KR20080009261A - 탄화 규소 단결정의 제조 방법 - Google Patents

탄화 규소 단결정의 제조 방법 Download PDF

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쿠니아키 야기
나오키 하타
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Abstract

단결정 기판 위에 탄화 규소 단결정을 에피택셜 성장시킬 때 탄화 규소 단결정 내에 발생하는 면결함을 저감한다. 단결정 기판(1)의 표면에, 탄화 규소 단결정층을 에피택셜 성장시키는 탄화 규소 단결정의 제조 방법으로서, 상기 단결정 기판(1)표면에는, 이 기판(1)표면에 거의 평행한 일방향으로 연장하는 복수의 기복(2)이 형성되고 있으며, 이 기복(2)은, 상기 단결정 기판의 두께 방향으로 물결치고 있고, 이 기복(2)은 탄화 규소 단결정의 에피택셜 성장에 따라 전파하는 반위상 영역 경계면 및 / 또는 쌍정대로 이루어지는 면결함이 서로 회합하도록 설치되어 있다.
면결함, 단결정 기판, 반위상 영역 경계면

Description

탄화 규소 단결정의 제조 방법{Process for Producing Silicon Carbide Single Crystal}
본 발명은, 반도체소자 등의 전자재료로서 이용할 수 있는 저결함 밀도 혹은 결정격자 변형이 적은 탄화 규소 단결정을 제조 가능하게 하는 탄화 규소 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.
탄화 규소 단결정의 성장법으로서는, 종래부터, 승화법에 의한 벌크 성장과, 기판 위로의 에피택셜 성장에 의한 박막형성이 알려져 있다. 승화법에 의한 벌크 성장에서는, 고온상(相)의 결정 다형인 육방정(6H, 4H등) 탄화 규소 단결정의 성장이 가능하며, 탄화 규소 자체의 단결정 기판의 제작이 가능하다. 그러나, 결정 안에 도입되는 결함(특히 마이크로 파이프)이 매우 많고, 기판 면적의 확대가 곤란했다.
이에 대하여 단결정 기판 위로의 에피택셜 성장방법을 사용하면, 불순물 첨가의 제어성 향상이나 기판 면적의 확대, 그리고 승화법에서 문제가 되고 있었던 마이크로 파이프의 저감이 실현된다. 그러나, 에피택셜 성장법에서는, 종종 기판재료와 탄화 규소의 격자정수의 차이에 의한 적층결함 밀도의 증대가 문제가 되고 있 었다. 특히, 피성장 기판으로서 일반적으로 이용되고 있는 규소는, 탄화 규소와의 격자 부정합이 크기 때문에, 탄화 규소 단결정 성장층 내에 있어서의 쌍정(Twin)이나 반위상 영역 경계면(APB ： anti phase boundary)의 발생이 현저하여, 이것들이 반도체 디바이스를 작성했을 때의 리크 전류 등의 원인의 하나가 되어 탄화 규소의 전자소자로서의 특성을 손상시키고 있었다.
효과적으로 반위상 영역 경계면을 저감하는 방법으로서, K.Shibahara들에 의해, (001)규소 단결정의 표면 법선축을 <001>방향에서 <110>방향으로 약간 기울인(오프각을 도입했다) 규소 단결정 기판 위로의 성장법이 제안되었다(비특허문헌 1참조).
도 5에, 오프각을 도입한 기판(이하, 「오프 기판」이라고 적는다.)(50)의 일례를 모식적으로 나타낸다. 도 5중, 부호 50은 오프 기판, 51은 원자 레벨의 스텝(단차부)이다. 또 5에 있어서, 지면은 (-110)면에 대응하고, 원자 레벨의 스텝 51은, 지면에 직교하는 방향, 즉 <110>방향에 배향하고 있다. 기판에 미세한 경사를 만드는 것으로, 원자 레벨의 스텝이 일방향으로 등간격으로 도입되므로, 기상성장법에서는 스텝 플로우에 의한 에피택셜 성장이 초래되어, 도입된 스텝에 수직 방향(스텝을 가로지르는 방향)으로의 면결함의 전파를 억제하는 효과가 있다. 이 때문에, 탄화 규소 단결정층의 막두께 증가에 대하여, 막 안에 포함되는 2종류의 반위상 영역 안, 도입된 스텝에 평행한 방향으로 확대하는 반위상 영역이, 직교하는 방향으로 확대하는 반위상 영역에 비해 우선적으로 확대되므로, 반위상 영역 경계면을 효과적으로 저감 할 수 있다.
그러나, 이 오프 기판을 사용하는 방법에는, 이하에 나타내는 문제점이 있다. 도 6에, 규소 단결정으로 이루어지는 오프 기판 위에 탄화 규소 단결정층을 일정한 막두께로 형성한 경우에 대해, 반위상 경계면의 존재 상태를 모식적으로 나타낸다. 도 6에 있어서의 결정방위는, 도 5와 같다. 도 6중, 부호 61은 탄화 규소막, 62 및 63은 반위상 영역 경계면, 64는 반위상 영역 경계면 회합점, θ는 오프 각도, φ는 Si(001)과 반위상 영역 경계면이 이루는 각(54.7°)을 나타내고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 규소기판 표면의 테라스(평탄부)에서 발생한 반위상 영역 경계면(63)은 반위상 경계면 회합점(64)에서 소멸하지만, 규소기판의 단원자 스텝에서 발생한 반위상 영역 경계면(62)은 회합 상대가 없기 때문에 소멸하지 않는다. 즉, 오프 기판을 사용하는 방법은, 탄화 규소와 규소기판 계면의 스텝 밀도를 증가시키게 되어, 본의 아닌 반위상 영역 경계면(61) 및 쌍정대(雙晶帶)의 생성을 일으켜, 반위상 영역 경계면의 완전해소에는 이르지 않는다는 문제가 있었다.
그래서, 이러한 탄화 규소 단결정 내의 반위상 영역 경계면, 혹은 쌍정대(이하, 이들을 총칭해서 「면결함」이라고 기록한다.)를 저감하는 방법으로서, 본 출원인은, 규소 기판 표면에 일방향으로 평행하여 연장하는 기복을 구비하는 기판 위에 탄화 규소 단결정층을 에피택셜 성장 시킴으로써, 탄화 규소 단결정층 내에 전파하는 면결함을 저감하는 기술을 제안했다(특허문헌 1 및 특허문헌 2참조).
즉, 기복 가공이 실시된 규소 단결정 기판 표면의 미시적 형태는, 도 5에 나타내는 오프 경사면이 서로 대향하는 형태가 된다. 이러한 기판 위에 탄화 규소 단 결정층이 퇴적되었을 경우, 서로 대향하는 오프 경사면에 형성된 규소 단결정 기판 표면의 단원자 스텝에 단을 만드는 반위상 영역 경계면은, 막두께의 증가와 함께, 서로 대향하도록 전파하고, 최종적으로는 회합 소멸한다.
비특허문헌 1 : 애플라이드 피직스 레터 50권, 1987년, 1888페이지
특허문헌 1 : 일본국 공개특허공보 특개 2000-178740호
특허문헌 2 : 일본국 공개특허공보 특개 2003-68655호
그러나, 본원 발명자의 연구에 의하면, 이 방법에서 탄화 규소 단결정층을 형성했을 경우, 탄화 규소 단결정층 안의 반위상 영역 경계면 밀도는 탄화 규소 단결정층의 막두께의 증가와 함께 감소하지만, 완전히 반위상 영역을 소멸시킬 때까지는 이르지 않음이 판명되었다. 도 7에 기복이 형성된 규소 단결정 기판 위에 퇴적된 탄화 규소 단결정층의 표면에 있어서의 반위상 영역의 존재 상태를 모식적으로 나타낸다. 도 7중, 부호 71은 반위상 영역 경계면, 72 및 73은 퇴적된 탄화 규소 단결정층이며, 양자에 있어서의 규소와 탄소의 적층위상은, 반주기 만큼 다르다. 또한 도 7에 있어서, 기복 연장방향은 [-110]방향에서, 지면은 (110)면에 대응한다.
도 7에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 형성된 탄화 규소 단결정층 표면에 착안하면, 기복 연장방향과 직교하는 방향 ([110]방향)에 대해서는, 전술한 회합 소멸 기구에 의해, 반위상 영역은 거의 소실하고 있지만, 기복 연장방향과 평행한 방향 ([-110]방향)에 대해서는, 반위상 영역이 잔존한다. 이하, 이 점을 상세하게 설명한다.
도 8은, 기복 가공이 실시된 규소 단결정 기판을 나타내는 모식도이다. 도 8중, 부호 81은 규소 단결정 기판, 82는 기복 경사면의 일부의 영역이다. 기복 연장방향은 [1-10]에 평행한 방향이다. 기복의 주기는, 0.01㎛에서 1mm정도이면 되고, 특히 0.1㎛부터 10㎛의 범위가 적합하게 되는, 기복의 진폭은, 1nm에서 50㎛정도이면 되고, 특히 10부터 100nm의 범위가 적합하게 된다. 또한 기복 경사면의 각도는, 0.1°부터 54.7°, 즉 입방정에 있어서의 (001)면과 (111)면과의 이루는 각도보다도 작으면 되고, 특히 1°에서 6°의 범위가 적합하게 된다.
도 9는 탄화 규소막이 스텝 플로우 성장하는 과정을 모식적으로 나타낸 것이며, 도 8에 나타낸 기복 경사면의 일부의 영역(82)을 확대한 도면에 해당한다. 도 9중, 부호 91은 단원자 스텝, 92는 규소 단결정 표면의 테라스, 93은 스텝의 능, 94는 탄화 규소이다.
가령, 단원자 스텝(91) 및 테라스(92)가 이상적으로 또한 완전히 연속하여 규소 단결정 기판(81)의 표면에 형성되고, 또한 탄화 규소막이 이상적 또는 완전히 연속하여 규소 단결정 기판(81)의 표면에 형성되고, 또한 탄화 규소막이 이상적 또한 완전한 스텝 플로우 성장을 할 경우, 테라스부에 성장하는 탄화 규소막의 적층주기는 동일하며, 하나의 테라스에 착안했을 경우, 기복 연장방향에 대하여 동 위상이 된다. 이러한 경우에는, 탄화 규소막 안의 반위상 영역 경계면은, 스텝의 능(93)에 단을 발생하는 경계면뿐이며, 또한 그것 등은 탄화 규소막 두께의 증가와 함께 (-1-11)면에 평행한 방향으로 전파하게 된다.
한편, 도 9안에는 도시하지 않은 기복이 다른 대향하는 경사면에 대해서도 상황은 동일하며, 이 경우, 반위상 영역 경계면은, 탄화 규소 막두께의 증가와 함께 {111}면에 평행하게 전파한다. 도 10에, 일정한 막두께의 탄화 규소막이 형성되었을 경우의 반위상 영역 경계면의 상태를 모식적으로 나타낸다. 도 10중, 부호 101, 102는 탄화 규소 단결정층, 103, 105는 (111)면에 평행하게 전파하는 반위상 영역 경계면, 104, 106은 (-1-11)면에 평행하게 전파하는 반위상 영역 경계면이다.
또한, 탄화 규소 단결정층 101과 102에 있어서는, 탄소와 규소의 적층주기의 위상이 서로 반주기 분만 다르다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 서로 대향하는 기복 경사면에 형성된 단원자 스텝의 능에 단을 일으키는 반위상 영역 경계면, 104, 106 및 103, 105는, 탄화 규소 단결정층의 막두께의 증가와 함께 서로 접근하고, 반위상 영역 경계면, 104와 103은, 탄화 규소 단결정층의 해당 막두께에 있어서, 이미 회합 소멸하고 있다. 또한 반위상 영역 경계면, 106과 105도 탄화 규소 단결정층을 더욱 퇴적시킴으로써 회합 소멸한다. 따라서, 전술한 바와 같은 이상 상태에 있어서는, 어느 일정한 막두께 이상으로 퇴적된 탄화 규소 단결정층 표면에는, 반위상 영역은 존재하지 않게 된다.
그러나, 전술한 바와 같은 이상적 또는 완전한 단원자 스텝 등을, 3∼8인치 지름의 규소 단결정 기판 표면 위에 형성하는 것은, 매우 곤란하여, 양산성 등을 고려하면 거의 불가능에 가깝다. 또한 기계적인 연삭 가공 등에 의해 기복을 형성한 경우에는, 그 연장방향에서의 연속성에 결여되어, 도중에 끊어지는 형태가 된다. 이러한 상황에 있어서는, 3∼8인치 지름의 규소 단결정 기판 표면 위의 전 영역에서, 도 9에 나타내는 바와 같은 탄화 규소의 성장은 일어날 수 없고, 기복 연장방향에 대해서도 적층주기의 혼란을 일으켜, 반위상 영역이 형성되게 된다.
이 경우, 반위상 영역 경계면은, 탄화 규소 단결정층의 막두께의 증가와 함께, (1-11)면 혹은 (-111)면에 평행하게 전파하고, 결과적으로, 탄화 규소 단결정층의 표면에는, 도 7에 나타내는 반위상 영역이 형성되게 된다. 이러한 탄화 규소 단결정을 반도체 소자에 적용했을 경우에는, 리크 전류가 크다는 문제가 생기게 된다.
본 발명은, 상기의 배경으로 행해진 것으로, 반위상 영역 경계면을 비롯한 면 결함의 저감을 도모하고, 면결함 밀도가 충분히 낮아, 반도체 소자로의 적용이 가능한 탄화 규소 단결정을 제조 가능하게 하는 탄화 규소 단결정의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 제1의 수단은, 단결정 기판의 표면에, 탄화 규소 단결정층을 호모 에피택셜 혹은 헤테로 에피택셜 성장시키는 탄화 규소 단결정의 제조 방법으로서, 상기 단결정 기판 표면에는, 이 기판 표면에 거의 평행한 일방향으로 연장하는 복수의 기복이 형성되고 있으며, 또한, 이 기복은, 상기 단결정 기판의 두께 방향으로 기복되고, 또한, 이 기복은 탄화 규소 단결정의 에피택셜 성장에 따라 전파하는 반위상 영역 경계면 및 / 또는 쌍정대로 이루어지는 면결함이 서로 회합하도록 설치된 것을 특징으로 하는 탄화 규소 단결정의 제조 방법이다.
제2의 수단은, 상기 기복의 연장방향에 대하여 거의 직교하는 방향의 기복 주기 및 기복 진폭과, 상기 기복의 물결 주기 및 물결 진폭과의 관계가, 상기 단결정 기판에 탄화 규소 단결정을 호모 에피택셜 혹은 헤테로 에피택셜 성장시킬 때에, 상기 탄화 규소 단결정층의 표면에 있어서의 기복 연장방향의 쌍정대 및 / 또는 반위상 영역 경계면의 단위 면적당 개수가, 상기 탄화 규소 단결정층의 막두께 증가에 대하여 포화하는 경향을 나타낸 후에, 상기 탄화 규소 단결정층의 한층 막압 증가에 따라, 기복 연장방향으로 대략 직교하는 방향의 쌍정대 및 / 또는 반위상 영역 경계면의 단위 면적당 개수가 감소하는 관계인 것을 특징으로 하는 제1의 수단에 따른 탄화 규소 단결정의 제조 방법이다.
제3의 수단은, 상기 기복의 연장방향에 대하여, 거의 직교하는 방향의 기복 주기 및 기복 진폭과, 상기 기복의 물결 주기 및 물결 진폭과의 관계가, 상기 단결정 기판에 상기 탄화 규소 단결정을 호모 에피택셜 혹은 헤테로 에피택셜 성장시킬 때, 상기 탄화 규소 단결정층의 표면에 있어서의 반위상 영역이, 상기 기복 연장방향에 거의 직교 하는 방향에 대하여 연장하는 줄무늬 모양이 되는 상태를 거친 후 상기 탄화 규소 단결정층의 표면에 있어서의 반위상 영역의 점유율, 및 / 또는 쌍정대의 점유율이, 상기 탄화 규소 단결정층의 막두께의 증가와 함께 감소하는 관계인 것을 특징으로 하는 제1의 수단에 따른 탄화 규소 단결정의 제조 방법이다.
제4의 수단은, 상기 기복의 물결 주기가, 상기 기복의 연장방향에 대하여 거의 직교하는 방향의 기복 주기의 100∼700배이고, 물결 주기를 물결 진폭으로 나눈 값이 60∼700인 것을 특징으로 하는 제1의 수단에 따른 탄화 규소 단결정의 제조 방법이다.
제5의 수단은, 상기 기복의 물결 주기가, 0.2∼0.7mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 제4의 수단에 따른 탄화 규소 단결정의 제조 방법이다.
제6의 수단은, 상기 단결정 기판이, 규소 단결정인 것을 특징으로 하는 제1∼제5중 어느 한 항의 수단에 따른 탄화 규소 단결정의 제조 방법이다.
[발명의 효과]
상기의 수단에 의하면, 단결정 기판 위에 면결함 밀도가 충분히 낮아, 반도체소자에 적용가능한 탄화 규소 단결정을 제조하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서, 구체적인 예로서, 피성막 기판이 규소 단결정으로서, 면결함이 반위상 경계면인 경우를 주로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄화 규소 단결정의 제조 방법에 사용하는 규소 단결정 기판을 나타내는 도면, 도 2는 도 1에 도시되는 규소 단결정 기판 위에 일정 막두께의 탄화 규소 단결정층을 성막했을 경우의 탄화 규소 단결정층 표면의 반위상 영역을 나타내는 도면, 도 3은 도 2에 나타낸 AA’선과 BB’선에 따른 단면을 나타내는 도면, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탄화 규소의 제조 방법에 사용하는 규소 단결정 기판에 있어서의 원자 레벨의 스텝의 상태를 나타내는 도면이다. 이하, 이들의 도면을 참조로 하면서 본 발명의 실시예에 따른 탄화 규소 단결정의 제조법을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 탄화 규소 단결정의 제조 방법은, 탄화 규소 단결 정층의 피성막 단결정 기판 표면에, 2차원적 기복 구조를 형성함으로써, 피성막 단결정 기판의 거의 전체면에 걸쳐 면결함이 적은 탄화 규소 단결정층을 얻는 방법이다. 이 실시예에서는, (1-11)면과 (-111)면에 평행하게 전파하는 2종류의 반위상 영역 경계면을 효율적으로 회합 소멸시킴으로써 상기 반위상 영역을 소실시키는 것이다. 즉, 2차원적인 기복 구조를 규소 단결정 기판 표면에 설치함으로써, 이들 다른 방향에 전파하는 반위상 영역 경계면을 효율적으로 회합 소멸하는 것이다.
도 1에 있어서, 부호 1은 규소 단결정, 2는 기복의 능선이다. 도면에 나타내는 바와 같이, 일방향으로 연장하는 기복으로서, 기판두께 방향(기판 표면의 법선방향)으로 물결치는 기복, 즉, 2차원적인 기복 구조에 있어서는, 기복의 능선이, 종래의 1차원적인 기복 구조(「물결」이 없는 기복 구조)와는 달리, 규소 단결정 기판(1)의 두께 방향(=표면의 평균면의 법선방향)에 대하여 물결치는 구성으로 되어 있다. 이러한 2차원적인 기복 구조는, 기복 주기와 기복 진폭에 더하여, 물결 주기와 물결 진폭에 의해 특정된다. 이들의 주기, 진폭은, 기복 형상 혹은 물결 형상이, 단순한 정현파 형상인 경우에는 단일 값이 되지만, 일반적인 형상의 경우에는 Fourier급수로 표현되므로, 단일 값은 되지 않는다.
도 1에는, 일례로서 기복, 물결, 모두 정현파 형상의 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 기복의 주기 및 진폭은, 전술한 종래의 1차원적인 기복 구조의 경우와 마찬가지로 0.01㎛부터 1mm정도이면 되고, 특히 0.1㎛부터 10㎛의 범위가 적합하다. 또한 기복의 진폭은, 1nm부터 50㎛정도이면 되고, 특히 10nm부터 100nm의 범위가 적합하다. 물결의 주기 및 진폭은, 후술하는 바와 같이, 모두, 기복의 주기 및 진 폭에 비해 큰 쪽이 바람직하다. 도 1에는, 물결의 주기, 진폭 모두, 기복의 주기, 진폭에 비해 큰 경우가 도시되고 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 2차원적인 기복 구조를 가지는 규소 단결정 기판 위에, 일정 막두께의 탄화 규소 단결정층을 성막했을 경우의 탄화 규소 단결정층 표면의 반위상 영역을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 반위상 영역의 존재 상태는, 외관적으로는 상기의 도 7에 나타낸 상태와 거의 같다. 그러나, 이하에 설명한 바와 같이, 탄화 규소 단결정층 내부의 반위상 영역 경계면의 상태는 다르다.
도 3은, 도 2에 나타낸 AA’선과 BB’선에 따른 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도면 중, 31 및 32는 탄화 규소 단결정층 내부의 반위상 영역 경계면이며, 31은 탄화 규소 단결정층의 막두께의 증가에 따라 (1-11)면에 평행하게 전파하는 경계면이고, 32는 (-111)면에 평행하게 전파하는 경계면이다. AA’단면에 나타내는 바와 같이, 기복 연장방향과 직교하는 단면에 있어서는, (111)면과 (-1-11)면의 각각에 평행하게 전파하는 반위상 영역 경계면은 거의 모두 회합 소멸하고, 탄화 규소막 표면 근방에 있어서는, 반위상 영역은 소실하고 있다.
한편, BB’단면에 나타내는 바와 같이, 기복의 연장방향의 단면에 대해서는, (1-11)면과 (-111)면의 각각에 평행하게 전파하는 반위상 영역 경계면 32 및 33은, 아직 회합 소멸을 완료하지 않았기 때문에, 탄화 규소막 표면에 있어서 반위상 영역이 발현된다. 이와 같이 AA’단면과 BB’단면에서 다른 원인은, 물결 주기와 진폭이, 모두, 기복 주기와 진폭에 비교 큰 데에 있다. 그러나, "물결"의 존재에 의 해, (1-11)면과 (-111)면의 각각에 평행하게 전파하는 반위상 영역 경계면의 수는 거의 동등하기 때문에, 이들 반위상 영역 경계면은, 더욱 탄화 규소막을 퇴적시킴으로써 회합 소멸한다. 따라서, 어떤 일정한 막두께 이상에 있어서, 반위상 영역을 포함하지 않은 탄화 규소 단결정 막을 얻을 수 있다.
다음에 본 발명에 따른 2차원적인 기복 구조에 있어서, 물결의 주기와 진폭이, 모두 기복의 그것들과 같은 정도인 경우에 대해, 도 4를 사용하여 설명한다. 도 4는, 2차원적인 기복 가공이 실시된 규소 단결정 기판에 있어서의 원자 레벨의 스텝 상태를 나타내는 모식도이다. 도 4중, 부호 41, 42, 43 및 44는 규소 단결정 기판 표면의 테라스(평탄부), 411, 412, 421, 422, 431, 432, 44 및 442는 스텝(단차부)의 능선이다.
이하, 상기 규소 단결정 기판 위에, 탄화 규소 단결정층을 스텝 플로우 성장시켰을 경우에 대하여 설명한다. 각 스텝의 능선에 단을 일으킨 반위상 경계 영역은, (111)면에 결정학적으로 등가인 방향으로 전파한다. 이 경우, 회합 소멸하지 않고, 가장 늦게까지 잔존하는 반위상 영역 경계면은, 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441 및 442의 각 능선에 단을 일으키는 반위상 영역 경계면이다. 이들의 반위상 영역 경계면은, 더욱 탄화 규소 단결정층의 성장을 계속함으로써, 능선(411)에 단을 일으킨 반위상 영역 경계면은, 능선(421)에 단을 일으킨 반위상 영역 경계면과, 또 능선(412)에 단을 일으킨 반위상 영역 경계면은, 능선(442)에 단을 일으킨 반위상 영역 경계면과, 각각 회합 소멸한다. 다른 능선(422, 432, 431, 441)에 단을 일으키는 반위상 영역 경계면에 대해서도 동일하다. 모든 반위상 영역 경계면이 회합 소멸한 후는, 그 이상의 막두께에 있어서 얻어지는 탄화 규소 단결정층 안에는, 반위상 영역은 포함되지 않는다.
이상, 설명한 바와 같이, 피성막 기판인 규소 단결정 기판 표면에, 이상적인 원자 레벨의 스텝 혹은 테라스가 형성되고, 탄화 규소막의 스텝 플로우 성장이 행해지면, 기복과 물결의 주기 및 진폭이 같은 정도라도 반위상 영역경계의 회합 소멸에 의해, 반위상 영역을 소멸시키는 것이 가능하다. 그러나, 현실에는, 이러한 이상적인 상태를 실현하는 것은 매우 어렵다. 즉, 기복과 물결의 주기 및 진폭이 같은 정도인 경우에는, 물결의 주기와 진폭이 기복의 주기와 진폭에 비해 큰 경우와 비교하여, 기복 가공에 의해, 규소 단결정 기판 표면에는, 보다 많은 원자 레벨의 스텝이 도입된다. 이들 스텝은, 반위상 영역 경계면의 발생 원인이 되므로, 가능한 한 그 개수는 적은 쪽이 바람직하고, 이런 의미로 물결 주기와 진폭은 기복 주기와 진폭에 비해 큰 쪽이 바람직하다.
또한 실제로 얻을 수 있는 탄화 규소 단결정층에 있어서는, 반위상 영역 경계면과 함께 결함으로서 쌍정대가 존재한다. 쌍정대의 경우도, 반위상 영역 경계면과 마찬가지로 기복 혹은 물결 가공을 행함으로써 도입된 원자 레벨의 스텝을, 그 발생원으로서 탄화 규소 단결정층의 성장과 함께 (111)면에 평행하게 전파하지만, 이하에 설명하는 바와 같이, 쌍정대의 경우에는, 회합하여 소멸하는 경우는 희박하며, 회합후 어느 한쪽의 쌍정대가 잔존하여, (111)면에 평행한 방향으로 계속해서 전파하게 된다. 따라서, 이 경우에도 2차원적 기복 가공에 의해 도입되는 원자 레벨의 스텝의 개수를, 가능한 한 적게 하는 것이 중요하며, 이 의미에서도 물결 주 기와 진폭은 기복 주기와 진폭에 비해 큰 쪽이 바람직하다.
도 11은 기복 혹은 물결 가공이 실시된 규소 단결정 기판 위에 탄화 규소막을 성막했을 경우의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도면 중, 부호 111은 탄화 규소막, 112는 (111)면에 평행하게 전파하는 쌍정대, 113은 (-1-11)면에 평행하게 전파하는 쌍정대, 114 및 115는 원자 레벨의 스텝이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 쌍정대의 경우에는 회합하여 소멸하는 경우에는 희박하며, 회합후 어느 한쪽의 쌍정대가 잔존하여, 이후의 탄화 규소막의 성장과 함께 (-1-11)면, 혹은 (111)면의 어느 면에 평행한 방향으로 계속해서 전파하게 된다. 이 양방향의 안, 어디에 전파할지는, 규소 단결정 기판(81)의 표면에 도입된 스텝(92)의 상태 및 탄화 규소막의 성장 상황에 의존한다.
어쨋든, 기복 혹은 물결의 1주기당에 대해, 산에서 골짜기를 향하는 방향의 스텝(114)의 개수가, 골짜기에서 산을 향햐는 방향의 스텝 115의 개수와 동일할 경우, 즉 이 의미에 있어서 이상적인 경우에는, 탄화 규소막(111)의 막두께가, 일정한 값 이상에 도달했을 때, 기복 혹은 물결의 1주기당 잔존하는 쌍정대의 개수는 1개가 된다.
그러나, 기복 혹은 물결을 형성하는 가공 방법에도 의존하지만, 기판 전체에 걸치는 거시적 관점에 있어서는, 산에서 골짜기를 향하는 방향의 스텝의 개수가, 골짜기에서 산을 향하는 방향의 스텝의 개수와 통계적으로 동등해도, 미시적 관점으로부터 개개의 기복 혹은 물결에 착안했을 경우에, 전술한 양쪽 스텝의 개수가 동일하게 되는 이상상태를 실현하는 것은 용이하지 않다. 이러한 경우에는, 1주기 당 잔존하는 쌍정대의 개수는 1개보다도 커진다. 따라서, 쌍정대의 개수 저감의 점에서도, 도입되는 원자 레벨의 스텝의 수는 적은 쪽이 바람직하다.
후술의 실시예에서 상세하게 설명하지만, 기복 주기 및 진폭과 물결 주기 및 및 진폭과의 관계가, 면결함의 발현에 끼치는 영향에 대해, 발명자들이 계통적으로 검토한 결과, 양자 간에 이하의 관계가 있을 경우에, 더욱 효과적으로 면 결함을 저감할 수 있음을 알았다. 즉, 기복 주기, 진폭 모두, 물결 주기, 진폭에 비해 작은 경우이며, 양자가, 탄화 규소 단결정층을 성막했을 때, 그 표면에 있어서의 반위상 영역의 분포가, 기복 연장방향과 대략 직교하는 방향으로 연장한 줄무늬형 구조를 거친 후, 전체면에 걸쳐 반위상 영역이 소실하는 관계에 있을 경우, 더욱 효과적으로 면 결함을 저감할 수 있다.
여기에, 줄무늬형 구조라 함은, 이상적으로는, 도 2 혹은 도 7에 나타내는 상태를 나타내지만, 반드시 기복 연장방향과 대략 직교하는 방향으로, 반위상 영역이 완전히 연속할 필요는 없으며, 하나의 반위상 영역이 기복 연장방향에 비해, 그 직교 방향으로 연장한 형태이면 충분한다. 이러한 기복 주기 및 진폭과 물결 주기 및 진폭과의 관계는, 반위상 영역 경계면 및 / 또는 쌍정대의 단위 면적당 개수에 착안하면, 아래와 같이 표현하는 것도 가능하다.
즉, 기복 주기, 진폭 모두, 물결 주기, 진폭에 비해 작은 경우이며, 양자가, 탄화 규소 단결정층을 성막했을 때, 탄화 규소 단결정층 표면에 있어서의 기복 연장방향의 반위상 영역 경계면 및 / 또는 쌍정대의 단위 면적당 개수가, 막두께 증가에 대하여 포화하는 경향을 나타낸 후, 한층 막두께가 증가함에 따라, 기복 연장 방향으로 대략 직교하는 방향의 반위상 영역 경계면 및 / 또는 쌍정대의 단위 면적당 개수가 감소하는 관계에 있을 경우, 가장 효과적으로 면 결함을 저감할 수 있다.
여기에서, 포화하는 경향이라 함은, 탄화 규소 단결정의 막두께와 반위상 영역 경계면 및 / 또는 쌍정대의 단위 면적당 개수의 관계에 있어서, 반위상 영역 경계면 및 / 또는 쌍정대의 단위 면적당 개수의 탄화 규소 단결정층의 막두께에 대한 미계수의 절대값이 감소하는 경향을 나타내는 것을 의미하며, 반드시 반위상 영역 경계면 및 / 또는 쌍정대의 단위 면적당 개수가, 탄화 규소막 두께에 의존하지 않고 일정 값을 취하는 것을 의미하는 것은 아니다. 구체적으로는, 물결 주기가 기복 주기의 100∼700배이며, 물결 주기를 물결 진폭으로 나눈 값이 60∼700의 범위에 있을 경우에 물결 가공에 의한 면결함의 저감 효과가 뚜렷하며, 또한, 물결 주기가 기복 주기의 200∼650배이며, 물결 주기를 물결 진폭으로 나눈 값이 80∼6650의 범위에 있을 경우에, 그 저감 효과는 현저하게 된다.
(실시예)
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서는, 우선 종래의 일차원적 기복을 가지는 기판을 사용한 방법을 비교예로서 설명하고, 다음에 본 발명의 실시예를 설명한다.
(비교예)
직경 8인치의 Si(001)기판 표면에, 이하에 나타내는 기계적인 연마 방법에 의해, 거의 <1-10>방향으로 연장하는 기복을 형성했다. 기복 형성시에 사용한 연마 제 및 연마 크로스는, 모두 시판되고 있는 것이며, 각각, 약 9㎛지름의 다이아몬드 슬러리(엔기스사 제품 하이프레스) 및 연마 크로스(엔기스 M414)이다. 연마 크로스에 다이아몬드 슬러리를 한꺼번에 침투시켜, 패드 위에 Si(001)기판을 두고, 0.2kg/cm2의 압력을 Si(001)기판 전체에 가하면서, <1-10>방향으로 평행하게 연마 크로스 위를 약 20cm정도의 거리를, 일방향으로 약 300회 왕복시켰다. Si(001)기판 표면에는 <1-10>방향으로 평행한 연마 상처(기복)가, 거의 무수하게 형성되었다.
연마 처리를 실시한 Si(001)기판 표면에 연마용 입자 등이 부착되고 있기 때문에, 초음파 세정기로 세정하고, 그 후에 과산화 수소 수 + 황산혼합 용액(1:1), HF용액으로 세정했다. 세정 후의 기판 표면에는 원하는 기복 의외에도 세세한 스파이크위의 요철이나 결함이 많이 잔존하여, 피성막 기판으로서는 사용할 수는 없다. 그래서, 세정후, 기복 가공후의 기판 위에 열산화막을 약 1㎛형성하고, 그 후에 형성한 열산화막을 묽은 불산에 의해 제거했다. 이 열산화막의 형성과 에칭 제거의 일련의 공정을 거침으로써, Si(001)기판 표면이 약 200nm에칭되고, 그 결과, 세세한 요철이 제거되어 매우 원활한 파형의 기복을 얻을 수 있었다. 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 주기는 1∼2㎛, 그 진폭은 30∼50nm, 또는 기복 경사면의 경사각은 3∼5°였다.
기복 가공이 실시된 Si(001)기판 위에 탄화 규소 단결정층(이하,「3C-SiC」라고 적는다.)을 기상성장법에 의해 형성했다. 3C-SiC의 성장은, Si(001)기판 표면의 탄화 공정과, 원료 가스의 교대공급에 의한 탄화 규소 성장 공정으로 나뉘어진 다. 탄화 공정에서는 아세틸렌 분위기중에서 기판을 실온에서 1300℃까지 120분에 걸쳐 가열했다. 탄화 공정 후에, 1300℃에서 디클로실란과 아세틸렌을 교대로 기판 표면에 폭로하여, 탄화 규소의 성장을 실시했다. 탄화 공정의 상세 조건을 표 1에, 탄화 규소 성장 공정의 상세조건을 표 2에 각각 나타낸다.
[표 1]
탄화 온도 1300℃
아세틸렌 유량 30sccm
압력 60mTorr
승온시간 120분
[표 2]
성장 온도 1300℃
원료 가스의 공급 방법 아세틸렌과 디클로로실란의 교대공급
아세틸렌 유량 30sccm
디크롤실란유량 300sccm
각 가스의 공급 간격 3초
각 가스의 공급 시간 4초
최대 압력 100mTorr
최저 압력 10mTorr
얻어진 3C-SiC의 면결함의 상태는, 3C-SiC를 500℃의 용융 KOH에 5분간 노출하여 에칭한 후, 광학 현미경으로 표면에 발생한 에치피트열의 단위 면적당 개수를 측량함으로써 평가했다. 3C-SiC의 표면에 있어서, 반위상 영역 경계면은 선으로서,또한 쌍정대는 대(帶)로서 존재한다. 따라서, 전술한 방법으로 에칭했을 경우, 반위상 영역 경계면, 쌍정대, 모두, 그것들의 존재 부분은, 에치피트열로서 관찰된다. 따라서 에치피트 열의 단위 면적당 개수를 계측함으로써, 3C-SiC에 도입되고 있는, 반위상 영역 경계면과 쌍정 밀도로 이루어지는 면결함을 정량적으로 평가할 수 있다. 당연히, 본 방법만으로는 반위상 영역 경계면과 쌍정대를 구별할 수는 없지만, 본 발명의 작용 효과는, 이들 양자의 결함을 모두 감소시키는 데 있으며, 이 의미에서 본 방법에 의한 평가 수법은 타당한 것이다.
도 13에, 기복 연장방향, 즉 Si(001)기판의 <1-10>방향으로 평행한 방향 및 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 에치피트열 밀도 및 그 양자를 서로 합한 합계의 3C-SiC의 막두께 의존성을 나타낸다. 도면 중 0, □, 및 ▲는 실험적으로 얻어진 값이며, 이들의 기호 사이의 선은, 각 실험에서 얻어진 일련의 값을 잇는 직선이다. 도면에 나타내는 바와 같이, 기복 연장방향으로 평행한 방향의 에치피트열 밀도는, 기복 하강의 효과에 의해, 3C-SiC의 막두께의 증가와 함께 급격하게 감소하고, 100㎛이상의 막두께에 있어서는 1×103개/cm2이하가 되었다. 한편, 기복 연장방향으로 직교하는 방향에 대해서는, 3C-SiC의 막두께의 증가에 따라 약간의 감소 경향은 볼 수 있지만, 400㎛의 막두께에 있어서도, 에치피트열 밀도는 9×105개/cm3로서, 높은 값으로 되어 있었다.
(실시예 1)
비교 예에서 설명한 방법과 동일한 방법으로, Si(001)기판 표면에 <1-10>방향으로 연장하는 기복을 형성한 후, 이하에 나타내는 스텐실 마스크를 사용한 드라이 에칭법에 의해 물결 가공을 실시했다. 도 12에, 드라이 에칭시의 스텐실 마스크와 기복과의 상대 관계를 모식적으로 나타낸다. 도 12중, 부호 121은 기복 가공이 실시된 Si(001)기판, 122는 형성된 기복, 123은 스텐실 마스크, 124는 스텐실 마스크에 형성된 사각형의 개구부이다. 도면에 나타내는 바와 같이, 사각형 패턴(124)의 길이 방향이, 기복(122)의 연장방향과 직교하도록, Si(001)기판(121)과 스텐실 마스크(123)는 배치되어 있다. 드라이 에칭법으로서, CF4와 산소의 혼합 가스를 사용한 반응성 이온 에칭법을 채용했다. 에칭 조건은, 표 3에 나타낸 바와 같다.
[표 3]
가스 유량비 CF4(40sccm), 02(10sccm)
가스압 10Pa
RF투입 파워 250W
또한, 에칭시에는, 스텐실 마스크(123)와 Si(001)기판(121) 사이에 0.1∼0.2mm의 간격을 설치했다.
이상의 방법에 의해, 물결 진폭이 1㎛이고, 물결 주기가 0.1mm, 0.2mm, 0.4mm, 0.6mm, 0.8mm 및 1.2mm로 다른 Si(001)기판을 작성했다. 다른 물결 주기를 가지는 Si(001)기판의 작성시에는, 개구부(124)의 폭과 주기가 다른 스텐실 마스크(123)를 사용하고, 물결 진폭은 에칭 시간을 조정함으로써 제어했다.
표 4 및 도 14에, 기복 및 물결 가공이 실시된 Si(001)기판 위에, 비교 예와 같은 조건으로 3C-SiC를 400㎛두께로 형성한 경우의 에치피트열 밀도의 물결 주기의존을 나타낸다. 도 14는, 표 4에 나타낸 수치 데이터를 그래프화한 것으로, 도면 중 0기호는 실험적으로 얻어진 값으로, 기호 사이의 선은 실험적으로 얻어진 값을 잇는 직선이다. 동 표와 동 도면에 나타낸 에치피트열 밀도는, 기복 연장방향으로 평행 및 직교하는 2방향의 에치피트열 밀도를 서로 더한 합계의 값이다. 또한, 어느 경우나 물결 진폭은 1㎛로 일정하며, 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 주기, 진폭 및 기복 경사면의 경사각도, 비교예와 마찬가지로, 각각, 1∼2㎛, 30∼50nm,및 3∼5°였다.
[표 4]
0.1mm 2.5 ×105개/cm2
0.2mm 1×105개/cm2
0.4mm 2×104개/cm2
0.6mm 1×104개/cm2
0.8mm 2×105개/cm2
1.2mm 6×105개/cm2
표 4 또는 도 14에 나타내는 바와 같이, 물결 주기가 0.1∼1.2mm의 범위 내에 있어서, 물결 가공을 실시함으로써, 물결 가공을 실시하지 않은 비교 예의 에치피트열 밀도의 값, 9×105개/cm2에 비해 작아졌다. 특히, 물결 주기가 0.2∼0.7mm의 범위에 있어서는, 에치피트열 밀도의 값이 1×105개/cm2이하가 되고 있으며, 물결 가공에 의한 면결함 밀도의 저감 효과가 뚜렷하다. 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 주기가 1∼2㎛이고 및 물결 진폭이 1㎛인 것을 고려하면, 물결 주기가 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 주기 100∼700배 및 물결 주기를 물결 진폭으로 나눈 값이 200∼700의 범위 내에 있을 경우에 면결함 밀도 저감 효과가 뚜렷함을 알 수 있다.
도 15 및 도 16에 물결 가공에 의한 면결함 저감 효과를 현저하게 볼 수 있는 예로서, 물결 주기가 0.4mm인 경우 및 현저하게 볼 수 없는 예로서 물결 주기가 0.1mm인 경우에 대해, 기복 연장방향으로 평행 및 직교하는 2방향의 에치피트열 밀도, 및 이들의 합계 값의 3C-SiC막두께 의존성을 나타낸다. 물결 주기가 0.4mm인 경우, 기복 연장방향으로 평행한 방향의 에치피트열 밀도는, 3C-SiC막두께의 증가 와 함께 급격히 감소하고, 동 막두께가 100㎛이고 그 값은 1×103개/cm2가 되고, 100㎛이상의 막 두께로 포화하는 경향을 나타낸다.
이에 대하여 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 에치피트열 밀도는, 3C-SiC막두께가 100㎛에 달할 때까지는, 그 값은 4×105개/cm로 거의 일정하며, 그 이상의 막두께, 환언하면 기복 연장방향으로 평행한 방향의 에치피트열 밀도의 값이 포화 경향을 나타내기 시작하는 막두께 이상으로 감소하기 시작하여, 막두께가 400㎛로 2×104개/cm2로 되었다. 이와 같은 에치피트열 밀도의 3C-SiC막두께 의존성은, 기복 주기가 0.2mm, 0.6mm인 경우에도 볼 수 있었다.
한편, 물결 주기가 0.1mm인 경우, 기복 연장방향으로 평행한 방향의 에치피트열 밀도는, 3C-SiC막두께의 증가와 함께 감소하고, 동 막두께가 200㎛로, 그 값은 1×103개/cm2가 되고, 200㎛이상의 막두께로 포화하는 경향을 나타낸다. 이에 대하여 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 에치피트열 밀도는, 3C-SiC막두께가 40㎛에서 서서히 감소하기 시작하지만 동 막두께가 100㎛에서 그 현상경향은 포화하고, 막두께가 400㎛에 있어서도 그 값은 2.5×105개/cm2로 높은 값에 머물렀다. 마찬가지의 에치피트열 밀도의 3C-SiC막두께 의존성은, 물결 주기가 0.8mm와 1.2mm의 경우에도 볼 수 있었다.
이상의 결과에 의해, 기복 주기, 진폭 모두, 물결 주기, 진폭에 비해 작을 경우로서, 양자가, 탄화 규소막을 성막했을 때, 기복 연장방향으로 평행 방향의 에 치피트열 밀도가, 막두께 증가에 대하여 포화하는 경향을 나타낸 후에, 더욱 막두께 증가에 따라, 기복 연장방향에 대략 직교하는 방향의 에치피트열 밀도가 감소하는 관계에 있을 경우, 더욱 효과적으로 면 결함을 저감할 수 있음을 알 수 있었다.
(실시예 2)
다음에 실시예 1과 같은 방법에 의해, Si(001)기판 표면에 <1-10>방향으로 연장하는 기복을 형성한 후, 물결 주기가 0.4mm로 일정하게, 물결 진폭이 0.2㎛, 0.5㎛, 1㎛, 5㎛, 10㎛로 다른 Si(001)기판을 작성했다. 물결 진폭은, 에칭시의 에칭 시간을 조정함으로써 제어했다.
표 5 및 도 17에, 기복 및 물결 가공이 실시된 Si(001)기판 위에, 비교 예와 동일한 조건으로 3C-SiC를 400㎛두께로 형성했을 경우의 에치피트열 밀도의 물결 진폭 의존성을 나타낸다. 도 17은, 표 5에 나타낸 수치 데이터를 그래프화한 것으로, 도면 중 0기호는 실험적으로 이용된 값이며, 기호 사이의 선은 실험적으로 얻어진 값을 잇는 직선이다. 동 표와 동 도면에 나타낸 에치피트열 밀도는, 기복 연장방향으로 평행 및 직교하는 2방향의 에치피트열 밀도를 서로 합한 합계의 값이다. 또한, 어느 경우도 물결 주기는 0.4mm으로 일정하고, 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 주기, 진폭 및 기복 경사면의 경사각도, 비교예와 동일하며, 각각, 1∼2㎛, 30∼50㎛ 및 3∼5°였다.
[표 5]
0.2㎛ 6×105개/cm2
0.5㎛ 6×105개/Gm2
1㎛ 2×104개/cm2
5㎛ 4×104개/cm2
10㎛ 7×105개/cm2
15㎛ 4×105개/cm2
표 5 또는 도 17에 나타내는 바와 같이, 물결 진폭이 0.2∼15㎛의 범위 내에 있어서, 물결 가공을 실시함으로써, 물결 가공을 실시하지 않은 비교예의 에치피트열 밀도의 값, 9×105개/cm2에 비해 작아졌다. 특히, 물결 진폭이 1∼5㎛의 범위에 있어서는, 에치피트열 밀도의 값이 2∼4×104개/cm2이하로 되며, 물결 가공에 의한 면결함 밀도의 저감 효과를 현저하게 볼 수 있다. 또한 도 17에 나타낸 결과로부터, 물결 진폭이 0.7∼7㎛의 범위내에 있어서, 에치피트열 밀도의 값이 1×105개/cm2이하를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 주기가 1∼2㎛이고, 물결 주기가 0.4mm인 것을 고려하면, 물결 주기가 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 주기의 200∼400배 및 물결 주기를 물결 진폭으로 나눈 값이 약 60∼ 약 570의 범위 내에 있을 경우에, 에치피트열 밀도의 값이 1×105개/cm2이하를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 18 및 도 19에, 물결 가공에 의한 면결함 저감 효과를 현저하게 볼 수 있는 예로서, 물결 진폭이 5㎛인 경우 및 현저하게 볼 수 없는 예로서 물결 진폭이 0.2㎛인 경우에 대해, 기복 연장방향으로 평행 및 직교하는 2방향의 에치피트열 밀도 및 이들의 합계 값의 3C-SiC막두께 의존성을 나타낸다.
물결 진폭이 5㎛인 경우, 기복 연장방향으로 평행한 방향의 에치피트열 밀도는, 3C-SiC막두께의 증가와 함께 급격하게 감소하고, 동 막두께가 100㎛이고 그 값은 1×103개/cm2가 되고, 100㎛이상의 막두께로 포화하는 경향을 나타낸다. 이에 대하여, 기복 연장방향으로 직교하는 방향의 에치피트열 밀도는, 3C-SiC막두께가 100㎛에 달할 때까지는, 그 값은 8×105개/cm2로 거의 일정하며, 그 이상의 막두께, 환언하면 기복 연장방향으로 평행한 에치피트열 밀도의 값이 포화 경향을 나타내기 시작하는 막두께 이상으로 감소하기 시작하여, 막두께가 400㎛로 4×104개/cm2가 되었다. 이러한 에치피트열 밀도의 3C-SiC막두께 의존성은, 물결 진폭이 1㎛인 경우(도 15에 나타낸 결과)와 동일하다.
한편, 물결 진폭이 0.2㎛인 경우, 기복 연장방향으로 평행한 방향의 에치피트열 밀도는, 3C-SiC막두께의 증가와 함께 감소하고, 동 막두께가 100㎛로 그 값은 1×103개/cm2가 되고, 그 이상의 막두께로 포화하는 경향을 나타낸다. 이에 대하여 기복 연장 방향으로 직교하는 방향의 에치피트열 밀도는, 3C-SiC막두께에 대하여 거의 의존성을 나타내지 않고, 그 값은 6×105개/cm2로 높은 값에 머물렀다. 동일한 에치피트열 밀도의 3C-SiC막두께 의존성은, 기복 진폭이 0.5㎛, 10㎛ 및 15㎛의 경우에도 볼 수 있었다.
이상의 결과로부터, 본 실시예에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로 기복 주기, 진폭 모두에 물결 주기, 진폭에 비해 작은 경우로서, 양자가, 탄화 규소막을 성막했을 때, 기복 연장 방향으로 평행 방향의 에치피트열 밀도가, 막두께 증가에 대하여 포화하는 경향을 나타낸 후에, 더욱 막두께의 증가에 따라, 기복 연장방향으로 대략 직교하는 방향의 에치피트열 밀도가 감소하는 관계에 있을 경우, 가장 효과적으로 면 결함을 저감할 수 있음을 알 수 있었다.
이상, 실시예에 대하여 설명했지만, 본 실시예는 본 발명의 실시예의 일례에 지나지 않는다. 따라서 본 발명은, 실시예에 기재한 조건, 방법 등에 한정되는 것 은 아니다. 특히, 탄화 규소 단결정층의 피성막 기판으로서, 규소 단결정 의외의 단결정을 사용하는 것도 가능하며, 기복 혹은 물결 가공 방법에 대해서도 마찬가지로, 본 실시예에 기재한 방법에 한정되지 않고, 다른 방법을 사용하는 것도 가능하다. 또한 물결 주기, 진폭에 대해서도 본 실시예와 마찬가지로 일정한 값일 필요는 없으며, 께 증가에 따라, 기복 연장방향에 대략 직교하는 방향의 반위상 영역 경계면 및 / 또는 쌍정대의 단위 면적당 개수가 감소하는 관계에 있는 범위내에서, 물결 주기 및 진폭의 값이 분포하고 있어도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은, 반도체 소자 등의 전자재료로서 이용할 수 있는 저결함밀도 혹은 결정 격자변형이 적은 탄화 규소 단결정을 제조할 때 등에 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄화 규소 단결정의 제조 방법에 사용하는 규소 단결정 기판을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시되는 규소 단결정 기판 위에 일정 막두께의 탄화 규소 단 결정층을 성막했을 경우의 탄화 규소 단결정층 표면의 반위상 영역을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 AA’선과 BB’선에 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탄화 규소의 제조 방법에 사용하는 규소 단결정 기판에 있어서의 원자 레벨의 스텝의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 오프각을 도입한 기판의 일예를 나타내는 모식도이다.
도 6은 규소 단결정으로 이루어지는 오프 기판 위에 탄화 규소 단결정층을 일정한 막두께로 형성했을 경우의 반위상 경계면의 존재 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7은 기복이 형성된 규소 단결정 기판 위에 퇴적된 탄화 규소 단결정층의 표면에 있어서의 반위상 영역의 존재 상태를 나타내는 모식도이다.
도 8은 1차원적인 기복 가공이 실시된 규소 단결정 기판을 나타내는 모식도이다.
도 9는 탄화 규소막이 스텝 플로우 성장하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 10은 일정한 막두께의 탄화 규소막이 형성되었을 경우의 반위상 영역 경계면의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 11은 기복 혹은 물결 가공이 실시된 규소 단결정 기판 위에 탄화 규소막을 성막한 경우의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 12는 드라이 에칭시의 스텐실 마스크와 기복과의 상대 관계를 나타내는 모식도이다.
도 13은 에치피트열 밀도의 3C-SiC막두께 의존성을 나타내는 도면이다.
도 14는 에치피트열 밀도의 물결 주기 의존성을 나타내는 도면이다.
도 15는 에치피트열 밀도의 3C-SiC막두께 의존성을 나타내는 도면이다.
도 16은 에치피트열 밀도의 3C-SiC막두께 의존성을 나타내는 도면이다.
도 17은 에치피트열 밀도의 물결 주기 의존성을 나타내는 도면이다.
도 18은 에치피트열 밀도의 3C-SiC막두께 의존성을 나타내는 도면이다.
도 19는 에치피트열 밀도의 3C-SiC막두께 의존성을 나타내는 도면이다.
[부호의 설명]
1 : 규소 단결정 2 : 기복의 능선
31 : 탄화 규소 단결정층의 막두께의 증가에 따라 {1-11}면에 평행하게 전파하는 경계면
32 : 탄화 규소 단결정층의 막두께의 증가에 따라 {-111}면에 평행하게 전파하는 경계면
41, 42, 43, 44 : 규소 단결정 기판 표면의 테라스
50 : 오프 기판 51 : 원자 레벨의 스텝
61 : 탄화 규소막 62, 63 : 반위상 영역 경계면
64 : 반위상 영역 경계면 회합점 θ : 오프 각도
φ : Si(001)면과 반위상 영역 경계면이 이루는 각
71 : 반위상 영역 경계면
72, 73 : 퇴적된 탄화 규소 단결정층 81 : 규소 단결정 기판
82 : 기복 경사면의 일부의 영역 91 : 단원자 스텝
92 : 규소 단결정 표면의 테라스 93 : 스텝의 능
94 : 탄화 규소 101, 102 : 탄화 규소 단결정층
103, 105 : {111}면에 평행하게 전파하는 반위상 영역 경계면
104, 10 : {-1-11}면에 평행하게 전파하는 반위상 영역 경계면
111 : 탄화 규소막
112 : {-1-11}면에 평행하게 전파하는 쌍정대
113 : {111}면에 평행하게 전파하는 쌍정대
114, 115 : 원자 레벨의 스텝
121 : 기복 가공이 실시된 Si(001)기판 122 : 형성된 기복
123 : 스텐실 마스크
124 : 스텐실 마스크에 형성된 사각형의 개구부
411, 412, 421, 422, 431, 432, 441, 442 : 스텝의 능선

Claims (6)

  1. 단결정 기판의 표면에, 탄화 규소 단결정층을 호모 에피택셜 혹은 헤테로 에피택셜 성장시키는 탄화 규소 단결정의 제조 방법으로서,
    상기 단결정 기판 표면에는, 이 기판 표면에 거의 평행한 일방향으로 연장하는 복수의 기복이 형성되고 있으며, 이 기복은, 상기 단결정 기판 두께 방향으로 물결치고 있으며, 이 기복은 탄화 규소 단결정의 에피택셜 성장에 따라 전파하는 반위상 영역 경계면 및/또는 쌍정대로 이루어지는 면결함이 서로 회합하도록 설치된 것을 특징으로 하는 탄화 규소 단결정의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기복의 연장방향에 대하여 거의 직교하는 방향의 기복 주기 및 기복 진폭과, 상기 기복의 물결 주기 및 물결 진폭과의 관계가, 상기 단결정 기판에 탄화 규소 단결정을 호모 에피택셜 혹은 헤테로 에피택셜 성장 시킬 때, 상기 탄화 규소 단결정층의 표면에 있어서의 기복 연장방향의 쌍정대 및/또는 반위상 영역 경계면의 단위 면적당 개수가, 상기 탄화 규소 단결정층의 막두께증가에 대하여 포화하는 경향을 나타낸 후, 상기 탄화 규소 단결정층의 한층 막두께의 증가에 따라서, 기복 연장방향으로 대략 직교하는 방향의 쌍정대 및/또는 반위상 영역 경계면의 단위 면적당 개수가 감소하는 관계인 것을 특징으로 하는 탄화 규소 단결정의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기복의 연장방향에 대하여, 거의 직교하는 방향의 기복 주기 및 기복 진폭과, 상기 기복의 물결 주기 및 물결 진폭과의 관계가, 상기 단결정 기판에 상기 탄화 규소 단결정을 호모 에피택셜 혹은 헤테로 에피택셜 성장시킬 때, 상기 탄화 규소 단결정층의 표면에 있어서의 반위상 영역이, 상기 기복 연장방향으로 거의 직교하는 방향에 대하여 연장하는 줄무늬 모양이 되는 상태를 거친 후, 상기 탄화 규소 단결정층의 표면에 있어서의 반위상 영역의 점유율 및/또는 쌍정대의 점유율이, 상기 탄화 규소 단결정층의 막두께의 증가와 함께 감소하는 관계인 것을 특징으로 하는 탄화 규소 단결정의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기복의 물결 주기가, 상기 기복의 연장방향에 대하여 거의 직교하는 방향의 기복 주기의 100∼700배이고, 물결 주기를 물결 진폭으로 나눈 값이 60∼700인 것을 특징으로 하는 탄화 규소 단결정의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기복의 물결 주기가, 0.2∼0.7mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄화 규소 단결정의 제조 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단결정 기판이, 규소 단결정인 것을 특징으로 하는 탄화 규소 단결정의 제조 방법.
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