TW202323576A - 異質磊晶晶圓的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明是一種異質磊晶晶圓的製造方法，其特徵在於，使3C-SiC單晶膜異質磊晶成長於單晶矽基板上，該製造方法使用減壓CVD裝置，並具備下述步驟：第一步驟，其藉由氫氣烘烤去除前述單晶矽基板的表面的自然氧化膜；及，第二步驟，其將含碳與矽之來源氣體供給至前述減壓CVD裝置內，來將前述3C-SiC單晶膜進行成膜，該3C-SiC單晶膜具有與表面上的液體的接觸角呈50°以下的濕潤性。藉此可提供一種異質磊晶晶圓的製造方法，其能夠獲得一種晶圓，該晶圓在被成膜於單晶矽基板上的3C-SiC單晶膜上能夠使品質良好的GaN等進行異質磊晶成長。
Description
本發明關於一種異質磊晶晶圓的製造方法，其使3C-SiC單晶膜於單晶矽基板上進行異質磊晶成長。
3C-SiC具有優異的導熱係數、在高溫環境下的化學性穩定性、比起矽有更廣的能隙等特性，因此在作成功率半導體裝置和高頻裝置、放射線環境下用的裝置基板是非常有用的。
並且基於這點，對矽基板的異質磊晶成長也已經進行了廣泛地研究(非專利文獻1)。
作為一般性的異質磊晶成長的方法，可採用兩階段成長。該方法是矽的碳化處理與接續的SiC成長。CVD中，作為矽源使用SiH
4和氯矽烷這樣的氣體，作為碳源使用C
3H
8和CH
4這樣的氣體。一般而言，會使該等氣體在高於1200℃的高溫中進行反應。但是，為了使用高溫來進行成長，會因為Si與SiC的晶格常數不同而會有發生拉伸應力這樣的問題。
因此，為了至少能夠避免該問題，開發了一種使用減壓CVD裝置的低溫成長(非專利文獻2)。
該方法是在矽的碳化處理與接續的SiC成長中使用減壓CVD裝置，並在1000℃以下的較低溫度中利用氫氣稀釋三甲基矽烷和單甲基矽烷氣體來進行成長者。認為根據該方法，將長時間暴露於高溫中的CVD成長設為低溫，藉此能夠達成品質佳且壓力少的3C-SiC磊晶成長。
進一步，也提案有一種不實行需要高溫的矽的碳化處理的方法(非專利文獻3)。
該方法是將矽基板在高真空下(小於7×10
-5Pa(5×10
-7Torr))且900～1000℃進行加熱，並使用二矽代丁烷作為原料氣體進行成長，藉此能夠進行以不含碳化處理步驟且較為低溫的環境中的成膜。
進一步，已報導有一種基板，其是在矽上使SiC成長後進行GaN成長而成。GaN具有優異的高頻特性、大功率裝置的指標即強森優值(Johnson’s figure of merit)，並基於該等優異特性，在作為近年關注5G的高頻裝置基板方面受到矚目，但是GaN的自立基板在大口徑方面仍無法實現，並且在量產性方面會有問題。因此，在對Si這樣的便宜的基板上使異質磊晶成長來作成基板的方法，已利用大量的研究證實為可行。雖然是對該矽上進行異質磊晶成長，但是也報導有在矽與GaN之間使SiC進行成長的方法(非專利文獻4)。
在該報導中，認為藉由在矽與GaN之間形成SiC層作為中間層，即能夠防止往GaN層的裂縫。這被認為是因為開始裂縫產生是在磊晶成長後的冷卻步驟而非磊晶成長時的緣故。亦即，3C-SiC的線性膨脹係數是4.6×10
-6K
-1，相對於此，Si是4.2×10
-6K
-1，GaN是5.59×10
-6K
-1，而認為藉由3C-SiC具有矽與GaN的中間值，可緩和磊晶成長後的基板冷卻時的熱收縮的緣故。
針對在對這樣的SiC上的GaN成長已有各種的報導，但是一般而言，認為在GaN成長前使三甲基鋁這樣的氣體流動來實行表面改質(前處理)，能夠藉此來作成品質良好的GaN成長(非專利文獻5)。
前述非專利文獻5中，認為SiC的表面呈“the poor wetting”(潤濕不良)，所以才會在GaN成長前使三甲基鋁這樣的氣體流動來實行前處理，藉此對表面進行改質。
[先前技術文獻]
(非專利文獻)
非專利文獻1：J. Crystal. Growth, 154, 303 (1995)
非專利文獻2：J. Electrochem. Soc, 139, 3565 (1992)
非專利文獻3：J. Crystal. Growth, 179, 153 (1997)
非專利文獻4：Appl. Phys. Lett., 88, 091901(2006)
非專利文獻5：Jpn. J. Appl. Phys., 55, 05FB06 (2016)
[發明所欲解決的問題]
如此，在對矽基板上進行SiC成長後使GaN成長而成的異質磊晶基板，例如也能夠進行直徑300mm這樣的大口徑化，而非常具有魅力。然而，SiC磊晶成長有時會呈高溫，特別是為了GaN成長會需要前處理，並且在GaN成長時即便實行了前處理，也未必可使GaN成長於SiC上，所以為了要找出成長製程條件，需要莫大的勞力。
本發明是為了解決上述問題而成者，目的在於提供一種異質磊晶晶圓的製造方法，其能夠獲得一種晶圓，該晶圓是能夠在成膜於單晶矽基板上的3C-SiC單晶膜上使品質良好的GaN等異質磊晶成長者。
[解決問題的技術手段]
為了達成上述目的，本發明提供一種異質磊晶晶圓的製造方法，其特徵在於，使3C-SiC單晶膜異質磊晶成長於單晶矽基板上，
該製造方法使用減壓CVD裝置，並具備下述步驟：
第一步驟，其藉由氫氣烘烤去除前述單晶矽基板的表面的自然氧化膜；及，
第二步驟，其將含碳與矽之來源氣體供給製前述減壓CVD裝置內，來將前述3C-SiC單晶膜進行成膜，該3C-SiC單晶膜具有與表面上的液體的接觸角呈50°以下的濕潤性。
如此，藉由在第一步驟中去除單晶矽基板表面的自然氧化膜，能夠在第二步驟中進行3C-SiC單晶膜的成膜(核形成階段、膜形成階段)。
此外，作為第二步驟的成膜條件，藉由新興地將3C-SiC單晶膜的表面的濕潤性(接觸角)設為指標，能夠獲得一種異質磊晶晶圓，其能夠更容易且確實地實施之後的往該3C-SiC單晶膜上的異質磊晶成長。特別是，即便不實行以往的方法中所實行的前處理，仍能夠更確實地獲得能夠將品質良好的GaN進行異質成長的異質磊晶晶圓。因此，能夠謀求步驟和成本的減少。
此時，能夠將作為前述3C-SiC單晶膜的濕潤性指標的接觸角，設為使用H
2O作為前述液體時的接觸角。
如此地將使用H
2O時的接觸角設為指標，例如在成膜後用以確認而進行測定接觸角的情況下是簡便的。
此外，作為前述第二步驟，包含在前述單晶矽基板上實行SiC的核形成的核形成階段、與使SiC單晶成長來形成前述3C-SiC單晶膜的膜形成階段，並且，
能夠將前述核形成階段在壓力為13332 Pa以下、溫度300℃以上且950℃以下的範圍內進行恆溫保持的條件下實行。
如此地操作，能夠更效率良好地實行SiC的核形成。此外，能夠更確實地獲得上述的接觸角呈50°以下的異質磊晶晶圓。
此外，能夠將前述膜形成階段在壓力為6666 Pa以下、溫度800℃以上且1200℃以下的條件下實行。
只要是該等成長條件，能夠使磊晶成長以供給氣體的輸送速率決定，並且能夠進行利用逐層層積(Layer by Layer)的磊晶成長，且能夠將表面自由能更確實地控制在特別適於GaN成長的狀態。
此外，能夠防止發生滑動差排(slip dislocation)。
此外，能夠使3C-SiC單晶膜成長並且在該3C-SiC單晶膜的正下方的矽層(單晶矽基板)形成電洞。藉由存在該電洞，不僅能夠緩和3C-SiC與矽的晶格不匹配，還能夠緩和整個磊晶層的應力，因此，即便是厚膜的3C-SiC單晶膜，仍能夠更確實地形成不具結晶缺陷的3C-SiC單晶膜。
此外，能夠將前述第一步驟在溫度1000℃以上且1200℃以下的條件下實行。
只要如此地操作，能夠更效率良好地去除單晶矽基板表面的自然氧化膜，還能夠防止發生滑動差排。
作為前述來源氣體，能夠使用單甲基矽烷或三甲基矽烷。
只要是如此的原料氣體，能夠以單一氣體供給Si與C兩者，因此也不需要藉由含碳源前驅物之氣體對單晶矽基板的表面進行碳原子的附著來實行核形成的步驟，而能夠以非常簡潔的條件來形成3C-SiC單晶膜，該步驟也被稱為3C-SiC單晶膜成長前的碳化處理。
此外，比起最初藉由含碳源前驅物之氣體對單晶矽基板的表面進行碳原子的附著來實行核形成後，再利用含碳源前驅物之氣體與含矽源前驅物之氣體來形成3C-SiC單晶膜的方法，更容易控制氣相中的反應活性物種，而能夠使得異質磊晶成長變得更加確實，並且不會使3C-SiC單晶的成長停止而能夠更容易形成厚膜的3C-SiC單晶膜。
此外，能夠在前述經成膜的3C-SiC單晶膜的表面進一步使GaN成長來形成GaN層。
本發明在單晶矽基板上將3C-SiC單晶膜作為中間層來形成GaN層時特別有效，而能夠比以往更簡易且確實地獲得膜品質良好的GaN層。
[發明的效果]
藉由本發明的異質磊晶晶圓的製造方法，能夠提供一種異質磊晶晶圓，其在單晶矽基板上具有3C-SiC單晶膜，並且適於在該3C-SiC單晶膜上使膜品質良好的GaN等進行異質磊晶成長。進一步，能夠提供一種異質磊晶晶圓，其在3C-SiC單晶膜上進一步形成有GaN層。
以下，參照圖式說明本發明的實施形態，但是本發明不限於該等實施形態。
謀求一種異質磊晶晶圓的製造方法，其能夠在單晶矽基板上將3C-SiC單晶膜進行成膜，並進一步在該3C-SiC單晶膜上將膜品質良好的GaN等進行成膜。因此，發明人致力於研究時，發現要製造能達成上述要求的異質磊晶晶圓，針對上述3C-SiC單晶膜的成膜需要將其表面的濕潤性(接觸角)設為指標，並進一步需要使該濕潤性為接觸角呈50°以下，進而完成本發明。
實際上，即便使用氫氟酸和氟化硝酸、王水、藉由H
2在1150℃中的高溫退火(基底為矽基板所以是在1150℃中的退火)來處理SiC表面，該SiC表面的濕潤性也不會變化，在成膜後的後處理中仍無法控制矽這樣的表面的濕潤性。
在此處，針對接觸角進行說明。如第9圖所示，接觸角當在空氣中的固體表面上有液體時，意指：在固體、液體、氣體的三相的接觸點處，由液體繪出的切線與固體表面所構成的角之中包含液體的方向的角。並且，如同下述的公式1所示的Young的公式所示，該接觸角是由液體(例如，此時為H
2O)、固體表面(本發明的情況下為3C-SiC表面)的表面張力、及固體與液體的界面張力所決定。
在此處，固體與液體的界面張力會因主體(bulk)中的分子間作用力(凡得瓦力，van der Waals force)而出現在界面也就是表面(表面自由能)，由此也能夠理解磊晶層(主體)的成長條件受到接觸角的影響。
γ
S=γ
L･cosθ+γ
SL…(公式1)
在此處，
接觸角：θ
固體的表面張力：γ
S液體的表面張力：γ
L固體與液體的表面張力：γ
SL
如此地操作所成長出的3C-SiC單晶膜呈接觸角亦即表面自由能受到控制的狀態，因此會成為適於在其上實行異質磊晶成長(特別是GaN成長)的基板。
第10圖中顯示實際上一般性所接受的磊晶成長模式，也就是氣相成長(BCF)模式(Phil. Trans. Royal Soc. London, 243, 299-358 (1951))，但是該模式中，磊晶成長如下述公式(2)所示。
…公式(2)
在此處：
c：活性物種的表面濃度
D
s：活性物種的擴散係數
f：入射率(f=P/SQRT(2πmk
BT))
τ：活性物種存在於表面的時間(壽命)
P：壓力
m：質量
k
B：波茲曼常數
T：溫度
在此處，活性物種的表面濃度受到表面張力的影響能夠列舉如下。
…公式(3)
在此處，
c
0：F=0時的濃度
Ω
2：一原子所占的面積
k
B：波茲曼常數
T：溫度
F：表面張力
由如公式(3)所記載可知，表面張力會對磊晶成長造成影響。
以下，針對磊晶晶圓的製造方法，列舉具體例來說明，但是本發明不限於此。
第1圖是顯示3C-SiC成長序列的一例的圖表。依序實行氫氣烘烤(以下，也稱為H
2退火)的第一步驟、3C-SiC單晶膜的成膜步驟的第二步驟(實行SiC的核形成的核形成階段、使SiC單晶成長來形成3C-SiC單晶膜的模形成階段)。以下，說明各步驟。
＜第一步驟＞
首先，在減壓CVD裝置(以下，也稱為RP-CVD裝置)配置單晶矽基板，導入氫氣，藉由H
2退火去除表面的自然氧化膜。若氧化膜殘留，會變得無法在單晶矽基板上產生SiC的核形成。此時的H
2退火例如較佳是溫度設為1000℃以上且1200℃以下的條件。藉由將溫度設為1000℃以上，能夠防止用以避免自然氧化膜的殘留的處理時間變為長時間，而較有效率。此外，若設為1200℃以下，能夠有效地防止由於高溫所產生的滑動差排。但是，此時的H
2退火的壓力和時間只要能夠去除自然氧化膜即可，並無特別限制。
第1圖所示的示例中，在1080℃且1分鐘的條件下實行H
2退火。此外，氫氣的導入能夠在第一步驟後實行，也能夠在第二步驟中接續實行(載體氣體)。
＜第二步驟(核形成階段)＞
繼而，將單晶矽基板設定於特定的壓力與溫度，以包含碳與矽之來源氣體作為SiC的原料氣體並導入至RP-CVD裝置內，來實行SiC的核形成。作為來源氣體，例如能夠導入單甲基矽烷或三甲基矽烷(TMS)。比起使用複數種氣體的情況，上述情況較為簡單也較容易控制，能夠更確實地形成3C-SiC單晶膜。再者，比起Si，C的原子較小而更容易氣化，因此若考慮原料效率，三甲基矽烷的情況在條件設定方面會更容易。
這樣的來源氣體的導入，可在該第二步驟的核形成階段及接續的膜形成階段中實行。
此外，該SiC的核形成，例如在壓力13332 Pa(100 Torr)以下、溫度300℃以上且950℃以下的範圍內進行恆溫保持的條件下，能夠效率良好地實行於單晶矽基板的表面。
在SiC的核形成的階段，藉由設為950℃以下的條件，能夠更確實地防止下述情況：過於高溫所以造成單晶矽基板與原料氣體的反應進行，而造成無法在單晶矽基板的表面進行SiC的核形成。此外，在成膜後的3C-SiC單晶膜的表面處能夠更確實地獲得與液體的接觸角呈50°以下的濕潤性。特別是，藉由設為900℃以下能夠容易地獲得上述接觸角為40°以下的濕潤性。
再者，上述液體並無特別限定，一般而言能夠使用H
2O。只要是H
2O，在成膜後確認接觸角時能夠簡單地準備來進行測定。
此外，藉由溫度設為300℃以上，能夠更確實地防止溫度過低而變得無法效率良好地實行SiC的核形成。
再者，在此處，若一併考量接下來說明的膜形成階段，在膜形成階段時能夠藉由將溫度設為800℃以上來使SiC的異質磊晶成長效率良好地進行。因此，例如自核形成階段的時間點算起，該SiC的核形成溫度較佳是能夠設定為800℃以上且950℃以下，更佳是設為850℃以上且900℃以下。藉由如此地將核形成階段的溫度設為800℃以上且950℃以下，能夠使得SiC的核形成階段與之後的3C-SiC單晶膜形成也就是膜形成階段應設定的較佳溫度範圍重疊，特別是能夠在相同的溫度條件下實行該等的核形成階段與膜形成階段。
此外，將壓力設為13332 Pa(100 Torr)以下，所以能夠防止反應活性物種在氣相中與原料氣體進行反應等的二次或更高反應級數的反應產生，因此較有效率。進一步較佳是能夠設為133 Pa(1 Torr)以下，更有效率。壓力的下限值並無特別限定，但是例如能夠設為13.3 Pa(0.1 Torr)。再者，針對壓力，也與溫度同樣地能夠在核形成階段與膜形成階段設為相同條件。
第1圖所示的示例中，該核形成階段及接續的膜形成階段為相同條件，設為相同壓力、相同保持溫度(900℃)。
＜第二步驟(膜形成階段)＞
此外，在使3C-SiC單晶膜成長而形成的膜形成階段中，例如能夠在壓力為13332 Pa(100 Torr)並進而在6666 Pa(50 Torr)以下，溫度800℃以上且小於1200℃的條件下實行。藉由這樣的條件，能夠效率良好地使SiC單晶成長來形成3C-SiC單晶膜。
再者，藉由將成長壓力設為13332 Pa(進一步是6666 Pa)以下，能夠更確實地防止所形成的3C-SiC進行多晶化。只要將壓力設為6666 Pa(50 Torr)以下，能夠抑制如前述那樣在氣相中的二次或更高反應級數的反應，防止3C-SiC進行多晶化，而能夠確實且效率良好地形成3C-SiC單晶膜。並且，較佳是能夠設為1333 Pa Pa(10 Torr)以下，進一步較佳是設為133 Pa(1 Torr)以下，在該等條件下，變得會在3C-SiC單晶膜正下方形成電洞，而能夠獲得緩和整個異質磊晶層的應力的效果。壓力的下限值並無特別限定，但是例如能夠設為13.3 Pa(0.1 Torr)。
此外，針對溫度，藉由設為800℃以上，即能夠如前述那樣地使SiC單晶的成長效率良好地進行，藉由設為1200℃以下，即能夠有效地防止產生滑動差排。
第1圖所示的示例中，如前述那樣，核形成階段及膜形成階段為相同條件，SiC的核形成與3C-SiC單晶膜的形成連續地實行。
此時的膜厚會與壓力和溫度相關，而能夠基於以作成目標的膜厚的方式所設定的壓力與溫度條件，來適當地設定成膜時間。
此時，3C-SiC單晶膜的膜厚例如能夠成膜為自2 nm左右的較薄的膜起至數μm的較厚的膜為止，此外，表面接觸角也能夠呈50°以下，表面自由能會成為適於GaN成長者而變得能夠以二維成長模式進行層狀成長。
再者，第1圖所示的所謂以二維成長模式的層狀成長，為逐層層積(Layer by Layer)的磊晶成長。
如此操作所成長而成的異質磊晶晶圓，會成為適於在其上進一步形成GaN等異質磊晶層者，該異質磊晶晶圓具有與表面上的液體(H
2O)的接觸角呈50°以下(大於0°)的濕潤性且形成有3C-SiC單晶膜。亦即，若特別使GaN成長於該3C-SiC單晶膜之上，能夠獲得具有高品質的GaN層之異質磊晶晶圓。
此時的GaN成長，實行藉由使用了三甲基鎵與三甲基銨這樣的有機金屬材料的MOCVD的成膜，使GaN成長至3 μm左右。
此外，也能夠以取代GaN的方式例如使Si進行異質磊晶成長。
上述接觸角若是越小，會成為表面自由能越適於GaN成長者，而能夠更確實地將優異的膜質的異質磊晶層形成於3C-SiC單晶膜上。
再者，接觸角的測定例如能夠使用市售的測定裝置來測定。作為一例，可列舉協和界面科學股份有限公司的PCA-11。測定是在3C-SiC單晶膜的表面將2.0 μL純水的液滴滴下至5處，然後由影像解析來求出接觸角，並取該等的平均值來進行測定。但是不限於該測定方法。
如上所述，在此處是按照第1圖所示的成長序列來說明，但是本發明的異質磊晶晶圓的製造方法中，成膜時的條件不限於上述的壓力範圍和溫度範圍。只要是在成膜後的3C-SiC單晶膜的表面的接觸角會成為50°以下這樣的成膜條件即可，並且3C-SiC單晶膜的異質磊晶成長時的條件模型有各種考量，所以能夠適當地決定。
例如，能夠以下述方式製造：藉由改變壓力與溫度的條件來實行實驗，預先求出3C-SiC單晶膜成膜時的壓力與溫度的條件、與在成膜後的3C-SiC單晶膜的表面的接觸角的相關關係，並在實際製造製品時，基於該相關關係，以在成膜後的接觸角會成為50°以下的方式，設定3C-SiC單晶膜成膜時的壓力與溫度的條件。
作為3C-SiC單晶膜的異質磊晶成長的條件使用接觸角這樣的指標，但是要在該3C-SiC單晶膜之上進一步形成GaN等的異質磊晶層時極為有效，而發明人發現這樣的見解本身即具有重大意義。只要以滿足上述接觸角的條件的方式來調整3C-SiC單晶膜的成膜時的條件來進行製造即可，在3C-SiC單晶膜的成膜後且GaN等的異質磊晶層的形成前，不需要施加以往那樣的前處理而變得簡易，並且能夠確實地獲得高品質的GaN等的異質磊晶膜。
[實施例]
以下，顯示本發明的實施例及比較例來更具體地說明本發明，但是本發明不限於此。
(實施例1)
準備一直徑300mm、面方位(111)、硼摻雜的高電阻率單晶矽基板，在RP-CVD裝置的反應爐內的基座(susceptor)上配置晶圓，如第1圖所示的成長序列在1080℃中實行1分鐘的H
2退火(第一步驟)。繼而，設為成長溫度900℃、成長壓力6666 Pa(50 Torr)並導入三甲基矽烷氣體，來實行SiC的核形成與3C-SiC單晶膜的成長(第二步驟的核形成階段與膜形成階段)。實行5分鐘的結果，膜厚成為13 nm。
之後，利用In Plane(面內)配置確認XRD(X射線繞射)光譜時，如第2圖的XRD解析結果的圖表所示，能夠確認到對Si(220)呈平行的3C-SiC(220)的峰，而確認到成長有單晶的3C-SiC膜。
經成膜的3C-SiC單晶膜的表面的接觸角為19.7°。針對該接觸角的測定使用協和界面科學股份有限公司的PCA-11。測定是在3C-SiC單晶膜的表面將2.0 μL純水的液滴滴下至5處，然後由影像解析來求出接觸角，並取該等的平均值來進行測定。
進一步，嘗試在3C-SiC單晶膜上的GaN成長。
更具體而言，將該成長用基板(單晶矽基板＋3C-SiC單晶膜)載置於MOCVD反應爐，在成長用基板上實行AlN、AlGaN及GaN等三族氮化物半導體薄膜的磊晶成長。成長用基板載置於被稱為衛星托盤的晶圓載盤(wafer pocket)中。當磊晶成長時，使用TMAl作為Al源，使用TMGa作為Ga源，使用NH
3作為N源。
此外，載體氣體使用N
2及H
2中的任一種。製程溫度設為900～1200℃左右。將成長用基板載置於衛星托盤之上，當實行磊晶成長時，磊晶層是自基板側起朝向成長方向依序地將AlN、AlGaN進行成膜，之後使GaN進行磊晶成長而成。
在第3圖中顯示經成長的GaN的剖面TEM影像，並在第4圖中顯示XRD搖擺曲線。如第3圖所示，並未發現後述的比較例那樣的三維的島狀的成長。此外，第4圖中，搖擺曲線的峰值(omega=17.35°時)的半高寬值(FWHM：Full Width Half Maximum)是774秒，比起比較例中的半高寬值大幅地變窄。如此，能夠使良好的晶性的GaN膜成長。
(比較例)
準備一直徑300mm、面方位(111)、硼摻雜的高電阻率單晶矽基板，在RP-CVD裝置的反應爐內的基座上配置晶圓，如第5圖所示的成長序列在1080℃中實行1分鐘的H
2退火。繼而，使爐內溫度降溫至300℃後，以升溫速率1℃/秒升溫至1130℃，並且導入三甲基矽烷氣體，來實行SiC的核形成與接續的3C-SiC單晶膜的形成。此時的成長壓力一律設為133 Pa(1 Torr)。到達1130℃後保持10分鐘來實行3C-SiC單晶膜的成長，結果膜厚成為100 nm左右。
成膜後，利用In Plane配置確認XRD光譜時，如第6圖的XRD解析結果的圖表所示，能夠確認到對Si(220)呈平行的3C-SiC(220)的峰，而確認到成長有單晶的3C-SiC膜。
針對經成膜的3C-SiC膜表面的接觸角，與實施例1同樣地操作來實行測定時，接觸角為66.8°。
進一步，以與實施例1同樣的條件，嘗試在3C-SiC單晶膜上的GaN成長。
在第7圖中顯示經成長的GaN的剖面TEM影像，並在第8圖中顯示XRD搖擺曲線。如第7圖所示，GaN成長為三維的島狀。此外，第8圖中，搖擺曲線的峰值(omega=17.32°時)的半高寬值(FWHM)擴大為3321秒。如此，無法獲得良好的晶性的GaN膜。
(實施例2)
準備與實施例1相同的單晶矽基板，在RP-CVD裝置的反應爐內的基座上配置晶圓，在1080℃中實行1分鐘的H
2退火(第一步驟)。繼而，作為第二步驟的核形成階段，將成長溫度設為900℃並導入三甲基矽烷氣體5分鐘。然後，作為第二步驟的膜形成階段，將成長溫度升溫至1190℃並導入三甲基矽烷氣體，來實行3C-SiC單晶膜的成長。此時的成長壓力一律設為133 Pa(1 Torr)。實行1分鐘的成長，結果膜厚成為50 nm左右。
成膜後，利用In Plane配置確認XRD光譜時，能夠確認到對Si(220)呈平行的3C-SiC(220)的峰，而確認到成長有單晶的3C-SiC膜。
針對經成膜的3C-SiC膜表面的接觸角，與實施例1同樣地操作來實行測定時，接觸角為50°。
進一步，以與實施例1同樣的條件，嘗試在3C-SiC單晶膜上的GaN成長時，能夠獲得晶性良好的GaN膜。雖然不如實施例1，但是比起比較例仍為更優異的晶性。
再者，本發明不限於上述實施形態。上述實施形態為例示，與本發明的發明申請專利範圍所記載的技術思想具有實質性相同的構成並發揮相同的作用效果者，全部皆包含在本發明的技術範圍中。
θ:接觸角
γ
S:固體的表面張力
γ
L:液體的表面張力
γ
SL:固體與液體的表面張力
第1圖是顯示本發明的異質磊晶晶圓的製造方法中的3C-SiC成長序列的一例的圖表。也是顯示在實施例1的3C-SiC成長序列的圖表。
第2圖是顯示利用實施例1的3C-SiC成長序列所成長的3C-SiC on Si(111)的面內(In plane)XRD解析的結果的圖表。
第3圖是顯示成長於實施例1的3C-SiC單晶膜上的GaN on 3C-SiC on Si(111)的剖面TEM影像。
第4圖是顯示成長於實施例1的3C-SiC單晶膜上的GaN的XRD搖擺曲線的圖表。
第5圖是顯示利用比較例的3C-SiC成長序列的圖表。
第6圖是顯示利用比較例的3C-SiC成長序列所成長的3C-SiC on Si(111)的面內XRD解析的結果的圖表。
第7圖是顯示成長於比較例的3C-SiC單晶膜上的GaN on 3C-SiC on Si(111)的剖面TEM影像。
第8圖是顯示成長於比較例的3C-SiC單晶膜上的GaN的XRD搖擺曲線的圖表。
第9圖是接觸角的說明圖。
第10圖是氣相成長(BCF)模式的示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
Claims (13)
- 一種異質磊晶晶圓的製造方法，其特徵在於，使3C-SiC單晶膜異質磊晶成長於單晶矽基板上， 該製造方法使用減壓CVD裝置，並具備下述步驟： 第一步驟，其藉由氫氣烘烤去除前述單晶矽基板的表面的自然氧化膜；及， 第二步驟，其將含碳與矽之來源氣體供給至前述減壓CVD裝置內，來將前述3C-SiC單晶膜進行成膜，該3C-SiC單晶膜具有與表面上的液體的接觸角呈50°以下的濕潤性。
- 如請求項1所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，將作為前述3C-SiC單晶膜的表面的濕潤性指標的接觸角設為使用H 2O作為前述液體時的接觸角。
- 如請求項1所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，作為前述第二步驟，包含在前述單晶矽基板上實行SiC的核形成的核形成階段、與使SiC單晶成長來形成前述3C-SiC單晶膜的膜形成階段，並且， 能夠將前述核形成階段在壓力為13332 Pa以下、溫度300℃以上且950℃以下的範圍內進行恆溫保持的條件下實行。
- 如請求項2所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，作為前述第二步驟，包含在前述單晶矽基板上實行SiC的核形成的核形成階段、與使SiC單晶成長來形成前述3C-SiC單晶膜的膜形成階段，並且， 能夠將前述核形成階段在壓力為13332 Pa以下、溫度300℃以上且950℃以下的範圍內進行恆溫保持的條件下實行。
- 如請求項3所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，將前述膜形成階段在壓力為6666 Pa以下、溫度800℃以上且1200℃以下的條件下實行。
- 如請求項4所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，將前述膜形成階段在壓力為6666 Pa以下、溫度800℃以上且1200℃以下的條件下實行。
- 如請求項1～6中任一項所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，將前述第一步驟在溫度1000℃以上且1200℃以下的條件下實行。
- 如請求項1～6中任一項所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，作為前述來源氣體，使用單甲基矽烷或三甲基矽烷。
- 如請求項7所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，作為前述來源氣體，使用單甲基矽烷或三甲基矽烷。
- 如請求項1～6中任一項所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，在前述經成膜的3C-SiC單晶膜的表面進一步使GaN成長來形成GaN層。
- 如請求項7所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，在前述經成膜的3C-SiC單晶膜的表面進一步使GaN成長來形成GaN層。
- 如請求項8所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，在前述經成膜的3C-SiC單晶膜的表面進一步使GaN成長來形成GaN層。
- 如請求項9所述之異質磊晶晶圓的製造方法，其中，在前述經成膜的3C-SiC單晶膜的表面進一步使GaN成長來形成GaN層。
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