半导体基板的制造方法、半导体基板、及半导体基板的制造装置与流程

本发明涉及一种半导体基板的制造方法、半导体基板、及半导体基板的制造装置。

背景技术：

1、作为现有的半导体层的制造方法，已知有减小母材基板上的缓冲层上的iii-v族氮化物化合物半导体的位错密度的半导体层的制造方法(例如，参照专利文献1)。

2、根据专利文献1的制造方法，在作为母材基板的sic基板上形成厚度为临界膜厚以下的aln层后，通过热处理在sic基板上形成石墨烯，在aln层上生长gan层。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：日本专利特开2020-38968号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、根据专利文献1的半导体层的制造方法，可通过在sic基板上形成临界膜厚以下的aln层，形成位错密度少的aln层。但是，难以在sic基板上均匀地形成临界膜厚以下的aln层，难以在sic基板上再现性良好地形成1平方厘米以上的大面积且均匀的石墨烯层。因此，难以形成用于形成高品质的半导体元件所需的大面积、且位错密度小的gan层。

3、因此，本发明是鉴于这些方面而完成，其目的在于可形成现有技术中难以实现的、大面积且位错密度小的高品质的半导体层。

4、解决问题的技术手段

5、在本发明的第一形态中，提供一种半导体基板的制造方法，具有：在沿着相对于与至少包含si与c的半导体晶体的晶体生长方向正交的水平面倾斜的面切出所述半导体晶体而形成的第一基板的第一面，形成作为所述第一基板的沿着与所述水平面平行的第一方向的面的多个平台部、与位于在所述第一方向上邻接的两个所述平台部之间的规定高度的台阶部的工序；在所述第一基板的所述第一面形成所述平台部与所述台阶部之后，以所述台阶部的一部分露出的方式形成第一半导体层的工序；以及通过对形成有所述第一半导体层的所述第一基板进行热处理，使所述第一基板的si的一部分从自所述第一半导体层露出的所述台阶部的一部分蒸发，在所述第一半导体层与所述第一基板之间的至少一部分，形成具有至少一层石墨烯层的缓冲层的工序。

6、可为，所述半导体晶体是sic单晶，与所述半导体晶体的晶体生长方向正交的所述水平面是(0001)面，所述第一基板的所述第一面以大于0°且小于10°的角度的范围相对于所述水平面倾斜。

7、在形成所述第一半导体层的工序中，也可通过使所述台阶部的高度以下的厚度的半导体堆积于所述第一基板的所述第一面来形成所述第一半导体层。

8、所述台阶部的高度也可为在所述第一基板的所述第一面上晶体生长而获得的所述第一半导体层的临界膜厚以上的高度。

9、所述台阶部的高度也可为5nm以上且200nm以下。

10、所述第一基板的晶格常数与所述第一半导体层的晶格常数的差也可为4％以下。

11、也可还具有在形成所述缓冲层的工序之后，在所述第一半导体层的上表面形成第二半导体层的工序。

12、所述第二半导体层可包含单一元素的半导体材料、iii-v族氮化物半导体材料、及ii-vi族化合物半导体材料中的至少一种材料。

13、在形成所述缓冲层的工序中，也可通过对所述第一基板进行热处理，使所述第一半导体层的至少一部分蒸发，形成所述缓冲层与所述第二半导体层相接的区域、或所述第一基板与所述第二半导体层相接的区域。

14、也可还具有在形成所述第二半导体层之后，将包含所述第二半导体层的至少一部分区域自所述第一基板分离，形成包含所述第二半导体层的第二基板的工序。

15、形成所述第二基板的工序也可还包括在形成所述第二半导体层之后，在所述第二半导体层形成规定的器件的工序。

16、也可还具有在形成所述第二基板之后，将所述第二基板接合于第三基板的工序。

17、可为，在形成所述第一半导体层的工序中，在比室温高的规定的第一温度范围内形成所述第一半导体层，在形成所述缓冲层的工序中，在形成所述第一半导体层后不恢复至所述室温，进行比规定的所述第一温度范围高的温度的热处理而形成所述缓冲层，在形成所述第二半导体层的工序中，在形成所述缓冲层后不恢复至所述室温而在比所述室温高的规定的第二温度范围内形成所述第二半导体层。

18、在本发明的第二形态中，提供一种半导体基板，包括：第一基板，由至少包含si与c的半导体晶体形成，且包含：作为沿着与垂直于所述半导体晶体的晶体生长方向的水平面平行的第一方向的面的多个平台部、及设置于在所述第一方向上邻接的两个所述平台部之间的规定高度的台阶部；第一半导体层，在所述第一基板的形成有多个所述平台部的面的至少一部分中，在多个所述平台部上以不到所述台阶部的高度的厚度形成；以及缓冲层，在所述第一半导体层与所述第一基板之间的至少一部分，形成为具有至少一层石墨烯层。

19、也可还包括形成于所述第一半导体层的与所述第一基板为相反侧的面上的第二半导体层。

20、也可形成有所述缓冲层与所述第二半导体层相接的区域、或所述第一基板与所述第二半导体层相接的区域。

21、在本发明的第三形态中，提供一种半导体基板的制造装置，包括：第一固定台，使沿着相对于与至少包含si与c的半导体晶体的晶体生长方向垂直的水平面倾斜的面切出所述半导体晶体而形成的第一基板的第一面露出，对与所述第一面为相反侧的第二面进行固定；蚀刻装置，用于对固定于所述第一固定台的所述第一基板的所述第一面进行蚀刻，形成作为所述第一基板的沿着与所述水平面平行的第一方向的面的多个平台部、与位于在所述第一方向上邻接的两个所述平台部之间的规定高度的台阶部；第一半导体层形成装置，用于在所述第一基板的所述第一面形成第一半导体层；退火装置，用于对形成有所述第一半导体层的所述第一基板进行加热，使所述第一基板的si的一部分从自所述第一半导体层露出的所述台阶部的一部分蒸发，在所述第一半导体层与所述第一基板之间的至少一部分，形成具有至少一层石墨烯层的缓冲层；第一输送路径，将所述第一半导体层形成装置的对所述第一基板进行收容的腔室、与所述退火装置的对所述第一基板进行收容的腔室连接；以及控制部，对所述第一固定台、所述蚀刻装置、所述第一半导体层形成装置、及所述退火装置进行控制，在所述第一半导体层形成装置的对所述第一基板进行收容的腔室、所述退火装置的对所述第一基板进行收容的腔室、以及所述第一输送路径上设置有基板输送机构，所述基板输送机构能够使固定于所述第一固定台的所述第一基板在所述第一半导体层形成装置的腔室与所述退火装置的腔室之间移动，所述蚀刻装置设置于所述第一半导体层形成装置的内部，所述控制部至少具备对以下工序进行控制的功能，即，使所述第一基板自固定有所述第一基板的所述第一固定台移动的工序；在所述第一基板形成多个所述平台部与所述台阶部的工序；以所述台阶部的一部分露出的方式形成所述第一半导体层的工序；以及在形成所述第一半导体层的工序之后形成所述缓冲层的工序。

22、可为，所述第一半导体层形成装置能够在形成所述缓冲层之后在所述第一基板的所述第一面侧形成第二半导体层，所述控制部还具备对以下工序进行控制的功能，即，在形成所述缓冲层之后在所述第一基板的所述第一面侧形成所述第二半导体层的工序。

23、可为，包括：第二半导体层形成装置，用于在所述第一基板的所述第一面形成第二半导体层；以及第二输送路径，将所述第二半导体层形成装置的对所述第一基板进行收容的腔室、与所述退火装置的对所述第一基板进行收容的腔室连接，在所述第二半导体层形成装置的对所述第一基板进行收容的腔室、所述退火装置的对所述第一基板进行收容的腔室、以及所述第二输送路径上设置有输送机构，所述输送机构能够使固定于所述第一固定台的所述第一基板在所述第二半导体层形成装置的腔室与所述退火装置的腔室之间移动，所述控制部还具备对以下工序进行控制的功能，即，在形成所述缓冲层之后控制所述第二半导体层形成装置，在所述第一基板的所述第一面侧形成所述第二半导体层的工序。

24、可为，还包括第二固定台，所述第二固定台对形成于所述第一基板的所述第二半导体层的与所述第一基板为相反侧的面进行固定，所述控制部还具备对以下工序进行控制的功能，即，在所述第一基板形成所述第二半导体层之后控制所述第一固定台及所述第二固定台，将包含所形成的所述第二半导体层的至少一部分区域自所述第一基板分离的工序。

25、所述控制部也可还具备对以下工序进行控制的功能，即，在比室温高的规定的第一温度范围内形成所述第一半导体层的工序；在形成所述第一半导体层之后不恢复至所述室温，进行比规定的所述第一温度范围高的温度的热处理而形成所述缓冲层的工序；以及在形成所述缓冲层之后不恢复至所述室温而在比所述室温高的规定的第二温度范围内形成所述第二半导体层的工序。

26、发明的效果

27、根据本发明，起到如下效果，即，可在半导体母材基板上形成大面积且位错密度小的高品质的半导体晶体层。