JP2009302097A

JP2009302097A - 単結晶ＳｉＣ基板の製造方法および単結晶ＳｉＣ基板

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Publication number: JP2009302097A
Application number: JP2008151433A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Kawamura; 啓介川村; Katsutoshi Izumi; 勝俊泉; Hidetoshi Asamura; 英俊浅村; Takashi Yokoyama; 敬志横山
Original assignee: Osaka University NUC; Air Water Inc; Osaka Prefecture University PUC
Current assignee: Osaka University NUC; Air Water Inc; Osaka Prefecture University PUC
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】ＳｉＣ層とＳｉＯ_２等の埋め込み絶縁層との界面を均一な状態にして結晶性のよいＳｉＣ層が得られ、しかも低コストで生産性のよい単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】所定厚さの表面Ｓｉ層３と埋め込み絶縁層４とを有するＳｉ基板１を準備し、上記Ｓｉ基板１を炭素系ガス雰囲気中で加熱して上記表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ層６に変成させる単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、上記表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ層６に変成させる際に、埋め込み絶縁層４との界面８近傍のＳｉ層を残存Ｓｉ層５として残す。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁層埋め込み型の半導体基板である単結晶ＳｉＣ基板の製造方法およびそれによって得られた単結晶ＳｉＣ基板に関するものである。

単結晶ＳｉＣ（炭化シリコン）は、熱的、化学的安定性に優れ、機械的強度も強く、放射線照射にも強いという特性から、次世代の半導体デバイス材料として注目を集めている。また、埋め込み絶縁層を有するＳＯＩ基板は、回路の高速化と低消費電力化を図る上で優れており、次世代のＬＳＩ基板として有望視されている。従って、これら２つの特徴を融合した絶縁層埋め込み型半導体ＳｉＣ基板が半導体デバイス材料として極めて有望である。

上記絶縁層埋め込み型半導体ＳｉＣ基板をコストメリットのある大口径化を容易に実現しながら製造できる製法として、例えば下記の特許文献１記載の方法が提案されている。この方法は、所定厚さの表面シリコン層と埋め込み絶縁層（ＳｉＯ_２層）を有するＳＯＩ基板（絶縁層埋め込み型Ｓｉ基板）を用いて作製する。すなわち、上記ＳＯＩ基板の表面Ｓｉ層を１０ｎｍ程度に薄膜化し、これを水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガス雰囲気の加熱炉内に所定時間加熱処理することにより、上記表面シリコン層を高温で炭化処理して単結晶ＳｉＣ薄膜に変成し、上記単結晶ＳｉＣ薄膜をシード層としてエピタキシャル法によりＳｉＣ層を成長させることが行なわれる。

上記特許文献１記載の方法では、上記炭化処理により、厚さ約１０ｎｍ以下の表面シリコン層を全て炭化して単結晶ＳｉＣ薄膜（ＳｉＣシード層）を生成している。ところが、このようにすると、埋め込み酸化膜とＳｉＣ薄膜の界面に不規則かつ大きな「うねり」が発生してしまう。すなわち、変成されたＳｉＣ層と埋め込まれているＳｉＯ_２層との界面は、高温下で不安定で、特にＳｉＣがＳｉＯ_２層に侵入しやすいうえ、Ｓｉ→ＳｉＣ反応が急激に進行するため、上記ＳｉＣ／ＳｉＯ_２界面が不安定となり、界面が荒れて波打つような状態になる。

このような界面の「うねり」は、時として１０ｎｍを超える程にもなり、ＳｉＣ層の厚みにばらつきが生じる結果となるうえ、生成したＳｉＣ薄膜自体にまで「うねり」が生じることになってしまい、半導体デバイスとして使用する際に大きな問題となることが予想される。また、界面およびＳｉＣ薄膜自体「うねり」が存在する状態で、そのＳｉＣ薄膜上にＳｉＣ層をエピタキシャル成長させると、成長させたＳｉＣ層自体の結晶性が大幅に劣化するうえ、表面状態も粗い状態になりやすいという問題もあった。

そこで、ＳＯＩ基板を炭素系ガス雰囲気で加熱して表面シリコン層をＳｉＣシード層に変性させる単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、上記変性に先立って、表面シリコン層に対して窒素をイオン注入することにより、表面シリコン層における埋め込み絶縁層の界面近傍領域に窒素含有シリコン層を形成することにより、変性によって生成されたＳｉＣが埋め込み絶縁層中に侵入するのを防止し、膜圧の均一な単結晶ＳｉＣ薄膜を形成する方法が提案されている（下記の特許文献２）。
特開２００３−２２４２４８号公報特開２００５−２６８４６０号公報

しかしながら、上記特許文献２の方法では、界面の「うねり」は防止できるものの、窒素含有シリコン層の窒素含有量を１〜３０原子％と非常に大きくしなければならず、一般に半導体素子製造に用いられるイオン注入に比べて１００〜１０００倍ものドーズ量が必要となる。このため、大電流でのイオン注入のために非常に高価な装置が必要となり、イオン注入自体も長時間を要するため、単位時間当たりの生産量が低くコスト高となる問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、ＳｉＣ層とＳｉＯ_２等の埋め込み絶縁層との界面を均一な状態にして結晶性のよいＳｉＣ層が得られ、しかも低コストで生産性のよい単結晶ＳｉＣ基板の製造方法およびそれによって得られた単結晶ＳｉＣ基板の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、所定厚さの表面Ｓｉ層と埋め込み絶縁層とを有するＳｉ基板を準備し、上記Ｓｉ基板を炭素系ガス雰囲気中で加熱して上記表面Ｓｉ層を単結晶ＳｉＣ層に変成させる単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、上記表面Ｓｉ層を単結晶ＳｉＣ層に変成させる際に、埋め込み絶縁層との界面近傍のＳｉ層を残存Ｓｉ層として残すことを要旨とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の単結晶ＳｉＣ基板は、埋め込み絶縁層を有する単結晶Ｓｉ基板の上記埋め込み絶縁層より表面側に、単結晶ＳｉＣ層が形成された単結晶ＳｉＣ基板であって、上記単結晶ＳｉＣ層と埋め込み絶縁層との界面近傍にＳｉ層が形成されていることを要旨とする。

すなわち、本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、上記表面Ｓｉ層を単結晶ＳｉＣ層に変成させる際に、埋め込み絶縁層との界面近傍のＳｉ層を残存Ｓｉ層として残すことにより、その下部の埋め込み絶縁層との界面の平坦性が大幅に改善され、界面の「うねり」を大幅に小さくできる。埋め込み絶縁層と残存Ｓｉ層との界面の平坦性が向上することから、表面に形成される単結晶ＳｉＣ層自体に発生する「うねり」も大幅に低減される。このように、うねりの少ない単結晶ＳｉＣ層が形成されることから、半導体デバイスとしての性能を大幅に向上させる。そして、イオン注入等によらないため、上述した高品質の単結晶ＳｉＣ基板を低コストで生産性よく製造することができる。

本発明において、上記埋め込み絶縁層との界面近傍に残存Ｓｉ層が残された単結晶ＳｉＣ基板に対しエピタキシャル成長させることにより、表面の単結晶ＳｉＣ層の上層にさらに単結晶ＳｉＣを成長させる場合には、このように、単結晶ＳｉＣ層の上層にさらにエピタキシャル成長によってＳｉＣを形成する際にも、成長するＳｉＣの結晶性が向上するため、きれいな単結晶で厚みも均一なＳｉＣが得られるようになる。

本発明において、上記残存Ｓｉ層の厚みが３〜２０ｎｍである場合には、埋め込み絶縁層と残存Ｓｉ層との界面および単結晶ＳｉＣ層自体の平坦性を向上させる効果が十分に得られるとともに、単結晶ＳｉＣ層の下層にボイド等の欠陥がほとんど生じず、良好な半導体デバイスが得られる。

また、本発明の単結晶ＳｉＣ基板は、上記単結晶ＳｉＣ層と埋め込み絶縁層との界面近傍にＳｉ層が形成されていることから、その下部の埋め込み絶縁層との界面の平坦性が大幅に改善され、界面の「うねり」を大幅に小さくできる。埋め込み絶縁層と残存Ｓｉ層との界面の平坦性が向上することから、表面に形成される単結晶ＳｉＣ層自体に発生する「うねり」も大幅に低減される。このように、うねりの少ない単結晶ＳｉＣ層が形成されることから、半導体デバイスとしての性能を大幅に向上させる。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法の一実施の形態を示す図である。

この単結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、まず、所定厚さの表面Ｓｉ層３と埋め込み絶縁層４とを有するＳｉ基板１を準備し、上記Ｓｉ基板１の表面Ｓｉ層３の厚みを６ｎｍ〜４０ｎｍ程度に薄膜化する（図１（Ａ））。つぎに、上記Ｓｉ基板１を炭素系ガス雰囲気中で加熱して上記表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ層６に変成させる（図１（Ｂ））。このとき、埋め込み絶縁層４との界面８近傍のＳｉ層を残存Ｓｉ層５として残すことが行なわれる。ついで、上記単結晶ＳｉＣ層６をシード層としてエピタキシャル成長により、単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７を成長させる（図１（Ｃ））。

以下、各工程について詳しく説明する。

上記Ｓｉ基板１は、Ｓｉ母材２の表面近傍に、埋め込み絶縁層４として所定厚みのＳｉＯ_２層が形成され、表面に所定厚さの表面Ｓｉ層３が形成されたものである。上記埋め込み絶縁層４の厚みは、約１〜２００ｎｍ程度の厚みになるよう設定されている。

ついで、上記Ｓｉ基板１の表面Ｓｉ層３の厚みを薄くし薄膜化する。この薄膜化は、例えば、Ｓｉ基板１を酸化雰囲気で加熱処理することにより、埋め込み絶縁層４との界面８近傍に所望厚みのＳｉ層を残存させるよう、表面Ｓｉ層３の表面から所定深さを酸化させて酸化物層９を形成したのち、表面の酸化物層９をフッ化水素酸等でエッチングすることにより除去し、界面８近傍に残存させた所望厚みのＳｉ層を露出させることにより薄膜化することが行われる。

このとき、薄膜化した表面Ｓｉ層３の厚みは、６ｎｍ〜４０ｎｍ程度に設定するのが好ましく、より好ましいのは８ｎｍ〜３０ｎｍ程度であり、さらに好ましいの１０ｎｍ〜２７ｎｍ程度である。

上記薄膜化した表面Ｓｉ層３の厚みが６ｎｍ未満では、その後の変成工程によって十分な厚みの残存Ｓｉ層５を残すことができないうえ、十分な厚みの一次単結晶ＳｉＣ層６も生成することができないからである。また、上記薄膜化した表面Ｓｉ層３の厚みが４０ｎｍを超えると、後述する変性処理に時間を要することとなったり、残存Ｓｉ層５の厚みが厚くなりすぎて上記界面８近傍にボイド等の欠陥が生じやすくなったりするからである。

上記薄膜化後の表面Ｓｉ層３の厚みは、Ｓｉ基板１を酸化雰囲気で加熱処理して酸化物層９を形成するときの雰囲気、温度、時間等の酸化処理条件を調整し、もともとの表面Ｓｉ層３の厚みに対して形成させる酸化物層９の厚みを調整することにより設定することができる。

つぎに、上記Ｓｉ基板１を炭素系ガス雰囲気中で加熱して上記表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ層６に変成させる。

上記変成工程は、例えば、図２に示す装置により行われる。この装置は、ヒータ１１を有する加熱炉１０と、上記加熱炉１０内に導入される雰囲気ガス（水素ガスＧ１および炭化水素ガスＧ２）を貯留するボンベ１３，１４とを備えている。１２は水素ガスＧ１と炭化水素ガスＧ２とを混合して混合ガスとして加熱炉１０に供給する混合器である。

上記装置により、上記Ｓｉ基板１を加熱炉１０内に設置し、上記加熱炉１０内に水素ガスＧ１と炭化水素系ガスＧ２との混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）を供給しながら、加熱炉１０内の雰囲気温度を上昇させて、前記Ｓｉ基板１の表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ層６に変成させることが行われる。

より詳しく説明すると、上記Ｓｉ基板１を加熱炉１０内に設置して、加熱炉１０内に水素ガスＧ１に対して炭化水素系ガスＧ２を１体積％の割合で混合した混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）を供給する。また、この混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）の供給と同じくして、加熱炉１０内の雰囲気温度を５００℃〜シリコンの溶融点未満、好ましくは１２００〜１４０５℃に加熱する。この加熱によって、Ｓｉ基板１の表面Ｓｉ層３を単結晶ＳｉＣ層６に変成させる。

ここで、前記水素ガスＧ１はキャリアガスであり、炭化水素ガスＧ２としては例えばプロパンガスを使用する。例えば、水素ガスＧ１のボンベ１３からの供給量が１０００ｃｃ／分であったならば、炭化水素ガスＧ２のボンベ１４からの供給量を１０ｃｃ／分とする。単結晶ＳｉＣ層６の厚みは、同層の欠損欠陥の低減ならびに３次元成長抑制のため、３ｎｍ〜２０ｎｍ程度に設定することが好ましく、より好ましいのは４ｎｍ〜１０ｎｍ程度であり、さらに好ましいのは５ｎｍ〜７ｎｍ程度である。

このとき、表面Ｓｉ層３における表面Ｓｉ層３と埋め込み絶縁層４との界面８近傍領域に残存Ｓｉ層５を残すことが行なわれる。上記残存Ｓｉ層５の厚みは、３〜２０ｎｍに設定するのが好ましく、より好ましいのは３〜１７ｎｍである。上記残存Ｓｉ層５の厚みが３ｎｍ未満だと、残存Ｓｉ層５と埋め込み絶縁層４との界面８の平坦性を向上させる効果に乏しく、上記残存Ｓｉ層５の厚みが２０ｎｍを超えると、上記界面８近傍にボイド等の欠陥が生じやすくなるからである。

上記残存Ｓｉ層５の厚みは、変性処理の雰囲気、温度、時間等の条件を調節することにより、薄膜化したときの表面Ｓｉ層３の厚みに対して形成させる単結晶ＳｉＣ層６の厚みを調節することにより設定することができる。

必要に応じて、上記工程を過剰に行って単結晶ＳｉＣ層６を上記単結晶ＳｉＣ層６の上に堆積させることが行われる。上記工程を過剰に行う（例えば数分〜数時間継続させる）ことにより、上記単結晶ＳｉＣ層６の上に炭素薄膜が堆積される。

ついで、上記単結晶ＳｉＣ層６をシード層としてエピタキシャル成長により、単結晶ＳｉＣを成長させ、単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７を堆積させる。

上記エピタキシャル成長は、例えば、下記の条件により単結晶ＳｉＣを成長させることができる。すなわち、単結晶ＳｉＣ層６が形成されたＳｉ基板１を処理チャンバー内に配置し、上記処理チャンバー内にモノメチルシランまたはシランおよびプロパン等の炭化水素系ガスとを含有する原料ガスを、大気圧以下の圧力下において約１〜１０００ｓｃｃｍ程度のガス流量で供給しながら、温度５００℃〜シリコンの溶融点未満、好ましくは８００〜１４０５℃で処理することにより、上記単結晶ＳｉＣ層６をシード層としてエピタキシャル成長により、単結晶ＳｉＣを成長させることができる。

ここで、上記変性処理やエピタキシャル成長で形成されるＳｉＣや埋め込み絶縁層４（ＳｉＯ_２）を構成するＳｉ分は、高温化において一部がＣＯ_２となって昇華すると考えられる。また、ＳｉＣとＳｉＯ_２が接触した状態で高温化に晒されると、ＳｉＣとＳｉＯ_２との間で相互変性すると考えられる。

このとき、単結晶ＳｉＣ層６と埋め込み絶縁層４（ＳｉＯ_２）との間に残存Ｓｉ層５が存在しなければ、単結晶ＳｉＣ層６を構成するＳｉＣの一部がＳｉＯ_２に変性したり、反対に埋め込み絶縁層４を構成するＳｉＯ_２一部がＳｉＣに変性したりすることが起こって、結果的に、単結晶ＳｉＣ層６と埋め込み絶縁層４の界面の平坦性が崩れ、「うねり」になって現れるものと考えられる。

そこで、本発明のように、変性処理後に単結晶ＳｉＣ層６と埋め込み絶縁層４（ＳｉＯ_２）の間に、適切な厚みの残存Ｓｉ層５を存在させることにより、上記のようなＳｉＣとＳｉＯ_２と相互変性が防止され、残存Ｓｉ層５と埋め込み絶縁層４との界面８の平坦性が維持されるものと考えられる。また、変性処理後に単結晶ＳｉＣ層６に何らかの欠陥があった場合でも、残存Ｓｉ層５の存在により欠陥が埋め込み絶縁層４まで至らず、Ｓｉの昇華を防止し、残存Ｓｉ層５と埋め込み絶縁層４との界面８の平坦性が維持されるものと考えられる。

残存Ｓｉ層５と埋め込み絶縁層４との界面８の平坦性が維持されると、変性処理によって得られる単結晶ＳｉＣ層６の厚みも平坦化し、結晶面がそろった状態になると考えられる。そうすると、その後にエピタキシャル成長によって単結晶ＳｉＣを成長させた場合にも、そろった状態のＳｉＣの結晶性が維持されるため、従来よりもはるかにきれいな単結晶で膜厚も均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７が得られるようになる。

このようにすることにより、上記単結晶ＳｉＣ層６と埋め込み絶縁層４との界面８近傍に残存Ｓｉ層５が形成されていることから、その下部の埋め込み絶縁層４との界面８の平坦性が大幅に改善され、界面の「うねり」を大幅に小さくできる。埋め込み絶縁層４と残存Ｓｉ層５との界面８の平坦性が向上することから、表面に形成される単結晶ＳｉＣ層６自体に発生する「うねり」も大幅に低減される。このように、うねりの少ない単結晶ＳｉＣ層６が形成されることから、半導体デバイスとしての性能を大幅に向上させる。

また、上記埋め込み絶縁層４との界面８近傍に残存Ｓｉ層５が残された単結晶ＳｉＣ基板に対しエピタキシャル成長させることにより、表面の単結晶ＳｉＣ層６の上層にさらに単結晶ＳｉＣを成長させる場合には、このように、単結晶ＳｉＣ層６の上層にさらにエピタキシャル成長によってＳｉＣを形成する際にも、成長するＳｉＣの結晶性が向上するため、きれいな単結晶で厚みも均一なＳｉＣが得られるようになる。

また、上記残存Ｓｉ層５の厚みが３〜２０ｎｍである場合には、埋め込み絶縁層４と残存Ｓｉ層５との界面８および単結晶ＳｉＣ層６自体の平坦性を向上させる効果が十分に得られるとともに、単結晶ＳｉＣ層６の下層にボイド等の欠陥がほとんど生じず、良好な半導体デバイスが得られる。

つぎに、本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製法の実施例について説明する。

〔実施例１〕
表面Ｓｉ層３の厚みが１０〜１４ｎｍの（１１１）ＳＩＭＯＸ基板（ＳＯＩ−Ａ）、表面Ｓｉ層３の厚みが１８〜２２ｎｍの（１１１）ＳＩＭＯＸ基板（ＳＯＩ−Ｂ）、表面Ｓｉ層３の厚みが９９００〜１１００ｎｍの（１１１）貼り合わせＳＯＩ基板（ＳＯＩ−Ｃ）を出発材料として準備した。上記各ＳＯＩ基板を試料として電気炉に挿入し、プロパンガスと水素ガスとをそれぞれ流量１００ｓｃｃｍ及び１０ＳＬＭで当該電気炉に導入しつつ、電気炉内雰囲気が１２５０℃に達するまで加熱昇温し、当該温度で１５分間保持した。

この工程により、表面Ｓｉ層３は表面側から３〜７ｎｍのＳｉが炭化されて、３〜７ｎｍ厚の単結晶ＳｉＣ層６(シード層)へと変成された。ＳＯＩ−Ａ、ＳＯＩ−Ｂ、ＳＯＩ−Ｃは、それぞれ単結晶ＳｉＣ層６(シード層)の下層に３〜１１ｎｍ、９〜１７ｎｍ、およそ９９００〜１１００ｎｍの残存Ｓｉ層５が存在する膜構造となった。

このあと、電気炉の加熱用ヒーターヘの通電を止め、同時に当該両ガスの導入を止める一方で、流量１０ＳＬＭの窒素を炉内に導入して当該両ガスと置換した。この状態で電気炉の雰囲気温度が７００℃になるまで冷却した後、当該雰囲気温度を７００℃に保持したまま窒素ガスの導入を止め、同時に流量１０ｓｃｃｍの酸素ガスを１時間導入した。この酸素ガスの導入は、プロパンガスの導入によりＳｉＣが生成された際に、過剰の炭素が試料表面に付着するので、この過剰炭素を酸素と反応せしめてＣＯ_２を発生させ、効果的に当該過剰炭素を除去するためである。ついで、当該酸素の導入を止め、再び流量４ＳＬＭの窒素ガスを導入して、試料全体が所定の低温、例えば８０℃程度に低下するまで冷却してウェハを炉外に取り出した。

〔比較例１〕
表面Ｓｉ層３の厚みが３〜７ｎｍの（１１１）ＳＩＭＯＸ基板（ＳＯＩ−Ｒｅｆ）を出発材料として準備し、当該ＳＯＩ基板を試科として電気炉に挿入し、実施例１と同条件で変性処理である炭化熱処理を実施した。この工程により、表面Ｓｉ層３が完全に炭化されて、３〜７ｎｍ厚の単結晶ＳｉＣ層６(シード層)へと変成され、その下層には直に接する埋め込み絶縁層４が存在する構造となった。

〔実施例１および比較例１の評価〕
実施例１ならびに比較例１の製法による各単結晶ＳｉＣ層６について、断面ＴＥＭ像観察による評価を行った。

ＳＯＩ−Ｒｅｆを出発材料とした比較例１の製法による単結晶ＳｉＣ層６(シード層)の断面ＴＥＭ像を図３に示す。約５ｎｍ厚の単結晶ＳｉＣ層６(シード層)が埋め込み絶縁層４上に直に形成されているが、埋め込み絶縁層４上部の界面に約１０ｎｍの大きなうねりが発生している。これに伴い、単結晶ＳｉＣ層６(シード層)自体にも約１０ｎｍ程度のうねりが見られ、断面ＴＥＭによる格子像では明らかなＳｉＣ配向性のみだれが見られた。

ＳＯＩ−Ａを出発材料とした実施例１の製法による単結晶ＳｉＣ層６(シード層)の断面ＴＥＭ像を図４に示す。３〜７ｎｍ厚の単結晶ＳｉＣ層６(シード層)の下層に、３〜１１ｎｍ厚の残存Ｓｉ層５が残されており、これにより、その下部の埋め込み絶縁層４との界面８の平坦性が改善され、同界面８のうねりを３ｎｍ未満に低減化できた。これに伴い、単結晶ＳｉＣ層６(シード層)のうねりも、前記界面８のうねりと概ね同等の３ｎｍ未満のレベルに抑えられた。断面ＴＥＭによる格子像においても、比較例１に比べてＳｉＣの配向性に改善がみられた。

ＳＯＩ−Ｂ、ＳＯＩ−Ｃを出発材料とした実施例１の製法によるＳｉＣシード層の場合についても、同様に、単結晶ＳｉＣ層６の下層に残存Ｓｉ層５が残されており、これにより、その下部の埋め込み絶縁層４との界面８の平坦性が改善され、同界面８のうねりを３ｎｍ未満に低減化できた。断面ＴＥＭによる格子像においても、比較例１に比べてＳｉＣの配向性に改善がみられた。これに伴い、単結晶ＳｉＣ層６(シード層)のうねりも、前記界面８のうねりと概ね同等の３ｎｍ未満のレベルに抑えられた。断面ＴＥＭによる格子像においても、比較例１に比べてＳｉＣの配向性に改善がみられた。ただし、ＳＯＩ−Ｃを出発材科とした場合には、単結晶ＳｉＣ層６(シード層)の直下に、深さ、横方向サイズ共に約１００ｎｍの空隙（ボイド）が発生した。下記の表１に、実施例１および比較例１の評価結果を纏める。

〔実施例２〕
ＳＯＩ−Ａを出発材料とした実施例１の製法による単結晶ＳｉＣ層６(シード層)形成済のサンプルを、減圧エピタキシャル成長炉に挿入し、約２×１０^−４ｔｏｒｒの減圧下にてモノメチルシランを３ｓｃｃｍで当該エピタキシャル成長炉に導入しつつ、ウェハ温度が１１５０℃に達するまで加熱昇温し、当該温度で１０分間保持した。この工程により、単結晶ＳｉＣ層６(シード層)上に約１００ｎｍ厚の単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７が堆積された。このあと、エピタキシャル成長炉の加熱用ヒーターへの通電を止め、同時にモノメチルシランガスの導入を止め、この状態で電気炉の試料全体が所定の低温、例えば８０℃程度に低下するまで冷却してウエハを炉外に取り出した。

〔比較例２〕
ＳＯＩ−Ｒｅｆを出発材料とした比較例１の製法による単結晶ＳｉＣ層６(シード層)形成済のサンプルを、減圧エピタキシャル成長炉に挿入し、実施例２と同条件で、単結晶ＳｉＣ層６(シード層)上に約１００ｎｍ厚の単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７を堆積した。

〔実施例２および比較例２の評価〕
実施例２ならびに比較例２の製法によるＳｉＣエピタキシャル層について、断面ＴＥＭ像の観察による評価、およびＸ線回折ロッキングカーブ法による評価を行った。

ＳＯＩ−Ａを出発材料とした実施例２の製法による単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７の断面ＴＥＭ像を図５に示す。約１００ｎｍ厚の単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７が単結晶ＳｉＣ層６(シード層)の上部に形成され、その下層に、３〜７ｎ１１１厚の残存Ｓｉ層５が残されている。図４で示した埋め込み絶縁層４上部界面８の良好な平坦性は、引き続きＳｉＣエピタキシャル工程を実施した後にも維持されていた。

同様に、ＳＯＩ−Ｂ、ＳＯＩ−Ｃを出発材料とした場合にも、埋め込み絶縁層４上部界面８の良好な平坦性はＳｉＣエピタキシャルエ程を実施した後も維持されていることが確認された。

実施例２、ならびに比較例２の製法による各単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７について、Ｘ線回析ロッキングカーブ法により、ＳｉＣ（１１１）ピークの半値幅を評価した。下記の表２に評価結果を纏める。実施例２による単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７の半値幅は、比較例１の試料上に同条件で形成した単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７の半値幅の約７０〜８０％の値であり、単結晶ＳｉＣ層６(シード層)の下部に残存Ｓｉ層５を残したことにより、単結晶ＳｉＣエピタキシャル層７の結晶品質が改善することが確認された。

本発明は、大規模集積回路等に用いる半導体基板の製造等に適用することができる。

本発明の一実施形態の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す図である。上記単結晶ＳｉＣ基板の製造方法に用いる装置を示す図である。ＳＯＩ−Ｒｅｆを出発材料とした比較例１の製法による単結晶ＳｉＣ層(シード層)の断面ＴＥＭ像である。ＳＯＩ−Ａを出発材料とした実施例１の製法による単結晶ＳｉＣ層(シード層)の断面ＴＥＭ像である。ＳＯＩ−Ａを出発材料とした実施例２の製法による単結晶ＳｉＣエピタキシャル層の断面ＴＥＭ像である。

符号の説明

１Ｓｉ基板
２Ｓｉ母材
３表面Ｓｉ層
４埋め込み絶縁層
５残存Ｓｉ層
６単結晶ＳｉＣ層
７単結晶ＳｉＣエピタキシャル層
８界面
９酸化物層
１０加熱炉
１１ヒータ
１２混合器
１３ボンベ
１４ボンベ

Claims

所定厚さの表面Ｓｉ層と埋め込み絶縁層とを有するＳｉ基板を準備し、上記Ｓｉ基板を炭素系ガス雰囲気中で加熱して上記表面Ｓｉ層を単結晶ＳｉＣ層に変成させる単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、上記表面Ｓｉ層を単結晶ＳｉＣ層に変成させる際に、埋め込み絶縁層との界面近傍のＳｉ層を残存Ｓｉ層として残すことを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
上記埋め込み絶縁層との界面近傍に残存Ｓｉ層が残された単結晶ＳｉＣ基板に対しエピタキシャル成長させることにより、表面の単結晶ＳｉＣ層の上層にさらに単結晶ＳｉＣを成長させる請求項１記載の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
上記残存Ｓｉ層の厚みが３〜２０ｎｍである請求項１または２記載の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
埋め込み絶縁層を有する単結晶Ｓｉ基板の上記埋め込み絶縁層より表面側に、単結晶ＳｉＣ層が形成された単結晶ＳｉＣ基板であって、上記単結晶ＳｉＣ層と埋め込み絶縁層との界面近傍にＳｉ層が形成されていることを特徴とする単結晶ＳｉＣ基板。