(57)【要約】【課題】炭化珪素単結晶膜を種結晶上に育成するのに際して、得られた炭化珪素単結晶膜を種結晶から切断する必要性をなくすることである。【解決手段】  炭化珪素単結晶からなる種結晶１上にグラファイト層２を設け、グラファイト層２上に炭化珪素単結晶膜３を気相法によって生成させる。好ましくは、グラファイト層２を除去することによって、種結晶１と炭化珪素単結晶膜３とを分離する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素単結晶からなる種結晶上にグラファイト層を設け、このグラファイト層上に炭化珪素単結晶膜を気相法によって生成させることを特徴とする、炭化珪素単結晶膜の製造方法。
【請求項２】
前記炭化珪素単結晶膜を化学的気相成長法または昇華法によって生成させることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記グラファイト層を除去することによって、前記種結晶と前記炭化珪素単結晶膜とを分離することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法によって得られたことを特徴とする、炭化珪素単結晶膜。
【請求項５】
自立基板として使用可能であることを特徴とする、請求項４記載の炭化珪素単結晶膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素単結晶膜およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２１世紀のエネルギー利用のあり方を考えたとき、パソコンの普及、ＦＣカーやハイブリッドカーの開発に伴い、民生・旅客運輸関係を中心にエネルギー需要の増大が予想されている。これを背景として、例えば、電力変換に伴う損失の低減といった省エネルギー対策が急務となっている。しかし、従来使用されているSiデバイスによる変換システムでは、その動作温度限界が125℃と低く、発熱に伴う電力損失が大きい。Si系デバイスにおいて、損失を減らすためのさまざまな技術が開発されているが、Si材料そのものがもつ物性値の限界を越えて、電力損失を低減することは不可能である。そこで、Siより優れた物性値をもつワイドバンドギャップ半導体であるSiCを用いて、こうした課題を解決することが期待されている。
【０００３】
従来、SiCバルク単結晶基板のもっとも一般的な方法は昇華法である（非特許文献１：第36〜55頁）。昇華法は、炭化珪素の粉末を原料として用い、これを昇華分解し、種結晶上に再結晶化させて成長させる方法である。この方法では、炭化珪素の種結晶上に炭化珪素単結晶膜をホモエピタキシャル成長させ、インゴットを作製し、これを切断加工し、ウエハを得る。
【非特許文献１】「SiC素子の基礎と応用」  オーム社  荒井和雄・吉田貞史共編
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の昇華法では、インゴットを切断する際、インゴット切断時の切りしろがウエハーとして使えず、無駄になってしまう。また、炭化珪素自体が硬いため、切断するのに多くの労力を要する。
【０００５】
本発明の課題は、炭化珪素単結晶膜を種結晶上に育成するのに際して、得られた炭化珪素単結晶膜を種結晶から切断する必要性をなくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、炭化珪素単結晶からなる種結晶上にグラファイト層を設け、このグラファイト層上に炭化珪素単結晶膜を気相法によって生成させることを特徴とする、炭化珪素単結晶膜の製造方法に係るものである。
また、本発明は、この方法によって得られたことを特徴とする、炭化珪素単結晶膜に係るものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明者は、上記問題点を解決するために、炭化珪素単結晶基板の表面にグラファイト層を形成し、このグラファイト層上にさらに炭化珪素を成膜し、これを剥離させ、炭化珪素単結晶膜を得ることを検討した。すなわち、図１（ａ）〜（ｄ）に模式的に示すように、炭化珪素単結晶からなる種結晶１（図１（ａ））を真空中で加熱し、表面１ａにグラファイト層２を生成させる（図１（ｂ））。
【０００８】
このプロセスは、「Bommel et al., Surf. Sci., 48 (1975) 463」に報告されている。また、炭化珪素基板上にグラファイトの炭素原子が6√3×6√3R30°構造の周期配列構造を有して配列することが、反射電子高速回折（RHEED）の研究で報告されている（X. N. Xie
et al., Surf. Sci., 478 (2001) 57）。
【０００９】
本発明では、炭化珪素単結晶表面に、周期配列構造をなしてグラファイトが形成されるのと同様に、グラファイト上にも炭化珪素単結晶が形成されるのではないかという着眼のもとに実施した。この結果、図１（ｃ）に示すように、グラファイト層２上に炭化珪素単結晶膜３が生成することを見いだし、本発明に到達した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
炭化珪素種結晶１において、グラファイト層を形成するべき表面１ａの結晶方位は特に限定されない。表面の結晶方位は、好ましくは、SiCのSi（0001）面、C（000-1）面である。また、炭化珪素は多くの多形をもつことが知られている。炭化珪素種結晶の結晶系は特に限定されないが、６H型、４H型が好ましい。
【００１１】
グラファイト層を生成させる際の具体的方法は限定されない。
好適な実施形態においては、種結晶を不活性雰囲気下あるいは減圧下に加熱することによって、グラファイト層を生成させる。これによって、炭化珪素のＳｉ成分が真空中あるいは不活性雰囲気中に昇華し、基板表面からなくなり、グラファイト層が残留する。
【００１２】
このグラファイト層を生成させる際の加熱温度は、１３００℃以上が好ましく、１７００℃以上が更に好ましい。また、SiCは加熱温度が２８３０℃を超えるとグラファイトと炭素を含有したシリコン融液に分解してしまうため、加熱温度は２８３０℃以下が好ましく、２２００℃以下が更に好ましい。
【００１３】
種結晶を減圧雰囲気下で加熱する場合には、圧力は１０−１Ｔｏｒｒ以下であることが好ましく、１０−２Ｔｏｒｒ以下であることが更に好ましい。また、種結晶を不活性雰囲気中で加熱する場合には不活性雰囲気は特に限定されないが、窒素、アルゴン、窒素とアルゴンの混合雰囲気が特に好ましい。また、不活性ガスの圧力は０．１ＭＰａ以上であることが好ましく、０．２ＭＰａ以上であることが更に好ましい。不活性雰囲気の圧力の上限は特にないが、例えば０．５ＭＰa以下とすることができる。
【００１４】
特に好適な実施形態においては、炭化珪素種結晶のＳｉ面を減圧下で加熱することによってグラファイト層を形成する。また、他の好適な実施形態においては、炭化珪素種結晶のＣ面を不活性雰囲気中で加熱することによってグラファイト層を形成する。
【００１５】
グラファイト層の厚さは特に限定されない。炭化珪素単結晶膜の種結晶からの剥離を容易にするという観点からは、グラファイト層の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。また、グラファイト層厚さの上限は特にないが、ある程度以上厚くすることは困難であり、実用的には５０μｍ以下であってよい。
【００１６】
炭化珪素単結晶膜の成膜方法は気相法であるが、好ましくは昇華法や化学的気相成長法（CVD）法である。これらの成膜方法それ自体は公知である。昇華法の種類は限定されないが、昇華再結晶法（改良レーリー法）を例示できる（Yu. M.
Tairov and V. F. Tsvetkov, J. Crystal Growth, 43 (1978) 209）。また、化学的気相成長法としては、例えば前記非特許文献１第５７〜８１頁に開示の方法を例示できる。
【００１７】
次いでグラファイト層を除去し、種結晶と炭化珪素単結晶膜とを分離する。グラファイト層の除去方法は特に限定されない。グラファイト層を化学薬品によって除去することもできる。好ましくはグラファイトを酸化し、二酸化炭素等として飛散させることによって、グラファイト層を除去する。
【００１８】
グラファイトは炭素からなる層状物質であり、酸化雰囲気におけば酸化され、CO2などとして排出される。ただ、グラファイト層の表面積が大きくなると、酸化に要する時間が増加するため、オゾンを用いて酸化を促進させることも可能である。
【００１９】
グラファイト層の酸化処理時の熱処理温度は限定されないが、８００℃以上が好ましく、１０００℃以上が更に好ましい。この熱処理温度の上限は特にないが、炭化珪素単結晶膜や種結晶に対する影響を抑制するためには、１６００℃以下とすることが好ましく、１３００℃以下とすることが更に好ましい。
【００２０】
酸化処理時の雰囲気は酸化性雰囲気であるが、好ましくは酸素ガス含有雰囲気である。この種類は特に限定されず、大気や純酸素であってよい。また、酸素と不活性ガスとの任意の混合物であってよい。この不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素を例示できる。
【００２１】
炭化珪素単結晶膜の厚さは特に限定されず、形状に限定はなく、また均一な膜厚を有する必要もない。
【００２２】
得られた炭化珪素単結晶膜を種結晶上に設けたまま、特定用途に使用することも可能である。しかし、好適な実施形態においては、剥離した炭化珪素単結晶膜を自立基板として用い、下側の種結晶上には再度グラファイトを形成させれば、再び炭化珪素単結晶膜を作製するための下地となる。この場合には、炭化珪素単結晶の自立基板を、切断工程を経ることなく製造できる。このように炭化珪素単結晶膜を自立させるためには、炭化珪素単結晶膜の厚さは１５０μｍ以上であることが好ましく、２００μｍ以上であることが更に好ましい。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
図１（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ説明した前記方法に従い、炭化珪素単結晶膜を作製した。具体的には、６H−SiCからなる種結晶１のSi面１ａ（６ｍｍ×8ｍｍ）を、1900℃で6時間、真空中で加熱した。真空引きにはメカニカルブースターポンプを用いた。このとき、Si面１ａ上には約５μm厚のグラファイト層２が形成されており、銀色を呈していた。グラファイト層２が形成されていることは、Ｘ線回折（XRD）とRHEEDにより確認した。
【００２４】
このグラファイト層２上にCVD法により炭化珪素単結晶膜３を成膜した。原料ガスはSiH4とC３H８を使用し、キャリアガスとしてH2を用いた。成長温度は1500℃として8時間成膜した。膜厚は約40μmであった。このCVDによる成膜を５回繰り返し、膜厚を約200μｍとした。この後、成膜した試料をこのまま酸化処理すると、グラファイト層がCVD膜に覆われてしまっているために、酸素ガスに触れることができないため、試料の周囲を研摩し、中間層であるグラファイト層を露出させた。
【００２５】
次に、上記の試料のグラファイトを除去するために、1000℃で6時間酸化処理を実施した。酸素を１（リットル／分）で流しながら実施した。この処理により、CVD成膜したSiC膜３は完全には剥離しなかったものの、周囲から約１〜２ｍｍ程度までグラファイト層２が消失していることを確認した。
【００２６】
（実施例２）
実施例１で得た試料に対して、さらに高温で酸化処理を行い、炭化珪素単結晶膜を剥離させた。ただし、実施例１と酸素流量は同じにし、温度を1150℃にして6時間酸化処理を実施したところ、炭化珪素単結晶膜３が下地の種結晶１から剥離した。
【００２７】
（実施例３）
図１（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ説明した前記方法に従い、炭化珪素単結晶膜からなる自立基板を作成した。具体的には、６H−SiCからなる種結晶１のＣ面１ａについて、1900℃で6時間、窒素雰囲気中で加熱した。圧力は0.2MPaとした。Ｃ面１ａ上にグラファイト層２が約１μｍ形成した。Ｘ線回折分析およびRHEEDにより、グラファイト層が形成されていることを確認した。
【００２８】
このグラファイト層２上に、実施例１と同様に化学的気相成長法によって炭化珪素単結晶膜３を成膜した。試料の周囲に、実施例１と同様に、研摩によりグラファイトの露出部をつくり、1150℃で１２時間、酸素流量１リットル／分で酸化処理をしたところ、下地の種結晶１、成膜した炭化珪素単結晶膜３を剥離させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明のプロセス例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  種結晶        １ａ  種結晶１の表面        ２  グラファイト層        ３  炭化珪素単結晶膜
【図１】
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