JP6369566B2 - ナノカーボン膜作製用複合基板及びナノカーボン膜の作製方法 - Google Patents

ナノカーボン膜作製用複合基板及びナノカーボン膜の作製方法 Download PDF

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Description

本発明は、ナノカーボン膜を製造することが可能なナノカーボン膜作製用複合基板及び該ナノカーボン膜作製用複合基板を用いたナノカーボン膜の作製方法に関するものである。
近年、グラフェン、フラーレン、カーボンナノチューブに代表されるナノカーボンが新たな電子デバイス材料として注目を集めている。一例として、グラフェンが有する極めて高い移動度（シリコンの１００倍とも言われている）や鋼鉄よりも高い耐久性などから、次世代の電子デバイスのプラットフォームとして研究が進んでいる。
ナノカーボンの形成方法として幾つか提案がなされており、例えば昇華法が挙げられる。これは単結晶炭化珪素（ＳｉＣ）を不活性ガス中で高温で処理をすることで、炭化珪素中のシリコン（Ｓｉ）を蒸発させ、残存した炭素（Ｃ）がグラフェンを形成するという方法である（特開２００７−３３５５３２号公報（特許文献１））。この方法は単結晶炭化珪素ウェーハ（直径最大６インチ）からグラフェンウェーハが得られる方法として、近年脚光を浴びている方法である。また、フラーレンやカーボンナノチューブに関しても単結晶炭化珪素をプラットフォーム基板とすることで高品質の膜が形成される可能性が高まっている。
しかしながら、非常に高価な単結晶炭化珪素ウェーハを用いることで、コストが高くなってしまうという問題が挙げられる。特に、電子デバイス用途で重要と思われる半絶縁性の単結晶炭化珪素ウェーハは直径３インチ程度のウェーハ１枚でも数十万円程度の価格であり、広範囲に用いられるには余りにも高価であるという欠点がある。
また、特許文献２（特開２００９−２００１７７号公報）では、単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板にグラフェンを形成し、然る後に接着層を介してハンドルウェーハ（カーボンを含まず、シリコンを含む材料からなる）に転写するという方法が挙げられている。しかしながら、この方法では形成されたグラフェン層（通常ｎｍオーダーの厚さ）を単結晶ＳｉＣ基板から剥して転写するために多くのダメージが加わり、高品質のグラフェンを得ることが困難であった。
なお、本発明に関連する先行技術として、国際公開第２０１４／０６１３３７号（特許文献３））がある。
特開２００７−３３５５３２号公報 特開２００９−２００１７７号公報 国際公開第２０１４／０６１３３７号
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、欠陥の少ないナノカーボン膜を安価に作製することが可能なナノカーボン膜作製用複合基板及びナノカーボン膜の作製方法を提供することを目的とする。
この問題を解決するために、本発明者らは、ナノカーボン膜を形成するためのものとして次のような構造の低コストで高品質の複合基板を発案した。即ち、通常グラフェン化する単結晶炭化珪素層の厚さは数原子層分で十分であり、厚い炭化珪素層は不要であることから、単結晶炭化珪素薄膜をハンドル基板（例えば、非単結晶の炭化珪素ウェーハ）に積層したものを用意するのである。これにより、単結晶炭化珪素ウェーハから単結晶炭化珪素薄膜をハンドル基板に転写することでその基板を用意することができ、また一枚の単結晶炭化珪素ウェーハから単結晶炭化珪素薄膜を繰り返し転写することができることからコストメリットも極めて高くなる。ここで、炭化珪素は非常に硬質であるため、その研磨工程において貼り合わせに適した表面粗さを得ることは容易なことではない。そのため、単結晶炭化珪素薄膜とハンドル基板との間に研磨の容易な介在層を設けることで貼り合わせ面の表面粗さを低減しやすくし、単結晶炭化珪素薄膜とハンドル基板とを強固に接合（密着）することを実現した。
また、そのような構造の複合基板を用いてナノカーボン膜を形成すると、積層した単結晶炭化珪素薄膜、あるいはそこに形成されるナノカーボン膜に欠陥が発生する場合があった。それを詳細に調査したところ、上記介在層が厚いと上記欠陥が発生し易く、特に介在層の厚さが１μｍを超えると欠陥が発生してしまうことが分かった。これは、介在層自身の膨張係数と単結晶炭化珪素薄膜の膨張係数との差から生じる歪によるものと考えられる。更に調査したところ、接合される単結晶炭化珪素薄膜そのものも薄い方が該単結晶炭化珪素薄膜やナノカーボン膜に発生する欠陥を抑制する効果が高いことが判明した。
本発明者らはこれらの知見を基に鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。
即ち、本発明は、下記のナノカーボン膜作製用複合基板及びナノカーボン膜の作製方法を提供する。
〔１〕 厚さ１μｍ以下の単結晶炭化珪素薄膜と、該単結晶炭化珪素薄膜を支持するアモルファス炭化珪素、多結晶炭化珪素、石英ガラス、サファイア、窒化珪素、窒化アルミニウム、シリコン又はダイヤモンドからなるハンドル基板と、上記単結晶炭化珪素薄膜とハンドル基板との間に設けられた、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷから選ばれる少なくとも１種の金属材料からなる厚さが２ｎｍ以上１μｍ以下の介在層とを備えるナノカーボン膜作製用複合基板。
〔２〕 上記介在層は、上記金属材料が複数選ばれた場合にはそれらの金属材料ごとに積層した構造又はそれらの金属材料の合金からなる単層構造を有することを特徴とする〔１〕記載の複合基板。
〔３〕 厚さ１μｍ以下の単結晶炭化珪素薄膜と、該単結晶炭化珪素薄膜を支持するアモルファス炭化珪素、多結晶炭化珪素又は石英ガラスからなるハンドル基板と、上記単結晶炭化珪素薄膜とハンドル基板との間に設けられた、酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、シリコン及び炭化珪素から選ばれる少なくとも１種の材料からなる厚さが２ｎｍ以上１μｍ以下の介在層とを備えるナノカーボン膜作製用複合基板。
〔４〕 上記介在層は、酸化珪素、窒化珪素、酸化ジルコニウム、アモルファスシリコン又はアモルファス炭化珪素からなることを特徴とする〔３〕記載の複合基板。
〔５〕 上記単結晶炭化珪素薄膜は、単結晶炭化珪素基板からその一部を剥離させて形成したものである〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載のナノカーボン膜作製用複合基板。
〔６〕 〔１〕又は〔２〕記載のナノカーボン膜作製用複合基板を加熱して上記単結晶炭化珪素薄膜から珪素原子を昇華させてナノカーボン膜を得ることを特徴とするナノカーボン膜の作製方法。
〔７〕 〔３〕又は〔４〕記載のナノカーボン膜作製用複合基板を加熱して上記単結晶炭化珪素薄膜から珪素原子を昇華させてナノカーボン膜を得ることを特徴とするナノカーボン膜の作製方法。
本発明によれば、厚さ１μｍ以下の単結晶炭化珪素薄膜とハンドル基板との間に所定の材料からなる厚さ１μｍ以下の介在層を設けているので、単結晶炭化珪素薄膜がハンドル基板に密着性よく接合した複合基板を提供できると共に、該複合基板に欠陥の少ないナノカーボン膜を形成することが可能である。また、単結晶炭化珪素膜をハンドル基板に薄膜の状態で転写することにより、高価な単結晶炭化珪素基板を多量に準備する必要がなくなり、低コストでナノカーボン膜を作製可能な複合基板を提供することができる。
本発明に係る複合基板の構成を示す断面図である。 本発明に係る複合基板の製造方法における製造工程の一例を示す概略図であり、（ａ）はイオン注入された単結晶炭化珪素基板の断面図、（ｂ）は単結晶炭化珪素基板のイオン注入面に薄膜を形成した状態を示す断面図、（ｃ）はハンドル基板の一主面に薄膜を形成した状態を示す断面図、（ｄ）は単結晶炭化珪素基板とハンドル基板を貼り合わせた状態を示す断面図、（ｅ）はイオン注入領域で単結晶炭化珪素基板を剥離させた状態を示す断面図、（ｆ）は複合基板の断面図である。 実施例１の結果を示す図である。 実施例２の結果を示す図である。
［複合基板］
以下に、本発明に係る複合基板について説明する。
本発明に係る複合基板１０は、図１に示すように、厚さ１μｍ以下の単結晶炭化珪素薄膜１１と、該単結晶炭化珪素薄膜１１を支持する耐熱温度１１００℃以上の耐熱材料（ただし、単結晶炭化珪素を除く）からなるハンドル基板１２と、上記単結晶炭化珪素薄膜１１とハンドル基板１２との間に設けられた、酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、シリコン及び炭化珪素から選ばれる少なくとも１種の材料、又はＴｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷから選ばれる少なくとも１種の金属材料からなる厚さが１μｍ以下の介在層１３とを備える。
単結晶炭化珪素薄膜１１は、後述するように、バルク状の単結晶炭化珪素、例えば結晶構造が４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣの単結晶炭化珪素基板から薄膜状あるいは層状に剥離させて形成したものであることが好ましい。
また、単結晶炭化珪素薄膜１１は、厚さが１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上１μｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下、更に好ましくは３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の単結晶炭化珪素からなる薄膜である。単結晶炭化珪素薄膜１１の厚さが１μｍ超では、この複合基板１０を加熱してナノカーボン膜を形成した場合にナノカーボン膜に欠陥が多数発生してしまう。また、その厚さが１００ｎｍ未満ではその厚さ分布を均一に形成することが難しく、ナノカーボン膜を形成することが困難となる場合がある。
ハンドル基板１２は、ナノカーボン膜形成時の熱処理温度に耐える材料、即ち耐熱温度１１００℃以上の耐熱材料（ただし、単結晶炭化珪素を除く）からなるものであり、例えば単結晶ではない炭化珪素、即ちアモルファス炭化珪素や多結晶炭化珪素、あるいは石英ガラス、サファイア、結晶性シリコン（単結晶シリコンや多結晶シリコン）、窒化珪素、ダイヤモンド又は窒化アルミニウムからなるものを好ましく用いることができる。その中で、アモルファス炭化珪素、多結晶炭化珪素又は石英ガラスがより好ましく、熱膨張係数が単結晶炭化珪素に近く、ナノカーボン形成時に行なわれる熱処理に対する耐熱性を有するアモルファス炭化珪素や多結晶炭化珪素からなるものが更に好ましい。また、ハンドル基板１２の厚さは、特に限定されないが、通常のＳＥＭＩ規格又はＪＥＩＤＡ規格近傍のものがハンドリングの関係から扱いやすい。
介在層１３は、単結晶炭化珪素薄膜１１とハンドル基板１２との間に設けられて両者を密着性よく接合する層であり、例えば酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、シリコン及び炭化珪素から選ばれる少なくとも１種の材料からなる薄層であり、又はＴｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷから選ばれる少なくとも１種の金属材料からなる薄層である。なお、これらの材料から複数の材料が選ばれた場合には、それらの材料ごとに積層した構造、それらの材料を混合した材料からなる単層構造のいずれでもよい。
また、介在層１３の厚さは、１μｍ以下、好ましくは２ｎｍ以上１μｍ以下、より好ましくは０．０２μｍ以上０．５μｍ以下、更に好ましくは０．０５μｍ以上０．２μｍ以下である。介在層１３の厚さが１μｍ超では、この複合基板１０を加熱してナノカーボン膜を形成した場合にナノカーボン膜に欠陥が多数発生してしまう。また、その厚さが２ｎｍ未満では、単結晶炭化珪素薄膜１１とハンドル基板１２との密着性が不十分となる場合がある。
［ナノカーボン膜の作製方法］
本発明の複合基板１０は、ナノカーボン膜形成用、即ち加熱により単結晶炭化珪素薄膜１１から珪素原子を昇華させてハンドル基板１２に介在層１３を介して支持された単結晶炭化珪素薄膜１１にナノカーボン膜を形成するためのものである。詳しくは、複合基板１０を好ましくは１，１００℃以上、より好ましくは１，２００〜１，４００℃、更に好ましくは１，２５０〜１，３５０℃に加熱することにより単結晶炭化珪素薄膜１１を構成する炭化珪素（ＳｉＣ）から珪素原子（Ｓｉ）を昇華させて、厚さ２０〜１，０００ｎｍ程度のナノカーボン膜を形成することができる。この加熱処理の雰囲気は真空雰囲気（減圧）にすると珪素原子が昇華されやすいので好ましい。また、このときの温度条件も雰囲気や処理枚数等により変化するので適宜最適な温度に設定をする。
昇華後のナノカーボン膜は、その作製条件等により、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブのいずれか又はこれらから選択される２種以上が混在する構造を有するものとなる。用途により適宜選択をすればよい。
複合基板に形成したナノカーボン膜は、各種電子デバイスに適用することが可能であるが、ナノカーボン膜における欠陥は電子デバイスの性能に悪影響を及ぼす。そのため、できるだけその欠陥の少ないことが求められ、例えば１，０００倍の光学顕微鏡で観察した場合の欠陥数として４０００個／ｃｍ2以下であることが好ましい。
本発明の複合基板１０を用いることにより、欠陥の少ないナノカーボン膜を形成することができる。なお、ここでいうナノカーボン膜の欠陥とは、下地の単結晶炭化珪素膜の欠落などの欠陥を伴うナノカーボン膜の部分的欠損であり、ナノカーボン膜表面を光学顕微鏡で観察すると点状の穴（ピット状の穴（ｐｉｔ））として識別可能である。また、ナノカーボン膜において欠陥が少ないとは、ナノカーボン膜表面を１，０００倍の光学顕微鏡で観察した結果として、空孔数が３６００個／ｃｍ2以下、好ましくは３２００個／ｃｍ2以下、より好ましくは３０００個／ｃｍ2以下のものをいう。
なお、複合基板１０における単結晶炭化珪素薄膜１１及び介在層１３の厚さは、反射率分光法により測定した値である。
［複合基板の製造方法］
本発明の複合基板の製造方法について説明する。
本発明に係る複合基板の製造方法は、図２に示すように、単結晶炭化珪素基板への水素イオン注入工程（工程１）、単結晶炭化水素基板のイオン注入面への薄膜形成工程（工程２）、ハンドル基板への薄膜形成工程（工程３）、単結晶炭化珪素基板及び／又はハンドル基板の表面活性化処理工程（工程４）、単結晶炭化珪素基板とハンドル基板との貼り合わせ工程（工程５）、剥離処理工程（工程６）、単結晶炭化珪素薄膜研磨工程（工程７）の順に処理を行うものである。
（工程１：単結晶炭化珪素基板への水素イオン注入工程）
まず、単結晶炭化珪素基板１に水素イオン等を注入してイオン注入領域２を形成する（図２（ａ））。
ここで、ハンドル基板１２に貼り合わせをする単結晶炭化珪素基板１は、結晶構造が４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣのものから選択をすることが好ましい。単結晶炭化珪素基板１及び後述するハンドル基板１２の大きさは、必要なナノカーボン膜の大きさやコスト等から設定をする。また、単結晶炭化珪素基板１の厚さは、ＳＥＭＩ規格又はＪＥＩＤＡ規格の基板厚さ近傍のものがハンドリングの面から好ましい。なお、単結晶炭化珪素基板１として、市販のもの、例えばパワーデバイス向けに市販されている単結晶炭化珪素ウェーハを用いればよく、その表面がＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（ｏｒ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ））処理で仕上げ研磨された、表面が平坦かつ平滑なものを用いることが好ましい。
単結晶炭化珪素基板１へのイオン注入の際、その表面から所望の深さにイオン注入領域２を形成できるような注入エネルギーで、所定の線量の少なくとも水素イオン（Ｈ+）又は水素分子イオン（Ｈ2 +）を注入する。このときの条件として、所望の薄膜の厚さになるようにイオン注入エネルギーを設定すればよい。ＨｅイオンやＢイオン等を同時にインプラしても構わないし、同じ効果が得られるモノであればどのようなイオンを採用しても構わない。
イオン注入深さは、単結晶炭化珪素薄膜の厚さに対応するものである。
単結晶炭化珪素基板１に注入する水素イオン（Ｈ+）のドーズ量は、１．０×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2〜９．０×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ2であることが好ましい。１．０×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2未満であると、界面の脆化が起こらない場合があり、９．０×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ2を超えると、貼り合わせ後の熱処理中に気泡となり転写不良となる場合がある。
注入イオンとして水素分子イオン（Ｈ2 +）を用いる場合、そのドーズ量は５．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2〜４．５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2であることが好ましい。５．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2未満であると、界面の脆化が起こらない場合があり、４．５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2を超えると、貼り合わせ後の熱処理中に気泡となり転写不良となる場合がある。
イオン注入された基板表面からイオン注入領域２までの深さ（即ち、イオン打ち込み深さ）は、ハンドル基板１２上に設ける単結晶炭化珪素薄膜１１の所望の厚さに対応するものであり、１００〜１，０００ｎｍ、好ましくは２００〜８００ｎｍ、より好ましくは３００〜５００ｎｍである。また、イオン注入領域２の厚さ（即ち、イオン分布厚さ）は、機械衝撃等によって容易に剥離できる厚さが良く、好ましくは２００〜４００ｎｍ、更に好ましくは３００ｎｍ程度である。
また、単結晶炭化珪素基板１の表面に、予め５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の酸化珪素膜等の絶縁膜を形成しておき、それを通して水素イオン又は水素分子イオンの注入を行ってもよい。これにより注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られる。
（工程２：単結晶炭化珪素基板のイオン注入面への薄膜形成工程（図２（ｂ）））
本工程では以下の工程２−１、工程２−２のいずれかを行い、単結晶炭化珪素基板１の貼り合わせを行う面に薄膜３ａを形成する。
（工程２−１）
単結晶炭化珪素基板１のイオン注入面に、後に行われる熱処理に対する耐熱性を有し、最終的に形成される単結晶炭化珪素薄膜１１と同じか又は近い熱膨張係数を有する材料からなる薄膜３ａを形成する。薄膜３ａを構成する材料としては、酸化珪素（例えば、ＳｉＯ2）、窒化珪素、窒化アルミニウム、シリコン（例えば、アモルファスシリコン、多結晶シリコン）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（例えば、ジルコニア（ＺｒＯ2））及び炭化珪素（例えば、アモルファス炭化珪素、多結晶炭化珪素）から選ばれる少なくとも１種の材料が挙げられる。これらのうち、酸化ジルコニウム（例えば、ジルコニア（ＺｒＯ2））又は炭化珪素（例えば、アモルファス炭化珪素、多結晶炭化珪素）が好ましい。なお、これらの材料から複数の材料が選ばれた場合には、それらの材料ごとに積層した構造、それらの材料を混合した材料からなる単層構造のいずれでもよい。
この薄膜３ａの形成方法としては、単結晶炭化珪素基板１に密着性よく形成できる成膜方法であればいずれの方法でもよく、例えば酸化珪素の薄膜はＰＥＣＶＤ法により形成し、窒化珪素、窒化アルミニウム、シリコン及び炭化珪素の薄膜はスパッタリング法により形成するとよい。
次いで、薄膜３ａを研磨して、その表面を平滑にする。薄膜３ａの研磨方法は、化学的機械研磨法が好ましく、薄膜３ａの材質によってその条件は異なる。
（工程２−２）
単結晶炭化珪素基板１のイオン注入面に、融点が９５０℃以上の金属材料、例えばＴｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷから選ばれる少なくとも１種の金属材料からなる薄膜３ａを形成する。なお、これらの金属材料から複数の金属材料が選ばれた場合には、それらの金属材料ごとに積層した構造、それらの金属材料の合金材料からなる単層構造のいずれでもよい。例えばこれらのうち、Ｔｉ、Ａｕ及びＺｒから選ばれる少なくとも１種が好ましく、特にＴｉやＺｒの単層、あるいはＴｉ層とＡｕ層の積層、Ｚｒ層とＡｕ層の積層が好ましい。
この薄膜３ａの形成方法としては、単結晶炭化珪素基板１に密着性よく形成できる成膜方法であればいずれの方法でもよく、例えば電子ビーム蒸着法により形成するとよい。
本工程２−２では、上記金属材料の蒸着により薄膜３ａを形成するだけで（即ち、研磨することなく）、その表面は平滑な面となる。
薄膜３ａの膜厚（研磨する場合には研磨後の膜厚）は、ハンドル基板１２上に設ける薄膜３ｂとの合計膜厚（即ち、介在層１３の膜厚）が２ｎｍ以上１μｍ以下となるようにすることが好ましい。即ち、薄膜３ａ、３ｂを同じ膜厚とする場合には、薄膜３ａの膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上０．５μｍ（５００ｎｍ）以下、より好ましくは１０〜２００ｎｍ、更に好ましくは１０〜１００ｎｍ、特に好ましくは１０〜５０ｎｍとする。また、薄膜３ｂを設けない場合には、薄膜３ａの膜厚は、好ましくは２ｎｍ以上１μｍ以下、より好ましくは２０〜４００ｎｍ、更に好ましくは２０〜２００ｎｍ、特に好ましくは２０〜１００ｎｍとする。薄膜３ａ、３ｂの合計膜厚が２ｎｍ未満では膜厚の面内ばらつきにより表面が完全には覆われず、単結晶炭化珪素基板１及びハンドル基板１２との貼り合わせの密着性が悪くなるおそれがある。また、１μｍ超では複合基板１０を加熱してナノカーボン膜を形成した場合にナノカーボン膜に欠陥が多数発生してしまう。
なお、上記工程１，２の順番を入れ替えて、先に単結晶炭化珪素基板１の表面に薄膜３ａを形成し、次いで該薄膜３ａ上から上記イオン注入を行ってもよい。
（工程３：ハンドル基板への薄膜形成工程（図２（ｃ））
本工程で用いるハンドル基板１２は、上述した複合基板１０を構成するハンドル基板と同じである。
ハンドル基板１２の少なくとも単結晶炭化珪素基板１と貼り合わせをする表面に、後に行われる熱処理に対する耐熱性を有し、単結晶炭化珪素薄膜１１と同じか又は近い熱膨張係数を有する材料からなる薄膜３ｂを形成してその表面の平滑化を図る。ここでは、上記工程２−１又は工程２−２と同様の処理を行う。
即ち、工程２−１に対応する処理としては、次のように行う。
まず、ハンドル基板１２における単結晶炭化珪素基板１との貼り合わせ面に、酸化珪素（例えば、ＳｉＯ2）、窒化珪素、窒化アルミニウム、シリコン（例えば、アモルファスシリコン、多結晶シリコン）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（例えば、ジルコニア（ＺｒＯ2））及び炭化珪素（例えば、アモルファス炭化珪素、多結晶炭化珪素）から選ばれる少なくとも１種の材料からなる薄膜３ｂを形成する。これらのうち、酸化ジルコニウム（例えば、ジルコニア（ＺｒＯ2））又は炭化珪素（例えば、アモルファス炭化珪素、多結晶炭化珪素）が好ましい。なお、これらの材料から複数の材料が選ばれた場合には、それらの材料ごとに積層した構造、それらの材料を混合した材料からなる単層構造のいずれでもよい。
この薄膜３ｂの形成方法としては、ハンドル基板１２に密着性よく形成できる成膜方法であればいずれの方法でもよく、例えば酸化珪素の薄膜はＰＥＣＶＤ法又は熱酸化法により形成し、窒化珪素、窒化アルミニウム、シリコン、アルミナ、酸化ジルコニウム及び炭化珪素の薄膜はスパッタリング法により形成するとよい。
次いで、薄膜３ｂを研磨して、その表面を平滑にする。薄膜３ｂの研磨方法は、化学的機械研磨法が好ましく、薄膜３ｂの材質によってその条件は異なる。
また、工程２−２に対応する処理としては、次のように行う。
ハンドル基板１２の単結晶炭化珪素基板１との貼り合わせ面（主面）に、融点が９５０℃以上の金属材料、例えばＴｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷから選ばれる少なくとも１種の金属材料からなる薄膜３ｂを形成する。なお、これらの金属材料から複数の金属材料が選ばれた場合には、それらの金属材料ごとに積層した構造、それらの金属材料の合金材料からなる単層構造のいずれでもよい。例えばこれらのうち、Ｔｉ、Ａｕ及びＺｒから選ばれる少なくとも１種が好ましく、特にＴｉやＺｒの単層、あるいはＴｉ層とＡｕ層の積層、Ｚｒ層とＡｕ層の積層が好ましい。
この薄膜３ｂの形成方法としては、ハンドル基板１２に密着性よく形成できる成膜方法であればいずれの方法でもよく、例えば電子ビーム蒸着法により形成するとよい。
この処理では、上記金属材料の蒸着により薄膜３ｂを形成するだけで（即ち、研磨することなく）、その表面は平滑になる。
薄膜３ｂの膜厚（研磨する場合には研磨後の膜厚）は、単結晶炭化珪素基板１上に設ける薄膜３ａとの合計膜厚（即ち、介在層１３の膜厚）が２ｎｍ以上１μｍ以下となるようにすることが好ましい。即ち、薄膜３ａ、３ｂを同じ膜厚とする場合には、薄膜３ｂの膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上０．５μｍ（５００ｎｍ）以下、より好ましくは１０〜２００ｎｍ、更に好ましくは１０〜１００ｎｍ、特に好ましくは１０〜５０ｎｍとする。また、薄膜３ａを設けない場合には、薄膜３ｂの膜厚は、好ましくは２ｎｍ以上１μｍ以下、より好ましくは２０〜４００ｎｍ、更に好ましくは２０〜２００ｎｍ、特に好ましくは２０〜１００ｎｍとする。薄膜３ａ、３ｂの合計膜厚が２ｎｍ未満では膜厚の面内ばらつきにより表面が完全には覆われず、単結晶炭化珪素基板１及びハンドル基板１２との貼り合わせの密着性が悪くなるおそれがある。また、１μｍ超では複合基板１０を加熱してナノカーボン膜を形成した場合にナノカーボン膜に欠陥が多数発生してしまう。
なお、薄膜３ｂを構成する材料は、上記薄膜３ａの構成材料と同じものとすると、貼り合わせの密着性が改善され好ましい。また、介在層１３となる薄膜形成工程として、工程２を省略し、工程３のみを行ってもよいし、工程３を省略し、工程２のみを行ってもよい。
（工程４：単結晶炭化珪素基板及び／又はハンドル基板の表面活性化処理工程）
次に、単結晶炭化珪素基板１とハンドル基板１２の貼り合わせをする表面、即ち薄膜３ａ、３ｂ表面、あるいは単結晶炭化珪素基板１のイオン注入面、ハンドル基板１２表面について、表面活性化処理としてプラズマ活性化処理、真空イオンビーム処理又はオゾン水への浸漬処理を行う。
このうち、プラズマ活性化処理をする場合、真空チャンバ中に上記工程３までの処理が終了した単結晶炭化珪素基板１及び／又はハンドル基板１２を載置し、プラズマ用ガスを減圧下で導入した後、１００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜１０秒程度さらし、表面をプラズマ活性化処理する。プラズマ用ガスとしては、酸素ガス、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、又はこれらの混合ガスあるいは水素ガスとヘリウムガスの混合ガスを用いることができる。
真空イオンビーム処理は、高真空のチャンバ内に単結晶炭化珪素基板１及び／又はハンドル基板１２を載置し、Ａｒ等のイオンビームを貼り合わせをする表面に照射して活性化処理を行う。
オゾン水への浸漬処理は、オゾンガスを溶解させたオゾン水に単結晶炭化珪素基板１及び／又はハンドル基板１２を浸漬し、その表面を活性化処理をする。
上記した表面活性化処理は、単結晶炭化珪素基板１のみ又はハンドル基板１２のみに行ってもよいが、単結晶炭化珪素基板１及びハンドル基板１２の両方について行うのがより好ましい。
また、表面活性化処理は上記方法のいずれか一つでもよいし、組み合わせた処理を行っても構わない。更に、単結晶炭化珪素基板１、ハンドル基板１２の表面活性化処理を行う面は、貼り合わせを行う面、即ち薄膜３ａ、３ｂ表面であることが好ましい。
（工程５：単結晶炭化珪素基板とハンドル基板との貼り合わせ工程）
次に、この単結晶炭化珪素基板１及びハンドル基板１２の表面活性化処理をした表面（薄膜３ａ、３ｂ表面、あるいは単結晶炭化珪素基板１のイオン注入面、ハンドル基板１２表面）を接合面として貼り合わせる（図２（ｄ））。
次いで、単結晶炭化珪素基板１とハンドル基板１２と貼り合わせた後に、好ましくは１５０〜３５０℃、より好ましくは１５０〜２５０℃の熱処理を行い、貼り合わせ界面、例えば薄膜３ａ、３ｂの貼り合わせ面の結合強度を向上させる。このとき、単結晶炭化珪素基板１とハンドル基板１２との間の熱膨張率差により基板の反りが発生するが、それぞれの材質に適した温度を採用して反りを抑制するとよい。熱処理時間としては、温度にもある程度依存するが、２時間〜２４時間が好ましい。
これにより、薄膜３ａと薄膜３ｂとは密着して一つの層、介在層１３となる（あるいは、薄膜３ｂを設けない場合には薄膜３ａが介在層１３となり、薄膜３ａを設けない場合には薄膜３ｂが介在層１３となる）と共に、単結晶炭化珪素基板１とハンドル基板１２とが介在層１３を介して強固に密着した貼り合わせ基板５となる。
（工程６：剥離処理工程）
単結晶炭化珪素基板１とハンドル基板１２とを貼り合わせ、貼り合わせ強度を向上させた後、イオン注入した部分に熱的エネルギー又は機械的エネルギーを付与して、イオン注入領域２で単結晶炭化珪素基板１ａを剥離させ、ハンドル基板１２上に単結晶炭化珪素薄膜１ｂを有する複合基板１０を作製する（図２（ｅ））。
剥離方法としては、例えば貼り合わせ基板５を高温に加熱して、この熱によってイオン注入領域２においてイオン注入した成分の微小なバブル体を発生させることにより剥離を生じさせて単結晶炭化珪素基板１ａを分離する熱剥離法を適用することができる。あるいは、熱剥離が生じない程度の低温熱処理（例えば、５００〜９００℃、好ましくは５００〜７００℃）を施しつつ、イオン注入領域２の一端に物理的な衝撃を加えて機械的に剥離を発生させて単結晶炭化珪素基板１ａを分離する機械剥離法を適用することができる。機械剥離法は単結晶炭化珪素薄膜転写後の転写表面の粗さが熱剥離法よりも比較的小さいため、より好ましい。
なお、剥離処理後に、複合基板１０を加熱温度７００〜１，０００℃であって剥離処理時よりも高い温度、加熱時間１〜２４時間の条件で加熱して、単結晶炭化珪素薄膜１ｂとハンドル基板１２との密着性を改善する熱処理を行ってもよい。
このとき、薄膜３ａと薄膜３ｂとは強固に密着し、更に薄膜３ａは単結晶炭化珪素基板１と強固に密着し、薄膜３ｂはハンドル基板１２と強固に密着しているため、イオン注入領域２における剥離部分以外の部分での剥離は発生しない。また、薄膜３ｂを設けない場合には、薄膜３ａは単結晶炭化珪素基板１及びハンドル基板１２と強固に密着しているため、イオン注入領域２における剥離部分以外の部分での剥離は発生しない。また、薄膜３ａを設けない場合には、薄膜３ｂは単結晶炭化珪素基板１及びハンドル基板１２と強固に密着しているため、イオン注入領域２における剥離部分以外の部分での剥離は発生しない。
剥離した後の単結晶炭化珪素基板１ａは、表面を再度研磨や洗浄等を施すことにより再度当該複合基板の製造方法における貼り合わせ用の基板として再利用することが可能となる。
（工程７：単結晶炭化珪素薄膜研磨工程）
ハンドル基板１２上の単結晶炭化珪素薄膜１ｂ表面を鏡面仕上げする（図２（ｆ））。具体的には、単結晶炭化珪素薄膜１ｂに化学機械研磨（ＣＭＰ研磨）を施してその表面に残っているイオン注入領域を除去し鏡面の単結晶炭化珪素薄膜１１に仕上げる。ここではシリコンウェハの平坦化等に用いられる従来公知のＣＭＰ研磨でよい。
以上の工程により、本発明の複合基板１０が得られる。
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
なお、単結晶炭化珪素薄膜及び介在層の厚さは、反射率分光法により測定した。
［実施例１］
単結晶炭化珪素基板１として、市販品の直径３インチの単結晶炭化珪素ウェーハ（ポリタイプ４Ｈ、厚さ４００μｍ）を用意し、これに１００ＫｅＶ，ドーズ量８．８×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2で水素イオン（Ｈ+）を注入した。
次に、ハンドル基板１２として、直径３インチのアモルファス炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）を用意し、その主面に薄膜３ｂ（介在層１３）としてＰＥＣＶＤ法によっての酸化珪素（ＳｉＯ2）薄膜をその厚さを変化させて形成した後、この薄膜をＣＭＰ処理により研磨した。研磨後の酸化珪素薄膜の厚さは、０．０２、０．１、０．５、０．８、０．９、１．０、１．２、１．５、２．０μｍの９水準とした。
次いで、単結晶炭化珪素基板のイオン注入した表面及びハンドル基板の薄膜形成面にプラズマ活性化表面処理を施した後、両者を貼り合わせて接合体を得た。
次いで、この接合体を５００℃に加熱し、イオン注入領域の一端に機械的衝撃を付与して、このイオン注入領域で剥離させて、アモルファス炭化珪素ウェーハに酸化珪素薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された９枚の複合基板を得た。このときの単結晶炭化珪素薄膜の厚さをいずれも０．９５μｍとした。
得られた複合基板を不活性ガス雰囲気下で１，４２０℃に加熱して、単結晶炭化珪素薄膜のグラフェン化を行った。
グラフェン膜形成後にそのグラフェン膜表面を１，０００倍の光学顕微鏡で観察して欠陥数としてピット状の穴の数を目視で計測した。その結果を表１及び図３に示す。介在層の厚さが１μｍ以下では欠陥数が３０００個／ｃｍ2前後であったが、１μｍを超えると欠陥数が４０００個／ｃｍ2超に増加した。
Figure 0006369566
［実施例２］
単結晶炭化珪素基板１として、市販品の直径３インチの単結晶炭化珪素ウェーハ（ポリタイプ４Ｈ、厚さ４００μｍ）を用意し、これに１００ＫｅＶ，ドーズ量８．８×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2で水素イオン（Ｈ+）を注入した。
次いで、この単結晶炭化珪素基板１のイオン注入面に薄膜３ａとして電子ビーム蒸着法によってチタン（Ｔｉ）薄膜と厚さ１０ｎｍの金（Ａｕ）薄膜を形成した。なお、チタン薄膜の厚さを０、４０、２４０、３９０、４４０、４９０、５９０、７４０、９９０ｎｍの９水準に変化させた。
次に、ハンドル基板１２として、直径３インチの多結晶炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）を用意し、その主面に薄膜３ｂとして電子ビーム蒸着法によってチタン（Ｔｉ）薄膜と厚さ１０ｎｍの金（Ａｕ）薄膜を形成した。なお、チタン薄膜の厚さを上記薄膜３ａにおけるチタン薄膜の厚さと同じとした。その結果、貼り合わせ後の薄膜３ａ、３ｂの合計膜厚（介在層１３の厚さ）は、０．０２、０．１、０．５、０．８、０．９、１．０、１．２、１．５、２．０μｍの９水準となる。
次いで、単結晶炭化珪素基板の薄膜形成面及びハンドル基板の薄膜形成面にプラズマ活性化表面処理を施した後、両者を貼り合わせて接合体を得た。
次いで、この接合体を５００℃に加熱し、イオン注入領域の一端に機械的衝撃を付与して、このイオン注入領域で剥離させて、アモルファス炭化珪素ウェーハに介在層（Ａｕ／Ａｕの２層構造又はＴｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ｔｉの４層構造の薄膜）を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された９枚の複合基板を得た。このときの単結晶炭化珪素薄膜の厚さをいずれも０．９５μｍとした。
得られた複合基板を不活性ガス雰囲気下で１，４２０℃に加熱して、単結晶炭化珪素薄膜のグラフェン化を行った。
グラフェン膜形成後にそのグラフェン膜表面を１，０００倍の光学顕微鏡で観察して欠陥数としてピット状の穴の数を目視で計測した。その結果を表２及び図４に示す。介在層の厚さが１μｍ以下では欠陥数が３３００〜３５００個／ｃｍ2程度であったが、１μｍを超えると欠陥数が４０００個／ｃｍ2超に増加した。
Figure 0006369566
［比較例１］
実施例２において、薄膜３ａ、３ｂそれぞれのチタン薄膜の厚さを８０ｎｍとし、更に単結晶炭化珪素薄膜１１の厚さを１．０４μｍとし、それ以外は実施例２と同様にして複合基板を作製した。
得られた複合基板を不活性ガス雰囲気下で１，４２０℃に加熱して、単結晶炭化珪素薄膜のグラフェン化を行った。
グラフェン膜形成後にそのグラフェン膜表面を１，０００倍の光学顕微鏡で観察して欠陥数としてピット状の穴の数を目視で計測したところ、４５２０個／ｃｍ2であった。
［実施例３］
本発明の複合基板の製造方法において、単結晶炭化珪素基板１、ハンドル基板１２それぞれに６種類の薄膜３ａ、３ｂを形成して、複合基板を以下のように作製した。
（実施例３−１）
単結晶炭化珪素基板１として、市販品の直径３インチの単結晶炭化珪素ウェーハ（ポリタイプ４Ｈ、厚さ４００μｍ）を用意し、これに１００ＫｅＶ，ドーズ量８．８×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2で水素イオン（Ｈ+）を注入した。
次いで、この単結晶炭化珪素基板１のイオン注入面に薄膜３ａとしてＰＥＣＶＤ法によって厚さ１００ｎｍの酸化珪素（ＳｉＯ2）薄膜を形成した後、この薄膜をＣＭＰ処理により研磨した。
次に、ハンドル基板１２として、直径３インチの多結晶炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）を用意し、その主面に薄膜３ｂとしてＰＥＣＶＤ法によって厚さ１００ｎｍの酸化珪素（ＳｉＯ2）薄膜を形成した後、この薄膜をＣＭＰ処理により研磨した。
次いで、単結晶炭化珪素基板の薄膜形成面及びハンドル基板の薄膜形成面にプラズマ活性化表面処理を施した後、両者を貼り合わせて接合体を得た。
次いで、この接合体についてイオン注入領域にて機械剥離を起こし、多結晶炭化珪素ウェーハに酸化珪素薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜（厚さ０．６５μｍ）が転写された複合基板を得た。
得られた複合基板について５００℃の熱処理を施した後、粘着テープ（商品名：カプトンテープ、デュポン（株）製）を単結晶炭化珪素薄膜に貼った後に引き剥し、該単結晶炭化珪素薄膜の剥離の有無を確認するピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３０８０個／ｃｍ2であった。
（実施例３−２）
実施例３−１において、薄膜３ａ、３ｂとして、それぞれスパッタリング法によって厚さ１００ｎｍの窒化珪素（ＳｉＮ）薄膜を形成した後、この薄膜をＣＭＰ処理により研磨して仕上げるようにし、それ以外は実施例３−１と同様にして複合基板を作製した。
その結果、多結晶炭化珪素ウェーハに窒化珪素薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３４８０個／ｃｍ2であった。
（実施例３−３）
実施例３−１において、薄膜３ａ、３ｂとして、それぞれスパッタリング法によって厚さ１００ｎｍのアモルファス炭化珪素（ＳｉＣ）薄膜を形成した後、この薄膜をＣＭＰ処理により研磨して仕上げるようにし、それ以外は実施例３−１と同様にして複合基板を作製した。
その結果、多結晶炭化珪素ウェーハに炭化珪素薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３３２０個／ｃｍ2であった。
（実施例３−４）
実施例３−１において、薄膜３ａ、３ｂとして、それぞれスパッタリング法によって厚さ１００ｎｍのアモルファスシリコン（Ｓｉ）薄膜を形成した後、この薄膜をＣＭＰ処理により研磨して仕上げるようにし、それ以外は実施例３−１と同様にして複合基板を作製した。
その結果、多結晶炭化珪素ウェーハにシリコン薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３２９０個／ｃｍ2であった。
（実施例３−５）
実施例３−１において、薄膜３ａ、３ｂとして、それぞれ電子ビーム蒸着法によって厚さ２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）薄膜を形成した後、ＣＭＰ処理することなくそのままとし、それ以外は実施例３−１と同様にして複合基板を作製した。
その結果、多結晶炭化珪素ウェーハにチタン薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３３１０個／ｃｍ2であった。
（実施例３−６）
実施例３−１において、薄膜３ａ、３ｂとして、それぞれ電子ビーム蒸着法によって厚さ２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）薄膜と厚さ２０ｎｍの金（Ａｕ）薄膜を形成した後、ＣＭＰ処理することなくそのままとし、それ以外は実施例３−１と同様にして複合基板を作製した。
その結果、多結晶炭化珪素ウェーハにチタン薄膜と金薄膜の積層薄膜（Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ｔｉの４層構造の薄膜）を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、２２９０個／ｃｍ2であった。
［実施例４］
実施例３において、ハンドル基板１２を直径３インチのアモルファス炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３と同様にして複合基板を作製した。また、介在層の材料として酸化ジルコニウム（ジルコニア、ＺｒＯ2）の実施例を追加した。詳しくは以下の通りである。
（実施例４−１）
実施例３−１において、ハンドル基板１２を直径３インチのアモルファス炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−１と同様にして複合基板を作製した。
その結果、アモルファス炭化珪素ウェーハに酸化珪素薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３４７０個／ｃｍ2であった。
（実施例４−２）
実施例３−２において、ハンドル基板１２を直径３インチのアモルファス炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−２と同様にして複合基板を作製した。
その結果、アモルファス炭化珪素ウェーハに窒化珪素薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３２２０個／ｃｍ2であった。
（実施例４−３）
実施例３−３において、ハンドル基板１２を直径３インチのアモルファス炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−３と同様にして複合基板を作製した。
その結果、アモルファス炭化珪素ウェーハに炭化珪素薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３４００個／ｃｍ2であった。
（実施例４−４）
実施例３−４において、ハンドル基板１２を直径３インチのアモルファス炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−４と同様にして複合基板を作製した。
その結果、アモルファス炭化珪素ウェーハにシリコン薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３３６０個／ｃｍ2であった。
（実施例４−５）
実施例３−５において、ハンドル基板１２を直径３インチのアモルファス炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−５と同様にして複合基板を作製した。
その結果、アモルファス炭化珪素ウェーハにチタン薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３３１０個／ｃｍ2であった。
（実施例４−６）
実施例３−６において、ハンドル基板１２を直径３インチのアモルファス炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−６と同様にして複合基板を作製した。
その結果、アモルファス炭化珪素ウェーハにチタン薄膜と金薄膜の積層薄膜（Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ｔｉの４層構造の薄膜）を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３０２０個／ｃｍ2であった。
（実施例４−７）
実施例４−１において、薄膜３ａ、３ｂとして、それぞれスパッタリング法によって厚さ１００ｎｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）薄膜を形成した後、この薄膜をＣＭＰ処理により研磨して仕上げるようにし、それ以外は実施例４−１と同様にして複合基板を作製した。
その結果、アモルファス炭化珪素ウェーハに酸化ジルコニウム薄膜を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３５３０個／ｃｍ2であった。
［実施例５］
実施例３−６において、４種類のハンドル基板１２を用い、それ以外は実施例３−６と同様にして複合基板を作製した。詳しくは以下の通りである。
（実施例５−１）
実施例３−６において、ハンドル基板１２を直径３インチの単結晶シリコンウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−６と同様にして複合基板を作製した。
その結果、単結晶シリコンウェーハにチタン薄膜と金薄膜の積層薄膜（Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ｔｉの４層構造の薄膜）を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３２１０個／ｃｍ2であった。
（実施例５−２）
実施例３−６において、ハンドル基板１２を直径３インチの多結晶酸化アルミニウム（アルミナ）ウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−６と同様にして複合基板を作製した。
その結果、多結晶酸化アルミニウムウェーハにチタン薄膜と金薄膜の積層薄膜（Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ｔｉの４層構造の薄膜）を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３４４０個／ｃｍ2であった。
（実施例５−３）
実施例３−６において、ハンドル基板１２を直径３インチの多結晶窒化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−６と同様にして複合基板を作製した。
その結果、多結晶窒化珪素ウェーハにチタン薄膜と金薄膜の積層薄膜（Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ｔｉの４層構造の薄膜）を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３３３０個／ｃｍ2であった。
（実施例５−４）
実施例３−６において、ハンドル基板１２を直径３インチの多結晶窒化アルミニウムウェーハ（厚さ４００μｍ）とし、それ以外は実施例３−６と同様にして複合基板を作製した。
その結果、多結晶窒化アルミニウムウェーハにチタン薄膜と金薄膜の積層薄膜（Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ｔｉの４層構造の薄膜）を介して単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の剥離は認められず、介在層を介しての密着性は良好であった。
次いで、実施例２と同様にグラフェン化を行い、グラフェン膜における欠陥数を測定したところ、３４９０個／ｃｍ2であった。
［比較例２］
単結晶炭化珪素基板１として、市販品の直径３インチの単結晶炭化珪素ウェーハ（ポリタイプ４Ｈ、厚さ４００μｍ）を用意し、これに１００ＫｅＶ，ドーズ量８．８×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2で水素イオン（Ｈ+）を注入した。この単結晶炭化珪素ウェーハのイオン注入面をＣＭＰ処理で研磨した。その表面粗さＲＭＳは０．９５ｎｍであった。
なお、表面粗さＲＭＳは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によりその基板の表面を測定して求めた。測定条件は、測定領域１０μｍ×１０μｍとした。
次に、ハンドル基板１２として、直径３インチの多結晶炭化珪素ウェーハ（厚さ４００μｍ）を用意した。この多結晶炭化珪素ウェーハ表面をＣＭＰ処理で研磨し、その表面粗さＲＭＳが１．０５ｎｍであった。
次いで、単結晶炭化珪素基板のイオン注入した表面及びハンドル基板の貼り合わせ予定面にプラズマ活性化表面処理を施した後、両者を貼り合わせて接合体を得た。
次いで、この接合体についてイオン注入領域にて機械剥離を起こし、多結晶炭化珪素ウェーハに単結晶炭化珪素薄膜が転写された複合基板を得た。
得られた複合基板について、実施例３−１と同様のピールテストを行ったところ、単結晶炭化珪素薄膜の一部に剥離が発生した。介在層を介していない貼り合わせでは単結晶炭化珪素薄膜とハンドル基板との間で十分な接合強度が得られないことが判明した。
なお、これまで本発明を実施形態をもって説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
１、１ａ 単結晶炭化珪素基板
１ｂ、１１ 単結晶炭化珪素薄膜
２ イオン注入領域
３ａ、３ｂ 薄膜
５ 貼り合わせ基板
１０ 複合基板
１２ ハンドル基板
１３ 介在層

Claims (7)

  1. 厚さ１μｍ以下の単結晶炭化珪素薄膜と、該単結晶炭化珪素薄膜を支持するアモルファス炭化珪素、多結晶炭化珪素、石英ガラス、サファイア、窒化珪素、窒化アルミニウム、シリコン又はダイヤモンドからなるハンドル基板と、上記単結晶炭化珪素薄膜とハンドル基板との間に設けられた、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷから選ばれる少なくとも１種の金属材料からなる厚さが２ｎｍ以上１μｍ以下の介在層とを備えるナノカーボン膜作製用複合基板。
  2. 上記介在層は、上記金属材料が複数選ばれた場合にはそれらの金属材料ごとに積層した構造又はそれらの金属材料の合金からなる単層構造を有することを特徴とする請求項１記載のナノカーボン膜作製用複合基板。
  3. 厚さ１μｍ以下の単結晶炭化珪素薄膜と、該単結晶炭化珪素薄膜を支持するアモルファス炭化珪素、多結晶炭化珪素又は石英ガラスからなるハンドル基板と、上記単結晶炭化珪素薄膜とハンドル基板との間に設けられた、酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、シリコン及び炭化珪素から選ばれる少なくとも１種の材料からなる厚さが２ｎｍ以上１μｍ以下の介在層とを備えるナノカーボン膜作製用複合基板。
  4. 上記介在層は、酸化珪素、窒化珪素、酸化ジルコニウム、アモルファスシリコン又はアモルファス炭化珪素からなることを特徴とする請求項３記載のナノカーボン膜作製用複合基板。
  5. 上記単結晶炭化珪素薄膜は、単結晶炭化珪素基板からその一部を剥離させて形成したものである請求項１〜４のいずれか１項に記載のナノカーボン膜作製用複合基板。
  6. 請求項１又は２記載のナノカーボン膜作製用複合基板を加熱して上記単結晶炭化珪素薄膜から珪素原子を昇華させてナノカーボン膜を得ることを特徴とするナノカーボン膜の作製方法。
  7. 請求項３又は４記載のナノカーボン膜作製用複合基板を加熱して上記単結晶炭化珪素薄膜から珪素原子を昇華させてナノカーボン膜を得ることを特徴とするナノカーボン膜の作製方法。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3079532B1 (fr) * 2018-03-28 2022-03-25 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d'une couche monocristalline de materiau ain et substrat pour croissance par epitaxie d'une couche monocristalline de materiau ain
WO2020195196A1 (ja) * 2019-03-27 2020-10-01 日本碍子株式会社 ＳｉＣ複合基板及び半導体デバイス用複合基板
FR3099637B1 (fr) 2019-08-01 2021-07-09 Soitec Silicon On Insulator procédé de fabrication d’unE structure composite comprenant une couche mince en Sic monocristallin sur un substrat support en sic polycristallin
TWI783497B (zh) * 2021-05-25 2022-11-11 鴻創應用科技有限公司 碳化矽複合晶圓及其製造方法
WO2023176648A1 (ja) * 2022-03-15 2023-09-21 Ａｇｃ株式会社 複合基板、積層体、複合基板の製造方法、積層体の製造方法
CN114864529B (zh) * 2022-05-18 2024-07-19 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 一种碳化硅复合基板及其制造方法与应用

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63303896A (ja) * 1987-05-30 1988-12-12 Sharp Corp 炭化珪素単結晶膜の製造方法
JPH0784647B2 (ja) * 1988-09-15 1995-09-13 日本電装株式会社 ニッケル膜およびそれを形成するスパッタリング方法
JPH0624221B2 (ja) * 1991-10-03 1994-03-30 鐘淵化学工業株式会社 高熱伝導性絶縁基板およびその製法
JP4197779B2 (ja) 1998-10-12 2008-12-17 晃 雉鼻 湿式排ガス処理装置
JP2000177046A (ja) * 1998-12-15 2000-06-27 Tdk Corp ダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材
JP4370862B2 (ja) * 2003-09-10 2009-11-25 信越半導体株式会社 積層基板の洗浄方法および基板の貼り合わせ方法
JP4353369B2 (ja) * 2004-06-07 2009-10-28 コバレントマテリアル株式会社 ＳｉＣ半導体及びその製造方法
JP5167479B2 (ja) 2006-06-13 2013-03-21 国立大学法人北海道大学 グラフェン集積回路の製造方法
JP4172806B2 (ja) * 2006-09-06 2008-10-29 三菱重工業株式会社 常温接合方法及び常温接合装置
JP5303957B2 (ja) 2008-02-20 2013-10-02 株式会社デンソー グラフェン基板及びその製造方法
JP2011086660A (ja) * 2009-10-13 2011-04-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板
JP2012004494A (ja) * 2010-06-21 2012-01-05 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素基板の製造方法および製造装置
KR20120052160A (ko) * 2010-11-15 2012-05-23 엔지케이 인슐레이터 엘티디 복합 기판 및 복합 기판의 제조 방법
JP2012153576A (ja) * 2011-01-27 2012-08-16 Covalent Materials Corp ２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法
US8642996B2 (en) * 2011-04-18 2014-02-04 International Business Machines Corporation Graphene nanoribbons and carbon nanotubes fabricated from SiC fins or nanowire templates
WO2014061337A1 (ja) * 2012-10-15 2014-04-24 信越化学工業株式会社 ナノカーボン膜の作製方法及びナノカーボン膜
US9613849B2 (en) 2012-11-22 2017-04-04 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Composite substrate manufacturing method, and composite substrate
CN107004573A (zh) * 2014-12-05 2017-08-01 信越化学工业株式会社 复合基板的制造方法和复合基板

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