DE60035853T2

DE60035853T2 - Siliziumkarbidfilm und methode zur herstellung desselben hintergrund der erfindung

Info

Publication number: DE60035853T2
Application number: DE2000635853
Authority: DE
Inventors: Yukitaka Nakano; Hiroyuki Nagasawa; Kuniaki Yagi; Takamitsu Kawahara
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: EP1840249A3; DE60035853D1; EP1840249A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(i) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen einkristallinen Siliziumkarbidfilm als elektronisches Material, insbesondere ein Siliziumkarbid, das für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung geeignet ist und eine geringe Defektdichte aufweist, sowie eine Methode zur Herstellung des Siliziumkarbids.
(ii) Beschreibung der betreffenden Technik
Das Wachstum von Siliziumkarbid (SiC) wurde bisher in ein Volumenkristallwachstum mit Hilfe eines Sublimationsprozesses und die Bildung eines dünnen Films durch epitaxiales Wachstum auf einem Substrat eingeteilt.
Das Volumenwachstum mit Hilfe des Sublimationsprozesses ermöglicht das Wachstum von 6H-SiC oder 4H-SiC, ein Polytypismus, mit einer Hochtemperaturphase, und es wurde die Herstellung von SiC selber als Substrat erzielt. Es wird jedoch eine Vielzahl von Defekten (Mikroröhren) in ein Kristall mit eingebaut, und es hat sich als schwierig erwiesen, die Substratfläche zu vergrößern.
Wenn dagegen der epitaxiale Wachstumsprozess auf einem einkristallinen Substrat verwendet wird, wird eine bessere Kontrolle über den Einbau von Verunreinigungen oder eine Vergrößerung der Substratfläche und eine Reduktion der Mikroröhren, die zu Problemen im Sublimationsprozess führen, erreicht. Im epitaxialen Wachstumsprozess stellt jedoch die Erhöhung der Flächendefektdichte durch die Differenz der Gitterkonstanten zwischen einem Substratmaterial und einem Siliziumkarbidfilm häufig ein Problem dar. Da insbesondere das üblicherweise als Wachstumssubstrat verwendete Si gegenüber SiC eine ausgeprägte Fehlanpassung des Gitters zeigt, werden in der SiC-Wachstumsschicht Zwillinge und Antiphasengrenzen (APB) erheblich erzeugt, welche die Eigenschaften des SiC als elektronisches Element beeinträchtigen.
Als Methode zur Reduktion der Oberflächendefekte im SiC-Film wird beispielsweise in der JP-A-1-286997 eine Technik zur Reduktion der Oberflächendefekte, die eine inhärente oder größere Dicke aufweisen, vorgeschlagen, die ein Verfahren zur Bereitstellung einer Wachstumsfläche auf einem Wachstumssubstrat und ein Verfahren, das das Wachstum eines Einkristalls aus Siliziumkarbid auf dieser Wachstumsfläche erlaubt, umfasst, sodass dessen Dicke so groß oder größer wird als die Dicke, die der Orientierung der Wachstumsoberfläche des Substrats inhärent ist. Da jedoch die zwei Orientierungen der in SiC enthaltenen Antiphasengrenzen die Eigenschaft aufweisen, sich in den orthogonalen Richtungen zueinander in Bezug auf die Zunahme der Filmdicke des SiC zu vergrößern, können die Antiphasengrenzen nicht wirksam reduziert werden. Zudem kann die Richtung eines gebildeten Aufbaus auf der gewachsenen SiC-Oberfläche nicht beliebig kontrolliert werden. Daher bildet sich zum Beispiel beim Zusammenfügen der getrennten Wachstumsflächen entsprechend dem Wachstum erneut die Antiphasengrenze auf diesem zusammengefügten Teil aus, was die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigt.
Als Methode zur wirksamen Reduktion der Antiphasengrenzen wurde von K. Shibahara et al. ein Wachstumsprozess auf einem Si(100)-Oberflächensubstrat vorgeschlagen, in dem die Normalachse der Oberfläche leicht von der [001]- zur [110]-Richtung geneigt ist (es wird ein Abweichwinkel erzeugt) (Applied Physics Letter, vol. 50, Nr. 26, 1987, Seite 1888). Da bei dieser Methode durch die Anwendung der leichten Neigung zum Substrat in eine Richtung und in gleichen Abständen eine atomare Stufe eingeführt wird, breitet sich der Oberflächendefekt aus, der parallel zur eingeführten Stufe verläuft. Andererseits wird die Ausbreitung des Oberflächendefekts in vertikaler Richtung zur eingeführten Stufe (eine Richtung durch die Stufe) wirksam gehemmt. Da die parallel zur eingeführten Stufe vergrößerte Antiphasengrenze vorzugsweise zur in die orthogonale Richtung vergrößerte Antiphasengrenze in den beiden im Film vorhandenen Orientierungen der Antiphasengrenzen in Bezug auf die Zunahme der Filmdicke des Siliziumkarbids vergrößert wird, können die Antiphasengrenzen wirksam reduziert werden. Wie in 1 gezeigt wird, bewirkt in dieser Methode die Zunahme der Stufendichte einer SiC/Si-Grenzfläche jedoch die Erzeugung einer unerwünschten Antiphasengrenze 1, und es besteht das Problem, dass die Antiphasengrenze nicht vollständig entfernt werden kann. In 1 bezeichnet außerdem die Nummer 1 eine in der monoatomaren Stufe des Si-Substrates erzeugte Antiphasengrenze, 2 bezeichnet einen Assoziationspunkt der Antiphasengrenzen, 3 bezeichnet eine auf einer Terrasse der Si-Substratoberfläche erzeugte Antiphasengrenze, θ bezeichnet einen Abweichwinkel und ϕ bezeichnet einen zwischen der Si(001)-Oberfläche und der Antiphasengrenze gebildeten Winkel (54,7°). Die auf der Terrasse der Si-Substratoberfläche erzeugte Antiphasengrenze 3 verschwindet im Assoziationspunkt 2 der Antiphasengrenzen, aber die in der monoatomaren Stufe des Si-Substrates erzeugte Antiphasengrenze 1 verfügt über keine weitere Grenze, mit der sie sich assoziieren könnte, und verschwindet nicht.
Das Dokument von MITSUHIRO SHIGETA ET AL. "Chemical vapor deposition of single-crystal films of cubic SiC an patterned Si substrates" APPLIED PHYSICS LETTERS, Bd. 55, Nr. 15, 9. Oktober 1989, Seiten 1522–1524, gehört ebenso zum Stand der Technik.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf dem zuvor beschriebenen Hintergrund entwickelt, und eine Aufgabe derselben besteht in der Bereitstellung eines Siliziumkarbidfilms, in dem die Antiphasengrenzen wirksam reduziert oder entfernt werden.
Zur Lösung der zuvor beschriebenen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung folgende Maßnahmen zur Verfügung:
(Ausführung 1) Methode zur Herstellung eines Siliziumkarbidfilms, bei der die Orientierung der Kristalle einer einkristallinen Substratoberfläche inhärent ist und dem Siliziumkarbid ein epitaxiales Wachstum auf der Oberfläche ermöglicht wird, wobei die Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms die Schritte umfasst, in denen: Die Substratoberfläche vollständig oder teilweise mit einer Vielzahl von sich parallel zu einer Richtung erstreckenden Wellen versehen wird; jede der Wellen so gebildet wird, dass deren geneigten Oberflächen einen Winkel kleiner als 60° und größer als 0,5° aufweisen, und dem Siliziumkarbid das Wachstum auf der Substratoberfläche ermöglicht wird.
(Ausführung 2) Die Methode in Ausführung 1 zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms, wobei während des Wachstums des Siliziumkarbidfilms ein epitaxialer Wachstumsmechanismus verwendet wird, sodass die Ausbreitungsrichtung eines im Film erzeugten Oberflächendefekts in einer spezifizierten kristallinen Oberfläche begrenzt werden kann.
(Ausführung 3) Die in Ausführung 1 oder 2 beschriebene Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms, wobei, wenn ein Mittelwert für den Abstand zwischen den Wellengipfeln auf der Substratoberfläche W ist, der Siliziumkarbidfilm eine Dicke von W/√2 (= 2^1/2) oder mehr aufweist.
(Ausführung 4) Die in den Ausführungen 1 bis 3 beschriebene Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms, wobei der Abstand zwischen den Wellengipfeln auf der Substratoberfläche im Bereich von 0,01 μm bis 10 μm liegt, der Unterschied zwischen den Wellenhöhen im Bereich von 0,01 μm bis 20 μm liegt und der Neigungsgrad einer geneigten Oberfläche in der Welle im Bereich von 1° bis 55° liegt.
(Ausführung 5) Die in den Ausführungen 1 bis 4 beschriebene Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms, wobei das Substrat ein einkristallines Si umfasst, die Substratoberfläche eine (001)-Oberfläche umfasst und die Oberfläche mit Wellen versehen ist, die sich parallel zu einer [110]-Orientierung erstrecken.
(Ausführung 6) Die in den Ausführungen 1 bis 4 beschriebene Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms, wobei das Substrat ein einkristallines 3C-SiC umfasst, die Substratoberfläche eine (001)-Oberfläche umfasst und die Oberfläche mit Wellen versehen ist, die sich parallel zur [110]-Orientierung erstrecken.
(Ausführung 7) Die in den Ausführungen 1 bis 4 beschriebene Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms, wobei das Substrat ein hexagonales, einkristallines SiC umfasst, die Substratoberfläche eine (1, 1, –2, 0)-Oberfläche umfasst und die Oberfläche mit Wellen versehen ist, die sich parallel zur [1, –1, 0, 0]-Orientierung oder zur [0, 0, 0, 1]-Orientierung erstrecken.
(Ausführung 8) Ein unter Verwendung der in den Ausführungen 1 bis 7 beschriebenen Methode hergestellter Siliziumkarbidfilm.
(Ausführung 9) Der Siliziumcarbidfilm, welcher eine Stufe mit einer Vielzahl von Wellen umfasst, die sich vollständig oder teilweise auf einer einkristallinen Substratoberfläche bilden und sich parallel in eine Richtung erstrecken, und welcher eine Struktur aufweist, die einer Methode zum epitaxialen Wachstum unterworfen wurde, mit der eine Ausbreitungsrichtung eines inneren Oberflächendefekts im Film in einer spezifizierten kristallinen Oberfläche begrenzt werden kann.
Gemäß Ausführung 1 kann dadurch, dass die Oberfläche des Wachstumssubstrats aus Siliziumkarbid mit einer Vielzahl von Wellen versehen wird, die sich parallel zu einer Richtung erstrecken, der Effekt der Einführung des von K. Shibahara et al. vorgeschlagenen Abweichwinkels in der geneigten Oberfläche jeder Welle erreicht werden. Da ferner in der vorliegenden Erfindung die in einer flächensymmetrischen Richtung orientierten Stufen mit einer statistisch ausgeglichenen Dichte in die Oberfläche des Substrats zum Wachsen der Siliziumkarbids eingebracht werden, werden die Antiphasengrenzen in der unerwünscht eingebrachten Siliziumkarbidschicht, die durch die Stufen auf der Oberfläche des Substrats erzeugt wird, wirksam zerstört, und es kann ein Siliziumkarbidfilm erhalten werden, in dem die Antiphasengrenzen vollständig entfernt sind. In der vorliegenden Erfindung bilden darüber hinaus die einzelnen Wachstumsflächen die gleiche Phasenfläche, die sich durch den Effekt der Einbringung eines Abweichwinkels in dieselbe Richtung vergrößert. Es besteht daher der Vorteil, dass, auch wenn die getrennten Wachstumsflächen entsprechend dem Wachstum zusammengefügt werden, keine Antiphasengrenze im zusammengefügten Teil erzeugt wird.
Außerdem brauchen die in der vorliegenden Erfindung genannten Wellen weder eine Paralleleigenschaft noch ein spiegelsymmetrisches Oberflächenverhältnis im engsten mathematischen Sinne und können eine zur wirksamen Reduktion oder Entfernung der Antiphasengrenzen ausreichende Konfiguration besitzen.
Beispiele für die Methode zur Ausbildung einer Wellenform auf dem Substrat zum Wachsen sind die photolithografische Technik, die Pressbearbeitungstechnik, die Laser- oder Ultraschallbearbeitungstechnik, die Schleifbearbeitungstechnik und dergleichen. Wenn eine dieser Methoden verwendet wird, kann die Endkonfiguration der Oberfläche des Substrats zum Wachsen eine so ausreichende Konfiguration aufweisen, dass die Antiphasengrenzen wirksam reduziert oder entfernt werden können.
Wird die photolithographische Technik angewandt, so kann eine beliebige Wellenform durch beliebiges Formen eines auf das Substrat übertragbaren Maskenmusters auf das Substrat zum Wachsen übertragen werden. Die Breite der Wellenform kann zum Beispiel durch Änderung der linearen Musterbreite kontrolliert werden. Darüber hinaus kann die Tiefe der Wellenform oder der Winkel der geneigten Oberfläche reguliert werden, indem die Selektivität der Ätzraten zwischen Resist und Substrat kontrolliert wird. Auch wenn keine rechteckige Form des Musters erforderlich ist, kann das Wellenmuster mit einer Wellenform durch Anwendung einer Wärmebehandlung geformt werden, um den Resist nach der Übertragung des Musters auf den Resist zu erweichen.
Wird die Pressbearbeitungstechnik angewandt, so kann eine beliebige Wellenform auf dem Substrat zum Wachsen durch beliebiges Formen einer Druckform erzeugt werden. Wellen verschiedener Formen können auf dem Substrat zum Wachsen durch Bildung verschiedener Formgestalten Formen erzeugt werden.
Wenn die Laser- oder Ultraschallbearbeitungstechnik verwendet wird, wird die Wellenform direkt auf dem Substrat bearbeitet/geformt, was eine feine Bearbeitung erlaubt.
Wenn die Schleifbearbeitung verwendet wird, kann die Breite oder die Tiefe der Wellenform durch Änderung der Größe des Schleifkorndurchmessers oder des Bearbeitungsdrucks beim Schleifen kontrolliert werden. Wird ein mit einer einseitigen Wellenform versehenes Substrat hergestellt, so wird das Schleifen nur in einer Richtung durchgeführt.
Gemäß Ausführung 2 kann der Effekt der Ausführung 1 sicher und ausreichend erreicht werden indem das epitaxiale Wachstum unter solchen Wachstumsbedingungen durchgeführt wird, dass die Ausbreitungsrichtung des inneren Oberflächendefekts des Films in der spezifizierten Kristalloberfläche begrenzt werden kann. Zum Beispiel kann ein Stufenwachstum diese Wachstumsbedingung erfüllen.
Wenn der Mittelwert des Abstandes zwischen den Wellengipfeln auf der Oberfläche des Substrats zum Wachsen des Siliziumkarbids gleich W ist, weist gemäß Ausführung 3 der Siliziumkarbidfilm eine Dicke von W/√2 (= 2^1/2) auf. in diesem Moment verschwinden alle Antiphasengrenzen. Daher wird die Dicke des Siliziumkarbidfilms bevorzugt auf W/√2 (= 2^1/2) oder mehr eingestellt.
Um den Effekt der vorliegenden Erfindung mit einer dünnen Filmdicke zu erzielen, ist der Abstand zwischen den Wellengipfeln vorzugsweise enger.
In Ausführung 4 werden der Abstand der Wellengipfel, der Unterschied der Wellenhöhen und der Neigungsgrad der Wellen definiert.
Der Abstand der Wellengipfel beträgt vorzugsweise. 0,01 μm oder mehr, je nach der Einschränkung der feinen Bearbeitungstechnik beider Herstellung der Wellen auf dem Substrat zum Wachsen. Wenn aber der Abstand der Wellengipfel größer als 10 μm ist, dann verringert sich die Assoziationsfrequenz der Antiphasengrenzen übermäßig. Daher beträgt der Abstand der Wellengipfeln vorzugsweise 10 μm oder weniger. Der Effekt der vorliegenden Erfindung wird ausreichend vollzogen, wenn der Abstand der Wellengipfel besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 μm bis 3 μm liegt.
Der Höhenunterschied und der Abstand der Wellen beeinflussen den Neigungsgrad der Wellen, d. h. die Stufendichte. Da die bevorzugte Stufendichte sich mit den Wachstumsbedingungen der Kristalle verändert, kann dies nicht absolut behauptet werden, aber der üblicherweise notwendige Höhenunterschied der Wellen weist im Wesentlichen den gleichen Grad auf wie der Abstand der Wellengipfel, d. h. einen Bereich von 0,01 μm bis 20 μm.
Der Effekt der vorliegenden Erfindung vollzieht sich dadurch, dass das Wachstum von Siliziumkarbid in der Nähe der atomaren Stufe an der Oberfläche des Substrats zum Wachsen gefördert wird. Somit wird die vorliegende Erfindung verwirklicht wenn der Neigungsgrad der Wellen eine Neigung der (111)-Oberfläche von 54,7° oder weniger aufweist, wobei die gesamte geneigte Oberfläche von einer einzigen Stufe bedeckt wird. Da ferner die Stufendichte der geneigten Wellenoberfläche bei einem Neigungsgrad kleiner als 1° merklich sinkt, beträgt der Neigungsgrad der geneigten Wellenoberfläche vorzugsweise 1° oder mehr. Der Effekt der vorliegenden Erfindung vollzieht sich ausreichend, wenn der Neigungswinkel der geneigten Wellenoberfläche besonders bevorzugt im Bereich von 2° bis 10° liegt.
Die in der vorliegenden Erfindung genannte "geneigte Wellenoberfläche" umfasst außerdem verschiedene Konfigurationen, wie eine flache Ebene und eine gekrümmte Ebene. Ferner bezeichnet der "Neigungsgrad der geneigten Wellenoberfläche" den wesentlichen Neigungsgrad der geneigten Oberfläche, der zum Effekt der vorliegenden Erfindung beiträgt, und der maximale Neigungsgrad, der mittlere Neigungsgrad und dergleichen können als "Neigungsgrad der Welle" je nach der Konfiguration der geneigten Oberfläche verwendet werden.
In den Ausführungen 5 bis 7 werden die Oberflächenorientierung der Oberfläche des Substrats zum Wachsen des Siliziumkarbids und die Orientierung der Wellen definiert.
Wird die einkristalline Si(001)-Oberfläche oder die kubische Siliziumkarbid (001)-Oberfläche des Einkristalls als Oberflächenorientierung für die Oberfläche des Substrats zum Wachsen, auf dem das Wachstum des kubischen oder hexagonalen Siliziumkarbids ermöglicht wird, verwendet, ist die Ausbreitungsrichtung der Antiphasengrenze [110]. Wie in 2 gezeigt wird, kann daher durch Anordnen der Wellen auf der Oberfläche parallel zu irgendeiner der Richtungen (Richtung [1, –1, 0] in 2) ein Siliziumkarbidfilm erhalten werden, in dem die Antiphasengrenzen wirksam auf der orthogonal zu den in 3 gezeigten Wellen verlaufende Achse entfernt werden (Ausführungen s 5, 6). In 3 bezeichnet der Buchstabe W zusätzlich den Abstand der Wellengipfel.
Wird die hexagonale SiC (1, 1, –2, 0)-Oberfläche des Einkristalls als Oberflächenorientierung für die Oberfläche des Substrats zum Wachsen, auf dem das Wachstum des kubischen oder hexagonalen Siliziumkarbids ermöglicht wird, verwendet, ist die Ausbreitungsrichtung der Antiphasengrenze [1, –1, 0, 0], [–1, 1, 0, 0], [0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, –1]. Somit kann durch Anordnen der Wellen auf der Oberfläche parallel zu irgendeiner der Richtungen ein Siliziumkarbidfilm erhalten werden, in dem die Antiphasengrenzen wie zuvor beschrieben wirksam entfernt werden (Ausführung 7).
Unter Verwendung der in den Ausführungen 1 bis 7 beschriebenen Methode kann gemäß der Ausführung 8 ein Siliziumkarbidfilm erhalten werden, in dem die Antiphasengrenzen wirksam reduziert oder entfernt werden.
Durch eine niedrige Dichte der Kristallgrenzen besitzt der Siliziumkarbidfilm der vorliegenden Erfindung hochwertige elektrische Eigenschaften und kann vorzugsweise als elektronisches Element, zum Beispiel als Halbleitersubstrat und kristallines Wachstumssubstrat (einschließlich Saatkristall), eingesetzt werden.
Unter Verwendung der Substratstruktur und der Methode zum Wachstum der Kristalle kann gemäß der Ausführung 9 ein Siliziumkarbidfilm erhalten werden, in dem die Antiphasengrenzen wirksam reduziert oder entfernt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht, die die Erzeugung oder Tilgung von Antiphasengrenzen anhand des Wachstums von 3C-SiC auf einem Si-Substrat, an das ein Abweichwinkel angesetzt ist, zeigt.
2 ist eine perspektivische Darstellung, die ein mit zur [1, –1, 0]-Orientierung parallelen Wellen versehenes Oberflächensubstrat aus einkristallinem Si (001) zeigt.
3 ist eine schematische Schnittansicht, die die Tilgung der Antiphasengrenzen anhand des Wachstums von 3C-SiC auf dem mit Wellen versehenen Oberflächensubstrat aus Si (001) zeigt.
4 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Filmoberfläche aus SiC, die auf einem Substrat mit einem Abweichwinkel von 4° entstanden ist.
5 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Filmoberfläche aus SiC, die auf einem Substrat ohne Abweichwinkel entstanden ist.
6 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des mit Wellen versehenen Si-Substrats.
7 ist eine schematische schaubildliche Darstellung, die das Si-Substrat zeigt, wobei die Richtung des Wellenmusters von der [110]-Orientierung abweicht.
8 ist eine schematische Schnittansicht, die die mit als Sägeblatt ausgebildeten Wellen versehene Si-Substratoberfläche zeigt.
9 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Methode zur Herstellung der Wellen durch einen anderen Prozess als dem Ätzverfahren zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Vergleichsbeispiel
Um den durch die Einführung eines Abweichwinkels erhaltenen Effekt zu bestätigen, wurden zunächst als Substrate zum Wachsen eine Si(001)-Oberfläche ohne Abweichwinkel und Si(001)-Oberflächen mit Abweichwinkeln von 4° und 10° hergestellt und das Wachstum von SiC (3C-SiC) durchgeführt. Das Wachstum von SiC wird in einen Karbonisierungsprozess der Substratoberfläche und einen SiC-Wachstumsprozess durch wechselnde Zufuhr von Quellengas eingeteilt. Beim Karbonisierungsprozess wurde das bearbeitete Substrat unter einer Acetylenatmosphäre in 120 Minuten von Raumtemperatur auf 1050°C aufgeheizt.

Nach dem Karbonisierungsprozess wurde die Substratoberfläche bei 1050°C abwechselnd Dichlorsilan und Acetylen ausgesetzt und das Wachstum von SiC durchgeführt. Die genauen Bedingungen für den Karbonisierungsprozess sind in Tabelle 1 aufgeführt und die genauen Bedingungen für den SiC-Wachstumsprozess sind in Tabelle 2 aufgeführt. [Tabelle 1]

Karbonisierungstemperatur	1050°C
Zufuhrtemperatur Acetylen	24°C
Flussrate Acetylen	10 sccm
Druck	2,6 Pa (20 mTorr)
Dauer der Temperaturerhöhung	120 Minuten

[Tabelle 2]

Wachstumstemperatur	1050°C
Gaszufuhrmethode	Wechselnde Zufuhr von Acetylen und Dichlorsilan
Flussrate Acetylen	10 sccm
Flussrate Dichlorsilan	10 sccm
Gaszufuhrintervall	5 s
Dauer der Gaszufuhr	10 s
maximaler Druck	13,3 Pa (100 mTorr)
minimaler Druck	1,3 Pa (10 mTorr)
Anzahl der Gaszufuhrzyklen	50.000 mal
Dicke des SiC-Films	4,5 μm bis 5,9 μm

Wurde die Dichte der Antiphasengrenze bezüglich des auf jedem Substrat entstehenden SiC gemessen, so erhielt man die in Tabelle 3 aufgeführten Ergebnisse.
Die Dichte der Antiphasengrenze wurde zusätzlich durch Beobachtung der Siliziumkarbidoberfläche durch ein AFM ermittelt. In diesem Fall erfolgte die Beobachtung nach Durchführung einer thermischen Oxidationsbehandlung auf der Siliziumkarbidoberfläche und Entfernung des thermisch oxidierten Films, um die Antiphasengrenze freizulegen. [Tabelle 3]

Abweichwinkel (Grad) Dichte der Antiphasengrenze (cm^–2)

0° 8 × 10⁹

4° 2 × 10⁸

10° 1 × 10⁹
Das in Tabelle 3 gezeigte Verhältnis zwischen dem Abweichwinkel und der Dichte der Antiphasengrenzen bestätigt zwar, dass sich die Dichte der Antiphasengrenzen durch die Einbringung des Abweichwinkels verringert, es ist jedoch zu erkennen, dass keine vollständige Entfernung erzielt wird.
Die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der auf dem Substrat mit einem Abweichwinkel von 4° entstandenen Oberfläche des SiC-Films ist in 4 dargestellt, und die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der auf dem Substrat ohne Abweichwinkel entstandenen Oberfläche des SiC-Films ist in 5 dargestellt.
Die 4 und 5 bestätigen, dass die Terrassenfläche durch die Einbringung des Abweichwinkels vergrößert wird, und es ist zu erkennen, dass das Wachstum von SiC im Step-Flow-Mode dominiert und die Ausbreitungsrichtung des Oberflächendefekts in der spezifizierten kristallinen Oberfläche begrenzt ist.
Beispiel 1
Nach der Herstellung einer Si(001)-Oberfläche als Substrat zum Wachsen und der thermischen Oxidation der Substratoberfläche wurde die photolithographische Technik angewandt, um ein 1,5 μm breites, 60 mm langes und 1 μm dickes Linien- und Flächenmuster in einem Resist auf der Substratoberfläche zu bilden. Zusätzlich wurde die Richtung des Linien- und Flächenmusters parallel zur [110]-Orientierung festgelegt. Unter Verwendung einer heißen Platte zum Erhitzen dieses Substrats unter den in Tabelle 4 gezeigten Bedingungen wurde das Linien- und Flächenresistmuster orthogonal zu einer Linie erweitert und verformt, wobei eine Resistmusterform erhalten wurde, dessen Querschnitt eine Wellenform aufwies, in der der Wellengipfel und -boden über eine sanfte Kurve miteinander verbunden waren. Die Querschnittform (Welle) und Flachform (Linie und Fläche) dieses Resistmusters wurden durch Trockenätzung auf das Si-Substrat übertragen.

Nach dem Entfernen des Resists in einer Mischlösung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure (6) erfolgte das Wachstum von 3C-SiC. Das Wachstum von SiC wird in den Karbonisierungsprozess der Substratoberfläche und den SiC-Wachstumsprozess durch wechselnde Zufuhr des Quellengases eingeteilt. Die genauen Bedingungen für den SiC-Wachstumsprozess sind in Tabelle 5 aufgeführt. Die genauen Bedingungen des Karbonisierungsprozesses ähneln denen der Tabelle 1. [Tabelle 4]

Erhitzungstemperatur	170°C
Dauer der Erhitzung	10 Minuten

[Tabelle 5]

Wachstumstemperatur	1050°C
Gaszufuhrmethode	Wechselnde Zufuhr von Acetylen und Dichlorsilan
Flussrate Acetylen	10 sccm
Flussrate Dichlorsilan	10 sccm
Gaszufuhrintervall	5 s
Dauer der Gaszufuhr	10 s
maximaler Druck	13,3 Pa (100 mTorr)
minimaler Druck	1,3 Pa (10 mTorr)
Anzahl der Gaszufuhrzyklen	100 bis 50.000 mal

Wurde die Dichte der auf der obersten Oberfläche entstandenen Antiphasengrenze ähnlich wie zuvor gemessen, wobei die Anzahl der Quellgaszufuhrzyklen geändert wurde, um die Filmdicke des SiC im SiC-Wachstumsprozess zu ändern, so wurden die in Tabelle 6 gezeigten Ergebnisse erhalten. [Tabelle 6]

Filmdicke (μm) Dichte der Antiphasengrenze (cm^–2)

0,1 5 × 10⁹

0,4 6 × 10⁷

1,0 1 × 10⁵

1,8 7 × 10³

2,5 85

3,5 11

5,5 0
Aus dem in der Tabelle 6 gezeigten Verhältnis zwischen der Dicke des SiC-Films und der Dichte der Antiphasengrenze ist ersichtlich, dass wenn die Dicke des durch epitaxiales Wachstum auf dem wellenförmigen Si- Substrat entstanden SiC-Films 2,1 μm überschreitet, also der 1/√2-fache Abstand der Wellengipfel von 3,0 μm ist, die Reduktion der Antiphasengrenze deutlich wird und dass die Effektivität der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den in Tabelle 3 gezeigten Zahlenwerten für den herkömmlichen Prozess bemerkenswert ist.
Beispiel 2
Als Substrat zum Wachsen wurde die Si(001)-Oberfläche hergestellt und die photolithographische Technik angewandt, um ein 1,5 μm breites, 60 mm langes und 1 μm dickes Linien- und Flächenmuster im Resist auf der Substratoberfläche zu bilden. Die Richtung des Linien- und Flächenmusters wurde zusätzlich parallel zur [110]-Orientierung festgelegt. Der Querschnitt des Resistmusters wurde unter Verwendung der heißen Platte zum Erhitzen des Substrats und zur Erweichung des Resists unter den in Tabelle 7 gezeigten Bedingungen geändert. Die Querschnittsform (Welle) und die Flachform (Linie und Fläche) dieses Resistmusters wurde durch Trockenätzung auf das Si-Substrat übertragen.
Nach dem Entfernen des Resists in der Mischlösung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure erfolgte das. Wachstum von 3C-SiC. Das Wachstum von SiC wird in den Karbonisierungsprozess der Substratoberfläche und den SiC-Wachstumsprozess durch wechselnde Zufuhr des Quellengases eingeteilt. Die genauen Bedingungen des Karbonisierungsprozesses wurden ähnlich denen der Tabelle 1 festgelegt, und die genauen Bedingungen für den SiC-Wachstumsprozess wurden ähnlich denen der Tabelle 5 festgelegt. [Tabelle 7]

Erhitzungstemperatur 150°C bis 200°C

Dauer der Erhitzung 10 Minuten

Wurde die Dichte der auf der obersten Oberfläche erscheinenden Antiphasengrenze bezüglich des auf jedem Substrat entstandenen 3C-SiC ähnlich wie zuvor gemessen, wobei die Erhitzungstemperatur des Resistmusters zwischen 150°C und 200°C variiert wurde, um den Neigungswinkel θ der Wellen zu ändern, so wurden die in Tabelle 8 gezeigten Ergebnisse erhalten. [Tabelle 8]

Neigungswinkel der Wellen (Grad)	Dichte der Antiphasengrenzen (cm^–2)
0°	8 × 10⁹
0,2°	3 × 10⁹
0,5°	1 × 10⁹
1°	30
2°	0
4°	0
10°	45
40°	230
50°	320
60°	1 × 10⁴
70°	7 × 10⁵
90°	5 × 10⁹

Aus dem in der Tabelle 8 gezeigten Verhältnis zwischen dem Neigungswinkel der Wellen und der Dichte der Antiphasengrenze ist eine Reduktion der Dichte der Antiphasengrenze zu erkennen, wenn insbesondere der Neigungswinkel θ der Wellen kleiner ist als der durch die (111)-Oberfläche gebildete Winkel von 54,7° und gleich oder größer als 1° ist. Weiterhin, im Vergleich zu den in Tabelle 3 gezeigten Zahlenwerten für den herkömmlichen Prozess, reduziert sich erheblich oder verschwindet gänzlich die Dichte der Antiphasengrenze im 3C-SiC, das auf dem mit Wellen bearbeiteten Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung entstanden ist, sogar mit dem gleichen Abweichwinkel, und es ist eine bemerkenswerte Effektivität der vorliegenden Erfindung zu erkennen.
Beispiel 3
Als Substrat zum Wachsen wurde die Si(001)-Oberfläche hergestellt und die photolithographische Technik angewandt, um ein 1,5 μm breites, 60 mm langes und 1 μm dickes Linien- und Flächenmuster im Resist auf der Substratoberfläche zu bilden. Zusätzlich, in Bezug auf die Richtung des Linien- und Flächenmusters, wurde der Winkel ω zwischen den gekreuzten Achsen, die in [110]-Orientierung und in Richtung des Linien- und Flächenmusters verlaufen, geändert (siehe 7), wie in Tabelle 9 gezeigt wird. Danach wurde der Querschnitt des Resistmusters unter Verwendung der heißen Platte zum Erhitzen des Substrats und zur Erweichung des Resists unter den in Tabelle 4 angegebenen Bedingungen geändert. Die Form des Resistmusters wurde durch Trockenätzung auf das Si-Substrat übertragen.
Nach Entfernung des Resists in der Mischlösung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure erfolgte das Wachstum von 3C-SiC. Das Wachstum von SiC wird in den Karbonisierungsprozess der Substratoberfläche und den SiC-Wachstumsprozess durch wechselnde Zufuhr des Materialgases eingeteilt. Die genauen Bedingungen des Karbonisierungsprozesses wurden ähnlich denen der Tabelle 1 festgelegt, und die genauen Bedingungen für den SiC-Wachstumsprozess wurden ähnlich denen der Tabelle 2 festgelegt.
Wurde die Dichte der auf der obersten Oberfläche erscheinenden Antiphasengrenze bezüglich des auf jedem Substrat entstandenen 3C-SiC ähnlich wie zuvor unter Änderung des Winkels ω zwischen den gekreuzten Achsen gemessen, so wurden die in Tabelle 9 gezeigten Ergebnisse erhalten. [Tabelle 9]

Winkel zwischen den gekreuzten Achsen (Grad) Dichte der Antiphasengrenze (cm^–2)

0° 0

15° 12

30° 200

45° 850
Aus dem in der Tabelle 9 gezeigten Verhältnis zwischen dem Winkel ω zwischen den gekreuzten Achsen und der Dichte der Antiphasengrenze ist eine Reduktion der Dichte der Antiphasengrenze zu erkennen, wenn die Richtung des Linien- und Flächenmusters in [110]-Orientierung verläuft. Im Vergleich zu den in Tabelle 3 gezeigten Zahlenwerten des herkömmlichen Prozesses ist ferner ersichtlich, dass die Dichte der Antiphasengrenze erheblich reduziert oder entfernt wird und die Effektivität der vorliegenden Erfindung bemerkenswert ist.
Beispiel 4
In den Beispielen 1 bis 3 wurde die Maske mit dem Linien- und Flächenmuster eingesetzt, in welchem die Linienbreite gleich der Flächenbreite war, das Substrat mit einem Wellenquerschnitt hergestellt, in dem die Verhältnisse von Vertiefungen zu Erhöhungen untereinander gleich waren, und das Wachstum von 3C-SiC auf dem Substrat durchgeführt. Dagegen wurden in Beispiel 4 zur Bearbeitung des Substrats als Muster mit einer verminderten Dichte der Erhöhungen Linien- und Flächenmuster mit einer Linienbreite von 1,5 μm und mit Flächenbreiten, die das zweifache, vierfache, achtfache und sechzehnfache der Linienbreite betrugen, eingesetzt, und das Wachstum von 3C-SiC auf dem Substrat wurde durchgeführt. Sowohl die Bearbeitungsbedingungen des Substrats als auch die Wachstumsbedingungen für das SiC sind wie in Beispiel 3. Ferner wurde der Neigungswinkel der Wellen auf 4° festgelegt.
Wurde die Dichte der Antiphasengrenze bezüglich der Muster, ähnlich wie zuvor beschrieben, unter Änderung der Dichte der Wellenvertiefungen gemessen, so wurden die in Tabelle 10 gezeigten Ergebnisse erhalten. Zusätzlich wurden analog dazu als Vergleichsbeispiele die Dichte der Antiphasengrenze unter Verwendung des Musters mit gleicher Linienbreite und Flächenbreite von 1,5 μm und die Dichte der Antiphasengrenze unter Verwendung des Si (001)-Substrates (Abweichwinkel 0°) ohne Wellen, bei dem die Linienbreite sich bis ins Unendliche (8) und bis zu einer mutmaßlichen Grenze ausdehnt, gemessen, wie in Tabelle 10 gezeigt wird. [Tabelle 10]

Verhältnis von Flächenbreite/Linienbreite Dichte der Antiphasengrenze (cm^–2)

1 0

2 12

4 165

8 890

16 2 × 10⁴

8 8 × 10⁹
Die Tabelle 10 bestätigt, dass wenn sich der Abstand der Wellenerhöhungen vergrößert und sich die Wellendichte verringert, die Dichte der Antiphasengrenze ansteigt. Außerdem ist zu erkennen, dass im Vergleich zu den Zahlenwerten des herkömmlichen Prozesses in Tabelle 3 die Dichte der Antiphasengrenze deutlich reduziert oder entfernt wird und dass die Effektivität der vorliegenden Erfindung bemerkenswert ist.
Beispiel 5
In den Beispielen 1 bis 4 wurde nur die wellenförmige Struktur des Substratquerschnitts beschrieben. Aus der Beschreibung der 3 wird deutlich, dass die Effektivität der vorliegenden Erfindung auch bei einer anderen Struktur als der Wellenart erhalten bleiben kann. Tatsächlich wurde in der nachfolgenden Methode die Wellenbearbeitung in Form eines Sägeblatts auf der Si(001)-Oberfläche angewandt und das Wachstum von 3C-SiC auf dem Substrat durchgeführt.
Insbesondere wurde die Si(001)-Oberfläche als Substrat zum Wachsen hergestellt und die photolithographische Technik zur Bildung eines 1,5 μm breiten, 60 mm langen und 1 μm dicken Linien- und Flächenmusters im Resist auf der Substratoberfläche verwendet. Außerdem wurde die Richtung des Linien- und Flächenmusters parallel zur [110]-Orientierung festgelegt. Die Form des Resistmusters wurde durch Trockenätzung auf das Si-Substrat übertragen. Nach dem Entfernen des Resists in der Mischlösung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure wurde das Substrat zur Durchführung der Nassätzung in eine wässrige KOH-Lösung getaucht. Die Bedingungen für die Nassätzung sind in Tabelle 11 angegeben. Infolge der Nassätzung wurde die mit als Sägeblatt ausgebildeten Wellen versehene einkristalline Si(001)-Oberfläche mit einem Neigungswinkel von 1°, 10°, 55° erhalten (siehe 8). In 8 bezeichnet weiterhin die Nummer 4 die Querschnittstruktur des Substrats vor der Nassätzung und 5 die Querschnittstruktur des als Sägeblatt ausgebildeten Substrats nach der Nassätzung. [Tabelle 11]

Ätzlösung wässrige KOH-Lösung

Lösungsdichte 15 Mo/cm³

Temperatur 60°C

Zeit 5 Minuten, 10 Minuten, 20 Minuten
Das Wachstum von 3C-SIC erfolgte auf dem oben beschriebenen Substrat. Das Wachstum von SiC wird in den Karbonisierungsprozess der Substratoberfläche und den SiC-Wachstumsprozess durch wechselnde Zufuhr des Quellengases eingeteilt. Die genauen Bedingungen für den Karbonisierungsprozess wurden ferner ähnlich wie in Tabelle 1 festgelegt, und die genauen Bedingungen für den SiC-Wachstumsprozess wurden ähnlich wie in Tabelle 2 festgelegt.
Wurde die Dichte der auf der obersten Oberfläche erscheinenden Antiphasengrenze bezüglich des auf jedem Substrat erzeugten SiC wie oben gemessen, so wurden die in Tabelle 12 gezeigten Ergebnisse erhalten. [Tabelle 12]

Neigungswinkel der Wellen (Grad) Dichte der Antiphasengrenze (cm^–2)

1° 140

10° 30

55° 420
Aus der Tabelle 12 ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch dann effektiv ist, wenn der Substratquerschnitt eine als Sägeblatt ausgebildete Wellenstruktur aufweist. Diese Methode zur Herstellung des Substrats ist weiterhin geeignet, um die Effektivität der vorliegenden Erfindung zu erzielen.
Beispiel 6
In jedem der Beispiele 1 bis 5 wurde der kubische Siliziumkarbidfilm auf dem Si(001)-Oberflächensubstrat erzeugt. In Beispiel 6 wurden als Substrat zum Wachsen ein mit parallel zur [110]-Orientierung erstreckenden Wellen versehenes Substrat auf der (001)-Oberfläche des einkristallinen, kubischen Siliziumkarbids (einkristallines 3C-SiC) und ein mit parallel zur [0, 0, 0, 1]-Orientierung erstreckenden Wellen versehenes Substrat auf der (1, 1, –2, 0)-Oberfläche des einkristallinen, hexagonalen Siliziumkarbids verwendet, und das Wachstum des kubischen Siliziumkarbidfilms oder des hexagonalen Siliziumkarbidfilms auf jeder Substratoberfläche wurde durchgeführt.
Die Effektivität der vorliegenden Erfindung wurde hiermit auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 bis 5 bestätigt.
Beispiel 7
In jedem der Beispiele 1 bis 6 wird als Methode zur Herstellung der Wellen die Methode der lithographischen Technik zur Ätzung der Si-Substrat (001)-Oberfläche angewandt, jedoch kann die Methode zur Herstellung der Wellen auf der Oberfläche des Substrats zum Wachsen mit einer anderen Technik als der Ätzung durchgeführt werden, um die Effektivität der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Ein Beispiel dafür wird in Beispiel 7 beschrieben.
Durch Verwendung der Si(001)-Oberfläche als Substrat und thermische Oxidation der Oberfläche bildete sich ein oxidierter Si-Film (SiO₂-Film) von 3.000 Ängström. Anschließend wurde die photolithographische Technik zur Bildung eines 1,5 μm breiten, 60 mm langen und 1 μm dicken Linien- und Flächenmusters im Resist auf dem thermisch oxidierten Film eingesetzt. Ferner wurde die Richtung des Linien- und Flächenmusters parallel zur [110]-Orientierung festgelegt. Die Form des Resistmusters wurde durch Trockenätzung auf den thermisch oxidierten Film übertragen und das SiO₂-Muster und der ausgesetzte Si-Anteil wurden in einer Streifenform angeordnet. Nach dem Entfernen des Resists in der Mischlösung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure wurde das selektive homoepitaxiale Wachstum von Si auf diesem Substrat wie in
9 dargestellt durchgeführt. Die genauen Bedingungen für den SiC-Wachstumsprozess sind in Tabelle 13 aufgeführt.
In der 9 zeigt ferner die Nummer 6 das SiO₂-Streifenmuster, und 7 zeigt die sich aus dem selektiven homoepitaxialen Wachstum ergebende Si-Schicht. [Tabelle 13]

Wachstumstemperatur 1.000°C

Flussrate Wasserstoff 50 sccm

Flussrate Dichlorsilan 10 sccm

maximaler Druck 13,3 Pa (100 mTorr)
Infolge des Si-Wachstums wurde eine einkristalline Si(001)-Oberfläche erhalten, die mit Wellen des Neigungswinkels von 55° versehen war. Das Wachstum von 3C-SiC wurde auf dieser Substratoberfläche durchgeführt und die deutliche Reduktion der Dichte der Antiphasengrenze bestätigt.
Beispiel 8
In Beispiel 8 wurde versucht, ein Substrat mit parallel zur [110]-Richtung ausgebildeten Wellen in einer Methode zur Durchführung einer Schleifbearbeitung auf der Si(100)-Substratoberfläche parallel zur [110]-Richtung herzustellen. Beim Schleifen wurde eine handelsübliche Diamantsuspension mit einem Durchmesser von ca. 15 μmϕ (hergestellt von Engis Co.: High Press) und ein handelsübliches Schleifkissen (hergestellt von Engis Co.: M414) verwendet.
Die einseitige Schleifbearbeitung wurde durchgeführt, indem man die Diamantsuspension einheitlich in das Kissen eindringen ließ, das Si(100)-Substrat auf das Kissen legte, einen Druck von 10 bis 20 kPa (0,1 bis 0,2 kg/cm²) auf das ganze Si(100)-Substrat anlegte und das Substrat 300 mal abwechselnd in einem Abstand von ca. 20 mm parallel zur [110]-Orientierung auf das Kissen auftrug. Auf der Si(100)-Substratoberfläche bildeten sich parallel zur [110]-Richtung unendlich viele Schleifkratzer.
Da sich die Schleifkörner und dergleichen an die der einseitigen Schleifbearbeitung unterzogenen Si(100)-Substratoberfläche anhafteten, wurde die Substratoberfläche in einer Mischlösung aus NH₄OH + H₂O₂ + H₂O (in einem Verhältnis von NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 4:4:1 und einer Lösungstemperatur von 60°C) gewaschen, abwechselnd jeweils dreimal in eine Lösung aus H₂SO₄ + H₂O₂ (in einem Verhältnis von H₂SO₄:H₂O₂ = 1:1 und einer Lösungstemperatur von 80°C) und in eine HF-Lösung (10%) eingetaucht und gewaschen und abschließend mit entionisiertem Wasser gespült.
Nach dem Waschen bildete sich auf dem durch einseitiges Schleifen bearbeiteten Substrat ein etwa 5.000 Ängström dicker thermisch oxidierter Film. Der thermisch oxidierte Film wurde durch die 10%ige HF-Lösung entfernt. Wird nur das Schleifen durchgeführt, so entstehen neben den Kratzern zahlreiche feine Vertiefungen/Erhöhungen und Defekte auf der Substratoberfläche, sodass das Substrat nicht als Substrat zum Wachsen eingesetzt werden kann. Durch die einmalige Bildung des thermisch oxidierten Films und die erneute Entfernung des thermisch oxidierten Films wurden jedoch die feinen Vertiefungen/Erhöhungen der Substratoberfläche entfernt und es konnte eine sehr glatte wellenförmige Oberfläche erhalten werden. Wenn man sich den wellenförmigen Querschnitt anschaut, ist die Größe der wellenförmigen Vertiefungen/Erhöhungen unstabil und unregelmäßig, aber die Dichte ist hoch. Immerhin gibt es keine horizontale Oberfläche. Die Oberfläche befindet sich fortwährend in einem Wellenzustand. Im Durchschnitt lag die Rillentiefe im Bereich von 30 bis 50 nm und die Breite im Bereich von etwa 0,5 bis 1,5 μm. Der Neigungsgrad lag im Bereich von 3 bis 5 Grad.
Dieses Substrat wurde zur Bildung des SiC-Films auf dem Substrat verwendet. Daraufhin konnte der Effekt des Substrates mit den darauf parallel zu [110] gebildeten Wellen erhalten werden. Insbesondere reduzieren sich deutlich die Defekte der Antiphasengrenze.
Zum Beispiel beträgt die Dichte der Antiphasengrenze im auf dem nicht geschliffenen Si-Substrat entstandenen SiC-Film 8 × 10⁹ Grenzen/cm², während die Dichte der Antiphasengrenzendefekte im SiC-Film, der auf dem diesem einseitigen Schleifvorgang unterzogenen Si-Substrat entsteht, 0 bis 1 Defekt/cm² beträgt. Tabelle 14 zeigt die Wellenform und die Defektdichte der Antiphasengrenzen in Bezug auf die Größe der Schleifkörner. In Tabelle 15 sind ferner die Wellendichte und die Defektdichte der Antiphasengrenzen in Bezug auf die Anzahl der Schleifvorgänge aufgeführt. [Tabelle 14]

Größe der Schleifkörne r (μmϕ) Tiefe/Breite (zwischen Erhöhungen) (nm) Neigungsgrad (Grad) Dichte der Antiphasengrenze (cm^–2)

3 7/500 1 30

9 10/500 2 0

15 35/1.000 4 0
(Es wurden die im Beispiel 8 beschriebenen Bedingungen eingesetzt und nur die Größe der Schleifkörner verändert.) [Tabelle 15]

Anzahl der Schleifvorgänge/Wechselbewegungen (-fach) Wellendichte (%) Dichte der Antiphasengrenze (cm^–2)

50 50 100

100 80 20

300 100 0
(Es wurden die im Beispiel 8 beschriebenen Bedingungen eingesetzt und nur die Anzahl der Wechselbewegungen verändert.)
Im Beispiel 8 wurde außerdem die Diamantsuspension mit einer Größe von 15 μmϕ als Schleifmittel verwendet, wobei aber die Größe und Art der Schleifkörner nicht beschränkt sind. Ferner ist auch das Kissen nicht auf das oben angegebene begrenzt. Weiterhin sind beim Schleifvorgang der zwischen dem Substrat und dem Kissen angelegte Druck, die Schleifgeschwindigkeit und -dauer und dergleichen nicht auf die oben genannten beschränkt. Im Beispiel 8 wurde Si (100) eingesetzt, aber es ist überflüssig hinzuzufügen, dass auch bei Verwendung von kubischem SiC oder hexagonalem SiC ähnliche Ergebnisse wie die oben beschriebenen Ergebnisse erhalten werden können.
Die Beispiele sollten die vorliegende Erfindung erläutern, ohne jedoch die vorliegende Erfindung auf die oben beschriebenen Beispiele zu beschränken.
Zum Beispiel sind die Bedingungen für die Filmbildung, die Dicke und dergleichen des Siliziumkarbidfilms nicht auf die der Beispiele begrenzt.
Außerdem können beispielsweise einkristalline Substrate wie Siliziumkarbid und Saphir als Substrat zum Wachsen eingesetzt werden.
Als Quellengas für Silizium wurde Dichlorsilan (SiH₂Cl₂) verwendet, aber es können auch Silanverbindungsgase wie SiH₄, SiCl₄ und SiHCl₃ eingesetzt werden. Ferner wurde als Quellengas für Kohlenstoff Acetylen (C₂H₂) verwendet, aber es können auch Kohlenwasserstoffgase wie CH₄, C₂H₆ und C₃H₈ eingesetzt werden.
Der epitaxiale Wachstumsprozess von Siliziumkarbid ist nicht begrenzt, solange die Ausbreitungsrichtung des inneren Oberflächendefekts im Film in der spezifizierten kristallinen Oberfläche eingeschränkt werden kann und neben dem Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) können ein epitaxialer Wachstumsprozess in flüssiger Phase, ein Sputterverfahren, ein molekularstrahlepitaxisches Verfahren (MBE) und dergleichen eingesetzt werden. Im CVD-Verfahren kann darüber hinaus statt des Verfahrens der wechselnden Zufuhr vom Materialgas ein Verfahren zur gleichzeitigen Zufuhr von Materialgas angewandt werden.
Aus dem durch die oben beschriebene Methode der vorliegenden Erfindung auf dem Substrat zum Wachsen gebildeten Siliziumkarbidfilm kann durch Verbinden der Oberfläche des Siliziumkarbidfilms mit einem Nichtleiter, Entfernen des Substrats zum Wachsen und anschließendem Entfernen der fehlerhaften Schicht des Siliziumkarbidfilms (ein Teil weist eine Antiphasengrenzendichte auf der dem Substrat zum Wachsen zugewandten Seite auf) eine Halbleiter-auf-Nichtleiter (SOI)-Struktur erhalten werden, bei der sich ein dünner Halbleiterfilm auf dem Nichtleiter bildet.
Hierbei kann die Verbindung des Siliziumkarbidfilms mit dem Nichtleiter durch Methoden wie anodische Verbindung, Verbindung über ein niedrig schmelzendes Glas, direkte Verbindung und Verbindung über ein Haftmittel erfolgen. Die Methode der anodischen Verbindung umfasst die Kontaktierung eines ein elektrisch geladenes bewegliches Ion enthaltenden Glases (z. B. Silikatglas, Borsilikatglas, Boratglas, Aluminiumsilikatglas, Phosphatglas, Fluorphosphatglas und dergleichen) mit dem Siliziumkarbidfilm und das Anlegen eines elektrischen Feldes um die Verbindung herzustellen. In diesem Fall liegt die Verbindungstemperatur im Bereich von 200 bis 300°C, die angelegte Spannung liegt im Bereich von 500 bis 1.000 V und die Last liegt im Bereich von ca. 500 bis 1.000 g/cm². Die Verbindungsmethode über das niedrig schmelzende Glas umfasst das Abscheiden des niedrig schmelzenden Glases auf der Oberfläche des Siliziumkarbidfilms durch ein Sputterverfahren oder dergleichen, das Aufbringen einer Last und Wärme und die Verbindung der Gläser miteinander. Die Methode der direkten Verbindung umfasst das Kontaktieren und die Bindung des Siliziumkarbidfilms direkt an das Glas durch eine elektrostatische Kraft und anschließend das Aufbringen der Last und Wärme, um die Bindung an der Grenzfläche zu verstärken.
Das Substrat zum Wachsen kann zum Beispiel durch Nassätzung entfernt werden. Beispielsweise wird das Siliziumsubstrat durch Eintauchen des Substrats in eine Mischsäure aus HF und HNO₃ (HF:HNO₃ = 7:1) entfernt.
Die fehlerhafte Schicht wird zum Zweck der Entfernung der fehlerhaften Schicht, in der die Antiphasengrenzen mit einer hohen Dichte in der Nähe der Substratsgrenzfläche des Siliziumkarbidfilms vorkommen, entfernt. Die fehlerhafte Schicht kann zum Beispiel durch Trockenätzung entfernt werden. Beispielsweise unter Verwendung von CF₄ (40 sccm) oder O₂ (10 sccm) als Ätzgas und Durchführung einer reaktiven Ionenätzung bei einer RF-Leistung von 300 W.
Die SOI-Struktureinheit (Substrat) wird beispielsweise auf ein Halbleitersubstrat, einen durchsichtigen leitfähigen Film im Substrat für TFT-Flüssigkristall, eine dielektrische Schicht für den Kerr-Effekt in einem optisch-magnetischen Aufzeichnungsmedium, eine Mikromaschine, verschiedene Sensoren (Drucksensor und dergleichen), einen für Röntgenstrahlen durchlässigen Film und dergleichen aufgetragen.
Wie oben beschrieben kann gemäß der Methode der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Siliziumkarbid der Siliziumkarbidfilm erhalten werden, in dem die Antiphasengrenzen wirksam reduziert oder entfernt werden.
Da die Kristallgrenzendichte niedrig ist, besitzt der Siliziumkarbidfilm der vorliegenden Erfindung auch sehr hochwertige elektrische Eigenschaften und findet eine breite Anwendung in unterschiedlichen elektronischen Elementen und dergleichen.

Claims

Methode zur Herstellung eines Siliziumkarbidfilms, bei der die Kristallorientierung einer einkristallinen Substratoberfläche inhärent ist und dem Siliziumkarbid ein epitaxiales Wachstum auf der Oberfläche ermöglicht wird, wobei die Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms die Schritte umfasst, in denen: Die Substratoberfläche, auf der dem Siliziumkarbid das epitaxiale Wachstum ermöglicht wird, vollständig oder teilweise mit einer Vielzahl von Wellen versehen wird, wobei die Wellen so gebildet werden, dass sie sich parallel zu einer Richtung auf der Oberfläche erstrecken, und jede der Wellen so gebildet wird, dass deren geneigte Oberflächen einen Winkel kleiner als 54,7° und größer als 1° aufweisen; und dem Siliziumkarbid das Wachstum auf der Substratoberfläche, die die Wellen aufweist, ermöglicht wird.
Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms nach Anspruch 1, wobei während des Wachstums des Siliziumkarbidfilms ein epitaxialer Wachstumsmechanismus verwendet wird, sodass die Ausbreitungsrichtung eines im Film erzeugten Oberflächendefekts in einer spezifizierten kristallinen Oberfläche begrenzt werden kann.
Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenn der Mittelwert für den Abstand zwischen den Wellengipfeln der besagten Substratoberfläche W ist, der Siliziumkarbidfilm eine Dicke von W/√2 (= 2^1/2) oder mehr aufweist.
Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstand zwischen den Wellengipfeln der Substratoberfläche im Bereich von 0,01 μm bis 10 μm liegt und der Unterschied der Wellenhöhen im Bereich von 0,01 μm bis 20 μm liegt.
Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat ein einkristallines Si umfasst, die Substratoberfläche eine (001) Oberfläche umfasst und die Oberfläche mit Wellen versehen ist, die sich parallel zu einer [110]-Orientierung erstrecken.
Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat ein einkristallines 3C-SiC umfasst, die Substratoberfläche eine (001) Oberfläche umfasst und die Oberfläche mit Wellen versehen ist, die sich parallel zu einer [110]-Orientierung erstrecken.
Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat ein hexagonales, einkristallines SiC umfasst, die Substratoberfläche eine (1, 1, –2, 0)-Oberfläche umfasst und die Oberfläche mit Wellen versehen ist, die sich parallel zu einer [1, –1, 0, 0]-Orientierung oder zu einer [0, 0, 0, 1]-Orientierung erstrecken.
Ein Siliziumkarbidfilm hergestellt durch Verwendung der Methode nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Siliziumkarbidfilm, der durch epitaxiales Wachstum auf einer Oberfläche eines einkristallinen Substrats gebildet wird, wobei die Querschnittansicht der Oberfläche ganz oder teilweise eine Vielzahl von Wellen zeigt, wobei die Wellen so gebildet werden, dass sie sich parallel zu einer Richtung auf der Oberfläche erstrecken, und jede der Wellen so gebildet wird, dass deren geneigte Oberflächen einen Winkel kleiner als 54,7° und größer als 1° aufweisen.
Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Querschnittansicht der Wellen im Substrat eine Wellenform zeigt, bei der der Wellengipfel und -boden über eine sanfte Kurve oder eine Sägeblattform miteinander verbunden sind.
Methode zur Herstellung des Siliziumkarbidfilms nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Querschnittansicht der Substratoberfläche Stufen zeigt, die aus der Vielzahl von Wellen bestehen, und wobei flächensymmetrisch orientierte Stufen in die Oberfläche des Wachstumssubstrats aus Siliziumkarbid mit einer statistisch ausgeglichenen Dichte eingeführt werden.