(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写用基板（１）上に絶縁膜（２ａ）が形成された転写板（３）を用意する工程と、
ＳｉＣ基板（４）上に単原子層のエピタキシャルシリコン酸窒化膜（５）が形成された表面処理基板（６）を用意する工程と、
前記表面処理基板（６）のシリコン酸窒化膜（５）上に、前記転写板（３）から前記絶縁膜（２ａ）を転写して、絶縁膜（２ｂ）を有する表面処理基板（６）を作製する工程と、
を含み、
前記シリコン酸窒化膜（５）上に転写された絶縁膜（２ｂ）上に、堆積法を用いて更に絶縁膜（７）を堆積させ、前記転写された絶縁膜（２ｂ）の膜厚が５ｎｍ以上１０ｎｍ未満であり、前記更なる絶縁膜（７）の膜厚が、転写絶縁膜（２ｂ）の膜厚との合計膜厚として、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることを特徴とする、ＳｉＣ半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁膜（２ａ）の転写前の表面粗さ（Ｒａ値）が１ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のＳｉＣ半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法。
【請求項３】
前記転写用基板（１）が軟化可能材料から構成され、
前記転写が、前記材料を軟化させた状態で、前記絶縁膜（２ａ）と前記シリコン酸窒化膜（５）とが向かい合うように、前記転写板（３）と前記表面処理基板（６）とを密着させることにより行うことを特徴とする、請求項１または２に記載のＳｉＣ半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法。
【請求項４】
前記転写される絶縁膜（２ａ）の材料のバンドギャップが５．０ｅＶ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のＳｉＣ半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法。
【請求項５】
前記堆積される絶縁膜（７）の材料のバンドギャップが５．０ｅＶ以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＳｉＣ半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法。
【請求項６】
転写用基板（１）上に絶縁膜（２ａ）が形成された転写板（３）を用意する工程と、
ＳｉＣ基板（４）上に単原子層のエピタキシャルシリコン酸窒化膜（５）が形成された表面処理基板（６）を用意する工程と、
前記表面処理基板（６）のシリコン酸窒化膜（５）上に、前記転写板（３）から前記絶縁膜（２ａ）を転写して、絶縁膜（２ｂ）を有する表面処理基板（６）を作製する工程と、
を含み、
前記転写される絶縁膜（２ａ）の材料が、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2、またはＬａ2Ｏ3であることを特徴とする、ＳｉＣ半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法。
【請求項７】
前記シリコン酸窒化膜（５）上に転写された絶縁膜（２ｂ）上に、堆積法を用いてさらに絶縁膜（７）を堆積させることを特徴とする、請求項６に記載のＳｉＣ半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法。
【請求項８】
前記堆積される絶縁膜（７）の材料が、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2、またはＬａ2Ｏ3であることを特徴とする、請求項７に記載のＳｉＣ半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素基板上へのゲート絶縁膜の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、従来の材料であるシリコン（Ｓｉ）や砒化ガリウム（ＧａＡｓ）と比べ、高耐圧かつ低損失な電界効果トランジスタの作製が可能な半導体材料として、近年注目を集めている。
【０００３】
低損失を担保する上では、チャネルであるＳｉＣ／絶縁膜の界面状態を良好にして、キャリアの移動度を向上させる必要がある。具体的には、平坦性が高くかつトラップ準位が低下した界面を形成する必要がある。
【０００４】
しかし現在、ゲート絶縁膜に成膜法として広く用いられている熱酸化法では、原理的に平坦性の維持やトラップ準位の発生を十分に抑制することが困難である。実際、熱酸化法を用いて作製したＳｉＣの電界効果トランジスタのチャネル移動度は、バルク値の１０００ｃｍ2／Ｖｓを大きく下回っており、高々、５０ｃｍ2／Ｖｓ程度であることが知られている。したがって、チャネル移動度の向上を目的とした半導体・絶縁膜界面状態の制御手法の開発は、ＳｉＣ素子の特性向上における重要な課題の一つである。  
かかる課題に対処するため、熱酸化法に代わる手法として、近年、堆積法の研究が進んでいる。堆積法は成膜装置を用いてＳｉＣ基板上に絶縁膜の成膜を行う手法であるため、あらかじめ基板の表面を適切に処理しておくことで、良好な界面状態の形成が期待できる手法である。実際、非特許文献１にて報告される堆積法を用いたＳｉＣ上のゲート絶縁膜の形成では、熱酸化法を上回るチャネル移動度が報告されている。
【０００５】
堆積法は、界面制御を行う上で優れた手法であるが、上述の通り、堆積前にＳｉＣ表面の適切な処理が重要であり、堆積前の表面状態としては、原子レベルで平坦となっており、化学的に活性な官能基や未結合手［以下、ダングリングボンド（ｄａｎｇｌｉｎｇ  ｂｏｎｄ）という］が無いことが理想的である。このような理想的な表面が実現可能なＳｉＣ表面構造として、非特許文献２に記載の単原子層のエピタキシャルシリコン酸窒化膜（以下、ＳｉＯＮ膜という）が知られている。この技術では、六方晶系に属するＳｉＣ結晶多形である４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣの（０００１）面上に、ＳｉＯＮ膜が形成される。該ＳｉＯＮ膜は、シリコン原子と酸素原子と窒素原子とがそれぞれ組成比（モル比）４：５：３で構成された厚さ０．６ｎｍ程度の極薄絶縁膜として形成できる。ＳｉＯＮ膜は、構造上、ダングリングボンドが存在せず化学的に不活性であり、さらに原子レベルで平坦でもあることから、ゲート絶縁膜の堆積を行う前のＳｉＣ表面状態として理想的である。
しかし、ＳｉＯＮ膜を形成した後に、例えば、従来の堆積法の手法であるスパッタリングを用いて、ＳｉＯＮ膜上にゲート絶縁膜を形成した場合、堆積初期の段階で極薄のＳｉＯＮ膜構造を破壊してしまう問題がある。スパッタリングの原理上、基板表面に対して高エネルギーで原子を衝突させる必要があるからである。
【０００６】
また、化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法という）も一般的な絶縁膜形成手法として用いられているが、スパッタリングのような表面の損傷の問題はないものの、絶縁性の悪い低品質な絶縁膜が形成されやすいという問題がある。ＣＶＤ法における成膜では、基板表面との化学結合が必要であるところ、ＳｉＯＮ膜が化学的に不活性なためである。
【０００７】
このため、ＳｉＯＮ膜上へのゲート絶縁膜堆積においては、ＳｉＯＮ膜を損傷せず、かつ高品質な絶縁膜形成を実現することが求められている。
【０００８】
なお、不活性表面へのゲート絶縁膜形成については、特許文献１で酸化シリコン（以下、ＳｉＯ2という）上へのグラフェンの転写の報告があるが、発明者らの知る限り、ＳｉＯＮ膜上へのゲート絶縁膜形成については過去に報告されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−３１６６６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】S. Hino, T. Hatayama, J. Kato, E. Tokumitsu, N. Miura, T. Oomori, Applied Physics Letters 92 (2008) 183503
【非特許文献２】H. Tochihara, T. Shirasawa, Progress in Surface Science 86 (2011) p. 295-327
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本願発明が解決しようとする課題は、ＳｉＯＮ膜が形成されたＳｉＣ基板上に、ゲート絶縁膜を形成するに当たって、ＳｉＯＮ膜構造の維持と高品質な絶縁膜形成とを両立することができるゲート絶縁膜の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第一の態様は、転写用基板（１）上に絶縁膜（２ａ）が形成された転写板（３）を用意する工程と、
ＳｉＣ基板（４）上に単原子層のエピタキシャルシリコン酸窒化膜（５）が形成された表面処理基板（６）を用意する工程と、
前記表面処理基板（６）のシリコン酸窒化膜（５）上に、前記転写板（３）から前記絶縁膜（２ａ）を転写して、絶縁膜（２ｂ）を有する表面処理基板（６）を作製する工程と、
を含むことを特徴とする、ＳｉＣ半導体装置用ゲート絶縁膜の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＳｉＯＮ膜の理想的な界面を維持したまま、高品質なゲート絶縁膜を形成することが可能であり、これにより電界効果トランジスタのチャネル移動度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の態様の方法［（ａ）］及び第二の態様の方法［（ｂ）］によりそれぞれ得ることのできる炭化珪素半導体装置の典型的な構成概略図である。
【図２】本発明の第一の態様及び第二の態様の方法に共通する、転写によるＳｉＯＮ膜上への絶縁膜形成工程について説明する図である。
【図３】本発明の第二の態様の方法において、ＳｉＯＮ膜上に転写された絶縁膜上に、さらに堆積絶縁膜を形成する工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（Ｉ）本発明の第一の態様
本発明の第一の態様の製造方法は、絶縁膜（２ａ）が形成された転写板（３）を用意する工程、単原子層のエピタキシャルＳｉＯＮ膜（５）が形成されたＳｉＣ基板（４）［表面処理基板（６）］を用意する工程、及び転写板（３）から表面処理基板（６）のエピタキシャルＳｉＯＮ膜（５）上への絶縁膜（２ａ）の転写工程を含む。ここで「用意する」とは、自らが作製するのみならず、他者により作製されたものを入手することをも含む概念である。
【００１６】
単原子層のエピタキシャルＳｉＯＮ膜上に絶縁膜を形成しようとする場合、該ＳｉＯＮ膜が極薄で化学的に不活性であるという特徴があるため、成膜時の表面損傷の大きいスパッタリング法や、成膜被表面との化学結合の形成を要するＣＶＤ法といった一般的な成膜手法を用いることが困難であるという問題がある。
【００１７】
しかし、転写は、物質間に働く物理吸着を利用した手法であり、通常の成膜法の実施が困難な表面に対しても、高品質な膜の形成が可能である。このため、転写法を用いることで原理的に前記問題が解決され、ＳｉＯＮ膜を損傷することなく、高品質な絶縁膜を成膜することが可能となる。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の典型的な実施形態を説明する。もっとも、本発明はかかる実施形態に限られるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００１９】
（Ｉ−１）
図１（ａ）は、本発明の第一の態様の製造方法により得ることのできる電界効果トランジスタの一例である。ＳｉＣ基板（４）上に単原子層のエピタキシャルＳｉＯＮ膜（５）が形成され、さらにその上に転写によりゲート絶縁膜（２ｂ）が形成された積層構造を有している。ドレイン電極（９）、ゲート電極（１０）、ソース電極（１１）及びＮ+層（８）も図示されている。
【００２０】
そして、本発明の第一の態様の製造方法を用いることで、ＳｉＣ基板／絶縁膜界面の平坦性と界面準位抑制が確保され、ゲート電極におけるチャネル移動度の向上が可能となる。
【００２１】
なお、電界トランジスタ以外であっても、構造としてＳｉＣ／絶縁膜の界面が生じる半導体装置であれば、上記の積層構造を適用することが可能である。
【００２２】
（Ｉ−２）    
次に図２は、本発明の第一の態様の製造方法における絶縁膜（２）の転写手順を図示したものである。
【００２３】
まず、図２（ａ）に図示されているように、転写用基板（１）上に絶縁膜（２ａ）が形成された転写板（３）を用意する。成膜条件の調整及びマスク等の被覆により、所望の膜厚及び所望の面積で絶縁膜を形成することが可能である。
【００２４】
次いで、単原子層のエピタキシャルＳｉＯＮ膜（５）が形成されたＳｉＣ基板（４）［表面処理基板（６）］を別途用意し、図２（ｂ）に示すように、転写板（３）を絶縁膜（２ａ）がＳｉＯＮ膜（５）と相対するように表面処理基板（６）と密着させ、絶縁膜（２ａ）が破損しない程度の力で均等に押し当てる。必要に応じて荷重をかけてもよく、密着性向上のために、微量の純水を密着面に滴下してもよい。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、転写板（３）の転写用基板（１）を選択的に除去することで、絶縁膜（２ａ）を表面処理基板（６）のＳｉＯＮ膜（５）上に転写する。この選択的除去としては、たとえば、転写用基板（１）のみを選択的に溶解させる溶液中に浸すことで転写用基板（１）を十分に除去する。この際に用いられる溶媒としては、絶縁膜と化学反応を起こさない性質を有する溶媒を用いることが求められる。
【００２６】
最後に、有機溶媒や純水により、作製した試料を十分に洗浄・乾燥させることで、ＳｉＯＮ膜（５）上に絶縁膜（２ｂ）を有するＳｉＣ基板を得ることができる。
【００２７】
（Ｉ−３）
なお単原子層のエピタキシャルＳｉＯＮ膜（５）は、十分な平坦性を有する４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣ（六方晶系に属するＳｉＣ結晶多形）のＳｉＣ基板のＳｉＣ面上に、形成することができる（非特許文献２参照）。
【００２８】
酸素を含む窒素雰囲気中での加熱によって、ＳｉＣ基板上に簡便に形成することができ、得られたＳｉＯＮ膜は、構造上、ダングリングボンドがなく、ゲート絶縁膜の堆積後であっても、界面準位の発生が抑制されるという利点を有する。
【００２９】
そして、ＳｉＯＮのバンドギャップは、約８ｅＶと大きいことから、絶縁膜（２ａ）堆積前のバッファ層として使用可能である。このため、絶縁膜堆積のプロセスにおいて、絶縁膜堆積前にＳｉＯＮ膜を形成することで、平坦かつ界面準位の抑制されたＳｉＣ／絶縁体界面を形成できる。
【００３０】
（Ｉ−４）
また、転写すべき絶縁膜（２ａ）は、所望する膜質や基板材料を考慮して選択した適切な成膜方法を用いて、絶縁膜形成用基板上に形成することができる。たとえば、ＣＶＤ法、原子層堆積法、反応性蒸着法などを挙げることができる。
【００３１】
また、絶縁膜形成用基板の形状については特に限定はないものの、絶縁膜が形成される表面の平坦性が極力高いことが好ましく、表面粗さ（Ｒａ値）が１ｎｍ以下であることが特に好ましい。ここで、表面粗さ（Ｒａ値）の定義及び測定は、後記（Ｉ−５）で説明する。
【００３２】
また、絶縁膜形成用基板の材質についても特に限定はないものの、転写作業における除去の容易性からは、金属基板、ＳｉＯ2基板、樹脂基板、無機塩基板（ＮａＣｌ基板など）等を用いることが好ましい。
【００３３】
また、絶縁膜形成用基板は、転写板（３）中の転写用基板（１）として、そのままＳｉＣ基板のＳｉＯＮ膜上への絶縁膜の転写に直接用いてもよい。もっとも、絶縁膜形成用基板と転写用基板（１）とに、それぞれ別個の基板を用いるのも、絶縁膜形成に特に適した基板と、ＳｉＯＮ膜上への転写に特に適した基板とを使い分けることができる点で好ましい。たとえば、絶縁膜形成用基板として表面の平坦性を特に重視した基板としは、特定結晶面を表面とする、ＮａＣｌ基板等の無機塩基板などがある。また、転写用基板として、転写の際の密着作業の容易化の観点から、熱可塑性樹脂、等の軟化可能材料を用いることが考えられる。
【００３４】
このように２つの異なる基板を使い分ける場合、まず絶縁膜形成用基板上に絶縁膜（２ａ）を成長させた後、一旦、転写用基板（１）に絶縁膜（２ａ）を転写し、次いで、転写用基板（１）上の絶縁膜（２ａ）を、ＳｉＣ基板のＳｉＯＮ膜上に転写する［たとえば、後記する作製例１の（１−２）〜（１−４）参照］。
【００３５】
また、絶縁膜形成用基板として軟化可能材料を用いた場合でも、非軟化状態で絶縁膜を形成した後、そのまま転写板として、軟化状態で転写することも考えられる。
【００３６】
（Ｉ−５）
転写前の絶縁膜（２ａ）については、ＳｉＯＮ膜（５）との密着性あるいは転写時の絶縁膜の剥がれ防止の観点から、密着させる表面が平坦であることが好ましく、その表面粗さ（Ｒａ値）が１ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
表面粗さ（Ｒａ値）の小さい表面を得るためには、（Ｉ−４）においても触れたように、絶縁膜形成用基板として、絶縁膜が形成される表面の平坦性が極力高い基板を用いること、及びＣＶＤ法、原子層堆積法、反応性蒸着法等の適切な成膜法を用いることが好ましい。
【００３８】
ここで、表面粗さ（Ｒａ値）とは、算術平均粗さ（表面形状上の各点の高さについて、算術平均値に対する偏差の絶対値に対する平均値を採ったもの）のことをいい、たとえばＡＦＭ（原子間力顕微鏡）や白色干渉計で観察された試料表面像につき、統計処理し、測定対象表面全体の平均値として求めることができる。より具体的には、実施例ではＡＦＭ (ＳＰＡ４００、ＳＩＩ製)を用い、測定範囲は縦横１０μｍ四方とした。
【００３９】
（Ｉ−６）
転写される絶縁膜（２ａ）については、必要な絶縁性を確保する観点からは、絶縁材料の物性及び／又は絶縁膜（２ａ）の膜厚を考慮することが好ましい。
【００４０】
まず絶縁材料のバンドギャップについては、六方晶系に属するＳｉＣ結晶多形である４Ｈ−ＳｉＣのバンドギャップが３．２６ｅＶであることを考慮すると、リーク電流抑制のため、少なくとも５ｅＶ以上のバンドギャップを有する絶縁材料を用いることが好ましい。好ましい絶縁材料としては、シリカ（ＳｉＯ2）のほか、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）といった金属酸化物が挙げられるが、これらに限られるわけではない。
【００４１】
また、同様にリーク電流抑制の観点からは、アモルファス性の絶縁膜を使用することが好ましいが、結晶性の絶縁膜であっても、良好な結晶性を有するものであれば使用可能である。
【００４２】
さらに、転写される絶縁膜（２ａ）の膜厚は、ゲート電圧印加時の十分な耐圧及びリーク電流の抑制の観点からは１０ｎｍ以上であることが好ましく、ゲート電圧印加時の絶縁膜中の電界確保、反転層の十分な形成の観点からは、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
（ＩＩ）本発明の第二の態様
本発明の第二の態様の製造方法は、本発明の第一の態様の製造工程に加えて、さらに単原子層のエピタキシャルＳｉＯＮ膜（５）上に転写された絶縁膜（２ｂ）上に、堆積法を用いてさらに絶縁膜（７）を堆積させる工程を含む態様である（図３参照）。
【００４４】
（ＩＩ−１）
図１（ｂ）は、本発明の第二の態様の製造方法により得ることのできる電界効果トランジスタの一例である。ＳｉＣ基板（４）上に単原子層のエピタキシャルＳｉＯＮ膜（５）が形成され、さらにその上に転写によりゲート絶縁膜の膜厚の一部（２ｂ）が形成され、さらにその上に堆積法によりゲート絶縁膜の膜厚の残部（７）が形成された積層構造を有している。ドレイン電極（９）、ゲート電極（１０）、ソース電極（１１）及びＮ+層（８）も図示されている。
【００４５】
そして、本発明の第二の態様の製造方法を用いることで、本発明の第一の態様と同様、ＳｉＣ基板／絶縁膜界面の平坦性と界面準位抑制が確保され、ゲート電極におけるチャネル移動度の向上が可能となる。
【００４６】
なお、電界トランジスタ以外であっても、構造としてＳｉＣ／絶縁膜の界面が生じる半導体装置であれば、上記の積層構造を適用することが可能である。
【００４７】
（ＩＩ−２）
この態様によれば、転写絶縁膜（２）の膜厚に堆積絶縁膜（７）の膜厚も加わるため、特に転写絶縁膜（２ｂ）自体の膜厚が小さい場合（たとえば１０ｎｍ未満）に、より好ましく用いることができる。
【００４８】
そして、この態様が、本発明の第一の態様と同様な技術的効果を奏するのは、堆積絶縁膜（７）の形成の前に、ＳｉＯＮ膜（５）上に転写絶縁膜（２ｂ）を形成しておくため、該転写絶縁膜（２ｂ）が、スパッタリング等に対するＳｉＯＮ膜（５）の保護膜として働くとともに、ＣＶＤ法等に対する基板表面の化学結合を与えることができるからである。
【００４９】
かかる観点からは転写絶縁膜（２ｂ）の膜厚は５ｎｍ以上あることが好ましい。もっとも、１０ｎｍ以上あっても差し支えない。
【００５０】
（ＩＩ−３）
堆積絶縁膜（７）形成のために用いることができる成膜法については、特に限定されないが、ＣＶＤ法、原子層堆積法、反応性蒸着法等の堆積成膜法を用いることができる。
【００５１】
また、堆積絶縁膜（７）形成のために用いることができる絶縁材料としては、六方晶系に属するＳｉＣ結晶多形である４Ｈ−ＳｉＣのバンドギャップが３．２６ｅＶであることを考慮すると、リーク電流抑制のため、少なくとも５ｅＶ以上のバンドギャップを有する絶縁材料を用いることが好ましい。好ましい絶縁材料としては、シリカ（ＳｉＯ2）のほか、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）といった金属酸化物が挙げられるが、これらに限られるわけではない。
【００５２】
また、同様にリーク電流抑制の観点からは、アモルファス性の絶縁膜を使用することが好ましいが、結晶性の絶縁膜であっても、良好な結晶性を有するものであれば使用可能である。
【００５３】
このような堆積絶縁膜（７）の材料は、転写絶縁膜（２ｂ）の材料と必ずしも同一である必要はないが、ゲート信頼性の確保の観点からは、少なくともリークの少ない、絶縁性の良い材料であることが好ましい。
【００５４】
さらに、堆積絶縁膜（７）の膜厚は、転写絶縁膜（２ｂ）の膜厚との合計膜厚として、ゲート電圧印加時の十分な耐圧及びリーク電流の抑制の観点からは１０ｎｍ以上であることが好ましく、ゲート電圧印加時の絶縁膜中の電界確保、反転層の十分な形成の観点からは、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【実施例】
【００５５】
（作製例１）
本発明の第一の態様の製造方法の典型的な具体例である。
（１−１）ＳｉＣ基板上への単原子層エピタキシャルＳｉＯＮ膜の形成（表面処理基板の作製）
ＳｉＣ基板として、１０ｍｍ角にカットされた厚さ３５０μｍの、４Ｈ−ＳｉＣ（００００１）面からの角度が４°（オフ角）の基板を用意した。
【００５６】
この基板を、アセトンやエタノールなどの有機溶媒、および純水による超音波洗浄をそれぞれ１０分間行って、表面の不純物を除去した。
【００５７】
次いで、洗浄後の基板を、横型加熱炉内に設置されたグラファイト製のサセプタ上に置き、炉内真空度が１０-3Ｐａになるまで真空引きを行った。
【００５８】
真空引き後、水素ガスを大気圧になるまで炉内に導入し、水素ガス流量１０００ｓｃｃｍ、温度１４００℃にて２０分間加熱を行うことで、ＳｉＣ表面の平坦化を行った。
【００５９】
加熱後、基板温度が室温になるまで１５分間冷却してから、水素ガスの導入を停止し、炉内真空度が１０-3Ｐａになるまで真空引きを行った。
【００６０】
次に、炉内に窒素ガスを大気圧になるまで導入し、窒素ガス流量１０００ｓｃｃｍ、温度１４００℃にて２０分間加熱を行うことで、ＳｉＯＮ膜の成長を行った。なお、この際、炉内には微量の酸素が存在している。
【００６１】
加熱後は、基板温度が室温になるまで１５分間冷却してから、窒素ガスの導入を停止し、加熱炉を大気開放して、得られた表面処理基板を取り出した。
【００６２】
（１−２）ＮａＣｌ基板（絶縁膜形成用基板）上へのアモルファスＡｌ2Ｏ3膜（絶縁膜）の形成
絶縁膜形成用基板として、１０ｍｍ角で厚さ５００μｍのＮａＣｌ（００１）基板（ＭＴＩ製）を用意した。なお、前記基板の表面粗さ（Ｒａ値）０．５ｎｍであった。
【００６３】
アモルファスＡｌ2Ｏ3膜の成膜は、スパッタリングを用いて実施した。
【００６４】
すなわち、まず基板の成膜前処理として、３００℃でのＵＶオゾン処理を行い、表面に付着した有機不純物を除去した。
【００６５】
次に、基板をヘリコン型高周波マグネトロンスパッタリング装置内に設置された試料台上に置き、１０-3Ｐａになるまで真空引きを行った後、アルゴンガスを１０ｓｃｃｍ及び酸素ガスを１ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に導入した。
【００６６】
その後、１Ｐａになるようチャンバ内の圧力を調整した後、基板温度３００℃にて陰極電力１５０Ｗの条件でアルミニウムのスパッタリングを２分間行い、表面粗さ（Ｒａ値）０．５ｎｍ、膜厚５０ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜を形成した。
【００６７】
ここで上記にいうガス流量単位「ｓｃｃｍ」は、１ａｔｍ、０℃を標準とする「標準ｃｍ3／分」を意味する。
【００６８】
また、表面粗さ（Ｒａ値）の測定は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、ＳＩＩ製  ＳＰＡ４００）を用い、縦横１０μｍ四方の領域を測定し、膜厚は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立ハイテクノロジーズ製  Ｓ−４７００）で断面を観察することによって測定した。
【００６９】
なお、Ａｌ2Ｏ3のバンドギャップは６ｅＶ以上である。
【００７０】
（１−３）アモルファスＡｌ2Ｏ3膜（絶縁膜）が形成されたポリメチルメタクリレート膜（転写板）の作製
前記（１−２）で作製したＮａＣｌ基板上のＡｌ2Ｏ3膜の表面に、ポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡという）のジクロロベンゼン溶液（１０重量％溶液）の２０μＬを滴下し、回転数４０００ｒｐｍ（回転数／分）、６０秒の条件でスピンコートを行った。
【００７１】
その後、４０℃、３０分間の条件で乾燥させ、前記Ａｌ2Ｏ3膜の表面に、膜厚５０μｍのＰＭＭＡ膜を形成した。次いで５０℃の純水２００ｍＬに試料を浸漬して、ＮａＣｌ基板を完全に除去した。
【００７２】
次いで、５分間の純水による流水洗浄と乾燥により、転写用基板であるＰＭＭＡ膜に転写されたＡｌ2Ｏ3膜を得た。
【００７３】
（１−４）エピタキシャルＳｉＯＮ膜上へのアモルファスＡｌ2Ｏ3膜（絶縁膜）の転写
前記（１−３）で得られた転写板（Ａｌ2Ｏ3膜が形成されたＰＭＭＡ膜）を、Ａｌ2Ｏ3膜がＳｉＯＮ膜表面に向かい合うようにして、前記（１−１）で作製した表面処理基板（ＳｉＯＮ膜が形成されたＳｉＣ基板）に押し付けた。
【００７４】
その後、１８０℃、３０分間の条件で加熱し、ＰＭＭＡ膜の軟化によるＳｉＯＮ膜上へのＡｌ2Ｏ3膜の密着を行った。
【００７５】
その後、アセトンに５分間浸漬することで、ＰＭＭＡ膜の除去を行い、最終的にＡｌ2Ｏ3膜がＳｉＯＮ膜上に転写されたＳｉＣ基板を得た。
【００７６】
（１−５）膜質評価用ＭＯＳキャパシタの作製
前記（１−４）で作製した試料（Ａｌ2Ｏ3膜がＳｉＯＮ膜上に転写されたＳｉＣ基板）のＡｌ2Ｏ3膜上に、電極パッド形成用のマスクをかぶせ、抵抗加熱式蒸着器の試料台に設置した。
【００７７】
次いで、原料のアルミニウム（Ａｌ）を加熱ボード上に設置し、チャンバ内が１０-4Ｐａとなるまで真空引きを行った。この圧力において、５Å／秒の速度で２００秒間、アルミニウムの蒸着を行った。
【００７８】
蒸着後、チャンバ内を大気開放して試料を取り出し、Ａｌ2Ｏ3膜表面に直径２００μｍ、厚さ１００ｎｍのアルミニウム電極が形成された試料を得た。
【００７９】
裏面電極については、ダイヤモンドペンにて、試料裏面５ｍｍ×１０ｍｍの範囲の自然酸化膜を除去した後、マスクをせずにアルミニウムの蒸着を行って形成した。
【００８０】
以上の工程により得られた試料を作製試料１とした。
【００８１】
（作製例２）
本発明の第二の態様の製造方法の典型的な具体例である。
【００８２】
（２−１）Ａｌ2Ｏ3膜がＳｉＯＮ膜上に転写されたＳｉＣ基板の作製
作製例１の方法におけるＡｌ2Ｏ3膜のスパッタリング成膜［前記（１−２）］の膜厚を５ｎｍに変更する以外は作製例１の（１−１）〜（１−４）と同様にして、Ａｌ2Ｏ3膜がＳｉＯＮ膜上に転写されたＳｉＣ基板を作製した。
【００８３】
（２−２）転写Ａｌ2Ｏ3膜上への堆積Ａｌ2Ｏ3膜の形成
前記（２−１）で作製されたＡｌ2Ｏ3膜がＳｉＯＮ膜上に転写されたＳｉＣ基板のＡｌ2Ｏ3膜上に、前記作製例１の（１−２）に準じて膜厚５０ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜をスパッタリングにより成膜した。
【００８４】
（２−３）膜質評価用ＭＯＳキャパシタの作製
前記（２−２）で作製された試料を用いて、作製例１の（１−５）に準じて膜質評価用ＭＯＳキャパシタを作製し、作製試料２とした。
【００８５】
（作製例３）
作製例１において、スパッタリングで成膜［前記（１−２）］する絶縁膜の材料をアモルファスＳｉＯ2膜に変更する以外は、作製例１と同様にして、膜質評価用ＭＯＳキャパシタを作製し、作製試料３とした。
【００８６】
なお、ＳｉＯ2のバンドギャップは３．６ｅＶである。
【００８７】
（作製例４）
作製例１において、スパッタリングで成膜［前記（１−２）］するＡｌ2Ｏ3膜の膜厚を３ｎｍに変更する以外は、作製例１と同様にして、膜質評価用ＭＯＳキャパシタを作製し、作製試料４とした。
【００８８】
（作製例５）
作製例１の（１−２）において絶縁膜形成用基板上に形成されたＡｌ2Ｏ3膜について、後処理として水素プラズマ照射を行い、Ａｌ2Ｏ3膜の表面粗さ（Ｒａ値）を２ｎｍとする工程を追加した以外は、作製例１と同様にして、膜質評価用ＭＯＳキャパシタを作製し、作製試料５とした。
【００８９】
（作製例６）
作製例１の（１−１）で作製された、ＳｉＯＮ膜が形成されたＳｉＣ基板のＳｉＯＮ膜上に直接、前記（１−２）に準じてスパッタリングを行い、膜厚５０ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜を形成した後、前記（１−５）に準じて膜質評価用ＭＯＳキャパシタを作製し、作製試料６とした。
【００９０】
（作製例７）
作製例１の（１−１）で作製された、ＳｉＯＮ膜が形成されたＳｉＣ基板のＳｉＯＮ膜上に直接、ＣＶＤ法により、膜厚５０ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜を形成した後、前記（１−５）に準じて膜質評価用ＭＯＳキャパシタを作製し、作製試料７とした。
【００９１】
（作製例８）
作製例２の（２−２）において転写Ａｌ2Ｏ3膜上に、膜厚５０ｎｍのＳｉＯ2膜をスパッタリングにより成膜する以外は、作製例２と同様にして、膜質評価用ＭＯＳキャパシタを作製し、作製試料８とした。
【００９２】
（作製例９）
作製例２の（２−２）において転写Ａｌ2Ｏ3膜上に、膜厚３ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜をスパッタリングにより成膜する以外は、作製例２と同様にして、膜質評価用ＭＯＳキャパシタを作製し、作製試料９とした。
【００９３】
（性能評価１）
以下、作製試料１及び３〜７について、表面ＳＥＭ観察による転写絶縁膜の剥がれの有無、ゲート印加電圧５Ｖにおけるリーク電流、容量−電圧特性測定（以下、Ｃ−Ｖ測定という）による伝導帯下０．２ｅＶの禁制帯中の界面準位密度の評価をそれぞれ行った。
【００９４】
その結果を表１に示す。
【００９５】
【表１】
0006701788.tif 000002
【００９６】
ここで、剥がれは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、その有無を判断した。
【００９７】
また、金属製のステージ上にサンプルを載せ、上面電極に測定針(プローバ)を触れさせることで基板垂直方向のリーク電流の測定を行った。そして、リーク電流の評価不可とは、転写絶縁膜の剥がれにより、その直上に形成する電気測定用の電極の形成がうまくできなかったことを意味する。
【００９８】
さらに、界面準位密度の評価は、前記リーク電流の測定と同様のセットアップにて、
Ｃ−Ｖ測定により容量値−電圧の曲線を得た後、Ｈｏ−Ｌｏ法という解析手法を用いて測定曲線より準位密度を算出することによって行った。
【００９９】
この結果、作製試料１については、ＳｉＯＮ膜との密着性が良好で一様に転写絶縁膜が形成されており（転写絶縁膜の剥がれが無い）、形成された転写絶縁膜の耐圧が良好であり（１ｐＡ以下のリーク電流）、ＳｉＯＮ膜の損傷が少ない（５×１０11ｃｍ-2ｅＶ-1以下の界面準位密度）ことが確認され、本発明の第一の態様の製造方法が有利な結果をもたらすことを示す。
【０１００】
もっとも、絶縁膜を構成する絶縁材料として絶縁性が比較的劣るＳｉＯ2を用いた場合（作製試料３）、あるいは絶縁材料としてはＡｌ2Ｏ3を用いているものの絶縁膜の膜厚が比較的薄いもの（作製試料４）では、リーク電流が比較的に高かった。これは絶縁膜としては、より絶縁性の高い材料を用い、かつ十分な膜厚を持たせることが好ましいことを示す。
【０１０１】
また、意図的に転写前の絶縁膜の表面粗さを増加させた作製試料５では、転写絶縁膜の剥がれが観察されたことから、転写前の絶縁膜の表面（転写によりＳｉＯＮ膜と密着させるべき表面）はより平滑であることが好ましいことを示す。
【０１０２】
また、本発明のような転写法ではなく、もっぱらスパッタリング法でＳｉＯＮ膜上に絶縁膜を形成した場合（作製試料６）、界面準位密度が高く、ＳｉＯＮ膜の損傷が大きいことを示す。
【０１０３】
さらに、本発明のような転写法ではなく、もっぱらＣＶＤ法によりＳｉＯＮ膜上に絶縁膜を形成した場合（作製試料７）、リーク電流が増加し、形成される絶縁膜の絶縁性の品質が劣ることを示す。
【０１０４】
（性能評価２）
以下、作製試料２、８及び９について、前記性能評価１と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。
【０１０５】
【表２】
0006701788.tif 000003
【０１０６】
この結果、作製試料２については、ＳｉＯＮ膜との密着性が良好で一様に転写絶縁膜が形成されており（転写絶縁膜の剥がれが無い）、形成された転写絶縁膜の耐圧が良好であり（１ｐＡ以下のリーク電流）、ＳｉＯＮ膜の損傷が少ない（５×１０11ｃｍ-2ｅＶ-1以下の界面準位密度）ことが確認され、本発明の第二の態様の製造方法でも有利な結果をもたらすことを示す。
【０１０７】
もっとも、堆積絶縁膜を構成する絶縁材料として絶縁性が比較的劣るＳｉＯ2を用いた場合（作製試料８）、あるいは堆積絶縁材料としてもＡｌ2Ｏ3を用いているものの転写絶縁膜との膜厚の合計が比較的薄いもの（作製試料９）では、リーク電流が比較的に高かった。これは絶縁膜としては、より絶縁性の高い材料を用い、かつ十分な膜厚を持たせることが好ましいことを示す。
【符号の説明】
【０１０８】
１    転写用基板
２ａ  転写絶縁膜（転写前）
２ｂ  転写絶縁膜（転写後）
３    転写板
４    ＳｉＣ基板
５    ＳｉＯＮ膜
６    表面処理基板
７    堆積絶縁膜
８    Ｎ+層
９    ドレイン電極
１０  ゲート電極
１１  ソース電極
【図１】
0006701788.tif 000004
【図２】
0006701788.tif 000005
【図３】
0006701788.tif 000006