(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板上の一部に形成された第１のマスクと、
前記シリコン基板上及び前記第１のマスク上に形成された第１の炭化ケイ素膜と、
少なくとも前記第１の炭化ケイ素膜上の一部に形成された第２のマスクと、
前記第１の炭化ケイ素膜上及び前記第２のマスク上に形成された第２の炭化ケイ素膜と、
を含み、
前記第１のマスクは、前記シリコン基板が露出する第１の開口部を複数有し、
前記第１の炭化ケイ素膜は、前記第１の開口部と前記第１のマスクとを覆うように形成されると共に前記第１のマスクの上部に側面が傾斜面の凹部を有し、
前記第２のマスクは前記凹部に形成され、
前記シリコン基板は、その上面の面方位が（１００）面である基板、または、前記上面に対し（１００）面が傾いたオフセット基板であることを特徴とする炭化ケイ素膜付き基板。
【請求項２】
前記第１の開口部の開口部分の幅をＷ１、
前記第１のマスク厚さをＴ１、
前記第１の開口部における前記第１の炭化ケイ素膜の厚さをＤ１、としたときに、
Ｔ１＜ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１、
かつ、
Ｄ１≧ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１、
の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素膜付き基板。
【請求項３】
前記第１のマスクおよび前記第２のマスクは、前記シリコン基板を平面視した場合において、ほぼ同一の形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化ケイ素膜付き基板。
【請求項４】
前記第２の炭化ケイ素膜は、立方晶炭化ケイ素膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の炭化ケイ素膜付き基板。
【請求項５】
前記第１の炭化ケイ素膜は、立方晶炭化ケイ素膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の炭化ケイ素膜付き基板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の炭化ケイ素膜付き基板を用いたことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
シリコン基板上に第１のマスクを形成する第１の工程と、
第１の炭化ケイ素膜を形成する第２の工程と、
第２のマスクを形成する第３の工程と、
第２の炭化ケイ素膜を形成する第４の工程と、
を含み、
前記第１の工程は、前記シリコン基板上に第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜に前記シリコン基板を露出させるため第１の開口部を複数形成する工程と、
を含み、
前記第１の開口部の幅をＷ１、前記第１のマスクの厚さをＴ１としたときに、前記第１の開口部はＴ１＜ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１の関係を満足するように形成され、
前記第２の工程は、前記第１の開口部に露出した前記シリコン基板表面から前記第１の炭化ケイ素膜を前記第１のマスクの上部に側面が傾斜面の凹部を有するようにエピタキシャル成長させる工程を含み、
前記第１の開口部における前記第１の炭化ケイ素膜の厚さをＤ１としたときに、前記第１の炭化ケイ素膜はＤ１≧ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１の関係を満足するように形成され、
前記第３の工程は、前記第１の炭化ケイ素膜と前記第１のマスク上に第２の薄膜を形成する工程と、前記第２の薄膜に前記第１の炭化ケイ素膜を露出させるための第２の開口部を複数形成し、前記凹部に第２のマスクを形成する工程と、を含み、
前記第２の開口部は平面視したときに前記第１の開口部と重なるように形成され、
前記第４の工程は、前記第２の開口部から前記第２の炭化ケイ素膜をエピタキシャル成長によって形成する工程を含み、
前記シリコン基板は、その上面の面方位が（１００）面である基板、または、前記上面の法線に対し（１００）面の結晶軸が傾いたオフセット基板であることを特徴とする炭化ケイ素膜付き基板の製造方法。
【請求項８】
前記第２の炭化ケイ素膜は、立方晶炭化ケイ素膜であることを特徴とする請求項７に記載の炭化ケイ素膜付き基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素膜付き基板、半導体装置および炭化ケイ素膜付き基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、Ｓｉに比べ２倍以上のバンドギャップ（２．３６〜３．２３ｅＶ）を有するワイドバンドギャップ半導体であり、高耐圧デバイス用材料として注目されている。
【０００３】
ところが、ＳｉＣは、Ｓｉとは異なり結晶形成温度が高温であるため、液相からの引上げ法による単結晶インゴット作成が困難である。そのため、昇華法によりＳｉＣの単結晶インゴットを形成する方法が提案されているが、かかる昇華法においては、大口径で結晶欠陥の少ない基板を形成することが非常に難しい。一方、ＳｉＣ結晶の中でも立方晶ＳｉＣ（３Ｃ−ＳｉＣ）は、比較的低温で形成可能であるため、Ｓｉ基板（シリコン基板）上に直接エピタキシャル成長を行う方法が提案されている。
【０００４】
このエピタキシャル成長を用いたＳｉＣ基板の製造方法のひとつとして、気相中において、Ｓｉ基板上に３Ｃ−ＳｉＣを積層するヘテロエピタキシャル技術が検討されている。ところが、Ｓｉおよび３Ｃ−ＳｉＣの格子定数は、それぞれ、５．４３Åおよび４．３６Åであり、その差は約２０％である。さらに、熱膨張係数は、Ｓｉが２．５５×１０-6 Ｋ-1で、３Ｃ−ＳｉＣが２．７７×１０-6Ｋ-1であり、その差は、約８％である。これらから、結晶欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜（３Ｃ−ＳｉＣ膜）を得るのは非常に困難である。また、これらの格子定数の差および熱膨張係数の差は、結果として大きな応力を３Ｃ−ＳｉＣ膜内に発生させ、その結果、ウエハーの反りといった問題も生じる。
【０００５】
上記のような結晶欠陥は、いわゆる双晶（Ｔｗｉｎ）や反位相領域境界面（ＡＰＢ：Anti-Phase Boundary）が主体となる。これらに結晶欠陥を低減する方法として、例えば、特許文献１では、成長下地基板に酸化膜等を形成し、この酸化膜等をマスクとして用いてエピタキシャル成長領域を設け、成長領域の開口部の幅Ｗ１に対し、酸化膜等の厚さＴをｔａｎ（５４．６°）×Ｗ１（ｔａｎ（５４．６°）倍）以上とすることで効果的に結晶欠陥を低減する方法が開示されている。この場合、開口部の幅Ｗ１を、例えば、Ｗ１＝０．５μｍ程度を仮定すると、マスクとして用いられる酸化膜等は、Ｔ＝０．７μｍ以上の厚さが必要となる。
【０００６】
現在のプロセス技術をもってすれば、パターン形成プロセスに関する難易度はさほど高いものではないが、比較的高アスペクト比で、パターニングされた酸化膜等を高精度に形成する必要がある。さらに、酸化膜等の厚が比較的厚い膜厚であることから、酸化膜等に生じた膜応力により、ＳｉＣ基板が反るといった問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
本発明の目的の一つは、シリコン基板上に積層され、結晶欠陥の発生が低減された３Ｃ−ＳｉＣ膜を備える高品質な炭化ケイ素膜付き基板、かかる炭化ケイ素膜付き基板を製造し得る炭化ケイ素膜付き基板の製造方法、および、かかる炭化ケイ素膜付き基板を備える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】
【０００９】
上記の課題及び問題点若しくは目的を達成するために、本発明は下記の適用例及び実施形態をとることができる。
本発明の一態様の炭化ケイ素膜付き基板は、シリコン基板と、前記シリコン基板上の一部に形成された第１のマスクと、前記シリコン基板上及び前記第１のマスク上に形成された第１の炭化ケイ素膜と、少なくとも前記第１の炭化ケイ素膜上の一部に形成された第２のマスクと、前記第１の炭化ケイ素膜上及び前記第２のマスク上に形成された第２の炭化ケイ素膜と、を含み、前記第１のマスクは、前記シリコン基板が露出する第１の開口部を複数有し、前記第１の炭化ケイ素膜は、前記第１の開口部と前記第１のマスクとを覆うように形成されると共に前記第１のマスクの上部に側面が傾斜面の凹部を有し、前記第２のマスクは前記凹部に形成され、前記シリコン基板は、その上面の面方位が（１００）面である基板、または、前記上面に対し（１００）面が傾いたオフセット基板であることを特徴とする。
【００１０】
本願発明に係るひとつの炭化ケイ素膜付き基板は、シリコン基板と、前記シリコン基板上の一部に形成された第１のマスクと、前記シリコン基板上及び前記第１のマスク上に形成された第１の炭化ケイ素膜と、少なくとも前記第１の炭化ケイ素膜上の一部に形成された第２のマスクと、前記第１の炭化ケイ素膜上及び前記第２のマスク上に形成された第２の炭化ケイ素膜と、を含み、前記第１のマスクは、前記シリコン基板が露出する第１の開口部を複数有し、前記第１の炭化ケイ素膜は、前記第１の開口部と前記第１のマスクとを覆うように形成されると共に前記第１のマスクの上部に側面が傾斜面の凹部を有し、前記第２のマスクは前記凹部に形成されている、ことを特徴とする。また、前記第１の開口部の開口部分の幅をＷ１、前記第１のマスク厚さをＴ１、前記第１の開口部における前記第１の炭化ケイ素膜の厚さをＤ１、としたときに、Ｔ１＜ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１、かつ、Ｄ１≧ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１、の関係を満足することが好ましい。
【００１１】
これにより、シリコン基板上に積層され、結晶欠陥の発生が低減された３Ｃ−ＳｉＣ膜を備える高品質な炭化ケイ素膜付き基板とすることができる。
【００１２】
上記のひとつの炭化ケイ素膜付き基板において、前記第１のマスクおよび前記第２のマスクは、前記シリコン基板を平面視した場合において、ほぼ同一の形状であることが好ましい。
【００１３】
これにより、第２の炭化ケイ素膜中における結晶欠陥の発生が的確に抑制または防止されるため、結晶欠陥の発生が低減された３Ｃ−ＳｉＣ膜を備える高品質な炭化ケイ素膜付き基板とすることができる。
【００１４】
上記のひとつの炭化ケイ素膜付き基板において、前記シリコン基板は、その上面の面方位が（１００）面を構成することが好ましい。
【００１５】
このようにシリコン基板の上面の面方位が（１００）面を構成していると、この面にエピタキシャル成長で形成される炭化ケイ素膜は（１１１）面の面方位に沿って、結晶欠陥が成長することとなる。従って、結晶欠陥の成長の向きを制御することができ結晶欠陥の影響を低減させる方法をとることを容易に図ることができる。
【００１６】
上記のひとつの炭化ケイ素膜付き基板において、前記第２の炭化ケイ素膜は、立方晶炭化ケイ素膜であることが好ましい。また、上記のひとつの炭化ケイ素膜付き基板において、前記第１の炭化ケイ素膜は、立方晶炭化ケイ素膜であることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る半導体装置は、上記に記載のひとつの炭化ケイ素膜付き基板を用いることが好ましい。
【００１８】
これにより、高耐圧性を備える半導体装置とすることができる。
【００１９】
本願発明に係る炭化ケイ素膜付き基板の製造方法は、シリコン基板上に第１のマスクを形成する第１の工程と、第１の炭化ケイ素膜を形成する第２の工程と、第２のマスクを形成する第３の工程と、第２の炭化ケイ素膜を形成する第４の工程と、を含み、前記第１の工程は、前記シリコン基板上に第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜に前記シリコン基板を露出させるため第１の開口部を複数形成する工程とを含み、前記第１の開口部の幅をＷ１、前記第１のマスクの厚さをＴ１としたときに、前記第１の開口部はＴ１＜ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１の関係を満足するように形成され、前記第２の工程は、前記第１の開口部に露出した前記シリコン基板表面から前記第１の炭化ケイ素膜をエピタキシャル成長させる工程を含み、前記第１の開口部における前記第１の炭化ケイ素膜の厚さをＤ１としたときに、前記第１の炭化ケイ素膜はＤ１≧ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１の関係を満足するように形成され、前記第３の工程は、前記第１の炭化ケイ素膜と前記第１のマスク上に第２の薄膜を形成する工程と、前記第２の薄膜に前記第１の炭化ケイ素膜を露出させるための第２の開口部を複数形成する工程とを含み、前記第２の開口部は平面視したときに前記第１の開口部と重なるように形成され、前記第４の工程は、前記第２の開口部から前記第２の炭化ケイ素膜をエピタキシャル成長によって形成する工程を含む、ことを特徴とする。また、上記のひとつの炭化ケイ素膜付き基板の製造方法において、前記第２の炭化ケイ素膜は、立方晶炭化ケイ素膜であることが好ましい。
【００２０】
これにより、シリコン基板上に積層され、結晶欠陥の発生が低減された３Ｃ−ＳｉＣ膜を備える高品質な炭化ケイ素膜付き基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の炭化ケイ素膜付き基板の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す炭化ケイ素膜付き基板の製造方法を説明するための縦断面図である。
【図３】図１に示す炭化ケイ素膜付き基板において、結晶欠陥を低減させる方法を説明するための縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る炭化ケイ素膜付き基板、炭化ケイ素膜付き基板の製造方法および半導体装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。尚、説明に用いる図面は説明をわかりやすくするための便宜上のものであり、寸法比率等については実際のものと異なる場合がある。
【００２３】
（第１実施形態）
本実施形態は、炭化ケイ素膜付き基板について説明するものである。図１は、本発明の炭化ケイ素膜付き基板１の実施形態を示す縦断面図でシリコン基板２の（０１１）面に垂直な方向から見た図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２４】
炭化ケイ素膜付き基板（立方晶炭化ケイ素膜付き基板）１は、図１に示すように、シリコン基板２と、シリコン基板２上に積層された３Ｃ−ＳｉＣ（立方晶炭化ケイ素）膜（以下、単に「ＳｉＣ膜」と言うこともある。）３と、このＳｉＣ膜３の形成の際に用いられたマスク４とを有している。図１に示すように、ＳｉＣ膜３は、第１ＳｉＣ膜３１と第２ＳｉＣ膜３２とを含む。また、マスク４は、第１マスク４１と第２マスク４２とを含む。
【００２５】
シリコン基板２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、研磨することで形成されたものである。このシリコン基板２は、その上面の面方位が（１００）面を構成している。なお、シリコン基板２の上面は、結晶軸が数度傾いたオフセット基板であってもよい。このシリコン基板２の格子定数は、０．５４３ｎｍである。シリコン基板２は、ヘテロエピタキシャル技術により第１ＳｉＣ膜３１を形成させる成長下地基板として用いられる。なお、本実施形態では、シリコン基板２は、図１に示すように、シリコン単結晶基板が用いられているが、これに限定されず、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等であってもよい。
【００２６】
第１ＳｉＣ膜３１は、シリコン基板２に第１マスク４１に所定の間隔でシリコン基板２が露出するように第１開口部４５が複数形成された後に、当該第１開口部４５内の露出されたシリコン基板２上にエピタキシャル成長させることで形成された膜である。第１ＳｉＣ膜３１は、その厚さが第１マスク４１の厚さよりも厚くなるように形成される。
【００２７】
ここで、第１マスク４１は炭化ケイ素膜の形成においてヘテロエピタキシャル成長を阻害するものであれば特に限定はされない。例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）のような無機材料で形成されたものでよい。第１ＳｉＣ膜３１は、第１マスク４１の高さまで成長した後は、縦方向だけでなく第１マスク４１の上面を横方向にも成長する。この結果、第１ＳｉＣ膜３１は、平面視した場合において第１開口部４５の領域と重なる部分が頂上となって厚さが最も厚くなり、当該頂上における第１開口部４５の端に重なる部分から第１マスク４１上のエピタキシャル成長の先端の部分との間は傾斜する形状として形成される。尚、第１ＳｉＣ膜３１のエピタキシャル成長を所定の時間後に止めることで、第１マスク４１の上部の一部を露出した状態とすることができる。この場合、露出した第１マスク４１の上部と第１ＳｉＣ膜３１の第１マスク４１上の傾斜面とで凹状の形状が構成されることになる。第１マスク４１上に形成された凹状のものが開口部３５である（図２（ｂ）参照）。
【００２８】
第２マスク４２は、開口部３５上に形成される。第２マスク４２は、所定の方法で開口部３５及び第１ＳｉＣ膜３１上に形成された薄膜をパターニングして形成されたマスクである。当該パターニングは、平面視において第１マスク４１と第２マスク４２とが同じ形状になるように行われる。これにより、第２マスク４２は第１開口部４５の上部にあたる部分の薄膜が除去されたものとなる。その結果、第２マスク４２の端部はその薄膜の膜厚の分だけ第１ＳｉＣ膜３１よりも高く形成され、この薄膜が除去された部分すなわち第１ＳｉＣ膜３１が露出した部分が第２開口部４６である。
【００２９】
第２ＳｉＣ膜３２は、第２開口部４６上にエピタキシャル成長させることで形成された３Ｃ−ＳｉＣ（立方晶炭化ケイ素）膜である。図１に示す炭化ケイ素膜付き基板１の断面図において、第１開口部４５の幅をＷ１、第１マスク４１の厚さをＴ１、第１ＳｉＣ膜３１の第１開口部４５部分の厚さをＤ１としたときに、Ｔ１＜ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１かつＤ１≧ｔａｎ（５４．６）×Ｗ１を満たすことで、第１ＳｉＣ膜３１の（１１１）面に平行に形成される積層欠陥が第２マスク４２により終端される。これにより、第２開口部４６の第１ＳＩＣ膜表面には（１１１）面に平行に形成される積層欠陥が現れず、第２ＳｉＣ膜３２は当該積層欠陥を受けないエピタキシャル成長により形成された、より良質な立方晶炭化ケイ素膜である。尚、エピタキシャル成長は、第２マスク４２よりも高く成長すると第２マスク４２を覆うようにも成長し、第２マスク４２の凹部にも立方晶炭化ケイ素膜が形成される。
【００３０】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態で示した炭化ケイ素膜付き基板１の製造方法（本発明の炭化ケイ素膜付き基板の製造方法）について説明するものである。
【００３１】
図２は、炭化ケイ素膜付き基板１の製造方法を説明するための縦断面図、図３は、炭化ケイ素膜付き基板１において、結晶欠陥１１を低減させる方法を説明するための縦断面図で、どちらもシリコン基板２の（０１１）面に垂直方向から見た図である。なお、以下の説明では、図２、図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００３２】
炭化ケイ素膜付き基板１の製造方法は、［１］シリコン基板２上に、第１開口部４５を備える第１マスク４１を形成する第１の工程と、［２］第１ＳｉＣ膜３１を形成する第２の工程と、［３］第２マスク４２を形成する第３の工程と、［４］第２ＳｉＣ膜３２を形成する第４の工程とを有する。以下、これらの各工程について順次説明する。
【００３３】
まず、第１の工程について説明する。図２（ａ）に示すように、シリコン基板２を用意し、このシリコン基板２上に接して、第１開口部４５を備える第１マスク４１を形成する。
【００３４】
なお、第１マスク４１は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）のような無機材料で構成されるが、以下では、第１マスク４１が酸化ケイ素で構成される場合を例に説明する。
【００３５】
このような第１マスク４１は、シリコン基板２上に、例えば、酸化ケイ素膜を形成した後、この酸化ケイ素膜をパターニングして第１開口部４５を形成することで得ることができる。
【００３６】
この第１マスク４１は、その縦断面形状が矩形状をなし、この縦断面形状が、紙面手前側から紙面奥側に向かってほぼ同一となっている、いわゆるラインアンドスペースのパターンを備えており、第１開口部４５の幅をＷ１［μｍ］とし、第１マスク４１の厚さをＴ１［μｍ］としたとき、Ｔ１＜ｔａｎ（５４．６°）×Ｗ１の関係を満足するようにパターニングされる。
【００３７】
また、酸化ケイ素膜は、例えば、スパッタリング法、のような物理蒸着法（ＰＶＤ法）、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾル・ゲル法、熱酸化法等の各種成膜法により形成し得るが、中でも、熱酸化法またはＣＶＤ法を用いて形成することが好ましい。これらの方法によれば、比較的容易に、所望な膜厚の酸化ケイ素膜を均一な厚さで形成することができる。
【実施例１】
【００３８】
本実施例は、酸化ケイ素膜を、熱酸化法を用いて形成する例である。具体的には、加熱したシリコン基板２に、酸素原子を含むガスを供給することにより、シリコン基板２の表面に、酸化ケイ素膜を形成する。
【００３９】
加熱の温度（加熱温度）は、３００〜１２００℃程度であるのが好ましく、７００〜１１００℃程度であるのがより好ましい。
【００４０】
加熱の時間（加熱時間）は、目的とする酸化ケイ素膜の厚さに応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、例えば、加熱温度を前記範囲とする場合には、１０〜９０分程度であるのが好ましく、２０〜６０分程度であるのがより好ましい。
【００４１】
また、酸素原子を含むガスとしては、例えば、酸素（純酸素）、オゾン、過酸化水素、水蒸気、一酸化窒素、二酸化窒素、酸化二窒素等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【実施例２】
【００４２】
本実施形態は、酸化ケイ素膜をＣＶＤ法で形成する例である。具体的には、所定圧力のチャンバー内に、シリコン酸化物前駆体と酸素原子を含むガスとを導入し、シリコン基板２を加熱することにより、シリコン基板２の表面に、酸化ケイ素膜を形成する。
【００４３】
シリコン酸化物前駆体としては、例えば、ジクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、テトラキス（ヒドロカルビルアミノ）シラン、トリス（ヒドロカルビルアミノ）シラン等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００４４】
酸素原子を含むガスとしては、例えば、酸素（純酸素）、オゾン、過酸化水素、水蒸気、一酸化窒素、二酸化窒素、酸化二窒素等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００４５】
加熱の温度（加熱温度）は、３００〜１０００℃程度であるのが好ましく、５００〜８００℃程度であるのがより好ましい。
【００４６】
加熱の時間（加熱時間）は、目的とする酸化ケイ素膜の厚さに応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、例えば、加熱温度を前記範囲とする場合には、１０〜９０分程度であるのが好ましく、２０〜６０分程度であるのがより好ましい。
【００４７】
チャンバー内の圧力（真空度）は、０．０５ｍＴｏｒｒ〜大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）程度であるのが好ましく、０．１〜５００ｍＴｏｒｒ程度であるのがより好ましい。
【００４８】
また、シリコン酸化物前駆体と酸素原子を含むガスとの混合比は、モル比で１０：１〜１：１００程度であるのが好ましく、１：２〜１：１０程度であるのがより好ましい。
【００４９】
形成された酸化ケイ素膜は、パターニングされ第１開口部４５が形成される。レジスト層を用いた酸化ケイ素膜のパターニングは、形成すべき第１開口部４５の形状に対応したレジストパターンを形成した後、ウエットエッチングおよびドライエッチングのいずれかを用いて行うことができるが、中でも、ウエットエッチングにより行うことが好ましい。これにより、第１開口部４５が形成される第１マスク４１の側面を、より平滑化されたものとすることができる。そのため、次工程である第２の工程において、第１ＳｉＣ膜３１を形成する際に、第１マスク４１の側面を起点として、第１ＳｉＣ膜３１の膜中に結晶欠陥が生じるのを的確に低減させることができる。
【００５０】
さらに、第１マスク４１の厚さＴ１は、本発明では、前述の通りＴ１＜ｔａｎ（５４．６°）×Ｗ１の関係を満足するように比較的薄く設定されている。そのため、レジスト層を用いた酸化ケイ素膜のパターニングに、ウエットエッチングを用いたとしても、優れた精度で、酸化ケイ素膜をパターニングして、第１開口部４５を備える第１マスク４１を得ることができる。
【００５１】
このウエットエッチングとしては、例えば、エッチング液としてフッ酸含有液を用いたエッチング法が挙げられる。
【００５２】
フッ酸含有液としては、例えば、フッ酸（ＨＦ）溶液、バッファードフッ酸（フッ酸（フッ化水素）とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）との混合液）等が挙げられる。
【００５３】
次に第２の工程について説明する。図２（ｂ）に示すように、第１マスク４１をマスクとして用いて、第１マスク４１の一部およびシリコン基板２上に、開口部３５を備える第１ＳｉＣ膜３１を形成する。
【００５４】
第１ＳｉＣ膜３１は、所定圧力のチャンバー内に、原料ガスを導入し、この状態で、シリコン基板２を加熱することにより、第１開口部４５の底部に露出するシリコン基板２上に、立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）をエピタキシャル成長させることで形成させることができる。
【００５５】
このエピタキシャル成長によれば、第１開口部４５で露出するシリコン基板２を起点として立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）が生成され、これによりシリコン基板２を覆い、その後、３Ｃ−ＳｉＣのさらなる成長に伴い、シリコン基板２ばかりでなく、第１マスク４１を乗り上げて、第１マスク４１の一部（第１マスク４１の縁部側）をも覆うこととなる。エピタキシャル成長を所定の時間後に停止させることで、第１マスク４１上に側面が傾斜面である凹状の開口部３５が形成される。その結果、第１ＳｉＣ膜３１は、シリコン基板２および第１マスク４１の少なくとも一部を覆う。図２（ｂ）に示すように、不連続に設けられた第１ＳｉＣ膜３１が形成される。
【００５６】
この第１ＳｉＣ膜３１は、図１、２に示すように、その厚さＤ１［μｍ］が、第１マスク４１が存在しない位置すなわち第１開口部４５に対応する位置で、Ｄ１≧ｔａｎ（５４．６°）×Ｗ１なる関係を満足するように成膜される。
【００５７】
また、エピタキシャル成長により独立して形成された、第１ＳｉＣ膜３１は、第１マスク４１を覆う位置では、エピタキシャル成長により成膜されることに起因して、その膜厚が、第１マスク４１の縁部から中央部側に向かって漸減している。これにより、開口部３５の側面３６は、テーパ面を構成している。
【００５８】
原料ガスとしては、炭素を含むガスとケイ素を含むガスとを所定の割合にて混合してなる混合ガス、炭素とケイ素とを所定の割合で含む炭素およびケイ素を含むガス、炭素を含むガスとケイ素を含むガスと炭素およびケイ素を含むガスとを所定の割合にて混合してなる複数種混合ガスが挙げられ、これらのうちのいずれかが、原料ガスとしてチャンバー内に導入される。
【００５９】
炭素を含むガスとしては、例えば、エチレン（Ｃ2Ｈ4）の他、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ノルマルブタン（ｎ−Ｃ4Ｈ10）、イソブタン（ｉ−Ｃ4Ｈ10）、ネオペンタン（ｎｅｏ−Ｃ5Ｈ12）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００６０】
また、ケイ素を含むガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、トリシラン（Ｓｉ3Ｈ8）、テトラシラン（Ｓｉ4Ｈ10）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ4）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００６１】
さらに、炭素及びケイ素を含むガスとしては、メチルシラン（ＳｉＨ3ＣＨ3）、ジメチルシラン（ＳｉＨ2（ＣＨ3）2）、トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ3）3）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００６２】
これらのうち、いずれかのガスを用いてエピタキシャル成長させることで、化学量論的組成で立方晶炭化ケイ素からなる第１ＳｉＣ膜３１が成膜される。
【００６３】
また、加熱の温度（加熱温度）、すなわち、エピタキシャル成長時のシリコン基板２の温度は、６００℃以上１４００℃以下であるのが好ましく、８００℃以上１３５０℃以下であるのがより好ましい。
【００６４】
なお、加熱の時間（加熱時間）は、目的とする第１ＳｉＣ膜３１の厚さに応じて適宜設定される。尚、当該加熱時間によっては、開口部３５の底面に第１マスク４１が露出しないこともあるが、開口部３５の側面３６が傾斜していることが重要なポイントである。
【００６５】
また、チャンバー内の圧力（真空度）は、７．５×１０-7Ｔｏｒｒ以上、大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）以下であるのが好ましく、７．５×１０-6Ｔｏｒｒ以上０．５Ｔｏｒｒ以下であるのがより好ましい。
【００６６】
次に、第３の工程について説明する。図２（ｃ）に示すように、開口部３５に第２マスク４２を形成する。
【００６７】
第２マスク４２は、第１ＳｉＣ膜３１および開口部３５を覆うように酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜を形成した後、当該酸化ケイ素膜をパターニングして形成することができる。このとき、当該酸化ケイ素膜の膜厚の厚さだけ第２マスク４２の先端部分の高さが第１ＳｉＣ膜３１よりも高くなる。
【００６８】
第２マスク４２は、第１マスク４１と、ほぼ同一の平面視形状を有するようにパターニングされる。すなわち、平面視で、第１マスク４１とほぼ同一の大きさのラインアンドスペースのパターンを備えている。第２マスク４２は、平面視で第１マスク４１と重なる位置に配置されている。
【００６９】
また、第２マスク４２を形成するための酸化ケイ素膜は、上記した第１の工程において説明したのと同様の方法を用いて形成し得るが、中でも、ＣＶＤ法を用いて形成することが好ましい。ＣＶＤ法によれば、比較的容易に、所望な膜厚の酸化ケイ素膜を均一な厚さで形成することができる。
【００７０】
さらに、酸化ケイ素膜のパターニングは、上記第１の工程において説明したのと同様の方法を用いて行うことができる。
【００７１】
次に、第４の工程について説明する。図２（ｄ）に示すように、第１ＳｉＣ膜３１および第２マスク４２上に、第２ＳｉＣ膜３２を形成する。
【００７２】
第２ＳｉＣ膜３２は、上記第２の工程で説明した第１ＳｉＣ膜３１と同様に、所定圧力のチャンバー内に、原料ガスを導入し、この状態で、シリコン基板２を加熱することにより形成させることができる。すなわち、第２開口部４６の底面に露出する第１ＳｉＣ膜３１上に、立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）をエピタキシャル成長させることで形成させることができる。
【００７３】
このエピタキシャル成長によれば、第２開口部４６で露出する第１ＳｉＣ膜３１を起点として立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）が生成され、これにより第２開口部４６を覆い、その後、３Ｃ−ＳｉＣのさらなる成長に伴い、第２開口部４６ばかりでなく第２マスク４２をも覆うこととなり、その結果、第１ＳｉＣ膜３１および第２マスク４２を覆う、図２（ｄ）に示すような、第２ＳｉＣ膜３２が形成される。
【００７４】
ここで、第２の工程における第１マスク４１を用いた第１開口部４５で露出するシリコン基板２上でのエピタキシャル成長の過程では、成膜される第１ＳｉＣ膜３１中にはシリコン基板２との格子定数が異なることに起因して、多くの結晶欠陥１１が発生する。
【００７５】
これらの結晶欠陥１１は、図３に示す通り、シリコン基板２の上面の面方位が（１００）面を構成していると、形成される第１ＳｉＣ膜３１中において、（１１１）面の面方位に沿って、結晶欠陥１１が成長することが知られている。
【００７６】
また、第１マスク４１および第２マスク４２は、互いに、ほぼ同一の平面視形状をなし、平面視で重なる位置に配置されており、さらに、第１マスク４１がＴ１＜ｔａｎ（５４．６°）×Ｗ１の関係を満足し、かつ、第１ＳｉＣ膜３１の厚さＤ１がＤ１≧ｔａｎ（５４．６°）×Ｗ１なる関係を満足する厚さで形成されている。
【００７７】
したがって、第１開口部４５で生じた結晶欠陥１１は、第１ＳｉＣ膜３１中において（１１１）面の面方位に沿って成長する。このため、Ｄ１≧ｔａｎ（５４．６°）×Ｗ１なる関係を満足する厚さに形成された第１ＳｉＣ膜３１による開口部３５の側面３６に、結晶欠陥１１の端部が集中する。そのため、本実施形態のように、開口部３５の側面３６のほぼ全面に第２マスク４２を設けることで、結晶欠陥１１は、第２マスク４２の底面により終端される。
【００７８】
よって、第２開口部４６に露出する第１ＳｉＣ膜３１上には、結晶欠陥１１の発生が的確に抑制または防止されていることとなる。
【００７９】
したがって、第２開口部４６に露出する第１ＳｉＣ膜３１の上面を起点として成膜される第２ＳｉＣ膜３２では、結晶欠陥１１の発生が的確に抑制または防止されたものとなるため、第２ＳｉＣ膜３２として形成される立方晶炭化ケイ素膜を、結晶欠陥が少ない高品質のものとすることができる。また、結晶欠陥１１が少ないことから、炭化ケイ素膜付き基板１における応力の発生を的確に抑制することができる。
【００８０】
なお、以上のような関係を満足する第１マスク４１および第２マスク４２、ならびに、第１ＳｉＣ膜３１の具体的な大きさは、それぞれ、以下のように設定される。
【００８１】
すなわち、第１マスク４１の厚さＴ１および第２マスク４２の厚さＴ２は、それぞれ、独立して、Ｔ１は、好ましくは０．０１μｍ以上１４．０μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以上７．０μｍ以下に、Ｔ２は、好ましくは０．０１μｍ以上１．０μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に設定される。
【００８２】
また、第１マスク４１および第２マスク４２の幅Ｗ２は、それぞれ、独立して、好ましくは０．２μｍ以上１０．０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以上５．０μｍ以下に設定される。さらに、第１開口部４５および第２開口部４６の幅Ｗ１は、それぞれ、独立して、好ましくは０．２μｍ以上１０．０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以上５．０μｍ以下に設定される。
【００８３】
さらに、第１ＳｉＣ膜３１の第１マスク４１が存在しない位置、すなわち、第１開口部４５における第１ＳｉＣ膜３１の厚さＤ１は、好ましくは０．２８μｍ以上１４．０μｍ以下、より好ましくは０．７μｍ以上７．０μｍ以下に設定される。
【００８４】
このようなサイズを備える炭化ケイ素膜付き基板１において、前記関係を満足させることで、第２ＳｉＣ膜３２中における、結晶欠陥１１の発生をより的確に抑制または防止することができるようになる。
【００８５】
また、第１ＳｉＣ膜３１の膜厚を不必要に厚くする必要がないことから、ＳｉＣ膜３の厚膜化を招くことなく、第２ＳｉＣ膜３２中における、結晶欠陥１１の発生をより的確に抑制または防止することができるようになる。
【００８６】
以上のようにして、図１に示す炭化ケイ素膜付き基板１が得られる。
【００８７】
また、本実施形態では、シリコン基板２上に接して第１マスク４１を形成する場合について説明したが、かかる構成に限らず、例えば、ＳｉＣ膜３を、さらに、第３ＳｉＣ膜を備えるものとし、かかる第３ＳｉＣ膜をシリコン基板２上に形成し、第３ＳｉＣ膜上に接して第１マスク４１を形成するようにしてもよい。
【００８８】
以上のような炭化ケイ素膜付き基板１は、結晶欠陥が極めて少ない高品質の立方晶炭化ケイ素膜を備えることから、ワイドバンドギャップ半導体として期待される炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体として好適に用いられる。そのため、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体を備える半導体装置に好適に用いられ、かかる半導体装置を、高耐圧性を備えるものとし得る。
【００８９】
また、この半導体装置としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスター（ＩＧＢＴ）、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）等が挙げられる。
【００９０】
以上、本発明の炭化ケイ素膜付き基板、炭化ケイ素膜付き基板の製造方法および半導体装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９１】
例えば、本発明の炭化ケイ素膜付き基板の製造方法は、必要に応じて、任意の工程を追加することもできる。
【００９２】
また、本発明の炭化ケイ素膜付き基板および半導体装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することができる。本発明は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において広く適用が可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１…炭化ケイ素膜付き基板、２…シリコン基板、３…ＳｉＣ膜、４…マスク、１１…結晶欠陥、３１…第１ＳｉＣ膜、３２…第２ＳｉＣ膜、３５…開口部、３６…側面、４１…第１マスク、４２…第２マスク、４５…第１開口部、４６…第２開口部。
【図１】
0006627304.tif 000002
【図２】
0006627304.tif 000003
【図３】
0006627304.tif 000004