炭化珪素基板の表面処理方法および半導体装置
【課題】より広い幅を有するテラスを形成することができる炭化珪素基板の表面処理方法およびその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置を提供する。
【解決手段】炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置する工程と、固体状シリコン上に蓋材を設置する工程と、蓋材の設置後に固体状シリコンが設置された炭化珪素基板を固体状シリコンの融点以上の温度に加熱して固体状シリコンを溶融させる工程と、固体状シリコンの溶融後に固化した固化シリコンから炭化珪素基板を分離する工程とを含む炭化珪素基板の表面処理方法とその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置である。
【解決手段】炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置する工程と、固体状シリコン上に蓋材を設置する工程と、蓋材の設置後に固体状シリコンが設置された炭化珪素基板を固体状シリコンの融点以上の温度に加熱して固体状シリコンを溶融させる工程と、固体状シリコンの溶融後に固化した固化シリコンから炭化珪素基板を分離する工程とを含む炭化珪素基板の表面処理方法とその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素基板の表面処理方法および半導体装置に関し、特に、より広い幅を有するテラスを形成することができる炭化珪素基板の表面処理方法およびその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）はシリコン（Ｓｉ）に比べて、バンドギャップが約３倍、絶縁破壊電圧が約１０倍および電子飽和速度が約２倍大きく、シリコンにはない特性を有している。したがって、炭化珪素は、パワーデバイスの用途において非常に優れた物性を有している。そのため、炭化珪素を用いたパワーデバイスの研究が盛んに行なわれているが、炭化珪素を用いたパワーデバイスの中でもノーマリオフ構造を有するＭＯＳＦＥＴの研究が特に盛んに行なわれている。
【０００３】
炭化珪素は、シリコンと同様に熱酸化によって酸化膜を形成できることから、容易に半導体と絶縁膜との界面を形成することができる。
【０００４】
しかしながら、半導体である炭化珪素と絶縁膜である酸化膜との界面においては半導体としてシリコンを用いた場合と比べて、炭化珪素と酸化膜との界面における炭化珪素の界面準位密度が非常に大きくなるという問題があった。
【０００５】
したがって、炭化珪素を用いたＭＯＳＦＥＴにおいては、絶縁膜の直下の炭化珪素の表面を制御するため、炭化珪素の界面準位密度を低減することが必要であることから様々な手法が検討されている。
【０００６】
たとえば特許文献１には、炭化珪素の界面準位密度を低減する手法の一例が提案されている。通常、炭化珪素基板の表面は（０００１）面と所定の角度を有するオフ角をつけてスライスすることにより形成されるため、多くの欠陥が存在すると考えられる。
【０００７】
そこで、特許文献１の方法においては、炭化珪素基板の表面にシリコン膜を形成した後に加熱することによって、炭化珪素基板の表面が再構成されて、炭化珪素基板の表面には、水平方向に対して所定の角度に傾斜する（０００１）面からなるテラスが形成される。このテラスは、特許文献１の方法による処理前の炭化珪素基板の表面の（０００１）面の面積よりも広くなるように形成される。
【０００８】
このように特許文献１に記載の方法により表面処理を行なった炭化珪素基板を用いてＭＯＳＦＥＴを作製した場合には、テラスの形成により電子移動度の向上が確認され、絶縁膜との界面における炭化珪素の界面準位密度が低減できることが確認されている。
【特許文献１】特開２００７−１８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の方法で形成された炭化珪素基板の表面の（０００１）面であるテラスの幅は約１〜２μｍ程度となり、非常に狭いために、その改善が望まれていた。
【００１０】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、より広い幅を有するテラスを形成することができる炭化珪素基板の表面処理方法およびその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置する工程と、固体状シリコン上に蓋材を設置する工程と、蓋材の設置後に固体状シリコンが設置された炭化珪素基板を固体状シリコンの融点以上の温度に加熱して固体状シリコンを溶融させる工程と、固体状シリコンの溶融後に固化した固化シリコンから炭化珪素基板を分離する工程と、を含む炭化珪素基板の表面処理方法である。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置し、固体状シリコン上に蓋材を設置した状態で加熱することによって、炭化珪素基板の表面に十分な量のシリコンを供給することで炭化珪素基板の表面の再構成が活性化し、広いテラスの形成が可能となる。
【００１２】
ここで、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、蓋材が炭化珪素基板であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より効率的に炭化珪素基板の表面処理を行なうことができる。
【００１３】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、固化シリコンをフッ硝酸に浸漬させることにより除去することが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面を傷つけることなく、炭化珪素基板の表面処理を行なうことができる。
【００１４】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、固体状シリコンが、炭化珪素基板の表面上に堆積されたシリコン膜であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面処理を均一に行なうことができる。
【００１５】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、シリコン膜の厚さが１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面処理をより均一に行なうことができる。
【００１６】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、固体状シリコンが、シリコン基板であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面処理をより好適に行なうことができる。
【００１７】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の表面上にシリコン膜を形成した後に固体状シリコンを設置することが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板と固体状シリコンとの濡れ性が向上し、炭化珪素基板の表面をより均一に処理することができる傾向にある。このとき、そのシリコン膜の厚さが１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。この場合には、炭化珪素基板の表面をさらに均一に処理することができる傾向にある。
【００１８】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の表面に段差が形成されていることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００１９】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、段差は炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向および＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向の少なくとも一方に伸びていることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００２０】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、段差の高さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００２１】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、段差が少なくとも２つ形成されており、隣り合う２つの段差の間隔が２０μｍ以下であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、結晶の自己整合を利用したテラスの結合による幅の広いテラスの形成が可能となる。
【００２２】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向または＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向に伸びる溝が少なくとも１つ形成されており、溝により段差が構成されていることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００２３】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向および＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向にそれぞれ辺を有する四角形を底面とする四角柱が少なくとも１つ形成されており、四角柱により段差が構成されていることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、結晶の自己整合を利用した幅の広いテラスの形成が可能となる。
【００２４】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の表面が＜１−１００＞方向に対して１０°以下の範囲内で傾斜したオフ角を有するようにスライスして形成された（０００１）面であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、直線性の良い、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００２５】
また、本発明は、上記のいずれかの炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理が施された炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置である。このような本発明の半導体装置は、高電子移動度および高電流密度の半導体装置とすることができる。
【００２６】
また、本発明は、半導体装置がＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）であることが好ましい。このような本発明の半導体装置は、高電子移動度および高電流密度のＭＯＳＦＥＴとすることができる。
【００２７】
また、本発明は、ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行がライザを跨がないようにして行なわれる半導体装置である。このような本発明の半導体装置は、高電子移動度および高電流密度のＭＯＳＦＥＴとすることができる。
【００２８】
また、本発明は、ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行がテラスの内部で行なわれる半導体装置である。このような本発明の半導体装置は、高電子移動度および高電流密度のＭＯＳＦＥＴとすることができる。
【００２９】
なお、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法において、＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向には＜１−１００＞方向に対して傾斜していない方向（＜１−１００＞方向）が含まれる。
【００３０】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法において、＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向には＜１１−２０＞方向に対して傾斜していない方向（＜１１−２０＞方向）が含まれる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、より広い幅を有するテラスを形成することができる炭化珪素基板の表面処理方法およびその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００３３】
（固体状シリコン設置工程）
本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、まず、図１の模式的断面図に示すように、炭化珪素基板１の表面上に固体状シリコン２を設置する工程が行なわれる。
【００３４】
ここで、固体状シリコン２は、固体であるシリコンであれば特に限定されないが、炭化珪素基板１の表面上に堆積されたシリコン膜であることが好ましい。固体状シリコン２が炭化珪素基板１の表面上に堆積されたシリコン膜である場合には、たとえば真空蒸着法またはスパッタリング法等の物理的蒸着法によって炭化珪素基板１の表面上に形成したシリコン膜とすることができる。
【００３５】
また、固体状シリコン２が炭化珪素基板１の表面上に堆積されたシリコン膜である場合には、固体状シリコン２の厚さｔが１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。炭化珪素基板１の表面上に堆積されたシリコン膜からなる固体状シリコン２の厚さｔが１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法における表面処理後の炭化珪素基板１の表面処理を均一に行なうことができる傾向にある。
【００３６】
また、固体状シリコン２としては、シリコン基板を用いることも好ましい。固体状シリコン２としてシリコン基板を用いる場合には、シリコン基板としてはたとえば単結晶シリコンからなる基板または多結晶シリコンからなる基板を用いることができる。また、固体状シリコン２がシリコン基板である場合には、固体状シリコン２の厚さｔが１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
なお、固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面は（０００１）面とすることが好ましい。
【００３８】
また、炭化珪素基板１の表面上にシリコン膜を形成した後に固体状シリコン２を設置することが好ましい。この場合には、炭化珪素基板１と固体状シリコン２との濡れ性が向上し、炭化珪素基板１の表面をより均一に処理することができる傾向にある。また、炭化珪素基板１と固体状シリコン２との間のシリコン膜の厚さは１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。この場合には、炭化珪素基板１の表面をさらに均一に処理することができる傾向にある。
【００３９】
図２に、図１に示す固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面の一例の模式的な平面図を示す。ここで、炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面には、直線状の４本の溝３が＜１１−２０＞方向に沿って伸びるようにして形成されている。また、溝３は、＜１１−２０＞方向に直交する方向である＜１−１００＞方向に配列するように１本ずつ所定の間隔をあけて形成されている。ここで、炭化珪素基板１の（０００１）面は、（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面であってもよく、＜１１−２０＞方向は＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよく、＜１−１００＞方向は＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよい。
【００４０】
図３に、図１に示す固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面の他の一例の模式的な平面図を示す。ここで、図３に示す炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面においては、直線状の溝３が＜１−１００＞方向に延びるようにして形成されている点で図２に示す炭化珪素基板１の表面と異なっている。すなわち、この例において、炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面には、直線状の４本の溝３が＜１−１００＞方向に沿って伸びるようにして形成されている。また、溝３は、＜１−１００＞方向に直交する方向である＜１１−２０＞方向に配列するように１本ずつ所定の間隔をあけて形成されている。ここでも、炭化珪素基板１の（０００１）面は、（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面であってもよく、＜１１−２０＞方向は＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよく、＜１−１００＞方向は＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよい。
【００４１】
本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面に段差が形成されていることが好ましい。ここで、炭化珪素基板１の表面に形成された段差としては、たとえば図２および図３に示すように、炭化珪素基板１の表面に形成された溝３の一方の側壁を含む段差等を挙げることができる。
【００４２】
ここで、炭化珪素基板１の表面に形成された段差がたとえば図２または図３に示すような溝３からなる場合には、たとえば図３のＩＶ−ＩＶに沿った模式的な断面図である図４に示す段差の高さ（溝３の深さ）ｈは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。この段差の高さ（溝３の深さ）ｈが０．１μｍ以上１０μｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる傾向にある。
【００４３】
また、炭化珪素基板１の表面に形成された段差がたとえば図２または図３に示すような溝３からなる場合には、たとえば図４に示す隣り合う２つの段差の間隔（溝３の底面の＜１１−２０＞方向の幅）ｄは２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。この段差間の間隔（溝３の底面の＜１１−２０＞方向の幅）ｄが２０μｍ以下である場合、好ましくは１０μｍ以下である場合、さらに好ましくは５μｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板１の表面処理時における結晶の自己整合によって、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる傾向にある。これは、後述する固体状シリコンの加熱工程時において隣り合う溝３同士が結合して、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅が広くなると考えられるためである。
【００４４】
図５に、図１に示す固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面のさらに他の一例の模式的な平面図を示す。この炭化珪素基板１においては、炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面の＜１１−２０＞方向に辺４ａを有し、＜１−１００＞方向に辺４ｂを有する四角形状の表面を含む四角柱状に上方に突出したパターンである凸部４を有している。この例においては、炭化珪素基板１の表面に形成される段差としては凸部４の側部から構成される段差が挙げられる。ここで、炭化珪素基板１の（０００１）面は、（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面であってもよく、＜１１−２０＞方向は＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよく、＜１−１００＞方向は＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよい。
【００４５】
ここで、炭化珪素基板１の表面に形成された段差がたとえば図５に示すような凸部４の側部から構成される場合には、たとえば図５のＶＩ−ＶＩに沿った模式的な断面図である図６に示す段差の高さ（凸部４の高さ）ｈは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。この段差の高さ（凸部４の高さ）ｈが０．１μｍ以上１０μｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる傾向にある。
【００４６】
また、炭化珪素基板１の表面に形成された段差がたとえば図５に示すような凸部４の側部から構成される場合には、たとえば図６に示す隣り合う２つの段差の間隔（隣り合う凸部４の側面間の＜１１−２０＞方向の距離）ｄは２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４７】
この段差の間隔（隣り合う凸部４の側面間の＜１１−２０＞方向の距離）ｄが２０μｍ以下である場合、好ましくは１０μｍ以下である場合、さらに好ましくは５μｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板１の表面処理時における結晶の自己整合によって、本発明の炭化珪素基板１の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる傾向にある。これは、後述する固体状シリコンの加熱工程時において隣り合う溝３同士が結合してテラスの幅が広くなると考えられるためである。
【００４８】
また、本発明で用いられる炭化珪素基板１の表面は、＜１−１００＞方向に対して１０°以下の範囲内で傾斜したオフ角を有するようにスライスして形成された（０００１）面であることが好ましい。
【００４９】
このように炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面が＜１−１００＞方向に対して１０°以下の範囲内で傾斜したオフ角を有するようにスライスして形成された（０００１）面である場合には、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅が大きくなる傾向にある。ここで、オフ角としては、炭化珪素基板１の表面の（０００１）面が水平方向に対してたとえば８°程度の角度の傾斜を有するようなオフ角とすることが好ましい。
【００５０】
（蓋材設置工程）
炭化珪素基板１の表面上に固体状シリコン２を設置する工程が行なわれた後には、たとえば図７の模式的断面図に示すように、固体状シリコン２上に蓋材５を設置する工程が行なわれる。
【００５１】
ここで、蓋材５の材質は特に限定されないが、蓋材５としては炭化珪素基板を用いることが好ましい。蓋材５として炭化珪素基板を用いた場合には、固体状シリコン２の両面に設置されている炭化珪素基板１および蓋材５である炭化珪素基板の２枚の炭化珪素基板のそれぞれの表面について本発明の表面処理を同時に行なうことができるため、本発明の炭化珪素基板の表面処理をより効率的に行なうことができる傾向にある。
【００５２】
なお、蓋材５として炭化珪素基板を用いた場合には、その蓋材５となる炭化珪素基板の表面にも上記で説明したような溝や凸部等からなる段差が形成されていることが好ましく、また、蓋材５となる炭化珪素基板の表面は、上記で説明したような角度のオフ角を有するようにスライスして露出した（０００１）面であることが好ましい。
【００５３】
（固体状シリコン加熱工程）
次に、図７に示すように炭化珪素基板１の表面上に設置された固体状シリコン２上に蓋材５を設置した後に、固体状シリコン２が設置された炭化珪素基板１を固体状シリコン２の融点以上の温度に加熱することによって固体状シリコン２を溶融させる工程が行なわれる。
【００５４】
これにより、炭化珪素基板１の表面上に設置された固体状シリコン２が加熱により溶融し、固体状シリコン２から炭化珪素基板１の表面にシリコン原子が供給されること等によって、炭化珪素基板１の表面の原子配列が再構成され、炭化珪素基板１の表面に（０００１）面の幅の広いテラスが形成されることになる。
【００５５】
ここで、固体状シリコン２の融点以上の温度としては、たとえば１４１４℃以上の温度が挙げられる。また、固体状シリコン２の加熱温度の上限は、加熱条件に合わせて適宜設定することができ、たとえば２０００℃程度とすることができる。また、固体状シリコン２の加熱方法は特に限定されず、たとえば従来から公知の加熱方法を用いることができる。
【００５６】
（炭化珪素基板分離工程）
次に、固体状シリコン２を加熱して溶融させた後に固化することにより形成された固化シリコンから炭化珪素基板１を分離する工程が行なわれる。
【００５７】
ここで、固化シリコンの除去は、たとえばフッ酸と硝酸との混合液であるフッ硝酸に固化シリコンを浸漬させることにより行なうことができる。これにより、固化シリコンがフッ硝酸に溶解して、固化シリコンから炭化珪素基板１を分離することができる。
【００５８】
固化シリコンから分離した後の炭化珪素基板１の表面には、たとえば図８の模式的断面図に示すように、炭化珪素結晶の（０００１）面であるテラス６とテラス６に隣接する面であるライザ７とが形成される。なお、図８における破線部は、本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板１の表面に形成されていた溝部分を図示している。
【００５９】
図９に、本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板１の表面に形成されている段差の一例の模式的な拡大断面図を示す。また、図１０に、図９に示す炭化珪素基板１の表面について本発明の炭化珪素基板の表面処理を行なった後のテラスの一例の模式的な拡大断面図を示す。
【００６０】
図９および図１０に示す例においても、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって、鉛直方向に形成されている炭化珪素基板１の表面の段差からその鉛直方向から所定の角度を形成して傾斜するように炭化珪素結晶の（０００１）面であるテラス６とテラス６に隣接する面であるライザ７とが形成されていることがわかる。
【００６１】
図１１に、本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板１の（０００１）面に＜１１−２０＞方向および＜１−１００＞方向にそれぞれ辺を有する四角形状の表面を含む四角柱状に上方に突出したパターンである凸部４が本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によってどのように変化するかを示した模式的な拡大平面図を示す。なお、図１１の左側の図面が本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板１の凸部４の表面形状を示しており、図１１の右側の図面が本発明の炭化珪素基板の表面処理後の炭化珪素基板１の凸部４の表面形状を示している。ここで、炭化珪素基板１の（０００１）面は、（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面であってもよく、＜１１−２０＞方向は＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよく、＜１−１００＞方向は＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよい。
【００６２】
図１１に示す例においては、六方晶である炭化珪素基板１の結晶構造に起因して、本発明の炭化珪素基板１の表面処理時における結晶の自己整合によって、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる六角形状に形成される。
【００６３】
以上に例示されたような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、特許文献１に記載された方法によって得られる従来のテラスの幅である約１〜２μｍと比べてテラスの幅を大幅に広くすることができる。
【００６４】
これは、特許文献１の方法においては、炭化珪素基板の表面にシリコン膜を形成した後の加熱時にシリコン膜を構成するシリコンの大部分が蒸発してしまい、炭化珪素基板の表面の再構成に必要なシリコン原子をシリコン膜から十分に供給することができないと考えられる。しかしながら、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板上の固体状シリコンに蓋材を設置した状態で固体状シリコンを加熱しているために固体状シリコンからのシリコンの蒸発を抑え、炭化珪素基板の表面の再構成に必要なシリコン原子を炭化珪素基板の表面に十分に供給することができているためと考えられる。
【００６５】
（横型ＭＯＳＦＥＴ）
図１２に、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置としての横型ＭＯＳＦＥＴの一例の模式的な断面図を示す。
【００６６】
ここで、この横型ＭＯＳＦＥＴは、ｎ型の炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１の表面上にｐ型炭化珪素結晶がエピタキシャル成長することにより形成されたｐ型層８と、ｐ型層８の表面の一部にｎ型ドーパントが拡散することにより形成されたｎ型層９ａと、ｎ型層９ａと所定の間隔をあけてｐ型層８の表面にｎ型ドーパントが拡散することにより形成されたｎ型層９ｂとを有している。
【００６７】
また、ｎ型層９ａの表面上にはソース電極１０が形成されており、ｎ型層９ｂの表面上にはドレイン電極１１が形成されている。また、ｐ型層８の表面上にはゲート酸化膜１２が形成されており、ゲート酸化膜１２の表面上にはゲート電極１３が形成されている。
【００６８】
この横型ＭＯＳＦＥＴには、上述した本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板１を用いていることから、炭化珪素基板１の表面には幅の広いテラスとそれに隣接するライザとが形成されており、そのエピタキシャル成長層となるｐ型層８の表面ならびにそのｐ型層８の表面に形成されたｎ型層９ａおよびｎ型層９ｂにも炭化珪素基板１の表面のテラスとそれに隣接するライザとが引き継がれることになる。
【００６９】
ここで、この横型ＭＯＳＦＥＴにおける電子の走行方向は、図１３の模式的拡大平面図の矢印に示されるように、幅の広いテラス６の形成方向に沿った方向とすることが好ましく、ライザ７と交差しない方向とすることが好ましい。これは、電子はテラス６の内部ではその進行を妨げられることなく移動することができるが、ライザ７は電子の進行を妨げるために電子のスムーズな移動が妨げられてしまうためである。
【００７０】
図１４に、横型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極、ドレイン電極およびゲート酸化膜の構成の一例の模式的な拡大平面図を示す。この構成例では、電子の走行がテラス６の内部で行なわれるように、ソース電極１０、ゲート電極１３、ドレイン電極１１およびゲート酸化膜１２のすべてをテラス６の内部に形成している点に特徴がある。
【００７１】
ここで、電子は、ソース電極１０からドレイン電極１１に矢印の方向に沿って進行することになる。このような構成とすることによって、横型ＭＯＳＦＥＴの電子のチャネルをテラス６の内部に形成することができることから、横型ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行をスムーズなものとすることができる点で好ましい。
【００７２】
すなわち、図１４に示す例においては、ライザ７は電子の走行方向と直交する方向に形成されているが、電子はライザ７間のテラス６の内部を走行するために電子の走行が妨げられずスムーズな電子の走行が可能となる。
【００７３】
図１５に、横型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極、ドレイン電極およびゲート酸化膜の構成の他の一例の模式的な拡大平面図を示す。この構成例においては、電子の走行がテラス６の内部で行なわれるように、電子の走行方向（図１５の矢印の方向）をライザ７の伸張方向と平行にして、ソース電極１０、ゲート電極１３、ドレイン電極１１およびゲート酸化膜１２を配置している点に特徴がある。ここで、電子は、ソース電極１０からドレイン電極１１に矢印の方向に沿って進行することになる。このような構成とすることによっても、横型ＭＯＳＦＥＴの電子のチャネルをテラス６の内部に形成することができることから、横型ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行をスムーズなものとすることができる点で好ましい。
【００７４】
すなわち、図１５に示す例においては、ライザ７は電子の走行方向と平行する方向に形成されているが、電子はライザ７間のテラス６の内部を走行するために電子の走行が妨げられずスムーズな電子の走行が可能となる。
【００７５】
（縦型ＭＯＳＦＥＴ）
図１６に、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置としての縦型ＭＯＳＦＥＴの一例の模式的な断面図を示す。
【００７６】
この縦型ＭＯＳＦＥＴは、ｎ型の炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１の表面上にｎ型炭化珪素結晶がエピタキシャル成長することにより形成されたｎ型層９と、ｎ型層９の表面の一部にｐ型ドーパントが拡散することにより形成されたｐ型層８と、ｐ型層８の表面の一部にｎ型ドーパントが高濃度で拡散することにより形成されたｎ+型層１４とを有している。ここで、ｎ+型層１４に含有されているｎ型ドーパント濃度は、ｎ型層９に含有されているｎ型ドーパント濃度よりも高くなっている。
【００７７】
ｎ+型層１４の表面上にはソース電極１０が形成されており、ｐ型層８の表面上にはゲート酸化膜１２が形成されている。また、ゲート酸化膜１２の表面上にはゲート電極１３が形成されている。さらに、炭化珪素基板１の裏面にはドレイン電極１１が形成されている。
【００７８】
この縦型ＭＯＳＦＥＴには、上述した本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板１を用いていることから、炭化珪素基板１の表面には幅の広いテラスとそれに隣接するライザとが形成されており、そのエピタキシャル成長層となるｎ型層９の表面ならびにそのｎ型層９の表面に形成されたｐ型層８およびｎ+型層１４にも炭化珪素基板１の表面のテラスとそれに隣接するライザとが引き継がれることになる。
【００７９】
図１７に、図１６に示す縦型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極およびゲート酸化膜の構成の一例の模式的な拡大平面図を示す。この構成例では、図中の矢印で示される電子の走行方向がライザ７の伸張方向と平行になるように構成して、電子の移動がテラス６の内部で行なわれるように、ソース電極１０、ゲート電極１３およびゲート酸化膜１２を形成している点に特徴がある。
【００８０】
ここで、電子は、図１７に示す矢印の方向に沿ってソース電極１０からｎ+型層１４、ｐ型層８、ｎ型層９およびｎ型の炭化珪素基板１を順次通って炭化珪素基板１の裏面のドレイン電極１１に到達することになる。
【００８１】
図１７に示す例では、電子は、テラス６の内部で走行することから、ライザ７によってその走行が妨げられずスムーズな電子の走行が可能となる。
【００８２】
図１８に、図１６に示す縦型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極およびゲート酸化膜の構成の他の一例の模式的な拡大平面図を示す。この構成例では、図中の矢印で示される電子の走行方向がテラス６の内部で行なわれるように、ソース電極１０、ゲート電極１３およびゲート酸化膜１２をすべて、隣り合うライザ７の間のテラス６の内部に形成している点に特徴がある。図１８に示す例においては、ソース電極１０の表面を円形状にして、ソース電極１０の外周を取り囲むようにゲート酸化膜１２を環状に形成し、その環状のゲート酸化膜１２の表面上に環状のゲート電極１３を形成している構成となっている。
【００８３】
ここで、電子は、図１８に示す矢印の方向に沿ってソース電極１０からｎ+型層１４、ｐ型層８、ｎ型層９およびｎ型の炭化珪素基板１を順次通って炭化珪素基板１の裏面のドレイン電極１１に到達することになる。
【００８４】
図１８に示す例においても、電子は、テラス６の内部で走行することから、ライザ７によってその走行が妨げられずスムーズな電子の走行が可能となる。
【００８５】
以上の図１５および図１７等を参照して説明したように、横型ＭＯＳＦＥＴおよび縦型ＭＯＳＦＥＴのそれぞれのＭＯＳＦＥＴの表面のチャネルにおける電子の走行がライザ７を跨がないようにすることによって、ＭＯＳＦＥＴの表面のチャネルにおける電子の走行がスムーズなものとなり、高電子移動度および大電流密度のＭＯＳＦＥＴを得ることができる。
【００８６】
また、以上の図１４および図１８等を参照して説明したように、横型ＭＯＳＦＥＴおよび縦型ＭＯＳＦＥＴのそれぞれのＭＯＳＦＥＴの表面のチャネルを隣り合うライザ７間のテラス６の内部に形成し、電子をテラス６の内部のみで走行させるようにすることによって、ＭＯＳＦＥＴの表面のチャネルにおける電子の走行がスムーズなものとなり、高電子移動度および大電流密度のＭＯＳＦＥＴを得ることができる。
【００８７】
なお、上記においては、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法を用いて得られた炭化珪素基板を用いて作製した半導体装置の例として、横型ＭＯＳＦＥＴおよび縦型ＭＯＳＦＥＴについて説明したが、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法を用いて得られた炭化珪素基板を用いて作製されている半導体装置であれば横型ＭＯＳＦＥＴおよび縦型ＭＯＳＦＥＴには限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００８８】
（実施例１）
まず、図１９のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真に示すように、炭化珪素基板の表面（（０００１）面）上にＵ字状のパターンを形成した。ここで、炭化珪素基板の表面は、炭化珪素結晶インゴットを＜１−１００＞方向にオフ角を有するようにスライスして形成したものである。また、Ｕ字状のパターンは、炭化珪素基板の表面の一部をエッチングにより除去して形成した。また、Ｕ字状のパターンの高さ（すなわち、炭化珪素基板の表面に形成されたＵ字部分の段差の高さ）は１．８４μｍであった。
【００８９】
次に、図１９に示すようにＵ字状のパターンが形成された２枚の炭化珪素基板の表面の間に４００μｍの厚さのシリコン基板が設置されるように２枚の炭化珪素基板でシリコン基板を挟んだ。
【００９０】
次に、シリコン基板の融点以上の温度である１７００℃にシリコン基板とそのシリコン基板を挟んだ２枚の炭化珪素基板とを加熱することによってシリコン基板を溶融させた。ここで、上記の加熱は、シリコン基板を挟んだ２枚の炭化珪素基板を加熱炉内に設置した後に、１７００℃のアルゴン雰囲気中で２０分間加熱することにより行なわれた。
【００９１】
次に、上記の加熱により溶融したシリコンが固化して形成された固化シリコンにより密着した２枚の炭化珪素基板をフッ硝酸（フッ酸の質量：硝酸の質量＝１：１）に浸漬させて、２枚の炭化珪素基板の間の固化シリコンを溶解することにより、２枚の炭化珪素基板を固化シリコンからそれぞれ分離した。
【００９２】
図２０に、上記処理前の炭化珪素基板の表面と、上記処理後の炭化珪素基板の表面とのＳＥＭ写真を示す。ここで、図２０の右側のＳＥＭ写真が上記処理前の炭化珪素基板の表面に該当し、図２０の左側のＳＥＭ写真が上記処理後の炭化珪素基板の表面に該当する。
【００９３】
図２０に示すように、図２０の右側のＳＥＭ写真におけるＵ字状のパターンの先端部の段差は、図２０の左側のＳＥＭ写真に示すように六角形状のテラスに再構成されており、幅の広いテラスが形成されていることがわかる。このテラスの幅（図２０の左右方向の長さ）は約１５μｍ程度であった。
【００９４】
したがって、上記処理によれば、炭化珪素基板の表面に（０００１）面の広いテラスが得られることが確認できた。
【００９５】
また、シリコン基板をシリコン原子の供給源として用いることによって、上記加熱時の炭化珪素基板の表面の再構成を活性化し、その結果、より幅の広い炭化珪素結晶の（０００１）面のテラスが形成できることが可能となった。
【００９６】
（実施例２）
まず、図２１のＳＥＭ写真に示すように、炭化珪素基板の（０００１）面である表面上に複数の溝を形成した。ここで、図２１に示すように、炭化珪素基板の表面に形成された複数の溝は所定の方向に伸びるようにして形成されている。
【００９７】
次に、図２１に示すように溝が形成された２枚の炭化珪素基板の間に４００μｍの厚さのシリコン基板が設置されるように２枚の炭化珪素基板でシリコン基板を挟んだ。
【００９８】
次に、実施例１と同様にして、シリコン基板を挟んだ２枚の炭化珪素基板を加熱炉内に設置した後に、１７００℃のアルゴン雰囲気中で２０分間加熱した。
【００９９】
次に、実施例１と同様にして、上記の加熱により溶融したシリコンが固化して形成された固化シリコンにより密着した２枚の炭化珪素基板をフッ硝酸（フッ酸の質量：硝酸の質量＝１：１）に浸漬させて、２枚の炭化珪素基板の間の固化シリコンを溶解することにより、２枚の炭化珪素基板を固化シリコンからそれぞれ分離した。
【０１００】
図２２に、上記処理後の炭化珪素基板の表面のＳＥＭ写真を示す。図２２に示すように、溝の側壁に相当する段差部分は、幅の広いテラスに再構成されており、この例においても、広い幅を有する（０００１）面のテラスが形成されることが確認された。
【０１０１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明によれば、より広い幅を有するテラスを形成することができる炭化珪素基板の表面処理方法およびその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明において炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置した状態の一例の模式的な断面図である。
【図２】図１に示す炭化珪素基板の表面の一例の模式的な平面図である。
【図３】図１に示す炭化珪素基板の表面の他の一例の模式的な平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶに沿った模式的な断面図である。
【図５】図１に示す炭化珪素基板の表面の他の一例の模式的な平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩに沿った模式的な断面図である。
【図７】本発明において炭化珪素基板の表面上の固体状シリコン上に蓋体を設置した状態の一例の模式的な断面図である。
【図８】本発明の炭化珪素基板の表面処理後の炭化珪素基板の一例の模式的な断面図である。
【図９】本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板の表面に形成されている段差の一例の模式的な拡大断面図である。
【図１０】図９に示す炭化珪素基板の表面について本発明の炭化珪素基板の表面処理を行なった後のテラスの一例の模式的な拡大断面図である。
【図１１】本発明において炭化珪素基板に形成された凸部が本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によってどのように変化するかを図解した模式的な拡大平面図である。
【図１２】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置としての横型ＭＯＳＦＥＴの一例の模式的な断面図である。
【図１３】横型ＭＯＳＦＥＴにおける電子の走行方向の好ましい一例を示す模式的な拡大平面図である。
【図１４】図１２に示す横型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極、ドレイン電極およびゲート酸化膜の構成の一例の模式的な拡大平面図である。
【図１５】図１２に示す横型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極、ドレイン電極およびゲート酸化膜の構成の他の一例の模式的な拡大平面図である。
【図１６】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置としての縦型ＭＯＳＦＥＴの一例の模式的な断面図である。
【図１７】図１６に示す縦型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極およびゲート酸化膜の構成の一例の模式的な拡大平面図である。
【図１８】図１６に示す縦型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極およびゲート酸化膜の構成の他の一例の模式的な拡大平面図である。
【図１９】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法の実施前の炭化珪素基板の表面の一例のＳＥＭ写真である。
【図２０】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法の実施前と実施後の炭化珪素基板の表面の一例のＳＥＭ写真である。
【図２１】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法の実施前の炭化珪素基板の表面の他の一例のＳＥＭ写真である。
【図２２】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法の実施後の炭化珪素基板の表面の他の一例のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 炭化珪素基板、２ 固体状シリコン、３ 溝、４ 凸部、４ａ，４ｂ 辺、５ 蓋材、８ ｐ型層、９，９ａ，９ｂ ｎ型層、１０ ソース電極、１１ ドレイン電極、１２ ゲート酸化膜、１３ ゲート電極、１４ ｎ+型層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素基板の表面処理方法および半導体装置に関し、特に、より広い幅を有するテラスを形成することができる炭化珪素基板の表面処理方法およびその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）はシリコン（Ｓｉ）に比べて、バンドギャップが約３倍、絶縁破壊電圧が約１０倍および電子飽和速度が約２倍大きく、シリコンにはない特性を有している。したがって、炭化珪素は、パワーデバイスの用途において非常に優れた物性を有している。そのため、炭化珪素を用いたパワーデバイスの研究が盛んに行なわれているが、炭化珪素を用いたパワーデバイスの中でもノーマリオフ構造を有するＭＯＳＦＥＴの研究が特に盛んに行なわれている。
【０００３】
炭化珪素は、シリコンと同様に熱酸化によって酸化膜を形成できることから、容易に半導体と絶縁膜との界面を形成することができる。
【０００４】
しかしながら、半導体である炭化珪素と絶縁膜である酸化膜との界面においては半導体としてシリコンを用いた場合と比べて、炭化珪素と酸化膜との界面における炭化珪素の界面準位密度が非常に大きくなるという問題があった。
【０００５】
したがって、炭化珪素を用いたＭＯＳＦＥＴにおいては、絶縁膜の直下の炭化珪素の表面を制御するため、炭化珪素の界面準位密度を低減することが必要であることから様々な手法が検討されている。
【０００６】
たとえば特許文献１には、炭化珪素の界面準位密度を低減する手法の一例が提案されている。通常、炭化珪素基板の表面は（０００１）面と所定の角度を有するオフ角をつけてスライスすることにより形成されるため、多くの欠陥が存在すると考えられる。
【０００７】
そこで、特許文献１の方法においては、炭化珪素基板の表面にシリコン膜を形成した後に加熱することによって、炭化珪素基板の表面が再構成されて、炭化珪素基板の表面には、水平方向に対して所定の角度に傾斜する（０００１）面からなるテラスが形成される。このテラスは、特許文献１の方法による処理前の炭化珪素基板の表面の（０００１）面の面積よりも広くなるように形成される。
【０００８】
このように特許文献１に記載の方法により表面処理を行なった炭化珪素基板を用いてＭＯＳＦＥＴを作製した場合には、テラスの形成により電子移動度の向上が確認され、絶縁膜との界面における炭化珪素の界面準位密度が低減できることが確認されている。
【特許文献１】特開２００７−１８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の方法で形成された炭化珪素基板の表面の（０００１）面であるテラスの幅は約１〜２μｍ程度となり、非常に狭いために、その改善が望まれていた。
【００１０】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、より広い幅を有するテラスを形成することができる炭化珪素基板の表面処理方法およびその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置する工程と、固体状シリコン上に蓋材を設置する工程と、蓋材の設置後に固体状シリコンが設置された炭化珪素基板を固体状シリコンの融点以上の温度に加熱して固体状シリコンを溶融させる工程と、固体状シリコンの溶融後に固化した固化シリコンから炭化珪素基板を分離する工程と、を含む炭化珪素基板の表面処理方法である。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置し、固体状シリコン上に蓋材を設置した状態で加熱することによって、炭化珪素基板の表面に十分な量のシリコンを供給することで炭化珪素基板の表面の再構成が活性化し、広いテラスの形成が可能となる。
【００１２】
ここで、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、蓋材が炭化珪素基板であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より効率的に炭化珪素基板の表面処理を行なうことができる。
【００１３】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、固化シリコンをフッ硝酸に浸漬させることにより除去することが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面を傷つけることなく、炭化珪素基板の表面処理を行なうことができる。
【００１４】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、固体状シリコンが、炭化珪素基板の表面上に堆積されたシリコン膜であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面処理を均一に行なうことができる。
【００１５】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、シリコン膜の厚さが１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面処理をより均一に行なうことができる。
【００１６】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、固体状シリコンが、シリコン基板であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板の表面処理をより好適に行なうことができる。
【００１７】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の表面上にシリコン膜を形成した後に固体状シリコンを設置することが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、炭化珪素基板と固体状シリコンとの濡れ性が向上し、炭化珪素基板の表面をより均一に処理することができる傾向にある。このとき、そのシリコン膜の厚さが１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。この場合には、炭化珪素基板の表面をさらに均一に処理することができる傾向にある。
【００１８】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の表面に段差が形成されていることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００１９】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、段差は炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向および＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向の少なくとも一方に伸びていることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００２０】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、段差の高さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００２１】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、段差が少なくとも２つ形成されており、隣り合う２つの段差の間隔が２０μｍ以下であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、結晶の自己整合を利用したテラスの結合による幅の広いテラスの形成が可能となる。
【００２２】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向または＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向に伸びる溝が少なくとも１つ形成されており、溝により段差が構成されていることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００２３】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向および＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向にそれぞれ辺を有する四角形を底面とする四角柱が少なくとも１つ形成されており、四角柱により段差が構成されていることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、結晶の自己整合を利用した幅の広いテラスの形成が可能となる。
【００２４】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板の表面が＜１−１００＞方向に対して１０°以下の範囲内で傾斜したオフ角を有するようにスライスして形成された（０００１）面であることが好ましい。このような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、直線性の良い、より広い幅のテラスの形成が可能となる。
【００２５】
また、本発明は、上記のいずれかの炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理が施された炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置である。このような本発明の半導体装置は、高電子移動度および高電流密度の半導体装置とすることができる。
【００２６】
また、本発明は、半導体装置がＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）であることが好ましい。このような本発明の半導体装置は、高電子移動度および高電流密度のＭＯＳＦＥＴとすることができる。
【００２７】
また、本発明は、ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行がライザを跨がないようにして行なわれる半導体装置である。このような本発明の半導体装置は、高電子移動度および高電流密度のＭＯＳＦＥＴとすることができる。
【００２８】
また、本発明は、ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行がテラスの内部で行なわれる半導体装置である。このような本発明の半導体装置は、高電子移動度および高電流密度のＭＯＳＦＥＴとすることができる。
【００２９】
なお、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法において、＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向には＜１−１００＞方向に対して傾斜していない方向（＜１−１００＞方向）が含まれる。
【００３０】
また、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法において、＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向には＜１１−２０＞方向に対して傾斜していない方向（＜１１−２０＞方向）が含まれる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、より広い幅を有するテラスを形成することができる炭化珪素基板の表面処理方法およびその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００３３】
（固体状シリコン設置工程）
本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、まず、図１の模式的断面図に示すように、炭化珪素基板１の表面上に固体状シリコン２を設置する工程が行なわれる。
【００３４】
ここで、固体状シリコン２は、固体であるシリコンであれば特に限定されないが、炭化珪素基板１の表面上に堆積されたシリコン膜であることが好ましい。固体状シリコン２が炭化珪素基板１の表面上に堆積されたシリコン膜である場合には、たとえば真空蒸着法またはスパッタリング法等の物理的蒸着法によって炭化珪素基板１の表面上に形成したシリコン膜とすることができる。
【００３５】
また、固体状シリコン２が炭化珪素基板１の表面上に堆積されたシリコン膜である場合には、固体状シリコン２の厚さｔが１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。炭化珪素基板１の表面上に堆積されたシリコン膜からなる固体状シリコン２の厚さｔが１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法における表面処理後の炭化珪素基板１の表面処理を均一に行なうことができる傾向にある。
【００３６】
また、固体状シリコン２としては、シリコン基板を用いることも好ましい。固体状シリコン２としてシリコン基板を用いる場合には、シリコン基板としてはたとえば単結晶シリコンからなる基板または多結晶シリコンからなる基板を用いることができる。また、固体状シリコン２がシリコン基板である場合には、固体状シリコン２の厚さｔが１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
なお、固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面は（０００１）面とすることが好ましい。
【００３８】
また、炭化珪素基板１の表面上にシリコン膜を形成した後に固体状シリコン２を設置することが好ましい。この場合には、炭化珪素基板１と固体状シリコン２との濡れ性が向上し、炭化珪素基板１の表面をより均一に処理することができる傾向にある。また、炭化珪素基板１と固体状シリコン２との間のシリコン膜の厚さは１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。この場合には、炭化珪素基板１の表面をさらに均一に処理することができる傾向にある。
【００３９】
図２に、図１に示す固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面の一例の模式的な平面図を示す。ここで、炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面には、直線状の４本の溝３が＜１１−２０＞方向に沿って伸びるようにして形成されている。また、溝３は、＜１１−２０＞方向に直交する方向である＜１−１００＞方向に配列するように１本ずつ所定の間隔をあけて形成されている。ここで、炭化珪素基板１の（０００１）面は、（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面であってもよく、＜１１−２０＞方向は＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよく、＜１−１００＞方向は＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよい。
【００４０】
図３に、図１に示す固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面の他の一例の模式的な平面図を示す。ここで、図３に示す炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面においては、直線状の溝３が＜１−１００＞方向に延びるようにして形成されている点で図２に示す炭化珪素基板１の表面と異なっている。すなわち、この例において、炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面には、直線状の４本の溝３が＜１−１００＞方向に沿って伸びるようにして形成されている。また、溝３は、＜１−１００＞方向に直交する方向である＜１１−２０＞方向に配列するように１本ずつ所定の間隔をあけて形成されている。ここでも、炭化珪素基板１の（０００１）面は、（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面であってもよく、＜１１−２０＞方向は＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよく、＜１−１００＞方向は＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよい。
【００４１】
本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面に段差が形成されていることが好ましい。ここで、炭化珪素基板１の表面に形成された段差としては、たとえば図２および図３に示すように、炭化珪素基板１の表面に形成された溝３の一方の側壁を含む段差等を挙げることができる。
【００４２】
ここで、炭化珪素基板１の表面に形成された段差がたとえば図２または図３に示すような溝３からなる場合には、たとえば図３のＩＶ−ＩＶに沿った模式的な断面図である図４に示す段差の高さ（溝３の深さ）ｈは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。この段差の高さ（溝３の深さ）ｈが０．１μｍ以上１０μｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる傾向にある。
【００４３】
また、炭化珪素基板１の表面に形成された段差がたとえば図２または図３に示すような溝３からなる場合には、たとえば図４に示す隣り合う２つの段差の間隔（溝３の底面の＜１１−２０＞方向の幅）ｄは２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。この段差間の間隔（溝３の底面の＜１１−２０＞方向の幅）ｄが２０μｍ以下である場合、好ましくは１０μｍ以下である場合、さらに好ましくは５μｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板１の表面処理時における結晶の自己整合によって、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる傾向にある。これは、後述する固体状シリコンの加熱工程時において隣り合う溝３同士が結合して、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅が広くなると考えられるためである。
【００４４】
図５に、図１に示す固体状シリコン２が設置される炭化珪素基板１の表面のさらに他の一例の模式的な平面図を示す。この炭化珪素基板１においては、炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面の＜１１−２０＞方向に辺４ａを有し、＜１−１００＞方向に辺４ｂを有する四角形状の表面を含む四角柱状に上方に突出したパターンである凸部４を有している。この例においては、炭化珪素基板１の表面に形成される段差としては凸部４の側部から構成される段差が挙げられる。ここで、炭化珪素基板１の（０００１）面は、（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面であってもよく、＜１１−２０＞方向は＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよく、＜１−１００＞方向は＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよい。
【００４５】
ここで、炭化珪素基板１の表面に形成された段差がたとえば図５に示すような凸部４の側部から構成される場合には、たとえば図５のＶＩ−ＶＩに沿った模式的な断面図である図６に示す段差の高さ（凸部４の高さ）ｈは０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。この段差の高さ（凸部４の高さ）ｈが０．１μｍ以上１０μｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる傾向にある。
【００４６】
また、炭化珪素基板１の表面に形成された段差がたとえば図５に示すような凸部４の側部から構成される場合には、たとえば図６に示す隣り合う２つの段差の間隔（隣り合う凸部４の側面間の＜１１−２０＞方向の距離）ｄは２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４７】
この段差の間隔（隣り合う凸部４の側面間の＜１１−２０＞方向の距離）ｄが２０μｍ以下である場合、好ましくは１０μｍ以下である場合、さらに好ましくは５μｍ以下である場合には、本発明の炭化珪素基板１の表面処理時における結晶の自己整合によって、本発明の炭化珪素基板１の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる傾向にある。これは、後述する固体状シリコンの加熱工程時において隣り合う溝３同士が結合してテラスの幅が広くなると考えられるためである。
【００４８】
また、本発明で用いられる炭化珪素基板１の表面は、＜１−１００＞方向に対して１０°以下の範囲内で傾斜したオフ角を有するようにスライスして形成された（０００１）面であることが好ましい。
【００４９】
このように炭化珪素基板１の（０００１）面となる表面が＜１−１００＞方向に対して１０°以下の範囲内で傾斜したオフ角を有するようにスライスして形成された（０００１）面である場合には、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅が大きくなる傾向にある。ここで、オフ角としては、炭化珪素基板１の表面の（０００１）面が水平方向に対してたとえば８°程度の角度の傾斜を有するようなオフ角とすることが好ましい。
【００５０】
（蓋材設置工程）
炭化珪素基板１の表面上に固体状シリコン２を設置する工程が行なわれた後には、たとえば図７の模式的断面図に示すように、固体状シリコン２上に蓋材５を設置する工程が行なわれる。
【００５１】
ここで、蓋材５の材質は特に限定されないが、蓋材５としては炭化珪素基板を用いることが好ましい。蓋材５として炭化珪素基板を用いた場合には、固体状シリコン２の両面に設置されている炭化珪素基板１および蓋材５である炭化珪素基板の２枚の炭化珪素基板のそれぞれの表面について本発明の表面処理を同時に行なうことができるため、本発明の炭化珪素基板の表面処理をより効率的に行なうことができる傾向にある。
【００５２】
なお、蓋材５として炭化珪素基板を用いた場合には、その蓋材５となる炭化珪素基板の表面にも上記で説明したような溝や凸部等からなる段差が形成されていることが好ましく、また、蓋材５となる炭化珪素基板の表面は、上記で説明したような角度のオフ角を有するようにスライスして露出した（０００１）面であることが好ましい。
【００５３】
（固体状シリコン加熱工程）
次に、図７に示すように炭化珪素基板１の表面上に設置された固体状シリコン２上に蓋材５を設置した後に、固体状シリコン２が設置された炭化珪素基板１を固体状シリコン２の融点以上の温度に加熱することによって固体状シリコン２を溶融させる工程が行なわれる。
【００５４】
これにより、炭化珪素基板１の表面上に設置された固体状シリコン２が加熱により溶融し、固体状シリコン２から炭化珪素基板１の表面にシリコン原子が供給されること等によって、炭化珪素基板１の表面の原子配列が再構成され、炭化珪素基板１の表面に（０００１）面の幅の広いテラスが形成されることになる。
【００５５】
ここで、固体状シリコン２の融点以上の温度としては、たとえば１４１４℃以上の温度が挙げられる。また、固体状シリコン２の加熱温度の上限は、加熱条件に合わせて適宜設定することができ、たとえば２０００℃程度とすることができる。また、固体状シリコン２の加熱方法は特に限定されず、たとえば従来から公知の加熱方法を用いることができる。
【００５６】
（炭化珪素基板分離工程）
次に、固体状シリコン２を加熱して溶融させた後に固化することにより形成された固化シリコンから炭化珪素基板１を分離する工程が行なわれる。
【００５７】
ここで、固化シリコンの除去は、たとえばフッ酸と硝酸との混合液であるフッ硝酸に固化シリコンを浸漬させることにより行なうことができる。これにより、固化シリコンがフッ硝酸に溶解して、固化シリコンから炭化珪素基板１を分離することができる。
【００５８】
固化シリコンから分離した後の炭化珪素基板１の表面には、たとえば図８の模式的断面図に示すように、炭化珪素結晶の（０００１）面であるテラス６とテラス６に隣接する面であるライザ７とが形成される。なお、図８における破線部は、本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板１の表面に形成されていた溝部分を図示している。
【００５９】
図９に、本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板１の表面に形成されている段差の一例の模式的な拡大断面図を示す。また、図１０に、図９に示す炭化珪素基板１の表面について本発明の炭化珪素基板の表面処理を行なった後のテラスの一例の模式的な拡大断面図を示す。
【００６０】
図９および図１０に示す例においても、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって、鉛直方向に形成されている炭化珪素基板１の表面の段差からその鉛直方向から所定の角度を形成して傾斜するように炭化珪素結晶の（０００１）面であるテラス６とテラス６に隣接する面であるライザ７とが形成されていることがわかる。
【００６１】
図１１に、本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板１の（０００１）面に＜１１−２０＞方向および＜１−１００＞方向にそれぞれ辺を有する四角形状の表面を含む四角柱状に上方に突出したパターンである凸部４が本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によってどのように変化するかを示した模式的な拡大平面図を示す。なお、図１１の左側の図面が本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板１の凸部４の表面形状を示しており、図１１の右側の図面が本発明の炭化珪素基板の表面処理後の炭化珪素基板１の凸部４の表面形状を示している。ここで、炭化珪素基板１の（０００１）面は、（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面であってもよく、＜１１−２０＞方向は＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよく、＜１−１００＞方向は＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向であってもよい。
【００６２】
図１１に示す例においては、六方晶である炭化珪素基板１の結晶構造に起因して、本発明の炭化珪素基板１の表面処理時における結晶の自己整合によって、本発明の炭化珪素基板の表面処理後に形成されるテラスの幅がより広くなる六角形状に形成される。
【００６３】
以上に例示されたような本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によれば、特許文献１に記載された方法によって得られる従来のテラスの幅である約１〜２μｍと比べてテラスの幅を大幅に広くすることができる。
【００６４】
これは、特許文献１の方法においては、炭化珪素基板の表面にシリコン膜を形成した後の加熱時にシリコン膜を構成するシリコンの大部分が蒸発してしまい、炭化珪素基板の表面の再構成に必要なシリコン原子をシリコン膜から十分に供給することができないと考えられる。しかしながら、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法においては、炭化珪素基板上の固体状シリコンに蓋材を設置した状態で固体状シリコンを加熱しているために固体状シリコンからのシリコンの蒸発を抑え、炭化珪素基板の表面の再構成に必要なシリコン原子を炭化珪素基板の表面に十分に供給することができているためと考えられる。
【００６５】
（横型ＭＯＳＦＥＴ）
図１２に、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置としての横型ＭＯＳＦＥＴの一例の模式的な断面図を示す。
【００６６】
ここで、この横型ＭＯＳＦＥＴは、ｎ型の炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１の表面上にｐ型炭化珪素結晶がエピタキシャル成長することにより形成されたｐ型層８と、ｐ型層８の表面の一部にｎ型ドーパントが拡散することにより形成されたｎ型層９ａと、ｎ型層９ａと所定の間隔をあけてｐ型層８の表面にｎ型ドーパントが拡散することにより形成されたｎ型層９ｂとを有している。
【００６７】
また、ｎ型層９ａの表面上にはソース電極１０が形成されており、ｎ型層９ｂの表面上にはドレイン電極１１が形成されている。また、ｐ型層８の表面上にはゲート酸化膜１２が形成されており、ゲート酸化膜１２の表面上にはゲート電極１３が形成されている。
【００６８】
この横型ＭＯＳＦＥＴには、上述した本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板１を用いていることから、炭化珪素基板１の表面には幅の広いテラスとそれに隣接するライザとが形成されており、そのエピタキシャル成長層となるｐ型層８の表面ならびにそのｐ型層８の表面に形成されたｎ型層９ａおよびｎ型層９ｂにも炭化珪素基板１の表面のテラスとそれに隣接するライザとが引き継がれることになる。
【００６９】
ここで、この横型ＭＯＳＦＥＴにおける電子の走行方向は、図１３の模式的拡大平面図の矢印に示されるように、幅の広いテラス６の形成方向に沿った方向とすることが好ましく、ライザ７と交差しない方向とすることが好ましい。これは、電子はテラス６の内部ではその進行を妨げられることなく移動することができるが、ライザ７は電子の進行を妨げるために電子のスムーズな移動が妨げられてしまうためである。
【００７０】
図１４に、横型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極、ドレイン電極およびゲート酸化膜の構成の一例の模式的な拡大平面図を示す。この構成例では、電子の走行がテラス６の内部で行なわれるように、ソース電極１０、ゲート電極１３、ドレイン電極１１およびゲート酸化膜１２のすべてをテラス６の内部に形成している点に特徴がある。
【００７１】
ここで、電子は、ソース電極１０からドレイン電極１１に矢印の方向に沿って進行することになる。このような構成とすることによって、横型ＭＯＳＦＥＴの電子のチャネルをテラス６の内部に形成することができることから、横型ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行をスムーズなものとすることができる点で好ましい。
【００７２】
すなわち、図１４に示す例においては、ライザ７は電子の走行方向と直交する方向に形成されているが、電子はライザ７間のテラス６の内部を走行するために電子の走行が妨げられずスムーズな電子の走行が可能となる。
【００７３】
図１５に、横型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極、ドレイン電極およびゲート酸化膜の構成の他の一例の模式的な拡大平面図を示す。この構成例においては、電子の走行がテラス６の内部で行なわれるように、電子の走行方向（図１５の矢印の方向）をライザ７の伸張方向と平行にして、ソース電極１０、ゲート電極１３、ドレイン電極１１およびゲート酸化膜１２を配置している点に特徴がある。ここで、電子は、ソース電極１０からドレイン電極１１に矢印の方向に沿って進行することになる。このような構成とすることによっても、横型ＭＯＳＦＥＴの電子のチャネルをテラス６の内部に形成することができることから、横型ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行をスムーズなものとすることができる点で好ましい。
【００７４】
すなわち、図１５に示す例においては、ライザ７は電子の走行方向と平行する方向に形成されているが、電子はライザ７間のテラス６の内部を走行するために電子の走行が妨げられずスムーズな電子の走行が可能となる。
【００７５】
（縦型ＭＯＳＦＥＴ）
図１６に、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置としての縦型ＭＯＳＦＥＴの一例の模式的な断面図を示す。
【００７６】
この縦型ＭＯＳＦＥＴは、ｎ型の炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１の表面上にｎ型炭化珪素結晶がエピタキシャル成長することにより形成されたｎ型層９と、ｎ型層９の表面の一部にｐ型ドーパントが拡散することにより形成されたｐ型層８と、ｐ型層８の表面の一部にｎ型ドーパントが高濃度で拡散することにより形成されたｎ+型層１４とを有している。ここで、ｎ+型層１４に含有されているｎ型ドーパント濃度は、ｎ型層９に含有されているｎ型ドーパント濃度よりも高くなっている。
【００７７】
ｎ+型層１４の表面上にはソース電極１０が形成されており、ｐ型層８の表面上にはゲート酸化膜１２が形成されている。また、ゲート酸化膜１２の表面上にはゲート電極１３が形成されている。さらに、炭化珪素基板１の裏面にはドレイン電極１１が形成されている。
【００７８】
この縦型ＭＯＳＦＥＴには、上述した本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板１を用いていることから、炭化珪素基板１の表面には幅の広いテラスとそれに隣接するライザとが形成されており、そのエピタキシャル成長層となるｎ型層９の表面ならびにそのｎ型層９の表面に形成されたｐ型層８およびｎ+型層１４にも炭化珪素基板１の表面のテラスとそれに隣接するライザとが引き継がれることになる。
【００７９】
図１７に、図１６に示す縦型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極およびゲート酸化膜の構成の一例の模式的な拡大平面図を示す。この構成例では、図中の矢印で示される電子の走行方向がライザ７の伸張方向と平行になるように構成して、電子の移動がテラス６の内部で行なわれるように、ソース電極１０、ゲート電極１３およびゲート酸化膜１２を形成している点に特徴がある。
【００８０】
ここで、電子は、図１７に示す矢印の方向に沿ってソース電極１０からｎ+型層１４、ｐ型層８、ｎ型層９およびｎ型の炭化珪素基板１を順次通って炭化珪素基板１の裏面のドレイン電極１１に到達することになる。
【００８１】
図１７に示す例では、電子は、テラス６の内部で走行することから、ライザ７によってその走行が妨げられずスムーズな電子の走行が可能となる。
【００８２】
図１８に、図１６に示す縦型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極およびゲート酸化膜の構成の他の一例の模式的な拡大平面図を示す。この構成例では、図中の矢印で示される電子の走行方向がテラス６の内部で行なわれるように、ソース電極１０、ゲート電極１３およびゲート酸化膜１２をすべて、隣り合うライザ７の間のテラス６の内部に形成している点に特徴がある。図１８に示す例においては、ソース電極１０の表面を円形状にして、ソース電極１０の外周を取り囲むようにゲート酸化膜１２を環状に形成し、その環状のゲート酸化膜１２の表面上に環状のゲート電極１３を形成している構成となっている。
【００８３】
ここで、電子は、図１８に示す矢印の方向に沿ってソース電極１０からｎ+型層１４、ｐ型層８、ｎ型層９およびｎ型の炭化珪素基板１を順次通って炭化珪素基板１の裏面のドレイン電極１１に到達することになる。
【００８４】
図１８に示す例においても、電子は、テラス６の内部で走行することから、ライザ７によってその走行が妨げられずスムーズな電子の走行が可能となる。
【００８５】
以上の図１５および図１７等を参照して説明したように、横型ＭＯＳＦＥＴおよび縦型ＭＯＳＦＥＴのそれぞれのＭＯＳＦＥＴの表面のチャネルにおける電子の走行がライザ７を跨がないようにすることによって、ＭＯＳＦＥＴの表面のチャネルにおける電子の走行がスムーズなものとなり、高電子移動度および大電流密度のＭＯＳＦＥＴを得ることができる。
【００８６】
また、以上の図１４および図１８等を参照して説明したように、横型ＭＯＳＦＥＴおよび縦型ＭＯＳＦＥＴのそれぞれのＭＯＳＦＥＴの表面のチャネルを隣り合うライザ７間のテラス６の内部に形成し、電子をテラス６の内部のみで走行させるようにすることによって、ＭＯＳＦＥＴの表面のチャネルにおける電子の走行がスムーズなものとなり、高電子移動度および大電流密度のＭＯＳＦＥＴを得ることができる。
【００８７】
なお、上記においては、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法を用いて得られた炭化珪素基板を用いて作製した半導体装置の例として、横型ＭＯＳＦＥＴおよび縦型ＭＯＳＦＥＴについて説明したが、本発明の炭化珪素基板の表面処理方法を用いて得られた炭化珪素基板を用いて作製されている半導体装置であれば横型ＭＯＳＦＥＴおよび縦型ＭＯＳＦＥＴには限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００８８】
（実施例１）
まず、図１９のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真に示すように、炭化珪素基板の表面（（０００１）面）上にＵ字状のパターンを形成した。ここで、炭化珪素基板の表面は、炭化珪素結晶インゴットを＜１−１００＞方向にオフ角を有するようにスライスして形成したものである。また、Ｕ字状のパターンは、炭化珪素基板の表面の一部をエッチングにより除去して形成した。また、Ｕ字状のパターンの高さ（すなわち、炭化珪素基板の表面に形成されたＵ字部分の段差の高さ）は１．８４μｍであった。
【００８９】
次に、図１９に示すようにＵ字状のパターンが形成された２枚の炭化珪素基板の表面の間に４００μｍの厚さのシリコン基板が設置されるように２枚の炭化珪素基板でシリコン基板を挟んだ。
【００９０】
次に、シリコン基板の融点以上の温度である１７００℃にシリコン基板とそのシリコン基板を挟んだ２枚の炭化珪素基板とを加熱することによってシリコン基板を溶融させた。ここで、上記の加熱は、シリコン基板を挟んだ２枚の炭化珪素基板を加熱炉内に設置した後に、１７００℃のアルゴン雰囲気中で２０分間加熱することにより行なわれた。
【００９１】
次に、上記の加熱により溶融したシリコンが固化して形成された固化シリコンにより密着した２枚の炭化珪素基板をフッ硝酸（フッ酸の質量：硝酸の質量＝１：１）に浸漬させて、２枚の炭化珪素基板の間の固化シリコンを溶解することにより、２枚の炭化珪素基板を固化シリコンからそれぞれ分離した。
【００９２】
図２０に、上記処理前の炭化珪素基板の表面と、上記処理後の炭化珪素基板の表面とのＳＥＭ写真を示す。ここで、図２０の右側のＳＥＭ写真が上記処理前の炭化珪素基板の表面に該当し、図２０の左側のＳＥＭ写真が上記処理後の炭化珪素基板の表面に該当する。
【００９３】
図２０に示すように、図２０の右側のＳＥＭ写真におけるＵ字状のパターンの先端部の段差は、図２０の左側のＳＥＭ写真に示すように六角形状のテラスに再構成されており、幅の広いテラスが形成されていることがわかる。このテラスの幅（図２０の左右方向の長さ）は約１５μｍ程度であった。
【００９４】
したがって、上記処理によれば、炭化珪素基板の表面に（０００１）面の広いテラスが得られることが確認できた。
【００９５】
また、シリコン基板をシリコン原子の供給源として用いることによって、上記加熱時の炭化珪素基板の表面の再構成を活性化し、その結果、より幅の広い炭化珪素結晶の（０００１）面のテラスが形成できることが可能となった。
【００９６】
（実施例２）
まず、図２１のＳＥＭ写真に示すように、炭化珪素基板の（０００１）面である表面上に複数の溝を形成した。ここで、図２１に示すように、炭化珪素基板の表面に形成された複数の溝は所定の方向に伸びるようにして形成されている。
【００９７】
次に、図２１に示すように溝が形成された２枚の炭化珪素基板の間に４００μｍの厚さのシリコン基板が設置されるように２枚の炭化珪素基板でシリコン基板を挟んだ。
【００９８】
次に、実施例１と同様にして、シリコン基板を挟んだ２枚の炭化珪素基板を加熱炉内に設置した後に、１７００℃のアルゴン雰囲気中で２０分間加熱した。
【００９９】
次に、実施例１と同様にして、上記の加熱により溶融したシリコンが固化して形成された固化シリコンにより密着した２枚の炭化珪素基板をフッ硝酸（フッ酸の質量：硝酸の質量＝１：１）に浸漬させて、２枚の炭化珪素基板の間の固化シリコンを溶解することにより、２枚の炭化珪素基板を固化シリコンからそれぞれ分離した。
【０１００】
図２２に、上記処理後の炭化珪素基板の表面のＳＥＭ写真を示す。図２２に示すように、溝の側壁に相当する段差部分は、幅の広いテラスに再構成されており、この例においても、広い幅を有する（０００１）面のテラスが形成されることが確認された。
【０１０１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明によれば、より広い幅を有するテラスを形成することができる炭化珪素基板の表面処理方法およびその炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理された炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明において炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置した状態の一例の模式的な断面図である。
【図２】図１に示す炭化珪素基板の表面の一例の模式的な平面図である。
【図３】図１に示す炭化珪素基板の表面の他の一例の模式的な平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶに沿った模式的な断面図である。
【図５】図１に示す炭化珪素基板の表面の他の一例の模式的な平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩに沿った模式的な断面図である。
【図７】本発明において炭化珪素基板の表面上の固体状シリコン上に蓋体を設置した状態の一例の模式的な断面図である。
【図８】本発明の炭化珪素基板の表面処理後の炭化珪素基板の一例の模式的な断面図である。
【図９】本発明の炭化珪素基板の表面処理前の炭化珪素基板の表面に形成されている段差の一例の模式的な拡大断面図である。
【図１０】図９に示す炭化珪素基板の表面について本発明の炭化珪素基板の表面処理を行なった後のテラスの一例の模式的な拡大断面図である。
【図１１】本発明において炭化珪素基板に形成された凸部が本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によってどのように変化するかを図解した模式的な拡大平面図である。
【図１２】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置としての横型ＭＯＳＦＥＴの一例の模式的な断面図である。
【図１３】横型ＭＯＳＦＥＴにおける電子の走行方向の好ましい一例を示す模式的な拡大平面図である。
【図１４】図１２に示す横型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極、ドレイン電極およびゲート酸化膜の構成の一例の模式的な拡大平面図である。
【図１５】図１２に示す横型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極、ドレイン電極およびゲート酸化膜の構成の他の一例の模式的な拡大平面図である。
【図１６】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法によって得られた炭化珪素基板を用いて作製された半導体装置としての縦型ＭＯＳＦＥＴの一例の模式的な断面図である。
【図１７】図１６に示す縦型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極およびゲート酸化膜の構成の一例の模式的な拡大平面図である。
【図１８】図１６に示す縦型ＭＯＳＦＥＴのソース電極、ゲート電極およびゲート酸化膜の構成の他の一例の模式的な拡大平面図である。
【図１９】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法の実施前の炭化珪素基板の表面の一例のＳＥＭ写真である。
【図２０】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法の実施前と実施後の炭化珪素基板の表面の一例のＳＥＭ写真である。
【図２１】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法の実施前の炭化珪素基板の表面の他の一例のＳＥＭ写真である。
【図２２】本発明の炭化珪素基板の表面処理方法の実施後の炭化珪素基板の表面の他の一例のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 炭化珪素基板、２ 固体状シリコン、３ 溝、４ 凸部、４ａ，４ｂ 辺、５ 蓋材、８ ｐ型層、９，９ａ，９ｂ ｎ型層、１０ ソース電極、１１ ドレイン電極、１２ ゲート酸化膜、１３ ゲート電極、１４ ｎ+型層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置する工程と、
前記固体状シリコン上に蓋材を設置する工程と、
前記蓋材の設置後に前記固体状シリコンが設置された前記炭化珪素基板を前記固体状シリコンの融点以上の温度に加熱して前記固体状シリコンを溶融させる工程と、
前記固体状シリコンの前記溶融後に固化した固化シリコンから前記炭化珪素基板を分離する工程と、
を含む、炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項２】
前記蓋材が炭化珪素基板であることを特徴とする、請求項１に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項３】
前記固化シリコンをフッ硝酸に浸漬させることにより除去することを特徴とする、請求項１または２に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項４】
前記固体状シリコンが、前記炭化珪素基板の表面上に堆積されたシリコン膜であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項５】
前記シリコン膜の厚さが１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項６】
前記固体状シリコンが、シリコン基板であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項７】
前記炭化珪素基板の表面上にシリコン膜を形成した後に前記固体状シリコンを設置することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項８】
前記シリコン膜の厚さが１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項７に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項９】
前記炭化珪素基板の表面に段差が形成されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１０】
前記段差は、前記炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向および＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向の少なくとも一方に伸びていることを特徴とする、請求項９に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１１】
前記段差の高さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項９または１０に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１２】
前記段差が少なくとも２つ形成されており、隣り合う２つの前記段差の間隔が２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１３】
前記炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向または＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向に伸びる溝が少なくとも１つ形成されており、前記溝により前記段差が構成されていることを特徴とする、請求項９から１２のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１４】
前記炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向および＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向にそれぞれ辺を有する四角形を底面とする四角柱が少なくとも１つ形成されており、前記四角柱により前記段差が構成されていることを特徴とする、請求項９から１３のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１５】
前記炭化珪素基板の表面が＜１−１００＞方向に対して１０°以下の範囲内で傾斜したオフ角を有するようにスライスして形成された（０００１）面であることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理が施された炭化珪素基板を用いて作製された、半導体装置。
【請求項１７】
前記半導体装置がＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする、請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行がライザを跨がないようにして行なわれることを特徴とする、請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行がテラスの内部で行なわれることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の半導体装置。
【請求項１】
炭化珪素基板の表面上に固体状シリコンを設置する工程と、
前記固体状シリコン上に蓋材を設置する工程と、
前記蓋材の設置後に前記固体状シリコンが設置された前記炭化珪素基板を前記固体状シリコンの融点以上の温度に加熱して前記固体状シリコンを溶融させる工程と、
前記固体状シリコンの前記溶融後に固化した固化シリコンから前記炭化珪素基板を分離する工程と、
を含む、炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項２】
前記蓋材が炭化珪素基板であることを特徴とする、請求項１に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項３】
前記固化シリコンをフッ硝酸に浸漬させることにより除去することを特徴とする、請求項１または２に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項４】
前記固体状シリコンが、前記炭化珪素基板の表面上に堆積されたシリコン膜であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項５】
前記シリコン膜の厚さが１ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項６】
前記固体状シリコンが、シリコン基板であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項７】
前記炭化珪素基板の表面上にシリコン膜を形成した後に前記固体状シリコンを設置することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項８】
前記シリコン膜の厚さが１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項７に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項９】
前記炭化珪素基板の表面に段差が形成されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１０】
前記段差は、前記炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向および＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向の少なくとも一方に伸びていることを特徴とする、請求項９に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１１】
前記段差の高さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項９または１０に記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１２】
前記段差が少なくとも２つ形成されており、隣り合う２つの前記段差の間隔が２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１３】
前記炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向または＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向に伸びる溝が少なくとも１つ形成されており、前記溝により前記段差が構成されていることを特徴とする、請求項９から１２のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１４】
前記炭化珪素基板の（０００１）面若しくは（０００１）面から１０°以下の範囲内で傾斜した表面に＜１−１００＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向および＜１１−２０＞方向に対して±５°の範囲内で傾斜した方向にそれぞれ辺を有する四角形を底面とする四角柱が少なくとも１つ形成されており、前記四角柱により前記段差が構成されていることを特徴とする、請求項９から１３のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１５】
前記炭化珪素基板の表面が＜１−１００＞方向に対して１０°以下の範囲内で傾斜したオフ角を有するようにスライスして形成された（０００１）面であることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の炭化珪素基板の表面処理方法により表面処理が施された炭化珪素基板を用いて作製された、半導体装置。
【請求項１７】
前記半導体装置がＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする、請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行がライザを跨がないようにして行なわれることを特徴とする、請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記ＭＯＳＦＥＴのチャネルにおける電子の走行がテラスの内部で行なわれることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−１７０４５７（Ｐ２００９−１７０４５７Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３４７５（Ｐ２００８−３４７５）
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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