特開 2024-102694 ３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法、３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法、及び３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024102694

(43)【公開日】2024-07-31

(54)【発明の名称】３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法、３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法、及び３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20240724BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20240724BHJP

   C30B 25/18 20060101ALI20240724BHJP

   C30B 33/02 20060101ALI20240724BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C23C16/42

C30B25/18

C30B33/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006762

(22)【出願日】2023-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】大槻 剛

(72)【発明者】

【氏名】阿部 達夫

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 温

(72)【発明者】

【氏名】松原 寿樹

【テーマコード（参考）】

4G077

4K030

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077BE08

4G077DB07

4G077EE03

4G077EE05

4G077FE02

4G077FE11

4G077FJ03

4G077HA12

4K030AA09

4K030BA37

4K030BB02

4K030CA04

4K030CA12

4K030DA02

4K030DA04

4K030DA09

4K030JA09

4K030JA10

(57)【要約】

【課題】
簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることが可能な３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
単結晶シリコン基板３を水素雰囲気下でアニールする水素ベイク工程と、水素ベイク工程後の単結晶シリコン基板３の表面に炭化処理を行いＳｉＣの核を生成し、さらに生成した核を起点に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５をエピタキシャル成長させて３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を得るエピタキシャル工程と、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を、炭素を含むガス雰囲気下でＳｉの融点未満の温度に加熱して単結晶シリコン基板３中のＳｉを３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５との界面まで固体拡散させ、界面に到達したＣとの固相反応でＳｉＣを成長させることで、Ｓｉが拡散した跡に生じる空孔層７を界面に形成する拡散工程を含む３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１の製造方法。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶シリコン基板を水素雰囲気下でアニールすることで前記単結晶シリコン基板の表面の自然酸化膜を除去する水素ベイク工程と、
前記水素ベイク工程後の前記単結晶シリコン基板の表面に炭化処理を行いＳｉＣの核を生成し、さらに生成した核を起点に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させて３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を得るエピタキシャル工程と、
前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を、炭素を含むガス雰囲気下でＳｉの融点未満の温度に加熱して前記単結晶シリコン基板中のＳｉを前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜と前記単結晶シリコン基板との界面まで固体拡散させ、該拡散させたＳｉと前記界面に到達したＣとの固相反応で、さらにＳｉＣを成長させることで、Ｓｉが拡散した跡に生じる空孔を有する空孔層を前記単結晶シリコン基板における前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との前記界面に形成する拡散工程と、
を含むことを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法。

【請求項2】

前記エピタキシャル工程及び前記拡散工程を、１３３．３２２Ｐａ以上、１３３３２．２Ｐａ以下の圧力範囲で行うことを特徴とする請求項１に記載の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法で製造された前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を冷却することで、前記空孔層で前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を剥離し、前記単結晶シリコン基板から前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜を分離して３Ｃ－ＳｉＣ自立基板とする分離工程を含むことを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法。

【請求項4】

単結晶シリコン基板と、
前記単結晶シリコン基板上に設けられたエピタキシャル構造の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜と、
を備え、
前記単結晶シリコン基板は、
Ｓｉが欠落して生じた空孔の集合を含む空孔層を前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との界面に有することを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法、３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法、及び３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣは、２．２～３．３ｅＶという広いバンドギャップを有することから高い絶縁破壊強度を有し、また熱伝導率も大きいためパワーデバイスや高周波用デバイスなどの各種半導体デバイス用の半導体材料として期待されている材料である。またＳｉＣは結晶構造が異なる３Ｃ、４Ｈ、６Ｈなどが知られているが、３Ｃは立方晶であり、デバイスでは方位依存性がなく有望な材料として知られている。

【0003】

このような背景から、３Ｃ－ＳｉＣ成長は古くから研究されており、バルク成長（非特許文献１および２）やヘテロエピタキシャル成長（非特許文献３：初期のヘテロエピタキシャル成長、特許文献１から５には、最近のシリコン基板上へのヘテロエピタキシャル成長について）が知られている。

【0004】

これらの先行研究・特許をまとめると、（１）バルク成長は高温が必要（＞１５００℃）であり、デバイスに適応するような大口径化は非常に難しい、（２）一方、エピタキシャル成長では、４Ｈや６Ｈのような高温（＞１５００℃）を必要とせず、およそ１１００℃の温度で成長が可能なことから、シリコン基板への成長も可能であり、大口径化という意味では有利である。

【0005】

これらのことから、単結晶シリコン基板上に３Ｃ－ＳｉＣをヘテロエピタキシャル成長し３Ｃ－ＳｉＣエピタキシャル膜だけを残すことが研究されている（非特許文献４）。この方法では、Ｓｉ（１１１）基板上におよそ１００μｍの３Ｃ－ＳｉＣを成長したあとに、フッ硝酸でＳｉを除去することで、２インチの３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を作製している。この方法は、成長後にエッチング工程を追加する必要がある。

【0006】

また、Ｓｉのように融点の低い基板上にＳｉＣのような融点の高い膜を成長させたのちに、融点の低い基板を高温で溶解させる方法が特許文献６および７にて開示されている。

【0007】

また３Ｃ－ＳｉＣの成長については、特許文献８に記載のある通り、ＳｉＣ結晶成長表面において、Ｓｉ原子がＣ原子に対し過剰となるように保ちながら成長することで低温での成長も可能であることが開示されている。この場合のＳｉとＣの供給源については一般的にはガスを用いる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特表２０１８－５２２４１２号公報

【特許文献2】特開２０２１－２０８１９号公報

【特許文献3】特開２００６－２５３６１７号公報

【特許文献4】特開２００８－１８４３６１号公報

【特許文献5】特開２０１７－３９６２２号公報

【特許文献6】米国特許出願公開第２０１３／１５７４４８号明細書

【特許文献7】米国特許出願公開第２０１６／３０７８００号明細書

【特許文献8】特開平１１－１６２８５０号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】H. Nagasawa, K. Yagi and T. Kawahara," 3C-SiC hetero-epitaxial growth on undulant Si(001) substrate", Journal of Crystal Growth,239 (2002), p1244.

【非特許文献2】D. Chaussende, F. Mercier, A. Boulle, F. Conchon, M.Soueidan, G. Ferro, A. Mantzari, A. Andreadou, E. K.Polychroniadis, C. Balloud, S. Juillaguet, J. Camassel and M.Pons, " Prospects for 3C-SiC bulk crystal growth" Journal of Crystal Growth, 310 (2008), p976.

【非特許文献3】T. Ujihara, R. Maekawa, R. Tanaka, K. Sasaki, K. Kuroda andY. Takeda, " Solution growth of high-quality 3C-SiC crystals" Journal of Crystal Growth, 310 (2008) p1438.

【非特許文献4】浅村他、「低温成長による3C-SiC(111)自立基板の結晶性評価」、第62回応用物理学会春季学術講演会 講演予稿集 13-095(2015)、応用物理学会

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

非特許文献４や特許文献６、７のように下地のＳｉを溶解させることで、ＳｉＣエピタキシャル層だけを残す方法では溶解したＳｉをどのように処理するかが非常に大きな問題となり、エピタキシャル成長装置の内部に残渣が残る等の問題が考えられる。またすべてのＳｉを気化させてしまうにはかなりの温度と時間を要することが、Ｓｉの蒸気圧からも容易に想像できる（１９０８Ｋ／１Ｐａ）。

【0011】

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることが可能な３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法、３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法、および簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることが可能なものとなる３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、単結晶シリコン基板を水素雰囲気下でアニールすることで前記単結晶シリコン基板の表面の自然酸化膜を除去する水素ベイク工程と、前記水素ベイク工程後の前記単結晶シリコン基板の表面に炭化処理を行いＳｉＣの核を生成し、さらに生成した核を起点に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させて３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を得るエピタキシャル工程と、前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を、炭素を含むガス雰囲気下でＳｉの融点（１４１２±２℃：ＲＥＡＬＩＺＥ社シリコンの科学９１９ページ引用）未満の温度に加熱して前記単結晶シリコン基板中のＳｉを前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜と前記単結晶シリコン基板との界面まで固体拡散させ、該拡散させたＳｉと前記界面に到達したＣとの固相反応で、さらにＳｉＣを成長させることで、Ｓｉが拡散した跡に生じる空孔を有する空孔層を前記単結晶シリコン基板における前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との前記界面に形成する拡散工程と、を含むことを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法を提供する。

【0013】

この製造方法によれば、単結晶シリコン基板に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させた後で、基板中のＳｉを３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との界面まで固体拡散させ、Ｃとの固相反応を生じさせて、ＳｉＣを成長させつつ、Ｓｉが拡散した跡に生じる空孔を有する空孔層を界面に形成することで、その後の冷却等で空孔層を起点にした剥離により、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜を単結晶シリコン基板から分離することが可能である。

【0014】

このような方法によれば、単結晶シリコン基板上に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶を成長させた３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板から３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得る際に、高温に温度を上げてＳｉを溶融させるような、溶融したＳｉによってその後の炉のメンテナンスに大きな影響を及ぼすような工程を行う必要もなく、また後から剥離用のエッチング工程を追加する必要もない。
そのため、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることができる。

【0015】

このとき、前記エピタキシャル工程及び前記拡散工程を、１３３．３２２Ｐａ以上、１３３３２．２Ｐａ以下の圧力範囲で行うことができる。

【0016】

エピタキシャル工程及び拡散工程を、１３３．３２２Ｐａ以上とすることで、特殊な減圧装置を用いずにエピタキシャル工程及び拡散工程を実施できる。また１３３３２．２Ｐａ以下とすることで、エピタキシャル工程における３Ｃ－ＳｉＣのエピタキシャル成長、及び拡散工程におけるＳｉの拡散を促進できる。

【0017】

また本発明は、上記に記載の製造方法で製造された前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を冷却することで、前記空孔層で前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を剥離し、前記単結晶シリコン基板から前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜を分離して３Ｃ－ＳｉＣ自立基板とする分離工程を含むことを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法を提供する。

【0018】

このような方法によれば、シリコン基板上に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶を成長させた３Ｃ－ＳｉＣ単結晶から３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得る際に、冷却するだけでシリコン基板と３Ｃ－ＳｉＣ単結晶を分離できるため、高温に温度を上げてＳｉを溶融させるような、溶融したＳｉによってその後の炉のメンテナンスに大きな影響を及ぼすような工程を行う必要もなく、また後から剥離用のエッチング工程を追加する必要もない。
そのため、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることができる。

【0019】

さらに本発明は、単結晶シリコン基板と、前記単結晶シリコン基板上に設けられたエピタキシャル構造の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜と、を備え、前記単結晶シリコン基板は、Ｓｉが欠落して生じた空孔の集合を含む空孔層を前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との界面に有することを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を提供する。

【0020】

このような３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板はＳｉが欠落して生じた空孔の集合を含む空孔層を３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との界面に有するため、Ｓｉを溶融させたり剥離用のエッチングをしたりしなくても、冷却等で空孔層を起点にした剥離により、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜を単結晶シリコン基板から分離することが可能なものとなる。
そのため、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることができるものとなる。

【発明の効果】

【0021】

以上のように、本発明の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法によれば、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることが可能な３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を製造することができる。
また、本発明の３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法によれば、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることが可能となる。
さらに、本発明の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板によれば、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることが可能なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態に係る３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の概略図を示す。

【図2】本発明の実施形態に係る３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法及び３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法のフロー図を示す。

【図3】実施例で得られた３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板のIn Plane XRD解析結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0024】

上述のように、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることが可能な３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法、３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法、および簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることが可能なものとなる３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板が求められていた。

【0025】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、単結晶シリコン基板を水素雰囲気下でアニールすることで前記単結晶シリコン基板の表面の自然酸化膜を除去する水素ベイク工程と、前記水素ベイク工程後の前記単結晶シリコン基板の表面に炭化処理を行いＳｉＣの核を生成し、さらに生成した核を起点に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させて３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を得るエピタキシャル工程と、前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を、炭素を含むガス雰囲気下でＳｉの融点未満の温度に加熱して前記単結晶シリコン基板中のＳｉを前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜と前記単結晶シリコン基板との界面まで固体拡散させ、該拡散させたＳｉと前記界面に到達したＣとの固相反応で、さらにＳｉＣを成長させることで、Ｓｉが拡散した跡に生じる空孔を有する空孔層を前記単結晶シリコン基板における前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との前記界面に形成する拡散工程と、を含むことを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法により、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることが可能な３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を製造することができることを見出し、本発明を完成した。

【0026】

また本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、上記に記載の製造方法で製造された前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を冷却することで、前記空孔層で前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を剥離し、前記単結晶シリコン基板から前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜を分離して３Ｃ－ＳｉＣ自立基板とする分離工程を含むことを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法により、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることができることを見出し、本発明を完成した。

【0027】

さらに本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、単結晶シリコン基板と、前記単結晶シリコン基板上に設けられたエピタキシャル構造の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜と、を備え、前記単結晶シリコン基板は、Ｓｉが欠落して生じた空孔の集合を含む空孔層を前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との界面に有することを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板により、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることができるものとなることを見出し、本発明を完成した。

【0028】

以下、図面を参照して説明する。
以下、図１及び図２を参照しながら本発明の実施形態に係る３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１の製造方法、３Ｃ－ＳｉＣ自立基板９の製造方法、及び３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１の構成について説明する。

【0029】

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１の概略構成について説明する。
図１に示すように３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１は単結晶シリコン基板３と、単結晶シリコン基板上に設けられたエピタキシャル構造の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５を備える。

【0030】

単結晶シリコン基板３は３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５がエピタキシャル成長で形成される際の下地となる基板である。単結晶シリコン基板３の厚さは、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の厚さにもよるが、例えば３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５がエピタキシャル成長で形成される際にシリコンとＳｉＣの格子定数の違い等に起因した応力で単結晶シリコン基板３が曲がったり割れたりしない程度の厚さであればよい。

【0031】

単結晶シリコン基板３の口径は、少なくとも３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の口径以上であるが、単結晶シリコン基板３の口径が大きくなるほど大口径の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５を設けられるため、直径２００ｍｍ以上とするのが好ましく、直径３００ｍｍ以上とするのがより好ましい。

【0032】

また、単結晶シリコン基板３は、Ｓｉが欠落して生じた空孔の集合を含む空孔層７を３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との界面に有する。
空孔層７は空孔の集合があるため、他の部分と比べて脆くなっている。そのため冷却等で応力を加えることで、空孔層７で３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を剥離して単結晶シリコン基板３から３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５を容易に分離できるものとなる。
よって、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１は、簡易な製造プロセスによって、大口径３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を得ることができるものとなる。
なお、単結晶シリコン基板３における空孔層７以外の部分を以下の説明では基部１１と称す。また、空孔層７における空孔の密度や空孔層の厚さは、冷却で容易に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を剥離できる範囲で適宜設定する。

【0033】

３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５はエピタキシャル構造を有する膜である。３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の厚さの下限は、例えば単結晶シリコン基板３から分離した後でも曲がったり割れたりせずに形状を保持でき、その後のデバイスの形成等の際の研磨やエッチング等で消失しない程度である。厚さの上限は、その後のデバイスの形成等の際に利用されない部分が多く生じてコスト高とならない程度である。また３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の口径は単結晶シリコン基板３の口径以下である。

【0034】

次に、図２を参照して本発明の実施形態に係る３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１の製造方法、及び３Ｃ－ＳｉＣ自立基板９の製造方法について説明する。

【0035】

まず、図２（ａ）に示すように、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５をエピタキシャル成長させる際の下地となる単結晶シリコン基板３を用意する。用意する単結晶シリコン基板３の表面の面方位は成長させる予定の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の面方位に応じて決定され、例えば（１１１）面であるが、（１１０）面や（１００）面でもよい。単結晶シリコン基板３の厚さは成長させる予定の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の厚さに応じて、成長中に曲がったり割れたりしない程度の厚さのものを選択すればよい。単結晶シリコン基板３の口径は成長させる３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の口径以上とする。

【0036】

次に、ＲＰ－ＣＶＤ装置（減圧ＣＶＤ装置）等の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５をエピタキシャル成長させる成長炉内に、用意した単結晶シリコン基板３を配置し、単結晶シリコン基板３を水素雰囲気下でＨ_２アニールすることで表面の自然酸化膜を除去する（水素ベイク工程）。自然酸化膜が残っていると、単結晶シリコン基板３上に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５をエピタキシャル成長させる際に、ＳｉＣの核形成が出来なくなってしまうためである。

【0037】

この時のＨ_２アニール温度は１０００℃以上１２００℃以下の条件とすることが好ましい。温度を１０００℃以上とすることで、自然酸化膜の残留を防ぐための水素ベイク工程を短時間で完了できる。また温度を１２００℃以下とすることでスリップの発生を確実に抑制できる。このときのＨ_２アニールの圧力や時間は自然酸化膜が除去できればよく、特に制約はない。

【0038】

次に、図２（ｂ）に示すように水素ベイク工程後の単結晶シリコン基板３の表面に炭化処理を行いＳｉＣの核を生成し、さらに生成した核を起点に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５をヘテロエピタキシャル成長させる（エピタキシャル工程）。

【0039】

具体的には、まず、単結晶シリコン基板３の表面を炭化してＳｉＣの核形成を行うために、原料ガスとしてプロパンガスのような炭化ガスをＲＰ－ＣＶＤ装置内に導入しながら３００℃以上９５０℃以下の範囲の温度から１０００℃以上１２００℃未満の範囲の温度まで徐々に装置内を昇温する。

【0040】

続いて原料ガスをトリメチルシランガス等のＣとＳｉを含むガスに切り替え、炭化で生成した核を起点に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５をエピタキシャル成長させる。ＳｉＣのエピタキシャル成長時の昇温速度は０．５～５℃／ｍｉｎの範囲が好ましく、１℃／ｍｉｎ程度が、より好ましい。

【0041】

なおエピタキシャル工程で成長させる３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の厚さは、最終的な目標値よりも薄くてよい。これは、後工程でも３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５を成長させるためである。

【0042】

次に、図２（ｃ）に示すように、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を、炭素を含むガス雰囲気下でＳｉの融点未満の温度に加熱して単結晶シリコン基板３中のＳｉを３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５と単結晶シリコン基板３との界面まで固体拡散させ、該拡散させたＳｉと界面に到達したＣとの固相反応で、さらにＳｉＣを成長させることで、Ｓｉが拡散した跡に生じる空孔を有する空孔層７を単結晶シリコン基板３における３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５との界面に形成する（拡散工程）。

【0043】

具体的には、例えば１０００℃以上、シリコンの融点未満の温度でトリメチルシランガス等のＣとＳｉを含んだガスをＲＰ－ＣＶＤ装置内に導入しながら、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の成長をおこなう。このとき、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５は、原料がＣだけでなくＳｉを含んでいれば表面での気相反応でも成長するが、さらに３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５と単結晶シリコン基板３との界面に到達した炭素原子と、Ｓｉ基板から界面に拡散したＳｉとの固相反応でも成長する。

【0044】

なお、拡散工程では固相反応によって、単結晶シリコン基板３における３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５との界面にはＳｉが抜けたあとの空孔が発生し、この空孔の集まりにより空孔層７が形成される。

【0045】

このように、気相反応だけでなく固相反応も利用することで、単結晶シリコン基板３をＳｉ源としたＳｉＣ成長も可能になり、図１に示すような、単結晶シリコン基板３における３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５との界面に空孔が存在した空孔層７をもつ３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を作ることができる。

【0046】

なお、エピタキシャル工程及び拡散工程を、１３３．３２２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ．）以上、１３３３２．２Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ．）以下の圧力範囲で行うことが好ましい。具体的には、エピタキシャル工程及び拡散工程の際のＲＰ－ＣＶＤ装置内の圧力を１３３．３２２Ｐａ以上、１３３３２．２Ｐａ以下とするのが好ましい。

【0047】

ＲＰ－ＣＶＤ装置内の圧力を１３３．３２２Ｐａ以上とすることで、特殊な減圧装置を用いずにエピタキシャル工程及び拡散工程を実施できる。またＲＰ－ＣＶＤ装置内の圧力を１３３３２．２Ｐａ以下とすることで、エピタキシャル工程における３Ｃ－ＳｉＣのエピタキシャル成長、及び拡散工程におけるＳｉＣの拡散を促進できる。
なお、拡散工程におけるＲＰ－ＣＶＤ装置内の圧力を６６６．６１２Ｐａ（５Ｔｏｒｒ．）程度の圧力にすると、空孔の成長が促進され、かつＳｉＣの成長速度も大きくなるので、好ましい。また、拡散工程の時間は、所望の厚さの３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５と空孔層７が得られる時間である。
以上が３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１の製造方法の説明である。

【0048】

次に、この製造方法で製造された３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を冷却することで、空孔層７で３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を剥離し、図２（ｄ）に示すように単結晶シリコン基板３から３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５を分離して３Ｃ－ＳｉＣ自立基板９とする（分離工程）。

【0049】

具体的には拡散工程で、目標とする所定の厚さの３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５が成長したら、原料ガスの供給を停止してＲＰ－ＣＶＤ装置内を降温する等して、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を冷却する。

【0050】

このときの降温によって、単結晶シリコン基板３の基部１１から３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５が分離する。特に４００℃前後の温度帯を急速に通過させると、空孔層７を起点として、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１が急速に剥離し、単結晶シリコン基板３の基部１１から３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５が分離される。

【0051】

具体的な降温の際の処理は、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を剥離して単結晶シリコン基板３から３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５が分離できれば特に限定しないが、例えば、冷却過程と低温処理と呼ばれる２つの処理を例示できる。
冷却過程とは、目標とする所定の厚さの３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５が成長した後に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を５００℃まで自然冷却し、５００℃で３０秒～３分保持し、２００℃まで４～５℃／ｍｉｎで冷却し取り出す処理である。
低温処理とは、目標とする所定の厚さの３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５が成長した後に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を２００℃の炉内に直接投入し、２００℃にて２時間処理後、４～５℃／ｍｉｎで５００℃まで昇温し、５００℃にて３０秒保持し、そのまま炉外に取り出し室温にて自然冷却する処理である。

【0052】

なお、剥離後も単結晶シリコン基板３の基部１１上に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５が乗っているため、このままＲＰ－ＣＶＤ装置より取り出すことができ、取り出したのちに、単結晶シリコン基板３の基部１１と３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５を分離できる。

【0053】

また、分離後の単結晶シリコン基板３の基部１１を用いて再度ベイク工程、エピタキシャル工程、拡散工程を行うことで、再度３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５を成長させることも可能である。なお、この際、単結晶シリコン基板３の基部１１は剥離後の表面をそのまま使用してもよいし、空孔層７の空孔の大きさや密度によっては、表面を一度研磨、洗浄等をしても良い。
以上が３Ｃ－ＳｉＣ自立基板９の製造方法の説明である。

【0054】

このように、大口径基板に対応できる成長装置としてＲＰ－ＣＶＤ装置等を使用して、水素ベイク工程で例えば直径３００ｍｍ以上の単結晶シリコン基板３の表面の自然酸化膜を除去した後に、炭化処理を行い、その後、単結晶シリコン基板３に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５のヘテロエピタキシャル成長を行い、さらに、単結晶シリコン基板３が融解しない程度の高温にして炭素を含むガスを流して単結晶シリコン基板３の固体拡散によってさらに３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５を成長させ、単結晶シリコン基板３における３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５との界面に多数の空孔を持つ３Ｃ－ＳｉＣエピタキシャル基板を作製することで、この空孔を利用して、その後の冷却処理等で剥離を行うことができる。

【0055】

よって、本発明の３Ｃ－ＳｉＣ自立基板９の製造方法では、単結晶シリコン基板３をＳｉ供給源として固相拡散で３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５をヘテロエピタキシャル成長させ、空孔層７を形成した後に単結晶シリコン基板３を除去することで、直径２００ｍｍや３００ｍｍのような大口径の３Ｃ－ＳｉＣ自立基板９を得ることができる。

【実施例0056】

以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
本発明の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法で３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を製造し、さらに３Ｃ－ＳｉＣ自立基板９の製造を試みた。具体的な手順は以下の通りである。

【0057】

まず、単結晶シリコン基板３として、直径３００ｍｍ、表面の面方位が（１１１）、抵抗率が０．１Ω・ｃｍのボロンドープの低抵抗単結晶シリコンウェーハを準備した。
次にＲＰ‐ＣＶＤ装置の反応炉内のサセプター上にウェーハを配置し、水素ベイク工程として、１０８０℃で１分間のＨ_２アニールを行った。続いて、エピタキシャル工程として、炉内温度を３００℃まで降温させた後、昇温レート１℃／ｓｅｃで１１３０度まで昇温させながらプロパンガスを導入してＳｉＣの核形成を行い、さらにトリメチルシランガスを導入してそれに続く３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の形成を行った。この時の成長圧力は一律６６６．６１２Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）とした。

【0058】

さらに、反応炉内の温度が１１３０℃まで到達後１０時間、保持し、拡散工程として３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の成長及び空孔層７の形成を行った。その後、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５の膜厚が１００μｍに達したら、原料ガスの供給を停止して、５００℃まで自然冷却し、５００℃で１２０秒保持し、２００℃まで５℃／ｍｉｎで冷却した（冷却工程）。

【0059】

その後、冷却した３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を反応炉から取り出し、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５と単結晶シリコン基板３がずれないようにそのままの状態でＩｎ ｐｌａｎｅ配置にて３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の結晶構造をＸＲＤにて確認したところ、図３に示すようにＳｉ（２２０）に平行な３Ｃ－ＳｉＣ（２２０）のピークを確認することが出来、単結晶シリコン基板３上に単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ膜が成長していたことが確認された。

【0060】

また、反応炉から取り出した３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１は追加の冷却等の処理を行わなくても３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜５（３Ｃ－ＳｉＣ自立基板９）と単結晶シリコン基板３の基部１１に分離することができていたため、反応炉から取り出す前の冷却工程で既に剥離していたことも確認できた。

【0061】

以上のとおり、本発明の実施例によれば、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を製造でき、製造した３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板１を剥離して３Ｃ－ＳｉＣ自立基板９を製造できた。

【0062】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0063】

１…３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板、 ３…単結晶シリコン基板、 ５…３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜、 ７…空孔層、 ９…３Ｃ－ＳｉＣ自立基板、 １１…基部。

【図1】

【図2】

【図3】