JP4766642B2 - SiC半導体とSiCエピタキシャル成長方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、SiC半導体と、SiCエピタキシャル成長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板になるシリコンと、そのシリコン基板上にエピタキシャル成長させるSiCとの間には、格子不整合がある。そのため、ミスフィット転位による結晶欠陥が多数発生し、デバイス作成時に問題となっている。
【0003】
そのため、格子定数の違いによる結晶欠陥を抑制する技術の導入が重要になる。
【0004】
シリコン基板の表面を炭化水素ガスで炭化し、これをバッファー層としてSiCを成長させる方法が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の方法によると、シリコン基板中のSi原子が炭化処理により基板表面に持ち去られ、シリコン基板中に空孔が生じ、シリコン基板が荒れてしまう現象が見られる。
【0006】
本発明の目的は、格子定数の違いによるミスフィット転位を抑制し、しかも、品質の高いSiC半導体とSiCエピタキシャル成長方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。
【0008】
(1)Siウェーハの表面に、BPのバッファー層を介して、3C−SiCがエピタキシャル成長により形成されていることを特徴とするSiC半導体。
【0009】
(2)BPが閃亜鉛鉱型の単結晶である前述のSiC半導体。
【0010】
(3)シリコン基板上にBPのバッファー層を介して単結晶SiC膜を形成したSiCウェーハ。
【0011】
(4)BPが閃亜鉛鉱型の結晶である前述のSiCウェーハ。
【0012】
(5)基板となるSiウェーハの上に3C−SiCをエピタキシャル成長させる際に、BPをバッファー層として介在させることを特徴とするSiCエピタキシャル成長方法。
【0013】
(6)BPが閃亜鉛鉱型の単結晶である前述のSiCエピタキシャル成長方法。
【0014】
【発明の実施の形態】
この発明は、Siに比べて半導体機能として優れた性能を持つSiC半導体とエピタキシャル成長方法を提供するものである。
【0015】
SiC半導体とくに3C−SiC半導体は、主にSi(シリコン)基板上に3C−SiCをエピタキシャル成長させることにより製造される。
【0016】
このようなエピタキシャル成長においては、シリコン基板の結晶性を成膜層が受け継ぐ。それゆえ、良質な結晶を得る上で基板の荒れは避けるべきである。
【0017】
そこで、基板の荒れをもたらさないように、適当な物質によるバッファー層を設けることが好ましいのである。
【0018】
たとえば、基板となるSiウェーハ上に3C−SiCをエピタキシャル成長させる際に、閃亜鉛鉱型単結晶のBP(リン化ホウ素)をバッファー層として用いる。それにより、結晶欠陥を減少させる。
【0019】
閃亜鉛鉱型結晶であるBP(リン化ホウ素)の格子定数は、4.538オングストロームであり、3C−SiCの4.358オングストロームとほぼ同等であり、格子不整合によるミスフィット転位を抑制できる。また、熱膨脹率もほぼ同等である。
【0020】
また、BPは、Siと格子定数にして16.4%の違いがあるものの、BPはSi上にヘテロエピタキシャル成長できるものである。
【0021】
まず、Si基板上にBPをエピタキシャル成長させ、続いて、3C−SiCを成長させることにより、ミスフィット転位を抑制した結晶を得ることができる。
【0022】
【実施例】
以下に、好適な実施例の1つを説明する。
【0023】
(1)基板のSi(100)もしくは(111)を水素雰囲気中で1000℃以上に加熱することにより、基板の自然酸化膜を除去する。
【0024】
(2)キャリアガスを水素として、B原料のBCl3 とP原料のPCl3 を反応管に流し、低温成長を約200〜500℃で30分程度行う。
【0025】
(3)低温成長終了時にBPの原料供給を止め、BPの結晶成長温度である900〜1200℃まで昇温する。
【0026】
(4)900〜1200℃の成長温度になったら、BPの原料供給を開始し、そのまま30分以上保持し、BP層を1〜5μm程度成膜する。
【0027】
(5)所定の結晶成長時間を終えたのち、BPの原料供給を停止し、その温度のまま30分程度保持する。
【0028】
(6)ついで、SiCの低温成長温度である200〜500℃にし、原料であるメチルシランの供給を開始し、10分程度保持する。
【0029】
(7)3C−SiCの結晶成長温度である800〜1200℃程度にし、そのまま30分以上保持し、SiC層を10〜30μm成膜する。
【0030】
(8)3C−SiC結晶成長時間が終了した時点でメチルシラン原料供給を停止し、その温度のまま30分程度保持する。
【0031】
上記工程(1)〜(8)により製造した3C−SiC半導体(とくにその結晶)と比較するために、BP層を介さないで、すなわち上記工程(2)から(5)を除いた条件で、Si基板上に3C−SiC結晶を成長させた3C−SiC半導体の製造を試みた。これらを比較したところ、BPのバッファー層を設けて作成した3C−SiC半導体の結晶は、格子欠陥違いによるミスフィット転位が良好に抑制されており、高品質な結晶になっていたが、BPのバッファ層なしで製造したものは、多結晶SiCが形成されるのみで、単結晶SiCを製造することはできなかった。
【0032】
本発明は、実施例に限定されるものではない。たとえば、原料ガスとしては、塩化物の他にも、水素化物、有機金属原料など、種々のものが利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、Siウェーハ上に、SiCを直接成長させた場合の様子を示す模式図。
(b)は、本発明の好適な実施例による3C−SiC単結晶の成長を示す模式図。
Claims (6)
- Siウェーハの表面に、BPのバッファー層を介して、3C−SiCがエピタキシャル成長により形成されていることを特徴とするSiC半導体。
- BPが閃亜鉛鉱型の単結晶であることを特徴とする請求項1に記載のSiC半導体。
- シリコン基板上にBPのバッファー層を介して単結晶SiC膜が形成されていることを特徴とするSiCウェーハ。
- BPが閃亜鉛鉱型の結晶であることを特徴とする請求項3に記載のSiCウェーハ。
- 基板となるSiウェーハの上に3C−SiCをエピタキシャル成長させる際に、BPをバッファー層として介在させることを特徴とするSiCエピタキシャル成長方法。
- BPが閃亜鉛鉱型の単結晶であることを特徴とする請求項5に記載のSiCエピタキシャル成長方法。
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