JP2771697B2 - 結晶成長用の炭化珪素表面を加工する方法 - Google Patents
結晶成長用の炭化珪素表面を加工する方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、その上で結晶成長を行うための炭化珪素表
面を加工することに関するものである。この出願は、米
国特許第4,865,685号に関係している。特に、本発明
は、炭化珪素表面をドライエッチングし、これに続いて
炭化珪素表面の上に炭化珪素薄膜をホモエピタキシャル
堆積させる方法に関するものである。
面を加工することに関するものである。この出願は、米
国特許第4,865,685号に関係している。特に、本発明
は、炭化珪素表面をドライエッチングし、これに続いて
炭化珪素表面の上に炭化珪素薄膜をホモエピタキシャル
堆積させる方法に関するものである。
発明の背景 半導体装置を製造する際に、この装置の最も重要で基
本的な要求の一つは、特定の特性を有する先駆物質材料
からこれらの装置を形成しなければならないことであ
る。多くの用途において、最も好適な先駆物質は、単結
晶材料である（時々、「単結晶性：モノクリスタリン」
として言及する）。電子装置に習熟した者ならば知って
いるように、もし結晶の成長と加工とを注意深く制御し
なければ、この結晶中に欠陥が発生し、この結晶と、こ
の結晶から造られたあらゆる装置の電子特性に対して欠
陥が大きく影響するであろう。多くの場合、欠陥結晶に
よってこうした装置は動作不能になる。
本的な要求の一つは、特定の特性を有する先駆物質材料
からこれらの装置を形成しなければならないことであ
る。多くの用途において、最も好適な先駆物質は、単結
晶材料である（時々、「単結晶性：モノクリスタリン」
として言及する）。電子装置に習熟した者ならば知って
いるように、もし結晶の成長と加工とを注意深く制御し
なければ、この結晶中に欠陥が発生し、この結晶と、こ
の結晶から造られたあらゆる装置の電子特性に対して欠
陥が大きく影響するであろう。多くの場合、欠陥結晶に
よってこうした装置は動作不能になる。
結晶の顕著な特徴の一つは、その内部秩序である。こ
の内部秩序には、通常は三次元における種（例えば、原
子、イオン又は分子）の構造パターンの規則的反復が含
まれる。
の内部秩序には、通常は三次元における種（例えば、原
子、イオン又は分子）の構造パターンの規則的反復が含
まれる。
この規則的反復は、各々の特定の原子、イオン又は分
子の直接の環境に拡がっているだけでなく、基礎的な構
造パターンを数百万反復することを意味する長距離に亘
って拡がっている。
子の直接の環境に拡がっているだけでなく、基礎的な構
造パターンを数百万反復することを意味する長距離に亘
って拡がっている。
しかし、この結晶構造におけるこうした反復の不利益
の一つは、結晶構造中にいつ欠陥が発生しても、結晶成
長の性質により、結晶が成長するのに従って、この結晶
中の欠陥が再び繰り返し同じように反復されることであ
る。これらの欠陥はしばしば転移と呼ばれており、こう
した構造的不完全は、典型的には数百オングストローム
の距離に亘って延びる。転移の典型的な型は、らせん転
移、刃状転移、積層欠陥、逆位相境界、及び二重配置境
界（double positioning boundaries）と呼ばれる。こ
れらの欠陥は、結晶の表面形態の中に可視的な不均一と
して現われるのに充分なほど激しいものでありうる。更
に、小さな熱力学的差異によって分離された多数のポリ
タイプとして生成しうる炭化珪素のような材料において
は、これらの欠陥が、基礎結晶のポリタイプ以外のポリ
タイプの望ましくない核形成を促進する。
の一つは、結晶構造中にいつ欠陥が発生しても、結晶成
長の性質により、結晶が成長するのに従って、この結晶
中の欠陥が再び繰り返し同じように反復されることであ
る。これらの欠陥はしばしば転移と呼ばれており、こう
した構造的不完全は、典型的には数百オングストローム
の距離に亘って延びる。転移の典型的な型は、らせん転
移、刃状転移、積層欠陥、逆位相境界、及び二重配置境
界（double positioning boundaries）と呼ばれる。こ
れらの欠陥は、結晶の表面形態の中に可視的な不均一と
して現われるのに充分なほど激しいものでありうる。更
に、小さな熱力学的差異によって分離された多数のポリ
タイプとして生成しうる炭化珪素のような材料において
は、これらの欠陥が、基礎結晶のポリタイプ以外のポリ
タイプの望ましくない核形成を促進する。
様々の不都合な電気的作用が、こうした欠陥及び転移
から典型的に起る。再も重大な電気的作用として、多く
の型の装置において、望ましくなく、または受容できな
い量の漏れ電流が発生する。他の作用として、欠陥結晶
中の散乱衝突の結果、電子移動度が低下する。更に、特
定の装置においては、電子移動度が低下すること自体
が、抵抗の上昇として現れる。発光ダイオードのような
光学的装置においては、結晶欠陥が発生波長の変化を引
き起し、発光中の帯域幅を受容できない程に広くする。
から典型的に起る。再も重大な電気的作用として、多く
の型の装置において、望ましくなく、または受容できな
い量の漏れ電流が発生する。他の作用として、欠陥結晶
中の散乱衝突の結果、電子移動度が低下する。更に、特
定の装置においては、電子移動度が低下すること自体
が、抵抗の上昇として現れる。発光ダイオードのような
光学的装置においては、結晶欠陥が発生波長の変化を引
き起し、発光中の帯域幅を受容できない程に広くする。
ある種の半導体装置を製造するうえで望ましく、また
他のものを製造するうえで必要な結晶成長技術の一つと
して、単結晶半導体材料の薄膜を、同一の又は異なる半
導体材料の他の表面上に成長させることや、更には非半
導性基体の上にさえ成長させることがある。こうした成
長は、通常、液晶エピタキシー又は化学蒸着のような技
術によって遂行され、半導体の技術における通常の技術
者であればこれらに一般的に習熟している。これらの工
程は一般的に、既存の材料上に新しい結晶材料の薄膜又
は「エピタキシャル」層を注意深く形成することで、進
行する。この結晶成長工程の性質として、新しい結晶材
料を堆積すべき表面にある欠陥が、その表面上に成長す
る新しい結晶材料の中で忠実に繰り返されるという傾向
がある。このエピタキシャル層は典型的には、所望の電
子装置を形成し、動作させるために用いられる半導体材
料の部分であるから、これらの反復された欠陥により、
得られた結晶が、電子的な観点からみて望ましくなく、
動作不能にすらなりうる。
他のものを製造するうえで必要な結晶成長技術の一つと
して、単結晶半導体材料の薄膜を、同一の又は異なる半
導体材料の他の表面上に成長させることや、更には非半
導性基体の上にさえ成長させることがある。こうした成
長は、通常、液晶エピタキシー又は化学蒸着のような技
術によって遂行され、半導体の技術における通常の技術
者であればこれらに一般的に習熟している。これらの工
程は一般的に、既存の材料上に新しい結晶材料の薄膜又
は「エピタキシャル」層を注意深く形成することで、進
行する。この結晶成長工程の性質として、新しい結晶材
料を堆積すべき表面にある欠陥が、その表面上に成長す
る新しい結晶材料の中で忠実に繰り返されるという傾向
がある。このエピタキシャル層は典型的には、所望の電
子装置を形成し、動作させるために用いられる半導体材
料の部分であるから、これらの反復された欠陥により、
得られた結晶が、電子的な観点からみて望ましくなく、
動作不能にすらなりうる。
従って、ここで、電子装置用の半導体材量を製造する
間、欠陥を最小限とするか又は実質的に除去しながらエ
ピタキシャル結晶成長が起りうるような表面を、適切に
製造する必要がある。
間、欠陥を最小限とするか又は実質的に除去しながらエ
ピタキシャル結晶成長が起りうるような表面を、適切に
製造する必要がある。
しかし、すべての表面加工技術の抱える問題は、この
表面に存在する損傷又は欠陥を除去することを試みると
共に、この試みの間に新たな損傷を生じさせないように
するという問題である。この点で、半導体表面の加工に
習熟した者であれば解るように、典型的な技術には、バ
ルク結晶を製造すること、この結晶を切るか薄く切って
小さな結晶又はウエハーにすること、研磨ペーストを粗
面と共に用いることによってこの結晶をラッピングし、
かなり多量の材料を急速に除去すること、及びこれと同
様のペーストをより穏やかな状態で滑らかな表面と共に
用いることによって結晶表面を研磨し、半導体材料の仕
上げ面を作り出すことが含まれる。どの場合において
も、これらの工程が「損傷により核形成された欠陥」を
生じさせ、この欠陥がエピタキシャル成長工程の間に再
生産される。
表面に存在する損傷又は欠陥を除去することを試みると
共に、この試みの間に新たな損傷を生じさせないように
するという問題である。この点で、半導体表面の加工に
習熟した者であれば解るように、典型的な技術には、バ
ルク結晶を製造すること、この結晶を切るか薄く切って
小さな結晶又はウエハーにすること、研磨ペーストを粗
面と共に用いることによってこの結晶をラッピングし、
かなり多量の材料を急速に除去すること、及びこれと同
様のペーストをより穏やかな状態で滑らかな表面と共に
用いることによって結晶表面を研磨し、半導体材料の仕
上げ面を作り出すことが含まれる。どの場合において
も、これらの工程が「損傷により核形成された欠陥」を
生じさせ、この欠陥がエピタキシャル成長工程の間に再
生産される。
シリコン（Si）ウエハーを研磨する場合には、損傷に
よって核形成された欠陥を、最終研磨工程で「研磨エッ
チ」を用いることによって容易に除去することができ
る。こうした工程では、研磨媒体中で非常に微細な研磨
剤を用い、Si表面を研磨する間に研磨媒体もまたSi表面
を化学的にエッチする。こうして得られた表面は滑らか
であり、かつ実質的に損傷がない。典型的なSi用の研磨
エッチでは、このSi表面を酸化する塩基性溶液（NaOH又
はKOH）中にSiO2粒子を懸濁させた懸濁液を使用する。
次いで、この酸化物をSiO2粒子によって機械的に除去す
る。
よって核形成された欠陥を、最終研磨工程で「研磨エッ
チ」を用いることによって容易に除去することができ
る。こうした工程では、研磨媒体中で非常に微細な研磨
剤を用い、Si表面を研磨する間に研磨媒体もまたSi表面
を化学的にエッチする。こうして得られた表面は滑らか
であり、かつ実質的に損傷がない。典型的なSi用の研磨
エッチでは、このSi表面を酸化する塩基性溶液（NaOH又
はKOH）中にSiO2粒子を懸濁させた懸濁液を使用する。
次いで、この酸化物をSiO2粒子によって機械的に除去す
る。
米国特許第4,865,685号に記載されているように、最
近、半導体材料として炭化珪素（SiC）を用いることに
ついて、興味が再燃してきている。炭化珪素は、長い
間、半導体材料として特定の好ましい特性を有している
ことが認識されてきた。これらには、バッドギャップが
広いこと、熱伝導度が高いこと、飽和電子ドリフト速度
が高いこと、及び電子移動度が高いことが含まれる。し
かし、炭化珪素の商業化に対する障害として、炭化珪素
は、他の点では通常の技術において高い工程温度を必要
とし、良好な出発原料を得ることが難しく、特定のドー
ピング技術が従来遂行することが難しく、かつおそらく
再も重要なことには、炭化珪素は150を越えるポリタイ
プで結晶し、このうち多くが非常に小さな熱力学的差異
によって分離される。それにも係わらず、米国特許第4,
865,685号及び4,866,005号に記載されたものを含む最近
の進歩により、炭化珪素と炭化珪素に基づく装置とを商
業的基礎及び規模で製造することが可能になった。
近、半導体材料として炭化珪素（SiC）を用いることに
ついて、興味が再燃してきている。炭化珪素は、長い
間、半導体材料として特定の好ましい特性を有している
ことが認識されてきた。これらには、バッドギャップが
広いこと、熱伝導度が高いこと、飽和電子ドリフト速度
が高いこと、及び電子移動度が高いことが含まれる。し
かし、炭化珪素の商業化に対する障害として、炭化珪素
は、他の点では通常の技術において高い工程温度を必要
とし、良好な出発原料を得ることが難しく、特定のドー
ピング技術が従来遂行することが難しく、かつおそらく
再も重要なことには、炭化珪素は150を越えるポリタイ
プで結晶し、このうち多くが非常に小さな熱力学的差異
によって分離される。それにも係わらず、米国特許第4,
865,685号及び4,866,005号に記載されたものを含む最近
の進歩により、炭化珪素と炭化珪素に基づく装置とを商
業的基礎及び規模で製造することが可能になった。
しかし、炭化珪素のエピタキシャル成長を遂行する際
に、炭化珪素表面を薄く切り、ラッピングし、研磨し、
これに続いて化学蒸着（CVD）する通常の技術では、積
層欠陥等を含む多数の明らかな欠陥が生ずることを発見
した。これらは、明らかに、上記の機械的加工工程によ
って生じた表面下の損傷の結果であり、微細研磨、ウェ
ットエッチング及び酸化のような続く工程では修復でき
ない。次に、これらは、表面上にエピタキシャル層が成
長するのに従って、欠陥の反復をもたらす。
に、炭化珪素表面を薄く切り、ラッピングし、研磨し、
これに続いて化学蒸着（CVD）する通常の技術では、積
層欠陥等を含む多数の明らかな欠陥が生ずることを発見
した。これらは、明らかに、上記の機械的加工工程によ
って生じた表面下の損傷の結果であり、微細研磨、ウェ
ットエッチング及び酸化のような続く工程では修復でき
ない。次に、これらは、表面上にエピタキシャル層が成
長するのに従って、欠陥の反復をもたらす。
更に、シリコンのような材料に好適な加工工程は、炭
化珪素に対して同じようには適していない。前記したよ
うに、シリコン表面を加工するには、物理的だけでな
く、化学的にこのシリコンを少しエッチングする化学的
研磨剤を用いる。しかし、炭化珪素は、シリコンよりも
遥かに化学的に安定−従って非反応性であり、炭化珪素
については、好適な類似の化学的研磨剤は現在知られて
おらず、使用されていない。この結果、炭化珪素につい
ては異なる技術を用いる。
化珪素に対して同じようには適していない。前記したよ
うに、シリコン表面を加工するには、物理的だけでな
く、化学的にこのシリコンを少しエッチングする化学的
研磨剤を用いる。しかし、炭化珪素は、シリコンよりも
遥かに化学的に安定−従って非反応性であり、炭化珪素
については、好適な類似の化学的研磨剤は現在知られて
おらず、使用されていない。この結果、炭化珪素につい
ては異なる技術を用いる。
SiC表面から残留欠陥を除去する技術の一つは、水酸
化カリウム（KOH）のような溶融塩材料を用いた液体又
は「ウエット」エッチである。しかし、溶融塩エッチは
制御することが難しく、一般に高温（例えば700〜800
℃）を必要とし、化学的に攻撃性の傾向があり、制御が
難しい。他に試みた溶液としては陽極エッチングが含ま
れ、ここで、比較的に濃縮された水酸化カリウム（例え
ば、20％水溶性KOH）、クロム酸又はシュウ酸を電界質
として用いた電解回路中で、エッチングすべき試料を陽
極として用いた。しかし、これが有する不利益として、
あらゆる所与の条件の組み合わせの下で、ｐ及びｎ型の
材料が顕著に異なる速度でエッチされる。更に、陽極エ
ッチングは、しばしば商業的に不適当な低容量工程であ
り、特定条件下では電界めっきもまた問題になる。
化カリウム（KOH）のような溶融塩材料を用いた液体又
は「ウエット」エッチである。しかし、溶融塩エッチは
制御することが難しく、一般に高温（例えば700〜800
℃）を必要とし、化学的に攻撃性の傾向があり、制御が
難しい。他に試みた溶液としては陽極エッチングが含ま
れ、ここで、比較的に濃縮された水酸化カリウム（例え
ば、20％水溶性KOH）、クロム酸又はシュウ酸を電界質
として用いた電解回路中で、エッチングすべき試料を陽
極として用いた。しかし、これが有する不利益として、
あらゆる所与の条件の組み合わせの下で、ｐ及びｎ型の
材料が顕著に異なる速度でエッチされる。更に、陽極エ
ッチングは、しばしば商業的に不適当な低容量工程であ
り、特定条件下では電界めっきもまた問題になる。
SiC表面を加工する他の技術は、表面を酸化し、続い
てこの酸化部分を除去することである。しかし、酸化技
術は、実施可能な速度で充分な材料を除去できないこと
などの多くの問題を持つ。例えば、ある型の材料を１ミ
クロン除去するには、酸化成長及び除去に最高１週間か
かりうる。また、酸化技術は、ドーパント再拡散作用、
酸化で誘起された積層欠陥をもたらしうる。
てこの酸化部分を除去することである。しかし、酸化技
術は、実施可能な速度で充分な材料を除去できないこと
などの多くの問題を持つ。例えば、ある型の材料を１ミ
クロン除去するには、酸化成長及び除去に最高１週間か
かりうる。また、酸化技術は、ドーパント再拡散作用、
酸化で誘起された積層欠陥をもたらしうる。
従って、ここに、更に結晶成長、特にエピタキシャル
成長のための炭化珪素表面を加工する方法であって、必
要な切断及び研磨工程によって生じた損傷を除去する一
方、この製造工程自体に基づく新たな欠陥の導入を防止
する方法が必要とされている。
成長のための炭化珪素表面を加工する方法であって、必
要な切断及び研磨工程によって生じた損傷を除去する一
方、この製造工程自体に基づく新たな欠陥の導入を防止
する方法が必要とされている。
発明の目的及び要約 従って、本発明の目的は、炭化珪素表面上に単結晶炭
化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる方法であって、
得られた薄膜における欠陥密度及びこの薄膜と炭化珪素
の表面との間の界面における欠陥密度を減少させる方法
を提供することである。本発明は、この目的を、単結晶
炭化珪素結晶上に実質的に平坦な表面を形成し、機械的
加工によって生じたあらゆる表面又は表面下損傷が実質
的に除去されるまで、この実質的に平坦な表面をエッチ
ングプラズマに曝露する方法によって、達成する。
化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる方法であって、
得られた薄膜における欠陥密度及びこの薄膜と炭化珪素
の表面との間の界面における欠陥密度を減少させる方法
を提供することである。本発明は、この目的を、単結晶
炭化珪素結晶上に実質的に平坦な表面を形成し、機械的
加工によって生じたあらゆる表面又は表面下損傷が実質
的に除去されるまで、この実質的に平坦な表面をエッチ
ングプラズマに曝露する方法によって、達成する。
しかし、このエッチは、その時間を越えるとプラズマ
エッチが新たな欠陥を表面に発生させるか、既存のもの
を悪化させるような時間よりも短い時間に制限され、ま
たその一方それ自体は表面で実質的に欠陥を悪化させた
り又は生じさせないようなプラズマガスと電極装置とを
用いる。
エッチが新たな欠陥を表面に発生させるか、既存のもの
を悪化させるような時間よりも短い時間に制限され、ま
たその一方それ自体は表面で実質的に欠陥を悪化させた
り又は生じさせないようなプラズマガスと電極装置とを
用いる。
本発明の前記の目的及び他の目的、利益及び特徴、及
びこれを達成する方法は、次の本発明の詳細な説明を考
慮することで、一層容易に明らかとなるであろう。
びこれを達成する方法は、次の本発明の詳細な説明を考
慮することで、一層容易に明らかとなるであろう。
好適例の詳細な説明 本発明は、炭化珪素表面上に単結晶炭化珪素薄膜をエ
ピタキシャル成長させる方法であって、得られた薄膜、
及びこの薄膜と炭化珪素表面との間の界面における欠陥
密度を減少させるような方法である。
ピタキシャル成長させる方法であって、得られた薄膜、
及びこの薄膜と炭化珪素表面との間の界面における欠陥
密度を減少させるような方法である。
この方法は、最初に、単結晶炭化珪素結晶上に実質的
に平坦な表面を形成することを含む。本発明の好適例で
は、この工程は、炭化珪素結晶を機械的に加工して実質
的に平坦な表面を形成することからなる。通例の技術で
は、通常はソーイング又はダイシングによって炭化珪素
のバルク結晶を切断し、特定の平坦な表面を露出させ
る。ここで後に説明するように、この表面はしばしば、
更なる成長を促進するように、結晶のミラー指数に対し
て特別に選択する。典型的な例では、結晶を機械的に加
工するこの工程は、この炭化珪素結晶を薄く切ってほぼ
平坦な表面を露出させることと、次いでこのほぼ平坦な
表面を研磨ペーストでラッピングすることからなる。前
述したように、この「ラッピング」という用語は、炭化
珪素の表面を磨くために、ダイヤモンドペーストのよう
な研磨ペーストの他の粗面を使用することを意味する。
に平坦な表面を形成することを含む。本発明の好適例で
は、この工程は、炭化珪素結晶を機械的に加工して実質
的に平坦な表面を形成することからなる。通例の技術で
は、通常はソーイング又はダイシングによって炭化珪素
のバルク結晶を切断し、特定の平坦な表面を露出させ
る。ここで後に説明するように、この表面はしばしば、
更なる成長を促進するように、結晶のミラー指数に対し
て特別に選択する。典型的な例では、結晶を機械的に加
工するこの工程は、この炭化珪素結晶を薄く切ってほぼ
平坦な表面を露出させることと、次いでこのほぼ平坦な
表面を研磨ペーストでラッピングすることからなる。前
述したように、この「ラッピング」という用語は、炭化
珪素の表面を磨くために、ダイヤモンドペーストのよう
な研磨ペーストの他の粗面を使用することを意味する。
このラッピング工程に続き、典型的には、より穏やか
な研磨剤と柔らかい研磨具とを用いて表面を研磨する。
前述したように、従来の結晶成長技術では、この研磨工
程が時にはエピタキシャル成長が始まるのに先立つ最後
の工程となる。
な研磨剤と柔らかい研磨具とを用いて表面を研磨する。
前述したように、従来の結晶成長技術では、この研磨工
程が時にはエピタキシャル成長が始まるのに先立つ最後
の工程となる。
最初の機械加工が続き、実質的に平坦な表面を、この
機械加工によって生じた表面の又は表面下のあらゆる損
傷が実質的に除去されるまで、エッチングプラズマに曝
露させる。出願人としてはいかなる特定の理論にも拘束
されるつもりはないけれども、炭化珪素について先行の
業績からは、典型的なラッピング及び研磨工程が、曝露
された平坦な表面を機械的に向上させたとしても、表面
下に損傷を生じさせているように見える。この表面下の
損傷は、この表面上に成長する薄膜中に、結晶欠陥のた
めの核形成部位を与えるように見える。エッチングプラ
ズマを用いて炭化珪素材料を除去することは、この表面
下の損傷を、もっと明らかな表面損傷と共に除去するこ
とを明らかに助けている。
機械加工によって生じた表面の又は表面下のあらゆる損
傷が実質的に除去されるまで、エッチングプラズマに曝
露させる。出願人としてはいかなる特定の理論にも拘束
されるつもりはないけれども、炭化珪素について先行の
業績からは、典型的なラッピング及び研磨工程が、曝露
された平坦な表面を機械的に向上させたとしても、表面
下に損傷を生じさせているように見える。この表面下の
損傷は、この表面上に成長する薄膜中に、結晶欠陥のた
めの核形成部位を与えるように見える。エッチングプラ
ズマを用いて炭化珪素材料を除去することは、この表面
下の損傷を、もっと明らかな表面損傷と共に除去するこ
とを明らかに助けている。
しかし、その時間を超えるとプラズマエッチ自体が表
面に新たな欠陥を発生させたり、又は既存の欠陥を悪化
させたりするような時間よりも短かい時間に、エッチン
グプラズマ工程は制限される。ここで理解されること
は、エッチング技術の通常の目的は、より実質的な状態
で材料を除去することであり、本発明におけるようにエ
ッチング技術を用いて平坦な表面を加工するには、より
一層技術について熟慮することが必要である。一般的な
指針としては、長時間に亘ってエッチング工程を続けす
ぎると、ここで後述する「マイクロマスキング」作用を
促進するであろう。同様に、エッチング工程を、必要な
深さよりも大きく延びさせると、更に既存の欠陥が露出
し、後のエピタキシャル成長工程の間にこの欠陥が再生
産され易くなりうる。従って、あらゆる損傷を除去する
ためには少なくとも200オングストローム（0.02ミクロ
ン）の材料を典型的には除去しなければならないので、
ここでは約0.02〜10ミクロンの間のエッチ深さが好まし
く（１ミクロンは10,000オングストローム）に等しい、
約0.5〜１ミクロンのエッチ深さが最も好ましい。
面に新たな欠陥を発生させたり、又は既存の欠陥を悪化
させたりするような時間よりも短かい時間に、エッチン
グプラズマ工程は制限される。ここで理解されること
は、エッチング技術の通常の目的は、より実質的な状態
で材料を除去することであり、本発明におけるようにエ
ッチング技術を用いて平坦な表面を加工するには、より
一層技術について熟慮することが必要である。一般的な
指針としては、長時間に亘ってエッチング工程を続けす
ぎると、ここで後述する「マイクロマスキング」作用を
促進するであろう。同様に、エッチング工程を、必要な
深さよりも大きく延びさせると、更に既存の欠陥が露出
し、後のエピタキシャル成長工程の間にこの欠陥が再生
産され易くなりうる。従って、あらゆる損傷を除去する
ためには少なくとも200オングストローム（0.02ミクロ
ン）の材料を典型的には除去しなければならないので、
ここでは約0.02〜10ミクロンの間のエッチ深さが好まし
く（１ミクロンは10,000オングストローム）に等しい、
約0.5〜１ミクロンのエッチ深さが最も好ましい。
更に、本発明の方法は、表面にそれ自体は実質的に欠
陥を生じさせないプラズマガス及び電極装置を含む。
陥を生じさせないプラズマガス及び電極装置を含む。
明細書中で後に更に詳しく説明するように、この最終
工程は、化学蒸着によって、エッチされた表面上に単結
晶炭化珪素の薄膜を堆積させる工程である。
工程は、化学蒸着によって、エッチされた表面上に単結
晶炭化珪素の薄膜を堆積させる工程である。
このエッチング工程は、本発明の利益を保持するため
に特定の方法で実施しなければならない。一般に、表面
に実質的欠陥をそれ自体は生じさせないエッチングプラ
ズマ及び電極装置を用いる本工程は、二つの電極の間に
プラズマ発生電位を印加することと、これらの間にガス
を導入することによってプラズマを発生させることから
なる。このガスがプラズマ中で実質的にその基本種へと
容易に解離し、このガスからの解離種のすべてがプラズ
マ中で揮発性であり、これらの解離種のうち少なくとも
一種が炭化珪素と反応性であるように、ガスを選択す
る。この基準に従ってガスを選択することが重要であ
る。テトラフルオロメタン（CF4）のようなガスは、プ
ラズマ条件下で炭化珪素と反応性であるけれども、フル
オロカーボンラジカルを生じさせ易いからである。次い
で、これらのラジカルはしばしば、エッチされた表面上
へと、フッ化炭素化合物や更には重合体という形で堆積
し易い。従って、炭化珪素と反応するのと共に、ガスの
解離種が、表面上に堆積する化合物を形成するよりも揮
発性として留まるように、ガスを選択しなければならな
い。
に特定の方法で実施しなければならない。一般に、表面
に実質的欠陥をそれ自体は生じさせないエッチングプラ
ズマ及び電極装置を用いる本工程は、二つの電極の間に
プラズマ発生電位を印加することと、これらの間にガス
を導入することによってプラズマを発生させることから
なる。このガスがプラズマ中で実質的にその基本種へと
容易に解離し、このガスからの解離種のすべてがプラズ
マ中で揮発性であり、これらの解離種のうち少なくとも
一種が炭化珪素と反応性であるように、ガスを選択す
る。この基準に従ってガスを選択することが重要であ
る。テトラフルオロメタン（CF4）のようなガスは、プ
ラズマ条件下で炭化珪素と反応性であるけれども、フル
オロカーボンラジカルを生じさせ易いからである。次い
で、これらのラジカルはしばしば、エッチされた表面上
へと、フッ化炭素化合物や更には重合体という形で堆積
し易い。従って、炭化珪素と反応するのと共に、ガスの
解離種が、表面上に堆積する化合物を形成するよりも揮
発性として留まるように、ガスを選択しなければならな
い。
従って、本発明の好適例の一つにおいては、この反応
性イオンプラズマを三フッ化窒素（NF3）から生成さ
せ、一方他の好適例においては、このガスを、三フッ化
窒素中に約10％の一酸化二窒素（N2O）を含む混合物と
する。更に、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとの他の混
合物も、プラズマ中で実質的に基本種へと解離し、ここ
で、解離した種のうちほぼすべてがこのプラズマ中で揮
発性を保持し、かつここで解離種のうち少なくとも一種
が炭化珪素と反応性であるという要件に合致する限りに
おいて、得られた種がエッチング工程や加工された表面
を阻害しないという条件の下に、フッ素含有ガスと酸素
含有ガスとの他の混合物を使用できる。
性イオンプラズマを三フッ化窒素（NF3）から生成さ
せ、一方他の好適例においては、このガスを、三フッ化
窒素中に約10％の一酸化二窒素（N2O）を含む混合物と
する。更に、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとの他の混
合物も、プラズマ中で実質的に基本種へと解離し、ここ
で、解離した種のうちほぼすべてがこのプラズマ中で揮
発性を保持し、かつここで解離種のうち少なくとも一種
が炭化珪素と反応性であるという要件に合致する限りに
おいて、得られた種がエッチング工程や加工された表面
を阻害しないという条件の下に、フッ素含有ガスと酸素
含有ガスとの他の混合物を使用できる。
同様に、本方法の好適例においては、反応性イオンプ
ラズマを発生させる工程は、このプラズマに直流電流バ
イアスを印加することを含み、望むならば、ターゲット
に磁場を印加してプラズマ中の炭化珪素ターゲットのエ
ッチング速度を高める工程を、この方法に更に含めるこ
とができる。こうした場合には、磁場を印加する工程
は、好ましくは、この炭化珪素ターゲットに隣接して磁
石を配置することからなる。
ラズマを発生させる工程は、このプラズマに直流電流バ
イアスを印加することを含み、望むならば、ターゲット
に磁場を印加してプラズマ中の炭化珪素ターゲットのエ
ッチング速度を高める工程を、この方法に更に含めるこ
とができる。こうした場合には、磁場を印加する工程
は、好ましくは、この炭化珪素ターゲットに隣接して磁
石を配置することからなる。
プラズマ技術に習熟した者であれば理解しうるであろ
うように、プラズマを発生させ、維持する他のあらゆる
適切な方法を、本発明に関して使用することができる。
こうした他の技術には、反応性イオンビームプラズマ及
び電子サイクロトロン共鳴（ECR）プラズマが含まれる
が、これらに限定はされない。低い圧力で均一なプラズ
マを得るためには、ECRプラズマが特に適している。
うように、プラズマを発生させ、維持する他のあらゆる
適切な方法を、本発明に関して使用することができる。
こうした他の技術には、反応性イオンビームプラズマ及
び電子サイクロトロン共鳴（ECR）プラズマが含まれる
が、これらに限定はされない。低い圧力で均一なプラズ
マを得るためには、ECRプラズマが特に適している。
このエッチング工程において他に考慮すべきこととし
て、電極を形成する材料は、注意深く選択しなければな
らない。陽極処理したアルミニウム陰極をターゲットと
して用いた、他の点では同様のエッチング工程の結果の
観察が示すところでは、このエッチング工程の間に、こ
の陰極から、エッチされた表面上へと酸化アルミニウム
（Al2O3）がスパッタリングした。これらの金属又は金
属酸化物の小さな堆積が、表面を「マイクロマスク」
し、このために更なるエッチングが不均一な状態で起こ
る。この特許で更に議論しているように、ステンレス鋼
陰極を用いると、この表面上へと鉄及び鉄化合物が同じ
ようにスパッタリングするように見える。更に、アルミ
ニウムのような材料は、プラズマ中のフッ素と望ましく
ない反応をし、フッ素含有種を更に生成させ、このフッ
素含有種も、エッチされた表面上に不所望に堆積しう
る。従って、フッ素及びAl2O3の双方の表面堆積を防止
するために、本発明の好適例においては、エッチング室
中に炭素陰極被覆至を配置する。本発明の方法におい
て、炭素は多数の利点を備えている。特に、炭素のスパ
ッタ収率は非常に低い。更に、陰極中の炭素は、プラズ
マ中のフッ素種と反応し、エッチされた炭化珪素表面上
にフッ素種が堆積することを防止しうる。
て、電極を形成する材料は、注意深く選択しなければな
らない。陽極処理したアルミニウム陰極をターゲットと
して用いた、他の点では同様のエッチング工程の結果の
観察が示すところでは、このエッチング工程の間に、こ
の陰極から、エッチされた表面上へと酸化アルミニウム
（Al2O3）がスパッタリングした。これらの金属又は金
属酸化物の小さな堆積が、表面を「マイクロマスク」
し、このために更なるエッチングが不均一な状態で起こ
る。この特許で更に議論しているように、ステンレス鋼
陰極を用いると、この表面上へと鉄及び鉄化合物が同じ
ようにスパッタリングするように見える。更に、アルミ
ニウムのような材料は、プラズマ中のフッ素と望ましく
ない反応をし、フッ素含有種を更に生成させ、このフッ
素含有種も、エッチされた表面上に不所望に堆積しう
る。従って、フッ素及びAl2O3の双方の表面堆積を防止
するために、本発明の好適例においては、エッチング室
中に炭素陰極被覆至を配置する。本発明の方法におい
て、炭素は多数の利点を備えている。特に、炭素のスパ
ッタ収率は非常に低い。更に、陰極中の炭素は、プラズ
マ中のフッ素種と反応し、エッチされた炭化珪素表面上
にフッ素種が堆積することを防止しうる。
他の好適な被覆板材料は石英（SiO2）である。石英被
覆板を用いるときは、生成しうるエッチ生成物は、SiFx
（ここで、ｘは１〜４）、SiO及びO2のみである。これ
らの種のすべてはプラズマ中で揮発性であり、反応室中
で堆積せず、マイクロマスキング種を生成しない。更
に、石英は、炭素と共に、低いスパッタ収率や炭化珪素
上に無害な堆積をすることといったある種の利点を分け
持つ。特に、もしSiO2が炭化珪素表面上へとスパッタし
ても、SiO2は炭化珪素よりも遥かに急速にエッチにより
除去され、従って顕著な影響はない。
覆板を用いるときは、生成しうるエッチ生成物は、SiFx
（ここで、ｘは１〜４）、SiO及びO2のみである。これ
らの種のすべてはプラズマ中で揮発性であり、反応室中
で堆積せず、マイクロマスキング種を生成しない。更
に、石英は、炭素と共に、低いスパッタ収率や炭化珪素
上に無害な堆積をすることといったある種の利点を分け
持つ。特に、もしSiO2が炭化珪素表面上へとスパッタし
ても、SiO2は炭化珪素よりも遥かに急速にエッチにより
除去され、従って顕著な影響はない。
従って、本発明は、低いスパッタ収率を有する材料か
ら形成された電極であって、この電極材料が解離種と反
応性である電極の一方の上に、実質的に平坦な炭化珪素
表面をターゲットとして配置することを含む。このプラ
ズマは、炭化珪素と反応してこの炭化珪素をエッチし、
その一方で、解離種の電極との反応及び電極のスパッタ
収率が低いことにより、この支持電極からのスパッタリ
ングされた材料又はプラズマからの不揮発性種のいずれ
かによってターゲットが汚染されるのが防止される。
ら形成された電極であって、この電極材料が解離種と反
応性である電極の一方の上に、実質的に平坦な炭化珪素
表面をターゲットとして配置することを含む。このプラ
ズマは、炭化珪素と反応してこの炭化珪素をエッチし、
その一方で、解離種の電極との反応及び電極のスパッタ
収率が低いことにより、この支持電極からのスパッタリ
ングされた材料又はプラズマからの不揮発性種のいずれ
かによってターゲットが汚染されるのが防止される。
反応性イオンエッチングの一般的な技術はこの技術に
習熟した者であれば知っており、特定の技術は、過度の
実験なしに見出し、調製することができる。炭化珪素使
用の多数の特定のパラメーター類が、米国特許第4,865,
685号にも記載されている。本発明の好適例において
は、プラズマ発生電位を印加する工程が、約10〜400ワ
ットの電力を、平方センチメートル当り約0.04〜２ワッ
トの出力密度で、電極へと印加することからなる。最も
好ましい実施例では、平方センチメートル当り約0.4〜
0.9ワットの出力密度を、電力供給電極へと印加する。
習熟した者であれば知っており、特定の技術は、過度の
実験なしに見出し、調製することができる。炭化珪素使
用の多数の特定のパラメーター類が、米国特許第4,865,
685号にも記載されている。本発明の好適例において
は、プラズマ発生電位を印加する工程が、約10〜400ワ
ットの電力を、平方センチメートル当り約0.04〜２ワッ
トの出力密度で、電極へと印加することからなる。最も
好ましい実施例では、平方センチメートル当り約0.4〜
0.9ワットの出力密度を、電力供給電極へと印加する。
典型的には、ガスを、約５〜5000ミリメートルの圧力
（水銀0.005〜５ミリメートル:1パスカは水銀１ミリメ
ートルに等しい）で、１分間当り約１〜500標準立方セ
ンチメートル（sccm）の流速で、最も好ましくは約50sc
cmの流速で、供給する。最も好適な実施例ではガスを供
給する工程が、50sccmの三フッ化窒素中で、約10％の一
酸化二窒素の混合物を約100ミリメートルの圧力で、電
極に約100ワットの電力をかけて、約130ボルトのDCバイ
アスで、かつこのターゲット電極上に石英被覆板を使用
して、供給することからなる。こうした条件下では、材
料の除去が約９秒で始まり、除去すべき材料の量に応じ
て75分間以上続きうる。これらの条件下では、典型的な
エッチにより、約3.7分間に約0.5ミクロン（１ミクロン
は１マイクロメートルに等しい）除去されるであろう。
これらの条件下では、75分間のエッチにより、同様に約
10ミクロン除去されるであろう。
（水銀0.005〜５ミリメートル:1パスカは水銀１ミリメ
ートルに等しい）で、１分間当り約１〜500標準立方セ
ンチメートル（sccm）の流速で、最も好ましくは約50sc
cmの流速で、供給する。最も好適な実施例ではガスを供
給する工程が、50sccmの三フッ化窒素中で、約10％の一
酸化二窒素の混合物を約100ミリメートルの圧力で、電
極に約100ワットの電力をかけて、約130ボルトのDCバイ
アスで、かつこのターゲット電極上に石英被覆板を使用
して、供給することからなる。こうした条件下では、材
料の除去が約９秒で始まり、除去すべき材料の量に応じ
て75分間以上続きうる。これらの条件下では、典型的な
エッチにより、約3.7分間に約0.5ミクロン（１ミクロン
は１マイクロメートルに等しい）除去されるであろう。
これらの条件下では、75分間のエッチにより、同様に約
10ミクロン除去されるであろう。
最後に、本発明の方法は、エッチされた表面上に単結
晶炭化珪素の薄膜を化学蒸着によって堆積させることを
含む。好適例においては、これは、アルファ炭化珪素表
面上に6H（アルファ）又は3C（ベータ）炭化珪素のいず
れかの薄膜を堆積させることからなる。
晶炭化珪素の薄膜を化学蒸着によって堆積させることを
含む。好適例においては、これは、アルファ炭化珪素表
面上に6H（アルファ）又は3C（ベータ）炭化珪素のいず
れかの薄膜を堆積させることからなる。
堆積すべき薄膜層が6H炭化珪素であるときには、本方
法は、実質的に＜11０＞方向のうちの一つに向う結晶
の底面に対する軸から１度以上傾斜した平坦な界面6H炭
化珪素表面上に、6H炭化珪素の薄膜層を堆積することか
らなる。
法は、実質的に＜11０＞方向のうちの一つに向う結晶
の底面に対する軸から１度以上傾斜した平坦な界面6H炭
化珪素表面上に、6H炭化珪素の薄膜層を堆積することか
らなる。
ベータ炭化珪素の薄膜を堆積すべきときには、この薄
膜の堆積工程が、6H炭化珪素表面の（0001）Si面上に
〔111〕成長方向にベータ炭化珪素薄膜をエピタキシャ
ル堆積させることからなり、このベータ炭化珪素薄膜の
（111）結晶形態が6H炭化珪素表面の（0001）結晶形態
と適合するようにし、このベータ炭化珪素の（10）面
が6H炭化珪素の（11０）面と平行になり、このベータ
炭化珪素の（111）面が6H炭化珪素の（0001）面と平行
となるようにする。
膜の堆積工程が、6H炭化珪素表面の（0001）Si面上に
〔111〕成長方向にベータ炭化珪素薄膜をエピタキシャ
ル堆積させることからなり、このベータ炭化珪素薄膜の
（111）結晶形態が6H炭化珪素表面の（0001）結晶形態
と適合するようにし、このベータ炭化珪素の（10）面
が6H炭化珪素の（11０）面と平行になり、このベータ
炭化珪素の（111）面が6H炭化珪素の（0001）面と平行
となるようにする。
これらの技術面に良い背景的な議論が、米国特許第4,
912,063号及び第4,912,064号に記載されている。
912,063号及び第4,912,064号に記載されている。
本明細書において、本発明の典型的な好適例を開示し
てきたし、特定の用語を採用してきたけれども、これら
は一般的で記述的な意味でのみ用いてきたものであり、
限定の意図はなく、本発明の範囲は、次の請求の範囲に
記載されている。
てきたし、特定の用語を採用してきたけれども、これら
は一般的で記述的な意味でのみ用いてきたものであり、
限定の意図はなく、本発明の範囲は、次の請求の範囲に
記載されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドモンド ジョン エイ アメリカ合衆国ノース カロライナ州 27502 アペックス ボックスウッド レイン 1310 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/302 H01L 21/304
Claims (12)
- 【請求項１】炭化珪素表面上に単結晶炭化珪素薄膜をエ
ピタキシャル成長させ、得られた薄膜における及びこの
薄膜と炭化珪素表面との間の界面における欠陥密度を減
少させる方法であって： 単結晶炭化珪素結晶上に実質的に平坦な表面を形成し； 二つの電極の間にプラズマ発生電位を印加し； 100ミルトールの圧力で三フッ化窒素中に10パーセント
の一酸化二窒素を含む混合物を供給することによってこ
れら二つの電極の間にプラズマを発生させ； これらの電極の一方の上にターゲットとして実質的に平
坦な炭化珪素表面を配置し、ここで電極を低スパッタ収
率の材料から形成し、かつこの電極材料が解離種と反応
性であり； この実質的に平坦な表面を、機械的加工によって生じた
表面又は表面下のあらゆる損傷が実質的に除去されるま
でエッチングプラズマに曝露し、ただし0.02〜10ミクロ
ンにエッチ深さが制限される時間の間曝露し；及び このエッチされた表面上に化学蒸着によって単結晶炭化
珪素の薄膜を堆積する方法。 - 【請求項２】炭化珪素結晶に実質的に平坦な表面を形成
する工程が： 炭化珪素結晶を薄く切ってほぼ平坦な表面を露出させる
工程； このほぼ平坦な表面を研磨ペーストでラッピングする工
程；及び このほぼ平坦な表面を研磨ペーストで研磨して実質的に
平坦な表面を作り出す工程からなる、請求項１による方
法。 - 【請求項３】エッチされた表面上に化学蒸着によって単
結晶炭化珪素の薄膜を堆積する工程が、実質的に＜11
０＞方向のうちの一つに向う結晶の底面に対する軸から
１度以上傾斜した平坦な界面6H炭化珪素表面上に、6H炭
化珪素の薄膜層を堆積することからなる、請求項１によ
る方法。 - 【請求項４】エッチされた表面上に化学蒸着によって単
結晶炭化珪素の薄膜を堆積する工程が、6H炭化珪素表面
の（0001）Si面上に〔111〕成長方向にベータ炭化珪素
薄膜をエピタキシャル堆積させることからなり、このベ
ータ炭化珪素薄膜の（111）結晶形態が6H炭化珪素表面
の（0001）結晶形態と適合するようにし、このベータ炭
化珪素の（10）面が6H炭化珪素の（11０）面と平行
になり、このベータ炭化珪素の（111）面が6H炭化珪素
の（0001）面と平行となるようにする、請求項１による
方法。 - 【請求項５】反応性イオンプラズマを発生させる工程
が、このプラズマへと直流バイアスを印加することを含
む請求項１による方法。 - 【請求項６】炭化珪素ターゲットに隣接して磁石を配置
することによって、このターゲットへと磁場を印加し、
プラズマ中の炭化珪素ターゲットのエッチ速度を高める
工程を更に含んでいる、請求項１による方法。 - 【請求項７】電極の一方の上に炭化珪素ターゲットを配
置する工程が、炭素陰極上又は石英陰極上に炭化珪素タ
ーゲットを配置することからなる、請求項１による方
法。 - 【請求項８】プラズマ発生電位を印加する工程が、電極
へと10〜約400ワットの電力を、この電力供給された電
極に対して平方センチメートル当り0.04〜２ワットの出
力密度で印加することからなる、請求項１による方法。 - 【請求項９】電極間に一酸化二窒素と三フッ化窒素との
混合物を供給する工程が、水銀の0.005〜５ミリメート
ルの圧力でこの混合物を供給することからなる、請求項
１による方法。 - 【請求項１０】一酸化炭素と三フッ化酸素との混合物を
供給する工程が、１分間当り約１〜約500標準立方セン
チメートルの流速でこの混合物を供給することからな
る、請求項１による方法。 - 【請求項１１】プラズマを発生させる工程が、反応性イ
オンビームプラズマを発生させることからなる、請求項
１による方法。 - 【請求項１２】プラズマを発生させる工程が、電子サイ
クロトロン共鳴プラズマを発生させることからなる、請
求項１による方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US421,375 | 1989-10-13 | ||
| US07/421,375 US4946547A (en) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | Method of preparing silicon carbide surfaces for crystal growth |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05500883A JPH05500883A (ja) | 1993-02-18 |
| JP2771697B2 true JP2771697B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=23670252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2511878A Expired - Lifetime JP2771697B2 (ja) | 1989-10-13 | 1990-08-06 | 結晶成長用の炭化珪素表面を加工する方法 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4946547A (ja) |
| EP (1) | EP0495787B1 (ja) |
| JP (1) | JP2771697B2 (ja) |
| KR (1) | KR0163411B1 (ja) |
| CN (1) | CN1030674C (ja) |
| AT (1) | ATE113758T1 (ja) |
| AU (1) | AU6180690A (ja) |
| CA (1) | CA2069309C (ja) |
| DE (1) | DE69013928T2 (ja) |
| MX (1) | MX173786B (ja) |
| MY (1) | MY107059A (ja) |
| WO (1) | WO1991006116A1 (ja) |
Families Citing this family (388)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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