序的垂直截面图。
[0029]图2B是示出半导体基板的制造工序中的对接合面进行改质的工序的垂直截面图。
[0030]图2C是示出半导体基板的制造工序中的使接合面接触的工序的垂直截面图。
[0031]图2D是示出半导体基板的制造工序中的热处理工序的垂直截面图。
[0032]图2E是示出半导体基板的制造工序中的将半导体基板分离的工序的垂直截面图。
[0033]图3是第2实施方式的肖特基势垒二极管的垂直截面图。
[0034]图4是第2实施方式的MOSFET的垂直截面图。
[0035]图5是单晶Ga2O3基板与多晶SiC基板的接合界面的透射型电子显微镜(TEM)观察像。
[0036]图6A是用于测定的连接了电极的半导体基板的垂直截面图。
[0037]图6B是示出所测定的半导体基板的电流
‑
电压特性的坐标图。
[0038]图7是绘制了表4所示的单晶Ga2O3基板的厚度与多晶SiC基板的厚度的比率和半导体基板的纵向的热传导率的关系的坐标图。
具体实施方式
[0039]〔第1实施方式〕
[0040](半导体基板的结构)
系基板10不易破裂，因此，能够将单晶Ga2O3系基板10变薄来降低成本。所以，优选使单晶Ga2O3系基板10的厚度薄于多晶基板11的厚度。
[0053]另外，多晶基板11中能够注入的掺杂物远远多于单晶基板，因此能够使电阻率变小。这是因为，在单晶基板中，当过度加入掺杂物时，会产生缺陷而引起质量劣化，因此能够注入的掺杂物的量是有上限的，但在多晶基板中，缺陷的增加几乎不会对结晶质量造成影响。
[0054]例如，在一般的单晶SiC基板中，通过以不影响其质量的程度注入N(氮)，能够将电阻率降低到大致0.02Ω
·
cm，但在多晶SiC基板中，通过注入N，能够将电阻率降低到0.01Ω
·
cm以下。
[0055]这样，多晶基板11能够使电阻率变小，因此，例如在用作纵型的半导体元件的基板的情况下，能够降低半导体元件的功耗。
[0056]另外，通过将多晶SiC基板等包括热传导率比Ga2O3系单晶高的材料的基板用作多晶基板11，半导体基板1的散热特性会比相同厚度的单层的Ga2O3系单晶基板高。例如，单晶Ga2O3的热传导率在[100]方向为13.6W/(m
·
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含单晶Ga2O3系基板的半导体基板的制造方法，其特征在于，包含：第1工序，准备包括Ga2O3系单晶的单晶Ga2O3系基板和包括多晶体的多晶基板，对各自的接合面进行平坦化处理；第2工序，在真空中，对上述单晶Ga2O3系基板的上述接合面进行改质来形成第1非晶质层，并且对上述多晶基板的上述接合面进行改质来形成第2非晶质层；第3工序，在真空中，使上述第1非晶质层与上述第2非晶质层接触；以及第4工序，通过对上述第1非晶质层与上述第2非晶质层接触的状态的上述单晶Ga2O3系基板和上述多晶基板实施热处理，使上述第1非晶质层和上述第2非晶质层再结晶来将上述单晶Ga2O3系基板与上述多晶基板接合，得到接合基板，上述多晶基板是多晶SiC基板、多晶金刚石基板、多晶Si基板、多晶Al2O3基板、多晶AlN基板中的任意一基板。2.根据权利要求1所述的包含单晶Ga2O3系基板的半导体基板的制造方法，上述单晶Ga2O3系基板的主面的面方位为(001)，上述第4工序中上述热处理的温度为800℃以上、1100℃以下。3.根据权利要求1所述的包含单晶Ga2O3系基板的半导体基板的制造方法，在上述第1工序与上述第2工序之间，还包含向离上述单晶Ga2O3系基板的上述接合面规定深度的位置注入氢离子来形成氢离子注入层的工序，上述第4工序还包含通过上述热处理将上述单晶Ga2O3系基板在上述氢离子注入层处截断的工序，在上述第4工序之后，还包含以上述氢离子注入层为剥离面来将上述单晶Ga2O3系基板分离的工序。4.一种包含单晶Ga2O3系基板的半导体基板的制造方法，其特征在于，将通过权利要求3所述的工序分离出的、未与上述多晶基板接合的一侧的单晶Ga2O3系基板作为新的单晶Ga2O3系基板，对上述新的单晶Ga2O3系基板重复进行权利要求1所述的第1工序至第4工序。5.根据权利要求3所述的包含单晶Ga2O3系基板的半导体基板的制造方法，将上述单晶Ga2O3系基板在上述Ga2O3系单晶的(001)面处分离。6.一种包含单晶Ga2O3系基板的半导体基板的制造方法，其特征在于，将通过权利要求5所述的工序分离出的、未与上述多晶基板接合的一侧的单晶Ga2O3系基板作为以上述(001)面为接合面的新的单晶Ga2O3系基板，对上述新的单晶Ga2O3系基板重复进行权利要求1所述的第1工序至第4工序。7.一种包...

【专利技术属性】
技术研发人员：仓又朗人，渡边信也，佐佐木公平，八木邦明，八田直记，东胁正高，小西敬太，
申请(专利权)人：株式会社希克斯国立研究开发法人情报通信研究机构，
类型：发明
国别省市：