JP4539140B2 - 炭化珪素基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上記課題を解決することを目的とする。
炭化珪素の(000−1)C面を、機械加工する機械加工工程と、
前記機械加工工程後に、前記炭化珪素の表面層の0.1μm以上を、酸素原子含有物質または溶融アルカリを用いた化学反応によって除去する表面層除去工程と
を有することを特徴とする炭化珪素基板の製造方法である。
なお、炭化珪素の表面層の除去とは、炭化珪素の表面層が溶融等によって除去される場合に限られず、例えば、表面層を酸化することにより、炭化珪素の表面層が変質し、炭化珪素とは異なる部分が形成されることにより、炭化珪素部分が減少することにより除去される場合も含まれる。
熱酸化の温度は、950℃以上の温度であれば、有効な熱酸化速度が得られる。しかし、処理時間を短くするためには、さらに高温であることが好ましい。例えば、1150℃の乾燥酸素雰囲気においては、約4.5時間の熱酸化で実現される。この場合でも、熱酸化温度をさらに上昇させたり、水素または水蒸気を酸素に添加することで、より短時間で、同量の炭化珪素(000−1)C面表面を除去することができる。前記条件近傍では、炭化珪素の除去量は、熱酸化時間の平方根にほぼ比例するため、短時間の熱酸化と酸化層除去を繰り返すことにより、より短時間で所要の除去量を達成できる。
表面酸化層の除去は、フッ化水素酸による除去や、気相エッチングによる除去などにより行うことができる。
炭化珪素の(000−1)C面を、機械加工する機械加工工程と、
前記機械加工工程後に、前記炭化珪素の表面層の0.1μm以上を、酸素原子含有物質または溶融アルカリを用いた化学反応により除去する表面層除去工程と
を有することを特徴とする炭化珪素の表面処理方法である。
炭化珪素の(000−1)C面を、機械加工する機械加工工程と、
前記機械加工工程後に、前記炭化珪素の表面層に、酸素原子含有物質を用いた化学反応により表面酸化層を形成させ、炭化珪素の表面層の0.1μm以上を除去する表面層除去工程と、
前記表面層除去工程後に、エピタキシャル成長装置内において、前記表面酸化層を除去する表面酸化層除去工程と、
前記表面酸化層除去工程後に、前記エピタキシャル成長装置内において、前記炭化珪素を
エピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と
を有することを特徴とする炭化珪素のエピタキシャル成長方法。
前記のデバイスとしては、電子デバイス、マイクロマシーン、X線ミラーなどが挙げられる。
図1は、本発明の主たる製造工程の説明図である。
図1に示すように、炭化珪素(000−1)C面を酸素または酸素原子を含んだ物質を用いた化学反応により酸化して除去する。酸化と除去は別工程であっても、同一工程において同時に進行してもよい。
この付近の条件では、炭化珪素の除去量は、熱酸化時間の平方根にほぼ比例するので、短時間の熱酸化と酸化層除去を繰り返すことにより、より短時間で所要の除去量を達成できる。
4H−炭化珪素(000−1)C面0.7度オフ基板を用い、乾燥酸素雰囲気下、1,100〜1,150℃で0〜36時間の熱酸化を行い、形成された熱酸化膜を、フッ化水素酸で除去した後、エピタキシャル成長を行った際に発生した表面欠陥の、熱酸化膜厚依存性を図2に示す。炭化珪素表面層の除去量は、熱酸化膜厚の半分程度と考えられる。
図2より、いずれの表面欠陥密度も、成長前熱酸化膜厚が0.1μm弱から0.2μmにかけて急激に減少し、その後は三角形状欠陥が、1cm2当たり100個程度で、飽和傾向となる。一方、成長前熱酸化膜厚が0.4〜0.5μmを超えると、三角形状欠陥、ピットともに次第に増加する傾向が見られる。
機械加工直後の基板を原子間力顕微鏡により観察すると、深さ数nmの研磨傷が無数に観測されるが、実際の研磨ダメージはさらに深く、約0.1μm程度まで分布していると考えられる。
図2において、成長前熱酸化膜厚が0.4〜0.5μmより大きい領域で表面欠陥密度が次第に増加するのは、熱酸化後の冷却時に、熱膨張係数の違いに起因して炭化珪素表面が熱酸化膜から受ける応力が、熱酸化膜厚の増大とともに増大することに起因すると考えられる。
図2において、成長前熱酸化膜厚が、0.2〜0.4μmの範囲において、三角形状欠陥密度が、1cm2当たり100個程度で飽和するのは、洗浄プロセスの問題と考えられる。すなわち、一度上記のようにしてエピタキシャル成長を行った後、洗浄を行って、再び同様にエピタキシャル成長を行うと、1cm2当たり100個程度の表面欠陥が、新たに発生した。
次に、同様の条件下での熱酸化により0.35μmの熱酸化膜を形成した(000−1)C面3.5度オフ面と、CMPを施した(000−1)C面3.5度オフ面に、同様の条件により、エピタキシャル成長を行ったものを比較すると、熱酸化膜を形成したものは、三角形状欠陥密度が、1cm2当たり100個程度であったのに対し、CMPを施したものは、同1,000〜2,000個程度となった。
発明者らの実験では、本発明で新たに分かった0.1μmの表面除去を実現しようとして、塩化水素と水素の混合ガスによる高温エッチングを長時間行うと、表面が激しくかつ不規則に荒れ、表面の高低差は、100nm以上にも達した。これでは電子デバイス作製の用に供することはできない。塩化水素から供給される塩素原子の強力なエッチング作用のために、基板からの貫通転位や歪みなどの部分が、選択的にエッチングされるため、このように荒れてしまうと考えられる。このように、フッ素や塩素等のハロゲンは、エッチング作用が強すぎて不適切であると考えられる。
最後に、低オフ角化は、基板中の表面ダメージや表面粉塵によって、表面欠陥を生じやすくなるという問題があるにもかかわらず、下記の点で有力である。
2 エピタキシャル成長層
Claims (13)
- 炭化珪素の(000−1)C面を、機械加工する機械加工工程と、
前記機械加工工程後に、前記炭化珪素の表面層の0.1μm以上を、酸素原子含有物質を用いた熱酸化によって除去する表面層除去工程と
を有することを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。 - 前記表面層除去工程後に、さらに前記表面酸化層を除去する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素基板の製造方法。
- 炭化珪素の(000−1)C面が、<0001>方向から、0度以上1度未満のオフ角を有する面であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の炭化珪素基板の製造方法。
- 炭化珪素の(000−1)C面が、<0001>方向から0.5度以上1度未満のオフ角を有する面であることを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素基板の製造方法。
- 請求項3又は請求項4に記載の炭化珪素基板の製造方法によって製造され、炭化珪素の(000−1)C面が、0度以上1度未満のオフ角を有することを特徴とする炭化珪素基板。
- 炭化珪素の(000−1)C面を、機械加工する機械加工工程と、
前記機械加工工程後に、前記炭化珪素の表面層の0.1μm以上を、酸素原子含有物質を用いた熱酸化により除去する表面層除去工程と
を有することを特徴とする炭化珪素の表面処理方法。 - 炭化珪素の(000−1)C面を、機械加工する機械加工工程と、
前記機械加工工程後に、前記炭化珪素の表面層に、酸素原子含有物質を用いた熱酸化により表面酸化層を形成させ、炭化珪素の表面層の0.1μm以上を除去する表面層除去工程と、
前記表面層除去工程後に、エピタキシャル成長装置内において、前記表面酸化層を除去する表面酸化層除去工程と、
前記表面酸化層除去工程後に、前記エピタキシャル成長装置内において、前記炭化珪素をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と
を有することを特徴とする炭化珪素のエピタキシャル成長方法。 - 前記表面層除去工程、前記表面酸化層除去工程、前記エピタキシャル成長工程が、同一のエピタキシャル成長装置内において行われることを特徴とする請求項7に記載の炭化珪素のエピタキシャル成長方法。
- 請求項5に記載の炭化珪素基板上へ、炭化珪素をエピタキシャル成長させて得られるエピタキシャル成長層であって、
炭化珪素をエピタキシャル成長させる方法が、
前記表面層除去工程後に、エピタキシャル成長装置内において、前記表面酸化層を除去する表面酸化層除去工程と、
前記表面酸化層除去工程後に、前記エピタキシャル成長装置内において、前記炭化珪素をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と
からなる方法であることを特徴とするエピタキシャル成長層。 - 前記表面層除去工程、前記表面酸化層除去工程、前記エピタキシャル成長工程が、同一のエピタキシャル成長装置内において行われることを特徴とする請求項9に記載のエピタキシャル成長層。
- 請求項9に記載のエピタキシャル成長層が用いられていることを特徴とするデバイス。
- 電子デバイスであることを特徴とする請求項11に記載のデバイス。
- 前記デバイスが、前記エピタキシャル成長層の層上もしくは内部、または層上及び内部双方に形成されていることを特徴とする請求項12に記載のデバイス。
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