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公開番号2025084381
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2023198241
出願日2023-11-22
発明の名称接合半導体基板および接合半導体基板の製造方法
出願人住友金属鉱山株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01L 21/02 20060101AFI20250527BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】接合半導体基板において、第1半導体基板と第2半導体基板との接合強度を十分に確保し、かつ、接合対象面の表面にあるピットに起因する接合不良の発生を抑制する接合半導体基板及び接合半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】第1半導体基板と、第1半導体基板と接する第2半導体基板と、を備える接合半導体基板の製造方法であって、第1半導体基板が第2半導体基板と接合する面である第1接合対象面又は第2半導体基板が第1半導体基板と接合する面である第2接合対象面の少なくともいずれか一方に、第1半導体基板と同一組成で構成されたアモルファス層を積層するアモルファス層積層工程と、アモルファス層積層工程後、第1接合対象面と第2接合対象面とを接合し、接合界面を有する接合基板を形成する接合工程と、接合基板を熱処理する熱処理工程と、を備え、アモルファス層積層工程及び接合工程は、同一装置内で行う。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１半導体基板と、前記第１半導体基板と接する第２半導体基板と、を備える接合半導体基板の製造方法であって、
前記第１半導体基板が前記第２半導体基板と接合する面である第１接合対象面、または前記第２半導体基板が前記第１半導体基板と接合する面である第２接合対象面の少なくともいずれか一方に、前記第１半導体基板と同一組成で構成されたアモルファス層を積層するアモルファス層積層工程と、
前記アモルファス層積層工程後、前記第１接合対象面と前記第２接合対象面とを接合し、接合界面を有する接合基板を形成する接合工程と、
前記接合基板を熱処理する熱処理工程と、を備え、
前記アモルファス層積層工程および前記接合工程は同一装置内で行うことを特徴とする接合半導体基板の製造方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板は、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、アルミナイトライド（ＡｌＮ）、ガリウムオキサイド（Ｇａ
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３
）、およびダイヤモンドのうちの何れかであって、前記第１半導体基板は多結晶であり、前記第２半導体基板は単結晶である請求項１に記載の接合半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記アモルファス層積層工程は、前記第１接合対象面または前記第２接合対象面の少なくともいずれか一方に対して、スパッタリング法によるスパッタリング成膜により前記アモルファス層を積層する工程である、請求項１に記載の接合半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記アモルファス層積層工程前に、前記第１接合対象面にある酸化物または前記第２接合対象面にある酸化物の少なくともいずれか一方を除去する酸化物除去工程を備える、請求項１に記載の接合半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記酸化物除去工程は、前記第１接合対象面または前記第２接合対象面の少なくともいずれか一方をターゲットとし、スパッタリング法により前記第１接合対象面にある酸化物または前記第２接合対象面にある酸化物の少なくともいずれか一方を除去する工程である、請求項４に記載の接合半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記熱処理工程は、前記接合基板の温度を１５００℃～２２００℃に保持する工程である、請求項１に記載の接合半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記アモルファス層積層工程前に、前記第２接合対象面に対して水素イオンまたはヘリウムイオンを注入して、前記第２半導体基板の内部にイオン注入層を形成するイオン注入工程を備える、請求項１に記載の接合半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記接合工程後、かつ前記熱処理工程前に剥離工程を備え、
前記剥離工程は、前記イオン注入層を加熱して形成される微小気泡層を剥離面として、前記第２半導体基板の一部を剥離する工程である、請求項７に記載の接合半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記アモルファス層積層工程は、厚みが１０ｎｍ～３０ｎｍのアモルファス層を積層する工程である、請求項１に記載の接合半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
第１半導体基板と、前記第１半導体基板と接合界面を介して接合している第２半導体基板と、を備える接合半導体基板であって、
前記接合半導体基板は直径が１００～２１０ｍｍの円盤状であり、
前記接合界面における接合不良部分の数が０．０５ｐｃｓ/ｃｍ
２
以下である、接合半導体基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合半導体基板および接合半導体基板の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
パワーデバイスの基板材料として炭化ケイ素（以下「ＳｉＣ」と記載する場合がある）が挙げられるが、単結晶ＳｉＣ基板自身の製造コストが高く、単結晶ＳｉＣ基板単独で実用化することの障害となっている。これに対して、デバイスを形成する層の部分のみには品質の良い単結晶ＳｉＣ基板を用いて、その他の部分について低コストの多結晶ＳｉＣ基板等の支持基板が単結晶ＳｉＣ基板を補強する接合半導体基板が開発されている。例えば、接合半導体基板に関連する技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
接合半導体基板において、支持基板として多結晶ＳｉＣ基板を用いる場合、多結晶ＳｉＣ基板は様々な面方位が表面に表出しているため、その表面をＣＭＰ法で平坦化しようとするとエッチング速度が面方位に応じて変化するため結晶粒の影響を大きく受けてしまい、表面の平坦度が低下してしまう。この状態で単結晶ＳｉＣ基板の平坦度の高い表面に対して多結晶ＳｉＣ基板のその表面を接合すると、接合界面に隙間が生じて接合不良が発生する。
【０００４】
このため、特許文献１では、単結晶ＳｉＣ基板の表面と同程度の平坦化が困難な多結晶ＳｉＣ基板に対しても、接合強度の高い接合面を備えるように、単結晶ＳｉＣ基板及び多結晶ＳｉＣ基板の表面に対し、ＦＡＢガン（高速原子ビームガン：ＦａｓｔＡｔｏｍＢｅａｍＧｕｎ）を用いてアルゴンの中性原子ビームを照射する。この照射により、単結晶ＳｉＣ基板及び多結晶ＳｉＣ基板の表面を非晶質化し、単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板を接合した後に熱処理して非晶質化した層を結晶化して接合半導体基板を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６０６１２５１号
特開２００９－１１７５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法では、単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板を直接貼り合せることで、接合界面の接合強度は向上し、接合不良部分を低減することはできる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、単結晶ＳｉＣ基板と貼り合せる前に、支持基板として用いる多結晶ＳｉＣ基板の表面を研磨してその表面粗さを小さく抑えているが、それでも多結晶ＳｉＣ基板の研磨表面には複数のピットが存在し、これに起因して、接合後の接合界面に接合不良となる部分が発生することがある。
【０００８】
そこで、上記の課題を解決するべく、本発明は、第１半導体基板と第２半導体基板を貼り合せて得る接合半導体基板において、第１半導体基板と第２半導体基板との接合強度を十分に確保し、かつ接合対象面の表面にあるピットに起因する接合不良の発生を抑制することのできる接合半導体基板および接合半導体基板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】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の接合半導体基板の製造方法は、第１半導体基板と、前記第１半導体基板と接する第２半導体基板と、を備える接合半導体基板の製造方法であって、前記第１半導体基板が前記第２半導体基板と接合する面である第１接合対象面、または前記第２半導体基板が前記第１半導体基板と接合する面である第２接合対象面の少なくともいずれか一方に、前記第１半導体基板と同一組成で構成されたアモルファス層を積層するアモルファス層積層工程と、前記アモルファス層積層工程後、前記第１接合対象面と前記第２接合対象面とを接合し、接合界面を有する接合基板を形成する接合工程と、前記接合基板を熱処理する熱処理工程と、を備え、前記アモルファス層積層工程および前記接合工程は同一装置内で行うことを特徴とする。
【００１０】
前記第１半導体基板および前記第２半導体基板は、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、アルミナイトライド（ＡｌＮ）、ガリウムオキサイド（Ｇａ
２
Ｏ
３
）、およびダイヤモンドのうちの何れかであって、前記第１半導体基板は多結晶であり、前記第２半導体基板は単結晶であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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