半導体基板の製造方法、半導体基板、電子デバイスの製造方法、および反応装置
【課題】耐熱性の低い部分を有する基板に加熱処理をして半導体基板を製造する。
【解決手段】単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とを備えるベース基板を熱処理して半導体基板を製造する方法であって、被保護部の上方に、ベース基板に照射される電磁波から被保護部を保護する保護層を設ける段階と、ベース基板の全体に電磁波を照射することにより被熱処理部をアニールする段階とを備える半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とを備えるベース基板を熱処理して半導体基板を製造する方法であって、被保護部の上方に、ベース基板に照射される電磁波から被保護部を保護する保護層を設ける段階と、ベース基板の全体に電磁波を照射することにより被熱処理部をアニールする段階とを備える半導体基板の製造方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の製造方法、半導体基板、電子デバイスの製造方法、および反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、活性領域にＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた各種の高機能電子デバイスが開発されている。上記化合物半導体の結晶性は、電子デバイスの性能に大きく影響するので、結晶性に優れた化合物半導体を形成することが求められている。例えば、ＧａＡｓ系の化合物半導体を活性領域に用いた電子デバイスを製造する場合には、上記化合物半導体と格子整合できるＧａＡｓ基板上またはＧｅ基板上などに結晶薄膜をエピタキシャル成長させることで、良質な結晶薄膜を得ている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、ＧａＡｓ基板、ＡｌＧａＡｓのバッファ層、ＧａＡｓのチャネル層およびＧａＡｓのコンタクト層がこの順に配置された、化合物半導体エピタキシャルウエハおよび化合物半導体装置を開示する。化合物半導体の結晶薄膜は気相エピタキシャル成長法により形成される。
【０００４】
一方、非特許文献１は、Ｓｉ基板（ベース基板）にエピタキシャル成長したＧｅの結晶薄膜にサイクル熱アニールを施すことで、結晶薄膜の結晶性が向上することを開示する。例えば、８００〜９００℃で熱アニールを施すことで、平均転位密度が２．３×１０６ｃｍ−２のＧｅ結晶薄膜が得られる。ここで、平均転位密度は格子欠陥密度の一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４５８１２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈｓｉｎ−Ｃｈｉａｏ Ｌｕａｎ ｅｔ．ａｌ． 「Ｈｉｇｈ−ｑｕａｌｉｔｙ Ｇｅ ｅｐｉｌａｙｅｒｓ ｏｎ Ｓｉ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｔｈｒｅａｄｉｎｇ−ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ」、ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬＵＭＥ ７５， ＮＵＭＢＥＲ １９、８ ＮＯＶＥＭＢＥＲ １９９９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＧａＡｓ基板上またはＧｅ基板上にＧａＡｓ系の化合物半導体を結晶成長させることで、チャネル層の結晶性を向上させることができるが、ＧａＡｓ基板およびＧｅ基板等はＳｉ基板より高価なので、電子デバイスの製造コストが増加する。また、これらの基板は放熱特性が十分ではないので、デバイスの形成密度が制限され、または、デバイスの使用温度が制限される。そこで、Ｓｉ基板のような安価で放熱特性に優れた基板を用いて、良質な化合物半導体の結晶薄膜を備えた半導体基板および電子デバイスが求められている。
【０００８】
Ｓｉ基板に形成されたＧｅ薄膜に、８００〜９００℃のアニールを施すことで、Ｇｅ薄膜の結晶性を向上させることができる。しかし、基板が耐熱性の低い部分を有する場合には、８００〜９００℃でアニールを実施できない。即ち、係る方法を電子デバイスの製造に用いる場合には、電子デバイスの製造工程が大きく制限される。また、電子デバイスの熱設計が非常に複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とが設けられたベース基板を熱処理して半導体基板を製造する方法であって、被保護部の上方に、ベース基板に照射される電磁波から被保護部を保護する保護層を設ける段階と、ベース基板の被熱処理部および被保護部に電磁波を照射することにより被熱処理部をアニールする段階とを備える半導体基板の製造方法を提供する。当該製造方法は、例えば、被保護部として電子素子をベース基板に形成する段階をさらに備える。ここで、電子素子はシリコンデバイスを含む。被保護部として電子素子の活性領域をベース基板に形成する段階をさらに備えてもよい。ベース基板は、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板、およびＧａＡｓ基板のいずれか１つである。
【００１０】
保護層を設ける段階の前に、被保護部として金属配線を形成する段階をさらに備え、保護層を設ける段階において、金属配線の上方に保護層を設けてもよい。金属配線を形成する段階においては、例えば、複数の金属配線と、複数の金属配線の各々の間を絶縁する絶縁膜とを形成する。金属配線は例えばＡｌである。アニールする段階においては、金属配線の温度を６５０℃以下に維持することが好ましい。
【００１１】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含む被熱処理部をベース基板に設ける段階をさらに備えてもよい。この場合、例えばアニールする段階の後に、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階をさらに備える。アニールする段階において、被熱処理部を設ける段階の後、ベース基板を大気に曝すことなく、被熱処理部をアニールしてもよい。さらに、被熱処理部を設ける段階とアニールする段階とを同一反応容器内で実行してもよい。３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階においては、アニールする段階で電磁波を照射した光源を用いて、ベース基板に再度電磁波を照射してもよい。
【００１２】
アニールする段階において、ベース基板全体に均一に電磁波を照射してもよい。アニールする段階においては、例えば、パルス状に複数回ベース基板に電磁波を照射する。アニールする段階においては、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）の格子欠陥密度を例えば１０５ｃｍ−２以下に低減させる。被熱処理部が設けられたベース基板の主面の裏面側から加熱しながら、ベース基板の主面側から電磁波を照射してもよい。
【００１３】
保護層を設ける段階において、被熱処理部の前駆体が結晶に成長することを阻害し、かつ、ベース基板に照射される電磁波から被保護部を保護する阻害層をベース基板上に形成し、ベース基板にまで貫通する開口を阻害層に形成する段階と、開口内に被熱処理部としてのシード結晶を設ける段階とをさらに備え、アニールする段階において、電磁波を照射することによりシード結晶もアニールしてもよい。保護層を設ける段階において、阻害層上に電磁波の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽層をさらに形成してもよい。
【００１４】
アニールする段階の後に、一例として、当該シード結晶に格子整合または擬格子整合する化合物半導体を結晶成長させる段階をさらに備える。例えば、シード結晶はＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）であり、化合物半導体は、３−５族化合物半導体である。
【００１５】
保護層は、例えば、被保護部よりも電磁波の反射率が大きい。保護層は、熱伝導を抑制する熱伝導抑制層と、熱伝導抑制層上に設けられ、熱伝導抑制層よりも電磁波の反射率が大きい遮蔽層を有し、熱伝導抑制層の熱伝導率は遮蔽層の熱伝導率よりも小さくてもよい。熱伝導抑制層の熱伝導率は、被保護部の熱伝導率よりも小さいことが好ましい。
【００１６】
熱伝導抑制層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、またはポリイミドのいずれかを含む。遮蔽層は、例えば、電磁波の少なくとも一部を反射する反射層を有する。遮蔽層は、電磁波の少なくとも一部を散乱する散乱層を有してもよい。遮蔽層は、電磁波の少なくとも一部を吸収する吸収層を有してもよい。電磁波に対する吸収層の吸収係数は、電磁波に対する被熱処理部の吸収係数より大きい。
【００１７】
本発明の第２の態様においては、ベース基板と、ベース基板上に形成され、活性領域を有する電子素子と、ベース基板上に設けられたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）と、活性領域を覆い、ベース基板に照射される電磁波から活性領域を保護する保護層とを備える半導体基板を提供する。半導体基板は、電子素子上に形成され、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体が結晶に成長することを阻害し、かつ、保護層として機能する阻害層をさらに備え、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）は、ベース基板にまで阻害層を貫通する開口内に設けられていてもよい。阻害層上に、電磁波の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽層をさらに備えてもよい。
【００１８】
本発明の第３の態様においては、第１の電子素子と第２の電子素子とを備える電子デバイスの製造方法であって、ベース基板上に第１の電子素子を形成する段階と、ベース基板に照射される電磁波から第１の電子素子を保護する保護層を設ける段階と、ベース基板上にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を設ける段階と、ベース基板に電磁波を照射することによりＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶をアニールする段階と、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階と、３−５族化合物半導体上に、第１の電子素子と電気的に結合される第２の電子素子を形成する段階とを備える電子デバイスの製造方法が提供される。
【００１９】
電子デバイスの製造方法は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体が結晶に成長することを阻害し、且つ、電磁波から第１の電子素子を保護する阻害層を、少なくとも第１の電子素子を覆うように形成する段階と、第１の電子素子を覆う領域以外の阻害層の領域に、ベース基板にまで貫通する開口を形成する段階と、開口内でＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体を結晶に成長させ、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を設ける段階とをさらに備えてもよい。第１の電子素子を覆う阻害層の領域上に電磁波を遮蔽する遮蔽層を設ける段階をさらに備えてもよい。
【００２０】
例えば、第１の電子素子は、第２の電子素子の駆動回路、第２の電子素子の入出力特性における線形性を改善する補正回路、および第２の電子素子の入力段の保護回路のうちの少なくとも１つの回路に含まれる電子素子であり、第２の電子素子は、アナログ電子デバイス、発光デバイス、および受光デバイスのうちの少なくとも１つのデバイスに含まれる電子素子である。
【００２１】
本発明の第４の態様においては、単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とを備えるベース基板を保持する反応容器と、ベース基板における、被保護部および被熱処理部が形成されている主面側から電磁波を照射する照射部と、主面の裏面側からベース基板全体を加熱する加熱部と、ベース基板の温度を測定する加熱温度測定部と、被保護部の温度および被熱処理部の温度を測定する温度測定部と、加熱温度測定部および温度測定部の測定結果に基づいて照射部および加熱部を制御する制御部とを備える反応装置を提供する。
【００２２】
温度測定部は、一例として、被保護部からの放射熱および被熱処理部からの放射熱に基づいて、被保護部の温度および被熱処理部の温度を測定する。温度測定部は、被保護部の温度および被熱処理部の温度を順次測定してもよい。
【００２３】
制御部は、例えば、加熱温度測定部の測定結果に基づいて、照射部が電磁波を照射する照射期間と、照射部が電磁波を照射しない非照射期間とを決定する。ベース基板と照射部との間に、被保護部の吸収係数が被熱処理部の吸収係数よりも大きい電磁波の波長成分を遮断するフィルタをさらに備えてもよい。
【００２４】
反応装置は、例えば、反応容器の内部に原料ガスを供給するガス供給部をさらに備え、反応容器の内部で原料ガスを反応させて被熱処理部上に化合物半導体を結晶成長させる。反応装置においては、原料ガスの温度および原料ガスとともに供給されるキャリアガスの温度がベース基板の温度よりも低く、原料ガスは、化合物半導体を結晶成長させる間にベース基板を冷却してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】半導体基板１１０の断面の一例を概略的に示す。
【図２】半導体基板２１０の断面の一例を概略的に示す。
【図３】熱伝導抑制層２５４の表面温度および裏面温度の変化の一例を示す。
【図４】半導体基板４１０の断面の一例を概略的に示す。
【図５】電子デバイス５００の断面の一例を概略的に示す。
【図６】電子デバイス５００の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。
【図７】半導体基板５１０の製造過程における断面の一例を概略的に示す。
【図８】半導体基板５１０の製造過程における断面の一例を概略的に示す。
【図９】半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。
【図１０】半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。
【図１１】半導体基板５１０の断面の一例を概略的に示す。
【図１２】熱処理装置１２００の断面の一例を概略的に示す。
【図１３】半導体基板１１０の断面の一例を概略的に示す。
【図１４】半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。
【図１５】熱処理炉１２１０から取り出した半導体基板９１０の断面ＴＥＭ写真である。
【図１６】熱処理されていないＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶２０００を有する半導体基板９１０の断面ＴＥＭ写真である。
【図１７】ＨＢＴのコレクタ電圧に対するコレクタ電流を示す。
【図１８】電流増幅率が１となる最大発振周波数を得るための実験データを示す。
【図１９】３−５族化合物半導体５６６の成長速度と、被覆領域の大きさおよび開口５５６の大きさとの関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、実施形態について説明するが、図面の記載において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省く場合がある。なお、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、説明の都合上、図面相互間においても互いの寸法の関係又は比率が異なる部分が含まれる場合がある。
【００２７】
図１は、半導体基板１１０の断面の一例を概略的に示す。半導体基板１１０は、ベース基板１２０を熱処理することによって製造される。ベース基板１２０は、第１主面１２２および第２主面１２４を有する。ベース基板１２０には、単結晶層を有し熱処理される被熱処理部１３０と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部１４０とが設けられている。被熱処理部１３０は第１主面上に設けられている。被保護部１４０は、一例として、第１主面１２２上の被熱処理部１３０が設けられる領域以外の領域に設けられている。
【００２８】
半導体基板１１０の製造において、被保護部１４０の上方に保護層１５０を設けた後に、被熱処理部１３０および被保護部１４０を含むベース基板１２０の領域に電磁波を照射する。例えばベース基板１２０の表面の全体に電磁波を照射する。保護層１５０は、ベース基板１２０に照射される電磁波１０から被保護部１４０を保護する。これにより、被熱処理部１３０を選択的に加熱する。つまり、被熱処理部１３０を選択的に加熱することにより、被熱処理部１３０および被保護部１４０のうち、被熱処理部１３０だけが選択的にアニールされた半導体基板１１０を製造できる。
【００２９】
ここで、選択的に加熱するとは、ベース基板１２０上の特定の領域に、他の領域に比べて多くの熱を与えることをいう。また、本明細書において、「Ａの上方」とは、「Ａ」を起点として、被熱処理部１３０に照射される電磁波１０の照射源に向かう方向に延伸する線上における、「Ａ」の面上を含む任意の位置をいう。「Ａ」は、例えば、ベース基板１２０、被熱処理部１３０、および被保護部１４０などである。
【００３０】
つまり「Ａの上方」とは、「Ａ」および電磁波１０を照射する照射源の間の任意の位置を指してよい。より具体的には、保護層１５０およびベース基板１２０の間に被保護部１４０が挟まれるように、保護層１５０が設けられる。例えば、「被保護部１４０の上方」とは、被保護部１４０の表面を起点として、ベース基板１２０の第２主面１２４から第１主面１２２に向かう方向に延伸する線上の位置に相当する。
【００３１】
同様に、「Ａの下方」とは、「Ａ」を起点として、被熱処理部１３０に照射される電磁波の照射源に向かう方向と反対の方向に延伸する線上における任意の位置をいう。つまり「Ａの下方」とは、「Ａ」を起点として、「Ａの上方」とは逆側の任意の位置を指してよい。
【００３２】
ベース基板１２０は、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、およびＧａＡｓ基板のうち、いずれか１つの基板である。Ｓｉ基板は単結晶Ｓｉ基板であってもよい。また、ベース基板１２０は、サファイア基板、ガラス基板、ＰＥＴフィルム等の樹脂基板であってもよい。
【００３３】
ベース基板１２０をアニールする場合に、被熱処理部１３０は選択的に加熱される。被熱処理部１３０は半導体の単結晶である。被熱処理部１３０は、例えば、化学気相析出法（ＣＶＤ法と称する場合がある。）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法と称する場合がある。）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法と称する場合がある。）、または原子層成長法（ＡＬＤ法と称する場合がある。）により形成される。被熱処理部１３０は、例えば３−５族化合物半導体またはＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶である。
【００３４】
アニールするときの雰囲気は、水素と不活性ガスの混合雰囲気が好ましい。大気中または不活性ガス中でアニールすると、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の表面にピット（穴）が形成されることがある。アニールするときの雰囲気が水素と不活性ガスの混合雰囲気の場合、水素濃度は混合雰囲気の９０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは９５％以上である。アニールするときの圧力は、例えば約２０ｋＰａ以下の圧力である。
【００３５】
被熱処理部１３０は、例えば、ベース基板１２０の第１主面１２２に接して形成されたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を含む。ここで、ｘは、０≦ｘ＜１を満たす実数を表す。ベース基板と上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶との間に、例えばＳｉ結晶などの層が設けられていてもよい。上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の内部には、ベース基板１２０と上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶との格子定数の違い等により、格子欠陥等の欠陥が発生する場合がある。上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を加熱してアニールを施すことにより、上記欠陥が上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の内部を移動して、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の界面もしくは表面、または、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の内部ゲッタリングシンク等に捕捉される。その結果、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の表面まで到達する貫通転位に代表される欠陥の密度が低減された領域を有する、良質のＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶が得られる。
【００３６】
例えば、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶は、結晶内部を移動する欠陥を捕捉する欠陥捕捉部を有する。一例として、欠陥捕捉部は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶に含まれる任意の点からの最大距離が、上記アニールの温度および時間において欠陥が移動可能な距離以下となるように配置される。ここで、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の界面、阻害層に設けられた開口の側壁と上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶との界面、または、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の内部ゲッタリングシンクは、欠陥捕捉部の一例である。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶は、最大の幅が、上記アニールの温度および時間において上記欠陥が移動する距離の２倍を越えない大きさに形成されてもよい。
【００３７】
被熱処理部１３０はベース基板の一部であってもよい。例えば、ベース基板１２０としてＧｅ基板またはＧＯＩ基板を用いる場合には、Ｇｅ基板またはＧＯＩ基板に含まれるＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶層（０≦ｘ＜１）の少なくとも一部が被熱処理部１３０となる。この場合には、ベース基板１２０は被熱処理部１３０の少なくとも一部を囲む保温部を有してもよい。保温部の材料は、熱伝導率が小さな材料であることが好ましい。これにより、被熱処理部１３０に照射された電磁波１０のエネルギーが効率よく利用される。
【００３８】
被熱処理部１３０は、半導体デバイスの不純物領域となる領域であってもよい。例えば、被熱処理部１３０は、イオン注入等により不純物が導入された不純物注入領域である。この場合、例えば、不純物注入領域となる領域の少なくとも一部に、イオン注入等により不純物が導入される。その後、上記領域を加熱してアニールを施すことにより、当該領域の結晶性が回復して、不純物が活性化された不純物注入領域が形成される。
【００３９】
また、被熱処理部１３０は、熱処理により不純物が拡散した不純物拡散領域であってもよい。この場合、例えば、不純物拡散領域となる領域の少なくとも一部に、塗布法またはＣＶＤ法等により不純物拡散源が形成される。その後、上記領域を加熱してアニールを施すことにより、不純物拡散領域が形成される。
【００４０】
不純物領域は、例えば、ＭＩＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のウェル、ソース領域またはドレイン領域である。ＭＩＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。
【００４１】
被保護部１４０は、保護層１５０によって、ベース基板１２０に照射される電磁波１０から保護される。具体的には、被保護部１４０は、ベース基板１２０の表面全体に電磁波１０が照射された場合に、被熱処理部１３０の最高到達温度よりも低い温度に維持される。被保護部１４０は、ベース基板１２０の被熱処理部１３０以外の部分に配置される。一例として、被保護部１４０は、ベース基板１２０の第１主面１２２に形成される。
【００４２】
被保護部１４０は、被熱処理部１３０よりも耐熱性が低い領域を含む。例えば被保護部１４０は、被熱処理部１３０よりも低い温度で、特性が許容範囲外まで変化する領域を含む。被保護部１４０には、例えば、Ｓｉ半導体素子もしくは３−５族化合物半導体素子などの電子素子、または、それらの電子素子の一部が形成される。
【００４３】
被保護部１４０は、例えば、半導体基板１１０に形成される電子素子の活性領域を含む。電子素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＩＳＦＥＴ、ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体デバイス、半導体レーザー、発光ダイオード、発光サイリスタ等の発光デバイス、光センサー、受光ダイオード等の受光デバイス、太陽電池のようなデバイスに含まれる能動素子である。電子素子の活性領域は、例えば、電界効果トランジスタのチャネル領域、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ接合領域、またはダイオードのアノード・カソード接合領域である。電子素子は、抵抗、キャパシタ、インダクタ等の受動素子であってもよい。
【００４４】
被保護部１４０は、接触して設けられる半導体および誘電体を含んでよい。半導体および誘電体の界面は、例えば、ＭＯＳＦＥＴの活性領域に形成されるＭＯＳゲート界面として用いられる。ＭＯＳゲート界面は耐熱性が低い。従って、当該界面が高温条件に長時間晒されると、上記ＭＯＳＦＥＴの特性が悪化する場合があるので、電磁波１０から保護されることが好ましい。
【００４５】
被保護部１４０は、半導体デバイスの不純物領域、または、高濃度に不純物ドープされたエピタキシャル成長層を含んでもよい。不純物領域は、例えば、上述した不純物注入領域または不純物拡散領域である。不純物領域またはエピタキシャル成長層は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のＭＩＳＦＥＴのウェル、ソース領域、またはドレイン領域である。
【００４６】
不純物領域およびエピタキシャル成長層は、加熱により特性が変化する。例えば、不純物拡散領域に含まれる不純物は、加熱により拡散する。不純物領域およびエピタキシャル成長層が形成された後で、当該不純物領域等が高温に晒される場合には、半導体デバイスの熱設計が複雑になるので、不純物領域等は電磁波１０から保護されることが好ましい。
【００４７】
被保護部１４０は、金属配線を含んでもよい。被保護部１４０の少なくとも一部として金属配線を形成した後に、金属配線の上方に保護層１５０を設けてもよい。保護層１５０は、金属配線の温度を、当該金属配線の融点よりも低く維持する。例えば、金属配線がＡｌを含む場合、Ａｌの融点が６６０℃なので、保護層１５０は、金属配線の温度を例えば６５０℃以下に維持することが好ましい。金属配線はベース基板１２０に形成される電子素子と接続されてもよい。
【００４８】
被保護部１４０には、複数の金属配線が形成されてもよい。被保護部１４０は、当該複数の金属配線の各々の間を絶縁する絶縁膜を有することが好ましい。絶縁膜は、例えばポリイミドにより形成される。絶縁膜がポリイミドで形成される場合には、保護層１５０は、絶縁膜の温度を例えば５００℃以下に維持することが好ましい。
【００４９】
保護層１５０は、被保護部１４０を電磁波１０から保護する。保護層１５０は、例えば、被保護部１４０に到達する電磁波１０の強度を弱めることで、被保護部１４０を保護する。また、保護層１５０は、例えば電磁波１０を吸収することで保護層１５０において発生した熱が、被保護部１４０に伝導するのを抑制することにより、被保護部１４０を保護する。
【００５０】
保護層１５０は、電磁波１０の透過方向Ｚに対して、保護層１５０、被保護部１４０の順に配置される。透過方向Ｚとは、ベース基板１２０の第１主面１２２から第２主面１２４に向かい、第１主面１２２に略垂直な方向である。電磁波１０は、透過方向Ｚ以外の方向に照射されてもよい。
【００５１】
ここで、本明細書において、「略垂直な方向」とは、厳密に垂直な方向だけでなく、基板および各部材の製造誤差を考慮して、垂直からわずかに傾いた方向をも含む。また、「透過方向Ｚ」とは、方向を表現する目的で「透過」という文言が用いられており、現実に、電磁波１０が透過することを要件とするものではない。例えば、電磁波１０が保護層１５０により遮蔽される場合も含まれる。
【００５２】
保護層１５０は、例えば、電磁波１０の少なくとも一部を遮蔽して、被保護部１４０に到達する電磁波の強度を弱める。保護層１５０は、電磁波１０の少なくとも一部を反射、散乱、または吸収することで、被保護部１４０に到達する電磁波１０の強度を弱めてもよい。このように、保護層１５０は被保護部１４０を電磁波１０から保護する。従って、被熱処理部１３０および被保護部１４０に電磁波１０が照射された場合であっても、被保護部１４０の最高到達温度は、被熱処理部１３０の最高到達温度より低い温度に維持される。即ち、ベース基板１２０にフラッシュアニールを施す場合のように、電磁波１０により、ベース基板１２０の広い面積を一度に加熱する場合であっても、被熱処理部１３０を選択的に加熱することができる。
【００５３】
保護層１５０は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属薄膜を有する。これにより、保護層１５０は、電磁波１０の少なくとも一部を反射できる。保護層１５０は、微粒子を含む樹脂層、または、屈折率の異なる誘電体に微粒子を分散させた層を有してもよい。これにより、保護層１５０は電磁波１０の少なくとも一部を散乱できる。保護層１５０は、アモルファスシリコンを有してもよい。これにより、保護層１５０は電磁波１０の少なくとも一部を吸収できる。保護層１５０はそれぞれ異なる材質の複数の層を有してよい。
【００５４】
被熱処理部１３０の平均転位密度を低減することを目的として、ベース基板１２０に電磁波１０が照射される。電磁波１０の波長は、被熱処理部１３０における電磁波１０の吸収係数がピークを示す波長であってよい。また、電磁波１０の波長は、電磁波１０の一部が被保護部１４０に吸収されずに透過する波長であってもよい。電磁波１０の波長を上記の通り選択することで、被熱処理部１３０および被保護部１４０に直接電磁波１０が照射された場合であっても、被熱処理部１３０を選択的に加熱できる。
【００５５】
例えば、照射される電磁波１０の波長において、被熱処理部１３０における電磁波１０の吸収係数は、被保護部１４０における電磁波１０の吸収係数より大きい。具体的には、電磁波１０は、波長が１２００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下の光である。上記光は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）には吸収されるが、Ｓｉ結晶には吸収されないで透過する。これにより、Ｓｉデバイスの熱損傷を抑制しつつ、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を選択的に加熱できる。
【００５６】
図２は、半導体基板２１０の断面の一例を概略的に示す。半導体基板２１０は、図１に示した半導体基板１１０の保護層１５０に代えて、遮蔽層２５２と熱伝導抑制層２５４とを有する保護層２５０を設けて製造される。遮蔽層２５２、熱伝導抑制層２５４、および被保護部１４０は、電磁波１０の透過方向Ｚに対して、この順に配置される。半導体基板２１０が保護層１５０の代わりに保護層２５０を備える以外は、半導体基板２１０と半導体基板１１０とは同様の構成を有し、また、同様の工程で製造される。そこで、保護層２５０以外の構成については説明を省略する。
【００５７】
遮蔽層２５２は、電磁波１０の少なくとも一部を遮蔽する。遮蔽層２５２は、例えば、電磁波１０の少なくとも一部を反射する反射層を有する。遮蔽層２５２における電磁波１０の反射率は、被保護部１４０における電磁波１０の反射率よりも大きいことが好ましい。
【００５８】
反射層は金属薄膜を含んでもよい。金属薄膜は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属を含む薄膜である。反射層は、例えば、真空蒸着法により形成できる。遮蔽層２５２は複数の材料から構成されてよい。遮蔽層２５２は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層もしくは酸化アルミニウム層、または、これらを積層した層を含む。金属薄膜は、これらの層の内部に埋め込まれるように配置されてもよい。
【００５９】
遮蔽層２５２は、電磁波１０の少なくとも一部を散乱させる散乱層を有してもよい。散乱層は、例えば、微粒子を含む樹脂層、または、屈折率の異なる誘電体に微粒子を分散させた層を含む。散乱層は、例えば、塗布法により形成できる。微粒子は、コロイダルシリカ等のセラミックの透明な微粒子であってもよい。微粒子は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層もしくは酸化アルミニウム層、または、これらを積層した層の内部に埋め込まれるように配置されてもよい。
【００６０】
散乱層は、遮蔽層２５２の内部に入射した電磁波１０の少なくとも一部を散乱させて電磁波１０の進行方向を変化させる。これにより、遮蔽層２５２の内部における電磁波１０の移動距離が長くなり、遮蔽層２５２における電磁波１０の吸収量を向上させる。
【００６１】
遮蔽層２５２は、電磁波１０の少なくとも一部を吸収して熱エネルギー等に変換する吸収層を有してもよい。電磁波１０の吸収層における吸収係数は、電磁波１０の被熱処理部１３０における吸収係数より大きいことが好ましい。吸収層は、アモルファスシリコン、ゲルマニウム等の吸収体を含んでよい。吸収層は、例えば、ＣＶＤ法により形成できる。吸収体は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層もしくは酸化アルミニウム層、または、これらを積層した層の内部に埋め込まれるように配置されてもよい。
【００６２】
遮蔽層２５２は、散乱層および吸収層において電磁波１０を吸収して生じる熱を、遮蔽層２５２表面および側面からの熱輻射、および、遮蔽層２５２表面に接する空間中の気流への電熱により放散することが好ましい。以上の構成を採用することにより、遮蔽層２５２は、電磁波１０の少なくとも一部を遮蔽できる。これにより、保護層２５０は、被保護部１４０を電磁波１０から保護できる。なお、遮蔽層２５２は、反射層、散乱層、および吸収層のうちの複数の層を有してよい。
【００６３】
熱伝導抑制層２５４は、遮蔽層２５２と被保護部１４０との間に配置される。熱伝導抑制層２５４は、電磁波１０の照射により遮蔽層２５２で発生した熱が被保護部１４０に到達することを抑制する。
【００６４】
遮蔽層２５２で発生した熱エネルギーの一部は、遮蔽層２５２と熱伝導抑制層２５４との間の接触熱抵抗により熱伝導が抑制される。また、遮蔽層２５２で発生した熱が熱伝導抑制層２５４の内部を伝熱する間に、熱伝導抑制層２５４の内部に温度分布が発生する。その結果、遮蔽層２５２の表面２５７、熱伝導抑制層２５４の表面２５８および裏面２５９における最高到達温度は、この順に低下する。熱伝導抑制層２５４の熱伝導率は、遮蔽層２５２の熱伝導率より小さいことが好ましい。また、熱伝導抑制層２５４の熱伝導率は、被熱処理部１３０の熱伝導率より小さいことが好ましい。
【００６５】
ベース基板１２０の第２主面１２４は、遮蔽層２５２の表面２５７よりも低い温度に維持されることが好ましい。これにより、熱伝導抑制層２５４の内部に温度分布を生じさせることができ、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９における最高到達温度を低下させることができる。
【００６６】
熱伝導抑制層２５４は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、または、ポリイミド等の耐熱樹脂を含んでよい。熱伝導抑制層２５４は、複数の層から形成されてもよい。具体的には、熱伝導抑制層２５４は、被保護部１４０に接する断熱層を有してもよい。さらに、熱伝導抑制層２５４は、熱伝導率の大きな材料で形成された伝熱路により、電磁波１０の照射により発生した熱を被保護部１４０に接する面以外の面に誘導して放熱させてもよい。
【００６７】
図３は、熱伝導抑制層２５４の表面２５８の温度および裏面２５９の温度の変化の一例を示す。同図において、横軸および縦軸はそれぞれ時間および温度を表す。図３の例では、遮蔽層２５２として電磁波１０を吸収する吸収層を用いる。また、図３は、ベース基板１２０が予備加熱されており、第２主面１２４が表面２５８より低い温度に維持されている場合の温度変化を示す。
【００６８】
時間ｔ０において、点線３２に示すパルス状の電磁波１０が、ベース基板１２０に照射される。その結果、熱伝導抑制層２５４の表面２５８の温度は急速に上昇する。そして、Ｚ方向に熱が伝わり、表面２５８から裏面２５９に向かって一定の熱流が生じる。実線３４は、熱伝導抑制層２５４の表面２５８における温度の経時変化の一例を示す。実線３６は、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９における温度の経時変化の一例を示す。
【００６９】
実線３４および実線３６に示すとおり、時間ｔ０における表面２５８および裏面２５９の温度は、ほぼＴ０で等しい。電磁波１０の照射に伴い、遮蔽層２５２の表面２５７の温度は、瞬間的に上昇する。遮蔽層２５２で発生した熱は、熱伝導抑制層２５４の表面２５８に到達する。
【００７０】
実線３４に示すとおり、熱伝導抑制層２５４の表面２５８の温度は、時間ｔ０の後しばらくすると上昇し始める。その後、時間ｔ４において、最高到達温度Ｔ４に到達した後、徐々に低下する。熱伝導抑制層２５４の表面２５８に到達した熱は、熱伝導抑制層２５４の内部を伝わり、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９に到達する。実線３６に示すとおり、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９の温度は、表面２５８より遅れて上昇し始め、時間ｔ６において、最高到達温度Ｔ６に到達した後、徐々に低下する。
【００７１】
熱伝導抑制層２５４の裏面２５９の最高到達温度Ｔ６は、熱伝導抑制層２５４の厚さおよび熱伝導率等に応じて、表面２５８の最高到達温度Ｔ４よりも低くなる。これにより、遮蔽層２５２と被保護部１４０との間に熱伝導抑制層２５４を配置することで、被保護部１４０を電磁波１０から保護できることがわかる。
【００７２】
最高到達温度Ｔ６は、式（１）より求まる。式（１）は一次元の熱拡散方程式であり、式（１）に示すとおり、熱伝導抑制層２５４のＺ方向の厚みが大きいほど、最高到達温度Ｔ６は低くなる。式（１）において、ｔは、時間［ｓ］を表す。ｚは、Ｚ方向の位置［ｍ］を表す。Ｔは、位置ｚにおける温度［Ｋ］を表す。αは、熱伝導抑制層２５４の熱拡散率［ｍ２／ｓ］を表す。
【数１】
【００７３】
熱拡散率αは、式（２）で表される。式（２）において、λは、熱伝導抑制層２５４の熱伝導率［Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ］を表す。Ｃｐは、熱伝導抑制層２５４の定圧比熱［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］を表す。ρは、熱伝導抑制層２５４の密度［ｋｇ／ｍ３］を表す。式（２）より、熱伝導抑制層２５４の熱伝導率が小さいほど、また、熱伝導抑制層２５４の定圧比熱および密度が大きいほど、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９が最高到達温度Ｔ6に到達する時間は遅くなり、また、その最高到達温度Ｔ６は低くなる。
α ＝ λ／（Ｃｐ×ρ） ・・・（２）
【００７４】
以上より、熱伝導抑制層２５４の熱拡散率は、被熱処理部１３０の熱拡散率より小さいことが好ましい。なお、熱伝導抑制層２５４の熱拡散率が、被熱処理部１３０の熱拡散率より大きい場合であっても、熱伝導抑制層２５４の厚みを適切に設定すれば、被保護部１４０に接する熱伝導抑制層２５４の裏面２５９の最高到達温度Ｔ6は低くなるので、被保護部１４０を保護できる。
【００７５】
図４は、半導体基板４１０の断面の他の例を概略的に示す。本例の半導体基板４１０は、ベース基板４２０、阻害層４２６、シード結晶４６２、化合物半導体４６６、および半導体デバイス４８０を備える。
【００７６】
ベース基板４２０は、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板、およびＧａＡｓ基板のうち、いずれか１つの基板である。ベース基板４２０は第１主面４２２および第２主面４２４を有する。
【００７７】
半導体基板４１０は、以下の手順により製造される。まず、ベース基板４２０の第１主面４２２に阻害層４２６が形成される。次に、ベース基板４２０にまで阻害層４２６を貫通する開口４２８が形成される。さらに、開口４２８の内部にシード結晶４６２が設けられる。
【００７８】
続いて、シード結晶４６２上に化合物半導体４６６を結晶成長させる。さらに、化合物半導体４６６上に半導体デバイス４８０を形成する。半導体デバイス４８０は、例えば、不純物が導入された領域４３２および領域４３４、活性領域４４０、および保護層４５０を有する。保護層４５０は、ゲート電極４５２およびゲート絶縁膜４５４を含む。
【００７９】
活性領域４４０は、化合物半導体４６６において、不純物が導入された領域４３２および領域４３４に挟まれて設けられる。活性領域４４０は、図１から図３に関連して説明した被保護部１４０に対応する。また、領域４３２および領域４３４は、図１から図３に関連して説明した被熱処理部１３０に対応する。
【００８０】
ゲート絶縁膜４５４は、活性領域４４０上に形成される。また、ゲート電極４５２は、ゲート絶縁膜４５４上に形成される。ゲート電極４５２およびゲート絶縁膜４５４は、活性領域４４０を電磁波１０から保護する。そして、ベース基板４２０の上方から電磁波１０を照射することにより、領域４３２および領域４３４を選択的に加熱することができる。ゲート電極４５２は、図２に関連して説明した遮蔽層２５２のひとつである反射層として機能する。また、ゲート絶縁膜４５４は、図２に関連して説明した熱伝導抑制層２５４として機能する。
【００８１】
阻害層４２６は、シード結晶４６２および化合物半導体４６６の前駆体が結晶に成長することを阻害する。また、ＭＯＣＶＤ法を用いて化合物半導体４６６の結晶をエピタキシャル成長させる場合においては、阻害層４２６は、上記化合物半導体４６６の結晶が阻害層４２６の表面でエピタキシャル成長することを阻害する。
【００８２】
阻害層４２６は、例えば、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、窒化タンタル層もしくは窒化チタン層、または、これらのうちの複数を積層した層である。阻害層４２６の厚みは、例えば、０．０５〜５μｍである。阻害層４２６はベース基板４２０の第１主面４２２に接して形成される。阻害層４２６は、例えば、ＣＶＤ法により形成できる。
【００８３】
開口４２８は、第１主面４２２に略垂直な方向に、阻害層４２６を貫通する。開口４２８は、第１主面４２２を露出させる。これにより、開口４２８の内部に選択的に結晶を成長させることができる。開口４２８は、例えば、エッチング等のフォトリソグラフィ法により形成できる。
【００８４】
開口４２８は、例えば（√３）／３以上のアスペクト比を有する。アスペクト比が（√３）／３以上の開口４２８の内部に、ある程度の厚さを有する結晶が形成されると、当該結晶に含まれる格子欠陥等の欠陥が、開口４２８の壁面でターミネートされる。その結果、開口４２８に露出した上記結晶の表面は、当該結晶が形成された時点で、優れた結晶性を備える。開口４２８の面積は、１ｍｍ２以下であってよく、好ましくは０．２５ｍｍ２未満であってよい。
【００８５】
ここで、本明細書において、「開口のアスペクト比」とは、「開口の深さ」を「開口の幅」で除した値をいう。例えば、電子情報通信学会編、「電子情報通信ハンドブック 第１分冊」７５１ページ、１９８８年、オーム社発行、によると、アスペクト比として（エッチング深さ／パターン幅）と記載されている。本明細書においても、同様の意義でアスペクト比の用語を用いる。
【００８６】
なお、「開口の深さ」とは、基板上に薄膜を積層した場合の積層方向の深さをいい、「開口の幅」は、積層方向に垂直な方向の幅をいう。開口の幅が複数ある場合には、開口のアスペクト比の算出にあたり、最小の幅を用いる。たとえば、開口の積層方向から見た形状が長方形である場合、長方形の短辺の長さをアスペクト比の計算に用いる。
【００８７】
シード結晶４６２は、化合物半導体４６６を成長させるのに良好なシード面を提供する。シード結晶４６２は、ベース基板４２０または第１主面４２２に存在する不純物が化合物半導体４６６の結晶性に悪影響を及ぼすことを抑制する。シード結晶４６２は、例えば、第１主面４２２に接して形成される。シード結晶４６２は半導体の結晶を含んでもよい。シード結晶４６２は、例えば、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含む。
【００８８】
シード結晶４６２は、例えば、ＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法により形成される。このとき、阻害層４２６の表面では結晶成長が阻害されるので、シード結晶４６２は、開口４２８の内部に選択的に成長する。シード結晶４６２は、アニールされることが好ましい。これにより、シード結晶４６２の内部の欠陥密度を低減でき、化合物半導体４６６に対して良好なシード面を提供できる。上記アニールは、被熱処理部１３０のアニールと同様の条件で実施してよい。
【００８９】
化合物半導体４６６は、例えば、シード結晶４６２がアニールされた後に、シード結晶４６２に接して形成される。化合物半導体４６６は、シード結晶４６２に格子整合または擬格子整合する化合物半導体である。化合物半導体４６６は、例えば、ＧａＡｓ等の３−５族化合物半導体である。シード結晶４６２と化合物半導体４６６との界面は、開口４２８の内部にあってもよい。化合物半導体４６６は、例えば、ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長法により形成できる。なお、ベース基板４２０が、Ｇｅ基板またはＧＯＩ基板のように、第１主面４２２にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を有する基板である場合には、化合物半導体４６６は、当該ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）をシード結晶として、第１主面４２２に接して形成されてもよい。
【００９０】
化合物半導体４６６が、ＧａＡｓまたはＧａＡｓに格子整合もしくは擬格子整合する半導体である場合、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶におけるＸは、０≦Ｘ≦０．１であることが好ましく、さらに好ましくはＸ＝０である。Ｘが０．１以下であると、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶と３−５族化合物半導体との格子定数の差がより小さくなるので、欠陥が生じにくい。
【００９１】
ここで、本明細書において、「擬格子整合」とは、完全な格子整合ではないが、２つの半導体の格子定数の差が小さく、格子不整合による欠陥の発生が顕著でない範囲で、２つの半導体を積層できる状態をいう。このとき、各半導体の結晶格子が、弾性変形できる範囲内で変形することで、上記格子定数の差が吸収される。例えば、ＧｅとＧａＡｓとの積層状態は、擬格子整合と呼ばれる。
【００９２】
半導体デバイス４８０は、例えば、化合物半導体４６６の一部を活性領域４４０として用いたＭＯＳＦＥＴである。領域４３２および領域４３４は、それぞれ、半導体デバイス４８０のソース領域およびドレイン領域となる領域である。
【００９３】
化合物半導体４６６をＭＯＣＶＤ法で成長させる場合、成長圧力は０．１ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下の条件を用いることができる。成長圧力が高いと阻害層上にも結晶がつきやすくなり好ましくない。好ましい成長圧力は５０ｋＰａ以下である。化合物半導体４６６の成長速度は、阻害層４２６に設けられた開口４２８の面積比（（開口の底面積）／（阻害層と基板とが接する面の面積））に依存する。開口４２８の面積比が小さくなると多くの原料が開口に集中し、成長速度が大きくなる。
【００９４】
領域４３２および領域４３４は、例えば、以下の手順で形成される。まず、化合物半導体４６６に接するゲート絶縁膜４５４を形成する。ゲート絶縁膜４５４として、ＡｌＧａＡｓ膜、ＡｌＩｎＧａＰ膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化ガドリニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ランタン膜、および、これらの混合物または積層膜を例示できる。ゲート絶縁膜４５４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＤ法により薄膜を形成した後に、当該薄膜をパターニングして形成できる。
【００９５】
次に、ゲート絶縁膜４５４に接するゲート電極４５２を形成する。ゲート電極４５２は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属であってよく、また伝導性のＴａＣ、ＴａＮ、ＴｉＮ上にＡｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属を積層した構造物であってもよい。ゲート電極４５２は、例えば、スパッタリング法または真空蒸着法により薄膜を形成した後、当該薄膜をエッチング等によりパターニングして形成できる。
【００９６】
次に、領域４３２および領域４３４の形状に合わせて、図示しないレジストを化合物半導体４６６上に形成する。その後、例えば、ゲート電極４５２およびゲート絶縁膜４５４をマスクに用いたイオン注入により、化合物半導体４６６に不純物を導入する。上記レジストを除去して、領域４３２および領域４３４が得られる。
【００９７】
続いて、ベース基板４２０の上方から電磁波１０を照射する。電磁波１０は、例えば、フラッシュランプのフラッシュ光である。電磁波１０は、領域４３２および領域４３４に吸収されやすく、ゲート電極４５２に反射されやすい波長を有する。
【００９８】
これにより、ゲート電極４５２は、電磁波１０の少なくとも一部を反射する。また、ゲート絶縁膜４５４は、電磁波１０の照射によりゲート電極４５２で発生した熱が、活性領域４４０に到達することを抑制する。これにより、耐熱性が小さい活性領域４４０とゲート絶縁膜４５４との界面を、電磁波１０の照射により生じた熱から保護する。
【００９９】
一方、領域４３２および領域４３４は、電磁波１０を吸収して温度が上昇する。これにより、領域４３２および領域４３４の結晶性が回復して、イオン注入された不純物が活性化する。以上により、活性領域４４０または活性領域４４０とゲート絶縁膜４５４との界面の温度上昇を抑制しながら、領域４３２および領域４３４を選択的に加熱して、半導体デバイス４８０のソース領域およびドレイン領域を形成できる。なお、ソース領域およびドレイン領域などの不純物領域の形成方法は、上記の方法に限定されない。不純物領域は、不純物を拡散することにより形成されてもよい。
【０１００】
半導体デバイス４８０は、化合物半導体４６６を核として、開口４２８に沿って成長した化合物半導体に形成されてもよい。また、保護層４５０は、半導体デバイス４８０のゲート電極４５２およびゲート絶縁膜４５４に限られない。保護層４５０は、ゲート電極４５２のゲート側壁に形成されてもよい。これにより、熱拡散および不純物拡散によるゲート部への悪影響を抑制できる。
【０１０１】
図５は、電子デバイス５００の断面の他の例を概略的に示す。電子デバイス５００は、半導体基板５１０上に形成された第２の電子素子５８０、配線５９２、配線５９４、および配線５９６を備える。
【０１０２】
半導体基板５１０は、ベース基板５２０、第１の電子素子５７０、阻害層５５４、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２、および３−５族化合物半導体５６６を有する。ベース基板５２０は、第１主面５２２および第２主面５２４を有する。ベース基板４２０は、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板、およびＧａＡｓ基板のうち、いずれか１つの基板である。
【０１０３】
ベース基板５２０には第１の電子素子５７０が形成される。第１の電子素子５７０は、ウェル５７１、ソース領域５７２、ドレイン領域５７４、ゲート電極５７６、およびゲート絶縁膜５７８を含む。第１の電子素子５７０は、図４に関連して説明した半導体デバイス４８０と同一の構成を有してよい。第１の電子素子５７０は、図１から図３に関連して説明した被保護部１４０に対応する。
【０１０４】
阻害層５５４は、図４に関連して説明した阻害層４２６と同一の材料および方法で、ベース基板５２０および第１の電子素子５７０上に形成される。また、阻害層５５４には、開口５５６、開口５９３、および開口５９５が形成される。第２の電子素子５８０は、入出力電極５８７、入出力電極５８８、およびゲート電極５８９を有する。第２の電子素子５８０は、３−５族化合物半導体５６６に形成される。
【０１０５】
阻害層５５４および開口５５６と、阻害層４２６および開口４２８とは同等である。そこで、阻害層４２６および開口４２８との相違点以外については、阻害層５５４および開口５５６の説明を省略する。阻害層５５４は、阻害層４２６と比較して、開口５９３および開口５９５を有する点で相違する。また、阻害層５５４は、被保護部の一例である第１の電子素子５７０を電磁波から保護する保護層として機能する。阻害層５５４は、上述した熱伝導抑制層として機能してもよい。
【０１０６】
開口５９３および開口５９５は、第１主面５２２に略垂直な方向に阻害層５５４を貫通する。開口５９３および開口５９５は、それぞれ、ソース領域５７２およびドレイン領域５７４を露出させる。開口５９３および開口５９５の内部には、それぞれ、配線５９２および配線５９４の一部が形成される。これにより、第１の電子素子５７０は、第２の電子素子５８０等の他の電子素子と電気的に結合される。開口５９３および開口５９５は、例えば、反応性イオンエッチングにより形成できる。
【０１０７】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、３−５族化合物半導体５６６の成長に良好なシード面を提供するシード結晶の一例である。ここで、ｘは、０≦ｘ＜１を満たす実数を表す。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、ベース基板５２０または第１主面５２２に存在する不純物が３−５族化合物半導体５６６の結晶性に悪影響を及ぼすことを抑制する。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、開口５５６の内部に設けられる。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、第１主面５２２に接して形成されてよい。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、図４に関連して説明したシード結晶４６２と同様の方法および条件で形成されてよい。
【０１０８】
第１の電子素子５７０を電磁波から保護する阻害層５５４が形成された後に、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波１０を半導体基板５１０に照射することで、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が被熱処理部として選択的に加熱される。保護層は、半導体基板５１０の阻害層５５４において、開口以外の部分の少なくとも一部の領域を指してよい。
【０１０９】
３−５族化合物半導体５６６は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２に格子整合または擬格子整合する。３−５族化合物半導体５６６は、例えばＧａＡｓである。３−５族化合物半導体５６６は、例えば、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２に接して結晶成長する。
【０１１０】
３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させる場合には、ベース基板５２０に電磁波を照射して、３−５族化合物半導体５６６の温度を結晶成長に必要な温度にまで上昇させる。３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させる場合、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２をアニールした光源を用いて、再度同一の電磁波を照射してもよい。
【０１１１】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２と３−５族化合物半導体５６６との界面は、開口５５６の内部にあってもよい。３−５族化合物半導体５６６は、例えば、ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長法により形成される。なお、ベース基板５２０が、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板のように、第１主面５２２にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を有する基板である場合には、３−５族化合物半導体５６６は第１主面５２２に接して形成されてもよい。
【０１１２】
ＭＯＣＶＤ法により、３−５族化合物半導体５６６をエピタキシャル成長させる場合には、第１の電子素子５７０を電磁波から保護する阻害層５５４がベース基板５２０に形成された状態で、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波をベース基板５２０に照射しながら、反応容器に原料ガスを供給してもよい。これにより、アニールされたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を選択成長させることができる。
【０１１３】
この場合、ベース基板５２０の温度、特に、第１の電子素子５７０が形成された領域の温度は、例えば６５０℃以下、好ましくは４５０℃以下に維持される。これにより、熱により第１の電子素子５７０が劣化することを抑制できる。なお、ベース基板５２０の温度は、ベース基板５２０にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２を形成する場合、および、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２をアニールする場合のいずれでも、６５０℃以下、好ましくは４５０℃以下に維持される。
【０１１４】
第１の電子素子５７０は、ベース基板５２０の開口５５６に露出する領域以外の領域に形成される。第１の電子素子５７０は、ＭＩＳＦＥＴ、ＨＢＴ、およびＨＥＭＴ等の半導体デバイス、ＬＥＤ等の発光デバイス、光センサー等の受光デバイスに含まれる能動素子、またはキャパシタ等に含まれる受動素子であってもよい。また、第１の電子素子５７０は、第２の電子素子５８０の駆動回路、第２の電子素子５８０の入出力特性における線形性を改善する補正回路、および、第２の電子素子５８０の入力段の保護回路のいずれかの回路に含まれる電子素子であってよい。
【０１１５】
第２の電子素子５８０は、アナログ電子デバイス、ＬＥＤ等の発光デバイスおよび光センサー等の受光デバイスのいずれかのデバイスに含まれる電子素子であってよい。また、第２の電子素子５８０は、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＩＳＦＥＴ、ＨＢＴ、およびＨＥＭＴ等の半導体デバイス、または、キャパシタ等に含まれる受動素子であってよい。
【０１１６】
入出力電極５８７、入出力電極５８８、およびゲート電極５８９の材料は、導電性の材料である。例えば、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ等の金属、または、高濃度に不純物がドープされた半導体を利用できる。入出力電極５８７、入出力電極５８８、およびゲート電極５８９は、例えば、真空蒸着法またはめっき法などにより形成できる。
【０１１７】
配線５９２、配線５９４、および配線５９６は、第１の電子素子５７０または第２の電子素子５８０を、他の電子素子等と電気的に結合する。配線５９２、配線５９４、および配線５９６の材料は、導電性の材料である。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｔｉ等の金属、または、不純物がドープされた半導体を利用できる。配線５９２、配線５９４、および配線５９６は、例えば、真空蒸着法またはめっき法などにより形成できる。
【０１１８】
なお、半導体基板５１０は複数の第１の電子素子５７０を有してもよい。１つの第１の電子素子５７０は、複数の第２の電子素子５８０と電気的に結合されてよい。また、半導体基板５１０は、複数の第２の電子素子５８０を有してもよい。１つの第２の電子素子５８０は、複数の第１の電子素子５７０と電気的に結合されてもよい。
【０１１９】
図６は、電子デバイス５００の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。Ｓ６０２の工程において、ベース基板５２０上に第１の電子素子５７０を形成する。続いて、Ｓ６０４の工程において、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が結晶成長することを阻害し、且つ、電磁波１０から第１の電子素子５７０を保護する阻害層５５４を、少なくとも第１の電子素子５７０を覆うように形成する。次に、Ｓ６０６の工程において、ベース基板５２０にまで貫通する開口５５６を、第１の電子素子５７０を覆う領域以外の阻害層５５４の領域に形成する。
【０１２０】
続いて、Ｓ６０８の工程において、被熱処理部としてのＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２を開口５５６内に形成する。つまり、開口５５６内で、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の前駆体を結晶に成長させる。さらに、Ｓ６１０の工程において、ベース基板５２０を全体的に加熱しながら電磁波１０を照射することによりＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２をアニールする。
【０１２１】
次に、Ｓ６１２の工程において、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２上に３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させる。Ｓ６１４の工程において、３−５族化合物半導体５６６に第２の電子素子５８０を形成する。最後に、Ｓ６１６の工程において、開口５９３および開口５９５を阻害層５５４に形成する。さらに、配線５９２、配線５９４、および配線５９６を形成して、電子デバイス５００が得られる。
【０１２２】
以下、図７から図１１を用いて、半導体基板５１０を製造する方法の一例について説明する。図７は、半導体基板５１０の製造過程における断面の一例を概略的に示す。本実施形態において、まず、ベース基板５２０に第１の電子素子５７０が形成される。ベース基板５２０は、例えば、Ｓｉ基板またはＳＯＩ基板である。
【０１２３】
図８は、半導体基板５１０の製造過程における断面の一例を概略的に示す。図８に示すとおり、ベース基板５２０の第１主面５２２に接して、阻害層５５４が形成される。阻害層５５４は、例えばＳｉＯ２である。阻害層５５４の厚みは、一例として、０．０５〜５μｍである。阻害層５５４は、ＣＶＤ法により形成してよい。阻害層５５４には、例えば、エッチング等のフォトリソグラフィ法により開口５５６が形成される。開口５５６は、（√３）／３以上のアスペクト比を有してもよい。
【０１２４】
図９は、半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。図９に示すとおり、エピタキシャル成長法により、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が開口５５６に形成される。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２は、図１から図３に関連して説明した被熱処理部１３０に対応する。
【０１２５】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２は、例えば、原料ガスの一部にハロゲンを含むＣＶＤ法により形成できる。阻害層５５４の表面ではＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体が結晶に成長することが阻害されるので、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２は開口５５６の内部に選択成長する。このとき、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の内部には、格子欠陥等の欠陥が発生する場合がある。
【０１２６】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールすることで、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の内部の欠陥密度を低減できる。しかし、ベース基板５２０には、すでに第１の電子素子５７０の一部が形成されているので、ベース基板５２０に電磁波を照射して８００〜９００℃での高温アニールを実施すると、第１の電子素子５７０が損傷する場合がある。また、ウェル５７１、ソース領域５７２、およびドレイン領域５７４に含まれる不純物がさらに拡散する。そこで、保護層９５０により、第１の電子素子５７０を電磁波から保護する。その結果、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱することができる。
【０１２７】
図９に示すとおり、第１の電子素子５７０を覆う領域の阻害層５５４の表面には遮蔽層９５２が形成されてよい。阻害層５５４および遮蔽層９５２が保護層９５０として機能する。遮蔽層９５２は、図２に関連して説明した遮蔽層２５２と同一の機能および構造を有してよい。遮蔽層９５２は、例えば、電磁波の少なくとも一部を反射する金属薄膜である。金属薄膜は、例えば、真空蒸着法により形成できる。遮蔽層９５２は、第１の電子素子５７０を電磁波から保護するのに十分な大きさに形成される。遮蔽層９５２、阻害層５５４、および第１の電子素子５７０は、電磁波の透過方向に対して、この順に配置されてよい。
【０１２８】
図１０は、半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。図１０に示すとおり、ベース基板５２０の上方から電磁波１０が照射される。電磁波１０は、例えばフラッシュランプのフラッシュ光である。
【０１２９】
電磁波１０の波長は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２に吸収されやすく、遮蔽層９５２に遮蔽されやすい波長が選択されることが好ましい。例えば、遮蔽層９５２が金属薄膜である場合には、遮蔽層９５２に反射されやすい波長が選択される。また、電磁波の波長は、阻害層５５４に吸収されにくい波長が選択されてもよい。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が選択的に加熱され、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２にアニールが施される。上記アニールは、被熱処理部１３０のアニールと同様の条件で実施できる。このとき、第１の電子素子５７０は電磁波１０から保護されているので、第１の電子素子５７０の温度上昇が抑制される。
【０１３０】
なお、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階の前に、半導体基板９１０を予備加熱してもよい。予備加熱は、例えば、ベース基板５２０の第２主面５２４に一定温度に加熱された支持体を接触させ、上記支持体から半導体基板９１０への熱伝導により半導体基板９１０を全体的に加熱することで実施できる。これにより、少なくともＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２および第１の電子素子５７０が加熱される。
【０１３１】
また、予備加熱は、ベース基板５２０の第２主面５２４側からベース基板５２０に吸収される電磁波を照射して、半導体基板９１０を全体的に加熱することでも実施できる。予備加熱は、第１の電子素子５７０の温度が、第１の電子素子５７０が熱劣化する温度を超えないように実施される。
【０１３２】
上記アニールにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の欠陥密度が低減して、結晶性に優れたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が得られる。例えば、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の表面にまで貫通する貫通転位の平均転位密度は、１０５ｃｍ−２以下に低減される。平均転位密度は、エッチピット法または透過型電子顕微鏡による平面断面観察により測定できる。
【０１３３】
図９に関連して説明したＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階と、図１０に関連して説明したＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階とは、一例として、同一の反応容器の内部で実施される。また、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階の後、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が大気に曝露することなく、連続して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階を実施してもよい。
【０１３４】
図１１は、半導体基板５１０の断面の一例を概略的に示す。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２上に３−５族化合物半導体５６６が形成される。３−５族化合物半導体５６６は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２に格子整合または擬格子整合する。例えば、３−５族化合物半導体５６６は、優れた結晶性を有するＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２（９６２に、図面もあわせて統一する）の表面をシード面として、エピタキシャル成長する。３−５族化合物半導体５６６は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により形成できる。
【０１３５】
３−５族化合物半導体５６６は、半導体基板９１０に保護層９５０が形成された状態で結晶成長させることが好ましい。これにより、第１の電子素子５７０の温度上昇を抑制しながら、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体５６６を得られる。例えば、第１の電子素子５７０を覆う阻害層５５４と、第１の電子素子５７０を電磁波から保護する遮蔽層９５２が形成された状態で、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が吸収できる電磁波を基板に照射しながら、反応容器に原料ガスを供給する。これにより、アニールされたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の表面に、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を選択成長させることができる。
【０１３６】
このとき、ベース基板５２０の温度、特に、第１の電子素子５７０が形成された領域の温度は、例えば６５０℃以下、好ましくは４５０℃以下に維持される。これにより、熱により第１の電子素子５７０が劣化することをより抑制できる。なお、ベース基板５２０にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が形成される間、半導体基板９１０が予備加熱される間、および、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２がアニールされる間においても、ベース基板５２０の温度は６５０℃以下、好ましくは４５０℃以下に維持される。
【０１３７】
３−５族化合物半導体５６６が形成された後、遮蔽層９５２がエッチング等により除去されて、半導体基板５１０が得られる。その後、第２の電子素子５８０、配線５９２、配線５９４、配線５９６等が形成され、第１の電子素子５７０と、第２の電子素子５８０とを電気的に結合させて電子デバイス５００が得られる。
【０１３８】
なお、本実施形態において、遮蔽層９５２を除去する場合について説明したが、遮蔽層９５２の一部を残して、配線５９２または配線５９４の一部として利用してもよい。また、本実施形態において、遮蔽層９５２が形成された状態で、３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させる場合について説明したが、遮蔽層９５２が除去された後に３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させてもよい。
【０１３９】
また、本実施形態において、遮蔽層９５２、阻害層５５４、および第１の電子素子５７０が、電磁波の透過方向に対して、この順に配される場合について説明したが、阻害層５５４、遮蔽層９５２、および第１の電子素子５７０が、電磁波の透過方向に対して、この順に配置されてもよい。即ち、阻害層、保護層、および被保護部が電磁波の透過方向に対して、この順に配置されてもよい。当該配置によっても、保護層を形成した後でＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱できる。
【０１４０】
本実施形態において、半導体基板９１０に保護層９５０を配置して、電磁波から第１の電子素子５７０を保護しつつ、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する場合について説明した。しかしながら、その他の方法によって、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱してもよい。
【０１４１】
具体的には、半導体基板９１０は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の近傍に、電磁波を吸収して熱を発生する発熱層を備えてもよい。これにより、半導体基板９１０に電磁波を照射して発熱層を選択的に加熱することで、半導体基板９１０の温度を全体的に上昇させることなく、発熱層で発生した熱によりＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱できる。発熱層は、例えば、アモルファスシリコンを含む。上記の加熱方法を、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の表面に３−５族化合物半導体５６６をエピタキシャル成長させる場合に適用してもよい。
【０１４２】
また、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する別の例として、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２に吸収されやすく、ベース基板５２０および第１の電子素子５７０に吸収されにくい電磁波を、ベース基板５２０に照射してもよい。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱できる。上記の方法を、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の表面に３−５族化合物半導体５６６をエピタキシャル成長させる場合に適用してもよい。
【０１４３】
図１２は、熱処理装置１２００の断面の一例を概略的に示す。熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０を収容する。ベース基板１２８０は、例えば、ベース基板１２０、ベース基板４２０、およびベース基板５２０のいずれかと同様の構成を有する。ベース基板１２８０の第１主面１２８２には、一例として、単結晶層を有し熱処理される被熱処理部１３０と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部１４０と、被保護部を電磁波から保護する保護層１５０が設けられている。
【０１４４】
熱処理装置１２００は反応装置の一例である。例えば、熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０に、フラッシュアニール等の熱処理を施す。また、熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０に、Ｓｉ結晶、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）、および化合物半導体結晶等を形成するＣＶＤ装置を兼ねてもよい。
【０１４５】
熱処理装置１２００は、熱処理炉１２１０、ランプユニット１２３０、ランプユニット１２４０、放射温度計１２５２、および制御部１２６０を備える。熱処理炉１２１０は、ウエハ搬入口１２１２、ガス流入部１２１４、ガス排出部１２１６、および蓋部１２２２を有する。ランプユニット１２３０は、ランプ１２３２、反射部材１２３４、フィルタ１２３６、および電源部１２３８を有する。ランプユニット１２４０は、ランプ１２４２、反射部材１２４４、および電源部１２４８を有する。
【０１４６】
熱処理炉１２１０は、内部にベース基板１２８０を収容する。熱処理炉１２１０は、反応容器の一例である。熱処理炉１２１０は、例えば中空の円筒形状を有する。ウエハ搬入口１２１２は、ベース基板１２８０の搬入または取り出しに用いられる。蓋部１２２２は、ウエハ搬入口１２１２を密閉する。また、蓋部１２２２は、熱処理装置１２００の内部でベース基板１２８０を支持する支持体１２２４を含んでもよい。これにより、熱処理炉１２１０は、内部にベース基板１２８０を保持できる。
【０１４７】
支持体１２２４は、例えば、グラファイト製のサセプタである。支持体１２２４には、支持体１２２４の温度を計測する加熱温度測定部としての温度センサーが配置されてもよい。ベース基板１２８０は、支持体１２２４に接するように載置されてもよい。この場合には、支持体１２２４とベース基板１２８０の下部温度は略同一である。従って、上記温度センサーはベース基板１２８０の裏面の温度を測定することができる。例えば、上記温度センサーは、ベース基板１２８０に形成された耐熱性の小さな部分の温度を測定することができる。上記温度センサーは、ベース基板１２８０に形成されたＳｉデバイスまたは３−５族化合物半導体デバイスの近傍の温度を計測してもよい。
【０１４８】
熱処理炉１２１０において、ガス流入部１２１４から、不活性ガス等が熱処理炉１２１０の内部に供給される。また、ガス排出部１２１６から、熱処理炉１２１０の内部のガスが排出されてもよい。また、ガス流入部１２１４は、熱処理炉１２１０の内部に、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ等の原料ガスを供給する。例えば、ガス流入部１２１４は、熱処理炉１２１０の内部に原料ガス１２９０およびキャリアガス等を供給する。キャリアガスは、例えば水素ガスである。
【０１４９】
熱処理炉１２１０の内部では、原料ガス１２９０が反応することにより、熱処理炉１２１０の内部に保持されたベース基板１２８０に半導体の結晶がエピタキシャル成長する。反応容器内の残存ガス等は、ガス排出部１２１６から排出される。図示されていないが、ガス排出部１２１６は真空系に接続されてもよい。
【０１５０】
原料ガス１２９０の温度は、ベース基板１２８０の温度よりも低い。ベース基板１２８０に電磁波を照射して半導体の結晶をエピタキシャル成長させている間、原料ガス１２９０によりベース基板１２８０を冷却することが好ましい。ベース基板１２８０を冷却しながら電磁波を照射することにより、ベース基板１２８０の被熱処理部１３０以外の領域の温度差を維持しながら被熱処理部１３０を選択的に加熱することができる。
【０１５１】
ランプユニット１２３０は、照射部の一例である。ランプユニット１２３０は、ベース基板１２８０の第１主面１２８２の側に配置される。ランプユニット１２３０は、ベース基板１２８０の第１主面１２８２の側からベース基板１２８０に対して電磁波を照射する。これにより、ランプユニット１２３０は、ベース基板１２８０を加熱する。
【０１５２】
それぞれのランプ１２３２は電磁波を発生させる。ランプ１２３２は、例えば赤外線を含む光を発生させる。それぞれのランプ１２３２は、ベース基板１２８０全体に均一に電磁波を照射するインコヒーレントな光を発生させてもよい。熱処理装置１２００は、例えば、複数の安価な光源を多数並列配置してベース基板１２０全体に均一に電磁波を照射することにより、大面積のベース基板１２０を一括して熱処理することができる。ランプ１２３２は、例えば、高輝度放電ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、またはＬＥＤランプである。高輝度放電ランプは、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、またはナトリウムランプである。
【０１５３】
ランプユニット１２３０は、連続的に電磁波を照射してもよく、電磁波をパルス状に複数回照射してもよい。ランプユニット１２３０は、電磁波をパルス状に照射する時間および回数を、電磁波を照射する用途に応じて決定してもよい。
【０１５４】
例えば、ランプユニット１２３０は、ベース基板１２８０に電磁波をパルス状に複数回照射することにより、フラッシュアニールを施す。フラッシュアニールにおいて、ランプユニット１２３０は、キセノンランプ等のフラッシュランプを用いて、フラッシュ光をベース基板１２８０に照射する。ベース基板１２８０の表層部分は、例えば１０００℃以上の高温に短時間で加熱される。また、ベース基板１２８０をスキャンしながら、フラッシュランプからのフラッシュ光をベース基板１２８０に照射することで、ベース基板１２８０の全面が加熱される。
【０１５５】
フラッシュランプが照射する電磁波のパルス幅は、例えば、１ｎｓ〜１００ｍｓである。ベース基板１２８０を高い温度で熱処理する場合には、電磁波のパルス幅は短いほうが好ましい。しかし、上記パルス幅が０．１ｍｓより小さい場合には、光パルスの制御が難しくなる。そこで、電磁波のパルス幅は０．１ｍｓ〜１０ｍｓであることが好ましい。ここで、本明細書において、パルス幅とは、パルス波形のレベルが、ピーク値の１／２以上の大きさを維持する時間幅を意味する。
【０１５６】
フラッシュ光の光照射量は、熱処理対象および利用可能なランプにより任意に選択できる。光照射量は、例えば２〜５０Ｊ／ｃｍ２である。なお、本明細書において、フラッシュランプの光照射量とは、フラッシュランプが出力する電磁波のエネルギー（単位：Ｊ）を、ベース基板１２８０においてフラッシュランプが照射される領域の面積（単位：ｃｍ２）で除した値のことを言う。
【０１５７】
フラッシュ光を複数回照射する場合、フラッシュ光のパルス間隔は、フラッシュ光源の出力性能および繰り返し充放電性能、ならびに被熱処理部１３０の放熱性を考慮して設定される。例えば、被熱処理部１３０の温度が必要アニ−ル温度に到達して、かつ、被保護部１４０の温度が所定の温度以上にならないよう設定される。上記パルス間隔は、例えば１ｓ以上である。
【０１５８】
パルス間隔が短すぎる場合には、充放電に要する設備負担が過大になる。また、ベース基板１２８０における熱エネルギーの放散が間に合わないことにより、被保護部１４０の不要な温度上昇を招く場合がある。一方、上記パルス間隔が長すぎる場合には、処理時間が長くなるとともに、熱処理に要するエネルギーが増加する。
【０１５９】
フラッシュランプのパルス点灯回数、および、各パルスのパルス幅は、被熱処理部１３０が十分なアニ−ル効果を受けるよう自由に設定してもよい。フラッシュランプのパルス回数、または、各パルスのパルス幅を調整することで、熱処理の温度および時間を調整できる。
【０１６０】
例えば、被熱処理部１３０がＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含み、連続光を用いた連続アニールにより被熱処理部１３０をアニールする場合には、上記熱処理の温度および時間は８５０〜９００℃で２〜１０分間である。アニールの温度は、例えば、被熱処理部１３０の融点より低い温度である。
【０１６１】
フラッシュアニールにおいては、一例として、光照射量が５Ｊ／ｃｍ２のランプを用いて、０．２μｍ〜１．５μｍの波長範囲で広い発光スペクトル成分を有するフラッシュ光を、パルス幅が１ｍｓ、パルス間隔が３０ｓの条件で５回程度照射する。これにより、累計で５ｍｓ程度の照射で、被熱処理部１３０の最高到達温度を７５０〜８００℃にできる。
【０１６２】
ベース基板１２８０を予め４００〜６００℃程度に予備加熱しておき、同様に光照射量が５Ｊ／ｃｍ２のランプを用いて、同様の波長帯を有するフラッシュ光を、パルス幅が５ｍｓ、パルス間隔が３０ｓの条件で５回程度照射してもよい。これにより、被熱処理部１３０の最高到達温度を８５０〜９００℃にできる。
【０１６３】
ベース基板１２８０に対して複数段階のアニールを施してもよい。例えば、被熱処理部１３０の融点に達しない温度で高温アニールを実施した後、高温アニールの温度より低い温度で低温アニールを実施する。また、このような２段階のアニールを、複数回繰り返して実施してよい。高温アニールの温度および時間は、被熱処理部１３０がＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含む場合には、例えば、８５０〜９００℃で２〜１０分間である。低温アニールの温度および時間は、例えば、６００〜７８０℃で２〜１０分間である。このような２段階アニールが、例えば１０回繰り返される。
【０１６４】
フラッシュアニールにより被熱処理部１３０をアニールする場合には、パルス幅およびパルス間隔等の条件を調整することで、上記複数段階のアニールを実施できる。例えば、フラッシュアニールにより２段階のアニールを実施する場合には、１回のフラッシュ光の照射による被熱処理部１３０の最高到達温度が高温アニールの温度範囲に含まれるように、パルス幅等の条件を調整する。また、次のフラッシュ光を照射するまでの間に、被熱処理部１３０の温度は低下する。そこで、次のフラッシュ光の照射による被熱処理部１３０の温度が低温アニールの温度範囲に含まれるように、パルス間隔を調整してもよい。
【０１６５】
反射部材１２３４は、ランプ１２３２から照射された電磁波のうち、ベース基板１２８０に向かわない電磁波を、ベース基板１２８０に向かうように反射する。電源部１２３８は、例えば、制御部１２６０から入力された信号に基づき、ランプ１２３２に供給する電流を調整する。
【０１６６】
フィルタ１２３６は、ベース基板１２８０とランプ１２３２との間に配置される。フィルタ１２３６は、ベース基板１２８０が吸収することができる電磁波の波長成分の少なくとも一部を遮断してもよい。フィルタ１２３６は、ランプ１２３２が発生させた電磁波のうち、特定の波長成分を吸収する。例えば、フィルタ１２３６は、ランプ１２３２が照射する電磁波の波長成分のうち、ベース基板１２８０の被保護部１４０における吸収係数が、ベース基板１２８０の被熱処理部１３０における吸収係数よりも大きい波長成分を遮断する。
【０１６７】
フィルタ１２３６は、ベース基板１２８０が被保護部１４０を有する場合には、被保護部１４０と同じ材料を含んでもよい。例えば、被保護部１４０がＳｉ基板、ＳＯＩ基板等のＳｉ結晶に形成されたＭＯＳＦＥＴである場合には、Ｓｉ結晶基板のようにＳｉ結晶を含むフィルタを用いることで、Ｓｉ結晶には吸収されずＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を選択的に加熱できる電磁波が得られる。また、例えば、フィルタとしてＳｉＯ２層が形成されたＳｉ結晶基板を用いることで、Ｓｉ結晶およびＳｉＯ２には吸収されずＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を選択的に加熱できる電磁波が得られる。
【０１６８】
熱処理装置１２００が、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を含む被熱処理部１３０をフラッシュアニールによりアニールする場合には、加熱部を用いて、ベース基板１２８０の全体を予め４００〜６００℃程度に予備加熱してもよい。また、熱処理装置１２００は、第２主面１２８４の側からベース基板１２８０を予備加熱した後、ベース基板１２８０全体の温度を所定の温度に維持しながら、第１主面１２８２側からベース基板１２８０に電磁波を照射してもよい。
【０１６９】
熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０の下方に設けられた熱源によりベース基板１２８０全体に加える熱量が、ベース基板１２８０から放射される熱量と略等しくなるように、ベース基板１２８０を加熱してもよい。熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０を予備加熱することにより、電磁波のパルス振幅を小さくすることができる。
【０１７０】
予備加熱は、被保護部１４０の温度が、被保護部１４０が熱劣化する温度を超えないように実施される。ここで、被保護部１４０が熱劣化する温度とは、被保護部１４０の特性が、設計で決定した許容範囲を超える温度を意味する。
【０１７１】
予備加熱は、例えば、反応容器中でベース基板１２８０を支持する支持体を一定温度に加熱することで実施できる。例えば、ベース基板１２８０の第２主面１２８４に一定温度に加熱された支持体を接触させ、当該支持体からベース基板１２８０への熱伝導により、被熱処理部１３０および被保護部１４０が予備加熱される。支持体は、例えば、支持体が吸収可能な電磁波を第１主面１２８２に照射することで加熱される。また、支持体はヒーター等によって電熱加熱されてもよい。予備加熱においては、ベース基板１２８０が吸収可能な電磁波を第２主面１２８４の側から照射することによりベース基板１２８０を加熱してもよい。
【０１７２】
ランプユニット１２４０は加熱部の一例である。ランプユニット１２４０は、ベース基板１２８０の第２主面１２８４の側に配置される。ランプユニット１２４０は、ベース基板１２８０の第２主面１２８４の側からベース基板１２８０に対して電磁波を照射する。これにより、ランプユニット１２４０は支持体１２２４を加熱できる。また、ランプユニット１２４０は、支持体１２２４を介してベース基板１２８０を全体的に加熱できる。ベース基板１２８０は、例えば、支持体１２２４からの伝熱により加熱される。
【０１７３】
それぞれのランプ１２４２は電磁波を発生させる。ランプ１２４２は、例えば赤外線を含む光を発生させる。ランプ１２４２はインコヒーレントな光を発生させてもよい。これにより、複数の安価なランプ１２４２を多数並列配置することにより、大面積のベース基板１２８０を一括して熱処理することができる。ランプ１２４２は、例えば、高輝度放電ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤランプである。高輝度放電ランプは、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ナトリウムランプである。なお、加熱部はランプユニット１２４０に限定されない。加熱部は、抵抗加熱により支持体１２２４またはベース基板１２８０を全体的に加熱してもよい。
【０１７４】
熱処理装置１２００は、ランプユニット１２４０を用いて電磁波を照射しながら、ベース基板１２８０の上方からランプ１２３２によって電磁波を照射してもよい。熱処理装置１２００は、ランプユニット１２４０を用いて電磁波を照射し続けることにより、ベース基板１２８０の裏面の温度を一定温度範囲内に保った状態で、被熱処理部１３０を加熱することができる。その結果、被熱処理部１３０の温度制御が容易になる。
【０１７５】
反射部材１２４４は、ランプ１２４２から照射された電磁波のうち、ベース基板１２８０に向かわない電磁波を、ベース基板１２８０に向かうように反射する。電源部１２４８は、例えば、制御部１２６０から入力された信号に基づき、ランプ１２４２に供給する電流を調整する。
【０１７６】
放射温度計１２５２は、ベース基板１２８０の温度を計測する。放射温度計１２５２は温度測定部の一例である。ベース基板１２８０の表面近傍に、ランプユニット１２３０の照射した電磁波により加熱される被熱処理部１３０が形成されている場合には、放射温度計１２５２は、被熱処理部１３０の放射熱を計測する。これにより、被熱処理部１３０の温度を非接触で測定できる。また、放射温度計１２５２は、被保護部１４０の放射熱を計測することにより、被保護部１４０の温度を被接触で測定する。
【０１７７】
放射温度計１２５２は、ランプユニット１２３０が電磁波を照射していない期間に、ベース基板１２８０等の温度を測定してもよい。これにより、ベース基板１２８０等の温度をより正確に測定できる。放射温度計１２５２は、ランプ１２３２が消灯した直後に、ベース基板１２８０等の温度を測定してもよい。また、放射温度計１２５２は、被保護部１４０の温度と被熱処理部１３０の温度とを順次測定してもよい。例えば、放射温度計１２５２は、被保護部１４０の温度と被熱処理部１３０の温度とを交互に測定する。放射温度計１２５２は、被保護部１４０の温度を複数回測定した後に、被熱処理部１３０の温度を複数回測定してもよい。
【０１７８】
制御部１２６０は、ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０を制御して、ベース基板１２８０の温度を調節する。制御部１２６０は、例えば、電源部１２３８および電源部１２４８からランプ１２３２およびランプ１２４２に供給される電流または電圧を制御する。制御部１２６０は、ランプユニット１２４０が支持体１２２４に電磁波を連続的に照射してベース基板１２８０を予備加熱した後に、ランプユニット１２３０がベース基板１２８０に電磁波をパルス状に照射してもよい。
【０１７９】
制御部１２６０は、ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０を各々独立に制御してもよい。ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０の電磁波の出力を制御してもよい。制御部１２６０は、例えば、ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０の点滅状態、点滅間隔、発生させる電磁波の強度、平均出力、および一定時間における総照射量等を制御する。
【０１８０】
制御部１２６０は、電磁波を照射する照射期間と電磁波を照射しない非照射期間とが設けられるようにランプユニット１２３０を制御して、パルス状に電磁波を照射させてもよい。制御部１２６０は、出力の大きな電磁波を照射する期間と、上記電磁波より出力の小さな電磁波を照射する期間とが設けられるように、ランプユニット１２３０を制御して、パルス状に電磁波を照射させてもよい。
【０１８１】
制御部１２６０は、支持体１２２４に配置された温度センサーが計測した支持体１２２４の温度に基づいて、ランプユニット１２４０の出力を制御してもよい。制御部１２６０は、放射温度計１２５２が計測した温度に基づいて、ランプユニット１２３０の出力を制御してもよい。例えば、制御部１２６０は、放射温度計１２５２が計測した被熱処理部１３０の温度に基づいて、ランプユニット１２３０が照射する電磁波の強度を調整する。一例として、制御部１２６０は、ランプユニット１２３０の非照射期間に、放射温度計１２５２により、ベース基板１２８０、被熱処理部１３０、および被保護部１４０等の温度を計測する。
【０１８２】
制御部１２６０は、計測した被熱処理部１３０の温度がアニールに必要な温度に達していない場合には、ランプユニット１２３０のパルス幅を大きくすることにより、被熱処理部１３０の温度を上昇させてもよい。制御部１２６０は、ランプユニット１２３０による照射期間を長くすることにより、被熱処理部１３０の温度を上昇させてもよい。制御部１２６０は、被保護部１４０の温度が劣化する温度に基づいて定められた被保護部１４０の最高許容温度を上回っている場合には、ランプユニット１２３０のパルス幅を小さくすることにより、被保護部１４０の温度を下げてもよい。
【０１８３】
制御部１２６０は、加熱温度測定部として機能する温度センサーによる測定結果に基づいて、照射部として機能するランプユニット１２３０が電磁波を照射する照射期間と、ランプユニット１２３０が電磁波を照射しない非照射期間とを決定してもよい。具体的には、制御部１２６０は、温度センサーが測定したベース基板１２８０の裏面の温度に応じて、ランプユニット１２３０による加熱量を制御する。例えば、ベース基板１２８０の裏面の温度が３００℃の場合には、ベース基板１２８０の裏面の温度が４００℃の場合に比べてランプユニット１２３０の照射期間を長くすることにより、アニールに必要な温度にまで被熱処理部１３０の温度を短時間で上昇させることができる。
【０１８４】
以上のとおり、熱処理装置１２００は、被熱処理部１３０、被保護部１４０、および保護層１５０を有するベース基板１２８０に電磁波を照射して熱処理することにより、被熱処理部１３０を選択的に加熱できる。これにより、被熱処理部１３０の結晶内部の欠陥密度を低減できる。
【０１８５】
また、熱処理装置１２００は、第１主面１２８２の側からベース基板１２８０を加熱するランプユニット１２３０と、第２主面１２８４の側からベース基板１２８０を加熱するランプユニット１２４０とを備えるので、ベース基板１２８０を両面から加熱できる。また、熱処理装置１２００は、ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０を各々独立に制御できるので、ベース基板１２８０を両面から各々独立に加熱できる。これにより、熱処理装置１２００は、基板の温度を様々な態様で制御できる。
【０１８６】
図１３は、半導体基板１１０の断面の一例を概略的に示す。図１３を用いて、図１に関連して説明した半導体基板１１０の被熱処理部１３０の表面に、３−５族化合物半導体１３６６をエピタキシャル成長させる方法を説明する。３−５族化合物半導体１３６６は、３−５族化合物半導体の一例である。
【０１８７】
３−５族化合物半導体１３６６は、例えば、以下の手順で形成できる。まず、被熱処理部１３０、被保護部１４０、および保護層１５０を有する半導体基板１１０を準備して、例えば、半導体基板１１０をＣＶＤ装置の反応容器に保持する。
【０１８８】
次に、被熱処理部１３０が吸収できる電磁波１０を半導体基板１１０に全体的に照射しながら、反応容器に原料ガス１３９０を供給する。半導体基板１１０に電磁波１０を照射すると、被熱処理部１３０が選択的に加熱され、加熱された被熱処理部１３０の表面に、３−５族化合物半導体１３６６が選択的にエピタキシャル成長する。このとき、第２主面１２４の側から半導体基板１１０を全体的に加熱しながら、半導体基板１１０に電磁波１０を照射してよい。
【０１８９】
被熱処理部１３０は、３−５族化合物半導体１３６６をエピタキシャル成長させる段階の前に、アニールされてもよい。上記アニールは、例えば、図１から図１１に関連して説明した被熱処理部の選択的加熱に用いた電磁波を用いて実施される。このとき、被熱処理部への加熱と、上記３−５族化合物半導体１３６６をエピタキシャル成長とが、同一の反応容器の内部で実施されてもよい。また、被熱処理部への加熱が実施された後、半導体基板１１０を大気に曝露することなく、連続して、上記３−５族化合物半導体１３６６をエピタキシャル成長してもよい。また、保護層１５０の代わりに、図２に関連して説明した保護層２５０を用いてもよい。
【０１９０】
被熱処理部１３０の表面に３−５族化合物半導体１３６６を選択的にエピタキシャル成長させる方法は、上記の方法に限定されない。被熱処理部と、電磁波を吸収して熱を発生して、被熱処理部を選択的に加熱する発熱部とを有する基板に、発熱部が吸収できる電磁波を基板に照射してもよい。反応容器に原料ガス１３９０を供給すれば、加熱された被熱処理部の表面に、３−５族化合物半導体をエピタキシャル成長させることができる。
【０１９１】
また、被熱処理部１３０の表面に、３−５族化合物半導体１３６６を選択的にエピタキシャル成長させる方法の別の例として、ＳＯＩ基板およびＳｉ基板から選ばれ、半導体デバイスの少なくとも一部が形成されたベース基板にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦Ｘ＜１）を含む被熱処理部を設ける方法もある。この場合においては、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶への吸収係数が、ベース基板に含まれるＳｉへの吸収係数より大きい電磁波を基板に照射して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を加熱する。当該電磁波の照射をしながら反応容器に原料ガス１３９０を供給して、加熱された被熱処理部の表面に、３−５族化合物半導体をエピタキシャル成長させてもよい。
【０１９２】
図１４は、半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。図１４を用いて、図１０に関連して説明した方法で製造した半導体基板９１０に３−５族化合物半導体５６６をエピタキシャル成長させる方法の一例について説明する。図１４に示すとおり、半導体基板９１０は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を加熱して得られたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２を有する。また、半導体基板９１０は保護層９５０を有する。
【０１９３】
３−５族化合物半導体５６６は、例えば、以下の手順で形成できる。まず、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が形成された半導体基板９１０を、ＣＶＤ装置の反応容器に保持する。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を加熱するのに用いられた熱処理装置は、上記ＣＶＤ装置を兼ねてもよい。
【０１９４】
次に、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波１０を半導体基板９１０に全体的に照射しながら、反応容器に原料ガス１４９０を供給する。続いて、熱処理装置は、半導体基板９１０に電磁波１０を照射する。電磁波１０によってＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が選択的に加熱され、加熱されたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の表面に、３−５族化合物半導体５６６が選択的にエピタキシャル成長する。このとき、熱処理装置は、第２主面５２４の側から半導体基板９１０を全体的に加熱しながら、半導体基板９１０に電磁波１０を照射してもよい。
【０１９５】
３−５族化合物半導体５６６を選択的にエピタキシャル成長させる方法は、上記の方法に限定されない。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の近傍の阻害層５５４の内部に発熱層を配置して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２を選択的に加熱しながら、反応容器に原料ガス１４９０を供給してもよい。半導体基板９１０は、上記発熱層と保護層９５０とを有してもよい。
【実施例】
【０１９６】
（実施例１）
電子デバイス５００を、図６に示す手順に従って製作した。ベース基板５２０として、市販のＳＯＩ基板を準備した。被保護部の一例である第１の電子素子５７０として、ＭＯＳＦＥＴをベース基板５２０のＳｉ結晶層に形成した。阻害層５５４として、ベース基板５２０の第１主面５２２に接するＳｉＯ２層を、ＣＶＤ法により形成した。ＳｉＯ２層の厚さの平均値は、１μｍであった。フォトリソグラフィ法により、阻害層５５４の一部に開口５５６を形成した。開口５５６の大きさは、１５μｍ×１５μｍとした。
【０１９７】
阻害層５５４および開口５５６が形成されたベース基板５２０を、熱処理装置１２００の熱処理炉１２１０の内部に配置して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２としてのＧｅ結晶層を形成した。上記のベース基板５２０は、支持体１２２４の上面に、ベース基板５２０の第２主面５２４が支持体１２２４に接するように載置した。支持体１２２４には、グラファイト製のサセプタを用いた。Ｇｅ結晶層は、ＣＶＤ法により、開口５５６の内部に選択的に形成した。Ｇｅ結晶層は、ＧｅＨ４を原料ガスに用いて、熱処理炉１２１０内の圧力が２．６ｋＰａ、成長温度が４００℃の条件で、いったん約２０ｎｍの厚さまで成膜した後、６００℃に昇温して、引き続き約１μｍの厚さに成膜した。
【０１９８】
遮蔽層９５２として、Ａｇ薄膜とＳｉＯ２層とを有する構造体を形成した。上記構造体の形成においては、予め真空蒸着法により阻害層５５４の表面にＡｇ薄膜を形成した。さらに、Ａｇ保護層として、真空蒸着法によりＡｇ薄膜の表面に１００ｎｍのＳｉＯ２層を成膜した後、フォトリソグラフィ法により上記Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層をパターニングして、上記構造体を得た。Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層は、第１主面５２２に垂直な方向からみて、第１の電子素子５７０を覆い隠す大きさにパターニングした。以上の工程により、半導体基板９１０を作製した。
【０１９９】
次に、熱処理炉１２１０中で、半導体基板９１０を載置した支持体１２２４の裏面からランプユニット１２４０により赤外線を照射することで、支持体１２２４を加熱した。支持体１２２４から半導体基板９１０の第２主面５２４への熱伝導により、半導体基板９１０の予備加熱を実施した。予備加熱は、支持体１２２４の温度が４００℃になるよう実施した。このとき、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２近傍および第１の電子素子５７０近傍の温度も、約４００℃であった。
【０２００】
上記温度は、赤外表面温度計により計測した。予備加熱により半導体基板９１０の温度が安定した後、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら、阻害層５５４および遮蔽層９５２を保護層として、ランプユニット１２３０により、赤外線を含むランプ光を第１主面５２２の側から半導体基板９１０に対して照射した。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした。
【０２０１】
ランプ光の照射は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を形成した後、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０から取り出すことなく実施した。即ち、本実施例において、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階の後、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を大気に曝露することなく、連続して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱した。また、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階と、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階とを、同一の反応容器の内部で実行した。
【０２０２】
上記の赤外線を含むランプ光の光源として、最大出力が１．６ｋＷのハロゲンランプ（ウシオ電機株式会社製）を２０本使用した。ハロゲンランプの出力は、次のように調整した。まず、Ｓｉ基板上の全面に、厚さ約１μｍのＧｅ単結晶層を有する参照基板を準備して、ハロゲンランプの出力と上記参照基板の表面温度との相関特性を得た。次に、この相関特性に基づいて、半導体基板９１０の第１主面５２２の表面温度が８５０℃になるようにハロゲンランプの出力を設定して、半導体基板９１０にランプ光を２０分間照射した。また、上記ハロゲンランプと半導体基板９１０との間には、フィルタ１２３６として、Ｓｉ単結晶板を設置して、その透過光を半導体基板９１０の第１主面５２２に照射した。
【０２０３】
上記のハロゲンランプの出力と参照基板の表面温度との相関特性は、以下の手順で得られた。まず、熱処理炉１２１０中の支持体１２２４上に上記参照基板を載置した。上記参照基板は、Ｇｅ単結晶層が形成された面（第１主面と称する場合がある。）とは反対側の面（第２主面と称する場合がある。）が支持体１２２４の上面に接するように載置した。
【０２０４】
次に、参照基板を予備加熱した。予備加熱は、熱処理炉１２１０中で、支持体１２２４の下面側から赤外線を照射して、支持体１２２４を加熱することで実施した。これにより、支持体１２２４から上記参照基板への熱伝導により、参照基板を全体的に加熱した。予備加熱は、支持体１２２４の温度が４００℃になるよう実施した。このとき、赤外表面温度計の校正も実施した。上記校正は、赤外表面温度計により計測された上記参照基板の第1主面の表面温度が約４００℃となるように上記赤外表面温度計の設定を調整することで実施した。
【０２０５】
予備加熱により上記参照基板の温度が安定した後、上記参照基板の第１主面側から赤外線を含むランプ光を、約１０秒間隔で間歇的に上記参照基板に対して照射した。ランプ光がオフになった直後の上記第１主面の表面温度を赤外表面温度計により計測することで、第１主面側から照射されるハロゲンランプの出力と、上記参照基板の第１主面の表面温度との相関特性が得られた。
【０２０６】
なお、半導体基板９１０および上記参照基板にランプ光を照射している間、支持体１２２４に埋め込まれた熱電対により温度を検出して、かつ、支持体１２２４の下面に照射する赤外線のエネルギー量をフィードバック制御することで、支持体１２２４の温度を調整した。支持体１２２４の温度が４００℃になるように、上記赤外線のエネルギー量を調整した。
【０２０７】
以上のとおり、半導体基板９１０のＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした後、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０から取り出すことなく、ＭＯＣＶＤ法により、３−５族化合物半導体５６６としてＧａＡｓ層を形成した。ＧａＡｓ層は、トリメチルガリウムおよびアルシンを原料ガスに用いて、成長温度が６５０℃、熱処理炉１２１０内の圧力が９．９ｋＰａの条件で成膜した。ＧａＡｓ層は、アニールして得られたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波を半導体基板９１０に照射しながら、熱処理炉１２１０の内部に原料ガスを供給して形成した。ＧａＡｓ層は、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら形成した。このとき、グラファイト製支持体の温度は、４００℃となるよう調整した。その後、エッチングにより、最表面のＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層とＡｇ薄膜とを除去して、半導体基板５１０を作製した。
【０２０８】
第２の電子素子５８０として、上記ＧａＡｓ層を活性層に用いたＨＢＴを形成した。その後、配線を形成して、電子デバイス５００を作製した。電子デバイス５００の動作試験を実施したところ、電子デバイス５００は、１ｋＡ／ｃｍ2コレクタ電流密度における電流増幅率として１８１を示して、電流増幅素子として、正常な動作が確認された。ベース基板５２０のＳｉ結晶層に形成された第１の電子素子５７０としてのＭＯＳＦＥＴは、初期特性と変わらないしきい値および電流電圧特性が確認された。
【０２０９】
また、アニールされたＧｅ結晶層を、ＳＥＭにより観察したところ、Ｇｅ結晶層の厚さは約１μｍであり、ＧａＡｓ層の厚さは２．５μｍで設計通りであった。また、エッチピット法によりＧａＡｓ層の表面を検査したところ、ＧａＡｓ層の表面に欠陥は発見されなかった。ＴＥＭにより面内断面観察をしたところ、Ｇｅ結晶層からＧａＡｓ層に貫通する転位は発見されなかった。
【０２１０】
（実施例２）
電子デバイス５００を、図６に示す手順に従って製作した。実施例１と同様にして、ベース基板５２０上に阻害層５５４および開口５５６を形成した。上記ベース基板５２０を、熱処理炉１２１０の内部に配置して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２として、Ｇｅ結晶層を形成した。Ｇｅ結晶層は、ＣＶＤ法により、開口５５６の内部に選択的に形成した。Ｇｅ結晶層は、ＧｅＨ４を原料ガスに用いて、熱処理炉１２１０内の圧力が２．６ｋＰａ、成長温度４００℃でいったん約２０ｎｍ成膜した後、６００℃に昇温して、引き続き約１μｍの厚さで成膜した。
【０２１１】
遮蔽層９５２として、Ａｇ薄膜とＳｉＯ２層とを有する構造体を形成した。上記構造体は、予め真空蒸着法により阻害層５５４の表面にＡｇ薄膜を形成して、さらに、Ａｇ保護層として、真空蒸着法によりＡｇ薄膜の表面に１００ｎｍのＳｉＯ２層を成膜した後、フォトリソグラフィ法により、上記Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層をパターニングして得られた。Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層は、第１主面５２２に垂直な方向からみて、第１の電子素子５７０を覆い隠す大きさにパターニングした。以上の工程により、半導体基板９１０を作製した。
【０２１２】
次に、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０からいったん取り出して、別の反応容器中のグラファイト製支持体上に、ベース基板５２０の第２主面５２４がグラファイト製支持体に接するように、半導体基板９１０を載置した。上記の別の反応容器中で、半導体基板９１０を載置したグラファイト製支持体の裏面から電熱加熱により上記グラファイト製支持体を加熱して、グラファイト製支持体に接触する半導体基板９１０の第２主面５２４の側への熱伝導により、半導体基板９１０の予備加熱を実施した。予備加熱は、グラファイト製支持体の温度が２００〜６００℃になるよう実施した。
【０２１３】
予備加熱により半導体基板９１０の温度が安定した後、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら、阻害層５５４および遮蔽層９５２を保護層として、Ｎ２またはＡｒの不活性ガス雰囲気下において、フラッシュ光を第１主面５２２の側から半導体基板９１０に対して照射した。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした。
【０２１４】
フラッシュランプとして、半導体基板９１０の単位面積当たりの入力エネルギーの値が、約１５Ｊ／ｃｍ２のキセノンランプ（ウシオ電機株式会社製）を用いた。フラッシュ光のパルス幅を１ｍｓ、繰り返し照射時のフラッシュ光のパルス間隔を３０ｓとして、フラッシュ光を５回照射した。このとき、グラファイト製支持体の温度は、４００℃となるよう調整した。また、上記フラッシュランプと半導体基板９１０の間には、フィルタ１２３６として、Ｓｉ単結晶板を設置して、その透過光を半導体基板９１０の第１主面５２２に照射した。
【０２１５】
以上のとおり、半導体基板９１０のＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした後、半導体基板９１０を熱処理に用いた反応容器から取り出した。その後、さらに別の反応装置を用いて、ＭＯＣＶＤ法により、３−５族化合物半導体５６６としてＧａＡｓ層を形成した。ＧａＡｓ層は、トリメチルガリウムおよびアルシンを原料ガスに用いて、成長温度が６５０℃、反応容器内の圧力が９．９ｋＰａの条件で成膜した。
【０２１６】
ＧａＡｓ層は、アニールして得られたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波を半導体基板９１０に照射しながら、熱処理炉１２１０の内部に原料ガスを供給して形成した。ＧａＡｓ層は、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら形成した。このとき、グラファイト製支持体の温度は、４００℃となるよう調整した。その後、エッチングにより、最表面のＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層とＡｇ薄膜とを除去して、半導体基板５１０を作製した。
【０２１７】
第２の電子素子５８０として、上記ＧａＡｓ層を活性層に用いたＨＢＴを形成した。その後、配線を形成して、電子デバイス５００を作製した。電子デバイス５００の動作試験を実施したところ、電子デバイス５００は、１ｋＡ／ｃｍ2コレクタ電流密度における電流増幅率として１７８を示して、電流増幅素子として、正常な動作が確認された。ベース基板５２０のＳｉ結晶層に形成された第１の電子素子５７０としてのＭＯＳＦＥＴは、初期特性と変わらないしきい値および電流電圧特性が確認された。
【０２１８】
また、アニールされたＧｅ結晶層をＳＥＭにより観察したところ、Ｇｅ結晶層の厚さは約１μｍであり、ＧａＡｓ層の厚さは約２．５μｍで設計通りであった。また、エッチピット法によりＧａＡｓ層の表面を検査したところ、ＧａＡｓ層の表面に欠陥は発見されなかった。ＴＥＭにより面内断面観察をしたところＧｅ結晶層からＧａＡｓ層に貫通する転位は発見されなかった。
【０２１９】
（実施例３）
電子デバイス５００を、図６に示す手順に従って製作した。ベース基板５２０として、市販のＳｉ基板を準備した。被保護部の一例である電子素子５７０として、ＭＯＳＦＥＴをベース基板５２０のＳｉ結晶層に形成した。阻害層５５４として、ベース基板５２０の第１主面５２２に接するＳｉＯ２層を、ＣＶＤ法により形成した。ＳｉＯ２層の厚さの平均値は、１μｍであった。フォトリソグラフィ法により、阻害層５５４の一部に開口５５６を形成した。開口５５６の大きさは、１５μｍ×１５μｍとした。
【０２２０】
阻害層５５４および開口５５６が形成されたベース基板５２０を、熱処理装置１２００の熱処理炉１２１０の内部に配置して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２として、Ｇｅ結晶層を形成した。上記のベース基板５２０は、支持体１２２４の上面に、ベース基板５２０の第２主面５２４が支持体１２２４に接するように載置した。支持体１２２４は、グラファイト製のサセプタを用いた。Ｇｅ結晶層は、ＣＶＤ法により、開口５５６の内部に選択的に形成した。Ｇｅ結晶層は、ＧｅＨ４を原料ガスに用いて、熱処理炉１２１０内の圧力が２．６ｋＰａ、成長温度が４００℃の条件で、いったん約２０ｎｍの厚さまで成膜した後、６００℃に昇温して、引き続き約１μｍの厚さに成膜した。
【０２２１】
遮蔽層９５２として、Ａｇ薄膜とＳｉＯ２層とを有する構造体を形成した。上記構造体は、予め真空蒸着法により阻害層５５４の表面にＡｇ薄膜を形成して、さらに、Ａｇ保護層として、真空蒸着法によりＡｇ薄膜の表面に１００ｎｍのＳｉＯ２層を成膜した後、フォトリソグラフィ法により、上記Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層をパターニングして得られた。Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層は、第１主面５２２に垂直な方向からみて、電子素子５７０を覆い隠す大きさにパターニングした。以上の工程により、半導体基板９１０を作製した。
【０２２２】
次に、熱処理炉１２１０中で、ランプユニット１２４０により、半導体基板９１０を載置した支持体１２２４の裏面から赤外線を照射することで支持体１２２４を加熱して、支持体１２２４から半導体基板９１０の第２主面５２４の側への熱伝導により、半導体基板９１０の予備加熱を実施した。予備加熱は、支持体１２２４の温度が４００℃になるよう実施した。このとき、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２近傍および電子素子５７０近傍の温度も、約４００℃であった。上記温度は、赤外表面温度計により計測した。
【０２２３】
予備加熱により半導体基板９１０の温度が安定した後、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら、阻害層５５４および遮蔽層９５２を保護層として、ランプユニット１２３０により、赤外線を含むランプ光を第１主面５２２の側から半導体基板９１０に対して照射した。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした。
【０２２４】
ランプ光の照射は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を形成した後、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０から取り出すことなく実施した。即ち、本実施例において、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階の後、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を大気に曝露することなく、連続して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱した。また、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階と、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階とを、同一の反応容器の内部で実行した。
【０２２５】
上記の赤外線を含むランプ光の光源として、最大出力が１．６ｋＷのハロゲンランプ（ウシオ電機株式会社製）を２０本使用した。ハロゲンランプの出力は、次のように調整した。まず、Ｓｉ基板上の全面に、厚さ約１μｍのＧｅ単結晶層を有する参照基板を準備して、ハロゲンランプの出力と上記参照基板の表面温度との相関特性を得た。次に、この相関特性に基づいて、半導体基板９１０の第１主面５２２の表面温度が８５０℃になるようにハロゲンランプの出力を設定して、ランプ光を半導体基板９１０の第１主面５２２にフィルタ１２３６を通さず直接２０分間照射した。
【０２２６】
上記のハロゲンランプの出力と参照基板の表面温度との相関特性は、以下の手順で得られた。まず、熱処理炉１２１０中の支持体１２２４の上に上記参照基板を載置した。上記参照基板は、Ｇｅ単結晶層が形成された面（第１主面と称する場合がある。）とは反対側の面（第２主面と称する場合がある。）が支持体１２２４の上面に接するように載置した。
【０２２７】
次に、参照基板を予備加熱した。予備加熱は、熱処理炉１２１０中で、支持体１２２４の下面側から赤外線を照射して、支持体１２２４を加熱することで実施した。これにより、支持体１２２４から上記参照基板への熱伝導により、参照基板を全体的に加熱した。予備加熱は、支持体１２２４の温度が４００℃になるよう実施した。このとき、赤外表面温度計の校正も実施した。上記校正は、赤外表面温度計により計測された上記参照基板の第１主面の表面温度が約４００℃となるように上記赤外表面温度計の設定を調整することで実施した。
【０２２８】
予備加熱により上記参照基板の温度が安定した後、上記参照基板の第１主面側から赤外線を含むランプ光を、約１０秒間隔で間歇的に上記参照基板に対して照射した。ランプ光がオフになった直後の上記第１主面の表面温度を赤外表面温度計により計測することで、第１主面側から照射されるハロゲンランプの出力と、上記参照基板の第１主面の表面温度との相関特性が得られた。
【０２２９】
なお、半導体基板９１０および上記参照基板にランプ光を照射している間、支持体１２２４に埋め込まれた熱電対により温度を検出して、かつ、支持体１２２４の下面に照射する赤外線のエネルギー量をフィードバック制御することで、支持体１２２４の温度を調整した。上記赤外線のエネルギー量は、支持体１２２４の温度が４００℃になるように調整した。半導体基板９１０のＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした後、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０から取り出した。
【０２３０】
図１５は、熱処理炉１２１０から取り出した半導体基板９１０の断面ＴＥＭ写真である。ベース基板５２０とその上に形成されたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２との界面部分を観察した。図１６は、熱処理されていないＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶２０００を有する半導体基板９１０の断面ＴＥＭ写真である。図１６に示すＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶２０００は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２とは異なりアニールを施していない。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶２０００中には多数の転位が観察された。図１５と図１６とを比較すれば明らかに、アニールしたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２中には転位が存在しないことがわかる。
【０２３１】
（実施例４）
ベース基板５２０として、市販のＳｉ基板を用いたこと、および電子素子５７０が形成されていないこと以外は、実施例１と同様に半導体基板５１０を作製した。電子素子５８０として、上記ＧａＡｓ層を活性層に用いたＨＢＴを形成した。ＨＢＴのコレクタ、ベースおよびエミッタに接続する各配線を形成して、電子デバイス５００とした。
【０２３２】
図１７は、上記の通り作成したＨＢＴのコレクタ電圧に対するコレクタ電流を示す。同図は、ベース電圧を変化させたときのデータを４系列示している。同図によって、広いコレクタ電圧の範囲でコレクタ電流が安定して流れることが示された。図１８は、電流増幅率が１となる最大発振周波数を得るための実験データを示す。ベース−エミッタ間電圧が１．６Ｖである場合において最大発振周波数９ＧＨｚの値が得られた。すなわち、作成したＨＢＴは電流電圧特性および高周波特性において良好な特性を示した。
【０２３３】
（実施例５）
ベース基板５２０として市販のＳｉ基板を用いたこと、電子素子５７０が形成されていないこと、および３−５族化合物半導体５６６としてＧａＡｓ層を形成する際の熱処理炉１２１０内の圧力を０．５ｋＰａとしたこと以外は、実施例１と同様に半導体基板５１０を作製した。
【０２３４】
図１９は、３−５族化合物半導体５６６の成長速度と、被覆領域の大きさおよび開口５５６の大きさとの関係を示す。縦軸は、被覆領域がない場合における一定時間の間に成長した化合物半導体４６６の膜厚に対する被覆領域がある場合の膜厚比を示し、横軸は被覆領域（阻害部）の一辺の長さ[μｍ]を示す。本実施例において、３−５族化合物半導体５６６の膜厚は一定時間の間に成長した膜厚比なので、当該膜厚を当該時間で除することで、３−５族化合物半導体５６６の成長速度比の近似値が得られる。
【０２３５】
菱形のプロットは、開口５５６の底面形状が一辺１０μｍの正方形である場合の実験データを示し、四角形のプロットは、開口５５６の底面形状が一辺２０μｍの正方形である場合の実験データを示す。三角形のプロットは、開口５５６の底面形状が、長辺４０μｍ、短辺３０μｍの長方形である場合の実験データを示す。比較のため、８ｋＰａで成長した場合のデータを塗りつぶしの菱形、塗りつぶしの四角形および塗りつぶしの三角形として示す。
【０２３６】
図１９より、３−５族化合物半導体５６６の成長速度は、被覆領域の大きさが大きくなるに従い、単調増加することがわかるが、その影響は成長圧力を下げることで少なくなっていることがわかる。これより、開口及び被覆領域の大きさが一定でない基板上に成長する場合は、低い圧力が好ましい。好ましい成長圧力は、１ｋＰａ以下、さらに好ましくは０．５ｋＰａ以下であることがわかった。
【０２３７】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システムおよび方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０２３８】
１０ 電磁波、３２ 点線、３４ 実線、３６ 実線、１１０ 半導体基板、１２０ ベース基板、１２２ 第１主面、１２４ 第２主面、１３０ 被熱処理部、１４０ 被保護部、１５０ 保護層、２１０ 半導体基板、２５０ 保護層、２５２ 遮蔽層、２５４ 熱伝導抑制層、２５７ 表面、２５８ 表面、２５９ 裏面、４１０ 半導体基板、４２０ ベース基板、４２２ 第１主面、４２４ 第２主面、４２６ 阻害層、４２８ 開口、４３２ 領域、４３４ 領域、４４０ 活性領域、４５０ 保護層、４５２ ゲート電極、４５４ ゲート絶縁膜、４６２ シード結晶、４６６ 化合物半導体、４８０ 半導体デバイス、５００ 電子デバイス、５１０ 半導体基板、５２０ ベース基板、５２２ 第１主面、５２４ 第２主面、５５４ 阻害層、５５６ 開口、５６２ ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶、５６６ ３−５族化合物半導体、５７０ 電子素子、５７１ ウェル、５７２ ソース領域、５７４ ドレイン領域、５７６ ゲート電極、５７８ ゲート絶縁膜、５８０ 電子素子、５８７ 入出力電極、５８８ 入出力電極、５８９ ゲート電極、５９２ 配線、５９３ 開口、５９４ 配線、５９５ 開口、５９６ 配線、９１０ 半導体基板、９５０ 保護層、９５２ 遮蔽層、９６２ ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶、１２００ 熱処理装置、１２１０ 熱処理炉、１２１２ ウエハ搬入口、１２１４ ガス流入部、１２１６ ガス排出部、１２２２ 蓋部、１２２４ 支持体、１２３０ ランプユニット、１２３２ ランプ、１２３４ 反射部材、１２３６ フィルタ、１２３８ 電源部、１２４０ ランプユニット、１２４２ ランプ、１２４４ 反射部材、１２４８ 電源部、１２６０ 制御部、１２５２ 放射温度計、１２８０ ベース基板、１２８２ 第１主面、１２８４ 第２主面、１２９０ 原料ガス、１３６６ ３−５族化合物半導体、１３９０ 原料ガス、１４９０ 原料ガス、２０００ ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の製造方法、半導体基板、電子デバイスの製造方法、および反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、活性領域にＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた各種の高機能電子デバイスが開発されている。上記化合物半導体の結晶性は、電子デバイスの性能に大きく影響するので、結晶性に優れた化合物半導体を形成することが求められている。例えば、ＧａＡｓ系の化合物半導体を活性領域に用いた電子デバイスを製造する場合には、上記化合物半導体と格子整合できるＧａＡｓ基板上またはＧｅ基板上などに結晶薄膜をエピタキシャル成長させることで、良質な結晶薄膜を得ている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、ＧａＡｓ基板、ＡｌＧａＡｓのバッファ層、ＧａＡｓのチャネル層およびＧａＡｓのコンタクト層がこの順に配置された、化合物半導体エピタキシャルウエハおよび化合物半導体装置を開示する。化合物半導体の結晶薄膜は気相エピタキシャル成長法により形成される。
【０００４】
一方、非特許文献１は、Ｓｉ基板（ベース基板）にエピタキシャル成長したＧｅの結晶薄膜にサイクル熱アニールを施すことで、結晶薄膜の結晶性が向上することを開示する。例えば、８００〜９００℃で熱アニールを施すことで、平均転位密度が２．３×１０６ｃｍ−２のＧｅ結晶薄膜が得られる。ここで、平均転位密度は格子欠陥密度の一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４５８１２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈｓｉｎ−Ｃｈｉａｏ Ｌｕａｎ ｅｔ．ａｌ． 「Ｈｉｇｈ−ｑｕａｌｉｔｙ Ｇｅ ｅｐｉｌａｙｅｒｓ ｏｎ Ｓｉ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｔｈｒｅａｄｉｎｇ−ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ」、ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬＵＭＥ ７５， ＮＵＭＢＥＲ １９、８ ＮＯＶＥＭＢＥＲ １９９９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＧａＡｓ基板上またはＧｅ基板上にＧａＡｓ系の化合物半導体を結晶成長させることで、チャネル層の結晶性を向上させることができるが、ＧａＡｓ基板およびＧｅ基板等はＳｉ基板より高価なので、電子デバイスの製造コストが増加する。また、これらの基板は放熱特性が十分ではないので、デバイスの形成密度が制限され、または、デバイスの使用温度が制限される。そこで、Ｓｉ基板のような安価で放熱特性に優れた基板を用いて、良質な化合物半導体の結晶薄膜を備えた半導体基板および電子デバイスが求められている。
【０００８】
Ｓｉ基板に形成されたＧｅ薄膜に、８００〜９００℃のアニールを施すことで、Ｇｅ薄膜の結晶性を向上させることができる。しかし、基板が耐熱性の低い部分を有する場合には、８００〜９００℃でアニールを実施できない。即ち、係る方法を電子デバイスの製造に用いる場合には、電子デバイスの製造工程が大きく制限される。また、電子デバイスの熱設計が非常に複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とが設けられたベース基板を熱処理して半導体基板を製造する方法であって、被保護部の上方に、ベース基板に照射される電磁波から被保護部を保護する保護層を設ける段階と、ベース基板の被熱処理部および被保護部に電磁波を照射することにより被熱処理部をアニールする段階とを備える半導体基板の製造方法を提供する。当該製造方法は、例えば、被保護部として電子素子をベース基板に形成する段階をさらに備える。ここで、電子素子はシリコンデバイスを含む。被保護部として電子素子の活性領域をベース基板に形成する段階をさらに備えてもよい。ベース基板は、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板、およびＧａＡｓ基板のいずれか１つである。
【００１０】
保護層を設ける段階の前に、被保護部として金属配線を形成する段階をさらに備え、保護層を設ける段階において、金属配線の上方に保護層を設けてもよい。金属配線を形成する段階においては、例えば、複数の金属配線と、複数の金属配線の各々の間を絶縁する絶縁膜とを形成する。金属配線は例えばＡｌである。アニールする段階においては、金属配線の温度を６５０℃以下に維持することが好ましい。
【００１１】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含む被熱処理部をベース基板に設ける段階をさらに備えてもよい。この場合、例えばアニールする段階の後に、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階をさらに備える。アニールする段階において、被熱処理部を設ける段階の後、ベース基板を大気に曝すことなく、被熱処理部をアニールしてもよい。さらに、被熱処理部を設ける段階とアニールする段階とを同一反応容器内で実行してもよい。３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階においては、アニールする段階で電磁波を照射した光源を用いて、ベース基板に再度電磁波を照射してもよい。
【００１２】
アニールする段階において、ベース基板全体に均一に電磁波を照射してもよい。アニールする段階においては、例えば、パルス状に複数回ベース基板に電磁波を照射する。アニールする段階においては、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）の格子欠陥密度を例えば１０５ｃｍ−２以下に低減させる。被熱処理部が設けられたベース基板の主面の裏面側から加熱しながら、ベース基板の主面側から電磁波を照射してもよい。
【００１３】
保護層を設ける段階において、被熱処理部の前駆体が結晶に成長することを阻害し、かつ、ベース基板に照射される電磁波から被保護部を保護する阻害層をベース基板上に形成し、ベース基板にまで貫通する開口を阻害層に形成する段階と、開口内に被熱処理部としてのシード結晶を設ける段階とをさらに備え、アニールする段階において、電磁波を照射することによりシード結晶もアニールしてもよい。保護層を設ける段階において、阻害層上に電磁波の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽層をさらに形成してもよい。
【００１４】
アニールする段階の後に、一例として、当該シード結晶に格子整合または擬格子整合する化合物半導体を結晶成長させる段階をさらに備える。例えば、シード結晶はＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）であり、化合物半導体は、３−５族化合物半導体である。
【００１５】
保護層は、例えば、被保護部よりも電磁波の反射率が大きい。保護層は、熱伝導を抑制する熱伝導抑制層と、熱伝導抑制層上に設けられ、熱伝導抑制層よりも電磁波の反射率が大きい遮蔽層を有し、熱伝導抑制層の熱伝導率は遮蔽層の熱伝導率よりも小さくてもよい。熱伝導抑制層の熱伝導率は、被保護部の熱伝導率よりも小さいことが好ましい。
【００１６】
熱伝導抑制層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、またはポリイミドのいずれかを含む。遮蔽層は、例えば、電磁波の少なくとも一部を反射する反射層を有する。遮蔽層は、電磁波の少なくとも一部を散乱する散乱層を有してもよい。遮蔽層は、電磁波の少なくとも一部を吸収する吸収層を有してもよい。電磁波に対する吸収層の吸収係数は、電磁波に対する被熱処理部の吸収係数より大きい。
【００１７】
本発明の第２の態様においては、ベース基板と、ベース基板上に形成され、活性領域を有する電子素子と、ベース基板上に設けられたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）と、活性領域を覆い、ベース基板に照射される電磁波から活性領域を保護する保護層とを備える半導体基板を提供する。半導体基板は、電子素子上に形成され、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体が結晶に成長することを阻害し、かつ、保護層として機能する阻害層をさらに備え、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）は、ベース基板にまで阻害層を貫通する開口内に設けられていてもよい。阻害層上に、電磁波の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽層をさらに備えてもよい。
【００１８】
本発明の第３の態様においては、第１の電子素子と第２の電子素子とを備える電子デバイスの製造方法であって、ベース基板上に第１の電子素子を形成する段階と、ベース基板に照射される電磁波から第１の電子素子を保護する保護層を設ける段階と、ベース基板上にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を設ける段階と、ベース基板に電磁波を照射することによりＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶をアニールする段階と、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階と、３−５族化合物半導体上に、第１の電子素子と電気的に結合される第２の電子素子を形成する段階とを備える電子デバイスの製造方法が提供される。
【００１９】
電子デバイスの製造方法は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体が結晶に成長することを阻害し、且つ、電磁波から第１の電子素子を保護する阻害層を、少なくとも第１の電子素子を覆うように形成する段階と、第１の電子素子を覆う領域以外の阻害層の領域に、ベース基板にまで貫通する開口を形成する段階と、開口内でＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体を結晶に成長させ、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を設ける段階とをさらに備えてもよい。第１の電子素子を覆う阻害層の領域上に電磁波を遮蔽する遮蔽層を設ける段階をさらに備えてもよい。
【００２０】
例えば、第１の電子素子は、第２の電子素子の駆動回路、第２の電子素子の入出力特性における線形性を改善する補正回路、および第２の電子素子の入力段の保護回路のうちの少なくとも１つの回路に含まれる電子素子であり、第２の電子素子は、アナログ電子デバイス、発光デバイス、および受光デバイスのうちの少なくとも１つのデバイスに含まれる電子素子である。
【００２１】
本発明の第４の態様においては、単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とを備えるベース基板を保持する反応容器と、ベース基板における、被保護部および被熱処理部が形成されている主面側から電磁波を照射する照射部と、主面の裏面側からベース基板全体を加熱する加熱部と、ベース基板の温度を測定する加熱温度測定部と、被保護部の温度および被熱処理部の温度を測定する温度測定部と、加熱温度測定部および温度測定部の測定結果に基づいて照射部および加熱部を制御する制御部とを備える反応装置を提供する。
【００２２】
温度測定部は、一例として、被保護部からの放射熱および被熱処理部からの放射熱に基づいて、被保護部の温度および被熱処理部の温度を測定する。温度測定部は、被保護部の温度および被熱処理部の温度を順次測定してもよい。
【００２３】
制御部は、例えば、加熱温度測定部の測定結果に基づいて、照射部が電磁波を照射する照射期間と、照射部が電磁波を照射しない非照射期間とを決定する。ベース基板と照射部との間に、被保護部の吸収係数が被熱処理部の吸収係数よりも大きい電磁波の波長成分を遮断するフィルタをさらに備えてもよい。
【００２４】
反応装置は、例えば、反応容器の内部に原料ガスを供給するガス供給部をさらに備え、反応容器の内部で原料ガスを反応させて被熱処理部上に化合物半導体を結晶成長させる。反応装置においては、原料ガスの温度および原料ガスとともに供給されるキャリアガスの温度がベース基板の温度よりも低く、原料ガスは、化合物半導体を結晶成長させる間にベース基板を冷却してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】半導体基板１１０の断面の一例を概略的に示す。
【図２】半導体基板２１０の断面の一例を概略的に示す。
【図３】熱伝導抑制層２５４の表面温度および裏面温度の変化の一例を示す。
【図４】半導体基板４１０の断面の一例を概略的に示す。
【図５】電子デバイス５００の断面の一例を概略的に示す。
【図６】電子デバイス５００の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。
【図７】半導体基板５１０の製造過程における断面の一例を概略的に示す。
【図８】半導体基板５１０の製造過程における断面の一例を概略的に示す。
【図９】半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。
【図１０】半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。
【図１１】半導体基板５１０の断面の一例を概略的に示す。
【図１２】熱処理装置１２００の断面の一例を概略的に示す。
【図１３】半導体基板１１０の断面の一例を概略的に示す。
【図１４】半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。
【図１５】熱処理炉１２１０から取り出した半導体基板９１０の断面ＴＥＭ写真である。
【図１６】熱処理されていないＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶２０００を有する半導体基板９１０の断面ＴＥＭ写真である。
【図１７】ＨＢＴのコレクタ電圧に対するコレクタ電流を示す。
【図１８】電流増幅率が１となる最大発振周波数を得るための実験データを示す。
【図１９】３−５族化合物半導体５６６の成長速度と、被覆領域の大きさおよび開口５５６の大きさとの関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、実施形態について説明するが、図面の記載において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省く場合がある。なお、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、説明の都合上、図面相互間においても互いの寸法の関係又は比率が異なる部分が含まれる場合がある。
【００２７】
図１は、半導体基板１１０の断面の一例を概略的に示す。半導体基板１１０は、ベース基板１２０を熱処理することによって製造される。ベース基板１２０は、第１主面１２２および第２主面１２４を有する。ベース基板１２０には、単結晶層を有し熱処理される被熱処理部１３０と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部１４０とが設けられている。被熱処理部１３０は第１主面上に設けられている。被保護部１４０は、一例として、第１主面１２２上の被熱処理部１３０が設けられる領域以外の領域に設けられている。
【００２８】
半導体基板１１０の製造において、被保護部１４０の上方に保護層１５０を設けた後に、被熱処理部１３０および被保護部１４０を含むベース基板１２０の領域に電磁波を照射する。例えばベース基板１２０の表面の全体に電磁波を照射する。保護層１５０は、ベース基板１２０に照射される電磁波１０から被保護部１４０を保護する。これにより、被熱処理部１３０を選択的に加熱する。つまり、被熱処理部１３０を選択的に加熱することにより、被熱処理部１３０および被保護部１４０のうち、被熱処理部１３０だけが選択的にアニールされた半導体基板１１０を製造できる。
【００２９】
ここで、選択的に加熱するとは、ベース基板１２０上の特定の領域に、他の領域に比べて多くの熱を与えることをいう。また、本明細書において、「Ａの上方」とは、「Ａ」を起点として、被熱処理部１３０に照射される電磁波１０の照射源に向かう方向に延伸する線上における、「Ａ」の面上を含む任意の位置をいう。「Ａ」は、例えば、ベース基板１２０、被熱処理部１３０、および被保護部１４０などである。
【００３０】
つまり「Ａの上方」とは、「Ａ」および電磁波１０を照射する照射源の間の任意の位置を指してよい。より具体的には、保護層１５０およびベース基板１２０の間に被保護部１４０が挟まれるように、保護層１５０が設けられる。例えば、「被保護部１４０の上方」とは、被保護部１４０の表面を起点として、ベース基板１２０の第２主面１２４から第１主面１２２に向かう方向に延伸する線上の位置に相当する。
【００３１】
同様に、「Ａの下方」とは、「Ａ」を起点として、被熱処理部１３０に照射される電磁波の照射源に向かう方向と反対の方向に延伸する線上における任意の位置をいう。つまり「Ａの下方」とは、「Ａ」を起点として、「Ａの上方」とは逆側の任意の位置を指してよい。
【００３２】
ベース基板１２０は、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、およびＧａＡｓ基板のうち、いずれか１つの基板である。Ｓｉ基板は単結晶Ｓｉ基板であってもよい。また、ベース基板１２０は、サファイア基板、ガラス基板、ＰＥＴフィルム等の樹脂基板であってもよい。
【００３３】
ベース基板１２０をアニールする場合に、被熱処理部１３０は選択的に加熱される。被熱処理部１３０は半導体の単結晶である。被熱処理部１３０は、例えば、化学気相析出法（ＣＶＤ法と称する場合がある。）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法と称する場合がある。）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法と称する場合がある。）、または原子層成長法（ＡＬＤ法と称する場合がある。）により形成される。被熱処理部１３０は、例えば３−５族化合物半導体またはＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶である。
【００３４】
アニールするときの雰囲気は、水素と不活性ガスの混合雰囲気が好ましい。大気中または不活性ガス中でアニールすると、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の表面にピット（穴）が形成されることがある。アニールするときの雰囲気が水素と不活性ガスの混合雰囲気の場合、水素濃度は混合雰囲気の９０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは９５％以上である。アニールするときの圧力は、例えば約２０ｋＰａ以下の圧力である。
【００３５】
被熱処理部１３０は、例えば、ベース基板１２０の第１主面１２２に接して形成されたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を含む。ここで、ｘは、０≦ｘ＜１を満たす実数を表す。ベース基板と上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶との間に、例えばＳｉ結晶などの層が設けられていてもよい。上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の内部には、ベース基板１２０と上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶との格子定数の違い等により、格子欠陥等の欠陥が発生する場合がある。上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を加熱してアニールを施すことにより、上記欠陥が上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の内部を移動して、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の界面もしくは表面、または、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の内部ゲッタリングシンク等に捕捉される。その結果、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の表面まで到達する貫通転位に代表される欠陥の密度が低減された領域を有する、良質のＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶が得られる。
【００３６】
例えば、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶は、結晶内部を移動する欠陥を捕捉する欠陥捕捉部を有する。一例として、欠陥捕捉部は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶に含まれる任意の点からの最大距離が、上記アニールの温度および時間において欠陥が移動可能な距離以下となるように配置される。ここで、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の界面、阻害層に設けられた開口の側壁と上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶との界面、または、上記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の内部ゲッタリングシンクは、欠陥捕捉部の一例である。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶は、最大の幅が、上記アニールの温度および時間において上記欠陥が移動する距離の２倍を越えない大きさに形成されてもよい。
【００３７】
被熱処理部１３０はベース基板の一部であってもよい。例えば、ベース基板１２０としてＧｅ基板またはＧＯＩ基板を用いる場合には、Ｇｅ基板またはＧＯＩ基板に含まれるＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶層（０≦ｘ＜１）の少なくとも一部が被熱処理部１３０となる。この場合には、ベース基板１２０は被熱処理部１３０の少なくとも一部を囲む保温部を有してもよい。保温部の材料は、熱伝導率が小さな材料であることが好ましい。これにより、被熱処理部１３０に照射された電磁波１０のエネルギーが効率よく利用される。
【００３８】
被熱処理部１３０は、半導体デバイスの不純物領域となる領域であってもよい。例えば、被熱処理部１３０は、イオン注入等により不純物が導入された不純物注入領域である。この場合、例えば、不純物注入領域となる領域の少なくとも一部に、イオン注入等により不純物が導入される。その後、上記領域を加熱してアニールを施すことにより、当該領域の結晶性が回復して、不純物が活性化された不純物注入領域が形成される。
【００３９】
また、被熱処理部１３０は、熱処理により不純物が拡散した不純物拡散領域であってもよい。この場合、例えば、不純物拡散領域となる領域の少なくとも一部に、塗布法またはＣＶＤ法等により不純物拡散源が形成される。その後、上記領域を加熱してアニールを施すことにより、不純物拡散領域が形成される。
【００４０】
不純物領域は、例えば、ＭＩＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のウェル、ソース領域またはドレイン領域である。ＭＩＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。
【００４１】
被保護部１４０は、保護層１５０によって、ベース基板１２０に照射される電磁波１０から保護される。具体的には、被保護部１４０は、ベース基板１２０の表面全体に電磁波１０が照射された場合に、被熱処理部１３０の最高到達温度よりも低い温度に維持される。被保護部１４０は、ベース基板１２０の被熱処理部１３０以外の部分に配置される。一例として、被保護部１４０は、ベース基板１２０の第１主面１２２に形成される。
【００４２】
被保護部１４０は、被熱処理部１３０よりも耐熱性が低い領域を含む。例えば被保護部１４０は、被熱処理部１３０よりも低い温度で、特性が許容範囲外まで変化する領域を含む。被保護部１４０には、例えば、Ｓｉ半導体素子もしくは３−５族化合物半導体素子などの電子素子、または、それらの電子素子の一部が形成される。
【００４３】
被保護部１４０は、例えば、半導体基板１１０に形成される電子素子の活性領域を含む。電子素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＩＳＦＥＴ、ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体デバイス、半導体レーザー、発光ダイオード、発光サイリスタ等の発光デバイス、光センサー、受光ダイオード等の受光デバイス、太陽電池のようなデバイスに含まれる能動素子である。電子素子の活性領域は、例えば、電界効果トランジスタのチャネル領域、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ接合領域、またはダイオードのアノード・カソード接合領域である。電子素子は、抵抗、キャパシタ、インダクタ等の受動素子であってもよい。
【００４４】
被保護部１４０は、接触して設けられる半導体および誘電体を含んでよい。半導体および誘電体の界面は、例えば、ＭＯＳＦＥＴの活性領域に形成されるＭＯＳゲート界面として用いられる。ＭＯＳゲート界面は耐熱性が低い。従って、当該界面が高温条件に長時間晒されると、上記ＭＯＳＦＥＴの特性が悪化する場合があるので、電磁波１０から保護されることが好ましい。
【００４５】
被保護部１４０は、半導体デバイスの不純物領域、または、高濃度に不純物ドープされたエピタキシャル成長層を含んでもよい。不純物領域は、例えば、上述した不純物注入領域または不純物拡散領域である。不純物領域またはエピタキシャル成長層は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のＭＩＳＦＥＴのウェル、ソース領域、またはドレイン領域である。
【００４６】
不純物領域およびエピタキシャル成長層は、加熱により特性が変化する。例えば、不純物拡散領域に含まれる不純物は、加熱により拡散する。不純物領域およびエピタキシャル成長層が形成された後で、当該不純物領域等が高温に晒される場合には、半導体デバイスの熱設計が複雑になるので、不純物領域等は電磁波１０から保護されることが好ましい。
【００４７】
被保護部１４０は、金属配線を含んでもよい。被保護部１４０の少なくとも一部として金属配線を形成した後に、金属配線の上方に保護層１５０を設けてもよい。保護層１５０は、金属配線の温度を、当該金属配線の融点よりも低く維持する。例えば、金属配線がＡｌを含む場合、Ａｌの融点が６６０℃なので、保護層１５０は、金属配線の温度を例えば６５０℃以下に維持することが好ましい。金属配線はベース基板１２０に形成される電子素子と接続されてもよい。
【００４８】
被保護部１４０には、複数の金属配線が形成されてもよい。被保護部１４０は、当該複数の金属配線の各々の間を絶縁する絶縁膜を有することが好ましい。絶縁膜は、例えばポリイミドにより形成される。絶縁膜がポリイミドで形成される場合には、保護層１５０は、絶縁膜の温度を例えば５００℃以下に維持することが好ましい。
【００４９】
保護層１５０は、被保護部１４０を電磁波１０から保護する。保護層１５０は、例えば、被保護部１４０に到達する電磁波１０の強度を弱めることで、被保護部１４０を保護する。また、保護層１５０は、例えば電磁波１０を吸収することで保護層１５０において発生した熱が、被保護部１４０に伝導するのを抑制することにより、被保護部１４０を保護する。
【００５０】
保護層１５０は、電磁波１０の透過方向Ｚに対して、保護層１５０、被保護部１４０の順に配置される。透過方向Ｚとは、ベース基板１２０の第１主面１２２から第２主面１２４に向かい、第１主面１２２に略垂直な方向である。電磁波１０は、透過方向Ｚ以外の方向に照射されてもよい。
【００５１】
ここで、本明細書において、「略垂直な方向」とは、厳密に垂直な方向だけでなく、基板および各部材の製造誤差を考慮して、垂直からわずかに傾いた方向をも含む。また、「透過方向Ｚ」とは、方向を表現する目的で「透過」という文言が用いられており、現実に、電磁波１０が透過することを要件とするものではない。例えば、電磁波１０が保護層１５０により遮蔽される場合も含まれる。
【００５２】
保護層１５０は、例えば、電磁波１０の少なくとも一部を遮蔽して、被保護部１４０に到達する電磁波の強度を弱める。保護層１５０は、電磁波１０の少なくとも一部を反射、散乱、または吸収することで、被保護部１４０に到達する電磁波１０の強度を弱めてもよい。このように、保護層１５０は被保護部１４０を電磁波１０から保護する。従って、被熱処理部１３０および被保護部１４０に電磁波１０が照射された場合であっても、被保護部１４０の最高到達温度は、被熱処理部１３０の最高到達温度より低い温度に維持される。即ち、ベース基板１２０にフラッシュアニールを施す場合のように、電磁波１０により、ベース基板１２０の広い面積を一度に加熱する場合であっても、被熱処理部１３０を選択的に加熱することができる。
【００５３】
保護層１５０は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属薄膜を有する。これにより、保護層１５０は、電磁波１０の少なくとも一部を反射できる。保護層１５０は、微粒子を含む樹脂層、または、屈折率の異なる誘電体に微粒子を分散させた層を有してもよい。これにより、保護層１５０は電磁波１０の少なくとも一部を散乱できる。保護層１５０は、アモルファスシリコンを有してもよい。これにより、保護層１５０は電磁波１０の少なくとも一部を吸収できる。保護層１５０はそれぞれ異なる材質の複数の層を有してよい。
【００５４】
被熱処理部１３０の平均転位密度を低減することを目的として、ベース基板１２０に電磁波１０が照射される。電磁波１０の波長は、被熱処理部１３０における電磁波１０の吸収係数がピークを示す波長であってよい。また、電磁波１０の波長は、電磁波１０の一部が被保護部１４０に吸収されずに透過する波長であってもよい。電磁波１０の波長を上記の通り選択することで、被熱処理部１３０および被保護部１４０に直接電磁波１０が照射された場合であっても、被熱処理部１３０を選択的に加熱できる。
【００５５】
例えば、照射される電磁波１０の波長において、被熱処理部１３０における電磁波１０の吸収係数は、被保護部１４０における電磁波１０の吸収係数より大きい。具体的には、電磁波１０は、波長が１２００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下の光である。上記光は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）には吸収されるが、Ｓｉ結晶には吸収されないで透過する。これにより、Ｓｉデバイスの熱損傷を抑制しつつ、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を選択的に加熱できる。
【００５６】
図２は、半導体基板２１０の断面の一例を概略的に示す。半導体基板２１０は、図１に示した半導体基板１１０の保護層１５０に代えて、遮蔽層２５２と熱伝導抑制層２５４とを有する保護層２５０を設けて製造される。遮蔽層２５２、熱伝導抑制層２５４、および被保護部１４０は、電磁波１０の透過方向Ｚに対して、この順に配置される。半導体基板２１０が保護層１５０の代わりに保護層２５０を備える以外は、半導体基板２１０と半導体基板１１０とは同様の構成を有し、また、同様の工程で製造される。そこで、保護層２５０以外の構成については説明を省略する。
【００５７】
遮蔽層２５２は、電磁波１０の少なくとも一部を遮蔽する。遮蔽層２５２は、例えば、電磁波１０の少なくとも一部を反射する反射層を有する。遮蔽層２５２における電磁波１０の反射率は、被保護部１４０における電磁波１０の反射率よりも大きいことが好ましい。
【００５８】
反射層は金属薄膜を含んでもよい。金属薄膜は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属を含む薄膜である。反射層は、例えば、真空蒸着法により形成できる。遮蔽層２５２は複数の材料から構成されてよい。遮蔽層２５２は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層もしくは酸化アルミニウム層、または、これらを積層した層を含む。金属薄膜は、これらの層の内部に埋め込まれるように配置されてもよい。
【００５９】
遮蔽層２５２は、電磁波１０の少なくとも一部を散乱させる散乱層を有してもよい。散乱層は、例えば、微粒子を含む樹脂層、または、屈折率の異なる誘電体に微粒子を分散させた層を含む。散乱層は、例えば、塗布法により形成できる。微粒子は、コロイダルシリカ等のセラミックの透明な微粒子であってもよい。微粒子は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層もしくは酸化アルミニウム層、または、これらを積層した層の内部に埋め込まれるように配置されてもよい。
【００６０】
散乱層は、遮蔽層２５２の内部に入射した電磁波１０の少なくとも一部を散乱させて電磁波１０の進行方向を変化させる。これにより、遮蔽層２５２の内部における電磁波１０の移動距離が長くなり、遮蔽層２５２における電磁波１０の吸収量を向上させる。
【００６１】
遮蔽層２５２は、電磁波１０の少なくとも一部を吸収して熱エネルギー等に変換する吸収層を有してもよい。電磁波１０の吸収層における吸収係数は、電磁波１０の被熱処理部１３０における吸収係数より大きいことが好ましい。吸収層は、アモルファスシリコン、ゲルマニウム等の吸収体を含んでよい。吸収層は、例えば、ＣＶＤ法により形成できる。吸収体は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層もしくは酸化アルミニウム層、または、これらを積層した層の内部に埋め込まれるように配置されてもよい。
【００６２】
遮蔽層２５２は、散乱層および吸収層において電磁波１０を吸収して生じる熱を、遮蔽層２５２表面および側面からの熱輻射、および、遮蔽層２５２表面に接する空間中の気流への電熱により放散することが好ましい。以上の構成を採用することにより、遮蔽層２５２は、電磁波１０の少なくとも一部を遮蔽できる。これにより、保護層２５０は、被保護部１４０を電磁波１０から保護できる。なお、遮蔽層２５２は、反射層、散乱層、および吸収層のうちの複数の層を有してよい。
【００６３】
熱伝導抑制層２５４は、遮蔽層２５２と被保護部１４０との間に配置される。熱伝導抑制層２５４は、電磁波１０の照射により遮蔽層２５２で発生した熱が被保護部１４０に到達することを抑制する。
【００６４】
遮蔽層２５２で発生した熱エネルギーの一部は、遮蔽層２５２と熱伝導抑制層２５４との間の接触熱抵抗により熱伝導が抑制される。また、遮蔽層２５２で発生した熱が熱伝導抑制層２５４の内部を伝熱する間に、熱伝導抑制層２５４の内部に温度分布が発生する。その結果、遮蔽層２５２の表面２５７、熱伝導抑制層２５４の表面２５８および裏面２５９における最高到達温度は、この順に低下する。熱伝導抑制層２５４の熱伝導率は、遮蔽層２５２の熱伝導率より小さいことが好ましい。また、熱伝導抑制層２５４の熱伝導率は、被熱処理部１３０の熱伝導率より小さいことが好ましい。
【００６５】
ベース基板１２０の第２主面１２４は、遮蔽層２５２の表面２５７よりも低い温度に維持されることが好ましい。これにより、熱伝導抑制層２５４の内部に温度分布を生じさせることができ、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９における最高到達温度を低下させることができる。
【００６６】
熱伝導抑制層２５４は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、または、ポリイミド等の耐熱樹脂を含んでよい。熱伝導抑制層２５４は、複数の層から形成されてもよい。具体的には、熱伝導抑制層２５４は、被保護部１４０に接する断熱層を有してもよい。さらに、熱伝導抑制層２５４は、熱伝導率の大きな材料で形成された伝熱路により、電磁波１０の照射により発生した熱を被保護部１４０に接する面以外の面に誘導して放熱させてもよい。
【００６７】
図３は、熱伝導抑制層２５４の表面２５８の温度および裏面２５９の温度の変化の一例を示す。同図において、横軸および縦軸はそれぞれ時間および温度を表す。図３の例では、遮蔽層２５２として電磁波１０を吸収する吸収層を用いる。また、図３は、ベース基板１２０が予備加熱されており、第２主面１２４が表面２５８より低い温度に維持されている場合の温度変化を示す。
【００６８】
時間ｔ０において、点線３２に示すパルス状の電磁波１０が、ベース基板１２０に照射される。その結果、熱伝導抑制層２５４の表面２５８の温度は急速に上昇する。そして、Ｚ方向に熱が伝わり、表面２５８から裏面２５９に向かって一定の熱流が生じる。実線３４は、熱伝導抑制層２５４の表面２５８における温度の経時変化の一例を示す。実線３６は、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９における温度の経時変化の一例を示す。
【００６９】
実線３４および実線３６に示すとおり、時間ｔ０における表面２５８および裏面２５９の温度は、ほぼＴ０で等しい。電磁波１０の照射に伴い、遮蔽層２５２の表面２５７の温度は、瞬間的に上昇する。遮蔽層２５２で発生した熱は、熱伝導抑制層２５４の表面２５８に到達する。
【００７０】
実線３４に示すとおり、熱伝導抑制層２５４の表面２５８の温度は、時間ｔ０の後しばらくすると上昇し始める。その後、時間ｔ４において、最高到達温度Ｔ４に到達した後、徐々に低下する。熱伝導抑制層２５４の表面２５８に到達した熱は、熱伝導抑制層２５４の内部を伝わり、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９に到達する。実線３６に示すとおり、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９の温度は、表面２５８より遅れて上昇し始め、時間ｔ６において、最高到達温度Ｔ６に到達した後、徐々に低下する。
【００７１】
熱伝導抑制層２５４の裏面２５９の最高到達温度Ｔ６は、熱伝導抑制層２５４の厚さおよび熱伝導率等に応じて、表面２５８の最高到達温度Ｔ４よりも低くなる。これにより、遮蔽層２５２と被保護部１４０との間に熱伝導抑制層２５４を配置することで、被保護部１４０を電磁波１０から保護できることがわかる。
【００７２】
最高到達温度Ｔ６は、式（１）より求まる。式（１）は一次元の熱拡散方程式であり、式（１）に示すとおり、熱伝導抑制層２５４のＺ方向の厚みが大きいほど、最高到達温度Ｔ６は低くなる。式（１）において、ｔは、時間［ｓ］を表す。ｚは、Ｚ方向の位置［ｍ］を表す。Ｔは、位置ｚにおける温度［Ｋ］を表す。αは、熱伝導抑制層２５４の熱拡散率［ｍ２／ｓ］を表す。
【数１】
【００７３】
熱拡散率αは、式（２）で表される。式（２）において、λは、熱伝導抑制層２５４の熱伝導率［Ｊ／ｓ・ｍ・Ｋ］を表す。Ｃｐは、熱伝導抑制層２５４の定圧比熱［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］を表す。ρは、熱伝導抑制層２５４の密度［ｋｇ／ｍ３］を表す。式（２）より、熱伝導抑制層２５４の熱伝導率が小さいほど、また、熱伝導抑制層２５４の定圧比熱および密度が大きいほど、熱伝導抑制層２５４の裏面２５９が最高到達温度Ｔ6に到達する時間は遅くなり、また、その最高到達温度Ｔ６は低くなる。
α ＝ λ／（Ｃｐ×ρ） ・・・（２）
【００７４】
以上より、熱伝導抑制層２５４の熱拡散率は、被熱処理部１３０の熱拡散率より小さいことが好ましい。なお、熱伝導抑制層２５４の熱拡散率が、被熱処理部１３０の熱拡散率より大きい場合であっても、熱伝導抑制層２５４の厚みを適切に設定すれば、被保護部１４０に接する熱伝導抑制層２５４の裏面２５９の最高到達温度Ｔ6は低くなるので、被保護部１４０を保護できる。
【００７５】
図４は、半導体基板４１０の断面の他の例を概略的に示す。本例の半導体基板４１０は、ベース基板４２０、阻害層４２６、シード結晶４６２、化合物半導体４６６、および半導体デバイス４８０を備える。
【００７６】
ベース基板４２０は、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板、およびＧａＡｓ基板のうち、いずれか１つの基板である。ベース基板４２０は第１主面４２２および第２主面４２４を有する。
【００７７】
半導体基板４１０は、以下の手順により製造される。まず、ベース基板４２０の第１主面４２２に阻害層４２６が形成される。次に、ベース基板４２０にまで阻害層４２６を貫通する開口４２８が形成される。さらに、開口４２８の内部にシード結晶４６２が設けられる。
【００７８】
続いて、シード結晶４６２上に化合物半導体４６６を結晶成長させる。さらに、化合物半導体４６６上に半導体デバイス４８０を形成する。半導体デバイス４８０は、例えば、不純物が導入された領域４３２および領域４３４、活性領域４４０、および保護層４５０を有する。保護層４５０は、ゲート電極４５２およびゲート絶縁膜４５４を含む。
【００７９】
活性領域４４０は、化合物半導体４６６において、不純物が導入された領域４３２および領域４３４に挟まれて設けられる。活性領域４４０は、図１から図３に関連して説明した被保護部１４０に対応する。また、領域４３２および領域４３４は、図１から図３に関連して説明した被熱処理部１３０に対応する。
【００８０】
ゲート絶縁膜４５４は、活性領域４４０上に形成される。また、ゲート電極４５２は、ゲート絶縁膜４５４上に形成される。ゲート電極４５２およびゲート絶縁膜４５４は、活性領域４４０を電磁波１０から保護する。そして、ベース基板４２０の上方から電磁波１０を照射することにより、領域４３２および領域４３４を選択的に加熱することができる。ゲート電極４５２は、図２に関連して説明した遮蔽層２５２のひとつである反射層として機能する。また、ゲート絶縁膜４５４は、図２に関連して説明した熱伝導抑制層２５４として機能する。
【００８１】
阻害層４２６は、シード結晶４６２および化合物半導体４６６の前駆体が結晶に成長することを阻害する。また、ＭＯＣＶＤ法を用いて化合物半導体４６６の結晶をエピタキシャル成長させる場合においては、阻害層４２６は、上記化合物半導体４６６の結晶が阻害層４２６の表面でエピタキシャル成長することを阻害する。
【００８２】
阻害層４２６は、例えば、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、窒化タンタル層もしくは窒化チタン層、または、これらのうちの複数を積層した層である。阻害層４２６の厚みは、例えば、０．０５〜５μｍである。阻害層４２６はベース基板４２０の第１主面４２２に接して形成される。阻害層４２６は、例えば、ＣＶＤ法により形成できる。
【００８３】
開口４２８は、第１主面４２２に略垂直な方向に、阻害層４２６を貫通する。開口４２８は、第１主面４２２を露出させる。これにより、開口４２８の内部に選択的に結晶を成長させることができる。開口４２８は、例えば、エッチング等のフォトリソグラフィ法により形成できる。
【００８４】
開口４２８は、例えば（√３）／３以上のアスペクト比を有する。アスペクト比が（√３）／３以上の開口４２８の内部に、ある程度の厚さを有する結晶が形成されると、当該結晶に含まれる格子欠陥等の欠陥が、開口４２８の壁面でターミネートされる。その結果、開口４２８に露出した上記結晶の表面は、当該結晶が形成された時点で、優れた結晶性を備える。開口４２８の面積は、１ｍｍ２以下であってよく、好ましくは０．２５ｍｍ２未満であってよい。
【００８５】
ここで、本明細書において、「開口のアスペクト比」とは、「開口の深さ」を「開口の幅」で除した値をいう。例えば、電子情報通信学会編、「電子情報通信ハンドブック 第１分冊」７５１ページ、１９８８年、オーム社発行、によると、アスペクト比として（エッチング深さ／パターン幅）と記載されている。本明細書においても、同様の意義でアスペクト比の用語を用いる。
【００８６】
なお、「開口の深さ」とは、基板上に薄膜を積層した場合の積層方向の深さをいい、「開口の幅」は、積層方向に垂直な方向の幅をいう。開口の幅が複数ある場合には、開口のアスペクト比の算出にあたり、最小の幅を用いる。たとえば、開口の積層方向から見た形状が長方形である場合、長方形の短辺の長さをアスペクト比の計算に用いる。
【００８７】
シード結晶４６２は、化合物半導体４６６を成長させるのに良好なシード面を提供する。シード結晶４６２は、ベース基板４２０または第１主面４２２に存在する不純物が化合物半導体４６６の結晶性に悪影響を及ぼすことを抑制する。シード結晶４６２は、例えば、第１主面４２２に接して形成される。シード結晶４６２は半導体の結晶を含んでもよい。シード結晶４６２は、例えば、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含む。
【００８８】
シード結晶４６２は、例えば、ＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法により形成される。このとき、阻害層４２６の表面では結晶成長が阻害されるので、シード結晶４６２は、開口４２８の内部に選択的に成長する。シード結晶４６２は、アニールされることが好ましい。これにより、シード結晶４６２の内部の欠陥密度を低減でき、化合物半導体４６６に対して良好なシード面を提供できる。上記アニールは、被熱処理部１３０のアニールと同様の条件で実施してよい。
【００８９】
化合物半導体４６６は、例えば、シード結晶４６２がアニールされた後に、シード結晶４６２に接して形成される。化合物半導体４６６は、シード結晶４６２に格子整合または擬格子整合する化合物半導体である。化合物半導体４６６は、例えば、ＧａＡｓ等の３−５族化合物半導体である。シード結晶４６２と化合物半導体４６６との界面は、開口４２８の内部にあってもよい。化合物半導体４６６は、例えば、ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長法により形成できる。なお、ベース基板４２０が、Ｇｅ基板またはＧＯＩ基板のように、第１主面４２２にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を有する基板である場合には、化合物半導体４６６は、当該ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）をシード結晶として、第１主面４２２に接して形成されてもよい。
【００９０】
化合物半導体４６６が、ＧａＡｓまたはＧａＡｓに格子整合もしくは擬格子整合する半導体である場合、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶におけるＸは、０≦Ｘ≦０．１であることが好ましく、さらに好ましくはＸ＝０である。Ｘが０．１以下であると、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶と３−５族化合物半導体との格子定数の差がより小さくなるので、欠陥が生じにくい。
【００９１】
ここで、本明細書において、「擬格子整合」とは、完全な格子整合ではないが、２つの半導体の格子定数の差が小さく、格子不整合による欠陥の発生が顕著でない範囲で、２つの半導体を積層できる状態をいう。このとき、各半導体の結晶格子が、弾性変形できる範囲内で変形することで、上記格子定数の差が吸収される。例えば、ＧｅとＧａＡｓとの積層状態は、擬格子整合と呼ばれる。
【００９２】
半導体デバイス４８０は、例えば、化合物半導体４６６の一部を活性領域４４０として用いたＭＯＳＦＥＴである。領域４３２および領域４３４は、それぞれ、半導体デバイス４８０のソース領域およびドレイン領域となる領域である。
【００９３】
化合物半導体４６６をＭＯＣＶＤ法で成長させる場合、成長圧力は０．１ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下の条件を用いることができる。成長圧力が高いと阻害層上にも結晶がつきやすくなり好ましくない。好ましい成長圧力は５０ｋＰａ以下である。化合物半導体４６６の成長速度は、阻害層４２６に設けられた開口４２８の面積比（（開口の底面積）／（阻害層と基板とが接する面の面積））に依存する。開口４２８の面積比が小さくなると多くの原料が開口に集中し、成長速度が大きくなる。
【００９４】
領域４３２および領域４３４は、例えば、以下の手順で形成される。まず、化合物半導体４６６に接するゲート絶縁膜４５４を形成する。ゲート絶縁膜４５４として、ＡｌＧａＡｓ膜、ＡｌＩｎＧａＰ膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化ガドリニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ランタン膜、および、これらの混合物または積層膜を例示できる。ゲート絶縁膜４５４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＤ法により薄膜を形成した後に、当該薄膜をパターニングして形成できる。
【００９５】
次に、ゲート絶縁膜４５４に接するゲート電極４５２を形成する。ゲート電極４５２は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属であってよく、また伝導性のＴａＣ、ＴａＮ、ＴｉＮ上にＡｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属を積層した構造物であってもよい。ゲート電極４５２は、例えば、スパッタリング法または真空蒸着法により薄膜を形成した後、当該薄膜をエッチング等によりパターニングして形成できる。
【００９６】
次に、領域４３２および領域４３４の形状に合わせて、図示しないレジストを化合物半導体４６６上に形成する。その後、例えば、ゲート電極４５２およびゲート絶縁膜４５４をマスクに用いたイオン注入により、化合物半導体４６６に不純物を導入する。上記レジストを除去して、領域４３２および領域４３４が得られる。
【００９７】
続いて、ベース基板４２０の上方から電磁波１０を照射する。電磁波１０は、例えば、フラッシュランプのフラッシュ光である。電磁波１０は、領域４３２および領域４３４に吸収されやすく、ゲート電極４５２に反射されやすい波長を有する。
【００９８】
これにより、ゲート電極４５２は、電磁波１０の少なくとも一部を反射する。また、ゲート絶縁膜４５４は、電磁波１０の照射によりゲート電極４５２で発生した熱が、活性領域４４０に到達することを抑制する。これにより、耐熱性が小さい活性領域４４０とゲート絶縁膜４５４との界面を、電磁波１０の照射により生じた熱から保護する。
【００９９】
一方、領域４３２および領域４３４は、電磁波１０を吸収して温度が上昇する。これにより、領域４３２および領域４３４の結晶性が回復して、イオン注入された不純物が活性化する。以上により、活性領域４４０または活性領域４４０とゲート絶縁膜４５４との界面の温度上昇を抑制しながら、領域４３２および領域４３４を選択的に加熱して、半導体デバイス４８０のソース領域およびドレイン領域を形成できる。なお、ソース領域およびドレイン領域などの不純物領域の形成方法は、上記の方法に限定されない。不純物領域は、不純物を拡散することにより形成されてもよい。
【０１００】
半導体デバイス４８０は、化合物半導体４６６を核として、開口４２８に沿って成長した化合物半導体に形成されてもよい。また、保護層４５０は、半導体デバイス４８０のゲート電極４５２およびゲート絶縁膜４５４に限られない。保護層４５０は、ゲート電極４５２のゲート側壁に形成されてもよい。これにより、熱拡散および不純物拡散によるゲート部への悪影響を抑制できる。
【０１０１】
図５は、電子デバイス５００の断面の他の例を概略的に示す。電子デバイス５００は、半導体基板５１０上に形成された第２の電子素子５８０、配線５９２、配線５９４、および配線５９６を備える。
【０１０２】
半導体基板５１０は、ベース基板５２０、第１の電子素子５７０、阻害層５５４、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２、および３−５族化合物半導体５６６を有する。ベース基板５２０は、第１主面５２２および第２主面５２４を有する。ベース基板４２０は、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板、およびＧａＡｓ基板のうち、いずれか１つの基板である。
【０１０３】
ベース基板５２０には第１の電子素子５７０が形成される。第１の電子素子５７０は、ウェル５７１、ソース領域５７２、ドレイン領域５７４、ゲート電極５７６、およびゲート絶縁膜５７８を含む。第１の電子素子５７０は、図４に関連して説明した半導体デバイス４８０と同一の構成を有してよい。第１の電子素子５７０は、図１から図３に関連して説明した被保護部１４０に対応する。
【０１０４】
阻害層５５４は、図４に関連して説明した阻害層４２６と同一の材料および方法で、ベース基板５２０および第１の電子素子５７０上に形成される。また、阻害層５５４には、開口５５６、開口５９３、および開口５９５が形成される。第２の電子素子５８０は、入出力電極５８７、入出力電極５８８、およびゲート電極５８９を有する。第２の電子素子５８０は、３−５族化合物半導体５６６に形成される。
【０１０５】
阻害層５５４および開口５５６と、阻害層４２６および開口４２８とは同等である。そこで、阻害層４２６および開口４２８との相違点以外については、阻害層５５４および開口５５６の説明を省略する。阻害層５５４は、阻害層４２６と比較して、開口５９３および開口５９５を有する点で相違する。また、阻害層５５４は、被保護部の一例である第１の電子素子５７０を電磁波から保護する保護層として機能する。阻害層５５４は、上述した熱伝導抑制層として機能してもよい。
【０１０６】
開口５９３および開口５９５は、第１主面５２２に略垂直な方向に阻害層５５４を貫通する。開口５９３および開口５９５は、それぞれ、ソース領域５７２およびドレイン領域５７４を露出させる。開口５９３および開口５９５の内部には、それぞれ、配線５９２および配線５９４の一部が形成される。これにより、第１の電子素子５７０は、第２の電子素子５８０等の他の電子素子と電気的に結合される。開口５９３および開口５９５は、例えば、反応性イオンエッチングにより形成できる。
【０１０７】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、３−５族化合物半導体５６６の成長に良好なシード面を提供するシード結晶の一例である。ここで、ｘは、０≦ｘ＜１を満たす実数を表す。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、ベース基板５２０または第１主面５２２に存在する不純物が３−５族化合物半導体５６６の結晶性に悪影響を及ぼすことを抑制する。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、開口５５６の内部に設けられる。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、第１主面５２２に接して形成されてよい。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２は、図４に関連して説明したシード結晶４６２と同様の方法および条件で形成されてよい。
【０１０８】
第１の電子素子５７０を電磁波から保護する阻害層５５４が形成された後に、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波１０を半導体基板５１０に照射することで、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が被熱処理部として選択的に加熱される。保護層は、半導体基板５１０の阻害層５５４において、開口以外の部分の少なくとも一部の領域を指してよい。
【０１０９】
３−５族化合物半導体５６６は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２に格子整合または擬格子整合する。３−５族化合物半導体５６６は、例えばＧａＡｓである。３−５族化合物半導体５６６は、例えば、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２に接して結晶成長する。
【０１１０】
３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させる場合には、ベース基板５２０に電磁波を照射して、３−５族化合物半導体５６６の温度を結晶成長に必要な温度にまで上昇させる。３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させる場合、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２をアニールした光源を用いて、再度同一の電磁波を照射してもよい。
【０１１１】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２と３−５族化合物半導体５６６との界面は、開口５５６の内部にあってもよい。３−５族化合物半導体５６６は、例えば、ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長法により形成される。なお、ベース基板５２０が、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板のように、第１主面５２２にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を有する基板である場合には、３−５族化合物半導体５６６は第１主面５２２に接して形成されてもよい。
【０１１２】
ＭＯＣＶＤ法により、３−５族化合物半導体５６６をエピタキシャル成長させる場合には、第１の電子素子５７０を電磁波から保護する阻害層５５４がベース基板５２０に形成された状態で、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波をベース基板５２０に照射しながら、反応容器に原料ガスを供給してもよい。これにより、アニールされたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を選択成長させることができる。
【０１１３】
この場合、ベース基板５２０の温度、特に、第１の電子素子５７０が形成された領域の温度は、例えば６５０℃以下、好ましくは４５０℃以下に維持される。これにより、熱により第１の電子素子５７０が劣化することを抑制できる。なお、ベース基板５２０の温度は、ベース基板５２０にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２を形成する場合、および、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２をアニールする場合のいずれでも、６５０℃以下、好ましくは４５０℃以下に維持される。
【０１１４】
第１の電子素子５７０は、ベース基板５２０の開口５５６に露出する領域以外の領域に形成される。第１の電子素子５７０は、ＭＩＳＦＥＴ、ＨＢＴ、およびＨＥＭＴ等の半導体デバイス、ＬＥＤ等の発光デバイス、光センサー等の受光デバイスに含まれる能動素子、またはキャパシタ等に含まれる受動素子であってもよい。また、第１の電子素子５７０は、第２の電子素子５８０の駆動回路、第２の電子素子５８０の入出力特性における線形性を改善する補正回路、および、第２の電子素子５８０の入力段の保護回路のいずれかの回路に含まれる電子素子であってよい。
【０１１５】
第２の電子素子５８０は、アナログ電子デバイス、ＬＥＤ等の発光デバイスおよび光センサー等の受光デバイスのいずれかのデバイスに含まれる電子素子であってよい。また、第２の電子素子５８０は、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＩＳＦＥＴ、ＨＢＴ、およびＨＥＭＴ等の半導体デバイス、または、キャパシタ等に含まれる受動素子であってよい。
【０１１６】
入出力電極５８７、入出力電極５８８、およびゲート電極５８９の材料は、導電性の材料である。例えば、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ等の金属、または、高濃度に不純物がドープされた半導体を利用できる。入出力電極５８７、入出力電極５８８、およびゲート電極５８９は、例えば、真空蒸着法またはめっき法などにより形成できる。
【０１１７】
配線５９２、配線５９４、および配線５９６は、第１の電子素子５７０または第２の電子素子５８０を、他の電子素子等と電気的に結合する。配線５９２、配線５９４、および配線５９６の材料は、導電性の材料である。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｔｉ等の金属、または、不純物がドープされた半導体を利用できる。配線５９２、配線５９４、および配線５９６は、例えば、真空蒸着法またはめっき法などにより形成できる。
【０１１８】
なお、半導体基板５１０は複数の第１の電子素子５７０を有してもよい。１つの第１の電子素子５７０は、複数の第２の電子素子５８０と電気的に結合されてよい。また、半導体基板５１０は、複数の第２の電子素子５８０を有してもよい。１つの第２の電子素子５８０は、複数の第１の電子素子５７０と電気的に結合されてもよい。
【０１１９】
図６は、電子デバイス５００の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。Ｓ６０２の工程において、ベース基板５２０上に第１の電子素子５７０を形成する。続いて、Ｓ６０４の工程において、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が結晶成長することを阻害し、且つ、電磁波１０から第１の電子素子５７０を保護する阻害層５５４を、少なくとも第１の電子素子５７０を覆うように形成する。次に、Ｓ６０６の工程において、ベース基板５２０にまで貫通する開口５５６を、第１の電子素子５７０を覆う領域以外の阻害層５５４の領域に形成する。
【０１２０】
続いて、Ｓ６０８の工程において、被熱処理部としてのＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２を開口５５６内に形成する。つまり、開口５５６内で、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の前駆体を結晶に成長させる。さらに、Ｓ６１０の工程において、ベース基板５２０を全体的に加熱しながら電磁波１０を照射することによりＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２をアニールする。
【０１２１】
次に、Ｓ６１２の工程において、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２上に３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させる。Ｓ６１４の工程において、３−５族化合物半導体５６６に第２の電子素子５８０を形成する。最後に、Ｓ６１６の工程において、開口５９３および開口５９５を阻害層５５４に形成する。さらに、配線５９２、配線５９４、および配線５９６を形成して、電子デバイス５００が得られる。
【０１２２】
以下、図７から図１１を用いて、半導体基板５１０を製造する方法の一例について説明する。図７は、半導体基板５１０の製造過程における断面の一例を概略的に示す。本実施形態において、まず、ベース基板５２０に第１の電子素子５７０が形成される。ベース基板５２０は、例えば、Ｓｉ基板またはＳＯＩ基板である。
【０１２３】
図８は、半導体基板５１０の製造過程における断面の一例を概略的に示す。図８に示すとおり、ベース基板５２０の第１主面５２２に接して、阻害層５５４が形成される。阻害層５５４は、例えばＳｉＯ２である。阻害層５５４の厚みは、一例として、０．０５〜５μｍである。阻害層５５４は、ＣＶＤ法により形成してよい。阻害層５５４には、例えば、エッチング等のフォトリソグラフィ法により開口５５６が形成される。開口５５６は、（√３）／３以上のアスペクト比を有してもよい。
【０１２４】
図９は、半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。図９に示すとおり、エピタキシャル成長法により、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が開口５５６に形成される。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２は、図１から図３に関連して説明した被熱処理部１３０に対応する。
【０１２５】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２は、例えば、原料ガスの一部にハロゲンを含むＣＶＤ法により形成できる。阻害層５５４の表面ではＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体が結晶に成長することが阻害されるので、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２は開口５５６の内部に選択成長する。このとき、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の内部には、格子欠陥等の欠陥が発生する場合がある。
【０１２６】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールすることで、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の内部の欠陥密度を低減できる。しかし、ベース基板５２０には、すでに第１の電子素子５７０の一部が形成されているので、ベース基板５２０に電磁波を照射して８００〜９００℃での高温アニールを実施すると、第１の電子素子５７０が損傷する場合がある。また、ウェル５７１、ソース領域５７２、およびドレイン領域５７４に含まれる不純物がさらに拡散する。そこで、保護層９５０により、第１の電子素子５７０を電磁波から保護する。その結果、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱することができる。
【０１２７】
図９に示すとおり、第１の電子素子５７０を覆う領域の阻害層５５４の表面には遮蔽層９５２が形成されてよい。阻害層５５４および遮蔽層９５２が保護層９５０として機能する。遮蔽層９５２は、図２に関連して説明した遮蔽層２５２と同一の機能および構造を有してよい。遮蔽層９５２は、例えば、電磁波の少なくとも一部を反射する金属薄膜である。金属薄膜は、例えば、真空蒸着法により形成できる。遮蔽層９５２は、第１の電子素子５７０を電磁波から保護するのに十分な大きさに形成される。遮蔽層９５２、阻害層５５４、および第１の電子素子５７０は、電磁波の透過方向に対して、この順に配置されてよい。
【０１２８】
図１０は、半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。図１０に示すとおり、ベース基板５２０の上方から電磁波１０が照射される。電磁波１０は、例えばフラッシュランプのフラッシュ光である。
【０１２９】
電磁波１０の波長は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２に吸収されやすく、遮蔽層９５２に遮蔽されやすい波長が選択されることが好ましい。例えば、遮蔽層９５２が金属薄膜である場合には、遮蔽層９５２に反射されやすい波長が選択される。また、電磁波の波長は、阻害層５５４に吸収されにくい波長が選択されてもよい。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が選択的に加熱され、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２にアニールが施される。上記アニールは、被熱処理部１３０のアニールと同様の条件で実施できる。このとき、第１の電子素子５７０は電磁波１０から保護されているので、第１の電子素子５７０の温度上昇が抑制される。
【０１３０】
なお、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階の前に、半導体基板９１０を予備加熱してもよい。予備加熱は、例えば、ベース基板５２０の第２主面５２４に一定温度に加熱された支持体を接触させ、上記支持体から半導体基板９１０への熱伝導により半導体基板９１０を全体的に加熱することで実施できる。これにより、少なくともＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２および第１の電子素子５７０が加熱される。
【０１３１】
また、予備加熱は、ベース基板５２０の第２主面５２４側からベース基板５２０に吸収される電磁波を照射して、半導体基板９１０を全体的に加熱することでも実施できる。予備加熱は、第１の電子素子５７０の温度が、第１の電子素子５７０が熱劣化する温度を超えないように実施される。
【０１３２】
上記アニールにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の欠陥密度が低減して、結晶性に優れたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が得られる。例えば、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の表面にまで貫通する貫通転位の平均転位密度は、１０５ｃｍ−２以下に低減される。平均転位密度は、エッチピット法または透過型電子顕微鏡による平面断面観察により測定できる。
【０１３３】
図９に関連して説明したＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階と、図１０に関連して説明したＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階とは、一例として、同一の反応容器の内部で実施される。また、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階の後、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が大気に曝露することなく、連続して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階を実施してもよい。
【０１３４】
図１１は、半導体基板５１０の断面の一例を概略的に示す。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２上に３−５族化合物半導体５６６が形成される。３−５族化合物半導体５６６は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２に格子整合または擬格子整合する。例えば、３−５族化合物半導体５６６は、優れた結晶性を有するＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２（９６２に、図面もあわせて統一する）の表面をシード面として、エピタキシャル成長する。３−５族化合物半導体５６６は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により形成できる。
【０１３５】
３−５族化合物半導体５６６は、半導体基板９１０に保護層９５０が形成された状態で結晶成長させることが好ましい。これにより、第１の電子素子５７０の温度上昇を抑制しながら、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体５６６を得られる。例えば、第１の電子素子５７０を覆う阻害層５５４と、第１の電子素子５７０を電磁波から保護する遮蔽層９５２が形成された状態で、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が吸収できる電磁波を基板に照射しながら、反応容器に原料ガスを供給する。これにより、アニールされたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の表面に、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を選択成長させることができる。
【０１３６】
このとき、ベース基板５２０の温度、特に、第１の電子素子５７０が形成された領域の温度は、例えば６５０℃以下、好ましくは４５０℃以下に維持される。これにより、熱により第１の電子素子５７０が劣化することをより抑制できる。なお、ベース基板５２０にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２が形成される間、半導体基板９１０が予備加熱される間、および、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２がアニールされる間においても、ベース基板５２０の温度は６５０℃以下、好ましくは４５０℃以下に維持される。
【０１３７】
３−５族化合物半導体５６６が形成された後、遮蔽層９５２がエッチング等により除去されて、半導体基板５１０が得られる。その後、第２の電子素子５８０、配線５９２、配線５９４、配線５９６等が形成され、第１の電子素子５７０と、第２の電子素子５８０とを電気的に結合させて電子デバイス５００が得られる。
【０１３８】
なお、本実施形態において、遮蔽層９５２を除去する場合について説明したが、遮蔽層９５２の一部を残して、配線５９２または配線５９４の一部として利用してもよい。また、本実施形態において、遮蔽層９５２が形成された状態で、３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させる場合について説明したが、遮蔽層９５２が除去された後に３−５族化合物半導体５６６を結晶成長させてもよい。
【０１３９】
また、本実施形態において、遮蔽層９５２、阻害層５５４、および第１の電子素子５７０が、電磁波の透過方向に対して、この順に配される場合について説明したが、阻害層５５４、遮蔽層９５２、および第１の電子素子５７０が、電磁波の透過方向に対して、この順に配置されてもよい。即ち、阻害層、保護層、および被保護部が電磁波の透過方向に対して、この順に配置されてもよい。当該配置によっても、保護層を形成した後でＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱できる。
【０１４０】
本実施形態において、半導体基板９１０に保護層９５０を配置して、電磁波から第１の電子素子５７０を保護しつつ、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する場合について説明した。しかしながら、その他の方法によって、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱してもよい。
【０１４１】
具体的には、半導体基板９１０は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の近傍に、電磁波を吸収して熱を発生する発熱層を備えてもよい。これにより、半導体基板９１０に電磁波を照射して発熱層を選択的に加熱することで、半導体基板９１０の温度を全体的に上昇させることなく、発熱層で発生した熱によりＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱できる。発熱層は、例えば、アモルファスシリコンを含む。上記の加熱方法を、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の表面に３−５族化合物半導体５６６をエピタキシャル成長させる場合に適用してもよい。
【０１４２】
また、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する別の例として、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２に吸収されやすく、ベース基板５２０および第１の電子素子５７０に吸収されにくい電磁波を、ベース基板５２０に照射してもよい。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱できる。上記の方法を、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の表面に３−５族化合物半導体５６６をエピタキシャル成長させる場合に適用してもよい。
【０１４３】
図１２は、熱処理装置１２００の断面の一例を概略的に示す。熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０を収容する。ベース基板１２８０は、例えば、ベース基板１２０、ベース基板４２０、およびベース基板５２０のいずれかと同様の構成を有する。ベース基板１２８０の第１主面１２８２には、一例として、単結晶層を有し熱処理される被熱処理部１３０と、熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部１４０と、被保護部を電磁波から保護する保護層１５０が設けられている。
【０１４４】
熱処理装置１２００は反応装置の一例である。例えば、熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０に、フラッシュアニール等の熱処理を施す。また、熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０に、Ｓｉ結晶、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）、および化合物半導体結晶等を形成するＣＶＤ装置を兼ねてもよい。
【０１４５】
熱処理装置１２００は、熱処理炉１２１０、ランプユニット１２３０、ランプユニット１２４０、放射温度計１２５２、および制御部１２６０を備える。熱処理炉１２１０は、ウエハ搬入口１２１２、ガス流入部１２１４、ガス排出部１２１６、および蓋部１２２２を有する。ランプユニット１２３０は、ランプ１２３２、反射部材１２３４、フィルタ１２３６、および電源部１２３８を有する。ランプユニット１２４０は、ランプ１２４２、反射部材１２４４、および電源部１２４８を有する。
【０１４６】
熱処理炉１２１０は、内部にベース基板１２８０を収容する。熱処理炉１２１０は、反応容器の一例である。熱処理炉１２１０は、例えば中空の円筒形状を有する。ウエハ搬入口１２１２は、ベース基板１２８０の搬入または取り出しに用いられる。蓋部１２２２は、ウエハ搬入口１２１２を密閉する。また、蓋部１２２２は、熱処理装置１２００の内部でベース基板１２８０を支持する支持体１２２４を含んでもよい。これにより、熱処理炉１２１０は、内部にベース基板１２８０を保持できる。
【０１４７】
支持体１２２４は、例えば、グラファイト製のサセプタである。支持体１２２４には、支持体１２２４の温度を計測する加熱温度測定部としての温度センサーが配置されてもよい。ベース基板１２８０は、支持体１２２４に接するように載置されてもよい。この場合には、支持体１２２４とベース基板１２８０の下部温度は略同一である。従って、上記温度センサーはベース基板１２８０の裏面の温度を測定することができる。例えば、上記温度センサーは、ベース基板１２８０に形成された耐熱性の小さな部分の温度を測定することができる。上記温度センサーは、ベース基板１２８０に形成されたＳｉデバイスまたは３−５族化合物半導体デバイスの近傍の温度を計測してもよい。
【０１４８】
熱処理炉１２１０において、ガス流入部１２１４から、不活性ガス等が熱処理炉１２１０の内部に供給される。また、ガス排出部１２１６から、熱処理炉１２１０の内部のガスが排出されてもよい。また、ガス流入部１２１４は、熱処理炉１２１０の内部に、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ等の原料ガスを供給する。例えば、ガス流入部１２１４は、熱処理炉１２１０の内部に原料ガス１２９０およびキャリアガス等を供給する。キャリアガスは、例えば水素ガスである。
【０１４９】
熱処理炉１２１０の内部では、原料ガス１２９０が反応することにより、熱処理炉１２１０の内部に保持されたベース基板１２８０に半導体の結晶がエピタキシャル成長する。反応容器内の残存ガス等は、ガス排出部１２１６から排出される。図示されていないが、ガス排出部１２１６は真空系に接続されてもよい。
【０１５０】
原料ガス１２９０の温度は、ベース基板１２８０の温度よりも低い。ベース基板１２８０に電磁波を照射して半導体の結晶をエピタキシャル成長させている間、原料ガス１２９０によりベース基板１２８０を冷却することが好ましい。ベース基板１２８０を冷却しながら電磁波を照射することにより、ベース基板１２８０の被熱処理部１３０以外の領域の温度差を維持しながら被熱処理部１３０を選択的に加熱することができる。
【０１５１】
ランプユニット１２３０は、照射部の一例である。ランプユニット１２３０は、ベース基板１２８０の第１主面１２８２の側に配置される。ランプユニット１２３０は、ベース基板１２８０の第１主面１２８２の側からベース基板１２８０に対して電磁波を照射する。これにより、ランプユニット１２３０は、ベース基板１２８０を加熱する。
【０１５２】
それぞれのランプ１２３２は電磁波を発生させる。ランプ１２３２は、例えば赤外線を含む光を発生させる。それぞれのランプ１２３２は、ベース基板１２８０全体に均一に電磁波を照射するインコヒーレントな光を発生させてもよい。熱処理装置１２００は、例えば、複数の安価な光源を多数並列配置してベース基板１２０全体に均一に電磁波を照射することにより、大面積のベース基板１２０を一括して熱処理することができる。ランプ１２３２は、例えば、高輝度放電ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、またはＬＥＤランプである。高輝度放電ランプは、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、またはナトリウムランプである。
【０１５３】
ランプユニット１２３０は、連続的に電磁波を照射してもよく、電磁波をパルス状に複数回照射してもよい。ランプユニット１２３０は、電磁波をパルス状に照射する時間および回数を、電磁波を照射する用途に応じて決定してもよい。
【０１５４】
例えば、ランプユニット１２３０は、ベース基板１２８０に電磁波をパルス状に複数回照射することにより、フラッシュアニールを施す。フラッシュアニールにおいて、ランプユニット１２３０は、キセノンランプ等のフラッシュランプを用いて、フラッシュ光をベース基板１２８０に照射する。ベース基板１２８０の表層部分は、例えば１０００℃以上の高温に短時間で加熱される。また、ベース基板１２８０をスキャンしながら、フラッシュランプからのフラッシュ光をベース基板１２８０に照射することで、ベース基板１２８０の全面が加熱される。
【０１５５】
フラッシュランプが照射する電磁波のパルス幅は、例えば、１ｎｓ〜１００ｍｓである。ベース基板１２８０を高い温度で熱処理する場合には、電磁波のパルス幅は短いほうが好ましい。しかし、上記パルス幅が０．１ｍｓより小さい場合には、光パルスの制御が難しくなる。そこで、電磁波のパルス幅は０．１ｍｓ〜１０ｍｓであることが好ましい。ここで、本明細書において、パルス幅とは、パルス波形のレベルが、ピーク値の１／２以上の大きさを維持する時間幅を意味する。
【０１５６】
フラッシュ光の光照射量は、熱処理対象および利用可能なランプにより任意に選択できる。光照射量は、例えば２〜５０Ｊ／ｃｍ２である。なお、本明細書において、フラッシュランプの光照射量とは、フラッシュランプが出力する電磁波のエネルギー（単位：Ｊ）を、ベース基板１２８０においてフラッシュランプが照射される領域の面積（単位：ｃｍ２）で除した値のことを言う。
【０１５７】
フラッシュ光を複数回照射する場合、フラッシュ光のパルス間隔は、フラッシュ光源の出力性能および繰り返し充放電性能、ならびに被熱処理部１３０の放熱性を考慮して設定される。例えば、被熱処理部１３０の温度が必要アニ−ル温度に到達して、かつ、被保護部１４０の温度が所定の温度以上にならないよう設定される。上記パルス間隔は、例えば１ｓ以上である。
【０１５８】
パルス間隔が短すぎる場合には、充放電に要する設備負担が過大になる。また、ベース基板１２８０における熱エネルギーの放散が間に合わないことにより、被保護部１４０の不要な温度上昇を招く場合がある。一方、上記パルス間隔が長すぎる場合には、処理時間が長くなるとともに、熱処理に要するエネルギーが増加する。
【０１５９】
フラッシュランプのパルス点灯回数、および、各パルスのパルス幅は、被熱処理部１３０が十分なアニ−ル効果を受けるよう自由に設定してもよい。フラッシュランプのパルス回数、または、各パルスのパルス幅を調整することで、熱処理の温度および時間を調整できる。
【０１６０】
例えば、被熱処理部１３０がＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含み、連続光を用いた連続アニールにより被熱処理部１３０をアニールする場合には、上記熱処理の温度および時間は８５０〜９００℃で２〜１０分間である。アニールの温度は、例えば、被熱処理部１３０の融点より低い温度である。
【０１６１】
フラッシュアニールにおいては、一例として、光照射量が５Ｊ／ｃｍ２のランプを用いて、０．２μｍ〜１．５μｍの波長範囲で広い発光スペクトル成分を有するフラッシュ光を、パルス幅が１ｍｓ、パルス間隔が３０ｓの条件で５回程度照射する。これにより、累計で５ｍｓ程度の照射で、被熱処理部１３０の最高到達温度を７５０〜８００℃にできる。
【０１６２】
ベース基板１２８０を予め４００〜６００℃程度に予備加熱しておき、同様に光照射量が５Ｊ／ｃｍ２のランプを用いて、同様の波長帯を有するフラッシュ光を、パルス幅が５ｍｓ、パルス間隔が３０ｓの条件で５回程度照射してもよい。これにより、被熱処理部１３０の最高到達温度を８５０〜９００℃にできる。
【０１６３】
ベース基板１２８０に対して複数段階のアニールを施してもよい。例えば、被熱処理部１３０の融点に達しない温度で高温アニールを実施した後、高温アニールの温度より低い温度で低温アニールを実施する。また、このような２段階のアニールを、複数回繰り返して実施してよい。高温アニールの温度および時間は、被熱処理部１３０がＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含む場合には、例えば、８５０〜９００℃で２〜１０分間である。低温アニールの温度および時間は、例えば、６００〜７８０℃で２〜１０分間である。このような２段階アニールが、例えば１０回繰り返される。
【０１６４】
フラッシュアニールにより被熱処理部１３０をアニールする場合には、パルス幅およびパルス間隔等の条件を調整することで、上記複数段階のアニールを実施できる。例えば、フラッシュアニールにより２段階のアニールを実施する場合には、１回のフラッシュ光の照射による被熱処理部１３０の最高到達温度が高温アニールの温度範囲に含まれるように、パルス幅等の条件を調整する。また、次のフラッシュ光を照射するまでの間に、被熱処理部１３０の温度は低下する。そこで、次のフラッシュ光の照射による被熱処理部１３０の温度が低温アニールの温度範囲に含まれるように、パルス間隔を調整してもよい。
【０１６５】
反射部材１２３４は、ランプ１２３２から照射された電磁波のうち、ベース基板１２８０に向かわない電磁波を、ベース基板１２８０に向かうように反射する。電源部１２３８は、例えば、制御部１２６０から入力された信号に基づき、ランプ１２３２に供給する電流を調整する。
【０１６６】
フィルタ１２３６は、ベース基板１２８０とランプ１２３２との間に配置される。フィルタ１２３６は、ベース基板１２８０が吸収することができる電磁波の波長成分の少なくとも一部を遮断してもよい。フィルタ１２３６は、ランプ１２３２が発生させた電磁波のうち、特定の波長成分を吸収する。例えば、フィルタ１２３６は、ランプ１２３２が照射する電磁波の波長成分のうち、ベース基板１２８０の被保護部１４０における吸収係数が、ベース基板１２８０の被熱処理部１３０における吸収係数よりも大きい波長成分を遮断する。
【０１６７】
フィルタ１２３６は、ベース基板１２８０が被保護部１４０を有する場合には、被保護部１４０と同じ材料を含んでもよい。例えば、被保護部１４０がＳｉ基板、ＳＯＩ基板等のＳｉ結晶に形成されたＭＯＳＦＥＴである場合には、Ｓｉ結晶基板のようにＳｉ結晶を含むフィルタを用いることで、Ｓｉ結晶には吸収されずＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を選択的に加熱できる電磁波が得られる。また、例えば、フィルタとしてＳｉＯ２層が形成されたＳｉ結晶基板を用いることで、Ｓｉ結晶およびＳｉＯ２には吸収されずＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を選択的に加熱できる電磁波が得られる。
【０１６８】
熱処理装置１２００が、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を含む被熱処理部１３０をフラッシュアニールによりアニールする場合には、加熱部を用いて、ベース基板１２８０の全体を予め４００〜６００℃程度に予備加熱してもよい。また、熱処理装置１２００は、第２主面１２８４の側からベース基板１２８０を予備加熱した後、ベース基板１２８０全体の温度を所定の温度に維持しながら、第１主面１２８２側からベース基板１２８０に電磁波を照射してもよい。
【０１６９】
熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０の下方に設けられた熱源によりベース基板１２８０全体に加える熱量が、ベース基板１２８０から放射される熱量と略等しくなるように、ベース基板１２８０を加熱してもよい。熱処理装置１２００は、ベース基板１２８０を予備加熱することにより、電磁波のパルス振幅を小さくすることができる。
【０１７０】
予備加熱は、被保護部１４０の温度が、被保護部１４０が熱劣化する温度を超えないように実施される。ここで、被保護部１４０が熱劣化する温度とは、被保護部１４０の特性が、設計で決定した許容範囲を超える温度を意味する。
【０１７１】
予備加熱は、例えば、反応容器中でベース基板１２８０を支持する支持体を一定温度に加熱することで実施できる。例えば、ベース基板１２８０の第２主面１２８４に一定温度に加熱された支持体を接触させ、当該支持体からベース基板１２８０への熱伝導により、被熱処理部１３０および被保護部１４０が予備加熱される。支持体は、例えば、支持体が吸収可能な電磁波を第１主面１２８２に照射することで加熱される。また、支持体はヒーター等によって電熱加熱されてもよい。予備加熱においては、ベース基板１２８０が吸収可能な電磁波を第２主面１２８４の側から照射することによりベース基板１２８０を加熱してもよい。
【０１７２】
ランプユニット１２４０は加熱部の一例である。ランプユニット１２４０は、ベース基板１２８０の第２主面１２８４の側に配置される。ランプユニット１２４０は、ベース基板１２８０の第２主面１２８４の側からベース基板１２８０に対して電磁波を照射する。これにより、ランプユニット１２４０は支持体１２２４を加熱できる。また、ランプユニット１２４０は、支持体１２２４を介してベース基板１２８０を全体的に加熱できる。ベース基板１２８０は、例えば、支持体１２２４からの伝熱により加熱される。
【０１７３】
それぞれのランプ１２４２は電磁波を発生させる。ランプ１２４２は、例えば赤外線を含む光を発生させる。ランプ１２４２はインコヒーレントな光を発生させてもよい。これにより、複数の安価なランプ１２４２を多数並列配置することにより、大面積のベース基板１２８０を一括して熱処理することができる。ランプ１２４２は、例えば、高輝度放電ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤランプである。高輝度放電ランプは、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ナトリウムランプである。なお、加熱部はランプユニット１２４０に限定されない。加熱部は、抵抗加熱により支持体１２２４またはベース基板１２８０を全体的に加熱してもよい。
【０１７４】
熱処理装置１２００は、ランプユニット１２４０を用いて電磁波を照射しながら、ベース基板１２８０の上方からランプ１２３２によって電磁波を照射してもよい。熱処理装置１２００は、ランプユニット１２４０を用いて電磁波を照射し続けることにより、ベース基板１２８０の裏面の温度を一定温度範囲内に保った状態で、被熱処理部１３０を加熱することができる。その結果、被熱処理部１３０の温度制御が容易になる。
【０１７５】
反射部材１２４４は、ランプ１２４２から照射された電磁波のうち、ベース基板１２８０に向かわない電磁波を、ベース基板１２８０に向かうように反射する。電源部１２４８は、例えば、制御部１２６０から入力された信号に基づき、ランプ１２４２に供給する電流を調整する。
【０１７６】
放射温度計１２５２は、ベース基板１２８０の温度を計測する。放射温度計１２５２は温度測定部の一例である。ベース基板１２８０の表面近傍に、ランプユニット１２３０の照射した電磁波により加熱される被熱処理部１３０が形成されている場合には、放射温度計１２５２は、被熱処理部１３０の放射熱を計測する。これにより、被熱処理部１３０の温度を非接触で測定できる。また、放射温度計１２５２は、被保護部１４０の放射熱を計測することにより、被保護部１４０の温度を被接触で測定する。
【０１７７】
放射温度計１２５２は、ランプユニット１２３０が電磁波を照射していない期間に、ベース基板１２８０等の温度を測定してもよい。これにより、ベース基板１２８０等の温度をより正確に測定できる。放射温度計１２５２は、ランプ１２３２が消灯した直後に、ベース基板１２８０等の温度を測定してもよい。また、放射温度計１２５２は、被保護部１４０の温度と被熱処理部１３０の温度とを順次測定してもよい。例えば、放射温度計１２５２は、被保護部１４０の温度と被熱処理部１３０の温度とを交互に測定する。放射温度計１２５２は、被保護部１４０の温度を複数回測定した後に、被熱処理部１３０の温度を複数回測定してもよい。
【０１７８】
制御部１２６０は、ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０を制御して、ベース基板１２８０の温度を調節する。制御部１２６０は、例えば、電源部１２３８および電源部１２４８からランプ１２３２およびランプ１２４２に供給される電流または電圧を制御する。制御部１２６０は、ランプユニット１２４０が支持体１２２４に電磁波を連続的に照射してベース基板１２８０を予備加熱した後に、ランプユニット１２３０がベース基板１２８０に電磁波をパルス状に照射してもよい。
【０１７９】
制御部１２６０は、ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０を各々独立に制御してもよい。ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０の電磁波の出力を制御してもよい。制御部１２６０は、例えば、ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０の点滅状態、点滅間隔、発生させる電磁波の強度、平均出力、および一定時間における総照射量等を制御する。
【０１８０】
制御部１２６０は、電磁波を照射する照射期間と電磁波を照射しない非照射期間とが設けられるようにランプユニット１２３０を制御して、パルス状に電磁波を照射させてもよい。制御部１２６０は、出力の大きな電磁波を照射する期間と、上記電磁波より出力の小さな電磁波を照射する期間とが設けられるように、ランプユニット１２３０を制御して、パルス状に電磁波を照射させてもよい。
【０１８１】
制御部１２６０は、支持体１２２４に配置された温度センサーが計測した支持体１２２４の温度に基づいて、ランプユニット１２４０の出力を制御してもよい。制御部１２６０は、放射温度計１２５２が計測した温度に基づいて、ランプユニット１２３０の出力を制御してもよい。例えば、制御部１２６０は、放射温度計１２５２が計測した被熱処理部１３０の温度に基づいて、ランプユニット１２３０が照射する電磁波の強度を調整する。一例として、制御部１２６０は、ランプユニット１２３０の非照射期間に、放射温度計１２５２により、ベース基板１２８０、被熱処理部１３０、および被保護部１４０等の温度を計測する。
【０１８２】
制御部１２６０は、計測した被熱処理部１３０の温度がアニールに必要な温度に達していない場合には、ランプユニット１２３０のパルス幅を大きくすることにより、被熱処理部１３０の温度を上昇させてもよい。制御部１２６０は、ランプユニット１２３０による照射期間を長くすることにより、被熱処理部１３０の温度を上昇させてもよい。制御部１２６０は、被保護部１４０の温度が劣化する温度に基づいて定められた被保護部１４０の最高許容温度を上回っている場合には、ランプユニット１２３０のパルス幅を小さくすることにより、被保護部１４０の温度を下げてもよい。
【０１８３】
制御部１２６０は、加熱温度測定部として機能する温度センサーによる測定結果に基づいて、照射部として機能するランプユニット１２３０が電磁波を照射する照射期間と、ランプユニット１２３０が電磁波を照射しない非照射期間とを決定してもよい。具体的には、制御部１２６０は、温度センサーが測定したベース基板１２８０の裏面の温度に応じて、ランプユニット１２３０による加熱量を制御する。例えば、ベース基板１２８０の裏面の温度が３００℃の場合には、ベース基板１２８０の裏面の温度が４００℃の場合に比べてランプユニット１２３０の照射期間を長くすることにより、アニールに必要な温度にまで被熱処理部１３０の温度を短時間で上昇させることができる。
【０１８４】
以上のとおり、熱処理装置１２００は、被熱処理部１３０、被保護部１４０、および保護層１５０を有するベース基板１２８０に電磁波を照射して熱処理することにより、被熱処理部１３０を選択的に加熱できる。これにより、被熱処理部１３０の結晶内部の欠陥密度を低減できる。
【０１８５】
また、熱処理装置１２００は、第１主面１２８２の側からベース基板１２８０を加熱するランプユニット１２３０と、第２主面１２８４の側からベース基板１２８０を加熱するランプユニット１２４０とを備えるので、ベース基板１２８０を両面から加熱できる。また、熱処理装置１２００は、ランプユニット１２３０およびランプユニット１２４０を各々独立に制御できるので、ベース基板１２８０を両面から各々独立に加熱できる。これにより、熱処理装置１２００は、基板の温度を様々な態様で制御できる。
【０１８６】
図１３は、半導体基板１１０の断面の一例を概略的に示す。図１３を用いて、図１に関連して説明した半導体基板１１０の被熱処理部１３０の表面に、３−５族化合物半導体１３６６をエピタキシャル成長させる方法を説明する。３−５族化合物半導体１３６６は、３−５族化合物半導体の一例である。
【０１８７】
３−５族化合物半導体１３６６は、例えば、以下の手順で形成できる。まず、被熱処理部１３０、被保護部１４０、および保護層１５０を有する半導体基板１１０を準備して、例えば、半導体基板１１０をＣＶＤ装置の反応容器に保持する。
【０１８８】
次に、被熱処理部１３０が吸収できる電磁波１０を半導体基板１１０に全体的に照射しながら、反応容器に原料ガス１３９０を供給する。半導体基板１１０に電磁波１０を照射すると、被熱処理部１３０が選択的に加熱され、加熱された被熱処理部１３０の表面に、３−５族化合物半導体１３６６が選択的にエピタキシャル成長する。このとき、第２主面１２４の側から半導体基板１１０を全体的に加熱しながら、半導体基板１１０に電磁波１０を照射してよい。
【０１８９】
被熱処理部１３０は、３−５族化合物半導体１３６６をエピタキシャル成長させる段階の前に、アニールされてもよい。上記アニールは、例えば、図１から図１１に関連して説明した被熱処理部の選択的加熱に用いた電磁波を用いて実施される。このとき、被熱処理部への加熱と、上記３−５族化合物半導体１３６６をエピタキシャル成長とが、同一の反応容器の内部で実施されてもよい。また、被熱処理部への加熱が実施された後、半導体基板１１０を大気に曝露することなく、連続して、上記３−５族化合物半導体１３６６をエピタキシャル成長してもよい。また、保護層１５０の代わりに、図２に関連して説明した保護層２５０を用いてもよい。
【０１９０】
被熱処理部１３０の表面に３−５族化合物半導体１３６６を選択的にエピタキシャル成長させる方法は、上記の方法に限定されない。被熱処理部と、電磁波を吸収して熱を発生して、被熱処理部を選択的に加熱する発熱部とを有する基板に、発熱部が吸収できる電磁波を基板に照射してもよい。反応容器に原料ガス１３９０を供給すれば、加熱された被熱処理部の表面に、３−５族化合物半導体をエピタキシャル成長させることができる。
【０１９１】
また、被熱処理部１３０の表面に、３−５族化合物半導体１３６６を選択的にエピタキシャル成長させる方法の別の例として、ＳＯＩ基板およびＳｉ基板から選ばれ、半導体デバイスの少なくとも一部が形成されたベース基板にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦Ｘ＜１）を含む被熱処理部を設ける方法もある。この場合においては、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶への吸収係数が、ベース基板に含まれるＳｉへの吸収係数より大きい電磁波を基板に照射して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を加熱する。当該電磁波の照射をしながら反応容器に原料ガス１３９０を供給して、加熱された被熱処理部の表面に、３−５族化合物半導体をエピタキシャル成長させてもよい。
【０１９２】
図１４は、半導体基板５１０の製造過程における半導体基板９１０の一例を概略的に示す。図１４を用いて、図１０に関連して説明した方法で製造した半導体基板９１０に３−５族化合物半導体５６６をエピタキシャル成長させる方法の一例について説明する。図１４に示すとおり、半導体基板９１０は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を加熱して得られたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２を有する。また、半導体基板９１０は保護層９５０を有する。
【０１９３】
３−５族化合物半導体５６６は、例えば、以下の手順で形成できる。まず、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が形成された半導体基板９１０を、ＣＶＤ装置の反応容器に保持する。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を加熱するのに用いられた熱処理装置は、上記ＣＶＤ装置を兼ねてもよい。
【０１９４】
次に、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波１０を半導体基板９１０に全体的に照射しながら、反応容器に原料ガス１４９０を供給する。続いて、熱処理装置は、半導体基板９１０に電磁波１０を照射する。電磁波１０によってＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が選択的に加熱され、加熱されたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の表面に、３−５族化合物半導体５６６が選択的にエピタキシャル成長する。このとき、熱処理装置は、第２主面５２４の側から半導体基板９１０を全体的に加熱しながら、半導体基板９１０に電磁波１０を照射してもよい。
【０１９５】
３−５族化合物半導体５６６を選択的にエピタキシャル成長させる方法は、上記の方法に限定されない。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２の近傍の阻害層５５４の内部に発熱層を配置して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２を選択的に加熱しながら、反応容器に原料ガス１４９０を供給してもよい。半導体基板９１０は、上記発熱層と保護層９５０とを有してもよい。
【実施例】
【０１９６】
（実施例１）
電子デバイス５００を、図６に示す手順に従って製作した。ベース基板５２０として、市販のＳＯＩ基板を準備した。被保護部の一例である第１の電子素子５７０として、ＭＯＳＦＥＴをベース基板５２０のＳｉ結晶層に形成した。阻害層５５４として、ベース基板５２０の第１主面５２２に接するＳｉＯ２層を、ＣＶＤ法により形成した。ＳｉＯ２層の厚さの平均値は、１μｍであった。フォトリソグラフィ法により、阻害層５５４の一部に開口５５６を形成した。開口５５６の大きさは、１５μｍ×１５μｍとした。
【０１９７】
阻害層５５４および開口５５６が形成されたベース基板５２０を、熱処理装置１２００の熱処理炉１２１０の内部に配置して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２としてのＧｅ結晶層を形成した。上記のベース基板５２０は、支持体１２２４の上面に、ベース基板５２０の第２主面５２４が支持体１２２４に接するように載置した。支持体１２２４には、グラファイト製のサセプタを用いた。Ｇｅ結晶層は、ＣＶＤ法により、開口５５６の内部に選択的に形成した。Ｇｅ結晶層は、ＧｅＨ４を原料ガスに用いて、熱処理炉１２１０内の圧力が２．６ｋＰａ、成長温度が４００℃の条件で、いったん約２０ｎｍの厚さまで成膜した後、６００℃に昇温して、引き続き約１μｍの厚さに成膜した。
【０１９８】
遮蔽層９５２として、Ａｇ薄膜とＳｉＯ２層とを有する構造体を形成した。上記構造体の形成においては、予め真空蒸着法により阻害層５５４の表面にＡｇ薄膜を形成した。さらに、Ａｇ保護層として、真空蒸着法によりＡｇ薄膜の表面に１００ｎｍのＳｉＯ２層を成膜した後、フォトリソグラフィ法により上記Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層をパターニングして、上記構造体を得た。Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層は、第１主面５２２に垂直な方向からみて、第１の電子素子５７０を覆い隠す大きさにパターニングした。以上の工程により、半導体基板９１０を作製した。
【０１９９】
次に、熱処理炉１２１０中で、半導体基板９１０を載置した支持体１２２４の裏面からランプユニット１２４０により赤外線を照射することで、支持体１２２４を加熱した。支持体１２２４から半導体基板９１０の第２主面５２４への熱伝導により、半導体基板９１０の予備加熱を実施した。予備加熱は、支持体１２２４の温度が４００℃になるよう実施した。このとき、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２近傍および第１の電子素子５７０近傍の温度も、約４００℃であった。
【０２００】
上記温度は、赤外表面温度計により計測した。予備加熱により半導体基板９１０の温度が安定した後、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら、阻害層５５４および遮蔽層９５２を保護層として、ランプユニット１２３０により、赤外線を含むランプ光を第１主面５２２の側から半導体基板９１０に対して照射した。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした。
【０２０１】
ランプ光の照射は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を形成した後、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０から取り出すことなく実施した。即ち、本実施例において、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階の後、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を大気に曝露することなく、連続して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱した。また、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階と、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階とを、同一の反応容器の内部で実行した。
【０２０２】
上記の赤外線を含むランプ光の光源として、最大出力が１．６ｋＷのハロゲンランプ（ウシオ電機株式会社製）を２０本使用した。ハロゲンランプの出力は、次のように調整した。まず、Ｓｉ基板上の全面に、厚さ約１μｍのＧｅ単結晶層を有する参照基板を準備して、ハロゲンランプの出力と上記参照基板の表面温度との相関特性を得た。次に、この相関特性に基づいて、半導体基板９１０の第１主面５２２の表面温度が８５０℃になるようにハロゲンランプの出力を設定して、半導体基板９１０にランプ光を２０分間照射した。また、上記ハロゲンランプと半導体基板９１０との間には、フィルタ１２３６として、Ｓｉ単結晶板を設置して、その透過光を半導体基板９１０の第１主面５２２に照射した。
【０２０３】
上記のハロゲンランプの出力と参照基板の表面温度との相関特性は、以下の手順で得られた。まず、熱処理炉１２１０中の支持体１２２４上に上記参照基板を載置した。上記参照基板は、Ｇｅ単結晶層が形成された面（第１主面と称する場合がある。）とは反対側の面（第２主面と称する場合がある。）が支持体１２２４の上面に接するように載置した。
【０２０４】
次に、参照基板を予備加熱した。予備加熱は、熱処理炉１２１０中で、支持体１２２４の下面側から赤外線を照射して、支持体１２２４を加熱することで実施した。これにより、支持体１２２４から上記参照基板への熱伝導により、参照基板を全体的に加熱した。予備加熱は、支持体１２２４の温度が４００℃になるよう実施した。このとき、赤外表面温度計の校正も実施した。上記校正は、赤外表面温度計により計測された上記参照基板の第1主面の表面温度が約４００℃となるように上記赤外表面温度計の設定を調整することで実施した。
【０２０５】
予備加熱により上記参照基板の温度が安定した後、上記参照基板の第１主面側から赤外線を含むランプ光を、約１０秒間隔で間歇的に上記参照基板に対して照射した。ランプ光がオフになった直後の上記第１主面の表面温度を赤外表面温度計により計測することで、第１主面側から照射されるハロゲンランプの出力と、上記参照基板の第１主面の表面温度との相関特性が得られた。
【０２０６】
なお、半導体基板９１０および上記参照基板にランプ光を照射している間、支持体１２２４に埋め込まれた熱電対により温度を検出して、かつ、支持体１２２４の下面に照射する赤外線のエネルギー量をフィードバック制御することで、支持体１２２４の温度を調整した。支持体１２２４の温度が４００℃になるように、上記赤外線のエネルギー量を調整した。
【０２０７】
以上のとおり、半導体基板９１０のＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした後、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０から取り出すことなく、ＭＯＣＶＤ法により、３−５族化合物半導体５６６としてＧａＡｓ層を形成した。ＧａＡｓ層は、トリメチルガリウムおよびアルシンを原料ガスに用いて、成長温度が６５０℃、熱処理炉１２１０内の圧力が９．９ｋＰａの条件で成膜した。ＧａＡｓ層は、アニールして得られたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波を半導体基板９１０に照射しながら、熱処理炉１２１０の内部に原料ガスを供給して形成した。ＧａＡｓ層は、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら形成した。このとき、グラファイト製支持体の温度は、４００℃となるよう調整した。その後、エッチングにより、最表面のＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層とＡｇ薄膜とを除去して、半導体基板５１０を作製した。
【０２０８】
第２の電子素子５８０として、上記ＧａＡｓ層を活性層に用いたＨＢＴを形成した。その後、配線を形成して、電子デバイス５００を作製した。電子デバイス５００の動作試験を実施したところ、電子デバイス５００は、１ｋＡ／ｃｍ2コレクタ電流密度における電流増幅率として１８１を示して、電流増幅素子として、正常な動作が確認された。ベース基板５２０のＳｉ結晶層に形成された第１の電子素子５７０としてのＭＯＳＦＥＴは、初期特性と変わらないしきい値および電流電圧特性が確認された。
【０２０９】
また、アニールされたＧｅ結晶層を、ＳＥＭにより観察したところ、Ｇｅ結晶層の厚さは約１μｍであり、ＧａＡｓ層の厚さは２．５μｍで設計通りであった。また、エッチピット法によりＧａＡｓ層の表面を検査したところ、ＧａＡｓ層の表面に欠陥は発見されなかった。ＴＥＭにより面内断面観察をしたところ、Ｇｅ結晶層からＧａＡｓ層に貫通する転位は発見されなかった。
【０２１０】
（実施例２）
電子デバイス５００を、図６に示す手順に従って製作した。実施例１と同様にして、ベース基板５２０上に阻害層５５４および開口５５６を形成した。上記ベース基板５２０を、熱処理炉１２１０の内部に配置して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２として、Ｇｅ結晶層を形成した。Ｇｅ結晶層は、ＣＶＤ法により、開口５５６の内部に選択的に形成した。Ｇｅ結晶層は、ＧｅＨ４を原料ガスに用いて、熱処理炉１２１０内の圧力が２．６ｋＰａ、成長温度４００℃でいったん約２０ｎｍ成膜した後、６００℃に昇温して、引き続き約１μｍの厚さで成膜した。
【０２１１】
遮蔽層９５２として、Ａｇ薄膜とＳｉＯ２層とを有する構造体を形成した。上記構造体は、予め真空蒸着法により阻害層５５４の表面にＡｇ薄膜を形成して、さらに、Ａｇ保護層として、真空蒸着法によりＡｇ薄膜の表面に１００ｎｍのＳｉＯ２層を成膜した後、フォトリソグラフィ法により、上記Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層をパターニングして得られた。Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層は、第１主面５２２に垂直な方向からみて、第１の電子素子５７０を覆い隠す大きさにパターニングした。以上の工程により、半導体基板９１０を作製した。
【０２１２】
次に、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０からいったん取り出して、別の反応容器中のグラファイト製支持体上に、ベース基板５２０の第２主面５２４がグラファイト製支持体に接するように、半導体基板９１０を載置した。上記の別の反応容器中で、半導体基板９１０を載置したグラファイト製支持体の裏面から電熱加熱により上記グラファイト製支持体を加熱して、グラファイト製支持体に接触する半導体基板９１０の第２主面５２４の側への熱伝導により、半導体基板９１０の予備加熱を実施した。予備加熱は、グラファイト製支持体の温度が２００〜６００℃になるよう実施した。
【０２１３】
予備加熱により半導体基板９１０の温度が安定した後、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら、阻害層５５４および遮蔽層９５２を保護層として、Ｎ２またはＡｒの不活性ガス雰囲気下において、フラッシュ光を第１主面５２２の側から半導体基板９１０に対して照射した。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした。
【０２１４】
フラッシュランプとして、半導体基板９１０の単位面積当たりの入力エネルギーの値が、約１５Ｊ／ｃｍ２のキセノンランプ（ウシオ電機株式会社製）を用いた。フラッシュ光のパルス幅を１ｍｓ、繰り返し照射時のフラッシュ光のパルス間隔を３０ｓとして、フラッシュ光を５回照射した。このとき、グラファイト製支持体の温度は、４００℃となるよう調整した。また、上記フラッシュランプと半導体基板９１０の間には、フィルタ１２３６として、Ｓｉ単結晶板を設置して、その透過光を半導体基板９１０の第１主面５２２に照射した。
【０２１５】
以上のとおり、半導体基板９１０のＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした後、半導体基板９１０を熱処理に用いた反応容器から取り出した。その後、さらに別の反応装置を用いて、ＭＯＣＶＤ法により、３−５族化合物半導体５６６としてＧａＡｓ層を形成した。ＧａＡｓ層は、トリメチルガリウムおよびアルシンを原料ガスに用いて、成長温度が６５０℃、反応容器内の圧力が９．９ｋＰａの条件で成膜した。
【０２１６】
ＧａＡｓ層は、アニールして得られたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶５６２が吸収できる電磁波を半導体基板９１０に照射しながら、熱処理炉１２１０の内部に原料ガスを供給して形成した。ＧａＡｓ層は、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら形成した。このとき、グラファイト製支持体の温度は、４００℃となるよう調整した。その後、エッチングにより、最表面のＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層とＡｇ薄膜とを除去して、半導体基板５１０を作製した。
【０２１７】
第２の電子素子５８０として、上記ＧａＡｓ層を活性層に用いたＨＢＴを形成した。その後、配線を形成して、電子デバイス５００を作製した。電子デバイス５００の動作試験を実施したところ、電子デバイス５００は、１ｋＡ／ｃｍ2コレクタ電流密度における電流増幅率として１７８を示して、電流増幅素子として、正常な動作が確認された。ベース基板５２０のＳｉ結晶層に形成された第１の電子素子５７０としてのＭＯＳＦＥＴは、初期特性と変わらないしきい値および電流電圧特性が確認された。
【０２１８】
また、アニールされたＧｅ結晶層をＳＥＭにより観察したところ、Ｇｅ結晶層の厚さは約１μｍであり、ＧａＡｓ層の厚さは約２．５μｍで設計通りであった。また、エッチピット法によりＧａＡｓ層の表面を検査したところ、ＧａＡｓ層の表面に欠陥は発見されなかった。ＴＥＭにより面内断面観察をしたところＧｅ結晶層からＧａＡｓ層に貫通する転位は発見されなかった。
【０２１９】
（実施例３）
電子デバイス５００を、図６に示す手順に従って製作した。ベース基板５２０として、市販のＳｉ基板を準備した。被保護部の一例である電子素子５７０として、ＭＯＳＦＥＴをベース基板５２０のＳｉ結晶層に形成した。阻害層５５４として、ベース基板５２０の第１主面５２２に接するＳｉＯ２層を、ＣＶＤ法により形成した。ＳｉＯ２層の厚さの平均値は、１μｍであった。フォトリソグラフィ法により、阻害層５５４の一部に開口５５６を形成した。開口５５６の大きさは、１５μｍ×１５μｍとした。
【０２２０】
阻害層５５４および開口５５６が形成されたベース基板５２０を、熱処理装置１２００の熱処理炉１２１０の内部に配置して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２として、Ｇｅ結晶層を形成した。上記のベース基板５２０は、支持体１２２４の上面に、ベース基板５２０の第２主面５２４が支持体１２２４に接するように載置した。支持体１２２４は、グラファイト製のサセプタを用いた。Ｇｅ結晶層は、ＣＶＤ法により、開口５５６の内部に選択的に形成した。Ｇｅ結晶層は、ＧｅＨ４を原料ガスに用いて、熱処理炉１２１０内の圧力が２．６ｋＰａ、成長温度が４００℃の条件で、いったん約２０ｎｍの厚さまで成膜した後、６００℃に昇温して、引き続き約１μｍの厚さに成膜した。
【０２２１】
遮蔽層９５２として、Ａｇ薄膜とＳｉＯ２層とを有する構造体を形成した。上記構造体は、予め真空蒸着法により阻害層５５４の表面にＡｇ薄膜を形成して、さらに、Ａｇ保護層として、真空蒸着法によりＡｇ薄膜の表面に１００ｎｍのＳｉＯ２層を成膜した後、フォトリソグラフィ法により、上記Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層をパターニングして得られた。Ａｇ薄膜およびＡｇ保護層としてのＳｉＯ２層は、第１主面５２２に垂直な方向からみて、電子素子５７０を覆い隠す大きさにパターニングした。以上の工程により、半導体基板９１０を作製した。
【０２２２】
次に、熱処理炉１２１０中で、ランプユニット１２４０により、半導体基板９１０を載置した支持体１２２４の裏面から赤外線を照射することで支持体１２２４を加熱して、支持体１２２４から半導体基板９１０の第２主面５２４の側への熱伝導により、半導体基板９１０の予備加熱を実施した。予備加熱は、支持体１２２４の温度が４００℃になるよう実施した。このとき、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２近傍および電子素子５７０近傍の温度も、約４００℃であった。上記温度は、赤外表面温度計により計測した。
【０２２３】
予備加熱により半導体基板９１０の温度が安定した後、ランプユニット１２４０により半導体基板９１０を全体的に加熱しながら、阻害層５５４および遮蔽層９５２を保護層として、ランプユニット１２３０により、赤外線を含むランプ光を第１主面５２２の側から半導体基板９１０に対して照射した。これにより、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした。
【０２２４】
ランプ光の照射は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を形成した後、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０から取り出すことなく実施した。即ち、本実施例において、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階の後、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を大気に曝露することなく、連続して、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱した。また、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２の前駆体を結晶に成長させる段階と、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２を選択的に加熱する段階とを、同一の反応容器の内部で実行した。
【０２２５】
上記の赤外線を含むランプ光の光源として、最大出力が１．６ｋＷのハロゲンランプ（ウシオ電機株式会社製）を２０本使用した。ハロゲンランプの出力は、次のように調整した。まず、Ｓｉ基板上の全面に、厚さ約１μｍのＧｅ単結晶層を有する参照基板を準備して、ハロゲンランプの出力と上記参照基板の表面温度との相関特性を得た。次に、この相関特性に基づいて、半導体基板９１０の第１主面５２２の表面温度が８５０℃になるようにハロゲンランプの出力を設定して、ランプ光を半導体基板９１０の第１主面５２２にフィルタ１２３６を通さず直接２０分間照射した。
【０２２６】
上記のハロゲンランプの出力と参照基板の表面温度との相関特性は、以下の手順で得られた。まず、熱処理炉１２１０中の支持体１２２４の上に上記参照基板を載置した。上記参照基板は、Ｇｅ単結晶層が形成された面（第１主面と称する場合がある。）とは反対側の面（第２主面と称する場合がある。）が支持体１２２４の上面に接するように載置した。
【０２２７】
次に、参照基板を予備加熱した。予備加熱は、熱処理炉１２１０中で、支持体１２２４の下面側から赤外線を照射して、支持体１２２４を加熱することで実施した。これにより、支持体１２２４から上記参照基板への熱伝導により、参照基板を全体的に加熱した。予備加熱は、支持体１２２４の温度が４００℃になるよう実施した。このとき、赤外表面温度計の校正も実施した。上記校正は、赤外表面温度計により計測された上記参照基板の第１主面の表面温度が約４００℃となるように上記赤外表面温度計の設定を調整することで実施した。
【０２２８】
予備加熱により上記参照基板の温度が安定した後、上記参照基板の第１主面側から赤外線を含むランプ光を、約１０秒間隔で間歇的に上記参照基板に対して照射した。ランプ光がオフになった直後の上記第１主面の表面温度を赤外表面温度計により計測することで、第１主面側から照射されるハロゲンランプの出力と、上記参照基板の第１主面の表面温度との相関特性が得られた。
【０２２９】
なお、半導体基板９１０および上記参照基板にランプ光を照射している間、支持体１２２４に埋め込まれた熱電対により温度を検出して、かつ、支持体１２２４の下面に照射する赤外線のエネルギー量をフィードバック制御することで、支持体１２２４の温度を調整した。上記赤外線のエネルギー量は、支持体１２２４の温度が４００℃になるように調整した。半導体基板９１０のＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２をアニールした後、半導体基板９１０を熱処理炉１２１０から取り出した。
【０２３０】
図１５は、熱処理炉１２１０から取り出した半導体基板９１０の断面ＴＥＭ写真である。ベース基板５２０とその上に形成されたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２との界面部分を観察した。図１６は、熱処理されていないＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶２０００を有する半導体基板９１０の断面ＴＥＭ写真である。図１６に示すＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶２０００は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２とは異なりアニールを施していない。ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶２０００中には多数の転位が観察された。図１５と図１６とを比較すれば明らかに、アニールしたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶９６２中には転位が存在しないことがわかる。
【０２３１】
（実施例４）
ベース基板５２０として、市販のＳｉ基板を用いたこと、および電子素子５７０が形成されていないこと以外は、実施例１と同様に半導体基板５１０を作製した。電子素子５８０として、上記ＧａＡｓ層を活性層に用いたＨＢＴを形成した。ＨＢＴのコレクタ、ベースおよびエミッタに接続する各配線を形成して、電子デバイス５００とした。
【０２３２】
図１７は、上記の通り作成したＨＢＴのコレクタ電圧に対するコレクタ電流を示す。同図は、ベース電圧を変化させたときのデータを４系列示している。同図によって、広いコレクタ電圧の範囲でコレクタ電流が安定して流れることが示された。図１８は、電流増幅率が１となる最大発振周波数を得るための実験データを示す。ベース−エミッタ間電圧が１．６Ｖである場合において最大発振周波数９ＧＨｚの値が得られた。すなわち、作成したＨＢＴは電流電圧特性および高周波特性において良好な特性を示した。
【０２３３】
（実施例５）
ベース基板５２０として市販のＳｉ基板を用いたこと、電子素子５７０が形成されていないこと、および３−５族化合物半導体５６６としてＧａＡｓ層を形成する際の熱処理炉１２１０内の圧力を０．５ｋＰａとしたこと以外は、実施例１と同様に半導体基板５１０を作製した。
【０２３４】
図１９は、３−５族化合物半導体５６６の成長速度と、被覆領域の大きさおよび開口５５６の大きさとの関係を示す。縦軸は、被覆領域がない場合における一定時間の間に成長した化合物半導体４６６の膜厚に対する被覆領域がある場合の膜厚比を示し、横軸は被覆領域（阻害部）の一辺の長さ[μｍ]を示す。本実施例において、３−５族化合物半導体５６６の膜厚は一定時間の間に成長した膜厚比なので、当該膜厚を当該時間で除することで、３−５族化合物半導体５６６の成長速度比の近似値が得られる。
【０２３５】
菱形のプロットは、開口５５６の底面形状が一辺１０μｍの正方形である場合の実験データを示し、四角形のプロットは、開口５５６の底面形状が一辺２０μｍの正方形である場合の実験データを示す。三角形のプロットは、開口５５６の底面形状が、長辺４０μｍ、短辺３０μｍの長方形である場合の実験データを示す。比較のため、８ｋＰａで成長した場合のデータを塗りつぶしの菱形、塗りつぶしの四角形および塗りつぶしの三角形として示す。
【０２３６】
図１９より、３−５族化合物半導体５６６の成長速度は、被覆領域の大きさが大きくなるに従い、単調増加することがわかるが、その影響は成長圧力を下げることで少なくなっていることがわかる。これより、開口及び被覆領域の大きさが一定でない基板上に成長する場合は、低い圧力が好ましい。好ましい成長圧力は、１ｋＰａ以下、さらに好ましくは０．５ｋＰａ以下であることがわかった。
【０２３７】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システムおよび方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０２３８】
１０ 電磁波、３２ 点線、３４ 実線、３６ 実線、１１０ 半導体基板、１２０ ベース基板、１２２ 第１主面、１２４ 第２主面、１３０ 被熱処理部、１４０ 被保護部、１５０ 保護層、２１０ 半導体基板、２５０ 保護層、２５２ 遮蔽層、２５４ 熱伝導抑制層、２５７ 表面、２５８ 表面、２５９ 裏面、４１０ 半導体基板、４２０ ベース基板、４２２ 第１主面、４２４ 第２主面、４２６ 阻害層、４２８ 開口、４３２ 領域、４３４ 領域、４４０ 活性領域、４５０ 保護層、４５２ ゲート電極、４５４ ゲート絶縁膜、４６２ シード結晶、４６６ 化合物半導体、４８０ 半導体デバイス、５００ 電子デバイス、５１０ 半導体基板、５２０ ベース基板、５２２ 第１主面、５２４ 第２主面、５５４ 阻害層、５５６ 開口、５６２ ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶、５６６ ３−５族化合物半導体、５７０ 電子素子、５７１ ウェル、５７２ ソース領域、５７４ ドレイン領域、５７６ ゲート電極、５７８ ゲート絶縁膜、５８０ 電子素子、５８７ 入出力電極、５８８ 入出力電極、５８９ ゲート電極、５９２ 配線、５９３ 開口、５９４ 配線、５９５ 開口、５９６ 配線、９１０ 半導体基板、９５０ 保護層、９５２ 遮蔽層、９６２ ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶、１２００ 熱処理装置、１２１０ 熱処理炉、１２１２ ウエハ搬入口、１２１４ ガス流入部、１２１６ ガス排出部、１２２２ 蓋部、１２２４ 支持体、１２３０ ランプユニット、１２３２ ランプ、１２３４ 反射部材、１２３６ フィルタ、１２３８ 電源部、１２４０ ランプユニット、１２４２ ランプ、１２４４ 反射部材、１２４８ 電源部、１２６０ 制御部、１２５２ 放射温度計、１２８０ ベース基板、１２８２ 第１主面、１２８４ 第２主面、１２９０ 原料ガス、１３６６ ３−５族化合物半導体、１３９０ 原料ガス、１４９０ 原料ガス、２０００ ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、前記熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とが設けられたベース基板を熱処理して半導体基板を製造する方法であって、
前記被保護部の上方に、前記ベース基板に照射される電磁波から前記被保護部を保護する保護層を設ける段階と、
前記ベース基板の前記被熱処理部および前記被保護部に前記電磁波を照射することにより前記被熱処理部をアニールする段階と
を備える半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記被保護部として電子素子を前記ベース基板に形成する段階をさらに備える請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記電子素子はシリコンデバイスを含む請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記保護層を設ける段階の前に、前記被保護部として金属配線を形成する段階をさらに備え、
前記保護層を設ける段階において、前記金属配線の上方に前記保護層を設ける請求項１から請求項３の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記金属配線を形成する段階は、複数の金属配線と、前記複数の金属配線の各々の間を絶縁する絶縁膜とを形成する請求項４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含む前記被熱処理部を前記ベース基板に設ける段階をさらに備える請求項１から請求項５の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記アニールする段階の後に、前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階をさらに備える請求項６に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記アニールする段階において、前記被熱処理部を設ける段階の後、前記ベース基板を大気に曝すことなく、前記被熱処理部をアニールする請求項６から請求項７の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記アニールする段階において、前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）の格子欠陥密度を１０５ｃｍ−２以下に低減させる請求項６から請求項８の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記保護層を設ける段階において、前記被熱処理部の前駆体が結晶に成長することを阻害し、かつ、前記ベース基板に照射される前記電磁波から前記被保護部を保護する阻害層を前記ベース基板上に形成し、
前記ベース基板にまで貫通する開口を前記阻害層に形成する段階と、
前記開口内に前記被熱処理部としてのシード結晶を設ける段階と
をさらに備え、
前記アニールする段階において、前記電磁波を照射することにより前記シード結晶もアニールする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
前記保護層を設ける段階において、前記阻害層上に前記電磁波の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽層をさらに形成する請求項１０に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
前記アニールする段階の後に、前記シード結晶に格子整合または擬格子整合する化合物半導体を結晶成長させる段階をさらに備える請求項１０または請求項１１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
前記シード結晶はＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）であり、前記化合物半導体は、３−５族化合物半導体である請求項１０から請求項１２の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１４】
前記保護層は、前記被保護部よりも前記電磁波の反射率が大きい請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１５】
前記保護層は、
熱伝導を抑制する熱伝導抑制層と、
前記熱伝導抑制層上に設けられ、前記熱伝導抑制層よりも前記電磁波の反射率が大きい遮蔽層を有し、
前記熱伝導抑制層の熱伝導率は前記遮蔽層の熱伝導率よりも小さい請求項１４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１６】
前記遮蔽層は、前記電磁波の少なくとも一部を反射する反射層を有する請求項１５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１７】
前記遮蔽層は、前記電磁波の少なくとも一部を散乱する散乱層を有する請求項１５または請求項１６に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１８】
前記遮蔽層は、前記電磁波の少なくとも一部を吸収する吸収層を有する請求項１５から請求項１７の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１９】
前記電磁波に対する前記吸収層の吸収係数は、前記電磁波に対する前記被熱処理部の吸収係数より大きい請求項１８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２０】
前記ベース基板はＳｉ基板、ＳＯＩ基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板、およびＧａＡｓ基板のいずれか１つである請求項１から請求項１９の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２１】
ベース基板と、
前記ベース基板上に形成され、活性領域を有する電子素子と、
前記ベース基板上に設けられたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）と、
前記活性領域を覆い、前記ベース基板に照射される電磁波から前記活性領域を保護する保護層と
を備える半導体基板。
【請求項２２】
第１の電子素子と第２の電子素子とを備える電子デバイスの製造方法であって、
ベース基板上に前記第１の電子素子を形成する段階と、
前記ベース基板に照射される電磁波から前記第１の電子素子を保護する保護層を設ける段階と、
前記ベース基板上にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を設ける段階と、
前記ベース基板に前記電磁波を照射することにより前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶をアニールする段階と、
前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階と、
前記３−５族化合物半導体上に、前記第１の電子素子と電気的に結合される前記第２の電子素子を形成する段階と
を備える電子デバイスの製造方法。
【請求項２３】
前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体が結晶に成長することを阻害し、且つ、前記電磁波から前記第１の電子素子を保護する阻害層を、少なくとも前記第１の電子素子を覆うように形成する段階と、
前記第１の電子素子を覆う領域以外の前記阻害層の領域に、前記ベース基板にまで貫通する開口を形成する段階と、
前記開口内で前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体を結晶に成長させ、前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を設ける段階と
をさらに備える請求項２２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２４】
前記第１の電子素子を覆う前記阻害層の領域上に前記電磁波を遮蔽する遮蔽層を設ける段階をさらに備える請求項２３に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２５】
単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、前記熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とを備えるベース基板を保持する反応容器と、
前記ベース基板における、前記被保護部および前記被熱処理部が形成されている主面側から電磁波を照射する照射部と、
前記主面の裏面側から前記ベース基板全体を加熱する加熱部と、
前記ベース基板の温度を測定する加熱温度測定部と、
前記被保護部の温度および前記被熱処理部の温度を測定する温度測定部と、
前記加熱温度測定部および前記温度測定部の測定結果に基づいて前記照射部および前記加熱部を制御する制御部と
を備える反応装置。
【請求項２６】
前記ベース基板と前記照射部との間に、前記被保護部の吸収係数が前記被熱処理部の吸収係数よりも大きい前記電磁波の波長成分を遮断するフィルタをさらに備える請求項２５に記載の反応装置。
【請求項１】
単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、前記熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とが設けられたベース基板を熱処理して半導体基板を製造する方法であって、
前記被保護部の上方に、前記ベース基板に照射される電磁波から前記被保護部を保護する保護層を設ける段階と、
前記ベース基板の前記被熱処理部および前記被保護部に前記電磁波を照射することにより前記被熱処理部をアニールする段階と
を備える半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記被保護部として電子素子を前記ベース基板に形成する段階をさらに備える請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記電子素子はシリコンデバイスを含む請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記保護層を設ける段階の前に、前記被保護部として金属配線を形成する段階をさらに備え、
前記保護層を設ける段階において、前記金属配線の上方に前記保護層を設ける請求項１から請求項３の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記金属配線を形成する段階は、複数の金属配線と、前記複数の金属配線の各々の間を絶縁する絶縁膜とを形成する請求項４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を含む前記被熱処理部を前記ベース基板に設ける段階をさらに備える請求項１から請求項５の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記アニールする段階の後に、前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階をさらに備える請求項６に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記アニールする段階において、前記被熱処理部を設ける段階の後、前記ベース基板を大気に曝すことなく、前記被熱処理部をアニールする請求項６から請求項７の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記アニールする段階において、前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）の格子欠陥密度を１０５ｃｍ−２以下に低減させる請求項６から請求項８の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記保護層を設ける段階において、前記被熱処理部の前駆体が結晶に成長することを阻害し、かつ、前記ベース基板に照射される前記電磁波から前記被保護部を保護する阻害層を前記ベース基板上に形成し、
前記ベース基板にまで貫通する開口を前記阻害層に形成する段階と、
前記開口内に前記被熱処理部としてのシード結晶を設ける段階と
をさらに備え、
前記アニールする段階において、前記電磁波を照射することにより前記シード結晶もアニールする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
前記保護層を設ける段階において、前記阻害層上に前記電磁波の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽層をさらに形成する請求項１０に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
前記アニールする段階の後に、前記シード結晶に格子整合または擬格子整合する化合物半導体を結晶成長させる段階をさらに備える請求項１０または請求項１１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
前記シード結晶はＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）であり、前記化合物半導体は、３−５族化合物半導体である請求項１０から請求項１２の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１４】
前記保護層は、前記被保護部よりも前記電磁波の反射率が大きい請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１５】
前記保護層は、
熱伝導を抑制する熱伝導抑制層と、
前記熱伝導抑制層上に設けられ、前記熱伝導抑制層よりも前記電磁波の反射率が大きい遮蔽層を有し、
前記熱伝導抑制層の熱伝導率は前記遮蔽層の熱伝導率よりも小さい請求項１４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１６】
前記遮蔽層は、前記電磁波の少なくとも一部を反射する反射層を有する請求項１５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１７】
前記遮蔽層は、前記電磁波の少なくとも一部を散乱する散乱層を有する請求項１５または請求項１６に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１８】
前記遮蔽層は、前記電磁波の少なくとも一部を吸収する吸収層を有する請求項１５から請求項１７の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１９】
前記電磁波に対する前記吸収層の吸収係数は、前記電磁波に対する前記被熱処理部の吸収係数より大きい請求項１８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２０】
前記ベース基板はＳｉ基板、ＳＯＩ基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ基板、およびＧａＡｓ基板のいずれか１つである請求項１から請求項１９の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２１】
ベース基板と、
前記ベース基板上に形成され、活性領域を有する電子素子と、
前記ベース基板上に設けられたＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）と、
前記活性領域を覆い、前記ベース基板に照射される電磁波から前記活性領域を保護する保護層と
を備える半導体基板。
【請求項２２】
第１の電子素子と第２の電子素子とを備える電子デバイスの製造方法であって、
ベース基板上に前記第１の電子素子を形成する段階と、
前記ベース基板に照射される電磁波から前記第１の電子素子を保護する保護層を設ける段階と、
前記ベース基板上にＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶（０≦ｘ＜１）を設ける段階と、
前記ベース基板に前記電磁波を照射することにより前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶をアニールする段階と、
前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶に格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体を結晶成長させる段階と、
前記３−５族化合物半導体上に、前記第１の電子素子と電気的に結合される前記第２の電子素子を形成する段階と
を備える電子デバイスの製造方法。
【請求項２３】
前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体が結晶に成長することを阻害し、且つ、前記電磁波から前記第１の電子素子を保護する阻害層を、少なくとも前記第１の電子素子を覆うように形成する段階と、
前記第１の電子素子を覆う領域以外の前記阻害層の領域に、前記ベース基板にまで貫通する開口を形成する段階と、
前記開口内で前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶の前駆体を結晶に成長させ、前記ＳｉｘＧｅ１−ｘ結晶を設ける段階と
をさらに備える請求項２２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２４】
前記第１の電子素子を覆う前記阻害層の領域上に前記電磁波を遮蔽する遮蔽層を設ける段階をさらに備える請求項２３に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２５】
単結晶層を有し熱処理される被熱処理部と、前記熱処理で加えられる熱から保護されるべき被保護部とを備えるベース基板を保持する反応容器と、
前記ベース基板における、前記被保護部および前記被熱処理部が形成されている主面側から電磁波を照射する照射部と、
前記主面の裏面側から前記ベース基板全体を加熱する加熱部と、
前記ベース基板の温度を測定する加熱温度測定部と、
前記被保護部の温度および前記被熱処理部の温度を測定する温度測定部と、
前記加熱温度測定部および前記温度測定部の測定結果に基づいて前記照射部および前記加熱部を制御する制御部と
を備える反応装置。
【請求項２６】
前記ベース基板と前記照射部との間に、前記被保護部の吸収係数が前記被熱処理部の吸収係数よりも大きい前記電磁波の波長成分を遮断するフィルタをさらに備える請求項２５に記載の反応装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１５３８４５（Ｐ２０１０−１５３８４５Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６９９１７（Ｐ２００９−２６９９１７）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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