JP2003178983A

JP2003178983A - 炭化珪素基板及びその製造方法、及び半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003178983A
Application number: JP2001376008A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Hachiman; 彰博八幡; Takashi Shinohe; 孝四戸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】炭化珪素結晶内の結晶欠陥密度が低い炭化珪
素基板の成長方法を提供する。【解決手段】単結晶基板の主表面に当該主表面内の１
結晶軸方向に平行に伸びる複数の第１の起伏部を形成
し、この第１の起伏部の上に第１の炭化珪素結晶層をエ
ピタキシャル成長させ、第１の炭化珪素結晶層の主表面
に１結晶軸方向に垂直に伸びる複数の第２の起伏部を形
成し、この第２の起伏部の上に第２の炭化珪素結晶層を
エピタキシャル成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炭化珪素基板及びそ
の製造方法に関わり、特に、立方晶系３Ｃ型炭化珪素基
板及びその成長方法に関する。また、本発明は立方晶系
３Ｃ型ＳｉＣ基板を用いたショットキー素子等の半導体
装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭化珪素（ＳｉＣ）結晶は、シリコン
（Ｓｉ）結晶、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）結晶に比して
約１０倍の絶縁破壊耐圧、約２倍の電子の飽和ドリフト
速度を有し、Ｓｉ結晶に比して約３倍の熱伝導率を有す
る。また、ＳｉＣ結晶は、ｐ型／ｎ型の伝導型制御が可
能である、安定した熱酸化膜形成が可能であるという優
れた特長を有し、Ｓｉ結晶に代わる将来のパワー素子用
半導体材料として期待されている。ＳｉＣ結晶には、４
Ｈ型／６Ｈ型などの六方晶系の結晶と、立方晶系３Ｃ型
ＳｉＣ基板とが含まれる。

【０００３】４Ｈ、６Ｈなどの六方晶系ＳｉＣ基板は、
基板の大口径化が困難であり、基板中に存在する構造欠
陥（マイクロパイプ）によって基板内の使用可能部分が
限定される。そのため、４Ｈ型／６Ｈ型のＳｉＣ基板を
用いたＳｉＣ素子の量産化及び安定供給は難しい。

【０００４】一方、立方晶系３Ｃ型ＳｉＣ基板は、Ｓｉ
基板上にＳｉＣ結晶をエピタキシャル成長させて製造す
ることができる為、基板の大口径化が可能でありＳｉＣ
素子の量産化などに適している。ところが、３Ｃ型Ｓｉ
Ｃ基板を用いて縦型パワー素子を製造する場合に以下の
問題が生じる。

【０００５】縦型ＳｉＣパワー素子を作製するために
は、３Ｃ型ＳｉＣ結晶の表裏面にカソード及びアノード
電極をそれぞれ形成しなければならない。このために、
ＳｉＣ結晶をエピタキシャル成長させた後にＳｉ基板を
除去することが必要である。従って、素子の機械的強度
を増すために比較的厚いＳｉＣ結晶を成長させなければ
ならない。

【０００６】厚膜化に伴うエピタキシャル成長に要する
時間の増加を回避する為、エピタキシャル成長の成長速
度を増加することが重要となる。しかし、成長速度を増
加することは、ＳｉＣ結晶を平衡状態から乖離した状態
で成長することを意味する。また、Ｓｉ結晶とＳｉＣ結
晶の間には２５％程度の格子不整合がある。これらの結
果、元素半導体上に化合物半導体をエピタキシャル成長
させる時に観察される反位相境界（Anti Phase Boundar
y：ＡＰＢ）、あるいは双晶（Twin Boundary：ＴＢ）と
呼ばれる結晶欠陥が、ＳｉＣ結晶中に多数生成されてし
まう。

【０００７】これらの結晶欠陥はＳｉＣ結晶内で金属的
準位を形成するため、３Ｃ型ＳｉＣ結晶に金属電極を接
続したショットキー素子は、期待されるショットキー特
性を示すことができず、オーミック特性を示してしま
う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】特開２０００−１７８
７４０号公報において、ＳｉＣ結晶内のＡＰＢを低減／
消滅させるために、Ｓｉ基板表面の全部又は一部に１方
向に平行に伸びる複数の起伏を具備させて、このＳｉ基
板表面にＳｉＣ結晶を成長させる方法が開示されてい
る。この製造方法を用いることで、ショットキー素子は
ショットキー特性を示すようになる。しかしながら、Ｓ
ｉＣ結晶内のＴＢを完全に除去することができず、ショ
ットキー素子の逆方向耐圧が依然として小さいという問
題があった。

【０００９】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、炭化珪素結晶内の結晶欠陥密度が
低い炭化珪素基板及びその成長方法、及びこの炭化珪素
基板を用いた半導体装置及びその製造方法を提供するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の特徴は、単結晶基板の主表面に当該
主表面内の１結晶軸方向に平行に伸びる複数の第１の起
伏部を形成し、この第１の起伏部の上に第１の炭化珪素
結晶層をエピタキシャル成長させ、第１の炭化珪素結晶
層の主表面に１結晶軸方向に垂直に伸びる複数の第２の
起伏部を形成し、この第２の起伏部の上に第２の炭化珪
素結晶層をエピタキシャル成長させる炭化珪素基板の製
造方法であることである。

【００１１】本発明の第２の特徴は、単結晶基板と、こ
の単結晶基板の主表面に形成された、当該主表面内の１
結晶軸方向に平行に伸びる複数の第１の起伏部と、この
第１の起伏部の上に積層された第１の炭化珪素結晶層
と、この第１の炭化珪素結晶層の主表面に形成された、
１結晶軸方向に垂直に伸びる複数の第２の起伏部と、こ
の第２の起伏部の上に積層された第２の炭化珪素結晶層
とを具備する炭化珪素基板であることである。

【００１２】本発明の第３の特徴は、第１の炭化珪素結
晶層と、第１の炭化珪素結晶層の主表面に形成された、
１方向に伸びる複数の起伏部と、起伏部の上に積層され
た第２の炭化珪素結晶層とを具備する炭化珪素基板であ
ることである。

【００１３】第１の炭化珪素結晶層内には１結晶軸方向
に垂直な方向に伸びる結晶欠陥が多数存在する。しか
し、結晶欠陥が伸びる方向に平行に第２の起伏部を形成
して、第２の起伏部の上に第２の炭化珪素結晶層を積層
することで、第２の炭化珪素結晶層内の１結晶軸方向に
垂直な方向の結晶欠陥が減少或いは消滅する。

【００１４】本発明の第１の特徴において、第１の起伏
部の上に第１の炭化珪素結晶層をエピタキシャル成長さ
せた後に、単結晶基板を除去して第１の炭化珪素結晶層
の主表面（第１主表面）に対向する面（第２主表面）を
形成しても構わない。ここで、「単結晶基板を除去して
第１の炭化珪素結晶層の第１主表面に対向する第２主表
面を形成する」ことには、単結晶基板のみを除去して第
１の起伏部が残された面を露出させることのみならず、
単結晶基板及び第１の炭化珪素結晶層の一部を除去し
て、第１の炭化珪素結晶層の平坦な面を新たに形成する
ことも含まれる。なお、この単結晶基板の除去は、第２
の炭化珪素結晶層のエピタキシャル成長を行う前であっ
て後であっても構わない。

【００１５】本発明の第４の特徴は、単結晶基板の主表
面に当該主表面内の１結晶軸方向に平行に伸びる複数の
第１の起伏部を形成し、この第１の起伏部の上に第１の
炭化珪素結晶層をエピタキシャル成長させ、第１の炭化
珪素結晶層の第１主表面に１結晶軸方向に垂直に伸びる
複数の第２の起伏部を形成し、この第２の起伏部の上に
第２の炭化珪素結晶層をエピタキシャル成長させ、第２
の炭化珪素結晶層の主表面に第１の電極を接続し、単結
晶基板を除去して第１の炭化珪素結晶層の第１主表面に
対向する第２主表面を形成し、この第２主表面に第２の
電極を接続する半導体装置の製造方法であることであ
る。ここで、「単結晶基板を除去して第１の炭化珪素結
晶層の第１主表面に対向する第２主表面を形成する」こ
とには、単結晶基板のみを除去して第１の起伏部が残さ
れた面を露出させることのみならず、単結晶基板及び第
１の炭化珪素結晶層の一部を除去して、第１の炭化珪素
結晶層の平坦な面を新たに形成することも含まれる。

【００１６】本発明の第５の特徴は、第１の炭化珪素結
晶層と、この第１の炭化珪素結晶層の第１主表面に形成
された、１方向に伸びる複数の起伏部と、この起伏部の
上に積層された第２の炭化珪素結晶層と、この第２の炭
化珪素結晶層の主表面に接続された第１の電極と、第１
の炭化珪素結晶層の第１主表面に対抗する第２主表面に
接続された第２の電極とを具備する半導体装置であるこ
とである。

【００１７】本発明の第１乃至第５の特徴において、
「第１の炭化珪素結晶層」及び「第２の炭化珪素結晶
層」は、一般的に「層」と表現される程度の厚さのもの
に限らず、それよりも厚い「基板」と表現される程度の
ものも含む概念である。

【００１８】

【発明の実施の形態】（実験例）本発明の実施の形態を
説明する前に、発明者が行った実験例及びその実験例に
よって検証された知見について説明する。発明者は、特
開２０００−１７８７４０号公報で開示されている製造
方法に従って炭化珪素結晶をシリコン基板上に成長さ
せ、この炭化珪素結晶を用いてショットキー素子を製造
した。即ち、基板表面の全部又は一部に１方向に平行に
伸びる複数の起伏をシリコン基板の主表面に形成し、こ
のシリコン基板の主表面に炭化珪素結晶を成長させた。
そして、炭化珪素結晶にショットキー電極を接続して、
ショットキー素子を製造した。このショットキー素子に
対して電流−電圧特性を測定したところ、順方向の電流
−電圧特性は通常のショットキー特性を示したが、逆方
向の絶縁耐圧は低かった。

【００１９】発明者は、逆方向の絶縁耐圧が低かった理
由が、起伏に直角な方向に短い双晶（ＴＢ）が多数存在
するためであることを突き止めた。そこで、炭化珪素結
晶の主表面に、双晶に平行、すなわちシリコン基板の起
伏が伸びる方向に垂直な方向に再び起伏を形成し、この
炭化珪素結晶の主表面に、新たな炭化珪素結晶をエピタ
キシャル成長させた。新たに成長させた炭化珪素結晶内
の双晶の分布を観察したところ、双晶の密度が減少して
いることを確認した。さらに、この新たに成長させた炭
化珪素結晶にショットキー電極を接続してショットキー
素子を製造したところ、逆方向の絶縁耐圧が高くなっ
た。

【００２０】（第１の実施の形態）以下図面を参照し
て、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載におい
て同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を
付している。ただし、図面は模式的なものであり、層の
厚みと幅との関係、各層の厚みの比率などは現実のもの
とは異なることに留意すべきである。また、図面の相互
間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含
まれていることはもちろんである。

【００２１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
炭化珪素基板を示す斜視図であり、炭化珪素基板の断面
構造を示すために相互に直交する２方向に切断した状態
の炭化珪素基板の一部分を示している。炭化珪素基板
は、単結晶基板１と、単結晶基板１の主表面に形成され
た、当該主表面内の１結晶軸方向に平行に伸びる複数の
第１の起伏４と、第１の起伏４の上に積層された第１の
炭化珪素結晶２と、第１の炭化珪素結晶２の主表面に形
成された、１結晶軸方向に垂直に伸びる複数の第２の起
伏５と、第２の起伏５の上に積層された第２の炭化珪素
結晶３とを具備する。

【００２２】単結晶基板１は、立方晶系３Ｃ型炭化珪素
結晶をエピタキシャル成長するための被成長基板であ
り、ここでは、単結晶基板としてシリコン基板１を用い
る。図１中の＜１００＞、＜１１０＞、＜１１０＞は、
シリコン基板１の結晶方位軸方向をそれぞれ示す。また
ここでは、「１結晶軸方向」が＜１１０＞方向である場
合について説明を続ける。

【００２３】複数の第１の起伏４は、シリコン基板１の
主表面に等間隔で繰り返された山と谷からなる。この山
と谷は、シリコン基板１の＜１１０＞方向に平行に伸び
ている。複数の第２の起伏５も同様に、第１の炭化珪素
結晶２の主表面に等間隔で繰り返された山と谷からな
る。この山と谷は、＜１１０＞方向に垂直、つまり＜１
１０＞方向に平行に伸びている。従って、第１の起伏４
が伸びる方向と第２の起伏５が伸びる方向とは直交して
いる。

【００２４】第１の起伏４の傾斜角度は、シリコン基板
１の（１００）面に対しておおよそ１°〜５０°の範囲
であることが望ましい。また、山と山の間隔は短いほ
ど、その上に形成される第１の炭化珪素結晶２内の結晶
欠陥の密度は低下する。第１の実施の形態では、例え
ば、山と山の間隔が１．５μｍであり、山と谷の高低差
が１μｍである場合について説明を続ける。また、第２
の起伏５の傾斜角度、山と山の間隔、及び山と谷の高低
差は、第１の起伏４と同様にして設定すればよい。

【００２５】シリコン基板１と第１の炭化珪素結晶２と
は第１の起伏４を介して結晶学的に連続している。換言
すれば、第１の炭化珪素結晶２は、シリコン基板１の結
晶方位を引き継いで積層されている。同様に、第１の炭
化珪素結晶２と第２の炭化珪素結晶３とは第２の起伏５
を介して結晶学的に連続であり、第２の炭化珪素結晶３
は、第１の炭化珪素結晶２の結晶方位を引き継いで積層
されている。

【００２６】図２（ａ）は、図１に示した炭化珪素基板
の＜１１０＞方向に垂直な面に沿った断面図である。図
２（ｂ）は、図１に示した炭化珪素基板の＜１１０＞方
向に垂直な面に沿った断面図である。図２（ａ）に示す
ように、＜１１０＞方向に垂直な面には、シリコン基板
１と第１の炭化珪素結晶２との間に、複数の第１の起伏
４による山と谷の形状が現れている。しかし、第１の炭
化珪素結晶２と第２の炭化珪素結晶３との間に、第２の
起伏５による山と谷の形状は現れていない。一方、図２
（ｂ）に示すように、＜１１０＞方向に垂直な面には、
第１の炭化珪素結晶２と第２の炭化珪素結晶３との間
に、第２の起伏５による山と谷の形状が現れている。し
かし、シリコン基板１と第１の炭化珪素結晶２との間
に、第１の起伏４による山と谷の形状は現れていない。

【００２７】次に、第１の実施の形態に係る炭化珪素基
板の製造方法を図３（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明す
る。

【００２８】（イ）まず、単結晶シリコンからなる平板
状のシリコン基板１を用意する。シリコン基板１の主表
面には、（１００）面が表出している。（１００）面内
には、互いに直交する＜１１０＞方位軸および＜１１０
＞方位軸が存在する。シリコン基板１の主表面に対し
て、図３（ａ）に示すように、＜１１０＞方向に平行に
伸びる複数の第１の起伏４を形成する。

【００２９】具体的には、シリコン基板１の主表面に、
フォトリソグラフィー技術を用いて１．５μｍ幅、厚さ
１μｍのラインアンドスペースパターンからなるレジス
トパターンを形成する。このレジストパターンは＜１１
０＞方向に平行に伸びている。そして、１７０℃の加熱
温度にて１０分間、シリコン基板１を加熱する。する
と、レジストパターンが＜１１０＞方向に直行する方向
に広がって変形し、第１の起伏４の山と谷が滑らかな曲
線で繋がった波面状の断面のレジストパターンが形成さ
れる。このレジストパターンの断面形状（起伏）及び平
面形状（ラインアンドスペース）をドライエッチングに
てシリコン基板１に転写する。その後、レジストパター
ンを除去することで、シリコン基板１の主表面に、図３
（ａ）に示すような第１の起伏４を形成することができ
る。

【００３０】（ロ）次に、所定の反応容器内にシリコン
基板１を搬入する。そして、シリコン基板１を室温から
１０５０℃まで１２０分間かけて加熱する。そして、１
０５０℃の温度において、反応容器内にシラン（ＳｉＨ
_４）ガスとプロパン（Ｃ_３Ｈ _８）ガスとを交互に反応容
器内に導入する。このようにして、第１の起伏４が形成
されたシリコン基板１の主表面に、電子濃度が高い第１
の炭化珪素結晶２をエピタキシャル成長させる。なお、
第１の炭化珪素結晶２の電子濃度は３×１０^１ ^９ｃｍ
^−３であり、成長速度は５０μｍ／ｈであり、成長膜厚
は３００μｍである。その後、シリコン基板１を、所定
の時間をかけて１０５０℃から室温まで冷却し、反応容
器から取り出す。

【００３１】（ハ）次に、第１の炭化珪素結晶の主表面
に対して鏡面研磨処理を施す。その後、第１の炭化珪素
結晶２の主表面に、＜１１０＞方向に垂直、つまり＜１
１０＞方向に平行に伸びる複数の第２の起伏５を形成す
る。換言すれば、シリコン基板１の主表面に形成された
第１の起伏４が伸びる方向に垂直な方向に伸びる第２の
起伏５を、第１の炭化珪素結晶２の主表面に形成する。

【００３２】具体的には、シリコン基板１の主表面に第
１の起伏４を形成する場合と同様な方法を用いて形成す
ればよい。第１の炭化珪素結晶２の主表面に、フォトリ
ソグラフィー技術を用いて１．５μｍ幅、厚さ１μｍの
ラインアンドスペースパターンからなるレジスタパター
ンを形成する。このレジストパターンは＜１１０＞方向
に垂直に伸びている。１７０℃の加熱温度にて１０分
間、第１の炭化珪素結晶２を加熱する。すると、レジス
トパターンが＜１１０＞方向に平行な方向に広がって変
形し、第２の起伏５の山と谷が滑らかな曲線で繋がった
波面状の断面のレジストパターンが形成される。このレ
ジストパターンの断面形状（起伏）及び平面形状（ライ
ンアンドスペース）をドライエッチングにて第１の炭化
珪素結晶２に転写する。その後、レジストパターンを除
去することで、第１の炭化珪素結晶２の主表面に、図３
（ｂ）に示すような第２の起伏５を形成することができ
る。

【００３３】（ニ）再び、反応容器内にシリコン基板１
を搬入する。そして、シリコン基板１を室温から１０５
０℃まで１２０分間かけて加熱する。そして、１０５０
℃の温度において、反応容器内にシラン（ＳｉＨ_４）ガ
スとプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガスとを交互に反応容器内に
導入する。図３（ｃ）に示すように、第２の起伏５が形
成された第１の炭化珪素結晶２の主表面に、電子濃度が
低い第２の炭化珪素結晶３をエピタキシャル成長させる
ことができる。なお、第２の炭化珪素結晶３の電子濃度
は１×１０^１５ｃｍ^−３であり、成長速度は２μｍ／ｈ
であり、成長膜厚は１５μｍである。その後、シリコン
基板１を、所定の時間をかけて１０５０℃から室温まで
冷却し、反応容器から取り出す。以上の製造工程を経て
図１に示した炭化珪素基板を製造することができる。

【００３４】第１の炭化珪素結晶２の成長速度を、第２
の炭化珪素結晶３の成長速度よりも速くすることで、エ
ピタキシャル成長に要する時間を増やすことなく、単結
晶基板全体の厚膜化を実現することができる。

【００３５】第１の起伏４は＜１１０＞方向に平行に伸
びているため、第１の炭化珪素結晶２内の＜１１０＞方
向に平行な方向に伸びる結晶欠陥の密度は低く抑えるこ
とができる。しかし、第１の炭化珪素結晶２内には依然
として＜１１０＞方向に垂直な方向に伸びる短い双晶
（ＴＢ）等の結晶欠陥が多数残存してしまう。そこで、
残存した結晶欠陥が伸びる方向に平行に第２の起伏５を
形成して、第２の起伏５の上に第２の炭化珪素結晶３を
成長させる。このことにより、第２の炭化珪素結晶３内
の＜１１０＞方向に垂直な方向に伸びる結晶欠陥を減少
或いは消滅させることができる。従って、第２の炭化珪
素結晶３内の反位相境界（ＡＰＢ）及び双晶（ＴＢ）の
濃度を減少させることができる。

【００３６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態では、第１の実施の形態で示した炭化珪素基板を
用いたショットキー素子及びその製造方法について説明
する。

【００３７】図４は、第２の実施の形態に係るショット
キー素子を示す斜視図である。ショットキー素子は、第
１の炭化珪素結晶２と、第１の炭化珪素結晶２の第１主
表面に形成された複数の第１の起伏４と、第１の起伏４
の上に積層された第２の炭化珪素結晶３と、第２の炭化
珪素結晶３の主表面に接続されたショットキー電極７
と、第１の炭化珪素結晶２の第１主表面に対抗する第２
主表面に接続されたオーミック電極６とを具備する。

【００３８】ショットキー電極７は、第２の炭化珪素結
晶３に対してショットキー接合され、ショットキーダイ
オードを構成している。一方、オーミック電極６は、第
１の炭化珪素結晶２に対してオーミック接合されてい
る。第１の炭化珪素結晶２の電子濃度は第２の炭化珪素
結晶３の電子濃度よりも高い。図示は省略するが、良好
なオーミック接合を実現するために、第１の炭化珪素結
晶２の内でオーミック電極６に接する部分の電子濃度は
更に高いことが望ましい。第１の炭化珪素結晶２、第１
の起伏４、第２の起伏５、及び第２の炭化珪素結晶３
は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略す
る。

【００３９】オーミック電極６は、図１に示したシリコ
ン基板１を除去した後に形成された電極である。シリコ
ン基板１の除去は、例えば、ＨＦ及びＨＮＯ_３の混酸
（ＨＦ：ＨＮＯ_３＝７：１）を用いたウェットエッチン
グによって行うことができる。従って、ウェットエッチ
ングを用いた場合、第１の起伏４の形状がそのまま残っ
た第１の炭化珪素結晶２の第２主表面が表出する。スパ
ッタ法などを用いて第１の炭化珪素結晶２の第２主表面
にオーミック電極６を形成することにより、第１の炭化
珪素結晶２とオーミック電極６は第１の起伏４を介して
接合される。

【００４０】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図４に示し
たショットキー素子の互いに直交する切断面に沿った断
面図である。図５（ａ）に示すように、一方の切断面に
は、第１の炭化珪素結晶２と第２の炭化珪素結晶３との
間に、第２の起伏５による山と谷の形状が現れている。
しかし、オーミック電極６と第１の炭化珪素結晶２との
間に、複数の第１の起伏４による山と谷の形状は現れて
いない。一方、図５（ｂ）に示すように、他方の切断面
には、オーミック電極６と第１の炭化珪素結晶２との間
に、第１の起伏４による山と谷の形状が現れている。し
かし、第１の炭化珪素結晶２と第２の炭化珪素結晶３と
の間に、第２の起伏５による山と谷の形状は現れていな
い。

【００４１】図６（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施の形
態の比較例１に係るショットキー素子の構造を説明する
為の断面図である。比較例１に係るショットキー素子
は、図６（ａ）に示す炭化珪素基板を用いて製造した。
比較例１に係る炭化珪素基板は、シリコン基板１０１
と、電子濃度が高い第１の炭化珪素結晶１０２と、電子
濃度が低い第２の炭化珪素結晶１０３とが順番に積層さ
れている。但し、第１の炭化珪素結晶１０２をエピタキ
シャル成長させる際、シリコン基板１０１の主表面は平
坦面である。また、第２の炭化珪素結晶１０３をエピタ
キシャル成長させる際、第１の炭化珪素結晶１０２の主
表面も平坦面である。このような炭化珪素基板に対し
て、シリコン基板１０１をウェットエッチングにて除去
し、オーミック電極１０６を第１の炭化珪素結晶１０２
に接続する。そして、第２の炭化珪素結晶１０３の主表
面にショットキー電極１０７を接続する。

【００４２】図７（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施の形
態の比較例２に係るショットキー素子の構造を説明する
為の断面図である。比較例２に係るショットキー素子
は、図７（ａ）に示す炭化珪素基板を用いて製造した。
比較例２に係る炭化珪素基板は、シリコン基板２０１
と、電子濃度が高い第１の炭化珪素結晶２０２と、電子
濃度が低い第２の炭化珪素結晶２０３とが順番に積層さ
れている。第１の炭化珪素結晶２０２をエピタキシャル
成長させる際、シリコン基板２０１の主表面には第１の
起伏２０４が形成されている。但し、第２の炭化珪素結
晶２０３をエピタキシャル成長させる際、第１の炭化珪
素結晶２０２の主表面は平坦面である。このような炭化
珪素基板に対して、シリコン基板２０１をウェットエッ
チングにて除去し、オーミック電極２０６を第１の炭化
珪素結晶２０２に接続する。そして、第２の炭化珪素結
晶２０３の主表面にショットキー電極２０７を接続す
る。

【００４３】図８は、第２の実施の形態に係るショット
キー素子（図４）、その比較例１に係るショットキー素
子（図６）、及びその比較例２に係るショットキー素子
（図７）の電流−電圧特性をそれぞれ示すグラフであ
る。比較例１に係るショットキー素子は、点線（ｂ）に
示すように、順方向及び逆方向共にオーミック特性を示
す。従来の３Ｃ型ＳｉＣ結晶ではＡＰＢとＴＢが多量に
存在し、これらが金属的準位を形成する。このことによ
り、ショットキー構造を作製しても本来得られるべきシ
ョットキー特性が得られず、オーミック特性になってし
まう。

【００４４】比較例２に係るショットキー素子は、一点
鎖線（ｃ）に示すように、順方向ではショットキー特性
を示すが、逆方向の絶縁耐圧があまり高くない。これ
は、炭化珪素結晶内に、第１の起伏２０４が伸びる方向
に垂直な短いＴＢが多数残存するからである。

【００４５】第２の実施の形態に係るショットキー素子
は、実線（ａ）に示すように、順方向ではショットキー
特性を有し、逆方向の絶縁耐圧も高く、８５０Ｖの値が
得られた。このように、第２の炭化珪素結晶３内におい
て第１の起伏２０４が伸びる方向に垂直な短いＴＢが減
少或いは消滅するため、第２の実施の形態に係るショッ
トキー素子は、順方向及び逆方向共に良好なショットキ
ー特性を示すことができる。

【００４６】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明は、第１および第２の実施の形態によって記載した
が、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限
定するものであると理解すべきではない。この開示から
当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術
が明らかとなろう。

【００４７】第１の実施の形態では、第１の起伏４が伸
びる方向と平行な「１結晶軸方向」が、＜１１０＞方向
である場合について説明した。しかし、本発明はこれに
限定されることなく、「１結晶軸方向」が＜１１０＞方
向であっても構わない。更に、シリコン基板１の主表面
に（１００）面が表出している場合に限定されることな
く、他の結晶面が表出していても構わない。勿論、シリ
コン基板１の主表面の結晶面が異なれば、「１結晶軸方
向」もそれに対応して変化する。

【００４８】また、「単結晶基板」がシリコン基板１で
ある場合について説明したが、「単結晶基板」として、
シリコン基板の他に、例えば、炭化珪素基板、サファイ
ア基板等を用いることができる。

【００４９】更に、炭化珪素結晶（２、３）のエピタキ
シャル成長方法は、成長膜内の面欠陥の伝搬方位を特定
の結晶面内に限定し得る方法であれば良く、気相化学堆
積（ＣＶＤ）法の他に、液相エピタキシャル成長法、ス
パッタリング法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法など
を使用することができる。また、ＣＶＤ法の場合、シラ
ン（ＳｉＨ_４）ガスとプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガスを交互
に導入する方法の他に、同時に導入する方法を用いるこ
とができる。

【００５０】また更に、炭化珪素結晶のエピタキシャル
成長において、シラン（ＳｉＨ_４）ガスの代わりに、ジ
クロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＨ
Ｃｌ _３などのシラン系化合物ガスを使用することができ
る。また、プロパン（Ｃ_３Ｈ _８）ガスの代わりに、ＣＨ
_４、Ｃ_２Ｈ_６などの炭化水素ガスを使用することができ
る。

【００５１】また更に、図１に示した第２の炭化珪素結
晶３の主表面に絶縁体を接合して、シリコン基板１を除
去し、更に欠陥密度の高い第１の炭化珪素結晶２をも除
去することで、絶縁体の上に欠陥密度の低い第２の炭化
珪素結晶３だけが残された、Semiconductor On Insulat
or（ＳＯＩ）基板を製造することができる。

【００５２】第１の起伏４及び第２の起伏５について、
起伏の間隔、山と谷の高低差などはここで示した数値に
限定されることはなく、他の数値であっても構わない。
また、第１及び第２の炭化珪素結晶（２、３）の成長速
度、電子濃度、成長膜厚も、ここで示した数値に限定さ
れることはなく、他の数値であっても構わない。

【００５３】第２の実施の形態において、シリコン基板
１の除去をウェットエッチング法によって行った場合を
示したが、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法を用いて行っ
ても構わない。この場合、第１の炭化珪素結晶２とオー
ミック電極６との間に第１の起伏４が残存することが無
く、両者の接触面は平坦面となる。

【００５４】第２の実施の形態においては、欠陥密度の
低い炭化珪素結晶と金属電極間の良好なショットキー特
性を利用したショットキー素子について説明したが、本
発明に係る炭化珪素結晶は、金属電極とのオーミック接
合においても良好な特性を示すことができる。従って本
発明は、ショットキー素子以外にも、ｐｎ接合による通
常のダイオード、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、或
いはＭＯＳＦＥＴなどの他の半導体装置へ適用すること
ができる。以下に各半導体装置について説明する。な
お、第１の炭化珪素結晶２及び第２の炭化珪素結晶３の
導電型がｎ型である場合について説明する。

【００５５】通常のダイオードの場合、第２の炭化珪素
結晶３の主表面部分にはｐ^＋型層が形成されている。第
２の炭化珪素結晶３の主表面にはアノード電極がオーミ
ック接続され、第１の炭化珪素結晶２の第２主表面には
カソード電極がオーミック接続されている。ここでは、
アノード電極が第１の電極に対応し、カソード電極が第
２の電極に対応している。炭化珪素結晶の極性を入れ替
えることでアノードとカソードも入れ替わる。

【００５６】ＳＩＴの場合、第２の炭化珪素結晶３の主
表面部分に、リング状のｐ^＋型ゲート領域が形成され、
ゲート領域にゲート電極がオーミック接続されている。
ゲート領域の内側にｎ^＋型のソース領域が選択的に形成
され、ソース領域にソース電極がオーミック接続されて
いる。第１の炭化珪素結晶２の第２主表面にはドレイン
電極がオーミック接続されている。ここでは、ゲート電
極及びソース電極が第１の電極に相当し、ドレイン電極
が第２の電極に相当する。なお、ゲート電極は、ゲート
領域の一部分に形成された溝に埋め込まれていても構わ
ない。また、ゲート領域の一部分にゲート電極が埋め込
まれている場合、ゲート領域（半導体領域）の代わりに
ゲート絶縁膜が形成されていても構わない。

【００５７】ＭＯＳＦＥＴの場合、第２の炭化珪素結晶
３の主表面部分にはｐ型層が形成されている。また、第
２の炭化珪素結晶３の主表面には、ｐ型層を貫通する溝
が形成され、溝の内部には、ゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極が埋め込まれている。第２の炭化珪素結晶３の主
表面のうちのゲート絶縁膜に接する一部分にｎ^＋型ソー
ス領域が形成され、ｎ^＋型ソース領域及びｐ型層にソー
ス電極がオーミック接続されている。第１の炭化珪素結
晶２の第２主表面にはドレイン電極がオーミック接続さ
れている。ここでは、ソース電極が第１の電極に相当
し、ドレイン電極が第２の電極に相当する。

【００５８】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を包含するということを理解す
べきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な
特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定さ
れるものである。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
炭化珪素結晶内の結晶欠陥密度が低い炭化珪素基板及び
その成長方法、及びこの炭化珪素基板を用いた半導体装
置及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る炭化珪素基板
を示す斜視図である。

【図２】図２（ａ）は図１に示した炭化珪素基板の＜１
１０＞方向に垂直な面に沿った断面図である。図２
（ｂ）は図１に示した炭化珪素基板の＜１１０＞方向に
垂直な面に沿った断面図である。

【図３】図３（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施
の形態に係る炭化珪素基板の製造方法を示す斜視図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係るショットキー
素子を示す斜視図である。

【図５】図５（ａ）は図４に示したショットキー素子の
１結晶軸方向に垂直な面に沿った断面図である。図５
（ｂ）は図４に示したショットキー素子の１結晶軸方向
に平行な面に沿った断面図である。

【図６】図６（ａ）は第２の実施の形態の比較例１に係
る炭化珪素基板を示す断面図である。図６（ｂ）は比較
例１に係るショットキー素子を示す断面図である。

【図７】図７（ａ）は第２の実施の形態の比較例２に係
る炭化珪素基板を示す断面図である。図７（ｂ）は比較
例２に係るショットキー素子を示す断面図である。

【図８】第２の実施の形態、その比較例１、及びその比
較例２にそれぞれ係るショットキー素子の電流−電圧特
性を示すグラフである。

【符号の説明】

１単結晶基板（シリコン基板）２第１の炭化珪素結晶３第２の炭化珪素結晶４第１の起伏５第２の起伏６オーミック電極７ショットキー電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶基板の主表面に、当該主表面内の
１結晶軸方向に平行に伸びる複数の第１の起伏部を形成
し、前記第１の起伏部の上に、第１の炭化珪素結晶層をエピ
タキシャル成長させ、前記第１の炭化珪素結晶層の主表
面に、前記１結晶軸方向に垂直に伸びる複数の第２の起
伏部を形成し、前記第２の起伏部の上に、第２の炭化珪素結晶層をエピ
タキシャル成長させることを特徴とする炭化珪素基板の
製造方法。
【請求項２】前記第１の炭化珪素結晶層の成長速度
は、前記第２の炭化珪素結晶層の成長速度よりも速いこ
とを特徴とする請求項１記載の炭化珪素基板の製造方
法。
【請求項３】単結晶基板と、前記単結晶基板の主表面に形成された、当該主表面内の
１結晶軸方向に平行に伸びる複数の第１の起伏部と、前記第１の起伏部の上に積層された第１の炭化珪素結晶
層と、前記第１の炭化珪素結晶層の主表面に形成された、前記
１結晶軸方向に垂直に伸びる複数の第２の起伏部と、前記第２の起伏部の上に積層された第２の炭化珪素結晶
層とを具備することを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項４】第１の炭化珪素結晶層と、前記第１の炭化珪素結晶層の主表面に形成された、１方
向に伸びる複数の起伏部と、前記起伏部の上に積層された第２の炭化珪素結晶層とを
具備することを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項５】単結晶基板の主表面に、当該主表面内の
１結晶軸方向に平行に伸びる複数の第１の起伏部を形成
し、前記第１の起伏部の上に、第１の炭化珪素結晶層をエピ
タキシャル成長させ、前記第１の炭化珪素結晶層の第１主表面に、前記１結晶
軸方向に垂直に伸びる複数の第２の起伏部を形成し、前記第２の起伏部の上に、第２の炭化珪素結晶層をエピ
タキシャル成長させ、前記第２の炭化珪素結晶層の主表
面に第１の電極を接続し、前記単結晶基板を除去して、前記第１の炭化珪素結晶層
の前記第１主表面に対向する第２主表面を形成し、前記第２主表面に第２の電極を接続することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記第１の炭化珪素結晶層の成長速度
は、前記第２の炭化珪素結晶層の成長速度よりも速いこ
とを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】第１の炭化珪素結晶層と、前記第１の炭化珪素結晶層の第１主表面に形成された、
１方向に伸びる複数の起伏部と、前記起伏部の上に積層された第２の炭化珪素結晶層と、前記第２の炭化珪素結晶層の主表面に接続された第１の
電極と、前記第１の炭化珪素結晶層の前記第１主表面に対向する
第２主表面に接続された第２の電極とを具備することを
特徴とする半導体装置。