JPH10261615A - ＳｉＣ半導体の表面モホロジー制御方法およびＳｉＣ半導体薄膜の成長方法 - Google Patents
ＳｉＣ半導体の表面モホロジー制御方法およびＳｉＣ半導体薄膜の成長方法Info
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- JPH10261615A JPH10261615A JP8451097A JP8451097A JPH10261615A JP H10261615 A JPH10261615 A JP H10261615A JP 8451097 A JP8451097 A JP 8451097A JP 8451097 A JP8451097 A JP 8451097A JP H10261615 A JPH10261615 A JP H10261615A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳｉＣ半導体を使用した素子の特性を向上さ
せるために、ＳｉＣ半導体基板およびその上に成長した
膜の表面モホロジーを制御する。 【解決手段】 Ｈ2 ガスで０．１％以上かつ５％以下
（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以
上かつ１５００℃以下の温度で、ＳｉＣ半導体基板また
はＳｉＣ半導体基板上にホモエピタキシャル成長したＳ
ｉＣ半導体薄膜を熱気相エッチングする。
せるために、ＳｉＣ半導体基板およびその上に成長した
膜の表面モホロジーを制御する。 【解決手段】 Ｈ2 ガスで０．１％以上かつ５％以下
（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以
上かつ１５００℃以下の温度で、ＳｉＣ半導体基板また
はＳｉＣ半導体基板上にホモエピタキシャル成長したＳ
ｉＣ半導体薄膜を熱気相エッチングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＳｉＣ半導体を用
いて半導体素子を作製する際の表面モホロジーの制御方
法およびＳｉＣ半導体基板上にＳｉＣ半導体薄膜を成長
させる方法に関する。
いて半導体素子を作製する際の表面モホロジーの制御方
法およびＳｉＣ半導体基板上にＳｉＣ半導体薄膜を成長
させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高周波、大電力の制御を目的として、Ｓ
ｉを用いた電力用半導体素子（以下、パワーデバイスと
称する）では、各種の工夫により高性能化が進められて
いる。しかし、パワーデバイスは高温や放射線等の存在
下で使用されることもあり、そのような条件下ではＳｉ
デバイスは使用できないこともある。また、Ｓｉのパワ
ーデバイスより更に高性能のパワーデバイスを求める声
に対して、新しい材料の適用が検討されている。例え
ば、ＳｉＣは広い禁制帯幅（６Ｈ型で２．９３ｅＶ）を
持つため、高温での電気伝導度の制御性や耐放射線性に
優れ、またＳｉより約１桁高い絶縁破壊電圧を持つた
め、高耐圧デバイスへの適用が可能とみられる。さら
に、ＳｉＣはＳｉの約２倍の電子飽和ドリフト速度を持
つので、高周波大電力の制御にも適するものとみられて
いる。
ｉを用いた電力用半導体素子（以下、パワーデバイスと
称する）では、各種の工夫により高性能化が進められて
いる。しかし、パワーデバイスは高温や放射線等の存在
下で使用されることもあり、そのような条件下ではＳｉ
デバイスは使用できないこともある。また、Ｓｉのパワ
ーデバイスより更に高性能のパワーデバイスを求める声
に対して、新しい材料の適用が検討されている。例え
ば、ＳｉＣは広い禁制帯幅（６Ｈ型で２．９３ｅＶ）を
持つため、高温での電気伝導度の制御性や耐放射線性に
優れ、またＳｉより約１桁高い絶縁破壊電圧を持つた
め、高耐圧デバイスへの適用が可能とみられる。さら
に、ＳｉＣはＳｉの約２倍の電子飽和ドリフト速度を持
つので、高周波大電力の制御にも適するものとみられて
いる。
【０００３】しかし、このように材質的に優れたＳｉＣ
でも、その優れた材料特性をパワーデバイスに応用する
ためには、Ｓｉデバイスと同様に、ＳｉＣ基板の表面を
鏡面に仕上げた後、ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させ
たり、その過程でドナーやアクセプターをドーピングし
たり、金属膜や酸化膜を形成する等の工程が必要とな
る。
でも、その優れた材料特性をパワーデバイスに応用する
ためには、Ｓｉデバイスと同様に、ＳｉＣ基板の表面を
鏡面に仕上げた後、ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させ
たり、その過程でドナーやアクセプターをドーピングし
たり、金属膜や酸化膜を形成する等の工程が必要とな
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】パワーデバイスを指向
するＳｉＣデバイスの基板としては、６Ｈ−ＳｉＣや４
Ｈ−ＳｉＣが一般的に用いられている。
するＳｉＣデバイスの基板としては、６Ｈ−ＳｉＣや４
Ｈ−ＳｉＣが一般的に用いられている。
【０００５】ところで、電気伝導度の大きい（すなわ
ち、高不純物濃度の）６Ｈ−ＳｉＣ単結晶の小片上に電
気伝導度の小さい（すなわち、低不純物濃度の）層をエ
ピタキシャル成長し、表面モホロジーを観察したとこ
ろ、多数の結晶欠陥が認められた。この原因としては、
薄膜成長に用いられるＳｉＣ単結晶基板の品質が、現状
ではＳｉ基板に遠く及ばず、表面の研磨傷や積層欠陥等
の結晶欠陥を多く含んでいることが挙げられる。基板の
品質改善には日々努力が払われているが、今のところ大
きな進展は期待できない。
ち、高不純物濃度の）６Ｈ−ＳｉＣ単結晶の小片上に電
気伝導度の小さい（すなわち、低不純物濃度の）層をエ
ピタキシャル成長し、表面モホロジーを観察したとこ
ろ、多数の結晶欠陥が認められた。この原因としては、
薄膜成長に用いられるＳｉＣ単結晶基板の品質が、現状
ではＳｉ基板に遠く及ばず、表面の研磨傷や積層欠陥等
の結晶欠陥を多く含んでいることが挙げられる。基板の
品質改善には日々努力が払われているが、今のところ大
きな進展は期待できない。
【０００６】この状況に対処するために、基板のモホロ
ジーを制御することが必要であるが、一般には研磨、反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、酸化等の表面処理の
方法が用いられている。また、本発明に類似した方法と
して、Ｃ面に対してはＨ2 希釈したＨＣｌ、Ｓｉ面に対
してはＨ2 による気相エッチングが行われている（特開
平７−６９７１号公報、および Inst. Phys. Conf. Se
r. No. 142, pp. 613616; C.Hallin et al. "Study of
the hydrogen etching of silicon carbaid substrate"
参照）。しかしながら、これらの処理方法は成長前の
基板表面から自然酸化膜を除去することを目的としたプ
ロセスであり、基板の表面モホロジーを制御することは
考慮されていない。従って、基板の表面モホロジーの改
善については多くを期待できない。
ジーを制御することが必要であるが、一般には研磨、反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、酸化等の表面処理の
方法が用いられている。また、本発明に類似した方法と
して、Ｃ面に対してはＨ2 希釈したＨＣｌ、Ｓｉ面に対
してはＨ2 による気相エッチングが行われている（特開
平７−６９７１号公報、および Inst. Phys. Conf. Se
r. No. 142, pp. 613616; C.Hallin et al. "Study of
the hydrogen etching of silicon carbaid substrate"
参照）。しかしながら、これらの処理方法は成長前の
基板表面から自然酸化膜を除去することを目的としたプ
ロセスであり、基板の表面モホロジーを制御することは
考慮されていない。従って、基板の表面モホロジーの改
善については多くを期待できない。
【０００７】本発明の目的はＳｉＣ半導体を使用した素
子の特性を向上させるために、ＳｉＣ半導体基板および
その上に成長した膜の表面モホロジーを制御する方法を
提供することにある。
子の特性を向上させるために、ＳｉＣ半導体基板および
その上に成長した膜の表面モホロジーを制御する方法を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は従来行われてい
た方法を詳細に検討することによって、なされたもので
ある。すなわち、本発明によるＳｉＣ半導体の表面モホ
ロジー制御方法は、ＳｉＣ半導体の表面モホロジーを制
御する方法であって、Ｈ2 ガスで０．１％以上かつ５％
以下（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３００
℃以上かつ１５００℃以下の温度で、ＳｉＣ半導体基板
またはＳｉＣ半導体基板上にホモエピタキシャル成長し
たＳｉＣ半導体薄膜を熱気相エッチングしてＳｉＣ半導
体の表面モホロジーを制御する。
た方法を詳細に検討することによって、なされたもので
ある。すなわち、本発明によるＳｉＣ半導体の表面モホ
ロジー制御方法は、ＳｉＣ半導体の表面モホロジーを制
御する方法であって、Ｈ2 ガスで０．１％以上かつ５％
以下（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３００
℃以上かつ１５００℃以下の温度で、ＳｉＣ半導体基板
またはＳｉＣ半導体基板上にホモエピタキシャル成長し
たＳｉＣ半導体薄膜を熱気相エッチングしてＳｉＣ半導
体の表面モホロジーを制御する。
【０００９】ここで、前記ＳｉＣ半導体が、好ましく
は、そのポリタイプが４Ｈまたは６Ｈであり、かつ単結
晶であり、前記希釈したＨＣｌガスで熱気相エッチング
される面が、自然面｛０００１｝または｛０００１｝面
から微少角度で傾斜した面である。
は、そのポリタイプが４Ｈまたは６Ｈであり、かつ単結
晶であり、前記希釈したＨＣｌガスで熱気相エッチング
される面が、自然面｛０００１｝または｛０００１｝面
から微少角度で傾斜した面である。
【００１０】前記ＨＣｌの希釈率を体積比で０．１〜５
％とし、かつエッチング温度を１３００℃以上１３５０
℃未満とすることが好ましい。
％とし、かつエッチング温度を１３００℃以上１３５０
℃未満とすることが好ましい。
【００１１】前記ＨＣｌの希釈率を体積比で０．１％以
上かつ１％未満とし、かつエッチング温度を１３５０℃
以上１５００℃以下とすること、あるいは、前記ＨＣｌ
の希釈率を体積比で１％以上かつ２％未満とし、かつエ
ッチング温度を１３５０℃以上１５００℃以下とするこ
と、あるいは、前記ＨＣｌの希釈率を体積比で２％以上
かつ５％以下とし、かつエッチング温度を１３５０℃以
上１５００℃以下とすることが好ましい。
上かつ１％未満とし、かつエッチング温度を１３５０℃
以上１５００℃以下とすること、あるいは、前記ＨＣｌ
の希釈率を体積比で１％以上かつ２％未満とし、かつエ
ッチング温度を１３５０℃以上１５００℃以下とするこ
と、あるいは、前記ＨＣｌの希釈率を体積比で２％以上
かつ５％以下とし、かつエッチング温度を１３５０℃以
上１５００℃以下とすることが好ましい。
【００１２】本発明によるＳｉＣ半導体薄膜の結晶欠陥
および結晶性を制御する方法は、Ｈ2 ガスで０．５％以
上かつ５％以下（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気
中１３００℃以上かつ１３５０℃未満の温度、またはＨ
2 ガスで０．１％以上かつ５％以下（体積比）に希釈し
たＨＣｌガス雰囲気中１３５０℃以上かつ１５００℃以
下の温度でＳｉＣ半導体基板を熱気相エッチングして、
該ＳｉＣ半導体基板上にホモエピタキシャル成長するＳ
ｉＣ半導体薄膜の結晶欠陥および結晶性を制御する。
および結晶性を制御する方法は、Ｈ2 ガスで０．５％以
上かつ５％以下（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気
中１３００℃以上かつ１３５０℃未満の温度、またはＨ
2 ガスで０．１％以上かつ５％以下（体積比）に希釈し
たＨＣｌガス雰囲気中１３５０℃以上かつ１５００℃以
下の温度でＳｉＣ半導体基板を熱気相エッチングして、
該ＳｉＣ半導体基板上にホモエピタキシャル成長するＳ
ｉＣ半導体薄膜の結晶欠陥および結晶性を制御する。
【００１３】さらに、本発明によるＳｉＣ半導体薄膜の
成長方法は、Ｈ2 ガスで０．５％以上かつ５％以下（体
積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以上か
つ１３５０℃未満の温度、またはＨ2 ガスで０．１％以
上かつ５％以下（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気
中１３５０℃以上かつ１５００℃以下の温度でＳｉＣ半
導体基板を熱気相エッチングする工程、および該ＳｉＣ
基板上にＳｉＣ半導体薄膜をホモエピタキシャル成長さ
せる工程を有することを特徴とする。
成長方法は、Ｈ2 ガスで０．５％以上かつ５％以下（体
積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以上か
つ１３５０℃未満の温度、またはＨ2 ガスで０．１％以
上かつ５％以下（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気
中１３５０℃以上かつ１５００℃以下の温度でＳｉＣ半
導体基板を熱気相エッチングする工程、および該ＳｉＣ
基板上にＳｉＣ半導体薄膜をホモエピタキシャル成長さ
せる工程を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明においては、ＳｉＣ半導体
基板およびその上に成長した膜の表面モホロジーを制御
するのに、Ｈ2 ガスで希釈されたＨＣｌを用いた熱気相
エッチングを採用し、その際、特にＨ2 ガスによるＨＣ
ｌの希釈率とエッチング温度を調整してエッチングを行
う。
基板およびその上に成長した膜の表面モホロジーを制御
するのに、Ｈ2 ガスで希釈されたＨＣｌを用いた熱気相
エッチングを採用し、その際、特にＨ2 ガスによるＨＣ
ｌの希釈率とエッチング温度を調整してエッチングを行
う。
【００１５】また、本発明においては、ＳｉＣ半導体基
板上にホモエピタキシャル成長するＳｉＣ半導体薄膜の
結晶欠陥および結晶性を制御するために、Ｈ2 ガスで
０．５％以上かつ５％以下（体積比）に希釈したＨＣｌ
ガス雰囲気中１３００℃以上かつ１３５０℃未満の温
度、またはＨ2 ガスで０．１％以上かつ５％以下（体積
比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３５０℃以上かつ
１５００℃以下の温度、のいずれかの条件でＳｉＣ半導
体基板を熱気相エッチングする。
板上にホモエピタキシャル成長するＳｉＣ半導体薄膜の
結晶欠陥および結晶性を制御するために、Ｈ2 ガスで
０．５％以上かつ５％以下（体積比）に希釈したＨＣｌ
ガス雰囲気中１３００℃以上かつ１３５０℃未満の温
度、またはＨ2 ガスで０．１％以上かつ５％以下（体積
比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３５０℃以上かつ
１５００℃以下の温度、のいずれかの条件でＳｉＣ半導
体基板を熱気相エッチングする。
【００１６】さらに、本発明においては、ＳｉＣ基板上
にＳｉＣ半導体薄膜を成長させるに際して、まず、Ｈ2
ガスで０．５％以上かつ５％以下（体積比）に希釈した
ＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以上かつ１３５０℃未満
の温度、またはＨ2 ガスで０．１％以上かつ５％以下
（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３５０℃以
上かつ１５００℃以下の温度、のいずれかの条件でＳｉ
Ｃ半導体基板を熱気相エッチングし、次に、エッチング
によって表面モホロジーを制御された基板上にＳｉＣ半
導体薄膜をホモエピタキシャル成長させる。
にＳｉＣ半導体薄膜を成長させるに際して、まず、Ｈ2
ガスで０．５％以上かつ５％以下（体積比）に希釈した
ＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以上かつ１３５０℃未満
の温度、またはＨ2 ガスで０．１％以上かつ５％以下
（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３５０℃以
上かつ１５００℃以下の温度、のいずれかの条件でＳｉ
Ｃ半導体基板を熱気相エッチングし、次に、エッチング
によって表面モホロジーを制御された基板上にＳｉＣ半
導体薄膜をホモエピタキシャル成長させる。
【００１７】以下に図面を参照して本発明の実施例を説
明する。
明する。
【００１８】
【実施例】実施例１ ＨＣｌを用いてＳｉＣ半導体基板を熱気相エッチングし
た。エッチング方法を以下に述べる。
た。エッチング方法を以下に述べる。
【００１９】まず、鏡面研磨された６Ｈ型ＳｉＣ単結晶
基板を用意する。基板はダイサーにより５ｍｍ角のチッ
プに切り分ける。本実施例では、（０００、−１）Ｃ面
から〈１１、−２、０〉方向に３．５度傾けて研磨した
面を使用した。
基板を用意する。基板はダイサーにより５ｍｍ角のチッ
プに切り分ける。本実施例では、（０００、−１）Ｃ面
から〈１１、−２、０〉方向に３．５度傾けて研磨した
面を使用した。
【００２０】試料の表面を有機溶剤洗浄と酸洗浄で清浄
にする。次にエッチングするＣ面を上にして、基板をＳ
ｉＣで被覆した黒鉛のサセプタに載せる。基板を載せた
サセプタを石英反応管内に挿入し、反応管内の圧力が１
Ｐａ以下の真空となるように排気する。
にする。次にエッチングするＣ面を上にして、基板をＳ
ｉＣで被覆した黒鉛のサセプタに載せる。基板を載せた
サセプタを石英反応管内に挿入し、反応管内の圧力が１
Ｐａ以下の真空となるように排気する。
【００２１】次に、以下の条件で気相エッチングを行
う。Ｈ2 ガスおよびＨＣｌガスを、それぞれ毎分１Ｌ
（標準状態、以下同じ）および３ｍＬの流量で混ぜた混
合ガス（希釈率は体積比で０．３％）を流しながら、サ
セプタを１３００℃で１０分間加熱する。サセプタの加
熱方法は高周波誘導加熱である。
う。Ｈ2 ガスおよびＨＣｌガスを、それぞれ毎分１Ｌ
（標準状態、以下同じ）および３ｍＬの流量で混ぜた混
合ガス（希釈率は体積比で０．３％）を流しながら、サ
セプタを１３００℃で１０分間加熱する。サセプタの加
熱方法は高周波誘導加熱である。
【００２２】図１（ａ）は、この様にして得られた試料
の表面モホロジーを観察した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
像である。左側が試料を真上から観察した像で、その下
は高さを示すスケールで、最も明るい部分が４．６５２
３ｎｍである。右は斜め上方から俯瞰した像である。表
面平均粗さＲａは０．４ｎｍから０．６ｎｍ程度で、高
さ５ｎｍ程度の突起状のものがやや目立つ。
の表面モホロジーを観察した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
像である。左側が試料を真上から観察した像で、その下
は高さを示すスケールで、最も明るい部分が４．６５２
３ｎｍである。右は斜め上方から俯瞰した像である。表
面平均粗さＲａは０．４ｎｍから０．６ｎｍ程度で、高
さ５ｎｍ程度の突起状のものがやや目立つ。
【００２３】試料の加熱温度、加熱時間をそれぞれ１３
００℃、１０分間とし、Ｈ2 ガスおよびＨＣｌガスを、
それぞれ毎分１Ｌおよび１０ｍＬの流量で混ぜた混合ガ
ス（希釈率は体積比で１％）を流しながらエッチングし
て得られた試料の表面モホロジーを観察したＡＦＭ像を
図１（ｂ）に示す。表面平均粗さＲａは０．４ｎｍから
０．６ｎｍ程度で突起状のものはなくなり、筋状の模様
が見られる。
００℃、１０分間とし、Ｈ2 ガスおよびＨＣｌガスを、
それぞれ毎分１Ｌおよび１０ｍＬの流量で混ぜた混合ガ
ス（希釈率は体積比で１％）を流しながらエッチングし
て得られた試料の表面モホロジーを観察したＡＦＭ像を
図１（ｂ）に示す。表面平均粗さＲａは０．４ｎｍから
０．６ｎｍ程度で突起状のものはなくなり、筋状の模様
が見られる。
【００２４】試料の加熱温度、加熱時間を、同様にそれ
ぞれ１３００℃、１０分間とし、Ｈ2 ガスおよびＨＣｌ
ガス、をそれぞれ毎分１Ｌおよび３０ｍＬの流量で混ぜ
た混合ガス（希釈率は体積比で３％）を流しながらエッ
チングして得られた試料の表面モホロジーを観察したＡ
ＦＭ像を図１（ｃ）に示す。図１（ｂ）と同様に、表面
平均粗さＲａは０．４ｎｍから０．６ｎｍ程度で突起状
のものはなくなり、筋状の模様が見られる。図１
（ｂ）、（ｃ）における筋の方向は〈１１、−２、０〉
方向に直交する方向である。この様な筋状の模様が現れ
る原因は、基板が自然面である｛０００１｝面から傾い
た面で研磨され、ステップ密度が大きくなっているため
ではないかと考えられる。
ぞれ１３００℃、１０分間とし、Ｈ2 ガスおよびＨＣｌ
ガス、をそれぞれ毎分１Ｌおよび３０ｍＬの流量で混ぜ
た混合ガス（希釈率は体積比で３％）を流しながらエッ
チングして得られた試料の表面モホロジーを観察したＡ
ＦＭ像を図１（ｃ）に示す。図１（ｂ）と同様に、表面
平均粗さＲａは０．４ｎｍから０．６ｎｍ程度で突起状
のものはなくなり、筋状の模様が見られる。図１
（ｂ）、（ｃ）における筋の方向は〈１１、−２、０〉
方向に直交する方向である。この様な筋状の模様が現れ
る原因は、基板が自然面である｛０００１｝面から傾い
た面で研磨され、ステップ密度が大きくなっているため
ではないかと考えられる。
【００２５】図１（ａ）〜図１（ｃ）の比較から、ＨＣ
ｌガスの流量によって、すなわち、Ｈ2 ガスによるＨＣ
ｌガスの希釈率によって、エッチングされた基板の表面
モホロジーが変化していることがわかる。さらに、エッ
チング温度を１３００℃以上かつ１３５０℃未満の範
囲、Ｈ2 ガスによるＨＣｌガスの希釈率（体積比）を
０．１％以上かつ５％以下の範囲まで広げて熱気相エッ
チングを行い、表面モホロジーを観察した。この温度範
囲では、希釈率０．１％以上かつ０．５％未満のＨＣｌ
ガスを用いてエッチングした場合には図１（ａ）と同様
の表面モホロジーが得られ、希釈率０．５以上かつ５％
以下のＨＣｌでエッチングした場合には、図１（ｂ）、
（ｃ）と同様の表面モホロジーが得られた。この様に、
Ｈ2 ガスによるＨＣｌガスの希釈率によって、エッチン
グされた基板の表面モホロジーが変化し、希釈率によっ
て独特の模様を示す。平均粗さＲａはこの希釈率の範囲
内では全て０．４ｎｍから０．６ｎｍ程度である。この
温度範囲では、Ｈ2 ガスによるＨＣｌの希釈率が体積比
で０．１％未満ではエッチングが十分でなく、また希釈
率が５％を超えると過エッチングとなり、いずれの場合
も良好な表面平滑度、表面モホロジーを得ることができ
ない。また、エッチング温度が１３００℃より低いと良
好な表面モホロジーを得ることができない。
ｌガスの流量によって、すなわち、Ｈ2 ガスによるＨＣ
ｌガスの希釈率によって、エッチングされた基板の表面
モホロジーが変化していることがわかる。さらに、エッ
チング温度を１３００℃以上かつ１３５０℃未満の範
囲、Ｈ2 ガスによるＨＣｌガスの希釈率（体積比）を
０．１％以上かつ５％以下の範囲まで広げて熱気相エッ
チングを行い、表面モホロジーを観察した。この温度範
囲では、希釈率０．１％以上かつ０．５％未満のＨＣｌ
ガスを用いてエッチングした場合には図１（ａ）と同様
の表面モホロジーが得られ、希釈率０．５以上かつ５％
以下のＨＣｌでエッチングした場合には、図１（ｂ）、
（ｃ）と同様の表面モホロジーが得られた。この様に、
Ｈ2 ガスによるＨＣｌガスの希釈率によって、エッチン
グされた基板の表面モホロジーが変化し、希釈率によっ
て独特の模様を示す。平均粗さＲａはこの希釈率の範囲
内では全て０．４ｎｍから０．６ｎｍ程度である。この
温度範囲では、Ｈ2 ガスによるＨＣｌの希釈率が体積比
で０．１％未満ではエッチングが十分でなく、また希釈
率が５％を超えると過エッチングとなり、いずれの場合
も良好な表面平滑度、表面モホロジーを得ることができ
ない。また、エッチング温度が１３００℃より低いと良
好な表面モホロジーを得ることができない。
【００２６】実施例２ 上述した実施例１と異なる条件で熱気相エッチングを行
った。エッチング方法を以下に述べる。
った。エッチング方法を以下に述べる。
【００２７】用いる基板およびその清浄方法と加熱方法
は実施例１と同じである。
は実施例１と同じである。
【００２８】Ｈ2 ガスおよびＨＣｌガスを、それぞれ毎
分１Ｌおよび３ｍＬの流量で混ぜた混合ガス（希釈率は
体積比で０．３％）を流しながら、サセプタを１４００
℃で１０分間加熱し、エッチングを行う。
分１Ｌおよび３ｍＬの流量で混ぜた混合ガス（希釈率は
体積比で０．３％）を流しながら、サセプタを１４００
℃で１０分間加熱し、エッチングを行う。
【００２９】図２（ａ）は、この様にして得られた試料
の表面モホロジーのＡＦＭ像である。表面平均粗さＲａ
は０．４ｎｍ程度であり、図１（ｂ）、（ｃ）と違って
真っ直ぐな筋状の模様が見られる。
の表面モホロジーのＡＦＭ像である。表面平均粗さＲａ
は０．４ｎｍ程度であり、図１（ｂ）、（ｃ）と違って
真っ直ぐな筋状の模様が見られる。
【００３０】試料の加熱温度、加熱時間をそれぞれ１４
００℃、１０分間とし、Ｈ2 ガスおよびＨＣｌガスを、
それぞれ毎分１Ｌおよび１０ｍＬの流量で混ぜた混合ガ
ス（希釈率は体積比で１％）を流しながらエッチングし
て得られた試料のＡＦＭ観察による表面モホロジーを図
２（ｂ）に示す。表面平均粗さＲａは１．２ｎｍ程度で
あり、図２（ａ）と比較して幅の広い筋状の模様が見ら
れる。
００℃、１０分間とし、Ｈ2 ガスおよびＨＣｌガスを、
それぞれ毎分１Ｌおよび１０ｍＬの流量で混ぜた混合ガ
ス（希釈率は体積比で１％）を流しながらエッチングし
て得られた試料のＡＦＭ観察による表面モホロジーを図
２（ｂ）に示す。表面平均粗さＲａは１．２ｎｍ程度で
あり、図２（ａ）と比較して幅の広い筋状の模様が見ら
れる。
【００３１】試料の加熱温度、加熱時間を、同様にそれ
ぞれ１４００℃、１０分間とし、Ｈ2 ガスおよびＨＣｌ
ガスを、それぞれ毎分１Ｌおよび３０ｍＬの流量で混ぜ
た混合ガス（希釈率は体積比で３％）を流しながらエッ
チングして得られた試料の表面モホロジーを図２（ｃ）
に示す。表面平均粗さＲａは０．４ｎｍ程度であり、幅
は狭いが図２（ａ）と異なり、うねった筋状の模様が見
られる。
ぞれ１４００℃、１０分間とし、Ｈ2 ガスおよびＨＣｌ
ガスを、それぞれ毎分１Ｌおよび３０ｍＬの流量で混ぜ
た混合ガス（希釈率は体積比で３％）を流しながらエッ
チングして得られた試料の表面モホロジーを図２（ｃ）
に示す。表面平均粗さＲａは０．４ｎｍ程度であり、幅
は狭いが図２（ａ）と異なり、うねった筋状の模様が見
られる。
【００３２】この様に、エッチング温度が異なると実施
例１とは異なった表面モホロジーが得られる。また、図
２（ａ）〜図２（ｃ）の比較から、加熱温度１４００℃
の場合でも、ＨＣｌガスの流量によって、すなわち、Ｈ
2 ガスによるＨＣｌガスの希釈率によって、エッチング
された基板の表面モホロジーが変化していることがわか
る。さらに、エッチング温度の範囲を１３５０℃〜１５
００℃の範囲、Ｈ2 によるＨＣｌの希釈率（体積比）を
０．１％〜５％の範囲まで広げてエッチングし、表面モ
ホロジーを観察した。この温度範囲内では、０．１％以
上かつ１％未満の希釈率のＨＣｌによるエッチングでは
図２（ａ）と同様の、１％以上かつ２％未満の希釈率の
ＨＣｌによるエッチングでは図２（ｂ）と同様の、２％
以上かつ５％以下の希釈率のＨＣｌによるエッチングで
は図２（ｃ）と同様の表面モホロジーが得られた。この
様に、１３５０℃〜１５００℃での熱気相エッチングに
よると、Ｈ2 ガスによるＨＣｌの希釈率によって独特の
表面モホロジーが得られる。平均表面粗さＲａは１．２
ｎｍまたはそれ以下と平滑度が高い。１３５０℃〜１５
００℃の温度範囲でも、Ｈ2 ガスによるＨＣｌの希釈率
が体積比で０．１％未満ではエッチングが十分でなく、
また希釈率が５％を超えると過エッチングとなり、いず
れの場合も良好な表面平滑度、表面モホロジーを得るこ
とができない。また、エッチング温度が１５００℃を超
えると過エッチングとなり、良好な表面モホロジーを得
ることができない。
例１とは異なった表面モホロジーが得られる。また、図
２（ａ）〜図２（ｃ）の比較から、加熱温度１４００℃
の場合でも、ＨＣｌガスの流量によって、すなわち、Ｈ
2 ガスによるＨＣｌガスの希釈率によって、エッチング
された基板の表面モホロジーが変化していることがわか
る。さらに、エッチング温度の範囲を１３５０℃〜１５
００℃の範囲、Ｈ2 によるＨＣｌの希釈率（体積比）を
０．１％〜５％の範囲まで広げてエッチングし、表面モ
ホロジーを観察した。この温度範囲内では、０．１％以
上かつ１％未満の希釈率のＨＣｌによるエッチングでは
図２（ａ）と同様の、１％以上かつ２％未満の希釈率の
ＨＣｌによるエッチングでは図２（ｂ）と同様の、２％
以上かつ５％以下の希釈率のＨＣｌによるエッチングで
は図２（ｃ）と同様の表面モホロジーが得られた。この
様に、１３５０℃〜１５００℃での熱気相エッチングに
よると、Ｈ2 ガスによるＨＣｌの希釈率によって独特の
表面モホロジーが得られる。平均表面粗さＲａは１．２
ｎｍまたはそれ以下と平滑度が高い。１３５０℃〜１５
００℃の温度範囲でも、Ｈ2 ガスによるＨＣｌの希釈率
が体積比で０．１％未満ではエッチングが十分でなく、
また希釈率が５％を超えると過エッチングとなり、いず
れの場合も良好な表面平滑度、表面モホロジーを得るこ
とができない。また、エッチング温度が１５００℃を超
えると過エッチングとなり、良好な表面モホロジーを得
ることができない。
【００３３】以上の各実施例では、ＨＣｌを用いた熱気
相エッチングによってＳｉＣ基板の表面モホロジーを制
御した例を説明したが、エッチング温度を１３００℃〜
１５００℃とし、Ｈ2 ガスによって体積比で０．１％〜
５％に希釈されたＨＣｌを用いた熱気相エッチングによ
って、ＳｉＣ基板の上にエピタキシャル成長したＳｉＣ
半導体膜の表面モホロジーを成長後に制御することもで
きる。
相エッチングによってＳｉＣ基板の表面モホロジーを制
御した例を説明したが、エッチング温度を１３００℃〜
１５００℃とし、Ｈ2 ガスによって体積比で０．１％〜
５％に希釈されたＨＣｌを用いた熱気相エッチングによ
って、ＳｉＣ基板の上にエピタキシャル成長したＳｉＣ
半導体膜の表面モホロジーを成長後に制御することもで
きる。
【００３４】また、以上の各実施例では、Ｃ面をエッチ
ングする場合について説明したが、Ｓｉ面のエッチング
においても同じ条件でのエッチングによって、Ｃ面に対
するのと同様の結果を得ることができる。
ングする場合について説明したが、Ｓｉ面のエッチング
においても同じ条件でのエッチングによって、Ｃ面に対
するのと同様の結果を得ることができる。
【００３５】さらに、以上の各実施例では６Ｈ型ＳｉＣ
半導体基板を用いた例について説明したが、４Ｈ型Ｓｉ
Ｃ半導体基板を用いた場合も同様の効果を得ることがで
きる。
半導体基板を用いた例について説明したが、４Ｈ型Ｓｉ
Ｃ半導体基板を用いた場合も同様の効果を得ることがで
きる。
【００３６】以上の実施例で説明したように、ＳｉＣ半
導体の表面をＨＣｌを用いた熱気相エッチングする際
に、ＨＣｌの希釈率とエッチング温度を制御することに
よって、ＳｉＣ半導体の表面モホロジーを制御すること
ができる。
導体の表面をＨＣｌを用いた熱気相エッチングする際
に、ＨＣｌの希釈率とエッチング温度を制御することに
よって、ＳｉＣ半導体の表面モホロジーを制御すること
ができる。
【００３７】実施例３ ＳｉＣ半導体基板上に成膜したＳｉＣ半導体薄膜の結晶
欠陥を、ＳｉＣ半導体基板の表面をＨ2 ガスで希釈され
たＨＣｌを用いて熱気相エッチングすることによって制
御した。その方法を以下に説明する。
欠陥を、ＳｉＣ半導体基板の表面をＨ2 ガスで希釈され
たＨＣｌを用いて熱気相エッチングすることによって制
御した。その方法を以下に説明する。
【００３８】鏡面研磨された６Ｈ型ＳｉＣ単結晶基板を
用意する。基板はダイサーにより５ｍｍ角のチップに切
り分ける。本実施例では（０００１）Ｓｉ面から〈１
１、−２、０〉方向に３．５度傾けて研磨した面を使用
した。基板は有機溶剤洗浄と酸洗浄で表面を清浄にす
る。この清浄化されたＳｉＣ半導体基板の表面を希釈さ
れたＨＣｌガスによって熱気相エッチングを行い、続い
てその上に熱気相成長法によってＳｉＣ半導体薄膜を成
長するのである。
用意する。基板はダイサーにより５ｍｍ角のチップに切
り分ける。本実施例では（０００１）Ｓｉ面から〈１
１、−２、０〉方向に３．５度傾けて研磨した面を使用
した。基板は有機溶剤洗浄と酸洗浄で表面を清浄にす
る。この清浄化されたＳｉＣ半導体基板の表面を希釈さ
れたＨＣｌガスによって熱気相エッチングを行い、続い
てその上に熱気相成長法によってＳｉＣ半導体薄膜を成
長するのである。
【００３９】薄膜を成長させるＳｉ面を上にして、Ｓｉ
Ｃで被覆した黒鉛製のサセプタに基板を載せる。基板を
載せたサセプタを気相成長装置の反応管内に挿入し、反
応管内の圧力が１Ｐａ以下の真空になるように排気し
て、まず、熱気相エッチングを行う。ここでは、Ｈ2 ガ
スおよびＨＣｌガスを、それぞれ毎分１Ｌおよびおよび
３０ｍＬの流量で混ぜた混合ガス（希釈率は体積比で３
％）を流しながら１４００℃で１０分間、試料を加熱し
てエッチングする。加熱方法は実施例１、２と同様に高
周波誘導加熱である。続いて試料を１５００℃に加熱し
てＨ2 ガス、ＳｉＨ4 ガスおよびＣ3 Ｈ8 ガスを、それ
ぞれ毎分３Ｌ、０．３ｍＬおよび０．２５ｍＬの流量で
混ぜた混合ガスを２時間流す。すると、基板上に厚さが
約４μｍの６Ｈ型ＳｉＣ薄膜がエピタキシャル成長す
る。
Ｃで被覆した黒鉛製のサセプタに基板を載せる。基板を
載せたサセプタを気相成長装置の反応管内に挿入し、反
応管内の圧力が１Ｐａ以下の真空になるように排気し
て、まず、熱気相エッチングを行う。ここでは、Ｈ2 ガ
スおよびＨＣｌガスを、それぞれ毎分１Ｌおよびおよび
３０ｍＬの流量で混ぜた混合ガス（希釈率は体積比で３
％）を流しながら１４００℃で１０分間、試料を加熱し
てエッチングする。加熱方法は実施例１、２と同様に高
周波誘導加熱である。続いて試料を１５００℃に加熱し
てＨ2 ガス、ＳｉＨ4 ガスおよびＣ3 Ｈ8 ガスを、それ
ぞれ毎分３Ｌ、０．３ｍＬおよび０．２５ｍＬの流量で
混ぜた混合ガスを２時間流す。すると、基板上に厚さが
約４μｍの６Ｈ型ＳｉＣ薄膜がエピタキシャル成長す
る。
【００４０】この様にして成長したＳｉＣ薄膜の表面モ
ホロジーを観察した光学顕微鏡写真を図３（ａ）に示
す。図からわかるように、非常に平滑であり、傷は見ら
れない。
ホロジーを観察した光学顕微鏡写真を図３（ａ）に示
す。図からわかるように、非常に平滑であり、傷は見ら
れない。
【００４１】図３（ｂ）には、比較のために、Ｈ2 ガス
とＨＣｌガスをそれぞれ毎分１Ｌ、３ｍＬの流量で混ぜ
た混合ガス（希釈率は体積比で０．３％）を流しながら
基板を１３００℃で５分間加熱してエッチングした後、
上述したと同じ条件で成長した薄膜の表面モホロジーの
光学顕微鏡観察結果を示す。比較例では、基板表面の研
磨傷が成長した薄膜にも伝播して薄膜の表面にも現れて
いるが、本発明による方法ではこの傷は消え、平滑な表
面を得ることができた。
とＨＣｌガスをそれぞれ毎分１Ｌ、３ｍＬの流量で混ぜ
た混合ガス（希釈率は体積比で０．３％）を流しながら
基板を１３００℃で５分間加熱してエッチングした後、
上述したと同じ条件で成長した薄膜の表面モホロジーの
光学顕微鏡観察結果を示す。比較例では、基板表面の研
磨傷が成長した薄膜にも伝播して薄膜の表面にも現れて
いるが、本発明による方法ではこの傷は消え、平滑な表
面を得ることができた。
【００４２】実施例１、２と本実施例を比較すると、Ｓ
ｉＣ半導体基板上に良好なＳｉＣ半導体薄膜を成長させ
るためには、単に基板の表面モホロジーを制御するだけ
でなく、より厳密な条件でＳｉＣ半導体基板の表面を熱
気相エッチングする必要があることがわかる。その条件
は、Ｈ2 ガスで体積比０．５％以上かつ５％以下に希釈
したＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以上かつ１３５０℃
未満の温度、またはＨ2 ガスで体積比０．１％以上かつ
５％以下に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３５０℃以上
かつ１５００℃以下の温度でＳｉＣ半導体基板を熱気相
エッチングすることである。そして、このようにして平
滑化された基板の上にＳｉＣ半導体薄膜をホモエピタキ
シャル成長させることによって、良好なＳｉＣ半導体薄
膜を得ることができる。
ｉＣ半導体基板上に良好なＳｉＣ半導体薄膜を成長させ
るためには、単に基板の表面モホロジーを制御するだけ
でなく、より厳密な条件でＳｉＣ半導体基板の表面を熱
気相エッチングする必要があることがわかる。その条件
は、Ｈ2 ガスで体積比０．５％以上かつ５％以下に希釈
したＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以上かつ１３５０℃
未満の温度、またはＨ2 ガスで体積比０．１％以上かつ
５％以下に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３５０℃以上
かつ１５００℃以下の温度でＳｉＣ半導体基板を熱気相
エッチングすることである。そして、このようにして平
滑化された基板の上にＳｉＣ半導体薄膜をホモエピタキ
シャル成長させることによって、良好なＳｉＣ半導体薄
膜を得ることができる。
【００４３】以上の実施例では、Ｓｉ面をエッチングす
る場合について説明したが、Ｃ面のエッチングにおいて
も同じ条件でのエッチングによって、Ｓｉ面に対するの
と同様の結果を得ることができる。
る場合について説明したが、Ｃ面のエッチングにおいて
も同じ条件でのエッチングによって、Ｓｉ面に対するの
と同様の結果を得ることができる。
【００４４】また、以上の実施例では６Ｈ型ＳｉＣ半導
体基板を用いた例について説明したが、４Ｈ型ＳｉＣ半
導体基板を用いた場合も同様の効果を得ることができ
る。
体基板を用いた例について説明したが、４Ｈ型ＳｉＣ半
導体基板を用いた場合も同様の効果を得ることができ
る。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればＳ
ｉＣ半導体基板およびその上に成長したＳｉＣ半導体薄
膜の表面モホロジーを再現性よく制御することができ
る。さらに、基板上に成長した薄膜の結晶欠陥やモホロ
ジーを制御することが可能である。また、ＳｉＣ半導体
基板上に良好なＳｉＣ半導体薄膜を成長させることがで
きる。
ｉＣ半導体基板およびその上に成長したＳｉＣ半導体薄
膜の表面モホロジーを再現性よく制御することができ
る。さらに、基板上に成長した薄膜の結晶欠陥やモホロ
ジーを制御することが可能である。また、ＳｉＣ半導体
基板上に良好なＳｉＣ半導体薄膜を成長させることがで
きる。
【図１】希釈したＨＣｌで熱気相エッチングしたＳｉＣ
基板表面の原子間力顕微鏡写真である。
基板表面の原子間力顕微鏡写真である。
【図２】希釈したＨＣｌで熱気相エッチングしたＳｉＣ
基板表面の原子間力顕微鏡写真である。
基板表面の原子間力顕微鏡写真である。
【図３】ＳｉＣ基板上に成長したＳｉＣ薄膜表面の光学
顕微鏡写真である。
顕微鏡写真である。
Claims (9)
- 【請求項１】 ＳｉＣ半導体の表面モホロジーを制御す
る方法であって、Ｈ2 ガスで０．１％以上かつ５％以下
（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以
上かつ１５００℃以下の温度で、ＳｉＣ半導体基板また
はＳｉＣ半導体基板上にホモエピタキシャル成長したＳ
ｉＣ半導体薄膜を熱気相エッチングすることを特徴とす
るＳｉＣ半導体の表面モホロジー制御方法。 - 【請求項２】 前記ＳｉＣ半導体が、そのポリタイプが
４Ｈまたは６Ｈであり、かつ単結晶であることを特徴と
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記希釈したＨＣｌガスで熱気相エッチ
ングされる面が、自然面｛０００１｝または｛０００
１｝面から微少角度で傾斜した面であることを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記ＨＣｌの希釈率を体積比で０．１〜
５％とし、かつエッチング温度を１３００℃以上１３５
０℃未満とすることを特徴とする請求項１から３のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項５】 前記ＨＣｌの希釈率を体積比で０．１％
以上かつ１％未満とし、かつエッチング温度を１３５０
℃以上１５００℃以下とすることを特徴とする請求項１
から３のいずれかに記載の方法。 - 【請求項６】 前記ＨＣｌの希釈率を体積比で１％以上
かつ２％未満とし、かつエッチング温度を１３５０℃以
上１５００℃以下とすることを特徴とする請求項１から
３のいずれかに記載の方法。 - 【請求項７】 前記ＨＣｌの希釈率を体積比で２％以上
かつ５％以下とし、かつエッチング温度を１３５０℃以
上１５００℃以下とすることを特徴とする請求項１から
３のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】 Ｈ2 ガスで０．５％以上かつ５％以下
（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以
上かつ１３５０℃未満の温度、またはＨ2 ガスで０．１
％以上かつ５％以下（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰
囲気中１３５０℃以上かつ１５００℃以下の温度でＳｉ
Ｃ半導体基板を熱気相エッチングして、該ＳｉＣ半導体
基板上にホモエピタキシャル成長するＳｉＣ半導体薄膜
の結晶欠陥および結晶性を制御する方法。 - 【請求項９】 Ｈ2 ガスで０．５％以上かつ５％以下
（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰囲気中１３００℃以
上かつ１３５０℃未満の温度、またはＨ2 ガスで０．１
％以上かつ５％以下（体積比）に希釈したＨＣｌガス雰
囲気中１３５０℃以上かつ１５００℃以下の温度でＳｉ
Ｃ半導体基板を熱気相エッチングする工程、および該Ｓ
ｉＣ基板上にＳｉＣ半導体薄膜をホモエピタキシャル成
長させる工程を有することを特徴とするＳｉＣ半導体薄
膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8451097A JPH10261615A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | ＳｉＣ半導体の表面モホロジー制御方法およびＳｉＣ半導体薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8451097A JPH10261615A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | ＳｉＣ半導体の表面モホロジー制御方法およびＳｉＣ半導体薄膜の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10261615A true JPH10261615A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13832650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8451097A Pending JPH10261615A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | ＳｉＣ半導体の表面モホロジー制御方法およびＳｉＣ半導体薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10261615A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003234301A (ja) * | 2001-10-25 | 2003-08-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体基板、半導体素子及びその製造方法 |
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| WO2005093796A1 (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | The Kansai Electric Power Co., Inc. | バイポーラ型半導体装置およびその製造方法 |
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-
1997
- 1997-03-17 JP JP8451097A patent/JPH10261615A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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