JP2003095798A

JP2003095798A - 単結晶基板の製造方法

Info

Publication number: JP2003095798A
Application number: JP2001295703A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Kawahara; 孝光河原; Hiroyuki Nagasawa; 弘幸長澤; Kuniaki Yagi; 邦明八木
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-03
Also published as: US20030056718A1; EP1298234A2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】結晶層又は基板を板状に分割する方法を利用
し、炭化珪素等の大面積で低面欠陥密度の単結晶基板を
製造することができる方法を提供する。【解決手段】第１の基板の一方の主表面の全面または少
なくとも一部の面に破断層を形成する工程、前記第１の
基板の破断層上に第２の単結晶層を、自立可能な強度を
有する厚さに形成する工程、及び前記第１の基板に形成
された破断層において切断し、第２の単結晶層を第１の
基板から分離して単結晶基板を得る工程を含む単結晶基
板の製造方法。破断層を形成する工程は、（１）イオン
注入をしてイオン注入層を形成する工程、（２）陽極酸
化により多孔質層を形成する工程、をとることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶基板の製造
方法に関する。特に本発明は、半導体材料用単結晶基板
として有用な炭化珪素単結晶基板の製造方法に関する。
本発明によれば、電子材料として用いる単結晶基板を高
品質かつ低コストで製造できる方法が提供される。

【０００２】

【従来の技術】近年、高温動作デバイス、大電力デバイ
ス用材料として炭化珪素が注目されている。炭化珪素は
化学的気相成長法により、珪素基板上あるいは炭化珪素
基板上に成長する方法が広く用いられている。しかしな
がら、炭化珪素基板上へ炭化珪素を形成する方法は、下
地基板として用いることができる程度の品質を有する炭
化珪素が少なく、かつ高価であるため、量産性が極めて
低い。また、現状では、大口径の炭化珪素基板は殆ど市
販されていないため、大面積での炭化珪素ホモエピタキ
シャル成長を実施する事が困難である。したがって、一
般的には珪素基板上に炭化珪素を成長する方法が用いら
れる。

【０００３】しかしながら、珪素基板へ炭化珪素を形成
する場合には両者の格子不整合により伝搬性面欠陥（半
導体デバイス用材料として炭化珪素を用いる場合にリー
ク電流や電子の散乱の原因となる）が炭化珪素内へ導入
されてしまい、半導体材料として十分な特性を有した炭
化珪素を得る事が容易ではない。また、炭化珪素の成長
温度は一般的に高温なほど高品質化が期待できるが、下
地基板である珪素の融点が炭化珪素より低いため、炭化
珪素成長温度は珪素基板の融点以下に制限される。

【０００４】このような背景の下、炭化珪素内に伝搬す
る面欠陥を解消すべく、一方向へ平行な起伏を設けた珪
素基板上へ炭化珪素を成長する方法が提案された（特開
２０００−３０３３４９号公報）。この方法は、面欠陥
を衝突させて解消させながら炭化珪素を成長していく方
法である。そして、炭化珪素の厚さを増加するほど成長
表面に欠陥密度が小さい炭化珪素が得られる。すなわ
ち、低欠陥密度で高品質な炭化珪素を得るためには、出
来るだけ炭化珪素を厚く成長すればよい。この方法によ
り得られた炭化珪素は、後に基板から分離してそのまま
炭化珪素基板として使用するか、あるいはスライスして
から炭化珪素基板として用いることができる。

【０００５】この方法により大面積の炭化珪素基板が得
ることが可能になり、得られた大面積炭化珪素基板を用
いて、再びホモエピタキシャル成長を行えば、累計の厚
さが増加して面内欠陥が皆無になる。さらに、珪素基板
と異なり、炭化珪素成長温度を成長用下地基板の融点以
下にしなければならないという制約が無くなるため、炭
化珪素成長温度を高く設定する事ができ、より高品質の
炭化珪素を得る事が可能となる。従って、上記方法で得
られた炭化珪素をスライスして基板として利用すること
が望まれる。

【０００６】

【発明が解決すべき課題】上記方法で炭化珪素の形成に
使用されている気相成長法で得られる炭化珪素の厚さ
は、0.5〜1 mm前後が現状である。そして、この程度の
厚さの炭化珪素をスライスする方法として、ダイヤモン
ドワイヤーソーによって切断方法がある。しかし、炭化
珪素は比較的硬度が高いためにダイヤモンドワイヤーの
消耗度が激しく、膨大なコストがかかる。そして、ダイ
ヤモンドワイヤーソー等の刃物で機械的にスライスする
方法では、切りしろ（とりしろ）が300〜500μｍ必要と
なり、成長した厚さに対して使用不可になる部分があま
りにも大きすぎ、量産効率が著しく低くなる。また、1
mm厚では6インチ等の大面積の基板をスライスする事は
事実上困難であった。

【０００７】ところで、炭化珪素基板の製造において、
スマートカット技術を応用して、炭化珪素基板の基礎と
なる炭化珪素層を珪素基板から切断する方法が知られて
いる（特開平10-223496号公報）。この方法では、まず
珪素基板上に形成された炭化珪素層の所定の深さに水素
原子をイオン注入し、さらに熱処理して炭化珪素層内に
空隙層を形成する。次いで、炭化珪素表面を平板に吸着
し、炭化珪素層を空隙層において２つに分割する。平板
に吸着した側の分割された炭化珪素層を平板から脱着し
た後、炭化珪素層の平板が吸着していた面（空隙層で分
割された面の反対側）に炭化珪素層をホモエピタキシャ
ル成長させる。この方法では、ホモエピタキシャル成長
を実施する前に、数μｍと薄い平板から脱着した炭化珪
素層を補強するために、補強用基板を炭化珪素層に接着
している。そして、補強に用いた板は、ホモエピタキシ
ャル成長後に分離する必要がある。このように、この方
法では、平板から脱着した炭化珪素層の補強板の接着及
び分離が必要であり、かつ、分離の際には、何らかの形
で、再度切断を行う必要がある。さらに、炭化珪素層に
空隙層を形成するためのイオン注入が可能な深さには限
界があり、その結果、空隙層で分割して得られる炭化珪
素層の厚みは、加速エネルギーを最大にしても数μｍ程
度が限界である。従って、数μｍ程度の厚みでは、大面
積な炭化珪素基板の作成の際には、空隙層で分割された
炭化珪素層は強度的に取り扱い維持が困難であった。

【０００８】そこで本発明の目的は、炭化珪素等の結晶
層又は基板を板状に分割する方法を利用し、炭化珪素等
の単結晶基板を大面積であっても容易に製造することが
できる方法を提供することにある。特に、本発明の目的
は、大面積であり、かつ低面欠陥密度の炭化珪素単結晶
基板を製造する方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の基板の
一方の主表面の全面または少なくとも一部の面に破断層
を形成する工程、前記第１の基板の破断層上に第２の単
結晶層を形成する工程、及び前記第１の基板に形成され
た破断層において切断し、第２の単結晶層を第１の基板
から分離して単結晶基板を得る工程を含む単結晶基板の
製造方法（以下、本発明の第１の製造方法という）に関
する。さらに本発明は、第１の基板の一方の主表面の全
面または少なくとも一部の面に、イオン注入をしてイオ
ン注入層を形成する工程、イオン注入した主表面上に第
２の単結晶層を形成する工程、得られた複合基板を加熱
して前記第１の基板中に形成されたイオン注入層に空隙
を形成して空隙層を形成する工程、及び前記第１の基板
を前記空隙層において切断し、第２の単結晶層を第１の
基板から分離して単結晶基板を得る工程を含む単結晶基
板の製造方法（以下、本発明の第２の製造方法という）
に関する。さらに、本発明は、第１の基板の一方の主表
面の全面または少なくとも一部の面に、陽極酸化により
多孔質層を形成する工程、前記第１の基板の多孔質層上
に第２の単結晶層を形成する工程、前記第１の基板を前
記多孔質層において切断し、第２の単結晶層を第１の基
板から分離して単結晶基板を得る工程を含む単結晶基板
の製造方法（以下、本発明の第３の製造方法という）に
関する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の第１の製造方法において
は、第１の基板の一方の主表面の全面または少なくとも
一部の面に破断層を任意の厚さで形成する。ここで、破
断層は、例えば、多孔質層、空隙層であることができ
る。さらに、破断層を形成する厚さは、１〜５０μｍ、
望ましくは１〜１０μｍであることができる。

【００１１】本発明の第２の製造方法においては、第１
の基板の一方の主表面の全面または少なくとも一部の面
に、前記主表面から所定の深さにイオン注入をしてイオ
ン注入層を形成する。注入するイオンは、例えば、水
素、ヘリウム、及びフッ素、塩素等のハロゲン系元素か
ら選ばれる。また、イオンを注入する深さは、例えば、
０．５〜５．０μｍとすることができる。さらに、注入
するイオンの量は、１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸／ｃｍ²と
することができる。

【００１２】本発明の第３の製造方法においては、第１
の基板の一方の主表面の全面又は少なくとも一部の面
に、陽極酸化により表面から所定の深さに多孔質層を形
成する。陽極酸化は、フッ酸とエタノールの混合溶液を
用いて行うことができる。この多孔質層領域は、多孔性
の異なる２つの層を含む。例えば、単結晶層を成長させ
る表面近傍の多孔質層の多孔性を１〜１０％として表面
の平滑性と強度を維持し（多孔質層Ａ）、破断層として
形成する多孔質層の多孔性は３０〜９０％として強度を
低くする（多孔質層Ｂ）。多孔性の制御は陽極酸化の電
流密度を調整することで行うことができる。多孔質層の
深さは、陽極酸化の酸化時間により制御することができ
る。陽極酸化により形成される多孔質層の深さは、例え
ば多孔質層Ａは２〜１００μｍとすることができ、好ま
しくは５０〜７０μｍとすることができる。破断層とな
る多孔質層Ｂは、２〜１５０μｍの深さ、好ましくは５
０〜９０μｍの深さ（破断層の厚さとしては０．５〜５
０μｍ、好ましくは０．５〜２０μｍ）とすることがで
きる。また、多孔質層の多孔性は、空孔の体積比によっ
て表され、多孔性が高い程、機械的強度は弱い。多孔質
層は、板の中間に直接設けることは不可能であり、表面
から徐々に深さ方向に酸化することにより形成される。
酸化時間が長い程、深く酸化（多孔質化）される。酸化
途中で電流密度を高くすると、その位置から孔径が大き
くなる。

【００１３】次いで、破断層、イオン注入層または多孔
質層を形成した前記第１の基板の上に第２の単結晶層を
形成する。第２の単結晶層の厚さは、自立可能な強度を
有する厚さであればよい。第２の単結晶層の自立可能な
強度を有する厚さとは、第２の単結晶層を第１の基板か
ら切断して分離する際に破損しない程度の厚さであり、
例えば、５０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上、更
に好ましくは１００〜５００μｍである。第２の単結晶
層は、例えば、炭化珪素単結晶であることができ、好ま
しくは第１の基板の結晶方位を引き継ぎつつエピタキシ
ャル成長させて得られた炭化珪素である。気相より炭化
珪素を析出させる方法における珪素の原料ガスとして
は、ジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、ＳｉＨ₄、Ｓｉ
Ｃｌ₄、ＳｉＨＣｌ₃などのシラン系化合物ガスを使用す
ることができる。また、炭素の原料ガスとしては、アセ
チレン（Ｃ₂Ｈ₂）、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、Ｃ₃Ｈ₈などの炭化
水素ガスを使用することができる。

【００１４】本発明の第１の製造方法においては、得ら
れた複合基板を、前記第１の基板に形成された破断層に
おいて切断し、第２の単結晶層を第１の基板から分離し
て単結晶基板を得る。ここで得られる単結晶基板は、第
２の単結晶層に切断された第１の基板の一部からなるも
のである。破断層における切断は、例えば、レーザー、
超音波、ウェットエッチング、ダイヤモンドカッターに
よる劈開、ガスブロー（ガス圧）、ウォータージェット
（水圧）で行うことができる。

【００１５】本発明の第２の製造方法においては、得ら
れた複合基板を加熱して前記第１の基板中に形成された
イオン注入層に空隙を形成して、空隙層を形成する。イ
オン注入層に空隙を形成するための加熱は、例えば、大
気圧又は減圧環境下、熱処理温度４００〜９００℃、時
間１〜３０分の条件で行うことができる。さらに、第１
の基板は、空隙層において切断し、第２の単結晶層を第
１の基板から分離して単結晶基板を得る。ここで得られ
る単結晶基板は、第２の単結晶層に切断された第１の基
板の一部からなるものである。空隙層における切断は、
例えば、レーザーカッター、超音波カッター、ウェット
エッチング、ダイヤモンドカッターによる劈開、ガスブ
ロー（ガス圧）、ウェータージェット（水圧）で行うこ
とができる。

【００１６】本発明の第３の製造方法においては、得ら
れた複合基板を、第１の基板中の多孔質層において切断
し、第２の単結晶層を第１の基板から分離して単結晶基
板を得る。ここで得られる単結晶基板は、第２の単結晶
層に切断された第１の基板の一部からなるものである。
多孔質層における切断は、例えば、レーザーカッター、
超音波カッター、ウェットエッチング、ダイヤモンドカ
ッターによる劈開、ガスブロー（ガス圧）、ウェーター
ジェット（水圧）で行うことができる。

【００１７】本発明の第１の製造方法によれば、大面積
基板であっても意図的に形成した破断層を境に容易に分
割することができる。破断層の強度は、成長した単結晶
基板を維持しながら、容易にへき開可能な強度であれば
よい。また、破断層から上層には単結晶層を厚く（例え
ば、２００μｍ）形成してあるので、分割の際に補強基
板などを接着する必要がなく単結晶層を自立させる事が
できる。分割後、破断層が不必要であれば、研磨やエッ
チングにより除去することも容易にできる。また、第１
の基板は、分離後、再利用することが可能であり、また
それによって単結晶基板の製造コストを低減することが
可能となる。

【００１８】本発明の第２の製造方法によれば、イオン
注入により大面積かつ均一な空隙層を基板内任意の深さ
に層状に形成し、そして、形成した空隙層は他の単結晶
層や基板と比較して圧倒的に強度が弱いため、後から形
成した単結晶層との分離がこのイオン注入層から可能と
なる。後から形成する単結晶層が自立するために十分な
強度を有している厚さとすれば、分離前後の取り扱いが
容易である。成長層の厚さは、自立が可能な強度を有し
ていればいくらでもよい。また、第１の基板は、分離
後、再利用することが可能であり、またそれによって単
結晶基板の製造コストを低減することが可能となる。

【００１９】本発明の第３の製造方法によれば、陽極酸
化により、大面積かつ均一で多孔質な層を下地となる第
１の基板表面近傍に形成し、その上に単結晶層を成長す
ることで、多孔質層が単結晶層や下地基板と比較して機
械的強度が弱いため、この層を境に切断しての分離が可
能となる。最表面はエピタキシャル成長が可能な表面を
維持するために、孔径が小さい多孔質な層を形成し、陽
極化成の条件を変えて、空隙の径を大きくした多孔質層
を数十μｍ程度の深さにて形成すると効果的に下地基板
と成長層とを分割できる。また、本発明の第１〜第３の
製造方法において、ワイヤーソーで切断した場合の切り
しろ500μｍと比較して、多孔質層で切断する際の切り
しろは50μｍ以下と１／１０に抑えられ、効率が良い。
本発明の第３の製造方法においては、第１の基板は、分
離後、再利用することが可能であり、またそれによって
単結晶基板の製造コストを低減することが可能となる。

【００２０】本発明の第１〜３の製造方法において、第
１の基板は、例えば、単結晶炭化珪素または単結晶珪素
基板からなることができる。さらに、第２の単結晶層
は、第１の基板から結晶方位を引き継ぎつつエピタキシ
ャル成長させた単結晶炭化珪素であることができる。即
ち、第２の単結晶層は、単結晶炭化珪素または単結晶珪
素基板から結晶方位を引き継ぎつつエピタキシャル成長
させた単結晶炭化珪素であることができる。炭化珪素の
析出を、基板表面の結晶性を引き継ぎつつエピタキシャ
ル成長させる方法は、膜内面欠陥の伝搬方位を特定の結
晶面内に限定し得る方法であれば良く、気相化学堆積
（ＣＶＤ）法、液相エピタキシャル成長法、スパッタリ
ング法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを使用す
ることができる。また、ＣＶＤ法の場合、原料ガスの交
互供給法でなく、原料ガスの同時供給法を使用すること
もできる。

【００２１】第２の単結晶層を、単結晶炭化珪素から結
晶方位を引き継ぎつつエピタキシャル成長させた単結晶
炭化珪素とすることで、これまでスライス加工などが困
難であり、ダイヤモンドワイヤーソーなどで行う加工で
はワイヤーソーの消耗が激しいためにコストがかかると
されてきた単結晶SiCのスライス加工が、低コストで容
易に実現できる。また、切りしろの問題が無い場合であ
れば、強度が弱い破断層をダイヤモンドワイヤーソーで
切断してもよい。これは、強度の強い炭化珪素部分を切
断することと比較してワイヤーソーの消耗が圧倒的に少
ない。炭化珪素は3C、4H、6Hなど、如何なる結晶多形で
も同様の効果が得られる。面方位に関しても、何れの面
方位でも同様の効果が得られる。

【００２２】第２の単結晶層を、単結晶珪素基板から結
晶方位を引き継ぎつつエピタキシャル成長させた単結晶
炭化珪素とすることで、従来フッ硝酸やアルカリなどに
よるウェットエッチングにて珪素基板を除去して炭化珪
素を自立させることが一般的であったが、本方法によ
り、珪素基板をエッチングしなくても容易に珪素基板と
炭化珪素の分離を実施することができる。

【００２３】本発明の第１〜３の製造方法において、第
１の基板が、一方の主表面に起伏加工を施された珪素基
板であるか、または一方の主表面に起伏加工を施された
珪素基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長して得られ
た炭化珪素基板であり、第２の単結晶層が第１の基板の
結晶方位を引き継ぎつつエピタキシャル成長させて得ら
れた炭化珪素であることができる。

【００２４】起伏加工を施された珪素基板は、例えば、
以下の基板であることができる。（１）炭化珪素を析出させる基板表面が、略平行に延在
する複数の起伏を有し、この起伏は中心線平均粗さが３
〜１０００ｎｍの範囲にあり、この起伏の斜面の斜度は
１°から５４．７°の範囲にあり、かつこの起伏が延在
する方向と直交する断面において、斜面同士が隣接する
部分の形状が曲線状である基板、（２）炭化珪素を析出
させる基板表面が、略平行に延在する複数の起伏を有
し、この起伏は中心線平均粗さが３〜１０００ｎｍの範
囲にあり、この起伏の斜面の斜度は１°から５４．７°
の範囲にあり、前記基板は珪素または炭化珪素であり、
その表面の法線軸は＜００１＞方位であり、基板表面の
面積に占める｛００１｝面の割合が１０％を超えない基
板、（３）炭化珪素を析出させる基板表面は略平行に延
在する複数の起伏を有し、この起伏は中心線平均粗さが
３〜１０００ｎｍの範囲にあり、この起伏の斜面の斜度
は１°から５４．７°の範囲にあり、前記基板は珪素ま
たは立方晶炭化珪素であり、その表面の法線軸は＜１１
１＞方位であり、基板表面の面積を占める｛１１１｝面
の割合が３％を超えない基板、（４）炭化珪素を析出さ
せる基板表面が、略平行に延在する複数の起伏を有し、
この起伏は中心線平均粗さが３〜１０００ｎｍの範囲に
あり、この起伏の斜面の斜度は１°から５４．７°の範
囲にあり、前記基板は六方晶炭化珪素であり、その表面
の法線軸は＜１,１,−２,０＞方位であり、基板表面の
面積に占める｛１,１,−２,０｝面の割合が１０％を超
えない基板、（５）炭化珪素を析出させる基板表面が、
略平行に延在する複数の起伏を有し、この起伏は中心線
平均粗さが３〜１０００ｎｍの範囲にあり、この起伏の
斜面の斜度は１°から５４．７°の範囲にあり、前記基
板は六方晶炭化珪素であり、その表面の法線軸は＜０,
０,０,１＞方位であり、基板表面の面積に占める｛０,
０,０,１｝面の割合が３％を超えない基板。尚、（２）
〜（６）の基板は、基板表面の起伏が延在する方向と直
交する断面において、斜面同士が隣接する部分の形状が
曲線状であることが好ましい。また、請求項２〜６のい
ずれか一項に記載の製造方法。

【００２５】起伏加工を施された珪素基板は、例えば、
特開平２０００−１７８７４０に記載の基板であること
もできる。特開平２０００−１７８７４０に記載の基板
は、基板表面の全部又は一部に１方向に平行に伸びる複
数の起伏を具備するものである。より詳細には、この基
板は、例えば、基板表面の起伏頂部の間隔が０．０１μ
ｍ以上１０μｍ以下であり、起伏の高低差が０．０１μ
ｍ以上２０μｍ以下であり、かつ、起伏における斜面の
斜度が１°以上５５°以下であることができる。また、
この基板は、（１）単結晶ＳｉＣであり、基板表面が
（００１）面であり、その表面に［１１０］方位に平行
に伸びる起伏を具備しているものであるか、（２）単結
晶３Ｃ−ＳｉＣであり、該基板表面が（００１）面であ
り、その表面に［１１０］方位に平行に伸びる起伏を具
備しているものであるか、（３）六方晶の単結晶ＳｉＣ
であり、該基板表面が（１，１，−２，０）面であり、
その表面に［１，−１，０，０］方位又は［０，０，
０，１］方位に平行に伸びる起伏を具備しているもので
あることができる。

【００２６】基板の表面に上記のような形状を有する起
伏を形成するには、例えば、光リソグラフィ技術、プレ
ス加工技術、レーザー加工や超音波加工技術、研磨加工
技術などを用いることができる。

【００２７】本発明の製造方法では、分離する層の上に
は厚い（例えば、２００μｍ）炭化珪素をエピタキシャ
ル成長させつつ形成するが、第一の単結晶基板に上記の
ような起伏形状加工を施した珪素基板を用いれば、その
上に形成される炭化珪素は厚さが増加するほど面欠陥が
解消される効果が得られる。そのため、基板を分離する
事が容易になる事と同時に基板と成長層の分離後には面
欠陥が解消された高品質な単結晶SiC基板を得る事がで
きる。

【００２８】本発明の方法によれば、第一の単結晶層を
再利用する事ができ、コスト削減が実現できる。上記本
発明の第１〜３の製造方法において得られた第２の単結
晶層を含む単結晶基板は、これを第１の基板として用
い、再度上記本発明の第１〜３の製造方法を繰り返すこ
とで、単結晶基板の製造に供することもできる。このよ
うに、成長層を下地基板に利用する工程を繰り返せば、
炭化珪素の累計膜厚が増加し、それに伴って炭化珪素の
面欠陥密度がさらに減少し高品質な炭化珪素を得る事が
可能となる。また、これまで下地基板である珪素の融点
が炭化珪素の融点より低いために、炭化珪素成長温度が
1400℃以下と限界があった。炭化珪素の成長温度は一般
的に高い方が高品質なものが得られると考えられる。上
記本発明の第１〜３の製造方法において得られた第２の
単結晶層を含む単結晶基板を第１の基板として用いるこ
とで、下地基板に炭化珪素基板を用いる事ができ、その
結果、温度制約が無くなり、高温環境下において高品質
な炭化珪素基板の成長が実現できる。

【００２９】尚、本発明では、破断層又は空隙層、多孔
質層（以下、まとめて破断層という）と第２の単結晶層
の形成を繰り返し行うことも可能である。この場合、単
結晶層−破断層−単結晶層−破断層・・・というように
結晶成長と破断層の形成を繰り返し行い、最後に各破断
層を順次又は同時に切断することにより、単結晶層を含
む基板を一度に複数枚得ることができる。繰り返しによ
り、累積層厚が増加するため、上の層になる程欠陥の少
ない単結晶基板が得られる。また、一枚の第１の基板か
ら、一度に複数枚の単結晶基板が得られるため、第１の
基板の利用が少なくてすみ、量産性にも優れる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。実施例１ 3C-SiC基板表面に多孔質な3C-SiC層を形成し、その表面
に単結晶3C-SiCを厚く形成し、最後に多孔質層にて3C-S
iCを分割する方法を試みた。まず、６インチのSi基板
（００１）面上に3C-SiC（厚さ２００μｍ）を形成し
た。3C-SiCの形成はＬＰＣＶＤ法を用いた。3C-SiCの成
長は、基板表面の炭化工程と、原料ガスの交互供給によ
る3C-SiC成長工程に分けられる。炭化工程では、アセチ
レン雰囲気中で基板を室温から１０００〜１４００℃ま
で１２０分間かけて加熱した。炭化工程の後に、１００
０〜１４００℃にてジクロルシランとアセチレンとを交
互に基板表面に暴露して、3C-SiCの成長を実施した。炭
化工程の詳細条件を表１に、3C-SiC成長工程の詳細条件
を表２にそれぞれ示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】このようにして6インチのSi基板上3C-SiC
基板を得る事ができた。（図１−ａ）続いて、陽極化成（陽極酸化）により3C-SiC表面を多孔
質化した（図１−ｂ）。電解液として、フッ酸２５％と
エタノールを１：１の割合で混合したものを用いた。ビ
ーカー内に電解液を入れ、陽極に炭化珪素、陰極に白金
を対向させて配置した。電流密度は１mA/cm²、時間は１
０分とした。その後、電流密度を90 mA/cm²と高く設定
し、２分陽極化成を実施した。これにより3C-SiC表面は
20μｍ厚の多孔質層が形成された。20μｍのうち、下層
5μｍは空孔の径が１０〜５０ｎｍ、多孔性が約５０％
の多孔質層が形成された。表面近傍は空孔径が０．１〜
１ｎｍ程度と小さく、多孔性は数％であるため、表面は
3C-SiCのホモエピタキシャル成長が十分に行える形状を
有している。本試料表面上に、再び3C-SiCを形成した。
3C-SiC形成方法は上述した方法と同様に行った。3C-SiC
が自立し得る強度を有す様、今回は500μｍ厚の炭化珪
素を形成した。（図１−ｃ）

【００３４】形成した試料の横から、図２のようにウォ
ータージェット（水を高速、高圧で噴射）を面方向に噴
射して、多孔質層を選択的に崩壊させることにより、多
孔質層の部分でウエハを分割し、500μｍ厚の3C-SiC基
板を得る事ができた（図１−ｄ）。非常に低コストで容
易に６インチ3C-SiC基板を作製する事ができた。また、
切りしろとして無駄になった3C-SiCの厚みは、２０μｍ
程度であった。ウォータージェットの噴射条件は、ノズ
ル径がφ０．１ｍｍ、水圧は１００ｋｇｆ／ｃｍ²にて
切断を実施した。また、試料の側面に向かってウォータ
ージェットを噴射する際、試料を回転させて全側面に均
一に噴射されるようにした。破断層以外の層にもジェッ
ト噴射は当たるが、強度が弱い破断層が選択的に破壊さ
れていき、全面を均一に破断することができた。ウォー
タージェットに用いる媒体は、今回は水を用いたが、水
以外にも気体、酸アルカリ等のエッチング試薬や研磨剤
を用いても同様の効果が得られる。切断には今回ウォー
タージェットを用いたが、レーザーを用いても、強度が
著しく弱いため、同様に多孔質層が選択的に崩壊し、基
板の分割が可能となる。また、ウォータージェットの代
わりに、溶融ＫＯＨに形成した試料を浸漬するウェット
エッチング等を用いれば、エッチングレートが単結晶部
分と比較して圧倒的に早い多孔質層が横方向から選択的
にエッチングされ、基板を分割することが可能となる
（図３）。

【００３５】一方、比較のため、ダイヤモンドワイヤー
ソーを用いて従来通り単結晶3C-SiCを直接スライスする
方法を用いた。切りしろが500μｍ必要なため、3C-SiC
成長の際、基板厚を1 mmとした。3C-SiCの切断をおこな
ったことによってダイヤモンドワイヤーソーがひどく消
耗し、ワイヤーの交換を余儀なくされた。また、3C-SiC
基板の切りしろが500μｍとなったため、1 mm成長した3
C-SiCの半分が使用不可になってしまった。

【００３６】実施例２まず、Si基板（００１）面上に3C-SiCを形成した。炭化
珪素の形成はＬＰＣＶＤ法を用いた。3C-SiCの成長は、
基板表面の炭化工程と、原料ガスの交互供給による3C-S
iC成長工程に分けられる。炭化工程では、アセチレン雰
囲気中で基板を室温から１０００〜１４００℃まで１２
０分間かけて加熱した。炭化工程の後に、１０００〜１
４００℃にてジクロルシランとアセチレンとを交互に基
板表面に暴露して、3C-SiCの成長を実施した。炭化工程
の詳細条件は上記表１に、3C-SiC成長工程の詳細条件は
上記表２にそれぞれ示す。

【００３７】得られた3C-SiC基板表面に、水素イオンを
注入した。イオン注入は 200 KeV、1×10¹⁷ cm²にてお
こなった。これにより、試料表面より約2μｍ程度の深
さ付近にイオン注入層が形成できた。

【００３８】本試料表面に、3C-SiCをエピタキシャル成
長させた。3C-SiCの厚みは500μｍとした。成長中に試
料は高温環境下に曝されたため、イオン注入層に、直径
数ｎｍ〜数１０ｎｍの微小な空洞が１０¹⁶〜１０¹⁷／ｃ
ｍ³の密度で形成された空乏層が形成された。形成され
た空乏層から容易に試料を破断することができ、6イン
チ500μｍ厚の3C-SiC基板を得る事ができた。空乏層か
らの試料の破断は、上記の多孔質層からの基板の破断と
同様の方法で行った。切りしろとして10μｍ程度の厚み
を要したが、ダイヤモンドワイヤーソーの切りしろと比
較して非常に小さい値であった。

【００３９】実施例３起伏加工を施したSi基板上に3C-SiCを２００μｍの厚さ
に成長させた。起伏加工は以下の方法で行った。基板表
面に、＜１１０＞方向に平行に研磨剤を擦り付ける方法
で、＜１１０＞方向に平行な起伏形成基板を作製するこ
とを試みた。研磨剤は市販されている約φ９μｍ径のダ
イヤモンドスラリー（エンギス社製ハイプレス）と市販
の研磨クロス（エンギス社製Ｍ４１４）を用いた。クロ
スにダイヤモンドスラリーを一様に浸透させ、パッド上
にＳｉ（００１）基板を置き、０．２ｋｇ／ｃｍ²の圧
力をＳｉ（００１）基板全体に加えながら、＜１１０＞
方向に平行にクロス上を約２０ｃｍ程度の距離を約３０
０回往復させた（一方向研磨処理）。Ｓｉ（００１）基
板表面には、＜１１０＞方向に平行な研磨傷（起伏）が
無数に形成された。

【００４０】一方向研磨処理を施したＳｉ（００１）基
板表面に研磨砥粒等が付着しているので、超音波洗浄機
で洗浄を実施し、その後、過酸化水素水＋硫酸混合溶液
（１：１）、ＨＦ溶液にて洗浄した。洗浄した後、熱処
理装置を用いて表３に示す条件にて、起伏加工処理基板
上に熱酸化膜を約１μｍの厚さで形成した。形成した熱
酸化膜を、希フッ酸により除去した。基板表面は、所望
の起伏以外にも、細かいスパイク状の凹凸や欠陥が多く
残存し、被成長基板として用いることは困難である。し
かし、熱酸化膜を１μｍほど形成して改めて酸化膜を除
去することで、基板表面を約２０００Åほどエッチング
し、細かい凹凸が除去されて非常にスムーズなアンジュ
レーション（起伏）を得ることができた。波状断面を見
ると、波状凹凸の大きさは不安定で不規則であるが、密
度は高い。常に起伏の連続状態にある。溝の深さは３０
〜５０ｎｍ、幅は１〜２μｍであった。斜度は３〜５°
であった。

【００４１】

【表３】

【００４２】起伏加工後、3C-SiC表面に、陽極化成によ
って多孔質層を形成した。陽極化成の条件は実施例１と
同様とした。基板表面には２０μｍ厚の多孔質層が形成
された。本試料上に3C-SiCを再び成長させた。炭化珪素
の厚みは500μｍとした。最後に、試料の多孔質層から
下地基板側試料と、500μｍの3C-SiCを実施例１に記載
の方法で分離した。

【００４３】得られた3C-SiCのエッチピット密度と双晶
密度を以下の如く求めた。3C-SiCを溶融KOH（500℃、5
分）に曝した後、光学顕微鏡にて表面を観察したとこ
ろ、積層欠陥や面欠陥（Twin、APB）らしきエッチピッ
トは6インチ全面で250個、1.38/cm2であった。さらに3C
-SiC＜１１１＞方位に対するX線回折ロッキングカーブ
（XRD）の極点観察をおこない、双晶面に相当する｛１
１５｝面方位の信号強度と通常の単結晶面｛１１１｝面
方位の信号強度比から双晶密度を算出した。その結果、
双晶密度は測定限界である４×１０^-4 Vol.％以下であ
ることがわかった。多孔質層を介しても、成長層は起伏
加工基板の効果が得られ、高品質な3C-SiC基板を得る事
ができた。

【００４４】従来、機械的強度の弱い層を形成せずに3C
-SiCを起伏加工済み基板上に成長すると、基板と成長層
の分離が困難であった。あるいは、ダイヤモンドワイヤ
ーソーを用いるためには最低でも１ｍｍの3C-SiC厚が必
要となり、そのうち５００μｍは取りしろとしてなくな
ってしまった。本発明によれば、機械的強度の弱い層を
形成してから数百μｍ厚の3C-SiCを成長することで、ア
ンジュレーション基板（起伏加工を施した基板）の効果
を成長層へ発揮させつつ、なおかつ成長層を容易に分離
することが可能となる。

【００４５】実施例４実施例３で得た６インチ3C-SiC基板500μｍ厚を下地基
板として、3C-SiCのホモエピタキシャル成長を試みた。
3C-SiCの面を成長用の面として使用した。成長後に3C-S
iCをスライスするため、下地に用いる3C-SiC基板に対し
て陽極化成を実施し、表面近傍に多孔質層を形成した。
陽極化成の実施条件は実施例1記載のものと同様の条件
で行った。本試料上に3C-SiCを成長した。成長層の厚さ
は200μｍとした。そして、得られた試料を多孔質層か
ら分離し、200μｍ厚の3C-SiC基板を得た。後から成長
した3C-SiCは、下地の3C-SiCと併せて累計膜厚としては
700μmとなる（７００μｍ成長したうちの500μから700
μｍの部分）。

【００４６】得られた3C-SiCのエッチピット密度と双晶
密度を以下の如く求めた。3C-SiCを溶融KOH（500℃、5
分）に曝した後、光学顕微鏡にて表面を観察したとこ
ろ、積層欠陥や面欠陥（Twin、APB）らしきエッチピッ
トは6インチ全面で240個、1.36/cm2であった。さらに3C
-SiC＜１１１＞方位に対するX線回折ロッキングカーブ
（XRD）の極点観察をおこない、双晶面に相当する｛１
１５｝面方位の信号強度と通常の単結晶面｛１１１｝面
方位の信号強度比から双晶密度を算出した。その結果、
双晶密度は測定限界である４×１０^-4 Vol.％以下であ
ることがわかった。

【００４７】比較のため、珪素基板上に成長させた約20
0μｍ厚の炭化珪素（珪素基板上に成長させたことを除
き、表２に示す条件で製造）内に存在するエッチピット
密度と双晶密度を以下の如く求めた。3C-SiCを溶融KOH
（500℃、5分）に曝した後、光学顕微鏡にて表面を観察
したところ、積層欠陥や面欠陥（Twin、APB）らしきエ
ッチピットは6インチ全面で９００個、５．１/cm²であ
った。さらに3C-SiC＜１１１＞方位に対するX線回折ロ
ッキングカーブ（XRD）の極点観察をおこない、双晶面
に相当する｛１１５｝面方位の信号強度と通常の単結晶
面｛１１１｝面方位の信号強度比から双晶密度を算出し
た。その結果、双晶密度は２×１０^-3 Vol.％であるこ
とがわかった。

【００４８】ＴＥＭで評価したところ、面欠陥密度は2
×10⁴ 本/cm²と高い値であった。同じ200μｍ厚の炭化
珪素基板であっても、累計膜厚を厚く成長した炭化珪素
基板の方が極めて低い面欠陥密度となっていることが明
らかとなった。

【００４９】

【発明の効果】本発明の方法においては、容易に炭化珪
素基板を成長用下地基板と分離する事が可能であり、低
欠陥密度で大面積の炭化珪素基板を製造する事が可能と
なった。さらに、本発明の方法により、炭化珪素基板を
更に厚く形成すれば、さらに低欠陥密度の炭化珪素基板
を得る事が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のスキームを示す図。

【図２】ウォータージェットによる多孔質層からの基板
の分割方法を示す図。

【図３】ウェットエッチングによる多孔質層からの基板
の分割方法を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者八木邦明東京都新宿区中落合２丁目７番５号ホーヤ株式会社内Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA03 BE08 DB05 EA02 ED06 EE01 FJ03 HA06 TB04 TF01 4K030 AA03 AA06 AA09 BA48 CA04 DA02 FA10 HA01 JA01 LA12 5F045 AA06 AB06 AC03 AC07 AD14 AD15 AD16 AD17 AD18 AE17 BB12 GH08 HA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板の一方の主表面の全面または少
なくとも一部の面に破断層を形成する工程、前記第１の
基板の破断層上に第２の単結晶層を形成する工程、及び
前記第１の基板に形成された破断層において切断し、第
２の単結晶層を第１の基板から分離して単結晶基板を得
る工程を含む単結晶基板の製造方法。
【請求項２】第１の基板の一方の主表面の全面または少
なくとも一部の面に、イオン注入をしてイオン注入層を
形成する工程、イオン注入した主表面上に第２の単結晶
層を形成する工程、得られた複合基板を加熱して前記第
１の基板中に形成されたイオン注入層に空隙を形成して
空隙層を形成する工程、及び前記第１の基板を前記空隙
層において切断し、第２の単結晶層を第１の基板から分
離して単結晶基板を得る工程を含む単結晶基板の製造方
法。
【請求項３】第１の基板の一方の主表面の全面または少
なくとも一部の面に、陽極酸化により多孔質層を形成す
る工程、前記第１の基板の多孔質層上に第２の単結晶層
を形成する工程、前記第１の基板を前記多孔質層におい
て切断し、第２の単結晶層を第１の基板から分離して単
結晶基板を得る工程を含む単結晶基板の製造方法。
【請求項４】第１の基板が単結晶炭化珪素からなり、第
２の単結晶層が第１の基板から結晶方位を引き継ぎつつ
エピタキシャル成長させた単結晶炭化珪素であることを
特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方
法。
【請求項５】第１の基板が単結晶珪素基板であり、第２
の単結晶層が、第１の基板から結晶方位を引き継ぎつつ
エピタキシャル成長させて得られた単結晶炭化珪素であ
る請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】第２の単結晶層の厚さが５０μｍ以上であ
る請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】第１の基板が、一方の主表面に起伏加工を
施された珪素基板であるか、または一方の主表面に起伏
加工を施された珪素基板上に炭化珪素をエピタキシャル
成長して得られた炭化珪素基板であり、第２の単結晶層
が第１の基板の結晶方位を引き継ぎつつエピタキシャル
成長させて得られた炭化珪素であることを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法
により製造された基板である第２の単結晶層を含む単結
晶基板を第１の基板として、請求項１〜３のいずれか１
項に記載の方法を行う、単結晶基板の製造方法。