単結晶炭化シリコン膜の製造方法及び単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法
【課題】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可能な単結晶炭化シリコン膜の製造方法及び単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板１１上に単結晶炭化シリコン膜１４を形成する単結晶炭化シリコン膜１４の製造方法であって、シリコン基板１１の表面に炭化シリコン膜１２を形成する第１の工程と、炭化シリコン膜１２の表面にマスク材１３を形成する第２の工程と、マスク材１３に開口部１３ｈを形成し、炭化シリコン膜１２の一部を露出させる第３の工程と、原料ガスを含むガス雰囲気中でシリコン基板１１を加熱し、炭化シリコン膜１２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、炭化シリコン膜１２及びマスク材１３を覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する第４の工程と、を含み、原料ガスを含むガス雰囲気の圧力は、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下である。
【解決手段】シリコン基板１１上に単結晶炭化シリコン膜１４を形成する単結晶炭化シリコン膜１４の製造方法であって、シリコン基板１１の表面に炭化シリコン膜１２を形成する第１の工程と、炭化シリコン膜１２の表面にマスク材１３を形成する第２の工程と、マスク材１３に開口部１３ｈを形成し、炭化シリコン膜１２の一部を露出させる第３の工程と、原料ガスを含むガス雰囲気中でシリコン基板１１を加熱し、炭化シリコン膜１２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、炭化シリコン膜１２及びマスク材１３を覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する第４の工程と、を含み、原料ガスを含むガス雰囲気の圧力は、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶炭化シリコン膜の製造方法及び単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンは、大口径、高品質かつ安価であることから、多くの材料の単結晶を成長させる基板として利用されてきた。
これらの材料の中でも、バンドギャップが２．２ｅＶ（３００Ｋ）と高いワイドバンドギャップ半導体材料である立方晶炭化シリコン（３Ｃ−ＳｉＣ）は、次世代における低損失のパワーデバイス用半導体材料として期待されており、特に、安価なシリコン基板上に単結晶成長（ヘテロエピタキシー）させることができる点からも、非常に有用と考えられている。
【０００３】
ところで、立方晶炭化シリコンの格子定数は０．４３６ｎｍであり、立方晶シリコンの格子定数（０．５４３ｎｍ）と比べて２０％程度も小さい。また、立方晶炭化シリコンと立方晶シリコンとでは８％程度の熱膨張係数の差がある。このため、単結晶成長させた立方晶炭化シリコン中に多くのボイドやミスフィット転移が生じ易く、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かった。
【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のエピタキシャル成長時に、マスク層の表面に残存した炭化シリコン膜を基点として結晶欠陥を含む膜が成長することがある。この場合、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できない惧れがある。
【０００７】
本発明の一態様は、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を得ることが可能な単結晶炭化シリコン膜の製造方法及び単結晶炭化シリコン膜付き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、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法は、シリコン基板上に単結晶炭化シリコン膜を形成する単結晶炭化シリコン膜の製造方法であって、 シリコン基板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、原料ガスを含むガス雰囲気中で前記シリコン基板を加熱し、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、前記原料ガスを含むガス雰囲気の圧力は、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下であることを特徴とする。
【０００９】
この製造方法によれば、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下の圧力範囲においてマスク材の表面には炭化シリコン膜が形成されず、当該マスク材の表面からは結晶欠陥を含む膜の成長が生じない。これは、ガス雰囲気の圧力が相当低いため、マスク材の表面に吸着した分子が再び離脱する可能性が高まることによる。すなわち、マスク材の表面は、開口部から露出した炭化シリコン膜を基点に成長してきた結晶欠陥を含まない単結晶炭化シリコン膜によって覆われる。よって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００１０】
また、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法において、前記単結晶炭化シリコン膜は立方晶炭化シリコン膜であり、前記シリコン基板の表面がミラー指数（１００）で表される結晶面を成しており、前記マスク材の高さを前記開口部の幅の√２倍以上の高さとしてもよい。
【００１１】
この製造方法によれば、シリコン基板と炭化シリコン膜との界面で発生し、単結晶炭化シリコン膜の上層に伝播する面欠陥が、マスク材の側壁に到達し、消滅する。ここで、エピタキシャル膜の下地が立方晶の（１００）面に相当する場合は、面欠陥が（１１１）面として挿入される。そのため、面欠陥は、マスク材の高さが開口部の幅の√２倍となった時点で、マスク材の側壁に到達して消滅する。よって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００１２】
また、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法において、前記原料ガスとして、モノメチルシランを含むガスを用いてもよい。
【００１３】
この製造方法によれば、単一のガスを用いて、シリコン基板上に、結晶欠陥の発生が抑制された単結晶炭化シリコン膜を成長させることができる。よって、高品質の単結晶炭化シリコン膜を容易に形成することができる。
【００１４】
また、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法において、前記原料ガスとして、ジクロロシラン及びエチレンを含むガスを用いてもよい。
【００１５】
この製造方法によれば、２種類の混合ガスを用いて、シリコン基板上に、結晶欠陥の発生が抑制された単結晶炭化シリコン膜を成長させることができる。よって、高品質の単結晶炭化シリコン膜を容易に形成することができる。
【００１６】
本発明の単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法は、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法を含むことを特徴とする。
【００１７】
この製造方法によれば、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することが可能な単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板を示す断面図である。
【図２】同、単結晶炭化シリコン膜付き基板の要部断面図である。
【図３】同、単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法を示す過程図である。
【図４】図３に続く単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法を示す過程図である。
【図５】ガス雰囲気の圧力とマスク材の表面における炭化シリコン膜の堆積レートとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、実際の構造における縮尺や数等が異なっている。
【００２０】
図１は、本発明の本発明の一実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板を示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、単結晶炭化シリコン膜付き基板１は、シリコン基板１１と、シリコン基板１１の表面に形成された炭化シリコン膜１２と、炭化シリコン膜１２の表面に形成された、開口部１３ｈを有するマスク材１３と、開口部１３ｈから露出した炭化シリコン膜１２及びマスク材１３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。
【００２２】
シリコン基板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、研磨して形成された基板である。このシリコン基板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。なお、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。
【００２３】
なお、本実施形態では、シリコン基板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シリコン基板という。このような単結晶シリコンの格子定数は０．５４３ｎｍである。
【００２４】
炭化シリコン膜１２は、シリコン基板１１の表面に形成されている。炭化シリコン膜１２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１２は、シリコン基板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を形成する際のシリコン１１基板表面からのシリコンの昇華を抑制するとともに、シリコン基板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１２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。
【００２５】
マスク材１３は、炭化シリコン膜１２の表面に形成されている。マスク材１３には、炭化シリコン膜１２の表面を露出する複数の開口部１３ｈが形成されている。マスク材１３は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含んで構成されている。なお、マスク材１３は、窒化シリコンや酸化アルミニウムを含んで構成されていてもよい。
【００２６】
単結晶炭化シリコン膜１４は、開口部１３ｈから露出した炭化シリコン膜１２及びマスク材１３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。
【００２７】
図２は、単結晶炭化シリコン膜付き基板を示す要部断面図である。図２において、符号Ｈはマスク材１３の高さであり、符号Ｗはマスク材１３の開口部１３ｈの幅であり、符号ＡＲは無欠陥領域であり、符号１２Ｓａは積層欠陥（面欠陥）であり、符号１２Ｓｂは会合欠陥であり、符号θはシリコン基板１１の表面と面欠陥１２Ｓａとのなす角度である。
【００２８】
ここで、マスク材１３の高さＨとは、シリコン基板１１の表面に直交する方向におけるマスク材１３の長さ（マスク材１３の上面と下面との間の距離）である。開口部１３ｈの幅Ｗとは、シリコン基板１１の表面に平行な方向における開口部１３ｈの長さ（開口部１３ｈを挟んで互いに対向するマスク材１３の側壁の間の距離）である。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板１においては、マスク材１３の直上に単結晶炭化シリコン膜１４が会合して形成された会合欠陥１２Ｓｂが存在する。しかし、単結晶炭化シリコン膜１４において会合欠陥１２Ｓｂを除いた領域は、結晶欠陥が存在せず、無欠陥領域ＡＲとなっている。
【００３０】
このような無欠陥領域ＡＲは、マスク材１３の高さＨと開口部１３ｈの幅Ｗとの関係が所定の関係を満たすことにより形成される。本実施形態において、マスク材１３の高さＨは開口部１３ｈの幅Ｗの√２倍以上の高さとなっている。例えば、マスク材１３の高さＨは８００ｎｍであり、開口部１３ｈの幅は５００ｎｍである。なお、シリコン基板１１の表面と面欠陥１２Ｓａとのなす角度θは５４．７°である。
【００３１】
（単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法）
図３及び図４は、本実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法を示す過程図である。なお、以下の説明においては、シリコン基板１１の温度を単に「基板温度」いう場合がある。
【００３２】
先ず、シリコン基板１１を用意し、洗浄したシリコン基板１１をエピタキシャル成長用のＣＶＤ（Chemical Vapor Depodition）装置のチャンバー（図示略）内に収容する（図３（ａ）参照）。
【００３３】
次に、チャンバー内を真空雰囲気にして、モノメチルシランガス（ＳｉＨ３ＣＨ３）を供給圧力１．０×１０−２Ｐａで導入し、そのままシリコン基板１１を、基板温度を概ね１０５０℃、処理時間１２０分の条件で熱処理する。ここで、概ね１０５０℃とは、基板温度の設定誤差を含む温度範囲の温度であり、例えば１０４０℃以上１０６０℃以下の範囲である。
【００３４】
この熱処理により、シリコン基板１１の表面に、膜厚２００ｎｍ程度の炭化シリコン膜１２を形成する（図３（ｂ）参照、第１の工程）。
【００３５】
次に、炭化シリコン膜１２の表面にマスク材１３を形成する（図３（ｃ）参照、第２の工程）。ここでは、高密度プラズマＣＶＤ装置を用いて炭化シリコン膜１２の表面にシリコン酸化膜を８００ｎｍ程度堆積させることにより、炭化シリコン膜１２の表面にマスク材１３を形成する。
【００３６】
次に、マスク材１３をパターニングして開口部１３ｈを形成し、炭化シリコン膜１２の表面の一部を露出させる（図３（ｄ）参照、第３の工程）。例えば、マスク材１３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１３にエッチングを施す。
【００３７】
これにより、マスク材１３は所望のパターン形状にパターニングされることとなり、このマスク材１３の開口部１３ｈでは炭化シリコン膜１２の表面の一部が露出することとなる。なお、開口部１３ｈの幅は５００ｎｍ程度とし、マスク材１３の高さ（Ｈ＝８００ｎｍ）が開口部１３ｈの幅（Ｗ＝５００ｎｍ）の√２倍以上の高さとなるようにする。
【００３８】
ところで、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時に、マスク材の表面に残存した炭化シリコン膜を基点として結晶欠陥を含む膜が成長することがある。この場合、当該結晶欠陥を含む膜から結晶欠陥が伝播したり、不完全な結晶領域が生成されたりすることにより、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できないという問題があった。
【００３９】
そこで、本発明においては、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時においてガス雰囲気の圧力をマスク材の表面からは結晶欠陥を含む膜の成長が生じないような所定の範囲内に調整する単結晶炭化シリコン膜の製造方法を採用している。以下、本工程の詳細について説明する。
【００４０】
炭化シリコン膜１２の表面の一部を露出させた後に、チャンバー内に原料ガスとしてモノメチルシランガス（ＳｉＨ３ＣＨ３）のみを導入して、チャンバー内のガス雰囲気の圧力を２．５×１０−３Ｐａに調整し、そのまま基板温度を概ね１０３０℃まで下降させる。
【００４１】
なお、このときの基板温度は、９００℃以上かつ１１００℃以下の範囲内の温度とし、この基板温度を保持する。
【００４２】
ここで、基板温度が９００℃未満であると、原料ガスによるシリコン基板１１の表面の炭化が不十分なものとなり、その結果、炭化シリコン膜１２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ないという問題を生じるため好ましくない。一方、基板温度が１１００℃を超えると、ガス雰囲気の圧力が極めて低いこととの関係上、単結晶シリコンが蒸発してしまうという問題を生じるため好ましくない。
【００４３】
また、このときのガス雰囲気の圧力は、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下の範囲内の圧力とし、この圧力を保持する。
【００４４】
ここで、ガス雰囲気の圧力が５．０×１０−４Ｐａ未満であると、シリコン基板１１の形成材料が蒸発してしまうという問題を生じるため好ましくない。一方、ガス雰囲気の圧力が０．５Ｐａを超えると、マスク材１３の表面に炭化シリコン膜が形成されてしまい、マスク層の表面に残存した炭化シリコン膜を基点として結晶欠陥を含む膜が成長してしまうという問題があり、好ましくない。
【００４５】
また、チャンバー内に導入する原料ガスとしては、ジクロロシランガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びエチレンガス（Ｃ２Ｈ２）の混合ガスを用いることもできる。また、この他にも、四塩化珪素、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、その他の有機シランガスを混合したものを用いることもできる。さらに、原料ガスのキャリアガスとして、アルゴン、水素、これらを混合したものを用いることもできる。
【００４６】
これにより、炭化シリコン膜１２の開口部１３ｈから露出した部分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１３ｈから露出した炭化シリコン膜１２及びマスク材１３を覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する（図４（ａ）参照、第４の工程）。
【００４７】
本発明においては、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時においてガス雰囲気の圧力を所定の範囲内に調整しているため、マスク材１３の表面からは結晶欠陥を含む膜の成長が生じない。マスク材１３の表面は、炭化シリコン膜１２の開口部１３ｈから露出した部分を基点として成長し、開口部１３ｈからマスク材１３の上方に向かう方向に成長した単結晶炭化シリコンによって覆われる。すなわち、マスク材１３の上方においては横方向結晶成長（ＥＬＯ：Epitaxial Lateral Overgrowth）状態となる。
【００４８】
これにより、マスク材１３の表面には、積層欠陥の無い単結晶炭化シリコン膜１４が形成される（図４（ｂ）参照）。例えば、最終的に形成される単結晶炭化シリコン膜１４の厚みは２μｍ程度である。なお、マスク材１３の中央付近の直上には単結晶炭化シリコン膜１４が会合して形成された会合欠陥１２Ｓｂが存在する。しかし、単結晶炭化シリコン膜１４において会合欠陥１２Ｓｂを除いた領域は、結晶欠陥が存在せず、無欠陥領域ＡＲとなっている。
【００４９】
以上の工程により、本実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板１を製造することができる。
【００５０】
本実施形態の単結晶炭化シリコン膜１４の製造方法及び単結晶炭化シリコン膜付き基板１の製造方法によれば、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時におけるガス雰囲気が５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下の圧力範囲においてマスク材１３の表面には炭化シリコン膜が形成されず、当該マスク材１３の表面からは結晶欠陥を含む膜の成長が生じない。これは、ガス雰囲気の圧力が相当低いため、マスク材１３の表面に吸着した分子が再び離脱する可能性が高まることによる。すなわち、マスク材１３の表面は、開口部１３ｈから露出した炭化シリコン膜１２を基点に成長してきた結晶欠陥を含まない単結晶炭化シリコン膜１４によって覆われる。よって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００５１】
また、この製造方法によれば、シリコン基板１１と炭化シリコン膜１２との界面で発生し、単結晶炭化シリコン膜１４の上層に伝播する面欠陥１２Ｓａが、マスク材１３の側壁に到達し、消滅する。ここで、エピタキシャル膜の下地が立方晶の（１００）面に相当する場合は、面欠陥１２Ｓａが（１１１）面として挿入される。そのため、面欠陥１２Ｓａは、マスク材１３の高さＨが開口部１３ｈの幅Ｗの√２倍となった時点で、マスク材１３の側壁に到達して消滅する。よって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００５２】
また、この製造方法によれば、原料ガスとして、モノメチルシランを含むガスを用いているので、単一のガスにより、シリコン基板１１上に、結晶欠陥の発生が抑制された単結晶炭化シリコン膜１４を成長させることができる。よって、高品質の単結晶炭化シリコン膜を容易に形成することができる。
【００５３】
また、原料ガスとして、ジクロロシラン及びエチレンを含むガスを用いることもできる。この製造方法によれば、２種類の混合ガスを用いて、シリコン基板１１上に、結晶欠陥の発生が抑制された単結晶炭化シリコン膜を成長させることができる。よって、高品質の単結晶炭化シリコン膜を容易に形成することができる。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５５】
「実施例１」
本願発明者は、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時におけるガス雰囲気の圧力とマスク材の表面における炭化シリコン膜の堆積レートとの間には一定の関係があることを実験により見出した。
図５は、本願発明者が行った実験結果であり、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時におけるガス雰囲気の圧力とマスク材の表面における炭化シリコン膜の堆積レートとの関係を示すグラフである。なお、図５において、破線は原料ガスとしてモノメチルシランガスを用いたときのグラフであり、実線は原料ガスとしてジクロロシランガス及びエチレンガスの混合ガスを用いたときのグラフである。
【００５６】
図５に示すように、原料ガスとしてモノメチルシランガスを用いたとき、原料ガスとしてジクロロシランガス及びエチレンガスの混合ガスを用いたとき、のいずれの場合においても、雰囲気ガスの圧力が０．５Ｐａ以下においてはマスク材の表面に炭化シリコン膜が堆積されないことが分かる。これは、ガス雰囲気の圧力が相当低いため、マスク材の表面に吸着した分子が再び離脱する可能性が高まることによる。
【００５７】
一方、雰囲気ガスの圧力が０．５Ｐａを超えると、マスク材の表面に炭化シリコン膜が堆積されてしまうことが分かる。雰囲気ガスの圧力が０．５Ｐａを超えたときのマスク材の表面における炭化シリコン膜の堆積レートは、原料ガスとしてモノメチルシランガスを用いたときよりもジクロロシランガス及びエチレンガスの混合ガスを用いたときのほうが大きくなっている。
【００５８】
なお、ガス雰囲気の圧力が５．０×１０−４Ｐａ未満であると、シリコン基板１１の形成材料が蒸発してしまう。
【００５９】
このように、原料ガスとしてモノメチルシランガスを用いたとき、原料ガスとしてジクロロシランガス及びエチレンガスの混合ガスを用いたとき、のいずれの場合においても、雰囲気ガスの圧力が５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下の圧力範囲においてはマスク材の表面には炭化シリコン膜が形成されないことが確認される。これにより、マスク材の表面は、開口部から成長してきた結晶欠陥を含まない単結晶炭化シリコン膜によって覆われる。したがって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００６０】
なお、本発明の単結晶炭化ケイ素膜付き基板は、次世代における低損失のパワーデバイス用半導体材料としても利用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１…単結晶炭化シリコン膜付き基板、１１…シリコン基板、１２…炭化シリコン膜、１３…マスク材、１３ｈ…開口部、１４…単結晶炭化シリコン膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶炭化シリコン膜の製造方法及び単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンは、大口径、高品質かつ安価であることから、多くの材料の単結晶を成長させる基板として利用されてきた。
これらの材料の中でも、バンドギャップが２．２ｅＶ（３００Ｋ）と高いワイドバンドギャップ半導体材料である立方晶炭化シリコン（３Ｃ−ＳｉＣ）は、次世代における低損失のパワーデバイス用半導体材料として期待されており、特に、安価なシリコン基板上に単結晶成長（ヘテロエピタキシー）させることができる点からも、非常に有用と考えられている。
【０００３】
ところで、立方晶炭化シリコンの格子定数は０．４３６ｎｍであり、立方晶シリコンの格子定数（０．５４３ｎｍ）と比べて２０％程度も小さい。また、立方晶炭化シリコンと立方晶シリコンとでは８％程度の熱膨張係数の差がある。このため、単結晶成長させた立方晶炭化シリコン中に多くのボイドやミスフィット転移が生じ易く、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かった。
【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のエピタキシャル成長時に、マスク層の表面に残存した炭化シリコン膜を基点として結晶欠陥を含む膜が成長することがある。この場合、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できない惧れがある。
【０００７】
本発明の一態様は、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を得ることが可能な単結晶炭化シリコン膜の製造方法及び単結晶炭化シリコン膜付き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、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法は、シリコン基板上に単結晶炭化シリコン膜を形成する単結晶炭化シリコン膜の製造方法であって、 シリコン基板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、原料ガスを含むガス雰囲気中で前記シリコン基板を加熱し、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、前記原料ガスを含むガス雰囲気の圧力は、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下であることを特徴とする。
【０００９】
この製造方法によれば、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下の圧力範囲においてマスク材の表面には炭化シリコン膜が形成されず、当該マスク材の表面からは結晶欠陥を含む膜の成長が生じない。これは、ガス雰囲気の圧力が相当低いため、マスク材の表面に吸着した分子が再び離脱する可能性が高まることによる。すなわち、マスク材の表面は、開口部から露出した炭化シリコン膜を基点に成長してきた結晶欠陥を含まない単結晶炭化シリコン膜によって覆われる。よって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００１０】
また、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法において、前記単結晶炭化シリコン膜は立方晶炭化シリコン膜であり、前記シリコン基板の表面がミラー指数（１００）で表される結晶面を成しており、前記マスク材の高さを前記開口部の幅の√２倍以上の高さとしてもよい。
【００１１】
この製造方法によれば、シリコン基板と炭化シリコン膜との界面で発生し、単結晶炭化シリコン膜の上層に伝播する面欠陥が、マスク材の側壁に到達し、消滅する。ここで、エピタキシャル膜の下地が立方晶の（１００）面に相当する場合は、面欠陥が（１１１）面として挿入される。そのため、面欠陥は、マスク材の高さが開口部の幅の√２倍となった時点で、マスク材の側壁に到達して消滅する。よって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００１２】
また、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法において、前記原料ガスとして、モノメチルシランを含むガスを用いてもよい。
【００１３】
この製造方法によれば、単一のガスを用いて、シリコン基板上に、結晶欠陥の発生が抑制された単結晶炭化シリコン膜を成長させることができる。よって、高品質の単結晶炭化シリコン膜を容易に形成することができる。
【００１４】
また、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法において、前記原料ガスとして、ジクロロシラン及びエチレンを含むガスを用いてもよい。
【００１５】
この製造方法によれば、２種類の混合ガスを用いて、シリコン基板上に、結晶欠陥の発生が抑制された単結晶炭化シリコン膜を成長させることができる。よって、高品質の単結晶炭化シリコン膜を容易に形成することができる。
【００１６】
本発明の単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法は、本発明の単結晶炭化シリコン膜の製造方法を含むことを特徴とする。
【００１７】
この製造方法によれば、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することが可能な単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板を示す断面図である。
【図２】同、単結晶炭化シリコン膜付き基板の要部断面図である。
【図３】同、単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法を示す過程図である。
【図４】図３に続く単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法を示す過程図である。
【図５】ガス雰囲気の圧力とマスク材の表面における炭化シリコン膜の堆積レートとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、実際の構造における縮尺や数等が異なっている。
【００２０】
図１は、本発明の本発明の一実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板を示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、単結晶炭化シリコン膜付き基板１は、シリコン基板１１と、シリコン基板１１の表面に形成された炭化シリコン膜１２と、炭化シリコン膜１２の表面に形成された、開口部１３ｈを有するマスク材１３と、開口部１３ｈから露出した炭化シリコン膜１２及びマスク材１３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。
【００２２】
シリコン基板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、研磨して形成された基板である。このシリコン基板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。なお、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。
【００２３】
なお、本実施形態では、シリコン基板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シリコン基板という。このような単結晶シリコンの格子定数は０．５４３ｎｍである。
【００２４】
炭化シリコン膜１２は、シリコン基板１１の表面に形成されている。炭化シリコン膜１２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１２は、シリコン基板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を形成する際のシリコン１１基板表面からのシリコンの昇華を抑制するとともに、シリコン基板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１２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。
【００２５】
マスク材１３は、炭化シリコン膜１２の表面に形成されている。マスク材１３には、炭化シリコン膜１２の表面を露出する複数の開口部１３ｈが形成されている。マスク材１３は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含んで構成されている。なお、マスク材１３は、窒化シリコンや酸化アルミニウムを含んで構成されていてもよい。
【００２６】
単結晶炭化シリコン膜１４は、開口部１３ｈから露出した炭化シリコン膜１２及びマスク材１３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。
【００２７】
図２は、単結晶炭化シリコン膜付き基板を示す要部断面図である。図２において、符号Ｈはマスク材１３の高さであり、符号Ｗはマスク材１３の開口部１３ｈの幅であり、符号ＡＲは無欠陥領域であり、符号１２Ｓａは積層欠陥（面欠陥）であり、符号１２Ｓｂは会合欠陥であり、符号θはシリコン基板１１の表面と面欠陥１２Ｓａとのなす角度である。
【００２８】
ここで、マスク材１３の高さＨとは、シリコン基板１１の表面に直交する方向におけるマスク材１３の長さ（マスク材１３の上面と下面との間の距離）である。開口部１３ｈの幅Ｗとは、シリコン基板１１の表面に平行な方向における開口部１３ｈの長さ（開口部１３ｈを挟んで互いに対向するマスク材１３の側壁の間の距離）である。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板１においては、マスク材１３の直上に単結晶炭化シリコン膜１４が会合して形成された会合欠陥１２Ｓｂが存在する。しかし、単結晶炭化シリコン膜１４において会合欠陥１２Ｓｂを除いた領域は、結晶欠陥が存在せず、無欠陥領域ＡＲとなっている。
【００３０】
このような無欠陥領域ＡＲは、マスク材１３の高さＨと開口部１３ｈの幅Ｗとの関係が所定の関係を満たすことにより形成される。本実施形態において、マスク材１３の高さＨは開口部１３ｈの幅Ｗの√２倍以上の高さとなっている。例えば、マスク材１３の高さＨは８００ｎｍであり、開口部１３ｈの幅は５００ｎｍである。なお、シリコン基板１１の表面と面欠陥１２Ｓａとのなす角度θは５４．７°である。
【００３１】
（単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法）
図３及び図４は、本実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法を示す過程図である。なお、以下の説明においては、シリコン基板１１の温度を単に「基板温度」いう場合がある。
【００３２】
先ず、シリコン基板１１を用意し、洗浄したシリコン基板１１をエピタキシャル成長用のＣＶＤ（Chemical Vapor Depodition）装置のチャンバー（図示略）内に収容する（図３（ａ）参照）。
【００３３】
次に、チャンバー内を真空雰囲気にして、モノメチルシランガス（ＳｉＨ３ＣＨ３）を供給圧力１．０×１０−２Ｐａで導入し、そのままシリコン基板１１を、基板温度を概ね１０５０℃、処理時間１２０分の条件で熱処理する。ここで、概ね１０５０℃とは、基板温度の設定誤差を含む温度範囲の温度であり、例えば１０４０℃以上１０６０℃以下の範囲である。
【００３４】
この熱処理により、シリコン基板１１の表面に、膜厚２００ｎｍ程度の炭化シリコン膜１２を形成する（図３（ｂ）参照、第１の工程）。
【００３５】
次に、炭化シリコン膜１２の表面にマスク材１３を形成する（図３（ｃ）参照、第２の工程）。ここでは、高密度プラズマＣＶＤ装置を用いて炭化シリコン膜１２の表面にシリコン酸化膜を８００ｎｍ程度堆積させることにより、炭化シリコン膜１２の表面にマスク材１３を形成する。
【００３６】
次に、マスク材１３をパターニングして開口部１３ｈを形成し、炭化シリコン膜１２の表面の一部を露出させる（図３（ｄ）参照、第３の工程）。例えば、マスク材１３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１３にエッチングを施す。
【００３７】
これにより、マスク材１３は所望のパターン形状にパターニングされることとなり、このマスク材１３の開口部１３ｈでは炭化シリコン膜１２の表面の一部が露出することとなる。なお、開口部１３ｈの幅は５００ｎｍ程度とし、マスク材１３の高さ（Ｈ＝８００ｎｍ）が開口部１３ｈの幅（Ｗ＝５００ｎｍ）の√２倍以上の高さとなるようにする。
【００３８】
ところで、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時に、マスク材の表面に残存した炭化シリコン膜を基点として結晶欠陥を含む膜が成長することがある。この場合、当該結晶欠陥を含む膜から結晶欠陥が伝播したり、不完全な結晶領域が生成されたりすることにより、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できないという問題があった。
【００３９】
そこで、本発明においては、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時においてガス雰囲気の圧力をマスク材の表面からは結晶欠陥を含む膜の成長が生じないような所定の範囲内に調整する単結晶炭化シリコン膜の製造方法を採用している。以下、本工程の詳細について説明する。
【００４０】
炭化シリコン膜１２の表面の一部を露出させた後に、チャンバー内に原料ガスとしてモノメチルシランガス（ＳｉＨ３ＣＨ３）のみを導入して、チャンバー内のガス雰囲気の圧力を２．５×１０−３Ｐａに調整し、そのまま基板温度を概ね１０３０℃まで下降させる。
【００４１】
なお、このときの基板温度は、９００℃以上かつ１１００℃以下の範囲内の温度とし、この基板温度を保持する。
【００４２】
ここで、基板温度が９００℃未満であると、原料ガスによるシリコン基板１１の表面の炭化が不十分なものとなり、その結果、炭化シリコン膜１２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ないという問題を生じるため好ましくない。一方、基板温度が１１００℃を超えると、ガス雰囲気の圧力が極めて低いこととの関係上、単結晶シリコンが蒸発してしまうという問題を生じるため好ましくない。
【００４３】
また、このときのガス雰囲気の圧力は、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下の範囲内の圧力とし、この圧力を保持する。
【００４４】
ここで、ガス雰囲気の圧力が５．０×１０−４Ｐａ未満であると、シリコン基板１１の形成材料が蒸発してしまうという問題を生じるため好ましくない。一方、ガス雰囲気の圧力が０．５Ｐａを超えると、マスク材１３の表面に炭化シリコン膜が形成されてしまい、マスク層の表面に残存した炭化シリコン膜を基点として結晶欠陥を含む膜が成長してしまうという問題があり、好ましくない。
【００４５】
また、チャンバー内に導入する原料ガスとしては、ジクロロシランガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びエチレンガス（Ｃ２Ｈ２）の混合ガスを用いることもできる。また、この他にも、四塩化珪素、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、その他の有機シランガスを混合したものを用いることもできる。さらに、原料ガスのキャリアガスとして、アルゴン、水素、これらを混合したものを用いることもできる。
【００４６】
これにより、炭化シリコン膜１２の開口部１３ｈから露出した部分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１３ｈから露出した炭化シリコン膜１２及びマスク材１３を覆う単結晶炭化シリコン膜１４を形成する（図４（ａ）参照、第４の工程）。
【００４７】
本発明においては、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時においてガス雰囲気の圧力を所定の範囲内に調整しているため、マスク材１３の表面からは結晶欠陥を含む膜の成長が生じない。マスク材１３の表面は、炭化シリコン膜１２の開口部１３ｈから露出した部分を基点として成長し、開口部１３ｈからマスク材１３の上方に向かう方向に成長した単結晶炭化シリコンによって覆われる。すなわち、マスク材１３の上方においては横方向結晶成長（ＥＬＯ：Epitaxial Lateral Overgrowth）状態となる。
【００４８】
これにより、マスク材１３の表面には、積層欠陥の無い単結晶炭化シリコン膜１４が形成される（図４（ｂ）参照）。例えば、最終的に形成される単結晶炭化シリコン膜１４の厚みは２μｍ程度である。なお、マスク材１３の中央付近の直上には単結晶炭化シリコン膜１４が会合して形成された会合欠陥１２Ｓｂが存在する。しかし、単結晶炭化シリコン膜１４において会合欠陥１２Ｓｂを除いた領域は、結晶欠陥が存在せず、無欠陥領域ＡＲとなっている。
【００４９】
以上の工程により、本実施形態の単結晶炭化シリコン膜付き基板１を製造することができる。
【００５０】
本実施形態の単結晶炭化シリコン膜１４の製造方法及び単結晶炭化シリコン膜付き基板１の製造方法によれば、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時におけるガス雰囲気が５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下の圧力範囲においてマスク材１３の表面には炭化シリコン膜が形成されず、当該マスク材１３の表面からは結晶欠陥を含む膜の成長が生じない。これは、ガス雰囲気の圧力が相当低いため、マスク材１３の表面に吸着した分子が再び離脱する可能性が高まることによる。すなわち、マスク材１３の表面は、開口部１３ｈから露出した炭化シリコン膜１２を基点に成長してきた結晶欠陥を含まない単結晶炭化シリコン膜１４によって覆われる。よって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００５１】
また、この製造方法によれば、シリコン基板１１と炭化シリコン膜１２との界面で発生し、単結晶炭化シリコン膜１４の上層に伝播する面欠陥１２Ｓａが、マスク材１３の側壁に到達し、消滅する。ここで、エピタキシャル膜の下地が立方晶の（１００）面に相当する場合は、面欠陥１２Ｓａが（１１１）面として挿入される。そのため、面欠陥１２Ｓａは、マスク材１３の高さＨが開口部１３ｈの幅Ｗの√２倍となった時点で、マスク材１３の側壁に到達して消滅する。よって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００５２】
また、この製造方法によれば、原料ガスとして、モノメチルシランを含むガスを用いているので、単一のガスにより、シリコン基板１１上に、結晶欠陥の発生が抑制された単結晶炭化シリコン膜１４を成長させることができる。よって、高品質の単結晶炭化シリコン膜を容易に形成することができる。
【００５３】
また、原料ガスとして、ジクロロシラン及びエチレンを含むガスを用いることもできる。この製造方法によれば、２種類の混合ガスを用いて、シリコン基板１１上に、結晶欠陥の発生が抑制された単結晶炭化シリコン膜を成長させることができる。よって、高品質の単結晶炭化シリコン膜を容易に形成することができる。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５５】
「実施例１」
本願発明者は、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時におけるガス雰囲気の圧力とマスク材の表面における炭化シリコン膜の堆積レートとの間には一定の関係があることを実験により見出した。
図５は、本願発明者が行った実験結果であり、単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長時におけるガス雰囲気の圧力とマスク材の表面における炭化シリコン膜の堆積レートとの関係を示すグラフである。なお、図５において、破線は原料ガスとしてモノメチルシランガスを用いたときのグラフであり、実線は原料ガスとしてジクロロシランガス及びエチレンガスの混合ガスを用いたときのグラフである。
【００５６】
図５に示すように、原料ガスとしてモノメチルシランガスを用いたとき、原料ガスとしてジクロロシランガス及びエチレンガスの混合ガスを用いたとき、のいずれの場合においても、雰囲気ガスの圧力が０．５Ｐａ以下においてはマスク材の表面に炭化シリコン膜が堆積されないことが分かる。これは、ガス雰囲気の圧力が相当低いため、マスク材の表面に吸着した分子が再び離脱する可能性が高まることによる。
【００５７】
一方、雰囲気ガスの圧力が０．５Ｐａを超えると、マスク材の表面に炭化シリコン膜が堆積されてしまうことが分かる。雰囲気ガスの圧力が０．５Ｐａを超えたときのマスク材の表面における炭化シリコン膜の堆積レートは、原料ガスとしてモノメチルシランガスを用いたときよりもジクロロシランガス及びエチレンガスの混合ガスを用いたときのほうが大きくなっている。
【００５８】
なお、ガス雰囲気の圧力が５．０×１０−４Ｐａ未満であると、シリコン基板１１の形成材料が蒸発してしまう。
【００５９】
このように、原料ガスとしてモノメチルシランガスを用いたとき、原料ガスとしてジクロロシランガス及びエチレンガスの混合ガスを用いたとき、のいずれの場合においても、雰囲気ガスの圧力が５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下の圧力範囲においてはマスク材の表面には炭化シリコン膜が形成されないことが確認される。これにより、マスク材の表面は、開口部から成長してきた結晶欠陥を含まない単結晶炭化シリコン膜によって覆われる。したがって、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜を形成することができる。
【００６０】
なお、本発明の単結晶炭化ケイ素膜付き基板は、次世代における低損失のパワーデバイス用半導体材料としても利用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１…単結晶炭化シリコン膜付き基板、１１…シリコン基板、１２…炭化シリコン膜、１３…マスク材、１３ｈ…開口部、１４…単結晶炭化シリコン膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に単結晶炭化シリコン膜を形成する単結晶炭化シリコン膜の製造方法であって、
シリコン基板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、
原料ガスを含むガス雰囲気中で前記シリコン基板を加熱し、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、
前記原料ガスを含むガス雰囲気の圧力は、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下であることを特徴とする単結晶炭化シリコン膜の製造方法。
【請求項２】
前記単結晶炭化シリコン膜は立方晶炭化シリコン膜であり、
前記シリコン基板の表面がミラー指数（１００）で表される結晶面を成しており、
前記マスク材の高さを前記開口部の幅の√２倍以上の高さとすることを特徴とする請求項１に記載の単結晶炭化シリコン膜の製造方法。
【請求項３】
前記原料ガスとして、モノメチルシランを含むガスを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶炭化シリコン膜の製造方法。
【請求項４】
前記原料ガスとして、ジクロロシラン及びエチレンを含むガスを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶炭化シリコン膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の単結晶炭化シリコン膜の製造方法を含むことを特徴とする単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法。
【請求項１】
シリコン基板上に単結晶炭化シリコン膜を形成する単結晶炭化シリコン膜の製造方法であって、
シリコン基板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、
原料ガスを含むガス雰囲気中で前記シリコン基板を加熱し、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、
前記原料ガスを含むガス雰囲気の圧力は、５．０×１０−４Ｐａ以上かつ０．５Ｐａ以下であることを特徴とする単結晶炭化シリコン膜の製造方法。
【請求項２】
前記単結晶炭化シリコン膜は立方晶炭化シリコン膜であり、
前記シリコン基板の表面がミラー指数（１００）で表される結晶面を成しており、
前記マスク材の高さを前記開口部の幅の√２倍以上の高さとすることを特徴とする請求項１に記載の単結晶炭化シリコン膜の製造方法。
【請求項３】
前記原料ガスとして、モノメチルシランを含むガスを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶炭化シリコン膜の製造方法。
【請求項４】
前記原料ガスとして、ジクロロシラン及びエチレンを含むガスを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶炭化シリコン膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の単結晶炭化シリコン膜の製造方法を含むことを特徴とする単結晶炭化シリコン膜付き基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３５７３１（Ｐ２０１３−３５７３１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４８８１（Ｐ２０１１−１７４８８１）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【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２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【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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