特開 2024-174705 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】P2024174705

(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 29/02 20060101ALI20241210BHJP

   C30B 1/02 20060101ALI20241210BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20241210BHJP

   C01B 32/956 20170101ALI20241210BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20241210BHJP

   H01L 21/205 20060101ALN20241210BHJP

   H01L 21/368 20060101ALN20241210BHJP

【ＦＩ】

C01B32/184

C30B29/02

C30B1/02

C23C16/42

C01B32/956

C23C14/06 E

H01L21/205

H01L21/368 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092684

(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

(72)【発明者】

【氏名】高村 誠

【テーマコード（参考）】

4G077

4G146

4K029

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

4G146BB11

4G146BB15

4G146BC23

4G146BC27

4G146BC32A

4G146BC33A

4G146BC34A

4G146CB17

4G146MA14

4G146MB03

4G146MB05

4G146NA04

4G146NA12

4G146NB04

4K029AA04

4K029AA24

4K029BA34

4K029BA56

4K029BB09

4K029BD01

4K029CA01

4K029FA06

4K030AA06

4K030AA09

4K030AA16

4K030BA37

4K030BB02

4K030CA04

4K030CA12

4K030FA10

4K030LA12

5F045AA03

5F045AB06

5F045AC01

5F045AC07

5F045AC16

5F045AD14

5F045AD15

5F045AD16

5F045AD17

5F045AD18

5F045AE29

5F045AF02

5F045BB02

5F045BB12

5F053AA04

5F053DD19

5F053FF01

5F053GG10

5F053HH04

5F053PP03

5F053RR01

(57)【要約】

【課題】ＳｉＣ単結晶基板１上に形成される炭素含有層の層数ばらつきが１層以下に低減した複合基板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、オフ角を有する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、ＳｉＣ単結晶基板１の最外表面がＳｉ終端面１ｓｉの場合、ＳｉＣ単結晶基板１の上方には、積層体が配置され、かつグラフェン層が１層又は２層配置され、ＳｉＣ単結晶基板１の最外表面がＣ終端面１ｃの場合、ＳｉＣ単結晶基板１の上方には、グラフェン層１０が１層又は２層配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ単結晶基板上に炭素を含む薄膜を分子層レベルで制御可能な堆積方法を用いて堆積する工程と、
熱処理を施して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、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させる工程と、を含み、
前記ＳｉＣ単結晶基板上における、前記炭素含有層の層数ばらつきが１層以下である、複合基板の製造方法。

【請求項2】

前記薄膜が、重量平均分子量が１００以上１０００以下の分子膜を含む、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項3】

前記薄膜が、ラングミュアブロジェット膜又は自己組織化単分子膜である、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項4】

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１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項5】

前記薄膜の堆積は、ラングミュアブロジェット法又は蒸着重合法で行われる請求項４に記載の複合基板の製造方法。

【請求項6】

前記薄膜の厚みが０．３ｎｍ以上１００ｎｍ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7】

前記熱処理が、３００℃以上１０００℃以下の、真空雰囲気下又は不活性ガス雰囲気下で施される第１の熱処理を含み、
前記第１の熱処理において前記薄膜を炭化する、請求項１に記載の複合基板の製造方法。

【請求項8】

前記第１の熱処理の前に、昇温速度１００℃／分以上１８０００℃／分以下であり、かつ、抵抗加熱、ランプアニール、及び高周波誘導加熱からなる群から選択されるいずれかにより熱処理を前記薄膜に施す、請求項７に記載の複合基板の製造方法。

【請求項9】

前記第１の熱処理は、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７に記載の複合基板の製造方法。

【請求項10】

前記熱処理が、前記第１の熱処理後において、１０００℃以上２０００℃以下の温度で施される第２の熱処理を含み、
前記第２の熱処理において前記薄膜を炭素含有層に形成させる、請求項７に記載の複合基板の製造方法。

【請求項11】

前記薄膜を炭素含有層に形成させた後、前記ＳｉＣ単結晶基板上の炭素含有層を介して成長するエピタキシャル層を形成す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で行われる、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】

オフ角を有する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、
前記ＳｉＣ単結晶基板の最外表面がＳｉ終端面の場合、前記ＳｉＣ単結晶基板の上方には、前記積層体が配置され、かつ前記積層体の前記グラフェン層が１層又は２層であり、
前記ＳｉＣ単結晶基板の最外表面がＣ終端面の場合、前記ＳｉＣ単結晶基板の上方には、前記グラフェン層が１層又は２層配置された、複合基板。

【請求項15】

前記オフ角が、０．５°以上１０°以下である、請求項１４に記載の複合基板。

【請求項16】

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17】

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

【請求項18】

前記炭素含有層に含まれるグラフェン層の上方に配置されたエピタキシャル層をさらに備え、
前記エピタキシャル層が、前記ＳｉＣ単結晶基板が有する結晶系と同じ結晶系を有する、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単結晶基板が熱分解する際、ステップを起点としてグラフェン層などの炭素含有層が成長するが、その１層目が完全に被覆する前に２層目がＳｉＣ単結晶の表面に部分的に成長する。つまり、局所的にＳｉＣ単結晶基板の熱分解が発生し、炭素含有層の層数ばらつきが大きくなる恐れがある。

【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層数ばらつきが１層以下に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、オフ角を有する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、ＳｉＣ単結晶基板の最外表面がＳｉ終端面の場合、ＳｉＣ単結晶基板の上方には、積層体が配置され、かつ積層体のグラフェン層が１層又は２層であり、ＳｉＣ単結晶基板の最外表面がＣ終端面の場合、ＳｉＣ単結晶基板の上方には、グラフェン層が１層又は２層配置されている。

【0007】

本開示の一態様の複合基板の製造方法は、ＳｉＣ単結晶基板上に炭素を含む薄膜を分子層レベルで制御可能な堆積方法を用いて堆積する工程と、熱処理を施して薄膜から供給される炭素を用いて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させる工程と、を含み、ＳｉＣ単結晶基板上における、炭素含有層の層数ばらつきが１層以下である。

【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層数ばらつきが１層以下に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）。

【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、オフ角を有するＳｉＣ単結晶基板１と、ＳｉＣ単結晶基板１の基板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が１層又は２層配置されている。

【0014】

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。ＳｉＣ単結晶基板１が有するオフ角は、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。

【0015】

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。

【0016】

グラフェン層１０は、１層の単層構造または２層に形成された積層構造を有する。炭素含有層であるグラフェン層１０の層数が１層又は２層であるため、結果として、炭素含有層の層数ばらつきが１層以下である。なお、炭素含有層の層数は、例えば、ラマン分光法、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などにより観察することができ、広範囲を観察する場合はラマンマッピングを用いることが好ましい。炭素含有層の層数ばらつきの観点から、グラフェン層１０の層数が１層であることが好ましい。炭素含有層の層数ばらつきが１層以下であると、後に形成可能なエピタキシャル層の結晶成長が良好となる。

【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。

【0018】

本実施形態では、炭素含有層の層数ばらつきを小さくするために、後述するようにＳｉＣ単結晶基板１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１上に炭素を含む薄膜を分子層レベルで制御可能な堆積方法を用いて堆積する。その後、熱処理により薄膜を炭化し、グラフェン層１０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】

ここで、炭素含有層の形成の際、炭素供給をＳｉＣ単結晶基板のみに頼る場合は、局所的な熱分解スピードの違いによって、炭素含有層の面内ばらつきが大きくなる。そこで本実施形態のように、炭素含有層の形成の際に外部からも炭素を供給することによって、同じ１層を得る場合でも、ＳｉＣ単結晶基板の熱分解による寄与が相対的に抑制されることで、炭素含有層のばらつきが改善する。また、結晶性の高い炭素含有層を形成することができるので、炭素含有層を含む複合基板を半導体装置等の材料として用いたときの半導体装置でのエピ膜成長ばらつきを低減することができる。

【0020】

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層数ばらつきを低減した複合基板１００を得ることができる。

【0021】

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。

【0022】

＜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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

変形例１においても、炭素含有層の形成の際に、ＳｉＣ単結晶基板からに加えて、外部からも炭素を供給することによって、同じ１層を得る場合でも、ＳｉＣ単結晶基板の熱分解による寄与が相対的に抑制されることで、炭素含有層のばらつきが改善する。

【0026】

＜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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

変形例２においても、炭素含有層の形成の際に、ＳｉＣ単結晶基板からに加えて、外部からも炭素を供給することによって、同じ１層を得る場合でも、ＳｉＣ単結晶基板の熱分解による寄与が相対的に抑制されることで、炭素含有層のばらつきが改善する。複合基板１００Ｂは、上述した複合基板１００と比較して、再構成表面層１０ａをさらに有する構成であるので、グラフェン層の層数を制御し易く、またグラフェン層の層数ばらつきも少ないので、エピタキシャル層３の結晶性を向上することができる。すなわち、グラフェン層に、ＳｉＣ単結晶基板と同タイプの結晶を成長させることができる。

【0030】

（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。

【0031】

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。

【0032】

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３０を堆積させる。薄膜３０は分子層レベルで制御可能な堆積方法を用いて堆積する。薄膜３０は、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又は蒸着重合法を用いることができる。

【0033】

薄膜３０は、ラングミュアブロジェット法を用いたラングミュアブロジェット膜又は自己組織化単分子膜であってもよい。また、薄膜３０が、重量平均分子量が１００以上１０００以下の分子膜を含んでもよい。重量平均分子量が１００以上１０００以下の分子膜としては、例えば、飽和脂肪酸であるステアリン酸（Ｃ_１７Ｈ_３５ＣＯＯＨ）、パルミチン酸（Ｃ_１５Ｈ_３１ＣＯＯＨ）などが挙げられる。

【0034】

薄膜３０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３０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３０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。

【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、薄膜３０である単分子膜を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。

【0036】

次に、図４Ｃに示すように、ＳｉＣ単結晶基板１を第１の熱処理を施して薄膜３０を炭化させて薄膜３０Ａを形成する。第１の熱処理は、例えば、３００℃以上１０００℃以下の、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。

【0037】

ここでは、薄膜３０である単分子膜をＳｉＣ単結晶基板１に被覆させた後、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３０Ａ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。

【0038】

また、第１の熱処理の前にさらに熱処理を薄膜３０に施してもよい。その熱処理としては、例えば、昇温速度１００℃／分以上１８０００℃／分以下であってもよく、抵抗加熱、ランプアニール、及び高周波誘導加熱を用いることができる。その熱処理を薄膜３０に施すことにより、第１の熱処理において、薄膜３０を効率よく炭化させることができる。

【0039】

次に、図４Ｄに示すように、薄膜３０Ａが積層されたＳｉＣ単結晶基板１に第２の熱処理を施して、薄膜３０Ａ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。炭素含有層は、ＳｉＣ単結晶基板１のＳｉ終端面１Ｓｉ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。

【0040】

第２の熱処理は、例えば、１０００℃以上２０００℃以下の温度で施される。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３０Ａ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。形成された炭素含有層は、例えば、再構成表面層１０ａのみと、再構成表面層１０ａとグラフェン層１０からなる積層体との面積比率は８０：２０である。

【0041】

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。

【0042】

エピタキシャル層３を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）との体積比率を１：３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。

【0043】

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。

【0044】

（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。

【0045】

＜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。

【0046】

〔付記１〕
ＳｉＣ単結晶基板１上に炭素を含む薄膜３０を分子層レベルで制御可能な堆積方法を用いて堆積する工程と、
熱処理を施して薄膜３０から供給される炭素を用いて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させる工程と、を含み、
ＳｉＣ単結晶基板１上における、炭素含有層の層数ばらつきが１層以下である、複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0047】

〔付記２〕
薄膜３０が、重量平均分子量が１００以上１０００以下の分子膜を含む、〔付記１〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0048】

〔付記３〕
薄膜３０が、ラングミュアブロジェット膜又は自己組織化単分子膜である、〔付記１〕又は〔付記２〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0049】

〔付記４〕
薄膜３０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３〕いずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0050】

〔付記５〕
薄膜３０の堆積は、ラングミュアブロジェット法又は蒸着重合法で行われる〔付記４〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0051】

〔付記６〕
薄膜３０の厚みが０．３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、〔付記１〕～〔付記５〕いずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0052】

〔付記１〕～〔付記６〕によれば、炭素含有層の形成の際に、ＳｉＣ単結晶基板からに加えて、外部からも炭素を供給することによって、炭素含有層のばらつきが改善する。また、炭素含有層を含む複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂを半導体装置等の材料として用いた場合には、半導体装置でのエピ膜成長ばらつきを低減することができる。

【0053】

〔付記７〕
熱処理が、３００℃以上１０００℃以下の、真空雰囲気下又は不活性ガス雰囲気下で施される第１の熱処理を含み、
第１の熱処理において薄膜３０を炭化する、〔付記１〕～〔付記６〕いずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0054】

〔付記８〕
第１の熱処理の前に、昇温速度１００℃／分以上１８０００℃／分以下であり、かつ、抵抗加熱、ランプアニール、及び高周波誘導加熱からなる群から選択されるいずれかにより熱処理を前記薄膜に施す、〔付記７〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0055】

〔付記９〕
第１の熱処理は、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７〕又は〔付記８〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0056】

〔付記１０〕
熱処理が、第１の熱処理後において、１０００℃以上２０００℃以下の温度で施される第２の熱処理を含み、
第２の熱処理において薄膜３０Ａを炭素含有層に形成させる、〔付記７〕～〔付記９〕いずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂの製造方法。

【0057】

〔付記７〕～〔付記１０〕によれば、熱処理条件を制御することにより、薄膜３０を効率よく炭化させ、薄膜３０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。

【0058】

〔付記１１〕
薄膜３０を炭素含有層に形成させた後、ＳｉＣ単結晶基板１上の炭素含有層を介して成長するエピタキシャル層３を形成する工程をさらに含む、〔付記１〕～〔付記１０〕いずれかに記載の複合基板１００Ｂの製造方法。

【0059】

〔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で行われる、〔付記１１〕に記載の複合基板１００Ｂの製造方法。

【0060】

〔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。

【0061】

〔付記１１〕～〔付記１３〕によれば、グラフェン層の層数ばらつきが少なく、エピタキシャル層３の結晶性を向上することができる。

【0062】

〔付記１４〕
オフ角を有する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、
ＳｉＣ単結晶基板１の最外表面がＳｉ終端面１ｓｉの場合、ＳｉＣ単結晶基板１の上方には、積層体が配置され、かつ積層体のグラフェン層１０が１層又は２層であり、
ＳｉＣ単結晶基板１の最外表面がＣ終端面１ｃの場合、ＳｉＣ単結晶基板１の上方には、グラフェン層１０が１層又は２層配置された、複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂ。

【0063】

〔付記１５〕
オフ角が、０．５°以上１０°以下である、〔付記１４〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂ。

【0064】

〔付記１６〕
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、〔付記１４〕又は〔付記１５〕に記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂ。

【0065】

〔付記１７〕
炭素含有層に含まれるグラフェン層１０の層数が、１層である、〔付記１４〕～〔付記１６〕いずれかに記載の複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂ。

【0066】

〔付記１４〕～〔付記１７〕によれば、炭素含有層の形成の際に、ＳｉＣ単結晶基板からに加えて、外部からも炭素を供給することによって、炭素含有層のばらつきが改善する。また、炭素含有層を含む複合基板１００、１００Ａ、１００Ｂを半導体装置等の材料として用いた場合には、半導体装置でのエピ膜成長ばらつきを低減することができる。

【0067】

〔付記１８〕
炭素含有層に含まれるグラフェン層１０の上方に配置されたエピタキシャル層３をさらに備え、
エピタキシャル層３が、ＳｉＣ単結晶基板１が有する結晶系と同じ結晶系を有する、〔付記１４〕～〔付記１７〕いずれかに記載の複合基板１００Ｂ。

【0068】

〔付記１８〕によれば、グラフェン層１０により、エピタキシャル層３の結晶性を向上することができる。

【符号の説明】

【0069】

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
３０、３０Ａ 薄膜
１００、１００Ａ、１００Ｂ 複合基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】