JP2006206377A - 単結晶ＳｉＣ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価な多結晶ＳｉＣ基板を母材基板として大型で結晶性の良い単結晶ＳｉＣ基板を安価に製造する。
【解決手段】下記の各工程を行い、多結晶ＳｉＣ基板６の表面に単結晶ＳｉＣ層７が形成された単結晶ＳｉＣ基板を形成する。（１）Ｓｉ母材層に表面Ｓｉ層と埋め込み酸化物層が形成されたＳＯＩ基板を炭化水素系ガス雰囲気中で加熱して表面Ｓｉ層を単結晶ＳｉＣ膜５に変成させるＳｉＣ膜生成工程。（２）上記表面に単結晶ＳｉＣ膜５が形成されたＳｉ母材層を、多結晶ＳｉＣ基板６の表面に単結晶ＳｉＣ膜５が対面するよう積層して接合して積層体を形成する接合工程。（３）上記積層体のＳｉ母材層と埋め込み酸化物層を除去する除去工程。（４）上記多結晶ＳｉＣ基板６の表面に、単結晶ＳｉＣ膜５をシード層として当該単結晶ＳｉＣ膜５上に単結晶ＳｉＣ層７をエピタキシャル成長させる成長工程。
【選択図】図４

Description

本発明は、単結晶ＳｉＣ基板の製造方法および単結晶ＳｉＣ基板に係るものであり、詳しくは、大型で結晶性の良い単結晶ＳｉＣ基板を安価に製造できる単結晶ＳｉＣ基板の製造方法に関するもの。

単結晶ＳｉＣ（炭化シリコン）は、熱的、化学的安定性に優れ、機械的強度も強く、放射線照射にも強いという特性から、次世代の半導体デバイス材料として注目を集めている。特に、青色発光ダイオード等の基板材料や耐環境半導体素子等の技術分野において有望視されている。このような用途に用いるＳｉＣ膜を得る方法としては、ＳｉＣ単結晶の基板上に、１４００℃以上の温度での液相成長法、もしくは１３００℃以上の温度での気相成長法が通常用いられている。
特開２００２−２８０５３１号公報 特開２００３−２２４２４８号公報

ところが、上記特許文献１のように、出発材料としてＳｉＣ単結晶基板を用いる方法では、ＳｉＣ単結晶基板自体が、極めて高価でかつ小面積のものしか得られていないのが実情である。このため、半導体デバイスとしても極めて高価なものとなってしまっており、大面積の単結晶ＳｉＣ基板を安価に提供する技術が強く望まれている。

そこで、上記特許文献２のように、表面Ｓｉ層とこの表面Ｓｉ層の下側に存在する埋め込み絶縁層（ＳｉＯ_２層）とを有する絶縁層埋め込み型Ｓｉ基板を利用し、絶縁層埋め込み型Ｓｉ基板の表面Ｓｉ層を１０ｎｍ程度に薄膜化し、これを高温で炭化処理して単結晶ＳｉＣ薄膜に変成し、上記単結晶ＳｉＣ薄膜をシード層としてエピタキシャル法によりＳｉＣを成長させる技術が提供されている。

しかしながら、上述した製造方法では、Ｓｉの融点が１４１０℃であることから、１４００℃以上の高温プロセスでのエピタキシャル成長は全く適用することができない。また、ＳｉＯ_２の軟化点が１２００℃付近であることから、表面Ｓｉ層が炭化して変成されたＳｉＣ層と埋め込まれているＳｉＯ_２層との界面が、１２００℃以上の高温下で不安定で、特にＳｉＣがＳｉＯ_２層に侵入しやすいうえ、Ｓｉ→ＳｉＣ反応が急激に進行するため、上記ＳｉＣ／ＳｉＯ_２界面が不安定となり、界面が荒れて波打つような状態になる。

このように、ＳｉＣ／ＳｉＯ_２界面が荒れて波打つと、ＳｉＣ層の厚みにばらつきが生じる結果となり、半導体デバイスとして使用する際に大きな問題となることが予想される。また、上記ＳｉＣ／ＳｉＯ_２界面が不均一な状態でエピタキシャル成長によりＳｉＣを成長させる場合に、成長したＳｉＣ層の結晶性が低下してきれいな単結晶ＳｉＣ層が得られないうえ、その膜厚も不均一になり、しかも表面状態も粗い状態になりやすいという問題もあった。

一方、一般に、気相から固相のＳｉＣをエピタキシャル成長させる場合、低温では気相から固相が成長する際の分子運動が弱く、整然とした分子配列に至らないで固相ができてしまい、結晶性が悪くなってしまうという問題がある。このような事情から結晶性の良い良好なＳｉＣ膜を得るためには、高温でのエピタキシャル成長を行うのが望ましいのであるが、上記従来の方法では、上述した事情により、高温でのエピタキシャル成長プロセスを適用できない。

最近では、シリコン単結晶への低温ヘテロエピタキシャル成長が試みられ、気相成長法により１２００℃程度の温度でも単結晶炭化珪素膜が得られているが、１２００℃以下の温度では欠陥を多く含む膜もしくは多結晶膜となってしまう。従って、良質の単結晶炭化珪素膜を得るためには、何れの成長方法を用いても１２００℃以上の高温プロセスが必要である。

しかも、Ｓｉを母材基板としてＳｉＣ層を形成したものは、高温処理ができないことから、ＳｉＣ基板にイオン打ち込み等の処理を行ってデバイスにする場合にも、高温処理を適用できない。ＳｉＣデバイスの場合、イオン注入後の活性化によりＰ型領域やＮ型領域を形成するが、１４００℃程度の低温では充分に活性化しないことから、デバイスへの適用面にも難がある。

一方、多結晶ＳｉＣ基板は大面積のものが比較的安価に提供されているものの、多結晶ＳｉＣ基板を基板としてＳｉＣ結晶を成長させると、成長する結晶も多結晶ＳｉＣになってしまい、単結晶ＳｉＣを得ることはできない。

このように、現状の技術では、膜質の良い単結晶ＳｉＣ基板は高価でかつ小型のものしか得られておらず、大型の単結晶ＳｉＣ基板を製造しようとすると、充分に満足のいく膜質のものが得られていないのが実情であり、大型で結晶性の良い単結晶ＳｉＣ基板を安価に提供できる技術の開発が強く望まれていた。

本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、比較的安価な多結晶ＳｉＣ基板を母材基板として大型で結晶性の良い単結晶ＳｉＣ基板を安価に製造できる単結晶ＳｉＣ基板の製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、Ｓｉ母材層表面に単結晶ＳｉＣ膜を形成するＳｉＣ膜生成工程と、上記表面に単結晶ＳｉＣ膜が形成されたＳｉ母材層を、多結晶ＳｉＣ基板の表面に上記単結晶ＳｉＣ膜が対面するよう積層して接合し、多結晶ＳｉＣ基板上に単結晶ＳｉＣ膜を介してＳｉ母材層が積層された積層体を形成する接合工程と、上記積層体のＳｉ母材層を除去して表面に単結晶ＳｉＣ膜が形成された多結晶ＳｉＣ基板を形成する除去工程と、上記多結晶ＳｉＣ基板の表面に、上記単結晶ＳｉＣ膜をシード層として当該単結晶ＳｉＣ膜上に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる成長工程とを備えることにより、多結晶ＳｉＣ基板の表面に単結晶ＳｉＣ層が形成された単結晶ＳｉＣ基板を形成することを要旨とする。

すなわち、本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、上記表面に単結晶ＳｉＣ膜が形成されたＳｉ母材層を、多結晶ＳｉＣ基板の表面に上記単結晶ＳｉＣ膜が対面するよう積層して接合し、上記積層体のＳｉ母材層を除去し、表面の単結晶ＳｉＣ膜をシード層として単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる。このように、比較的安価に大面積のものが提供されている多結晶ＳｉＣ基板を出発材料とし、その表面に単結晶ＳｉＣ膜を形成してエピタキシャル成長させることにより、安価に大面積の単結晶ＳｉＣ基板を製造できるようになる。しかも、多結晶ＳｉＣ基板を出発材料としていることから、従来の酸化物埋め込み型のＳｉ基板等を基板としたもののような、エピタキシャル成長の温度制限がなくなり、高温プロセスの適用が可能となり、良質の単結晶ＳｉＣ層を得ることができる。また、得られるＳｉＣ基板は、多結晶ＳｉＣを母材基板として単結晶ＳｉＣ層が形成されたものであり、高温処理が可能となることから、ＳｉＣ基板にイオン打ち込み等の処理を行ってＰ型領域やＮ型領域を形成してデバイスにする場合にも、高温処理により充分に活性化させることができてデバイスへの適用面でも有利である。

本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法において、上記ＳｉＣ膜生成工程は、Ｓｉ母材層に所定厚さの表面Ｓｉ層と埋め込み酸化物層が形成されたＳＯＩ基板を炭化水素系ガス雰囲気中で加熱して上記表面Ｓｉ層を単結晶ＳｉＣ膜に変成させ、上記除去工程は、Ｓｉ母材層と埋め込み酸化物層を除去する場合には、比較的安価に提供されているＳＯＩ基板を利用してＳｉ母材層上に単結晶ＳｉＣ膜を形成し、これを多結晶ＳｉＣ基板上に、上記単結晶ＳｉＣ膜が対面するよう積層して接合し、Ｓｉ母材層と埋め込み酸化物層を除去することにより、安価に提供されているＳＯＩ基板を利用して容易に多結晶ＳｉＣ基板上に単結晶ＳｉＣ層のシード層となりうる単結晶ＳｉＣ膜を形成することができる。そして、上記単結晶ＳｉＣ膜をシード層として高温でのエピタキシャル成長を行うことにより、多結晶ＳｉＣ基板を母材基板として良質の単結晶ＳｉＣ層を形成させることができるのである。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１〜図４は、本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法の一実施の形態を示す図である。

この単結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、
（１）Ｓｉ母材層２に所定厚さの表面Ｓｉ層３と埋め込み酸化物層４が形成されたＳＯＩ基板１を準備し、上記ＳＯＩ基板１を炭化水素系ガス雰囲気中で加熱して上記表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ膜５に変成させて、Ｓｉ母材層２表面に単結晶ＳｉＣ膜５を形成するＳｉＣ膜生成工程、
（２）上記表面に単結晶ＳｉＣ膜５が形成されたＳｉ母材層２を、多結晶ＳｉＣ基板６の表面に上記単結晶ＳｉＣ膜５が対面するよう積層して接合し、多結晶ＳｉＣ基板６上に単結晶ＳｉＣ膜５を介して埋め込み酸化物層４とＳｉ母材層２が積層された積層体９を形成する接合工程、
（３）上記積層体９のＳｉ母材層２と埋め込み酸化物層４を除去して表面に単結晶ＳｉＣ膜５が形成された多結晶ＳｉＣ基板６を形成する除去工程、
（４）上記多結晶ＳｉＣ基板６の表面に、上記単結晶ＳｉＣ膜５をシード層として当該単結晶ＳｉＣ膜５上に単結晶ＳｉＣ層７をエピタキシャル成長させる成長工程、
を行うことにより、多結晶ＳｉＣ基板６の表面に単結晶ＳｉＣ層７が形成された単結晶ＳｉＣ基板を形成するものである。

図１は、上記ＳｉＣ膜生成工程を説明する図、図２は、上記接合工程を説明する図、図３は、上記除去工程を説明する図、図４は、上記成長工程を説明する図である。

つぎに、上記各工程について詳しく説明する。

（１）ＳｉＣ膜形成工程
図１に示すように、上記ＳｉＣ膜形成工程は、まず、Ｓｉ母材層２の表面に、所定厚さの表面Ｓｉ層３と埋め込み酸化物層４とが形成されたＳＯＩ基板１を準備する（図１（ａ））。

上記ＳＯＩ基板１は、Ｓｉ母材層２の表面近傍に、埋め込み酸化物層４として所定厚みのＳｉＯ_２層が形成され、表面に所定厚さの表面Ｓｉ層３が形成されたものである。上記埋め込み酸化物層４の厚みは、約１〜２００ｎｍ程度の厚みになるよう設定されている。

ついで、上記ＳＯＩ基板１の表面Ｓｉ層３の厚みを１ｎｍ〜１５ｎｍに薄膜化する（図１（ｂ））。

この薄膜化は、例えば、ＳＯＩ基板１を酸化雰囲気で加熱処理することにより、埋め込み酸化物層４との界面近傍に所望厚みのＳｉ層を残存させるよう、表面Ｓｉ層３の表面から所定深さを酸化させたのち、表面に生成した酸化物層をフッ化水素酸等でエッチングすることにより除去して薄膜化することが行われる。

このとき、薄膜化した表面Ｓｉ層３の厚みは、１ｎｍ〜１００ｎｍ程度に設定するのが好ましく、より好ましいのは３ｎｍ〜７５ｎｍ程度であり、さらに好ましいの５ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。

上記薄膜化した表面Ｓｉ層３の厚みが薄すぎると、その後の変成工程によって単結晶ＳｉＣ膜５が十分に生成されないうえ、その後の接合工程および除去工程後に残存するシード層としての単結晶ＳｉＣ膜が充分確保できず、良好な単結晶ＳｉＣ層７を形成できないからである。

また、上記薄膜化した表面Ｓｉ層３の厚みが厚すぎると、その後に炭化処理して得られる単結晶ＳｉＣ膜５の結晶性が悪くなり、結晶性が悪いシード層に対してエピタキシャル成長させても結晶性の悪い単結晶ＳｉＣ層７しか得られなくなるからである。

つぎに、上記ＳＯＩ基板１を炭化水素系ガス雰囲気中で加熱して上記薄膜化した表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ膜５に変成させる（図１（ｃ））。

上記変成工程は、例えば、雰囲気制御が可能な加熱炉において、加熱炉内に導入される雰囲気ガス（水素ガスおよび炭化水素ガス）を切り換えながら温度調節することにより行うことができる。

上記のような装置により、上記ＳＯＩ基板１を加熱炉内に設置し、上記加熱炉内に水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを供給しながら、加熱炉内の雰囲気温度を上昇させて、前記ＳＯＩ基板１の表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ膜５に変成させることが行われる。

このとき、上記ＳＯＩ基板１を加熱炉内に設置して、加熱炉内に水素ガスに対して炭化水素系ガスを１体積％の割合で混合した混合ガスを供給する。また、この混合ガスの供給と同じくして、加熱炉内の雰囲気温度を１２００〜１４０５℃に加熱する。この加熱によって、ＳＯＩ基板１の表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ膜５に変成させることができる。

ここで、前記水素ガスはキャリアガスであり、炭化水素ガスとしては例えばプロパンガスを使用する。例えば、水素ガスのボンベからの供給量が１０００ｃｃ／分であったならば、炭化水素ガスのボンベからの供給量を１０ｃｃ／分とする。

このとき、表面Ｓｉ層３の薄膜化後にＮイオンのイオン注入等を行うことにより、表面Ｓｉ層３と埋め込み酸化物層４との界面近傍領域に、窒素含有Ｓｉ層を形成し、この状態のＳＯＩ基板１を炭化水素系ガス雰囲気中で加熱して上記表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ膜５に変成させることもできる。ここで、上記窒素含有Ｓｉ層は、窒素が含有されたＳｉであり、純Ｓｉに比べて反応性が低く不活性であるため、表面Ｓｉ層３における表面Ｓｉ層３と埋め込み酸化物層４との界面近傍領域に高温下で安定な窒素含有Ｓｉ層を形成してから炭化処理を行うことにより、生成されたＳｉＣが埋め込み酸化物層４に侵入して界面を不安定にするのが防止され、単結晶ＳｉＣ膜５と酸化物層４の間の界面が均一な状態となる。したがって、その後の除去工程によって酸化物層４およびＳｉ母材層２を除去することにより、多結晶ＳｉＣ基板６表面に単結晶ＳｉＣ膜５が形成され表面に露出した状態となったときに、シード層としての単結晶ＳｉＣ膜５の表面性情が良好になりその後の成長工程で膜質の良い単結晶ＳｉＣ層７が得られるようになる。

上記単結晶ＳｉＣ膜５は、表面Ｓｉ層３を変成させたものであるため、その膜厚は表面Ｓｉ層３の膜厚とほぼ等しくなる。すなわち、単結晶ＳｉＣ膜５の膜厚は、ＳＯＩ基板１の表面Ｓｉ層３の膜厚を制御することにより、任意に制御できることになる。

（２）接合工程
図２に示すように、上記表面に単結晶ＳｉＣ膜５が形成されたＳｉ母材層２を、多結晶ＳｉＣ基板６の表面に上記単結晶ＳｉＣ膜５が対面するよう積層する（図２（ｄ））。ついで、この状態で、多結晶ＳｉＣ基板６表面と単結晶ＳｉＣ膜５の接合処理を行って接合し、多結晶ＳｉＣ基板６上に単結晶ＳｉＣ膜５を介して埋め込み酸化物層４とＳｉ母材層２が積層された積層体９を形成する（図２（ｅ））。

上記接合工程は、上記表面に単結晶ＳｉＣ膜５が形成されたＳｉ母材層２と多結晶ＳｉＣ基板６を積層した積層体９を、所定の高温に所定時間保持することにより接合することができる。

例えば、まず、積層に先立って、表面に単結晶ＳｉＣ膜５が形成されたＳｉ母材層２の少なくとも相手材と接合する単結晶ＳｉＣ膜５の表面（単結晶ＳｉＣ膜５側の接合面）と、多結晶ＳｉＣ基板６の少なくとも相手材と接合する表面（多結晶ＳｉＣ基板６側の接合面）を０．１ｎｍ〜５ｎｍ程度の表面粗さの鏡面に研磨仕上げする。

研磨仕上げの方法は、機械研磨や化学研磨等、各種の手法を適用することができるが、良好な平滑面が得られることから化学機械研磨法を好適に適用することができる。

ついで、単結晶ＳｉＣ膜５が形成されたＳｉ母材層２の少なくとも相手材と接合する単結晶ＳｉＣ膜５の表面と、多結晶ＳｉＣ基板６の少なくとも相手材と接合する表面とのうち、少なくともいずれかに、酸化皮膜を形成させる。

酸化皮膜の形成は、酸素ガス雰囲気下、大気圧で単結晶ＳｉＣ膜５が形成されたＳｉ母材層２や多結晶ＳｉＣ基板６を６００〜１４００℃の高温下に所定時間保持して熱酸化させたり、室温〜１００℃に加熱した硫酸と過酸化水素水との混合溶液（例えば混合比４：１程度）中に単結晶ＳｉＣ膜５が形成されたＳｉ母材層２や多結晶ＳｉＣ基板６を所定時間浸漬したりすることにより行うことができる。なお、酸化皮膜は接合面の両面もしくはいずれか片面に形成させればよいが、特に酸化皮膜形成処理を行わなくても良い。

つぎに、上記酸化皮膜形成処理を終えた単結晶ＳｉＣ膜５が形成されたＳｉ母材層２と多結晶ＳｉＣ基板６を、多結晶ＳｉＣ基板６の表面に上記単結晶ＳｉＣ膜５が対面するよう積層し、特に外部圧力を加えない状態で室温に所定時間保持し、ファンデルワールス力により予備的な接合を行う。これは大気中で行うこともできるが、真空中に保持するのが好ましい。

そして、ファンデルワールス力による予備的な接合を行った積層体９を、８００℃〜１４１０℃の高温に所定時間保持するアニール処理を行うことにより接合する。上記アニール処理は、例えば、窒素、酸素、アルゴン等のガス雰囲気下で大気圧で行われる。

また、上記接合工程は、上記積層体９を所定の高温に所定時間保持することにより接合するものであれば、上記工程に限定するものではなく、積層体９を加圧しながらＳｉ母材層２と多結晶ＳｉＣ基板６との間に所定の電圧（数１００ボルト程度）を印加した状態で３００〜５００℃の高温に加熱保持する陽極接合法により接合することもできる。

また、上記接合工程は、上記積層体９を加圧しながら４００〜６００℃、真空雰囲気下で加熱保持することにより、拡散接合法で接合することもできる。

（３）除去工程
図３に示すように、除去工程では、上記接合が行われた積層体９（図３（ｅ））のＳｉ母材層２を除去し（図３（ｆ））、さらに、埋め込み酸化物層４を除去することにより、表面に単結晶ＳｉＣ膜５が形成された多結晶ＳｉＣ基板６を形成する（図３（ｇ））。

上記Ｓｉ母材層２の除去は、例えば、ウエットエッチングやドライエッチング等のエッチング処理により行うことができる。

上記ウエットエッチングは、所定のエッチング液に積層体９を浸漬することにより薬液エッチングにより、Ｓｉ母材層２をエッチング除去することができる。上記エッチング液としては、例えば、６０〜８０℃程度の所定温度に加熱した５〜６０％程度の所定濃度の水酸化カリウム水溶液や、６０〜８０℃程度の所定温度に加熱した水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いることができる。

上記ドライエッチングは、真空チャンバー内に積層体９を設置し、チャンバー内を減圧しながら所定のエッチングガスを導入し、高周波電圧を印加してエッチングガスを放電させ、Ｓｉ母材層２をプラズマエッチング除去することができる。上記エッチングガスとしては、例えば、６フッ化硫黄ＳＦ_６を用いることができ、その場合、１００ｓｃｃｍ程度の流量でチャンバー内に導入することが行われる。

上記埋め込み酸化物層４の除去は、例えば、ウエットエッチングやドライエッチング等のエッチング処理により行うことができる。

上記ウエットエッチングは、所定のエッチング液にＳｉ母材層２が除去された積層体９を浸漬することにより薬液エッチングにより、酸化物層４（ＳｉＯ_２）をエッチング除去することができる。上記エッチング液としては、例えば、０．５％〜５０％程度の所定濃度で室温のフッ化水素酸（ＨＦ）水溶液等を用いることができる。

上記ドライエッチングは、真空チャンバー内にＳｉ母材層２が除去された積層体９を設置し、チャンバー内を減圧しながら所定のエッチングガスを導入し、高周波電圧を印加してエッチングガスを放電させ、酸化物層４（ＳｉＯ_２）をプラズマエッチング除去することができる。上記エッチングガスとしては、例えば、４フッ化炭素ＣＦ_４を用いることができ、その場合、１００ｓｃｃｍ程度の流量でチャンバー内に導入することが行われる。

（４）成長工程
図４に示すように、Ｓｉ母材層２および酸化物層４が除去されて表面に単結晶ＳｉＣ膜５が露出した多結晶ＳｉＣ基板６（図３（ｇ））に対し、上記単結晶ＳｉＣ膜５をシードとしてエピタキシャル成長により、単結晶ＳｉＣ層７を成長させる（図４（ｈ））。さらに、必要に応じて、上記単結晶ＳｉＣ層７の上に、エピタキシャル成長によりＧａＮ層８等の他の半導体膜を形成させることを行ってもよい（図４（ｉ））。

上記エピタキシャル成長は、例えば、下記の条件により単結晶ＳｉＣ層７を成長させる。例えば、表面に単結晶ＳｉＣ膜５が形成された多結晶ＳｉＣ基板６を処理チャンバー内に配置し、上記処理チャンバー内にモノメチルシラン等メチルシラン系ガスの原料ガスを約０．１ｓｃｃｍ程度のガス流量で供給しながら、温度７００〜２０００℃で処理することにより、上記単結晶ＳｉＣ膜５をシード層としてエピタキシャル成長により、単結晶ＳｉＣ層７を成長させることができる。

上記処理温度は、上記温度範囲で処理可能であるが、より良好な膜質を得るとともに、設備コストやエネルギーコスト、メンテナンスコスト等の面から１４００〜１８００℃程度に設定するのが好適である。

また、上記エピタキシャル成長は、処理チャンバー内にモノシランガス等のシラン系ガスとプロパンガス等の炭化水素系ガスを同時に供給しながら上記温度範囲で処理することにより単結晶ＳｉＣ層７をエピタキシャル成長させることもできる。

そののち、必要に応じて、上記単結晶ＳｉＣ層７の上に、エピタキシャル成長によりＧａＮ層８等の他の半導体膜を形成させることが行われる（図４（ｉ）参照）。

上記エピタキシャル成長は、例えば、下記の条件によりＧａＮ層８を成長させる。例えば、単結晶ＳｉＣ層７をエピタキシャル成長させた多結晶ＳｉＣ基板６を処理チャンバー内に配置し、上記処理チャンバー内にトリメチルガリウムおよびアンモニア等の原料ガスを約１ｓｃｃｍ程度のガス流量で供給しながら、温度８００〜１６００℃で処理することにより、上記単結晶ＳｉＣ層７の上にＧａＮ層８を形成させることができる。

以上の工程により、本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、比較的安価に大面積のものが提供されている多結晶ＳｉＣ基板６を出発材料とし、その表面に単結晶ＳｉＣ膜５を形成してエピタキシャル成長させることにより、安価に大面積の単結晶ＳｉＣ基板を製造できるようになる。しかも、多結晶ＳｉＣ基板６を出発材料としていることから、従来の酸化物埋め込み型のＳｉ基板等を基板としたもののような、エピタキシャル成長の温度制限がなくなり、高温プロセスの適用が可能となり、良質の単結晶ＳｉＣ層７を得ることができる。また、得られるＳｉＣ基板は、多結晶ＳｉＣを母材基板として単結晶ＳｉＣ層が形成されたものであり、高温処理が可能となることから、ＳｉＣ基板にイオン打ち込み等の処理を行ってＰ型領域やＮ型領域を形成してデバイスにする場合にも、高温処理により充分に活性化させることができてデバイスへの適用面でも有利である。

また、比較的安価に提供されているＳＯＩ基板１を利用してＳｉ母材層２上に単結晶ＳｉＣ膜５を形成し、これを多結晶ＳｉＣ基板６上に、上記単結晶ＳｉＣ膜５が対面するよう積層して接合し、Ｓｉ母材層２と埋め込み酸化物層４を除去することにより、安価に提供されているＳＯＩ基板１を利用して容易に多結晶ＳｉＣ基板６上に単結晶ＳｉＣ層７のシード層となりうる単結晶ＳｉＣ膜５を形成することができる。そして、上記単結晶ＳｉＣ膜５をシード層として高温でのエピタキシャル成長を行うことにより、多結晶ＳｉＣ基板６を母材基板として良質の単結晶ＳｉＣ層７を形成させることができるのである。

また、上記のようにして得られた単結晶ＳｉＣ基板は、多結晶ＳｉＣ基板の表面上に単結晶ＳｉＣ層が形成されたことにより、比較的安価に大面積のものが提供されている結晶ＳｉＣ基板６を出発材料である母材基板として、その表面に単結晶ＳｉＣ層７が形成されていることから、良質のＳｉＣ層が形成された単結晶ＳｉＣ基板は、比較的安価で大面積のものとなる。しかも、多結晶ＳｉＣを母材基板として単結晶ＳｉＣ層が形成されたものであり、高温処理が可能となることから、ＳｉＣ基板にイオン打ち込み等の処理を行ってＰ型領域やＮ型領域を形成してデバイスにする場合にも、高温処理により充分に活性化させることができてデバイスへの適用面でも有利である。

さらに、上記多結晶ＳｉＣ基板表面に形成された単結晶ＳｉＣ膜をシード層として、当該単結晶ＳｉＣ膜上に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させることにより、多結晶ＳｉＣ基板の表面に単結晶ＳｉＣ層が形成されているため、比較的安価に大面積のものが提供されている多結晶ＳｉＣ基板６を出発材料とし、その表面に単結晶ＳｉＣ膜５を形成してエピタキシャル成長させることにより、安価に大面積の単結晶ＳｉＣ基板を製造できるようになる。しかも、多結晶ＳｉＣ基板を出発材料としていることから、従来の酸化物埋め込み型のＳｉ基板等を基板としたもののような、エピタキシャル成長の温度制限がなくなり、高温プロセスの適用が可能となり、良質の単結晶ＳｉＣ層を得ることができる。

本発明は、大規模集積回路等に用いる半導体基板の製造等に適用することができる。

本発明の一実施の形態の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す図である。 上記単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す図である。 上記単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す図である。 上記単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す図である。

符号の説明

１ ＳＯＩ基板
２ Ｓｉ母材層
３ 表面Ｓｉ層
４ 埋め込み酸化物層，酸化物層
５ 単結晶ＳｉＣ膜
６ 多結晶ＳｉＣ基板
７ 単結晶ＳｉＣ層
８ ＧａＮ層
９ 積層体

Claims (2)

1. Ｓｉ母材層表面に単結晶ＳｉＣ膜を形成するＳｉＣ膜生成工程と、
   上記表面に単結晶ＳｉＣ膜が形成されたＳｉ母材層を、多結晶ＳｉＣ基板の表面に上記単結晶ＳｉＣ膜が対面するよう積層して接合し、多結晶ＳｉＣ基板上に単結晶ＳｉＣ膜を介してＳｉ母材層が積層された積層体を形成する接合工程と、
   上記積層体のＳｉ母材層を除去して表面に単結晶ＳｉＣ膜が形成された多結晶ＳｉＣ基板を形成する除去工程と、
   上記多結晶ＳｉＣ基板の表面に、上記単結晶ＳｉＣ膜をシード層として当該単結晶ＳｉＣ膜上に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる成長工程とを備えることにより、
   多結晶ＳｉＣ基板の表面に単結晶ＳｉＣ層が形成された単結晶ＳｉＣ基板を形成することを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
2. 上記ＳｉＣ膜生成工程は、Ｓｉ母材層に所定厚さの表面Ｓｉ層と埋め込み酸化物層が形成されたＳＯＩ基板を炭化水素系ガス雰囲気中で加熱して上記表面Ｓｉ層を単結晶ＳｉＣ膜に変成させ、
   上記除去工程は、Ｓｉ母材層と埋め込み酸化物層を除去する請求項１記載の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
   

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