(57)【要約】【課題】ＳｉＣ結晶基板を収率よく形成すること。【解決手段】基板層に挟まれた剥離層を備えるＳｉＣ結晶のインゴットを製造するインゴット製造工程を備える。また、インゴットの内部にレーザー光を照射し、剥離層を境界として、基板層を互いに分離する照射工程を備える。インゴット製造工程は、インゴットをチャンバー内に格納し、基板層および剥離層をエピタキシャル成長により下層から順に成長させる。剥離層を成長させている期間には、チャンバー内にＳｉＣ結晶のバンドギャップを狭くする窒素を含むガスが供給されている。基板層を成長させている期間には、チャンバー内に窒素を含まないガスが供給されている。照射工程で用いられるレーザー光の波長は、基板層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも長く、剥離層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも短い波長である。【選択図】図４
2014009115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の層に挟まれた第２の層を備えるＳｉＣ結晶のインゴットを製造するインゴット製造工程と、
前記第１の層および前記第２の層に対して略垂直な方向から前記インゴットの内部にレーザー光を照射し、前記インゴットにおける前記第２の層を境界として、前記第１の層を互いに分離する照射工程と、
を備え、
前記インゴット製造工程は、
前記インゴットを格納容器内に格納し、前記第１の層および前記第２の層をエピタキシャル成長により下層から順に成長させており、
前記第２の層を成長させている期間には、前記格納容器内にＳｉＣ結晶のバンドギャップを狭くする所定元素を含むガスが供給されており、
前記第１の層を成長させている期間には、前記格納容器内に前記所定元素を含まないガスが供給されており、
前記照射工程で用いられる前記レーザー光の波長は、前記第１の層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも長く、前記第２の層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも短い波長であることを特徴とする基板製造方法。
【請求項２】
前記第２の層の厚さは前記第１の層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の基板製造方法。
【請求項３】
前記第１の層を形成するＳｉＣ結晶の結晶構造は六方晶であり、
前記第２の層を形成するＳｉＣ結晶に含まれている前記所定元素の濃度の範囲は、前記第２の層の結晶構造が六方晶となる範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板製造方法。
【請求項４】
前記第１の層は６Ｈ−ＳｉＣ結晶であり、
前記第２の層を形成するＳｉＣ結晶に含まれている前記所定元素の濃度の範囲は、前記第２の層が３Ｃ−ＳｉＣ結晶となる範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板製造方法。
【請求項５】
前記所定元素は窒素であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の基板製造方法。
【請求項６】
前記インゴット製造工程において、前記第１の層および前記第２の層の成長面は、中央部の温度に比して外周部の温度が低く制御されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の基板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、炭化珪素（ＳｉＣ）結晶基板の製造方法に関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されている技術では、集光レンズでレーザー光の集光点をインゴットの内部に合わせる。また、インゴットを載置したＸ−ＹステージをＸ、Ｙ方向に移動させる。これにより、レーザー光でインゴットを相対的に走査することにより、Ｓｉインゴットの内部に多光子吸収による面状の加工領域を形成している。そして、面状の加工領域を剥離面とすることで、インゴットの一部を剥離して、基板を作成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９４３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、レーザー光の集光点の位置が、インゴットの表面のうねりやＸ−Ｙステージの傾きの影響を受けて変化してしまう。すると、面状の加工領域を平らに作成することが困難であるため、剥離後の基板に反りやうねりが発生してしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、基板製造方法を開示する。この基板製造方法は、第１の層に挟まれた第２の層を備えるＳｉＣ結晶のインゴットを製造するインゴット製造工程を備える。また、第１の層および第２の層に対して略垂直な方向からインゴットの内部にレーザー光を照射し、インゴットにおける第２の層を境界として、第１の層を互いに分離する照射工程を備える。インゴット製造工程は、インゴットを格納容器内に格納し、第１の層および第２の層をエピタキシャル成長により下層から順に成長させている。第２の層を成長させている期間には、格納容器内にＳｉＣ結晶のバンドギャップを狭くする所定元素を含むガスが供給されている。第１の層を成長させている期間には、格納容器内に所定元素を含まないガスが供給されている。照射工程で用いられるレーザー光の波長は、第１の層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも長く、第２の層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも短い波長である。
【０００６】
上記方法では、インゴット内部に照射されたレーザーを、第１の層を透過させるとともに、第２の層に吸収させることができる。すなわち、第２の層を、レーザーの集光層として機能させることができる。これにより、レーザーを集光することなく、第２の層を選択的に発熱させることが可能となる。よって、第２の層に熱応力を発生させてクラックを生成することで、第２の層を境界として第１の層を互いに分離させることが可能となる。以上より、インゴットの表面のうねりやインゴットを載置するステージの傾きなどが存在する場合においても、レーザーにより加熱される層の深さがばらついてしまうことを防止することができる。よって、剥離後の第１の層に反りやうねりが発生してしまう事態を防止することが可能となる。なお、インゴット製造工程で形成されるＳｉＣ結晶は、各種のポリタイプの結晶であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本明細書に開示の技術によれば、ＳｉＣ結晶基板を収率よく形成する基板製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ＳｉＣ結晶製造装置の模式図である。
【図２】レーザー照射装置の模式図である。
【図３】インゴットの模式図である。
【図４】インゴット製造工程のフロー図である。
【図５】照射工程のフロー図である。
【図６】照射工程の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【００１０】
（特徴１）上記の基板製造方法では、第２の層の厚さは第１の層の厚さよりも薄くてもよい。これにより、第２の層を、第１の層を互いに分離させるための分離層として用いることが可能となる。また、ＳｉＣ結晶のインゴットから基板を切り出す際の取りしろを減少させることができるため、基板の収率を高めることができる。
【００１１】
（特徴２）上記の基板製造方法では、第１の層を形成するＳｉＣ結晶の結晶構造は、六方晶であってもよい。第２の層を形成するＳｉＣ結晶に含まれている所定元素の濃度の範囲は、第２の層の結晶構造が六方晶となる範囲であってもよい。第２の層を形成するＳｉＣ結晶に含まれている所定元素の濃度によって、エピタキシャル成長するＳｉＣの結晶構造が変化する場合がある。そして、ＳｉＣの結晶構造が第１の層と第２の層とで異なる場合には、積層欠陥が発生し、ＳｉＣの結晶性が悪くなる。上記の基板製造方法では、第１の層と第２の層との間でＳｉＣの結晶構造を同一にすることができるため、結晶性のよいＳｉＣ基板を作成することが可能となる。
【００１２】
（特徴３）上記の基板製造方法では、第１の層は６Ｈ−ＳｉＣ結晶であってもよい。第２の層を形成するＳｉＣ結晶に含まれている所定元素の濃度の範囲は、第２の層が３Ｃ−ＳｉＣ結晶となる範囲であってもよい。第２の層を形成するＳｉＣ結晶に含まれている所定元素の濃度を調整することよって、第１の層として６Ｈ−ＳｉＣ結晶を成長させ、第２の層として３Ｃ−ＳｉＣ結晶を成長させることができる。これにより、第１の層と第２の層との熱膨張係数を異ならせることができるため、第２の層を発熱させた際に第２の層に発生する熱応力を、第１の層と第２の層の結晶構造が同一である場合よりも大きくすることができる。またこれにより、第１の層と第２の層との界面に積層欠陥を形成することができるため、第１の層と第２の層の結晶構造が同一である場合よりも、第２の層にクラックを発生させやすくすることができる。またこれにより、第２の層が６Ｈ−ＳｉＣ結晶によって形成されている場合に比して、第２の層のバンドギャップを狭くすることができる。よって、第１の層と第２の層との吸収波長の差をより大きくすることができるため、第２の層を選択的に発熱させやすくすることができる。以上より、第２の層を境界として第１の層を互いに分離させることが可能となる。
【００１３】
（特徴４）上記の基板製造方法では、所定元素は窒素であってもよい。窒素は、ＳｉＣ結晶に対してアクセプターおよびドナーになりにくい元素である。よって、ＳｉＣ結晶の導電型を中性に近づけることが可能となる。
【００１４】
（特徴５）上記の基板製造方法では、インゴット製造工程において、第１の層および第２の層の成長面は、中央部の温度に比して外周部の温度が低く制御されていてもよい。第１の層および第２の層は、エピタキシャル成長の成長速度が、成長面の外周部の方が中央部よりも高くなる傾向がある。また、エピタキシャル成長では、基板の温度が高くなるほど成長速度が高くなる傾向がある。上記の基板製造方法では、中央部の温度に比して外周部の温度を低く制御することで、成長面の外周部と中央部との成長速度の差を縮小させることができる。よって、成長面が平らな状態を維持しながら、第１の層および第２の層をエピタキシャル成長させることが可能となる。
【実施例】
【００１５】
＜結晶製造装置の構造＞
図１に、ＳｉＣ結晶製造装置（以下では結晶製造装置と略称する）１を示す。結晶製造装置１は、横型のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置である。結晶製造装置１は、チャンバー１０、基板保持部１１、加熱部１２、コイル１３、アルゴンガス供給部２１、シランガス供給部２２、プロパンガス供給部２３、窒素ガス供給部２４、ガス供給ライン２５、排気ライン２６、ＭＦＣ（マスフローコントローラー）３１〜３４、を備えている。
【００１６】
チャンバー１０は、石英チューブによって構成されていてもよい。基板保持部１１は、ＳｉＣベース基板１００を保持するサセプタである。基板保持部１１には、ＳｉＣベース基板１００の中央部に接触する部分に加熱部１２が備えられている。加熱部１２は、黒鉛製であってもよい。コイル１３は、チャンバー１０の外部にチャンバー１０を取り囲むように配置されている。ガス供給ライン２５は、アルゴンガス供給部２１〜窒素ガス供給部２４から供給される各種のガスをチャンバー１０内に導入するためのラインである。ＭＦＣ３１〜３４は、アルゴンガス供給部２１〜窒素ガス供給部２４の各々から供給されるガスの供給量を制御するコントローラーである。排気ライン２６は、チャンバー１０に導入された各種のガスを排気するラインである。
【００１７】
＜レーザー照射装置の構造＞
図２に、レーザー照射装置５０の概略図を示す。レーザー照射装置５０は、レーザー光発生部５１、ステージ５２、ステージ駆動部５３、を備えている。レーザー光発生部５１は、レーザー光６０を出力する部位である。ステージ５２は、インゴット１１０を載置する部位である。ステージ駆動部５３は、ステージ５２をＸ、Ｙ方向（レーザー光６０に対して垂直な平面内の方向）や、Ｚ方向（レーザー光６０と平行な方向）へ移動させる部位である。ステージ駆動部５３によって、レーザー光発生部５１に対するインゴット１１０の相対位置を変化させることができる。
【００１８】
＜基板製造方法＞
本実施形態に係る基板製造方法を説明する。基板製造方法は、インゴット製造工程と照射工程とを備えている。インゴット製造工程は、結晶製造装置１を用いてインゴット１１０を製造する工程である。照射工程は、レーザー照射装置５０を用いてインゴット１１０にレーザー光６０を照射することで、剥離層を境界として、基板層をインゴット１１０から分離する工程である。
【００１９】
インゴット製造工程によって形成されるインゴットの一例を、図３の模式図を用いて説明する。図３は、インゴット１１０の上面図および側面図を示している。インゴット１１０は、略円柱形状を有している。インゴット１１０は、ＳｉＣベース基板１００の上に、剥離層１０１、基板層１０２、剥離層１０３、基板層１０４、剥離層１０５、基板層１０６、が順番に積層されている構成を有している。ＳｉＣベース基板１００および基板層１０２、１０４、１０６は、６Ｈ−ＳｉＣ結晶である。剥離層１０１、１０３、１０５は、窒素がドープされた６Ｈ−ＳｉＣ結晶である。剥離層１０１、１０３、１０５の厚さＴ１は、基板層１０２、１０４、１０６の厚さＴ２よりも薄い。インゴット１１０は、例えば、直径が１〜８インチ、高さが１００μm程度であってもよい。基板層１０２、１０４、１０６の厚さＴ２は、例えば、０．１μｍ〜１０００μｍの範囲であってもよい。剥離層１０１、１０３、１０５の厚さＴ１は、例えば、０．１μｍ〜１０００μｍの範囲であってもよい。
【００２０】
＜インゴット製造工程＞
インゴット製造工程の内容を、図４のフローを用いて説明する。ステップＳ１において、６Ｈ−ＳｉＣ結晶のＳｉＣベース基板１００を、チャンバー１０内の基板保持部１１に保持する。ＳｉＣベース基板１００の主表面の面方位は、（０００１）面とすることが好ましい。そして、アルゴンガス供給部２１からアルゴン（Ａｒ）ガスをチャンバー１０にパージする。
【００２１】
ステップＳ２において、ＳｉＣベース基板１００の上に、６Ｈ−ＳｉＣ結晶の剥離層１０１をエピタキシャル成長させる。剥離層のエピタキシャル成長には、熱ＣＶＤ法が用いられる。具体的には、コイル１３に高周波電流を流すことによって加熱部１２の表面に誘導電流を発生させ、この誘導電流によって加熱部１２を加熱する。これにより、ＳｉＣベース基板１００の中央部が加熱される。また、ＳｉＣベース基板１００の外周周辺部には加熱部１２が接触していない。これにより、剥離層１０１の成長面において、周辺部の方が中央部よりも温度が低くなるように制御される。そして、原料ガスであるシラン（ＳｉＨ４）ガスおよびプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを、シランガス供給部２２およびプロパンガス供給部２３から、ガス供給ライン２５を介してチャンバー１０内に供給する。また、窒素（Ｎ２）ガスを、窒素ガス供給部２４からガス供給ライン２５を介してチャンバー１０内に供給する。
【００２２】
剥離層を成長させるステップＳ２では、チャンバー１０内に窒素ガスが供給されている。よって、窒素を含んだ６Ｈ−ＳｉＣ結晶をエピタキシャル成長させることができる。具体的には、６Ｈ−ＳｉＣ結晶の原子配列において、一部の炭素原子を窒素原子に置換することができる。窒素は、ＳｉＣ結晶のバンドギャップを狭くする元素である。よって、基板層の６Ｈ−ＳｉＣ結晶のバンドギャップよりも、剥離層の６Ｈ−ＳｉＣ結晶のバンドギャップを狭くすることができる。６Ｈ−ＳｉＣ結晶のバンドギャップを狭くするほど、吸収波長を長くすることができる。これにより、吸収光を変化させることができるため、６Ｈ−ＳｉＣ結晶の色が変化する。具体的には、入射光の波長がバンドギャップに相当する波長（光学吸収端の波長）より短いと光を透過しなくなり、半導体は吸収される色の補色に着色する。
【００２３】
また、剥離層を形成するＳｉＣ結晶に含まれる窒素濃度を高くしすぎると、成長するＳｉＣ結晶の結晶構造が、６Ｈ−ＳｉＣ（六方晶）から３Ｃ−ＳｉＣ（立方晶）へ変化してしまう場合がある。この場合、結晶構造の変化に伴って積層欠陥が発生してしまうため、ＳｉＣ結晶の結晶性が悪くなってしまう。よって、剥離層を形成するＳｉＣ結晶に含まれる窒素濃度は、剥離層の結晶構造が六方晶に維持される範囲であることが好ましい。
【００２４】
ステップＳ２において、剥離層１０１が予め定められた厚さＴ１まで成長すると、窒素ガス供給部２４からの窒素ガスの供給が停止され、ステップＳ３へ進む。なお、ステップＳ２での処理時間が、剥離層１０１が厚さＴ１に成長するために必要な成長時間に到達したことに応じて、ステップＳ３への移行が行われてもよい。
【００２５】
ステップＳ３では、剥離層１０１上に、６Ｈ−ＳｉＣ結晶の基板層１０２をエピタキシャル成長させる。基板層１０２のエピタキシャル成長には、熱ＣＶＤ法が用いられる。具体的には、前述したように加熱部１２を加熱した状態で、原料ガスであるシランガスおよびプロパンガスをチャンバー１０内に供給する。なお、窒素ガスはチャンバー１０内に供給されない。これにより、窒素を含まない６Ｈ−ＳｉＣ結晶を、基板層１０２としてエピタキシャル成長させることができる。
【００２６】
ステップＳ３において、基板層１０２が予め定められた厚さＴ２まで成長すると、窒素ガス供給部２４からの窒素ガスの供給が開始され、ステップＳ４へ進む。なお、ステップＳ３での処理時間が、基板層１０２が厚さＴ２に成長するために必要な成長時間に到達したことに応じて、ステップＳ４への移行が行われてもよい。
【００２７】
ステップＳ４において、基板層上に、６Ｈ−ＳｉＣ結晶の剥離層をエピタキシャル成長させる。なお、ステップＳ４の詳細な内容は、前述のステップＳ２の内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。ステップＳ５において、剥離層上に、６Ｈ−ＳｉＣ結晶の基板層をエピタキシャル成長させる。なお、ステップＳ５の詳細な内容は、前述のステップＳ３の内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２８】
ステップＳ６において、基板層の層数が、予め定められた層数に到達したか否かを判断する。本実施形態では、例として、基板層の層数が３層である場合を説明する。基板層の層数が３層未満である場合には、ステップＳ４へ戻る。そして１層分の剥離層（ステップＳ４）と１層分の基板層（ステップＳ５）をさらに成長させる。一方、基板層の層数が３層に到達した場合には、フローを終了する。これにより、図３に示すインゴット１１０を形成することができる。
【００２９】
＜照射工程＞
照射工程の内容を、図５のフローと、図６の説明図を用いて説明する。ステップＳ１０において、レーザー照射装置５０のステージ５２に、インゴット１１０を固定する。ステップＳ１１において、インゴット１１０の表面からレーザー光発生部５１のレーザー出力部までの距離Ｈが、予め定められた所定の距離となるように、ステージ５２のＺ方向の高さを調整する。
【００３０】
ステップＳ１２において、レーザー光発生部５１からレーザー光６０を出力させる。レーザー光６０は、インゴット１１０の上面側からインゴット１１０の内部に照射される。レーザー光６０の波長は、基板層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限（光学吸収端の波長）よりも長く、剥離層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限（光学吸収端の波長）よりも短い波長である。このような波長のレーザー光６０を用いることにより、図２に示すように、インゴット１１０の内部に照射されたレーザー光６０を、基板層１０６を透過させるとともに、基板層１０６の下層である剥離層１０５に吸収させることができる。すなわち、剥離層１０５を、レーザー光６０の集光層として機能させることができる。これにより、レーザー光６０をレンズ等を用いて集光する処理を行うことなく、剥離層１０５を選択的に発熱させることが可能となる。よって、剥離層１０５に熱応力を発生させてクラックを生成することができる。
【００３１】
レーザー光６０の種類は、固体レーザー、液体レーザー、半導体レーザー、ガスレーザー、自由電子レーザー、金属蒸気レーザー、化学レーザーであってもよい。レーザー光６０の波長は、例えば、４００ｎｍ以上としてもよい。より好ましい波長の範囲は、５００ｎｍ以上である。
【００３２】
またステップＳ１２において、ステージ５２をＸおよびＹ方向へ移動させることによって、レーザー光６０をインゴット１１０に対して相対的に走査させる。これにより、剥離層１０５の全面に熱応力を発生させることで、剥離層１０５の全面にクラックを生成することができる。剥離層１０５へレーザー光６０を走査させる処理が終了すると、ステップＳ１３へ進む。
【００３３】
ステップＳ１３において、図６に示すように、剥離層１０５を境界として、最上部に位置する基板層をインゴット１１０から分離させる。例えば、基板層１０６を真空チャックなどによって保持し、剥離する方向の力（例：インゴット１１０上方への力）を与えることにより、剥離層１０５の全面に生成されたクラックを起点として剥離層１０５が破壊され、基板層１０６をインゴット１１０から分離させることができる。
【００３４】
ステップＳ１４において、インゴット１１０にまだ分離されていない基板層が存在するか否かを判断する。基板層が存在しない場合には、フローを終了する。一方、基板層が存在する場合には、ステップＳ１１へ戻り、レーザー光６０を照射する工程（ステップＳ１２）と、最上部に位置する基板層をインゴット１１０から分離させる工程（ステップＳ１３）を繰り返す。これにより、１つのインゴット１１０から複数の基板を得ることができる。
【００３５】
図６に示すインゴット１１０では、基板層１０４および１０２がまだインゴットから分離されていない状態であるため（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１１へ戻る。そして、基板層１０４の上面側から、インゴット１１０の内部の剥離層１０３に、レーザー光６０が照射される。このとき、基板層１０４の表面に、剥離層１０５の一部が残存している場合がある。しかし、残存している剥離層１０５の厚さは、剥離前の剥離層１０５の厚さＴ１に比して十分に薄いため、レーザー光６０の大部分を剥離層１０３に吸収させることができる。よって、剥離層１０３に熱応力を発生させてクラックを生成することができる。
【００３６】
＜効果＞
上記の基板製造方法では、基板層を形成するＳｉＣ結晶のバンドギャップよりも、剥離層を形成するＳｉＣ結晶のバンドギャップを狭くすることができる。そして、剥離層をレーザー光６０の集光層として機能させることで、剥離層を境界として基板層を互いに分離させることができる。これにより、レーザーを集光するなどの制御を行うことなく、剥離層を選択的に発熱させることが可能となる。よって、インゴット１１０の表面のうねりやインゴットを載置するステージ５２の傾きなどが存在する場合においても、レーザー光６０により加熱される層の深さがばらついてしまうことを防止することができる。よって、剥離後の基板層に反りやうねりが発生してしまう事態を防止することが可能となる。
【００３７】
上記の基板製造方法では、剥離層を形成するＳｉＣ結晶に含まれる窒素濃度は、剥離層の結晶構造が六方晶となる範囲とされている。これにより、基板層と剥離層との間でＳｉＣの結晶構造を同一にすることができるため、結晶性のよいＳｉＣ基板を作成することが可能となる。
【００３８】
上記の基板製造方法では、剥離層を形成する６Ｈ−ＳｉＣ結晶に含ませる元素は、窒素である。窒素は、ＳｉＣ結晶に対してアクセプターおよびドナーになりにくい元素である。よって、ＳｉＣ結晶の導電型を中性に近づけることが可能となる。
【００３９】
インゴット製造工程において、ＳｉＣ結晶をエピタキシャル成長させる場合に、成長面の外周部の方が中央部よりも成長速度が高くなる傾向がある。この傾向が発生する要因の一つとしては、いわゆるベルグ効果が挙げられる。またＳｉＣ結晶のエピタキシャル成長では、成長面の温度が高くなるほど成長速度が高くなる傾向がある。そこで上記の基板製造方法では、インゴットを成長させる際に、加熱部１２によって、成長面の周辺部の方が成長面の中央部よりも温度が低くなるように制御を行う。これにより、成長面の外周部と成長面の中央部との成長速度の差を縮小させることができる。よって、成長面が平らな状態を維持しながら、ＳｉＣ結晶をエピタキシャル成長させることが可能となる。
【００４０】
いわゆるスマートカット法を用いてＳｉＣ基板を作成する場合には、ＳｉＣ結晶基板の主表面から水素イオンを注入することにより水素高濃度層を形成したのち、主表面をベース基板に貼り付ける。その後、水素高濃度層でＳｉＣ結晶基板からＳｉＣ結晶薄膜を剥離する。スマートカット法では、ＳｉＣ結晶薄膜の厚さを厚くしようとするほど、水素イオンの注入エネルギーを高くする必要があり、基板に与えるダメージが大きくなってしまうため、厚さ数十μｍ以上のＳｉＣ結晶薄膜を作成することができない。よって、厚さ数十μｍのＳｉＣ結晶層を作成するためには、スマートカット後のＳｉＣ結晶層の上に、さらにＳｉＣ結晶をエピタキシャル成長させる必要がある。一方、本明細書の基板製造方法では、厚さ数十μｍのＳｉＣ結晶薄膜を、ワイヤーソーを用いる場合などに比して高い収率で作製することができる。また、本明細書の基板製造方法では、水素イオンの注入工程や、２段階でのＳｉＣ結晶のエピタキシャル成長工程などを行う必要がない。以上より、本明細書の基板製造方法では、スマートカット法に比して、厚さ数十μｍのＳｉＣ結晶薄膜を容易に製造することが可能となる。
【００４１】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４２】
＜変形例＞
本実施形態では、基板層や剥離層を６Ｈ−ＳｉＣ結晶で形成する場合を説明したが、この形態に限られない。インゴット製造工程において、基板層に多形変化を起こさないように制御することができるポリタイプであれば、何れのポリタイプのＳｉＣ結晶を用いても良い。例えば、４Ｈ−ＳｉＣ結晶や３Ｃ−ＳｉＣ結晶を用いてもよい。基板層や剥離層を４Ｈ−ＳｉＣ結晶で形成する場合には、ＳｉＣベース基板１００に４Ｈ−ＳｉＣ結晶を用いればよい。この場合、ＳｉＣベース基板１００の主表面の面方位は、（０００１）面とすることが好ましい。基板層や剥離層を３Ｃ−ＳｉＣ結晶で形成する場合には、ＳｉＣベース基板１００に３Ｃ−ＳｉＣ結晶を用いればよい。この場合、ＳｉＣベース基板１００の主表面の面方位は、（１１１）面や（００１）面とすることが好ましい。
【００４３】
また、基板層を形成するＳｉＣ結晶の結晶構造が立方晶（例：３Ｃ−ＳｉＣ）である場合には、剥離層を形成するＳｉＣ結晶に含まれる窒素濃度は、剥離層の結晶構造が立方晶となる範囲とすることがよい。これにより、基板層と剥離層との間でＳｉＣの結晶構造を同一にすることができるため、結晶性のよいＳｉＣ基板を作成することが可能となる。
【００４４】
剥離層を形成するＳｉＣ結晶に含まれる窒素濃度は、剥離層が３Ｃ−ＳｉＣ結晶となる範囲であってもよい。剥離層を形成するＳｉＣ結晶に含まれる窒素濃度を高くしていくと、成長するＳｉＣ結晶の結晶構造を、６Ｈ−ＳｉＣ（六方晶）から３Ｃ−ＳｉＣ（立方晶）へ変化させることができる。具体的には、インゴット製造工程において剥離層を成長させる際には、チャンバー１０内に供給される窒素ガスの原料ガスに対する分圧比を、剥離層を６Ｈ−ＳｉＣ結晶で形成する場合に比して高めればよい。これにより、剥離層を３Ｃ−ＳｉＣ結晶で形成することができる。また、剥離層の上に基板層を成長させる際には、チャンバー１０内への窒素ガスの供給を停止すればよい。これにより、基板層を６Ｈ−ＳｉＣ結晶で形成することができる。
【００４５】
剥離層を３Ｃ−ＳｉＣ結晶で形成するとともに基板層を６Ｈ−ＳｉＣ結晶で形成することにより、第１の効果として、基板層と剥離層との熱膨張係数を異ならせることができる。よって、レーザー光６０の照射により剥離層を発熱させた際に剥離層に発生する熱応力を、基板層と剥離層の結晶構造が同一である場合よりも大きくすることができる。また第２の効果として、基板層と剥離層との界面に積層欠陥を形成することができるため、基板層と剥離層の結晶構造が同一である場合よりも、剥離層にクラックを発生させやすくすることができる。また第３の効果として、剥離層が６Ｈ−ＳｉＣ結晶によって形成されている場合に比して、剥離層のバンドギャップを狭くすることができる。よって、基板層と剥離層との吸収波長の差をより大きくすることができるため、剥離層を選択的に発熱させやすくすることができる。以上の効果により、剥離層を境界として基板層を分離させる処理を、より確実に行うことが可能となる。
【００４６】
剥離層に含ませる元素は窒素であるとしたが、この形態に限られない。剥離層のバンドギャップを基板層のバンドギャップよりも狭くすることができる元素であれば、何れの元素でもよい。例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｂ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｂｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｈ、Ｆなどの元素を用いてもよい。
【００４７】
インゴット製造工程において、ＣＶＤ法を用いる形態を説明したが、この形態に限られない。昇華再結晶化法や液相成長法を用いることも可能である。昇華再結晶化法を用いる場合には、剥離層を成長させるステップでは坩堝内に窒素を供給し、基板層を成長させるステップでは坩堝内に窒素を供給しないように制御を行えばよい。坩堝内への窒素の供給は、例えば、窒素ガスを供給することで行われてもよいし、窒素を含む固体を供給することで行われてもよい。また液相成長法を用いる場合には、剥離層を成長させるステップでは、ＳｉＣ結晶のバンドギャップを狭くする元素が含まれている溶液に種結晶基板を浸漬させればよい。また基板層を成長させるステップでは、ＳｉＣ結晶のバンドギャップを狭くする元素が含まれていない溶液に種結晶基板を浸漬させればよい。バンドギャップを狭くする元素を溶液に添加する方法は、例えば、結晶製造装置内の雰囲気を、バンドギャップを狭くする元素を含んだガスで置換する方法であってもよい。
【００４８】
また、基板層の表面に剥離層の一部が残存している場合には、残存している剥離層をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などの工程によって除去した上で、レーザー光６０を照射してもよい。これにより、最上層の基板層の下層に位置している剥離層に、レーザー光６０を確実に吸収させることができる。
【００４９】
また、レーザー照射装置５０において、集光レンズを用いるとしてもよい。この場合、レーザー光６０の集光点を、最上層の基板層の下層に位置している剥離層の近傍に設定するとしてもよい。これにより、基板層の表面に剥離層の一部が残存している場合にも、残存している剥離層にレーザー光６０が吸収されにくくすることができる。また、剥離層がレーザー光６０の集光層として機能するため、集光点の位置の制御には、高い精度を不要とすることができる。
【００５０】
チャンバー１０のパージに使用するガスは、アルゴンガスに限られない。ＳｉＣ結晶に取り込まれることのない安定的なガスであれば、何れのガスを用いてもよい。例えば、ヘリウムガスを使用することも可能である。
【００５１】
インゴット製造工程において、成長面の周辺部の方が成長面の中央部よりも温度が低くなるように制御を行う方法は、多種の方法が使用可能である。例えば、基板保持部１１において、ＳｉＣベース基板１００の外周部が接触する部分に冷却管を備えるとしてもよい。
【００５２】
図３に示すインゴット１１０では、基板層の積層数が３層の場合を説明したが、この形態に限られない。２層以下または４層以上の基板層が積層されている形態であってもよい。
【００５３】
ステップＳ１２において、レーザー光６０をインゴット１１０に対して相対的に走査させる方法は、多種の方法が使用可能である。例えば、ステージ５２を固定状態にして、レーザー光発生部５１を走査する形態であってもよい。
【００５４】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５５】
１：結晶製造装置、１０：チャンバー、５０：レーザー照射装置、６０：レーザー光、１００：ＳｉＣベース基板、１０１および１０３および１０５：剥離層、１０２および１０４および１０６：基板層、１１０：インゴット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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