氮化物半导体基板及其制造方法与流程

本发明关于一种氮化物半导体基板及其制造方法。

背景技术：

1、半导体薄膜制造方法之一的mocvd法，在大口径化和量产性方面优异，能够将均质的薄膜结晶进行成膜，因此被广泛地使用。此外，由gan所代表的氮化物半导体被期待作为次时代半导体材料，其可突破si作为材料的限制。

2、因为gan为饱和电子速率大这样的特性而能够制作能够高频操作的装置，此外也因为绝缘击穿电场大，所以能够在高输出下进行操作。此外，也可期待轻量化和小型化、低电力消耗化。近年来，由于5g等所代表的通讯速度的高速化、和伴随其的高输出化的要求，高频且能够在高输出下操作的gan hemt受到瞩目。

3、作为用以用来制作gan装置的gan外延晶圆的基板，si基板最为价廉且在大口径化方面有利。此外，专利文献1等也揭示了一种gan外延生长用的大口径基板(以下，gan用支撑基板)，其为大口径且与gan的热膨胀系数相近。该gan用支撑基板，由支撑结构、被层叠于该支撑结构的其中一面的平坦化层、及被层叠于该平坦化层的单晶硅层所构成，该支撑结构包含多晶陶瓷芯、第一黏着层、导电层、第二黏着层及阻挡层。

4、通过使用该gan用支撑基板，能够制作一种gan外延基板，其为大口径且外延层的厚度较厚，并且不会产生裂缝。此外，由于与gan的热膨胀系数差极小，在gan生长时或冷却时不易产生翘曲，因此，不仅能够将成膜后的基板的翘曲控制得较小，还不需在外延层中设置复杂的应力缓和层，因此外延成膜时间会变短，能够大幅地降低外延生长的成本。进一步，gan用支撑基板大部分为陶瓷，因此基板本身非常硬，不仅不易发生塑性变形，还不会发生无法以口径大的gan/si来解决的晶圆破裂。

5、但是，即便针对si基板或针对gan生长用支撑基板，在由gan所代表的这样的iii族氮化物半导体的成膜中，外延晶圆表面的凹坑的产生屡屡造成问题。成膜于si基板或gan生长用支撑基板正上方的aln的表面形态较差被列举为造成这种情况的原因之一。若在外延晶圆的表面产生凹坑，会造成装置操作所需的载体受到缺损，因此会产生致命缺陷并且产率会降低。

6、[先前技术文献]

7、(专利文献)

8、专利文献1：日本特表2020-505767。

技术实现思路

1、[发明所要解决的问题]

2、本发明是为了解决上述问题而成者，其目的在于提供一种氮化物半导体基板及其制造方法，该氮化物半导体基板能够改善aln层的表面形态并抑制氮化物半导体外延晶圆表面的凹坑的产生。

3、[解决问题的技术手段]

4、为了解决上述问题，本发明提供一种氮化物半导体基板，其具备生长用基板、与被成膜于该生长用基板上的氮化物半导体薄膜，

5、前述氮化物半导体薄膜包含被形成于前述生长用基板上的aln层、与被形成于该aln层上的氮化物半导体层，

6、且前述aln层中的平均y(钇)浓度为1e15atoms/cm3以上且5e19atoms/cm3以下。

7、只要将aln层中的平均y浓度设在该范围内，aln层的表面形态不会恶化，因而能够作成抑制了表面的凹坑的发生的氮化物半导体基板。

8、此外，较佳是：前述aln层的厚度为50～150nm且前述氮化物半导体薄膜中的自前述生长用基板正上方起往薄膜生长方向300nm为止的平均y(钇)浓度为1e15atoms/cm3以上且5e19atoms/cm3以下。

9、只要如此，在氮化物半导体薄膜中，aln层会充分地被含钇区域覆盖，因此能更确实地形成表面形态良好的aln层，并能够抑制氮化物半导体薄膜表面的凹坑的产生。

10、此外，较佳是：前述氮化物半导体层是由gan、aln及algan中的一种以上所构成。

11、本发明中，能够在aln层之上设置这样的氮化物半导体层。

12、此外，较佳是：前述生长用基板在复数层所层叠而成的复合基板上形成有单晶硅层，

13、且在前述单晶硅层上成膜有前述氮化物半导体薄膜。

14、只要是这样的生长用基板，能够制作出一种氮化物半导体外延生长基板，其为大口径且外延层较厚，并且不会产生裂缝。此外，由于与氮化物半导体的热膨胀系数差较小，因此在氮化物半导体生长时或冷却时不易产生翘曲，所以能够将成膜后的基板的翘曲控制得较小。

15、此时，较佳是：前述单晶硅层具有100～150nm的厚度。

16、单晶硅层能够设为这样的厚度。

17、此外，较佳是：前述复合基板包含多晶陶瓷芯、被层叠于整个该多晶陶瓷芯的第一黏着层、被层叠于整个该第一黏着层的第二黏着层及被层叠于整个该第二黏着层的阻挡层，

18、且前述单晶硅层被形成于平坦化层之上，该平坦化层被层叠于前述复合基板的仅其中一面。

19、只要是这样的构成，生长用基板的大部分为陶瓷，因此基板本身非常硬，不仅不易发生塑性变形，还不会发生无法以硅基板来解决的晶圆破裂。

20、此外，前述复合基板在前述第一黏着层与前述第二黏着层之间可具有被层叠于整个前述第一黏着层的导电层。

21、能够依据需要对复合基板赋予导电性。

22、此外，可以是下述形态：前述复合基板包含多晶陶瓷芯、被层叠于整个该多晶陶瓷芯的第一黏着层、被层叠于整个该第一黏着层的阻挡层、被层叠于该阻挡层的背面的第二黏着层及被层叠于该第二黏着层的背面的导电层，

23、且前述单晶硅层被形成于平坦化层之上，该平坦化层被层叠于前述复合基板的前述阻挡层的正面。

24、只要是使用了这样的生长用基板的氮化物半导体基板，不会产生由于生长用基板的正面侧导电层所造成的漏泄路径，而能够作成高频特性优异者。

25、此外，可以是下述形态：前述复合基板包含多晶陶瓷芯、被层叠于整个该多晶陶瓷芯的第一黏着层、被层叠于该第一黏着层的背面的导电层、被层叠于该导电层的背面的第二黏着层及阻挡层，该阻挡层被层叠于前述第一黏着层的正面及侧面、前述导电层的侧面以及前述第二黏着层的侧面及背面，

26、且前述单晶硅层被形成于平坦化层之上，该平坦化层被层叠于前述复合基板的前述阻挡层的正面。

27、只要是使用了这样的生长用基板的氮化物半导体基板，不会产生由于生长用基板的正面侧导电层所造成的漏泄路径，而能够作成高频特性优异者。

28、此时，较佳是：前述导电层包含多晶硅层。

29、此外，较佳是：前述导电层具有100～150nm的厚度。

30、导电层能够作成这样的层。

31、此时，较佳是：前述多晶陶瓷芯包含氮化铝。

32、只要是设为这样的复合基板，能够使与氮化物半导体的热膨胀系数差变得极小。

33、此外，较佳是：前述第一黏着层及前述第二黏着层包含四乙酸硅氧烷(teos，tetraethyl orthosilicate)层或氧化硅(sio2)层，并且前述阻挡层包含氮化硅。

34、此外，较佳是：前述第一黏着层及前述第二黏着层具有50～200nm的厚度，并且前述阻挡层具有100～350nm的厚度。

35、前述第一黏着层及第二黏着层、以及阻挡层的厚度能够设为这样厚度的层。

36、此外，较佳是：前述平坦化层包含四乙酸硅氧烷(teos)或氧化硅(sio2)，且具有500～3000nm的厚度。

37、平坦化层能够设为这样的层。

38、此外，本发明提供一种氮化物半导体基板的制造方法，该氮化物半导体基板具备生长用基板、与被成膜于该生长用基板上的氮化物半导体薄膜，

39、该制造方法包含下述步骤：

40、步骤(1)，其准备含有y(钇)的前述生长用基板；及，

41、步骤(2)，其使aln层外延生长于前述生长用基板上，进而使氮化物半导体层外延生长于前述aln层上，借此将前述氮化物半导体薄膜进行成膜；

42、且前述步骤(2)中，使前述生长用基板中的y扩散，来将前述aln层中的平均y(钇)浓度设为1e15atoms/cm3以上且5e19atoms/cm3以下。

43、只要如此地使生长用基板中含有特定量的y(钇)，即能够较简易地在aln层中使特定浓度的y扩散。

44、此外，较佳是：将前述aln层的厚度设为50～150nm，且将前述氮化物半导体薄膜中的自前述生长用基板正上方起往薄膜生长方向300nm为止的平均y(钇)浓度设为1e15atoms/cm3以上且5e19atoms/cm3以下。

45、只要如此，在氮化物半导体薄膜中，aln层会充分地被含钇区域覆盖，因此能更确实地形成表面形态良好的aln层，并能够抑制氮化物半导体薄膜表面的凹坑的产生。

46、此外，较佳是：将前述生长用基板作成由复合基板、被层叠于该复合基板的仅其中一面的平坦化层及被形成于该平坦化层之上的单晶硅层所构成的生长用基板，该复合基板包含含有氧化钇(y2o3)作为黏合材料的多晶陶瓷芯、被层叠于整个该多晶陶瓷芯的第一黏着层、被层叠于整个该第一黏着层的第二黏着层及被层叠于整个该第二黏着层的阻挡层，且设为在前述单晶硅层上形成前述氮化物半导体薄膜；

47、并且，通过预先调整前述阻挡层的厚度，来将前述aln层中的平均y(钇)浓度设为1e15atoms/cm3以上且5e19atoms/cm3以下。

48、只要是这样的制造方法，即能够简易且更确实地使特定浓度的y扩散。

49、此外，能够将前述复合基板设为在在前述第一黏着层与前述第二黏着层之间具有被层叠于整个前述第一黏着层的导电层者。

50、能够依据需要对复合基板赋予导电性。

51、此外，也可以是：将前述生长用基板作成由复合基板、被层叠于该复合基板的阻挡层的正面的平坦化层及被形成于该平坦化层上的单晶硅层所构成的生长用基板，该复合基板包含含有氧化钇(y2o3)作为黏合材料的多晶陶瓷芯、被层叠于整个该多晶陶瓷芯的第一黏着层、被层叠于整个该第一黏着层的阻挡层、被层叠于该阻挡层的背面的第二黏着层及被层叠于该第二黏着层的背面的导电层，且设为在前述单晶硅层上形成前述氮化物半导体薄膜；

52、并且，通过预先调整前述阻挡层的厚度，来将前述aln层中的平均y(钇)浓度设为1e15atoms/cm3以上且5e19atoms/cm3以下。

53、只要是这样的氮化物半导体基板的制造方法，能够制造一种氮化物半导体基板，其不会产生由于复合基板的正面侧导电层所造成的漏泄路径，而高频特性优异。

54、此外，也可以是：将前述生长用基板作成由复合基板、被层叠于该复合基板的阻挡层的正面的平坦化层及被形成于该平坦化层之上的单晶硅层所构成的生长用基板，该复合基板包含含有氧化钇(y2o3)作为黏合材料的多晶陶瓷芯、被层叠于整个该多晶陶瓷芯的第一黏着层、被层叠于该第一黏着层的背面的导电层、被层叠于该导电层的背面的第二黏着层及阻挡层，该阻挡层被层叠于前述第一黏着层的正面及侧面、前述导电层的侧面以及前述第二黏着层的侧面及背面，且设为在前述单晶硅层上形成前述氮化物半导体薄膜；

55、并且，通过预先调整前述阻挡层的厚度，来将前述aln层中的平均y(钇)浓度设为1e15atoms/cm3以上且5e19atoms/cm3以下。

56、只要是这样的氮化物半导体基板的制造方法，能够制造一种氮化物半导体基板，其不会产生由于复合基板的正面侧导电层所造成的漏泄路径，而高频特性优异。

57、[发明的效果]

58、如上所述，根据本发明能够提供一种氮化物半导体基板及其制造方法，该氮化物半导体基板能够改善aln层的表面形态并抑制氮化物半导体外延晶圆表面的凹坑的产生。