异质外延膜的制作方法与流程

本发明涉及一种异质外延膜的制作方法。

背景技术：

1、尖端cmos(complementary metal oxide silicon，互补金属氧化物半导体)和igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管)等形成于硅基板上的器件大多不以维持初始的硅基板厚度的状态使用，多数情况下通过研磨等方法来进行薄膜化后使用。其原因在于，若硅基板较厚，则基板会成为电阻而产生阻碍。另一方面，从最初开始就较薄的硅基板会在工艺中翘曲而无法通过器件工艺，故需要有厚度。另一方面，最近的器件除了以往的微细化以外，还开始逐渐采用利用晶圆上芯片(chip on wafer)等方法进行的集成化，该晶圆上芯片是将切取后的元件贴附在已预先实施金属布线的晶圆。此时，切取的元件也会进行薄片化而将硅基板的大部分去除。

2、并且，器件已逐渐积极地利用硅以外的材料，这有助于高性能化。其中，相较于si的1.1ev，sic具有2.2～3.3ev这样的宽广的带隙，因此具有高介电击穿强度，并且导热系数也大，故而是一种作为用于功率器件和高频用器件等各种半导体器件的半导体材料而备受期待的材料。

3、因此，考虑到这些情况，例如专利文献1、2及3中已提出一种对sic和硅预先实施氢等的离子注入，并从该注入层剥离基板的技术。若为上述方法，则在剥离后薄膜侧会作为器件，厚膜侧能够再次作为基板加以利用(虽然需要进行表面研磨)，故而为优点大的方法。然而，上述方法通过像氢这样的离子注入来在其中制作脆弱层进而进行剥离，由于需要离子注入装置这一点(如果为直径大的基板则会特别昂贵)与形成脆弱层的时机极为困难(如果在工艺初期形成脆弱层，则有在工艺中的热工序中发生破裂的可能性；另一方面，如果在工艺后半形成脆弱层，则在此之前所形成的器件会因离子注入而被破坏)，故而在实用化上有障碍。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2010-251724号公报

7、专利文献2：日本特开2011-223011号公报

8、专利文献3：日本特表2010-502023号公报

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题

2、本发明是为了解决上述问题而完成的，并且对器件造成的损伤少且减少材料的损失而效率良好地得到薄膜状的异质外延膜。

3、解决技术问题的技术手段

4、为了实现上述目的，本发明提供一种异质外延膜的制作方法，其包括使3c-sic单晶膜在单晶硅基板上异质外延生长后，将所述3c-sic单晶膜从所述单晶硅基板上剥离的工序，所述异质外延膜的制作方法的特征在于，包括以下工序：

5、使用减压cvd装置，通过氢焙(hydrogen bake)去除所述单晶硅基板的表面的自然氧化膜的第一工序；

6、一边将包含碳与硅的源气体供给至所述减压cvd装置内，一边在压力为1333pa以下、温度为300℃以上且950℃以下的条件下在所述单晶硅基板上进行sic的核形成的第二工序；

7、在压力为1333pa以下、温度为800℃以上且小于1200℃的条件下使sic单晶生长，从而形成3c-sic单晶膜并且于该3c-sic单晶膜正下方形成空位的第三工序；及

8、利用所述空位将所述3c-sic单晶膜从所述单晶硅基板上分离并剥离，由此制作所述异质外延膜的第四工序。

9、如此，通过在第一工序中去除单晶硅基板表面的自然氧化膜，能够在第二工序中进行sic的核形成。

10、此外，通过将容易进行第二工序的sic的核形成的压力及温度条件与第三工序的sic单晶容易生长的压力及温度条件组合，能够效率良好地制造一种具有优质的3c-sic单晶膜的异质外延片。

11、此外，通过将压力设为1333pa(10torr)以下，能够防止发生反应活性物种在气相中与原料气体进行反应等二次或更加高次的反应，因此能够确保异质外延生长。由此，能够防止3c-sic多晶化。而且，能够一边使3c-sic单晶膜生长，一边在该3c-sic单晶膜的正下方的硅层(单晶硅基板)(以下也称为3c-sic/硅界面)形成空位。通过使该空位存在，不仅能够减缓3c-sic与硅的晶格失配，还能够使外延层整体的应力松弛，因此即使为厚膜的3c-sic单晶膜，也能够更确实地形成无晶体缺陷的3c-sic单晶膜。

12、如上所述，通过将容易进行sic的核形成的压力及温度条件与sic单晶容易生长且会于sic/硅界面形成空位的压力及温度条件组合，能够效率良好地获得一种具有3c-sic单晶膜的异质外延片。进一步通过在第四工序中利用3c-sic/硅界面的空位进行分离并剥离，能够效率良好地获得一种异质外延膜，其包含目标的3c-sic单晶膜。

13、此外，由于在3c-sic/硅界面剥离，因此能够在单晶硅基板的损失也较少的情况下分离。换言之，能够在分离后获得更厚的单晶硅基板，在再利用方面有效。

14、此外，例如即使在于3c-sic单晶膜上形成器件后进行剥离，对器件造成的损伤仍少。

15、此时，能够使用单甲基硅烷或三甲基硅烷作为所述源气体。

16、若为这样的原料气体，则能够利用单一气体来同时供给si和c，因此也不需要现有方法中进行的被称为3c-sic单晶膜生长前的碳化处理的工序，能够在非常简单的条件下进行3c-sic单晶膜的形成，所述工序中，通过包含碳源前驱物的气体使碳原子附着在单晶硅基板表面来进行核形成。

17、此外，与现有方法相比，更容易控制气相中的反应活性物种，能够进一步确保异质外延生长，且也更容易在3c-sic单晶膜的生长不会停止的情况下进行厚膜的3c-sic单晶膜的形成，所述现有方法最初通过包含碳源前驱物的气体来使碳原子附着在单晶硅基板表面从而进行核形成后，利用包含碳源前驱物的气体与包含硅源前驱物的气体来形成3c-sic单晶膜。

18、此外，所述第一工序能够在温度为1000℃以上且1200℃以下的条件下进行。

19、通过设为这样的温度条件，能够更效率良好地去除单晶硅基板表面的自然氧化膜，能够更确实地进行3c-sic单晶膜的形成。此外，能够防止滑移位错发生。

20、此外，所述第三工序能够在压力为133pa以下的条件下进行。

21、如此，通过在第三工序中将压力设为133pa(1torr)以下，能够一边使3c-sic单晶膜生长，一边更确实地于3c-sic/硅界面形成空位，且能够在第四工序中更确实地剥离3c-sic单晶膜(异质外延膜)。

22、此外，相较于所述第二工序的条件，能够提高压力与温度之中的一种以上来进行所述第三工序。

23、虽也能够在与第二工序的条件相同的条件下进行第三工序的条件，但若以上述方式进行，则能够在第三工序中更加加快3c-sic单晶膜的生长速度，因此即使形成厚膜的3c-sic单晶膜，仍能够有效率地进行。

24、此时，所述第三工序能够在温度为1000℃以上且小于1200℃的条件下进行。

25、若为该生长条件，则能够将异质外延生长设为供给气体的输送速度瓶颈，而不会受到像下述这样的限制：为了进一步减少其他现有方法中产生的硅与sic的晶格失配而限定单晶硅基板的面取向。也无须通过离子注入来形成像氢这样的脆弱层，能够更确实地使3c-sic单晶膜生长。并且，能够更容易地在例如直径300mm这样的直径大的单晶硅的基板上形成3c-sic单晶膜。

26、此外，能够在所述第三工序中提高压力与温度中的一种以上。

27、若为该方法，则也能够在第三工序的初始阶段中例如将压力设为133pa(1torr)以下的条件后提高压力来加快成膜速度。同样地，温度也能够从中途设为更高的温度来加快成膜速度。

28、此时，能够在温度从300℃以上且950℃以下的范围缓缓升温至1000℃以上且小于1200℃的范围的条件下进行所述第二工序、所述第三工序，

29、由此连续地进行所述sic的核形成与紧接着该sic的核形成的所述3c-sic单晶膜的形成。

30、若以此方式进行，则能够将异质外延生长设为供给气体的输送速度瓶颈，不会受到单晶硅基板的面取向的限制。此外，在直径大的单晶硅基板上的3c-sic单晶膜的形成更容易进行。

31、而且，所述升温能够以0.5℃/秒以上且2℃/秒以下的升温速度进行。

32、若为这样的升温速度，则能够更确实地进行温度控制。此外，能够进行均匀的sic的核形成，且能够有效地防止异质外延生长时的缺陷产生。

33、此外，也能够在所述第三工序后且所述第四工序前，使gan在所形成的所述3c-sic单晶膜的表面进一步生长来形成gan层，或者也能够在所述第三工序后且所述第四工序前，使si在所形成的所述3c-sic单晶膜的表面进一步生长来形成si层。

34、以上述方式生长而成的3c-sic单晶膜由于表面平坦，因此能够进一步使gan层和si层在该3c-sic单晶膜的表面异质外延生长。

35、此外，在所述第三工序后，在所形成的所述3c-sic单晶膜上形成保护膜，然后进行所述第四工序。或者，在所述第三工序后，在所形成的所述3c-sic单晶膜上形成器件并形成保护膜，然后进行所述第四工序。或者，在所述第三工序后，在所形成的所述3c-sic单晶膜上形成器件并沿着该器件的刻划线(scribe line)切取器件后形成保护膜，然后进行所述第四工序。

36、如此，能够在维持3c-sic单晶膜的状态下剥离，且也能够在形成器件后剥离。

37、发明效果

38、通过本发明的异质外延膜的制作方法，能够在单晶硅基板上效率良好地进行一边维持优质的3c-sic单晶性一边在硅基板(3c-sic/硅界面)中产生空位的3c-sic单晶膜的异质外延生长，通过使用该空位将3c-sic单晶膜从硅基板上剥离，能够效率良好地得到薄膜状的异质外延膜。此外，在对器件造成的损伤和材料的损失方面极为有效。并且，若为这样的异质外延膜，则由于将sic作为衬底，因此能够活用宽带隙的特征来实现基于绝缘性的器件分离和基于高导热系数的冷却效率提升。