JP2008016691A - 単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法、単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法、イオン注入アニール方法及び単結晶炭化ケイ素基板、単結晶炭化ケイ素半導体基板 - Google Patents
単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法、単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法、イオン注入アニール方法及び単結晶炭化ケイ素基板、単結晶炭化ケイ素半導体基板 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるように上下が勘合した収納容器16に単結晶SiC基板15を収納する。それとともに、加熱室を予め減圧下で1500℃以上2300℃以下の温度に調整しておく。そして、収納容器16を加熱室へ移動することにより、収納容器16の内部をシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理し、単結晶SiC基板15の表面を分子レベルに平坦化熱エッチングする。
【選択図】図3
Description
前記単結晶炭化ケイ素基板の結晶構造が4H−SiC、6H−SiC及び3C−SiCのいずれかである。
SiC → Si + C
SiC → Si + SiC2
SiC + Si → Si2C
図6に示す様に真空中での単結晶SiC基板表面上での分圧は温度1,600℃でSiが約1Pa、Si2Cが約10-1Pa、SiC2が約10-2Paであり、シリコンの分圧が1桁或いは2桁炭化シリコンより高い値を示す。
又別の見方で比較すると単結晶SiC基板表面上での分圧が1Paとなるそれぞれに必要な温度はSiが1,600℃で、Si2Cが1,800℃、SiC2が2,000℃であり、シリコンが低い温度で蒸発が開始され炭化シリコンの蒸発はシリコンより200℃〜400℃高い温度で蒸発が開始する。
この蒸発のタイムラグが生ずるため、単結晶SiC基板15の表面のシリコン分子が失われ、表面荒れの原因となっている。
2 本加熱室
3 予備加熱室
4 前室
5 表面にエピタキシャル単結晶SiC薄膜を成長させた単結晶SiC基板
5a 単結晶SiC種基板
5b 単結晶SiC種基板表面にエピタキシャル成長した単結晶SiC薄膜
13 スペーサ
14 シリコンペレット
15 単結晶SiC基板
15C 炭素面(C面)
15Si ケイ素面(Si面)
16 収納容器
19 金属Si融液
31 炭化タンタル層
32 多結晶SiC基板
41 支持基板
42 金属Si基板
43 重し
Claims (30)
- 単結晶炭化ケイ素基板の表面の平坦化工程としての機械的及び化学的研磨(CMP)を必要とせずに単結晶炭化ケイ素バルクインゴットより直接切り出した単結晶炭化ケイ素ウエファーの基板表面欠陥の除去を行うと共に結晶成長を促がす失われた表面ステップ形状モフオロジーを形成させる単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法であり、
タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるように上下が勘合した収納容器に前記単結晶炭化ケイ素基板を収納するとともに、前記収納容器の内部圧力を外部圧力よりも高く且つシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理する加熱処理工程を含む熱処理工程を備えており、
単結晶炭化ケイ素基板表面を分子レベルの精度で熱エッチングすることが可能と成り機械的切削加工により発生した表面損傷の基板表面欠陥を除去出来るとともに前記切削加工工程で失はれた結晶成長を促がす表面ステップ形状モフオロジーを全面に均一に形成出来るので単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦度をサブナノオ−ダ−の分子レベルに改質を可能とすることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法。 - 単結晶炭化ケイ素基板の表面の平坦化工程で機械的及び化学的研磨により生ずる基板表面欠陥の除去を行うと共に結晶成長を促がす失われた表面ステップ形状モフオロジーを形成させる単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法であり、
タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるように上下が勘合した収納容器に前記単結晶炭化ケイ素基板を収納するとともに、前記収納容器の内部圧力を外部圧力よりも高く且つシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理する加熱処理工程を含む熱処理工程を備えており、
単結晶炭化ケイ素基板表面を分子レベルの精度で熱エッチングすることが可能と成り機械的及び化学的研磨により発生した表面損傷の基板表面欠陥を除去出来るとともに前記研磨工程で失はれた結晶成長を促がす表面ステップ形状モフオロジーを全面に均一に形成出来るので、単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦度をサブナノオ−ダ−の分子レベルに改質を可能とすることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法。 - 請求項1または2に記載された表面改質方法で改質された前記単結晶炭化ケイ素基板上に、気相法のエピタキシャル成長法で基板のマイクロパイプ欠陥を閉塞修復する単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備える上下が勘合した収納容器に前記単結晶炭化ケイ素基板に対向して多結晶炭化ケイ素基板を近接設置させて前記単結晶炭化ケイ素基板と前記多結晶炭化ケイ素基板との隙間にケイ素分子の気相雰囲気を介在させた複合体を収納するとともに、前記収納容器の内部圧力を外部圧力よりも高く且つシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理する加熱処理工程を含む熱処理工程を備えており、
単結晶炭化ケイ素基板表面のマイクロパイプ欠陥が気相エピタキシャル成長した単結晶炭化ケイ素薄膜で閉塞修復可能となることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項1または2に記載された表面改質方法で改質された前記単結晶炭化ケイ素基板上に、液相法のエピタキシャル成長法で基板のマイクロパイプ欠陥を閉塞修復する単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備える上下が勘合した収納容器に前記単結晶炭化ケイ素基板に対向して多結晶炭化ケイ素基板を近接設置させて前記単結晶炭化ケイ素基板と前記多結晶炭化ケイ素基板との隙間にケイ素分子の液相融液を介在させた複合体を収納するとともに、前記収納容器の内部圧力を外部圧力よりも高く且つシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理する加熱処理工程を含む熱処理工程を備えており、
単結晶炭化ケイ素基板表面のマイクロパイプ欠陥が液相エピタキシャル成長した単結晶炭化ケイ素薄膜で閉塞修復可能となることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項3または4に記載された単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法でマイクロパイプ欠陥を閉塞修復した単結晶炭化ケイ素薄膜の表面を平坦化し表面ステップ形状モフオロジーを形成させる単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法であり、
タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるように上下が勘合した収納容器に前記単結晶炭化ケイ素基板を収納するとともに、前記収納容器の内部圧力を外部圧力よりも高く且つシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理する加熱処理工程を含む熱処理工程を備えており、
単結晶炭化ケイ素薄膜表面を分子レベルの精度で熱エッチングすることが可能と成り前記単結晶炭化ケイ素薄膜表面にステップ形状モフオロジーを形成し単結晶炭化ケイ素基板薄膜の表面平坦度をサブナノオ−ダ−の分子レベルに改質を可能とすることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法。 - 請求項3または4に記載された単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法でマイクロパイプ欠陥を閉塞修復した単結晶炭化ケイ素薄膜の表面に、p型又はn型半導体のドーピングイオンを注入し活性化熱アニールするイオン注入アニール方法であり、
タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備える上下が勘合した収納容器に前記単結晶炭化ケイ素基板を収納するとともに、前記収納容器の内部圧力を外部圧力よりも高く且つシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1600℃以上2100℃以下の温度で加熱処理する加熱処理工程を含む熱処理工程を備えており、
p型又はn型半導体のドーピングイオンを活性化熱アニールすると同時にドーピングイオンが注入された前記単結晶炭化ケイ素薄膜表面を分子レベルの精度で熱エッチングすることが可能と成りp型又はn型半導体のドーピングイオンを注入活性化された単結晶炭化ケイ素半導体基板の表面ステップ形状モフオロジーを均一に形成し表面平坦度をサブナノオ−ダ−の分子レベルに改質を可能とすることを特徴とするイオン注入アニール方法。 - 請求項1、2、5の何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法であり、
前記熱処理工程は、前記加熱処理工程の前において、前記単結晶炭化ケイ素基板を収納した前記収納容器を800℃以上の温度で加熱する予備加熱工程をさらに備えており、
前記加熱処理工程は、予め減圧下で1500℃以上2300℃以下の温度に調整された本加熱室で行われるものとし、
前記加熱処理工程は、前記予備加熱工程を行う予備加熱室から前記本加熱室へ前記収納容器を移動することにより行われることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法。 - 請求項3または4に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記熱処理工程は、前記加熱処理工程の前において、前記単結晶炭化ケイ素基板を収納した前記収納容器を800℃以上の温度で加熱する予備加熱工程をさらに備えており、
前記加熱処理工程は、予め減圧下で1500℃以上2300℃以下の温度に調整された本加熱室で行われるものとし、
前記加熱処理工程は、前記予備加熱工程を行う予備加熱室から前記本加熱室へ前記収納容器を移動することにより行われることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項6に記載のイオン注入アニール方法であり、
前記熱処理工程は、前記加熱処理工程の前において、前記単結晶炭化ケイ素基板を収納した前記収納容器を800℃以上の温度で加熱する予備加熱工程をさらに備えており、
前記加熱処理工程は、予め減圧下で1600℃以上2100℃以下の温度に調整された本加熱室で行われるものとし、
前記加熱処理工程は、前記予備加熱工程を行う予備加熱室から前記本加熱室へ前記収納容器を移動することにより行われることを特徴とするイオン注入アニール方法。 - 請求項1、2、5の何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法であり、
前記加熱処理工程は10-4Pa以下の減圧下で行われることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法。 - 請求項3または4に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記加熱処理工程は10-4Pa以下の減圧下で行われることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項6に記載のイオン注入アニール方法であり、
前記加熱処理工程は10-4Pa以下の減圧下で行われることを特徴とするイオン注入アニール方法。 - 請求項1、2、5の何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法であり、
前記加熱処理工程により、前記単結晶炭化ケイ素基板の表面の表面粗さを1.0nm以下とすることに加えて、前記単結晶炭化ケイ素基板の表面の不純物を原子レベルで除去してクリーニングすることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法。 - 請求項6に記載のイオン注入アニール方法であり、
前記加熱処理工程により、前記単結晶炭化ケイ素基板の表面の表面粗さを1.0nm以下とすることに加えて、前記単結晶炭化ケイ素基板の表面の不純物を原子レベルで除去してクリーニングすることを特徴とするイオン注入アニール方法。 - 請求項1、2、5の何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法であり、
前記加熱処理工程により、ステップの高さが0.5nm以下である前記単結晶炭化ケイ素の表面ステップ形状モフオロジーを実現することを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法。 - 請求項6に記載のイオン注入アニール方法であり、
前記加熱処理工程により、ステップの高さが0.5nm以下である前記単結晶炭化ケイ素の表面ステップ形状モフオロジーを実現することを特徴とするイオン注入アニール方法。 - 請求項1、2、5の何れか一項に記載の表面改質方法によって表面が改質された単結晶炭化ケイ素基板。
- 請求項6に記載のイオン注入アニール方法によって表面が改質された単結晶炭化ケイ素基板。
- 請求項6に記載のイオン注入アニール方法によって表面が改質された単結晶炭化ケイ素半導体基板。
- 請求項4に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記加熱処理工程は、前記単結晶炭化ケイ素基板とそれに対向して近接設置させた前記多結晶炭化ケイ素基板との間にスペーサで隙間を設けた状態でケイ素分子の液相融液を介在させ前記スペーサの厚みより液相エピタキシャル成長した単結晶炭化ケイ素薄膜が薄くなる様に制御して成長を終了して加熱を停止するものであり、
前記熱処理工程は、前記加熱処理工程の後において、前記単結晶炭化ケイ素基板と前記多結晶炭化ケイ素基板の複合体を前記収納容器内に収納せずに直接真空加熱する工程をさらに備えており、
前記単結晶炭化ケイ素基板と前記多結晶炭化ケイ素基板との間のケイ素を真空中に蒸発気化させることで隙間が出来るので前記単結晶炭化ケイ素基板と前記多結晶炭化ケイ素基板が冷却後剥離が容易となることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項6に記載のイオン注入アニール方法であり、
p型又はn型半導体のドーピングイオンは、アルミニウム、ボロン、又はリンを少なくとも含み、単結晶炭化ケイ素基板表面の半導体回路の表面粗さを1.0nm以下とすることに加えて、ドーピングイオン以外の不純物を原子レベルで除去してクリーニングすることを特徴とする単結晶炭化ケイ素半導体基板。 - 請求項1、2、5の何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法であり、
前記単結晶炭化ケイ素基板の結晶構造が4H−SiC、6H−SiC及び3C−SiCのいずれかであることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面改質方法。 - 請求項3または4に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記単結晶炭化ケイ素基板の結晶構造が4H−SiC、6H−SiC及び3C−SiCのいずれかであることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項6に記載のイオン注入アニール方法であり、
前記単結晶炭化ケイ素基板の結晶構造が4H−SiC、6H−SiC及び3C−SiCのいずれかであることを特徴とするイオン注入アニール方法。 - 請求項3に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記単結晶炭化ケイ素基板の結晶構造が4H−SiC及び6H−SiCのいずれかであり、且つ、前記単結晶炭化ケイ素基板において気相エピタキシャル成長が行われる表面が、(0001)Si面又は(000−1)C面であることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項4に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記単結晶炭化ケイ素基板の結晶構造が4H−SiC及び6H−SiCのいずれかであり、且つ、前記単結晶炭化ケイ素基板において液相エピタキシャル成長が行われる表面が、(0001)Si面又は(000−1)C面であることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項3に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記単結晶炭化ケイ素基板の結晶構造が3C−SiCであり、且つ、前記単結晶炭化ケイ素基板において気相エピタキシャル成長が行われる表面が、(111)Si面又は(−1−1−1)C面であることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項4に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記単結晶炭化ケイ素基板の結晶構造が3C−SiCであり、且つ、前記単結晶炭化ケイ素基板において液相エピタキシャル成長が行われる表面が、(111)Si面又は(−1−1−1)C面であることを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項3に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記単結晶炭化ケイ素基板において気相エピタキシャル成長が行われる表面結晶方位が、ジャスト面又はオフ角を持つことを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。 - 請求項4に記載の単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法であり、
前記単結晶炭化ケイ素基板において液相エピタキシャル成長が行われる表面結晶方位が、ジャスト面又はオフ角を持つことを特徴とする単結晶炭化ケイ素薄膜の形成方法。
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