半導体基板及び半導体基板の製造方法
【課題】結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することが可能な半導体基板及び半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】単結晶シリコン１１と、単結晶シリコン１１の表面に形成された、開口部１２ｈを有するマスク材１２と、単結晶シリコン１１の開口部１２ｈから露出した部分に形成された炭化シリコン膜１３と、炭化シリコン膜１３及びマスク材１２を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜１４と、を含み、マスク材１２の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下である。
【解決手段】単結晶シリコン１１と、単結晶シリコン１１の表面に形成された、開口部１２ｈを有するマスク材１２と、単結晶シリコン１１の開口部１２ｈから露出した部分に形成された炭化シリコン膜１３と、炭化シリコン膜１３及びマスク材１２を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜１４と、を含み、マスク材１２の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板及び半導体基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワイドバンドギャップ半導体である炭化珪素（ＳｉＣ）は、従来のシリコン（Ｓｉ）と比べて２倍以上のバンドギャップを有しており、高耐圧デバイス用の材料として注目されている。このＳｉＣは結晶形成温度がＳｉと比べて高温であるため液相からの引上げ法による単結晶インゴットの形成が困難であり、昇華法による単結晶インゴットの形成がなされている。しかしながら、昇華法においては大口径で結晶欠陥の少ないＳｉＣ基板を形成することが非常に難しい。このため、現在市販化されているＳｉＣ基板の口径は３〜４インチであり、その価格も非常に高価になっている。
【０００３】
ＳｉＣの種類には、その結晶構造によって、立方晶（３Ｃ‐ＳｉＣ）や六方晶（４Ｈ‐ＳｉＣ、６Ｈ‐ＳｉＣ）などのＳｉＣがある。この中でも立方晶の結晶構造を有するＳｉＣ（３Ｃ‐ＳｉＣ）は比較的に低温で形成可能であり、Ｓｉ基板上に直接エピタキシャル成長を行うことができる。そこで、ＳｉＣ基板の大口径化の手段としてＳｉ基板の表面に３Ｃ‐ＳｉＣを結晶成長させるヘテロエピタキシャル技術が検討されている。ところが、Ｓｉ、３Ｃ‐ＳｉＣの格子定数はそれぞれ０．５４３ｎｍ、０．４３６ｎｍと約２０％の差があり、また、Ｓｉと３Ｃ−ＳｉＣとでは熱膨張係数も異なることから、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を得ることが難しい。
【０００４】
このような問題を解決するための技術が検討されており、例えば、特許文献１では、炭化シリコンの成長用基板の表面にマスク層を形成した後、マスク層に開口部を形成して基板表面を露出させて単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を行い、開口部の高さを開口部の幅の２１／２以上とし且つ形成する単結晶炭化シリコンの厚さを超える高さとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８１５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させて室温に戻す過程において、基板と単結晶炭化シリコンとの熱膨張係数差に起因する応力を抑制することは困難である。熱膨張係数差に起因する応力が生じると、単結晶炭化シリコン膜に結晶欠陥が生じるおそれがある。
【０００７】
本発明の一態様は、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することが可能な半導体基板及び半導体基板の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の半導体基板は、単結晶シリコンと、前記単結晶シリコンの表面に形成された、開口部を有するマスク材と、前記単結晶シリコンの前記開口部から露出した部分に形成された炭化シリコン膜と、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体基板は、単結晶シリコンと、前記単結晶シリコンの表面に形成された炭化シリコン膜と、前記炭化シリコン膜の表面に形成された、開口部を有するマスク材と、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体基板によれば、単結晶シリコンと単結晶炭化シリコン膜との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材の開口部の側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜を形成する温度範囲）においてマスク材の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１１】
また、本発明の半導体基板において、前記マスク材は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなっていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材の粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１３】
本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶シリコンの表面にマスク材を形成する第１の工程と、前記マスク材に開口部を形成し、前記単結晶シリコンの一部を露出させる第２の工程と、前記単結晶シリコンの一部に炭化シリコン膜を形成する第３の工程と、前記炭化シリコン膜を基点として９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第４の工程と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコンと単結晶炭化シリコン膜との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材の開口部の側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜を形成する温度範囲）においてマスク材の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。また、単結晶炭化シリコン膜をエピタキシャル成長させる温度範囲がこのような温度範囲であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１５】
本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶シリコンの表面に酸化シリコン膜を形成する第１の工程と、前記酸化シリコン膜に開口部を形成し、前記単結晶シリコンの一部を露出させる第２の工程と、前記単結晶シリコンの一部に炭化シリコン膜を形成する第３の工程と、前記炭化シリコン膜を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記酸化シリコン膜の表面が一部露出した状態で止める第４の工程と、前記酸化シリコン膜に不純物をドープさせてマスク材を形成する第５の工程と、前記第５の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第６の工程と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体基板の製造方法によれば、酸化シリコン膜を単結晶炭化シリコン膜の形成途中でマスク材にする（粘度を小さくする）過程において、単結晶炭化シリコン膜をエピタキシャル成長させる初期段階で、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１７】
本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶シリコンの表面に炭化シリコン膜を形成する第１の工程と、前記炭化シリコン膜の表面にマスク材を形成する第２の工程と、前記マスク材に開口部を形成し、前記炭化シリコン膜の一部を露出させる第３の工程と、前記炭化シリコン膜の一部を基点として９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第４の工程と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコンと単結晶炭化シリコン膜との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材の開口部の側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜を形成する温度範囲）においてマスク材の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。また、単結晶炭化シリコン膜をエピタキシャル成長させる温度範囲がこのような温度範囲であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１９】
本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶シリコンの表面に炭化シリコン膜を形成する第１の工程と、前記炭化シリコン膜の表面に酸化シリコン膜を形成する第２の工程と、前記酸化シリコン膜に開口部を形成し、前記炭化シリコン膜の一部を露出させる第３の工程と、前記炭化シリコン膜の一部を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記酸化シリコン膜の表面が一部露出した状態で止める第４の工程と、前記酸化シリコン膜に不純物をドープさせてマスク材を形成する第５の工程と、前記第５の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第６の工程と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の半導体基板の製造方法によれば、酸化シリコン膜を単結晶炭化シリコン膜の形成途中でマスク材にする（粘度を小さくする）過程において、単結晶炭化シリコン膜をエピタキシャル成長させる初期段階で、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００２１】
また、本発明の半導体基板の製造方法において、前記マスク材は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれていてもよい。
【００２２】
この方法によれば、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材の粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００２３】
また、本発明の半導体基板の製造方法において、前記第５の工程は、前記酸化シリコン膜を覆って不純物がドープされた不純物含有層を形成する第７の工程と、前記不純物含有層を加熱して前記不純物含有層にドープされた前記不純物を前記酸化シリコン膜に拡散させて前記マスク材を形成する第８の工程と、前記不純物含有層を除去し、前記マスク材を露出させる第９の工程と、を含んでいてもよい。
【００２４】
この方法によれば、不純物が酸化シリコン膜に選択的に拡散されるので、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコンに不純物がドープされることを抑制することができる。よって、不純物を含まない高純度の単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体基板の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。
【図３】同、半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【図４】図３に続く、半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【図５】同、半導体基板の製造方法の第２変形例を示す過程図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る半導体基板の概略構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。
【図８】同、半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【図９】図８に続く、半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【図１０】同、半導体基板の製造方法の第２変形例を示す過程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体基板１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、半導体基板１は、単結晶シリコン１１と、単結晶シリコン１１の表面に形成された、開口部１２ｈを有するマスク材１２と、単結晶シリコン１１の開口部１２ｈから露出した部分に形成された炭化シリコン膜１３と、開口部１２ｈから露出した炭化シリコン膜１３及びマスク材１２を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜１４と、を備えている。
【００２８】
単結晶シリコン１１は、例えば、ＣＺ法（チョクラルスキー法）により引上げられたシリコン単結晶インゴットをスライス、研磨して形成されている。この単結晶シリコン１１の表面はミラー指数（１００）で表される結晶面を成している。また、結晶面の結晶軸が数度傾いたオフセット基板を用いてもよい。
【００２９】
なお、本実施形態では、単結晶シリコン１１としてシリコン単結晶基板を用いるがこれに限らない。例えば、石英、サファイア、ステンレスからなる基板上に単結晶シリコン膜を形成したものでもよい。本願明細書において、シリコン単結晶基板、また例えば、石英、サファイア、ステンレスからなる基板上に単結晶シリコン膜を形成したものを単結晶シリコンという。
【００３０】
また、単結晶シリコン１１の表面はミラー指数（１００）で表される結晶面をなすものとされるが、（１００）面以外にも、（１００）面に対して５４．７３度傾斜した（１１１）面であってもよい。このような単結晶シリコンの格子定数は０．５４３ｎｍである。
【００３１】
マスク材１２は、単結晶シリコン１１の表面に形成されている。マスク材１２には、単結晶シリコン１１の表面を露出する複数の開口部１２ｈが形成されている。マスク材１２は、酸化シリコン膜に不純物が所定の範囲で含まれてなる。本実施形態においては、マスク材１２は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなる。
【００３２】
なお、不純物はリンに限らず、例えばボロンを用いることができる。例えば、マスク材は、酸化シリコン膜にボロンが１ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の範囲で含まれてなっていてもよい。また、マスク材は、酸化シリコン膜にボロン及びリンの双方が含まれてなっていてもよい（ＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass））。ＢＰＳＧに含まれるボロン及びリンの濃度は、例えば、ボロンが１ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の範囲、リンが４ｗｔ％以上６ｗｔ％以下の範囲である。
【００３３】
炭化シリコン膜１３は、単結晶シリコン１１の開口部１２ｈから露出した部分に形成されている。炭化シリコン膜１３は、炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）の単結晶層または多結晶層である。炭化シリコン膜１３は、単結晶シリコン１１の表面を炭化処理することにより、単結晶炭化シリコン膜１４を形成する際の単結晶シリコン１１表面からのシリコンの昇華を抑制するとともに、単結晶シリコン１１と単結晶炭化シリコン膜１４との格子不整合を緩和し、単結晶炭化シリコン膜１４に転移欠陥が生じるのを抑制する機能を有するものである。炭化シリコン膜１３の厚みは、少なくとも１原子層分の厚みで形成されていればよく、例えば２ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚みとされている。
【００３４】
単結晶炭化シリコン膜１４は、開口部１２ｈから露出した炭化シリコン膜１３及びマスク材１２を覆って形成されている。単結晶炭化シリコン膜１４は、立方晶炭化珪素（３Ｃ‐ＳｉＣ）がエピタキシャル成長して形成された半導体膜である。３Ｃ‐ＳｉＣは、バンドギャップ値が２．２ｅＶ以上と広く、熱伝導率や絶縁破壊電界が高いため、パワーデバイス用のワイドバンドギャップ半導体として好適である。このような３Ｃ−ＳｉＣからなる単結晶炭化シリコン膜１４の格子定数は０．４３６ｎｍである。
【００３５】
（半導体基板の製造方法）
図２は、本実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。
【００３６】
先ず、単結晶シリコン１１を用意し、単結晶シリコンを真空チャンバーに収容し、真空雰囲気下、処理温度７５０℃、処理時間５ｍｉｎの条件で熱処理する（図２（ａ）参照）。この熱処理により、単結晶シリコン表面は清浄化され、単結晶シリコン表面に付着した不純物は除去される。次に、処理温度を６００℃まで降温する。なお、以下の説明においては、単結晶シリコンの温度を単に「基板温度」いう場合がある。
【００３７】
次に、単結晶シリコン１１の表面にマスク材１２を形成する（図２（ｂ）参照、第１の工程）。ここでは、熱酸化法を用いて単結晶シリコン１１の表面を熱酸化処理することにより、単結晶シリコン１１の表面にマスク材１２を形成する。また、マスク材１２の膜厚は、例えば５〜２００ｎｍの範囲に設定する。例えば、マスク材１２は、酸化シリコン膜にリンをイオン注入などによりドープして形成することができる。マスク材１２のリンの含有量は、１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲である。ここで、リンの含有量が８ｗｔ％を超えると酸が形成されるため好ましくない。なお、酸化シリコン膜にボロンをドープしてもよい。
【００３８】
次に、マスク材１２をパターニングして開口部１２ｈを形成し、単結晶シリコン１１の表面の一部を露出させる（図２（ｃ）参照、第２の工程）。例えば、マスク材１２の上にレジストを塗布し。フォトリソグラフィ法によりレジストを所望のパターン、例えばラインアンドスペースにパターニングする。このようにパターニングされたレジストをマスクとして、マスク材１２にエッチングを施す。これにより、マスク材１２は所望のパターン形状にパターンニングされることとなり、このマスク材１２の開口部１２ｈでは単結晶シリコン１１の表面の一部が露出することとなる。
【００３９】
次に、基板温度を６００℃以上８００℃以下の範囲の温度に調整し、この基板温度を保持した状態で、炭化シリコン膜１３の原料ガス（炭素原料ガス）をチャンバー内に導入する。ここで、基板温度が８００℃を超えると、単結晶シリコン１１の表面近傍に導入された炭素原料ガスが熱分解等し易くなり、安定した炭素原料ガスの雰囲気を形成することが困難となるため好ましくない。
【００４０】
炭素原料ガスとしては、炭化水素系ガスが好ましく、例えば、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ノルマルブタン（ｎ−Ｃ４Ｈ１０）、イソブタン（ｉ−Ｃ４Ｈ１０）、ネオペンタン（ｎｅｏ−Ｃ５Ｈ１２）等が好適に用いられる。これらは、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００４１】
これにより、単結晶シリコン１１の開口部１２ｈから露出した部分に炭化シリコン膜１３を形成する（図２（ｄ）参照、第３の工程）。
【００４２】
次いで、単結晶シリコン１１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を単結晶炭化シリコン膜を形成する温度（以下、単に「炭化処理温度」という場合がある）まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【００４３】
マスク材１２の粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。
【００４４】
ここで、炭化処理温度が９５０℃未満であると、炭素原料ガスによる単結晶シリコン１１の表面の炭化が不十分なものとなり、その結果、単結晶シリコン１１の表面に結晶性のよい単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができず、一方、炭化処理温度が１４００℃を超えると、シリコンの融点（１４１０℃）を超えるため、単結晶シリコンが溶けてしまうという問題を生じる。また、粘度の下限値１０５Ｐａ・ｓはマスク材１２が流動する状態の粘度であり、粘度の上限値１０１４．５Ｐａ・ｓは粘性流動が生じなくなる粘度（マスク材１２の歪が除去できない粘度）である。
【００４５】
また、本実施形態では、マスク材１２にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲でドープされており、マスク材１２の粘度が炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。ここで、粘度の下限値１０７．６Ｐａ・ｓはマスク材１２が軟化する状態の粘度であり、粘度の上限値１０１３Ｐａ・ｓはマスク材１２の歪みを除去する際の上限粘度である。
【００４６】
これにより、開口部１２ｈから露出した炭化シリコン膜１３を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、開口部１２ｈから露出した炭化シリコン膜１３及びマスク材１２を覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する（図２（ｅ）参照、第４の工程）。
【００４７】
以上の工程により、本実施形態の半導体基板１を製造することができる。
【００４８】
本実施形態の半導体基板１、半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコン１１と単結晶炭化シリコン膜１４との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材１２の開口部１２ｈの側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜１４を形成する温度範囲）においてマスク材１２の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜１４の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材１２で吸収することができる。また、マスク材１２の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜１４の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材１２で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。また、半導体基板の製造方法において、単結晶炭化シリコン膜１４をエピタキシャル成長させる温度範囲がこのような温度範囲であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００４９】
また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材１２の粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００５０】
（第１変形例）
図３及び図４は、第１実施形態に係る半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【００５１】
先ず、単結晶シリコン１１を用意し、単結晶シリコンを真空チャンバーに収容し、真空雰囲気下、処理温度７５０℃、処理時間５ｍｉｎの条件で熱処理する（図３（ａ）参照）。次に、処理温度を６００℃まで降温する。
【００５２】
次に、単結晶シリコン１１の表面に酸化シリコン膜１２Ａｘを形成する（図３（ｂ）参照、第１の工程）。例えば、熱酸化法を用いて単結晶シリコン１１の表面を熱酸化処理することにより、単結晶シリコン１１の表面に酸化シリコン膜１２Ａｘを形成する。
【００５３】
次に、酸化シリコン膜１２Ａｘをパターニングして開口部１２Ａｈを形成し、単結晶シリコン１１の表面の一部を露出させる（図３（ｃ）参照、第２の工程）。
【００５４】
次に、基板温度を６００℃以上８００℃以下の範囲の温度に調整し、この基板温度を保持した状態で、炭化シリコン膜１３の原料ガス（炭素原料ガス）をチャンバー内に導入する。これにより、単結晶シリコン１１の開口部１２Ａｈから露出した部分に炭化シリコン膜１３を形成する（図３（ｄ）参照、第３の工程）。
【００５５】
次に、単結晶シリコン１１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を所定の時間だけ保持する。
【００５６】
これにより、開口部１２Ａｈから露出した炭化シリコン膜１３を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を酸化シリコン膜１２Ａｘの表面が一部露出した状態で止める（図４（ａ）参照、第４の工程）。
【００５７】
次に、酸化シリコン膜１２Ａｘに不純物をドープさせる（第５の工程）。例えば、第５の工程は、基板温度を所定の温度まで下げ、酸化シリコン膜１２Ａｘを覆って不純物がドープされた不純物含有層１５を形成する工程と（図４（ｂ）参照、第７の工程）、単結晶シリコン１１を加熱して不純物含有層１５にドープされた不純物を酸化シリコン膜１２Ａｘに拡散させてマスク材１２Ａを形成する工程と（図４（ｃ）参照、第８の工程）、不純物含有層１５を除去し、マスク材１２Ａを露出させる工程と（図４（ｄ）参照、第９の工程）を含む。
【００５８】
なお、不純物はリンであり、不純物含有層１５は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなる。なお、不純物としてボロンを用いてもよい。
【００５９】
そして、単結晶シリコン１１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【００６０】
マスク材１２Ａの粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本変形例では、酸化シリコン膜１２Ａｘにリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で拡散されるため、マスク材１２Ａの粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【００６１】
これにより、エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン１４Ａのエピタキシャル成長を再開させ、マスク材１２Ａを覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する（図４（ｅ）参照、第６の工程）。
【００６２】
以上の工程により、本変形例の半導体基板１Ａを製造することができる。
【００６３】
本変形例の半導体基板の製造方法によれば、酸化シリコン膜１２Ａｘを単結晶炭化シリコン膜１４の形成途中でマスク材１２Ａにする（粘度を小さくする）過程において、単結晶炭化シリコン膜１４をエピタキシャル成長させる初期段階で、単結晶炭化シリコン膜１４の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材１２Ａで吸収することができる。また、マスク材１２Ａの粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜１４の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材１２Ａで吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００６４】
また、この方法によれば、不純物が酸化シリコン膜１２Ａｘに選択的にドープされるので、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコン１４Ａに不純物がドープされることを抑制することができる。よって、不純物を含まない高純度の単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００６５】
また、この方法によれば、第８の工程において不純物含有層１５にドープされたリンを酸化シリコン膜１２Ａｘに十分に拡散させることができる。このため、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材１２Ａの粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００６６】
（第２変形例）
図５は、第１実施形態に係る半導体基板の製造方法の第２変形例を示す過程図である。
なお、本変形例に係る半導体基板の製造方法の第１の工程から第３の工程までは、上述した第１変形例に係る半導体基板の製造方法の第１の工程から第４の工程まで（図３（ａ）〜図４（ａ））と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
第４の工程の次に、酸化シリコン膜に不純物をドープさせる（図５（ａ）参照、第５の工程）。例えば、第５の工程において酸化シリコン膜にリンをイオン注入などにより１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲でドープさせてマスク材１２Ｂを形成することができる。なお、不純物としてボロンを用いてもよい。
【００６８】
そして、単結晶シリコン１１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【００６９】
マスク材１２Ｂの粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本変形例では、マスク材１２Ｂにリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれており、マスク材１２Ｂの粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【００７０】
これにより、エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン１４Ａのエピタキシャル成長を再開させ、マスク材１２Ｂを覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する（図５（ｂ）参照、第６の工程）。
【００７１】
以上の工程により、本変形例の半導体基板１Ｂを製造することができる。
【００７２】
本変形例の半導体基板の製造方法によれば、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材１２Ｂの粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。また、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコン１４Ａにも不純物がドープされる場合があるが、この場合、単結晶炭化シリコン膜１４の上に不純物を含む層を利用する層を形成したり同種の層を積層したりする場合に有効である。
【００７３】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体基板２の概略構成を示す模式図である。
図６に示すように、半導体基板２は、単結晶シリコン２１と、単結晶シリコン２１の表面に形成された炭化シリコン膜２２と、炭化シリコン膜２２の表面に形成された、開口部２３ｈを有するマスク材２３と、開口部２３ｈから露出した炭化シリコン膜２２及びマスク材２３を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜２４と、を備えている。
【００７４】
単結晶シリコン２１は、例えば、ＣＺ法（チョクラルスキー法）により引上げられたシリコン単結晶インゴットをスライス、研磨して形成されている。この単結晶シリコン２１の表面はミラー指数（１００）で表される結晶面を成している。
【００７５】
炭化シリコン膜２２は、単結晶シリコン２１の表面に形成されている。炭化シリコン膜２２は、炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）の単結晶層または多結晶層である。炭化シリコン膜２２は、単結晶シリコン２１の表面を炭化処理することにより、単結晶炭化シリコン膜２４を形成する際の単結晶シリコン２１表面からのシリコンの昇華を抑制するとともに、単結晶シリコン２１と単結晶炭化シリコン膜２４との格子不整合を緩和し、単結晶炭化シリコン膜２４に転移欠陥が生じるのを抑制する機能を有するものである。炭化シリコン膜２２の厚みは、少なくとも１原子層分の厚みで形成されていればよく、例えば２ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚みとされている。
【００７６】
マスク材２３は、炭化シリコン膜２２の表面に形成されている。マスク材２３には、単結晶シリコン２１の表面を露出する複数の開口部２３ｈが形成されている。マスク材２３は、酸化シリコン膜に不純物が所定の範囲で含まれてなる。本実施形態においては、マスク材２３は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなる。なお、不純物はリンに限らず、例えばボロンを用いることができる。
【００７７】
単結晶炭化シリコン膜２４は、開口部２３ｈから露出した炭化シリコン膜２２及びマスク材２３を覆って形成されている。単結晶炭化シリコン膜２４は、立方晶炭化珪素（３Ｃ‐ＳｉＣ）がエピタキシャル成長して形成された半導体膜である。
【００７８】
（半導体基板の製造方法）
図７は、本実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。
【００７９】
先ず、単結晶シリコン２１を用意し、単結晶シリコンを真空チャンバーに収容し、真空雰囲気下、処理温度７５０℃、処理時間５ｍｉｎの条件で熱処理する。この熱処理により、単結晶シリコン表面は清浄化され、単結晶シリコン表面に付着した不純物は除去される。次に、処理温度を６００℃まで降温する。なお、以下の説明においては、単結晶シリコンの温度を単に「基板温度」いう場合がある。
【００８０】
次に、基板温度を６００℃以上８００℃以下の範囲の温度に調整し、この基板温度を保持した状態で、炭化シリコン膜２２の原料ガス（炭素原料ガス）をチャンバー内に導入する。
【００８１】
炭素原料ガスとしては、炭化水素系ガスが好ましく、例えば、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ノルマルブタン（ｎ−Ｃ４Ｈ１０）、イソブタン（ｉ−Ｃ４Ｈ１０）、ネオペンタン（ｎｅｏ−Ｃ５Ｈ１２）等が好適に用いられる。これらは、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００８２】
これにより、単結晶シリコン２１の表面に炭化シリコン膜２２を形成する（図７（ａ）参照、第１の工程）。
【００８３】
次に、炭化シリコン膜２２の表面にマスク材２３を形成する（図７（ｂ）参照、第２の工程）。例えば、マスク材２３は、酸化シリコン膜にリンをイオン注入などによりドープして形成することができる。マスク材２３のリンの含有量は、１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲である。なお、酸化シリコン膜にボロンをドープしてもよい。
【００８４】
次に、マスク材２３をパターニングして開口部２３ｈを形成し、炭化シリコン膜２２の表面の一部を露出させる（図７（ｃ）参照、第３の工程）。例えば、マスク材２３の上にレジストを塗布し。フォトリソグラフィ法によりレジストを所望のパターン、例えばラインアンドスペースにパターニングする。このようにパターニングされたレジストをマスクとして、マスク材２３にエッチングを施す。これにより、マスク材２３は所望のパターン形状にパターンニングされることとなり、このマスク材２３の開口部２３ｈでは炭化シリコン膜２２の表面の一部が露出することとなる。
【００８５】
次いで、単結晶シリコン２１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【００８６】
マスク材２３の粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本実施形態では、マスク材２３にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲でドープされており、マスク材２３の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【００８７】
これにより、開口部２３ｈから露出した炭化シリコン膜２２の一部を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、開口部２３ｈから露出した炭化シリコン膜２２及びマスク材２３を覆う単結晶炭化シリコン膜２４を形成する（図７（ｄ）参照、第４の工程）。
【００８８】
以上の工程により、本実施形態の半導体基板２を製造することができる。
【００８９】
本実施形態の半導体基板２、半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコン２１と単結晶炭化シリコン膜２４との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材２３の開口部２３ｈの側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜２４を形成する温度範囲）においてマスク材２３の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜２４の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材２３で吸収することができる。また、マスク材２３の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜２４の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材２３で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。また、半導体基板の製造方法において、単結晶炭化シリコン膜２４をエピタキシャル成長させる温度範囲がこのような温度範囲であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００９０】
また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材２３の粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。
【００９１】
（第１変形例）
図８及び図９は、第２実施形態に係る半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【００９２】
先ず、単結晶シリコン２１を用意し、単結晶シリコンを真空チャンバーに収容し、真空雰囲気下、処理温度７５０℃、処理時間５ｍｉｎの条件で熱処理する。次に、処理温度を６００℃まで降温する。
【００９３】
次に、基板温度を６００℃以上８００℃以下の範囲の温度に調整し、この基板温度を保持した状態で、炭化シリコン膜２２の原料ガス（炭素原料ガス）をチャンバー内に導入する。これにより、単結晶シリコン２１の表面に炭化シリコン膜２２を形成する（図８（ａ）参照、第１の工程）。
【００９４】
次に、炭化シリコン膜２２の表面に酸化シリコン膜２３Ａｘを形成する（図８（ｂ）参照、第２の工程）。
【００９５】
次に、酸化シリコン膜２３Ａｘをパターニングして開口部２３Ａｈを形成し、炭化シリコン膜２２の表面の一部を露出させる（図８（ｃ）参照、第３の工程）。
【００９６】
次に、単結晶シリコン２１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を所定の時間だけ保持する。
【００９７】
これにより、開口部２３Ａｈから露出した炭化シリコン膜２２を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を酸化シリコン膜２３Ａｘの表面が一部露出した状態で止める（図９（ａ）参照、第４の工程）。
【００９８】
次に、酸化シリコン膜２３Ａｘに不純物をドープさせる（第５の工程）。例えば、第５の工程は、基板温度を所定の温度まで下げ、酸化シリコン膜２３Ａｘを覆って不純物がドープされた不純物含有層２５を形成する工程と（図９（ｂ）参照、第７の工程）、単結晶シリコン２１を加熱して不純物含有層２５にドープされた不純物を酸化シリコン膜２３Ａｘに拡散させてマスク材２３Ａを形成する工程と（図９（ｃ）参照、第８の工程）、不純物含有層２５を除去し、マスク材２３Ａを露出させる工程と（図９（ｄ）参照、第９の工程）を含む。
【００９９】
なお、不純物はリンであり、不純物含有層２５は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなる。なお、不純物としてボロンを用いてもよい。
【０１００】
そして、単結晶シリコン２１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【０１０１】
マスク材２３Ａの粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本変形例では、酸化シリコン膜２３Ａｘにリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で拡散されるため、マスク材２３Ａの粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【０１０２】
これにより、エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン２４Ａのエピタキシャル成長を再開させ、マスク材２３Ａを覆う単結晶炭化シリコン膜２４を形成する（図９（ｅ）参照、第６の工程）。
【０１０３】
以上の工程により、本変形例の半導体基板２Ａを製造することができる。
【０１０４】
本変形例の半導体基板の製造方法によれば、酸化シリコン膜２３Ａｘを単結晶炭化シリコン膜２４の形成途中でマスク材２３Ａにする（粘度を小さくする）過程において、単結晶炭化シリコン膜２４をエピタキシャル成長させる初期段階で、単結晶炭化シリコン膜２４の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材２３Ａで吸収することができる。また、マスク材２３Ａの粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜２４の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材２３Ａで吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。
【０１０５】
また、この方法によれば、不純物が酸化シリコン膜２３Ａｘに選択的に拡散されるので、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコン２４Ａに不純物がドープされることを抑制することができる。よって、不純物を含まない高純度の単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。
【０１０６】
また、この方法によれば、第８の工程において不純物含有層２５にドープされたリンを酸化シリコン膜２３Ａｘに十分に拡散させることができる。このため、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材２３Ａの粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。
【０１０７】
（第２変形例）
図１０は、第２実施形態に係る半導体基板の製造方法の第２変形例を示す過程図である。
なお、本変形例に係る半導体基板の製造方法の第１の工程から第４の工程までは、上述した第１変形例に係る半導体基板の製造方法の第１の工程から第４の工程まで（図８（ａ）〜図９（ａ））と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１０８】
第４の工程の次に、酸化シリコン膜に不純物をドープさせる（図１０（ａ）参照、第５の工程）。例えば、第５の工程において酸化シリコン膜にリンをイオン注入などにより１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲でドープさせてマスク材２３Ｂを形成することができる。なお、不純物としてボロンを用いてもよい。
【０１０９】
そして、単結晶シリコン２１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【０１１０】
マスク材２３Ｂの粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本変形例では、マスク材２３Ｂにリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれており、マスク材２３Ｂの粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【０１１１】
これにより、エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン２４Ａのエピタキシャル成長を再開させ、マスク材２３Ｂを覆う単結晶炭化シリコン膜２４を形成する（図１０（ｂ）参照、第６の工程）。
【０１１２】
以上の工程により、本変形例の半導体基板２Ｂを製造することができる。
【０１１３】
本変形例の半導体基板の製造方法によれば、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材２３Ｂの粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。また、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコン２４Ａにも不純物がドープされる場合があるが、この場合、単結晶炭化シリコン膜２４の上に不純物を含む層を利用する層を形成したり同種の層を積層したりする場合に有効である。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１Ａ，１Ｂ，２，２Ａ，２Ｂ…半導体基板、１１，２１…単結晶シリコン、１２，１２Ａ，１２Ｂ，２３，２３Ａ，２３Ｂ…マスク材、１２Ａｘ，２３Ａｘ…酸化シリコン膜、１２ｈ，１２Ａｈ，１２Ｂｈ，２３ｈ，２３Ａｈ，２３Ｂｈ…開口部、１３，２２…炭化シリコン膜、１４，２４…単結晶炭化シリコン膜、１４Ａ，２４Ａ…エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン、１５，２５…不純物含有層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板及び半導体基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワイドバンドギャップ半導体である炭化珪素（ＳｉＣ）は、従来のシリコン（Ｓｉ）と比べて２倍以上のバンドギャップを有しており、高耐圧デバイス用の材料として注目されている。このＳｉＣは結晶形成温度がＳｉと比べて高温であるため液相からの引上げ法による単結晶インゴットの形成が困難であり、昇華法による単結晶インゴットの形成がなされている。しかしながら、昇華法においては大口径で結晶欠陥の少ないＳｉＣ基板を形成することが非常に難しい。このため、現在市販化されているＳｉＣ基板の口径は３〜４インチであり、その価格も非常に高価になっている。
【０００３】
ＳｉＣの種類には、その結晶構造によって、立方晶（３Ｃ‐ＳｉＣ）や六方晶（４Ｈ‐ＳｉＣ、６Ｈ‐ＳｉＣ）などのＳｉＣがある。この中でも立方晶の結晶構造を有するＳｉＣ（３Ｃ‐ＳｉＣ）は比較的に低温で形成可能であり、Ｓｉ基板上に直接エピタキシャル成長を行うことができる。そこで、ＳｉＣ基板の大口径化の手段としてＳｉ基板の表面に３Ｃ‐ＳｉＣを結晶成長させるヘテロエピタキシャル技術が検討されている。ところが、Ｓｉ、３Ｃ‐ＳｉＣの格子定数はそれぞれ０．５４３ｎｍ、０．４３６ｎｍと約２０％の差があり、また、Ｓｉと３Ｃ−ＳｉＣとでは熱膨張係数も異なることから、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を得ることが難しい。
【０００４】
このような問題を解決するための技術が検討されており、例えば、特許文献１では、炭化シリコンの成長用基板の表面にマスク層を形成した後、マスク層に開口部を形成して基板表面を露出させて単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を行い、開口部の高さを開口部の幅の２１／２以上とし且つ形成する単結晶炭化シリコンの厚さを超える高さとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８１５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させて室温に戻す過程において、基板と単結晶炭化シリコンとの熱膨張係数差に起因する応力を抑制することは困難である。熱膨張係数差に起因する応力が生じると、単結晶炭化シリコン膜に結晶欠陥が生じるおそれがある。
【０００７】
本発明の一態様は、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することが可能な半導体基板及び半導体基板の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の半導体基板は、単結晶シリコンと、前記単結晶シリコンの表面に形成された、開口部を有するマスク材と、前記単結晶シリコンの前記開口部から露出した部分に形成された炭化シリコン膜と、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体基板は、単結晶シリコンと、前記単結晶シリコンの表面に形成された炭化シリコン膜と、前記炭化シリコン膜の表面に形成された、開口部を有するマスク材と、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体基板によれば、単結晶シリコンと単結晶炭化シリコン膜との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材の開口部の側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜を形成する温度範囲）においてマスク材の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１１】
また、本発明の半導体基板において、前記マスク材は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなっていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材の粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１３】
本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶シリコンの表面にマスク材を形成する第１の工程と、前記マスク材に開口部を形成し、前記単結晶シリコンの一部を露出させる第２の工程と、前記単結晶シリコンの一部に炭化シリコン膜を形成する第３の工程と、前記炭化シリコン膜を基点として９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第４の工程と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコンと単結晶炭化シリコン膜との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材の開口部の側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜を形成する温度範囲）においてマスク材の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。また、単結晶炭化シリコン膜をエピタキシャル成長させる温度範囲がこのような温度範囲であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１５】
本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶シリコンの表面に酸化シリコン膜を形成する第１の工程と、前記酸化シリコン膜に開口部を形成し、前記単結晶シリコンの一部を露出させる第２の工程と、前記単結晶シリコンの一部に炭化シリコン膜を形成する第３の工程と、前記炭化シリコン膜を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記酸化シリコン膜の表面が一部露出した状態で止める第４の工程と、前記酸化シリコン膜に不純物をドープさせてマスク材を形成する第５の工程と、前記第５の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第６の工程と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体基板の製造方法によれば、酸化シリコン膜を単結晶炭化シリコン膜の形成途中でマスク材にする（粘度を小さくする）過程において、単結晶炭化シリコン膜をエピタキシャル成長させる初期段階で、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１７】
本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶シリコンの表面に炭化シリコン膜を形成する第１の工程と、前記炭化シリコン膜の表面にマスク材を形成する第２の工程と、前記マスク材に開口部を形成し、前記炭化シリコン膜の一部を露出させる第３の工程と、前記炭化シリコン膜の一部を基点として９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第４の工程と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコンと単結晶炭化シリコン膜との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材の開口部の側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜を形成する温度範囲）においてマスク材の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。また、単結晶炭化シリコン膜をエピタキシャル成長させる温度範囲がこのような温度範囲であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００１９】
本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶シリコンの表面に炭化シリコン膜を形成する第１の工程と、前記炭化シリコン膜の表面に酸化シリコン膜を形成する第２の工程と、前記酸化シリコン膜に開口部を形成し、前記炭化シリコン膜の一部を露出させる第３の工程と、前記炭化シリコン膜の一部を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記酸化シリコン膜の表面が一部露出した状態で止める第４の工程と、前記酸化シリコン膜に不純物をドープさせてマスク材を形成する第５の工程と、前記第５の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第６の工程と、を含み、前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の半導体基板の製造方法によれば、酸化シリコン膜を単結晶炭化シリコン膜の形成途中でマスク材にする（粘度を小さくする）過程において、単結晶炭化シリコン膜をエピタキシャル成長させる初期段階で、単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材で吸収することができる。また、マスク材の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００２１】
また、本発明の半導体基板の製造方法において、前記マスク材は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれていてもよい。
【００２２】
この方法によれば、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材の粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００２３】
また、本発明の半導体基板の製造方法において、前記第５の工程は、前記酸化シリコン膜を覆って不純物がドープされた不純物含有層を形成する第７の工程と、前記不純物含有層を加熱して前記不純物含有層にドープされた前記不純物を前記酸化シリコン膜に拡散させて前記マスク材を形成する第８の工程と、前記不純物含有層を除去し、前記マスク材を露出させる第９の工程と、を含んでいてもよい。
【００２４】
この方法によれば、不純物が酸化シリコン膜に選択的に拡散されるので、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコンに不純物がドープされることを抑制することができる。よって、不純物を含まない高純度の単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体基板の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。
【図３】同、半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【図４】図３に続く、半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【図５】同、半導体基板の製造方法の第２変形例を示す過程図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る半導体基板の概略構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。
【図８】同、半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【図９】図８に続く、半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【図１０】同、半導体基板の製造方法の第２変形例を示す過程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体基板１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、半導体基板１は、単結晶シリコン１１と、単結晶シリコン１１の表面に形成された、開口部１２ｈを有するマスク材１２と、単結晶シリコン１１の開口部１２ｈから露出した部分に形成された炭化シリコン膜１３と、開口部１２ｈから露出した炭化シリコン膜１３及びマスク材１２を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜１４と、を備えている。
【００２８】
単結晶シリコン１１は、例えば、ＣＺ法（チョクラルスキー法）により引上げられたシリコン単結晶インゴットをスライス、研磨して形成されている。この単結晶シリコン１１の表面はミラー指数（１００）で表される結晶面を成している。また、結晶面の結晶軸が数度傾いたオフセット基板を用いてもよい。
【００２９】
なお、本実施形態では、単結晶シリコン１１としてシリコン単結晶基板を用いるがこれに限らない。例えば、石英、サファイア、ステンレスからなる基板上に単結晶シリコン膜を形成したものでもよい。本願明細書において、シリコン単結晶基板、また例えば、石英、サファイア、ステンレスからなる基板上に単結晶シリコン膜を形成したものを単結晶シリコンという。
【００３０】
また、単結晶シリコン１１の表面はミラー指数（１００）で表される結晶面をなすものとされるが、（１００）面以外にも、（１００）面に対して５４．７３度傾斜した（１１１）面であってもよい。このような単結晶シリコンの格子定数は０．５４３ｎｍである。
【００３１】
マスク材１２は、単結晶シリコン１１の表面に形成されている。マスク材１２には、単結晶シリコン１１の表面を露出する複数の開口部１２ｈが形成されている。マスク材１２は、酸化シリコン膜に不純物が所定の範囲で含まれてなる。本実施形態においては、マスク材１２は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなる。
【００３２】
なお、不純物はリンに限らず、例えばボロンを用いることができる。例えば、マスク材は、酸化シリコン膜にボロンが１ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の範囲で含まれてなっていてもよい。また、マスク材は、酸化シリコン膜にボロン及びリンの双方が含まれてなっていてもよい（ＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass））。ＢＰＳＧに含まれるボロン及びリンの濃度は、例えば、ボロンが１ｗｔ％以上４ｗｔ％以下の範囲、リンが４ｗｔ％以上６ｗｔ％以下の範囲である。
【００３３】
炭化シリコン膜１３は、単結晶シリコン１１の開口部１２ｈから露出した部分に形成されている。炭化シリコン膜１３は、炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）の単結晶層または多結晶層である。炭化シリコン膜１３は、単結晶シリコン１１の表面を炭化処理することにより、単結晶炭化シリコン膜１４を形成する際の単結晶シリコン１１表面からのシリコンの昇華を抑制するとともに、単結晶シリコン１１と単結晶炭化シリコン膜１４との格子不整合を緩和し、単結晶炭化シリコン膜１４に転移欠陥が生じるのを抑制する機能を有するものである。炭化シリコン膜１３の厚みは、少なくとも１原子層分の厚みで形成されていればよく、例えば２ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚みとされている。
【００３４】
単結晶炭化シリコン膜１４は、開口部１２ｈから露出した炭化シリコン膜１３及びマスク材１２を覆って形成されている。単結晶炭化シリコン膜１４は、立方晶炭化珪素（３Ｃ‐ＳｉＣ）がエピタキシャル成長して形成された半導体膜である。３Ｃ‐ＳｉＣは、バンドギャップ値が２．２ｅＶ以上と広く、熱伝導率や絶縁破壊電界が高いため、パワーデバイス用のワイドバンドギャップ半導体として好適である。このような３Ｃ−ＳｉＣからなる単結晶炭化シリコン膜１４の格子定数は０．４３６ｎｍである。
【００３５】
（半導体基板の製造方法）
図２は、本実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。
【００３６】
先ず、単結晶シリコン１１を用意し、単結晶シリコンを真空チャンバーに収容し、真空雰囲気下、処理温度７５０℃、処理時間５ｍｉｎの条件で熱処理する（図２（ａ）参照）。この熱処理により、単結晶シリコン表面は清浄化され、単結晶シリコン表面に付着した不純物は除去される。次に、処理温度を６００℃まで降温する。なお、以下の説明においては、単結晶シリコンの温度を単に「基板温度」いう場合がある。
【００３７】
次に、単結晶シリコン１１の表面にマスク材１２を形成する（図２（ｂ）参照、第１の工程）。ここでは、熱酸化法を用いて単結晶シリコン１１の表面を熱酸化処理することにより、単結晶シリコン１１の表面にマスク材１２を形成する。また、マスク材１２の膜厚は、例えば５〜２００ｎｍの範囲に設定する。例えば、マスク材１２は、酸化シリコン膜にリンをイオン注入などによりドープして形成することができる。マスク材１２のリンの含有量は、１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲である。ここで、リンの含有量が８ｗｔ％を超えると酸が形成されるため好ましくない。なお、酸化シリコン膜にボロンをドープしてもよい。
【００３８】
次に、マスク材１２をパターニングして開口部１２ｈを形成し、単結晶シリコン１１の表面の一部を露出させる（図２（ｃ）参照、第２の工程）。例えば、マスク材１２の上にレジストを塗布し。フォトリソグラフィ法によりレジストを所望のパターン、例えばラインアンドスペースにパターニングする。このようにパターニングされたレジストをマスクとして、マスク材１２にエッチングを施す。これにより、マスク材１２は所望のパターン形状にパターンニングされることとなり、このマスク材１２の開口部１２ｈでは単結晶シリコン１１の表面の一部が露出することとなる。
【００３９】
次に、基板温度を６００℃以上８００℃以下の範囲の温度に調整し、この基板温度を保持した状態で、炭化シリコン膜１３の原料ガス（炭素原料ガス）をチャンバー内に導入する。ここで、基板温度が８００℃を超えると、単結晶シリコン１１の表面近傍に導入された炭素原料ガスが熱分解等し易くなり、安定した炭素原料ガスの雰囲気を形成することが困難となるため好ましくない。
【００４０】
炭素原料ガスとしては、炭化水素系ガスが好ましく、例えば、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ノルマルブタン（ｎ−Ｃ４Ｈ１０）、イソブタン（ｉ−Ｃ４Ｈ１０）、ネオペンタン（ｎｅｏ−Ｃ５Ｈ１２）等が好適に用いられる。これらは、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００４１】
これにより、単結晶シリコン１１の開口部１２ｈから露出した部分に炭化シリコン膜１３を形成する（図２（ｄ）参照、第３の工程）。
【００４２】
次いで、単結晶シリコン１１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を単結晶炭化シリコン膜を形成する温度（以下、単に「炭化処理温度」という場合がある）まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【００４３】
マスク材１２の粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。
【００４４】
ここで、炭化処理温度が９５０℃未満であると、炭素原料ガスによる単結晶シリコン１１の表面の炭化が不十分なものとなり、その結果、単結晶シリコン１１の表面に結晶性のよい単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができず、一方、炭化処理温度が１４００℃を超えると、シリコンの融点（１４１０℃）を超えるため、単結晶シリコンが溶けてしまうという問題を生じる。また、粘度の下限値１０５Ｐａ・ｓはマスク材１２が流動する状態の粘度であり、粘度の上限値１０１４．５Ｐａ・ｓは粘性流動が生じなくなる粘度（マスク材１２の歪が除去できない粘度）である。
【００４５】
また、本実施形態では、マスク材１２にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲でドープされており、マスク材１２の粘度が炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。ここで、粘度の下限値１０７．６Ｐａ・ｓはマスク材１２が軟化する状態の粘度であり、粘度の上限値１０１３Ｐａ・ｓはマスク材１２の歪みを除去する際の上限粘度である。
【００４６】
これにより、開口部１２ｈから露出した炭化シリコン膜１３を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、開口部１２ｈから露出した炭化シリコン膜１３及びマスク材１２を覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する（図２（ｅ）参照、第４の工程）。
【００４７】
以上の工程により、本実施形態の半導体基板１を製造することができる。
【００４８】
本実施形態の半導体基板１、半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコン１１と単結晶炭化シリコン膜１４との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材１２の開口部１２ｈの側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜１４を形成する温度範囲）においてマスク材１２の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜１４の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材１２で吸収することができる。また、マスク材１２の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜１４の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材１２で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。また、半導体基板の製造方法において、単結晶炭化シリコン膜１４をエピタキシャル成長させる温度範囲がこのような温度範囲であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００４９】
また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材１２の粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００５０】
（第１変形例）
図３及び図４は、第１実施形態に係る半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【００５１】
先ず、単結晶シリコン１１を用意し、単結晶シリコンを真空チャンバーに収容し、真空雰囲気下、処理温度７５０℃、処理時間５ｍｉｎの条件で熱処理する（図３（ａ）参照）。次に、処理温度を６００℃まで降温する。
【００５２】
次に、単結晶シリコン１１の表面に酸化シリコン膜１２Ａｘを形成する（図３（ｂ）参照、第１の工程）。例えば、熱酸化法を用いて単結晶シリコン１１の表面を熱酸化処理することにより、単結晶シリコン１１の表面に酸化シリコン膜１２Ａｘを形成する。
【００５３】
次に、酸化シリコン膜１２Ａｘをパターニングして開口部１２Ａｈを形成し、単結晶シリコン１１の表面の一部を露出させる（図３（ｃ）参照、第２の工程）。
【００５４】
次に、基板温度を６００℃以上８００℃以下の範囲の温度に調整し、この基板温度を保持した状態で、炭化シリコン膜１３の原料ガス（炭素原料ガス）をチャンバー内に導入する。これにより、単結晶シリコン１１の開口部１２Ａｈから露出した部分に炭化シリコン膜１３を形成する（図３（ｄ）参照、第３の工程）。
【００５５】
次に、単結晶シリコン１１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を所定の時間だけ保持する。
【００５６】
これにより、開口部１２Ａｈから露出した炭化シリコン膜１３を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を酸化シリコン膜１２Ａｘの表面が一部露出した状態で止める（図４（ａ）参照、第４の工程）。
【００５７】
次に、酸化シリコン膜１２Ａｘに不純物をドープさせる（第５の工程）。例えば、第５の工程は、基板温度を所定の温度まで下げ、酸化シリコン膜１２Ａｘを覆って不純物がドープされた不純物含有層１５を形成する工程と（図４（ｂ）参照、第７の工程）、単結晶シリコン１１を加熱して不純物含有層１５にドープされた不純物を酸化シリコン膜１２Ａｘに拡散させてマスク材１２Ａを形成する工程と（図４（ｃ）参照、第８の工程）、不純物含有層１５を除去し、マスク材１２Ａを露出させる工程と（図４（ｄ）参照、第９の工程）を含む。
【００５８】
なお、不純物はリンであり、不純物含有層１５は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなる。なお、不純物としてボロンを用いてもよい。
【００５９】
そして、単結晶シリコン１１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【００６０】
マスク材１２Ａの粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本変形例では、酸化シリコン膜１２Ａｘにリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で拡散されるため、マスク材１２Ａの粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【００６１】
これにより、エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン１４Ａのエピタキシャル成長を再開させ、マスク材１２Ａを覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する（図４（ｅ）参照、第６の工程）。
【００６２】
以上の工程により、本変形例の半導体基板１Ａを製造することができる。
【００６３】
本変形例の半導体基板の製造方法によれば、酸化シリコン膜１２Ａｘを単結晶炭化シリコン膜１４の形成途中でマスク材１２Ａにする（粘度を小さくする）過程において、単結晶炭化シリコン膜１４をエピタキシャル成長させる初期段階で、単結晶炭化シリコン膜１４の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材１２Ａで吸収することができる。また、マスク材１２Ａの粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜１４の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材１２Ａで吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００６４】
また、この方法によれば、不純物が酸化シリコン膜１２Ａｘに選択的にドープされるので、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコン１４Ａに不純物がドープされることを抑制することができる。よって、不純物を含まない高純度の単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００６５】
また、この方法によれば、第８の工程において不純物含有層１５にドープされたリンを酸化シリコン膜１２Ａｘに十分に拡散させることができる。このため、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材１２Ａの粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。
【００６６】
（第２変形例）
図５は、第１実施形態に係る半導体基板の製造方法の第２変形例を示す過程図である。
なお、本変形例に係る半導体基板の製造方法の第１の工程から第３の工程までは、上述した第１変形例に係る半導体基板の製造方法の第１の工程から第４の工程まで（図３（ａ）〜図４（ａ））と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
第４の工程の次に、酸化シリコン膜に不純物をドープさせる（図５（ａ）参照、第５の工程）。例えば、第５の工程において酸化シリコン膜にリンをイオン注入などにより１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲でドープさせてマスク材１２Ｂを形成することができる。なお、不純物としてボロンを用いてもよい。
【００６８】
そして、単結晶シリコン１１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【００６９】
マスク材１２Ｂの粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本変形例では、マスク材１２Ｂにリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれており、マスク材１２Ｂの粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【００７０】
これにより、エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン１４Ａのエピタキシャル成長を再開させ、マスク材１２Ｂを覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する（図５（ｂ）参照、第６の工程）。
【００７１】
以上の工程により、本変形例の半導体基板１Ｂを製造することができる。
【００７２】
本変形例の半導体基板の製造方法によれば、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材１２Ｂの粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜１４を形成することができる。また、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコン１４Ａにも不純物がドープされる場合があるが、この場合、単結晶炭化シリコン膜１４の上に不純物を含む層を利用する層を形成したり同種の層を積層したりする場合に有効である。
【００７３】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体基板２の概略構成を示す模式図である。
図６に示すように、半導体基板２は、単結晶シリコン２１と、単結晶シリコン２１の表面に形成された炭化シリコン膜２２と、炭化シリコン膜２２の表面に形成された、開口部２３ｈを有するマスク材２３と、開口部２３ｈから露出した炭化シリコン膜２２及びマスク材２３を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜２４と、を備えている。
【００７４】
単結晶シリコン２１は、例えば、ＣＺ法（チョクラルスキー法）により引上げられたシリコン単結晶インゴットをスライス、研磨して形成されている。この単結晶シリコン２１の表面はミラー指数（１００）で表される結晶面を成している。
【００７５】
炭化シリコン膜２２は、単結晶シリコン２１の表面に形成されている。炭化シリコン膜２２は、炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）の単結晶層または多結晶層である。炭化シリコン膜２２は、単結晶シリコン２１の表面を炭化処理することにより、単結晶炭化シリコン膜２４を形成する際の単結晶シリコン２１表面からのシリコンの昇華を抑制するとともに、単結晶シリコン２１と単結晶炭化シリコン膜２４との格子不整合を緩和し、単結晶炭化シリコン膜２４に転移欠陥が生じるのを抑制する機能を有するものである。炭化シリコン膜２２の厚みは、少なくとも１原子層分の厚みで形成されていればよく、例えば２ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚みとされている。
【００７６】
マスク材２３は、炭化シリコン膜２２の表面に形成されている。マスク材２３には、単結晶シリコン２１の表面を露出する複数の開口部２３ｈが形成されている。マスク材２３は、酸化シリコン膜に不純物が所定の範囲で含まれてなる。本実施形態においては、マスク材２３は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなる。なお、不純物はリンに限らず、例えばボロンを用いることができる。
【００７７】
単結晶炭化シリコン膜２４は、開口部２３ｈから露出した炭化シリコン膜２２及びマスク材２３を覆って形成されている。単結晶炭化シリコン膜２４は、立方晶炭化珪素（３Ｃ‐ＳｉＣ）がエピタキシャル成長して形成された半導体膜である。
【００７８】
（半導体基板の製造方法）
図７は、本実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。
【００７９】
先ず、単結晶シリコン２１を用意し、単結晶シリコンを真空チャンバーに収容し、真空雰囲気下、処理温度７５０℃、処理時間５ｍｉｎの条件で熱処理する。この熱処理により、単結晶シリコン表面は清浄化され、単結晶シリコン表面に付着した不純物は除去される。次に、処理温度を６００℃まで降温する。なお、以下の説明においては、単結晶シリコンの温度を単に「基板温度」いう場合がある。
【００８０】
次に、基板温度を６００℃以上８００℃以下の範囲の温度に調整し、この基板温度を保持した状態で、炭化シリコン膜２２の原料ガス（炭素原料ガス）をチャンバー内に導入する。
【００８１】
炭素原料ガスとしては、炭化水素系ガスが好ましく、例えば、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ノルマルブタン（ｎ−Ｃ４Ｈ１０）、イソブタン（ｉ−Ｃ４Ｈ１０）、ネオペンタン（ｎｅｏ−Ｃ５Ｈ１２）等が好適に用いられる。これらは、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００８２】
これにより、単結晶シリコン２１の表面に炭化シリコン膜２２を形成する（図７（ａ）参照、第１の工程）。
【００８３】
次に、炭化シリコン膜２２の表面にマスク材２３を形成する（図７（ｂ）参照、第２の工程）。例えば、マスク材２３は、酸化シリコン膜にリンをイオン注入などによりドープして形成することができる。マスク材２３のリンの含有量は、１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲である。なお、酸化シリコン膜にボロンをドープしてもよい。
【００８４】
次に、マスク材２３をパターニングして開口部２３ｈを形成し、炭化シリコン膜２２の表面の一部を露出させる（図７（ｃ）参照、第３の工程）。例えば、マスク材２３の上にレジストを塗布し。フォトリソグラフィ法によりレジストを所望のパターン、例えばラインアンドスペースにパターニングする。このようにパターニングされたレジストをマスクとして、マスク材２３にエッチングを施す。これにより、マスク材２３は所望のパターン形状にパターンニングされることとなり、このマスク材２３の開口部２３ｈでは炭化シリコン膜２２の表面の一部が露出することとなる。
【００８５】
次いで、単結晶シリコン２１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【００８６】
マスク材２３の粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本実施形態では、マスク材２３にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲でドープされており、マスク材２３の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【００８７】
これにより、開口部２３ｈから露出した炭化シリコン膜２２の一部を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、開口部２３ｈから露出した炭化シリコン膜２２及びマスク材２３を覆う単結晶炭化シリコン膜２４を形成する（図７（ｄ）参照、第４の工程）。
【００８８】
以上の工程により、本実施形態の半導体基板２を製造することができる。
【００８９】
本実施形態の半導体基板２、半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコン２１と単結晶炭化シリコン膜２４との界面で発生した面欠陥が、単結晶炭化シリコンの成長に伴って上層に伝播し、マスク材２３の開口部２３ｈの側壁に到達して消滅する。また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲（例えば単結晶炭化シリコン膜２４を形成する温度範囲）においてマスク材２３の粘度が小さくなるので、単結晶炭化シリコン膜２４の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材２３で吸収することができる。また、マスク材２３の粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜２４の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材２３で吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。また、半導体基板の製造方法において、単結晶炭化シリコン膜２４をエピタキシャル成長させる温度範囲がこのような温度範囲であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜を形成することができる。
【００９０】
また、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材２３の粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。
【００９１】
（第１変形例）
図８及び図９は、第２実施形態に係る半導体基板の製造方法の第１変形例を示す過程図である。
【００９２】
先ず、単結晶シリコン２１を用意し、単結晶シリコンを真空チャンバーに収容し、真空雰囲気下、処理温度７５０℃、処理時間５ｍｉｎの条件で熱処理する。次に、処理温度を６００℃まで降温する。
【００９３】
次に、基板温度を６００℃以上８００℃以下の範囲の温度に調整し、この基板温度を保持した状態で、炭化シリコン膜２２の原料ガス（炭素原料ガス）をチャンバー内に導入する。これにより、単結晶シリコン２１の表面に炭化シリコン膜２２を形成する（図８（ａ）参照、第１の工程）。
【００９４】
次に、炭化シリコン膜２２の表面に酸化シリコン膜２３Ａｘを形成する（図８（ｂ）参照、第２の工程）。
【００９５】
次に、酸化シリコン膜２３Ａｘをパターニングして開口部２３Ａｈを形成し、炭化シリコン膜２２の表面の一部を露出させる（図８（ｃ）参照、第３の工程）。
【００９６】
次に、単結晶シリコン２１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を所定の時間だけ保持する。
【００９７】
これにより、開口部２３Ａｈから露出した炭化シリコン膜２２を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を酸化シリコン膜２３Ａｘの表面が一部露出した状態で止める（図９（ａ）参照、第４の工程）。
【００９８】
次に、酸化シリコン膜２３Ａｘに不純物をドープさせる（第５の工程）。例えば、第５の工程は、基板温度を所定の温度まで下げ、酸化シリコン膜２３Ａｘを覆って不純物がドープされた不純物含有層２５を形成する工程と（図９（ｂ）参照、第７の工程）、単結晶シリコン２１を加熱して不純物含有層２５にドープされた不純物を酸化シリコン膜２３Ａｘに拡散させてマスク材２３Ａを形成する工程と（図９（ｃ）参照、第８の工程）、不純物含有層２５を除去し、マスク材２３Ａを露出させる工程と（図９（ｄ）参照、第９の工程）を含む。
【００９９】
なお、不純物はリンであり、不純物含有層２５は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなる。なお、不純物としてボロンを用いてもよい。
【０１００】
そして、単結晶シリコン２１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【０１０１】
マスク材２３Ａの粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本変形例では、酸化シリコン膜２３Ａｘにリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で拡散されるため、マスク材２３Ａの粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【０１０２】
これにより、エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン２４Ａのエピタキシャル成長を再開させ、マスク材２３Ａを覆う単結晶炭化シリコン膜２４を形成する（図９（ｅ）参照、第６の工程）。
【０１０３】
以上の工程により、本変形例の半導体基板２Ａを製造することができる。
【０１０４】
本変形例の半導体基板の製造方法によれば、酸化シリコン膜２３Ａｘを単結晶炭化シリコン膜２４の形成途中でマスク材２３Ａにする（粘度を小さくする）過程において、単結晶炭化シリコン膜２４をエピタキシャル成長させる初期段階で、単結晶炭化シリコン膜２４の熱膨張係数差に起因する応力をマスク材２３Ａで吸収することができる。また、マスク材２３Ａの粘度が小さいので、プロセス終了時、基板温度を下げる際に発生する単結晶炭化シリコン膜２４の熱膨張係数差に起因する応力もマスク材２３Ａで吸収することができる。よって、結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。
【０１０５】
また、この方法によれば、不純物が酸化シリコン膜２３Ａｘに選択的に拡散されるので、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコン２４Ａに不純物がドープされることを抑制することができる。よって、不純物を含まない高純度の単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。
【０１０６】
また、この方法によれば、第８の工程において不純物含有層２５にドープされたリンを酸化シリコン膜２３Ａｘに十分に拡散させることができる。このため、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材２３Ａの粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。
【０１０７】
（第２変形例）
図１０は、第２実施形態に係る半導体基板の製造方法の第２変形例を示す過程図である。
なお、本変形例に係る半導体基板の製造方法の第１の工程から第４の工程までは、上述した第１変形例に係る半導体基板の製造方法の第１の工程から第４の工程まで（図８（ａ）〜図９（ａ））と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１０８】
第４の工程の次に、酸化シリコン膜に不純物をドープさせる（図１０（ａ）参照、第５の工程）。例えば、第５の工程において酸化シリコン膜にリンをイオン注入などにより１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲でドープさせてマスク材２３Ｂを形成することができる。なお、不純物としてボロンを用いてもよい。
【０１０９】
そして、単結晶シリコン２１を、炭素原料ガスの雰囲気下で加熱し、基板温度を炭化処理温度まで上昇させる。炭化処理温度は、９５０℃以上１４００℃以下の範囲の温度に調整し、この炭化処理温度を保持する。
【０１１０】
マスク材２３Ｂの粘度は、炭化処理温度が９５０℃以上１４００℃以下の範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下となる。本変形例では、マスク材２３Ｂにリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれており、マスク材２３Ｂの粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０７．６Ｐａ・ｓ以上１０１３Ｐａ・ｓ以下を満たすようになっている。
【０１１１】
これにより、エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン２４Ａのエピタキシャル成長を再開させ、マスク材２３Ｂを覆う単結晶炭化シリコン膜２４を形成する（図１０（ｂ）参照、第６の工程）。
【０１１２】
以上の工程により、本変形例の半導体基板２Ｂを製造することができる。
【０１１３】
本変形例の半導体基板の製造方法によれば、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲においてマスク材２３Ｂの粘度が確実に小さくなる。よって、このような含有量であれば確実に結晶欠陥の少ない高品質な単結晶炭化シリコン膜２４を形成することができる。また、エピタキシャル成長途中の単結晶炭化シリコン２４Ａにも不純物がドープされる場合があるが、この場合、単結晶炭化シリコン膜２４の上に不純物を含む層を利用する層を形成したり同種の層を積層したりする場合に有効である。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１Ａ，１Ｂ，２，２Ａ，２Ｂ…半導体基板、１１，２１…単結晶シリコン、１２，１２Ａ，１２Ｂ，２３，２３Ａ，２３Ｂ…マスク材、１２Ａｘ，２３Ａｘ…酸化シリコン膜、１２ｈ，１２Ａｈ，１２Ｂｈ，２３ｈ，２３Ａｈ，２３Ｂｈ…開口部、１３，２２…炭化シリコン膜、１４，２４…単結晶炭化シリコン膜、１４Ａ，２４Ａ…エピタキシャル成長が止められた単結晶炭化シリコン、１５，２５…不純物含有層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンと、
前記単結晶シリコンの表面に形成された、開口部を有するマスク材と、
前記単結晶シリコンの前記開口部から露出した部分に形成された炭化シリコン膜と、
前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
単結晶シリコンと、
前記単結晶シリコンの表面に形成された炭化シリコン膜と、
前記炭化シリコン膜の表面に形成された、開口部を有するマスク材と、
前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板。
【請求項３】
前記マスク材は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板。
【請求項４】
単結晶シリコンの表面にマスク材を形成する第１の工程と、
前記マスク材に開口部を形成し、前記単結晶シリコンの一部を露出させる第２の工程と、
前記単結晶シリコンの一部に炭化シリコン膜を形成する第３の工程と、
前記炭化シリコン膜を基点として９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第４の工程と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項５】
単結晶シリコンの表面に酸化シリコン膜を形成する第１の工程と、
前記酸化シリコン膜に開口部を形成し、前記単結晶シリコンの一部を露出させる第２の工程と、
前記単結晶シリコンの一部に炭化シリコン膜を形成する第３の工程と、
前記炭化シリコン膜を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記酸化シリコン膜の表面が一部露出した状態で止める第４の工程と、
前記酸化シリコン膜に不純物をドープさせてマスク材を形成する第５の工程と、
前記第５の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第６の工程と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項６】
単結晶シリコンの表面に炭化シリコン膜を形成する第１の工程と、
前記炭化シリコン膜の表面にマスク材を形成する第２の工程と、
前記マスク材に開口部を形成し、前記炭化シリコン膜の一部を露出させる第３の工程と、
前記炭化シリコン膜の一部を基点として９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第４の工程と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項７】
単結晶シリコンの表面に炭化シリコン膜を形成する第１の工程と、
前記炭化シリコン膜の表面に酸化シリコン膜を形成する第２の工程と、
前記酸化シリコン膜に開口部を形成し、前記炭化シリコン膜の一部を露出させる第３の工程と、
前記炭化シリコン膜の一部を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記酸化シリコン膜の表面が一部露出した状態で止める第４の工程と、
前記酸化シリコン膜に不純物をドープさせてマスク材を形成する第５の工程と、
前記第５の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第６の工程と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記マスク材は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記第５の工程は、
前記酸化シリコン膜を覆って不純物がドープされた不純物含有層を形成する第７の工程と、
前記不純物含有層を加熱して前記不純物含有層にドープされた前記不純物を前記酸化シリコン膜に拡散させて前記マスク材を形成する第８の工程と、
前記不純物含有層を除去し、前記マスク材を露出させる第９の工程と、
を含むことを特徴とする請求項５または７に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１】
単結晶シリコンと、
前記単結晶シリコンの表面に形成された、開口部を有するマスク材と、
前記単結晶シリコンの前記開口部から露出した部分に形成された炭化シリコン膜と、
前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
単結晶シリコンと、
前記単結晶シリコンの表面に形成された炭化シリコン膜と、
前記炭化シリコン膜の表面に形成された、開口部を有するマスク材と、
前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆って形成された単結晶炭化シリコン膜と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板。
【請求項３】
前記マスク材は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれてなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板。
【請求項４】
単結晶シリコンの表面にマスク材を形成する第１の工程と、
前記マスク材に開口部を形成し、前記単結晶シリコンの一部を露出させる第２の工程と、
前記単結晶シリコンの一部に炭化シリコン膜を形成する第３の工程と、
前記炭化シリコン膜を基点として９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第４の工程と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項５】
単結晶シリコンの表面に酸化シリコン膜を形成する第１の工程と、
前記酸化シリコン膜に開口部を形成し、前記単結晶シリコンの一部を露出させる第２の工程と、
前記単結晶シリコンの一部に炭化シリコン膜を形成する第３の工程と、
前記炭化シリコン膜を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記酸化シリコン膜の表面が一部露出した状態で止める第４の工程と、
前記酸化シリコン膜に不純物をドープさせてマスク材を形成する第５の工程と、
前記第５の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第６の工程と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項６】
単結晶シリコンの表面に炭化シリコン膜を形成する第１の工程と、
前記炭化シリコン膜の表面にマスク材を形成する第２の工程と、
前記マスク材に開口部を形成し、前記炭化シリコン膜の一部を露出させる第３の工程と、
前記炭化シリコン膜の一部を基点として９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記炭化シリコン膜及び前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第４の工程と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項７】
単結晶シリコンの表面に炭化シリコン膜を形成する第１の工程と、
前記炭化シリコン膜の表面に酸化シリコン膜を形成する第２の工程と、
前記酸化シリコン膜に開口部を形成し、前記炭化シリコン膜の一部を露出させる第３の工程と、
前記炭化シリコン膜の一部を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記酸化シリコン膜の表面が一部露出した状態で止める第４の工程と、
前記酸化シリコン膜に不純物をドープさせてマスク材を形成する第５の工程と、
前記第５の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲で前記マスク材を覆う単結晶炭化シリコン膜を形成する第６の工程と、
を含み、
前記マスク材の粘度が９５０℃以上１４００℃以下の温度範囲において１０５Ｐａ・ｓ以上１０１４．５Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記マスク材は、酸化シリコン膜にリンが１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲で含まれることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記第５の工程は、
前記酸化シリコン膜を覆って不純物がドープされた不純物含有層を形成する第７の工程と、
前記不純物含有層を加熱して前記不純物含有層にドープされた前記不純物を前記酸化シリコン膜に拡散させて前記マスク材を形成する第８の工程と、
前記不純物含有層を除去し、前記マスク材を露出させる第９の工程と、
を含むことを特徴とする請求項５または７に記載の半導体基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１９５４９３（Ｐ２０１２−１９５４９３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５９２７３（Ｐ２０１１−５９２７３）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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