特許 7628968 二軸配向ＳｉＣ複合基板及び半導体デバイス用複合基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-03

(45)【発行日】2025-02-12

(54)【発明の名称】二軸配向ＳｉＣ複合基板及び半導体デバイス用複合基板

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20250204BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20250204BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20250204BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B25/20

H01L21/205

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021573119

(86)(22)【出願日】2021-01-15

(86)【国際出願番号】 JP2021001148

(87)【国際公開番号】W WO2021149598

(87)【国際公開日】2021-07-29

【審査請求日】2023-10-20

(31)【優先権主張番号】P 2020009649

(32)【優先日】2020-01-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 守道

(72)【発明者】

【氏名】松島 潔

(72)【発明者】

【氏名】吉川 潤

【審査官】▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３２３２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２６８９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３９４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５３３７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１８９００８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２７７０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４６３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３１３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８５０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１４７７９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ １／００－３５／００

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貫通らせん転位及び基底面転位を含む第１の二軸配向ＳｉＣ層と、
前記第１の二軸配向ＳｉＣ層に連続して形成され、希土類元素を１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下含有する、第２の二軸配向ＳｉＣ層と、
を備え、
前記第２の二軸配向ＳｉＣ層表面の欠陥密度が前記第１の二軸配向ＳｉＣ層の欠陥密度よりも小さく、
前記第２の二軸配向ＳｉＣ層はＡｌを含有し、前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中のＡｌの濃度は１×１０ ¹⁶ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ³ 以上１×１０ ²¹ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ³ 以下であり、
前記第２の二軸配向ＳｉＣ層はＮを含有し、前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中のＮの濃度は１×１０ ¹⁷ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ³ 以上１×１０ ²² ａｔｏｍｓ／ｃｍ ³ 以下である、
二軸配向ＳｉＣ複合基板。

【請求項2】

前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中に含まれる前記希土類元素は、Ｙ，Ｓｍ，Ｈｏ，Ｄｙ及びＹｂからなる群より選ばれた少なくとも一つである、
請求項１に記載の二軸配向ＳｉＣ複合基板。

【請求項3】

前記第２の二軸配向ＳｉＣ層は、その表面まで到達する欠陥密度が１．０×１０¹／ｃｍ²以下である、
請求項１又は２に記載の二軸配向ＳｉＣ複合基板。

【請求項4】

前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中の（Ａｌの濃度）／（希土類元素の濃度）が１×１０^-2以上１×１０⁵以下である、
請求項１～３のいずれか１項に記載の二軸配向ＳｉＣ複合基板。

【請求項5】

前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中の（Ｎの濃度）／（希土類元素の濃度）が１×１０^-2以上１×１０⁵以下である、
請求項１～４のいずれか１項に記載の二軸配向ＳｉＣ複合基板。

【請求項6】

前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中の（Ｎの濃度）／（Ａｌの濃度）が３以上５以下である、
請求項１～５のいずれか１項に記載の二軸配向ＳｉＣ複合基板。

【請求項7】

前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中の希土類元素、Ａｌ、Ｎの濃度が、Ｎ＞Ａｌ＞希土類元素の関係にある、
請求項１～６のいずれか１項に記載の二軸配向ＳｉＣ複合基板。

【請求項8】

前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中の希土類元素、Ａｌ、Ｎ濃度が第１の二軸配向ＳｉＣ層中より高い、
請求項１～７のいずれか１項に記載の二軸配向ＳｉＣ複合基板。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項に記載の二軸配向ＳｉＣ複合基板と、
前記二軸配向ＳｉＣ複合基板の前記第２の二軸配向ＳｉＣ層上に設けられる半導体デバイス用機能層と、
を備えた半導体デバイス用複合基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二軸配向ＳｉＣ複合基板及び半導体デバイス用複合基板に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ（炭化珪素）は大電圧及び大電力を低損失で制御できるワイドバンドギャップ材料として注目を集めている。ＳｉＣ単結晶中に存在する代表的な転位には、基底面転位、貫通らせん転位、貫通刃状転位等があり、現在市販のＳｉＣ単結晶基板の全転位密度は、およそ１０³～１０⁴ｃｍ^-2に上るといわれている（例えば特許文献１）。したがって、無転位結晶が工業的にも実現されているＳｉとは対照的に、ＳｉＣは一定の転位密度を有する領域から素子を作製せざるを得ない単結晶材料である。また、これらの転位は、素子性能への影響がそれぞれ異なることが分かっている。

【0003】

溶液法を用いて製造された貫通らせん転位が少ないＳｉＣ単結晶が提案されている。例えば、特許文献２には、成膜中に種結晶上にマクロステップを形成する手法を用いて作製したＳｉＣ単結晶基板が開示されており、種結晶の結晶成長面においてＳｉＣ単結晶からなる高さの大きいマクロステップが形成されることで、その後のマクロステップの進展による結晶成長によって貫通らせん転位の少ないＳｉＣ単結晶が得られるとされている。特許文献２に開示される手法は、マクロステップの進展に伴って、貫通らせん転位を積層欠陥に変換して結晶外に排出するため、マクロステップの進展方向に積層欠陥が伝搬するという特徴を有している。また、特許文献３には、ＳｉＣ単結晶中にＮｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒを所定量添加することで、ＳｉＣ単結晶の成長中に生じる熱応力による転位が発生しにくく、エピタキシャル成長によってＳｉＣ単結晶上にＳｉＣ層を形成する際にも転位が発生しにくくなることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６１９７７２２号公報

【文献】特開２０１４－４３３６９号公報

【文献】特開２０１９－２１８２２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献２の手法で作製したＳｉＣ単結晶は反りが大きくなるという問題があった。この原因は定かではないが、積層欠陥が一方向（マクロステップの進展方向）に並ぶことで基板内部に何らかの応力分布が生じた結果、反りが生じたものと考えられる。また、特許文献２では、貫通らせん転位の積層欠陥への変換による貫通らせん転位の低減に主眼が置かれており、基底面転位の低減についての具体的な検討はなされていない。貫通らせん転位が多いと、絶縁膜の長期信頼性が低下しリーク破壊が起こりやすくなるため、デバイスの寿命が短くなる。基底面転位が多いと、オン抵抗が大きくなりやすくデバイス動作時の電力損失が大きくなるため、デバイスの省エネ性能が低下する。したがって、貫通らせん転位及び基底面転位の両方の転位を少なくすることが望まれる。また、特許文献３では、ＳｉＣ単結晶に添加されるＮｂ、Ｔａ等の成分が半導体の特性に好ましくない影響を与える場合には、Ｎｂ、Ｔａ等を添加することができなかった。

【0006】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、表面に到達する欠陥密度が低く、反りが小さい二軸配向ＳｉＣ複合基板を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の二軸配向ＳｉＣ複合基板は、
貫通らせん転位及び基底面転位を含む第１の二軸配向ＳｉＣ層と、
前記第１の二軸配向ＳｉＣ層の一方の面に連続して形成され、希土類元素を１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下含有する、第２の二軸配向ＳｉＣ層と、
を備え、
前記第２の二軸配向ＳｉＣ層表面の欠陥密度が前記第１の二軸配向ＳｉＣ層の欠陥密度よりも小さい、
ものである。

【0008】

この二軸配向ＳｉＣ複合基板のうち、第２の二軸配向ＳｉＣ層は、希土類元素の濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下の範囲内に設定されている。そのため、この第２の二軸配向層の表面に到達する欠陥密度を第１の二軸配向ＳｉＣ層より低減させることができる。こうした二軸配向ＳｉＣ複合基板は、反りが小さく、第２の二軸配向ＳｉＣ層の表面に到達する欠陥密度が低いため、表面上にエピタキシャル成長等によって機能層を形成して半導体デバイスを作製するのに適している。また、第２の二軸配向ＳｉＣ層は、Ｎｂ、Ｔａ等を含有していないため、Ｎｂ、Ｔａ等の成分が半導体特性に影響を与える状況下であっても使用することができる。

【0009】

ここで、二軸配向ＳｉＣ層とは、ａ軸及びｃ軸の二つの軸に方位が揃ったＳｉＣ層である。欠陥密度とは、貫通らせん転位（ＴＳＤ）の密度と基底面転位（ＢＰＤ）の密度の総和である。

【0010】

第２の二軸配向ＳｉＣ層の表面に到達する欠陥密度が小さい理由は定かではないが、以下のようなメカニズムが考えられる。

【0011】

欠陥が形成される１つ目の原因として、下地となる層に存在する欠陥が伝搬する場合が考えられる。すなわち、第２の二軸配向ＳｉＣ層を第１の二軸配向ＳｉＣ層上へ形成する場合、第１の二軸配向ＳｉＣ層中に存在する欠陥が第２の二軸配向ＳｉＣ層へ伝搬する可能性がある。第２の二軸配向ＳｉＣ層に希土類元素を所定量含むことで、欠陥の伝搬を抑制する効果が考えられる。このメカニズムも定かではないが、二軸配向ＳｉＣ層内に伝搬した欠陥に希土類元素やＡｌ、Ｎが集積することで欠陥周囲の二軸配向ＳｉＣ層の形成が抑制され、欠陥の無い健全な領域からの二軸配向ＳｉＣ層が優先的に成長して、結果的に第２の二軸配向ＳｉＣ層表面に到達する欠陥が低減すると推定される。また、第２の二軸配向ＳｉＣ層中に伝搬した欠陥が、希土類元素やＡｌ、Ｎを所定量、所定比率含有することで、早期に欠陥同士の対消滅を生じやすくなるとも考えられる。

【0012】

欠陥が形成される２つ目の原因として、格子ミスマッチが考えられる。第１の二軸配向ＳｉＣ層と第２の二軸配向ＳｉＣ層の不純物含有量が異なるとき、格子ミスマッチが生じる場合がある。このとき、第２の二軸配向ＳｉＣ層中に所定量、所定比率の希土類元素、Ａｌ、Ｎを含有することで膜中の格子ミスマッチの応力を緩和して欠陥密度が低減できると考えられる。あるいは欠陥同士の対消滅が生じやすくなると考えられる。また、第２の二軸配向ＳｉＣ層が所定量、所定比率の希土類元素、Ａｌ、Ｎを含有することで格子ミスマッチの応力を緩和しつつ、所望の特性（例えば電気特性）を有する第２の二軸配向ＳｉＣ層を得ることができる。

【0013】

欠陥が形成される３つ目の原因として、第２の二軸配向ＳｉＣ層の形成時や形成後に室温まで降温するときの温度分布による熱応力が考えられる。このとき、第２の二軸配向ＳｉＣ層が所定量、所定比率の希土類元素、Ａｌ、Ｎを含有することで熱応力が緩和され、新たな欠陥の生成を抑制できると考えられる。

【0014】

本発明の二軸配向ＳｉＣ複合基板において、第２の二軸配向ＳｉＣ層に含まれる希土類元素は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの１７種類の元素からなる群より選ばれた少なくとも１種類以上の元素を含む。希土類元素としては、Ｙ，Ｓｍ，Ｈｏ，Ｄｙ及びＹｂからなる群より選ばれた少なくとも一つ以上であることが好ましい。こうすれば、第２の二軸配向ＳｉＣ層の表面に到達する欠陥密度を、より低減させることができる。

【0015】

本発明の二軸配向ＳｉＣ複合基板において、第２の二軸配向ＳｉＣ層の表面に到達する欠陥密度は特に限定がないが、欠陥密度１．０×１０²／ｃｍ²以下が好ましく、１．０×１０¹／ｃｍ²以下が更に好ましく、１．０×１０⁰／ｃｍ²以下が更に好ましい。

【0016】

本発明の二軸配向ＳｉＣ複合基板において、前記第２の二軸配向ＳｉＣ層は、Ａｌを含有していることが好ましく、前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中のＡｌの濃度は１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上１×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であることが好ましい。こうすれば、第２の二軸配向ＳｉＣ層の表面に到達する欠陥密度を、より低減させることができる。第２の二軸配向ＳｉＣ層中の（Ａｌの濃度）／（希土類元素の濃度）は１×１０^-2以上１×１０⁵以下であることが好ましい。

【0017】

本発明の二軸配向ＳｉＣ複合基板において、前記第２の二軸配向ＳｉＣ層はＡｌの他にＮを含有していることが好ましく、前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中のＮの濃度は１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上１×１０²²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であることが好ましい。こうすれば、第２の二軸配向ＳｉＣ層の表面に到達する欠陥密度を、更に低減させることができる。第２の二軸配向ＳｉＣ層中の（Ｎの濃度）／（希土類元素の濃度）は１×１０^-2以上１×１０⁵以下であることが好ましい。

【0018】

本発明の二軸配向ＳｉＣ複合基板において、前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中の（Ｎの濃度）／（Ａｌの濃度）が３以上５以下であることが好ましく、前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中の希土類元素、Ａｌ、Ｎの濃度が、Ｎ＞Ａｌ＞希土類元素の関係にあることが好ましく、前記第２の二軸配向ＳｉＣ層中の希土類元素、Ａｌ、Ｎ濃度が第１の二軸配向ＳｉＣ層中より高いことが好ましい。

【0019】

本発明の二軸配向ＳｉＣ複合基板において、第２の二軸配向ＳｉＣ層の表面に到達する欠陥密度を低減する観点から、第１の二軸配向ＳｉＣ層と第２の二軸配向ＳｉＣ層との界面付近にはＡｒが含まれていることが好ましく、第１の二軸配向ＳｉＣ層の欠陥密度は低い方が好ましい。

【0020】

本発明の半導体デバイス用複合基板は、
上述したいずれかの二軸配向ＳｉＣ複合基板と、
前記二軸配向ＳｉＣ複合基板の前記第２の二軸配向ＳｉＣ層上に設けられる半導体デバイス用機能層と、
を備えたものである。

【0021】

こうした半導体デバイス用複合基板としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＬＥＤ、ＨＥＭＴ等が挙げられる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】二軸配向ＳｉＣ複合基板１０の模式図。

【図2】二軸配向ＳｉＣ複合基板１０の製造工程図。

【図3】ＡＤ装置５０の概念図。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１は本実施形態の二軸配向ＳｉＣ複合基板１０の模式図である。

【0024】

図１に示されるように、二軸配向ＳｉＣ複合基板１０は、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０と、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０とを備える。ここで、二軸配向ＳｉＣ層とは、ａ軸及びｃ軸共に方位が揃った層を意味する。第１の二軸配向ＳｉＣ層２０は、貫通らせん転位（ＴＳＤ）及び基底面転位（ＢＰＤ）を含む。第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０の一方の面に連続して形成され、希土類元素を１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下含有する。第２の二軸配向ＳｉＣ層の欠陥密度は第１の二軸配向ＳｉＣ層２０の欠陥密度よりも小さい。このような２層構成を採用することで、基板表面に到達する貫通らせん転位及び基底面転位が少なく、かつ、反りが小さい、二軸配向ＳｉＣ複合基板を提供することができる。ここで、基板表面とは、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０のうち第１の二軸配向ＳｉＣ層２０と接している面とは反対側の面をいう。希土類元素は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの１７種類の元素からなる群より選ばれた少なくとも１種類以上の元素を含む。希土類元素としては、Ｙ，Ｓｍ，Ｈｏ，Ｄｙ及びＹｂからなる群より選ばれた少なくとも一つ以上であることが好ましい。

【0025】

第１の二軸配向ＳｉＣ層２０は、結晶成長面を有する。第１の二軸配向ＳｉＣ層２０は、ＳｉＣ単結晶で構成される層であることが好ましい。また、ＳｉＣ単結晶のポリタイプ、オフ角、及び極性は特に限定されるものではないが、ポリタイプは４Ｈ又は６Ｈが好ましく、オフ角はＳｉＣ単結晶の［０００１］軸から０．１～１２°であることが好ましく、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０が形成される面はＳｉ面であることが好ましい。ポリタイプは４Ｈ、オフ角はＳｉＣ単結晶の［０００１］軸から１～５°、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０が形成される面はＳｉ面であることがより好ましい。

【0026】

第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０の結晶成長面上に形成される。第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は、ａ軸及びｃ軸の２軸方向に配向したＳｉＣ層である。この二軸配向ＳｉＣ層は、ｃ軸及びａ軸の２軸方向に配向している限り、ＳｉＣ単結晶であってもよいし、ＳｉＣ多結晶であってもよいし、モザイク結晶であってもよい。モザイク結晶とは、明瞭な粒界は有しないが、結晶の配向方位がｃ軸及びａ軸の一方又は両方がわずかに異なる結晶の集まりになっているものをいう。配向の評価方法は、特に限定されるものではないが、例えばＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎｓ）法やＸ線極点図等の公知の分析手法を用いることができる。例えば、ＥＢＳＤ法を用いる場合、二軸配向ＳｉＣ層の表面（板面）又は板面と直交する断面の逆極点図マッピングを測定する。得られた逆極点図マッピングにおいて、（Ａ）板面の略法線方向の特定方位（第１軸）に配向していること、（Ｂ）第１軸に直交する、略板面内方向の特定方位（第２軸）に配向していること、（Ｃ）第１軸からの傾斜角度が±１０°以内に分布していること、（Ｄ）第２軸からの傾斜角度が±１０°以内に分布していること、という４つの条件を満たすときに略法線方向と略板面方向の２軸に配向していると定義できる。言い換えると、上記４つの条件を満たしている場合に、ｃ軸及びａ軸の２軸に配向していると判断する。例えば板面の略法線方向がｃ軸に配向している場合、略板面内方向がｃ軸と直交する特定方位（例えばａ軸）に配向していればよい。二軸配向ＳｉＣ層は、略法線方向と略板面内方向の２軸に配向していればよいが、略法線方向がｃ軸に配向していることが好ましい。略法線方向及び／又は略板面内方向の傾斜角度分布は小さい方が二軸配向ＳｉＣ層のモザイク性が小さくなり、ゼロに近づくほど単結晶に近くなる。このため、二軸配向ＳｉＣ層の結晶性の観点では、傾斜角度分布は略法線方向及び略板面方向共に小さいほうが好ましく、例えば±５°以下が好ましく、±３°以下がさらに好ましい。

【0027】

第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は、その表面まで到達する基底面転位及び貫通らせん転位の単位面積当たりの数として定義される欠陥密度が１．０×１０²／ｃｍ²以下であるのが典型的であり、好ましくは１．０×１０¹／ｃｍ²以下、より好ましくは１．０×１０⁰／ｃｍ²以下である。欠陥密度の下限値は特に限定されないが、典型的には１．０×１０^-3／ｃｍ²以上、より典型的には１．０×１０^-2／ｃｍ²以上である。欠陥密度の評価方法には、公知のＫＯＨ融液エッチングによるエッチピット評価を用いるものとする。ＫＯＨ融液エッチングによるエッチピット評価が不可能な場合にはＰＬマッピング、Ｘ線トポグラフィー、ＣＬマッピング等を実施してもよい。このような手法を用いても欠陥密度の評価が可能である。

【0028】

前述のとおり、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面へ伝搬する結晶欠陥の密度を著しく低減することができる。さらに、本実施形態の二軸配向ＳｉＣ複合基板１０は、結晶欠陥密度が低い上、反りを小さくすることもできる。この理由は定かではないが、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の内部での結晶欠陥の面内分布が小さい、或いはなく、基板面内の応力の偏りがないためと考えられる。

【0029】

二軸配向ＳｉＣ複合基板に厚み方向の導電性を付与する観点では、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０及び第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は、抵抗率が低い層であることが好ましく、典型的には２０ｍΩｃｍ以下である。低抵抗な二軸配向ＳｉＣ層としては、ｎ型ＳｉＣからなる層が好ましい。このような導電性を有する二軸配向ＳｉＣ層を備えた二軸配向ＳｉＣ複合基板は、厚み方向に導電性を有し、縦型デバイス（例えばパワーデバイス）の基板として用いることができる。また、用途によっては二軸配向ＳｉＣ複合基板をｐ型ＳｉＣとしてもよい。

【0030】

二軸配向ＳｉＣ複合基板１０に厚み方向の絶縁性を付与する観点では、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０及び第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は抵抗率が高い層であることが好ましく、典型的には１×１０⁷Ωｃｍ以上である。例えば、高抵抗な二軸配向ＳｉＣ層としては、ドーピング元素が含まれていないものがある。また、ｎ型ドーパントとｐ型ドーパントが共に含まれる場合においてもこのような高抵抗を得ることができる。このような絶縁性を付与した二軸配向ＳｉＣ層を備えた二軸配向ＳｉＣ複合基板は、絶縁性を有し、横型デバイス（例えば二軸配向ＳｉＣ複合基板上にＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層等を成膜した高周波用パワーデバイス）の下地基板として用いることができる。

【0031】

次に、二軸配向ＳｉＣ複合基板１０の製造方法について説明する。本実施形態の二軸配向ＳｉＣ複合基板１０は様々な製造方法により製造することができるが、ここでは第１の二軸配向ＳｉＣ層２０としてＳｉＣ単結晶層を使用し、その表面上に第２の二軸配向ＳｉＣ層３０を作製する場合について説明する。

【0032】

なお、第２の二軸配向ＳｉＣ層の形成方法については、希土類元素を含有し、第１の二軸配向ＳｉＣ層より欠陥密度が小さい第２の二軸配向ＳｉＣ層が得られる限り特に限定はない。ＣＶＤや昇華法などの気相法でもよいし、溶液法などの液相法でもよいし、固相法を用いてもよい。

【0033】

以下では配向前駆体層を形成し、熱処理工程によって二軸配向ＳｉＣ層が得られる工程について説明する。具体的には、（ａ）配向前駆体層４０の形成工程、（ｂ）熱処理工程、（ｃ）研削工程、を含む。配向前駆体層４０は、後述の熱処理により第２の二軸配向ＳｉＣ層３０となるものである。以下、これらの工程を図２を用いて順に説明する。このような（ａ）～（ｃ）工程でＳｉＣ複合基板を製造することで、第１の二軸配向ＳｉＣ層（ＳｉＣ単結晶層）に対する第２の二軸配向ＳｉＣ層の欠陥密度の低減効果をより一層高めることができる 。

【0034】

（ａ）配向前駆体層４０の形成工程（図２（ａ）参照）
配向前駆体層４０の形成工程では、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０としてＳｉＣ単結晶層を使用し、ＳｉＣ単結晶層の結晶成長面に配向前駆体層４０を形成する。ＳｉＣ単結晶層としては、４Ｈ又は６Ｈポリタイプを用いることが好ましい。また、ＳｉＣ単結晶層の結晶成長面としては、ＳｉＣ［０００１］軸から０．１～１２°のオフ角を有するＳｉ面が好ましい。オフ角は１～５°であることがより好ましい。なお、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０は、特にＳｉＣ単結晶層に限定されるものではなく、ａ軸及びｃ軸の２軸方向に配向したＳｉＣ層であれば使用可能である。

【0035】

配向前駆体層４０の形成方法は、公知の手法が採用可能である。配向前駆体層４０の形成方法は、例えば、ＡＤ（エアロゾルデポジション）法、ＨＰＰＤ（超音速プラズマ粒子堆積法）法などの固相成膜法、スパッタリング法、蒸着法、昇華法、各種ＣＶＤ（化学気相成長）法などの気相成膜法、溶液成長法などの液相成膜法が挙げられ、配向前駆体層４０を直接、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に形成する手法が使用可能である。ＣＶＤ法としては、例えば熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ミストＣＶＤ法、ＭＯ（有機金属）ＣＶＤ法などを用いることができる。また、配向前駆体層４０として、予め昇華法や各種ＣＶＤ法、焼結などで作製した多結晶体を使用し、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に載置する方法も用いることができる。あるいは、配向前駆体層４０の成形体を予め作製し、この成形体を第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に載置する手法であってもよい。このような配向前駆体層４０は、テープ成形により作製されたテープ成形体でもよいし、一軸プレス等の加圧成形により作製された圧粉体でもよい。

【0036】

これらの配向前駆体層４０を形成するにあたり、配向前駆体層４０の原料粉末に、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の希土類元素の濃度に応じた希土類化合物が含まれるようにする。希土類化合物としては、特に限定されるものではないが、上述した１７種類の希土類元素のうちの少なくとも１種類の元素の酸化物、窒化物、炭化物、フッ化物などが挙げられる。また、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０にＡｌが含有される場合には、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０中のＡｌ濃度に応じてＡｌ化合物を配向前駆体層４０の原料粉末に含有させる。Ａｌ化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、フッ化アルミニウムなどが挙げられる。更に、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０にＮが含有される場合には、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０中のＮ濃度に応じて窒素化合物を配向前駆体層４０の原料粉末に含有させる。窒素化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば窒化アルミニウムなどが挙げられる。また、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０にＮが含有される場合には次のような方法でもＮを添加することができる。配向前駆体層４０の原料粉末から第２の二軸配向ＳｉＣ層を窒素雰囲気下で合成するか、あるいは合成された第２の二軸配向ＳｉＣ層を窒素雰囲気下でアニールすることでもＮを含有させることができる。

【0037】

なお、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に直接配向前駆体層４０を形成する手法において、各種ＣＶＤ法や昇華法、溶液成長法などを用いる場合、後述する熱処理工程を経ることなく第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上にエピタキシャル成長を生じ、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０が成膜される場合がある。しかし、配向前駆体層４０は、形成時には配向していない状態、即ち非晶質や無配向の多結晶であり、後段の熱処理工程でＳｉＣ単結晶を種として配向させることが好ましい。このようにすることで、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面に到達する結晶欠陥を効果的に低減することができる。この理由は定かではないが、一旦成膜された固相の配向前駆体層がＳｉＣ単結晶を種として結晶構造の再配列を生じることも結晶欠陥の消滅に効果があるのではないかと考えている。従って、各種ＣＶＤ法や昇華法、溶液成長法などを用いる場合は、配向前駆体層４０の形成工程においてエピタキシャル成長が生じない条件を選択することが好ましい。

【0038】

しかしながら、ＡＤ法、各種ＣＶＤ法で第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に直接配向前駆体層４０を形成する手法又は昇華法、各種ＣＶＤ法、焼結で別途作製した多結晶体を第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に載置する手法が好ましい。これらの方法を用いることで配向前駆体層４０を比較的短時間で形成することが可能となる。ＡＤ法は高真空のプロセスを必要とせず、成膜速度も相対的に速いため、特に好ましい。配向前駆体層４０として、予め作製した多結晶体を用いる手法では、多結晶体と第１の二軸配向ＳｉＣ層２０の密着性を高めるため、多結晶体の表面を十分に平滑にしておくなどの工夫が必要である。このため、コスト的な観点では配向前駆体層４０を直接形成する手法が好ましい。また、予め作製した成形体を第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に載置する手法も簡易な手法として好ましいが、配向前駆体層４０が粉末で構成されているため、後述する熱処理工程において焼結させるプロセスを必要とする。いずれの手法も公知の条件を用いることができるが、以下ではＡＤ法又は熱ＣＶＤ法により第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に直接配向前駆体層４０を形成する方法及び予め作製した成形体を第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に載置する手法について述べる。

【0039】

ＡＤ法は、微粒子や微粒子原料をガスと混合してエアロゾル化し、このエアロゾルをノズルから高速噴射して基板に衝突させ、被膜を形成する技術であり、常温で被膜を形成できるという特徴を有している。このようなＡＤ法で用いられる成膜装置（ＡＤ装置）の一例を図３に示す。図３に示されるＡＤ装置５０は、大気圧より低い気圧の雰囲気下で原料粉末を基板上に噴射するＡＤ法に用いられる装置として構成されている。このＡＤ装置５０は、原料成分を含む原料粉末のエアロゾルを生成するエアロゾル生成部５２と、原料粉末を第１の二軸配向ＳｉＣ層２０に噴射して原料成分を含む膜を形成する成膜部６０とを備えている。エアロゾル生成部５２は、原料粉末を収容し図示しないガスボンベからのキャリアガスの供給を受けてエアロゾルを生成するエアロゾル生成室５３と、生成したエアロゾルを成膜部６０へ供給する原料供給管５４と、エアロゾル生成室５３及びその中のエアロゾルに１０～１００Ｈｚの振動数で振動が付与する加振器５５とを備えている。成膜部６０は、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０にエアロゾルを噴射する成膜チャンバ６２と、成膜チャンバ６２の内部に配設され第１の二軸配向ＳｉＣ層２０を固定する基板ホルダ６４と、基板ホルダ６４をＸ軸－Ｙ軸方向に移動するＸ－Ｙステージ６３とを備えている。また、成膜部６０は、先端にスリット６７が形成されエアロゾルを第１の二軸配向ＳｉＣ層２０へ噴射する噴射ノズル６６と、成膜チャンバ６２を減圧する真空ポンプ６８とを備えている。噴射ノズル６６は、原料供給管５４の先端に取り付けられている。

【0040】

ＡＤ法は、成膜条件によって膜中に気孔を生じる場合や、膜が圧粉体となることが知られている。例えば、原料粉末の基板への衝突速度や原料粉末の粒径、エアロゾル中の原料粉末の凝集状態、単位時間当たりの噴射量などに影響を受けやすい。原料粉末の基板への衝突速度に関しては、成膜チャンバ６２と噴射ノズル６６内の差圧や、噴射ノズルの開口面積などに影響を受ける。このため、緻密な配向前駆体層中を得るには、これらのファクターを適切に制御することが必要である。

【0041】

熱ＣＶＤ法では、成膜装置は市販のものなど公知のものを利用することができる。原料ガスは特に限定されるものではないが、Ｓｉの供給源としては四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）ガスやシラン（ＳｉＨ₄）ガス、Ｃの供給源としてはメタン（ＣＨ₄）ガスやプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）ガス等を用いることができる。成膜温度は１０００～２２００℃が好ましく、１１００～２０００℃がさらに好ましく、１２００～１９００℃が好ましい。

【0042】

熱ＣＶＤ法を用いて第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に成膜する場合、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上にエピタキシャル成長を生じ、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０を形成する場合があることが知られている。しかし、配向前駆体層４０は、その作製時には配向していない状態、即ち非晶質や無配向の多結晶であり、熱処理工程時にＳｉＣ単結晶を種結晶として結晶の再配列を生じさせることが好ましい。熱ＣＶＤ法を用いてＳｉＣ単結晶上に非晶質や多結晶の層を形成するには、成膜温度やＳｉ源、Ｃ源のガス流量及びそれらの比率、成膜圧力などが影響することが知られている。成膜温度の影響は大きく、非晶質又は多結晶層を形成する観点では成膜温度は低い方が好ましく、１７００℃未満が好ましく、１５００℃以下がさらに好ましく、１４００℃以下が特に好ましい。しかし、成膜温度が低すぎると成膜レート自体も低下するため、成膜レートの観点では成膜温度は高い方が好ましい。

【0043】

配向前駆体層４０として予め作製した成形体を用いる場合、配向前駆体の原料粉末を成形して作製することができる。例えば、プレス成形を用いる場合、配向前駆体層４０は、プレス成形体である。プレス成形体は、配向前駆体の原料粉末を公知の手法に基づきプレス成形することで作製可能であり、例えば、原料粉末を金型に入れ、好ましくは１００～４００ｋｇｆ／ｃｍ²、より好ましくは１５０～３００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力でプレスすることにより作製すればよい。また、成形方法に特に限定はなく、プレス成形の他、テープ成形、押出し成形、鋳込み成形、ドクターブレード法及びこれらの任意の組合せを用いることができる。例えば、テープ成形を用いる場合、原料粉末にバインダー、可塑剤、分散剤、分散媒等の添加物を適宜加えてスラリー化し、このスラリーをスリット状の細い吐出口を通過させることにより、シート状に吐出及び成形するのが好ましい。シート状に成形した成形体の厚さに限定はないが、ハンドリングの観点では５～５００μｍであるのが好ましい。また、厚い配向前駆体層が必要な場合はこのシート成形体を多数枚積み重ねて、所望の厚さとして使用すればよい。これらの成形体はその後の第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上での熱処理により第１の二軸配向ＳｉＣ層２０近くの部分が、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０となるものである。このような手法では、後述する熱処理工程において成形体を焼結させる必要がある。成形体が焼結し、多結晶体として第１の二軸配向ＳｉＣ層２０と一体となる工程を経たのちに、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０を形成することが好ましい。成形体が焼結した状態を経ない場合、ＳｉＣ単結晶を種としたエピタキシャル成長が十分に生じない場合がある。このため、成形体はＳｉＣ原料の他に、焼結助剤等の添加物を含んでいてもよい。

【0044】

（ｂ）熱処理工程（図２（ｂ）参照）
熱処理工程では、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に配向前駆体層４０が積層又は載置された積層体を熱処理することにより第２の二軸配向ＳｉＣ層３０を生成させる。熱処理方法は、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０を種としたエピタキシャル成長が生じるかぎり特に限定されず、管状炉やホットプレートなど、公知の熱処理炉で実施することができる。また、これらの常圧（プレスレス）での熱処理だけでなく、ホットプレスやＨＩＰなどの加圧熱処理や、常圧熱処理と加圧熱処理の組み合わせも用いることができる。熱処理の雰囲気は真空、窒素、不活性ガス雰囲気から選択することができる。熱処理温度は、好ましくは１７００～２７００℃である。温度を高くすることで、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０を種結晶として配向前駆体層４０がｃ軸及びａ軸に配向しながら成長しやすくなる。したがって、温度は、好ましくは１７００℃以上、より好ましくは１８５０℃以上、さらに好ましくは２０００℃以上、特に好ましくは２２００℃以上である。一方、温度が過度に高いと、ＳｉＣの一部が昇華により失われたり、ＳｉＣが塑性変形して反り等の不具合が生じたりする可能性がある。したがって、温度は、好ましくは２７００℃以下、より好ましくは２５００℃以下である。熱処理温度や保持時間はエピタキシャル成長で生じる第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の厚みと関係しており、適宜調整できる。

【0045】

但し、配向前駆体層４０として予め作製した成形体を用いる場合、熱処理中に焼結させる必要があり、高温での常圧焼成やホットプレスやＨＩＰ又はそれらの組み合わせが好適である。例えば、ホットプレスを用いる場合、面圧は５０ｋｇｆ／ｃｍ²以上が好ましく、より好ましくは１００ｋｇｆ／ｃｍ²以上、特に好ましくは２００ｋｇｆ／ｃｍ²以上が好ましく、特に上限はない。また、焼成温度も焼結とエピタキシャル成長が生じる限り、特に限定はない。１７００℃以上が好ましく、１８００℃以上がさらに好ましく、２０００℃以上がさらに好ましく、２２００℃以上が特に好ましい。焼成時の雰囲気は真空、窒素、不活性ガス雰囲気又は窒素と不活性ガスの混合ガスから選択することができる。原料となるＳｉＣ粉末は、α－ＳｉＣ、β－ＳｉＣのいずれでもよい。ＳｉＣ粉末は、好ましくは０．０１～５μｍの平均粒径を有するＳｉＣ粒子で構成される。なお、平均粒径は走査型電子顕微鏡にて粉末を観察し、１次粒子１００個分の定方向最大径を計測した平均値を指す。

【0046】

熱処理工程では、配向前駆体層４０内の結晶は第１の二軸配向ＳｉＣ層２０の結晶成長面からｃ軸及びａ軸に配向しながら成長していくため、配向前駆体層４０は、結晶成長面から徐々に第２の二軸配向ＳｉＣ層３０に変わっていく。生成した第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は、欠陥密度の低い（例えば１×１０²／ｃｍ²以下）のものになる。

【0047】

（ｃ）研削工程（図２（ｃ）参照）
研削工程では、アニール工程後に第２の二軸配向ＳｉＣ層３０上に残った配向前駆体層４０を研削除去して、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面を露出させ、露出した表面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨加工し、更にＣＭＰ（化学機械研磨）仕上げを行う。こうすることにより、二軸配向ＳｉＣ複合基板１０を得る。

【0048】

次に、二軸配向ＳｉＣ複合基板１０の第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面に、ＳｉＣエピタキシャル層を成長させる方法について説明する。ＳｉＣエピタキシャル層を成長させる方法は、特に限定するものではなく、公知の方法を採用することができる。例えば、ＣＶＤ装置内のサセプタに、二軸配向ＳｉＣ複合基板１０を第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面が上になるように配置し、原料ガスとしてシラン及びプロパンを用い、キャリアガスとして水素を供給してエピタキシャル成長を行うようにしてもよい。この際、成長温度は１５７０℃以上１６１０℃以下の範囲内で設定するのが好ましい。また、濃度比Ｃ／Ｓｉは０．７以上１．２以下の範囲内で設定するのが好ましい。

【0049】

以上詳述した本実施形態では、二軸配向ＳｉＣ複合基板１０のうち、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は、希土類元素の濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下の範囲内に設定されている。そのため、この第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面に到達する欠陥密度を第１の二軸配向ＳｉＣ層２０より低減させることができる。こうした二軸配向ＳｉＣ複合基板１０は、反りが小さく、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面に到達する欠陥密度が低いため、表面上にエピタキシャル成長等によって機能層を形成して半導体デバイスを作製するのに適している。また、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は、Ｎｂ、Ｔａ等を含有していないため、Ｎｂ、Ｔａ等の成分が半導体特性に影響を与える状況下であっても使用することができる。

【0050】

また、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０に含まれる希土類元素としては、Ｙ，Ｓｍ，Ｈｏ，Ｄｙ及びＹｂからなる群より選ばれた少なくとも一つ以上であることが好ましい。こうすれば、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面に到達する欠陥密度を、より低減させることができる。

【0051】

更に、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面に到達する欠陥密度は、１．０×１０²／ｃｍ²以下が好ましく、１．０×１０¹／ｃｍ²以下が更に好ましく、１．０×１０⁰／ｃｍ²以下が更に好ましい。

【0052】

更にまた、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０は、Ａｌを含有していることが好ましく、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０中のＡｌの濃度は１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上１×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であることが好ましい。こうすれば、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面に到達する欠陥密度を、より低減させることができる。第２の二軸配向ＳｉＣ層３０中の（Ａｌの濃度）／（希土類元素の濃度）は１×１０^-2以上１×１０⁵以下であることが好ましい。

【0053】

そして、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０はＡｌの他にＮを含有していることが好ましく、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０中のＮの濃度は１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上１×１０²²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であることが好ましい。こうすれば、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面に到達する欠陥密度を、更に低減させることができる。第２の二軸配向ＳｉＣ層３０中の（Ｎの濃度）／（希土類元素の濃度）は１×１０^-2以上１×１０⁵以下であることが好ましい。

【0054】

そしてまた、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０中の（Ｎの濃度）／（Ａｌの濃度）は３以上５以下であることが好ましく、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０中の希土類元素、Ａｌ、Ｎの濃度が、Ｎ＞Ａｌ＞希土類元素の関係にあることが好ましく、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０中の希土類元素、Ａｌ、Ｎ濃度が第１の二軸配向ＳｉＣ層中より高いことが好ましい。

【0055】

そして更に、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面に到達する欠陥密度を低減する観点から、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０と第２の二軸配向ＳｉＣ層３０との界面付近にはＡｒが含まれていることが好ましく、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０の欠陥密度は低い方が好ましい。

【0056】

そして更にまた、二軸配向ＳｉＣ複合基板１０は、その二軸配向ＳｉＣ複合基板１０の第２の二軸配向ＳｉＣ層３０上に半導体デバイス用機能層を設けることにより、半導体デバイス用複合基板とすることもできる。半導体デバイス用機能層としては、例えばＳｉＣエピタキシャル層が挙げられる。ＳｉＣエピタキシャル層は、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の表面（第１の二軸配向ＳｉＣ層２０と接する面とは反対側の面）にＳｉＣを作製するための原料ガスを供給することにより、その表面に形成される。半導体デバイス用複合基板としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＬＥＤ、ＨＥＭＴ等が挙げられる。

【0057】

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0058】

例えば、上述した実施形態では、第１の二軸配向ＳｉＣ層２０上に第２の二軸配向ＳｉＣ層３０を１層のみ設けたが、２層以上設けてもよい。具体的には、二軸配向ＳｉＣ複合基板１０の第２の二軸配向ＳｉＣ層３０に配向前駆体層４０を積層し、熱処理、アニール及び研削をこの順に行うことにより、第２の二軸配向ＳｉＣ層３０の上に２層目の第２の二軸配向ＳｉＣ層３０を設けることができる。

【実施例】

【0059】

以下に、本発明の実施例について説明する。以下の実験例１～４が本発明の実施例に相当する。なお、以下の実施例は本発明を何ら限定するものではない。

【0060】

［実験例１］
１. ＳｉＣ複合基板の作製
（１）配向前駆体層の作製
市販の微細β－ＳｉＣ粉末（体積基準Ｄ５０：０．７μｍ）を９１．６重量％、酸化イットリウム粉末（体積基準Ｄ５０：０．１μｍ）を７．１重量％、窒化アルミニウム粉末（体積基準Ｄ５０：０．５μｍ）を１．３重量％含む原料粉体を、ＳｉＣボールを使用してエタノール中で２４時間ボールミル混合し、乾燥することで混合粉末を得た。第１の二軸配向ＳｉＣ層として市販のＳｉＣ単結晶基板（ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ、直径５０．８ｍｍ（２インチ）、Ｓｉ面、（０００１）面、オフ角４°、厚み０．３５ｍｍ、オリフラなし）を用意し、図１に示すＡＤ装置５０によりＳｉＣ単結晶基板上に混合粉末を噴射してＡＤ膜（配向前駆体層）を形成した。

【0061】

ＡＤ成膜条件は以下のとおりとした。まずキャリアガスはＮ₂とし、長辺５ｍｍ×短辺０．４ｍｍのスリットが形成されたセラミックス製のノズルを用いて成膜した。ノズルのスキャン条件は、０．５ｍｍ／ｓのスキャン速度で、スリットの長辺に対して垂直且つ進む方向に５５ｍｍ移動、スリットの長辺方向に５ｍｍ移動、スリットの長辺に対して垂直且つ戻る方向に５５ｍｍ移動、スリットの長辺方向且つ初期位置とは反対方向に５ｍｍ移動、とのスキャンを繰り返し、スリットの長辺方向に初期位置から５５ｍｍ移動した時点で、それまでとは逆方向にスキャンを行い、初期位置まで戻るサイクルを１サイクルとし、これを１２００サイクル繰り返した。このようにして形成したＡＤ膜の厚みは約１２０μｍであった。

【0062】

（２）配向前駆体層の熱処理
配向前駆体層であるＡＤ膜を形成したＳｉＣ単結晶基板をＡＤ装置から取り出し、Ｎ₂雰囲気中で１９５０℃にて６時間アニールし、その後アルゴン雰囲気中で２４５０℃にて５時間アニールした。すなわち、配向前駆体層を熱処理して熱処理層とした。

【0063】

（３）研削及び研磨
（３－１）研磨その１
得られた熱処理層の表面全域が裏面（ＳｉＣ単結晶基板の底面）と平行となるように、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨加工した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）仕上げをして複合基板を得た。

【0064】

（３－２）研磨その２
（１）、（２）と同様の方法で別途作製した試料を準備し、板面と直交する方向で基板の中心部を通るように切断した。切断した試料に対してダイヤモンド砥粒を用いたラップ加工にて断面を平滑化し、化学機械研磨（ＣＭＰ）により鏡面仕上げとした。

【0065】

２．熱処理層の評価
（１）二軸配向性
ＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎｓ）法を用いて、（３－１）及び（３－２）にて作製した熱処理層の表面（板面）及び板面と直交する断面の逆極点図マッピングを測定したところ、傾斜角度分布は略法線方向・略板面方向ともに０．０１°以下だったため、熱処理層は第１の二軸配向ＳｉＣ層であるＳｉＣ単結晶基板上に形成され、ｃ軸とａ軸に配向した第２の二軸配向ＳｉＣ層であると判断した。
［ＥＢＳＤ測定条件］
・加速電圧：１５ｋｖ
・スポット強度：７０
・ワーキングディスタンス：２２．５ｍｍ
・ステップサイズ：０．５μｍ
・試料傾斜角：７０°
・測定プログラム：Ａｚｔｅｃ（ｖｅｒｓｉｏｎ ３．３）

【0066】

（２）二軸配向ＳｉＣ層内のＹ、Ａｌ、Ｎの含有量
１．（１）～（３）（３－１）と同様の方法にて作製した複合基板の研磨面に対してダイナミック二次イオン質量分析（Ｄ－ＳＩＭＳ）を行った。Ｙ、Ａｌの分析装置はＣＡＭＥＣＡ社製ＩＭＦ－６ｆを用い、一次イオン種Ｏ₂ ⁺、加速電圧８ｋｖにて測定を実施した。Ｎの分析装置はＣＡＭＥＣＡ 社製ＩＭＦ－７ｆを用い、一次イオン種Ｃｓ⁺、加速電圧１４．５ｋｖにて測定を実施し、第２の二軸配向ＳｉＣ層中のＹ、Ａｌ、Ｎの含有量（最大値）を求めた。また、Ａｌ／Ｙ濃度比やＮ／Ｙ濃度比、Ｎ／Ａｌ濃度比も求めた。得られた結果を表１に記載した。

【0067】

（３）第２の二軸配向ＳｉＣ層の欠陥密度
１．（１）～（３）（３－１）と同様の方法にて作製した複合基板の研磨面に対し、表面の欠陥密度を以下の方法で評価した。ニッケル製のるつぼに、複合基板をＫＯＨ結晶と共に入れ、５００℃で１０分間、電気炉にてエッチング処理を行った。エッチング処理後の評価サンプルを洗浄し、光学顕微鏡にて観察し、公知の方法にてＢＰＤ、ＴＳＤを示すピットの数を数えた。具体的には、評価サンプル表面の任意の箇所の部位について、縦２．３ｍｍ×横３．６ｍｍの視野を倍率５０倍で１００枚分撮影してピットの総数を数え、数えたピットの総数をトータル面積である８．０５ｃｍ²で除することにより欠陥密度を算出した。また第１の二軸配向層として使用したＳｉＣ単結晶基板の欠陥密度も同様の方法で算出した。結果は表１に示される通りであった。

【0068】

［実験例２］
β－ＳｉＣ粉末を８９．１重量％、酸化イットリウム粉末を７．１重量％、酸化アルミニウム粉末を３．８重量％含む原料粉体を用いたこと、及びＮ₂雰囲気中での１９５０℃アニールを実施しなかったこと以外は、実験例１と同様にして実験を実施した。得られた熱処理層は第２の二軸配向ＳｉＣ層であることが確認された。第２の二軸配向ＳｉＣ層中のＹ、Ａｌの濃度、Ａｌ／Ｙ濃度比、二軸配向ＳｉＣ層表面の欠陥密度は表１の通りとなった。

【0069】

［実験例３］
β－ＳｉＣ粉末を９２．９重量％、酸化イットリウム粉末を７．１重量％含む原料粉体を用いたこと以外は、実験例１と同様にして実験を実施した。得られた熱処理層は第２の二軸配向ＳｉＣ層であることが確認された。第２の二軸配向ＳｉＣ層中のＹ、Ｎの濃度、Ｎ／Ｙ濃度比、二軸配向ＳｉＣ層表面の欠陥密度は表１の通りとなった。

【0070】

［実験例４］
β－ＳｉＣ粉末を８８．１６重量％、酸化サマリウム粉末（体積基準Ｄ５０：０．１μｍ）を１０．６重量％、窒化アルミニウム粉末を１．３重量％含む原料粉体を用いたこと以外は、実験例１と同様にして実験を実施した。得られた熱処理層は第２の二軸配向ＳｉＣ層であることが確認された。第２の二軸配向ＳｉＣ層中のＳｍ、Ａｌ、Ｎの濃度、Ａｌ／Ｓｍ濃度比、Ｎ／Ｓｍ濃度比、Ｎ／Ａｌ濃度比、第２の二軸配向ＳｉＣ層表面の欠陥密度は表１の通りとなった。

【0071】

【表1】

【0072】

［考察］
実験例１～４より、第２の二軸配向ＳｉＣ層の表面のＴＳＤ及びＢＰＤの欠陥密度を効果的に減少させるためには、第２の二軸配向ＳｉＣ層中のイットリウムやサマリウム等の希土類元素濃度は１×１０¹⁶～１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の範囲が好適であることが分かった。また、この濃度範囲の希土類元素に加え、アルミニウムを適量含有していると、より欠陥密度の低減効果が高められ、更に窒素を適量で含有していると、より一層効果的であることが分かった。

【0073】

本出願は、２０２０年１月２４日に出願された日本国特許出願第２０２０－００９６４９号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0074】

本発明は、例えば半導体デバイスに利用可能である。

【符号の説明】

【0075】

１０ 二軸配向ＳｉＣ複合基板、２０ 第１の二軸配向ＳｉＣ層、３０ 第２の二軸配向ＳｉＣ層、４０ 配向前駆体層、５０ ＡＤ装置、５２ エアロゾル生成部、５３ エアロゾル生成室、５４ 原料供給管、５５ 加振器、６０ 成膜部、６２ 成膜チャンバ、６３ Ｘ－Ｙステージ、６４ 基板ホルダ、６６ 噴射ノズル、６７ スリット、６８ 真空ポンプ。

【図1】

【図2】

【図3】