特開 2024-174685 複合基板及びその製造方法

(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】P2024174685

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】複合基板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/184 20170101AFI20241210BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20241210BHJP

   C30B 29/02 20060101ALI20241210BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20241210BHJP

   C30B 1/02 20060101ALI20241210BHJP

   C01B 32/956 20170101ALI20241210BHJP

   H01L 21/205 20060101ALN20241210BHJP

   H01L 21/368 20060101ALN20241210BHJP

【ＦＩ】

C01B32/184

C30B25/20

C30B29/02

C23C16/42

C30B1/02

C01B32/956

H01L21/205

H01L21/368 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092648

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100133514

【弁理士】

【氏名又は名称】寺山 啓進

(74)【代理人】

【識別番号】100135714

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 一生

(74)【代理人】

【識別番号】100167612

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 直行

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 京樹

【テーマコード（参考）】

4G077

4G146

4K030

5F045

5F053

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077AB02

4G077AB10

4G077BA02

4G077BE08

4G077CA03

4G077CA07

4G077DB04

4G077DB07

4G077ED05

4G077ED06

4G077HA12

4G077JA03

4G077JB06

4G077TA04

4G146AA01

4G146AB07

4G146BA11

4G146BB06

4G146BB15

4G146BC03

4G146BC34A

4G146BC35A

4G146CB16

4G146CB17

4G146MA14

4G146MB03

4G146MB05

4G146NB04

4G146NB05

4K030AA06

4K030AA09

4K030AA16

4K030BA37

4K030BB02

4K030CA04

4K030CA12

4K030FA10

4K030LA12

5F045AA03

5F045AB06

5F045AC01

5F045AC07

5F045AC16

5F045AD14

5F045AD15

5F045AD16

5F045AD17

5F045AD18

5F045AE29

5F045AF02

5F045BB02

5F045BB12

5F045HA03

5F053AA04

5F053DD19

5F053FF01

5F053GG10

5F053HH04

5F053PP03

5F053RR01

(57)【要約】

【課題】ＳｉＣ単結晶基１上に形成される炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）を低減した複合基板１００（１００Ａ）を提供する。また、複合基板１００（１００Ａ）の製造方法を提供する。
【解決手段】複合基板１００（１００Ａ）は、ＳｉＣ単結晶基板１と、ＳｉＣ単結晶基板１の表面に接して配置された、再構成表面層１０ａとグラフェン層１０を積層した積層体またはグラフェン層１０のいずれかを含む炭素含有層と、を備え、原子間力顕微鏡による観測において、２×２μｍ^２あたりにおける、ＳｉＣ単結晶基板１と接している炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）が、１．０ｎｍ以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ単結晶基板上に前記ＳｉＣ単結晶基板の熱分解を抑制するキャップ膜を堆積させる工程と、
熱処理を施して前記キャップ膜を除去する工程と、
前記熱処理を施して、前記ＳｉＣ単結晶基板上に、再構成表面層とグラフェン層を積層した積層体またはグラフェン層のいずれかを含む炭素含有層を形成する工程と、を含み、
前記キャップ膜の膜厚は、前記ＳｉＣ単結晶基板の熱分解が開始する温度から前記グラフェン層が形成される温度までの少なくとも一部の温度領域において残存するように構成されている、複合基板の製造方法。

【請求項2】

前記ＳｉＣ単結晶基板上に炭素を含む薄膜を堆積させる工程をさらに含み、
前記キャップ膜は、前記薄膜上に堆積され、
前記熱処理を施して、前記キャップ膜が除去されて露出した前記薄膜から供給される炭素を用いて前記ＳｉＣ単結晶基板上に前記炭素含有層を形成する、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項3】

前記薄膜の堆積が、物理気相成長法、化学気相成長法、及び湿式堆積法からなる群から選択されるいずれかの方法により行われる、請求項２に記載の複合基板の製造方法。

【請求項4】

前記薄膜の厚みが０．３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項２に記載の複合基板の製造方法。

【請求項5】

前記熱処理において、前記キャップ膜を除去する工程に連続して前記ＳｉＣ単結晶基板上の前記キャップ膜が除去された領域に前記炭素含有層を形成する、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項6】

前記キャップ膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含む膜である、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項7】

前記キャップ膜の堆積が、物理気相成長法、化学気相成長法、及び湿式堆積法からなる群から選択されるいずれかの方法により行われる、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項8】

前記キャップ膜の厚みが１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項9】

前記熱処理が、１２００℃以上２５００℃以下の温度で施される、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項10】

前記熱処理は、１×１０^－４Ｎ／ｍ^２以下の真空雰囲気下又は１×１０^４Ｎ／ｍ^２以上１×１０^６Ｎ／ｍ^２以下の不活性ガス雰囲気下で施される、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項11】

前記炭素含有層に含まれるグラフェン層上にエピタキシャル層を形成させる工程をさらに含む、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項12】

前記エピタキシャル層の堆積が、物理気相成長法及び化学気相成長法からなる群から選択されるいずれかの方法により行われる、請求項１１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項13】

前記エピタキシャル層が、基板温度１０００℃以上２０００℃以下で形成される、請求項１１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項14】

ＳｉＣ単結晶基板と、
前記ＳｉＣ単結晶基板の表面に接して配置された、再構成表面層とグラフェン層を積層した積層体またはグラフェン層のいずれかを含む炭素含有層と、を備え、
原子間力顕微鏡による観測において、２μｍ×２μｍ四方あたりにおける、前記ＳｉＣ単結晶基板と接している前記炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）が、１．０ｎｍ以下である複合基板。

【請求項15】

前記炭素含有層は、前記積層体を含み、
前記積層体の再構成表面層は、前記ＳｉＣ単結晶基板のＳｉ終端面に接している、請求項１４に記載の複合基板。

【請求項16】

前記炭素含有層に含まれるグラフェン層は、前記ＳｉＣ単結晶基板のＣ終端面又は前記再構成表面層に接している、請求項１４に記載の複合基板。

【請求項17】

前記ＳｉＣ単結晶基板は、０．５°以上１０°以下のオフ角を有する、請求項１４に記載の複合基板。

【請求項18】

前記ＳｉＣ単結晶基板が、六方晶系結晶又は立方晶系結晶のいずれかの結晶構造を有する、請求項１４に記載の複合基板。

【請求項19】

前記炭素含有層に含まれるグラフェン層の層数が、１層以上５層以下である、請求項１４に記載の複合基板。

【請求項20】

前記炭素含有層に含まれるグラフェン層上に配置されたエピタキシャル層をさらに備える、請求項１４に記載の複合基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複合基板及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

グラフェンの製造方法において、自然酸化によって形成されたシリコンカーバイド（ＳｉＣ）単結晶基板の表面を覆う酸化被膜を除去し、ＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面を露出させて、露出させたＳｉＣ単結晶基板を真空中あるいはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス中において加熱（熱分解）する方法が知られている。真空中あるいはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス中において加熱することにより、シリコン（Ｓｉ）が昇華及び残存する炭素（Ｃ）が自己組織化し、ＳｉＣ単結晶基板上にグラフェンが積層するように形成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１０／０２３９３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ＳｉＣ単結晶基板をグラフェン形成可能温度よりも低い温度で加熱した場合、ＳｉＣ単結晶基板に対するステップバンチングが発生する。ステップバンチングの発生により、グラフェン上でリモートエピ成長を行う場合にエピ膜のモフォロジーが悪化しデバイス作製時に絶縁破壊が発生しやすくなる。また、アンカー効果によってエピ膜剥離が困難になる恐れがある。

【0005】

本開示は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、ＳｉＣ単結晶基板上に形成される炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）を低減した複合基板を提供することを目的の一とする。また、当該複合基板の製造方法を提供することを目的の一とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様の複合基板は、ＳｉＣ単結晶基板と、ＳｉＣ単結晶基板の表面に接して配置された、再構成表面層とグラフェン層を積層した積層体またはグラフェン層のいずれかを含む炭素含有層と、を備え、原子間力顕微鏡による観測において、２×２μｍ^２あたりにおける、ＳｉＣ単結晶基板と接している炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）が、１．０ｎｍ以下である。

【0007】

本開示の一態様の複合基板の製造方法は、ＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣ単結晶基板の熱分解を抑制するキャップ膜を堆積させる工程と、熱処理を施して前記キャップ膜を除去する工程と、熱処理を施して、ＳｉＣ単結晶基板上に、再構成表面層とグラフェン層を積層した積層体またはグラフェン層のいずれかを含む炭素含有層を形成する工程と、を含み、キャップ膜の膜厚は、ＳｉＣ単結晶基板の熱分解が開始する温度からグラフェン層が形成される温度までの少なくとも一部の温度領域において残存するように構成されている。

【発明の効果】

【0008】

本開示によると、ＳｉＣ単結晶基板上に形成される炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）を低減した複合基板及び複合基板の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は実施形態に係る複合基板の断面図を示す。

【図2】図２は変形例１に係る複合基板の断面図を示す。

【図3】図３は変形例２に係る複合基板の断面図を示す。

【図4A】図４Ａは変形例２に係る複合基板の製造工程の一工程を示す断面図である（その１）。

【図4B】図４Ｂは変形例２に係る複合基板の製造工程の一工程を示す断面図である（その２）。

【図4C】図４Ｃは変形例２に係る複合基板の製造工程の一工程を示す断面図である（その３）。

【図4D】図４Ｄは変形例２に係る複合基板の製造工程の一工程を示す断面図である（その４）。

【図5】図５は変形例２に係る複合基板の製造工程の他の一工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、図面を参照して、実施の形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。図面は模式的なものである。また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。実施の形態は、種々の変更を加えることができる。

【0011】

本実施形態に係る複合基板について図面を用いて説明する。

【0012】

図１は、本実施形態に係る複合基板１００の断面図を示す。

【0013】

複合基板１００は、ＳｉＣ単結晶基板１と、ＳｉＣ単結晶基板１の表面に接して配置された炭素含有層と、を備える。本実施形態では、ＳｉＣ単結晶基板１の最外表面が炭素（Ｃ）終端面１ｃであり、Ｃ終端面１ｃと接している炭素含有層は、グラフェン層１０である。

【0014】

ＳｉＣ単結晶基板１は、六方晶（４Ｈ，６Ｈ）系結晶又は立方晶（３Ｃ）系結晶のいずれかの結晶構造を有してもよい。例えば、六方晶（４Ｈ）系結晶からなるＳｉＣ単結晶基板１は、窒素（Ｎ_２）ガス等の不活性ガスで満たしたグラファイトるつぼ内で原料のＳｉＣ粉末を昇華させ、原料粉末よりも低温に制御されたＳｉＣ種結晶に再結晶させることによって得られる（改良レーリー法（種付き昇華再結晶法））。このとき、ＳｉＣ単結晶基板１の導電型を決定する不純物が添加されていてもよい。

【0015】

ＳｉＣ単結晶基板１は、オフ角を有してもよい。本開示における「オフ角」とは、Ｃ軸方向（基板面内に垂直な方向、膜厚方向）から面内に沿って成長結晶をある角度で回転させカッティングするときの回転角θを指す。オフ角は、０．５°以上１０°以下であると好ましく、４°以上８°以下であるとより好ましい。

【0016】

グラフェン層１０は、１層の単層構造または数層以上に形成された積層構造を有する。ここで数層とは、２層以上のグラフェン層１０を意味する。エピタキシャル層の結晶成長の観点から、グラフェン層１０の層数が、１層以上５層以下であることが好ましい。

【0017】

一般的に、ＳｉＣ単結晶基板上にグラフェン層等の炭素含有層を形成する場合、ＳｉＣ単結晶基板を熱分解させることにより、ＳｉＣ単結晶基板のＳｉ原子が昇華し、残存する炭素（Ｃ）が自己組織化し、ＳｉＣ単結晶基板上にグラフェン層が積層するように形成される。低温処理にてグラフェン層を形成することで、ＳｉＣ単結晶基板のステップバンチングの発生を抑制することは可能であるが、６員環の形成数が多い結晶性の高いグラフェン層を形成するためには、高温処理にてグラフェン層を形成する必要がある。

【0018】

本実施形態では、結晶性の高いグラフェン層を形成しつつ、ＳｉＣ単結晶基板のステップバンチングの発生を抑制するために、後述するようにＳｉＣ単結晶基板からの炭素の供給に加えて、新たな炭素の供給源としてＳｉＣ単結晶基板上に炭素を含む薄膜を堆積する。炭素を含む薄膜上にＳｉＣ単結晶基板の熱分解を抑制するキャップ膜を堆積し、その後、熱処理により薄膜を炭化し、グラフェン層等の炭素含有層を形成する。本工程により、ＳｉＣ単結晶基板のステップバンチングが発生する前に炭素含有層の成長を促進することができる。

【0019】

ステップバンチングが抑制されたＳｉＣ単結晶基板は表面粗さ（Ｒａ）が小さいため、ＳｉＣ単結晶基板上に形成される炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）も小さくなり、炭素含有層の形成面の平坦性が良好である。このため、結晶性の高い炭素含有層を形成することができる。なお、表面粗さ（Ｒａ）は、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３又はＩＳＯ ２５１７８に準拠して求めることができる。

【0020】

炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）は、原子間力顕微鏡によって観測することができる。例えば、原子間力顕微鏡によって２×２μｍ^２を観測したときの炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）は、１．０ｎｍ以下である。炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）は、０．７ｎｍ以下であると好ましく、０．５ｎｍ以下であるとより好ましい。

【0021】

本実施形態によれば、ＳｉＣ単結晶基板上に形成される炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）を低減した複合基板を得ることができる。

【0022】

上述の複合基板１００では、ＳｉＣ単結晶基板１の最外表面がＣ終端面１ｃであったが、これに限られず、例えば、次に示すような様々な変形例であってもよい。

【0023】

＜変形例１＞
変形例１に係る複合基板１００Ａの構成を説明する。変形例１において図１に示す複合基板１００と共通する点は上述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。

【0024】

図２は、変形例１に係る複合基板１００Ａの断面図である。変形例１に係る複合基板１００Ａが上述の図１に示す複合基板１００と異なる点は、ＳｉＣ単結晶基板１の最外表面がシリコン（Ｓｉ）終端面１ｓｉであり、Ｓｉ終端面１ｓｉに接している炭素含有層は、再構成表面層１０ａとグラフェン層１０を積層した積層体である点である。

【0025】

複合基板１００Ａにおいて、ＳｉＣ単結晶基板１の最外表面がＳｉ終端面１ｓｉであるため、ＳｉＣ単結晶基板１表面にグラフェン層１０を形成する際、ＳｉＣ単結晶基板１表面に再構成表面層１０ａが形成され、再構成表面層１０ａ上にグラフェン層１０が形成される。再構成表面層１０ａは、グラフェン層１０との格子不整合を緩和する役割を果たすものであり、バッファ層又はグラフェン層の第０層とも称する。

【0026】

変形例１においても、上述したように、ＳｉＣ単結晶基板のステップバンチングが抑制されるため、ＳｉＣ単結晶基板は表面粗さ（Ｒａ）が小さくなり、ＳｉＣ単結晶基板上に形成される炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）も小さくなり、炭素含有層の形成面の平坦性が良好である。このため、結晶性の高い炭素含有層を形成することができる。

【0027】

＜変形例２＞
変形例２に係る複合基板１００Ｂの構成を説明する。変形例２において図２に示す複合基板１００Ａと共通する点は上述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。

【0028】

図３は、変形例２に係る複合基板１００Ｂの断面図である。変形例２に係る複合基板１００Bが上述の図２に示す複合基板１００Ａと異なる点は、グラフェン層１０上に配置されたエピタキシャル層３を備える点である。

【0029】

複合基板１００Ｂにおいて、オフ角を有するＳｉＣ単結晶基板１を用いることにより、ＳｉＣ単結晶基板１の結晶タイプがグラフェン層１０を介してエピタキシャル層３の結晶成長に反映される。このため、ＳｉＣ単結晶基板１の結晶タイプと同じタイプの単結晶であるＳｉＣのエピタキシャル層３を形成することができる。エピタキシャル層３の結晶成長の観点から、オフ角は、０．５°以上１０°以下であると好ましく、４°以上８°以下であるとより好ましい。

【0030】

また、エピタキシャル層３の結晶成長の観点から、グラフェン層１０の層数が、１層以上５層以下であることが好ましい。グラフェン層１０の層数が１層以上５層以下であると、グラフェン層１０自体が厚くなることを抑制でき、ＳｉＣ単結晶基板１の結晶タイプをエピタキシャル層３の結晶成長に反映させることが可能となる。

【0031】

変形例２においても、上述したように、ＳｉＣ単結晶基板のステップバンチングが抑制されるため、ＳｉＣ単結晶基板は表面粗さ（Ｒａ）が小さくなり、ＳｉＣ単結晶基板上に形成される炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）も小さくなる。炭素含有層の形成面の平坦性が良好であるため、結晶性の高い炭素含有層を形成することができる。

【0032】

（複合基板の製造方法）
次に、複合基板の製造方法の一例について説明する。ここでは、上述の複合基板１００Ｂの製造方法を説明する。

【0033】

まず、図４Ａに示すように、ＳｉＣ単結晶基板１のＳｉ終端面１ｓｉにおいて、フッ化水素酸を用いて、ＳｉＣ単結晶基板１から自然酸化膜を除去する。ＳｉＣ単結晶基板１は、例えば４°のオフ角を有する４Ｈ‐ＳｉＣ基板を用いることができる。ＳｉＣ単結晶基板１のサイズは特に限定されないが、例えば１０ｍｍ^２のものを用いることができる。

【0034】

次に、図４Ｂに示すように、自然酸化膜を除去したＳｉＣ単結晶基板１上に炭素を含む薄膜１０Ａを堆積させる。薄膜１０Ａの堆積方法は特に限定されないが、例えば、物理気相成長法、化学気相成長法、及び湿式堆積法などを用いることができる。より具体的には、ラングミュアブロジェット法または蒸着重合法を用いることができる。

【0035】

ここでは、ステアリン酸（Ｃ_１７Ｈ_３５ＣＯＯＨ）を１ｍＭの濃度でヘキサン中に溶解させ、純水に溶解液を滴下した溶液に自然酸化膜を除去したＳｉＣ単結晶基板１を浸漬させ、垂直に引き上げ、乾燥させることにより、単分子膜をＳｉＣ単結晶基板１に被覆させる。乾燥時間としては、例えば６０分間である。さらに高周波誘導加熱炉に単分子膜を被覆させたＳｉＣ単結晶基板１を載置し、真空引きを行う。真空引きは、例えば、１×１０^－３Ｎ／ｍ^２以下になるまで行ってもよい。その後、アルゴンガスなどの不活性ガスを用いてパージを行い、大気圧まで到達した後に不活性ガス雰囲気下でＳｉＣ単結晶基板１を熱処理して単分子膜を炭化させて薄膜１０Ａを形成することができる。熱処理温度としては、例えば、４００℃である。

【0036】

薄膜１０Ａは、グラフェン層等の炭素含有層を形成するための炭素の供給源として作用している。薄膜１０Ａの厚さは、炭素の供給源として作用できる程度であればよい。薄膜１０Ａの厚さは、例えば、０．３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、１ｎｍ以上９０ｎｍ以下であってもよく、１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であってもよい。

【0037】

次に、図４Ｃに示すように、薄膜１０Ａ上にＳｉＣ単結晶基板１の熱分解を抑制するキャップ膜２０を堆積させる。キャップ膜２０は、後の工程において施される熱処理に対して、ＳｉＣ単結晶基板１の熱分解が開始する温度（例えば、１２００℃～１３００℃）から炭素含有層に含まれるグラフェン層１０が形成される温度（例えば、１６００℃）までの少なくとも一部の温度領域において残存するように構成される。最終的には熱処理によってキャップ膜２０は除去される。キャップ膜２０は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含む膜を用いることができる。

【0038】

キャップ膜２０の堆積方法は特に限定されないが、例えば、物理気相成長法、化学気相成長法、及び湿式堆積法などを用いることができる。例えば、低温で成膜可能なＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｏｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用い、前駆体としてシランを導入して１０ｎｍの酸化シリコン膜を形成することができる。

【0039】

また、キャップ膜２０の厚さは、後の工程において施される熱処理に対して、ＳｉＣ単結晶基板１の熱分解が開始する温度から炭素含有層に含まれるグラフェン層１０が形成される温度までの少なくとも一部の温度領域において残存するように構成されていればよい。キャップ膜２０の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、１０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であってもよく、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であってもよい。

【0040】

次に、図４Ｄに示すように、薄膜１０Ａ及びキャップ膜２０が積層されたＳｉＣ単結晶基板１に熱処理を施して、キャップ膜２０を除去し、さらに連続してキャップ膜２０が除去されて露出した薄膜１０Ａから供給される炭素を用いてＳｉＣ単結晶基板１上のキャップ膜２０が除去された領域に炭素含有層を形成する。炭素含有層は、ＳｉＣ単結晶基板１のＳｉ終端面と接している再構成表面層１０ａ及び再構成表面層１０ａと接しているグラフェン層１０からなる積層体を含む。

【0041】

熱処理は、例えば、１２００℃以上２５００℃以下の温度で施される。また、熱処理は、例えば、１×１０^－４Ｎ／ｍ^２以下の真空雰囲気下又は１×１０^４Ｎ／ｍ^２以上１×１０^６Ｎ／ｍ^２以下の不活性ガス雰囲気下で施される。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガスが挙げられる。ここでは、熱処理として、１×１０^－４Ｎ／ｍ^２の真空雰囲気下において薄膜１０Ａ及びキャップ膜２０が積層されたＳｉＣ単結晶基板１を１６００℃で５分間加熱することでＳｉＣ単結晶基板１表面に炭素含有層を形成する。このときの昇温速度は、例えば４００℃／秒である。

【0042】

次に、図３に示すように、炭素含有層に含まれるグラフェン層１０上にエピタキシャル層３を形成する。以上により、複合基板１００Ｂが完成する。エピタキシャル層３の形成（堆積）方法は特に限定されないが、例えば、物理気相成長法及び化学気相成長法などを用いることができる。また、エピタキシャル層３は、基板温度１０００℃以上２０００℃以下で形成することができる。

【0043】

エピタキシャル層３の形成するための原料ガスは特に限定されないが、例えば、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）とシラン（ＳｉＨ_４）の体積比率を１：３として用いることができる。なお、シラン（ＳｉＨ_４）はＳｉの前駆体、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）はＣの前駆体としてそれぞれ用いることができる。また、原料ガスを運ぶためのキャリアガスとしてグラフェン層１０のエッチングを抑制するアルゴンガスを用いてもよい。

【0044】

エピタキシャル層３の厚さは、特に限定されないが、例えば、５００ｎｍである。

【0045】

上述した複合基板の製造方法では、グラフェン層等の炭素含有層を形成するための炭素の供給源として作用している薄膜１０Ａを用いているが、これに限られず、例えば、図５に示すように自然酸化膜を除去したＳｉＣ単結晶基板１上に直接キャップ膜２０を堆積させてもよい。この場合、キャップ膜２０の厚さを調整することで所望の温度までキャップ膜２０を残存させ、その後の処理によりキャップ膜２０が除去され、ＳｉＣ単結晶基板１由来の炭素によって炭素含有層が形成される。なお、ＳｉＣ単結晶基板１上に直接キャップ膜２０を堆積させる製造方法では、炭素の供給源がＳｉＣ単結晶基板１のみであるため、薄膜１０Ａを用いる製造方法と比較して炭素含有層の被覆速度が遅くなる。

【0046】

（その他の実施の形態）
上記のように、いくつかの実施の形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、実施の形態は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含む。

【0047】

＜実施形態の例＞
本実施形態の例を以下に挙げる。本実施形態は以下の例に限定されない。

【0048】

〔付記１〕
ＳｉＣ単結晶基板１上にＳｉＣ単結晶基板１の熱分解を抑制するキャップ膜２０を堆積させる工程と、
熱処理を施してキャップ膜２０を除去する工程と、
熱処理を施して、ＳｉＣ単結晶基板１上に、再構成表面層１０ａとグラフェン層１０を積層した積層体またはグラフェン層１０のいずれかを含む炭素含有層を形成する工程と、を含み、
キャップ膜２０の膜厚は、ＳｉＣ単結晶基板１の熱分解が開始する温度からグラフェン層１０が形成される温度までの少なくとも一部の温度領域において残存するように構成されている、複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0049】

〔付記２〕
ＳｉＣ単結晶基板１上に炭素を含む薄膜１０Ａを堆積させる工程をさらに含み、
キャップ膜２０は、薄膜１０Ａ上に堆積され、
熱処理を施して、キャップ膜２０が除去されて露出した薄膜１０Ａから供給される炭素を用いてＳｉＣ単結晶基板１上に炭素含有層を形成する、〔付記１〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0050】

〔付記１〕又は〔付記２〕によれば、ＳｉＣ単結晶基板のステップバンチングが発生する前に炭素含有層の成長を促進することができ、ＳｉＣ単結晶基板上に形成される結晶性の高いグラフェン層を含む炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）を低減した複合基板を得ることができる。

【0051】

〔付記３〕
薄膜１０Ａの堆積が、物理気相成長法、化学気相成長法、及び湿式堆積法からなる群から選択されるいずれかの方法により行われる、〔付記２〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0052】

〔付記４〕
薄膜１０Ａの厚みが０．３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、〔付記２〕又は〔付記３〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0053】

〔付記３〕又は〔付記４〕によれば、グラフェン層等の炭素含有層を形成するための炭素の供給源として薄膜１０Ａを用いることができ、炭素含有層の被覆速度が速くすることができ、ＳｉＣ単結晶基板のステップバンチングが発生する前に炭素含有層を素早く形成することができる。

【0054】

〔付記５〕
熱処理において、キャップ膜２０を除去する工程に連続してＳｉＣ単結晶基板１上のキャップ膜２０が除去された領域に炭素含有層を形成する、〔付記１〕～〔付記４〕のいずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0055】

〔付記６〕
キャップ膜２０は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含む膜である、〔付記１〕～〔付記５〕のいずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0056】

〔付記７〕
キャップ膜２０の堆積が、物理気相成長法、化学気相成長法、及び湿式堆積法からなる群から選択されるいずれかの方法により行われる、〔付記１〕～〔付記６〕のいずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0057】

〔付記８〕
キャップ膜２０の厚みが１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、〔付記１〕～〔付記７〕のいずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0058】

〔付記９〕
熱処理が、１２００℃以上２５００℃以下の温度で施される、〔付記１〕～〔付記８〕のいずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0059】

〔付記１０〕
熱処理は、１×１０^－４Ｎ／ｍ^２以下の真空雰囲気下又は１×１０^４Ｎ／ｍ^２以上１×１０^６Ｎ／ｍ^２以下の不活性ガス雰囲気下で施される、〔付記１〕～〔付記９〕のいずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0060】

〔付記５〕～〔付記１０〕によれば、キャップ膜２０の構成及び熱処理条件を制御することにより、ＳｉＣ単結晶基板１の熱分解が開始する温度から炭素含有層に含まれるグラフェン層１０が形成される温度までの少なくとも一部の温度領域において残存するようにキャップ膜２０が構成され、さらに連続してキャップ膜２０が除去されて露出した薄膜１０Ａから供給される炭素を用いてＳｉＣ単結晶基板１上に炭素含有層を形成することができる。

【0061】

〔付記１１〕
炭素含有層に含まれるグラフェン層１０上にエピタキシャル層３を形成させる工程をさらに含む、〔付記１〕～〔付記１０〕のいずれかに記載の複合基板１００Ｂの製造方法。

【0062】

〔付記１２〕
エピタキシャル層３の堆積が、物理気相成長法及び化学気相成長法からなる群から選択されるいずれかの方法により行われる、〔付記１１〕に記載の複合基板１００Ｂの製造方法。

【0063】

〔付記１３〕
エピタキシャル層３が、基板温度１０００℃以上２０００℃以下で形成される、〔付記１１〕又は〔付記１２〕に記載の複合基板１００Ｂの製造方法。

【0064】

〔付記１１〕～〔付記１３〕によれば、表面粗さ（Ｒａ）の小さいエピタキシャル層３を形成することができ、エピタキシャル層３を複合基板１００Ｂから容易に剥離することができる。

【0065】

〔付記１４〕
ＳｉＣ単結晶基板１と、
ＳｉＣ単結晶基板１の表面に接して配置された、再構成表面層１０ａとグラフェン層１０を積層した積層体またはグラフェン層１０のいずれかを含む炭素含有層と、を備え、
原子間力顕微鏡による観測において、２×２μｍ^２あたりにおける、ＳｉＣ単結晶基板１と接している炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）が、１．０ｎｍ以下である複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂ。

【0066】

〔付記１５〕
炭素含有層は、積層体を含み、
積層体の再構成表面層１０ａは、ＳｉＣ単結晶基板１のＳｉ終端面１ｓｉに接している、〔付記１４〕に記載の複合基板１００Ａ、１００Ｂ。

【0067】

〔付記１６〕
炭素含有層に含まれるグラフェン層１０は、ＳｉＣ単結晶基板１のＣ終端面１ｃ又は再構成表面層１０ａに接している、〔付記１４〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂ。

【0068】

〔付記１４〕～〔付記１６〕によれば、ＳｉＣ単結晶基板上に形成され、結晶性の高いグラフェン層を含む炭素含有層の表面粗さ（Ｒａ）を低減した複合基板を得ることができる。

【0069】

〔付記１７〕
ＳｉＣ単結晶基板１は、０．５°以上１０°以下のオフ角を有する、〔付記１４〕～〔付記１６〕のいずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂ。

【0070】

〔付記１８〕
ＳｉＣ単結晶基板１が、六方晶系結晶又は立方晶系結晶のいずれかの結晶構造を有する、〔付記１４〕～〔付記１７〕のいずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂ。

【0071】

〔付記１９〕
炭素含有層に含まれるグラフェン層１０の層数が、１層以上５層以下である、〔付記１４〕～〔付記１８〕のいずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂ。

【0072】

〔付記２０〕
炭素含有層に含まれるグラフェン層１０上に配置されたエピタキシャル層３をさらに備える、〔付記１４〕～〔付記１９〕のいずれかに記載の複合基板１００Ｂ。

【0073】

〔付記１７〕～〔付記２０〕によれば、表面粗さ（Ｒａ）の小さいエピタキシャル層３を形成することができ、エピタキシャル層３を複合基板１００Ｂから容易に剥離することができる。

【符号の説明】

【0074】

１ ＳｉＣ単結晶基板
１ｃ Ｃ終端面
１ｓｉ Ｓｉ終端面
３ エピタキシャル層
１０ グラフェン層
１０ａ 再構成表面層
１０Ａ 薄膜
１００、１００Ａ、１００Ｂ 複合基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】