JP6753703B2 - 化合物半導体基板、ペリクル膜、および化合物半導体基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、化合物半導体基板、ペリクル膜、および化合物半導体基板の製造方法に関し、より特定的には、ＳｉＣ（炭化ケイ素）膜を備えた化合物半導体基板、ペリクル膜、および化合物半導体基板の製造方法に関する。

ＳｉＣは、Ｓｉ（ケイ素）に比べて耐熱性および耐電圧性に優れ、電子デバイスとして使用した場合の電力損失が小さい。このため、ＳｉＣは次世代の半導体材料として、たとえば、高性能・省電力のインバータ機器、家庭電化製品用パワーモジュール、または電気自動車用パワー半導体素子などへの利用が進んでいる。

また、ＳｉＣは、Ｓｉに比べて高いヤング率、高温での高い降伏強度、および高い化学的安定性を有しているので、ＳｉＣをＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）として利用することが検討されている。さらに、ＳｉＣは、高い光透過率を有しているため、これらの性質を利用した他の用途も検討されている。

ＳｉＣ膜は、通常、Ｓｉ基板上にＳｉＣ膜を形成した後、Ｓｉ基板の一部または全部をエッチングすることにより形成される。Ｓｉ基板をエッチングする際には、ＳｉＣ膜を形成したＳｉ基板が薬液中に浸漬される。ＳｉＣ膜を形成する技術は、たとえば下記特許文献１〜３などに開示されている。

下記特許文献１には、Ｓｉ基板の表面上に約１μｍの厚さのＳｉＣ膜を形成し、ＳｉＣ膜のいずれか一方の面を任意の面積で除去することで基板開口部を形成し、ＳｉＣ膜をマスクとして基板開口部を通じてＳｉ基板をエッチングする技術が開示されている。Ｓｉ基板をエッチングする際には、フッ酸と硝酸の混合液が使用されている。

下記特許文献２には、ＳｉＣ膜を含むＸ線マスクを製造する技術が開示されている。この技術では、Ｓｉウエハ上に２μｍの厚さのＳｉＣ膜を形成し、ＳｉＣ膜上に保護膜およびＸ線吸収膜を形成し、Ｓｉウエハの下面に耐エッチング物質をリング状に塗布し、水酸化ナトリウム水溶液を用いてＳｉウエハの中央部を除去する。

下記特許文献３には、補強部を含むＳｉ基板の一方の面に３Ｃ−ＳｉＣ層を形成し、フッ化水素酸や硝酸などを混合したエッチング液でＳｉ基板を溶解する技術が開示されている。

特開平０９−３１０１７０号公報 特開平０７−１１８８５４号公報 特開２０１５−２０２９９０号公報

ＳｉＣ膜には薄膜化が要求されている。たとえば、ＳｉＣを利用したＭＥＭＳの場合には、高感度化の観点からＳｉＣの薄膜化が要求されている。また、ＳｉＣを利用したペリクルの場合には、さらなる光透過性の向上などの観点からＳｉＣの薄膜化が要求されている。

しかし、従来の技術ではＳｉＣ膜を薄膜化することができなかった。ＳｉＣ膜を薄膜化しようとすると（たとえば１０μｍ以下の厚さにしようとすると）、ＳｉＣ膜が厚い場合と比較して機械的強度が低くなるため、Ｓｉ基板のエッチング中にＳｉＣ膜にクラックが入ったり、Ｓｉ基板からＳｉＣ膜が剥がれたりする現象が起きていた。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、ＳｉＣ膜の薄膜化を図ることのできる化合物半導体基板、ペリクル膜、および化合物半導体基板の製造方法を提供することである。

本発明の一の局面に従う化合物半導体基板は、環状の平面形状を有するＳｉ基板と、Ｓｉ基板の一方の主面に形成され、２０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚さを有するＳｉＣ膜とを備え、ＳｉＣ膜は、Ｓｉ基板の他方の主面には形成されていない。

上記化合物半導体基板において好ましくは、ＳｉＣ膜の表面に対して垂直な平面で切った断面で見た場合に、Ｓｉ基板の幅は、ＳｉＣ膜から離れるに従って減少する。

上記化合物半導体基板において好ましくは、ＳｉＣ膜の一方の主面に形成された、ＳｉＣとは異なる膜をさらに備える。

上記化合物半導体基板において好ましくは、ＳｉＣとは異なる膜は、グラフェン、グラファイト、またはＧａＮ（窒化ガリウム）よりなる。

本発明の他の局面に従うペリクル膜は、上述の化合物半導体基板を用いたものである。

本発明のさらに他の局面に従う化合物半導体基板の製造方法は、Ｓｉ基板の一方の主面にＳｉＣ膜を形成する工程と、Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部をウエットエッチングにより除去する工程とを備え、Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、ウエットエッチングに用いる薬液に対してＳｉ基板およびＳｉＣ膜を相対的に動かす。

上記製造方法において好ましくは、Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、Ｓｉ基板およびＳｉＣ膜を、ＳｉＣ膜の一方の主面に対して平行な平面内の方向に動かす。

上記製造方法において好ましくは、Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、Ｓｉ基板およびＳｉＣ膜を回転させた状態で、ウエットエッチングに用いる薬液をＳｉ基板の他方の主面に注入する。

上記製造方法において好ましくは、Ｓｉ基板の他方の主面の中央部にＳｉを底面とする凹部を形成する工程をさらに備え、Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、凹部の底面にＳｉＣ膜を露出させる。

上記製造方法において好ましくは、Ｓｉ基板の他方の主面の中央部に凹部を形成する工程の後で、Ｓｉ基板の一方の主面にＳｉＣ膜を形成する工程を行う。

上記製造方法において好ましくは、Ｓｉ基板の一方の主面にＳｉＣ膜を形成する工程の後で、Ｓｉ基板の他方の主面の中央部に凹部を形成する工程を行う。

上記製造方法において好ましくは、Ｓｉ基板の他方の主面の中央部に凹部を形成する工程において、Ｓｉ基板の他方の主面に形成された酸化膜または窒化膜よりなるマスク層をマスクとして、Ｓｉ基板の他方の主面の中央部をウエットエッチングにより除去する。

上記製造方法において好ましくは、ＳｉＣ膜を形成する工程において、Ｓｉ基板の一方の主面、側面、およびＳｉ基板の他方の主面の外周部にＳｉＣ膜を形成し、Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、Ｓｉ基板の他方の主面の外周部に形成されたＳｉＣ膜をマスクとして、Ｓｉ基板の他方の主面を除去する。

上記製造方法において好ましくは、Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、ウエットエッチングに用いる薬液としてフッ酸および硝酸を含む混酸を用いる。

上記製造方法において好ましくは、Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部を除去する工程の後で、ＳｉＣ膜の一方の主面にＧａＮ膜を形成する工程をさらに備える。

上記製造方法において好ましくは、ＳｉＣ膜の一部をグラフェン膜またはグラファイト膜に変化させる工程をさらに備える。

上記製造方法において好ましくは、前記ＳｉＣ膜の一方の主面にグラフェン膜またはグラファイト膜を形成する工程をさらに備える。

本発明によれば、ＳｉＣ膜の薄膜化を図ることのできる化合物半導体基板、ペリクル膜、および化合物半導体基板の製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における化合物半導体基板１の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態において、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに対して垂直な方向から見た場合の化合物半導体基板１の構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法の第１の工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法の第２の工程を示す断面図である。 図４に示す工程の変形例の第１の工程を示す断面図である。 図４に示す工程の変形例の第２の工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法の第３の工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法の第４の工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法の第５の工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＳｉのウエットエッチングの第１の方法を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＳｉのウエットエッチングの第２の方法を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＳｉのウエットエッチングの第３の方法を模式的に示す図である。 図１に示す化合物半導体基板１におけるＡ部拡大図である。 本発明の第１の実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法の変形例の第１の工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法の変形例の第２の工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態における化合物半導体基板１の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法の第１の工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法の第２の工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態における、ＣＶＤ装置内でＳｉ基板１１を保持する方法の一例を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態における化合物半導体基板１ａの構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態における、ＡｌＮ膜２１およびＧａＮ膜２２の成膜条件の一例を説明するグラフである。 本発明の第４の実施の形態における化合物半導体基板１ｂの構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態における化合物半導体基板１ｂの製造方法の第１の工程を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態における化合物半導体基板１ｂの製造方法の第２の工程を示す断面図である。 本発明の第５の実施の形態における化合物半導体基板１の使用方法の一例を示す断面図である。 本発明の一実施例において、本発明例のスピンエッチング中のＳｉ基板の裏面を撮影した写真である。 本発明の一実施例において、比較例のウエットエッチング中のＳｉ基板の裏面を撮影した写真である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態における化合物半導体基板１の構成を示す断面図である。なお図１は、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに対して垂直な平面で切った場合の断面図である。

図１を参照して、本実施の形態における化合物半導体基板１は、Ｓｉ基板１１と、ＳｉＣ膜１２とを備えている。

Ｓｉ基板１１は、環状の平面形状を有している。Ｓｉ基板１１は表面１１ａと、裏面１１ｂと、側面１１ｃとを含んでいる。Ｓｉ基板１１の表面１１ａには（１１１）面が露出している。Ｓｉ基板１１の表面１１ａには（１００）面や（１１０）面が露出していてもよい。

ＳｉＣ膜１２は、Ｓｉ基板１１の表面１１ａ（Ｓｉ基板の一方の主面の一例）に形成されている。ＳｉＣ膜１２は、表面１２ａと、裏面１２ｂと、側面１２ｃとを含んでいる。ＳｉＣ膜１２の裏面１２ｂは、環状のＳｉ基板１１の内側の凹部１３に露出している。ＳｉＣ膜１２は、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂ（Ｓｉ基板の他方の主面の一例）には形成されておらず、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂは露出している。

ＳｉＣ膜１２は、２０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚さｗを有している。厚さｗは、好ましくは１μｍ以下であり、より好ましくは５００ｎｍ以下である。ＳｉＣ膜１２は、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、多結晶３Ｃ−ＳｉＣ、またはアモルファスＳｉＣなどよりなっている。特に、ＳｉＣ膜１２がＳｉ基板１１の表面にエピタキシャル成長されたものである場合、一般的に、ＳｉＣ膜１２は３Ｃ−ＳｉＣよりなっている。

図２は、本発明の第１の実施の形態において、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに対して垂直な方向から見た場合の化合物半導体基板１の構成を示す平面図である。図２では、Ｓｉ基板１１の形状を示す目的で、Ｓｉ基板１１は点線で示されているが、実際にはＳｉ基板１１は直接には見えない。

図２を参照して、Ｓｉ基板１１、ＳｉＣ膜１２、および凹部１３の各々は、任意の平面形状を有している。ＳｉＣ膜１２はその外周端部を環状のＳｉ基板１１によって支持されている。これにより、ＳｉＣ膜１２の機械的強度がＳｉ基板１１によって補強されている。Ｓｉ基板１１、ＳｉＣ膜１２、および凹部１３の各々は、たとえば図２（ａ）に示すように、円の平面形状を有していてもよいし、図２（ｂ）に示すように、矩形の平面形状を有していてもよい。図２（ｂ）では、Ｓｉ基板１１は四角環状の平面形状を有している。さらに図２（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２の各々は円の平面形状を有しており、凹部１３は矩形の平面形状を有していてもよい。凹部１３の大きさは任意であり、化合物半導体基板１に要求される機械的強度などに応じて決定されてもよい。

次に、本実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法について、図３〜図９を用いて説明する。

図３を参照して、たとえば円板状の（凹部１３が形成されていない）Ｓｉ基板１１を準備する。

図４を参照して、次に、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂの中央部ＲＧ１のＳｉを除去する。中央部ＲＧ１のＳｉの除去は、Ｓｉ基板１１の中央部ＲＧ１のＳｉを機械的に研削することにより行われてもよい。また、中央部ＲＧ１のＳｉの除去は、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂにおける中央部ＲＧ１を除く領域にフォトレジストを形成し、形成したフォトレジストをマスクとして中央部ＲＧ１のＳｉをエッチングすることにより行われてもよい。

また、Ｓｉのウエットエッチングに用いられる薬液に対するマスクの耐性を高める場合には、中央部ＲＧ１のＳｉの除去は次の方法により行われてもよい。

図５を参照して、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂ全面に、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜よりなるマスク層１４を形成する。続いてマスク層１４上に、必要な形状にパターニングしたフォトレジスト１５を形成する。

図６を参照して、次に、フォトレジスト１５をマスクとしてマスク層１４をウエットエッチングによりパターニングする。これにより、マスク層１４の外周部のみが残される。マスク層１４がシリコン酸化膜よりなる場合、マスク層１４のウエットエッチングの薬液としてはフッ酸溶液などが用いられる。マスク層１４がシリコン窒化膜よりなる場合、マスク層１４のウエットエッチングの薬液としてはリン酸溶液などが用いられる。続いて、パターニングされたマスク層１４をマスクとして、混酸などの薬液を用いて中央部ＲＧ１のＳｉをウエットエッチングにより除去する。その後、フォトレジスト１５およびマスク層１４を除去する。なお、フォトレジスト１５は、Ｓｉのウエットエッチングの前に除去されてもよい。

なお、図３に示す工程において、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂにマスク層１４が予め形成された基板を準備することにより、図５に示すマスク層１４を形成する工程が省略されてもよい。また、マスク層１４としては、シリコン酸化膜およびシリコン酸化膜以外の酸化膜または窒化膜が用いられてもよい。

図７を参照して、中央部ＲＧ１のＳｉが除去された結果、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂには凹部１３が形成される。図７において、凹部１３はＳｉ基板１１を貫通しない程度の深さを有しており、凹部１３の底面はＳｉにより構成されている。凹部１３の存在により、Ｓｉ基板１１の中央部の厚さ（図７中縦方向の長さ）は、Ｓｉ基板１１の外周部の厚さよりも薄くなる。

図８を参照して、凹部１３を形成した後で、Ｓｉ基板１１の表面１１ａにＳｉＣ膜１２を形成する。ＳｉＣ膜１２は、たとえば、Ｓｉ基板１１の表面１１ａを炭化することで得られたＳｉＣよりなる下地層上に、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて成膜される。またＳｉＣ膜１２は、Ｓｉ基板１１の表面１１ａを炭化することのみによって形成されてもよい。さらに、ＳｉＣ膜１２は、Ｓｉ基板１１の表面１１ａにＭＢＥ法またはＣＶＤ法などを用いて成膜されてもよい。なお、上述のＳｉＣ膜１２の形成の際には、Ｓｉ基板１１の側面１１ｃにもＳｉＣ膜１２が形成されてもよい。

図９を参照して、続いて、Ｓｉ基板１１の凹部１３の底面ＲＧ２をウエットエッチングにより除去する。底面ＲＧ２は、Ｓｉ基板の裏面１１ｂの一部を構成している。底面ＲＧ２のＳｉが除去された結果、凹部１３の底面にはＳｉＣ膜１２の裏面１２ｂが露出する。また、このウエットエッチングの際には、底面ＲＧ２のＳｉとともにＳｉ基板１１の裏面１１ｂの外周部ＲＧ３のＳｉも除去される。ウエットエッチングを採用することで、Ｓｉ基板を除去する際にＳｉＣ膜１２へ与えるダメージを抑止することができる。以上の工程により、図１に示す化合物半導体基板１が完成する。

底面ＲＧ２のＳｉのウエットエッチングは、ウエットエッチングに用いる薬液に対してＳｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を相対的に動かすことにより行われる。Ｓｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を動かすことには、Ｓｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２の位置を変えずにＳｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を回転させることと、Ｓｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２の位置を変える（言い換えれば、Ｓｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を移動させる）ことと、Ｓｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２の位置を変えながらＳｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を回転させることなどが含まれる。Ｓｉのウエットエッチングに用いる薬液としては、たとえばフッ酸および硝酸を含む混酸や、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などが用いられる。

Ｓｉのウエットエッチングの薬液として、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ溶液を用いた場合、ＳｉＣ膜１２中に低密度で存在するピンホールを通じてＳｉＣ膜１２までもがエッチングされることがある。ＳｉＣ膜１２がエッチングされることを抑止し、ＳｉＣ膜１２の品質を良好にするためには、Ｓｉのウエットエッチングの薬液として上述の混酸を用いることが好ましい。

Ｓｉのウエットエッチングの際にＳｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を動かす方向は任意である。しかし、Ｓｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を動かしている間に薬液から受ける圧力によりＳｉＣ膜１２が破損する事態を回避するためには、以下の第１〜第３の方法のように、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに対して平行な平面（図１０〜図１２中の平面ＰＬ）内の方向にＳｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を動かすことが好ましい。

図１０〜図１２は、本発明の第１の実施の形態におけるＳｉのウエットエッチングの第１〜第３の方法を模式的に示す図である。なお、図１０〜図１２の説明では、Ｓｉのウエットエッチング直前の構造を中間体２と記している。本実施の形態では、図８の工程を経た直後の構造が中間体２に相当し、後述する第２の実施の形態では、図１７の工程を経た直後の構造が中間体２に相当する。

図１０を参照して、第１の方法は、スピンエッチングによりＳｉを除去する方法である。第１の方法では、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂが上を向くように中間体２を固定台ＨＰに固定する。そして、矢印ＡＲ１で示すように、裏面１１ｂと直交する方向に延在する回転軸を中心として固定台ＨＰを回転させる。このようにして、中間体２の位置を変えずに中間体２を回転させた状態で、ウエットエッチングに用いる薬液ＭＡ（エッチング液）をＳｉ基板１１の裏面１１ｂに注入する。固定台ＨＰの回転数は、たとえば５００〜１５００ｒｐｍ程度に設定される。

図１１を参照して、第２の方法では、複数の中間体２を立てた状態で固定台ＨＰに固定する。そして、反応容器ＣＳの内部に充填された薬液ＭＡに複数の中間体２を浸漬し、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに対して平行な平面ＰＬ内で、矢印ＡＲ２で示すように中間体２の位置を変えながら中間体２および固定台ＨＰを回転させる。

図１２を参照して、第３の方法では、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂが上を向くように中間体２を固定台ＨＰに固定する。そして、反応容器ＣＳの内部に充填された薬液ＭＡに中間体２を浸漬し、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに対して平行な平面ＰＬ内で、矢印ＡＲ３で示すように中間体２および固定台ＨＰを直線上で往復移動させる。

図１３は、図１に示す化合物半導体基板１におけるＡ部拡大図である。なお、図１３では、Ｓｉ基板１１の幅の変化量を実際のものよりも強調して示している。

図１３を参照して、フッ酸および硝酸を含む混酸は、Ｓｉを等方的にエッチングする作用を有している。このため、フッ酸および硝酸を含む混酸を薬液として用いてＳｉのウエットエッチングした場合には、その痕跡として、Ｓｉ基板１１の幅ｄ（図１３中横方向の長さ）は、ＳｉＣ膜１２から離れるに従って（ＳｉＣ膜１２からＳｉ基板１１の裏面１１ｂに向かって）減少している。

なお、本実施の形態の製造方法の変形例として、図１４に示すように、Ｓｉ基板１１の表面１１ａにＳｉＣ膜１２を形成した後で、図１５に示すように、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂの中央部ＲＧ１のＳｉを除去して凹部１３を形成し、その後凹部１３の底部ＲＧ２をウエットエッチングにより除去してもよい。

本実施の形態によれば、Ｓｉ基板１１のウエットエッチングの際に、ウエットエッチングの薬液に対してＳｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を相対的に動かすことにより、Ｓｉ基板１１のウエットエッチング中にＳｉＣ膜１２にクラックが入ったり、Ｓｉ基板１１からＳｉＣ膜１２が剥がれたりする事態を抑止することができ、化合物半導体基板１におけるＳｉＣ膜１２の薄膜化を図ることができる。

本願発明者は、Ｓｉ基板１１のウエットエッチング中（Ｓｉ基板１１の薬液への浸漬中）にＳｉＣ膜１２にクラックが入ったり、Ｓｉ基板１１からＳｉＣ膜１２が剥がれたりする原因は、Ｓｉ基板１１の反応面（Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂにおける薬液と反応する部分の面）に局所的に反応後の薬液が滞留し、それによってＳｉのエッチング速度が不均一になり、Ｓｉ基板１１の反応面に荒れを生じさせるためであることを見出した。また本願発明者は、ウエットエッチングの薬液として混酸を用いた場合には、薬液とＳｉとの反応によって発生する大きな泡がＳｉ基板１１の反応面に局所的に滞留し、この泡がＳｉ基板１１の反応面の薬液との反応を局所的に妨げ、Ｓｉ基板１１の反応面に荒れを生じさせることを見出した。

ＳｉＣ膜１２が比較的厚い場合（たとえば厚さが１０μｍより大きい場合）には、ＳｉＣ膜１２自体の機械的強度が高いため、Ｓｉ基板１１の反応面の荒れはＳｉＣ膜１２に対してそれほど悪影響を及ぼさない。しかし、ＳｉＣ膜１２が比較的薄い場合（たとえば厚さが１０μｍ以下の場合、具体的には薄膜（厚さが数μｍ程度）である場合や極薄膜（厚さが１００ｎｍオーダー以下）である場合には、Ｓｉ基板１１の反応面の荒れはＳｉＣ膜１２に対して悪影響を及ぼす。すなわち、Ｓｉ基板１１の反応面の荒れによってＳｉＣ膜１２に不均一な応力が加わり、Ｓｉエッチング中にＳｉＣ膜１２にクラックが入ったりＳｉＣ膜１２がＳｉ基板１１から剥がれたりする事態を招く。

そこで、本実施の形態では、Ｓｉ基板１１のウエットエッチングの際に、ウエットエッチングの薬液に対してＳｉ基板１１およびＳｉＣ膜１２を相対的に動かすことにより、Ｓｉ基板１１の反応面に局所的に反応後の薬液や泡が滞留することを抑止し、Ｓｉ基板１１の反応面の荒れを抑止することができる。その結果、ＳｉＣ膜１２に不均一な応力が加わることを抑止することができ、ＳｉＣ膜１２の薄膜化を図ることができる。

特に、Ｓｉのウエットエッチングの方法として、スピンエッチングによりＳｉを除去する方法（図１０に示す第１の方法）を採用した場合には、ウエットエッチング中にＳｉＣ膜１２が薬液に曝されるのは、凹部１３の底部にＳｉＣ膜１２の裏面１２ｂが露出している間だけである。また、ウエットエッチング中にＳｉＣ膜１２の表面１２ａは薬液に曝されることはない。このため、薬液によるＳｉＣ膜１２のダメージを最小限に留めることができる。

また、Ｓｉのウエットエッチングの薬液として混酸を用いることにより、薬液によるＳｉＣ膜１２のダメージを抑止することができる。その結果、ＳｉＣ膜１２の歩留まりを向上することができ、ＳｉＣ膜を大面積で形成することができる。

［第２の実施の形態］

図１６は、本発明の第２の実施の形態における化合物半導体基板１の構成を示す断面図である。なお図１６は、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに対して垂直な平面で切った場合の断面図である。

図１６を参照して、本実施の形態の化合物半導体基板１において、ＳｉＣ膜１２は、Ｓｉ基板１１の表面１１ａ、側面１１ｃ、および裏面１１ｂの外周部に形成されている。Ｓｉ基板１１の表面１１ａ、側面１１ｃ、および裏面１１ｂの外周部は連続したＳｉＣ膜１２によって完全に覆われている。凹部１３の底部にはＳｉＣ膜１２の裏面１２ｂが露出している。ＳｉＣ膜１２の厚さは、裏面１１ｂの外周部の端部において減少している。Ｓｉ基板の表面１１ａに形成されたＳｉＣ膜１２の部分は、２０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚さｗを有している。厚さｗは、好ましくは１μｍ以下であり、より好ましくは５００ｎｍ以下である。

次に、本実施の形態における化合物半導体基板１の製造方法について、図１７および図１８を用いて説明する。

図１７を参照して、図３に示すＳｉ基板１１に対して、ＣＶＤ法を用いてＳｉＣ膜１２を形成する。ＳｉＣ膜１２を形成する際には、Ｓｉ基板１１の表面１１ａに供給される原料ガスの一部がＳｉ基板１１の側面１１ｃおよび裏面１１ｂにも回り込むように、Ｓｉ基板１１を保持する。これにより、原料ガスの化学反応がＳｉ基板１１の表面１１ａ、側面１１ｃ、および裏面１１ｂの外周部でも起こり、Ｓｉ基板１１の表面１１ａ、側面１１ｃ、および裏面１１ｂの外周部に連続したＳｉＣ膜１２が形成される。その結果、本実施の形態における中間体２が得られる。

図１８を参照して、続いて、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂの外周部に形成されたＳｉＣ膜１２をマスクとして、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂの露出した中央部ＲＧ４をウエットエッチングにより除去する。中央部ＲＧ４のＳｉが除去された結果、Ｓｉ基板の裏面１１ｂには凹部１３が形成される。凹部１３の底面にはＳｉＣ膜１２の裏面１２ｂが露出する。なお、このウエットエッチングの際には、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂにおけるＳｉＣ膜１２で覆われた外周部のＳｉは除去されない。以上の工程により、図１６に示す化合物半導体基板１が完成する。

図１７に示す工程（ＣＶＤ法を用いてＳｉＣ膜１２を形成する工程）において、ＣＶＤ装置内でＳｉ基板１１は次の方法で保持されることが好ましい。

図１９は、本発明の第２の実施の形態における、ＣＶＤ装置内でＳｉ基板１１を保持する方法の一例を示す平面図である。

図１９を参照して、ＣＶＤ装置は、Ｓｉ基板１１を保持するための保持部３１を含んでいる。保持部３１は、環状の外周部３１ａと、外周部３１ａの内周側端部に等間隔で設けられた複数（ここでは３つ）の突出部３１ｂとを含んでいる。複数の突出部３１ｂの各々は直線状であり、外周部３１ａの中心に向かって突出している。Ｓｉ基板１１は、表面１１ａが上を向くように複数の突出部３１ｂの各々の先端上に載置される。反応ガスは、Ｓｉ基板１１の表面１１ａ上において矢印ＡＲ４で示す方向に流される。反応ガスの一部は、外周部３１ａと複数の突出部３１ｂとの間の空間ＳＰを通じてＳｉ基板１１の側面１１ｃおよび裏面１１ｂに回り込む。その結果、Ｓｉ基板１１の表面１１ａ、側面１１ｃ、および裏面１１ｂの外周部に連続したＳｉＣ膜１２が形成される。

なお、上述以外の化合物半導体基板１の構成および製造方法は、第１の実施の形態における化合物半導体基板の構成および製造方法と同様である。従って、それらの説明は繰り返さない。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。加えて、Ｓｉ基板１１の裏面１１ｂに回り込んで形成されたＳｉＣ膜１２をマスクとしてＳｉ基板１１をウエットエッチングすることができるので、ＳｉＣ膜１２を形成する工程と別工程でＳｉ基板１１に凹部を形成したり、リソグラフィーでパターンを形成したりする必要がなくなる。その結果、簡易な方法で化合物半導体基板１を製造することができ、短期間および低コストで化合物半導体基板１を製造することができる。

［第３の実施の形態］

図２０は、本発明の第３の実施の形態における化合物半導体基板１ａの構成を示す断面図である。なお図２０は、ＧａＮ膜２２の表面２２ａに対して垂直な平面で切った場合の断面図である。

図２０を参照して、本実施の形態における化合物半導体基板１ａは、ＡｌＮ膜２１およびＧａＮ膜２２をさらに備えている。

ＡｌＮ膜２１は、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａ（ＳｉＣ膜の一方の主面の一例）に形成されている。ＡｌＮ膜２１は、ＳｉＣ膜１２とＧａＮ膜２２との濡れ性改善のためのバッファー層である。ＡｌＮ膜２１は、たとえば５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の厚さを有しており、好ましくは５ｎｍ以上９ｎｍ以下の厚さを有しており、より好ましくは７ｎｍ以上９ｎｍ以下の厚さを有している。

ＧａＮ膜２２は、ＡｌＮ膜２１の表面２１ａに形成されている。ＧａＮ膜２２は、たとえば１５００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の厚さを有しており、好ましくは１５００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の厚さを有している。ＧａＮ膜２２は、ｐ型またはｎ型の導電型を有していてもよいし、ＧａＮ膜２２の少なくとも一部にＣがドープされていてもよい。

なお、上述以外の化合物半導体基板１ａの構成は、図１および図２に示す第１の実施の形態における化合物半導体基板１の構成と同様であるため、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

続いて、本実施の形態における化合物半導体基板１ａの製造方法について説明する。

始めに、第１の実施の形態における製造方法と同様の製造方法を用いて、図１に示す化合物半導体基板１を得る。一例として、化合物半導体基板１は、外径１００ｍｍ、内径８０ｍｍのリング状のＳｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１上に形成された１６０ｎｍの厚さのＳｉＣ膜１２とを含んでいる。

次に、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａに、極薄いＡｌＮ膜２１を介してＧａＮ膜２２を形成する。ここでは、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａにＡｌＮ膜２１およびＧａＮ膜２２を順にヘテロエピタキシャル成長させる場合について説明する。

図２１は、本発明の第３の実施の形態における、ＡｌＮ膜２１およびＧａＮ膜２２の成膜条件の一例を説明するグラフである。

図２１を参照して、ＡｌＮ膜２１は、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム：Ａｌ（ＣＨ₃）₃）を用いたクリーニングの後に、たとえば１０００〜１３００℃（図２１では１２００℃）程度の温度で、たとえば１〜６０分程度の時間で形成される。Ａｌの原料ガスとしては、たとえばＴＭＡが用いられ、Ｎの原料ガスとしては、たとえばアンモニア（ＮＨ₃）が用いられる。

ＧａＮ膜２２は、ＡｌＮ膜２１の形成後に、たとえば９００〜１２００℃（図２１では１０８０℃）程度の温度で、たとえば５〜２００分程度の時間で形成される。Ｇａの原料ガスとしては、たとえばＴＭＧ（トリメチルガリウム：Ｇａ（ＣＨ₃）₃）が用いられ、Ｎの原料ガスとしては、たとえばアンモニアが用いられる。以上の工程により、図２０に示す化合物半導体基板１ａが得られる。

化合物半導体基板１ａにおいて、ＧａＮ膜２２の形成後（化合物半導体基板１ａの完成後）に、弗硝酸などを用いてＳｉ基板１１が完全に除去されてもよい。また、必要に応じて、ＡｌＮ膜２１とＧａＮ膜２２との間に傾斜層（たとえば、Ａｌの組成比がＡｌＮ膜２１からＧａＮ膜２２に向かって徐々に減少するＡｌＧａＮ膜）が設けられてもよい。またＧａＮ膜２２中に中間層（たとえば、Ａｌ膜やＡｌＧａＮ膜からなる）が設けられてもよい。

一般的に、Ｓｉ基板上にＧａＮ膜を直接形成した場合には、ＳｉとＧａＮとの間の物性（格子定数および熱膨張係数）の違いにより、大きな反りやクラックが発生する。このような事態を回避するために、従来ではＳｉ基板とＧａＮ膜との間に複雑で厚いバッファー膜が形成されていた。

本実施の形態によれば、ＳｉＣ膜１２の下側の一部のＳｉが除去されているため、ＳｉとＧａＮとの間の物性の違いがＧａＮに及ぼす悪影響は小さくなる。また、ＳｉＣとＧａＮとの間の物性の差は、ＳｉとＧａＮとの間の物性の差に比べて小さく、ＳｉＣの厚さはＳｉの厚さよりも小さい。このため、下地であるＳｉＣ膜１２がＧａＮ膜２２に及ぼす悪影響は小さい。その結果、簡易なバッファー層（ＡｌＮ膜２１）を設けるだけで、転位が少なくかつ反り・クラックも少ない高品質なＧａＮ膜２２を得ることができる。

また、ＧａＮ膜２２を数百μｍのオーダーまで厚く成膜することにより、ＧａＮの自立基板を得てもよい。この場合には、ＧａＮ膜２２に含まれる欠陥は非常に少なくなる。ＧａＮ膜２２を数百μｍのオーダーまで厚く成膜する場合には、成長速度の速いＨ−ＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いることにより、ＧａＮ膜２２の成長時間を短縮してもよい。また、ＭＯＣＶＤ法とＨ−ＶＰＥ法とが組み合わされてもよい。

また、化合物半導体基板１ａをパワーデバイスや高周波デバイスなどの用途で用いる場合には、化合物半導体基板１ａの完成後、ＧａＮ膜２２の表面２２ａに、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）層などのデバイス層（具体的には、デバイス層は、ＡｌＧａＮバリア層、ＡｌＮスペーサ層、およびＧａＮキャップ層などを含む）が形成されてもよい。

化合物半導体基板１ａをパワーデバイスや高周波デバイスなどの用途で用いた場合には、ＳｉＣ膜１２の下側の一部のＳｉが除去されているため、熱伝導率の高い絶縁性セラミック（ＡｌＮなど）よりなるヒートシンクに対してＳｉＣ膜１２を直接貼り付けることができる。その結果、熱の放散性を向上することができ、ハイパワーを扱うデバイスを実現することが可能となる。

さらに、化合物半導体基板１ａをＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光デバイスの用途で用いる場合には、化合物半導体基板１ａの完成後、ＧａＮ膜２２の表面２２ａに、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層との繰り返し構造などを含むＭＱＷ層（量子井戸層）や、ｐ型ＧａＮ層（ＭｇドープＧａＮ層）などのデバイス層が設けられてもよい。

化合物半導体基板１ａを発光デバイスの用途で用いた場合には、ＳｉＣ膜１２の下側の一部のＳｉが除去されているため、Ｓｉによる可視光の吸収を回避することができる。その結果、ＳｉＣ膜１２の裏面からの光取り出しが可能であり、高輝度発光デバイスを実現することが可能となる。

［第４の実施の形態］

図２２は、本発明の第４の実施の形態における化合物半導体基板１ｂの構成を示す断面図である。なお図２２は、グラフェン膜２５の表面２５ａに対して垂直な平面で切った場合の断面図である。

図２２を参照して、本実施の形態における化合物半導体基板１ｂは、グラフェン膜２５をさらに備えている。

グラフェン膜２５は、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａ（ＳｉＣ膜の一方の主面の一例）に形成されている。グラフェン膜２５は、単層のグラフェン膜よりなっていてもよいし、積層された多層のグラフェン膜（つまり、グラファイト膜）よりなっていてもよい。グラフェン膜２５は、たとえば０．３ｎｍ以上１μｍ以下の厚さを有している。

なお、上述以外の化合物半導体基板１ｂの構成は、図１および図２に示す第１の実施の形態における化合物半導体基板１の構成と同様であるため、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

続いて、本実施の形態における化合物半導体基板１ｂの製造方法について説明する。

始めに、第１の実施の形態における製造方法と同様の製造方法を用いて、図８に示す構造を得る。一例として、図８に示す構造は、外径１００ｍｍ、内径８０ｍｍの外縁を有するＳｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１上に形成された５０ｎｍの厚さのＳｉＣ膜１２とを含んでいる。

図２３を参照して、次に、化合物半導体基板１をファーネスなどの容器内に設置し、たとえばＨ₂雰囲気で、化合物半導体基板１に対して１２００℃の温度で１時間の熱処理（アニール）を行う。これにより、ＳｉＣ膜１２における表面１２ａに近い部分１２ｄ（点線で囲まれた部分）を構成していたＳｉ原子とＣ原子との結合が分解され、Ｓｉ原子が脱離する。その結果、ＳｉＣ膜１２の上側の部分１２ｄのＳｉＣのみがグラフェン膜２５に変化する。

なお、ＳｉＣ膜１２の一部をグラフェン膜２５に変化させる代わりに、次の方法でＳｉＣ膜１２の表面１２ａにグラフェン膜２５を積層して形成してもよい。具体的には、グラフェンを分散させた溶媒を、スピンコーティングまたはスプレーコーティングなどの方法でＳｉＣ膜１２の表面１２ａに塗布する。スピンコーティングの方法を用いる場合には、図８に示す構造が、ＳｉＣ膜の表面１２ａが上を向くように固定台ＨＰ（図１０）に固定され、固定台ＨＰが回転される。グラフェンを分散させた溶媒としては、たとえばＭＥＫ（メチルエチルケトン）（高分子系界面活性剤）[ＧＦ９ＭＥＫ−ＤＳ]（インキュベーション・アライアンス社製）などのグラフェン・フラワー分散液を用いることができる。グラフェンを分散させた溶媒を塗布した後、たとえば４００℃で２０分間熱処理を行う。これにより、溶媒が蒸発し、焼き固められたグラフェン膜２５がＳｉＣ膜１２上に積層して形成される。この方法では、ＳｉＣ膜１２はグラフェン化されない。

図２４を参照して、次に、Ｓｉ基板１１の凹部１３の底面ＲＧ２、およびＳｉ基板１１の裏面１１ｂの外周部ＲＧ３のＳｉをウエットエッチングにより除去する。その結果、凹部１３の底面にはＳｉＣ膜１２の裏面１２ｂが露出する。以上の工程により、図２２に示す化合物半導体基板１ｂが得られる。

本実施の形態の代替的な製造方法として、Ｓｉ基板１１の凹部１３の底面ＲＧ２を除去した後で、ＳｉＣ膜１２の一部をグラフェン膜２５に変化させてもよい。この場合には、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂの両方からＳｉ原子が脱離するため、グラフェン膜２５は、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂの両方に形成される。また、Ｓｉ基板１１の凹部１３の底面ＲＧ２を除去した後で、ＳｉＣ膜１２の表面１２ａにグラフェン膜２５を形成（積層）してもよい。

なお、化合物半導体基板１ｂにおいて、グラフェン膜２５の形成後（化合物半導体基板１ｂの完成後）に、弗硝酸などを用いてＳｉ基板１１が完全に除去されてもよい。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態における化合物半導体基板１の薄いＳｉＣ膜１２を原料とすることにより、薄いグラフェン膜２５を得ることができる。グラフェンは機械的強度や熱特性に優れているため、化合物半導体基板１ｂをペリクル膜として使用した場合などに、グラフェン膜２５はＳｉＣ膜１２を保護する役割を果たす。特にグラフェンは、負の熱膨張係数を有している。このため、化合物半導体基板１ｂをペリクル膜として使用した場合には、ＥＵＶ照射によりペリクル膜の温度が上昇しても、ペリクル膜にたわみが生じる事態を回避することができる。

［第５の実施の形態］

図２５は、本発明の第５の実施の形態における化合物半導体基板１の使用方法の一例を示す断面図である。

図２５を参照して、本実施の形態では、第１または第２の実施の形態の化合物半導体基板１が、マスクＭＫを覆うペリクル膜１００として使用されている。マスクＭＫの表面には、露光光を遮光するためのパターンＰＮと、ペリクル膜１００を支持するためのペリクルフレームＰＦとが設けられている。ペリクル膜１００は、マスクＭＫ側をＳｉ基板１１とし、マスクＭＫとは反対側をＳｉＣ膜１２とした状態で、ペリクルフレームＰＦに対して接着などにより固定されている。化合物半導体基板１は、必要に応じて、マスクＭＫやペリクルフレームＰＦの形状に合わせて加工されてもよい。

なお、第４の実施の形態の化合物半導体基板１ｂをペリクル膜１００として使用することも可能である。この場合、ペリクル膜１００は、マスクＭＫ側をＳｉ基板１１とし、マスクＭＫとは反対側をグラフェン膜２５とした状態で、ペリクルフレームＰＦに対して接着などにより固定される。

ペリクル膜１００は、露光の際にマスクＭＫに付着した異物が露光対象物（半導体基板など）上で焦点を結ぶことによる露光トラブルを防止するためのものである。露光光は、矢印ＡＲ５で示すように、ペリクル膜１００を透過してマスクＭＫの表面に進入する。パターンＰＮの隙間を通過した一部の露光光は、マスクＭＫの表面で反射し、ペリクル膜１００を透過する。その後、露光光は、露光対象物の表面に塗布されたフォトレジスト（図示無し）に照射される。

露光光としては任意の波長のものを用いることができるが、高い解像度のリソグラフィー技術を実現するためには、露光光として、数１０ｎｍ〜数ｎｍの波長を有するＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ）光が用いられることが好ましい。ＳｉＣやグラフェンは、Ｓｉに比べて化学的に安定であり、ＥＵＶ光に対して高い透過率および高い耐光性を有しているため、露光光としてＥＵＶ光を用いる場合のペリクル膜として好適である。特に、第１または第２の実施の形態の化合物半導体基板１のように、２０ｎｍ以上１０μｍ以下という非常に薄いＳｉＣ膜１２を含む化合物半導体基板１をペリクル膜１００として用いることにより、一層高い透過率を実現することができる。

［実施例］

本願発明者は、以下に説明する本発明例１および２、ならびに比較例の各々の方法で化合物半導体基板の製造を試みた。

本発明例１：４インチの直径および５２５μｍの厚さを有し、表面が（１００）面で構成されたＳｉ基板を準備した。次に図１９に示す方法でＳｉ基板を保持した状態で、ＣＶＤ法を用いてＳｉ基板の表面に１６０ｎｍの厚さのＳｉＣ膜を形成した。ＳｉＣ膜は３Ｃ−ＳｉＣ単結晶よりなっており、表面が（１００）面で構成されていた。また、Ｓｉ基板の側面と、Ｓｉ基板の裏面の外周端部から１ｃｍ以内の領域とにもＳｉＣ膜が形成されていた。

続いて、スピンエッチングによりＳｉ基板の一部を除去した。具体的には、１０００ｒｐｍの速度でＳｉ基板を回転し、薬液を注入した。薬液として、三菱化学株式会社製の「Ｓｉ−Ｅ」という混酸を用いた。なお、このスピンエッチングの条件でダミーのＳｉ基板のエッチングを事前に行ったところ、２５μｍ／ｍｉｎというエッチング速度が得られた。スピンエッチング中にＳｉ基板を観察したところ、図２６に示すように、泡の成長および滞留が抑制されており、非常に平滑な反応面が見られた。Ｓｉのエッチングは均一に進行していたものと推測される。

上述のスピンエッチングを２１分間行った後、薬液の代わりに純水をＳｉ基板に注入し、Ｓｉ基板をリンスした。Ｓｉ基板のリンスは１分間行った。これにより、化合物半導体基板を得た。

得られた化合物半導体基板を観察したところ、Ｓｉ基板の表面、側面、および裏面の外周部には環状のＳｉＣ膜が形成されていた。Ｓｉ基板の裏面において、環状のＳｉＣ膜の内側の約８ｃｍの直径を有する円状の凹部内からはＳｉが完全に除去されており、凹部の底部には自立したＳｉＣ膜が露出していた。Ｘ線を用いて観察したところ、ＳｉＣ膜が単結晶であることが確認された。その結果、自立した（ＳｉＣ単独で構成された）大面積のＳｉＣ膜を備えた化合物半導体基板が得られた。

本発明例２：ＳｉＣ膜の厚さを１６０ｎｍではなく５０ｎｍとした点以外は、本発明例１と同様の製造方法にて化合物半導体基板を作製した。

得られた化合物半導体基板を観察したところ、Ｓｉ基板の表面、側面、および裏面の外周部には環状のＳｉＣ膜が形成されていた。Ｓｉ基板の裏面において、環状のＳｉＣ膜の内側の約８ｃｍの直径を有する円状の凹部内からはＳｉが完全に除去されており、凹部の底部には自立したＳｉＣ膜が露出していた。Ｘ線を用いて観察したところ、ＳｉＣ膜が単結晶であることが確認された。その結果、自立した（ＳｉＣ単独で構成された）大面積のＳｉＣ膜を備えた化合物半導体基板が得られた。

比較例：本発明例と同様の方法で、Ｓｉ基板を準備し、Ｓｉ基板の表面にＳｉＣ膜を形成した。続いて、容器内に充填された薬液にＳｉ基板およびＳｉＣ膜を浸漬することにより、Ｓｉ基板の一部をウエットエッチングにより除去した。薬液としては本発明例の場合と同様のものを使用した。ウエットエッチング中にＳｉ基板を観察したところ、図２７に示すように、Ｓｉ基板の反応面での泡の成長および滞留が見られた。Ｓｉのエッチングが不均一に進行していたものと推測される。

上述の薬液への浸漬を５時間行った後、Ｓｉ基板およびＳｉＣ膜を薬液から取り出し、続いて１０分間純水でリンスを行った。これにより、化合物半導体基板を得た。

得られた化合物半導体基板を観察したところ、Ｓｉ基板の表面、側面、および裏面の外周部には環状のＳｉＣ膜が形成されていた。Ｓｉ基板の裏面において、環状のＳｉＣ膜の内側の凹部内には、部分的にＳｉが残存していた。また凹部内にはＳｉＣ膜が破れている箇所があった。自立したＳｉＣ膜は、最大でも直径２ｍｍ程度の領域でのみ得られた。

［その他］

上述の実施の形態では凹部１３の底面のＳｉがウエットエッチングにより除去される場合について示したが、本発明においてウエットエッチングにより除去される部分は、Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部であればよく、除去される部分の位置、大きさ、および形状は任意である。

上述の実施の形態では、ＳｉＣ膜１２の表面にＧａＮ膜２２またはグラフェン膜２５を形成する場合について示したが、ＳｉＣ膜の表面に他の膜を形成する場合、その膜はＳｉＣとは異なる膜であればよい。

上述の実施の形態は互いに組合わせることが可能である。たとえば、第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組合わせることにより、Ｓｉ基板１１の表面１１ａ、側面１１ｃ、および裏面１１ｂの外周部が連続したＳｉＣ膜１２によって完全に覆われている化合物半導体基板１に対して、ＧａＮ膜２２が形成されてもよい。

また、第２の実施の形態と第４の実施の形態とを組合わせることにより、Ｓｉ基板１１の表面１１ａ、側面１１ｃ、および裏面１１ｂの外周部が連続したＳｉＣ膜１２によって完全に覆われている化合物半導体基板１に対して、グラフェン膜２５が形成されてもよい。この場合には、図１７に示す工程の直後にＳｉＣ膜１２の一部がグラフェン膜２５に変化され（またはＳｉＣ膜１２の表面１２ａにグラフェン膜２５が積層され）、その後図１８に示す工程が実施される。

また、図１４および図１５に示す第１の実施の形態の製造方法の変形例と第４の実施の形態とが組合わされてもよい。この場合には、図１４に示す工程の直後にＳｉＣ膜１２の一部がグラフェン膜２５に変化され（またはＳｉＣ膜１２の表面１２ａにグラフェン膜２５が積層され）、その後図１５に示す工程が実施される。

上述の実施の形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１ａ，１ｂ 化合物半導体基板
２ 中間体
１１ Ｓｉ基板
１１ａ Ｓｉ基板の表面
１１ｂ Ｓｉ基板の裏面
１１ｃ Ｓｉ基板の側面
１２ ＳｉＣ膜
１２ａ ＳｉＣ膜の表面
１２ｂ ＳｉＣ膜の裏面
１２ｃ ＳｉＣ膜の側面
１２ｄ ＳｉＣ膜の一部分
１３ 凹部
１４ マスク層
１５ フォトレジスト
２１ ＡｌＮ膜
２１ａ ＡｌＮ膜の表面
２２ ＧａＮ膜
２２ａ ＧａＮ膜の表面
２５ グラフェン膜
２５ａ グラフェン膜の表面
３１ 保持部
３１ａ 保持部の外周部
３１ｂ 保持部の突出部
１００ ペリクル膜
ＣＳ 反応容器
ＨＰ 固定台
ＭＡ 薬液
ＭＫ マスク
ＰＦ ペリクルフレーム
ＰＬ ＳｉＣ膜の表面に対して平行な平面
ＰＮ パターン
ＲＧ１ Ｓｉ基板の裏面の中央部
ＲＧ２ Ｓｉ基板の凹部の底面
ＲＧ３ Ｓｉ基板の裏面の外周部
ＲＧ４ Ｓｉ基板の裏面の露出した中央部
ＳＰ 保持部における外周部と複数の突出部との間の空間

Claims (17)

1. 環状の平面形状を有するＳｉ基板と、
   前記Ｓｉ基板の一方の主面に形成され、２０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚さを有するＳｉＣ膜とを備え、
   前記ＳｉＣ膜は、前記Ｓｉ基板の他方の主面には形成されていない、化合物半導体基板。
2. 前記ＳｉＣ膜の表面に対して垂直な平面で切った断面で見た場合に、前記Ｓｉ基板の幅は、前記ＳｉＣ膜から離れるに従って減少する、請求項１に記載の化合物半導体基板。
3. 前記ＳｉＣ膜の一方の主面に形成された、ＳｉＣとは異なる膜をさらに備えた、請求項１または２に記載の化合物半導体基板。
4. 前記ＳｉＣとは異なる膜は、グラフェン、グラファイト、またはＧａＮよりなる、請求項３に記載の化合物半導体基板。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の化合物半導体基板を用いたペリクル膜。
6. Ｓｉ基板の一方の主面にＳｉＣ膜を形成する工程と、
   前記Ｓｉ基板の他方の主面の少なくとも一部をウエットエッチングにより除去する工程とを備え、
   前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、前記ウエットエッチングに用いる薬液に対して前記Ｓｉ基板および前記ＳｉＣ膜を相対的に動かす、化合物半導体基板の製造方法。
7. 前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、前記Ｓｉ基板および前記ＳｉＣ膜を、前記ＳｉＣ膜の一方の主面に対して平行な平面内の方向に動かす、請求項６に記載の化合物半導体基板の製造方法。
8. 前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、前記Ｓｉ基板および前記ＳｉＣ膜を回転させた状態で、前記ウエットエッチングに用いる薬液を前記Ｓｉ基板の前記他方の主面に注入する、請求項７に記載の化合物半導体基板の製造方法。
9. 前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の中央部にＳｉを底面とする凹部を形成する工程をさらに備え、
   前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、前記凹部の底面に前記ＳｉＣ膜を露出させる、請求項６〜８のいずれかに記載の化合物半導体基板の製造方法。
10. 前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の中央部に前記凹部を形成する工程の後で、前記Ｓｉ基板の前記一方の主面に前記ＳｉＣ膜を形成する工程を行う、請求項９に記載の化合物半導体基板の製造方法。
11. 前記Ｓｉ基板の前記一方の主面に前記ＳｉＣ膜を形成する工程の後で、前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の中央部に前記凹部を形成する工程を行う、請求項９に記載の化合物半導体基板の製造方法。
12. 前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の中央部に前記凹部を形成する工程において、前記Ｓｉ基板の前記他方の主面に形成された酸化膜または窒化膜よりなるマスク層をマスクとして、前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の中央部をウエットエッチングにより除去する、請求項９〜１１のいずれかに記載の化合物半導体基板の製造方法。
13. 前記ＳｉＣ膜を形成する工程において、前記Ｓｉ基板の前記一方の主面、側面、および前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の外周部に前記ＳｉＣ膜を形成し、
    前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の前記外周部に形成された前記ＳｉＣ膜をマスクとして、前記Ｓｉ基板の前記他方の主面を除去する、請求項６〜８のいずれかに記載の化合物半導体基板の製造方法。
14. 前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の少なくとも一部を除去する工程において、前記ウエットエッチングに用いる薬液としてフッ酸および硝酸を含む混酸を用いる、請求項６〜１３のいずれかに記載の化合物半導体基板の製造方法。
15. 前記Ｓｉ基板の前記他方の主面の少なくとも一部を除去する工程の後で、前記ＳｉＣ膜の一方の主面にＧａＮ膜を形成する工程をさらに備えた、請求項６〜１４のいずれかに記載の化合物半導体基板の製造方法。
16. 前記ＳｉＣ膜の一部をグラフェン膜またはグラファイト膜に変化させる工程をさらに備えた、請求項６〜１４のいずれかに記載の化合物半導体基板の製造方法。
17. 前記ＳｉＣ膜の一方の主面にグラフェン膜またはグラファイト膜を積層して形成する工程をさらに備えた、請求項６〜１４のいずれかに記載の化合物半導体基板の製造方法。