JP2021527618A - グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層の上での炭化ケイ素の成長のためのシステムおよび方法ならびに関連物品 - Google Patents

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ジファン キム，
クアン チャオ，
ウェイ コン，
デイビッド カート ガスキル，
拓滋 前川
紀之 眞砂
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Massachusetts Institute of Technology
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Abstract

グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層の上での炭化ケイ素の成長のためのシステムおよび方法ならびに関連物品が、概して、説明される。いくつかの実施形態では、ＳｉＣ膜が、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層にわたって製作され、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層は、次に、基板の上に配置されている。層および／または基板は、ＳｉＣ膜内の欠陥密度を低減させるようにＳｉＣ膜と格子整合され得る。製作されたＳｉＣ膜は、次いで、例えば、ＳｉＣ膜に取り付けられたストレッサを介して、基板から除去され得る。ある場合、層は、ＳｉＣ膜を成長させるための再利用可能プラットフォームとしての役割を果たし、層表面において高速、精密、かつ反復可能な解放を可能にする解放層としての役割も果たす。

Description

（関連技術の相互参照）
本願は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９（ｅ）の下で、あらゆる目的のために参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる２０１８年６月２２日に出願され、「ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＢＡＳＡＬ ＰＬＡＮＥ ＤＩＳＬＯＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮ ＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＳＩＣ ＵＳＩＮＧ ＡＮ ＩＮ−ＳＩＴＵ ＥＴＣＨ ＰＲＯＣＥＳＳ」と題された米国仮特許出願第６２／６８８，４７２号の利益を主張する。
（分野）
グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層の上での炭化ケイ素の成長のためのシステムおよび方法ならびに関連物品が、概して、説明される。
（背景）
先進電子およびフォトニック技術では、デバイスが、通常、少なくとも２つの化学元素を含む化合物半導体等の機能的半導体から製作される。これらの機能的半導体の格子定数は、典型的に、シリコン基板の格子定数に合致しない。当技術分野で理解されるように、基板と基板上のエピタキシャル層（エピ層）との間の格子定数不一致は、エピタキシャル層の中に歪みを導入し、それによって、欠陥がないより厚い層のエピタキシャル成長を妨げ得る。したがって、非シリコン（非Ｓｉ）基板が、通常、殆どの機能的半導体のエピタキシャル成長のための種晶として採用される。しかしながら、機能的材料のそれらに合致する格子定数を伴う非Ｓｉ基板は、高価であり、したがって、非Ｓｉ電子／フォトニックデバイスの開発を限定し得る。
非シリコン基板の高いコストに対処するための１つの方法は、機能的デバイス層が、格子整合基板上に成長させられ、次いで、除去され、他の基板に転写される「層転写」技法である。残留格子整合基板は、次いで、別のデバイス層を製作するために再利用され、それによって、コストを削減することができる。製造コストを有意に削減するために、層転写方法が、以下の性質、すなわち、１）基板再利用可能性、２）層解放後の最小限の基板改修ステップ、３）高速解放率、および４）解放厚さの精密な制御を有することが望ましくあり得る。
格子整合基板からデバイス層を除去および転写するための従来の方法は、化学リフトオフ（エピタキシャルリフトオフまたはＥＬＯとも称される）、光学リフトオフ（レーザリフトオフまたはＬＬＯとも称される）、および機械リフトオフ（制御されたスポーリングとも称される）を含む。残念ながら、これらの方法のうちのいずれも、同時に４つの所望の性質を有していない。
過去３０年にわたるその継続的開発にもかかわらず、化学リフトオフは、依然として、いくつかの不利点を有する。例えば、解放率は、犠牲層を通した化学エッチング液の遅い浸透により、遅い（例えば、典型的に、単一の８インチウエハを解放するために数日）。第２に、エッチング残留物が、解放後に表面汚染になる傾向がある。第３に、化学リフトオフは、粗面化された基板表面をエピレディ表面に回復するように解放後に実施される化学機械平坦化（ＣＭＰ）により、限定された再利用可能性を有する。第４に、化学溶液内で解放されたエピ層を取り扱うことは、困難であり得る。
光学リフトオフ技法は、通常、高出力レーザを使用し、格子整合基板（例えば、透明サファイアまたはＳｉＣ基板）の裏を照射し、デバイス・基板界面を選択的に加熱し、界面の分解およびデバイス層の解放を引き起こす。
しかしながら、光学リフトオフは、その独自の限界を有する。第１に、溶融デバイス膜／基板界面が基板を粗面にし得るので、再調整ステップが、通常、再利用の前に実行され、それによって、再利用可能性を５回未満に削減する。第２に、高出力熱照射によって引き起こされる界面における局所加圧が、亀裂または転位を誘発し得る。第３に、レーザ走査速度が、遅すぎて高スループットを可能にすることができない。
制御されたスポーリングは、光学リフトオフよりも高いスループットを有することができる。本技法では、高応力膜（「ストレッサ」とも称される）が、エピタキシャル膜上に堆積され、エピ層の下方に破砕を誘発し、基板からの活性材料の分離をもたらす。十分な引張応力が、界面に印加されるときに、ＫＩＩ剪断モードが、亀裂を開始し得、ＫＩ開放モードが、エピ層と基板との間の界面と平行な亀裂の伝搬を可能にし得る。ストレッサの内部応力および厚さを制御することによって、臨界ＫＩに到達するために十分な歪みエネルギーが、提供されることができ、膜／基板界面の破砕につながる。剥離が亀裂伝搬を介して生じるため、スポーリングプロセスは、膜の急速な解放を引き起こすことができる。
しかしながら、制御されたスポーリングは、少なくとも以下の理由により、商業製造のために使用されるためには十分に成熟していない。第１に、亀裂伝搬が、概して、常に表面に対して法線に整合されるわけではない開裂面を通して生じるので、表面は、再利用のために研磨を必要とし得る。第２に、厚いストレッサが、通常、特に、化合物半導体のような高ヤング率材料と連動するときに、強い共有結合を分離するために十分なエネルギーを提供するために使用される。第３に、ストレッサの内部応力のみが、狭い範囲内で制御され得、これは、結果として生じるスポーリングされた膜の達成可能な厚さを制約する。
故に、改良された材料および方法が、必要とされる。
（要約）
グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層の上での炭化ケイ素の成長のためのシステムおよび方法ならびに関連物品が、概して、説明される。
いくつかの側面では、方法が、提供される。いくつかの実施形態では、方法は、基板の上にあるグラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を備えている層の上に炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜を形成するステップを含み、ＳｉＣ膜の形成の少なくとも一部は、不活性ガスを備えているガス状物質の存在下で生じる。
本発明の他の利点および新規の特徴が、付随する図と併せて考慮されると、本発明の種々の非限定的実施形態の以下の詳細な説明から明白となるであろう。本明細書および参照することによって組み込まれる文書が、矛盾する、および／または一貫性のない開示を含む場合においては、本明細書が優先するものとする。
本発明の非限定的実施形態が、一例として、概略的であり、一定の縮尺で描かれることを意図していない付随する図を参照して説明されるであろう。図では、図示される各同じまたはほぼ同じ構成要素が、典型的に、単一の数字によって表される。明確にする目的のために、当業者が本発明を理解することを可能にするために例証が必要ではない場合において、全ての構成要素が、全ての図で標識されるわけでも、本発明の各実施形態の全ての構成要素が示されるわけでもない。
図１Ａは、１組の実施形態による、基板１０６と、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を備えている層１０４とを備えている例示的物品１０００の概略図である。 図１Ｂは、１組の実施形態による、基板１０６上での炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜１０２の成長のための例示的システム２０００の概略図である。 図１Ｃは、１組の実施形態による、基板１０６からの炭化ケイ素膜１０２の分離を描写する例示的システム３０００の概略図である。 図１Ｄは、１組の実施形態による、（例えば、図１Ｃのような分離によって）基板１０６から除去された独立炭化ケイ素膜１０２を備えている例示的システム４０００の概略図である。 図２Ａは、１組の実施形態による、軸上基板上で水素（Ｈ２）内で行われる成長温度までの傾斜を伴って、最初に（グラフェン層）／ＳｉＣであったものの上に成長させられたＳｉＣ膜のノマルスキー顕微鏡写真である。 図２Ｂは、１組の実施形態による、４°軸外基板上で水素（Ｈ２）内で行われる成長温度までの傾斜を伴って、最初に（グラフェン層）／ＳｉＣであったものの上に成長させられたＳｉＣ膜のノマルスキー顕微鏡写真である。 図３Ａは、１組の実施形態による、ＳｉＣ膜が４分にわたって成長させられた、基板と成長膜との間にグラフェン層を伴って、軸上ＳｉＣ基板上で遠隔エピタキシによって成長させられたＳｉＣ膜のノマルスキー顕微鏡写真である。 図３Ｂは、１組の実施形態による、ＳｉＣ膜が１時間にわたって成長させられた、基板と成長膜との間にグラフェン層を伴って、軸上ＳｉＣ基板上で遠隔エピタキシによって成長させられたＳｉＣ膜のノマルスキー顕微鏡写真である。 図４Ａは、１組の実施形態による、アルゴン（Ａｒ）内で傾斜され、１０分にわたってＡｒ内で、次いで、１，４５０℃においてＨ２内で３０分にわたって成長させられたサンプルのノマルスキー顕微鏡写真である。 図４Ｂは、１組の実施形態による、Ａｒ内で傾斜され、１，５４０℃において１時間にわたってＡｒ内で成長させられたサンプルのノマルスキー顕微鏡写真である。 図４Ｃは、１組の実施形態による、Ａｒ内で傾斜され、１，４００℃において１０分にわたってＡｒ内で成長させられたサンプルのノマルスキー顕微鏡写真である。 図４Ｄは、１組の実施形態による、Ａｒ内で傾斜され、１，５４０℃において１０分にわたってＡｒ内で成長させられた、サンプルのノマルスキー顕微鏡写真である。 図５Ａは、１組の実施形態による、図４Ａからの成長条件を用いて成長させられたサンプルの表面形態の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 図５Ｂは、１組の実施形態による、図４Ａからの成長条件を用いて成長させられたサンプルの面内電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）画像である。 図５Ｃは、１組の実施形態による、図４Ａからの成長条件を用いて成長させられたサンプルの面外ＥＢＳＤ画像である。 図５Ｄは、１組の実施形態による、図４Ａからの成長条件を用いて成長させられた剥離ＳｉＣ膜サンプルのＳＥＭ画像である。 図６は、１組の実施形態による、遠隔エピタキシによるＳｉＣ膜成長後の擬グラフェン（例えば、下の参照図参照）を示す高解像度透過電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）画像（上）である。 図７Ａは、１組の実施形態による、４°軸外基板上で５０ｓｌｍのＡｒ内で２０分にわたって１，６２０℃において成長させられたサンプルのＳＥＭ画像である。 図７Ｂは、１組の実施形態による、４°軸外基板上で５０ｓｌｍのＡｒ内で２０分にわたって１，６２０℃において成長させられたサンプルのＥＢＳＤ画像である。 図７Ｃは、１組の実施形態による、２°軸外基板上で５０ｓｌｍのＡｒ内で２０分にわたって１，６２０℃において成長させられたサンプルのＳＥＭ画像である。 図７Ｄは、１組の実施形態による、２°軸外基板上で５０ｓｌｍのＡｒ内で２０分にわたって１，６２０℃において成長させられたサンプルのＥＢＳＤ画像である。 図７Ｅは、１組の実施形態による、軸上基板上で５０ｓｌｍのＡｒ内で２０分にわたって１，６２０℃において成長させられたサンプルのＳＥＭ画像である。 図７Ｆは、１組の実施形態による、軸上基板上で５０ｓｌｍのＡｒ内で２０分にわたって１，６２０℃において成長させられたサンプルのＥＢＳＤ画像である。 図８Ａは、１組の実施形態による、４°軸外基板上で成長させられたＳｉＣに関する（００２）および（００４）のＸ線回折（ＸＲＤ）ロッキング曲線である。 図８Ｂは、１組の実施形態による、４°軸外基板上で成長させられたＳｉＣに関する（００４）のＸＲＤ逆格子空間マップ（ＲＳＭ）である。 図８Ｃは、１組の実施形態による、２°軸外基板上で成長させられたＳｉＣに関する（００２）および（００４）のＸＲＤロッキング曲線である。 図８Ｄは、１組の実施形態による、２°軸外基板上で成長させられたＳｉＣに関する（００４）のＸＲＤ ＲＳＭである。 図８Ｅは、１組の実施形態による、軸上基板上で成長させられたＳｉＣに関する（００２）および（００４）のＸＲＤロッキング曲線である。 図８Ｆは、１組の実施形態による、軸上基板上で成長させられたＳｉＣに関する（００４）のＸＲＤ ＲＳＭである。 図９は、１組の実施形態による、１，６２０℃においてＡｒ内で４°軸外基板上に遠隔エピタキシによって成長させられたＳｉＣ膜の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像（左右）および図７Ａに対応するＳＥＭ画像（中央）である。 図１０Ａは、１組の実施形態による、４°軸外基板上でＡｒ内で１，６２０℃において遠隔エピタキシによって成長させられた剥離ＳｉＣ膜の写真である。 図１０Ｂは、１組の実施形態による、剥離後の基板のＳＥＭ画像（「ｓｕｂ」、上）、および４°軸外基板上でＡｒ内で１，６２０℃において遠隔エピタキシによって成長させられた剥離ＳｉＣ膜のＳＥＭ画像（「テープ」、下）である。 図１０Ｃは、１組の実施形態による、２°軸外基板上でＡｒ内で１，６２０℃において遠隔エピタキシによって成長させられた剥離ＳｉＣ膜の写真である。 図１０Ｄは、１組の実施形態による、剥離後の基板のＳＥＭ画像（「ｓｕｂ」、上）、および２°軸外基板上でＡｒ内で１，６２０℃において遠隔エピタキシによって成長させられた剥離ＳｉＣ膜のＳＥＭ画像（「テープ」、下）である。 図１０Ｅは、１組の実施形態による、軸上基板上でＡｒ内で１，６２０℃において遠隔エピタキシによって成長させられた剥離ＳｉＣ膜の写真である。 図１０Ｆは、１組の実施形態による、剥離後の基板のＳＥＭ画像（「ｓｕｂ」、上）、および軸上基板上でＡｒ内で１，６２０℃において遠隔エピタキシによって成長させられた剥離ＳｉＣ膜のＳＥＭ画像（「テープ」、下）である。 図１１Ａ−図１１Ｄは、１組の実施形態による、グラフェンベースおよび／またはｈＢＮベースの層転写プロセスを使用して、半導体デバイスを製作する方法１００を図示する。 図１２Ａ−図１２Ｆは、１組の実施形態による、ストレッサ層およびテープを使用する、グラフェンベースおよび／またはｈＢＮベースの層製作ならびに転写の方法３００を図示する。 図１２Ａ−図１２Ｆは、１組の実施形態による、ストレッサ層およびテープを使用する、グラフェンベースおよび／またはｈＢＮベースの層製作ならびに転写の方法３００を図示する。
（詳細な説明）
グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層の上での炭化ケイ素の成長のためのシステムおよび方法ならびに関連物品が、概して、説明される。
いくつかの側面では、方法が、提供される。ある実施形態では、方法は、基板の上にあるグラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を備えている層の上に炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜を形成するステップを含み、ＳｉＣ膜の形成の少なくとも一部は、不活性ガスを備えているガス状物質の存在下で生じる。ある実施形態では、不活性ガスの存在下で炭化ケイ素膜の形成の少なくとも一部を実行することは、有利なこととして、炭化ケイ素膜が、基板の直接上ではなく、層にわたって形成されるように、炭化ケイ素膜の形成の少なくとも一部の間に、（例えば、グラフェンの、および／またはｈＢＮの）層のエッチングを防止または軽減する。いくつかのそのような実施形態では、層は、有利なこととして、炭化ケイ素膜の形成後に基板の炭化ケイ素膜の分離（例えば、機械的分離）を促進し得る。基板からの炭化ケイ素膜の分離は、いくつかの実施形態では、最初に、炭化ケイ素膜の露出表面の少なくとも一部（例えば、全体）にわたってストレッサを成長させ、および／またはテープを取り付け、次いで、ストレッサおよび／またはテープに印加される力によって基板から炭化ケイ素膜を機械的に分離し、基板からストレッサおよび／またはテープの少なくとも一部を引き離すことによって、生じ得る。本明細書で使用されるように、用語「テープ」は、炭化ケイ素に接着する、および／またはストレッサ材料（例えば、ニッケル）に接着する接着剤から成る、膜を指す。ある実施形態では、分離された炭化ケイ素膜は、次いで、有利なこととして、例えば、炭化ケイ素膜から成るデバイスの製作のために、第２の基板（例えば、半導体、例えば、シリコンから成る）に転写され得る。
上記に説明されるように、方法（例えば、層転写プロセス）が、少なくとも、基板再利用可能性、解放後処理の最小限の必要性、高速解放率、および／または解放界面の精密な制御を有することが望ましくあり得る。従来の層転写プロセスは、所望の性質のうちのいくつかを呈し得る。例えば、層解放が、化学または光学リフトオフに関するよりも機械リフトオフに関して、はるかに高速であり得る一方で、解放場所は、化学および光学リフトオフにおいてより良好に制御され得る。しかしながら、従来の層転写方法は、層解放後の粗面形成に悩まされ、それによって、基板再利用可能性を限定し得る。実際には、従来の層転写方法において基板表面を改修するためのプロセスコストが、典型的に、基板コストを超えるため、製造における実際の適用は、困難であり得る。
従来の層転写方法における欠点に対処するために、本明細書に説明される、あるシステムおよび方法は、ＳｉＣ膜から成るデバイスを製作することに向けた層転写アプローチを採用する。いくつかの実施形態では、方法は、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層の上にＳｉＣ膜を形成するステップを含み、その層は、ひいては、いくつかの実施形態では、ＳｉＣ膜に格子整合される基板の上に配置される。いくつかの実施形態では、本方法は、基板（例えば、格子整合基板）の上に、直接、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層を堆積させるステップを含む。いくつかの実施形態では、本方法は、別の基板から基板（例えば、格子整合基板）にグラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層を転写するステップを含む。いくつかの実施形態では、本方法は、例えば、ＳｉＣ膜に取り付けられたストレッサを介して、基板（例えば、格子整合基板）から形成されたＳｉＣを除去するステップを含む。
ある実施形態では、非限定的層転写方法では、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層は、ＳｉＣ膜を成長させるための再利用可能プラットフォームとしての役割を果たし、また、グラフェン表面において高速、精密、かつ反復可能な解放を可能にする、解放層としての役割も果たす。従来の方法と比較して、層転写方法は、いくつかの利点のうちの１つまたはそれを上回るものを有し得る。第１に、グラフェンおよび／またはｈＢＮが結晶膜であるため、それらは、概して、エピタキシャルオーバー層を成長させるための基部として好適であり得る。第２に、他の材料とのグラフェンおよび／またはｈＢＮの弱い相互作用が、エピタキシャル成長のための格子不整合リールを実質的に緩和し、低欠陥密度を伴うＳｉＣ膜の成長を促進し得る。第３に、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層上に成長させられるＳｉＣ膜が、解放された表面の解放後再調整を伴わずに、層にわたって成長させられるＳｉＣ膜の急速な機械的解放を促進し得る、少なくともグラフェンおよび／またはｈＢＮの弱いファンデルワールス相互作用により、層が配置される基板から容易かつ精密に解放され得る。第４に、グラフェンおよび／またはｈＢＮの堅牢性が、複数の成長／解放サイクルのための層の再利用可能性を促進し得る。
本明細書に説明される方法の実装は、少なくとも、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層を使用する層転写方法が、現在の半導体処理で使用される高価なミリメートル単位の厚さの単結晶ウエハを伴わずにデバイスを製作する潜在性を有するため、科学界および業界の両方に有意な影響を及ぼし得る。さらに、ある実施形態では、ＳｉＣ膜が、付加的可撓性機能のために、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層から転写されることができる。
いくつかの実施形態では、方法は、基板の上にあるグラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を備えている層の上に炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜を形成するステップを含む。炭化ケイ素膜の実施形態、層の実施形態、および基板の実施形態が、本明細書の他の場所でさらに詳細に説明される。
構成要素の相対的空間位置を説明する用語（例えば、「〜の上方に」、「〜の下方に」、「〜にわたって」、「〜の下に」等）が、概して、例えば、付随する図に示されるように、構成要素の相対的配列の説明および理解を容易にするために、本明細書で使用される。しかしながら、当業者によって理解されるであろうように、そのような用語を記載する請求項は、構成要素が請求構内の記載に一致する様式で相互に対して位置付けられる限り、それらの構成要素を備えている物品の変動する配向を包含することを意図している。例えば、他の特徴「の下方に」または「の下に」あるものとして説明される特徴は、物品が上下逆にされた後に、他の特徴「の上方に」または「の上に」配向されるであろう。別の実施例として、他の特徴「の下方に」または「の下に」あるものとして説明される特徴は、物品が反時計回りに９０度回転された後に、他の特徴の「右側に」配向されるであろう。
構造（例えば、層および／またはデバイス）が、別の構造（例えば、層または基板）「の上にある」、「にわたっている」、または「に重なっている」と称されるとき、これは、構造の直接上にあり得る、または介在構造（例えば、固体材料、空隙等）も存在し得る。別の構造「の直接上にある」、または「に直接わたっている」、もしくは「と直接接触している」、または別の構造「上に直接」設置される構造は、介在構造が存在しないことを意味する。また、構造が別の構造「の上にある」または「にわたっている」と称されるとき、これは、構造全体または構造の一部を網羅し得ることを理解されたい。
いくつかの実施形態では、ＳｉＣ膜の形成の少なくとも一部は、不活性ガスを備えているガス状物質の存在下で生じる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、（例えば、少なくとも１０ａｔ％、２５ａｔ％、５０ａｔ％、７５ａｔ％、９０ａｔ％、９９ａｔ％、またはそれを上回る量で）アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、および／または窒素（Ｎ２）から成る。本明細書で使用されるように、用語「不活性ガス」は、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素と化学的に反応しない、ならびに／もしくはそれをエッチングしない、原子または分子から成る、ガスもしくは蒸気を指す。ある実施形態では、炭化ケイ素膜の形成の少なくとも一部の間の本不活性ガスの利用は、炭化ケイ素膜の少なくとも１つの部分が、層にわたって形成されるように、基板にわたる層のエッチングを減少させる、または防止する。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、本質的に、アルゴン、ヘリウム、および／または窒素（Ｎ２）から成る。ある実施形態では、不活性ガスは、（例えば、少なくとも１０ａｔ％、２５ａｔ％、５０ａｔ％、７５ａｔ％、９０ａｔ％、または９９ａｔ％の量で）アルゴン（Ａｒ）を備えている、または本質的にそれから成る。
ある実施形態では、炭化ケイ素膜の形成の持続時間の少なくとも一部は、不活性ガスを備えているガス状物質の存在下で生じる。いくつかの実施形態では、不活性ガスを備えているガス状物質は、炭化ケイ素膜の形成の少なくとも３分、少なくとも５分、または少なくとも１０分にわたって存在する。いくつかの実施形態では、不活性ガスを備えているガス状物質は、最大で９０分、最大で６０分、最大で４０分、または最大で２０分にわたって存在する。上記に参照される範囲の組み合わせもまた、可能である（例えば、３分〜９０分またはそれと等しい、５分〜６０分またはそれと等しい、１０分〜２０分またはそれと等しい）。他の範囲もまた、可能である。ある実施形態では、不活性ガスを備えているガス状物質は、３分にわたって存在する。ある実施形態では、不活性ガスを備えているガス状物質は、１０分にわたって存在する。ある実施形態では、不活性ガスを備えているガス状物質は、２０分にわたって存在する。ある実施形態では、不活性ガスを備えているガス状物質は、６０分にわたって存在する。
本明細書で使用されるように、炭化ケイ素膜の形成は、基板にわたるグラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層の環境内の炭化ケイ素への前駆体ガス（例えば、シランおよびプロパン）の導入または存在を伴う。
本明細書に説明される方法は、あるアーキテクチャを有する、基板にわたる層を備えている、構造にわたって炭化ケイ素膜を形成するステップを伴い得る。例えば、いくつかの実施形態では、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層は、複数の層のうちの１つであり、ＳｉＣ膜を形成するステップは、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている複数の層にわたって（例えば、その直接上に）ＳｉＣ膜を形成するステップを含む。いくつかの実施形態では、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層は、ＳｉＣ膜と基板との間の唯一の層である。いくつかの実施形態では、グラフェンの単一の層が、使用される。ある実施形態では、六方晶窒化ホウ素の単一の層が、使用される。
ある実施形態では、方法は、炭化ケイ素膜の成長のための種晶として構造の材料を使用して、基板にわたる層を備えている、構造にわたって炭化ケイ素膜を成長させるステップを含む。例えば、いくつかの実施形態では、層の上にＳｉＣ膜を形成するステップは、ＳｉＣ膜のための種晶として基板を使用するステップを含む。いくつかの実施形態では、層の上にＳｉＣ膜を形成するステップは、ＳｉＣ膜のための種晶として、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層を使用するステップを含む。いくつかの実施形態では、層の上にＳｉＣ膜を形成するステップは、ＳｉＣ膜のための種晶として、基板ならびにグラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層の組み合わせを使用するステップを含む。
いくつかの実施形態では、基板は、全体的または部分的に化合物半導体から作製される。例えば、ある実施形態では、基板は、全体的または部分的に周期表内のＩＩＩ族元素（例えば、アルミニウム、ガリウム）から成るＩＩＩ族窒化物および窒素から作製される。基板材料の非限定的実施例は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、および窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）を含む。ある実施形態では、基板は、炭化ケイ素から成る。例えば、いくつかの実施形態では、基板の表面は、炭化ケイ素から成る。ある実施形態では、成長の間に層が位置付けられる基板の表面は、ＳｉＣ表面である。
いくつかの実施形態では、方法は、基板上にグラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層を形成するステップを含む。いくつかの実施形態では、基板の上に層を形成するステップは、基板の上に層を成長させるステップを含む。いくつかの実施形態では、基板は、第１の基板であり、第１の基板の上に層を形成するステップは、第２の基板から第１の基板に層を転写するステップを含む。いくつかの実施形態では、層は、基板の直接上にある。
ある実施形態では、方法は、基板の上に層を形成した後に、基板上にあるグラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層上に炭化ケイ素膜を形成するステップを含む。
いくつかの実施形態では、本方法は、不活性ガスを備えているガス状物質を備えている環境を成長温度まで傾斜させるステップを含み、環境は、基板にわたるグラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層の環境である。ある実施形態では、傾斜は、炭化ケイ素膜の形成の前に生じる。いくつかの実施形態では、本方法は、不活性ガスを備えているガス状物質を備えている環境を成長温度まで傾斜させるステップを含み、環境は、基板にわたるグラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層の環境であり、傾斜の間にグラフェンまたは付加的グラフェンの成長を減少させる、抑制する、または排除するために十分に高い流量におけるガス状物質の流動を伴う。いくつかの実施形態では、傾斜の間の不活性ガスを備えているガス状物質の流量は、１０標準リットル／分（ｓｌｍ）を上回るまたはそれと等しい、２０ｓｌｍを上回るまたはそれと等しい、３０ｓｌｍを上回るまたはそれと等しい、もしくは４０ｓｌｍを上回るまたはそれと等しい。いくつかの実施形態では、傾斜の間の不活性ガスを備えているガス状物質の流量は、８０ｓｌｍ未満またはそれと等しい、７０ｓｌｍ未満またはそれと等しい、６０ｓｌｍ未満またはそれと等しい、もしくは５０ｓｌｍ未満またはそれと等しい。上記に参照される範囲の組み合わせもまた、可能である（例えば、１０ｓｌｍ〜８０ｓｌｍまたはそれと等しい、２０ｓｌｍ〜７０ｓｌｍまたはそれと等しい、３０ｓｌｍ〜６０ｓｌｍまたはそれと等しい）。他の範囲もまた、可能である。例えば、ある実施形態では、傾斜の間の不活性ガスを備えているガス状物質の流量は、５０ｓｌｍである。ある実施形態では、傾斜の間の不活性ガスを備えているガス状物質の流量は、３０ｓｌｍである。
いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜の形成の少なくとも一部分は、基板にわたるグラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層の環境の特定の成長温度において生じる。いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜の形成の少なくとも一部は、少なくとも１，３５０℃、少なくとも１，４００℃、または少なくとも１，５００℃の環境の温度において生じる。いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜の形成の少なくとも一部は、最大で１，８００℃、最大で１，６２０℃、または最大で１，５４０℃の環境の温度において生じる。上記に参照される範囲の組み合わせもまた、可能である（例えば、１，３５０℃〜１，８００℃またはそれと等しい、１，３５０℃〜１，５００℃またはそれと等しい、１，５００℃〜１，８００℃またはそれと等しい、１，４００℃〜１，５４０℃またはそれと等しい）。他の範囲もまた、可能である。ある実施形態では、炭化ケイ素膜の形成の少なくとも一部は、１，６２０℃の環境の温度において生じる。ある実施形態では、炭化ケイ素膜の形成の少なくとも一部は、１，４００℃の環境の温度において生じる。ある実施形態では、炭化ケイ素膜の形成の少なくとも一部は、１，５４０℃の環境の温度において生じる。
いくつかの実施形態では、方法は、基板からＳｉＣ膜を分離するステップを含む。ある実施形態では、分離するステップの間に、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層は、解放層として使用される。いくつかの実施形態では、ＳｉＣ膜および基板を分離するステップは、ＳｉＣ膜を剥離するステップを含む。いくつかの実施形態では、ＳｉＣ膜は、第１のＳｉＣ膜であり、本方法はさらに、第１のＳｉＣ膜および基板が分離された後、基板の上に第２のＳｉＣ膜を形成するステップを含む。
ある実施形態では、方法は、基板上にあるグラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層上に炭化ケイ素膜を形成した後に、基板から炭化ケイ素膜を分離するステップを含む。ある実施形態では、本方法は、基板の上に層を形成した後に、層上に炭化ケイ素膜を形成するステップを含む。
本明細書のＳｉＣ膜は、概して、少なくともある程度の結晶化度を備えている。例えば、いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜は、結晶である。ある実施形態では、ＳｉＣ膜は、単結晶である。いくつかの実施形態では、ＳｉＣ膜は、１つを上回る多型から成る。例えば、いくつかの実施形態では、ＳｉＣ膜は、２つの多型から成る。ある実施形態では、ＳｉＣ膜は、多結晶である。
いくつかの実施形態では、膜（例えば、ＳｉＣ膜）は、厚さが０．１ｎｍ〜１０００μｍに及ぶ材料の層である。
本明細書に説明される基板とＳｉＣとの間の層は、概して、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている。例えば、いくつかの実施形態では、層は、本質的にグラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている。ある実施形態では、層は、グラフェン層である。ある実施形態では、層は、ｈＢＮ層である。
本明細書に説明される基板とＳｉＣとの間の層は、概して、少なくともある程度の結晶化度を備えている。例えば、いくつかの実施形態では、層は、多結晶層である。いくつかの実施形態では、層は、単結晶層である。
ある実施形態では、基板は、半導体を備えている。例えば、いくつかの実施形態では、基板は、半導体基板である。いくつかの実施形態では、基板は、全体的または部分的にＳｉＣから作製される。
いくつかの実施形態では、基板は、全体的または部分的にあるオフカット角を有するＳｉＣから作製される。いくつかの実施形態では、基板は、全体的または部分的に０°を上回るまたはそれと等しい、２°を上回るまたはそれと等しい、もしくは４°を上回るまたはそれと等しいオフカット角を有するＳｉＣから作製される。いくつかの実施形態では、基板は、全体的または部分的に１０°未満またはそれと等しい、８°未満またはそれと等しい、もしくは６°未満またはそれと等しいオフカット角を有するＳｉＣから作製される。上記に参照される範囲の組み合わせもまた、可能である（例えば、０°〜１０°またはそれと等しい、０°〜８°またはそれと等しい、０°〜４°またはそれと等しい）。例えば、いくつかの実施形態では、基板は、全体的または部分的に４°軸外ＳｉＣから作製される。本明細書で使用されるように、４°軸外炭化ケイ素は、４°オフカット角に対応する。いくつかの実施形態では、基板は、全体的または部分的に２°軸外ＳｉＣから作製される。本明細書で使用されるように、２°軸外炭化ケイ素は、２°オフカット角に対応する。いくつかの実施形態では、基板は、全体的または部分的に軸上ＳｉＣから作製される。本明細書で使用されるように、軸上炭化ケイ素は、０°オフカット角に対応する。
本明細書の基板は、概して、少なくともある程度の結晶化度を備えている。例えば、いくつかの実施形態では、基板は、結晶である。ある実施形態では、基板は、単結晶である。
ここで図に目を向けると、いくつかの非限定的実施形態が、さらに詳細に説明される。本開示は、本明細書に説明されるそれらの具体的実施形態のみに限定されないことを理解されたい。代わりに、種々の開示される構成要素、特徴、および方法は、本開示がそのように限定されないため、任意の好適な組み合わせで配列されてもよい。
図１Ａは、１組の実施形態による、基板１０６と、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層１０４とを備えている、例示的物品１０００の概略図である。ある実施形態では、方法は、基板１０６上に層１０４を形成するステップを含む。他の実施形態では、方法は、層１０４を基板１０６に転写するステップを含む。
図１Ｂは、１組の実施形態による、基板１０６上での炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜１０２の成長のための例示的システム２０００の概略図である。ある実施形態では、方法は、基板１０６にわたっているグラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素を備えている層１０４にわたって、炭化ケイ素膜１０２を形成するステップを含み、炭化ケイ素膜１０２の形成の少なくとも一部は、種１１２から成る、不活性ガスを備えているガス状物質１０８の存在下で生じ、種１１２は、不活性ガスの原子または分子（例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素（Ｎ２））である。ある実施形態では、炭化ケイ素膜１０２の形成の少なくとも１つの部分中に、ガス状物質１０８はさらに、炭化ケイ素へのガス状前駆体から成る。ある実施形態では、基板１０６は、炭化ケイ素から成る。
図１Ｃは、１組の実施形態による、基板１０６からの炭化ケイ素膜１０２の分離を描写する、例示的システム３０００の概略図である。ある実施形態では、炭化ケイ素膜１０２が、図１Ｂに関して説明される方法によって形成された。ある実施形態では、方法は、基板１０６から炭化ケイ素膜１０２を機械的に分離するステップを含む。いくつかの実施形態では、基板１０６からの炭化ケイ素膜１０２の機械的分離は、最初に、ストレッサ（図示せず）を成長させ、および／またはテープ（図示せず）を炭化ケイ素膜１０２の露出表面の少なくとも一部（例えば、全体）に取り付け、次いで、基板１０６から離れるように指向される力をストレッサおよび／またはテープの少なくとも一部に印加することによって、達成される。
図１Ｄは、１組の実施形態による、（例えば、図１Ｃのような分離によって）基板１０６から除去された独立炭化ケイ素膜１０２を備えている、例示的システム４０００の概略図である。独立炭化ケイ素膜１０２は、いくつかの実施形態では、ストレッサおよび／またはテープの下に配置されてもよい。ある実施形態では、独立炭化ケイ素膜１０２は、例えば、炭化ケイ素膜１０２から成るデバイスの製作に向けて、別の基板に転写されてもよい。
図１１Ａ−図１１Ｄは、いくつかの実施形態による、プラットフォームとしてグラフェンおよび／またはｈＢＮを使用して、ＳｉＣ膜を製作する方法１００を図示する。図１１Ａに示されるように、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層１２０が、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、または銅箔等の第１の基板１１０上に製作されてもよい。ある実施形態では、層１２０は、本質的に、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている。製作された層１２０は、次いで、図１１Ｂに示されるように、第１の基板１１０から除去されてもよい。除去された層１２０は、次いで、図１１Ｃに示されるように、ＳｉＣ基板等の第２の基板１３０上に配置されてもよい。図１１Ｄは、ＳｉＣ膜１４０（例えば、高い電気および光学デバイス性能のために有利な単結晶ＳｉＣ膜）が、次いで、層１２０上に製作され得ることを示す。ＳｉＣ膜（例えば、１４０）はまた、本願ではデバイス層または機能層とも称され得る。
層１２０は、種々の方法を介して、第１の基板１１０上に製作されてもよい。一実施例では、層１２０は、単結晶配向を伴うエピタキシャルグラフェンおよび／または単結晶配向を伴うエピタキシャルｈＢＮを含んでもよく、基板１１０は、（例えば、シリコン表面を伴う）（０００１）４Ｈ−ＳｉＣおよび／または（０００１）（例えば、シリコン表面を伴う）６Ｈ−ＳｉＣを含んでもよい。層１２０の製作は、多段階焼鈍ステップを含んでもよい。第１の焼鈍ステップが、表面エッチングおよび微斜化のためにＨ２ガス内で実施されてもよく、第２の焼鈍ステップが、高温（例えば、約１，５７５℃）における黒鉛化のためにＡｒ内で実施されてもよい。
別の実施例では、層１２０は、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを介して、第１の基板１１０上に成長させられてもよい。基板１１０は、ニッケル基板または銅基板を含んでもよい。代替として、基板１１０は、ＣＶＤによる、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、および／または事実上任意の他の高温適合性平面材料の絶縁基板を含んでもよい。
さらに別の実施例として、第１の基板１１０は、層１２０を保持し得る、任意の基板であってもよく、製作は、機械的剥離プロセスを含んでもよい。本実施例では、第１の基板１１０は、層１２０のための一時的ホルダとして機能してもよい。
種々の方法もまた、第１の基板１１０から第２の基板１３０に層１２０を転写するために使用されてもよい。一実施例では、キャリア膜が、層１２０に取り付けられてもよい。キャリア膜は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）の厚い膜または熱剥離テープを含んでもよく、取付は、スピンコーティングプロセスを介して達成され得る。いくつかの実施形態では、第２の基板１３０上に配置されるキャリア膜および層１２０の組み合わせの後に、キャリア膜は、層１２０上のＳｉＣ膜１４０のさらなる製作のために（例えば、アセトン内で）溶解されてもよい。
別の実施例では、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のエラストマ材料を含む、スタンプ層が、層１２０に取り付けられてもよく、第１の基板１１０が、エッチングされ、スタンプ層および層１２０の組み合わせを残してもよい。いくつかの実施形態では、スタンプ層および層１２０が第２の基板１３０上に設置された後、スタンプ層は、機械的脱離によって除去され、さらなる処理のために層１２０の清潔な表面を生成してもよい。
さらに別の実施例では、自己解放転写方法が、層１２０を第２の基板１３０に転写するために使用されてもよい。本方法では、自己解放層が、最初に、層１２０にわたってスピンキャストされてもよい。エラストマスタンプが、次いで、自己解放層と共形接触して設置されてもよい。第１の基板１１０は、スタンプ層、自己解放層、および層１２０の組み合わせを残すようにエッチングされてもよい。いくつかの実施形態では、本組み合わせが第２の基板１３０上に設置された後に、スタンプ層が、機械的に除去されてもよく、自己解放層が、好適な溶媒内の緩やかな条件下で溶解されてもよい。解放層は、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ（イソブチレン）（ＰＩＢ）、および／またはテフロン（登録商標）ＡＦ（ポリ［４，５−ジフルオロ−２，２−ビス（トリフルオロメチル）−１，３−ジオキソール−ｃｏ−テトラフルオロエチレン］）を含んでもよい。
一実施例では、第２の基板１３０の格子が、ＳｉＣ膜１４０に整合され、その場合、第２の基板１３０は、層１２０が十分に薄い場合に（例えば、層１２０が１つの層の厚さである場合に）ＳｉＣ膜１４０の成長のための種晶として機能する。第２の基板１３０とＳｉＣ膜１４０との間の挟持層１２０は、ＳｉＣ膜１４０の迅速かつ損傷がない解放および転写を促進し得る。
別の実施例では、層１２０は、種晶として機能し、ＳｉＣ膜１４０を成長させるために十分に厚く（例えば、いくつかの層の厚さで）あり得、その場合、ＳｉＣ膜１４０は、層１２０に格子整合され得る。本実施例はまた、第２の基板１３０の反復使用も促進し得る。さらに別の実施例では、第２の基板１３０は、層１２０とともに、種晶として機能し、ＳｉＣ膜１４０を成長させてもよい。
種晶として層１２０を使用し、ＳｉＣ膜１４０を製作することはまた、ＳｉＣ膜層１２０の間の格子定数の不一致に対する耐性を増加させ得る。
いずれの特定の論理または動作モードによっても拘束されることを所望するわけではないが、グラフェンおよび／またはｈＢＮの表面は、典型的に、ダングリングボンドを有しておらず、弱いファンデルワールス様の力を介して、それらの上方の材料と相互作用する。弱い相互作用に起因して、ＳｉＣ膜が、その独自の格子定数を用いて最初から成長し、少量の欠陥と界面を形成し得る。本種類の成長は、ファンデルワールスエピタキシ（ＶＤＷＥ）と称され得る。格子整合条件は、ＶＤＷＥに関しては著しく緩和され、極めて格子不整合のシステムにさえも多種多様な異なるヘテロ構造を可能にし得る。
実践では、格子不整合は、約０％〜約７０％（例えば、その間の任意の値および部分的範囲を含む、約０％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、および約７０％）であり得る。
一実施例では、ＳｉＣ膜１４０は、２Ｄ材料システムを含む。別の実施例では、ＳｉＣ膜１４０は、３Ｄ材料システムを含む。２Ｄおよび３Ｄ材料システムの両方を製作するための柔軟性は、当技術分野で公知である広範囲の光学、光電子、およびフォトニックデバイスの製作を可能にする。
ＳｉＣ膜１４０の製作は、当技術分野で公知である半導体製作技法を使用して実行されてもよい。例えば、低圧化学蒸着（ＣＶＤ）が、ひいては、第２の基板１３０（例えば、ＳｉＣ基板）上に配置される層１２０上に、ＳｉＣ膜１４０を成長させるために使用されてもよい。本実施例では、層１２０および第２の基板１３０は、表面を清浄化するように（例えば、＞１，１００℃において＞１５分にわたってＨ２下で）焼成されてもよい。次いで、ＳｉＣ膜１４０の堆積が、実施されてもよい。
図１２Ａ−図１２Ｆは、層転写の方法３００を図示する。図１２Ａは、グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている層３２０が、単結晶ウエハであり得る、ドナーウエハ３１０上に形成または配置されることを示す。例えば、層３２０は、ドナーウエハ３１０上に成長させられるエピタキシャルグラフェンを含んでもよい。代替として、層３２０は、剥離され、別のウエハ（図示せず）からドナーウエハ３１０に転写されてもよい。さらに別の実施例では、図１１Ａ−図１１Ｄを参照して上記に説明される転写技法のうちのいずれかが、ドナーウエハ３１０上に配置される層３２０を調製するために、ここで使用されてもよい。
図１２Ｂは、ＳｉＣ膜３３０が層３２０上にエピタキシャルに成長させられ得ることを示す。ＳｉＣ膜３３０は、電子層、フォトニック層、または任意の他の機能的デバイス層を含んでもよい。ＳｉＣ膜３３０を製作するための方法は、図１１Ａ−図１１Ｄに関して上記に説明される任意の方法および技法を含んでもよい。
図１２Ｃは、ストレッサ３４０がＳｉＣ膜３３０上に配置され得ることを示す。例えば、ストレッサ３４０は、Ｎｉ膜等の高応力金属膜を含んでもよい。一実施例では、Ｎｉストレッサは、１×１０−５トルの真空レベルにおける蒸発器内に堆積されてもよい。
図１２Ｄは、テープ層３５０がストレッサ３４０を取り扱うためにストレッサ３４０上に配置され得ることを示す。テープ３５０およびストレッサ３４０を使用することは、高い歪みエネルギーをＳｉＣ膜３３０と層３２０との間の界面に印加することによって、高速解放率で層３２０からＳｉＣ膜３３０を機械的に剥離してもよい。解放率は、少なくとも、グラフェンとＳｉＣ膜３３０等の他の材料との間の弱いファンデルワールス結合に起因して、高速であり得る。
図１２Ｅでは、解放されたＳｉＣ膜３３０が、ストレッサ３４０およびテープ層３５０とともに、ホストウエハ３６０上に配置されてもよい。図１２Ｆでは、テープ３４０およびストレッサ３４０は、より精巧なデバイスを形成すること、またはＳｉＣ膜３３０上に付加的材料を堆積させること等のさらなる処理のために、ＳｉＣ膜３３０を残して除去されてもよい。一実施例では、テープ層３５０およびストレッサ３４０は、ＦｅＣｌ３ベースの溶液によってエッチングされてもよい。
方法３００では、図１２Ｄに示されるＳｉＣ膜３３０の解放後に、残留ドナーウエハ３１０および層３２０が、ＳｉＣ膜製作の次のサイクルのために再利用されてもよい。代替として、層３２０もまた、解放されてもよい。この場合、新しい層が、ＳｉＣ膜製作の次のサイクルの前にドナーウエハ３１０上に配置されてもよい。いずれの場合も、層３２０は、損傷からドナーウエハ３１０を保護し、それによって、複数回の使用を可能にし、コストを削減し得る。
対照的に、従来のプロセスは、通常、解放後に化学機械平坦化（ＣＭＰ）を含み、ウエハ表面を再調整する。ＣＭＰは、比較的に厚い材料を消費し得、反復ＣＭＰは、ウエハを破損する可能性を増加させ得る。グラフェンベースおよび／またはｈＢＮベースの層転写は、層転写が原子的に平滑な解放表面を伴い得るので、再利用可能性を増加させ得る。層転写では、層解放は、少なくとも、グラフェンおよび／またはｈＢＮの弱いファンデルワールス力が隣接材料への強い結合を伴わないであろうため、ＳｉＣ膜３３０と層３２０との間の界面において精密に生じ得る。これは、研磨ステップを必要とすることなく、かつその機械的堅牢性に起因してグラフェンを損傷することなく、層３２０が複数の成長／剥離サイクルのために再利用されることを促進し得る。加えて、層転写は、高速解放率を確実にし得る。ＳｉＣ膜３３０が弱く結合された層３２０の表面から機械的に解放され得るので、層転写における層解放率は、高くあり得る。
さらに、いくつかの実施形態では、図１２Ｄに示されるような解放後に極めて歪んだ独立ＳｉＣ膜３３０を有することによって、ＳｉＣ膜３３０を備えているデバイスは、より高い電子または正孔移動度を有し得る。ＳｉＣ膜３３０を備えている光電子デバイスもまた、向上した光学応答を有し得る。
層３２０からのＳｉＣ膜３３０の機械的解放に関して、ストレッサ３４０の材料が、十分な歪みエネルギーをＳｉＣ膜３３０／層３２０界面に提供し、損傷がない剥離／転写を助長することが、望ましくあり得る。機械的解放プロセスに関する１つの懸念は、剥離の間のＳｉＣ膜３３０の屈曲およびストレッサ３４０の堆積の間の自己剥離であり得る。曲率半径が、剥離の間に縮小される場合、歪みエネルギーは、ＳｉＣ膜３３０内で増加し得る。いくつかの実施形態では、歪みエネルギーが、臨界点に到達するとき、亀裂が、形成され得る。また、ストレッサ内の歪みエネルギーが、ＳｉＣ膜３３０／層３２０界面エネルギーを超える場合、ＳｉＣ膜３３０は、ストレッサ堆積の間に離層され得る。本懸念に対処するために、層３２０上のＳｉＣ膜３３０の転写は、フィードバックループ制御を使用して実施されてもよい。
２０１７年３月１６日に公開され、２０１６年９月８日に出願され、「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＧＲＡＰＨＥＮＥ ＢＡＳＥＤ ＬＡＹＥＲ ＴＲＡＮＳＦＥＲ」と題された、国際公開第ＷＯ２０１７／０４４５７７号が、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
２０１８年６月２２日に出願され、「ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＢＡＳＡＬ ＰＬＡＮＥ ＤＩＳＬＯＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮ ＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＳＩＣ ＵＳＩＮＧ ＡＮ ＩＮ−ＳＩＴＵ ＥＴＣＨ ＰＲＯＣＥＳＳ」と題された、米国仮特許出願第６２／６８８，４７２号が、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
以下の実施例は、本発明のある側面を含む、本明細書に説明されるある実施形態を図示することを意図しているが、本発明の全範囲を例示するわけではない。
（実施例１）
本実施例は、概して、例えば、遠隔エピタキシによる、ＳｉＣ膜の成長を説明する。
遠隔エピタキシによってＳｉＣ膜を成長させる目的は、エピタキシャルに成長させられたＳｉＣ膜を（グラフェン層）／ＳｉＣ基板から所望の基板に転写することであった。遠隔エピタキシによってＳｉＣ膜を成長させることは、そうでなければ成長させることが非実用的であろう、電子ヘテロ構造を作製することを促進し得る。遠隔エピタキシによってＳｉＣ膜を成長させることはまた、安価な基板に転写すること、または具体的デバイスのために有利な性質を提供し得る材料に転写することによって、削減されたコストにおいてデバイスを作成することも促進し得る。例えば、遠隔エピタキシによって成長させられるＳｉＣ膜が、例えば、遠隔エピタキシによって成長させられるＳｉＣ膜をＳｉＯ２／Ｓｉ基板に転写し、少なくとも、基板としてＳｉＣの代わりにＳｉと連動することに起因して、より容易に処理される空洞をもたらすことによって、量子科学のためのフォトニック結晶空洞を作成するために使用されてもよい。遠隔エピタキシによってＳｉＣ膜を成長させることはまた、ＳｉＣ処理と比較して、材料の処理を促進し得る。また、少なくとも、デバイスの活性領域が、依然として、ＳｉＣであり得る一方で、基板が、例えば、Ｓｉであり、少なくとも基板の削減されたコストに起因して、コスト削減に有意な影響を潜在的に及ぼし得るので、遠隔エピタキシによって成長させられるＳｉＣ膜を使用し、消費者にとってより低いコストで電源デバイスを作製し得る。遠隔エピタキシによって成長させられるＳｉＣ膜を除去および／または転写する能力に加えて、遠隔エピタキシによって成長させられるＳｉＣ膜はまた、少なくとも、転位がグラフェン層（または六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）層）を通して遠隔エピタキシによって成長させられるＳｉＣ膜の中に容易に伝搬しない場合があるため、基板よりも低い転位密度を有し、高い品質であり得る。加えて、軸上基板上でＳｉＣ膜を成長させることは、困難であり得る。ＳｉＣ基板と遠隔エピタキシによって成長させられるＳｉＣ膜との間にグラフェン層を使用することは、軸上炭化ケイ素基板の直接上に成長させられる炭化ケイ素膜に対して、表面形態を改良し、単結晶ＳｉＣ膜をもたらした。
遠隔エピタキシによらない、ＳｉＣ膜の成長は、最初に、キャリアガス、典型的に、Ｈ２を流動させ、温度を成長温度まで傾斜させることによって、生じた。典型的プロセスが、１００ミリバールにおける圧力を用いて基板上で８０ｓｌｍのＨ２を流動させることによって開始した。標準リットル／分（ｓｌｍ）単位の測定は、標準温度および圧力（６０°Ｆ（約１５．５６℃）および１気圧）を仮定した。次いで、温度（Ｔ）が、所望の成長Ｔ（例えば、１，６２０℃）まで傾斜された。いったん成長温度に到達されると、温度、圧力、および流量は、任意の研磨損傷または汚染物質が基板からエッチングされることを可能にし、成長のために表面を調製するように、５分にわたって安定化された（その損傷または汚染物質は、基板の表面上にあった可能性がある）。これは、Ｈ２が、典型的に、キャリアガスであった理由である。本時点後に、前駆体が、導入され、シランが、シリコン（Ｓｉ）源であり、プロパンが、炭素（Ｃ）源であった。シランは、１．５のＣ／Ｓｉ比を伴って３００ｓｃｃｍ〜２，０００ｓｃｃｍのいずれかで導入された。標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）単位の測定は、標準温度および圧力（６０°Ｆ（約１５．５６℃）および１気圧）を仮定した。ここでは、Ｈ２は、例えば、プロパンガスが成長のために必要な元素に亀裂を入れることを促進するためのキャリアガスであった。流動、Ｔ、および圧力（Ｐ）は、所望の時間量にわたって成長の間に維持された。成長後に、前駆体は、オフにされ、サンプルは、Ｈ２内で冷却された。再度、傾斜の間にＨ２を流動させる１つの理由は、成長のために基板の表面を調製することであった。
遠隔エピタキシによってＳｉＣを成長させようとするために、ＳｉＣ基板が、最初に、グラフェン層を形成するようにＳｉ昇華を通過した。ＳｉＣ膜が、グラフェンの上層を除去し、
Figure 2021527618
 再構築ＳｉＣを残すように、Ｎｉ金属を伴って剥離された擬グラフェン上に成長させられた。しかしながら、グラフェン層の直接上に成長させることができるため、グラフェン層を剥離し、
Figure 2021527618
 再構築ＳｉＣを残す本付加的ステップ（擬グラフェンを使用するとき）が、グラフェン層の直接上に成長させるときに必要とされなかったことから、グラフェン層上に成長させることが、好まれた。いったんグラフェン層が成長させられると、ＳｉＣ層の成長が、実施された。
Ｈ２内の傾斜およびＡｒ内の傾斜の両方が、実行された。
サンプルが、傾斜され、Ｈ２キャリアガス内で成長させられたとき、剥離収率は、０％であり、これは、望ましくなかった。ＳｉＣ基板上にＳｉＣを成長させるための標準的方法である、Ｈ２内でＳｉＣ成長のための成長温度まで傾斜させるとき、形態は、有利なこととして、平滑であった。平滑な炭化ケイ素膜は、例えば、デバイスを形成することに向けて、剥離および／または転写後の炭化ケイ素膜上のパターン化（例えば、表面特徴のパターン化）を促進し得る。しかしながら、少なくとも、グラフェンがＨ２内でエッチングされており、したがって、遠隔エピタキシを非実用的にするため、成長させられたＳｉＣ膜を除去することの困難を含む、問題が存在した。本エッチングは、Ｈ２内の傾斜を伴って成長させられるＳｉＣ膜の剥離において０％収率をもたらした。Ｈ２内の傾斜を伴う標準ＳｉＣ成長に類似する成長プロセスを使用する、表面形態の実施例が、図２に示される。
図２は、（図２Ａ）軸上基板上で、および（図２Ｂ）４°軸外基板上でＨ２内で行われる成長温度までの傾斜を伴って、最初に（グラフェン層）／ＳｉＣであったものの上に成長させられたＳｉＣ膜のノマルスキー顕微鏡写真を示す。剥離は、グラフェンが成長温度までの傾斜の間にエッチングされなかったため、生じなかった。図２Ａが、軸上基板（ウエハ）にわたる成長を示す一方で、図２Ｂは、４°軸外（［１１−２０］方向に向かって軸外に切断される角度を伴ってｃ−配向されている）基板にわたる成長に関する。形態は、軸上基板上で成長させられたＳｉＣ膜（例えば、図２Ａ）と比較して、オフカット基板上で成長させられたＳｉＣ膜（例えば、図２Ｂ）に関して改良された。理論によって拘束されることを所望するわけではないが、軸上に成長させられたＳｉＣ膜（例えば、図２Ａ）は、おそらく、島状成長に起因して粒界を有したが、軸外に成長させられたＳｉＣ膜（例えば、図２Ｂ）は、おそらく、ステップフロー成長によって成長した。
グラフェンのエッチングを軽減する、または本エッチングが起こらないように防止するために、アルゴン（Ａｒ）内の傾斜が、実行された。加えて、ＳｉＣ膜成長のための成長温度までの傾斜の間のＡｒの標準流量（５ｓｌｍ）は、標準流量が、そうでなければ付加的グラフェンを潜在的に成長させた、またはグラフェン層の品質を低減させ得たため、使用されなかった。代わりに、成長温度までの傾斜の間の流動は、さらなるグラフェン成長を防止するように５０ｓｌｍまで増加された。
サンプルが、Ａｒ内で傾斜および成長させられ、次いで、短い成長持続時間（３分〜１０またはそれと等しい）後にＨ２キャリアガスに切り替えられたとき、剥離収率は、４０％〜５０％またはそれと等しくなるまで増加された。成長温度まで傾斜させることが、グラフェン層の成長よりも高いＡｒの流量で生じた場合、ＳｉＣ膜形態は、典型的に、図３Ａおよび図３Ｂに類似して見えた。成長条件は、両方の実行に関して同一であり、その結果が、図３に描写される。図３は、ＳｉＣ膜が（図３Ａ）４分および（図３Ｂ）１時間にわたって成長させられた、基板と成長膜との間にグラフェン層を伴って、軸上ＳｉＣ基板上で遠隔エピタキシによって成長させられたＳｉＣ膜のノマルスキー顕微鏡写真を示す。両方のサンプルが、Ａｒ内で所望の成長温度まで傾斜され、次いで、Ｈ２が、Ａｒの代わりに成長プロセスのために使用された。軸上基板上でより平滑な形態を達成するために、サンプルが、５０ｓｌｍのＡｒ内で１，６２０℃の成長温度まで傾斜された。いったん成長温度に到達されると、キャリアガスは、ＡｒからＨ２に変更され、前駆体は、グラフェン層のエッチングを低減させる、または防止するように、同時にオンにされた。本時点で、全ての流動が、１．５μｍ／時間の成長率から２．５μｍ／時間まで増加された。図３Ａに描写されるサンプルが、４分にわたって成長させられた一方で、図３Ｂに描写されるサンプルは、１時間にわたって成長させられた。形態は、材料が成長および合体し始めるにつれて、図３Ａで見られる境界が、図３Ｂでわずかに縮小されたように、より厚い材料に関して改良した。典型的に、本研究の前に、少なくともある程度の３Ｃ−ＳｉＣが軸上基板上で成長させられ、その３Ｃ−ＳｉＣは、有利なこととして、これらのサンプルに存在しなかったことが観察されたであろう。故に、軸上炭化ケイ素基板上にそのような良質な炭化ケイ素膜を形成することは予期されなかった。
Ａｒ内で傾斜および成長させられ、次いで、短い成長持続時間後にＨ２に切り替えられ、成長温度が、図３Ａおよび図３Ｂによって典型化されるサンプルに関するよりも低かったとき、剥離収率は、４０％〜５０％またはそれと等しく留まった。サンプルが、Ａｒ内で傾斜および成長させられたとき、剥離収率は、有利なこととして、６０％〜７０％またはそれと等しくなるまでさらに増加された。ＳｉＣ膜が、ＳｉＣの標準成長のための温度（１，５００℃〜１，８００℃またはそれと等しい範囲内）と比較して、有意により低い温度（１，３５０℃〜１，５００℃またはそれと等しい範囲内）であったとき、形態が、粗面化し、多結晶材料が、ある場合に関して単結晶材料の代わりに成長させられた。これの実施例が、図４に示され、図４Ａは、１，４５０℃において、図４Ｂは、１，５４０℃において成長させられた。図４は、Ａｒ内で傾斜され、（図４Ａ）１０分にわたってＡｒ内で、次いで、１，４５０℃においてＨ２内で３０分にわたって、（図４Ｂ）Ａｒ内のみで１，５４０℃において１時間にわたって、（図４Ｃ）Ａｒ内のみで１，４００℃において１０分にわたって、および（図４Ｄ）Ａｒ内のみで１，５４０℃において１０分にわたって成長させられたサンプルのノマルスキー顕微鏡写真を示す。形態は、有利なこととして、より高い成長率（２．５ミクロン／時間（μｍ／時間））において成長させられたサンプルと比較して、短い持続時間にわたって低温において、低い成長率（１．５μｍ／時間）で成長させられたときに、低濃度の粒界を有した。１．５μｍ／時間の成長率は、典型的に、Ｈ２内の３１２ｓｃｃｍの２％シラン、および１．５５の典型的Ｃ：Ｓｉ比に対応する率において流動する１００％プロパンに対応した。２．５μｍ／時間の成長率は、典型的に、Ｈ２内の５００ｓｃｃｍの２％シラン、および１．５５の典型的Ｃ：Ｓｉ比に対応する率において流動する１００％プロパンに対応した。図４Ａでは、ＳｉＣが、１０分にわたって５０ｓｌｍのＡｒ内で成長させられ、次いで、１．５μｍ／時間の成長率および１，４５０℃の温度において３０分にわたってＨ２に切り替えられた。図４Ｂでは、ＳｉＣが、５０ｓｌｍのＡｒ内で１時間にわたって、１，５４０℃の成長温度および２．５μｍ／時間の成長率において成長させられた。より高い成長温度は、形態を改良し、粒子のサイズは、より低い温度において成長させられた粒子のサイズよりも有意に大きかった。サンプルが、１，４００℃（図４Ｃ）および１，５４０℃（図４Ｄ）において１０分にわたってＡｒ内で成長させられたとき、ＳｉＣの核生成が、観察された。階段状形態が、依然として、存在していた。有利なこととして低濃度の粒界を伴う形態が、低成長率（１．５μｍ／時間）において短い持続時間にわたって成長させられたときに、より低い温度（図４Ｃおよび図４Ｄ参照）において成長させられた。少なくとも、本明細書の他の場所で議論される理由により、軸上炭化ケイ素基板上にそのような良質な炭化ケイ素膜（例えば、図４Ｄ）を形成することは予期されなかった。
図４Ａに描写されるサンプルに関して、サンプルのＳＥＭが、撮影され（図５Ａ）、成長させられたＳｉＣ膜の表面を横断して粒界が存在することが明確であった。粒界が存在した一方で、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）（図５Ｂおよび図５Ｃ参照）を用いると、本ＳｉＣ膜が（図５Ｂ）面内および（図５Ｃ）面外反射の両方において単一の多型であることが見出された。図５は、図４Ａからの成長条件を用いて成長させられたサンプルの表面形態の（図５Ａ）ＳＥＭ画像、（図５Ｂ）面内および（図５Ｃ）面外ＥＢＳＤ画像、ならびに剥離ＳｉＣの（図５Ｄ）ＳＥＭ画像を示す。材料は、有利なこととして、ＥＢＳＤから判定されるような単結晶であった。
粒界を含まない単結晶炭化ケイ素膜は、そうでなければ粒界に存在するであろう、異なる応力および欠陥を含まなくあり得る。単結晶炭化ケイ素膜を含むデバイスは、多結晶である、および／または１つを上回る多型を有する、炭化ケイ素膜を備えているデバイスよりも優れた性能を有し得る。少なくとも、各多型が、デバイス性能に影響を及ぼし得る、異なる電気性質を有するため、単一の多型が、望ましくあり得る。異なる多型が、炭化ケイ素膜に存在する場合、電気性能は、膜を横断して変動し得、これは、望ましくない場合がある。
図５に描写される本サンプルは、最初に、５０ｓｌｍのＡｒ内で１０分にわたって１，４５０℃において成長させられ、次いで、１．５μｍ／時間の成長率で、Ｈ２内でさらに３０分にわたって成長させられた。本サンプルは、剥離され、図５Ｄで見られるように生じたスポーリングのある証拠が存在し、示される画像は、剥離された材料である。画像の左下の線は、スポーリングの証拠である。しかしながら、スポーリングが生じていても、剥離が、依然として、生じた。
軸上基板上で成長させられた図４および図５に示されるサンプルでは、依然として、高解像度透過電子顕微鏡法（ＨＲＴＥＭ）を介して判定されるように、上にＳｉＣ膜を伴って存在する擬グラフェンの証拠が存在した（例えば、図６参照）。図６は、遠隔エピタキシによるＳｉＣ膜成長後に擬グラフェンが存在した（例えば、下の参照図参照）ことを示す、ＨＲＴＥＭ画像（上）である。下の参照図は、擬グラフェンを示し、その図は、Ｗ．， ｅｔ ａｌ， “Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｎｄ ６Ｈ−ＳｉＣ （０００１），” Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ４６８ （２００９） ５２−５６（参照することによって本明細書に組み込まれる）から適合される。図６に示されるように、遠隔エピタキシによって成長させられたＳｉＣ膜に存在しなかった基板内の転位２０２が、ＨＲＴＥＭ画像（上）の右下に存在した。本ＨＲＴＥＭは、遠隔エピタキシによるＳｉＣ膜の成長後に擬グラフェンが存在し、基板からのＳｉＣ膜の剥離を可能にすることを裏付ける。
サンプルが、１，６２０℃においてＡｒ内で成長させられたとき、形態は、図７のＳＥＭ画像で見られるように粗面化された。図７は、（図７Ａ−図７Ｂ）４°軸外、（図７Ｃ−図７Ｄ）２°軸外、および（図７Ｅ−図７Ｆ）軸上基板上で５０ｓｌｍのＡｒ内で２０分にわたって１，６２０℃において成長させられたサンプルのＳＥＭおよびＥＢＳＤ画像である。形態は、より高いオフカット材料に関して粗面化され（例えば、図７Ａ）、軸上成長のための混合多型が存在した（例えば、図７Ｆ）。基板カットオフは、軸上基板（図７Ｅ−図７Ｆ）、２°軸外基板（図７Ｃ−図７Ｄ）、および４軸外基板（図７Ａ−図７Ｂ）にわたるＳｉＣ膜遠隔エピタキシ成長の比較のために、これらのサンプル内で変動された。見られるように（図７Ａおよび図７Ｃ）、形態は、２つの軸外基板に関しては波形であったが、軸上（図７Ｅ）は、３Ｃ−ＳｉＣを示す三角形の特徴を有した。図７Ａおよび図７Ｃに描写されるサンプルは、特に有利な結晶構造を有し、それぞれは、粒界を有しておらず、本質的に１つの多型から成った。ＥＢＳＤを使用して、軸外材料が、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ材料を生成した（図７Ｂおよび図７Ｄ）一方で、軸上は、４Ｈ−ＳｉＣおよび３Ｃ−ＳｉＣの混合物を有した（図７Ｆ）ことが判定された。
図７に描写されるこれらのＳｉＣ膜の品質は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）ロッキング曲線によって、およびＸＲＤ逆格子空間マップ（ＲＳＭ）によって調査されるように、高いことが判定された。図８は、（図８Ａ）４°軸外基板、（図８Ｃ）２°軸外基板、および（図８Ｅ）軸上基板に関する（００２）および（００４）のＸＲＤロッキング曲線、ならびに（図８Ｂ）４°軸外基板、（図８Ｄ）２°軸外基板、および（図８Ｆ）軸上基板に関する（００４）のＲＳＭを示す。図８は、１，６２０℃においてＡｒ内で４°軸外基板（図８Ａ−図８Ｂ）、２°軸外基板（図８Ｃ−図８Ｄ）、および軸上（図８Ｅ−図８Ｆ）基板上で成長させられたサンプルに関する結果を示す。最も狭いＦＷＨＭ（ＸＲＤロッキング曲線）サンプルが、４°軸外基板（図８Ａ）にわたって成長させられ、２番目に狭いものが、軸上（図８Ｅ）に関し、最も広いものが、２°軸外基板（図８Ｃ）にわたって生成された。サンプルの全て（図８Ｂ、図８Ｄ、図８Ｆ）に関するＲＳＭは、成長させられた厚さ、すなわち、＜２μｍのＳｉＣ膜に関して比較的に狭いＦＷＨＭとともに、これらが高品質ＳｉＣ膜であったことを示す、ｋｘ（ｘ軸）に拡散を有していないことを示した。
図７−図８に描写されるＳｉＣ膜の転位の存在（または密度）もしくは非存在が、ＴＥＭによって調査され、いずれの転位も観察されなかった。１，６２０℃において２０分にわたってＡｒ内で成長させるプロセスを使用し、４°軸外基板上で成長させられたサンプルに注目すると、ＳｉＣ膜に転位が存在しなかった（例えば、図９参照）。図９は、１，６２０℃においてＡｒ内で４°軸外基板上に遠隔エピタキシによって成長させられたＳｉＣ膜のＴＥＭ画像（左右）およびＳＥＭ画像（中央）を示す。これは、遠隔エピタキシプロセスを介してＳｉＣ膜を成長させることが、ＳｉＣ膜内の転位を低減および／または排除し、これは、デバイスのために大いに利益になり得ることを示した。
成長させられ、図７−図９に説明されるサンプルは、剥離され、剥離収率は、６０％〜７０％またはそれと等しかった。剥離の結果が、図１０に示され、ＳｉＣ膜は、４°軸外基板（図１０Ａ−図１０Ｂ）、２°軸外基板（図１０Ｃ−図１０Ｄ）、および軸上（図１０Ｅ−図１０Ｆ）基板のそれぞれにわたってＡｒ内で１，６２０℃において成長させられた。図１０は、（図１０Ａ−図１０Ｂ）４°軸外、（図１０Ｃ−図１０Ｄ）２°軸外、および（図１０Ｅ−図１０Ｆ）軸上基板上でＡｒ内で１，６２０℃において遠隔エピタキシによって成長させられた剥離ＳｉＣ膜の写真およびＳＥＭ画像を示す。それぞれ（図１０Ａ、図１０Ｃ、図１０Ｅ）に関する写真画像は、左に基板、および右に遠隔エピタキシによって成長させられた転写ＳｉＣ膜を示す。ＳＥＭ画像（図１０Ｂ、図１０Ｄ、図１０Ｆ）もまた、同一物を示し、剥離後の基板（「ｓｕｂ」）は、上のＳＥＭ画像であり、下のＳＥＭ画像は、遠隔エピタキシによって成長させられた剥離ＳｉＣ膜（「テープ」）である。スポーリングは、転写されたときに、これらの膜に生じた（例えば、図１０Ｂのスポーリングマーク１０２２参照）が、転写は、依然として、実証された。
剥離試行から、サンプルが、Ａｒ内で傾斜され、Ａｒ内で短い持続時間にわたって成長させられ、次いで、残りの成長のためにＨ２流に切り替えられたときに、剥離収率は、４０％〜５０％またはそれと等しいことが見出された。サンプルが、Ａｒ内で傾斜および成長させられたとき、剥離収率は、６０％〜７０％またはそれと等しくなるまで増加した。
遠隔エピタキシによるＳｉＣ膜の成長に関して、ＳｉＣ膜が、ＳｉＣから昇華されたＳｉであったグラフェン層上に成長させられ、次いで、ＳｉＣ膜が、除去された、および／または所望の基板に転写された。本プロセスは、４インチ（１０．１６ｃｍ）のウエハが剥離されたため、製造目的のために拡張可能である。ＳｉＣ膜は、良好な形態および単一結晶化度を伴って軸上基板上で（グラフェン層）／ＳｉＣ上に成長させられた。本研究に先立って、ＳｉＣの成長が、軸上ＳｉＣ基板上で生じていたとき、概して、本プロセスでは起こらなかった、島状およびステップフロー成長の組み合わせが存在していた。これらの利益とともに、転位が遠隔エピタキシによって成長させられたＳｉＣ膜の中に伝搬しなかったため、ＳｉＣ膜は、基板内よりも少ない転移を有した。理論によって拘束されることを所望するわけではないが、これはまた、デバイス用途のためのエピタキシャルＳｉＣ膜品質に有利に影響を及ぼすであろう、底面転位等の拡張欠陥の場合にも起こり得た。
本プロセスにとって特に有用な特徴は、Ａｒ内で傾斜させ、グラフェン層のエッチングを低減または排除することであった。成長温度まで傾斜させ、キャリアガスとしてＨ２を使用することによって、ＳｉＣ膜を成長させた場合、グラフェン層の大部分または全体が、エッチングされ、ＳｉＣ基板上にＳｉＣ膜を成長させるのみであろうため、遠隔エピタキシが存在しなかったであろう。遠隔エピタキシによってＳｉＣ膜を成長させるために、グラフェンサンプルが、高流量のＡｒ内で傾斜され、次いで、ＳｉＣ膜成長が、Ａｒ内で生じたか、または短い持続時間にわたってＡｒ内で開始され、次いで、Ｈ２に切り替えられたかのいずれかであった。そうでなければ、成長させられたＳｉＣ膜の剥離は、生じなかった。サンプルが、Ｈ２キャリアガス内で傾斜および成長させられたとき、剥離収率は、０％であった。しかしながら、Ａｒ内で傾斜および成長させられ、次いで、短い持続時間後にＨ２に切り替えられたとき、剥離収率は、４０％〜５０％またはそれと等しくなるまで増加した。サンプルが、Ａｒ内で傾斜および成長させられたとき、剥離収率は、６０％〜７０％またはそれと等しくなるまでさらに増加した。
本発明のいくつかの実施形態が、本明細書に説明および図示されたが、当業者は、機能を実施する、および／または結果ならびに／もしくは本明細書に説明される利点のうちの１つまたはそれを上回るものを取得するための種々の他の手段および／または構造を容易に想定し、そのような変形例ならびに／もしくは修正はそれぞれ、本発明の範囲内に該当すると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に説明される全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が、例示的であるように意図されており、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明の教示が使用される、１つまたは複数の具体的用途に依存するであろうことを容易に理解するであろう。当業者は、日常的にすぎない実験を使用して、本明細書に説明される本発明の具体的実施形態の多くの均等物を認識するであろう、または確認することができるであろう。したがって、前述の実施形態は、一例のみとして提示され、添付の請求項およびその均等物の範囲内で、具体的に説明および請求される以外の方法で本発明が実践され得ることを理解されたい。本発明は、本明細書に説明される、各個々の特徴、システム、物品、材料、および／または方法を対象とする。加えて、２つまたはそれを上回るそのような特徴、システム、物品、材料、および／または方法が、相互に矛盾していない場合、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせが、本発明の範囲内に含まれる。
明細書および請求項において本明細書で使用されるような不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、明確に反対に示されない限り、「少なくとも１つの」を意味すると理解されたい。
明細書および請求項において本明細書で使用されるような語句「および／または」は、そのように結合される要素、すなわち、ある場合には接合的に存在し、他の場合には離接的に存在する要素の「いずれか一方または両方」を意味すると理解されたい。他の要素が、随意に、「および／または」という節によって具体的に識別される要素と関係するか、または無関係であるかどうかにかかわらず、それらの要素以外に存在してもよい。したがって、非限定的実施例として、「Ａおよび／またはＢ」の言及は、「〜を備えている」等の非制約的用語と併せて使用されるときに、一実施形態では、Ｂを伴わないＡ（随意に、Ｂ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態では、Ａを伴わないＢ（随意に、Ａ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（随意に、他の要素を含む）等を指す。
明細書および請求項において本明細書で使用されるように、「または」は、上記に定義されるような「および／または」と同一の意味を有すると理解されたい。例えば、リスト内の項目を分離するときに、「または」もしくは「および／または」は、包括的であるとして解釈されるものとし、すなわち、少なくとも１つを含むが、また、いくつかの要素または要素のリストのうちの１つを上回るものと、随意に、付加的な列挙されていない項目とを含む。「〜のうちの１つのみ」または「〜のうちの正確に１つ」、もしくは請求項で使用されるときに「〜から成る」等の明確に反対に示される用語のみが、いくつかの要素または要素のリストのうちの正確に１つの包含を指すであろう。一般に、本明細書で使用されるような用語「または」は、「いずれか」、「〜のうちの１つ」、「〜のうちの１つのみ」、もしくは「〜のうちの正確に１つ」等の排他性の用語が先行するとき、排他的代替物（すなわち、「一方または他方であるが、両方ではない」）としてのみ解釈されるものとする。「本質的に〜から成る」は、請求項で使用されるとき、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有するものとする。
明細書および請求項において本明細書で使用されるように、１つまたはそれを上回る要素のリストを参照した語句「少なくとも１つ」は、要素のリスト内の要素のうちのいずれか１つまたはそれを上回るものから選択される、少なくとも１つの要素を意味するが、要素のリスト内で具体的に列挙される、あらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含むとは限らず、要素のリスト内の要素のいずれの組み合わせも除外しないことを理解されたい。本定義はまた、語句「少なくとも１つ」が指す要素のリスト内で具体的に識別される要素と関係するか、または無関係であるかどうかにかかわらず、それらの要素以外の要素が、随意に存在し得ることも可能にする。したがって、非限定的実施例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または同等に、「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、もしくは同等に、「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない、随意に１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＡ（随意に、Ｂ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態では、Ａが存在しない、随意に１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＢ（随意に、Ａ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施形態では、随意に１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＡ、および随意に１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＢ（随意に、他の要素を含む）等を指すことができる。
請求項の要素を修飾するための請求項内の「第１の」、「第２の」、および「第３の」等の序数の用語の使用は、それ自体では、別のものに対する１つの請求項の要素のいずれの優先順位、優位性、または順序、もしくは方法の行為が実施される時間的順序も含意しないが、ある名称を有する１つの請求項の要素を、（序数の用語の使用以外に）同一の名称を有する別の要素と区別し、請求項の要素を区別するために、単に標識として使用される。
請求項ならびに上記の明細書では、「〜を備えている」、「〜を含む」、「〜を担持する」、「〜を有する」、「〜を含有する」、「〜を伴う」、「〜を保持する」、および同等物等の全ての移行句は、非制約的である、すなわち、「限定ではないが、〜を含む」を意味すると理解されたい。移行句「〜から成る」および「本質的に〜から成る」のみが、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ， Ｓｅｃｔｉｏｎ ２１１１．０３に記載されるように、それぞれ、制約的または半制約的な移行句であるものとする。

Claims (31)

  1. 方法であって、前記方法は、
    基板の上にあるグラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を備えている層の上に炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜を形成することを含み、
    前記ＳｉＣ膜の形成の少なくとも一部は、不活性ガスを備えているガス状物質の存在下で生じる、方法。
  2. 前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、および／または窒素（Ｎ２）を備えている、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ＳｉＣ膜と前記基板とを分離することをさらに含む、請求項１−２のいずれかの請求項に記載の方法。
  4. 前記ＳｉＣ膜は、結晶である、請求項１−３のいずれかの請求項に記載の方法。
  5. 前記ＳｉＣ膜は、単結晶である、請求項１−４のいずれかの請求項に記載の方法。
  6. 前記基板の上に前記層を形成することをさらに含む、請求項１−５のいずれかの請求項に記載の方法。
  7. 前記基板の上に前記層を形成することは、前記基板の上に前記層を成長させることを含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記基板は、第１の基板であり、前記第１の基板の上に前記層を形成することは、第２の基板から前記第１の基板に前記層を転写することを含む、請求項６に記載の方法。
  9. 前記層は、グラフェンおよび／または六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）を備えている複数の層のうちの１つであり、前記ＳｉＣ膜を形成することは、前記複数の層の上に前記ＳｉＣ膜を形成することを含む、請求項１−８のいずれかの請求項に記載の方法。
  10. 前記層は、前記ＳｉＣ膜と前記基板との間の唯一の層である、請求項１−９のいずれかの請求項に記載の方法。
  11. 前記層は、単結晶層である、請求項１−１０のいずれかの請求項に記載の方法。
  12. 前記層は、多結晶層である、請求項１−１１のいずれかの請求項に記載の方法。
  13. 前記層の上に前記ＳｉＣ膜を形成することは、前記ＳｉＣ膜のための種晶として前記基板を使用することを含む、請求項１−１２のいずれかの請求項に記載の方法。
  14. 前記分離中、前記層は、解放層として使用される、請求項１−１３のいずれかの請求項に記載の方法。
  15. 前記層の上に前記ＳｉＣ膜を形成することは、前記ＳｉＣ膜のための種晶として前記層を使用することを含む、請求項１−１４のいずれかの請求項に記載の方法。
  16. 前記層の上に前記ＳｉＣ膜を形成することは、前記ＳｉＣ膜のための種晶として前記基板と前記層との組み合わせを使用することを含む、請求項１−１５のいずれかの請求項に記載の方法。
  17. 前記基板は、全体的または部分的にＳｉＣから作製される、請求項１−１６のいずれかの請求項に記載の方法。
  18. 前記層が成長中に位置付けられる前記基板の表面は、ＳｉＣ表面である、請求項１−１７のいずれかの請求項に記載の方法。
  19. 前記ＳｉＣ膜と前記基板とを分離することは、前記ＳｉＣ膜を剥離することを含む、請求項１−１８のいずれかの請求項に記載の方法。
  20. 前記ＳｉＣ膜は、第１のＳｉＣ膜であり、前記第１のＳｉＣ膜と前記基板とが分離された後、前記基板の上に第２のＳｉＣ膜を形成することをさらに含む、請求項１−１９のいずれかの請求項に記載の方法。
  21. 前記基板は、半導体基板である、請求項１−２０のいずれかの請求項に記載の方法。
  22. 前記層は、前記基板の直接上にある、請求項１−２１のいずれかの請求項に記載の方法。
  23. 前記基板は、全体的または部分的に０°〜１０°のオフカット角を有するＳｉＣから作製される、請求項１−２２のいずれかの請求項に記載の方法。
  24. 前記基板は、全体的または部分的に４°軸外ＳｉＣから作製される、請求項１−２３のいずれかの請求項に記載の方法。
  25. 前記基板は、全体的または部分的に２°軸外ＳｉＣから作製される、請求項１−２４のいずれかの請求項に記載の方法。
  26. 前記基板は、全体的または部分的に軸上ＳｉＣから作製される、請求項１−２５のいずれかの請求項に記載の方法。
  27. 前記基板は、全体的または部分的に（０００１）４Ｈ−ＳｉＣおよび／または（０００１）６Ｈ−ＳｉＣから作製される、請求項１−２６のいずれかの請求項に記載の方法。
  28. 不活性ガスを備えているガス状物質を備えている環境を成長温度まで傾斜させることをさらに含み、前記環境は、前記基板上の前記グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている前記層の環境であり、１０標準リットル／分（ｓｌｍ）〜８０ｓｌｍの前記ガス状物質の流量を伴う、請求項１−２７のいずれかの請求項に記載の方法。
  29. 前記炭化ケイ素膜の形成の少なくとも１つの部分は、前記基板上の前記グラフェンおよび／またはｈＢＮを備えている前記層の環境の１，３５０℃〜１，８００℃の成長温度において生じる、請求項１−２８のいずれかの請求項に記載の方法。
  30. 前記不活性ガスを備えている前記ガス状物質は、３分〜９０分にわたって、前記炭化ケイ素膜の形成の少なくとも１つの部分中に存在する、請求項１−２９のいずれかの請求項に記載の方法。
  31. 前記基板は、全体的または部分的にＩＩＩ族窒化物から作製される、請求項１−３０のいずれかの請求項に記載の方法。
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