JPH0952798A - 炭化珪素薄膜製造方法並びに炭化珪素薄膜および積層基板 - Google Patents
炭化珪素薄膜製造方法並びに炭化珪素薄膜および積層基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン基板上に欠陥およびヒロックが少な
く結晶性と表面モホロジーに優れた炭化珪素単結晶薄
膜、特に半導体基板および結晶成長用基板として利用で
きる炭化珪素薄膜を積層して、炭化珪素薄膜および炭化
珪素薄膜積層基板を得る方法を提供する。 【解決手段】 、フローティングゾーン法（ＦＺ法）あ
るいは磁界下チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）、分子線
エピタキシャル（ＭＢＥ）法または化学気相堆積（ＣＶ
Ｄ）法によって得られる酸素濃度が１０16 atoms/cm3以
下であるシリコン基板を準備し、原料ガスとしてシラン
系化合物と炭化水素、または有機珪素化合物を反応炉内
へ供給し気相成長法によって先のシリコン基板上に炭化
珪素層を形成する。特に、炭化珪素層が結晶性を有し結
晶構造が立方晶であることが好ましい。
く結晶性と表面モホロジーに優れた炭化珪素単結晶薄
膜、特に半導体基板および結晶成長用基板として利用で
きる炭化珪素薄膜を積層して、炭化珪素薄膜および炭化
珪素薄膜積層基板を得る方法を提供する。 【解決手段】 、フローティングゾーン法（ＦＺ法）あ
るいは磁界下チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）、分子線
エピタキシャル（ＭＢＥ）法または化学気相堆積（ＣＶ
Ｄ）法によって得られる酸素濃度が１０16 atoms/cm3以
下であるシリコン基板を準備し、原料ガスとしてシラン
系化合物と炭化水素、または有機珪素化合物を反応炉内
へ供給し気相成長法によって先のシリコン基板上に炭化
珪素層を形成する。特に、炭化珪素層が結晶性を有し結
晶構造が立方晶であることが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板上に
形成された欠陥が少なく結晶性に優れた炭化珪素単結晶
層の製造方法に関し、特に半導体基板および結晶成長用
基板として利用できる炭化珪素薄膜および炭化珪素薄膜
積層基板の製造方法に関する。
形成された欠陥が少なく結晶性に優れた炭化珪素単結晶
層の製造方法に関し、特に半導体基板および結晶成長用
基板として利用できる炭化珪素薄膜および炭化珪素薄膜
積層基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素は広い禁制帯幅と優れた化学的
安定性と耐環境性を有する半導体材料である。そのた
め、炭化珪素は、シリコンを中心とした従来の半導体で
は適用が困難であった高電圧、高温、または放射線照射
下での使用に期待が持たれている。炭化珪素を製造する
ためには、昇華法や気相成長法が用いられている。昇華
法では、成長温度の制限から低温型結晶（β−ＳｉＣ）
を作製することが困難であり、直径３インチ（約７６ｍ
ｍ）以上の大面積で均質な炭化珪素基板を得ることはで
きない状況にある。気相成長法では、シリコンの原料ガ
スと炭素の原料ガスを一緒に基板上に供給することによ
り、基板表面に炭化珪素を析出させている（たとえば、
J. A. Powell et al.,ジャーナル・オブ・エレクトロケ
ミカル・ソサエテイー (J. Elecetrochem. Soc.) 134,
(1987) 1558）。さらに、これらのガスを交互に反応炉
内へ供給することにより、均一性の高い単結晶炭化珪素
が作製できる（たとえば、特開平２−２６２３２４号公
報参照）。炭化珪素を気相成長させる下地基板は、昇華
法により作製させた炭化珪素、炭化チタン、そしてシリ
コンが用いられている。特にシリコンに関しては、チョ
クラルスキ一法（ＣＺ法）で作製されたシリコン基板が
使用されている。
安定性と耐環境性を有する半導体材料である。そのた
め、炭化珪素は、シリコンを中心とした従来の半導体で
は適用が困難であった高電圧、高温、または放射線照射
下での使用に期待が持たれている。炭化珪素を製造する
ためには、昇華法や気相成長法が用いられている。昇華
法では、成長温度の制限から低温型結晶（β−ＳｉＣ）
を作製することが困難であり、直径３インチ（約７６ｍ
ｍ）以上の大面積で均質な炭化珪素基板を得ることはで
きない状況にある。気相成長法では、シリコンの原料ガ
スと炭素の原料ガスを一緒に基板上に供給することによ
り、基板表面に炭化珪素を析出させている（たとえば、
J. A. Powell et al.,ジャーナル・オブ・エレクトロケ
ミカル・ソサエテイー (J. Elecetrochem. Soc.) 134,
(1987) 1558）。さらに、これらのガスを交互に反応炉
内へ供給することにより、均一性の高い単結晶炭化珪素
が作製できる（たとえば、特開平２−２６２３２４号公
報参照）。炭化珪素を気相成長させる下地基板は、昇華
法により作製させた炭化珪素、炭化チタン、そしてシリ
コンが用いられている。特にシリコンに関しては、チョ
クラルスキ一法（ＣＺ法）で作製されたシリコン基板が
使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の気相成長法によ
り、例えばチョクラルスキー法で作製したシリコンを基
板として成膜される炭化珪素膜は、下地シリコン基板中
の欠陥を受け継いで、炭化珪素結晶内に欠陥が誘発され
たり、結晶表面上にヒロック(hillock) が生じるという
問題がある。これらの欠陥およびヒロック分布は、シリ
コン基板に存在する酸素により引き起こされる積層欠陥
（Oxygen induced Stacking Fault;ＯＳＦ）の分布と同
じ傾向を有する。つまり、炭化珪素結晶内の欠陥および
ヒロックの多くは、ＯＳＦにより引き起こされている。
チョクラルスキー法で作製したシリコンでは、酸素濃度
が２×１０18 atoms/cm3であるときに面内に通常５００
個/cm2程度のＯＳＦが存在している。したがって、チョ
クラルスキー法で作製したシリコンを用いて、欠陥およ
びヒロックの無い炭化珪素薄膜を作製することは極めて
困難になる。一般に、半導体結晶中の欠陥は、キャリア
を散乱するため、その易動度を低下させる。すなわち、
この様な欠陥およびヒロックの存在する炭化珪素膜を用
いて半導体デバイスを作製した場合には、キャリア易動
度が低いことから目的の諸特性を達成することができな
いという問題がある。単結晶炭化珪素はまた、例えば、
窒化ガリウムやダイヤモンドなどの炭化珪素と格子定数
の近い単結晶のエピタキシャル成長用基板としても使用
される。しかし、表面に欠陥を有する単結晶炭化珪素膜
上に異種単結晶をエピタキシャル成長させた場合、炭化
珪素膜のもつ欠陥およびヒロックがエピタキシャル成長
の際に引き継がれ、異種エピタキシャル成長膜の結晶性
を悪化させてしまうという問題がある。本発明が解決し
ようとする課題は、これらの欠点を解消し、結晶性が良
く表面モホロジーの優れた炭化珪素薄膜を提供すること
である。
り、例えばチョクラルスキー法で作製したシリコンを基
板として成膜される炭化珪素膜は、下地シリコン基板中
の欠陥を受け継いで、炭化珪素結晶内に欠陥が誘発され
たり、結晶表面上にヒロック(hillock) が生じるという
問題がある。これらの欠陥およびヒロック分布は、シリ
コン基板に存在する酸素により引き起こされる積層欠陥
（Oxygen induced Stacking Fault;ＯＳＦ）の分布と同
じ傾向を有する。つまり、炭化珪素結晶内の欠陥および
ヒロックの多くは、ＯＳＦにより引き起こされている。
チョクラルスキー法で作製したシリコンでは、酸素濃度
が２×１０18 atoms/cm3であるときに面内に通常５００
個/cm2程度のＯＳＦが存在している。したがって、チョ
クラルスキー法で作製したシリコンを用いて、欠陥およ
びヒロックの無い炭化珪素薄膜を作製することは極めて
困難になる。一般に、半導体結晶中の欠陥は、キャリア
を散乱するため、その易動度を低下させる。すなわち、
この様な欠陥およびヒロックの存在する炭化珪素膜を用
いて半導体デバイスを作製した場合には、キャリア易動
度が低いことから目的の諸特性を達成することができな
いという問題がある。単結晶炭化珪素はまた、例えば、
窒化ガリウムやダイヤモンドなどの炭化珪素と格子定数
の近い単結晶のエピタキシャル成長用基板としても使用
される。しかし、表面に欠陥を有する単結晶炭化珪素膜
上に異種単結晶をエピタキシャル成長させた場合、炭化
珪素膜のもつ欠陥およびヒロックがエピタキシャル成長
の際に引き継がれ、異種エピタキシャル成長膜の結晶性
を悪化させてしまうという問題がある。本発明が解決し
ようとする課題は、これらの欠点を解消し、結晶性が良
く表面モホロジーの優れた炭化珪素薄膜を提供すること
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の炭化珪素薄膜製
造方法は、上記の欠点を解消するため、欠陥を誘発させ
る酸素の濃度が低く１０16 atoms/cm3以下であるシリコ
ン基板を準備し、そのシリコン基板上に炭化珪素膜を成
膜することを特徴とする。１０16 atoms/cm3以下の極低
酸素濃度で実質的にＯＳＦが無いシリコン基板は、フロ
ーティングゾーン法（ＦＺ法）あるいは磁界下チョクラ
ルスキー法（ＭＣＺ法）で作製することができる。ま
た、極低酸素濃度は、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）
法または化学気相堆積（ＣＶＤ）法によってエピタキシ
ャル成長されたシリコン層によっても達成される。炭化
珪素層は、原料ガスとして、少なくとも一種類のシラン
系化合物と炭化水素を反応炉内へ供給し気相成長法によ
って作製することができる。また、原料ガスとして、少
なくとも一種類のシラン系化合物と炭化水素を反応炉内
へ交互に供給し、当該シリコン表面上にエピタキシャル
成長させて、単結晶炭化珪素層を形成することもでき
る。また、原料として有機珪素化合物を反応炉内へ供給
し気相成長法によって作製することも可能である。炭化
珪素層は、結晶性を有することが好ましく、さらに結晶
構造が立方晶であると炭化珪素薄膜の高度な利用が可能
になる。また、このようにして得られた炭化珪素薄膜を
異種単結晶のエピタキシャル成長用基板としても使用し
た場合には、結晶性の良好な異種エピタキシャル成長膜
を得ることができる。
造方法は、上記の欠点を解消するため、欠陥を誘発させ
る酸素の濃度が低く１０16 atoms/cm3以下であるシリコ
ン基板を準備し、そのシリコン基板上に炭化珪素膜を成
膜することを特徴とする。１０16 atoms/cm3以下の極低
酸素濃度で実質的にＯＳＦが無いシリコン基板は、フロ
ーティングゾーン法（ＦＺ法）あるいは磁界下チョクラ
ルスキー法（ＭＣＺ法）で作製することができる。ま
た、極低酸素濃度は、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）
法または化学気相堆積（ＣＶＤ）法によってエピタキシ
ャル成長されたシリコン層によっても達成される。炭化
珪素層は、原料ガスとして、少なくとも一種類のシラン
系化合物と炭化水素を反応炉内へ供給し気相成長法によ
って作製することができる。また、原料ガスとして、少
なくとも一種類のシラン系化合物と炭化水素を反応炉内
へ交互に供給し、当該シリコン表面上にエピタキシャル
成長させて、単結晶炭化珪素層を形成することもでき
る。また、原料として有機珪素化合物を反応炉内へ供給
し気相成長法によって作製することも可能である。炭化
珪素層は、結晶性を有することが好ましく、さらに結晶
構造が立方晶であると炭化珪素薄膜の高度な利用が可能
になる。また、このようにして得られた炭化珪素薄膜を
異種単結晶のエピタキシャル成長用基板としても使用し
た場合には、結晶性の良好な異種エピタキシャル成長膜
を得ることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の炭化珪素薄膜製造方法
は、炭化珪素結晶内の欠陥およびヒロックの多くがシリ
コン基板に存在する酸素により引き起こされる積層欠陥
（ＯＳＦ）を原因とすることに着目して、欠陥およびヒ
ロックの分布が実質上無視しうる水準に対応する酸素濃
度を有するシリコン基板を作製し、この基板の上に炭化
珪素薄膜を積層するようにしたものである。発明者等の
研究によると、実用に耐える優れた特性を有する炭化珪
素薄膜を形成するためには、シリコン基板の酸素濃度は
１０16 atoms/cm3以下であることが好ましい。酸素濃度
がこの水準に収まるシリコン基板を生成するためには、
フローティングゾーン法（ＦＺ法）もしくは磁界下チョ
クラルスキー法（ＭＣＺ法）が適当である。また、分子
線エピタキシャル（ＭＢＥ）法および化学気相堆積（Ｃ
ＶＤ）法によってエピタキシャル成長されたシリコン層
によっても得ることができる。また、上記のような低い
酸素濃度を有するシリコン基板上に炭化珪素層を積層さ
せる方法として、基板を反応炉内に据えて原料ガスを供
給して基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させる気
相成長法を採用した。炭化珪素の原料としてシラン系化
合物と炭化水素を用いてもよいし、有機珪素化合物を用
いてもよい。特に、シラン系化合物と炭化水素を減圧下
の反応炉内へ交互に供給し、シリコン基板表面上にエピ
タキシャル成長させて得られる単結晶炭化珪素薄膜は、
特に結晶性が良く表面モホロジーがよい。なお、炭化珪
素層が結晶性を有し、結晶構造が立方晶であると炭化珪
素薄膜の高度な利用が可能になる。本発明の方法で作製
された炭化珪素薄膜は、炭化珪素結晶内の欠陥およびヒ
ロックが極く少なく、電気特性や機械特性に優れ、色々
な用途に適しているが、また、窒化ガリウムやダイヤモ
ンドなど異種単結晶のエピタキシャル成長用基板として
も使用することができる。以下、実施例に基づいて本発
明の炭化珪素薄膜および炭化珪素薄膜積層基板の製造方
法について詳細に説明する。
は、炭化珪素結晶内の欠陥およびヒロックの多くがシリ
コン基板に存在する酸素により引き起こされる積層欠陥
（ＯＳＦ）を原因とすることに着目して、欠陥およびヒ
ロックの分布が実質上無視しうる水準に対応する酸素濃
度を有するシリコン基板を作製し、この基板の上に炭化
珪素薄膜を積層するようにしたものである。発明者等の
研究によると、実用に耐える優れた特性を有する炭化珪
素薄膜を形成するためには、シリコン基板の酸素濃度は
１０16 atoms/cm3以下であることが好ましい。酸素濃度
がこの水準に収まるシリコン基板を生成するためには、
フローティングゾーン法（ＦＺ法）もしくは磁界下チョ
クラルスキー法（ＭＣＺ法）が適当である。また、分子
線エピタキシャル（ＭＢＥ）法および化学気相堆積（Ｃ
ＶＤ）法によってエピタキシャル成長されたシリコン層
によっても得ることができる。また、上記のような低い
酸素濃度を有するシリコン基板上に炭化珪素層を積層さ
せる方法として、基板を反応炉内に据えて原料ガスを供
給して基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させる気
相成長法を採用した。炭化珪素の原料としてシラン系化
合物と炭化水素を用いてもよいし、有機珪素化合物を用
いてもよい。特に、シラン系化合物と炭化水素を減圧下
の反応炉内へ交互に供給し、シリコン基板表面上にエピ
タキシャル成長させて得られる単結晶炭化珪素薄膜は、
特に結晶性が良く表面モホロジーがよい。なお、炭化珪
素層が結晶性を有し、結晶構造が立方晶であると炭化珪
素薄膜の高度な利用が可能になる。本発明の方法で作製
された炭化珪素薄膜は、炭化珪素結晶内の欠陥およびヒ
ロックが極く少なく、電気特性や機械特性に優れ、色々
な用途に適しているが、また、窒化ガリウムやダイヤモ
ンドなど異種単結晶のエピタキシャル成長用基板として
も使用することができる。以下、実施例に基づいて本発
明の炭化珪素薄膜および炭化珪素薄膜積層基板の製造方
法について詳細に説明する。
【０００６】
【実施例１】本発明による炭化珪素膜の成膜方法を示
す。図１（ａ）ないし（ｃ）は、本発明による成膜方法
を工程順に示す縦断面図である。３インチの直径を有す
る単結晶シリコンウエハーを反応炉内に設置し、アセチ
レンと水素雰囲気中で１０２０℃まで加熱した。シリコ
ンウエハーはＦＺ法で作製されたものであり、基板の酸
素濃度は１×１０16 atoms/cm3である。ここで、シリコ
ンを基板として炭化珪素の成膜を行う場合、炭化珪素と
シリコン基板の界面に生じる結晶格子の不整合により、
成膜した炭化珪素の結晶性や、結晶表面のモホロジーが
悪化するという問題がある。そのため、シリコン基板上
に炭化珪素を成膜する場合には、シリコン基板の表面を
炭化水素ガスなど炭素含有雰囲気中で炭化し、１００Å
程度の極薄の炭化珪素層を形成させる必要がある（小野
他、電子通信学会信学技報、ＳＳＤ８０,(1980)125）。
本発明では、第１図（ｂ）に示すように、あらかじめア
セチレンと水素供給のもとでシリコン基板を１０２０℃
で６０分間保つことでシリコン基板表面を炭化した。こ
のときの表面炭化の条件を表１に示した。
す。図１（ａ）ないし（ｃ）は、本発明による成膜方法
を工程順に示す縦断面図である。３インチの直径を有す
る単結晶シリコンウエハーを反応炉内に設置し、アセチ
レンと水素雰囲気中で１０２０℃まで加熱した。シリコ
ンウエハーはＦＺ法で作製されたものであり、基板の酸
素濃度は１×１０16 atoms/cm3である。ここで、シリコ
ンを基板として炭化珪素の成膜を行う場合、炭化珪素と
シリコン基板の界面に生じる結晶格子の不整合により、
成膜した炭化珪素の結晶性や、結晶表面のモホロジーが
悪化するという問題がある。そのため、シリコン基板上
に炭化珪素を成膜する場合には、シリコン基板の表面を
炭化水素ガスなど炭素含有雰囲気中で炭化し、１００Å
程度の極薄の炭化珪素層を形成させる必要がある（小野
他、電子通信学会信学技報、ＳＳＤ８０,(1980)125）。
本発明では、第１図（ｂ）に示すように、あらかじめア
セチレンと水素供給のもとでシリコン基板を１０２０℃
で６０分間保つことでシリコン基板表面を炭化した。こ
のときの表面炭化の条件を表１に示した。
【０００７】
【表１】
【０００８】エリプソメトリを用いてシリコン基板表面
の炭化膜厚を測定したところ８０Åであることが確認さ
れた。炭化層を形成した後、引き続き第１図（ｃ）に示
すように、基板温度１０２０℃の状態でシリコンの原料
ガスと炭素の原料ガスを交互に反応炉内へと供給するこ
とで炭化珪素の成膜を実施した。シリコンの原料ガスと
しては、ジクロルシラン（SiH2Cl2）を使用したが、SiH
4、SiCl4、SiHCl3などを用いても差し支えない。炭素の
原料ガスとしてアセチレン（C2H2）を使用したが、C
H4、C2H6、C3H8 などを用いることもできる。また、シ
リコンと炭素、別々の原料ガスを使用せず、(CH3)3SiC
l、(CH3)4Siなどシリコンと炭素を共に含有する成分を
気化させたガスのみで成膜することも可能である。本発
明では、成膜した炭化珪素膜の膜厚は２μｍである。こ
の成長条件の詳細は表２に示した。
の炭化膜厚を測定したところ８０Åであることが確認さ
れた。炭化層を形成した後、引き続き第１図（ｃ）に示
すように、基板温度１０２０℃の状態でシリコンの原料
ガスと炭素の原料ガスを交互に反応炉内へと供給するこ
とで炭化珪素の成膜を実施した。シリコンの原料ガスと
しては、ジクロルシラン（SiH2Cl2）を使用したが、SiH
4、SiCl4、SiHCl3などを用いても差し支えない。炭素の
原料ガスとしてアセチレン（C2H2）を使用したが、C
H4、C2H6、C3H8 などを用いることもできる。また、シ
リコンと炭素、別々の原料ガスを使用せず、(CH3)3SiC
l、(CH3)4Siなどシリコンと炭素を共に含有する成分を
気化させたガスのみで成膜することも可能である。本発
明では、成膜した炭化珪素膜の膜厚は２μｍである。こ
の成長条件の詳細は表２に示した。
【０００９】
【表２】
【００１０】図２は本発明に基づく成膜方法を用いて成
膜した炭化珪素膜表面のＳＥＭ像である。このＳＥＭ像
から、炭化珪素膜表面が平滑であることが分かった。図
３は本発明に基づく成膜方法を用いて成膜した炭化珪素
膜表面のＳＴＭ像である。炭化珪素膜表面のＪＩＳＢ０
６０１に基づく中心線平均あらさ（Ｒａ）は３．７nmで
あった。以上のことから、本発明の製造方法による炭化
珪素膜には、成長を行ったシリコン基板にＯＳＦがない
ためＯＳＦにより引き起こされる欠陥が存在しないこと
がわかった。炭化珪素膜の結晶性を調べるために、Ｘ線
回折測定を実施した。観測されたピークは、立方晶炭化
珪素（２００）面によるもののみである。この立方晶炭
化珪素（２００）面ピークの半値幅は０．２２５度であ
った。得られた炭化珪素薄膜の易動度をホール測定法を
用いて測定すると、１８０ cm2/(V・sec)であった。
膜した炭化珪素膜表面のＳＥＭ像である。このＳＥＭ像
から、炭化珪素膜表面が平滑であることが分かった。図
３は本発明に基づく成膜方法を用いて成膜した炭化珪素
膜表面のＳＴＭ像である。炭化珪素膜表面のＪＩＳＢ０
６０１に基づく中心線平均あらさ（Ｒａ）は３．７nmで
あった。以上のことから、本発明の製造方法による炭化
珪素膜には、成長を行ったシリコン基板にＯＳＦがない
ためＯＳＦにより引き起こされる欠陥が存在しないこと
がわかった。炭化珪素膜の結晶性を調べるために、Ｘ線
回折測定を実施した。観測されたピークは、立方晶炭化
珪素（２００）面によるもののみである。この立方晶炭
化珪素（２００）面ピークの半値幅は０．２２５度であ
った。得られた炭化珪素薄膜の易動度をホール測定法を
用いて測定すると、１８０ cm2/(V・sec)であった。
【００１１】
【実施例２】ＭＣＺ法で作製した単結晶シリコン基板上
への炭化珪素の成膜を実施した。その結果、実施例１で
作製した単結晶炭化珪素とほぼ同程度の特性が得られ
た。
への炭化珪素の成膜を実施した。その結果、実施例１で
作製した単結晶炭化珪素とほぼ同程度の特性が得られ
た。
【００１２】
【比較例１】従来法として、ＣＺ法で作製した単結晶シ
リコン基板上への炭化珪素の成膜を実施した。成膜条件
の詳細は表２と同じである。ＣＺ法で作製したシリコン
基板の酸素濃度は２×ｌ０18 atoms/cm3である。図４は
ＣＺ基板上へ成膜した炭化珪素膜表面の走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）像である。ＳＥＭ像から、この方法で成膜
した炭化珪素膜表面には明らかに島状のヒロックが存在
していることが確認される。図５はＣＺ基板上へ成膜し
た炭化珪素膜表面の走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の
像である。ＳＴＭ像から炭化珪素膜表面には島状のヒロ
ックが存在していることが分かり、表面の中心線平均あ
らさは２１．２nmであった。Ｘ線回折測定から得られた
立方晶炭化珪素（２００）面ピークの半値幅は０．３２
７度であった。炭化珪素薄膜の易動度は５cm2/(V・sec)
であった。実施例１と比較例の結果を表３に示す。表３
から、本発明により作製した炭化珪素薄膜は従来法で作
製した炭化珪素薄膜に対して極めて結晶性、表面モホロ
ジーそして電気的特性に優れていることが分かる。
リコン基板上への炭化珪素の成膜を実施した。成膜条件
の詳細は表２と同じである。ＣＺ法で作製したシリコン
基板の酸素濃度は２×ｌ０18 atoms/cm3である。図４は
ＣＺ基板上へ成膜した炭化珪素膜表面の走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）像である。ＳＥＭ像から、この方法で成膜
した炭化珪素膜表面には明らかに島状のヒロックが存在
していることが確認される。図５はＣＺ基板上へ成膜し
た炭化珪素膜表面の走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の
像である。ＳＴＭ像から炭化珪素膜表面には島状のヒロ
ックが存在していることが分かり、表面の中心線平均あ
らさは２１．２nmであった。Ｘ線回折測定から得られた
立方晶炭化珪素（２００）面ピークの半値幅は０．３２
７度であった。炭化珪素薄膜の易動度は５cm2/(V・sec)
であった。実施例１と比較例の結果を表３に示す。表３
から、本発明により作製した炭化珪素薄膜は従来法で作
製した炭化珪素薄膜に対して極めて結晶性、表面モホロ
ジーそして電気的特性に優れていることが分かる。
【００１３】
【表３】
【００１４】
【実施例３】酸素濃度の異なるシリコン基板上への炭化
珪素の成膜を実施した。シリコン基板の酸素濃度は、４
×ｌ０15〜２×ｌ０18 atoms/cm3である。成長させた炭
化珪素の膜厚は２μｍである。図６に、下地シリコン基
板の酸素濃度と炭化珪素表面の中心線平均あらさを表わ
し、図７には基板の酸素濃度と炭化珪素の結晶性の関係
を示した。この結果より、酸素濃度が５×１０16 atoms
/cm3以下のシリコンを下地基板として使用することで、
結晶性、表面モホロジーの優れた単結晶炭化珪素を成長
させることができることが分かった。
珪素の成膜を実施した。シリコン基板の酸素濃度は、４
×ｌ０15〜２×ｌ０18 atoms/cm3である。成長させた炭
化珪素の膜厚は２μｍである。図６に、下地シリコン基
板の酸素濃度と炭化珪素表面の中心線平均あらさを表わ
し、図７には基板の酸素濃度と炭化珪素の結晶性の関係
を示した。この結果より、酸素濃度が５×１０16 atoms
/cm3以下のシリコンを下地基板として使用することで、
結晶性、表面モホロジーの優れた単結晶炭化珪素を成長
させることができることが分かった。
【００１５】
【実施例４】本発明により作製した単結晶炭化珪素上へ
の窒化ガリウムの成膜を実施した。成膜は、有機金属気
相成長（ＭＯＶＰＥ）法によって行った。原料は、窒素
源としてジメチルヒドラジンを使用し、ガリウム源とし
てトリメチルガリウムを使用した。成長温度は、６５０
℃とした。成長させた窒化ガリウムの結晶性を調べるた
めに、Ｘ線回折測定を実施したところ、立方晶窒化ガリ
ウム（２００）面によるピークが観測された。これよ
り、窒化ガリウムを本発明により作製した単結晶炭化珪
素上にエピタキシャル成長させることができることがわ
かった。
の窒化ガリウムの成膜を実施した。成膜は、有機金属気
相成長（ＭＯＶＰＥ）法によって行った。原料は、窒素
源としてジメチルヒドラジンを使用し、ガリウム源とし
てトリメチルガリウムを使用した。成長温度は、６５０
℃とした。成長させた窒化ガリウムの結晶性を調べるた
めに、Ｘ線回折測定を実施したところ、立方晶窒化ガリ
ウム（２００）面によるピークが観測された。これよ
り、窒化ガリウムを本発明により作製した単結晶炭化珪
素上にエピタキシャル成長させることができることがわ
かった。
【００１６】
【実施例５】本発明で作製した炭化珪素薄膜積層基板を
反応性イオンエッチングすることにより、図８に示すよ
うなメサ型構造のへテロ接合ダイオードを作製した。 S
iC層５とSi単結晶１の接合部は、１mm平方とした。オー
ミック電極として、 SiC側にはNi電極６を用い、Si側に
はAl電極７を使用した。両者とも金属を蒸着することに
より作製した。このようにして作製したへテロ接合ダイ
オードのＩ−Ｖ特性を室温で測定した。その結果、Ｉ−
Ｖ特性に整流性が現われ、そのときの降伏電圧は約２０
０Ｖであった。
反応性イオンエッチングすることにより、図８に示すよ
うなメサ型構造のへテロ接合ダイオードを作製した。 S
iC層５とSi単結晶１の接合部は、１mm平方とした。オー
ミック電極として、 SiC側にはNi電極６を用い、Si側に
はAl電極７を使用した。両者とも金属を蒸着することに
より作製した。このようにして作製したへテロ接合ダイ
オードのＩ−Ｖ特性を室温で測定した。その結果、Ｉ−
Ｖ特性に整流性が現われ、そのときの降伏電圧は約２０
０Ｖであった。
【００１７】
【比較例２】従来法で作製した炭化珪素薄膜積層基板を
反応性イオンエッチングすることにより、メサ型構造の
へテロ接合ダイオードを作製した。ダイオードの作製条
件は、実施例５と同様とした。このようにして作製した
へテロ接合ダイオードのＩ−Ｖ特性を測定したところ降
伏電圧は約５０Ｖであった。実施例５と比較例２の結果
より、本発明で作製した炭化珪素薄膜積層基板を使用し
た半導体素子は、従来法による炭化珪素薄膜を用いた半
導体素子に対して電気的特性に優れていることが分かっ
た。
反応性イオンエッチングすることにより、メサ型構造の
へテロ接合ダイオードを作製した。ダイオードの作製条
件は、実施例５と同様とした。このようにして作製した
へテロ接合ダイオードのＩ−Ｖ特性を測定したところ降
伏電圧は約５０Ｖであった。実施例５と比較例２の結果
より、本発明で作製した炭化珪素薄膜積層基板を使用し
た半導体素子は、従来法による炭化珪素薄膜を用いた半
導体素子に対して電気的特性に優れていることが分かっ
た。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、酸
素濃度がｌ×ｌ０16 atoms/cm3以下のシリコン基板上へ
炭化珪素膜の成膜を行うため、シリコン基板中に存在す
る酸素不純物に誘発される欠陥を低減させ、結晶性、表
面モホロジーそして電気的特性が非常に優れた炭化珪素
膜を作製することが可能である。また、この単結晶炭化
珪素薄膜を使用した半導体素子は、優れた電気的特性を
有する。さらに、この方法で作製した単結晶炭化珪素は
非常に優れた表面モホロジーを有するので、この単結晶
炭化珪素を基板とし、異種材料を良好にへテロエピタキ
シャル成長させることも可能である。従って、本発明で
作製した炭化珪素薄膜および該薄膜積層基板は半導体基
板および結晶成長用基板として極めて好適に用いること
が可能である。
素濃度がｌ×ｌ０16 atoms/cm3以下のシリコン基板上へ
炭化珪素膜の成膜を行うため、シリコン基板中に存在す
る酸素不純物に誘発される欠陥を低減させ、結晶性、表
面モホロジーそして電気的特性が非常に優れた炭化珪素
膜を作製することが可能である。また、この単結晶炭化
珪素薄膜を使用した半導体素子は、優れた電気的特性を
有する。さらに、この方法で作製した単結晶炭化珪素は
非常に優れた表面モホロジーを有するので、この単結晶
炭化珪素を基板とし、異種材料を良好にへテロエピタキ
シャル成長させることも可能である。従って、本発明で
作製した炭化珪素薄膜および該薄膜積層基板は半導体基
板および結晶成長用基板として極めて好適に用いること
が可能である。
【図１】本発明による炭化珪素薄膜作製の工程順を示す
縦断面図である。
縦断面図である。
【図２】本発明による炭化珪素薄膜表面のＳＥＭ写真で
ある。
ある。
【図３】本発明による炭化珪素薄膜表面のＳＴＭ像であ
る。
る。
【図４】従来法により作製した炭化珪素薄膜表面のＳＥ
Ｍ写真である。
Ｍ写真である。
【図５】従来法により作製した炭化珪素薄膜表面のＳＴ
Ｍ像である。
Ｍ像である。
【図６】シリコン基板の酸素濃度と中心線平均あらさと
の関係を表わす図である。
の関係を表わす図である。
【図７】シリコン基板の酸素濃度と立方晶炭化珪素（２
００）面ピークの半値幅との関係を表わす図である。
００）面ピークの半値幅との関係を表わす図である。
【図８】メサ型構造のへテロ接合ダイオードを表わす図
である。
である。
１ シリコン基板 ２ アセチレン ３ 表面炭化層 ４ ジクロルシラン ５ 炭化珪素層 ６ Ni電極 ７ Al電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 洋一 東京都新宿区中落合２丁目７番５号ホーヤ 株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 ｌ×ｌ０16atms/cm3以下の酸素濃度を有
するシリコン基板を準備し、該シリコン基板上に炭化珪
素を積層することを特徴とする炭化珪素薄膜の製造方
法。 - 【請求項２】 前記シリコン基板が、フローティングゾ
ーン法により作製した単結晶シリコン基板であることを
特徴とする請求項１記載の炭化珪素薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 前記シリコン基板が、磁界下チョクラル
スキー法により作製した単結晶シリコン基板であること
を特徴とする請求項１記載の炭化珪素薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記シリコン基板が、エピタキシャル成
長法により作製した単結晶シリコン基板であることを特
徴とする請求項１記載の炭化珪素薄膜の製造方法。 - 【請求項５】 前記炭化珪素層は、原料ガスとして、少
なくとも一種類のシラン系化合物と炭化水素を反応炉内
へ供給し気相成長法によって作製することを特徴とする
請求項１ないし４のいずれかに記載の炭化珪素薄膜の製
造方法。 - 【請求項６】 前記炭化珪素層は、原料ガスとして、少
なくとも一種類のシラン系化合物と炭化水素を反応炉内
へ交互に供給し、当該シリコン表面上にエピタキシャル
成長させた単結晶炭化珪素であることを特徴とする請求
項１ないし４のいずれかに記載の炭化珪素薄膜の製造方
法。 - 【請求項７】 前記炭化珪素層は、原料として有機珪素
化合物を反応炉内へ供給し気相成長法によって作製する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の
炭化珪素薄膜の製造方法。 - 【請求項８】 前記炭化珪素層は、結晶性を有すること
を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の炭化
珪素薄膜の製造方法。 - 【請求項９】 前記炭化珪素層は、結晶構造が立方晶で
あることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記
載の炭化珪素薄膜の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれかに記載の
炭化珪素薄膜の製造方法により製造された炭化珪素薄
膜。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の炭化珪素薄膜を有す
る積層基板。 - 【請求項１２】 酸素濃度がｌ×ｌ０16 atoms/cm3以下
であるシリコン基板上に炭化珪素単結晶層が形成されて
いることを特徴とする炭化珪素薄膜積層基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22967995A JP3628079B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 炭化珪素薄膜製造方法並びに炭化珪素薄膜および積層基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22967995A JP3628079B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 炭化珪素薄膜製造方法並びに炭化珪素薄膜および積層基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0952798A true JPH0952798A (ja) | 1997-02-25 |
| JP3628079B2 JP3628079B2 (ja) | 2005-03-09 |
Family
ID=16895999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22967995A Expired - Fee Related JP3628079B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 炭化珪素薄膜製造方法並びに炭化珪素薄膜および積層基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3628079B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1160361A1 (en) * | 2000-05-31 | 2001-12-05 | Hoya Corporation | Method of manufacturing silicon carbide, silicon carbide, composite material, and semiconductor element |
| EP1179620A1 (en) * | 2000-08-10 | 2002-02-13 | Hoya Corporation | Silicon carbide and method of manufacturing the same |
| JP2002220299A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-09 | Hoya Corp | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法、ＳｉＣ半導体装置並びにＳｉＣ複合材料 |
| US6670283B2 (en) | 2001-11-20 | 2003-12-30 | International Business Machines Corporation | Backside protection films |
| US7368757B2 (en) | 2004-12-24 | 2008-05-06 | Covalent Materials Corporation | Compound semiconductor and compound semiconductor device using the same |
| US20120211769A1 (en) * | 2009-08-27 | 2012-08-23 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Sic single crystal wafer and process for production thereof |
| JP2014237581A (ja) * | 2014-07-01 | 2014-12-18 | セイコーエプソン株式会社 | 立方晶炭化珪素半導体基板 |
| JP2016063110A (ja) * | 2014-09-19 | 2016-04-25 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| CN105543795A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-04 | 厦门大学 | 一种多晶碳化硅薄膜的生长方法 |
| WO2022191079A1 (ja) * | 2021-03-10 | 2022-09-15 | 信越化学工業株式会社 | エピタキシャル成長用種基板およびその製造方法、ならびに半導体基板およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-08-11 JP JP22967995A patent/JP3628079B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1160361A1 (en) * | 2000-05-31 | 2001-12-05 | Hoya Corporation | Method of manufacturing silicon carbide, silicon carbide, composite material, and semiconductor element |
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| JP2002220299A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-09 | Hoya Corp | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法、ＳｉＣ半導体装置並びにＳｉＣ複合材料 |
| US6670283B2 (en) | 2001-11-20 | 2003-12-30 | International Business Machines Corporation | Backside protection films |
| US7368757B2 (en) | 2004-12-24 | 2008-05-06 | Covalent Materials Corporation | Compound semiconductor and compound semiconductor device using the same |
| US20120211769A1 (en) * | 2009-08-27 | 2012-08-23 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Sic single crystal wafer and process for production thereof |
| US9222198B2 (en) * | 2009-08-27 | 2015-12-29 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | SiC single crystal wafer and process for production thereof |
| JP2014237581A (ja) * | 2014-07-01 | 2014-12-18 | セイコーエプソン株式会社 | 立方晶炭化珪素半導体基板 |
| JP2016063110A (ja) * | 2014-09-19 | 2016-04-25 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US10541307B2 (en) | 2014-09-19 | 2020-01-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Diode with an oxygen concentration region |
| CN105543795A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-04 | 厦门大学 | 一种多晶碳化硅薄膜的生长方法 |
| WO2022191079A1 (ja) * | 2021-03-10 | 2022-09-15 | 信越化学工業株式会社 | エピタキシャル成長用種基板およびその製造方法、ならびに半導体基板およびその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3628079B2 (ja) | 2005-03-09 |
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