DE60105218T2

DE60105218T2 - Siliciumkarbid und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE60105218T2
Application number: DE60105218T
Authority: DE
Inventors: Takamitsu Kawasaki-shi Kawahara; Hiroyuki Hachiouji-shi Nagasawa; Kuniaki Ome-shi Yagi
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: EP1143033A3; EP1439246B1; DE60105218D1; US20020014198A1; EP1143033B1; EP1439246A1; DE60134581D1; US6596080B2; EP1143033A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein einkristallines Siliciumcarbid, das als ein elektronisches Material nützlich ist, und auf ein Verfahren für dessen Herstellung. Im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein einkristallines Siliciumcarbid, das beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung bevorzugte charakteristische Merkmale, wie zum Beispiel geringe Dichte von Defekten im Kristall oder geringe Deformation im Kristallgitter, aufweist und auf ein Verfahren für dessen Herstellung.
Kristallwachstumsverfahren für Siliciumcarbid (SiC), die bis jetzt angewendet wurden, können in zwei Verfahren klassifiziert werden: Ein Verfahren ist das Substrat-Kristallwachstum mittels Sublimationsverfahren, und das andere Verfahren ist das Bilden einer dünnen Schicht auf einem Substrat durch das Ausnutzen der Epitaxie.
Das Substrat-Kristallwachstum, welches das Sublimationsverfahren benutzt, hat polykristalline Polymorphe von Hoch-Temperaturphasen, z. B. hexagonales (6H, 4H und so weiter) Siliciumcarbid, ermöglicht, und es hat ebenfalls ein Substrat von SiC selber erzeugt. Jedoch gestattete dieses Verfahren zahlreiche Defekte (Mikroröhren), die innerhalb der Kristalle herbeigeführt wurden, und es wurde eine Schwierigkeit bei dem Vergrößern der Fläche des Substrates festgestellt.
Andererseits verbessert die Verwendung der Epitaxie auf einem einkristallinen Substrat vorteilhaft die Beherrschbarkeit von Verunreinigungen und erzeugt Substrate mit vergrößerter Fläche, und sie überwindet das Problem, das bei dem Sublimationsverfahren festgestellt wurde durch das Verringern der Bildung von Mikroröhren. Es wird jedoch bei dem Epitaxie-Verfahren häufig ein Problem festgestellt, das eine Zunahme bei den Stapelfehlerdefekten, die auf den Unterschied in den Gitterkonstanten zwischen dem Substratmaterial und der Siliciumcarbidschicht zurückzuführen sind, betrifft. Insbesondere führt die Verwendung von Silicium als das Substrat, um darauf Siliciumcarbid zu bilden, innerhalb der Wachstumsschicht von Siliciumcarbid zu einer beträchtlichen Bildung von Zwillingen und Antiphasengrenzen (APB), da es eine große Gitterfehlanpassung zwischen Siliciumcarbid und dem darunterliegenden Silicium, das im Allgemeinen als das Substrat benutzt wird, gibt. Folglich führen diese Defekte zu einem Siliciumcarbid mit schlechteren charakteristischen Merkmalen, wenn es als ein elektronisches Element verwendet wird.
Ein Verfahren für das Verringern von planaren Defekten innerhalb der Siliciumcarbidschicht, zum Beispiel ein Verfahren für das Verringern der planaren Defekte, die in Schichten, die eine bestimmte Dicke oder mehr aufweisen, vorhanden sind, ist vorgeschlagen worden, wobei besagtes Verfahren einen Schritt des Bildens eines Wachstumsbereiches auf dem Substrat, auf dem Siliciumcarbid aufgewachsen wird, und einen Schritt des Aufwachsens von einkristallinem Siliciumcarbid auf dem so erhaltenen Wachstumsbereich derart, dass die Dicke davon gleich oder größer werden sollte als die Dicke, die spezifisch für die kristallographische Richtung auf der Wachstumsfläche ist (siehe JP-B-Hei6-41400, wobei der Ausdruck „JP-B-", auf den hierin Bezug genommen wird, „eine geprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung" bedeutet), umfasst.
Jedoch, da zwei Arten von Antiphasengrenzen, die innerhalb des Siliciumcarbids gebildet werden, dazu neigen, sich mit zunehmender Schichtdicke in Richtungen, die orthogonal zueinander sind, auszubreiten, können die Antiphasengrenzen nicht effektiv verringert werden. Weiterhin kann die Überstruktur, die auf der Oberfläche des aufgewachsenen Siliciumcarbids gebildet wird, nicht wie gewünscht kontrolliert werden. So beeinträchtigt eine Antiphasengrenze, die sich neu an dem gebundenen Bereich bildet, nachteilhaft die elektrischen charakteristischen Merkmale, falls unabhängig voneinander aufgewachsene Bereiche sich miteinander verbinden.
K. Shibahara et al. schlug als ein Mittel, um effektiv die Antiphasengrenze zu verrringern, ein Verfahren zum Aufwachsen von Siliciumcarbid auf ein Si (001) Oberflächensubstrat vor, bei dem eine Oberflächenachse, die senkrecht zu der Si (001) Ebene ist, leicht von der kristallographischen <001> Richtung zu der kristallographischen <110> Richtung (zum Beispiel wurde ein Versetzungswinkel eingeführt) geneigt wurde (siehe Applied Physics Letter, Vol. 50 (1987), S. 1888). Bei diesem Verfahren werden auf atomarem Niveau in gleichem Abstand Stufen in einer Richtung durch leichtes Neigen des Substrates eingeführt. So wird planaren Defekten, die parallel mit den so eingeführten Stufen zur Verfügung gestellt werden, erlaubt, sich auszubreiten, wobei die Ausbreitung der planaren Defekte, die in einer Richtung, die senkrecht zu den Stufen ist (z. B. die Richtung, die die Stufen kreuzt), vorhanden sind, effektiv unterdrückt. Entsprechend verläuft mit Zunahme der Schichtdicke des Siliciumcarbids von den zwei Antiphasengrenzen, die in der Schicht enthalten sind, bevorzugt eine Antiphasengrenze in der Richtung, die parallel zu den eingeführten Stufen verläuft, gegenüber der Antiphasengrenze, die in der senkrechten Richtung zu den Stufen verläuft. So können die Antiphasengrenzen effektiv verringert werden. Wie in 1 gezeigt wird, verursacht jedoch dieses Verfahren, auf Grund von einer Zunahme in der Dichte der Stufen an der Grenze zwischen dem Siliciumcarbid und dem Siliciumsubstrat, die Bildung einer ungewünschten Antiphasengrenze 1 und von Zwillingen. Folglich leidet dieses Vefahren immer noch an einem Problem, dass die Antiphasengrenzen nicht vollständig ausgelöscht werden können. In 1 stellt die Zahl 1 eine Antiphasengrenze dar, die an den Stufen von Einzelatomen gebildet worden ist, die Zahl 2 zeigt ein Zusammentreffen von Antiphasengrenzen an, die Zahl 3 zeigt eine Antiphasengrenze an, die auf der Terrasse auf der Oberfläche des Siliciumsubstrates gebildet wurde, θ stellt einen Versetzungswinkel dar, und ϕ ist ein Winkel (54.7°), gebildet von der Si (001) Ebene mit der Antiphasengrenze. Die Antiphasengrenze 3, die an der Terrasse auf der Oberfläche des Substrates gebildet wurde, nimmt an dem Zusammentreffen 2 der Antiphasengrenzen ab. Jedoch bleiben die Antiphasengrenzen 1, die an den monoatomaren Stufen auf dem Siliciumsubstrat gebildet wurden, wie sie sind, da sie keine Gegenstücke zur Assoziation aufweisen.
Im Falle des Bildens von Siliciumcarbid auf der Oberfläche eines Siliciumsubstrates wird weiterhin eine innere Spannung innerhalb der Siliciumcarbidschicht auf Grund des Unterschiedes bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Silicium und Siliciumcarbid, einer Fehlanpassung bei den Gitterkonstanten, der Bildung von Defekten, die sich innerhalb des Siliciumcarbids bilden oder der Einwirkung einer Deformation, erzeugt. Außerdem wird auf dem Siliciumcarbid, das auf dem Siliciumsubstrat gebildet wird, Verzerrung oder Deformation, die auf die innere Spannung, die innerhalb der Siliciumcarbidschicht erzeugt wird, zurückzuführen sind, erzeugt. Folglich ist solch ein Siliciumcarbid für die Verwendung als ein Material für das Herstellen von Halbleitervorrichtungen nicht brauchbar.
EP 1130135 A1 offenbart ein Verfahren für das Herstellen einer Siliciumcarbidschicht, bei dem eine Kristallorientierung auf einer einkristallinen Substratoberfläche übernommen wird, und Siliciumcarbid erlaubt wird, epitaktisch aufzuwachsen, das Verfahren des Herstellens der Siliciumcarbidschicht umfasst die Schritte von:
Vollständig oder teilweise die besagte Substratoberfläche mit einer Vielzahl von Undulationen, die parallel in eine Richtung verlaufen, zur Verfügung stellen, und dem Aufwachsen des Siliciumcarbids auf der Substratoberfläche.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für das Herstellen von Siliciumcarbid zur Verfügung zu stellen, welches die vorher erwähnten Nachteile vermeidet. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Beispielen und den Zeichnungen hervor.
Im Lichte solcher Umstände ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für das Herstellen eines Siliciumcarbids, bei dem die Antiphasengrenzen effektiv verringert sind, und ein Verfahren für das Herstellen eines Siliciumcarbids, bei dem die Verzerrung und Deformation, die auf die innere Spannung zurückzuführen sind, verringert sind, zur Verfügung zu stellen.
Die vorher erwähnten Aufgaben können durch die vorliegende Erfindung wie folgt erfüllt werden.
Es wird entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Herstellung von Siliciumcarbid durch das Abscheiden von Siliciumcarbid auf zumindest einem Teil einer Oberfläche eines Substrates, das auf seiner Oberfläche im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Undulationen aufweist, zur Verfügung gestellt, wobei ein Mittelrauhwert der besagten Undulationen in einem Bereich von 3 bis 1,000 nm liegt, Gradienten geneigter Ebenen der besagten Undulationen in einem Bereich von 1° bis 54,7° liegen, und das besagte Substrat aus Silicium oder kubischem Siliciumcarbid hergestellt ist, das eine Oberfläche mit einer Flächennormalenachse mit <111> kristallographischer Richtung und mit einer Fläche aus {111} Ebenen, die gleich oder weniger als 3 % der gesamten Fläche der Oberfläche des besagten Substrates ausmacht.
Es wird in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Herstellung entsprechend dem ersten obigen Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei das besagte Siliciumcarbid aus einer Gasphase oder einer Flüssigphase abgeschieden wird.
Es wird in Übereinstimmung mit noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Herstellung entsprechend dem ersten obigen Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei in einem Querschnitt, der senkrecht zu einer Richtung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, Bereiche, in denen benachbarte geneigte Ebenen miteinander in Kontakt gebracht werden, eine Kurvenform aufweisen.
Es wird entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Herstellung des einkristallinen Siliciumcarbids entsprechend dem ersten obigen Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei Siliciumcarbid epitaktisch aufgewachsen wird, um die Kristallinität der Oberfläche des Substrates zu erhalten, um das einkristalline Siliciumcarbid zu erhalten.
Entsprechend dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird als das Substrat ein Substrat, das auf dessen Oberfläche eine Vielzahl von Undulationen, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, aufweist, verwendet. Indem so ein Substrat, das auf dessen Oberfläche eine Vielzahl von Undulationen aufweist, benutzt wird, kann wie von K. Shibahara et al. beschrieben, die Wirkung des Einführens eines Versetzungswinkels an allen geneigten Oberflächen der Undulationen erreicht werden. Weiterhin können durch das Benutzen eines Substrates, das auf dessen Oberfläche eine Vielzahl von Undulationen aufweist, die planaren Defekte, die in dem Siliciumcarbid, das auf dem Substrat abgeschieden ist, eingebaut sind, verbessert werden, um so die Deformation zu minimieren, und die innere Spannung des Siliciumcarbids kann dadurch verringert werden.
Die Undulationen, auf die in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, erfordern nicht strikt, dass sie mathematisch definierte Parallelität oder Spiegelebenensymmetrie aufweisen, aber dass sie solch eine Morphologie aufweisen, die für effektives Verringern oder Vermindern der Antiphasengrenze ausreichend ist. Außerdem liegen die Undulationen der vorliegenden Erfindung nicht in atomaren Stufen vor, sondern im Vergleich mit den atomaren Stufen liegen sie in einer Makrogröße vor. Der Grund hierfür ist, dass die Undulationen einen Mittelrauhwert von mindestens 3 nm aufweisen, wie es unten eingehend erwähnt wird.
Die Undulationen, auf die in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, werden aus sich wiederholenden Vertiefungs- und Kammbereichen gebildet, und der Kammbereich weist hinsichtlich der Basisoberfläche Neigungen (schräg gestellte oder geneigte Ebenen) mit einem Gradienten, der von 1° bis 54.7° reicht, auf. Die Neigungen von benachbarten Kammbereichen liegen einander durch die Vertiefungsbereiche gegenüber. Bevorzugt werden die Undulationen der Substratoberfläche gebildet, um hinsichtlich der Basisoberfläche die integrierten Gradientenwinkel der Neigung im Wesentlichen auf Null zu senken, wobei die Integration über die gesamte Oberfläche gemacht wird.
In der vorliegenden Erfindung wird eine Siliciumcarbidschicht der Reihe nach auf der gesamten Substratoberfläche oder einem Teil der Substratoberfläche gebildet, vorausgesetzt, dass solch ein Teil die oben erwähnten Undulationen aufweist. Da die Substratoberfläche der vorliegenden Erfindung die Undulationen mit der oben erwähnten Form aufweist, würden die Antiphasengrenzen, die mit dem Aufwachsen von Siliciumcarbid an den Stufen auf den Neigungen gebildet und aufgewachsen wurden, sich zwischen den Undulationen miteinander vereinigen, und dabei werden die Antiphasengrenzen effektiv eliminiert, um ein einkristallines Siliciumcarbid mit weniger Defekten zu ergeben.
Die Undulationen, die auf der Oberfläche des Substrates gebildet werden, weisen einen Mittelrauhwert in einem Bereich von 3 bis 1,000 nm auf. Die Undulationen mit einem Mittelrauhwert von weniger als 3 nm sind unzureichend, da kein effektiver Versetzungswinkel erhalten werden kann, und dies führt zu Defekten, die mit hoher Dichte erzeugt werden. Falls die Rauheit der Mittellinie 1,000 nm überschreiten sollte, wird die Wahrscheinlichkeit des Verursachens eines Zusammenstoßes zwischen planaren Defekten, und sie dabei auszulöschen, gering, und die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann nicht erreicht werden. So sollte die Oberfläche des Substrates einen Mittlerauhwert von 3 nm oder größer, aber von 1,000 nm oder kleiner, aufweisen. Um die Wirkung der vorliegenden Erfindung in einer weiteren effektiven Art und Weise zu erreichen, ist der Mittelrauhwert bevorzugt 10 nm oder größer, aber er ist 100 nm oder kleiner. Der Mittelrauhwert (Ra), der hierin benutzt wird, ist derjenige, der in JIS B0601 – 1982 definiert ist. Die Definition von Ra in der JIS ist wie folgt: In einem Fall, bei dem ein Bereich eine gemessene Länge von „L" aufweist und von einer Rauheitskurve bis zu der Mittellinie erfasst wird, annehmend als Achse X die Mittellinie des erfassten Bereiches, annehmend als Achse Y die Richtung der abschnittsweisen Amplifikation und annehmend als y = f(x) die Rauheitskurve, wird der Mittelrauhwert (Ra) durch die folgende Gleichung, die in Mikrometer dargestellt ist, definiert. Ra = (1/L)∫1 0|f(x)|dx
Die Einheit des Mittelrauhwerts, definiert in JIS B0601 – 1982, ist Mikrometer, aber die Einheit des Mittelrauhwerts, der in dieser Erfindung benutzt wird, ist Nanometer (nm).
Der Mittelrauhwert der Oberfläche des Substrates wird durch das Benutzen eines Rasterkraftmikroskops (AFM) gemessen.
Weiterhin fällt der Winkel der geneigten Ebenen der Undulationen, die auf der Oberfläche des obigen Substrates verlaufen, in einen Bereich von 1° oder größer, aber nicht größer als 54.7°.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Wirkung der Erfindung durch das Beschleunigen des Aufwachsens von Siliciumcarbid in der Nähe der Stufen, die auf atomarem Niveau auf der Oberfläche des Substrates gebildet werden, gezeigt. Im Falle, dass der Neigungswinkel der (111) Ebene der Undulationen auf einen Winkel von 54.7° oder kleiner sinkt, wird die gesamte Oberfläche der geneigten Ebene vollständig durch eine einzelne Stufe bedeckt. In dem Falle bei dem der Gradient mit einem Neigungswinkel von weniger als 1° zur Verfügung gestellt wird, wird die Dichte der Stufen auf der geneigten Ebene der Undulationen außerordentlich niedrig. Folglich sollte der Gradient der geneigten Ebenen der Undulationen auf einen Winkel von 1° oder größer festgesetzt werden. Unter dem Gesichtspunkt des Realisierens der Wirkung der vorliegenden Erfindung in einer weiteren effektiven Art und Weise, ist der Neigungswinkel der geneigten Ebenen der Undulationen bevorzugt 2° oder größer, aber nicht größer als 10°.
In der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Ausdruck „die geneigte Ebene der Undulationen" auf Ebenen, die alle Morphologien, wie zum Beispiel flache Ebenen, gebogene Ebenen und so weiter, aufweisen. Weiterhin bedeutet in der vorliegenden Erfindung der Ausdruck „Neigungswinkel der geneigten Ebenen der Undulationen" den Neigungswinkel des geneigten Winkels, der im Wesentlichen zu der Wirkung der vorliegenden Erfindung beiträgt, und er bezieht sich auf einen durchschnittlichen Neigungswinkel der geneigten Ebenen. Der Ausdruck „durchschnittlicher Neigungswinkel" bedeutet den Winkel, der von der Ebene entlang der kristallographischen Orientierung und der geneigten Ebene (ein Durchschnittswert für den ausgewerteten Bereich) gebildet wird.
Weiterhin weisen in einem Querschnitt, der senkrecht zu einer Orientierung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, Bereiche, in denen benachbarte geneigte Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, eine Kurvenform auf. Der Bereich, in dem die benachbarten geneigten Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, bezieht sich auf den Vertiefungsbereich und den Kammbereich der Undulationen, die auf der Oberfläche des Substrates verlaufen, und sowohl die Sohle der Vertiefung als auch der Scheitelpunkt des Kammes wird in einer gebogenen Form zur Verfügung gestellt. Diese Erscheinungsform kann von dem AFM-Bild, das in 4 gezeigt wird, verstanden werden. Im speziellen zeigt der Querschnitt der Undulationen, wie bei dem Querschnitt, der senkrecht zu der Orientierung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, eine Form, die ähnlich einer sinusförmigen Welle ist, obwohl die Wellenlänge und die Höhe der Welle nicht notwendigerweise konstante Werte ergeben. So kann die Dichte der planaren Defekte verringert werden, indem Sohlenbereiche der Vertiefung und der Scheitelpunkt des Kamms mit kurvenförmigen Querschnitten zur Verfügung gestellt werden.
So kann, wie von K. Shibahara et al. gezeigt, durch das zur Verfügung stellen einer Vielzahl von Undulationen auf der Oberfläche des Substrates, auf dem wie oben beschrieben Siliciumcarbid aufgewachsen wird, die Wirkung des Einführens von Versetzungswinkeln an allen geneigten Ebenen von allen Undulationen realisiert werden. Unter dem Gesichtspunkt der Grenzen des Ätzverfahrens bei dem Bilden von Undulationen auf dem Substrat, ist der Abstand zwischen den Scheitelpunkten der Undulationen bevorzugt 0.01 μm oder größer. Auf der anderen Seite, da die Häufigkeit des Verursachens einer Assoziation der Antiphasengrenzen sehr abnimmt, falls der Abstand zwischen den Scheitelpunkten der Undulationen 1,000 μm übersteigt, ist der Abstand zwischen den Scheitelpunkten der Undulationen bevorzugt 1,000 μm oder kleiner. Unter dem Gesichtspunkt des ausreichenden Aufweisens der Wirkung der vorliegenden Erfindung, ist weiterhin der bevorzugte Abstand zwischen den Scheitelpunkten der Undulationen 0.1 μm oder größer, aber nicht mehr als 100 μm.
Der Höhenunterschied und der Abstand zwischen den Undulationen beeinflußt den Gradienten der Undulationen, z.B. die Dichte der Stufen. Da die bevorzugte Dichte der Stufen von den Bedingungen des Kristallwachstums abhängt, kann sie nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt werden, jedoch ist im Allgemeinen der Höhenunterschied der Undulationen im Wesentlichen der gleiche wie der Abstand zwischen den Scheitelpunkten der Undulationen; das heißt, die Höhe ist bevorzugt 0.01 μm oder größer, aber nicht mehr als 20 μm.
In Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind als die Materialien für das Substrat zum Beispiel einkristalline Substrate, wie zum Beispiel jene aus Silicium oder Siliciumcarbid, oder aus Saphir, verwendbar.
Entsprechend dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird weiterhin Siliciumcarbid auf zumindest einem Teil der Oberfläche des Substrates abgeschieden.
Jene, die oben beschrieben sind, weisen ebenfalls Gemeinsamkeiten mit anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung, die nachstehend beschrieben werden, auf.
Ähnlich dem ersten Aspekt, der oben beschrieben ist, wird in einem zweiten Aspekt, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, ein Substrat als das Substrat für das Abscheiden von Siliciumcarbid darauf benutzt, das eine Vielzahl von Undulationen, die im Wesentlichen parallel zueinander auf dessen Oberfläche verlaufen, aufweist, wobei die besagten Undulationen einen Mittelrauhwert in einem Bereich von 3 bis 1,000 nm aufweisen, und das geneigte Ebenen aufweist, die einen Neigungswinkel in einem Bereich von 1° bis 54.7° aufweisen. Die Gründe für das obige Beschränken des Mittelrauhwerts der Undulationen auf einen bestimmten Bereich, für das Festsetzen eines bevorzugten Bereichs davon, oder die Gründe für das Begrenzen des Neigungswinkels der geneigten Ebenen der Undulationen, für das Festsetzen eines bevorzugten Bereichs davon, sowohl als auch die anderen Punkte, die gemeinsam festgesetzt werden, sind die gleichen, wie jene, die oben in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Das Substrat, das darin benutzt wird, ist ein Silicium oder ein Siliciumcarbidsubstrat, und deren Oberfläche weist als solche eine kristallographische Orientierung auf, dass ihre Flächennormalenachse entlang der <001> kristallographischen Orientierung mit den {001} Ebenen, auf die 10 % oder weniger der gesamten Fläche der Oberfläche des Substrates zurückzuführen sind, festgesetzt wird. Indem so Undulationen auf der Oberfläche des Substrates zur Verfügung gestellt werden, und indem so das Verhältnis der planaren Ebenen, die auf diese Art und Weise auf der Oberfläche des Substrates verbleiben, kontrolliert wird, kann die innere Spannung des Siliciumcarbids, die durch die Abscheidung auf dem Substrat gebildet wird, kontrolliert werden.
Eine kristallographische (001) Ebene erzeugt hinsichtlich der Schicht eine Zugbeanspruchung, da sie in der kristallographischen <001> Richtung wächst. Jedoch kann durch das Bilden von Undulationen auf der Oberfläche des Substrates, und indem so das Verhältnis von (111) Ebenen vergrößert wird, eine Druckbeanspruchung, die die Zugbeanspruchung der (001) Ebene aufhebt, vorsätzlich erzeugt werden, um so die Spannung innerhalb der gleichen Ebene zu lockern. Zum Beispiel kann durch das Benutzen eines undulierten Substrates, bei dem das Verhältnis von den (001) Ebenen als solches kontrolliert wird, um auf sie 10 % oder weniger der gesamten Oberfläche des Substrates zurückzuführen, und bei dem die Undulationen als solche gebildet werden, dass sie geneigte Ebenen, einschließlich von (111) Ebenen und dergleichen, in solch einer Art und Weise aufweisen können, dass die aufwachsenden kristallinen Phasen miteinander kollidieren können, dass eine Zugbeanspruchung in der kristallographischen <001> Richtung erzeugt wird, während eine Druckbeanspruchung in einer Richtung, die senkrecht zu der <001> Ebene ist, erzeugt wird, um sich gegenseitig aufzuheben. Auf diese Art und Weise kann die Spannung kontrolliert werden. Am unteren Ende machen die {001} Ebenen idealerweise 0 % der Fläche der gesamten Oberfläche des Substrates aus.
In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Substrat, das als das Substrat für das Abscheiden von Siliciumcarbid darauf benutzt wird, ein Substrat, das eine Vielzahl von Undulationen, die auf dessen Oberfläche im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, aufweist, wobei die besagten Undulationen einen Mittelrauhwert in einem Bereich von 3 bis 1,000 nm aufweisen, und das geneigte Ebenen aufweist, die einen Neigungswinkel in einem Bereich von 1° bis 54.7° aufweisen. Die Gründe für das obige Beschränken des Mittelrauhwerts der Undulationen auf einen bestimmten Bereich, für das Festsetzen eines bevorzugten Bereichs davon, oder die Gründe für das Begrenzen des Neigungswinkels der geneigten Ebenen der Undulationen, für das Festsetzen eines bevorzugten Bereichs davon, sowohl als auch die anderen Punkte, die gemeinsam festgesetzt werden, sind die gleichen, wie jene, die oben in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Das Substrat, das darin benutzt wird, ist ein Silicium oder ein kubisches Siliciumcarbidsubstrat, und die Oberfläche davon weist als solche eine kristallographische Orientierung auf, dass ihre Flächennormalenachse entlang der <111> kristallographischen Orientierung mit den {111} Ebenen, auf die weniger als 3 % der gesamten Fläche der Oberfläche des Substrates zurückzuführen sind, festgesetzt wird. Indem so Undulationen auf der Oberfläche des Substrates zur Verfügung gestellt werden, und indem so das Verhältnis der planaren Ebenen, die auf diese Art und Weise auf der Oberfläche des Substrates verbleiben, kontrolliert wird, kann die innere Spannung des Siliciumcarbids, das durch die Abscheidung auf dem Substrat gebildet wird, auf eine Art und Weise kontrolliert werden, die dem Fall, wie in dem obigen zweiten Aspekt beschrieben, ähnlich ist. Am unteren Ende machen die {111} Ebenen idealerweise 0 % der Fläche der gesamten Oberfläche des Substrates aus.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Siliciumcarbid auf zumindest einem Teil der Oberfläche des Substrates aus einer Gasphase oder einer Flüssigphase abgeschieden. Alle bekannten Verfahren, so sie für die Abscheidung geeignet sind, können für das Abscheiden von Siliciumcarbid aus einer Gasphase oder einer Flüssigphase verwendet werden. Als das gasförmige Ausgangsmaterial für das Abscheiden von Siliciumcarbid aus einer Gasphase sind gasförmige Verbindungen auf Basis von Silanen, wie zum Beispiel Dichlorsilan (SiH₂Cl₂), SiH₄, SiCl₄, SiHCl₃ und so weiter, verwendbar. Als das gasförmige Ausgangsmaterial für Kohlenstoff sind gasförmige Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Acetylen (C₂H₂), CH₄, C₂H₆, C₃H₈ und so weiter, verwendbar.
Es kann als ein Flüssigphasen-Verfahren ein Verfahren erwähnt werden, das das Schmelzen eines polykristallinen oder amorphen Siliciumcarbids umfasst, oder ein Verfahren, das das Herstellen von Siliciumcarbid aus einer Siliciumquelle und einer Kohlenstoffquelle umfasst.
Es wird bei dem Verfahren für das Herstellen von Siliciumcarbid, entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung gestellt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Querschnitt, der senkrecht zu einer Orientierung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, Bereiche, in denen benachbarte geneigte Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, eine Kurvenform aufweisen. Der Bereich, in dem die benachbarten geneigten Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, bezieht sich auf einen Bereich, der den Vertiefungen und Kämmen der Undulationen, die auf der Oberfläche verlaufen, entspricht, und sowohl die Sohle der Vertiefungen als auch der Scheitelpunkt der Kämme ergeben einen kurvenförmigen Querschnitt. Diese Erscheinungsform kann von dem (AFM)-Bild, das in 4 gezeigt wird, verstanden werden. Im speziellen muß die Form des Querschnittes der Undulationen nicht eine konstante Wellenlänge oder Wellenhöhe ergeben, aber sie ergibt eine Art von einer sinusförmiger Kurve. Die Dichte der planaren Defekte kann durch das zur Verfügung stellen von Undulationen, die kurvenförmige Querschnitte an dem Sohlenbereich der Vertiefungen und an dem Scheitelpunktbereich der Kämme aufweisen, verringert werden.
Die Undulationen, die wie oben beschrieben bestimmte Formen aufweisen, werden auf der Oberfläche eines Substrates zum Beispiel mittels Photolitographie, Preßbearbeitung, Laserverfahrenstechnik, Ultraschallverfahren, Polieren und so weiter gebildet. Jedes Verfahren kann angewendet werden, so lange als die Oberfläche des Substrates als solche eine endgültige Morphologie ergibt, um die Antiphasengrenzen, wie in den Aspekten der vorliegenden Erfindung beschrieben, effektiv zu verringern oder auszulöschen.
Um ein gewünschtes Maskenmuster, das übertragen werden soll, zu bilden, kann durch das Benutzen der Photolitographie eine gewünschte undulierte Form auf dem Substrat gebildet werden. Weiterhin kann die Ausdehnung der Undulationen durch das Ändern von zum Beispiel der Linienausdehnung des Musters kontrolliert werden, wohingegen die Höhe und der Winkel der geneigten Ebene durch das Kontrollieren des Selektivitätsverhältnisses des Resisten und des Substrates kontrolliert werden kann. Im Falle des Bildens eines Substrates, das eine kurvenförmige Form für den Bereich aufweist, in dem die geneigten Ebenen in einem Querschnitt, der senkrecht zu der Orientierung ist, entlang der die Undulationen auf der Oberfläche des Substrates verlaufen, miteinander in Berührung gebracht werden, kann ein unduliertes Muster, das eine kurvenförmige Form (Wellenform) aufweist, durch das Übertragen eines Musters auf den Resisten, und dann Schmelzen des Resisten durch Wärmebehandlung, erhalten werden.
Durch das Benutzen von Preßbearbeitung kann eine gewünschte undulierte Form auf dem Substrat durch das Bilden der Preßform in die gewünschte Form gebildet werden. Indem so verschiedene Formen gebildet werden, kann eine Vielzahl von undulierten Formen auf dem Substrat gebildet werden.
Die Verwendung eines Laserverfahrens oder einer Ultraschallverfahrenstechnik ermöglicht ein noch genaueres Ätzen des Substrates, da die Undulationen direkt auf dem Substrat gebildet werden.
Durch das Benutzen des Polierens kann die Ausdehnung und die Höhe der Undulationen durch das Wechseln der Größe der Schleifkörner und des Arbeitsdruckes kontrolliert werden. Im Falle des Herstellens eines Substrates, das darauf mit einem undulierten Muster entlang einer Richtung versehen worden ist, wird das Polieren nur in einer Richtung angewendet.
Durch das Anwenden eines Trockenätzverfahrens kann die Ausdehnung und die Höhe der Undulationen durch das Wechseln der Bedingungen des Ätzens und der Form der Ätzmaske kontrolliert werden. Im Falle des Bildens eines Substrates, das eine kurvenförmige Form für den Bereich aufweist, in dem die geneigten Ebenen in dem Querschnitt, der senkrecht zu der Orientierung ist, entlang der die Undulationen auf der Oberfläche des Substrates verlaufen, miteinander in Berührung gebracht werden, kann ein wellenähnliches Muster, das einen kurvenförmigen Querschnitt aufweist, durch das Ausrichten der Ätzmaske in einem Abstand zu dem Substrat, auf das das Muster übertragen werden soll, erhalten werden, da das Ätzen zwischen der Maske und dem Substrat diffus fortschreitet. Andernfalls weist eine Maske, die ein Maskenfenster mit einem trapezförmigen Querschnitt, der entlang der Seite des Substrates verläuft, auf dem das Muster übertragen werden soll, auf.
Im Stand der Technik ist ein einkristallines Siliciumcarbid wohlbekannt, aber das einkristalline Siliciumcarbid, das bis jetzt bekannt war, wies planare Defekte, die eine Dichte von 10⁴ / cm² übersteigen, auf (siehe zum Beispiel A.L. Syrkin et al., Inst. Phys. Conf. Ser. Nr. 142, S. 189). Im Gegensatz zu dem obigen einkristallinen Siliciumcarbid kann entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein einkristallines Siliciumcarbid erhalten werden, das eine Dichte der planaren Defekte von 1,000 / cm² oder weniger, und bevorzugt von 100 / cm² oder weniger, aufweist. Die untere Grenze der Dichte der planaren Defekte ist idealerweise 0 / cm², aber in der Praxis ist der planare Defekt mit einer Dichte von etwa 0.1 / cm² vorhanden. Da solch ein einkristallines Siliciumcarbid eine kleine Kristallgrenzendichte aufweist, und außergewöhnlich überlegene, elektrische charakterische Merkmale zeigt, kann es geeigneterweise als ein Halbleiter-Substrat, als ein Substrat für das Aufwachsen eines Kristalls (einschließlich der Zuchtkeimkristalle) darauf, oder für andere Arten von elektronischen Vorrichtungen verwendet werden.
Im Stand der Technik ist ein einkristallines Siliciumcarbid wohlbekannt, aber ein polykristallines Siliciumcarbid, das bis jetzt bekannt war, ergibt eine innere Spannung, die 100 MPa übersteigt (Bezug kann zum Beispiel auf T. Shoki et al., SPIE. Int. Soc. Opt. Eng. Vol. 3748, S. 456 genommen werden). Im Gegensatz zu dem obigen einkristallinen Siliciumcarbid kann entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein einkristallines Siliciumcarbid, das eine innere Spannung von 100 MPa oder weniger, und bevorzugt von 50 MPa oder weniger ergibt, erhalten werden. Die untere Grenze der inneren Spannung ist idealerweise 0 MPa, und in der Praxis ist sie 50 MPa. Solch ein einkristallines Siliciumcarbid leidet weniger unter Verzerrung und Deformation, und ermöglicht ein Siliciumcarbid, das eine flache Oberfläche aufweist. Im Falle, dass Siliciumcarbid auf Grund der inneren Spannung kurvenförmig ist, leidet die Oberfläche des Siliciumcarbids unter Deformation. Im Falle des erneuten Abscheidens von Siliciumcarbid auf einem Substrat, wobei das obige Siliciumcarbid benutzt wird, folgt zum Beispiel das so abgeschiedene Siliciumcarbid der Deformation des darunterliegenden Substrates. Jedoch, falls als das Substrat ein flaches und deformationsfreies einkristallines Siliciumcarbid, das entsprechend der vorliegenden Erfindung eine innere Spannung von 100 MPa oder weniger aufweist, benutzt wird, kann das oben erwähnte Problem umgangen werden.
Entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann einkristallines Siliciumcarbid erhalten werden, das eine Dichte der planaren Defekte von 1,000 / cm² oder weniger, und bevorzugt von 100 / cm² oder weniger, mit einer inneren Spannung von 100 MPa oder weniger, und bevorzugt von 50 MPa oder weniger, aufweist. Die untere Grenze der Dichte der planaren Defekte ist idealerweise 0 / cm², aber in der Praxis ist der planare Defekt in einer Dichte von etwa 0.1 / cm² vorhanden. Weiterhin beträgt die untere Grenze der inneren Spannung idealerweise 0 MPa, aber in der Praxis beträgt die innere Spannung 50 MPa. Solch ein einkristallines Siliciumcarbid zeigt außergewöhnlich überlegene, elektrische charakteristische Merkmale, die auf eine niedrige Kristallgrenzendichte zurückzuführen sind, und es kann geeigneterweise als ein Halbleiter-Substrat, als ein Substrat für das Aufwachsen eines Kristalls (einschließlich von Zuchtkeimkristallen) darauf, oder für andere Arten von elektronischen Vorrichtungen verwendet werden. Zur gleichen Zeit ermöglicht es ein flaches Siliuziumcarbid, das eine außergewöhnlich geringe Verzerrung und Deformation aufweist.
Das einkristalline Siliciumcarbid, das entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhältlich ist, kann eine Ätzgrübchendichte, die gleich oder weniger als 10 / cm² beträgt und eine Zwillingsdichte, die gleich oder weniger als 4 × 10^–4 Volumen-% beträgt, aufweisen. Die Ätzgrübchendichte beeinflußt den Herstellungsertrag von Vorrichtungen, die ein einkristallines Siliciumcarbid der vorliegenden Erfindung benutzen, und 90 Prozent oder mehr des Herstellungsertrages können auf 0.01 cm² einer Vorrichtungsfläche erbracht werden, wenn die Ätzgrübchendichte gleich oder weniger als 10 / cm² beträgt. Unter dem Gesichtspunkt des verbesserten Herstellungsertrages wird es bevorzugt, dass die Ätzgrübchendichte gleich oder weniger als 1 / cm² beträgt. Es ist vorteilhaft, wenn die Zwillingsdichte gleich oder weniger als 4 × 10^–4 Volumen-% beträgt, da 90 Prozent oder mehr des Herstellungsertrages auf 0.01 cm² einer Vorrichtungsfläche erbracht werden können, und es ist vorteilhafter, wenn die Zwillingsdichte gleich oder weniger als 4 × 10^–5 Volumen-% beträgt.
In der vorliegenden Erfindung kann jedes Verfahren für das epitaktische Aufwachsen von Siliciumcarbid angewendet werden, so lange es in der Lage ist, die Verbreitung der planaren Defekte innerhalb der Schicht in einer engen kristallographischen Orientierung zu begrenzen, solange die Kristallinität der Oberfläche des Substrates gelingt. Zum Beispiel sind besonders erwähnte Verfahren das chemische Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD), das Flüssigphase-Epitaxie-Verfahren (LPE), die Beschichtung durch Vakuumzer stäubung, das Molekularstrahl-Epitaxie-Verfahren (MBE) und so weiter. Im Falle des Anwendens eines CVD-Verfahrens kann weiterhin, anstelle des Anwendens des abwechselnden Gaszuführungsverfahrens, das gasförmige Ausgangsmaterial gleichzeitig zugeführt werden.
In Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die Stufen auf die Oberfläche des Substrates eingeführt, auf dem Siliciumcarbid in solch einer Art und Weise aufgewachsen ist, dass sie vielleicht eine statistisch ausgeglichene Dichte in den Ebenen, die eine Spiegelebenensymmetrie aufweisen, ergeben. Folglich kann eine Siliciumcarbidschicht, die vollständig frei von Antiphasengrenzen ist, erhalten werden, da die Antiphasengrenzen, die unerwarteterweise innerhalb der Siliciumcarbidschicht eingeführt werden, die auf das Vorhandensein der Stufen innerhalb der Oberfläche des Substrates zurückzuführen sind, effektiv eine Assoziation miteinander eingehen. Weiterhin werden die Wachstumsbereiche durch die Wirkung des Einführens von Versetzungswinkeln alle Bereiche mit der gleichen Orientierung. So bilden sich vorteilhafterweise, sogar im Falle, dass die getrennten Wachstumsbereiche, wie sie wachsen, miteinander kombinieren, keine Antiphasengrenzen an den kombinierten Bereichen.
In Übereinstimmung mit diesem Verfahren kann im speziellen die Fehlanpassung bei der Gitterkonstante an der Grenze zwischen Silicium und Siliciumcarbid überwunden werden, die bekannt ist, problematisch für das Abscheiden einer Silicium-carbidschicht auf einem Siliciumsubstrat zu sein, während die Bildung von Defekten unterdrückt wird. Folglich ermöglicht das Verfahren die Bildung eines Siliciumcarbids von hoher Qualität.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Antiphasengrenze 1 und Zwillingsgrenzen, die bei einer Zunahme der Dichte der Stufen auf der Schnittstelle zwischen Siliciumcarbid und Siliciumsubstrat gebildet werden, zeigt;
2 ist ein Rasterelektronen-Mikrobild der Oberfläche einer 3C – SiC Schicht, die auf einem Substrat, das mit einem Versetzungswinkel von 4° ausgestattet ist, aufgewachsen ist;
3 ist ein Rasterelektronen-Mikrobild der Oberfläche einer 3C – SiC Schicht, die auf einem Substrat, das keinen Versetzungswinkel aufweist, aufgewachsen ist;
4 ist ein AFM-Bild einer Oberfläche eines Substrates, das in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, wobei das besagte Substrat in einem Querschnitt, der senkrecht zu einer Richtung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, Bereiche aufweist, in denen benachbarte geneigte Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, die in einer Kurvenform vorliegen;
5 ist ein schematisches Diagramm einer Quarzmaske, die in Beispiel 8 benutzt wird;
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Siliciumsubstrat und der Maske zeigt; und
7(a) bis 7(c) sind jeweils ein Rasterelektronen-Mikrobild der Oberfläche einer 3C – SiC Schicht, die auf unterschiedlichen Arten von Substraten aufgewachsen sind, wobei 7(a) ein Rasterelektronen-Mikrobild der Oberfläche einer 3C – SiC Schicht zeigt, die auf einem Oberflächen-unduliertem Substrat, das eine sägezahnähnliche Form aufweist, aufgewachsen ist; 7(b) zeigt ein Rasterelektronen-Mikrobild der Oberfläche einer 3C-SiC Schicht, die auf einem Oberflächen-unduliertem Substrat, das eine außergewöhnlich spitz-undulierte Oberfläche aufweist, aufgewachsen ist; und 7(c) zeigt ein Rasterelektronen-Mikrobild der Oberfläche einer 3C – SiC Schicht, die auf einem oberflächen-unduliertem Substrat, das eine wellige Oberfläche aufweist, aufgewachsen ist.
Die vorliegende Erfindung wird in weiteren Einzelheiten durch das Bezugnehmen auf nicht-beschränkende Beispiele beschrieben.
Referenzbeispiel:
Um die Wirkung des Einführens eines Versetzungswinkels zu bestätigen, wurde kubisches Siliciumcarbid (im folgenden als „3C – SiC" bezeichnet) sowohl auf die (001) Ebene ohne Versetzungswinkel als auch auf die Si (001) Ebenen, die jeweils mit einem Versetzungswinkel von 4° und 10° versehen sind, eines im Durchmesser 6 Zoll großen Siliciumsubstrates (im folgenden als „Si" bezeichnet) aufgewachsen. Das Verfahren des Aufwachsens von 3C – SiC umfasst einen Schritt des Karbonisierens der Oberfläche des Substrates und einen Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC durch das abwechselnde Zuführen der gasförmigen Ausgangsmaterialien. Bei dem Schritt des Karbonisierens wurde das so auf die obige Art und Weise behandelte Substrat über eine Dauer von 120 Minuten von Raumtemperatur auf 1,050°C in gasförmigem Acetylen erhitzt. Nach dem Schritt des Karbonisierens wurde 3C – SiC auf ein Substrat durch abwechselndes Aussetzen der Oberfläche des Substrates einer Dichlorsilan- und Acetylenatmosphäre aufgewachsen. Die genauen Bedingungen für den Schritt des Karbonisierens und den Schritt des Aufwachsens für 3C – SiC sind der Reihe nach in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt. Dann wurde die Dichte von den Antiphasengrenzen von allen Siliciumcarbiden, die so auf die Substrate aufgewachsen wurden, gemessen, um die Ergebnisse, wie in Tabelle 3 gezeigt, zu erhalten.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Die Dichte der Antiphasengrenzen (APB) wurde durch AFM-Beobachtung der Oberfläche des so erhaltenen 3C – SiC erhalten. In diesem Falle wurde die Oberfläche des 3C – SiC einer thermischen Oxidationsbehandlung und einer weiteren Entfernung der thermischen Oxidationsschicht ausgesetzt, um dadurch bei der Beobachtung eindeutig die Antiphasengrenzen zu unterscheiden.
Es kann von der Beziehung zwischen den Versetzungswinkeln und den APB-Dichten, die in Tabelle 3 zusammengefaßt sind, bestätigt werden, dass die APB-Dichte durch das Einführen des Versetzungswinkels abnimmt, aber dass deren vollständige Entfernung nicht erreicht wird.
In 2 ist ein Rasterelektronen-Mikrobild von der Oberfläche der 3C – SiC Schicht, die auf einem Substrat, das mit einem Versetzungswinkel von 4°C versehen ist, aufgewachsen ist, und in 3 ist ein Rasterelektronen-Mikrobild von der Oberfläche der 3C – SiC Schicht, die auf einem Substrat ohne Versetzungswinkel aufgewachsen ist.
Es kann von 2 und 3 bestätigt werden, dass die Terrassenfläche durch das Einführen eines Versetzungswinkels vergrößert wird, und dass das Aufwachsen im Stufenfließmodus dominierend beim Aufwachsen von 3C – SiC ist. So kann es verstanden werden, dass die Verbreitungsrichtung der planaren Defekte auf eine bestimmte kristalllographische Ebene beschränkt ist. Jedoch, ohne ausgelöscht zu werden, bleiben diese Defekte, da ihre Richtungen der orientierten Defektverbreitung parallel zueinander sind. So ist es unmöglich, diese Antiphasengrenzen und die ähnlichen Defekte vollständig zu eliminieren.
Beispiel 1 (Vergleichend)
Ein im Durchmesser 6 Zoll großes Si (001) wurde als das Substrat für das Aufwachsen eines Siliciumcarbids darauf benutzt. So wurde die Oberfläche des Substrates thermisch oxidiert, und ein Linien- und Raummuster wurde mit 1.5 μm in der Ausdehnung und 1 μm in der Dicke auf einer Länge von 60 mm durch Photolitographie gebildet, indem ein Resist benutzt wurde. Die Richtung des Linien- und Raummusters wurde parallel zu der kristallographischen <110> Richtung festgesetzt. Es wurde dann durch das Erhitzen des sich ergebenden Substrates, indem eine Heizplatte unter den Bedingungen, die in Tabelle 4 gezeigt sind, benutzt wurde, eine Morphologie des Resistenmusters erhalten, die in solch einer Art und Weise deformiert ist, dass das Linien- und Raumresistenmuster entlang der Richtung, die senkrecht zu den Linien ist, verläuft, und dass der Querschnitt davon ein wellenähnliches Resistenmuster zeigt, bei dem die Scheitelpunkte und die Sohlen der Undulationen durch glatte kurvenförmige Linien miteinander verbunden sind. Die Form des Querschnittes (Undulationen) und die planare Form (Linie und Raum) des Resistenmusters wurde mittels des Trockenätzens auf ein Siliciumsubstrat übertragen.
So wurde ein Substrat durch das Entfernen des Resisten in einer Mischlösung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure erhalten. Als ein Ergebnis der rasterelektronischen Beobachtung wurde, ähnlich wie bei dem Fall in 4, herausgefunden, dass das Substrat eine Vielzahl von Undulationen, die in Richtungen, die im Wesentlichen parallel zueinander sind, auf dessen Oberfläche verlaufen, und dass in dem Querschnitt, der senkrecht zu der Richtung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, der Bereich, in dem die geneigten Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, eine kurvenförmige Form aufweist. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Undulationen einen Mittelrauhwert von 100 nm aufweisen, und es wurde festgestellt, dass der durchschnittliche Neigungswinkel der geneigten Ebenen der Undulationen 4° ist. Der Mittelrauhwert und der Neigungswinkel der geneigten Ebenen der Undulationen wurden gemessen, indem ein Rasterkraftmikroskop (AFM) benutzt wurde.
Dann wurde das 3C – SiC auf das so erhaltene Substrat aufgewachsen. Das Verfahren für das Aufwachsen von 3C – SiC umfasst einen Schritt des Karbonisierens der Oberfläche des Substrates, und einen Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC durch abwechselndes Zuführen der gasförmigen Ausgangsmaterialien. Die genauen Bedingungen für den Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC sind in Tabelle 5 gezeigt. Die genauen Bedingungen für den Schritt des Karbonisierens sind die gleichen wie diejenigen, die in Tabelle 1 gegeben sind.
Bei dem Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC wurde die Schichtdicke von 3C – SiC durch das Ändern der Zyklen des Zuführens der gasförmigen Ausgangsmaterialien variiert. So wurde die Dichte der Antiphasengrenzen, die auf der obersten Oberfläche von allen Produkten erscheint, gemessen, um die Ergebnisse, wie in Tabelle 6 gezeigt; zu erhalten.
Tabelle 4
Tabelle 5
Tabelle 6
Es kann von der Beziehung zwischen der 3C – SiC Schichtdicke und den APB-Dichten, die in Tabelle 6 zusammengefaßt sind, verstanden werden, dass die planaren Defekte miteinander kollidieren und sich mit fortschreitendem Aufwachsen von 3C – SiC vermindern. Die unterscheidende Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung kann im Vergleich mit den Werten, die bei einem gewöhnlichen Verfahren, die in Tabelle 3 gezeigt sind, erhalten werden, klar verstanden werden. Weiterhin wurden die Ätzgrübchendichte und die Zwillingsdichte auf dem im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, das bei diesem Beispiel in der folgenden Art und Weise erhalten wurde, wissenschaftlich untersucht. Nachdem die Oberfläche des 3C – SiC geschmolzenem KOH (bei 500°C für eine Dauer von 5 Minuten) ausgesetzt wurde, wurde besonders die Oberfläche davon unter einem Lichtmikroskop beobachtet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Anzahl der Ätzgrübchen auf der gesamten Oberfläche des im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, die der Dichte der Stapelfehler entspricht, 1,700 Vertiefungen oder weniger beträgt, und es wurde festgestellt, dass die Dichte davon 10 / cm² oder weniger beträgt.
Hinsichtlich der kristallographischen <111> Orientierungen des 3C – SiC wurde weiterhin die Polfigurbeobachtung auf der Rockingkurve des Röntgendiagramms (XRD) durchgeführt, und die Zwillingsdichte wurde von dem Verhältnis der Intensität der Signale der kristallographischen {115} Ebenen, die den Zwillingsebenen entsprechen, zu denjenigen der {111} Ebenen einer gewöhnlichen einkristallinen Ebene berechnet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Zwillingsdichte 4 × 10^–4 Volumen-% oder weniger, z.B. einem Wert, der der Nachweisgrenze entspricht, beträgt.
Beispiel 2 (Vergleichend)
Ein im Durchmesser 6 Zoll großes Si (001) wurde als das Substrat für das Aufwachsen eines Siliciumcarbids darauf benutzt. So wurde ein Linien- und Raummuster mit 1.5 μm in der Ausdehnung und 1 μm in der Dicke auf einer Länge von 60 mm durch Photolitographie gebildet, indem ein Resist benutzt wurde. Die Richtung des Linien- und Raummusters wurde parallel zu der kristallographischen <110> Richtung festgesetzt. Es wurde dann durch das Erhitzen des sich ergebenden Substrates, indem eine Heizplatte unter den Bedingungen, die in Tabelle 7 gezeigt sind, benutzt wurde, eine Morphologie des Resistenmusters, die durch das Schmelzen des Resisten deformiert ist, erhalten. Die Form des Querschnitts (Undulationen) und die planare Form (Linie und Raum) des Resistenmusters wurde auf ein Si-Substrat mittels des Trockenätzens übertragen. In diesem Falle wurde die Temperatur des Erhitzens für das Resistenmuster in einem Bereich von 150°C bis 200°C variiert, um den Neigungswinkel θ der Undulationen, wie in Tabelle 8 gezeigt, zu ändern.
Dann wurde ein Substrat durch das Entfernen des Resisten in einer Mischlösung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure erhalten. Als ein Ergebnis der rasterelektronischen Beobachtung wurde, ähnlich wie bei dem Fall in 4, festgestellt, dass das Substrat eine Vielzahl von Undulationen aufweist, die in Richtungen, die im Wesentlichen parallel zueinander sind, auf dessen Oberfläche verlaufen, und dass in dem Querschnitt, der senkrecht zu der Richtung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, der Bereich, in dem die geneigten Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, eine kurvenförmige Form aufweist. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Undulationen einen Mittelrauhwert von 100 nm aufweisen, und der durchschnittliche Neigungswinkel der geneigten Ebenen der Undulationen wurde, wie in Tabelle 8 gezeigt, erhalten. Der Mittelrauhwert und der Neigungswinkel der geneigten Ebenen der Undulationen wurden auf die Arten und Weisen gemessen, die ähnlich zu denjenigen sind, die in Beispiel 1 beschrieben sind.
Dann wurde 3C – SiC auf das so erhaltene Substrat aufgewachsen. Das Verfahren für das Aufwachsen von 3C – SiC umfasst einen Schritt des Karbonisierens der Oberfläche des Substrates, und einen Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC durch abwechselndes Zuführen der gasförmigen Ausgangsmaterialien. Die genauen Bedingungen für den Schritt des Karbonisierens sind die gleichen wie diejenigen, die in Tabelle 1 gegeben sind, und die genauen Bedingungen für den Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC sind in Tabelle 5 gezeigt.
Für alle 3C – SiC's, die so auf alle Substrate aufgewachsen wurden, wurde die Dichte der Antiphasengrenzen, die auf der obersten Oberfläche von allen Produkten erscheint, gemessen, um die Ergebnisse, wie in Tabelle 8 gezeigt, zu erhalten.
Tabelle 7
Tabelle 8
Es kann von der Beziehung zwischen den Neigungswinkeln der Undulationen und den APB-Dichten, die in Tabelle 8 zusammengefaßt sind, verstanden werden, dass die APB-Dichte in den Fällen abnimmt, in denen der Neigungswinkel θ der Undulationen der kristallographischen (111) Ebenen einen Winkel in einem Bereich von 1 ° oder größer, aber kleiner als 54.7° bildet. Es kann weiterhin im Vergleich mit den Werten, die bei einem gewöhnlichem Verfahren, gezeigt in Tabelle 3, erhalten werden, klar verstanden werden, dass, wenn der gleiche Versetzungswinkel festgesetzt wird, das 3C – SiC, das auf einem Substrat, das darauf die Undulationen zur Verfügung gestellt hat, aufgewachsen wurde, eine unterscheidbare Abnahme in der APB-Dichte oder eine vollständige Entfernung der Dichte der Antiphasengrenzen zeigt. So kann von jenen Resultaten die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung verstanden werden. Weiterhin wurden die Ätzgrübchendichte und die Zwillingsdichte auf dem 3C – SiC, das auf einer Undulation eines behandelten Substrates, das einen Neigungswinkel von 4 Grad aufweist, aufgewachsen wurde, in der folgenden Art und Weise wissenschaftlich untersucht. Nachdem die Oberfläche des 3C – SiC geschmolzenem KOH (bei 500°C für eine Dauer von 5 Minuten) ausgesetzt wurde, wurde besonders die Oberfläche davon unter einem Lichtmikroskop beobachtet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Anzahl der Ätzgrübchen auf der gesamten Oberfläche des im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, die der Dichte der Stapelfehler entspricht, 1,528 Vertiefungen beträgt, und es wurde festgestellt, dass die Dichte davon 8.65 / cm² beträgt. Hinsichtlich der kristallographischen <111> Orientierungen des 3C – SiC wurde weiterhin die Polfigurbeobachtung auf der Rockingkurve des Röntgendiagramms (XRD) durchgeführt, und die Zwillingsdichte wurde von dem Verhältnis der Intensität der Signale der kristallographischen {115} Ebenen, die den Zwillingsebenen entsprechen, zu denjenigen der {111} Ebenen einer gewöhnlichen einkristallinen Ebene berechnet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Zwillingsdichte 4 × 10^–4 Volumen-% oder weniger, z.B. einem Wert, der der Nachweisgrenze entspricht, beträgt.
Beispiel 3 (Vergleichend)
In den obigen Beispielen 1 und 2 wurde eine 3C – SiC Schicht auf eine Si (001) Ebene, die als Substrat benutzt wurde, aufgewachsen. In Beispiel 3, wurde ein Substrat, versehen mit Undulationen, die parallel zu der kristallographischen <110> Orientierung verlaufen, auf einer (001) Ebene eines einkristallinen kubischen Siliciumcarbids (3C – SiC), das einen Durchmesser von 6 Zoll aufweist, erhalten, oder ein Substrat, versehen mit Undulationen, die parallel zu der kristallographischen <0,0,0,1> Richtung verlaufen, wurde auf einer (1,1,–2,0) Ebene eines einkristallinen hexagonalen Siliciumcarbids erhalten. So wurde eine 3C – Siliciumcarbidschicht oder eine hexagonale Siliciumcarbidschicht auf alle obigen Substrate in der Art und Weise, die ähnich zu der ist, die in Beispiel 1 beschrieben ist, aufgewachsen.
Die Folge war, dass bei der mikroskopischen Beobachtung herausgefunden wurde, dass alle Substrate eine Vielzahl von Undulationen, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrates verlaufen, aufweisen, und dass sie eine kurvenförmige Form für den Bereich aufweisen, in dem die geneigten Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden. Es wurde festgestellt, dass die Undulationen einen Mittelrauhwert von 100 nm aufweisen, und es wurde festgestellt, dass der durchschnittliche Neigungswinkel der geneigten Ebenen der Undulationen 4° beträgt.
Folglich wurde in dem vorliegenden Fall, ähnlich zu dem Beispiel 1, die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung bestätigt, indem die obigen Substrate verwendet wurden.
Beispiel 4 (Vergleichend)
Ein Versuch wurde unternommen, um ein Substrat, das mit Undulationen versehen worden ist, die in einer Orientierung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung ist, verlaufen, durch das Anwenden einer Polierbehandlung an der Oberfläche eines im Durchmesser 6 Zoll großen Si (001) Substrates, in einer Richtung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung davon ist, herzustellen. Für das Polieren wurde eine kommerziell erhältliche Diamantaufschlämmung, die aus Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 15 μm besteht (hergestellt von Enguiss Co., Ltd. mit dem Handelsnamen HIPRESS) und ein kommerziell erhältliches Poliertuch (hergestellt von Enguis Co., Ltd. mit dem Handelsnamen M414) benutzt (Tabelle 9). Das Tuch wurde einheitlich mit der Diamantaufschlämmung imprägniert, und die Polierbehandlung wurde in einer Richtung an einem Si (001) Substrat, das auf einer Unterlage zur Verfügung gestellt wurde, durch das 300-malige Hin- und Herbewegen des Substrates auf dem Tuch in eine Richtung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung ist, über eine Distanz von etwa 20 cm angewendet, während ein Druck von 0.2 kg / cm² auf das gesamte Si (001) Substrat angewendet wurde. So wurden zahlreiche Polierrisse (Kratzer) auf der Oberfläche des Si (001) Substrates in einer Richtung, die parallel zu der <110> Richtung ist, gebildet.
Tabelle 9
Da die Schleifkörner und dergleichen auf der Oberfläche des Si (001) Substrates, das einer Polierbehandlung in einer Richtung ausgesetzt war, verbleiben, wurde die Oberfläche des Substrates in einer 4:4:1 Mischlösung aus NH₄OH, H₂O₂ und H₂O (Temperatur der Lösung: 60°C) gereinigt, und sie wurde weiterhin durch abwechselndes, jeweils dreimaliges Eintauchen in eine 1:1 Mischlösung aus H₂SO₄ und N₂O₂ (Temperatur der Lösung: 80°C) und in eine 10 % Lösung von HF gereinigt. Zum Schluß wurde das Substrat mit reinem Wasser gespült.
Nach dem Reinigen wurde eine oxidierte Schicht mit einer Dicke von etwa 1 μm unter den Bedingungen, die in Tabelle 10 gezeigt sind, auf die Oberfläche des so erhaltenen Substrates aufgewachsen, das einer Polierbehandlung in einer Richtung ausgesetzt war. Dann wurde die thermisch oxidierte Schicht durch das Verwenden einer 10 % HF-Lösung entfernt. Das so polierte Substrat selbst ist ungeeignet als ein Substrat, um darauf einen Kristall aufzuwachsen, da auf der Oberfläche, außer den gewünschten Undulationen, feine Ungleichmäßigkeiten und Defekte verbleiben. Jedoch kann durch das Bilden einer thermisch oxidierten Schicht mit einer Dicke von etwa einem 1μm und deren späterem Entfernen die Oberfläche des Substrates mit einer Tiefe von etwa 200 nm (2,000 Å) geätzt werden, und so wurden außerordentlich geglättete Undulationen durch das Entfernen der feinen Unregelmäßigkeiten gebildet. Es wurde, wie von dem Querschnitt beobachtet, festgestellt, dass die welligen Unregelmäßigkeiten instabil und ungleichmäßig sind, jedoch ist die Dichte groß.
Zumindest zeigen die (001) Ebenen, die 10% oder weniger der Oberfläche ausmachen, Unregelmäßigkeiten über die gesamte Oberfläche. Im Durchschnitt betrug der Mittelrauhwert 20 nm. Die Vertiefungen wurden mit einer Höhe von 30 bis 50 nm und mit einer Ausdehnung von etwa 0.5 bis 1.5 μm gebildet. Es wurde festgestellt, dass der Neigungswinkel in einem Bereich von 3 bis 5° liegt. Ein repräsentatives AFM-Bild wird in 4 gezeigt.
Tabelle 10
So wurde 3C – SiC auf dem so erhaltenen Substrat gebildet. Das Verfahren für das Aufwachsen von 3C – SiC umfasst einen Schritt des Karbonisierens der Oberfläche des Substrates, und einen Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC durch das abwechselnde Zuführen der gasförmigen Ausgangsstoffmaterialien. Die genauen Bedingungen für den Schritt des Karbonisierens sind die gleichen wie dejenigen, die in Tabelle 1 gegeben sind, und die genauen Bedingungen für den Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC sind in Tabelle 5 gezeigt.
Folglich wurde die Wirkung des Benutzens eines Substrates, das darauf mit Undulationen versehen worden war, die in einer Richtung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung ist, gebildet wurden, erhalten wurde. Das heißt, es wurde festgestellt, dass die Defekte der Antiphasengrenze sehr reduziert wurden.
Zum Beispiel wurde festgestellt, dass im Gegensatz zu der APB-Dichte von 8 × 10⁹ / cm² für eine 3C – SiC Schicht, die auf einem nicht-poliertem Si-Substrat gebildet wurde, die APB-Dichte für das 3C – SiC, das auf dem Si-Substrat gebildet wurde, das dem Polieren in einer Richtung ausgesetzt wurde, in einem Bereich von 0 bis 1 / cm² liegt. Die Beziehung zwischen der Form der Undulationen und der APB-Dichte hinsichtlich der Größe der Schleifkörner ist in Tabelle 11 zusammengefaßt. Weiterhin bezieht sich die Dichte der Undulationen und die APB-Dichte auf die Wiederholungszeiten des Polierens, wie in Tabelle 12 gezeigt.
Tabelle 11
(Nur die Größe der Schleifkörner wurde unter den oben beschriebenen Bedingungen variiert.)
Tabelle 12
(Nur die Anzahl an den Malen der Hin-und Herbewegung des Polierens wurden unter den oben beschriebenen Bedingungen variiert).
Die Ätzgrübchendichte und die Zwillingsdichte wurden auf die folgende Art und Weise auf dem 3C – SiC, das auf einer Undulation eines behandelten Substrates, das einer Polierarbeit mit 300-maligem Hin- und Herbewegen und bei der Schleifkörnern mit einem Durchmesser von 15 μm benutzt wurden, ausgesetzt war, aufgewachsen wurde, wissenschaftlich untersucht. Nachdem die Oberfläche des 3C – SiC geschmolzenem KOH (bei 500°C für eine Dauer von 5 Minuten) ausgesetzt wurde, wurde besonders die Oberfläche davon unter einem Lichtmikroskop beobachtet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Anzahl der geätzten Grübchen auf der gesamten Oberfläche des im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, die der Dichte der Stapelfehler entspricht, 1,414 Vertiefungen beträgt, und es wurde festgestellt, dass die Dichte der geätzten Grübchen 8.00 / cm² beträgt. Hinsichtlich der kristallographischen <111> Richtung des 3C – SiC wurde weiterhin die Polfigurbeobachtung auf der Rockingkurve des Röntgendiagramms (XRD) durchgeführt, und die Zwillingsdichte wurde von dem Verhältnis der Intensität der Signale der kristallographischen {115} Ebenen, die den Zwillingsebenen entsprechen, zu denjenigen der {111} Ebenen einer gewöhnlichen einkristallinen Ebene berechnet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Zwillingsdichte 4 × 10^–4 Volumen-% oder weniger, z.B. einem Wert, der der Nachweisgrenze entspricht, beträgt.
Im vorliegenden Beispiel wurde als das Schleifmaterial eine Diamantaufschlämmung, umfassend Schleifkörner mit einem Durchmesser von 15 μm, benutzt, aber die Größe und die Art der Schleifkörner sind nicht auf das Obige beschränkt. Es kann ohne weiteres verstanden werden, dass eine ausgedehntere und schwächere Undulation durch das Vergrößern der Korngröße gebildet werden kann, aber dass die Verwendung von kleineren Schleifkörnern engere Undulationen zur Verfügung stellt. Wirksame Undulationen können durch das Benutzen von Schleifkörnern, die einen Durchmesser in einem Bereich von 1 bis 300 μm im Durchmesser aufweisen, erhalten werden. Weiterhin sind die Unterlagen, die verwendet werden, nicht auf die obigen Unterlagen beschränkt. Weiterhin sind noch der Belastungsdruck zwischen dem Substrat und dem Tuch während des Polierens, die Geschwindigkeit des Polierens und die Polierzeit nicht auf das Obige beschränkt. In dem vorliegenden Fall wurde Si (001) als das Substrat verwendet, aber ein ähnliches Ergebnis kann durch das Benutzen eines kubischen oder eines hexagonalen Siliciumcarbids erhalten werden. Obwohl Undulationen, die in der kristallographischen <110> Richtung verlaufen, auf dem Si (001) Substrat gebildet wurden, ist weiterhin die Richtung diesbezüglich nicht beschränkt.
Beispiel 5
Um die Probleme des Erzeugens von Deformation und Verzerrung auf der Siliciumcarbidschicht zu überwinden, wurde ein Versuch unternommen, um ein Substrat, das mit Undulationen versehen worden ist, die in einer Richtung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung ist, verlaufen, durch das Anwenden einer Polierbehandlung an der Oberfläche eines im Durchmesser 6 Zoll großen Si (001) Substrates in einer Richtung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung davon ist, herzustellen. Die Wahrscheinlichkeit der Existenz der Si (001) Ebenen wurde durch das Ändern der Wiederholungszeiten des Polierens kontrolliert, um die Wirkung der Erfindung zu bestätigen. Die Polierarbeiten wurden für die Si (001) Ebene angewendet, während die Wiederholungszeiten in einem Bereich von 30 bis 300 Male unter der Bedingung, die in Tabelle 9 gezeigt ist, variiert wurden. Zahlreiche Polierrisse (Kratzer) wurden auf der Oberfläche des Si (001) Substrates in einer Richtung, die parallel zu der <110> Richtung ist, gebildet.
Da Schleifkörner und dergleichen auf der Oberfläche des Si (001) Substrates, das einer Polierbehandlung in einer Richtung ausgesetzt wurde, angehaftet bleiben, wurde die Oberfläche des Substrates in einer 4:4:1 Mischlösung aus NH₄OH, H₂O₂ und H₂O (Temperatur der Lösung: 60°C) gereinigt, und sie wurde weiterhin durch abwechselndes, jeweils dreimaliges Eintauchen in eine 1:1 Mischlösung aus H₂SO₄ und H₂O₂ (Temperatur der Lösung: 80°C) und in eine 10 % Lösung von HF gereinigt. Zum Schluß wurde das Substrat mit reinem Wasser gespült.
Nach dem Reinigen wurde eine thermisch oxidierte Schicht mit einer Dicke von etwa 1 μm durch das Verwenden einer Apparatur für die thermische Behandlung unter den Bedingungen, die in Tabelle 10 gezeigt sind, auf die Oberfläche des so erhaltenen Substrates aufgewachsen, das einer Polierbehandlung in einer Richtung ausgesetzt war. Dann wurde die thermisch oxidierte Schicht durch das Verwenden einer 10 % HF-Lösung entfernt.
So wurde 3C – SiC auf dem so erhaltenen Substrat gebildet. Das Verfahren des Aufwachsens von 3C – SiC umfasst einen Schritt des Karbonisierens der Oberfläche des Substrates, und einen Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC durch abwechselndes Zuführen der gasförmigen Ausgangsmaterialien. Die genauen Bedingungen für den Schritt des Karbonisierens sind die gleichen wie diejenigen, die in Tabelle 1 gegeben sind, und die genauen Bedingungen für den Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC sind in Tabelle 5 gezeigt. Die innere Spannung und die APB-Dichte beziehen sich auf das Existenzverhältnis der Si (001) Ebenen, wie in Tabelle 13 gezeigt.
Tabelle 13
Folglich wurde im Falle, dass in dem Si (001) Substrat, das benutzt wurde, um darauf 3C – SiC aufzuwachsen, die Si (001) Ebenen 10 % oder weniger ausmachen, innerhalb der SiC Schicht eine innere Spannung von 35 MPa oder weniger in der Richtung des Druckes erhalten. Bezugnehmend auf die Tabelle wurde auf der anderen Seite festgestellt, dass eine außerordentlich große Spannung erzeugt wird, im Falle dass die Si (001) Ebenen 10 % oder mehr des Substrates ausmachen. Diese Wirkung ist durch das zur Verfügung stellen von Undulationen auf den Si (001) Ebenen und durch das Kontrollieren der Existenz von (001) Ebenen zu 10 % oder weniger erhalten worden. Weiterhin neigte die Dichte der Defekte dazu, mit zunehmendem Verhältnis der Si (001) Ebenen zuzunehmen. So wurden bevorzugte Ergebnisse für die Dichte der Defekte mit abnehmendem Verhältnis der Si (001) Ebenen erhalten. Weiterhin wurden die Ätzgrübchendichte und die Zwillingsdichte auf die folgende Art und Weise auf einem im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, dessen Si (001) Ebenen so kontrolliert wurden, dass sie 10 % oder weniger der gesamten Oberfläche ausmachen, wissenschaftlich untersucht. Nachdem die Oberfläche des 3C – SiC geschmolzenem KOH (bei 500°C für eine Dauer von 5 Minuten) ausgesetzt wurde, wurde besonders die Oberfläche davon unter einem Lichtmikroskop beobachtet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Anzahl der Ätzgrübchen auf der gesamten Oberfläche des im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, die der Dichte der Stapelfehler entspricht, 1,548 Vertiefungen beträgt, und es wurde festgestellt, dass die Dichte davon 8.76 / cm² beträgt. Hinsichtlich der kristallographischen <111> Orientierungen des 3C – SiC wurde weiterhin die Polfigurbeobachtung auf der Rockingkurve des Röntgendiagramms (XRD) durchgeführt, und die Zwillingsdichte wurde von dem Verhältnis der Intensität der Signale der kristallographischen {115} Ebenen, die den Zwillingsebenen entsprechen, zu denjenigen der {111} Ebenen einer gewöhnlichen einkristallinen Ebene berechnet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Zwillingsdichte 4 × 10^–4 Volumen-% oder weniger, z.B. einem Wert, der der Nachweisgrenze entspricht, beträgt.
Als ein Ergebnis von elektronenmikroskopischer Beobachtung wurde, ähnlich wie bei dem Fall in 4, festgestellt, dass das Substrat eine Vielzahl von Undulationen, die in im Wesentlichen parallelen Richtungen auf dessen Oberfläche verlaufen, aufweist, und, dass in dem Querschnitt, der senkrecht zu der Richtung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, der Bereich, in dem die geneigten Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, eine kurvenförmige Form aufweist. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Undulationen einen Mittelrauhwert in einem Bereich von 20 bis 40 nm aufweisen, und es wurde festgestellt, dass der durchschnittliche Neigungswinkel der geneigten Ebenen der Undulationen in einem Bereich von 3 bis 5° liegt.
Wie oben beschrieben, wurde der Kristallwachstum auf einer Si (001) Ebene durchgeführt. Gleichermaßen wurde festgestellt, dass die innere Spannung innerhalb der abgeschiedenen SiC-Schicht auf 100 MPa oder weniger durch das Kontrollieren des Verhältnisses der (111) Ebenen auf 3 % oder weniger in einer Si (111) Ebene, oder durch das Kontrollieren des Verhältnisses von (1,1,–2,0) Ebenen auf 10 % oder weniger in der (1,1,–2,0) Ebene eines hexagonalen Siliciumcarbids, oder durch das Kontrollieren des Verhältnisses der (0,0,0,1) Ebenen auf 3 % oder weniger in der (0,0,0,1) Ebene eines hexagonalen Siliciumcarbids, unterdrückt wird.
Beispiel 6
Um die Probleme des Erzeugens von Deformation und Verzerrung auf der Siliciumcarbidschicht zu überwinden, wurde ein Versuch unternommen, um ein Substrat, das mit Undulationen versehen worden ist, die in einer Richtung, die parallel zu der kristallographischen <110> Orientierung ist, verlaufen, durch das Anwenden einer Polierbehandlung an der Oberfläche eines im Durchmesser 6 Zoll großen Si (001) Substrates in einer Orientierung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung davon ist, herzustellen. Um die Wirkung der Erfindung zu bestätigen, wurde der Mittelrauhwert der Si (001) Ebene durch das Ändern des Korndurchmessers der Schleifkörner kontrolliert. Die Polierarbeiten wurden für die Si (001) Ebene unter den Bedingungen, die in Tabelle 9 gezeigt sind, angewendet. Zahlreiche Polierrisse (Kratzer) wurden auf der Oberfläche des Si (001) Substrates in einer Richtung, die parallel zu der <110> Richtung ist, gebildet.
Da Schleifkörner und dergleichen auf der Oberfläche des Si (001) Substrates, das einer Polierbehandlung in einer Richtung ausgesetzt wurde, angehaftet bleiben, wurde die Oberfläche des Substrates in einer 4:4:1 Mischlösung aus NH₄OH, H₂O₂ und H₂O (Temperatur der Lösung: 60°C) gereinigt, und sie wurde weiterhin durch abwechselndes, jeweils dreimaliges Eintauchen in eine 1:1 Mischlösung aus H₂SO₄ und H₂O₂ (Temperatur der Lösung: 80°C) und in eine 10 % Lösung von HF gereinigt. Zum Schluß wurde das Substrat mit reinem Wasser gespült.
Nach dem Reinigen wurde eine thermisch oxidierte Schicht mit einer Dicke von etwa 1 μm durch das Verwenden einer Apparatur für die thermische Behandlung unter den Bedingungen, die in Tabelle 10 gezeigt sind, auf die Oberfläche des so erhaltenen Substrates aufgewachsen, das einer Polierbehandlung in einer Richtung ausgesetzt war. Dann wurde die thermisch oxidierte Schicht durch das Verwenden einer 10 % HF-Lösung entfernt.
So wurde 3C – SiC auf dem so erhaltenen Substrat gebildet. Das Verfahren des Aufwachsens von 3C – SiC umfasst einen Schritt des Karbonisierens der Oberfläche des Substrates, und einen Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC durch abwechselndes Zuführen der gasförmigen Ausgangsmaterialien. Die genauen Bedingungen für den Schritt des Karbonisierens sind die gleichen wie diejenigen, die in Tabelle 1 gegeben sind, und die genauen Bedingungen für den Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC sind in Tabelle 5 gezeigt. Die innere Spannung und die APB-Dichte beziehen sich auf den Mittelrauhwert der Si (001) Ebenen, wie in Tabelle 14 gezeigt.
Tabelle 14
Mit einem Mittelrauhwert von 3 nm oder weniger ist die innere Spannung groß, und die Dichte der planaren Defekte ist ebenfalls groß. Mit einem Mittelrauhwert in einem Bereich von 3 nm bis 10 nm nimmt die innere Spannung ab, und die Dichte der planaren Defekte wird ebenfalls erniedrigt. Jedoch mit einem Mittelrauhwert, der 100 nm übersteigt, neigt die Dichte der planaren Defekte dazu, zuzunehmen. Weiterhin wurden die Ätzgrübchendichte und die Zwillingsdichte auf die folgende Art und Weise auf einem im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, dessen Mittelrauhwert der Si (001) Ebene in einem Bereich von 30 bis 50 nm kontrolliert wurde, wissenschaftlich untersucht. Nachdem die Oberfläche des 3C – SiC geschmolzenem KOH (bei 500°C für eine Dauer von 5 Minuten) ausgesetzt wurde, wurde besonders die Oberfläche davon unter einem Lichtmikroskop beobachtet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Anzahl der Ätzgrübchen auf der gesamten Oberfläche des im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, die der Dichte der Stapelfehler entspricht, 1,683 Vertiefungen beträgt, und es wurde festgestellt, dass die Dichte davon 9.52 / cm² beträgt. Hinsichtlich der kristallographischen <111> Orientierungen des 3C – SiC wurde weiterhin die Polfigurbeobachtung auf der Rockingkurve des Röntgendiagramms (XRD) durchgeführt, und die Zwillingsdichte wurde von dem Verhältnis der Intensität der Signale der kristallographischen {115} Ebenen, die den Zwillingsebenen entsprechen, zu denjenigen der {111} Ebenen einer gewöhnlichen einkristallinen Ebene berechnet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Zwillingsdichte 4 × 10^–4 Volumen-% oder weniger, z.B. einem Wert, der der Nachweisgrenze entspricht, beträgt. So wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung durch das zur Verfügung stellen von Undulationen auf der Si (001) Ebene und durch das Kontrollieren des Mittelrauhwerts der Ebene in einem Bereich von 3 nm bis 100 nm.
Als ein Ergebnis der AFM-Beobachtung wurde, ähnlich wie bei dem Fall in 4, festgestellt, dass das Substrat eine Vielzahl von Undulationen, die in im Wesentlichen parallelen Richtungen auf dessen Oberfläche verlaufen, aufweist, und, dass in dem Querschnitt, der senkrecht zu der Richtung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, der Bereich, in dem die geneigten Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, eine kurvenförmige Form aufweist. Weiterhin wurde festgestellt, dass der durchschnittliche Neigungswinkel der geneigten Ebenen der Undulationen in einem Bereich von 3 bis 5° liegt.
In dem vorliegendem Beispiel wurde als das Substrat eine Si (001) Ebene benutzt, aber es wurde bestätigt, dass ähnliche Ergebnisse durch das Verwenden einer Si (111) Ebene, einer (1,1,–2,0) Ebene eines hexagonalen Siliciumcarbids, oder einer (0,0,0,1) Ebene eines hexagonalen Siliciumcarbids erreichbar sind.
Beispiel 7
Ein Versuch des Verringerns der Deformation von 3C – SiC wurde durch das zur Verfügung stellen von Undulationen auf der Oberfläche und den hinteren Ebenen des Si (001) Substrates, das einen Durchmesser von 6 Zoll aufweist, unternommen. Die Undulationen wurden durch das Polieren unter den Bedingungen, die in Tabelle 9 gezeigt sind, gebildet. Der Mittelrauhwert der Oberfläche und der hinteren Ebenen wurde auf etwa 50 nm festgesetzt. Ein 3C – SiC wurde auf das Substrat aufgewachsen. Das Verfahren des Aufwachsens von 3C – SiC umfasst einen Schritt des Karbonisierens der Oberfläche des Substrates, und einen Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC durch abwechselndes Zuführen der gasförmigen Ausgangsmaterialien. Die genauen Bedingungen für den Schritt des Karbonisierens sind die gleichen wie diejenigen, die in Tabelle 1 gegeben sind, und die genauen Bedingungen für den Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC sind in Tabelle 5 gezeigt. Es wurde festgestellt, dass die innere Spannung des so aufgewachsenen 3C – SiC, außerordentlich niedrig, wie 10 MPa in der Richtung des Druckes, ist. Die Spannung, die auf der Oberfläche und den hinteren Ebenen erzeugt wurde, hob sich gegenseitig auf, um die Bildung von Verzerrung und Deformation zu verringern, und sie ermöglichte das Aufwachsen eines vorteilhafteren 3C – SiC. So wurde die Wirkung des Bildens von Undulationen auf beiden, Oberfläche und hinteren Ebenen, erhalten.
Obwohl das vorliegende Beispiel den Fall des Benutzens einer Si (100) Ebene beschreibt, sind ähnliche Ergebnisse, erhältlich auf einer Si (111) Ebene, einer (1,1,–2,0) Ebene eines hexagonalen Siliciumcarbids, oder einer (0,0,0,1) Ebene eines hexagonalen Siliciumcarbids, bestätigt.
Beispiel 8 (Vergleichend)
Es wurde mit den obigen Beispielen festgestellt, dass 3C – SiC mit hoher Qualität durch das Bilden von Undulationen mit einer spezifizierten Form auf der Oberfläche des Substrates erhalten werden kann. In dem vorliegenden Beispiel werden die undulierten Formen mittels des Trockenätzens gebildet. Zuerst wurde eine Quartzmaske, wie in 5 gezeigt, hergestellt. Die Linien- und Raummuster werden in einem Abstand von 100 μm zu der Maske zur Verfügung gestellt. Die längere Seite des Maskenfensters ist parallel zu der kristallographischen <110> Orientierung des Siliciumsubstrates ausgerichtet. Die Distanz zwischen dem Siliciumsubstrat und der Maske wurde auf 1 mm festgesetzt (6). Diese Einstellung wurde angewendet, da, falls die Distanz auf 0 festgesetzt werden sollte, ein rechtwinkliges Linien- und Raummuster auf das Siliciumsubstrat übertragen werden würde. Ein RIE Apparatur wurde bei dem Trockenätzen benutzt. So wurde das Ätzen für 4 Stunden durch das Fließen von gasförmigem CF₄ und O₂ bei einer Fließgeschwindigkeit von 40 sccm beziehungsweise 10 sccm durchgeführt, während die Leistung der RF Leistungsquelle auf 250 W, und das Vakuum zwischen den Elektroden auf 8 Pa festgesetzt wurde (siehe Tabelle 15). Folglich wurden stabile wellenähnliche Undulationen mit einer Periode von 200 μm, einer Höhe von 8 μm (mit einem Mittelrauhwert in einem Bereich von 60 bis 100 nm) und einem Neigungswinkel von 3 bis 5°C auf die Oberfläche des Siliciumsubstrates übertragen. Es wurde festgestellt, dass das 3C – SiC, das auf der Oberfläche des Substrates gebildet wurde, eine vorteilhafte Dichte der planaren Defekte in einem Bereich von 0 bis 1 / cm² ergibt. Weiterhin wurden die Ätzgrübchendichte und die Zwillingsdichte auf die folgende Art und Weise auf dem im Durchmesser 15.24 cm (6 Zoll) großen 3C – SiC, das auf einem Substrat aufgewachsen wurde, das darauf mittels RIE (Reaktives Ionenätzen) mit den welligen Undulationen versehen worden ist, wissenschaftlich untersucht. Nachdem die Oberfläche des 3C – SiC geschmolzenem KOH (bei 500°C für eine Dauer von 5 Minuten) ausgesetzt wurde, wurde besonders die Oberfläche davon unter einem Lichtmikroskop beobachtet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Anzahl der Ätzgrübchen auf der gesamten Oberfläche des im Durchmesser 15.24 cm (6 Zoll) großen 3C – SiC, die der Dichte der Stapelfehler entspricht, 1,290 Vertiefungen beträgt, und es wurde festgestellt, dass die Dichte davon 7.30 / cm² beträgt. Hinsichtlich der kristallographischen <111> Orientierungen des 3C – SiC wurde weiterhin die Polfigurbeobachtung auf der Rockingkurve des Röntgendiagramms (XRD) durchgeführt, und die Zwillingsdichte wurde von dem Verhältnis der Intensität der Signale der kristallographischen {115} Ebenen, die den Zwillingsebenen entsprechen, zu denjenigen der {111} Ebenen einer gewöhnlichen einkristallinen Ebene berechnet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Zwillingsdichte 4 × 10^–4 Volumen-% oder weniger, z.B. einem Wert, der der Nachweisgrenze entspricht, beträgt.
Tabelle 15
Obwohl in dem obigen Beispiel eine Quartzmaske benutzt wurde, ist das Material für die Maske nicht nur darauf beschränkt. Obwohl der Abstand des Linien- und Raummusters auf 100 μm festgesetzt wurde, kann er weiterhin, wie gewünscht, in einem Bereich von 10 bis 1,000 μm festgesetzt werden. Im Falle des Perforierens eines feineren Fensters auf der Maske, muß die Stärke der Maske in Betracht gezogen werden. Jedoch kann die Stärke der Maske durch das zur Verfügung stellen von Intervallen mit 1:2 oder 1:3 Verhältnissen erhalten bleiben, und das Trockenätzen kann mehrere Male durchgeführt werden, um Undulationen mit größerer Dichte zu bilden, während die Position der Maske verändert wird. Obwohl ein Abstand von 1 mm zwischen der Maske und dem Substrat, auf dem das Muster übertragen wurde, festgesetzt wurde, ist der Abstand nicht nur darauf beschränkt, da der Abstand mit dem Zweck des Bildens von wellenähnlichen übertragenen Mustern festgesetzt ist. Jeder Abstand kann angewendet werden, solange wie ein wellenähnliches übertragenes Muster erhalten wird. Es ist ebenfalls möglich, ein wellenähnliches Muster mittels des Ätzens zu übertragen, wobei eine Maske, die eine Fenster mit einem trapezförmigem Querschnitt aufweist, benutzt wird.
Beispiel 9 (Vergleichend)
Im Falle, dass ein Substrat mit einer Undulation versehen worden ist, die wie in 7(a) gezeigt eine sägezahnähnliche Form aufweist, benutzt wird, kommt ein Problem vor, dass Defekte, wie zum Beispiel Ätzgrübchen, sich gelegentlich auf den spitzen konkaven Bereichen bilden, und dass die Defekte auf der Oberfläche verbreitet sind.
So wurde ein Versuch unternommen, die Undulationen mit wellenähnlichen Oberflächenformen zu versehen, dadurch die spitzen konkaven Bereiche zu verringern, um eine unterdrückte Bildung der Defekte zur Folge zu haben.
Die sägezahnähnlichen Undulationen wurden durch Polieren in eine Richtung gebildet. (Dieses Verfahren ist das gleiche, wie das, das in den obigen Beispielen angewendet wurde, außer dass die letzte Oxidationsbehandlung weggelassen wird). So wurde ein Versuch des Herstellens eines Substrates unternommen, das mit Undulationen versehen worden ist, die in einer Richtung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung ist, verlaufen, durch das Anwenden von Polierarbeit auf einem im Durchmesser 15.24 cm (6 Zoll) großen Si (001) Substrat, in der Richtung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung ist.
Für die Polierarbeit wurde eine kommerziell erhältliche Diamantaufschlämmung, die aus Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 15 μm besteht (hergestellt von Enguiss Co., Ltd. mit dem Handelsnamen HIPRESS) und ein kommerziell erhältliches Poliertuch (hergestellt von Enguis Co., Ltd. mit dem Handelsnamen M414) benutzt (Tabelle 9). Das Tuch wurde einheitlich mit der Diamantaufschlämmung imprägniert, und die Polierbehandlung wurde in einer Richtung an einem Si (001) Substrat, das auf einer Unterlage zur Verfügung gestellt wurde, durch das 300-malige Hin- und Herbewegen des Substrates auf dem Tuch in eine Richtung, die parallel zu der kristallographischen <110> Richtung ist, über eine Distanz von etwa 20 cm angewendet, während ein Druck von 0.2 kg / cm² auf das gesamte Si (001) Substrat angewendet wurde. So wurden zahlreiche Polierrisse (Kratzer) auf der Oberfläche des Si (001) Substrates in einer Richtung, die parallel zu der <110> Richtung ist, gebildet.
Da die Schleifkörner und dergleichen auf der Oberfläche des Si (001) Substrates, das einer Polierbehandlung in einer Richtung ausgesetzt war, angehaftet bleiben, wurde die Oberfläche des Substrates in einer 4:4:1 Mischlösung aus NH₄OH, N₂O₂ und H₂O (Temperatur der Lösung: 60°C) gereinigt, und sie wurde weiterhin durch abwechselndes, jeweils dreimaliges Eintauchen in eine 1:1 Mischlösung aus H₂SO₄ und H₂O₂ (Temperatur der Lösung: 80°C) und in eine 10 % Lösung von HF gereinigt. Zum Schluß wurde das Substrat mit reinem Wasser gespült.
So wurde eine außerordentlich spitze Undulationsform (z.B. eine sägezahnähnliche Form) auf der so polierten Oberfläche des Substrates (siehe 7(b)) erhalten.
Dann wurden wellenähnliche Undulationen durch das Anwenden einer thermischen Oxidationsbehandlung an der undulierten Oberfläche der so erhaltenen undulierten Oberfläche, die darauf mit sägezahnähnliche Undulationen versehen worden war, die durch Polieren in eine Richtung gebildet wurden, um die Wellenform zu lockern, erhalten. Nach dem Reinigen des nach dem Polieren erhaltenen Undulations-Substrates wurde eine thermisch oxidierte Schicht mit einer Dicke von etwa 1 μm unter den Bedingungen, die in Tabelle 10 gezeigt sind, auf die Oberfläche des so erhaltenen Substrates, das einer Polierbehandlung in einer Richtung ausgesetzt war, indem ein Apparat für die Wärmebehandlung benutzt wurde, aufgewachsen. Dann wurde die thermisch oxidierte Schicht durch das Benutzen einer 10 % HF-Lösung entfernt. Das so polierte Substrat selbst ist ungeeignet als ein Substrat, um darauf einen Kristall aufzuwachsen, da auf der Oberfläche, außer den gewünschten Undulationen, eine Menge von feinen Ungleichmäßigkeiten und Defekten verbleiben. Jedoch kann durch das Bilden einer thermisch oxidierten Schicht mit einer Dicke von etwa einem 1μm und deren späterem Entfernen die Oberfläche des Substrates mit einer Tiefe von etwa 200 nm (2,000 Å) geätzt werden, und so wurden außerordentlich geglättete Undulationen durch das Entfernen der feinen Unregelmäßigkeiten gebildet. Es wurde, wie von dem Querschnitt beobachtet, festgestellt, dass die welligen Unregelmäßigkeiten instabil und ungleichmäßig sind, jedoch ist die Dichte groß. Zumindest zeigen die (001) Ebenen, die 10% oder weniger der Oberfläche ausmachen, Unregelmäßigkeiten über die gesamte Oberfläche. Im Durchschnitt betrug der Mittelrauhwert 20 nm. Die Vertiefungen wurden mit einer Höhe von 30 bis 50 nm und mit einer Ausdehnung von etwa 0.5 bis 1.5 μm gebildet. Es wurde festgestellt, dass der Neigungswinkel in einem Bereich von 3 bis 5° liegt. Ein repräsentatives AFM-Bild wird in 4 gezeigt.
Dann wurde ein 3C – SiC auf das Substrat aufgewachsen. Das Verfahren für das Aufwachsen von 3C – SiC umfasst einen Schritt des Karbonisierens der Oberfläche des Substrates, und einen Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC durch das abwechselnde Zuführen der gasförmigen Ausgangsmaterialien. Die genauen Bedingungen für den Schritt des Karbonisierens sind die gleichen wie dejenigen, die in Tabelle 1 gegeben sind, und die genauen Bedingungen für den Schritt des Aufwachsens von 3C – SiC sind in Tabelle 5 gezeigt.
So wurde eine wellenähnliche Undulation durch das Bilden von sägezahnähnlichen Undulationen durch Polieren in eine Richtung gebildet, und die Oberfläche wurde durch die nachfolgende thermische Oxidationsbehandlung der Undulationen, die der Oberfläche zur Verfügung gestellt wurden, entspannt.
Indem so ein Substrat, das mit wellenähnlichen Undulationen versehen worden ist, gebildet wurde, wurden die spitzen konkaven Bereiche verbessert, um sanfte Formen zur Verfügung zu stellen. Weiterhin wurden wellenähnliche Undulationen durch das Trockenätzen gebildet, um sie mit dem Substrat, das so oben erhalten wurde, zu vergleichen.
Die Folge des Aufwachsens von SiC auf dem so erhaltenen Substrat, versehen mit wellenähnlichen Undulationen, war, dass keine Defekte, wie solche, die auf den spitzen konkaven Bereichen eines Substrates, das sägezahnähnliche Undulationen aufweist, beobachtet wurden (7(c)).
Die Dichte der Defekte ist in Tabelle 16 gegeben.
Tabelle 16
Die Ätzgrübchendichte und die Zwillingsdichte wurden auf die folgende Art und Weise auf dem 3C – SiC, das auf einem Substrat, das darauf mit wellenähnlichen Undulationen versehen worden war, wissenschaftlich untersucht. Nachdem die Oberfläche des 3C – SiC geschmolzenem KOH (bei 500°C für eine Dauer von 5 Minuten) ausgesetzt wurde, wurde besonders die Oberfläche davon unter einem Lichtmikroskop beobachtet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Anzahl der Ätzgrübchen auf der gesamten Oberfläche des im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, die der Dichte der Stapelfehler entspricht, 1,700 Vertiefungen oder weniger beträgt, und es wurde festgestellt, dass die Dichte davon 10 / cm² oder weniger beträgt. Hinsichtlich der kristallographischen <111> Orientierungen des 3C – SiC wurde weiterhin die Polfigurbeobachtung auf der Rockingkurve des Röntgendiagramms (XRD) durchgeführt, und die Zwillingsdichte wurde von dem Verhältnis der Intensität der Signale der kristallographischen {115} Ebenen, die den Zwillingsebenen entsprechen, zu denjenigen der {111} Ebenen einer gewöhnlichen einkristallinen Ebene berechnet. Die Folge war, dass festgestellt wurde, dass die Zwillingsdichte 4 × 10^–4 Volumen-% oder weniger, z.B. einem Wert, der der Nachweisgrenze entspricht, beträgt. Auf der anderen Seite wurde festgestellt, dass die Anzahl der Ätzgrübchen auf der gesamten Oberfläche des im Durchmesser 6 Zoll großen 3C – SiC, das auf einem Substrat, das mit sägezahnähnlichen Undulationen versehen ist, 284, 356 Grübchen beträgt. In ähnlicher Weise wurde festgestellt, dass die Dichte der Grübchen und diejenige der Zwillinge 1,609 / cm² und 6 × 10^–3 Volumen-% beträgt.
Es wurde durch das wie oben beschriebene Bilden von wellenähnlichen Undulationen festgestellt, dass die Bildungsdichte von Defekten an der Grenze des Substrates sehr abnimmt. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können die Ätzgrübchendichte und der Einbau von Zwillingen, die auf der Oberfläche des Substrates gebildet werden, auf 10 / cm² oder weniger und beziehungsweise auf 4 × 10^–4 Volumen-% oder weniger verringert werden. Weiterhin ist es möglich, die Ätzgrübchendichte und den Einbau von Zwillingen auf der Oberfläche des Substrates über einen großen Bereich, der so groß wie 6 Zoll im Durchmesser ist, auf 10 / cm² oder weniger, und beziehungsweise auf 4 × 10^–4 Volumen-% zu verringern.
Die vorliegende Erfindung ist im einzelnen durch das Bezugnehmen auf die obigen Beispiele beschrieben worden, aber es sollte verstanden werden, dass die vorleigende Erfindung nicht nur darauf beschränkt ist. Zum Beispiel sind die Bedingungen für das Bilden der 3C – SiC Schicht, die Schichtdicke und so weiter nicht nur auf jene beschränkt, die in den obigen Beispielen beschrieben sind. Obwohl die Erfindung für einen Fall, bei dem ein im Durchmesser 6 Zoll großes Substrat verwendet wird, erklärt worden ist, ist weiterhin die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht nur auf Substrate mit 6 Zoll Durchmesser beschränkt, sondern ist zum Beispiel in ähnlicher Weise für größere Substrate, die einen Durchmesser von 8 Zoll aufweisen, oder für kleinere Substrate mit einem Durchmesser von 10.16 cm (4 Zoll) oder weniger erhältlich.
In Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren für das Herstellen von Siliciumcarbid kann, wie oben beschrieben, eine Siliciumcarbidschicht mit verringerter innerer Spannung und Deformation der Siliciumcarbidschicht durch effektives Verringern oder Auslöschen der Antiphasengrenzen erhalten werden. Weiterhin, da die erfindungsgemäße Siliciumcarbidschicht Korngrenzen mit einer niedrigen Dichte enthält, zeigt sie außergewöhnlich überlegene elektrische Eigenschaften, und sie ist breit anwendbar für verschiedene Arten von elektronischen Vorrichtungen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid durch Abscheidung von Siliciumcarbid auf zumindest einem Teil einer Oberfläche eines Substrats, das auf seiner Oberfläche im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Undulationen aufweist, wobei ein Mittelrauhwert der Undulationen in einem Bereich von 3 bis 1000 nm liegt, Gradienten geneigter Ebenen der Undulationen in einem Bereich von 1° bis 54.7° liegen, und das Substrat aus Silicium oder kubischem Siliciumcarbid hergestellt ist, das eine Oberfläche mit einer Flächennormalenachse mit <111> kristallographischer Orientierung und einer Fläche aus {111}Ebenen, die gleich oder weniger als 3% der gesamten Fläche der Oberfläche des Substrates ausmacht.
Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 1, wobei das Siliciumcarbid aus einer Gasphase oder Flüssigphase abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Querschnitt, der senkrecht zu einer Richtung ist, entlang der die Undulationen verlaufen, Bereiche, in denen benachbarte, geneigte Ebenen miteinander in Berührung gebracht werden, eine Kurvenform aufweisen.
Verfahren zur Herstellung des einkristallinen Siliciumcarbids gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Siliciumcarbid epitaktisch aufgewachsen wird, um die Kristallinität der Oberfläche des Substrates zu erhalten, um ein einkristallines Siliciumcarbid zu erhalten.