JP2016023117A - 立方晶炭化珪素半導体基板、および立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶欠陥を効率的に低減して、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を得ることが可能な立方晶炭化珪素半導体基板及び立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の立方晶炭化珪素半導体基板は、シリコン基板と、シリコン基板の表面に形成された第１炭化珪素膜と、第１炭化珪素膜の表面に形成された開口部を有するマスク材と、マスク材及び炭化珪素膜を覆う第２炭化珪素膜と、を有し、マスク材は、第１炭化珪素膜の平面視における一方向に対して所定の傾斜角度θで傾いていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、立方晶炭化珪素半導体基板、および立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法に関するものである。

ワイドバンドギャップ半導体である炭化珪素（ＳｉＣ）は、従来のシリコン（Ｓｉ）と比べて２倍以上のバンドギャップを有しており、高耐圧デバイス用の材料として注目されている。このＳｉＣは結晶形成温度がＳｉと比べて高温であるため液相からの引上げ法による単結晶インゴットの形成が困難であり、昇華法による単結晶インゴットの形成がなされている。しかしながら、昇華法においては大口径で結晶欠陥の少ないＳｉＣ基板を形成することが非常に難しい。このため、現在市販化されているＳｉＣ基板の口径は３〜４インチであり、その価格も非常に高価になっている。

ＳｉＣの種類には、その結晶構造によって、立方晶（３Ｃ‐ＳｉＣ）や六方晶（４Ｈ‐ＳｉＣ、６Ｈ‐ＳｉＣ）などのＳｉＣがある。この中でも立方晶の結晶構造を有するＳｉＣ（３Ｃ‐ＳｉＣ）は比較的に低温で形成可能であり、Ｓｉ基板上に直接エピタキシャル成長を行うことができる。そこで、ＳｉＣ基板の大口径化の手段としてＳｉ基板の表面に３Ｃ‐ＳｉＣを結晶成長させるヘテロエピタキシャル技術が検討されている。

ところが、Ｓｉ、３Ｃ‐ＳｉＣの格子定数はそれぞれ０．５４３ｎｍ、０．４３６ｎｍと約２０％の差がある。また、Ｓｉと３Ｃ‐ＳｉＣの熱膨張係数もそれぞれ２．５５×１０^−６Ｋ^−１、２．７７×１０^−６Ｋ^−１と約８％の差がある。このようにＳｉと３Ｃ‐ＳｉＣとでは格子定数及び熱膨張係数が異なることから、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を得ることが難しい。また、結晶欠陥の発生や格子定数差、熱膨張率差の影響によって、エピタキシャル膜に反りやクラックが発生するといった課題がある。

このような問題を解決するための技術が検討されており、例えば、特許文献１では、基板上あるいは積層された層の上に、点状、ストライプ状、格子状などの縞状を呈する非成長領域パターンを形成し、エピタキシャル膜を分割して成長させることで、反りやクラックが生じるのを防止する方法が記載されている。

特開平１１−１８１５６７号公報

上記した特許文献１の方法では、非成長領域パターンの壁面で結晶欠陥を終端させることはできるが、結晶欠陥の伝搬方向を考慮して、パターン形状や寸法を設計しなければ、結晶欠陥を効率的に低減していくことは難しいという問題がある。

本発明の一態様は、結晶欠陥を効率的に低減して、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を得ることが可能な立方晶炭化珪素半導体基板及び立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法を提供するものである。

本発明の立方晶炭化珪素半導体基板は、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に形成された第１炭化珪素膜と、開口部を有し、前記第１炭化珪素膜の表面に形成されたマスク材と、前記マスク材及び前記第１炭化珪素膜を覆う第２炭化珪素膜と、を有し、記シリコン基板の前記表面がミラー指数（１００）で表される結晶面をなしており、前記マスク材は、（１００）面上の［１１０］方向に対して傾いていることを特徴とする。

この立方晶炭化珪素半導体基板によれば、マスク材が（１００）面上の［１１０］方向に対して傾いていることから、（１００）面上の［１１０］方向に沿って伸展した面欠陥がマスク材によって終端した状態となっている。つまり、第１炭化珪素膜から第２炭化珪素膜内に伝搬した結晶欠陥の殆どがマスク材によって終端しており、表面近傍において極めて欠陥密度の小さい領域を有する第２炭化珪素膜となっている。
よって、第１炭化珪素膜に由来する結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜からなる第２炭化珪素膜を有する立法結晶炭化珪素半導体基板を提供できる。

また、立方晶炭化珪素半導体基板においては、前記マスク材の傾斜角度θが３０°≦θ≦６０°の範囲内であるとき、前記マスク材の膜厚Ｌを前記開口部の幅Ｗの３倍とする構成としてもよい。

この立方晶炭化珪素半導体基板によれば、第２炭化珪素膜内の結晶欠陥がマスク材によって終端している。そのため第２炭化珪素膜は、その表面近傍において第１炭化珪素膜に由来する結晶欠陥がほとんどない領域を有している。

また、立方晶炭化珪素半導体基板においては、前記マスク材は、複数の前記開口部を有するストライプ状に形成されている構成としてもよい。

この立方晶炭化珪素半導体基板によれば、一方向（基材の［１１０］方向）に伸展した面欠陥がマスク材において終端している。

本発明の立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法は、シリコン基板の表面に第１炭化珪素膜を形成する第１の工程と、前記第１炭化珪素膜上に開口部を有するマスク材を形成する第２の工程と、前記開口部から露出した前記第１炭化珪素膜の表面から第２炭化珪素膜をエピタキシャル成長させる第３の工程と、を有し、前記第２の工程において、ミラー指数（１００）で表される結晶面をなす前記シリコン基板の前記表面上の［１１０］方向に対して傾くように前記マスク材をパターン形成することを特徴とする。

この立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法によれば、（１００）面上の［１１０］方向に沿って伸展する結晶欠陥をマスク材において終端させることができる。つまり、第１炭化珪素膜から第２炭化珪素膜内に伝搬した結晶欠陥の殆どをマスク材によって終端させることができ、第２炭化珪素膜の表面近傍において極めて欠陥密度の小さい領域を実現することが可能である。よって、第１炭化珪素膜に由来する結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜からなる第２炭化珪素膜を有する立法結晶炭化珪素半導体基板を提供できる。

本発明の立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法においては、前記第２の工程において、前記マスク材の傾斜角度θが３０°≦θ≦６０°の範囲内としたとき、前記マスク材の膜厚Ｌを前記開口部の幅Ｗの３倍としてもよい。

この立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法によれば、第１炭化珪素膜から第２炭化珪素膜内に伝搬した結晶欠陥の殆どをマスク材によって効果的に終端させることが可能である。よって、第２炭化珪素膜は、その表面近傍において第１炭化珪素膜に由来する結晶欠陥がほとんどない領域を有している。

本発明の立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法においては、前記第１の工程において前記第１炭化珪素膜を形成する前に、前記シリコン基板の前記表面を洗浄して清浄面としておいてもよい。

この立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法によれば、シリコン基板の表面に付着している酸化膜などを除去する洗浄を行うことにより、シリコン基板の表面を清浄面とすることができる。これにより、シリコン基板の表面に第１炭化珪素膜を良好に形成することができる。

本発明の立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法においては、前記表面の洗浄に、希フッ酸水溶液を用いてもよい。

この立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法によれば、シリコン基板の表面の洗浄に希フッ酸水溶液を用いることにより、シリコン基板の表面を効率よく清浄面とすることができる。

本発明の一実施形態である立方晶炭化珪素半導体基板を示す断面図。 本発明の一実施形態である半導体基板を示す平面図。 （Ａ），（Ｂ）は、立方晶炭化珪素半導体基板を示す要部断面図。 （Ａ）〜（Ｄ）は、実施形態の立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法を示す過程図。 比較例としてのマスク材のストライプ形状を示す平面図。 本発明の一実施形態における所定の傾斜角度θで傾いたマスク材のストライプ形状を示す平面図。 立方晶炭化珪素半導体基板の部分断面図であって、マスク材の開口部の幅Ｗと面欠陥を終端させるために必要なマスク材の膜厚の関係を示した図。

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、実際の構造における縮尺や数等が異なっている。

図１は、本発明の一実施形態である立方晶炭化珪素半導体基板を示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態である半導体基板を示す平面図である。なお、図２においては、単結晶炭化珪素膜の図示を省略している。

図１及び図２に示すように、立方晶炭化珪素半導体基板１は、シリコン基板１１と、第１炭化珪素膜１２と、マスク材１３と、第２炭化珪素膜１４と、を備えている。

シリコン基板１１は、例えば、ＣＺ法（チョクラルスキー法）により引き上げられたシリコン単結晶インゴットをスライス、研磨して形成された基板である。このシリコン基板１１の表面はミラー指数（１００）で表される結晶面をなしている。なお、結晶面の結晶軸が数度傾いたオフセット基板を用いてもよい。

なお、本実施形態では、シリコン基板１１としてシリコン単結晶基板を用いるがこれに限らない。例えば、石英、サファイア、ステンレスからなる基板上に単結晶シリコン膜を形成したものでもよい。

本願明細書において、表面が単結晶シリコンで形成されている基板、また例えば、石英、サファイア、ステンレスからなる基板上に単結晶シリコン膜を形成したものをシリコン基板という。このような単結晶シリコンの格子定数は０．５４３ｎｍである。

第１炭化珪素膜１２は、シリコン基板１１の表面に形成されている。第１炭化珪素膜１２は、立方晶炭化珪素（３Ｃ‐ＳｉＣ）の単結晶層または多結晶層である。第１炭化珪素膜１２は、シリコン基板１１の表面を炭化処理することにより形成される膜であり、第２炭化珪素膜１４を形成する際のシリコン基板１１の表面からのシリコンの昇華を抑制する。
さらに第１炭化珪素膜１２は、シリコン基板１１と第２炭化珪素膜１４との格子不整合を緩和し、第２炭化珪素膜１４に転移欠陥が生じるのを抑制する機能を有するものである。

第１炭化珪素膜１２の膜厚は、少なくとも１原子層分の膜厚で形成されていればよく、例えば２ｎｍ以上３０ｎｍ以下の膜厚とされている。

図２に示すように、第１炭化珪素膜１２は多くの結晶欠陥（以下、面欠陥１２Ｓａと称する）を含んでいる。

多数の面欠陥１２Ｓａには、（１００）面における［１１０］方向に対して平行する面欠陥Ｃ１（面欠陥１２Ｓａ）と、［１１０］方向に対して垂直な面欠陥Ｃ２（面欠陥１２Ｓａ）と、がある。マスク材２３は、面欠陥Ｃ１，Ｃ２の各延在方向に対して傾いて延在している。そのため、いずれの面欠陥Ｃ１，Ｃ２もマスク材２３の側面１３ｂに当接して終端している。

マスク材１３は、図２に示すように、第１炭化珪素膜１２の表面（１００）面にストライプ状にパターン形成されている。マスク材１３には、第１炭化珪素膜１２の表面を露出する複数の開口部１３ｈが形成されている（図１）。マスク材１３は、（１００）面の［１１０］方向に対して所定の角度θで傾く方向へ延在している（図２）。

マスク材１３は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を含んで構成されている。なお、マスク材１３は、窒化シリコンや酸化アルミニウムを含んで構成されていてもよい。

なお、マスク材１３の材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）に限られるものではなく、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いてもよい。マスク材１３の表面から立方晶炭化珪素（３Ｃ‐ＳｉＣ）がエピタキシャル成長することのない材料であれば用いることができる。

マスク材１３の膜厚は、５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の膜厚とされている。本実施形態では、マスク材１３の膜厚を８００ｎｍとしている。

第２炭化珪素膜１４は、開口部１３ｈから露出した第１炭化珪素膜１２及びマスク材１３を覆って形成されている。第２炭化珪素膜１４は、マスク材１３の開口部１３ｈから露出した第１炭化珪素膜１２から立方晶炭化珪素（３Ｃ‐ＳｉＣ）がエピタキシャル成長して形成された半導体膜である。３Ｃ‐ＳｉＣは、バンドギャップ値が２．２ｅＶ以上と広く、熱伝導率や絶縁破壊電界が高いため、パワーデバイス用のワイドバンドギャップ半導体として好適である。このような３Ｃ‐ＳｉＣからなる第２炭化珪素膜１４の格子定数は０．４３６ｎｍである。

図３（Ａ），（Ｂ）は、立方晶炭化珪素半導体基板を示す要部断面図である。
図３（Ａ）において、符号Ｌはマスク材１３の膜厚であり、符号Ｗはマスク材１３の開口部１３ｈの幅であり、符号αはシリコン基板１１の表面と面欠陥１２Ｓａとのなす角度である。

ここで、マスク材１３の膜厚Ｌとは、シリコン基板１１の表面に直交する方向におけるマスク材１３の長さ（マスク材１３の上面と下面との間の距離）である。開口部１３ｈの幅Ｗとは、シリコン基板１１の表面に平行な方向における開口部１３ｈの長さ（開口部１３ｈを挟んで互いに対向するマスク材１３の側面１３ｂの間の距離）である。

本実施形態において、マスク材１３の膜厚Ｌは８００ｎｍであり、開口部１３ｈの幅Ｗは５００ｎｍである。
なお、シリコン基板１１の表面と面欠陥１２Ｓａとのなす角度αは５４．７°である。

図３（Ｂ）に示すように、第１炭化珪素膜１２を有する領域ＡＲ１は、シリコン基板１１上で面欠陥１２Ｓａを最も多く含んでいる。マスク材１３と第２炭化珪素膜１４の下部を有する領域ＡＲ２は、第１炭化珪素膜１２からマスク材１３の開口部１３ｈを通じて第２炭化珪素膜１４内へ伝搬した面欠陥１２Ｓａを含む。第２炭化珪素膜１４の上部を有する領域ＡＲ３は、第１炭化珪素膜１２に由来する面欠陥１２Ｓａを殆ど含んでいない。

つまり、シリコン基板１１上の各領域ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３に含まれる面欠陥１２Ｓａの量としては、ＡＲ１＞ＡＲ２＞ＡＲ３の順で少なくなっている。第２炭化珪素膜１４の表面に向かうに従って面欠陥１２Ｓａが減少した構造をなす。

上述したように、本実施形態の立方晶炭化珪素半導体基板１は、マスク材１３がシリコン基板１１の（１００）面上の［１１０］方向に対して傾いて形成されている。そのため、マスク材１３の開口部１３ｈを通じて第１炭化珪素膜１２から伝搬し、（１００）面上の［１１０］方向に沿って伸展した面欠陥１２Ｓａは、マスク材１３の側面１３ｂにおいて終端している。このため、第２炭化珪素膜１４の表面近傍では、極めて欠陥密度の小さい領域となっている。

よって、第１炭化珪素膜１２に由来する面欠陥１２Ｓａの少ない高品質なエピタキシャル膜からなる第２炭化珪素膜１４を有する立方晶炭化珪素半導体基板１を提供できる。

［立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法］
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態の立方晶炭化珪素半導体基板１の製造方法を示す過程図である。

（シリコン基板１１の表面洗浄）
先ず、Ｓｉ（１００）基板であるシリコン基板１１を用意する。シリコン基板１１の表面は、自然酸化膜などが通常形成されているためそれを除去する洗浄を行う。洗浄には、例えば１％フッ酸水溶液を用いる。洗浄後は、純水にてさらに洗浄を行い、シリコン基板１１の表面を清浄面とする。

（第１炭化珪素膜１２の形成）
次に、洗浄したシリコン基板１１をエピタキシャル成長用のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置のチャンバー（図示略）内に収容する（図４（Ａ）参照）。

そして、シリコン基板１１の表面に炭素原料ガスｇ１を所定の流速にて供給しつつ、シリコン基板１１の温度を９００℃〜１３５０℃の範囲内の任意の温度まで昇温させ、この温度を所定時間保持してシリコン基板１１の表面を炭化させる。このようにして、シリコン基板１１の表面に炭化珪素（ＳｉＣ）膜からなる第１炭化珪素膜１２を形成する（図４（Ｂ）参照）。

この炭素原料ガスとしては、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）の他、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、メタン（ＣＨ_４）、ノルマルブタン（ｎ−Ｃ_４Ｈ_１０）、イソブタン（ｉ−Ｃ_４Ｈ_１０）、ネオペンタン（ｎｅｏ−Ｃ_５Ｈ_１２）等の炭化水素が好適に用いられる。

また、メチルシラン（ＳｉＨ_３ＣＨ_３）、ジメチルシラン（ＳｉＨ_２（ＣＨ_３）_２）、トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ_３）_３）等の有機珪素化合物のガスを用いると、炭化珪素（ＳｉＣ）膜をエピタキシャル成長させることができる。

エピタキシャル成長の過程では、図４（Ｂ）に示したシリコン基板１１と第１炭化珪素膜１２との界面付近において、格子定数差およびプロセス温度における熱膨張差などによる応力の影響で多数の面状の面欠陥１２Ｓａが発生する。

これら面欠陥１２Ｓａは、図４（Ｂ）に示すように、シリコン基板１１と第１炭化珪素膜１２との界面付近から（１００）面に対して５４．７°の傾斜角度αで伝搬するとともに、図２に示したように（１００）面の［１１０］方向に沿って形成される。

これら面欠陥１２Ｓａは、エピタキシャル成長が進行して膜厚が厚くなるのに伴い、異なる方向に成長した面欠陥１２Ｓａ同士で互いに打ち消し合うことにより終端して消滅する。そのため、第１炭化珪素膜１２は、膜厚が厚くなるにしたがって面欠陥１２Ｓａの密度も減少する傾向がある。しかしながら、終端していない面欠陥１２Ｓａも第１炭化珪素膜１２中に多数存在する。

（マスク材１３の形成）
次に、第１炭化珪素膜１２の表面にマスク材１３を形成する。ここでは、高密度プラズマＣＶＤ装置を用いて第１炭化珪素膜１２の表面にシリコン酸化膜を８００ｎｍ程度まで堆積させることにより、第１炭化珪素膜１２の表面にマスク材１３を形成する。

次に、マスク材１３をパターニングして開口部１３ｈを形成し、第１炭化珪素膜１２の表面の一部を露出させる（図４（Ｃ）参照）。例えば、マスク材１３の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によりレジストをストライプ状のパターンにパターニングする。このようにパターニングされたレジストをフォトマスクとして、マスク材１３にエッチングを施す。

これにより、図２で示したような［１１０］方向に対して所定の傾斜角度θで延在するストライプ状のマスク材１３を得る。

マスク材１３が所望の形状にパターニングされることにより、このマスク材１３の開口部１３ｈでは第１炭化珪素膜１２の表面の一部が露出することとなる。なお、開口部１３ｈの幅Ｗは５００ｎｍ程度とし、マスク材１３の膜厚Ｌは８００ｎｍ程度としている。

ここで、例えばシリコン基板１１上に、（１００）面の［１１０］方向を示すマーク等を付しておくことが望ましい。シリコン基板１１の結晶方位は例えばX線回折によって調べることができる。また、結晶方位に合わせて付してあるオリフラやノッチなどの基板形状を基準にしてもよい。このマーク等を基準にしてマスク材１３をパターニングすることにより、［１１０］方向に対して所定の傾斜角度θで傾斜するマスク材１３を効率よく形成することができる。

（第２炭化珪素膜１４の形成）
次に、マスク材１３の開口部１３ｈから露出する第１炭化珪素膜１２の表面に単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させる。ここでは、マスク材１３の開口部１３ｈからのみ選択的に単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させる。

図４（Ｃ）に示すように、チャンバー内に原料ガスｇ２を供給しつつ、この原料ガス雰囲気にて、開口部１３ｈから露出する第１炭化珪素膜１２の表面に立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）層をエピタキシャル成長させる。

原料ガスｇ２としては、炭素を含むガス、珪素を含むガス、炭素及び珪素を含むガスのうちから適宜組み合わせを選択し、それぞれ所定の割合で混合させたものが好ましい。

ここで、炭素を含むガスとしては、上記の炭素原料ガスと同様、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）の他、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、メタン（ＣＨ_４）、ノルマルブタン（ｎ−Ｃ_４Ｈ_１０）、イソブタン（ｉ−Ｃ_４Ｈ_１０）、ネオペンタン（ｎｅｏ−Ｃ_５Ｈ_１２）等の炭化水素が好適に用いられる。

また、珪素を含むガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）、テトラシラン（Ｓｉ_４Ｈ_１０）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）等の珪素化合物が好適に用いられる。

また、炭素及び珪素を含むガスとしては、メチルシラン（ＳｉＨ_３ＣＨ_３）、ジメチルシラン（ＳｉＨ_２（ＣＨ_３）_２）、トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ_３）_３）等の有機珪素化合物が好適に用いられる。

また、このときの基板温度は、９００℃以上かつ１１００℃以下の範囲内の温度とし、この基板温度を保持する。

ここで、基板温度が９００℃未満であると、原料ガスｇ２によるシリコン基板１１の表面の炭化が不十分なものとなり、その結果、第１炭化珪素膜１２の表面に結晶性のよい第１炭化珪素膜１２を形成することができないという問題を生じるため好ましくない。一方、基板温度が１１００℃を超えると、ガス雰囲気の圧力が極めて低いこととの関係上、単結晶炭化シリコンが蒸発してしまうという問題を生じるため好ましくない。

また、このときのガス雰囲気の圧力は、５．０×１０^−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下の範囲内の圧力とし、この圧力を保持する。

ここで、ガス雰囲気の圧力が、５．０×１０^−４Ｐａ未満であると、シリコン基板１１の形成材料が蒸発してしまうという問題を生じるため好ましくない。一方、ガス雰囲気の圧力が０．５Ｐａを超えると、マスク材１３の表面１３ａに炭化珪素膜が形成されてしまい、マスク材１３の表面１３ａに残存した炭化珪素膜を基点として結晶欠陥を含む膜が成長してしまうという問題があり、好ましくない。

上記条件を満たすことにより、単結晶炭化シリコンは、第１炭化珪素膜１２の開口部１３ｈから露出した部分を基点としてエピタキシャル成長するとともに、開口部１３ｈからマスク材１３の上方に向かう方向に成長して、マスク材１３の表面１３ａを覆う。すなわち、マスク材１３の上方においては横方向結晶成長（ＥＬＯ：Epitaxial Lateral Overgrowth）状態となる。

第１炭化珪素膜１２中に残存する終端していない面欠陥１２Ｓａの一部は、第２炭化珪素膜１４を形成する過程においてマスク材１３の底面１３ｃ及び側面１３ｂに到達して消滅する。これにより、マスク材１３の表面１３ａ上には、第１炭化珪素膜１２に由来する面欠陥１２Ｓａがほぼ消滅した第２炭化珪素膜１４が形成される（図４（Ｄ）参照）。

例えば、最終的に形成される第２炭化珪素膜１４の膜厚は２μｍ程度である。

このようにして、第１炭化珪素膜１２の開口部１３ｈから露出した部分を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、開口部１３ｈから露出した第１炭化珪素膜１２及びマスク材１３を覆う第２炭化珪素膜１４を形成する。

以上の工程により、本実施形態の立方晶炭化珪素半導体基板１を製造することができる。

上述したように、第１炭化珪素膜１２の膜中に存在していた面欠陥１２Ｓａの殆どは、異なる方向に成長した面欠陥１２Ｓａどうしで互いに打ち消し合うか、マスク材１３の底部で終端される。しかしながら、マスク材１３の開口部分に存在する面欠陥１２Ｓａは、第２炭化珪素膜１４を形成する過程において、開口部１３ｈからエピタキシャル成長させた立方晶炭化珪素膜内へと伝搬される。このとき、第２炭化珪素膜１４内に伝播した面欠陥１２Ｓａに関しても、（１００）面に対して５４．７°の傾斜角度αで伝搬する。

第２炭化珪素膜１４内に存在する面欠陥１２Ｓａは、（１００）面の［１１１］方向に対して平行及び垂直方向に伸展する。そのため、全ての面欠陥１２Ｓａを終端させるために、面欠陥１２Ｓａの伸展を遮るようにマスク材１３を形成する必要がある。

そこで、マスク材１３のパターン形状を、（１００）面の［１１０］方向に対して所定の傾斜角度θで傾斜させ、面欠陥１２Ｓａの伸展方向に対して斜め方向に延在するマスク材１３を形成する。

これにより、シリコン基板１１と第１炭化珪素膜１２との界面で発生し、第２炭化珪素膜１４の上層に伝播する面欠陥１２Ｓａは、マスク材１３の側面１３ｂに到達して消滅する。

図５は、比較例として、（１００）面の［１１０］方向に平行するパターンで形成したマスク材２３を示す平面図である。

図５に示すように、マスク材２３のパターンを（１００）面の［１１０］方向に平行なパターンで形成した場合、［１１０］方向に垂直な方向に延在する面欠陥Ｃ２は、マスク材２３のパターンに対しても垂直となり、マスク材２３の側面２３ｂにおいて終端する。

一方、［１１０］方向に平行な面欠陥Ｃ１は、その伸展方向がマスク材２３のパターンに平行するため、マスク材２３において終端されない。このため、第２炭化珪素膜１４内に面欠陥Ｃ１が残存してしまうことになる。

また、図示はしないが、（１００）面の［１１０］方向に垂直なパターンでマスクを形成した場合には、マスク材に平行する面欠陥Ｃ２が残存する。

そこで本実施形態では、図２及び図６に示したように、面欠陥Ｃ１，Ｃ２の伸展をそれぞれ遮るように、（１００）面の［１１０］方向に対してマスク材１３のパターンを斜めに形成し、面欠陥Ｃ１，Ｃ２をマスク材１３の側面１３ｂにおいて終端させることとした。

本実施形態ではマスク材１３の膜厚を十分に厚く形成し、第２炭化珪素膜１４内に伝搬した第１炭化珪素膜１２に由来する面欠陥１２Ｓａの全てを、マスク材１３において終端させることで、面欠陥１２Ｓａを効果的に減少させることが可能である。

これにより、第２炭化珪素膜１４の表面近傍において極めて欠陥密度の小さいＳｉＣ領域（無欠陥領域）を実現することができる。
よって、面欠陥１２Ｓａの少ない高品質なエピタキシャル膜からなる第２炭化珪素膜１４を有した立方晶炭化珪素半導体基板１を得ることができる。

次に、マスク材１３の寸法構成について詳述する。
図６は、所定の傾斜角度θで傾いたマスク材１３のストライプ形状を示す平面図である。図７は、立方晶炭化珪素半導体基板１の部分断面図である。

図６に、マスク材１３の開口部１３ｈの幅Ｗと、［１１０］方向に対するマスク材１３の傾きと、［１１０］方向に対してのマスク材１３の開口部１３ｈの幅Ｗ_{［１１０］} と、［１１０］方向に対してのマスク材１３の開口部１３ｈの幅Ｗ_{［１１０］}と、の関係を示す。

なお、図中において、幅Ｗ_{［１１０］}は、Ｗ／ｓｉｎθに相当し、幅Ｗ_{［１１０］}は、Ｗ／ｃｏｓθに相当する。

図７は、マスク材１３の開口部１３ｈの幅Ｗと面欠陥１２Ｓａを終端させるために必要なマスク材１３の膜厚Ｌの関係を示した図である。面欠陥は［１１０］方向及び［１１１］方向に沿って伝搬するため、マスク材１３の膜厚Ｌが関係式（１）を満たすことで、マスク材１３の開口部１３ｈから伝搬する面欠陥１２Ｓａを全て終端させることが可能となる。

面欠陥１２Ｓａは、[１１０]方向に対して平行及び垂直方向に伸展する。そのため、実際のマスク材１３の膜厚Ｌは、関係式（２）及び関係式（３）を満たすことが要求される。

したがって、関係式（２）、関係式（３）をまとめた関係式（４）を満たすことが、マスク材１３の膜厚Ｌを形成する際の条件となる。

なお、関係式（４）において[１１１]方向に対するマスク材１３の傾き角度θ（図６）が極端に大きくなる、もしくは小さくなる場合、マスク材１３の膜厚Ｌは、開口部１３ｈの幅Ｗに対してかなりの大きさを要することになり現実的でない。

図６に示すようなマスク材１３の傾斜角度θが、３０°≦θ≦６０°を満たすならば、図７に示すように、マスク材１３の膜厚Ｌを開口部１３ｈの幅Ｗの３倍（膜厚Ｌ＝３Ｗ）とすることにより、マスク材１３において面欠陥１２Ｓａを確実に終端させることが可能となる。これにより、第１炭化珪素膜１２に由来する面欠陥１２Ｓａをマスク材１３の側面１３ｂによって効率的に終端させることができ、第２炭化珪素膜１４内の面欠陥１２Ｓａを低減できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、第２炭化珪素膜１４内に設けるデバイスの寸法に合わせてマスク材１３の開口部１３ｈの幅Ｗを設定してもよい。

本発明の立方晶炭化珪素半導体基板は、次世代における低損失のパワーデバイス用半導体材料としても利用可能である。

１…立方晶炭化珪素半導体基板、Ｌ…膜厚、Ｗ…幅、１１…シリコン基板、１２…第１炭化珪素膜、１２Ｓａ…面欠陥（結晶欠陥）、１３，２３…マスク材、１３ａ…表面、１３ｈ…開口部、１４…第２炭化珪素膜

Claims (7)

1. シリコン基板と、
   前記シリコン基板の表面に形成された第１炭化珪素膜と、
   開口部を有し、前記第１炭化珪素膜の表面に形成されたマスク材と、
   前記マスク材及び前記第１炭化珪素膜を覆う第２炭化珪素膜と、を有し、
   前記シリコン基板の前記表面がミラー指数（１００）で表される結晶面をなしており、
   前記マスク材は、（１００）面上の［１１０］方向に対して傾いていることを特徴とする立方晶炭化珪素半導体基板。
2. 前記マスク材の傾斜角度θが３０°≦θ≦６０°の範囲内であるとき、
   前記マスク材の膜厚Ｌを前記開口部の幅Ｗの３倍とする請求項１に記載の立方晶炭化珪素半導体基板。
3. 前記マスク材は、複数の前記開口部を有するストライプ状に形成されている請求項１または２に記載の立方晶炭化珪素半導体基板。
4. シリコン基板の表面に第１炭化珪素膜を形成する第１の工程と、
   前記第１炭化珪素膜上に開口部を有するマスク材を形成する第２の工程と、
   前記開口部から露出した前記第１炭化珪素膜の表面から第２炭化珪素膜をエピタキシャル成長させる第３の工程と、を有し、
   前記第２の工程において、ミラー指数（１００）で表される結晶面をなす前記シリコン基板の前記表面上の［１１０］方向に対して傾くように前記マスク材をパターン形成することを特徴とする立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法。
5. 前記第２の工程において、前記マスク材の傾斜角度θが３０°≦θ≦６０°の範囲内としたとき、前記マスク材の膜厚Ｌを前記開口部の幅Ｗの３倍とする請求項４に記載の立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法。
6. 前記第１の工程において前記第１炭化珪素膜を形成する前に、前記シリコン基板の前記表面を洗浄して清浄面としておく請求項４または５に記載の立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法。
7. 前記表面の洗浄に、希フッ酸水溶液を用いる請求項６に記載の立方晶炭化珪素半導体基板の製造方法。