(57)【要約】【課題】水素ガスや塩化水素ガスを使用することなく、炭化珪素基板表面の研磨傷等の微細な凹凸を低減し、きわめて平坦度の良好な表面を形成する。【解決手段】平坦な表面８を有する炭化珪素基板７を製造する。炭化珪素からなる基材１を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、基材１の表面２に炭素層４を生成させる。次いで、炭素層４を除去する。好ましくは、基材を１３００℃以下の温度の酸素含有雰囲気中で酸化し、炭素層４を除去し、生成した酸化膜６をエッチングによって除去する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な表面を有する炭化珪素基板を製造する方法であって、
炭化珪素からなる基材を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、前記基材の表面に炭素層を生成させる炭素層生成工程、および
前記炭素層を除去する炭素層除去工程を有することを特徴とする、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項２】
前記炭素層除去工程において、前記炭素層を酸化することによって前記炭素層を除去することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記酸化を１３００℃以下の温度の酸素含有雰囲気中で実施することを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記炭素層を酸化することによって前記炭素層を除去した後に、前記炭化珪素基板表面をエッチング処理するエッチング工程を有することを特徴とする、請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
前記エッチングをフッ酸によって行うことを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の方法によって得られたことを特徴とする、炭化珪素基板。
【請求項７】
炭化珪素からなる基材を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、前記基材の表面に炭素層を生成させる炭素層生成工程、
前記炭素層を除去することによって、平坦な表面を有する炭化珪素基板を得る炭素層除去工程、および
前記表面にエピタキシャル膜を成膜する成膜工程を有することを特徴とする、エピタキシャル膜の製造方法。
【請求項８】
前記炭素層除去工程において、前記炭素層を酸化することによって前記炭素層を除去することを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記酸化を１３００℃以下の温度の酸素含有雰囲気中で実施することを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記炭素層を酸化することによって前記炭素層を除去した後に、前記炭化珪素基板表面をエッチング処理するエッチング工程を有することを特徴とする、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記エッチングをフッ酸によって行うことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか一つの請求項に記載の方法によって得られたことを特徴とする、エピタキシャル膜。
【請求項１３】
ワイドバンドギャップ半導体からなることを特徴とする、請求項１２記載のエピタキシャル膜。
【請求項１４】
炭化珪素からなる基材を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、前記基材の表面に炭素層を生成させる炭素層生成工程、
前記炭素層を除去することによって、平坦な表面を有する炭化珪素基板を得る炭素層除去工程、および
前記表面にエピタキシャル膜を成膜する成膜工程を有することを特徴とする、エピタキシャル膜被覆基板の製造方法。
【請求項１５】
前記炭素層除去工程において、前記炭素層を酸化することによって前記炭素層を除去することを特徴とする、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記酸化を１３００℃以下の温度の酸素含有雰囲気中で実施することを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記炭素層を酸化することによって前記炭素層を除去した後に、前記炭化珪素基板表面をエッチング処理するエッチング工程を有することを特徴とする、請求項１５または１６記載の方法。
【請求項１８】
前記エッチングをフッ酸によって行うことを特徴とする、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれか一つの請求項に記載の方法によって得られたことを特徴とする、エピタキシャル膜被覆基板。
【請求項２０】
前記エピタキシャル膜がワイドバンドギャップ半導体からなることを特徴とする、請求項１９記載のエピタキシャル膜被覆基板。
【請求項２１】
炭化珪素基板と、この炭化珪素基板上に設けられた酸化膜とを備えている酸化膜被覆基板を製造する方法であって、
炭化珪素からなる基材を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、前記基材の表面に炭素層を生成させる炭素層生成工程、および
前記炭素層を酸化することによって前記酸化膜を生成させる酸化膜生成工程を有することを特徴とする、酸化膜被覆基板の製造方法。
【請求項２２】
前記酸化を１３００℃以下の温度の酸素含有雰囲気中で実施することを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
請求項２１または２２記載の方法によって得られたことを特徴とする、酸化膜被覆基板。
【請求項２４】
平坦な表面を有する炭化珪素基板と、この炭化珪素基板上に設けられた酸化膜とを備えている酸化膜被覆基板であって、
前記表面を原子間力顕微鏡によって測定したときの高低差が５ｎｍ以下であることを特徴とする、酸化膜被覆基板。
【請求項２５】
請求項２３または２４記載の酸化膜被覆基板を含むことを特徴とする、電子素子。
【請求項２６】
金属酸化物半導体電界効果トランジスタであることを特徴とする、請求項２５記載の電子素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素基板に、エピタキシャル膜の成膜に適した平坦な表面を形成する技術に関するものである。また、本発明は、電子素子に適した酸化膜被覆炭化珪素基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素（ＳｉＣ）は、光デバイスや電子デバイス用の基板として大いに注目されている。光デバイスの分野では、ＧａＮなどの窒化物をサファイア（Ａｌ２Ｏ３）や炭化珪素基板上に製膜する際に利用されている。
【０００３】しかし、特開平１０−２７０３６８号公報に記載されているように、サファイア基板を用いた場合、サファイア基板は電気的に絶縁性が高いため、基板上に導電性の層を形成し、この導電性層を介して電流を供給しなければならない。また、サファイアとＧａＮとはへき開面がことなるため、レーザーとして使用したとき、良好なキャビティーが得られない。そこで、サファイア基板にかわり、導電性のある炭化珪素基板を利用する試みが出てきている。炭化珪素は導電性があるため、基板に直接電極を形成することができるという利点がある。
【０００４】電子デバイスの分野では、長くシリコン（Ｓｉ）が使用されてきたが、使用温度が１２５℃以下という限界があり、デバイス動作時の発熱による電力損失も、デバイスの設計上おおきな課題となっている。携帯電話の通信基地や衛生放送の通信分野、ＥＴＣシステムや自動車衝突防止機能システムの開発が進む交通・輸送分野で利用されるトランジスタなどの電子デバイスでは、利用可能温度が高いだけでなく、高耐圧であり、オン抵抗が小さく、また高周波での動作特性がよい材料が要望されている。
【０００５】こうした技術動向を支える材料として、ワイドバンドギャップ半導体がある。ワイドバンドギャップ半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮをはじめとした窒化物や炭化珪素、ダイヤモンドがある。結晶成長制御の困難さから、ＧａＮやＡｌＮの窒化物の自立した高品質な基板を得ることは難しいのが現状である。一方、ＳｉＣの基板は、Ｓｉ基板上にＣＶＤにより製膜する方法の他に、昇華法をもちいたインゴット成長が可能である。このインゴット成長した炭化珪素からウエハを切りだし、そのウエハを鏡面研磨して基板として利用することができる。
【０００６】ＧａＮやＡｌＮは単独で結晶成長させることは困難であるが、上述の炭化珪素基板上に製膜することは、ＣＶＤやＭＢＥなどの製膜法を用いることにより可能である。良質なＧａＮ膜やＡｌＮ膜を製膜するには、炭化珪素基板表面はできるだけ平滑であることが望ましい。
【０００７】炭化珪素インゴットから切り出された炭化珪素ウエハ表面に機械的な研磨を行い、平滑化する必要がある。研磨という平滑化プロセスは、研磨剤を用い、研磨が進行するにつれて、荒い研磨砥粒から微細な砥粒へと変えていくことで、より平滑な面を得る方法である。しかし、研磨砥粒は炭化珪素と同等かそれ以上硬いことが必要である。このため、炭化珪素基板には、研磨によるダメージ層やスクラッチと呼ばれる研磨傷が全面に発生する。図２に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により観察した研磨後の炭化珪素表面を示す。
【０００８】最終的なデバイス性能の多くは、炭化珪素基板上に成長させたエピタキシャル膜の膜質に左右される。このエピタキシャル膜の膜質は、下地である炭化珪素基板の影響を受ける。従って、高品質のエピタキシャル膜を得るためには、エピタキシャル膜の成膜前に、炭化珪素基板表面のダメージ層やスクラッチを除去し、原子レベルで平坦かつ清浄な表面を得ることが必要となる。
【０００９】炭化珪素基板の表面にある研磨傷を除去し、平坦な表面を得るために、ＣＶＤ装置内において１３００℃以上、１８５０℃以下の温度範囲で水素ガス、塩化水素ガスを用いることが知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では水素を用いるため、作業中に爆発の危険性がある。また、塩化水素は毒性気体であり、かつ腐食性があり、装置内部を腐食させる可能性がある。また、塩化水素ガスの排気には特別な装置を要する。ＣＶＤではガス圧が０．１〜７６０Ｔｏｒｒと高く、このような装置ではガスは粘性流となり、大口径のウエハや数量を増やしたとき、ウエハの個所や試料毎にエッチング速度にむらが出る可能性がある。
【００１１】例えば、特開２００１−７７０３０号公報「炭化珪素半導体装置の製造方法」（三洋電機・日立・東芝・産業技術総合研究所）では反応炉中で１６００℃から１８５０℃の温度で加熱し、水素を８Ｌ／ｍｉｎ流して表面処理をしている。このときの圧力は２Ｔｏｒｒより大きく１００Ｔｏｒｒ以下が良いとしている。しかし、このような圧力下で多数の炭化珪素ウエハを同時に処理しようとしたとき、ガス流の粘性により、均等にエッチングされない可能性がある。また、大量の水素ガスをもちいているため、その処理方法においても十分な処理装置が必要となる。
【００１２】また、（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，　Ｔ．　Ｋｉｍｏｔｏ，　Ｈ．　Ｍａｔｓｕｎａｍｉ，　Ｓ．　Ｔａｎａｋａ，　Ｎ．　Ｔｅｒａｇｕｃｈｉ　ａｎｄ　Ａ．　Ｓｕｚｕｋｉ　：「　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」７６（２０００）　　Ｎｏ．２３，３４１２）では、１３００℃の温度において水素１ＳＬＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｌｉｔｔｅｒ　ｐｅｒ　Ｍｉｎｕｔｅ；流量単位）に対して、塩化水素ガスを３ｓｃｃｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｃｕｂｉｃ　Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ　ｐｅｒ　Ｍｉｎｕｔｅ；流量単位）流して、表面処理を実施していた。（Ｚ．Ｙ．Ｘｉｅ，　Ｃ．Ｈ．Ｗｅｉ，　Ｌ．Ｙ．Ｌｉ，　Ｑ．Ｍ．Ｙｕ　ａｎｄ　Ｊ．Ｈ．Ｅｄｇａｒ：「Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ」２１７　（２０００）１１５）では、１４００〜１５００℃の温度領域において水素中で１％の塩化水素ガスを流して表面処理を実施した。このような温度域において塩化水素ガスを用いると、反応炉の炉壁まで侵食されてしまう恐れがある。
【００１３】また、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）は、パーソナルコンピューターや携帯電話などの情報機器に組み込まれている高速ＭＰＵ（マイクロプロセッサー）や高密度メモリーなどの超高集積回路（ＵＬＳＩ）のキーとなる構成要素である。ＭＯＳＦＥＴの材料としては、Ｓｉを用いることが圧倒的に多かった。「固体物理」２００２年２月号第６１頁「シリコン熱酸化の新しい描像」（影島他）によると、シリコン酸化膜はバンドギャップ８ｅＶ程度の絶縁膜であり、ＳｉとＳｉ酸化膜とのバンドオフセット（Ｓｉと酸化膜とのバンドギャップのずれ）は約３〜４ｅＶと大変大きい。Ｓｉ中のキャリアに対しては、高電圧が印加され、Ｓｉと酸化膜との界面近傍をキャリアが高速で移動する。このため、Ｓｉ酸化膜は、ＭＯＳＦＥＴのゲート酸化膜として使用されている。
【００１４】ＳｉがＭＯＳＦＥＴの材料として使用される理由は以下のとおりである。Ｓｉは６００〜１２００℃で容易に酸化でき、生成した酸化膜は均等な厚さを持っていて、Ｓｉと酸化膜との界面はきわめて平坦となる。また、酸化膜や、酸化膜とＳｉ基板との界面において、電荷捕獲準位密度が小さいために、キャリア移動度を高速化できるためである。酸化膜を形成した後に水素雰囲気中でアニールすると、さらに電荷捕獲準位密度は減少するとされている。電荷捕獲準位密度とは、キャリアをトラップする作用を示す指標である。電荷捕獲準位密度が高いと、キャリア移動度が低下し、デバイスの性能が悪くなる。
【００１５】しかし、最近では、Ｓｉ材料の理論的限界を超えるような性能を有するデバイスが待望されている。こうした材料の候補として、ワイドギャップ半導体であるＳｉＣがある。ＳｉＣ基板上に良質の酸化膜を形成できれば、Ｓｉに変わるパワーエレクトロニクスデバイスとなるものと考えられる。
【００１６】炭化珪素基板上に酸化膜を形成する技術としては、以下のものがあげられる。
Ｒｙｏｊｉ　Ｋｏｓｕｇｉ　ｅｔ　ａｌ．「Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．，」　９１　（２００２）　１３１４頁
Ｓ．　Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ　ｅｔ　ａｌ．「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」４５　（２００１）　４７１頁
特開平９−１９９４９７号公報
【００１７】しかし、これらの方法では、炭化珪素基板表面の研磨傷が残留したままの状態で酸化膜を形成している。この結果、酸化膜を形成しても、酸化膜と炭化珪素基板との界面には、研磨傷に由来する凹凸が残り、電荷捕獲準位密度が形成され、デバイスとしての性能が劣化してしまう。
【００１８】例えば、Ｋｏｓｕｇｉらの方法では、炭化珪素基板をＲＣＡ洗浄後、１２００℃で３０分間、乾燥および酸化させ、厚さ１０ｎｍの酸化膜を形成し、フッ酸により酸化膜を除去し、次いで４００℃でシランガスと酸素とを使用して化学的気相成長法により酸化膜を形成している。この酸化膜を１０００〜１２００℃でアニール処理する。この報告によれば、１１００℃以上の温度でのアニール処理により、界面準位密度（Ｄｉｔ：ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｓｔａｔｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ）が低減されている。これは、ＳｉＯ２中で緩和（ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ）が生じているために、Ｄｉｔが低減したものであると報告されている。しかし、１２００℃程度の温度でのアニールでは、炭化珪素基板にもともと存在していた研磨傷は消失しておらず、酸化膜と炭化珪素との界面の構造に起因する電荷捕獲準位が存在するはずである。
【００１９】Ｓ．　Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙらの報告では、炭化珪素基板をＲＣＡ洗浄後、６０秒間１％フッ酸中に浸漬し、１１００℃で２１０分間、酸素雰囲気中で酸化し、窒素中やＮ２Ｏ中でアニール処理をしている。この酸化膜作製方法によっても、やはり、酸化膜と炭化珪素基板との界面に、基板の研磨傷に由来する電荷捕獲準位が生ずる。
【００２０】特開平９−１９９４９７号公報では、熱酸化膜を水素雰囲気中やアルゴン雰囲気中でアニールすることによって、熱酸化膜の特性を改善しようと試みている。しかし、酸化膜と炭化珪素基板との界面の構造を改善してはいない。
【００２１】本発明の課題は、水素ガスや塩化水素ガスを使用することなく、炭化珪素基板表面の研磨傷等の微細な凹凸を低減し、きわめて平坦度の良好な表面を形成することである。
【００２２】また、本発明の課題は、炭化珪素基板に酸化膜を設けるのに際して、炭化珪素基板と酸化膜との界面における微細な凹凸を低減し、電子素子に適した酸化膜被覆基板を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は、平坦な表面を有する炭化珪素基板を製造する方法であって、
炭化珪素からなる基材を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、前記基材の表面に炭素層を生成させる炭素層生成工程、および
炭素層を除去する炭素層除去工程を有することを特徴とする。
【００２４】また、本発明は、前記方法によって得られたことを特徴とする、炭化珪素基板に係るものである。
【００２５】また、本発明は、炭化珪素からなる基材を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、前記基材の表面に炭素層を生成させる炭素層生成工程、
炭素層を除去することによって、平坦な表面を有する炭化珪素基板を得る炭素層除去工程、および
前記表面にエピタキシャル膜を成膜する成膜工程を有することを特徴とする、エピタキシャル膜の製造方法に係るものである。
【００２６】また、本発明は、前記方法によって得られたことを特徴とする、エピタキシャル膜に係るものである。
【００２７】また、本発明は、炭化珪素からなる基材を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、基材の表面に炭素層を生成させる炭素層生成工程、
炭素層を除去することによって、平坦な表面を有する炭化珪素基板を得る炭素層除去工程、および
前記表面にエピタキシャル膜を成膜する成膜工程を有することを特徴とする、エピタキシャル膜被覆基板の製造方法に係るものである。
【００２８】また、本発明は、前記方法によって得られたエピタキシャル膜被覆基板に係るものである。
【００２９】上述の方法によれば、炭化珪素基板表面の研磨傷をほぼ消去し、原子オーダーで平坦な表面を形成することができる。しかも、この処理プロセスにおいて水素や塩化水素を必要としない点で画期的である。
【００３０】また、本発明は、炭化珪素基板と、この炭化珪素基板上に設けられた酸化膜とを備えている酸化膜被覆基板を製造する方法であって、
炭化珪素からなる基材を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、基材の表面に炭素層を生成させる炭素層生成工程、および
炭素層を酸化することによって酸化膜を生成させる酸化膜生成工程を有することを特徴とする。
【００３１】また、本発明は、前記方法によって得られたことを特徴とする、酸化膜被覆基板に係るものである。
【００３２】本発明によれば、炭化珪素基板に酸化膜を設けるのに際して、炭化珪素基板と酸化膜との界面における微細な凹凸を低減し、電子素子に適した酸化膜被覆基板を提供できる。
【００３３】また、本発明は、平坦な表面を有する炭化珪素基板と、この炭化珪素基板上に設けられた酸化膜とを備えている酸化膜被覆基板を製造する方法であって、
炭化珪素基板の表面を原子間力顕微鏡によって測定したときの高低差が５ｎｍ以下であることを特徴とする、酸化膜被覆基板に係るものである。
【００３４】このように、炭化珪素基板と酸化膜との界面における微細な凹凸が低減された酸化膜被覆基板は、電子素子として好適である。特に、酸化膜と基板との界面に沿った電荷捕獲準位が低減されるので、高性能の電子素子を提供可能である。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明のプロセスを説明するための模式図である。
【００３６】図１（ａ）に示すように、炭化珪素からなる基材１Ａを準備する。基材１の表面２は研磨面である。ここで、炭化珪素の結晶系は、６Ｈ、３Ｃ、４Ｈ系であってよい。また、炭化珪素の密度は、ほぼ理論密度であることが好ましい。この時点での基材１の表面２には、典型的には研磨傷が多数ついている。
【００３７】表面２の結晶面は特に限定されず、Ｓｉ（０００１）面であってよく、Ｃ（０００−１）面であってよい。また、以下の結晶面であってよい。
（１１−２０）面，（１−１０２）面
【００３８】炭化珪素からなる基材１を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において、１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理し、図１（ｂ）に示すように基材１の表面に炭素層４を生成させる（炭素層生成工程）。次いで、炭素層４を除去すると（炭素層除去工程）、図１（ｄ）に示すような炭化珪素基板７が得られる。この基板７の表面８は、原子オーダーで平坦な表面を有する。
【００３９】炭素層生成工程においては、基材１を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下もしくは１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中において、１２００℃以上、２２００℃以下の温度で加熱処理することによって、Ｓｉ成分が真空中に昇華され、基板表面からなくなり、カーボン層が残留する。この炭素の形態は特に限定されず、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンであってよい。この工程については、（Ｍ．　Ｋｕｓｕｎｏｋｉ　ｅｔ．　ａｌ．「Ａｐｐｌｉｅｄ　ｐｈｙｓｉｃｓ　ｌｅｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ．　７１，　Ｎｕｍｂｅｒ　１８，　　３Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　１９９７，　ｐａｇｅｓ２６２０　ｔｏ２６２２）において初めて報告された。
【００４０】炭素層生成工程においては、加熱温度は、炭素層の生成を促進するという観点からは、１２００℃以上であることが更に好ましい。
【００４１】炭素層生成工程は、１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下で行うことができ、または、１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中で行うことができる。
【００４２】炭素層生成工程を１０−２Ｔｏｒｒ以下の雰囲気圧力下で行う利点は、基材表面からのＳｉの消失を促進し、炭素層の生成速度を高くできることである。雰囲気圧力の下限は特にないが、実用的な観点からは、１０−１０Ｔｏｒｒ以上であることが好ましい。
【００４３】一方、炭素層形成速度があまりにも早過ぎると、炭化珪素表面原子の再配列が追随できないため、表面に凹凸が残ってしまうことがある。そこで、不活性ガス雰囲気中で基板表面を加熱分解させることで、Ｓｉの消失を抑え、炭素層形成速度を低減させることにより、炭化珪素表面の原子が平坦になるように再配列させることができる。そのときの圧力としては１０−２Ｔｏｒｒから７６００Ｔｏｒｒが適当である。面方位、不純物、処理前の表面粗さ、研磨傷の量に応じて、圧力を変えればよい。不活性ガスとしては窒素、アルゴンガスがよい。
【００４４】炭素層４の厚さは特に限定されない。基材の表面平滑化を促進するという観点からは、炭素層４の厚さは１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、炭素層４の厚さの上限は特にないが、ある程度以上厚くすることは困難であり、実用的には２００ｎｍ以下であってよい。
【００４５】次いで、炭素層４を除去することにより、平坦な表面８が得られる。この除去方法は特に限定されない。しかし、好適な実施形態においては、炭素層４を熱酸化し、ＣＯあるいはＣＯ２として基材表面から除去する。
【００４６】炭素層４の熱酸化は、酸素含有雰囲気下で加熱することで実施する。この際の温度は１３００℃以下とすることが好ましく、これによって炭素層４が除去される。
【００４７】また、加熱温度は、炭素層の熱酸化による炭素の消失を促進するという観点からは、６００℃以上とすることが好ましく、１１００℃以上とすることが更に好ましい。
【００４８】酸素含有雰囲気の種類は特に限定されず、大気や純酸素であってよい。また、酸素と不活性ガスとの任意の混合物であってよい。この不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素を例示できる。
【００４９】炭素層４を熱酸化すると、基材１の表面には、図１（ｃ）に示すように薄い酸化膜６が生成することが通常である。酸化膜６の形成速度は熱酸化処理時間や基板の面方位により異なる。例えばＳｉ面では、１１００℃で１２時間の熱酸化により最大３００ｎｍの酸化膜が形成されうる。またＣ面ではＳｉ面より酸化速度が早く、同条件で最大５００ｎｍまで酸化される。熱酸化前にあるカーボン層の厚さにより、炭化珪素基板の酸化膜厚は変り得る。
【００５０】このようにして、炭化珪素基板１と、基板１の表面に形成された酸化膜６とを備えた酸化膜被覆基板９が得られる。この酸化膜被覆基板９を利用し、後述するように電子素子を構成できる。
【００５１】酸化膜６は、主として珪素原子と酸素原子とからなっており、珪素の酸化物からなるものと考えられる。しかし、炭化珪素中の炭素が酸化膜中に若干混入している可能性がある。また、酸化膜６の厚さは薄いほど、コンデンサとしての容量が高くなるので、絶縁性が維持できる範囲で薄い方がよい。絶縁性を考慮すると、１ｎｍ以上であることが好ましい。製造上の観点では５００ｎｍ以下になると思われる。
【００５２】あるいは、酸化膜６をエッチングすることによって、平滑な表面８を露出させることができる。このエッチャントは限定されないが、フッ酸、フッ化アンモニウム水溶液、フッ化カリウム水溶液が好ましく、フッ酸が特に好ましい。
【００５３】得られた表面８の粗さは限定されない。しかし、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で計測したときに５ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以下であることが更に好ましい。
具体的には、基板表面８を原子間力顕微鏡で観測して表面８のプロファイルを得る。そして、顕微鏡に付属の目盛りを使用し、２０００ｎｍのスキャン範囲における高低差を測定する。この高低差が表面８の粗さにあたる。
【００５４】また、基板表面８の結晶面によっては、特に表面８の結晶面がＳｉ面である場合には、表面８の原子間力顕微鏡によるプロファイルには、テラスと、テラス間の段差（ステップ）とが観測されることがある。この場合には、隣接するテラス間の段差の大きさ（ステップ高さ）は、５ｎｍ以下とすることが好ましく、３ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。
【００５５】本発明の方法によって得られた炭化珪素基板の表面には、原子間力顕微鏡で観測したときに特に規則的な凹凸は見いだされなかった。また、基板表面８の結晶面によっては、幅２００〜３００ｎｍ程度のテラスが観測されたが、このテラスにも特に周期は見いだされなかった。このように凹凸に周期が見いだされないことは、上のエピタキシャル膜との格子ミスマッチを緩和するという観点からは好ましいと考えられる。
【００５６】本発明の炭化珪素基板の用途は特に限定されず、平滑な表面を要する各種部材として利用できる。好適な実施形態においては、炭化珪素基板の表面にエピタキシャル膜を成膜できる。エピタキシャル膜の材質は、導電体、半導体、絶縁体のいずれであってもよい。特に好適な実施形態においては、炭化珪素基板の表面に半導体膜をエピタキシャル成長させる。
【００５７】このような半導体の種類は限定されないが、ワイドバンドギャップ半導体であることが好ましく、特に窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウムと窒化ガリウムの混成化合物（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ），酸化亜鉛が好ましい。また，成膜方法としては、化学的気相成長法、分子線エピタキシャル法、有機金属化学的気相成長法、蒸着法、スパッタリング法を例示できる。
【００５８】また、本発明の酸化膜被覆基板９の用途は限定されない。しかし、酸化膜を絶縁膜として使用する電子素子が好ましい。このような電子素子としては、酸化膜を絶縁膜として利用する絶縁素子や、酸化膜をゲート電極に利用するトランジスタを例示できる。
【００５９】例えば、図８の模式図に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１０の素材として本発明の酸化膜被覆基板を使用できる。本例のＭＯＳＦＥＴ１０は、炭化珪素基板１１と、基板１１の表面に形成されたソース電極１２と、ドレイン電極１３とを備えている。そして、基板１１の表面１１ａの一部に本発明の酸化膜１５が形成されており、酸化膜１５にゲート電極１４が設けられている。酸化膜１５は絶縁膜として作用し、ソース１２からドレイン１３へと向かって、矢印Ａのようにキャリアが移動する。ここで、本発明の酸化膜被覆基板においては、基板１１と酸化膜１５との界面１７で、研磨傷に起因する微細な凹凸が少なく、このためにキャリアの移動に対する電荷捕獲準位が低減される。
【００６０】
【実施例】［実施例１］
１０−２Ｔｏｒｒ以下まで真空引き可能な炉内に炭化珪素基材１を収容した。この基材１は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板であり、そのＳｉ面２を処理した。原子間力顕微鏡により表面２の粗さを観察すると、高密度かつ微細な研磨傷がみられた。図２にこの図像を示す。研磨傷の深さは１０〜５０ｎｍであった。また、基材１の表面２について、［１１−２０］方向から、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）写真を撮影した。この結果を図５に示す。３本の回折ロッドは、左から順番に、（０−１），（００），（０１）に該当する。
【００６１】（炭素層生成工程）
炉内を５００℃／ｈで昇温し、１７００℃で４時間加熱した。加熱中はロータリーポンプと油拡散ポンプにて真空引きをした。これによって炭素層４を生成させた。本例の炭素層４は主としてグラファイトからなる。炭素層４について、上記と同様にして反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）写真を撮影した。この結果を図６に示す。図６においては、図５に比べて、各回折ロッドが細くなっており、原子レベルで平坦なテラス領域が大きくなっていることがわかる。また、回折ロッド間の間隔が図５に比べて変化しているのは、表面に炭素層が新たに生成したためである。炭化珪素の格子定数は３．０７オングストロームであり、グラファイトの格子定数は２．４６オングストロームである。グラファイトの格子定数が炭化珪素よりも小さいため、逆格子空間を表す回折パターン上ではグラファイトの回折ロッド間隔のほうが大きくなる。
【００６２】（炭素層の除去工程）
その後、試料を管状炉にて１１５０℃で１０時間保持し、飽和水蒸気を含んだ酸素ガスを毎分１００ｃｃ流しながら熱酸化させることによって、図１（ｃ）に示す熱酸化膜６を生成させた。この酸化膜６は、主として珪素原子と酸素原子とからなっていた。また酸化膜の厚さは約２５ｎｍであった。
【００６３】次いで、試料を５％フッ酸水溶液中に室温で１０分間浸漬させた。こうして処理を終えた基板の表面８を、再び原子間力顕微鏡で観察した。この結果を図３の左上の写真に示す。［１１−２０］方向に幅２００〜３００ｎｍのテラスができ、またステップ高は１．５ｎｍであった。図３の右欄には、写真の線に沿ってみたときの凹凸の形態を示している。
【００６４】また、基板の表面８について、上記と同様にして反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）写真を撮影した。この結果を図７に示す。図７においては、図５に比べて、各回折ロッドが細くなっており、表面の凹凸が原子レベルに縮小していることがわかる。また、回折ロッド間の間隔は図５と同様であり、炭化珪素が露出していることがわかる。
【００６５】［実施例２］
７６０Ｔｏｒｒの窒素雰囲気内において実施例１と同様の炉内に炭化珪素基材を収容した。この基材は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板であるが、そのＣ面を処理した。
【００６６】（炭素層生成工程）
１９００℃で４時間熱処理をした。加熱中において真空ポンプは使用していない。この熱処理により、表面に炭素層を形成した。断面を電子顕微鏡観察したところ、炭素層は主にグラファイトで形成されていた。炭素層の膜厚は約１００ｎｍであった。一方、比較のためにＣ面基板を真空中で１９００℃４時間加熱処理したところ、カーボンナノチューブが約３５０ｎｍの厚さで形成されていた。窒素雰囲気中で加熱することにより、炭素層形成速度を抑制することができた。
【００６７】（炭素層の除去工程）
加熱処理した基板を、管状炉にて１１５０℃で３時間、飽和水蒸気を含んだ酸素ガスを毎分１００ｃｃ流しながら熱酸化した。この酸化膜は主として珪素原子と酸素原子とからなっていた。また、酸化膜の膜厚は約４０ｎｍであった。
【００６８】
次に試料を５％フッ酸水溶液中に室温で１０分間浸漬させた。こうして処理を終えた基板の表面を原子間力顕微鏡で観察した。この結果を図９に示す。表面にＳｉ面で見られたようなステップは観察されなかった。しかし、表面プロファイルの高低差は２０００ｎｍのスキャン範囲において２ｎｍ以内であった。
【００６９】［実施例３］
実施例１で製造した炭化珪素基板の表面８に、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）によりＡｌＮを約０．２μｍ成膜した。ＡｌＮ表面の凹凸は３ｎｍ以下であった。図４の左側にＡｌＮ膜の原子間力顕微鏡像を示す。また、図４の右側に、原子間力顕微鏡像の点線部分の断面粗さ曲線を示す。
【００７０】基板である６Ｈ−ＳｉＣは六方晶系の結晶をもち、その格子定数はａ＝３．０７オングストローム、ｃ＝１５．１オングストロームである。一方、ＡｌＮは六方晶ウルツ鉱型の結晶系をもち、その格子定数はａ＝３．１１オングストローム、ｃ＝４．９８オングストロームである。ａ軸における格子不整合は１．３％である。炭化珪素基板の表面を平滑にすることにより、良好なＡｌＮエピタキシャル膜が生成可能であった。
【００７１】また、窒化アルミニウム膜の代わりに、窒化ガリウム膜を成膜し、上記と同様の結果を得た。
【００７２】［実施例４］
１０−２Ｔｏｒｒ以下まで真空引き可能な炉内に炭化珪素基材１を収容した。この基材１は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板であり、そのＳｉ面２を処理した。この基板は実施例１と同じものである。
【００７３】（炭素層生成工程）
炉内を５００℃／ｈで昇温し、１７００℃で４時間加熱した。加熱中はロータリーポンプと油拡散ポンプにて真空引きをした。これによって炭素層４を生成させた。本例の炭素層４は主としてグラファイトからなる。炭素層４について、上記と同様にして反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）写真を撮影した結果、実施例１と同様の結果が得られた。
【００７４】（熱酸化膜の生成工程）
その後、試料を管状炉にて１１５０℃で１２時間保持し、飽和水蒸気を含んだ酸素ガスを毎分１００ｃｃ流しながら熱酸化させた。この結果、主としてＳｉ原子と酸素原子とからなる酸化膜が得られた。酸化膜の厚さは約３０ｎｍであった。
【００７５】（熱酸化膜の除去工程）
実施例１と同様にして熱酸化膜をエッチングによって除去した。得られた試料について、実施例１と同様の測定を行った結果、実施例１と同様の結果が得られた。特に、［１１−２０］方向に幅２００〜３００ｎｍのテラスができ、またステップ高は０．７〜２．３ｎｍであった。先に記したように、炭化珪素のｃ軸方向の格子定数は１５．１オングストローム（１．５１ｎｍ）であり、このステップ高さは、炭化珪素の単位格子の半分から１．５倍の高さに相当するものと考えられる。
【００７６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、水素ガスや塩化水素ガスを使用することなく、炭化珪素基板表面の研磨傷等の微細な凹凸を低減し、きわめて平坦度の良好な表面を形成することができる。
【００７７】また、本発明によれば、炭化珪素基板に酸化膜を設けるのに際して、炭化珪素基板と酸化膜との界面における微細な凹凸を低減し、電子素子に適した酸化膜被覆基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明による炭化珪素基板の表面処理プロセスの説明図である。
【図２】処理前の基材１の表面２の原子間力顕微鏡写真を示す。
【図３】炭化珪素基板の表面８の原子間力顕微鏡写真、および断面粗さ曲線を示す。
【図４】炭化珪素基板の表面８上に成膜されたエピタキシャル膜の原子間力顕微鏡写真、および断面粗さ曲線を示す。
【図５】処理前の基材１の表面２について、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）写真を示す。
【図６】炭素層４について、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）写真を示す。
【図７】基板の表面８について、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）写真を示す。
【図８】本発明の酸化膜被覆基板１０を利用したＭＯＳＦＥＴ１０を示す模式図である。
【図９】炭化珪素基板の表面８の原子間力顕微鏡写真、および断面粗さ曲線を示す。
【符号の説明】
１　処理前の炭化珪素からなる基材　　　　　　　２　基材１の表面
４　炭素層　　　　　　　６、１５　酸化膜　　　　　　　７、１１　炭化珪素基板
８、１１ａ　炭化珪素基板７の表面　　　　９　酸化膜被覆基板
１０　ＭＯＳＦＥＴ　　　　１７　酸化膜と炭化珪素基板との界面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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