立方晶炭化珪素膜の製造方法
【課題】横方向結晶成長における横方向成長速度が縦方向成長速度と同等の成長速度を維持することにより、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜を形成させることのできる立方晶炭化珪素膜の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板２の表面２ａに立方晶炭化珪素層１１を形成する工程と、立方晶炭化珪素層１１を選択除去し、結晶成長領域の結晶方位面が｛１００｝面となる所望のパターンの立方晶炭化珪素シード層１１ａを形成する工程と、この立方晶炭化珪素シード層１１ａ上に立方晶炭化珪素を成長させる工程と、を有する。
【解決手段】シリコン基板２の表面２ａに立方晶炭化珪素層１１を形成する工程と、立方晶炭化珪素層１１を選択除去し、結晶成長領域の結晶方位面が｛１００｝面となる所望のパターンの立方晶炭化珪素シード層１１ａを形成する工程と、この立方晶炭化珪素シード層１１ａ上に立方晶炭化珪素を成長させる工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立方晶炭化珪素膜の製造方法に関し、特に、ワイドバンドギャップ半導体として期待される炭化珪素（ＳｉＣ）半導体に好適に用いられ、立方晶炭化珪素薄膜をシリコン基板上に成長させる立方晶炭化珪素膜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珪素（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、立方晶炭化珪素の格子定数は、４．３５９オングストロームと、立方晶シリコンの格子定数（５．４３０７オングストローム）と比べて２０％程度も小さい。それ故に、単結晶成長させた立方晶炭化珪素中に格子不整合に起因する多くのボイドやミスフィット転移が生じ易く、高品位の立方晶炭化珪素を成長させることが困難であった。
そこで、シリコン基板と立方晶炭化珪素との格子定数差（格子ミスマッチ）を緩和させる方法として、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造を利用する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
この方法は、所定の厚みの表面シリコン層（Ｓｉ層）と酸化珪素からなる埋め込み絶縁物（Ｉ層）を有するＳＯＩ基板を加熱炉内に設置し、この加熱炉内に水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを供給しつつ、加熱炉内の雰囲気温度を上昇させて、ＳＯＩ基板に形成された表面シリコン層を単結晶炭化珪素膜に変性させる方法である。この方法では、表面シリコン層を全て炭化させることで得られた単結晶炭化珪素膜は、単結晶シリコン基板と物理的に分離して軟化し易い埋め込み絶縁物（Ｉ層）と接触することとなるので、格子不整合に起因する応力が緩和されるとともに、結晶欠陥が抑制された単結晶炭化珪素膜を形成することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２４２４８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、上述した従来のＳＯＩ構造を利用する方法では、表面シリコン層を全て炭化させるためには、その膜厚を１０ｎｍ程度以下に薄膜化する必要があるが、このような膜厚の表面シリコン層を埋め込み絶縁層上に形成することが難しく、したがって、このような均一性に優れたＳＯＩ構造の基板を作製することは容易ではないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、均一性に優れ、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜を形成させることのできる立方晶炭化珪素膜の製造方法を提供することを目的とする。
【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に、本発明は以下の立方晶炭化珪素膜の製造方法を採用した。
すなわち、本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面に立方晶炭化珪素膜を形成する立方晶炭化珪素膜の製造方法であって、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面に第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程と、前記第１の立方晶炭化珪素層を選択除去し、表面、第１の側面及び前記第１の側面に交差する第２の側面の結晶方位面が｛１００｝面となるパターンの第２の立方晶炭化珪素層を形成する工程と、前記第２の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させる工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
これにより、結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させることとなり、横方向結晶成長（ＥＬＯ）における横方向成長速度を縦方向成長速度と同等の成長速度に維持することができる。したがって、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜を形成することができる。
【００１０】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記パターンの形状は、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面から見て、正方形または長方形であることを特徴とする。
この立方晶炭化珪素膜の製造方法では、パターンの形状を、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面から見て、正方形または長方形としたことにより、前記立方晶炭化珪素層上の結晶成長領域の結晶方位面は全て｛１００｝面となる。これにより、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができる。
【００１１】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記パターンの第２の立方晶炭化珪素層を形成する工程の後に、前記パターンの第２の立方晶炭化珪素層をマスクとして、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去し、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面に複数の凹部を形成する工程と、前記複数の凹部の表面を含む前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面を熱酸化することによって、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の上に酸化珪素を含む絶縁膜を形成する工程とを有し、前記第２の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させる工程を、前記絶縁膜の上に結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素膜を成膜し、前記絶縁膜と前記立方晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する工程としたことを特徴とする。
【００１２】
この立方晶炭化珪素膜の製造方法では、前記パターンの立方晶炭化珪素層をマスクとして、シリコン基板または単結晶シリコン膜を選択除去し、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面に複数の凹部を形成し、次いで、複数の凹部の表面を含むシリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面を熱酸化することにより、シリコン基板または単結晶シリコン膜の上に酸化珪素を含む絶縁膜を形成する。
そして、絶縁膜の上端部に立方晶炭化珪素を成長させ、絶縁膜の上に結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素膜を成膜するとともに、絶縁膜と立方晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する。
これにより、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面、及び複数の凹部の内面に形成される絶縁膜の応力緩和効果が高まる。したがって、絶縁膜におけるシリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面との格子不整合に起因する応力の影響を低減することができ、結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素膜を等方的に成長させることができる。
【００１３】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去する工程は、四フッ化炭素または六フッ化硫黄を主成分とするガスを用いて前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去する工程であることを特徴とする。
この立方晶炭化珪素膜の製造方法では、四フッ化炭素または六フッ化硫黄を主成分とするガスを用いてシリコン基板または単結晶シリコン膜を選択除去する。
これにより、シリコン基板または単結晶シリコン膜におけるパターニング精度が向上し、その結果、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面の複数の凹部の加工精度も向上する。
【００１４】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程は、モノメチルシランを含むガスを用いて前記第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程であることを特徴とする。
この単結晶炭化珪素膜の製造方法では、立方晶炭化珪素層をモノメチルシランを含むガスを用いて形成したことにより、得られた立方晶炭化珪素層の膜質が均質化され、欠陥等も少ない。これにより、欠陥等が少なく、均質化された立方晶炭化珪素層を形成することができる。
【００１５】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記正方形または長方形の一辺は、前記シリコン基板のオリエンテーションフラットに対して４５°傾斜してなることを特徴とする。
この立方晶炭化珪素膜の製造方法では、正方形または長方形の一辺を、シリコン基板のオリエンテーションフラットに対して４５°傾斜してなることとしたので、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法により得られた立方晶炭化珪素膜付き基材を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法を示す過程図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法に用いられるパターンを示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法を示す過程図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法に用いられるパターンを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法を実施するための形態について説明する。
本実施形態においては、発明の内容の説明を容易にするために、構造上の各部分の形状等については、適宜、実際の形状と異ならせてある。
【００１８】
本実施形態の説明にあたり、まず、前提となる技術について説明する。
本発明者は、シリコン基板の表面に形成された所望のパターンの炭化珪素層をマスクとしてシリコン基板を選択除去することにより、このシリコン基板の表面に複数の凹部を形成し、次いで、これらの凹部を含むシリコン基板の表面を熱酸化することにより、シリコン基板の上に酸化珪素を含む絶縁膜を形成し、次いで、この絶縁膜の上端部に立方晶炭化珪素を成長させ、この絶縁膜の上に立方晶炭化珪素膜を成膜するとともに、この絶縁膜と立方晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する方法を検討している。
【００１９】
この方法は、シリコン基板から独立したＳＯＩ構造をプロセス的に構築する方法であり、横方向結晶成長（ＥＬＯ：Epitaxial Lateral Overgrowth）させることで、シリコン基板と立方晶炭化珪素との格子定数差（格子ミスマッチ）を緩和させることができる。
しかしながら、この方法においては、横方向結晶成長の際に、結晶の成長速度が成長する面方位に依存することがわかった。
例えば、横方向へ成長する面の方位が｛１１０｝面の場合、面方位が｛１１１｝面のファセットが形成され、成長速度が著しく低下してしまうこととなる。
この場合、結晶成長が縦方向のみに速く成長し、横方向へは殆ど成長しないことから、横方向同士の成長端が会合して膜となるのに非常に時間がかかることとなり、したがって、広いパターンでの低欠陥領域を得ることが困難になるという問題点がある。
【００２０】
この低欠陥領域を得るためには、かなり厚みのある膜を堆積しなければならず、薄厚の立方晶炭化珪素膜を得ることが難しいという問題点がある。
そこで、本発明の実施形態では、横方向結晶成長における横方向成長速度が縦方向成長速度と同等の成長速度を維持することにより、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜を形成させることのできる立方晶炭化珪素膜の製造方法について説明する。
【００２１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法により得られた立方晶炭化珪素膜付き基材１を示す断面図である。
この立方晶炭化珪素膜付き基材１は、シリコン基板２の表面に複数の凹部３が互いに隣接して形成され、これら凹部３の全面に酸化珪素を主成分とする絶縁膜４が形成され、この絶縁膜４に形成された凹部５の側壁部分の上面は平坦面６とされている。
この凹部３の形状は、ライン状、島状等、必要に応じて適宜選択される。
そして、この平坦面６上には、結晶方位面が｛１００｝面の厚みのある立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）膜７が接合され、この立方晶炭化珪素膜７の下側の凹部５は空孔とされている。
【００２２】
この立方晶炭化珪素膜付き基材１では、複数の凹部３の全面に酸化珪素を主成分とする絶縁膜４を形成したことにより、この絶縁膜４上に形成された立方晶炭化珪素膜７は、絶縁膜４のみで支えられることとなり、シリコン基板２の表面に絶縁膜４を介して立方晶炭化珪素膜７が形成されたＳＯＩ構造となる。
このＳＯＩ構造では、絶縁膜４がシリコン基板２と立方晶炭化珪素膜７との間の格子不整合を緩和する緩衝層となるので、立方晶炭化珪素膜７におけるシリコン基板２からの格子定数の影響が小さくなる。
【００２３】
この絶縁膜４の厚みは、ＳＯＩ構造を十分確保することができる厚みであればよく、特に制限はしないが、ＳＯＩ構造における電気的特性等を考慮すると、概ね３００ｎｍ程度が好ましい。
また、この絶縁膜４の凹部５の側壁部分である平坦面６の幅は、ＳＯＩ構造を十分確保することができる程度の機械的強度を有すればよく、この絶縁膜４とシリコン基板２及び立方晶炭化珪素膜７との間の機械的強度を考慮すると、概ね５００ｎｍ程度が好ましい。
【００２４】
また、ＳＯＩ構造以外の部分は、空孔となる凹部５を有する絶縁膜４が主要となるＳＯＮ（Silicon On Nothing）構造となるので、絶縁膜４があまり軟化しなかった場合においても、絶縁膜４の応力緩和効果が高まり、絶縁膜４におけるシリコン基板２の表面との格子不整合に起因する応力の影響が低減される。これにより、絶縁膜４上に形成される立方晶炭化珪素膜７の結晶欠陥が抑制され、よって、結晶欠陥が抑制された立方晶炭化珪素膜７を有する立方晶炭化珪素膜付き基材１を提供することが可能になる。
【００２５】
さらに、このＳＯＮ構造の部分は、立方晶炭化珪素が平坦面６上から凹部５上に向かうように、横方向に結晶成長したＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）状態となるが、このＥＬＯ状態では、結晶成長方向が横方向及び縦方向の等方向となるので、結晶の成長速度が成長する面方位に依存する虞がなくなり、したがって、広いパターンでの低欠陥領域を得ることができる。
その結果、シリコン基板２の表面に、広いパターンでの低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜７を形成することが可能となり、大面積の立方晶炭化珪素膜付き基材１が実現可能となる。
【００２６】
次に、この立方晶炭化珪素膜付き基材１を製造する方法について、図２〜図４に基づき説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、エピタキシャル成長用のＣＶＤ（Chemical Vapor Depodition）装置のチャンバー内に洗浄したシリコン基板２を導入し、次いで、このチャンバー内を真空ポンプを用いて十分真空に引いた後、シリコン基板２を例えば６００℃にまで加熱する。次いで、このシリコン基板２の表面温度を６００℃に保持した状態で、このシリコン基板２上にモノメチルシランガスを３．０ｓｃｃｍの流速にて導入し、この流速を保った状態でシリコン基板２を加熱して、その表面温度を、例えば１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃にて１８０分間維持する。これにより、シリコン基板２の表面２ａ全面に、結晶方位面が｛１００｝面であり、厚みが３００ｎｍの立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）シード層（立方晶炭化珪素層）１１が形成される。
【００２７】
次いで、図２（ｂ）に示すように、この立方晶炭化珪素シード層１１上にレジスト１２を塗布し、フォトリソグラフィ法によりレジスト１２を所望のパターン、例えば、図３に示すように、一辺が１μｍの正方形パターン１３を格子点状にパターニングする。
これらの正方形パターン１３の各辺は、シリコン基板２のオリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂに対して所定の角度θ傾斜している。シリコン基板２のオリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂにおける結晶方位面は｛１１０｝面であるから、これを考慮して、正方形パターン１３の各辺をオリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂに対して４５°傾斜させている。
【００２８】
次いで、このレジスト１２ａをマスクとして、立方晶炭化珪素シード層１１にＮＦ３ガスを用いたドライエッチングを施す。これにより、立方晶炭化珪素シード層１１は所望のパターン、例えば、図３に示す正方形パターン１３と同一形状かつ格子点状にパターニングされ結晶成長する全ての面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層１１ａとなり、この立方晶炭化珪素シード層１１ａの開口部１５ではシリコン基板２の表面２ａの一部が露出することとなる。
【００２９】
次いで、図２（ｃ）に示すように、パターニングされたレジスト１２ａ及び立方晶炭化珪素シード層１１ａをマスクとして、シリコン基板２の表面２ａが露出した部分に四フッ化炭素（ＣＦ４）または六フッ化硫黄（ＳＦ６）を主成分とするガスを用いたドライエッチングを施し、この表面２ａが露出した部分を等方的にエッチングする。これにより、シリコン基板２の表面２ａが露出した部分に断面半円形状の凹部１６が形成されるとともに、マスクとなったレジスト１２ａ及び立方晶炭化珪素シード層１１ａの下部に残存するシリコンの幅Ｗを、例えば、６００ｎｍとする。
【００３０】
次いで、図４（ａ）に示すように、レジスト１２ａを除去した後、熱酸化炉に導入し、例えば１０５０℃の水蒸気を用いた水蒸気熱酸化法により、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面、下部のシリコン基板２の表面２ａ及び露出部分である凹部１３の内面を酸化する。そして、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面に絶縁膜２１を、立方晶炭化珪素シード層１１ａ下部のシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に絶縁膜２２を、それぞれ形成する。
【００３１】
この水蒸気熱酸化法では、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面が酸化し難く、かつシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面が酸化し易いことから、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面の絶縁膜２１の厚みは、立方晶炭化珪素シード層１１ａ下部のシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に形成される絶縁膜２２の厚みと比べて薄いものとなる。
厚みの具体的な数値の一例を挙げると、立方晶炭化珪素シード層１１ａに形成された絶縁膜２１の厚みは概ね５０ｎｍ、シリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に形成された絶縁膜２２の厚みは概ね６００ｎｍである。
ここでは、隣接する凹部１６の表面から成長する絶縁膜２２が立方晶炭化珪素シード層１１ａの下部で結合することにより、この絶縁膜２２が複数の凹部１６上を覆うこととなり、また、この絶縁膜２２上に立方晶炭化珪素シード層１１ａが載る形になる。
【００３２】
次いで、図４（ｂ）に示すように、フッ化水素（ＨＦ）５％水溶液を用いたウエットエッチングにより、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面の絶縁膜２１を除去するとともに、立方晶炭化珪素シード層１１ａ下部のシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に形成された絶縁膜２２の膜厚を調製する。
このウエットエッチングでは、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面の絶縁膜２１の厚みが、立方晶炭化珪素シード層１１ａ下部のシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に形成された絶縁膜２２の厚みより薄いので、絶縁膜２２の厚みが所望の厚みにまでエッチングされる間に、絶縁膜２１が立方晶炭化珪素シード層１１ａから完全に除去されることとなり、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面に絶縁膜２１が残ることは無い。
【００３３】
このようにして、ウエットエッチングにより所定の厚みに調製された絶縁膜２２は絶縁膜４となり、この絶縁膜４の凹部５の側壁部分の上面である平坦面６の幅Ｗ’は、ＳＯＩ構造を十分確保することができる程度の機械的強度を確保するために、概ね５００ｎｍ程度に調製される。
【００３４】
このようにして得られた立方晶炭化珪素シード層１１ａ及び絶縁膜４を有するシリコン基板２を、再度、エピタキシャル成長用のＣＶＤ装置のチャンバー内に導入し、次いで、このチャンバー内を真空ポンプを用いて十分真空に引いた後、基板温度を、例えば１０５０℃にまで上昇させ、基板の表面温度を１０５０℃に保持した状態で、モノメチルシランガスを３．０ｓｃｃｍの流速にて導入する。そして、図４（ｃ）に示すように、モノメチルシランガスの流速を保った状態で、結晶成長する全ての面が｛１００｝の立方晶炭化珪素シード層１１ａを核として立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）を所望の膜厚まで成長させ、立方晶炭化珪素膜７とする。
【００３５】
この立方晶炭化珪素成長過程では、立方晶炭化珪素シード層１１ａの結晶方位面が｛１００｝面であることから、立方晶炭化珪素は、立方晶炭化珪素シード層１１ａを核として横方向及び縦方向に等方的に成長することとなる。
これにより、結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層１１ａに立方晶炭化珪素を成長させることとなり、横方向結晶成長（ＥＬＯ）における横方向成長速度を縦方向成長速度と同等の成長速度に維持することができる。したがって、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜７をシリコン基板２の表面に形成することが可能となる。
以上により、空孔とされた凹部５を含むシリコン基板２上に立方晶炭化珪素膜７が接合された立方晶炭化珪素膜付き基材１を作製することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の立方晶炭化珪素膜付き基材１の製造方法によれば、シリコン基板２の表面２ａに立方晶炭化珪素シード層１１を形成し、この立方晶炭化珪素シード層１１を、正方形パターン１３を格子点状にパターニングしたレジスト１２ａをマスクとして、立方晶炭化珪素シード層１１をドライエッチングにより格子点状にパターニングされた結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層１１ａを形成する。そして、この立方晶炭化珪素シード層１１ａ上に立方晶炭化珪素を成長させるので、横方向結晶成長（ＥＬＯ）における横方向成長速度を縦方向成長速度と同等の成長速度に維持することができる。したがって、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜７を形成することができる。
【００３７】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法に用いられるパターンを示す平面図であり、本実施形態のパターンが第１の実施形態のパターンと異なる点は、第１の実施形態では、一辺が１μｍの正方形パターン１３を格子点状にパターニングしたのに対し、本実施形態では、縦１μｍ、横６μｍの長方形パターン３１を１μｍの間隔で互いに平行にパターニングした点である。
これらの長方形パターン３１の各辺は、シリコン基板２のオリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂに対して所定の角度θ傾斜している。ここでは、４５°傾斜している。
【００３８】
本実施形態では、長方形パターン３１をパターニングしたレジスト３２をマスクとして、立方晶炭化珪素シード層１１にＮＦ３ガスを用いたドライエッチングを施すことにより、立方晶炭化珪素シード層１１を長方形パターン３１と同一形状かつ互いに平行にパターニングされた結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層となる。
そして、長方形パターン３１と同一形状かつ互いに平行にパターニングされた立方晶炭化珪素シード層を核として、立方晶炭化珪素を所望の膜厚まで成長させ、立方晶炭化珪素膜とする。
【００３９】
この立方晶炭化珪素成長過程では、立方晶炭化珪素シード層の結晶方位面が｛１００｝面であることから、立方晶炭化珪素は、長方形パターン３１と同一形状かつ互いに平行にパターニングされた立方晶炭化珪素シード層を核として横方向及び縦方向に等方的に成長することとなる。
これにより、結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層に立方晶炭化珪素を成長させることとなり、横方向結晶成長（ＥＬＯ）における横方向成長速度を縦方向成長速度と同等の成長速度に維持することができる。したがって、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜をシリコン基板の表面に形成することが可能となる。
【００４０】
本実施形態の立方晶炭化珪素膜付き基材の製造方法においても、第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法と同様の作用・効果を奏することができる。
【００４１】
なお、本発明の各実施形態では、正方形パターン１３の各辺及び長方形パターン３１の各辺を、シリコン基板２のオリエンテーションフラット２ｂに対して４５°傾斜させたこととしたが、オリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂが４５°ずれたシリコン基板を用いれば、正方形パターン１３の各辺及び長方形パターン３１の各辺を、シリコン基板２のオリエンテーションフラット２ｂに対して傾斜させる必要がない。
また、立方晶炭化珪素膜７上に窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶膜をエピタキシャル成長させれば、非常に高品質の窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶膜を実現することができる。
さらに、この立方晶炭化珪素膜付き基材１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】
【００４２】
１…立方晶炭化珪素膜付き基材、２…シリコン基板、２ａ…表面、２ｂ…オリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）、３…凹部、４…絶縁膜、５…凹部、６…平坦面、７…立方晶炭化珪素膜、１１…立方晶炭化珪素シード層、１３…正方形パターン、２１、２２…絶縁膜、３２…長方形パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立方晶炭化珪素膜の製造方法に関し、特に、ワイドバンドギャップ半導体として期待される炭化珪素（ＳｉＣ）半導体に好適に用いられ、立方晶炭化珪素薄膜をシリコン基板上に成長させる立方晶炭化珪素膜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珪素（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、立方晶炭化珪素の格子定数は、４．３５９オングストロームと、立方晶シリコンの格子定数（５．４３０７オングストローム）と比べて２０％程度も小さい。それ故に、単結晶成長させた立方晶炭化珪素中に格子不整合に起因する多くのボイドやミスフィット転移が生じ易く、高品位の立方晶炭化珪素を成長させることが困難であった。
そこで、シリコン基板と立方晶炭化珪素との格子定数差（格子ミスマッチ）を緩和させる方法として、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造を利用する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
この方法は、所定の厚みの表面シリコン層（Ｓｉ層）と酸化珪素からなる埋め込み絶縁物（Ｉ層）を有するＳＯＩ基板を加熱炉内に設置し、この加熱炉内に水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを供給しつつ、加熱炉内の雰囲気温度を上昇させて、ＳＯＩ基板に形成された表面シリコン層を単結晶炭化珪素膜に変性させる方法である。この方法では、表面シリコン層を全て炭化させることで得られた単結晶炭化珪素膜は、単結晶シリコン基板と物理的に分離して軟化し易い埋め込み絶縁物（Ｉ層）と接触することとなるので、格子不整合に起因する応力が緩和されるとともに、結晶欠陥が抑制された単結晶炭化珪素膜を形成することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２４２４８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、上述した従来のＳＯＩ構造を利用する方法では、表面シリコン層を全て炭化させるためには、その膜厚を１０ｎｍ程度以下に薄膜化する必要があるが、このような膜厚の表面シリコン層を埋め込み絶縁層上に形成することが難しく、したがって、このような均一性に優れたＳＯＩ構造の基板を作製することは容易ではないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、均一性に優れ、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜を形成させることのできる立方晶炭化珪素膜の製造方法を提供することを目的とする。
【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に、本発明は以下の立方晶炭化珪素膜の製造方法を採用した。
すなわち、本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面に立方晶炭化珪素膜を形成する立方晶炭化珪素膜の製造方法であって、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面に第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程と、前記第１の立方晶炭化珪素層を選択除去し、表面、第１の側面及び前記第１の側面に交差する第２の側面の結晶方位面が｛１００｝面となるパターンの第２の立方晶炭化珪素層を形成する工程と、前記第２の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させる工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
これにより、結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させることとなり、横方向結晶成長（ＥＬＯ）における横方向成長速度を縦方向成長速度と同等の成長速度に維持することができる。したがって、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜を形成することができる。
【００１０】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記パターンの形状は、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面から見て、正方形または長方形であることを特徴とする。
この立方晶炭化珪素膜の製造方法では、パターンの形状を、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面から見て、正方形または長方形としたことにより、前記立方晶炭化珪素層上の結晶成長領域の結晶方位面は全て｛１００｝面となる。これにより、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができる。
【００１１】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記パターンの第２の立方晶炭化珪素層を形成する工程の後に、前記パターンの第２の立方晶炭化珪素層をマスクとして、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去し、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面に複数の凹部を形成する工程と、前記複数の凹部の表面を含む前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面を熱酸化することによって、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の上に酸化珪素を含む絶縁膜を形成する工程とを有し、前記第２の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させる工程を、前記絶縁膜の上に結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素膜を成膜し、前記絶縁膜と前記立方晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する工程としたことを特徴とする。
【００１２】
この立方晶炭化珪素膜の製造方法では、前記パターンの立方晶炭化珪素層をマスクとして、シリコン基板または単結晶シリコン膜を選択除去し、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面に複数の凹部を形成し、次いで、複数の凹部の表面を含むシリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面を熱酸化することにより、シリコン基板または単結晶シリコン膜の上に酸化珪素を含む絶縁膜を形成する。
そして、絶縁膜の上端部に立方晶炭化珪素を成長させ、絶縁膜の上に結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素膜を成膜するとともに、絶縁膜と立方晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する。
これにより、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面、及び複数の凹部の内面に形成される絶縁膜の応力緩和効果が高まる。したがって、絶縁膜におけるシリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面との格子不整合に起因する応力の影響を低減することができ、結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素膜を等方的に成長させることができる。
【００１３】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去する工程は、四フッ化炭素または六フッ化硫黄を主成分とするガスを用いて前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去する工程であることを特徴とする。
この立方晶炭化珪素膜の製造方法では、四フッ化炭素または六フッ化硫黄を主成分とするガスを用いてシリコン基板または単結晶シリコン膜を選択除去する。
これにより、シリコン基板または単結晶シリコン膜におけるパターニング精度が向上し、その結果、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面の複数の凹部の加工精度も向上する。
【００１４】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程は、モノメチルシランを含むガスを用いて前記第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程であることを特徴とする。
この単結晶炭化珪素膜の製造方法では、立方晶炭化珪素層をモノメチルシランを含むガスを用いて形成したことにより、得られた立方晶炭化珪素層の膜質が均質化され、欠陥等も少ない。これにより、欠陥等が少なく、均質化された立方晶炭化珪素層を形成することができる。
【００１５】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法は、前記正方形または長方形の一辺は、前記シリコン基板のオリエンテーションフラットに対して４５°傾斜してなることを特徴とする。
この立方晶炭化珪素膜の製造方法では、正方形または長方形の一辺を、シリコン基板のオリエンテーションフラットに対して４５°傾斜してなることとしたので、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法により得られた立方晶炭化珪素膜付き基材を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法を示す過程図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法に用いられるパターンを示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法を示す過程図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法に用いられるパターンを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の立方晶炭化珪素膜の製造方法を実施するための形態について説明する。
本実施形態においては、発明の内容の説明を容易にするために、構造上の各部分の形状等については、適宜、実際の形状と異ならせてある。
【００１８】
本実施形態の説明にあたり、まず、前提となる技術について説明する。
本発明者は、シリコン基板の表面に形成された所望のパターンの炭化珪素層をマスクとしてシリコン基板を選択除去することにより、このシリコン基板の表面に複数の凹部を形成し、次いで、これらの凹部を含むシリコン基板の表面を熱酸化することにより、シリコン基板の上に酸化珪素を含む絶縁膜を形成し、次いで、この絶縁膜の上端部に立方晶炭化珪素を成長させ、この絶縁膜の上に立方晶炭化珪素膜を成膜するとともに、この絶縁膜と立方晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する方法を検討している。
【００１９】
この方法は、シリコン基板から独立したＳＯＩ構造をプロセス的に構築する方法であり、横方向結晶成長（ＥＬＯ：Epitaxial Lateral Overgrowth）させることで、シリコン基板と立方晶炭化珪素との格子定数差（格子ミスマッチ）を緩和させることができる。
しかしながら、この方法においては、横方向結晶成長の際に、結晶の成長速度が成長する面方位に依存することがわかった。
例えば、横方向へ成長する面の方位が｛１１０｝面の場合、面方位が｛１１１｝面のファセットが形成され、成長速度が著しく低下してしまうこととなる。
この場合、結晶成長が縦方向のみに速く成長し、横方向へは殆ど成長しないことから、横方向同士の成長端が会合して膜となるのに非常に時間がかかることとなり、したがって、広いパターンでの低欠陥領域を得ることが困難になるという問題点がある。
【００２０】
この低欠陥領域を得るためには、かなり厚みのある膜を堆積しなければならず、薄厚の立方晶炭化珪素膜を得ることが難しいという問題点がある。
そこで、本発明の実施形態では、横方向結晶成長における横方向成長速度が縦方向成長速度と同等の成長速度を維持することにより、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜を形成させることのできる立方晶炭化珪素膜の製造方法について説明する。
【００２１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法により得られた立方晶炭化珪素膜付き基材１を示す断面図である。
この立方晶炭化珪素膜付き基材１は、シリコン基板２の表面に複数の凹部３が互いに隣接して形成され、これら凹部３の全面に酸化珪素を主成分とする絶縁膜４が形成され、この絶縁膜４に形成された凹部５の側壁部分の上面は平坦面６とされている。
この凹部３の形状は、ライン状、島状等、必要に応じて適宜選択される。
そして、この平坦面６上には、結晶方位面が｛１００｝面の厚みのある立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）膜７が接合され、この立方晶炭化珪素膜７の下側の凹部５は空孔とされている。
【００２２】
この立方晶炭化珪素膜付き基材１では、複数の凹部３の全面に酸化珪素を主成分とする絶縁膜４を形成したことにより、この絶縁膜４上に形成された立方晶炭化珪素膜７は、絶縁膜４のみで支えられることとなり、シリコン基板２の表面に絶縁膜４を介して立方晶炭化珪素膜７が形成されたＳＯＩ構造となる。
このＳＯＩ構造では、絶縁膜４がシリコン基板２と立方晶炭化珪素膜７との間の格子不整合を緩和する緩衝層となるので、立方晶炭化珪素膜７におけるシリコン基板２からの格子定数の影響が小さくなる。
【００２３】
この絶縁膜４の厚みは、ＳＯＩ構造を十分確保することができる厚みであればよく、特に制限はしないが、ＳＯＩ構造における電気的特性等を考慮すると、概ね３００ｎｍ程度が好ましい。
また、この絶縁膜４の凹部５の側壁部分である平坦面６の幅は、ＳＯＩ構造を十分確保することができる程度の機械的強度を有すればよく、この絶縁膜４とシリコン基板２及び立方晶炭化珪素膜７との間の機械的強度を考慮すると、概ね５００ｎｍ程度が好ましい。
【００２４】
また、ＳＯＩ構造以外の部分は、空孔となる凹部５を有する絶縁膜４が主要となるＳＯＮ（Silicon On Nothing）構造となるので、絶縁膜４があまり軟化しなかった場合においても、絶縁膜４の応力緩和効果が高まり、絶縁膜４におけるシリコン基板２の表面との格子不整合に起因する応力の影響が低減される。これにより、絶縁膜４上に形成される立方晶炭化珪素膜７の結晶欠陥が抑制され、よって、結晶欠陥が抑制された立方晶炭化珪素膜７を有する立方晶炭化珪素膜付き基材１を提供することが可能になる。
【００２５】
さらに、このＳＯＮ構造の部分は、立方晶炭化珪素が平坦面６上から凹部５上に向かうように、横方向に結晶成長したＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）状態となるが、このＥＬＯ状態では、結晶成長方向が横方向及び縦方向の等方向となるので、結晶の成長速度が成長する面方位に依存する虞がなくなり、したがって、広いパターンでの低欠陥領域を得ることができる。
その結果、シリコン基板２の表面に、広いパターンでの低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜７を形成することが可能となり、大面積の立方晶炭化珪素膜付き基材１が実現可能となる。
【００２６】
次に、この立方晶炭化珪素膜付き基材１を製造する方法について、図２〜図４に基づき説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、エピタキシャル成長用のＣＶＤ（Chemical Vapor Depodition）装置のチャンバー内に洗浄したシリコン基板２を導入し、次いで、このチャンバー内を真空ポンプを用いて十分真空に引いた後、シリコン基板２を例えば６００℃にまで加熱する。次いで、このシリコン基板２の表面温度を６００℃に保持した状態で、このシリコン基板２上にモノメチルシランガスを３．０ｓｃｃｍの流速にて導入し、この流速を保った状態でシリコン基板２を加熱して、その表面温度を、例えば１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃にて１８０分間維持する。これにより、シリコン基板２の表面２ａ全面に、結晶方位面が｛１００｝面であり、厚みが３００ｎｍの立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）シード層（立方晶炭化珪素層）１１が形成される。
【００２７】
次いで、図２（ｂ）に示すように、この立方晶炭化珪素シード層１１上にレジスト１２を塗布し、フォトリソグラフィ法によりレジスト１２を所望のパターン、例えば、図３に示すように、一辺が１μｍの正方形パターン１３を格子点状にパターニングする。
これらの正方形パターン１３の各辺は、シリコン基板２のオリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂに対して所定の角度θ傾斜している。シリコン基板２のオリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂにおける結晶方位面は｛１１０｝面であるから、これを考慮して、正方形パターン１３の各辺をオリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂに対して４５°傾斜させている。
【００２８】
次いで、このレジスト１２ａをマスクとして、立方晶炭化珪素シード層１１にＮＦ３ガスを用いたドライエッチングを施す。これにより、立方晶炭化珪素シード層１１は所望のパターン、例えば、図３に示す正方形パターン１３と同一形状かつ格子点状にパターニングされ結晶成長する全ての面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層１１ａとなり、この立方晶炭化珪素シード層１１ａの開口部１５ではシリコン基板２の表面２ａの一部が露出することとなる。
【００２９】
次いで、図２（ｃ）に示すように、パターニングされたレジスト１２ａ及び立方晶炭化珪素シード層１１ａをマスクとして、シリコン基板２の表面２ａが露出した部分に四フッ化炭素（ＣＦ４）または六フッ化硫黄（ＳＦ６）を主成分とするガスを用いたドライエッチングを施し、この表面２ａが露出した部分を等方的にエッチングする。これにより、シリコン基板２の表面２ａが露出した部分に断面半円形状の凹部１６が形成されるとともに、マスクとなったレジスト１２ａ及び立方晶炭化珪素シード層１１ａの下部に残存するシリコンの幅Ｗを、例えば、６００ｎｍとする。
【００３０】
次いで、図４（ａ）に示すように、レジスト１２ａを除去した後、熱酸化炉に導入し、例えば１０５０℃の水蒸気を用いた水蒸気熱酸化法により、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面、下部のシリコン基板２の表面２ａ及び露出部分である凹部１３の内面を酸化する。そして、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面に絶縁膜２１を、立方晶炭化珪素シード層１１ａ下部のシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に絶縁膜２２を、それぞれ形成する。
【００３１】
この水蒸気熱酸化法では、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面が酸化し難く、かつシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面が酸化し易いことから、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面の絶縁膜２１の厚みは、立方晶炭化珪素シード層１１ａ下部のシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に形成される絶縁膜２２の厚みと比べて薄いものとなる。
厚みの具体的な数値の一例を挙げると、立方晶炭化珪素シード層１１ａに形成された絶縁膜２１の厚みは概ね５０ｎｍ、シリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に形成された絶縁膜２２の厚みは概ね６００ｎｍである。
ここでは、隣接する凹部１６の表面から成長する絶縁膜２２が立方晶炭化珪素シード層１１ａの下部で結合することにより、この絶縁膜２２が複数の凹部１６上を覆うこととなり、また、この絶縁膜２２上に立方晶炭化珪素シード層１１ａが載る形になる。
【００３２】
次いで、図４（ｂ）に示すように、フッ化水素（ＨＦ）５％水溶液を用いたウエットエッチングにより、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面の絶縁膜２１を除去するとともに、立方晶炭化珪素シード層１１ａ下部のシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に形成された絶縁膜２２の膜厚を調製する。
このウエットエッチングでは、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面の絶縁膜２１の厚みが、立方晶炭化珪素シード層１１ａ下部のシリコン基板２の表面２ａ及び凹部１６の内面に形成された絶縁膜２２の厚みより薄いので、絶縁膜２２の厚みが所望の厚みにまでエッチングされる間に、絶縁膜２１が立方晶炭化珪素シード層１１ａから完全に除去されることとなり、立方晶炭化珪素シード層１１ａの表面に絶縁膜２１が残ることは無い。
【００３３】
このようにして、ウエットエッチングにより所定の厚みに調製された絶縁膜２２は絶縁膜４となり、この絶縁膜４の凹部５の側壁部分の上面である平坦面６の幅Ｗ’は、ＳＯＩ構造を十分確保することができる程度の機械的強度を確保するために、概ね５００ｎｍ程度に調製される。
【００３４】
このようにして得られた立方晶炭化珪素シード層１１ａ及び絶縁膜４を有するシリコン基板２を、再度、エピタキシャル成長用のＣＶＤ装置のチャンバー内に導入し、次いで、このチャンバー内を真空ポンプを用いて十分真空に引いた後、基板温度を、例えば１０５０℃にまで上昇させ、基板の表面温度を１０５０℃に保持した状態で、モノメチルシランガスを３．０ｓｃｃｍの流速にて導入する。そして、図４（ｃ）に示すように、モノメチルシランガスの流速を保った状態で、結晶成長する全ての面が｛１００｝の立方晶炭化珪素シード層１１ａを核として立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）を所望の膜厚まで成長させ、立方晶炭化珪素膜７とする。
【００３５】
この立方晶炭化珪素成長過程では、立方晶炭化珪素シード層１１ａの結晶方位面が｛１００｝面であることから、立方晶炭化珪素は、立方晶炭化珪素シード層１１ａを核として横方向及び縦方向に等方的に成長することとなる。
これにより、結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層１１ａに立方晶炭化珪素を成長させることとなり、横方向結晶成長（ＥＬＯ）における横方向成長速度を縦方向成長速度と同等の成長速度に維持することができる。したがって、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜７をシリコン基板２の表面に形成することが可能となる。
以上により、空孔とされた凹部５を含むシリコン基板２上に立方晶炭化珪素膜７が接合された立方晶炭化珪素膜付き基材１を作製することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の立方晶炭化珪素膜付き基材１の製造方法によれば、シリコン基板２の表面２ａに立方晶炭化珪素シード層１１を形成し、この立方晶炭化珪素シード層１１を、正方形パターン１３を格子点状にパターニングしたレジスト１２ａをマスクとして、立方晶炭化珪素シード層１１をドライエッチングにより格子点状にパターニングされた結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層１１ａを形成する。そして、この立方晶炭化珪素シード層１１ａ上に立方晶炭化珪素を成長させるので、横方向結晶成長（ＥＬＯ）における横方向成長速度を縦方向成長速度と同等の成長速度に維持することができる。したがって、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜７を形成することができる。
【００３７】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法に用いられるパターンを示す平面図であり、本実施形態のパターンが第１の実施形態のパターンと異なる点は、第１の実施形態では、一辺が１μｍの正方形パターン１３を格子点状にパターニングしたのに対し、本実施形態では、縦１μｍ、横６μｍの長方形パターン３１を１μｍの間隔で互いに平行にパターニングした点である。
これらの長方形パターン３１の各辺は、シリコン基板２のオリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂに対して所定の角度θ傾斜している。ここでは、４５°傾斜している。
【００３８】
本実施形態では、長方形パターン３１をパターニングしたレジスト３２をマスクとして、立方晶炭化珪素シード層１１にＮＦ３ガスを用いたドライエッチングを施すことにより、立方晶炭化珪素シード層１１を長方形パターン３１と同一形状かつ互いに平行にパターニングされた結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層となる。
そして、長方形パターン３１と同一形状かつ互いに平行にパターニングされた立方晶炭化珪素シード層を核として、立方晶炭化珪素を所望の膜厚まで成長させ、立方晶炭化珪素膜とする。
【００３９】
この立方晶炭化珪素成長過程では、立方晶炭化珪素シード層の結晶方位面が｛１００｝面であることから、立方晶炭化珪素は、長方形パターン３１と同一形状かつ互いに平行にパターニングされた立方晶炭化珪素シード層を核として横方向及び縦方向に等方的に成長することとなる。
これにより、結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素シード層に立方晶炭化珪素を成長させることとなり、横方向結晶成長（ＥＬＯ）における横方向成長速度を縦方向成長速度と同等の成長速度に維持することができる。したがって、等方的に立方晶炭化珪素を成長させることができ、その結果、より広い低欠陥領域を有する立方晶炭化珪素膜をシリコン基板の表面に形成することが可能となる。
【００４０】
本実施形態の立方晶炭化珪素膜付き基材の製造方法においても、第１の実施形態の立方晶炭化珪素膜の製造方法と同様の作用・効果を奏することができる。
【００４１】
なお、本発明の各実施形態では、正方形パターン１３の各辺及び長方形パターン３１の各辺を、シリコン基板２のオリエンテーションフラット２ｂに対して４５°傾斜させたこととしたが、オリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）２ｂが４５°ずれたシリコン基板を用いれば、正方形パターン１３の各辺及び長方形パターン３１の各辺を、シリコン基板２のオリエンテーションフラット２ｂに対して傾斜させる必要がない。
また、立方晶炭化珪素膜７上に窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶膜をエピタキシャル成長させれば、非常に高品質の窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶膜を実現することができる。
さらに、この立方晶炭化珪素膜付き基材１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】
【００４２】
１…立方晶炭化珪素膜付き基材、２…シリコン基板、２ａ…表面、２ｂ…オリエンテーションフラット（Ｏ／Ｆ）、３…凹部、４…絶縁膜、５…凹部、６…平坦面、７…立方晶炭化珪素膜、１１…立方晶炭化珪素シード層、１３…正方形パターン、２１、２２…絶縁膜、３２…長方形パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面に立方晶炭化珪素膜を形成する立方晶炭化珪素膜の製造方法であって、
前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面に第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程と、
前記第１の立方晶炭化珪素層を選択除去し、表面、第１の側面及び前記第１の側面に交差する第２の側面の結晶方位面が｛１００｝面となるパターンの第２の立方晶炭化珪素層を形成する工程と、
前記第２の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させる工程と、
を有することを特徴とする立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項２】
前記パターンの形状は、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面の上から見て、正方形または長方形であることを特徴とする請求項１記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項３】
前記パターンの第２の立方晶炭化珪素層を形成する工程の後に、
前記パターンの第２の立方晶炭化珪素層をマスクとして、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去し、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面に複数の凹部を形成する工程と、
前記複数の凹部の表面を含む前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面を熱酸化することによって、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の上に酸化珪素を含む絶縁膜を形成する工程とを有し、
前記第２の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させる工程を、前記絶縁膜の上に結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素膜を成膜し、前記絶縁膜と前記立方晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する工程としたことを特徴とする請求項１または２記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項４】
前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去する工程は、四フッ化炭素または六フッ化硫黄を主成分とするガスを用いて前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去する工程であることを特徴とする請求項３記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項５】
前記第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程は、モノメチルシランを含むガスを用いて前記第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項６】
前記正方形または長方形の一辺は、前記シリコン基板のオリエンテーションフラットに対して４５°傾斜してなることを特徴とする請求項２記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項１】
シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面に立方晶炭化珪素膜を形成する立方晶炭化珪素膜の製造方法であって、
前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面に第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程と、
前記第１の立方晶炭化珪素層を選択除去し、表面、第１の側面及び前記第１の側面に交差する第２の側面の結晶方位面が｛１００｝面となるパターンの第２の立方晶炭化珪素層を形成する工程と、
前記第２の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させる工程と、
を有することを特徴とする立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項２】
前記パターンの形状は、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面の上から見て、正方形または長方形であることを特徴とする請求項１記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項３】
前記パターンの第２の立方晶炭化珪素層を形成する工程の後に、
前記パターンの第２の立方晶炭化珪素層をマスクとして、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去し、前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面に複数の凹部を形成する工程と、
前記複数の凹部の表面を含む前記シリコン基板の表面または前記単結晶シリコン膜の表面を熱酸化することによって、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の上に酸化珪素を含む絶縁膜を形成する工程とを有し、
前記第２の立方晶炭化珪素層上に立方晶炭化珪素を成長させる工程を、前記絶縁膜の上に結晶方位面が｛１００｝面の立方晶炭化珪素膜を成膜し、前記絶縁膜と前記立方晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する工程としたことを特徴とする請求項１または２記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項４】
前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去する工程は、四フッ化炭素または六フッ化硫黄を主成分とするガスを用いて前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜を選択除去する工程であることを特徴とする請求項３記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項５】
前記第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程は、モノメチルシランを含むガスを用いて前記第１の立方晶炭化珪素層を形成する工程であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項６】
前記正方形または長方形の一辺は、前記シリコン基板のオリエンテーションフラットに対して４５°傾斜してなることを特徴とする請求項２記載の立方晶炭化珪素膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０４６０２（Ｐ２０１２−２０４６０２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７７８０（Ｐ２０１１−６７７８０）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【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２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]