半导体基板以及半导体基板的制造方法
【专利摘要】本发明涉及半导体基板及其制造方法。本发明提供一种多种半导体层露出于表面的半导体基板。半导体基板具备：支承基板、被配置于支承基板的表面的单晶的第1半导体层、被配置于第1半导体层的表面的一部分的单晶的第2半导体层、以及被配置于第1半导体层的未配置有第2半导体层的表面的单晶的第3半导体层。第3半导体层的晶体取向与第1半导体层一致，并由与第1半导体层相同材料形成。
【专利说明】
半导体基板以及半导体基板的制造方法
技术领域
[0001 ] 本申请主张基于在2013年12月25日申请的日本专利申请第2013 — 267721号的优先权。在本说明书中参照援用该申请的全部内容。在本说明书中公开了涉及多种半导体层露出于表面的半导体基板及其制造方法的技术。
【背景技术】
[0002]有时对基板的材料不同的器件、基板所使用的半导体单晶的平面方向不同的器件进行多种组合来进行使用。在该情况下，进行如下操作，即:按照不同材料或者不同平面方向制作半导体芯片形状的器件，并将上述多个半导体芯片安装于同一封装内。并且，在日本特开2010 —199338号公报中公开了相关技术。
[0003]为了将多个半导体芯片安装于同一封装内，需要使各半导体芯片单片化的工序、对各半导体芯片间进行引线键合等工序。
【发明内容】
[0004]在本说明书中，公开了半导体基板。半导体基板具备:支承基板、被配置于支承基板的表面的单晶的第I半导体层、被配置于第I半导体层的表面的一部分的单晶的第2半导体层、以及被配置于第I半导体层的未配置有第2半导体层的表面的单晶的第3半导体层。第3半导体层的晶体取向与第I半导体层一致，并且第3半导体层由与第I半导体层相同材料形成。
[0005]在上述半导体基板中，能够使第2半导体层的表面以及第3半导体层的表面分别露出于半导体基板的所希望的区域。由此，例如，能够在作为一个半导体芯片被切出的区域内，混在一起制造使用第2半导体层制作出的器件、以及使用第3半导体层制作出的器件。另夕卜，能够使用用于制作各种器件的半导体工艺来制作使用第2半导体层制作出的器件与使用第3半导体层制作出的器件之间的布线。因此，可以不需要作为不同的半导体芯片制作使用第2半导体层制作出的器件以及使用第3半导体层制作出的器件，并将上述多个半导体芯片安装于同一封装内的后续工序。能够实现器件构造的简化、制造成本的降低。另外，通过在第I半导体层的表面配置第3半导体层，能够对第3半导体层的表面与第2半导体层的表面之间的相对高度进行调整。
[0006]根据本说明书中公开的技术，能够提供多种半导体层露出于表面的半导体基板及其制造方法。
【附图说明】
[0007]图1是半导体基板的俯视图。
[0008]图2是半导体基板的剖视图。
[0009]图3是表示半导体基板的制造工序的流程图(其I)。
[0010]图4是对半导体基板的制造工序进行说明的示意图。
[0011]图5是对半导体基板的制造工序进行说明的示意图。
[0012]图6是对半导体基板的制造工序进行说明的示意图。
[0013]图7是区域Rl的部分放大图。
[0014]图8是半导体基板的剖视图。
【具体实施方式】
[0015]以下，记载了本说明书中公开的实施例的几个技术特征。此外，以下记载的事项分别单独具有技术上的可用性。
[0016](特征I)也可以进一步具备被配置于第2半导体层的表面的单晶的第4半导体层。第4半导体层也可以晶体取向与第2半导体层一致，并由与第2半导体层相同材料形成。第3半导体层与第4半导体层的界面也可以处于非晶体状态。由此，能够使第3半导体层的表面以及第4半导体层的表面分别露出于半导体基板的所希望的区域。因此，能够在作为一个半导体芯片被切出的区域内混在一起制造使用第3半导体层制作出的器件、以及使用第4半导体层制作出的器件。另外，能够根据所制造的器件对第3半导体层以及第4半导体层的厚度进行调整，因此能够自由地设定第I半导体层以及第2半导体层的厚度。
[0017](特征2)第3半导体层的表面与第4半导体层的表面也可以处于大致同一平面上。由此，能够容易地对半导体基板进一步应用光刻等各种的半导体工序。
[0018](特征3)第I半导体层以及第2半导体层也可以由相同材料形成。第I半导体层的表面的平面方向与第2半导体层的表面的平面方向也可以不同。由此，能够使相同材料且具有不同平面方向的半导体单晶分别露出于半导体基板的所希望的区域。由于平面方向不同，从而即便是相同材料，也存在半导体制造工序特性(例:晶体生长速度、蚀刻速度)、器件特性(例:载流子移动度)等不同的情况。因此，能够在同一半导体基板上混在一起制造使用不同半导体制造工序特性制造出的多个器件、具有不同特性的多个器件。
[0019](特征4)第I半导体层以及第2半导体层也可以为SiC单晶。第I半导体层的表面的平面方向也可以为硅面或者碳面的一方，第2半导体层的表面的平面方向也可以为硅面或者碳面的另一方。由此，能够使SiC单晶的硅面以及碳面分别露出于半导体基板的所希望的区域。在硅面以及碳面中，半导体制造工序特性、器件特性不同。因此，能够在同一半导体基板上混在一起制造具有不同特性的多个器件。
[0020](特征5)半导体基板的制造方法具备在支承基板的表面配置单晶的第I半导体层的工序。另外，具备在第I半导体层的表面上配置单晶的第2半导体层的工序。另外，具备选择性地除去第2半导体层的一部分，使第I半导体层的表面露出的工序。另外，具备在第I半导体层的表面上外延生长与第I半导体层相同材料的第3半导体层的第I晶体生长工序。由此，能够使第3半导体层的表面露出于除去了第2半导体层的区域。由此，例如，能够在作为一个半导体芯片被切出的区域内，混在一起制造使用第2半导体层制作出的器件、以及使用第3半导体层制作出的器件。
[0021](特征6)第I半导体层以及第2半导体层也可以由相同材料形成。第I半导体层的表面的平面方向与第2半导体层的表面的平面方向也可以不同。第I晶体生长工序也可以在第2半导体层的表面上进一步外延生长与第2半导体层相同材料的第4半导体层。由此，能够通过第I晶体生长工序使第3半导体层与第4半导体层同时进行外延生长。由于能够在一个工序中使平面方向不同的层同时进行生长，所以与使第3半导体层与第4半导体层在不同的工序中生长的情况相比，能够实现工序数的减少。
[0022](特征7)在第I晶体生长工序之后，也可以进一步具备使第3半导体层的表面与第4半导体层的表面形成为大致同一平面的工序。由此，能够容易地对半导体基板进一步应用各种半导体工序。
[0023](特征8)第I半导体层以及第2半导体层也可以为SiC单晶。第I半导体层的表面的平面方向也可以为硅面或者碳面的一方，第2半导体层的表面的平面方向也可以为硅面或者碳面的另一方。由此，能够使SiC单晶的硅面以及碳面分别露出于半导体基板的所希望的区域。由于在硅面以及碳面中器件特性等不同，所以能够在同一半导体基板上混在一起制造具有不同特性的多个器件。
[0024]<实施例1>
[0025]使用图1以及图2的示意图对通过实施例1的半导体基板的制造方法形成的半导体基板I的一个例子进行说明。图1是半导体基板I的俯视图。图2是图1的II一II线的剖视图。在图1中，由点划线围起的矩形区域分别表示作为一个半导体芯片被切出的晶片区域。在半导体基板I的表面，第3半导体层13的表面13a以及第4半导体层14的表面14a露出。在图1中，利用阴影线表示第3半导体层13的表面13a。第3半导体层13的表面13a被配置于晶片区域各自的规定的位置。
[0026]如图2所示，半导体基板I具备支承基板10、被配置于支承基板10的表面的第I半导体层11、被配置于第I半导体层的表面的一部分的第2半导体层12、被配置于未配置有第2半导体层12的第I半导体层11的表面的第3半导体层13、以及被配置于第2半导体层12的表面的第4半导体层14。第3半导体层13的表面13a与第4半导体层14的表面14a大致形成为同一平面。
[0027]支承基板10是用于对第I半导体层11?第4半导体层14进行加强的基板，且是不要求尚晶体性的基板。支承基板10也可以由6H晶型、4H晶型等多晶SiC形成。并且，支承基板10也可以为由陶瓷材料的混合材料形成的烧结体。所使用的陶瓷材料可以为各种材料，例如可以为3丨(:、3丨^1141203、6313丨13丨02、了&0等中的至少一种材料。并且，支承基板10也可以为蓝宝石基板。
[0028]第I半导体层11以及第2半导体层12为4H—SiC单晶。第I半导体层11的表面Ila的平面方向为被称为硅面的(0001)面。第2半导体层12的表面12a的平面方向为被称为碳面的(000-1)面。
[0029]第3半导体层13为与第I半导体层11相同材料的4H—SiC单晶。第3半导体层13的晶体取向与第I半导体层11 一致。因此，第3半导体层13的表面13a为硅面。第4半导体层14为与第2半导体层12相同材料的4H — SiC单晶。第4半导体层14的晶体取向与第2半导体层12—致。因此，第4半导体层14的表面14a为碳面。
[0030]第3半导体层13的表面13a距支承基板10的高度为第2半导体层12的表面12a距支承基板10的高度以上。第4半导体层14的表面14a距支承基板10的高度与第3半导体层13的表面13a距支承基板10的高度相等。
[0031]包含第3半导体层13与第4半导体层14的界面的区域Rl的部分放大图如图7所示。在第3半导体层13与第4半导体层14的界面存在中间层20。中间层20为晶体缺陷多且晶体性低的层或者非晶的层。
[0032]半导体基板I具备用于利用通常的半导体制造装置进行操作的厚度、强度。因此，能够对半导体基板I实施光刻、蚀刻等周知的各种半导体工艺，从而能够在第3半导体层13、第4半导体层14的表面上形成各种器件。半导体基板I的直径也可以处于50mm?300mm的范围。支承基板10的厚度Tl只要以获得能够承受半导体制造工艺的机械强度的方式确定即可。厚度Tl例如也可以处于50μηι?ΙΟΟΟμηι的范围。第I半导体层11、第2半导体层12的厚度例如也可以为0.3?1.Ομπι的范围。第I半导体层11与第3半导体层13的总厚度Τ2、第2半导体层12与第4半导体层14的总厚度Τ3也可以根据所制造的器件而适当地规定。例如，在制造在沿着半导体基板I的表面的方向上形成晶体管等元件的横型器件的情况下，也可以为5μπι以上。另外，在制造在与半导体基板I的表面垂直的方向上形成元件的纵型器件的情况下，也可以为几十Mi。
[0033]<半导体基板I的制造工序>
[0034]使用图3的流程以及图4?图6的示意图对半导体基板I的制造工序的内容进行说明。在步骤SI中，进行第I粘合工序。在第I粘合工序中，在支承基板10的表面粘合4H—SiC单晶的第I半导体层11。第I半导体层11的表面Ila被形成为硅面。
[0035]对第I粘合工序进行说明。作为例子，对进行常温接合的情况进行说明。将第I半导体层11以及支承基板10放置于未图示的常温接合装置的腔室。在将腔室内形成为真空状态的基础上，向第I半导体层11的背面以及支承基板10的表面照射离子束。由此，除去材料表面的氧化膜、吸附层并使键合位点露出，由此能够使表面活化。之后，使第I半导体层11的背面与支承基板1的表面接触，由此能够使两层接合。接合时的压力也可以处于10?50MPa的范围内。
[0036]在步骤S2中，进行第2粘合工序。在第2粘合工序中，在第I半导体层11的表面IIa粘合4H — SiC单晶的第2半导体层12。第2半导体层12的表面12a被形成为碳面。第2粘合工序的内容与前述第I粘合工序的内容相同，因此省略说明。由此，如图4的示意图所示，形成按顺序层叠了支承基板10、第I半导体层11以及第2半导体层12的构造。
[0037]在步骤S3中，进行第I除去工序。在第I除去工序中，将第2半导体层12的一部分选择性地除去，使第I半导体层11的表面Ila露出。第I除去工序也可以使用半导体制造工艺中一般使用的光刻技术以及蚀刻技术来进行。由此，形成图5的示意图所示的构造。
[0038]在步骤S4中，进行第I晶体生长工序。第I晶体生长工序是在第I半导体层11的表面Ila同质外延生长4H—SiC单晶的第3半导体层13，并且在第2半导体层12的表面12a同质外延生长4H—SiC单晶的第4半导体层14的工序。对第I晶体生长工序进行说明。作为例子，对使用热CVD法的情况进行说明。将图5所示的半导体基板放置于未图示的腔室。加热半导体基板，将作为原料气体的硅烷(SiH4)气体以及丙烷(C3H8)气体供给至腔室内。在外延生长中，能够在基底的单晶基板上生长晶体取向一致的单晶的薄膜。因此，在第I半导体层11上生长的第3半导体层13的表面13a成为硅面。另外，在第2半导体层12上生长的第4半导体层14的表面14a成为碳面。
[0039]通过第I晶体生长工序形成图6的示意图所示的构造。在第I晶体生长工序中，也可以以第3半导体层13的表面13a距支承基板10的高度被形成为第2半导体层12的表面12a距支承基板10的高度以上的方式进行同质外延生长。由此，在之后的平坦化工序中蚀刻、研磨第4半导体层14并将半导体基板的表面平坦化时，能够防止第4半导体层14消失而第2半导体层12的表面12a露出的情况。
[0040]在第I晶体生长工序中，第3半导体层13与第4半导体层14同时进行同质外延生长。第3半导体层13与第4半导体层14的晶体取向不同，因此在两层的界面上晶体取向不稳定。因此，如图7所示，在两层的界面上形成晶体性低的中间层20。利用中间层20使第3半导体层13与第4半导体层14成为不具有明确的界面而连续的状态。
[0041]在步骤S5中，进行平坦化工序。在平坦化工序中，以第3半导体层13的表面13a与第4半导体层14的表面14a形成为大致同一平面的方式对第4半导体层14进行基于干式蚀刻等的蚀刻、研磨等。在平坦化工序中，例如，能够使用C M P (化学机械抛光:C h e m i c a IMechanical Polishing)法。由此，能够制造图1以及图2所示的半导体基板I。
[0042]在步骤S6中，使用图1以及图2所示的半导体基板I进行器件制造工序。在器件制造工序中，能够对半导体基板I应用周知的各种半导体工序。
[0043]在步骤S7中，进行切割工序。在切割工序中，使用切割锯分别切出图1所示的晶片区域，由此形成半导体芯片。然后，流程结束。
[0044]< 效果 >
[0045]在图1以及图2所示的半导体基板I中，能够使第3半导体层13的表面13a(硅面)、以及第4半导体层14的表面14a(碳面)在半导体基板I的所希望的区域上分别露出。由此，经由器件制造工序(步骤S6)，能够在一个晶片区域内混在一起制造使用第3半导体层13制作出的器件、以及使用第4半导体层14制作出的器件。在硅面与碳面中，即便是同一4H — SiC单晶，半导体制造工序特性(例:晶体生长速度、蚀刻速度)、器件特性(例:载流子移动度)等也不同。因此，能够在一个半导体芯片上混在一起制造器件特性不同的器件。由此，可以不需要作为彼此不同的半导体芯片制作使用表面为硅面的4H—SiC单晶基板制作出的器件、以及使用表面为碳面的4H—SiC单晶基板制作出的器件，并将上述多个半导体芯片安装于同一封装内的后续工序。能够实现器件构造的简化、制造成本的降低。
[0046]通过在一个半导体基板I上制造使用第3半导体层13制作出的器件以及使用第4半导体层14制作出的器件，能够使用器件制造工序(步骤S6)制作连接两器件间的布线。因此，可以不需要用于在使用第3半导体层13制作出的半导体芯片与使用第4半导体层14制作出的半导体芯片之间进行引线键合的后续工序。
[0047]通过在第I半导体层11的表面生长第3半导体层13，并且在第2半导体层12的表面生长第4半导体层14，能够对第3半导体层13的表面13a与第4半导体层14的表面14a之间的相对高度进行调整。由此，能够利用第3半导体层13以及第4半导体层14进行与所制造的器件对应的半导体层的厚度的调整，因此能够自由地设定第I半导体层11以及第2半导体层12的厚度。
[0048]通过平坦化工序(步骤S5)，能够将第3半导体层13的表面13a与第4半导体层14的表面14a形成为大致同一平面。由此，能够容易地对半导体基板I进一步应用光刻等各种半导体工艺。
[0049]在第I晶体生长工序(步骤S4)中，能够使第3半导体层13与第4半导体层14同时进行外延生长。由于能够在一个工序中使平面方向不同的层同时进行生长，所以与使第3半导体层13与第4半导体层14在不同的工序中生长的情况相比，能够实现工序数的减少。
[0050]以上，结合附图对本发明的实施例详细地进行了说明，但上述说明只不过是例示，并不限定技术方案。在技术方案记载的技术中包含对以上例示的具体例进行各种变形、变更的情况。
[0051 ] <变形例>
[0052]在图6的示意图所示的构造中，第3半导体层13的表面13a距支承基板10的高度也可以低于第2半导体层12的表面12a距支承基板10的高度。由此，在步骤S5的平坦化工序中，除去第4半导体层14而第2半导体层12的表面12a露出，并且以第2半导体层12的表面12a与第3半导体层13的表面13a形成为大致同一平面的方式对第4半导体层14以及第3半导体层13进行蚀刻。在该平坦化工序中，能够使用CMP法。由此，能够制造图8所示的半导体基板la。在半导体基板Ia的表面上，第2半导体层12的表面12a以及第3半导体层13的表面13a露出。
[0053]SiC晶体的晶型并不限定于4H。也可以使用3C —SiC、6H—SiC等其他晶型。在使用3C-SiC的情况下，作为硅面使用(111)面，作为碳面使用(一1-1-1)面即可。另外，在使用3C—SiC的情况下，作为不同平面方向的一个，也可以使用(001)面。
[0054]第I半导体层11与第2半导体层12的组合能够采用各种组合。例如，也可以为相同晶型的SiC单晶，且具有硅面、碳面不同的多种平面方向的组合。也可以为不同晶型的SiC单晶的组合。也可以为Si单晶，且具有不同平面方向的组合。另外，也可以使用化合物半导体。
[0055]本发明并不限定于粘合第I半导体层11与第2半导体层12的双层的方式。也可以粘合三层以上的半导体层。越是增加所粘合的半导体层的数量，越能够增加能够露出于半导体基板的表面的半导体层的种类。
[0056]本说明书中公开的半导体基板能够应用于除半导体器件以外的用途。例如，也可以用于MEMS(微机电系统:Micro Electro Mechanical Systems) 单晶根据平面方向而改变蚀刻形状，因此通过将具有多种平面方向的Si单晶配置于半导体基板表面，能够形成更复杂的形状。
[0057]粘合第I半导体层11与第2半导体层12的粘合工序并不限定于常温接合，能够使用各种方法。例如，能够使用等离子体接合、羟基接合等接合手法、使用了粘合剂的接合手法等。另外，为了粘合被薄膜化后的第I半导体层11与第2半导体层12，能够使用基于氢原子的消融的剥离技术。在该剥离技术中，在通过从SiC晶体基板的主表面注入氢离子而形成氢高浓度层之后，将主表面粘贴于支承基板10。之后，在氢高浓度层上从SiC晶体基板剥离SiC晶体薄膜。
[0058]也可以通过在支承基板10与第I半导体层11、或者第I半导体层11与第2半导体层12之间形成绝缘层，来形成具有与所谓的SOI(绝缘体上娃:Silicon on Insulator)相同的构造的半导体基板。
[0059]虽说明了在利用除去工序进行的研磨加工中使用CMP的情况，但并不限定于该方式。对于研磨加工，能够使用机械研磨、化学研磨等。机械研磨为使用担载有金刚石等磨粒的研磨垫的研磨方法。化学研磨为作为研磨液使用除去支承基板的表面的凹凸的化学药品的方法。
[0060]本说明书或者附图中说明的技术要素通过单独或者各种组合而发挥技术的有用性，并不限定于在申请时技术方案中记载的组合。另外，本说明书或者附图中例示的技术能够同时实现多种目的，通过实现其中的一个目的而使本身具有技术的有用性。
【主权项】
1.一种半导体基板，其特征在于，具备: 支承基板； 单晶的第I半导体层，其被配置于所述支承基板的表面； 单晶的第2半导体层，其被配置于所述第I半导体层的表面的一部分；以及 单晶的第3半导体层，其被配置于所述第I半导体层的未配置有所述第2半导体层的表面， 所述第3半导体层的晶体取向与所述第I半导体层的晶体取向一致，并且所述第3半导体层由与所述第I半导体层相同材料形成。2.根据权利要求1所述的半导体基板，其特征在于， 还具备单晶的第4半导体层，其被配置于所述第2半导体层的表面， 所述第4半导体层的晶体取向与所述第2半导体层的晶体取向一致，并且所述第4半导体层由与所述第2半导体层相同材料形成， 所述第3半导体层与所述第4半导体层的界面处于非晶体状态。3.根据权利要求2所述的半导体基板，其特征在于， 所述第3半导体层的表面与所述第4半导体层的表面处于大致同一平面上。4.根据权利要求1?3中任一项所述的半导体基板，其特征在于， 所述第I半导体层以及所述第2半导体层由相同材料形成， 所述第I半导体层的表面的平面方向与所述第2半导体层的表面的平面方向不同。5.根据权利要求4所述的半导体基板，其特征在于， 所述第I半导体层以及所述第2半导体层为SiC单晶， 所述第I半导体层的表面的平面方向为硅面或者碳面的一方， 所述第2半导体层的表面的平面方向为硅面或者碳面的另一方。6.一种半导体基板的制造方法，其特征在于，具备: 在支承基板的表面配置单晶的第I半导体层的工序； 在所述第I半导体层的表面配置单晶的第2半导体层的工序； 选择性地除去所述第2半导体层的一部分，使所述第I半导体层的表面露出的工序；以及 在所述第I半导体层的表面使与所述第I半导体层相同材料的第3半导体层外延生长的第I晶体生长工序。7.根据权利要求6所述的半导体基板的制造方法，其特征在于， 所述第I半导体层以及所述第2半导体层由相同材料形成， 所述第I半导体层的表面的平面方向与所述第2半导体层的表面的平面方向不同，所述第I晶体生长工序在所述第2半导体层的表面使与所述第2半导体层相同材料的第4半导体层进一步外延生长。8.根据权利要求7所述的半导体基板的制造方法，其特征在于， 在所述第I晶体生长工序之后，还具备使所述第3半导体层的表面与所述第4半导体层的表面形成为大致同一平面的工序。9.根据权利要求7或8所述的半导体基板的制造方法，其特征在于， 所述第I半导体层以及所述第2半导体层为SiC单晶，所述第I半导体层的表面的平面方向为硅面或者碳面的一方，所述第2半导体层的表面的平面方向为硅面或者碳面的另一方。
【文档编号】H01L21/20GK105917443SQ201480071089
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年12月25日
【发明人】今冈功, 内田英次, 须田淳
【申请人】株式会社丰田自动织机, 须田淳