專利名稱：化合物半導(dǎo)體生長用基板、使用該基板的化合物半導(dǎo)體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在使短波半導(dǎo)體發(fā)光元件、高頻率和高效率半導(dǎo)體元件等制造用的單晶膜氣相生長時(shí)使用的化合物半導(dǎo)體生長用基板、使用該基板的化合物半導(dǎo)體及其制造方法。
背景技術(shù)：
以往，作為這種化合物半導(dǎo)體生長用基板及其制造方法，已知的有通過對(duì)具有多孔質(zhì)Si單晶層的Si單晶基板在非氧化性氣氛或者真空中在多孔質(zhì)Si單晶層的熔點(diǎn)或以下的溫度下進(jìn)行熱處理，在多孔質(zhì)Si單晶層的表面上形成非多孔質(zhì)的Si單晶層的半導(dǎo)體基材的制造方法，和由該方法制造的半導(dǎo)體基材(參見日本專利第2901031號(hào)公報(bào))。
已知多孔質(zhì)Si單晶就象海綿(Sponge)那樣在Si單晶上含有向外開孔的微細(xì)的許多穴(直徑數(shù)納米的孔)。
已知多孔質(zhì)Si單晶層可在Si單晶基板上從其表面到數(shù)納米～數(shù)微米深度或者在Si單晶基板的整個(gè)厚度方向上形成。即使在整個(gè)厚度方向上形成多孔質(zhì)Si單晶層，也能夠以多孔質(zhì)Si單晶層單體作為基板使用。這被稱為多孔質(zhì)Si單晶基板。

發(fā)明內(nèi)容
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題化合物半導(dǎo)體生長用基板在由與Si單晶基板同種的Si單晶膜構(gòu)成時(shí)，適合于通過氣相生長積層的半導(dǎo)體。
但是，化合物半導(dǎo)體生長用基板在由與Si單晶基板不同種類的化合物半導(dǎo)體單晶膜構(gòu)成時(shí)，會(huì)以高密度產(chǎn)生被認(rèn)為是由晶格不匹配或者熱膨脹系數(shù)差異產(chǎn)生的應(yīng)力引起的錯(cuò)位等結(jié)晶缺陷，不能實(shí)用的問題。而且，對(duì)于使用這些基板的化合物半導(dǎo)體和制法，也要求更高的品質(zhì)。
2、為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案作為用于解決上述技術(shù)問題的手段，本發(fā)明提供化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于包括(1)Si單晶基板和(2)在該Si單晶基板的至少一個(gè)表面上形成的多孔質(zhì)Si單晶層。
本發(fā)明還提供化合物半導(dǎo)體，其特征在于在上述化合物半導(dǎo)體生長用基板上設(shè)有化合物半導(dǎo)體層(膜)。
本發(fā)明提供化合物半導(dǎo)體生長用基板和化合物半導(dǎo)體的制造方法，其特征在于包括下面的工序(1)使Si單晶基板的至少一個(gè)表面多孔質(zhì)化，形成多孔質(zhì)Si單晶層的工序，(2)對(duì)多孔質(zhì)Si單晶層在碳原料氣氛中在800℃～1400℃的溫度下進(jìn)行熱處理，使其一部分或者全部碳化的工序，(3)在制造化合物半導(dǎo)體時(shí)，進(jìn)一步包括形成化合物半導(dǎo)體層(膜)的工序。
另外，在本發(fā)明中，碳發(fā)生化學(xué)結(jié)合被稱為碳化。
3、有益效果根據(jù)本發(fā)明，在積層化合物半導(dǎo)體的單晶膜時(shí)，由于3C-SiC單晶層發(fā)揮緩沖層的作用，因此，可以降低由于晶格不匹配造成的化合物半導(dǎo)體缺陷的發(fā)生。而且，能夠降低多孔質(zhì)Si單晶層由于熱膨脹系數(shù)差產(chǎn)生的應(yīng)力引起的化合物半導(dǎo)體缺陷的發(fā)生，能夠使化合物半導(dǎo)體成為高質(zhì)量的半導(dǎo)體。
根據(jù)本發(fā)明，由于非多孔質(zhì)的Si單晶層掩埋了由多孔質(zhì)Si單晶層產(chǎn)生的臺(tái)階狀變形，因此，表面在原子水平上是平坦的。在積層化合物半導(dǎo)體單晶膜時(shí)，能夠降低由臺(tái)階狀變形產(chǎn)生的化合物半導(dǎo)體缺陷的發(fā)生，能夠進(jìn)一步提高化合物半導(dǎo)體的品質(zhì)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖；圖2是表示圖1的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法的說明圖；圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖；圖4是表示圖3的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法的說明圖；圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖；圖6表示圖5的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法，圖6A是第1工序的說明圖，圖6B是最終工序的說明圖；圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖；圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖；圖9表示圖8的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法，圖9A是第1工序的說明圖，圖9B是第2工序的說明圖，圖9C是第3工序的說明圖，圖9D是第4工序的說明圖，圖9E是最終工序的說明圖；圖10是用于與圖8的化合物半導(dǎo)體生長用基板進(jìn)行比較的化合物半導(dǎo)體生長用基板的3C-SiC單晶膜的XRD評(píng)價(jià)的說明圖；圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體的示意性截面圖。
具體的實(shí)施方案下面說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。
在Si單晶基板的至少一個(gè)表面上形成多孔質(zhì)Si單晶層或者多孔質(zhì)3C-SiC單晶層，在該多孔質(zhì)Si單晶層或者多孔質(zhì)3C-SiC單晶層上也可以形成SiC單晶層。取而代之也可以形成Si單晶層。在該SiC單晶層，多孔質(zhì)Si單晶層，多孔質(zhì)3C-SiC單晶層或Si單晶層上可以進(jìn)一步形成3C-SiC單晶層(膜)(立方晶體碳化硅單晶)。還可以通過多孔質(zhì)Si單晶層的割裂剝離除去Si單晶基板。
這時(shí)，多孔質(zhì)Si層也可以是再結(jié)晶Si單晶層。在形成上述3C-SiC單晶層、化合物半導(dǎo)體單晶層之前，也可以形成c-BP(立方晶體磷化硼)單晶層。
化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法是在Si單晶基板上形成多孔質(zhì)Si單晶層之后，在碳原料氣氛下對(duì)多孔質(zhì)Si單晶層進(jìn)行熱處理，將其表層部分從表面碳化至所需的深度。
化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法是在Si單晶基板上形成多孔質(zhì)Si單晶層，通過氣相生長積層Si單晶層，在碳原料氣氛下對(duì)Si單晶層施以熱處理，使其上部碳化。然后，也可以通過多孔質(zhì)Si單晶層的割裂剝離除去Si單晶基板。
化合物半導(dǎo)體生長用基板或者化合物半導(dǎo)體的制造方法是在Si單晶基板上形成多孔質(zhì)Si層之后，在多孔質(zhì)Si層施以退火處理，使其再結(jié)晶至所需的深度，根據(jù)需要在再結(jié)晶Si單晶層上通過取向附生生長進(jìn)行積層。
Si單晶基板根據(jù)氣相生長的化合物半導(dǎo)體，可以是(100)面或者(111)面的任意一種。另外，Si單晶基板的厚度優(yōu)選為100～1000微米(包括兩端點(diǎn)，以下同)，更優(yōu)選為300～800微米。
Si單晶基板的厚度如果不足100微米，機(jī)械強(qiáng)度不足。另一方面，如果超過1000微米，在形成時(shí)的時(shí)間、能量、材料等經(jīng)濟(jì)方面損失增大。
多孔質(zhì)Si單晶層或者多孔質(zhì)3C-SiC單晶層的厚度為100納米～1000微米，優(yōu)選為300納米～100微米，更優(yōu)選1～50微米。
多孔質(zhì)Si單晶層的厚度如果不足100納米，作為由晶格不匹配引起的應(yīng)力的緩沖層的作用不足，在其上形成的單晶層的生長困難。另一方面，如果超過1000微米，在形成時(shí)的時(shí)間、能量、材料等經(jīng)濟(jì)方面損失增大。
覆蓋多孔質(zhì)Si單晶層的骨格表面的3C-SiC單晶層的厚度優(yōu)選為0.1～100納米，優(yōu)選為5～50納米。
覆蓋多孔質(zhì)Si單晶層的表面的3C-SiC單晶層的厚度如果不足0.1納米，作為由晶格不匹配引起的應(yīng)力的緩沖層的作用不足。另一方面，超過100納米時(shí)，由于多孔質(zhì)Si的物理尺寸而難以實(shí)施。
在多孔質(zhì)Si單晶層或多孔質(zhì)3C-SiC單晶層上形成SiC單晶層的厚度為0.1～5微米。
Si單晶層的厚度如果過薄至不足0.1微米，會(huì)直接反應(yīng)出多孔質(zhì)Si單晶層的凹凸，表面的平坦度不足。另一方面，如果超過5微米，就不能期望進(jìn)一步提高其質(zhì)量，反而造成原材料的浪費(fèi)。
因此，Si單晶層的厚度優(yōu)選為0.1～5微米，更優(yōu)選0.2～2微米。
上述Si單晶層被碳化形成的3C-SiC單晶層的厚度優(yōu)選為1～100納米，更優(yōu)選為5～50納米。
3C-SiC單晶層的厚度如果不足1納米，作為由晶格不匹配引起的應(yīng)力的緩沖層的作用不足。另一方面，如果超過100納米，在形成時(shí)的時(shí)間、能量、材料等經(jīng)濟(jì)方面的損失增大。
多孔質(zhì)Si單晶層的再結(jié)晶化，優(yōu)選在從表面到0.1納米～1微米的范圍內(nèi)進(jìn)行。
如果由再結(jié)晶產(chǎn)生的再結(jié)晶Si單晶層的厚度不足0.1納米，化合物半導(dǎo)體單晶膜成為多孔質(zhì)狀的，質(zhì)量下降。另一方面，如果超過1微米，造成經(jīng)濟(jì)上的材料損失。
因此，由再結(jié)晶化產(chǎn)生的再結(jié)晶Si單晶層的厚度優(yōu)選為1～500納米。而且，由再結(jié)晶產(chǎn)生的再結(jié)晶Si單晶層的厚度為多孔質(zhì)Si層厚度的1/5或以下，優(yōu)選1/10或以下。
c-BP單晶層的厚度優(yōu)選0.01～1微米，更優(yōu)選0.1～0.5微米。c-BP單晶層的厚度如果不足0.01微米，再結(jié)晶Si單晶層和化合物半導(dǎo)體單晶膜的晶格常數(shù)差會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生雙晶等缺陷，化合物半導(dǎo)體單晶膜的質(zhì)量降低。另一方面，如果超過1微米，質(zhì)量不能進(jìn)一步提高，在經(jīng)濟(jì)上造成材料損失。
與Si單晶基板相鄰接的多孔質(zhì)Si單晶層，在其被形成時(shí)，優(yōu)選其氣孔是向外開放。這樣的話，從表面開始的碳化變得容易，并且在其表面上形成的SiC層上不容易出現(xiàn)逆相區(qū)域。
作為Si單晶基板上部多孔質(zhì)化的方法，可舉出例如在含有HF(氟酸、氫氟酸)和乙醇的水溶液中通過直流偏流進(jìn)行陽極化學(xué)轉(zhuǎn)換處理的陽極化學(xué)轉(zhuǎn)換法、在HNO3(硝酸)和HF中浸漬Si單晶基板的化學(xué)蝕刻法等。
碳化多孔質(zhì)Si單晶層的熱處理溫度如果不到800℃，不發(fā)生反應(yīng)，造成碳化不足。另一方面，如果超過1400℃，超過了Si的熔點(diǎn)，在物理上難以實(shí)施。
因此，多孔質(zhì)Si單晶層碳化的熱處理溫度優(yōu)選為1000～1200℃。
作為碳原料，只要是含有象例如C3H8(丙烷)、CH4(甲烷)、C4H10(丁烷)等鏈烷烴的碳即可，并且與氣體、液體等狀態(tài)無關(guān)。而且，碳原料也可以用水稀釋后使用。
非多孔質(zhì)Si單晶層的氣相生長溫度優(yōu)選為800～1200℃，更優(yōu)選為900～1100℃。
這是因?yàn)椋琒i單晶層的氣相生長溫度如果不足800℃，原料不發(fā)生分解，不會(huì)進(jìn)行生長。另一方面，如果超過1200℃，雜質(zhì)污染變得明顯。
作為Si單晶層氣相生長的原料氣體，例如除了SiH4(單硅烷)等氫化硅原料之外，還可以使用SiH2Cl2(二氯硅烷)、SiHCl3(三氯硅烷)等氯化硅烷類原料。
c-BP單晶層取向附生生長時(shí)的溫度優(yōu)選為800～1100℃，更優(yōu)選為850～950℃。
c-BP單晶層取向附生生長時(shí)的溫度如果不足800℃，形成多晶，質(zhì)量下降。另一方面，如果超過1100℃，氣體分解，形成不能生長的狀態(tài)。
作為c-BP單晶層取向附生生長用的原料，可以使用例如PH3(磷化氫)和B2H6(乙硼烷)。
表層部分碳化的多孔質(zhì)Si單晶層的割裂剝離可以使用熱沖擊、激光切割機(jī)、超聲波切割機(jī)、濕式蝕刻等。
作為在化合物半導(dǎo)體生長用基板上氣相生長的化合物半導(dǎo)體，除了3C-SiC、c-BP等之外，可以舉出的有AIN(氮化鋁)、InN(氮化銦)和立方晶系或者六方晶系GaN(氮化鎵)等氮化物。也可以將它們代替3C-SiC單晶來形成，也可以將它們形成在上述3C-SiC單晶上。
(實(shí)施例1)圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖。
化合物半導(dǎo)體生長用基板1在厚度300微米的Si單晶基板2上面形成有多孔質(zhì)Si單晶4。多孔質(zhì)Si單晶4向外方(圖1中為上方)開孔。多孔質(zhì)Si單晶4的表面被厚度為1納米的3C-SiC單晶層3覆蓋。多孔質(zhì)Si單晶4的厚度例如為10微米。
制造上述化合物半導(dǎo)體生長用基板1，例如可在含有HF和乙醇的水溶液中使厚度為300微米的Si單晶基板和鉑柵電極(均未示出)相對(duì)放置進(jìn)行浸漬。使在Si單晶基板上設(shè)置的鋁電極作為陽極，鉑柵電極作為陰極，在用直流電源供電的同時(shí)，進(jìn)行陽極化學(xué)轉(zhuǎn)換處理。這樣，可以形成從與HF接觸的面即Si單晶基板2的上面開始到例如10微米深度的多孔質(zhì)化的多孔質(zhì)Si單晶層4’(參見圖2)。
接著，在多孔質(zhì)Si單晶層4’上，在C3H8氣氛中在1000℃的溫度下進(jìn)行熱處理(參見圖2)。多孔質(zhì)Si單晶層4’的表層部分從表面開始被碳化至例如1納米左右的深度，形成3C-SiC單晶層3(參見圖1)。
3C-SiC單晶層3的厚度可以用多孔質(zhì)Si單晶層4’的多孔度、碳原料氣氛中的熱處理時(shí)的時(shí)間和溫度來調(diào)整。
使用這種化合物半導(dǎo)體生長用基板1，通過氣相生長將化合物半導(dǎo)體3C-SiC單晶膜積層為5微米的厚度，研究結(jié)晶缺陷。另外，作為原料氣體使用SiH4(甲硅烷)和C3H8，生長時(shí)的溫度為1150℃。
為了進(jìn)行比較，作為化合物半導(dǎo)體生長用基板使用對(duì)實(shí)施例1的多孔質(zhì)Si單晶層進(jìn)行氧化處理后的基板，同樣積層3C-SiC單晶膜，研究結(jié)晶缺陷。
實(shí)施例1的化合物半導(dǎo)體與現(xiàn)有的化合物半導(dǎo)體相比，缺陷減少到1/10左右。另外，現(xiàn)有的化合物半導(dǎo)體生長用基板是對(duì)實(shí)施例1的多孔質(zhì)Si單晶層不進(jìn)行碳化而進(jìn)行氧化處理的基板。由于多孔質(zhì)Si單晶層在未進(jìn)行氧化處理或碳化處理的狀態(tài)下，因熱處理而被重組，所以為了防止該重組進(jìn)行了氧化處理。
在積層化合物半導(dǎo)體的單晶膜時(shí)，3C-SiC單晶層起到緩沖層的作用，因此，能夠降低由于晶格不匹配產(chǎn)生的化合物半導(dǎo)體的缺陷。而且，能夠減少多孔質(zhì)Si單晶層由于熱膨脹系數(shù)差引起的應(yīng)力產(chǎn)生的化合物半導(dǎo)體的缺陷，能夠提高化合物半導(dǎo)體的質(zhì)量。
(實(shí)施例2)圖3是表示本發(fā)明另一實(shí)施例的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖。
化合物半導(dǎo)體生長用基板5是在厚度300微米的Si單晶基板6上形成有多孔質(zhì)3C-SiC單晶層7。多孔質(zhì)3C-SiC單晶層7向外方(在圖3中為上方)開孔，其厚度例如為10微米。
為制造上述化合物半導(dǎo)體生長用基板5，例如使厚度300微米的Si單晶基板6的上部多孔質(zhì)化，形成向外開孔的厚度為10微米的多孔質(zhì)Si單晶層7’(參見圖4)。
接著，對(duì)多孔質(zhì)Si單晶層7’施以熱處理(參見圖4)，將其全部碳化，變成多孔質(zhì)3C-SiC單晶層7(參見圖3)。熱處理?xiàng)l件為例如C3H8氣體氣氛，1000℃的溫度。
另外，多孔質(zhì)3C-SiC單晶層7的厚度可以通過多孔質(zhì)Si單晶層7’的多孔度、碳原料氣氛中的熱處理時(shí)間和熱處理溫度來調(diào)整。
使用這種化合物半導(dǎo)體生長用基板5，通過氣相生長將化合物半導(dǎo)體3C-SiC單晶膜積層為5微米的厚度，研究結(jié)晶缺陷。另外，使用作為原料氣體的SiH4(甲硅烷)和C3H8，生長時(shí)的溫度為1150℃。
為了進(jìn)行比較，作為化合物半導(dǎo)體生長用基板，對(duì)實(shí)施例2的多孔質(zhì)Si單晶層7’不進(jìn)行碳化，而進(jìn)行氧化處理，同樣積層3C-SiC單晶膜，研究結(jié)晶缺陷(比較例)。
實(shí)施例2的化合物半導(dǎo)體的缺陷與比較例的化合物半導(dǎo)體相比，已減少到其1/10左右。
在積層化合物半導(dǎo)體的單晶膜時(shí)，3C-SiC單晶層起到緩沖層的作用，因此，能夠降低由于晶格不匹配產(chǎn)生的化合物半導(dǎo)體的缺陷。另外，能夠減少多孔質(zhì)Si單晶層由于熱膨脹系數(shù)差引起的應(yīng)力產(chǎn)生的化合物半導(dǎo)體缺陷，能夠提高化合物半導(dǎo)體的質(zhì)量。
(實(shí)施例3)圖5是表示本發(fā)明另一實(shí)施例的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖。
化合物半導(dǎo)體生長用基板8是在厚度300微米的Si單晶基板9上依次形成有多孔質(zhì)Si單晶層10、非多孔質(zhì)Si單晶層11和3C-SiC單晶層12。多孔質(zhì)Si單晶層10向外(在圖5中為上方)開孔，其厚度為10微米。Si單晶層11為非多孔質(zhì)的，例如厚度為1微米。3C-SiC單晶層12的厚度例如為1納米。
為制造上述化合物半導(dǎo)體生長用基板8，例如使厚度300微米的Si單晶基板9的上部與實(shí)施例1同樣多孔質(zhì)化，形成向外開孔的厚度為10微米的多孔質(zhì)Si單晶層10(參見圖6A)。
接著，在多孔質(zhì)Si單晶層10積層厚度1微米的非多孔質(zhì)Si單晶層11(參見圖6B)。氣相生長條件為例如SiH4氣體氣氛，1000℃的溫度。
接著，對(duì)單晶層11上進(jìn)行熱處理(參照?qǐng)D6B)，將Si單晶層11的上部從表面碳化至1納米的深度，變成3C-SiC單晶層12(參照?qǐng)D5)。熱處理?xiàng)l件為例如C3H8氣體氣氛，1000℃的溫度。
使用這種化合物半導(dǎo)體生長用基板8，通過氣相生長將3C-SiC單晶膜積層為5微米的厚度，研究結(jié)晶缺陷。另外，使用作為原料氣體的SiH4和C3H8，生長時(shí)的溫度為1150℃。
為了進(jìn)行比較，按照上述比較例，作為化合物半導(dǎo)體生長用基板，對(duì)Si單晶層11的上部不進(jìn)行碳化就積層3C-SiC單晶膜，研究結(jié)晶缺陷。
實(shí)施例3的化合物半導(dǎo)體的缺陷，與比較例的化合物半導(dǎo)體相比，缺陷減少到了其1/100左右。
非多孔質(zhì)Si單晶層掩埋了因多孔質(zhì)Si單晶層產(chǎn)生的臺(tái)階狀變形，因此，表面在原子水平上變得平坦。在積層化合物半導(dǎo)體的單晶膜時(shí)，能夠減少由臺(tái)階狀變形引起的化合物半導(dǎo)體的缺陷的發(fā)生，能夠進(jìn)一步提高化合物半導(dǎo)體的質(zhì)量。
(實(shí)施例4)圖7是表示本發(fā)明另一實(shí)施例的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖。
化合物半導(dǎo)體生長用基板13與實(shí)施例1～3的是帶有Si單晶基板2、6、9的不同，是獨(dú)立的基板。從實(shí)施例3的化合物半導(dǎo)體生長用基板8上通過多孔質(zhì)Si單晶層10的割裂剝離除去Si單晶基板，在厚度1微米的Si層單晶層11上形成厚度100微米的3C-SiC單晶層12’。
為制造化合物半導(dǎo)體生長用基板13，例如使用實(shí)施例3的化合物半導(dǎo)體生長用基板8，通過氣相生長積層厚度100微米的3C-SiC單晶層12’。處理?xiàng)l件為原料氣體使用SiH4和C3H8，1150℃的溫度。
接著，對(duì)Si單晶層11和Si單晶基板9在3C-SiC單晶層12’的氣相生長后的降溫過程在400℃施加熱沖擊，在多孔質(zhì)Si單晶層10處進(jìn)行割裂剝離，除去Si單晶基板9。剩余的多孔質(zhì)Si單晶層10用HF等除去。
使用這種化合物半導(dǎo)體生長用基板13，通過氣相生長將3C-SiC單晶膜積層為5微米的厚度，研究結(jié)晶缺陷。另外，使用作為原料氣體的SiH4和C3H8，生長時(shí)的溫度為1150℃。
為了進(jìn)行比較，使用實(shí)施例3的化合物半導(dǎo)體生長用基板8，同樣積層3C-SiC單晶膜，研究結(jié)晶缺陷。
實(shí)施例4的化合物半導(dǎo)體的缺陷，與比較例的化合物半導(dǎo)體相比，減少到了其1/1000左右。
積層化合物半導(dǎo)體單晶膜時(shí)，由于完全沒有由Si單晶基板產(chǎn)生的影響，能夠徹底消除由晶格不匹配引起的和因熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的應(yīng)力所引起的化合物半導(dǎo)體的缺陷的發(fā)生，并且能夠使化合物半導(dǎo)體的質(zhì)量達(dá)到極高。
(實(shí)施例5)
圖8是表示本發(fā)明另一實(shí)施例的化合物半導(dǎo)體生長用基板的示意性截面圖。
化合物半導(dǎo)體101是在Si單晶基板2上依次積層多孔質(zhì)Si層4、再結(jié)晶Si單晶層13、c-BP單晶層14和3C-SiC低溫生長(無定型)層15，形成3C-SiC單晶膜12。將3C-SiC單晶膜12作為活性層。
為制造化合物半導(dǎo)體101，例如可在含有HF的乙醇溶液中使Si單晶基板2和鉑柵電極(未圖示)相對(duì)放置進(jìn)行浸漬。使在Si單晶基板2上設(shè)置的鋁電極(未圖示)作為陽極，鉑柵電極作為陰極，在用直流電源供電的同時(shí)，進(jìn)行陽極化學(xué)處理(參見圖9A)。這樣，可以形成從與HF接觸的面即Si單晶基板2的表面(圖8中為上面)開始到例如10微米深度的多孔質(zhì)化的多孔質(zhì)Si單晶層4(參見圖9B)。
多孔質(zhì)Si層4通過適當(dāng)改變陽極化學(xué)處理?xiàng)l件，例如，電流密度、電解液、處理時(shí)間、Si單晶基板2中的雜質(zhì)濃度，可以控制其氣孔率和深度。
接著，在形成多孔質(zhì)Si層的Si單晶基板2上，在H2氣氛中在1200℃的溫度下施以10分鐘的退火處理(參見圖9B)。只對(duì)多孔質(zhì)Si層4的表層的Si原子再排列，從表面開始再結(jié)晶化至數(shù)納米的深度，形成再結(jié)晶Si單晶層13(參見圖9C)。
接著，在繼續(xù)供給H2的狀態(tài)下，將Si單晶基板2的溫度降至900℃后，停止供給H2，并且，供給B2H6和PH3(參見圖9C)，在再結(jié)晶Si單晶層13上通過取向附生生長積層c-BP單晶層14(參見圖9D)。
接著，停止供給B2H6和PH3，在繼續(xù)供給H2的狀態(tài)下，將Si單晶基板2的溫度降低至例如800℃之后，代替H2供給CH3SiH3(參見圖9D)，在c-BP單晶層14上通過低溫生長積層3C-SiC低溫生長層15(參見圖9E)。3C-SiC低溫生長層15的厚度可以為數(shù)納米到1微米左右的范圍。
最后，停止供給CH3SiH3，在繼續(xù)供給H2的狀態(tài)下，將Si單晶基板2的溫度升高到1150℃之后，代替H2供給C3H8和SiH4，將Si單晶基板2的溫度保持在1150℃，在3C-SiC低溫生長層15上通過取向附生生長積層3C-SiC單晶膜12(參見圖8)。
另一方面，為了進(jìn)行比較，在Si單晶基板表面上與上述情況同樣，直接積層同樣厚度的3C-SiC單晶膜。
為了將實(shí)施例5的3C-SiC單晶膜2和在Si單晶基板上直接積層為了進(jìn)行比較的3C-SiC單晶膜的結(jié)晶性，用X射線衍射裝置(XRD)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。將實(shí)施例5的單晶膜的強(qiáng)度定為A，用于比較的單晶膜的強(qiáng)度定為B，形成圖10中表示的XRD搖擺曲線。橫軸為折射角2θ，縱軸為強(qiáng)度。由圖10可見，Si單晶基板和3C-SiC單晶膜之間的多孔質(zhì)Si層起到對(duì)因熱膨脹差引起的應(yīng)力的抑制緩和層的作用，而且，c-BP單晶層起到由晶格不匹配產(chǎn)生的應(yīng)力的抑制緩和層的作用，3C-SiC單晶膜的結(jié)晶性大幅度提高。
(實(shí)施例6)圖11是表示本發(fā)明另一實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體的示意性截面圖。
該化合物半導(dǎo)體16與實(shí)施例5的帶Si單晶基板3的不同，是獨(dú)立的基板。在厚度為10納米左右的再結(jié)晶Si單晶層13上，形成厚度為500納米左右的c-BP單晶層14和厚度為10納米左右的3C-SiC低溫生長層15，在其上形成厚度為100微米左右的3C-SiC單晶膜12。
為制造化合物半導(dǎo)體16，例如在實(shí)施例5的3C-SiC單晶膜2的積層后的降溫過程中在400℃下施加熱沖擊，將3C-SiC單晶膜3和Si單晶基板2在多孔質(zhì)Si層4處進(jìn)行割裂剝離。剩余的多孔質(zhì)Si層4用HF等除去。
另外，化合物半導(dǎo)體單晶膜的取向附生生長中使用的Si單晶基板也可以使用預(yù)先對(duì)多孔質(zhì)Si層在H2氣氛中施以退火處理，使基板最表面的Si原子再排列而再結(jié)晶化的單晶基板。在通常的氣相生長中，有由自然氧化膜的除去工序，也可以附加比這時(shí)的溫度稍高溫度的退火工序。這樣，可以促進(jìn)基板最表面的Si原子的再排列，并且在除去自然氧化膜的同時(shí)進(jìn)行最表面的再結(jié)晶化。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方案，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)記載的發(fā)明范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變形，它們當(dāng)然都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，化合物半導(dǎo)體生長用基板根據(jù)情況其本身可以用作化合物半導(dǎo)體，也可以將化合物半導(dǎo)體用作化合物半導(dǎo)體生長用基板。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板中，包括(1)Si單晶基板和(2)在該Si單晶基板的至少一個(gè)面形成的氣孔向外開放的多孔質(zhì)Si單晶層。
2.如權(quán)利要求1記載的化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于上述多孔質(zhì)Si單晶層的厚度為100納米～1000微米。
3.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板中，包括(1)Si單晶基板和(2)在該Si單晶基板的至少一個(gè)面上形成的表面被3C-SiC單晶層覆蓋的多孔質(zhì)Si單晶層。
4.如權(quán)利要求3記載的化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于上述3C-SiC單晶層的厚度為0.1～100納米。
5.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板中，在(1)Si單晶基板上形成(2)將該Si單晶基板的上部多孔質(zhì)化形成的多孔質(zhì)Si單晶層，該多孔質(zhì)Si單晶層的表層部分被碳化至所需的深度。
6.如權(quán)利要求5記載的化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于對(duì)上述多孔質(zhì)Si單晶層在碳原料氣氛中在800～1400℃的溫度下進(jìn)行熱處理，將其表層部分從表面開始碳化至0.1～100nm的深度。
7.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板中，包括(1)Si單晶基板、(2)在該Si單晶基板的至少一個(gè)面上形成的多孔質(zhì)Si單晶層和(3)在該多孔質(zhì)Si單晶層上形成的SiC單晶層。
8.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板中，包括(1)Si單晶基板、(2)在該Si單晶基板上形成的、其表層部分被碳化至所需深度的多孔質(zhì)Si單晶層和(3)在該多孔質(zhì)Si單晶層上形成的SiC單晶層。
9.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板中，包括(1)Si單晶基板、(2)在該Si單晶基板上形成的、其表層被再結(jié)晶化的多孔質(zhì)Si單晶層和(3)在該多孔質(zhì)Si單晶層上形成的SiC單晶層。
10.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板中，包括(1)Si單晶基板和(2)在該Si單晶基板的至少一個(gè)面上形成的、氣孔向外開放的多孔質(zhì)3C-SiC單晶層。
11.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板中，在(1)Si單晶基板上形成有(2)氣孔向外開放的多孔質(zhì)Si單晶層、(3)厚度為0.1～5微米的Si單晶層和(4)3C-SiC單晶層。
12.一種化合物半導(dǎo)體，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體中，包括(1)Si單晶基板、(2)在該Si單晶基板上形成的、其表層被再結(jié)晶化的多孔質(zhì)Si單晶層、(3)在該多孔質(zhì)Si單晶層上形成的c-BP單晶層和(4)在該c-BP單晶層上形成的化合物半導(dǎo)體單晶膜。
13.一種化合物半導(dǎo)體，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體中，包括(1)Si單晶基板、(2)在上述Si單晶基板上形成的多孔質(zhì)Si單晶層、(3)在上述多孔質(zhì)Si單晶層上形成的SiC單晶層和(4)在上述SiC單晶層上形成的3C-SiC單晶層。
14.如權(quán)利要求13記載的化合物半導(dǎo)體，其特征在于上述SiC單晶層的厚度為0.1～5微米。
15.如權(quán)利要求13記載的化合物半導(dǎo)體，其特征在于上述Si單晶基板通過多孔質(zhì)Si單晶層的割裂剝離而被除去。
16.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法中，(1)將Si單晶基板的至少一個(gè)表面部分多孔質(zhì)化，形成多孔質(zhì)Si單晶層，(2)對(duì)上述多孔質(zhì)Si單晶層在碳原料氣氛中在800～1400℃的溫度下進(jìn)行熱處理，將其全部碳化。
17.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法中，(1)將Si單晶基板的至少一個(gè)表面部分多孔質(zhì)化，形成多孔質(zhì)Si單晶層，(2)在上述多孔質(zhì)Si單晶層上通過氣相生長積層厚度為0.1～5微米的Si單晶膜，(3)將上述Si單晶膜在碳原料氣氛中在800～1400℃的溫度下進(jìn)行熱處理，使其表面部分碳化。
18.如權(quán)利要求17記載的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法，其特征在于在上述Si單晶層的上部碳化之后，通過多孔質(zhì)Si單晶層的割裂剝離，除去Si單晶基板。
19.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法中，(1)從Si單晶基板的表面開始直至300納米～50微米的深度形成多孔質(zhì)Si層，(2)在H2氣氛中，在800～1200℃的溫度下進(jìn)行退火處理，使上述多孔質(zhì)Si層的表層從表面開始再結(jié)晶化至0.1納米～1微米的深度。
20.一種化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法，其特征在于在使用Si單晶基板的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法中，(1)從Si單晶基板的表面開始直至300納米～50微米的深度形成多孔質(zhì)Si層，(2)在H2氣氛中，在800～1200℃的溫度下進(jìn)行退火處理，使上述多孔質(zhì)Si層的表層從表面開始再結(jié)晶化至0.1納米～1微米的深度，(3)在該再結(jié)晶Si單晶層上通過取向附生生長積層c-BP單晶層，(4)在該c-BP單晶層上通過取向附生生長積層化合物半導(dǎo)體單晶膜。
21.一種化合物半導(dǎo)體的制造方法，其特征在于在由權(quán)利要求20記載的化合物半導(dǎo)體生長用基板的制造方法形成的化合物半導(dǎo)體單晶膜積層后，在多孔質(zhì)Si層處割裂剝離化合物半導(dǎo)體單晶膜和Si單晶基板。
全文摘要
化合物半導(dǎo)體生長用基板1在厚度為300微米的Si單晶基板2的至少一個(gè)面上形成多孔質(zhì)Si單晶4。多孔質(zhì)Si單晶4的氣孔向外開放。多孔質(zhì)Si單晶4的表面被厚度為1納米的3C－SiC單晶層3覆蓋。多孔質(zhì)Si單晶4的厚度例如為10微米。
文檔編號(hào)H01L21/302GK1702838SQ200410081169
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者小宮山純, 阿部芳久, 鈴木俊一, 中西秀夫, 喜多徹 申請(qǐng)人:東芝陶瓷股份有限公司