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公開番号2024070722
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-23
出願番号2022181395
出願日2022-11-11
発明の名称高周波デバイス用基板およびその製造方法
出願人信越半導体株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01L 21/02 20060101AFI20240516BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高周波特性が優れた高周波デバイス用基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】SOI基板上に窒化物半導体膜が形成された高周波デバイス用基板であって、前記SOI基板は、ベース基板上に形成されたトラップリッチ層とシリコン単結晶からなるSOI層とが酸化膜を介して接合されたTRSOI基板であり、前記SOI層は、抵抗率が1kΩ・cm以上、結晶面方位が(111)、酸素濃度が14.8ppma以下のものである高周波デバイス用基板。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＳＯＩ基板上に窒化物半導体膜が形成された高周波デバイス用基板であって、
前記ＳＯＩ基板は、ベース基板上に形成されたトラップリッチ層とシリコン単結晶からなるＳＯＩ層とが酸化膜を介して接合されたＴＲＳＯＩ基板であり、
前記ＳＯＩ層は、抵抗率が１ｋΩ・ｃｍ以上、結晶面方位が（１１１）、酸素濃度が１４．８ｐｐｍａ以下のものであることを特徴とする高周波デバイス用基板。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記ＳＯＩ層は、酸素濃度が５．２ｐｐｍａ以下のものであることを特徴とする請求項１に記載の高周波デバイス用基板。
【請求項３】
前記ＳＯＩ層は、酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下のものであることを特徴とする請求項１に記載の高周波デバイス用基板。
【請求項４】
前記ベース基板は、結晶面方位が（１００）のＣＺシリコン単結晶基板であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の高周波デバイス用基板。
【請求項５】
前記ベース基板は、抵抗率が１ｋΩ・ｃｍ以上のものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の高周波デバイス用基板。
【請求項６】
前記ベース基板は、抵抗率が１ｋΩ・ｃｍ以上のものであることを特徴とする請求項４に記載の高周波デバイス用基板。
【請求項７】
ＳＯＩ基板上に窒化物半導体膜を形成した高周波デバイス用基板の製造方法であって、
前記ＳＯＩ基板として、ベース基板上に形成したトラップリッチ層とシリコン単結晶からなるボンド基板とを酸化膜を介して接合して得た接合基板において、前記ボンド基板を薄膜化することでＳＯＩ層を形成したＴＲＳＯＩ基板を用意する工程と、
前記ＳＯＩ層上に前記窒化物半導体膜を形成する工程とを含み、
前記ボンド基板として、抵抗率が１ｋΩ・ｃｍ以上、結晶面方位が（１１１）、酸素濃度が１４．８ｐｐｍａ以下のものを用いることを特徴とする高周波デバイス用基板の製造方法。
【請求項８】
前記ボンド基板として、酸素濃度が５．２ｐｐｍａ以下のものを用いることを特徴とする請求項７に記載の高周波デバイス用基板の製造方法。
【請求項９】
前記ボンド基板として、酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下のものを用いることを特徴とする請求項７に記載の高周波デバイス用基板の製造方法。
【請求項１０】
前記ベース基板として、結晶面方位が（１００）のＣＺシリコン単結晶基板を用いることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の高周波デバイス用基板の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波デバイス用基板およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ＧａＮに代表される窒化物半導体はＳｉの材料としての限界を超える次世代の半導体材料として期待されている。近年、シリコン単結晶基板上に窒化物半導体のエピタキシャル成長を行うことで高周波デバイスを製造することが行われている。なお高周波デバイスでは、基板起因による特性劣化、基板による損失及び第２・３高調波特性劣化がみられる。
【０００３】
高周波デバイス用基板は一般的に高抵抗率基板を用い、ＧａＮ層等のエピタキシャル成長を行い、高周波デバイスを作製している。高抵抗率基板を用いて、エピタキシャル層から下地Ｓｉ基板に信号が流れないようにしている。また、高抵抗率シリコン基板上に窒化物半導体エピタキシャル層を積む場合、応力緩和層としてバッファ層を工夫することで窒化物半導体エピタキシャル層を積んでいる。
【０００４】
また特許文献１、２にあるように、高周波デバイス用基板として、一般的にＴＲ（トラップリッチ）層を設けたＴＲ基板が普及しており、且つ、高抵抗率基板を使用することにより、周波数特性を上げている。この特許文献１等には高抵抗率のベース基板上にＴＲ層、誘電体層（埋め込み酸化膜）、半導体層からなるものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第７０９８８５１号
特開２０２２－７０８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常のＴＲ基板を用いた高周波デバイスでは、２次高調波（２ＨＤ）の向上に限界があり、より一層高周波特性を向上させるには、ＴＲＳＯＩ基板と高周波特性に優れるＧａＮ層を組み合わせたＧａＮｏｎＴＲＳＯＩ基板が有望と考えられる。
しかしながら、ＴＲＳＯＩ基板にＧａＮ層を積層したＧａＮｏｎＴＲＳＯＩ基板であっても、Ｓｉ基板の特性（抵抗率や酸素濃度）が影響して２次高調波特性が向上しないことがあった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、高周波特性が優れた高周波デバイス用基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、ＳＯＩ基板上に窒化物半導体膜が形成された高周波デバイス用基板であって、
前記ＳＯＩ基板は、ベース基板上に形成されたトラップリッチ層とシリコン単結晶からなるＳＯＩ層とが酸化膜を介して接合されたＴＲＳＯＩ基板であり、
前記ＳＯＩ層は、抵抗率が１ｋΩ・ｃｍ以上、結晶面方位が（１１１）、酸素濃度が１４．８ｐｐｍａ以下のものであることを特徴とする高周波デバイス用基板を提供する。
【０００９】
このように窒化物半導体膜が形成されている基板がＴＲＳＯＩ基板で、かつ、そのＴＲＳＯＩ基板のＳＯＩ層が上記の１ｋΩ・ｃｍ以上の高抵抗率を有し、しかもその酸素濃度が上記数値範囲のものであれば、優れた高周波特性を有する高周波デバイス用基板とすることができる。例えば従来品（ＴＲ基板など）ではせいぜい２ＨＤで－９１ｄＢｍ程度が限界であったが、本発明ではその２ＨＤをさらに低減することができ、一層優れた高調波特性を示すことが可能である。
またＳＯＩ層が上記結晶面方位を有することで、該ＳＯＩ層上の窒化物半導体膜は良好に形成されたものとなる。
【００１０】
この場合、前記ＳＯＩ層は、酸素濃度が５．２ｐｐｍａ以下のものとすることができ、高周波特性が一層優れたものとすることができる。
さらに前記ＳＯＩ層は、酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下のものとすることができ、高周波特性が、より一層優れたものとすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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