JP2010278210A - Method for forming silicon carbide film - Google Patents

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Hiroyuki Matsuo
弘之 松尾
Motoi Nakao
基 中尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a silicon carbide film capable of making a silicon carbide device and a silicon device coexist on a single chip without etching a silicon carbide film having difficulty in etching. <P>SOLUTION: This method for forming the silicon carbide film 13 includes: a step for forming a mask 15a at a position covering a part of a silicon film 14 on a substrate 11 having the silicon film 14 on a surface layer, and a step for applying carbonizing treatment to the silicon film 14 of a region where the mask 15a is not formed to form the silicon carbide film 13 containing the carbonized film. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭化シリコン膜の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide film.

近年、整流素子やインバータ等の高耐圧パワーデバイスのワイドバンドギャップ半導体材料として、炭化シリコンが注目されている。炭化シリコンは、絶縁破壊電界が強く高耐圧とすることができ、さらに機械的強度、耐熱性、化学的安定性に優れるという特性を有している。このような特性を有する炭化シリコンは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の材料としても期待されている。   In recent years, silicon carbide has attracted attention as a wide band gap semiconductor material for high voltage power devices such as rectifiers and inverters. Silicon carbide has a characteristic that it has a strong dielectric breakdown electric field and can have a high breakdown voltage, and is excellent in mechanical strength, heat resistance, and chemical stability. Silicon carbide having such characteristics is also expected as a material for MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).

炭化シリコンの製造方法としては、炭化シリコン種結晶を用いた昇華再結晶法や、CVD法がある。昇華再結晶法では、1700℃近辺の超高温処理が必要であるので、低コストで効率よく炭化シリコン膜を製造することや大口径化に対応することが難しい。また、酸化シリコン膜上にCVD法で炭化シリコン膜を製造すると、変成された炭化シリコン膜が局所的に核成長を起こして粒塊となり、表面状態が荒れた疎な炭化シリコン膜となってしまう。疎な炭化シリコン膜であると、この膜を用いて構造体を形成することやこの膜上に多種材料の積層構造を形成することが困難であり、良好なMEMSを製造することが難しくなる。   As a method for producing silicon carbide, there are a sublimation recrystallization method using a silicon carbide seed crystal and a CVD method. In the sublimation recrystallization method, an ultra-high temperature treatment around 1700 ° C. is necessary, so that it is difficult to efficiently produce a silicon carbide film at low cost and cope with an increase in diameter. In addition, when a silicon carbide film is manufactured on a silicon oxide film by a CVD method, the modified silicon carbide film locally grows into nuclei and becomes a lump, resulting in a sparse silicon carbide film with a rough surface state. . In the case of a sparse silicon carbide film, it is difficult to form a structure using this film and to form a multilayer structure of various materials on this film, and it becomes difficult to manufacture a good MEMS.

このような問題点を解決するための技術が各種検討されており、例えば特許文献1及び2では、炭化シリコンを製造する方法として、SOI基板を用いる方法が開示されている。この方法は、SOI基板を収容した成膜室内に、水素ガスと炭化水素ガスの混合ガスを供給しつつ、SOI基板を加熱処理することにより、SOI基板表面の単結晶シリコン層を単結晶炭化シリコン膜に変成する方法である。また、特許文献3では、スマートカット法(登録商標)等の転写技術を用いて、表面に酸化シリコン膜を形成した支持基板上に、単結晶炭化シリコン膜を転写することでSiCOI基板を製造する方法が開示されている。   Various techniques for solving such problems have been studied. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a method using an SOI substrate as a method for manufacturing silicon carbide. In this method, a single-crystal silicon carbide layer on the surface of the SOI substrate is converted into a single-crystal silicon carbide by heat-treating the SOI substrate while supplying a mixed gas of hydrogen gas and hydrocarbon gas into a deposition chamber containing the SOI substrate. It is a method of transforming into a film. Further, in Patent Document 3, a SiCOI substrate is manufactured by transferring a single crystal silicon carbide film onto a support substrate having a silicon oxide film formed on the surface using a transfer technique such as a smart cut method (registered trademark). A method is disclosed.

特開2002−363751号公報JP 2002-363551 A 特開2003−224248号公報JP 2003-224248 A 特開2005−537678号公報JP 2005-537678 A

特許文献1〜3の技術にあっては、炭化シリコン膜を効率よく製造することができると考えられるが、以下のように問題点もある。
特許文献1及び2では、単結晶シリコン層が緻密な結晶構造であるので、これを良好に炭化するためには単結晶シリコン層を数nmの膜厚に薄膜化する必要がある。炭化されていない単結晶シリコンが残留していると、単結晶シリコン層と炭化シリコン膜の物性値(例えば格子定数や熱膨張係数)の違いにより炭化シリコン結晶中に欠陥が発生するからである。単結晶シリコン層を数nmの膜厚に高精度に薄膜化することが難しいので、得られる炭化シリコン膜の膜厚制御が困難である。また、特許文献3では、炭化シリコン膜を転写する基板として単結晶炭化シリコン基板を用いるため、コストが高く、大口径化に対応することが困難である。
In the techniques of Patent Documents 1 to 3, it is considered that the silicon carbide film can be efficiently manufactured, but there are also the following problems.
In Patent Documents 1 and 2, since the single crystal silicon layer has a dense crystal structure, it is necessary to reduce the thickness of the single crystal silicon layer to a thickness of several nanometers in order to carbonize it satisfactorily. This is because if single crystal silicon that is not carbonized remains, defects are generated in the silicon carbide crystal due to a difference in physical property values (for example, lattice constant and thermal expansion coefficient) between the single crystal silicon layer and the silicon carbide film. Since it is difficult to reduce the thickness of the single crystal silicon layer to a thickness of several nm with high accuracy, it is difficult to control the thickness of the resulting silicon carbide film. In Patent Document 3, since a single crystal silicon carbide substrate is used as a substrate to which a silicon carbide film is transferred, the cost is high and it is difficult to cope with an increase in diameter.

一方、炭化シリコンを用いたデバイスと従来のシリコンを用いたデバイスとを一つのチップに混載する技術が望まれている。一つのチップに炭化シリコンのデバイスとシリコンのデバイスを混載させるためには、炭化シリコンをエッチングする必要がある。しかしながら、炭化シリコンは結合が非常に安定であり、強力なエッチャントが必要になるので、エッチングが困難である。例えば、ウエットエッチングでは、温度数百℃の溶融水酸化カリウム(KOH)が用いられるが、非常に高温なので安全管理のためのコストがかかり量産的ではない。また、ドライエッチングでは、フロロカーボン(CF)系ガス、塩素(Cl)ガス、六フッ化硫黄(SF6)ガスの開発がされているが、エッチングレートが小さく、生産性に劣る。さらに、ドライエッチングでは、選択比が大きいマスクの材料がなく、エッチングストップ用の最適な下地膜もないので、炭化シリコン膜をエッチングすることが困難である。 On the other hand, there is a demand for a technique in which a device using silicon carbide and a conventional device using silicon are mixedly mounted on one chip. In order to mix a silicon carbide device and a silicon device on one chip, it is necessary to etch the silicon carbide. However, silicon carbide is very stable in bonding and requires a strong etchant, which makes it difficult to etch. For example, in wet etching, molten potassium hydroxide (KOH) having a temperature of several hundred degrees Celsius is used. However, since the temperature is very high, the cost for safety management is high and it is not mass-produced. In dry etching, fluorocarbon (CF) gas, chlorine (Cl 2 ) gas, and sulfur hexafluoride (SF 6) gas have been developed, but the etching rate is small and the productivity is poor. Furthermore, in dry etching, there is no mask material with a high selection ratio, and there is no optimum base film for etching stop, so it is difficult to etch the silicon carbide film.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、エッチングが困難な炭化シリコン膜をエッチングすることなく、一つのチップに炭化シリコンのデバイスとシリコンのデバイスを容易に混載させることが可能な炭化シリコン膜の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a silicon carbide device and a silicon device can be easily mixed on one chip without etching a silicon carbide film which is difficult to etch. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide film.

上記の課題を解決するため、本発明の炭化シリコン膜の製造方法は、表層にシリコン膜を有する基板上の前記シリコン膜を一部覆う位置にマスクを形成する工程と、前記マスクが形成されていない領域の前記シリコン膜を炭化処理し、炭化された膜を含んだ炭化シリコン膜を形成する工程と、を有することを特徴とする炭化シリコン膜の製造方法。
この製造方法によれば、マスクが形成されていない領域のシリコン膜を炭化処理するので、マスクが形成されている領域のシリコン膜は炭化されないでそのまま残る。このため、エッチングが困難な炭化シリコン膜をエッチングすることなく、一つのチップに炭化シリコンのデバイスとシリコンのデバイスを容易に混載させることが可能となる。また、特許文献3のように単結晶炭化シリコン基板を用いないので、コストを低くし、下地に用いる基板の口径まで大口径化に対応することが可能である。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a silicon carbide film according to the present invention includes a step of forming a mask at a position partially covering the silicon film on a substrate having a silicon film as a surface layer, and the mask is formed. And a step of carbonizing the silicon film in a non-existing region to form a silicon carbide film including the carbonized film.
According to this manufacturing method, since the silicon film in the region where the mask is not formed is carbonized, the silicon film in the region where the mask is formed remains as it is without being carbonized. Therefore, it is possible to easily mix a silicon carbide device and a silicon device on one chip without etching a silicon carbide film that is difficult to etch. In addition, since a single-crystal silicon carbide substrate is not used as in Patent Document 3, it is possible to reduce costs and cope with an increase in the diameter of the substrate used for the base.

本製造方法においては、前記炭化シリコン膜を形成する工程の前に、前記マスクが形成されていない領域の前記シリコン膜を薄膜化する工程を有していてもよい。
この製造方法によれば、シリコン膜を所定の膜厚に薄膜化するので、炭化処理でシリコン膜をほとんど残留させずに炭化シリコン膜に変成できる。このため、炭化されずに残留したシリコン膜と炭化シリコン膜とでの格子定数や熱膨張係数が異なることによる炭化シリコン膜の結晶欠陥が生じることがない。したがって、炭化シリコン膜の結晶欠陥を抑制することができ、結晶性が良好な炭化シリコン膜を製造することが可能となる。
This manufacturing method may include a step of thinning the silicon film in a region where the mask is not formed before the step of forming the silicon carbide film.
According to this manufacturing method, since the silicon film is thinned to a predetermined thickness, it can be transformed into a silicon carbide film with almost no silicon film remaining by carbonization. For this reason, a crystal defect of the silicon carbide film due to a difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the silicon film remaining without being carbonized and the silicon carbide film does not occur. Therefore, crystal defects in the silicon carbide film can be suppressed, and a silicon carbide film with good crystallinity can be manufactured.

本製造方法においては、前記シリコン膜が、単結晶シリコンとアモルファスシリコンとポリシリコンとの少なくとも一方を含むことが望ましい。
この製造方法によれば、単結晶シリコンとアモルファスシリコンとポリシリコンとの少なくとも一方を含むシリコン膜の膜厚に応じた膜厚の炭化シリコン膜が得られる。アモルファスシリコンやポリシリコンを用いた場合、シリコン膜を所定の膜厚に成膜することは、例えばSOI基板における単結晶シリコン層を所定の膜厚に薄膜化することよりも容易であるので、高精度な膜厚の炭化シリコン膜を容易に製造することができる。また、アモルファスシリコンやポリシリコンは、単結晶シリコンに比べて結晶構造が粗い(緻密でない)ので、炭化処理においてシリコン膜に炭素を均一に拡散させることができ、シリコン膜を均一かつ良好に炭化することができる。このため、シリコン膜の一部が炭化されずに残留することが回避され、格子定数や熱膨張係数がシリコン膜と炭化シリコン膜とで異なることにより結晶欠陥を生じることが防止される。したがって、緻密で均一な膜厚であり、しかも所望の膜厚の炭化シリコン膜を得ることができる。
In this manufacturing method, it is desirable that the silicon film includes at least one of single crystal silicon, amorphous silicon, and polysilicon.
According to this manufacturing method, a silicon carbide film having a thickness corresponding to the thickness of the silicon film including at least one of single crystal silicon, amorphous silicon, and polysilicon can be obtained. When amorphous silicon or polysilicon is used, it is easier to form a silicon film with a predetermined film thickness than, for example, reducing a single crystal silicon layer on an SOI substrate to a predetermined film thickness. A silicon carbide film having an accurate film thickness can be easily manufactured. In addition, since amorphous silicon and polysilicon have a coarser crystal structure (not dense) than single crystal silicon, carbon can be uniformly diffused into the silicon film during carbonization, and the silicon film is carbonized uniformly and satisfactorily. be able to. For this reason, it is avoided that a part of the silicon film remains without being carbonized, and it is possible to prevent a crystal defect from occurring due to a difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the silicon film and the silicon carbide film. Therefore, a silicon carbide film having a dense and uniform film thickness and a desired film thickness can be obtained.

本製造方法においては、前記マスクが酸化シリコン膜からなることが望ましい。
この製造方法によれば、酸化シリコン膜は炭化処理で炭化されないので、下地に炭素を透過させないように炭化処理時の保護膜として機能する。このため、マスクが形成されている領域のシリコン膜が炭化することが確実に回避され、一つのチップに炭化シリコンのデバイスとシリコンのデバイスを格段に容易に混載させることが可能となる。
In this manufacturing method, the mask is preferably made of a silicon oxide film.
According to this manufacturing method, since the silicon oxide film is not carbonized by the carbonization process, the silicon oxide film functions as a protective film during the carbonization process so as not to allow carbon to pass through the base. For this reason, it is reliably avoided that the silicon film in the region where the mask is formed is carbonized, and a silicon carbide device and a silicon device can be remarkably easily mixed on one chip.

本製造方法においては、前記マスクが窒化シリコン膜からなることが望ましい。
この製造方法によれば、窒化シリコン膜は炭化処理で炭化されないので、下地に炭素を透過させないように炭化処理時の保護膜として機能する。このため、マスクが形成されている領域のシリコン膜が炭化することが確実に回避され、一つのチップに炭化シリコンのデバイスとシリコンのデバイスを格段に容易に混載させることが可能となる。
In this manufacturing method, the mask is preferably made of a silicon nitride film.
According to this manufacturing method, since the silicon nitride film is not carbonized by the carbonization treatment, it functions as a protective film during the carbonization treatment so as not to allow carbon to permeate the base. For this reason, it is reliably avoided that the silicon film in the region where the mask is formed is carbonized, and the silicon carbide device and the silicon device can be remarkably mixed on one chip.

本製造方法においては、前記基板がシリコンからなり、前記炭化シリコン膜を形成する工程の炭化処理は、ランプアニールによる熱処理を用いて行ってもよい。
この製造方法によれば、炭化シリコン膜を形成する工程の炭化処理において昇温レートを高くすることができ、炭化シリコン膜の結晶性を良好にすることができる。
In this manufacturing method, the carbonization treatment in the step of forming the silicon carbide film with the substrate made of silicon may be performed using heat treatment by lamp annealing.
According to this manufacturing method, the rate of temperature increase can be increased in the carbonization treatment in the step of forming the silicon carbide film, and the crystallinity of the silicon carbide film can be improved.

本製造方法においては、前記基板がシリコンもしくは石英からなり、前記炭化シリコン膜を形成する工程の炭化処理は、炉アニールによる熱処理を用いて行ってもよい。
この製造方法によれば、炉アニールにより多数の基板を一括して熱処理することができるので、多数の基板上に形成された多数のシリコン膜を一括して炭化処理することができる。したがって、一括して炭化処理する基板の数を増やすほど基板一枚当たりの炭化シリコン膜の成膜時間を短くすることができ、製造効率を高めることができる。
In the present manufacturing method, the substrate is made of silicon or quartz, and the carbonization treatment in the step of forming the silicon carbide film may be performed using a heat treatment by furnace annealing.
According to this manufacturing method, since a large number of substrates can be heat-treated at once by furnace annealing, a large number of silicon films formed on a large number of substrates can be carbonized together. Therefore, as the number of substrates to be carbonized at once is increased, the time for forming the silicon carbide film per substrate can be shortened, and the manufacturing efficiency can be increased.

本製造方法においては、前記シリコン膜をCVD法を用いて形成してもよい。
この製造方法によれば、シリコン膜を形成する工程における成膜温度を低く設定することにより、シリコン膜の結晶性を低下させることができ、容易にアモルファスシリコンとポリシリコンとの少なくとも一方を含んだシリコン膜を形成することができる。また、CVD法によれば高精度な膜厚のシリコン膜を形成することができ、これを炭化処理することにより、高精度な膜厚の炭化シリコン膜を製造することが可能となる。
In this manufacturing method, the silicon film may be formed using a CVD method.
According to this manufacturing method, the crystallinity of the silicon film can be lowered by setting the film formation temperature in the process of forming the silicon film low, and at least one of amorphous silicon and polysilicon is easily included. A silicon film can be formed. Further, according to the CVD method, a silicon film with a high accuracy can be formed. By carbonizing the silicon film, a silicon carbide film with a high accuracy can be manufactured.

本製造方法においては、前記シリコン膜の膜厚を100nm以下にすることが望ましい。
本願発明者は、シリコン膜の膜厚を100nm以下にすることで、炭化処理でシリコン膜をほとんど残留させずに炭化シリコン膜に変成できることを見出した。この製造方法によれば、炭化されずに残留したシリコン膜と炭化シリコン膜とでの格子定数や熱膨張係数が異なることによる炭化シリコン膜の結晶欠陥が生じることがない。したがって、炭化シリコン膜の結晶欠陥を抑制することができ、結晶性が良好な炭化シリコン膜を製造することが可能となる。
In the present manufacturing method, it is desirable that the thickness of the silicon film is 100 nm or less.
The inventor of the present application has found that when the film thickness of the silicon film is 100 nm or less, the carbonization can be transformed into a silicon carbide film with almost no silicon film remaining. According to this manufacturing method, crystal defects of the silicon carbide film due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the silicon film remaining without being carbonized and the silicon carbide film do not occur. Therefore, crystal defects in the silicon carbide film can be suppressed, and a silicon carbide film with good crystallinity can be manufactured.

本製造方法においては、前記炭化シリコン膜を形成した後に、前記炭化された膜をシード層として、炭化シリコンをエピタキシャル成長させて厚膜化する工程を有していてもよい。
この製造方法によれば、緻密で均一な膜質のシード層が形成されるので、このように炭化された膜をシード層として炭化シリコンをエピタキシャル成長させると、緻密で均一な膜質の炭化シリコン膜を製造することができる。したがって、緻密で均一な膜質であり、しかも所望の膜厚の炭化シリコン膜を得ることができる。
In this manufacturing method, after the silicon carbide film is formed, the carbonized film may be used as a seed layer to epitaxially grow silicon carbide to increase the thickness.
According to this manufacturing method, a dense and uniform film quality seed layer is formed. Therefore, when silicon carbide is epitaxially grown using the carbonized film as a seed layer, a dense and uniform film quality silicon carbide film is manufactured. can do. Therefore, a silicon carbide film having a dense and uniform film quality and a desired film thickness can be obtained.

本製造方法においては、前記炭化シリコン膜を形成する工程の後に、前記炭化シリコン膜上に化合物半導体膜を形成する工程を有していてもよい。
この製造方法によれば、緻密で均一な膜質の炭化シリコン膜が形成されるので、この炭化シリコン膜に格子整合させて化合物半導体膜を形成すると、結晶性が良好な化合物半導体膜を得ることができる。
The manufacturing method may include a step of forming a compound semiconductor film on the silicon carbide film after the step of forming the silicon carbide film.
According to this manufacturing method, a silicon carbide film having a dense and uniform film quality is formed. Therefore, when a compound semiconductor film is formed by lattice matching with the silicon carbide film, a compound semiconductor film having good crystallinity can be obtained. it can.

第1実施形態の半導体基板の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor substrate of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体基板の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate of 1st Embodiment. 図2に続く半導体基板の製造工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a semiconductor substrate manufacturing process following FIG. 2; 第3実施形態の半導体基板の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor substrate of 3rd Embodiment. 第3実施形態の半導体基板の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate of 3rd Embodiment. 第4実施形態の半導体基板の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor substrate of 4th Embodiment. 第4実施形態の半導体基板の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate of 4th Embodiment. 図7に続く半導体基板の製造工程を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a manufacturing step of the semiconductor substrate following that of FIG. 7; 第5実施形態の半導体基板の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor substrate of 5th Embodiment. 第5実施形態の半導体基板の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor substrate of 5th Embodiment. 図10に続く半導体基板の製造工程を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating manufacturing steps of the semiconductor substrate following FIG. 10;

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における炭化シリコン膜13を有する半導体基板10の構成を模式的に示す図である。図1に示すように、半導体基板10は、シリコンからなる基板(シリコン基板)11と、酸化シリコン膜12と、炭化シリコン膜13と、アモルファスシリコンを含むシリコン膜14(以下、アモルファスシリコン膜という。)と、を備えて構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor substrate 10 having a silicon carbide film 13 in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a semiconductor substrate 10 is a substrate (silicon substrate) 11 made of silicon, a silicon oxide film 12, a silicon carbide film 13, and a silicon film 14 containing amorphous silicon (hereinafter referred to as an amorphous silicon film). ).

シリコン基板11は、酸化シリコン膜12、炭化シリコン膜13及びアモルファスシリコン膜14の下地となる基板である。このシリコン基板11は、例えば、CZ法(チョクラルスキー法)やFZ法(フローティングゾーン法)を用いて形成されたシリコンインゴットをスライス、研磨して形成される。   The silicon substrate 11 is a substrate serving as a base for the silicon oxide film 12, the silicon carbide film 13, and the amorphous silicon film 14. The silicon substrate 11 is formed by slicing and polishing a silicon ingot formed using, for example, the CZ method (Czochralski method) or the FZ method (floating zone method).

酸化シリコン膜12上には、アモルファスシリコン膜14と炭化シリコン膜13の2つの膜が混載して形成されている。炭化シリコン膜13は、アモルファスシリコン膜14を炭化して形成されている。炭化シリコン膜13は、バンドギャップ値が高く、絶縁破壊電界が強いので高耐圧とすることができ、さらに機械的強度、耐熱性、化学的安定性に優れている。このため、半導体基板10を用いると、良好な高耐圧パワーデバイスや良好なMEMSを製造することが可能である。   On the silicon oxide film 12, two films of an amorphous silicon film 14 and a silicon carbide film 13 are mixedly formed. The silicon carbide film 13 is formed by carbonizing the amorphous silicon film 14. Since the silicon carbide film 13 has a high band gap value and a strong dielectric breakdown electric field, it can have a high breakdown voltage, and is excellent in mechanical strength, heat resistance, and chemical stability. For this reason, when the semiconductor substrate 10 is used, it is possible to manufacture a good high voltage power device and a good MEMS.

酸化シリコン膜12は、シリコン基板11と、アモルファスシリコン膜14と炭化シリコン膜13の2つの膜と、の間に形成されている。酸化シリコンの膜厚T1は、例えば100nm程度の膜厚である。酸化シリコン膜12によって、シリコン基板11と、アモルファスシリコン膜14と炭化シリコン膜13の2つの膜と、が当接しないようになっている。酸化シリコン膜12は、シリコン基板11と炭化シリコン膜13との格子定数や熱膨張係数の違いを緩和する緩衝層として機能する。   The silicon oxide film 12 is formed between the silicon substrate 11 and the two films of the amorphous silicon film 14 and the silicon carbide film 13. The film thickness T1 of silicon oxide is about 100 nm, for example. The silicon oxide film 12 prevents the silicon substrate 11 and the two films of the amorphous silicon film 14 and the silicon carbide film 13 from coming into contact with each other. The silicon oxide film 12 functions as a buffer layer that alleviates the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the silicon substrate 11 and the silicon carbide film 13.

(半導体基板の製造方法)
次に、本実施形態に係る炭化シリコン膜13を有する半導体基板10の製造方法を説明する。図2及び図3は、半導体基板10の製造工程を順を追って示す工程図である。本実施形態では、シリコン基板11上に、酸化シリコン膜12を介してアモルファスシリコン膜14を形成し、このアモルファスシリコン膜14を一部覆う位置にマスク15aを形成し、このマスク15aが形成されていない領域のアモルファスシリコン膜14を炭化処理して炭化シリコン膜13を形成する。
(Semiconductor substrate manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the semiconductor substrate 10 having the silicon carbide film 13 according to the present embodiment will be described. 2 and 3 are process diagrams showing the manufacturing process of the semiconductor substrate 10 in order. In the present embodiment, an amorphous silicon film 14 is formed on a silicon substrate 11 via a silicon oxide film 12, and a mask 15a is formed at a position partially covering the amorphous silicon film 14, and the mask 15a is formed. The silicon carbide film 13 is formed by carbonizing the amorphous silicon film 14 in the non-existing region.

半導体基板10を製造する際は、先ず、図2(a)に示すように、従来と同様の手法により製造されたシリコン基板11を用意する。次に、シリコン基板11の表層を熱酸化する。これにより、図2(b)に示すように、シリコン基板11の表層に酸化シリコン膜12が形成される。酸化シリコン膜の膜厚T1は、例えば100nm程度の膜厚にする。   When manufacturing the semiconductor substrate 10, first, as shown in FIG. 2A, a silicon substrate 11 manufactured by a method similar to the conventional method is prepared. Next, the surface layer of the silicon substrate 11 is thermally oxidized. As a result, a silicon oxide film 12 is formed on the surface layer of the silicon substrate 11 as shown in FIG. The film thickness T1 of the silicon oxide film is, for example, about 100 nm.

これにより、炭化シリコン膜13がシリコン基板11と当接しなくなり、酸化シリコン膜12をシリコン基板11と炭化シリコン膜13との格子定数や熱膨張係数の違いを緩和する緩衝層として機能させることができる。その結果、炭化シリコン膜13の結晶欠陥を抑制することができ、緻密で均一な膜質の炭化シリコン膜13を製造することが可能となる。また、本製造方法により得られた炭化シリコン膜13に素子を形成してデバイスを製造すると、酸化シリコン膜12を用いて完全に素子分割ができるので、低消費電力のデバイスが得られる。   As a result, the silicon carbide film 13 does not come into contact with the silicon substrate 11, and the silicon oxide film 12 can function as a buffer layer that alleviates the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the silicon substrate 11 and the silicon carbide film 13. . As a result, crystal defects in the silicon carbide film 13 can be suppressed, and the silicon carbide film 13 having a dense and uniform film quality can be manufactured. In addition, when a device is manufactured by forming an element on the silicon carbide film 13 obtained by this manufacturing method, the device can be completely divided using the silicon oxide film 12, so that a device with low power consumption can be obtained.

次に、図2(c)に示すように、酸化シリコン膜12上に、アモルファスシリコン膜14をCVD法を用いて形成する。CVD法において基板温度を低くするほど、得られる膜の結晶性が低くなり、アモルファスのシリコン膜が得られる。CVD法によれば、高精度な膜厚のアモルファスシリコン膜14を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 2C, an amorphous silicon film 14 is formed on the silicon oxide film 12 by a CVD method. In the CVD method, the lower the substrate temperature, the lower the crystallinity of the resulting film, and an amorphous silicon film can be obtained. According to the CVD method, it is possible to form the amorphous silicon film 14 having a high precision film thickness.

本実施形態では、アモルファスシリコン膜の膜厚(シリコン膜の膜厚)T2を、30nm程度にする。これにより、炭化されずに残留したアモルファスシリコン膜14と炭化シリコン膜13とでの格子定数や熱膨張係数が異なることによる炭化シリコン膜13の結晶欠陥が生じることがない。これは、本願発明者が、アモルファスシリコン膜の膜厚T2を100nm以下にすることで、炭化処理で炭化シリコン膜13の下にアモルファスシリコン膜14をほとんど残留させずに炭化シリコン膜13に変成できることを見出したことによる。   In this embodiment, the amorphous silicon film thickness (silicon film thickness) T2 is set to about 30 nm. Thereby, crystal defects of the silicon carbide film 13 due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the amorphous silicon film 14 remaining without being carbonized and the silicon carbide film 13 do not occur. This is because the inventor of this application can change the film thickness T2 of the amorphous silicon film to 100 nm or less, so that the amorphous silicon film 14 can be transformed into the silicon carbide film 13 with almost no amorphous silicon film 14 remaining under the silicon carbide film 13 by the carbonization process. By finding out.

次に、図2(d)に示すように、アモルファスシリコン膜14の表層を熱酸化することにより、アモルファスシリコン膜14の表層に酸化シリコン膜15を形成する。次に、図3(a)に示すように、従来のフォトリソ技術を用いて酸化シリコン膜15をウエットエッチングを用いてパターニングすることにより、アモルファスシリコン膜14の一部を覆う位置にマスク15aを形成する。このマスク15aが形成されている領域は、アモルファスシリコン膜14が残る領域となる。言い換えると、マスク15aが形成されている領域は、炭化シリコン膜13が形成されない領域となる。   Next, as shown in FIG. 2D, the surface layer of the amorphous silicon film 14 is thermally oxidized to form a silicon oxide film 15 on the surface layer of the amorphous silicon film 14. Next, as shown in FIG. 3A, a mask 15a is formed at a position covering a part of the amorphous silicon film 14 by patterning the silicon oxide film 15 using wet etching using a conventional photolithography technique. To do. The region where the mask 15a is formed is a region where the amorphous silicon film 14 remains. In other words, the region where the mask 15a is formed is a region where the silicon carbide film 13 is not formed.

次に、図3(b)に示すように、マスク15aを用いて炭化処理を行い、マスク15aが形成されていない領域のアモルファスシリコン膜14を炭化する。これにより、マスク15aが形成されている領域のアモルファスシリコン膜14は炭化されないでそのまま残る。つまり、マスク15aが形成されていない領域に炭化シリコン膜13が選択的に形成される。   Next, as shown in FIG. 3B, carbonization is performed using a mask 15a to carbonize the amorphous silicon film 14 in a region where the mask 15a is not formed. Thereby, the amorphous silicon film 14 in the region where the mask 15a is formed remains as it is without being carbonized. That is, silicon carbide film 13 is selectively formed in a region where mask 15a is not formed.

アモルファスシリコン膜14の炭化処理は、赤外線加熱方式のランプアニール装置を用いて行う。炭化処理は、例えば、プロパンガス(C)等の炭化水素ガスと水素ガスとからなる混合ガスの雰囲気下、基板温度800〜1400℃の条件で行うとよい。なお、本実施形態の炭化処理は、基板裏面から基板温度をモニタリングして基板温度1160℃、処理時間60秒の条件で行う。ランプアニール装置により加熱すれば、炭化シリコン膜13を形成する際の基板温度の昇温レートを高くすることができ、シリコン基板11に比べてアモルファスシリコン膜14を高温にすることができるので、炭化シリコン膜13の結晶性を良好にすることができる。 The carbonization treatment of the amorphous silicon film 14 is performed using an infrared heating type lamp annealing apparatus. The carbonization treatment may be performed, for example, in a mixed gas atmosphere composed of a hydrocarbon gas such as propane gas (C 3 H 8 ) and a hydrogen gas at a substrate temperature of 800 to 1400 ° C. Note that the carbonization treatment of this embodiment is performed under the conditions of a substrate temperature of 1160 ° C. and a treatment time of 60 seconds by monitoring the substrate temperature from the back side of the substrate. Heating with a lamp annealing device can increase the rate of temperature rise of the substrate temperature when forming the silicon carbide film 13 and the amorphous silicon film 14 can be heated to a higher temperature than the silicon substrate 11. The crystallinity of the silicon film 13 can be improved.

また、アモルファスシリコン膜14は非結晶であるので、アモルファスシリコン膜14中に炭素を単結晶からなる膜よりも均一に拡散させることができる。また、アモルファスシリコン膜の膜厚T2を100nm以下(ここでは30nm)にしているので、アモルファスシリコン膜14中に炭素を行き渡らせることができ、アモルファスシリコン膜14をほぼ完全に炭化することができる。以上のように、アモルファスシリコン膜14が高精度な膜厚に形成されるので、所望の膜厚の炭化シリコン膜13が得られる。また、アモルファスシリコン膜14を良好に炭化することができるので、結晶欠陥が少なく緻密で均一な膜質の炭化シリコン膜13が得られる。   Further, since the amorphous silicon film 14 is amorphous, carbon can be diffused more uniformly in the amorphous silicon film 14 than a film made of a single crystal. Further, since the film thickness T2 of the amorphous silicon film is set to 100 nm or less (here, 30 nm), carbon can be distributed in the amorphous silicon film 14 and the amorphous silicon film 14 can be almost completely carbonized. As described above, since the amorphous silicon film 14 is formed with a highly accurate film thickness, the silicon carbide film 13 having a desired film thickness can be obtained. Further, since the amorphous silicon film 14 can be carbonized well, the silicon carbide film 13 having a fine and uniform film quality with few crystal defects can be obtained.

次に、図3(c)に示すように、アモルファスシリコン膜14上のマスク15aを、ウエットエッチングを行って除去する。このウエットエッチングに行う際に用いるエッチャントは、例えば希フッ化水素水溶液がある。以上の工程により、本実施形態の炭化シリコン膜13を有する半導体基板10を製造することができる。   Next, as shown in FIG. 3C, the mask 15a on the amorphous silicon film 14 is removed by wet etching. An etchant used for this wet etching is, for example, a diluted hydrogen fluoride aqueous solution. Through the above steps, the semiconductor substrate 10 having the silicon carbide film 13 of the present embodiment can be manufactured.

本実施形態の炭化シリコン膜13の製造方法によれば、マスク15aが形成されていない領域のアモルファスシリコン膜14を炭化処理するので、マスク15aが形成されている領域のアモルファスシリコン膜14は炭化されないでそのまま残る。このため、エッチングが困難な炭化シリコン膜13をエッチングすることなく、一つのチップに炭化シリコンのデバイスとシリコンのデバイスを容易に混載させることが可能となる。また、特許文献3のように単結晶炭化シリコン基板を用いないので、コストを低くし、下地に用いる基板の口径まで大口径化に対応することが可能である。   According to the method for manufacturing the silicon carbide film 13 of the present embodiment, the amorphous silicon film 14 in the region where the mask 15a is not formed is carbonized, so the amorphous silicon film 14 in the region where the mask 15a is formed is not carbonized. It remains as it is. Therefore, it is possible to easily mix a silicon carbide device and a silicon device on one chip without etching the silicon carbide film 13 that is difficult to etch. In addition, since a single crystal silicon carbide substrate is not used as in Patent Document 3, it is possible to reduce the cost and cope with an increase in the diameter of the substrate used for the base.

また、本製造方法によれば、アモルファスシリコン膜の膜厚T2に応じた膜厚の炭化シリコン膜13が得られる。アモルファスシリコン膜14を所定の膜厚に成膜することは、例えばSOI基板における単結晶シリコン層を所定の膜厚に薄膜化することよりも容易であるので、高精度な膜厚の炭化シリコン膜13を容易に製造することができる。また、アモルファスシリコンは、単結晶シリコンに比べて結晶構造が粗い(緻密でない)ので、炭化処理においてアモルファスシリコン膜14に炭素を均一に拡散させることができ、アモルファスシリコン膜14を均一かつ良好に炭化することができる。このため、アモルファスシリコン膜14の一部が炭化されずに残留することが回避され、格子定数や熱膨張係数がアモルファスシリコン膜14と炭化シリコン膜13とで異なることにより結晶欠陥を生じることが防止される。したがって、緻密で均一な膜厚であり、しかも所望の膜厚の炭化シリコン膜13を得ることができる。   Moreover, according to this manufacturing method, the silicon carbide film 13 having a film thickness corresponding to the film thickness T2 of the amorphous silicon film is obtained. Forming the amorphous silicon film 14 to a predetermined thickness is easier than, for example, reducing the thickness of the single crystal silicon layer on the SOI substrate to a predetermined thickness. 13 can be easily manufactured. In addition, since amorphous silicon has a coarser crystal structure (not dense) than single crystal silicon, carbon can be uniformly diffused into the amorphous silicon film 14 in the carbonization process, and the amorphous silicon film 14 can be carbonized uniformly and satisfactorily. can do. For this reason, it is avoided that a part of the amorphous silicon film 14 remains without being carbonized, and the occurrence of crystal defects due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the amorphous silicon film 14 and the silicon carbide film 13 is prevented. Is done. Therefore, a silicon carbide film 13 having a dense and uniform film thickness and a desired film thickness can be obtained.

また、本製造方法によれば、マスク15aが酸化シリコン膜15からなり、酸化シリコン膜15は炭化処理で炭化されないので、下地に炭素を透過させないように炭化処理時の保護膜として機能する。このため、マスク15aが形成されている領域のアモルファスシリコン膜14が炭化することが確実に回避され、一つのチップに炭化シリコンのデバイスとシリコンのデバイスを格段に容易に混載させることが可能となる。   Further, according to the present manufacturing method, the mask 15a is made of the silicon oxide film 15, and the silicon oxide film 15 is not carbonized by the carbonization process, and thus functions as a protective film during the carbonization process so as not to allow carbon to permeate the base. For this reason, it is reliably avoided that the amorphous silicon film 14 in the region where the mask 15a is formed is carbonized, and a silicon carbide device and a silicon device can be remarkably easily mixed on one chip. .

また、本製造方法によれば、シリコン基板11を下地基板に用いて、炭化シリコン膜13を形成する工程の炭化処理は、ランプアニールによる熱処理を用いて行っている。これにより、炭化シリコン膜13を形成する工程の炭化処理において昇温レートを高くすることができ、炭化シリコン膜13の結晶性を良好にすることができる。   Further, according to this manufacturing method, the carbonization treatment in the step of forming the silicon carbide film 13 using the silicon substrate 11 as the base substrate is performed using a heat treatment by lamp annealing. Thereby, the rate of temperature rise can be increased in the carbonization treatment in the step of forming silicon carbide film 13, and the crystallinity of silicon carbide film 13 can be improved.

また、本製造方法によれば、アモルファスシリコン膜14をCVD法を用いて形成しているので、アモルファスシリコン膜14を形成する工程における成膜温度を低く設定することにより、アモルファスシリコン膜14の結晶性を低下させることができ、容易にアモルファスシリコン膜14を形成することができる。また、CVD法によれば高精度な膜厚のアモルファスシリコン膜14を形成することができ、これを炭化処理することにより、高精度な膜厚の炭化シリコン膜13を製造することが可能となる。   Further, according to the present manufacturing method, since the amorphous silicon film 14 is formed using the CVD method, the crystal of the amorphous silicon film 14 is set by setting the film forming temperature low in the step of forming the amorphous silicon film 14. The amorphous silicon film 14 can be easily formed. Further, according to the CVD method, it is possible to form the amorphous silicon film 14 with a high precision film thickness, and by carbonizing this, it becomes possible to manufacture the silicon carbide film 13 with a high precision film thickness. .

また、本製造方法によれば、アモルファスシリコン膜の膜厚T2を100nm以下にしているので、炭化されずに残留したアモルファスシリコン膜14と炭化シリコン膜13とでの格子定数や熱膨張係数が異なることによる炭化シリコン膜13の結晶欠陥が生じることがない。これは、本願発明者が、アモルファスシリコン膜の膜厚T2を100nm以下にすることで、炭化処理で炭化シリコン膜13の下にアモルファスシリコン膜14をほとんど残留させずに炭化シリコン膜13に変成できることを見出したことによる。したがって、炭化シリコン膜13の結晶欠陥を抑制することができ、結晶性が良好な炭化シリコン膜13を製造することが可能となる。   Further, according to this manufacturing method, since the film thickness T2 of the amorphous silicon film is 100 nm or less, the lattice constant and the thermal expansion coefficient of the amorphous silicon film 14 and the silicon carbide film 13 that remain without being carbonized are different. This prevents the occurrence of crystal defects in the silicon carbide film 13. This is because the inventor of this application can change the film thickness T2 of the amorphous silicon film to 100 nm or less, so that the amorphous silicon film 14 can be transformed into the silicon carbide film 13 with almost no amorphous silicon film 14 remaining under the silicon carbide film 13 by the carbonization process. By finding out. Therefore, crystal defects in silicon carbide film 13 can be suppressed, and silicon carbide film 13 with good crystallinity can be manufactured.

なお、本実施形態に係る炭化シリコン膜13を形成する工程は、ランプアニールによる熱処理を用いて行っているが、これに限らない。例えば、炭化シリコン膜13を形成する工程は、レーザーアニールによる熱処理を用いて行ってもよい。   In addition, although the process of forming the silicon carbide film 13 according to the present embodiment is performed using heat treatment by lamp annealing, it is not limited to this. For example, the step of forming the silicon carbide film 13 may be performed using heat treatment by laser annealing.

なお、本製造方法では、炭化シリコン膜を形成する工程の前に、酸化シリコン膜を、基板と炭化シリコン膜との間の緩衝層として形成しているが、これに限らない。例えば、窒化シリコン膜を、基板と炭化シリコン膜との間の緩衝層として形成してもよい。   In this manufacturing method, the silicon oxide film is formed as a buffer layer between the substrate and the silicon carbide film before the step of forming the silicon carbide film, but the present invention is not limited to this. For example, a silicon nitride film may be formed as a buffer layer between the substrate and the silicon carbide film.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る炭化シリコン膜23を有する半導体基板20の構成について、第1実施形態に係る半導体基板10と同様に図1を用いて説明する。図1に示すように、半導体基板20は、石英からなる基板(石英基板)21と、酸化シリコン膜12と、炭化シリコン膜23と、ポリシリコン膜24と、を備えて構成されている。酸化シリコン膜12上には、ポリシリコン膜24と炭化シリコン膜23の2つの膜が混載して形成されている。本実施形態の半導体基板20は、基板21が石英からなる点、ポリシリコンを含むシリコン膜24(以下、ポリシリコン膜という。)からなる点、炭化シリコン膜23がポリシリコン膜24を炭化して形成されている点、で上述の第1実施形態で説明した半導体基板10と異なっている。
(Second embodiment)
Next, the configuration of the semiconductor substrate 20 having the silicon carbide film 23 according to the second embodiment of the present invention will be described using FIG. 1 in the same manner as the semiconductor substrate 10 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 20 includes a substrate (quartz substrate) 21 made of quartz, a silicon oxide film 12, a silicon carbide film 23, and a polysilicon film 24. On the silicon oxide film 12, two films of a polysilicon film 24 and a silicon carbide film 23 are formed in a mixed manner. The semiconductor substrate 20 of the present embodiment has a point that the substrate 21 is made of quartz, a point that the substrate 21 is made of a silicon film 24 containing polysilicon (hereinafter referred to as a polysilicon film), and a silicon carbide film 23 that carbonizes the polysilicon film 24. It differs from the semiconductor substrate 10 described in the first embodiment in that it is formed.

(半導体基板の製造方法)
次に、本実施形態に係る炭化シリコン膜23を有する半導体基板20の製造方法について、第1実施形態に係る製造工程と同様に図2及び図3を用いて説明する。本実施形態では、石英基板21上に、酸化シリコン膜12を介してポリシリコン膜24を形成し、このポリシリコン膜24を一部覆う位置にマスク25aを形成し、このマスク25aが形成されていない領域のポリシリコン膜24を炭化処理して炭化シリコン膜23を形成する。
(Semiconductor substrate manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the semiconductor substrate 20 having the silicon carbide film 23 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3 as in the manufacturing process according to the first embodiment. In the present embodiment, a polysilicon film 24 is formed on the quartz substrate 21 via the silicon oxide film 12, and a mask 25a is formed at a position partially covering the polysilicon film 24, and this mask 25a is formed. The polysilicon film 24 in the non-existing region is carbonized to form a silicon carbide film 23.

半導体基板20を製造する際は、先ず、図2(a)に示すように、従来と同様の手法により製造された石英基板21を用意する。次に、石英基板21上に、例えば熱CVD法を用いてシリコンの酸化された膜を成膜する。これにより、図2(b)に示すように、石英基板21上に酸化シリコン膜12が形成される。酸化シリコン膜の膜厚T1は、例えば100nm程度の膜厚にする。   When manufacturing the semiconductor substrate 20, first, as shown in FIG. 2A, a quartz substrate 21 manufactured by a method similar to the conventional method is prepared. Next, a silicon-oxidized film is formed on the quartz substrate 21 by using, for example, a thermal CVD method. As a result, the silicon oxide film 12 is formed on the quartz substrate 21 as shown in FIG. The film thickness T1 of the silicon oxide film is, for example, about 100 nm.

次に、図2(c)に示すように、酸化シリコン膜12上に、アモルファスシリコン膜14を熱アニールやレーザーアニールを用いて結晶化してポリシリコン膜24を形成する。このように、ポリシリコンをシリコン膜24として用いることにより、単結晶シリコンに比べて成膜しやすくなるので、膜厚制御が容易となる。   Next, as shown in FIG. 2C, the amorphous silicon film 14 is crystallized on the silicon oxide film 12 using thermal annealing or laser annealing to form a polysilicon film 24. Thus, by using polysilicon as the silicon film 24, it becomes easier to form a film as compared with single crystal silicon, and the film thickness can be easily controlled.

本実施形態では、ポリシリコン膜の膜厚(シリコン膜の膜厚)T2を、30nm程度にする。これにより、炭化されずに残留したポリシリコン膜24と炭化シリコン膜23とでの格子定数や熱膨張係数が異なることによる炭化シリコン膜23の結晶欠陥が生じることがない。これは、本願発明者が、ポリシリコン膜の膜厚T2を100nm以下にすることで、炭化処理で炭化シリコン膜23の下にポリシリコン膜24をほとんど残留させずに炭化シリコン膜23に変成できることを見出したことによる。   In this embodiment, the film thickness (silicon film thickness) T2 of the polysilicon film is set to about 30 nm. As a result, the crystal defect of the silicon carbide film 23 due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the polysilicon film 24 and the silicon carbide film 23 that remain without being carbonized does not occur. This is because the inventor of the present application can change the thickness of the polysilicon film T2 to 100 nm or less so that the polysilicon film 24 can be transformed into the silicon carbide film 23 with almost no polysilicon film 24 remaining under the silicon carbide film 23 by the carbonization process. By finding out.

次に、図2(d)に示すように、ポリシリコン膜24の表層にCVD法を用いて窒化シリコン膜25を形成する。次に、図3(a)に示すように、従来のフォトリソ技術を用いて窒化シリコン膜25をドライエッチングを用いてパターニングすることにより、ポリシリコン膜24の一部を覆う位置にマスク25aを形成する。   Next, as shown in FIG. 2D, a silicon nitride film 25 is formed on the surface layer of the polysilicon film 24 by CVD. Next, as shown in FIG. 3A, the silicon nitride film 25 is patterned by dry etching using a conventional photolithography technique to form a mask 25a at a position covering a part of the polysilicon film 24. Next, as shown in FIG. To do.

次に、図3(b)に示すように、マスク25aを用いて炭化処理を行い、マスク25aが形成されていない領域のポリシリコン膜24を炭化する。これにより、マスク25aが形成されている領域のポリシリコン膜24は炭化されないでそのまま残る。つまり、マスク25aが形成されていない領域に炭化シリコン膜23が選択的に形成される。   Next, as shown in FIG. 3B, carbonization is performed using a mask 25a to carbonize the polysilicon film 24 in a region where the mask 25a is not formed. As a result, the polysilicon film 24 in the region where the mask 25a is formed remains as it is without being carbonized. That is, the silicon carbide film 23 is selectively formed in a region where the mask 25a is not formed.

ポリシリコン膜24の炭化処理は、電気炉等を用いた炉アニールで行う。炭化処理は、例えば、C等の炭化水素ガスと水素ガスとからなる混合ガスの雰囲気下、基板温度800〜1400℃の条件で行うとよい。なお、本実施形態の炭化処理は、基板温度1250℃、処理時間15分の条件で行う。炉アニールにより加熱すれば、多数の石英基板21を一括して熱処理することができるので、多数の石英基板21上に形成された多数のポリシリコン膜24を一括して炭化処理することができる。 The carbonization of the polysilicon film 24 is performed by furnace annealing using an electric furnace or the like. The carbonization treatment may be performed, for example, under a condition of a substrate temperature of 800 to 1400 ° C. in an atmosphere of a mixed gas composed of a hydrocarbon gas such as C 3 H 8 and hydrogen gas. In addition, the carbonization process of this embodiment is performed on conditions with a substrate temperature of 1250 ° C. and a processing time of 15 minutes. When heated by furnace annealing, a large number of quartz substrates 21 can be heat-treated in a lump, so that a large number of polysilicon films 24 formed on a large number of quartz substrates 21 can be carbonized together.

また、ポリシリコン膜の膜厚T2を100nm以下(ここでは30nm)にしているので、ポリシリコン膜24中に炭素を行き渡らせることができ、ポリシリコン膜24をほぼ完全に炭化することができる。以上のように、ポリシリコン膜24が高精度な膜厚に形成されるので、所望の膜厚の炭化シリコン膜23が得られる。また、ポリシリコン膜24を良好に炭化することができるので、結晶欠陥が少なく緻密で均一な膜質の炭化シリコン膜23が得られる。   Further, since the film thickness T2 of the polysilicon film is set to 100 nm or less (here, 30 nm), carbon can be spread in the polysilicon film 24, and the polysilicon film 24 can be almost completely carbonized. As described above, since the polysilicon film 24 is formed with a highly accurate film thickness, the silicon carbide film 23 having a desired film thickness can be obtained. Further, since the polysilicon film 24 can be carbonized satisfactorily, a silicon carbide film 23 having a fine and uniform film quality with few crystal defects can be obtained.

次に、図3(c)に示すように、ポリシリコン膜24上の窒化シリコン膜25からなるマスク25aを、熱燐酸処理により除去する。以上の工程により、本実施形態の炭化シリコン膜23を有する半導体基板20を製造することができる。   Next, as shown in FIG. 3C, the mask 25a made of the silicon nitride film 25 on the polysilicon film 24 is removed by hot phosphoric acid treatment. The semiconductor substrate 20 having the silicon carbide film 23 of this embodiment can be manufactured through the above steps.

本実施形態の炭化シリコン膜23の製造方法によれば、ポリシリコン膜の膜厚T2に応じた膜厚の炭化シリコン膜23が得られる。ポリシリコン膜24を所定の膜厚に成膜することは、例えばSOI基板における単結晶シリコン層を所定の膜厚に薄膜化することよりも容易であるので、高精度な膜厚の炭化シリコン膜23を容易に製造することができる。このため、ポリシリコン膜24の一部が炭化されずに残留することが回避され、格子定数や熱膨張係数がポリシリコン膜24と炭化シリコン膜23とで異なることにより結晶欠陥を生じることが防止される。したがって、緻密で均一な膜厚であり、しかも所望の膜厚の炭化シリコン膜23を得ることができる。   According to the method for manufacturing the silicon carbide film 23 of the present embodiment, the silicon carbide film 23 having a thickness corresponding to the thickness T2 of the polysilicon film is obtained. Forming the polysilicon film 24 to a predetermined film thickness is easier than, for example, reducing the thickness of the single crystal silicon layer on the SOI substrate to a predetermined film thickness. 23 can be easily manufactured. For this reason, it is avoided that a part of the polysilicon film 24 remains without being carbonized, and a crystal defect is prevented from being caused by the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the polysilicon film 24 and the silicon carbide film 23. Is done. Therefore, a silicon carbide film 23 having a dense and uniform film thickness and a desired film thickness can be obtained.

また、本製造方法によれば、マスク25aが窒化シリコン膜25からなり、窒化シリコン膜25は炭化処理で炭化されないので、下地に炭素を透過させないように炭化処理時の保護膜として機能する。このため、マスク25aが形成されている領域のポリシリコン膜24が炭化することが確実に回避され、一つのチップに炭化シリコンのデバイスとシリコンのデバイスを格段に容易に混載させることが可能となる。   Further, according to the present manufacturing method, the mask 25a is made of the silicon nitride film 25, and the silicon nitride film 25 is not carbonized by the carbonization process. Therefore, carbonization of the polysilicon film 24 in the region where the mask 25a is formed is surely avoided, and a silicon carbide device and a silicon device can be remarkably mixed on one chip. .

また、本製造方法によれば、石英基板21を下地基板に用いて、炭化シリコン膜23を形成する工程の炭化処理は、炉アニールによる熱処理を用いて行っている。炉アニールにより多数の石英基板21を一括して熱処理することができるので、多数の石英基板21上に形成された多数のポリシリコン膜24を一括して炭化処理することができる。したがって、一括して炭化処理する石英基板21の数を増やすほど石英基板21一枚当たりの炭化シリコン膜23の成膜時間を短くすることができ、製造効率を高めることができる。   Further, according to the present manufacturing method, the carbonization treatment in the step of forming the silicon carbide film 23 using the quartz substrate 21 as the base substrate is performed using a heat treatment by furnace annealing. Since many quartz substrates 21 can be collectively heat-treated by furnace annealing, a large number of polysilicon films 24 formed on many quartz substrates 21 can be carbonized together. Therefore, as the number of quartz substrates 21 to be carbonized at once is increased, the deposition time of the silicon carbide film 23 per quartz substrate 21 can be shortened, and the production efficiency can be increased.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る炭化シリコン膜13Hを有する半導体基板10Aの構成について、図4を用いて説明する。本図は、図1に対応した、第3実施形態に係る炭化シリコン膜13Hを有する半導体基板10Aの構成を模式的に示す図である。本実施形態の半導体基板10Aは、炭化シリコン膜13Hがエピタキシャル成長によって厚膜化されて形成されている点で上述の第1実施形態で説明した半導体基板10と異なっている。その他の点は第1実施形態と同様であるので、図1と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, the configuration of the semiconductor substrate 10A having the silicon carbide film 13H according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This diagram schematically shows a configuration of a semiconductor substrate 10A having a silicon carbide film 13H according to the third embodiment, corresponding to FIG. The semiconductor substrate 10A of this embodiment is different from the semiconductor substrate 10 described in the first embodiment described above in that the silicon carbide film 13H is formed by thickening by epitaxial growth. Since the other points are the same as in the first embodiment, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図4に示すように、半導体基板10Aは、シリコン基板11と、酸化シリコン膜12と、エピタキシャル成長によって厚膜化された炭化シリコン膜13Hと、アモルファスシリコン膜14と、を備えて構成されている。酸化シリコン膜12上には、アモルファスシリコン膜14と厚膜化された炭化シリコン膜13Hの2つの膜が混載して形成されている。この厚膜化された炭化シリコン膜13Hの膜厚は、アモルファスシリコン膜14の膜厚よりも厚くなっている。   As shown in FIG. 4, the semiconductor substrate 10 </ b> A includes a silicon substrate 11, a silicon oxide film 12, a silicon carbide film 13 </ b> H thickened by epitaxial growth, and an amorphous silicon film 14. On the silicon oxide film 12, two films of an amorphous silicon film 14 and a thickened silicon carbide film 13H are mixedly formed. The film thickness of the thickened silicon carbide film 13 </ b> H is larger than the film thickness of the amorphous silicon film 14.

(半導体基板の製造方法)
次に、本実施形態に係る炭化シリコン膜13Hを有する半導体基板10Aの製造方法を説明する。図5は、半導体基板10Aの製造工程を順を追って示す工程図である。本実施形態では、シリコン基板11上のマスク15aが形成されていない領域のアモルファスシリコン膜14を炭化処理してシード層13aを形成し、このシード層13a上に炭化シリコンをエピタキシャル成長させてエピタキシャル層13bを形成することにより炭化シリコン膜13Hを形成する。なお、シリコン基板11上に、酸化シリコン膜12を介してアモルファスシリコン膜14を形成し、このアモルファスシリコン膜14を一部覆う位置にマスク15aを形成する工程(図2(a)〜図3(a))までは、上述の第1実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
(Semiconductor substrate manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the semiconductor substrate 10A having the silicon carbide film 13H according to the present embodiment will be described. FIG. 5 is a process chart showing the manufacturing process of the semiconductor substrate 10A step by step. In the present embodiment, the amorphous silicon film 14 in the region where the mask 15a is not formed on the silicon substrate 11 is carbonized to form a seed layer 13a, and silicon carbide is epitaxially grown on the seed layer 13a to epitaxial layer 13b. As a result, a silicon carbide film 13H is formed. Note that an amorphous silicon film 14 is formed on the silicon substrate 11 via the silicon oxide film 12, and a mask 15a is formed at a position partially covering the amorphous silicon film 14 (FIGS. 2A to 3D). The steps up to a)) are the same as those in the first embodiment described above, and thus detailed description thereof is omitted.

半導体基板10Aを製造する際は、先ず、図5(a)に示すように、マスク15aを用いて炭化処理を行い、マスク15aが形成されていない領域のアモルファスシリコン膜14を炭化する。これにより、マスク15aが形成されている領域のアモルファスシリコン膜14は炭化されないでそのまま残る。つまり、マスク15aが形成されていない領域にシード層13aが選択的に形成される。   When manufacturing the semiconductor substrate 10A, first, as shown in FIG. 5A, carbonization is performed using a mask 15a to carbonize the amorphous silicon film 14 in a region where the mask 15a is not formed. Thereby, the amorphous silicon film 14 in the region where the mask 15a is formed remains as it is without being carbonized. That is, the seed layer 13a is selectively formed in a region where the mask 15a is not formed.

アモルファスシリコン膜14の炭化処理は、上述の第1実施形態と同様に、赤外線加熱方式のランプアニール装置を用いて行う。これにより、シード層13aの結晶性を良好にすることができる。また、上述の第1実施形態と同様に、アモルファスシリコン膜14が高精度な膜厚に形成されるので、所望の膜厚のシード層13aが得られる。また、結晶欠陥が少なく緻密で均一な膜質のシード層13aが得られる。   The carbonization process of the amorphous silicon film 14 is performed using an infrared heating type lamp annealing apparatus, as in the first embodiment. Thereby, the crystallinity of the seed layer 13a can be improved. Moreover, since the amorphous silicon film 14 is formed with a highly accurate film thickness as in the first embodiment, the seed layer 13a having a desired film thickness can be obtained. Further, a dense and uniform seed layer 13a with few crystal defects can be obtained.

次に、図5(b)に示すように、シード層13a上に炭化シリコンをエピタキシャル成長させてエピタキシャル層13bを形成する。エピタキシャル成長は、例えば、水素ガスと炭化ケイ素ガスとからなる混合ガスの雰囲気下、処理温度500〜1500℃の条件で行うとよい。これにより、シード層13a上に前記混合ガス中の炭化シリコンを成長させることができ、シード層13aの結晶構造にならったエピタキシャル層13bを形成することができる。これにより、シード層13aとエピタキシャル層13bとを有する炭化シリコン膜13Hが得られる。シード層13aが緻密で均一な膜質になっているので、これに基づいて炭化シリコンをエピタキシャル成長させたエピタキシャル層13bも緻密で均一な膜質になっている。   Next, as shown in FIG. 5B, silicon carbide is epitaxially grown on the seed layer 13a to form an epitaxial layer 13b. Epitaxial growth may be performed, for example, in a mixed gas atmosphere consisting of hydrogen gas and silicon carbide gas, at a processing temperature of 500 to 1500 ° C. Thereby, silicon carbide in the mixed gas can be grown on the seed layer 13a, and the epitaxial layer 13b having the crystal structure of the seed layer 13a can be formed. Thereby, silicon carbide film 13H having seed layer 13a and epitaxial layer 13b is obtained. Since the seed layer 13a has a dense and uniform film quality, the epitaxial layer 13b obtained by epitaxially growing silicon carbide based on the seed layer 13a also has a dense and uniform film quality.

次に、図5(c)に示すように、アモルファスシリコン膜14上の酸化シリコン15からなるマスク15aを、ウエットエッチングにより除去する。以上の工程により、本実施形態の炭化シリコン膜13Hを有する半導体基板10Aを製造することができる。   Next, as shown in FIG. 5C, the mask 15a made of silicon oxide 15 on the amorphous silicon film 14 is removed by wet etching. Through the above steps, the semiconductor substrate 10A having the silicon carbide film 13H of the present embodiment can be manufactured.

本実施形態の炭化シリコン膜13Hの製造方法によれば、緻密で均一な膜質のシード層13aが形成されるので、このように炭化された膜をシード層13aとして炭化シリコンをエピタキシャル成長させると、緻密で均一な膜質の炭化シリコン膜13Hを製造することができる。したがって、緻密で均一な膜質であり、しかも所望の膜厚の炭化シリコン膜13Hを得ることができる。   According to the method for manufacturing the silicon carbide film 13H of the present embodiment, the seed layer 13a having a dense and uniform film quality is formed. Therefore, when silicon carbide is epitaxially grown using the carbonized film as a seed layer 13a, the seed layer 13a is dense. Thus, a silicon carbide film 13H having a uniform film quality can be manufactured. Therefore, a silicon carbide film 13H having a dense and uniform film quality and a desired film thickness can be obtained.

なお、本実施形態の製造方法では、シリコン基板11上の酸化シリコン膜15からなるマスク15aが形成されていない領域のアモルファスシリコン膜14を炭化処理してシード層13aを形成し、このシード層13a上に炭化シリコンをエピタキシャル成長させてエピタキシャル層13bを形成することにより炭化シリコン膜13Hを有する半導体基板10Aを製造しているが、これに限らない。   In the manufacturing method of this embodiment, the amorphous silicon film 14 in the region where the mask 15a made of the silicon oxide film 15 on the silicon substrate 11 is not formed is carbonized to form the seed layer 13a, and the seed layer 13a The semiconductor substrate 10A having the silicon carbide film 13H is manufactured by epitaxially growing silicon carbide thereon to form the epitaxial layer 13b. However, the present invention is not limited to this.

例えば、シリコン基板11に代えて石英基板21を用いてもよいし、酸化シリコン膜15からなるマスク15aに代えて窒化シリコン膜25からなるマスク25aを用いてもよい。このようにして、石英基板21上の窒化シリコン膜25からなるマスク25aが形成されていない領域のポリシリコン膜24を炭化処理してシード層23aを形成し、このシード層23a上に炭化シリコンをエピタキシャル成長させてエピタキシャル層23bを形成することにより炭化シリコン膜23Hを有する半導体基板20Aを製造してもよい。   For example, a quartz substrate 21 may be used instead of the silicon substrate 11, or a mask 25 a made of a silicon nitride film 25 may be used instead of the mask 15 a made of the silicon oxide film 15. In this manner, the polysilicon film 24 in the region where the mask 25a made of the silicon nitride film 25 on the quartz substrate 21 is not formed is carbonized to form the seed layer 23a, and silicon carbide is formed on the seed layer 23a. The semiconductor substrate 20A having the silicon carbide film 23H may be manufactured by epitaxial growth to form the epitaxial layer 23b.

なお、本製造方法では、基板上に、アモルファスシリコンまたはポリシリコンを含むシリコン膜を形成しているが、これに限らない。例えば、アモルファスシリコン膜とポリシリコン膜との積層膜をシリコン膜として形成してもよい。すなわち、アモルファスシリコンとポリシリコンとの少なくとも一方を含むシリコン膜を形成すればよい。   In this manufacturing method, a silicon film containing amorphous silicon or polysilicon is formed on a substrate, but the present invention is not limited to this. For example, a laminated film of an amorphous silicon film and a polysilicon film may be formed as a silicon film. That is, a silicon film including at least one of amorphous silicon and polysilicon may be formed.

なお、本製造方法では、炭化シリコン膜を形成する工程の前に、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を、基板と炭化シリコン膜との間の緩衝層として形成しているが、これに限らない。例えば、基板と炭化シリコン膜との間に緩衝層を形成せずに、基板上面に炭化シリコン膜を形成してもよい。   In this manufacturing method, the silicon oxide film or the silicon nitride film is formed as a buffer layer between the substrate and the silicon carbide film before the step of forming the silicon carbide film, but the present invention is not limited to this. For example, a silicon carbide film may be formed on the upper surface of the substrate without forming a buffer layer between the substrate and the silicon carbide film.

なお、本製造方法では、シリコン膜をCVD法を用いて形成しているが、これに限らない。例えば、シリコン膜をスパッタ法や塗布を用いて形成してもよい。   In this manufacturing method, the silicon film is formed using the CVD method, but the present invention is not limited to this. For example, a silicon film may be formed using a sputtering method or coating.

なお、本製造方法では、シリコン膜の膜厚は30nm程度の膜厚にしているが、これに限らず、100nm以下にすることができる。これは、本願発明者が、シリコン膜の膜厚を100nm以下にすることで、炭化処理工程でシリコンが残留することなく、シリコン膜をすべて炭化シリコン膜に変成できることを見出したことによる。   In the present manufacturing method, the film thickness of the silicon film is about 30 nm. However, the thickness is not limited to this, and can be 100 nm or less. This is because the inventor of the present application has found that the silicon film can be transformed into a silicon carbide film without any silicon remaining in the carbonization process by making the film thickness of the silicon film 100 nm or less.

なお、本製造方法では、アモルファスシリコンまたはポリシリコンを含むシリコン膜を炭化処理するときに、処理温度800〜1400℃の条件で行っている。これにより、アモルファスシリコンまたはポリシリコンが、再結晶して結晶化が進む。その結果、炭化シリコン膜を、炭化処理前のシリコン膜より結晶性をよくすることができると本願発明者は推測している。   In the present manufacturing method, when a silicon film containing amorphous silicon or polysilicon is carbonized, it is performed under conditions of a processing temperature of 800 to 1400 ° C. Thereby, amorphous silicon or polysilicon is recrystallized and crystallization proceeds. As a result, the inventors of the present application speculate that the silicon carbide film can be more crystalline than the silicon film before carbonization.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係る炭化シリコン膜33を有する半導体基板30の構成について、図6を用いて説明する。本図は、図1に対応した、第4実施形態に係る炭化シリコン膜33を有する半導体基板30の構成を模式的に示す図である。本実施形態の半導体基板30は、SOI基板を用いて炭化シリコン膜33が形成されている点、で上述の第1実施形態で説明した半導体基板10と異なっている。
(Fourth embodiment)
Next, the configuration of the semiconductor substrate 30 having the silicon carbide film 33 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This diagram schematically shows the configuration of the semiconductor substrate 30 having the silicon carbide film 33 according to the fourth embodiment, corresponding to FIG. The semiconductor substrate 30 of this embodiment is different from the semiconductor substrate 10 described in the first embodiment in that a silicon carbide film 33 is formed using an SOI substrate.

図6に示すように、半導体基板30は、シリコン基板31と、酸化シリコン膜32と、表面活性シリコン膜34と、この表面活性シリコン膜34を一部薄膜化して炭化処理された炭化シリコン膜33と、を備えて構成されている。言い換えると、半導体基板30は、シリコン基板31と、酸化シリコン膜32と、表面活性シリコン膜34と、からなるSOI基板の表面活性シリコン膜34を一部薄膜化して炭化処理された炭化シリコン膜33を有している。酸化シリコン膜32上には、表面活性シリコン膜34と炭化シリコン膜33の2つの膜が混載して形成されている。   As shown in FIG. 6, a semiconductor substrate 30 includes a silicon substrate 31, a silicon oxide film 32, a surface active silicon film 34, and a silicon carbide film 33 that has been carbonized by partially thinning the surface active silicon film 34. And is configured. In other words, the semiconductor substrate 30 includes a silicon carbide film 33 that has been carbonized by partially thinning the surface active silicon film 34 of the SOI substrate including the silicon substrate 31, the silicon oxide film 32, and the surface active silicon film 34. have. On the silicon oxide film 32, two films of a surface active silicon film 34 and a silicon carbide film 33 are mixedly formed.

(半導体基板の製造方法)
次に、本実施形態に係る炭化シリコン膜33を有する半導体基板30の製造方法を説明する。図7及び図8は、半導体基板30の製造工程を順を追って示す工程図である。本実施形態では、SOI基板の表面活性シリコン膜34を一部薄膜化して炭化処理することにより炭化シリコン膜33を形成する。
(Semiconductor substrate manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the semiconductor substrate 30 having the silicon carbide film 33 according to the present embodiment will be described. 7 and 8 are process diagrams showing the manufacturing process of the semiconductor substrate 30 in order. In the present embodiment, the silicon carbide film 33 is formed by thinning a part of the surface active silicon film 34 of the SOI substrate and performing carbonization.

半導体基板30を製造する際は、先ず、図7(a)に示すように、シリコン基板31と、酸化シリコン膜32と、表面活性シリコン膜34と、からなるSOI基板を用意する。次に、SOI基板の表面活性シリコン膜34の表層を熱酸化する。これにより、表面活性シリコン膜34の表層に酸化シリコン膜35が形成される。   When manufacturing the semiconductor substrate 30, first, as shown in FIG. 7A, an SOI substrate including a silicon substrate 31, a silicon oxide film 32, and a surface active silicon film 34 is prepared. Next, the surface layer of the surface active silicon film 34 of the SOI substrate is thermally oxidized. As a result, a silicon oxide film 35 is formed on the surface layer of the surface active silicon film 34.

次に、図7(b)に示すように、酸化シリコン膜35上に、例えばCVD法により、窒化シリコン膜36を形成する。次に、図7(c)に示すように、従来のフォトリソ技術を用いて窒化シリコン膜36をドライエッチングを用いてパターニングすることにより、表面活性シリコン膜34上の酸化シリコン膜35の一部を覆う位置にマスク36aを形成する。   Next, as shown in FIG. 7B, a silicon nitride film 36 is formed on the silicon oxide film 35 by, eg, CVD. Next, as shown in FIG. 7C, a part of the silicon oxide film 35 on the surface active silicon film 34 is formed by patterning the silicon nitride film 36 by dry etching using a conventional photolithography technique. A mask 36a is formed at the covering position.

次に、図7(d)に示すように、マスク36aを用いて熱酸化処理を行い、マスク36aが形成されていない領域の表面活性シリコン膜34を酸化する。この酸化処理は、マスク36aが形成されていない領域の表面活性シリコン膜34の膜厚が10nm以下となる程度に行うのがよい。本実施形態では、マスク36aが形成されていない領域の表面活性シリコン膜34の膜厚を5nm程度にする。   Next, as shown in FIG. 7D, thermal oxidation is performed using a mask 36a to oxidize the surface active silicon film 34 in a region where the mask 36a is not formed. This oxidation treatment is preferably performed to such an extent that the film thickness of the surface active silicon film 34 in the region where the mask 36a is not formed becomes 10 nm or less. In the present embodiment, the thickness of the surface active silicon film 34 in the region where the mask 36a is not formed is about 5 nm.

次に、図8(a)に示すように、マスク36aを用いてウエットエッチングを行い、マスク36aが形成されていない領域の酸化シリコン膜35を除去する。これにより、マスク36aが形成されていない領域に、所定の膜厚に薄膜化された表面活性シリコン膜34が露出する。また、マスク36aと重なる位置に、酸化シリコン膜35からなるマスク35aが、マスク36aと同様のパターンで形成される。次に、図8(b)に示すように、熱燐酸処理を行い、マスク35a上の窒化シリコン膜36からなるマスク36aを除去する。   Next, as shown in FIG. 8A, wet etching is performed using a mask 36a to remove the silicon oxide film 35 in a region where the mask 36a is not formed. As a result, the surface active silicon film 34 thinned to a predetermined thickness is exposed in a region where the mask 36a is not formed. Further, a mask 35a made of the silicon oxide film 35 is formed in the same pattern as the mask 36a at a position overlapping the mask 36a. Next, as shown in FIG. 8B, thermal phosphoric acid treatment is performed to remove the mask 36a made of the silicon nitride film 36 on the mask 35a.

次に、図8(c)に示すように、マスク35aを用いて炭化処理を行い、マスク35aが形成されていない領域の表面活性シリコン膜34を炭化する。これにより、マスク35aが形成されている領域の表面活性シリコン膜34は炭化されないでそのまま残る。つまり、マスク35aが形成されていない領域に炭化シリコン膜33が選択的に形成される。また、上述のように、マスク35aが形成されていない領域の表面活性シリコン膜34を所定の膜厚に薄膜化しているので、炭化処理で炭化シリコン膜33の下に表面活性シリコン膜34をほとんど残留させずに炭化シリコン膜33に変成できる。   Next, as shown in FIG. 8C, carbonization is performed using a mask 35a to carbonize the surface active silicon film 34 in a region where the mask 35a is not formed. As a result, the surface active silicon film 34 in the region where the mask 35a is formed remains as it is without being carbonized. That is, the silicon carbide film 33 is selectively formed in a region where the mask 35a is not formed. Further, as described above, since the surface active silicon film 34 in the region where the mask 35a is not formed is thinned to a predetermined thickness, the surface active silicon film 34 is almost below the silicon carbide film 33 by carbonization. The silicon carbide film 33 can be transformed without remaining.

次に、図8(d)に示すように、表面活性シリコン膜34上の酸化シリコン膜35からなるマスク35aを、ウエットエッチングにより除去する。以上の工程により、本実施形態の炭化シリコン膜33を有する半導体基板30を製造することができる。   Next, as shown in FIG. 8D, the mask 35a made of the silicon oxide film 35 on the surface active silicon film 34 is removed by wet etching. Through the above steps, the semiconductor substrate 30 having the silicon carbide film 33 of the present embodiment can be manufactured.

本実施形態の炭化シリコン膜33の製造方法によれば、表面活性シリコン膜34を所定の膜厚に薄膜化するので、炭化処理で炭化シリコン膜33の下に表面活性シリコン膜34をほとんど残留させずに炭化シリコン膜33に変成できる。このため、炭化されずに残留した表面活性シリコン膜34と炭化シリコン膜33とでの格子定数や熱膨張係数が異なることによる炭化シリコン膜33の結晶欠陥が生じることがない。したがって、炭化シリコン膜33の結晶欠陥を抑制することができ、結晶性が良好な炭化シリコン膜33を製造することが可能となる。   According to the method for manufacturing the silicon carbide film 33 of the present embodiment, the surface active silicon film 34 is thinned to a predetermined thickness, so that the surface active silicon film 34 is almost left under the silicon carbide film 33 by carbonization. Without being transformed into the silicon carbide film 33. Therefore, crystal defects of silicon carbide film 33 due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between surface active silicon film 34 and silicon carbide film 33 that remain without being carbonized do not occur. Therefore, crystal defects of silicon carbide film 33 can be suppressed, and silicon carbide film 33 with good crystallinity can be manufactured.

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態に係る半導体基板30Aの構成について、図9を用いて説明する。本図は、図6に対応した、第5実施形態に係る半導体基板30Aの構成を模式的に示す図である。本実施形態の半導体基板30Aは、表面活性シリコン膜34上にトランジスタ50が形成されている点、で上述の第4実施形態で説明した半導体基板30と異なっている。その他の点は第4実施形態と同様であるので、図6と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
(Fifth embodiment)
Next, the configuration of the semiconductor substrate 30A according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This diagram schematically shows a configuration of a semiconductor substrate 30A according to the fifth embodiment corresponding to FIG. The semiconductor substrate 30A of this embodiment is different from the semiconductor substrate 30 described in the fourth embodiment in that the transistor 50 is formed on the surface active silicon film 34. Since the other points are the same as in the fourth embodiment, the same elements as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図9に示すように、半導体基板30Aは、表面活性シリコン膜34上に設けられたトランジスタ50と、トランジスタ50を覆って設けられた酸化シリコンからなる絶縁膜39と、を備えて構成されている。表面活性シリコン膜34の表層には素子分離領域38aが設けられており、素子分離領域38aの間が1つのトランジスタ領域と対応している。   As shown in FIG. 9, the semiconductor substrate 30 </ b> A includes a transistor 50 provided on the surface active silicon film 34 and an insulating film 39 made of silicon oxide provided to cover the transistor 50. . An element isolation region 38a is provided on the surface layer of the surface active silicon film 34, and the space between the element isolation regions 38a corresponds to one transistor region.

トランジスタ50は、表面活性シリコン膜34上に設けられたゲート絶縁膜51と、ゲート絶縁膜51上に設けられたゲート電極52と、表面活性シリコン膜34表層におけるゲート電極52の両側に設けられたソース領域53及びドレイン領域54と、ゲート電極52の側面に設けられたサイドウォール55と、から構成されている。以上のような構成により、トランジスタ50のゲート電極52に電圧が印加されると、チャネルが形成されてソース領域53とドレイン領域54との間に電流を流すことが可能となる。   The transistor 50 is provided on both sides of the gate insulating film 51 provided on the surface active silicon film 34, the gate electrode 52 provided on the gate insulating film 51, and the gate electrode 52 in the surface layer of the surface active silicon film 34. The source region 53 and the drain region 54, and a side wall 55 provided on the side surface of the gate electrode 52 are configured. With the above structure, when a voltage is applied to the gate electrode 52 of the transistor 50, a channel is formed and a current can flow between the source region 53 and the drain region 54.

(半導体基板の製造方法)
次に、本実施形態に係るトランジスタ50を有する半導体基板30Aの製造方法を説明する。図10及び図11は、半導体基板30Aの製造工程を順を追って示す工程図である。本実施形態では、表面活性シリコン膜34の表層に素子分離領域38aを形成し、素子分離領域38aの間の表面活性シリコン膜34上にトランジスタ50を形成し、トランジスタ50を覆う絶縁膜39を形成する。なお、SOI基板を用意して熱酸化し、マスク36aを用いてウエットエッチングを行い、マスク36aが形成されていない領域の酸化シリコン膜35を除去する工程(図7(a)〜図8(a))までは、上述の第4実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
(Semiconductor substrate manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the semiconductor substrate 30A having the transistor 50 according to the present embodiment will be described. 10 and 11 are process diagrams sequentially showing the manufacturing process of the semiconductor substrate 30A. In the present embodiment, an element isolation region 38a is formed on the surface layer of the surface active silicon film 34, a transistor 50 is formed on the surface active silicon film 34 between the element isolation regions 38a, and an insulating film 39 covering the transistor 50 is formed. To do. A process of removing the silicon oxide film 35 in a region where the mask 36a is not formed by preparing an SOI substrate and thermally oxidizing it, and performing wet etching using the mask 36a (FIGS. 7A to 8A). )) Is the same as in the fourth embodiment described above, and detailed description thereof is omitted.

半導体基板30Aを製造する際は、先ず、図10(a)に示すように、マスク36aを用いて炭化処理を行い、マスク36aが形成されていない領域の表面活性シリコン膜34を炭化する。これにより、マスク36aが形成されている領域の表面活性シリコン膜34は炭化されないでそのまま残る。つまり、マスク36aが形成されていない領域に炭化シリコン膜33が選択的に形成される。   When manufacturing the semiconductor substrate 30A, first, as shown in FIG. 10A, carbonization is performed using a mask 36a to carbonize the surface active silicon film 34 in a region where the mask 36a is not formed. As a result, the surface active silicon film 34 in the region where the mask 36a is formed remains as it is without being carbonized. That is, the silicon carbide film 33 is selectively formed in a region where the mask 36a is not formed.

次に、図10(b)に示すように、従来のフォトリソ技術を用いて、窒化シリコンからなるマスク36a、酸化シリコンからなるマスク35aをそれぞれ所定のパターンのマスク36b、マスク35bにパターニングする。次に、図10(c)に示すように、マスク36bを用いてエッチングを行い、表面活性シリコン膜34に素子分離領域38aとなる部位に対応する溝を形成する。   Next, as shown in FIG. 10B, a mask 36a made of silicon nitride and a mask 35a made of silicon oxide are patterned into a mask 36b and a mask 35b having predetermined patterns, respectively, using a conventional photolithography technique. Next, as shown in FIG. 10C, etching is performed using a mask 36b to form a groove corresponding to a portion to be an element isolation region 38a in the surface active silicon film 34. Next, as shown in FIG.

次に、図10(d)に示すように、シリコン基板31上の炭化シリコン膜33、表面活性シリコン膜34、及びマスク36bの露出する部位全体を覆って酸化シリコンからなる絶縁層38を形成する。次に、図11(a)に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)を用いて、シリコン基板31上の絶縁層38を研磨して平坦化することにより、素子分離領域38aを形成する。   Next, as shown in FIG. 10D, an insulating layer 38 made of silicon oxide is formed so as to cover the entire exposed portions of the silicon carbide film 33, the surface active silicon film 34, and the mask 36b on the silicon substrate 31. . Next, as illustrated in FIG. 11A, the element isolation region 38 a is formed by polishing and planarizing the insulating layer 38 on the silicon substrate 31 using CMP (Chemical Mechanical Polishing).

次に、図11(b)に示すように、素子分離領域38aをマスクに用いて熱燐酸処理を行い、マスク35b上の窒化シリコン膜36からなるマスク36bを除去する。次に、ウエットエッチングを用いてマスク35bを除去して、熱酸化することにより、ゲート絶縁膜51を形成する。次に、ゲート絶縁膜51上に多結晶シリコンからなるゲート電極52を形成する。次に、例えばエッチバック法を用いて、サイドウォール55を形成する。次に、素子分離領域38aとゲート電極52との間における表面活性シリコン膜34の表層に不純物を注入してソース領域53及びドレイン領域54を形成する。以上の工程により、表面活性シリコン膜34上に、ゲート絶縁膜51、ゲート電極52、ソース領域53、ドレイン領域54、及びサイドウォール55、を有するトランジスタ50が形成される。   Next, as shown in FIG. 11B, thermal phosphoric acid treatment is performed using the element isolation region 38a as a mask, and the mask 36b made of the silicon nitride film 36 on the mask 35b is removed. Next, the mask 35b is removed using wet etching, and the gate insulating film 51 is formed by thermal oxidation. Next, a gate electrode 52 made of polycrystalline silicon is formed on the gate insulating film 51. Next, the sidewall 55 is formed using, for example, an etch back method. Next, impurities are implanted into the surface layer of the surface active silicon film 34 between the element isolation region 38 a and the gate electrode 52 to form the source region 53 and the drain region 54. Through the above steps, the transistor 50 having the gate insulating film 51, the gate electrode 52, the source region 53, the drain region 54, and the sidewall 55 is formed on the surface active silicon film 34.

次に、図11(c)に示すように、トランジスタ50が形成されたシリコン基板31上に、例えばCVD法で酸化シリコンを成膜して絶縁膜39を形成する。次に、図11(d)に示すように、炭化シリコン膜33上の絶縁膜39及び素子分離領域38aの一部をエッチングにより除去する。以上の工程により、本実施形態のトランジスタ50を有する半導体基板30Aを製造することができる。   Next, as shown in FIG. 11C, an insulating film 39 is formed on the silicon substrate 31 on which the transistor 50 is formed by depositing silicon oxide by, for example, a CVD method. Next, as shown in FIG. 11D, the insulating film 39 and part of the element isolation region 38a on the silicon carbide film 33 are removed by etching. Through the above steps, the semiconductor substrate 30A having the transistor 50 of the present embodiment can be manufactured.

なお、本実施形態の製造方法では、表面活性シリコン膜34上に選択的にデバイス(トランジスタ50)を形成しているが、これに限らない。例えば、炭化シリコン膜33上にデバイスを形成してもよい。炭化シリコン膜33上にデバイスを形成することにより、高耐圧デバイスを得ることができる。炭化シリコン膜33上にデバイスを形成する工程は、上述の炭化シリコン膜33上の絶縁膜39及び素子分離領域38aの一部をエッチングにより除去する工程(図11(d))の後に行ってもよいし、マスク36aが形成されていない領域の表面活性シリコン膜34を炭化処理する工程(図10(a))の後に行ってもよい。また、炭化シリコン膜33上に各種配線を形成してもよい。   In the manufacturing method of this embodiment, a device (transistor 50) is selectively formed on the surface active silicon film 34, but the present invention is not limited to this. For example, a device may be formed on the silicon carbide film 33. By forming a device on the silicon carbide film 33, a high breakdown voltage device can be obtained. The step of forming a device on the silicon carbide film 33 may be performed after the step of removing the insulating film 39 and the element isolation region 38a on the silicon carbide film 33 by etching (FIG. 11D). Alternatively, it may be performed after the step of carbonizing the surface active silicon film 34 in the region where the mask 36a is not formed (FIG. 10A). Various wirings may be formed on the silicon carbide film 33.

なお、本製造方法において、炭化シリコン膜を形成する工程の後に、炭化された膜をシード層として炭化シリコンをエピタキシャル成長させて厚膜化する工程を有していてもよいし、炭化シリコン膜上に化合物半導体膜を形成する工程を有していてもよい。化合物半導体膜の形成材料としては、例えば窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化ホウ素(BN)、アルミニウム窒化ガリウム(AlGaN)を用いることができる。   In this manufacturing method, after the step of forming the silicon carbide film, the method may include a step of epitaxially growing silicon carbide using the carbonized film as a seed layer to increase the thickness, or on the silicon carbide film. You may have the process of forming a compound semiconductor film. As a material for forming the compound semiconductor film, for example, gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), boron nitride (BN), or aluminum gallium nitride (AlGaN) can be used.

この製造方法によれば、緻密で均一な膜質の炭化シリコン膜が形成されるので、この炭化シリコン膜に格子整合させて化合物半導体膜を形成すると、結晶性が良好な化合物半導体膜を得ることができる。   According to this manufacturing method, a silicon carbide film having a dense and uniform film quality is formed. Therefore, when a compound semiconductor film is formed by lattice matching with the silicon carbide film, a compound semiconductor film having good crystallinity can be obtained. it can.

11,31…シリコン基板(基板)、12,32,35…酸化シリコン膜、13,13H,23,23H,33…炭化シリコン膜、13a,23a…シード層、14…アモルファスシリコン膜(シリコン膜)、15a,25a,35a,35b,36a,36b…マスク、21…石英基板(基板)、25,36…窒化シリコン膜、24…ポリシリコン膜(シリコン膜)、34…表面活性シリコン膜(シリコン膜)、T2…アモルファスシリコン膜の膜厚、ポリシリコン膜の膜厚(シリコン膜の膜厚) DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 31 ... Silicon substrate (substrate), 12, 32, 35 ... Silicon oxide film, 13, 13H, 23, 23H, 33 ... Silicon carbide film, 13a, 23a ... Seed layer, 14 ... Amorphous silicon film (silicon film) , 15a, 25a, 35a, 35b, 36a, 36b ... mask, 21 ... quartz substrate (substrate), 25, 36 ... silicon nitride film, 24 ... polysilicon film (silicon film), 34 ... surface active silicon film (silicon film) ), T2... Amorphous silicon film thickness, polysilicon film thickness (silicon film thickness)

Claims (12)

表層にシリコン膜を有する基板上の前記シリコン膜を一部覆う位置にマスクを形成する工程と、
前記マスクが形成されていない領域の前記シリコン膜を炭化処理し、炭化された膜を含んだ炭化シリコン膜を形成する工程と、を有することを特徴とする炭化シリコン膜の製造方法。
Forming a mask at a position partially covering the silicon film on the substrate having a silicon film as a surface layer;
And carbonizing the silicon film in a region where the mask is not formed to form a silicon carbide film including the carbonized film.
前記炭化シリコン膜を形成する工程の前に、前記マスクが形成されていない領域の前記シリコン膜を薄膜化する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   2. The method of manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, further comprising a step of thinning the silicon film in a region where the mask is not formed before the step of forming the silicon carbide film. 前記シリコン膜が、アモルファスシリコンとポリシリコンとの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the silicon film includes at least one of amorphous silicon and polysilicon. 前記シリコン膜が、単結晶シリコンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the silicon film includes single crystal silicon. 前記マスクが酸化シリコン膜からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the mask is made of a silicon oxide film. 前記マスクが窒化シリコン膜からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the mask is made of a silicon nitride film. 前記基板がシリコンからなり、前記炭化シリコン膜を形成する工程の炭化処理は、ランプアニールによる熱処理を用いて行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   The silicon carbide film according to claim 1, wherein the substrate is made of silicon, and the carbonization treatment in the step of forming the silicon carbide film is performed using a heat treatment by lamp annealing. Production method. 前記基板がシリコンもしくは石英からなり、前記炭化シリコン膜を形成する工程の炭化処理は、炉アニールによる熱処理を用いて行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   The silicon carbide according to claim 1, wherein the substrate is made of silicon or quartz, and the carbonization treatment in the step of forming the silicon carbide film is performed using a heat treatment by furnace annealing. A method for producing a membrane. 前記シリコン膜をCVD法を用いて形成することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   The method for producing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the silicon film is formed by a CVD method. 前記シリコン膜の膜厚を100nm以下にすることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the thickness of the silicon film is 100 nm or less. 前記炭化シリコン膜を形成した後に、前記炭化された膜をシード層として、炭化シリコンをエピタキシャル成長させて厚膜化する工程を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   11. The method according to claim 1, further comprising a step of forming a thick film by epitaxially growing silicon carbide using the carbonized film as a seed layer after forming the silicon carbide film. A method for manufacturing a silicon carbide film. 前記炭化シリコン膜を形成する工程の後に、前記炭化シリコン膜上に化合物半導体膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。   The method for producing a silicon carbide film according to claim 1, further comprising a step of forming a compound semiconductor film on the silicon carbide film after the step of forming the silicon carbide film. .
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