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公開番号2024102694
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-31
出願番号2023006762
出願日2023-01-19
発明の名称3C-SiC単結晶エピタキシャル基板の製造方法、3C-SiC自立基板の製造方法、及び3C-SiC単結晶エピタキシャル基板
出願人信越半導体株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C30B 29/36 20060101AFI20240724BHJP(結晶成長)
要約【課題】
簡易な製造プロセスによって、大口径3C-SiC自立基板を得ることが可能な3C-SiC単結晶エピタキシャル基板の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
単結晶シリコン基板3を水素雰囲気下でアニールする水素ベイク工程と、水素ベイク工程後の単結晶シリコン基板3の表面に炭化処理を行いSiCの核を生成し、さらに生成した核を起点に3C-SiC単結晶膜5をエピタキシャル成長させて3C-SiC単結晶エピタキシャル基板1を得るエピタキシャル工程と、3C-SiC単結晶エピタキシャル基板1を、炭素を含むガス雰囲気下でSiの融点未満の温度に加熱して単結晶シリコン基板3中のSiを3C-SiC単結晶膜5との界面まで固体拡散させ、界面に到達したCとの固相反応でSiCを成長させることで、Siが拡散した跡に生じる空孔層7を界面に形成する拡散工程を含む3C-SiC単結晶エピタキシャル基板1の製造方法。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
単結晶シリコン基板を水素雰囲気下でアニールすることで前記単結晶シリコン基板の表面の自然酸化膜を除去する水素ベイク工程と、
前記水素ベイク工程後の前記単結晶シリコン基板の表面に炭化処理を行いＳｉＣの核を生成し、さらに生成した核を起点に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させて３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を得るエピタキシャル工程と、
前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を、炭素を含むガス雰囲気下でＳｉの融点未満の温度に加熱して前記単結晶シリコン基板中のＳｉを前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜と前記単結晶シリコン基板との界面まで固体拡散させ、該拡散させたＳｉと前記界面に到達したＣとの固相反応で、さらにＳｉＣを成長させることで、Ｓｉが拡散した跡に生じる空孔を有する空孔層を前記単結晶シリコン基板における前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との前記界面に形成する拡散工程と、
を含むことを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法。
続きを表示（約 470 文字）【請求項２】
前記エピタキシャル工程及び前記拡散工程を、１３３．３２２Ｐａ以上、１３３３２．２Ｐａ以下の圧力範囲で行うことを特徴とする請求項１に記載の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法で製造された前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を冷却することで、前記空孔層で前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板を剥離し、前記単結晶シリコン基板から前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜を分離して３Ｃ－ＳｉＣ自立基板とする分離工程を含むことを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法。
【請求項４】
単結晶シリコン基板と、
前記単結晶シリコン基板上に設けられたエピタキシャル構造の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜と、
を備え、
前記単結晶シリコン基板は、
Ｓｉが欠落して生じた空孔の集合を含む空孔層を前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜との界面に有することを特徴とする３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板の製造方法、３Ｃ－ＳｉＣ自立基板の製造方法、及び３Ｃ－ＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣは、２．２～３．３ｅＶという広いバンドギャップを有することから高い絶縁破壊強度を有し、また熱伝導率も大きいためパワーデバイスや高周波用デバイスなどの各種半導体デバイス用の半導体材料として期待されている材料である。またＳｉＣは結晶構造が異なる３Ｃ、４Ｈ、６Ｈなどが知られているが、３Ｃは立方晶であり、デバイスでは方位依存性がなく有望な材料として知られている。
【０００３】
このような背景から、３Ｃ－ＳｉＣ成長は古くから研究されており、バルク成長（非特許文献１および２）やヘテロエピタキシャル成長（非特許文献３：初期のヘテロエピタキシャル成長、特許文献１から５には、最近のシリコン基板上へのヘテロエピタキシャル成長について）が知られている。
【０００４】
これらの先行研究・特許をまとめると、（１）バルク成長は高温が必要（＞１５００℃）であり、デバイスに適応するような大口径化は非常に難しい、（２）一方、エピタキシャル成長では、４Ｈや６Ｈのような高温（＞１５００℃）を必要とせず、およそ１１００℃の温度で成長が可能なことから、シリコン基板への成長も可能であり、大口径化という意味では有利である。
【０００５】
これらのことから、単結晶シリコン基板上に３Ｃ－ＳｉＣをヘテロエピタキシャル成長し３Ｃ－ＳｉＣエピタキシャル膜だけを残すことが研究されている（非特許文献４）。この方法では、Ｓｉ（１１１）基板上におよそ１００μｍの３Ｃ－ＳｉＣを成長したあとに、フッ硝酸でＳｉを除去することで、２インチの３Ｃ－ＳｉＣ自立基板を作製している。この方法は、成長後にエッチング工程を追加する必要がある。
【０００６】
また、Ｓｉのように融点の低い基板上にＳｉＣのような融点の高い膜を成長させたのちに、融点の低い基板を高温で溶解させる方法が特許文献６および７にて開示されている。
【０００７】
また３Ｃ－ＳｉＣの成長については、特許文献８に記載のある通り、ＳｉＣ結晶成長表面において、Ｓｉ原子がＣ原子に対し過剰となるように保ちながら成長することで低温での成長も可能であることが開示されている。この場合のＳｉとＣの供給源については一般的にはガスを用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特表２０１８－５２２４１２号公報
特開２０２１－２０８１９号公報
特開２００６－２５３６１７号公報
特開２００８－１８４３６１号公報
特開２０１７－３９６２２号公報
米国特許出願公開第２０１３／１５７４４８号明細書
米国特許出願公開第２０１６／３０７８００号明細書
特開平１１－１６２８５０号公報
【非特許文献】
【０００９】
H. Nagasawa, K. Yagi and T. Kawahara," 3C-SiC hetero-epitaxial growth on undulant Si(001) substrate", Journal of Crystal Growth,239 (2002), p1244.
D. Chaussende, F. Mercier, A. Boulle, F. Conchon, M.Soueidan, G. Ferro, A. Mantzari, A. Andreadou, E. K.Polychroniadis, C. Balloud, S. Juillaguet, J. Camassel and M.Pons, " Prospects for 3C-SiC bulk crystal growth" Journal of Crystal Growth, 310 (2008), p976.
T. Ujihara, R. Maekawa, R. Tanaka, K. Sasaki, K. Kuroda andY. Takeda, " Solution growth of high-quality 3C-SiC crystals" Journal of Crystal Growth, 310 (2008) p1438.
浅村他、「低温成長による3C-SiC(111)自立基板の結晶性評価」、第62回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集 13-095(2015)、応用物理学会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献４や特許文献６、７のように下地のＳｉを溶解させることで、ＳｉＣエピタキシャル層だけを残す方法では溶解したＳｉをどのように処理するかが非常に大きな問題となり、エピタキシャル成長装置の内部に残渣が残る等の問題が考えられる。またすべてのＳｉを気化させてしまうにはかなりの温度と時間を要することが、Ｓｉの蒸気圧からも容易に想像できる（１９０８Ｋ／１Ｐａ）。
（【００１１】以降は省略されています）

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