(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の上または基板の上に形成された単結晶シリコン膜の上に単結晶炭化珪素膜が形成された単結晶炭化珪素膜付き基材であって、
前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の上に形成される酸化珪素を含む絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成される前記単結晶炭化珪素膜と、を含み、
前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜には前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面から形成される複数の凹部が配置され、
前記複数の凹部の上に前記絶縁膜が配置され、
前記絶縁膜の上端部に前記単結晶炭化珪素膜が配置され、
前記複数の凹部の上の前記絶縁膜と前記単結晶炭化珪素膜とに囲まれた複数の空孔を含むことを特徴とする単結晶炭化珪素膜付き基材。
【請求項２】
前記単結晶炭化珪素膜は、立方晶炭化珪素を含む薄膜であることを特徴とする請求項１記載の単結晶炭化珪素膜付き基材。
【請求項３】
シリコン基板の表面または基板の上に形成された単結晶シリコン膜の表面に単結晶炭化珪素膜を形成する単結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炭化珪素層を形成する工程と、
前記炭化珪素層を選択除去する工程と、
前記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から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から熱酸化することにより、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面および前記炭化珪素層の表面に酸化珪素を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記炭化珪素層の表面の前記絶縁膜を除去する工程と、
前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面の前記絶縁膜の上端部に単結晶炭化珪素を成長させ、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面の前記絶縁膜の上に前記単結晶炭化珪素膜を成膜するとともに、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面の前記絶縁膜と前記単結晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する工程と、を有することを特徴とする単結晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項４】
前記炭化珪素層は、モノメチルシランを主成分とするガスにより形成してなることを特徴とする請求項３記載の単結晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項５】
前記炭化珪素層の選択除去に、三フッ化窒素を主成分とするガスを用いることを特徴とする請求項３または４記載の単結晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項６】
前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の選択除去に、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ることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項記載の単結晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項７】
前記単結晶炭化珪素の成長に、モノメチルシランを主成分とするガスを用いることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項記載の単結晶炭化珪素膜の製造方法。
【請求項８】
請求項３ないし７のいずれか１項記載の単結晶炭化珪素膜の製造方法を含むことを特徴とする単結晶炭化珪素膜付き基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイドバンドギャップ半導体材料である単結晶炭化珪素膜がシリコン基板上または基板上に形成された単結晶シリコン膜上に形成された単結晶炭化珪素膜付き基材及び単結晶炭化珪素膜の製造方法並びに単結晶炭化珪素膜付き基材の製造方法に関し、特に、立方晶炭化珪素薄膜をシリコン基板上に形成した単結晶炭化珪素膜付き基材、及び立方晶炭化珪素薄膜をシリコン基板上に形成する単結晶炭化珪素膜の製造方法、並びに、単結晶炭化珪素膜付き基材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オングストロームであり、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％程度も小さいことから、単結晶成長させた立方晶炭化珪素中に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、所定の厚さの表面シリコン層（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基板の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、薄い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】
加えて、単結晶炭化珪素膜は、単結晶シリコン基板とは接触しない構造となったものの、酸化珪素からなる埋め込み絶縁層と接していることに変わりはなく、したがって、単結晶炭化珪素膜の成長温度である１１００℃付近の温度では、酸化珪素が十分に軟化し難く、応力緩和効果を十分に発揮することができないという問題点があった。
このように、エピタキシャル成長時に十分高品位の単結晶炭化珪素膜を成長させるために、単結晶炭化珪素膜に対してより格子不整合に起因する応力の影響を小さくする単結晶炭化珪素膜、及び単結晶炭化珪素膜の製造方法が望まれていた。
【０００８】
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、シリコン基板または基板上に形成された単結晶シリコン膜との格子不整合に起因する応力の影響が小さく、結晶欠陥が抑制された高品位の単結晶炭化珪素膜を有する単結晶炭化珪素膜付き基材、及び結晶欠陥が抑制された高品位の単結晶炭化珪素膜を形成することが可能な単結晶炭化珪素膜の製造方法、並びに単結晶炭化珪素膜付き基材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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の単結晶炭化珪素膜付き基材及び単結晶炭化珪素膜の製造方法並びに単結晶炭化珪素膜付き基材の製造方法を採用した。
すなわち、本発明の単結晶炭化珪素膜付き基材は、シリコン基板の上または基板の上に形成された単結晶シリコン膜の上に単結晶炭化珪素膜が形成された単結晶炭化珪素膜付き基材であって、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の上に形成される酸化珪素を含む絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成される前記単結晶炭化珪素膜と、を含み、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜には前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面から形成される複数の凹部が配置され、前記複数の凹部の上に前記絶縁膜が配置され、前記絶縁膜の上端部に前記単結晶炭化珪素膜が配置され、前記複数の凹部の上の前記絶縁膜と前記単結晶炭化珪素膜とに囲まれた複数の空孔を含むことを特徴とする。
【００１０】
この単結晶炭化珪素膜付き基材では、シリコン基板または単結晶シリコン膜にはシリコン基板または単結晶シリコン膜の表面から形成される複数の凹部が配置され、複数の凹部の上に絶縁膜が配置されたことにより、複数の凹部の内面に絶縁膜が形成されることとなる。その結果、単結晶炭化珪素膜は酸化珪素からなる絶縁膜のみで支えられることとなり、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面に酸化珪素からなる絶縁膜を介して単結晶炭化珪素膜が形成されたＳＯＩ構造となる。
このＳＯＩ構造では、酸化珪素からなる絶縁膜が緩衝層となるので、単結晶炭化珪素膜におけるシリコン基板または単結晶シリコン膜からの格子定数の影響を小さくすることができる。
【００１１】
また、ＳＯＩ構造以外の部分は、空孔となる凹部を有する絶縁膜が主要となるＳＯＮ（Silicon On Nothing）構造となるので、絶縁膜があまり軟化しなくとも応力緩和効果を高めることができ、したがって、絶縁膜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、この上に形成される単結晶炭化珪素膜の結晶欠陥を抑制することができる。その結果、結晶欠陥が抑制された単結晶炭化珪素膜を有する単結晶炭化珪素膜付き基材を提供することができる。
【００１２】
さらに、このＳＯＮ構造の部分は、炭化珪素が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、結晶成長方向が部分的に横方向になるために、界面から垂線方向に伝搬する欠陥を抑制することができ、効果的に結晶欠陥の発生を抑制することができる。
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に、高品質の単結晶炭化珪素膜を形成することが可能となり、大面積の単結晶炭化珪素膜付き基材を実現することができる。
【００１３】
本発明の単結晶炭化珪素膜付き基材は、前記単結晶炭化珪素膜は、立方晶炭化珪素を含む薄膜であることを特徴とする。
この単結晶炭化珪素膜付き基材では、単結晶炭化珪素膜を立方晶炭化珪素を含む薄膜としたことにより、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薄膜の結晶欠陥をより抑制することができる。その結果、結晶欠陥がより抑制された単結晶炭化珪素膜を有する単結晶炭化珪素膜付き基材を提供することができる。
【００１４】
本発明の単結晶炭化珪素膜の製造方法は、シリコン基板の表面または基板の上に形成された単結晶シリコン膜の表面に単結晶炭化珪素膜を形成する単結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炭化珪素層を形成する工程と、前記炭化珪素層を選択除去する工程と、前記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から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から熱酸化することにより、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面および前記炭化珪素層の表面に酸化珪素を含む絶縁膜を形成する工程と、前記炭化珪素層の表面の前記絶縁膜を除去する工程と、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面の前記絶縁膜の上端部に単結晶炭化珪素を成長させ、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面の前記絶縁膜の上に前記単結晶炭化珪素膜を成膜するとともに、前記シリコン基板または前記単結晶シリコン膜の表面の前記絶縁膜と前記単結晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の単結晶炭化珪素膜の製造方法は、シリコン基板の表面または基板の上に形成された単結晶シリコン膜の表面に単結晶炭化珪素膜を形成する単結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炭化珪素層を形成する工程と、前記炭化珪素層を選択除去する工程と、
前記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から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から熱酸化することにより、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、前記絶縁膜の上端部に単結晶炭化珪素を成長させ、前記絶縁膜の上に前記単結晶炭化珪素膜を成膜するとともに、前記絶縁膜と前記単結晶炭化珪素膜とに囲まれた空孔を形成する工程と、を有することを特徴とする。
また、前記絶縁膜を形成する工程の後に、前記絶縁膜を選択除去する工程を有してもよい。
【００１５】
この単結晶炭化珪素膜の製造方法では、パターニングされた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から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から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し、次いで、絶縁膜の上端部に単結晶炭化珪素を成長させ、この絶縁膜の上に前記単結晶炭化珪素膜を成膜するとともに、この絶縁膜と単結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はあまり軟化しなくとも応力緩和効果を高めることができる。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、この上に形成される単結晶炭化珪素膜の結晶欠陥を抑制することができる単結晶炭化珪素膜を有する単結晶炭化珪素膜付き基材を製造することができる。
【００１６】
本発明の単結晶炭化珪素膜の製造方法は、前記炭化珪素層は、モノメチルシランを主成分とするガスにより形成してな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、炭化珪素層をモノメチルシランを主成分とするガスにより形成したことにより、得られた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、欠陥等が無く、均質化された炭化珪素層を成膜することができる。
【００１７】
本発明の単結晶炭化珪素膜の製造方法は、前記炭化珪素層の選択除去に、三フッ化窒素を主成分とするガスを用い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、炭化珪素層の選択除去に、三フッ化窒素を主成分とするガスを用いたことにより、この炭化珪素層におけるパターニング精度が向上し、その結果、このパターニングされた炭化珪素層をマスクとして形成される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。
【００１８】
本発明の単結晶炭化珪素膜の製造方法は、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選択除去に、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、シリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面の選択除去に、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たことにより、このシリコン基板の表面または単結晶シリコン膜の表面に形成される凹部の加工精度が向上する。
【００１９】
本発明の単結晶炭化珪素膜の製造方法は、前記単結晶炭化珪素の成長に、モノメチルシランを主成分とするガスを用い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、単結晶炭化珪素の成長にモノメチルシランを主成分とするガスを用いることにより、絶縁膜上に、結晶欠陥の発生が抑制された単結晶炭化珪素膜を成長させることができる。その結果、さらに高品質の単結晶炭化珪素膜を形成することが可能となる。
【００２０】
本発明の単結晶炭化珪素膜付き基材の製造方法は、本発明の単結晶炭化珪素膜の製造方法を含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態の単結晶炭化珪素膜付き基材を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の単結晶炭化珪素膜付き基材の製造方法を示す過程図である。
【図３】本発明の一実施形態の単結晶炭化珪素膜付き基材の製造方法を示す過程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の単結晶炭化珪素膜付き基材及び単結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。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態の単結晶炭化珪素膜付き基材を示す断面図である。
この単結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上に酸化珪素を含む絶縁膜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担面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上には厚みのある立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）からなる単結晶炭化珪素膜７が接合され、この単結晶炭化珪素膜７の下側の凹部５は空孔とされている。
【００２４】
この単結晶炭化珪素膜付き基材１では、複数の凹部３上に酸化珪素からなる絶縁膜４を形成したことにより、この絶縁膜４上に形成された単結晶炭化珪素膜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を介して単結晶炭化珪素膜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と単結晶炭化珪素膜７との間の緩衝層となるので、単結晶炭化珪素膜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。
【００２５】
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担面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及び単結晶炭化珪素膜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。
【００２６】
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上に形成される単結晶炭化珪素膜７の結晶欠陥が抑制され、よって、結晶欠陥が抑制された単結晶炭化珪素膜７を有する単結晶炭化珪素膜付き基材１を提供することが可能になる。
【００２７】
さらに、このＳＯＮ構造の部分は、炭化珪素が平担面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、結晶成長方向が部分的に横方向になるために、界面から垂線方向に伝搬する欠陥が抑制されることとなり、効果的に結晶欠陥の発生が抑制される。
その結果、シリコン基板２の表面に、高品質の単結晶炭化珪素膜７を形成することが可能となり、大面積の単結晶炭化珪素膜付き基材１が実現可能となる。
【００２８】
次に、この単結晶炭化珪素膜付き基材１を製造する方法について、図２及び図３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、厚みが３００ｎｍの立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）からなる単結晶炭化珪素シード層１１が形成される。
【００２９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、この単結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、１μｍＬ／Ｓの幅のライン状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１２ａをマスクとして、単結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、単結晶炭化珪素シード層１１は所望のパターンで垂直に加工され、所望のパターン形状にパターニングされた単結晶炭化珪素シード層１１ａとなり、この単結晶炭化珪素シード層１１ａの開口部ではシリコン基板２の表面２ａの一部が露出することとなる。
【００３０】
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及び単結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１３が形成されるとともに、マスクとなったレジスト１２ａ及び単結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。
【００３１】
次いで、図３（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、単結晶炭化珪素シード層１１ａの表面、単結晶炭化珪素シード層１１ａ下部のシリコン基板２の表面２ａ及び露出部分である凹部１３の内面を酸化し、単結晶炭化珪素シード層１１ａの表面に絶縁膜１４を、単結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１３の内面に絶縁膜１５を、それぞれ形成する。
【００３２】
この水蒸気熱酸化法では、単結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１３の内面が酸化し易いことから、単結晶炭化珪素シード層１１ａの表面の絶縁膜１４の厚みは、単結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１３の内面に形成される絶縁膜１５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、単結晶炭化珪素シード層１１ａに形成された絶縁膜１４の厚みは概ね５０ｎｍ、シリコン基板２の表面２ａ及び凹部３の内面に形成された絶縁膜１５の厚みは概ね６００ｎｍである。
ここでは、隣接する凹部１３の表面から成長する絶縁膜１５が単結晶炭化珪素シード層１１ａの下部で結合することにより、複数の凹部１３上を覆うこととなり、また、この絶縁膜１５上に単結晶炭化珪素シード層１１ａが載る形になる。
【００３３】
次いで、図３（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、単結晶炭化珪素シード層１１ａの表面の絶縁膜１４を除去するとともに、単結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１３の内面に形成された絶縁膜１５の膜厚を調製する。
このウエットエッチングでは、単結晶炭化珪素シード層１１ａの表面の絶縁膜１４の厚みが、単結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１３の内面に形成された絶縁膜１５の厚みと比べて薄いので、絶縁膜１５の厚みが薄くなる間に、絶縁膜１４が単結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、単結晶炭化珪素シード層１１ａの表面に絶縁膜１４が残ることは無い。
【００３４】
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１５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担面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。
【００３５】
このようにして得られた単結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３（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、単結晶炭化珪素シード層１１ａを核として立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）からなる単結晶炭化珪素を所望の膜厚まで成長させ、単結晶炭化珪素膜７とする。
【００３６】
この単結晶炭化珪素成長過程では、炭化珪素が平担面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）状態となるので、単結晶炭化珪素シード層１１ａからの単結晶成長方向が部分的に横方向となり、縦方向の欠陥が抑制される。その結果、成長する単結晶炭化珪素における結晶欠陥の発生が効果的に抑制されることとなり、シリコン基板２の表面に、高品質の単結晶炭化珪素膜７を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上に単結晶炭化珪素膜７が接合された単結晶炭化珪素膜付き基材１を作製することができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の単結晶炭化珪素膜付き基材１によれば、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、凹部３上に酸化珪素からなる絶縁膜４が形成され、この絶縁膜４の凹部５の側壁の平担面６には単結晶炭化珪素膜７が接合され、この単結晶炭化珪素膜７の下側の凹部５が空孔とされているので、シリコン基板２の表面に絶縁膜４を介して単結晶炭化珪素膜７を形成したＳＯＩ構造とすることで絶縁膜４が緩衝層となり、絶縁膜４によりシリコン基板２の表面との格子不整合に起因する応力の影響を低減することができ、この絶縁膜４上に形成される単結晶炭化珪素膜７の結晶欠陥を抑制することができる。その結果、結晶欠陥が抑制された単結晶炭化珪素膜７を有する単結晶炭化珪素膜付き基材１を提供することができる。
【００３８】
本実施形態の単結晶炭化珪素膜付き基材１の製造方法によれば、単結晶炭化珪素シード層１１ａをマスクとしてドライエッチングによりシリコン基板２の表面２ａに複数の凹部３を互いに隣接するように形成し、次いで、水蒸気熱酸化法により単結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３の内面に絶縁膜１５を形成し、次いで、絶縁膜１５の膜厚を調製して絶縁膜４とし、次いで、単結晶炭化珪素シード層１１ａを核として単結晶炭化珪素を所望の膜厚まで成長させ、単結晶炭化珪素膜７とするので、結晶欠陥が抑制された単結晶炭化珪素膜７を有する単結晶炭化珪素膜付き基材１を製造することができる。
【００３９】
なお、本実施形態の単結晶炭化珪素膜付き基材１では、シリコン基板２の表面に絶縁膜４を介して単結晶炭化珪素膜７が形成されたＳＯＩ構造としたが、シリコン基板２の替わりに単結晶シリコン膜が表面に形成された基板を用いても、同様の作用、効果を奏することができる。
この場合、単結晶シリコン膜の厚みは、絶縁膜４に凹部５を形成することができる程度に厚くする必要がある。
また、単結晶炭化珪素膜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、この単結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】
【００４０】
１…単結晶炭化珪素膜付き基材、２…シリコン基板、２ａ…表面、３…凹部、４…絶縁膜、５…凹部、６…平担面、７…単結晶炭化珪素膜、１１…単結晶炭化珪素シード層、１３、１４…絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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