(57)【要約】【課題】Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させるＳｉＣ製造方法において、格子不整合による結晶欠陥発生および熱膨張差による歪みを抑制する。【解決手段】（１）Ｓｉ基板上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる方法において、以下の工程を含む方法。（ａ）Ｓｉ基板上にｃ−ＢＰ（立方晶リン化ホウ素）をバッファー層として成膜する工程、（ｂ）ＳｉＣが結晶化する温度よりも低い温度でアモルファスＳｉＣ膜をバッファー層の上にエピタキシャル成長により成膜させる工程、（ｃ）原料ガスの供給を停止して、ｃ−ＢＰの成膜温度以下でアニール処理をおこう工程、（ｄ）ＳｉＣが結晶化する温度以上の高い温度で３Ｃ−ＳｉＣ結晶膜をアモルファスＳｉＣ膜の上にエピタキシャル成長により成膜させる工程。（２）上記の方法によるＢＰ単層膜もしくは上記を２回以上繰り返し行いＢＰ，ＳｉＣ多層膜をバッファー層としてＳｉＣ膜を成長させる方法。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板上に立方晶リン化ホウ素（ｃ−ＢＰ）をバッファー層として成膜する工程と、
ＳｉＣが結晶化する温度よりも低い温度でアモルファスＳｉＣ膜をバッファー層の上にエピタキシャル成長により成膜させる工程と
ＳｉＣが結晶化する温度以上の高い温度で３Ｃ−ＳｉＣ結晶膜をアモルファスＳｉＣ膜の上にエピタキシャル成長により成膜させる工程と
を含むＳｉＣ膜の製造方法。
【請求項２】
前記低い温度でアモルファスＳｉＣ膜を形成した後に、原料ガスの供給を停止してアニール処理をおこない、そのあと、前記高い温度で３Ｃ−ＳｉＣ結晶膜を形成する、請求項１に記載のＳｉＣ膜の製造方法。
【請求項３】
アモルファスＳｉＣの成膜温度が３００〜６５０℃である請求項１又は２に記載のＳｉＣ膜の製造方法。
【請求項４】
アモルファスＳｉＣの形成後のアニール処理温度がｃ−ＢＰの成膜温度以下である請求項２に記載のＳｉＣ膜の製造方法。
【請求項５】
Ｓｉ基板上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる方法において、以下の工程を含む方法。
（ａ）Ｓｉ基板上にＰ（リン）元素を有するガスとＢ（ホウ素）元素を有するガスとを含む原料ガスを供給して、Ｓｉ基板上に厚さ５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のアモルファスＢＰ薄膜を合成する工程、
（ｂ）Ｓｉ基板上に、さらにＰ元素を有するガスとＢ元素を有するガスとを含む原料ガスを供給して、Ｓｉ基板上に厚さ５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のｃ−ＢＰ単結晶薄膜を合成する工程、
（ｃ）ｃ−ＢＰ単結晶薄膜が合成されたＳｉ基板上に、炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスを供給して、Ｓｉ基板上のｃ−ＢＰ単結晶薄膜の上に厚さ１ｎｍ以上５００ｎｍ以下のアモルファスＳｉＣ薄膜を合成する工程、
（ｄ）Ｓｉ基板を７５０〜１２００℃の温度でアニール処理して、前記（ｂ）工程で形成したｃ−ＢＰ単結晶膜の結晶性を向上させる工程、
（ｅ）Ｓｉ基板上に再び炭素元素及び珪素元素を有するガスを供給して１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜を合成する工程、
【請求項６】
以下の工程を含む請求項５記載の方法。
（ｆ）前述の一連の工程（ａ）〜（ｅ）を少なくとも２回以上繰り返し行って、ｃ−ＢＰ単結晶薄膜と３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜とを交互に堆積させて、厚さ１０ｎｍ以上１μｍ以下の多層膜をＳｉ基板上に形成する工程、
（ｇ）多層膜を形成したＳｉ基板に、さらに炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスとを含む原料ガスを供給して、１μｍ以上の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶膜を合成する工程。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エピタキシャル成長によるＳｉＣ膜の製造方法に関するものである。とくに、この発明は、パワーデバイス素子及び高周波半導体素子に供されるＳｉＣ単結晶膜の製造に適した方法に関するものである。
【０００２】
【関連の技術】
パワーデバイスや、高周波素子に用いられる３Ｃ−ＳｉＣ単結晶膜は、結晶構造が３Ｃ−ＳｉＣと類似の閃亜鉛鉱構造を有するＳｉ基板を用いて製作されている。
【０００３】
現在、パワー用デバイスを目的に３Ｃ−ＳｉＣをＳｉ基板上に成長させる研究が行われている。この理由は、次のとおりである。
【０００４】
（ａ）Ｓｉの結晶完全性が極めて高い
（ｂ）安価に大口径の結晶基板が入手可能である
（ｃ）Ｓｉデバイスの加工製造ラインを流用可能である
しかし、基板と格子定数の異なる結晶膜を成長させる場合、そのまま成長させたのでは、目的結晶物質と基板との格子不整合及び熱膨張差により応力が発生、多結晶化や結晶欠陥多発で良好な結晶が得られない。
【０００５】
そこで、基板と目的物質の結晶膜の間に中間層を形成して格子不整合を緩和させる方法やＳｉ基板表面を炭化水素ガスにより炭化処理またはｕｎｄｕｌａｔｉｏｎを施して表面を荒らした後にシランやプロパンガスなどによって３Ｃ−ＳｉＣをエピタキシャル成長させる方法が提案されている。
【０００６】
【発明の解決しようとする課題】
基板となるＳｉと成長させるＳｉＣとの間には格子不整合があり、そのためにミスフィット転位による結晶欠陥が多数発生し、デバイス作製時の問題となっている。
【０００７】
したがって、基板と格子定数の異なる結晶膜を成長させるためには、目的結晶物質と基板との格子不整合及び熱膨張差による応力を抑制緩和する必要がある。
【０００８】
Ｓｉ基板表面を炭化水素ガスで炭化し、これをバッファー層としてＳｉＣを成長させる方法がある。この手法によると、基板中のＳｉ原子が炭化処理により基板表面に持ち去られ、Ｓｉ基板中に空孔が生じ、Ｓｉ基板が荒れてしまう現象が見られる。
【０００９】
また、Ｓｉ基板にｕｎｄｕｌａｔｉｏｎを施し表面を荒らして、多発した欠陥を相殺させ減少させることで、大口径の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶を得ることが提案されている。
【００１０】
しかし、こうした気相成長では、基板の表面状態を受け継いでしまうため、低欠陥密度の低い高品質単結晶層が得られず、デバイス基板としての要求を満たすものは未だ得られていない。また、その基板の荒れはデバイス作製時の電気抵抗にもなり得る。
【００１１】
そこで、基板の荒れをもたらさない適当な物質によるバッファー層を設けることが必要であり、閃亜鉛鉱型結晶であるｃ−ＢＰを中間層としてＳｉＣをヘテロエピタキシャル成長させる方法が提案されている。この方法では、ＳｉＣ成長温度以下で分解してしまうｃ−ＢＰのため、分解開始温度以下でＳｉＣなどのアモルファス層を形成することにより雰囲気ガスに対する遮蔽膜として分解を抑制する技術も提案されている。
【００１２】
しかし、デバイスとして使用するための３Ｃ−ＳｉＣ結晶には、さらなる結晶性の向上が求められている。また、バッファー層としてのｃ−ＢＰ層からＳｉＣ層への欠陥伝搬が確認されており、バッファー層の結晶性向上も望まれる。
【００１３】
すなわち、基板にｕｎｄｕｌａｔｉｏｎ加工を施す場合においても、或いは中間緩衝層を導入する方法にしてもＳｉＣ層と界面をなす処の結晶欠陥を極力排除する必要がある。そこで、こうした格子定数差及び熱膨張差を抑制回避し、Ｓｉを基板として気相成長により欠陥の少ない３Ｃ−ＳｉＣ結晶膜を得るための結晶成長方法の確立が望まれている。
【００１４】
本発明の目的は、Ｓｉ基板上にバッファー層として形成されたｃ−ＢＰ層の結晶性の向上および熱膨張差のさらなる緩和による高品質ＳｉＣ膜の製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示するとつぎの通りである。
【００１６】
（１）Ｓｉ基板上に立方晶リン化ホウ素（ｃ−ＢＰ）をバッファー層として成膜する工程と、
ＳｉＣが結晶化する温度よりも低い温度でアモルファスＳｉＣ膜をバッファー層の上にエピタキシャル成長により成膜させる工程と
ＳｉＣが結晶化する温度以上の高い温度で３Ｃ−ＳｉＣ結晶膜をアモルファスＳｉＣ膜の上にエピタキシャル成長により成膜させる工程と
を含むＳｉＣ膜の製造方法。
【００１７】
（２）前記低い温度でアモルファスＳｉＣ膜を形成した後に、原料ガスの供給を停止してアニール処理をおこない、そのあと、前記高い温度で３Ｃ−ＳｉＣ結晶膜を形成する、前記（１）に記載のＳｉＣ膜の製造方法。
【００１８】
（３）アモルファスＳｉＣの成膜温度が３００〜６５０℃である前記（１）又は（２）に記載のＳｉＣ膜の製造方法。
【００１９】
（４）アモルファスＳｉＣの形成後のアニール処理温度がｃ−ＢＰの成膜温度以下である前記（２）に記載のＳｉＣ膜の製造方法。
【００２０】
（５）Ｓｉ基板上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる方法において、以下の工程を含む方法。
【００２１】
（ａ）Ｓｉ基板上にＰ（リン）元素を有するガスとＢ（ホウ素）元素を有するガスとを含む原料ガスを供給して、Ｓｉ基板上に厚さ５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のアモルファスＢＰ薄膜を合成する工程、
（ｂ）Ｓｉ基板上にさらにＰ元素を有するガスとＢ元素を有するガスとを含む原料ガスを供給して、Ｓｉ基板上に厚さ５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のｃ−ＢＰ単結晶薄膜を合成する工程、
（ｃ）ｃ−ＢＰ単結晶薄膜が合成されたＳｉ基板上に、炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスを供給して、Ｓｉ基板上のｃ−ＢＰ単結晶薄膜の上に厚さ１ｎｍ以上５００ｎｍ以下のアモルファスＳｉＣ薄膜を合成する工程、
（ｄ）Ｓｉ基板を７５０〜１２００℃の温度でアニール処理して、前記（ｂ）工程で形成したｃ−ＢＰ単結晶膜の結晶性を向上させる工程、
（ｅ）Ｓｉ基板上に再び炭素元素及び珪素元素を有するガスを供給して１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜を合成する工程。
【００２２】
（６）さらに前記（５）の工程に以下の工程を含む方法。
【００２３】
（ｆ）前述の一連の工程（ａ）〜（ｅ）を少なくとも２回以上繰り返し行って、ｃ−ＢＰ単結晶薄膜と３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜とを交互に堆積させて、厚さ１０ｎｍ以上１μｍ以下の多層膜をＳｉ基板上に形成する工程、
（ｇ）多層膜を形成したＳｉ基板に、さらに炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスとを含む原料ガスを供給して、１μｍ以上の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶膜を合成する工程。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施態様によれば、ＢＰ分解開始温度以下の温度で、ＳｉＣのアモルファス層をバッファー層の上に形成して、雰囲気との遮蔽膜として機能させたうえで、原料ガスの供給を停止してＢＰ成膜温度以下でアニール処理をおこなう。それにより、バッファー層のｃ−ＢＰの結晶性が向上し、その後のＳｉＣ単結晶の成長においても良好な３Ｃ−ＳｉＣ成長膜が得られる。
【００２５】
基板となるＳｉ上にＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させるにあたり、中間緩衝層としてｃ−ＢＰを用いる。閃亜鉛鉱型結晶であるｃ−ＢＰの格子定数はＳｉと格子定数と比較して１６．４％の違いがあるものの、ｃ−ＢＰはＳｉ上にヘテロエピタキシャル成長できることが知られている。Ｓｉ基板上にｃ−ＢＰをエピタキシャル成長させることにより、ｃ−ＢＰの格子定数に近い立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）結晶がミスフィット転位を抑制した状態でヘテロエピタキシャルが可能である。しかし、ＳｉＣ結晶層はその下地として中間緩衝層の結晶欠陥を引き継いでしまうため、中間緩衝層の結晶性を向上させることが必要である。また、ＳｉＣ自体は低温でのアニールでは顕著な結晶向上効果が得られないため、低温でもアニール効果が得られるｃ−ＢＰバッファー層での結晶向上が重要となる。
【００２６】
ここで、ｃ−ＢＰなどのＰを含む材料は融点より低い温度で分解し、その後のヘテロエピタキシャル成長の障害になっている。そこで、ｃ−ＢＰをエピタキシャル成長させた後、３００〜６５０℃の比較的低温にてＳｉＣのアモルファス層を〜５００ｎｍ程度成長させ、次いで基板温度を７５０℃からｃ−ＢＰ成長温度以下まで上昇させてアニールをおこなう。その後、所定の温度にて３Ｃ−ＳｉＣの結晶成長をおこなう。アニール温度はなるべくＳｉＣ結晶成長温度に近い方が効果的である。
【００２７】
比較的低温でアモルファスＳｉＣ層を設けることによってｃ−ＢＰの分解を抑制し、アニール効果の発揮できる温度までの昇温を可能にする。ＳｉＣ低温成長後アニールすることによりＢＰ分解を抑制してｃ−ＢＰ層の結晶性を向上し、そのバッファー層の改善で良質なＳｉＣヘテロエピタキシャル結晶を得ることができる。
【００２８】
上記の応用として、バッファー層およびＳｉＣ層を薄く多層化して介在させることにより熱膨張差の緩和をねらう。
【００２９】
まず、低温でＳｉ基板上に隣元素を有するガスと硼素元素を有するガスとを含む原料ガスを供給することにより該Ｓｉ基板上に厚さ５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＢＰアモルファス薄膜を合成する。ここで該原料ガスは、該燐元素を有するガスと硼素元素を有するガスを全ガス中各々０．０１〜３０容量％の範囲内で含有している。また、成膜温度は３００〜７００℃である。
【００３０】
つぎに、温度を上昇させ、該基板上にさらに隣元素を有するガスと硼素元素を有するガスとを含む原料ガスを供給する。それにより該Ｓｉ基板上に厚さ５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のｃ−ＢＰ単結晶薄膜を合成する。ここで該原料ガスは、該燐元素を有するガスと硼素元素を有するガスを全ガス中各々０．０１〜３０容量％の範囲内で含有している。また、成膜温度は８００〜１２００℃である。
【００３１】
ここで温度を低下させ、該ｃ−ＢＰ単結晶薄膜が合成されたＳｉ基板に炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスを供給する。それによって、Ｓｉ基板上のｃ−ＢＰ単結晶薄膜上に厚さ１ｎｍ以上３００ｎｍ以下のアモルファスＳｉＣ薄膜を合成する。ここで使う原料ガスは、炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスを全ガス中各々０．０１〜３０容量％の範囲内で含有している。また、そのときの成膜温度は３００〜６５０℃である。
【００３２】
その後、原料ガスを停止し、該基板を７５０℃以上ｃ−ＢＰ成膜温度以下の温度でアニールを行い先に形成した立方晶燐化硼素単結晶膜の結晶性を向上させる。
【００３３】
該基板上に再び炭素元素及び珪素元素を有するガスを供給して１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜を合成する。ここで使う原料ガスは、炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスを全ガス中各々０．０１〜３０容量％の範囲内で含有している。また、成膜温度は８００〜１１００℃である。
【００３４】
前述一連の工程を少なくとも２回以上繰り返し行って、ｃ−ＢＰ単結晶薄膜と３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜とが交互に堆積して成る厚さ１０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の多層膜をＳｉ基板上に形成する。
【００３５】
さらに、該基板に炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスとを含む原料ガスを供給する。それによって、該基板上に１μｍ以上の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶膜を合成する。ここで使う原料ガスは、炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスを全ガス中各々０．０１〜３０容量％の範囲内で含有している。また、成膜温度は８００〜１２００℃である。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３７】
実施例１
（１）Ｓｉ基板を水素雰囲気中で１０００℃以上加熱する。それにより自然酸化膜を除去する。
【００３８】
（２）ｃ−ＢＰの結晶成長を行う。すなわち、Ｓｉ基板を８００〜１０００℃まで昇温し、Ｓｉ基板の表面に原料ガスとしてＢ２Ｈ６およびＰＨ３を供給して０　．５μｍ程度の厚みを有するｃ−ＢＰ膜を成膜する。
【００３９】
（３）ｃ−ＢＰ膜の上にＳｉＣの低温成長層を設ける。すなわち、ＰＨ３を供　給しつつ、３００〜６００℃まで降温し、ＰＨ３３の供給を止め、ＳｉＣ原料ガ　スとしてモノメチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）を供給し、０．２μｍ程度の厚みを有するＳｉＣ層を成膜する。
【００４０】
（４）原料ガスを止め、ｃ−ＢＰ成長温度以下の８００℃にてアニール処理する。
【００４１】
（５）３Ｃ−ＳｉＣの結晶成長を行う。すなわち、７５０〜９００℃まで昇温し、再びモノメチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）を供給し、３Ｃ−ＳｉＣを５μｍ以上の厚みまで成膜する。
【００４２】
比較例１
比較１として、アニールをおこなわないで成膜した。つまり前述実施例１の（４）を除いて、実施例１と同様に成膜した。
【００４３】
比較例２
比較２として、ｃ−ＢＰ成長温度以上の１０２０℃でアニールして成膜した。すなわち、前述実施例１の（４）のアニール温度を変更した。
【００４４】
図１は、前述の実施例１および比較例１〜２にて作製した結晶のＸ線回折評価結果の回折パターンを示す。図２は、それを回折強度比較としてグラフに示す。
【００４５】
図１〜２から明らかなように、ｃ−ＢＰ層を成膜後、低温にてアモルファスＳｉＣ層を成膜して、アモルファスＳｉＣ層によってｃ−ＢＰ層を雰囲気から遮蔽し、アニール後、３Ｃ−ＳｉＣ層を成長させた実施例１においては、アニール処理無しの比較例１と比べて、高品質な３Ｃ−ＳｉＣヘテロエピタキシャル結晶を得ることが出来た。しかし、比較例２のように、アニール温度がｃ−ＢＰ成膜温度以上の場合には、ｃ−ＢＰ層の分解が生じｃ−ＢＰおよび３Ｃ−ＳｉＣの結晶性が劣化した。
【００４６】
よって、ｃ−ＢＰをＳｉ基板に成長させた後、ＳｉＣ低温成長層を設けることでｃ−ＢＰの変質を抑制し、さらにｃ−ＢＰ成膜温度以下でアニールをおこないｃ−ＢＰ層の結晶性を向上してから３Ｃ−ＳｉＣ結晶成長を実施することで、高品質なヘテロエピタキシャル結晶を得ることができる。
【００４７】
実施例２
多層膜とした実施例２について図３〜５に基づき説明を行う。
【００４８】
図３の（ａ）と（ｂ）は、それぞれ本発明方法の実施に適した反応装置の一例を簡略化した形で示す平面図と縦断面図である。
【００４９】
図３の装置において、１は断面が円形若しくは長方形の反応容器であり、その始端側には３種の気相原料を供給するための３本の供給間２ａ、２ｂ、２ｃが上から順に備えられている。その始端側とは反対に位置する終端側には排気口３が設けられている。反応管１内にはサセプター４上に載置されたＳｉ単結晶基板５が２本の供給管２ｂ、２ｃの開口部とほぼ対向する位置に配置されている。そしてサセプター４の下には、Ｓｉ基板５を加熱するためのカーボン発熱体６が設置されている。サセプター４は図３の（ｂ）に矢印で示すように、自転可能となっている。
【００５０】
図３の装置によって３Ｃ−ＳｉＣ膜の製造する方法を以下に説明する。
【００５１】
排気口３に続く図示しない減圧手段によって反応容器１内を１５０Ｔｏｒｒに減圧した状態でカーボン発熱体６によりシリコン基板５を３００〜５００℃に加熱して１０〜３０分保持する。供給管２ａから水素ガスを毎分１リットル、水冷された供給管２ｂからＢ２Ｈ６を毎分１０ｃｃ、発熱体２ｅを内蔵して温度制御可能なっている供給管２ｃからＰＨ３を毎分１リットルで反応容器１内に供給し、Ｓ　ｉ基板５上に厚さ５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のアモルファスＢＰ単結晶薄膜を合成する。
【００５２】
つぎに、反応容器１内を１５０Ｔｏｒｒに減圧した状態でカーボン発熱体６によりＳｉ基板５を８００〜１１００℃に加熱して１０〜３０分保持する。供給管２ａから水素ガスを毎分１リットル、水冷された供給管２ｂからＢ２Ｈ６を毎分１０ｃｃ、発熱体２ｅを内蔵して温度制御可能な供給管２ｃからＰＨ３を毎分１リ　ットルを反応管内に供給し、該基板上にさらに隣元素を有するガスと硼素元素を有するガスとを含む原料ガスを供給することによって、厚さ５ｎｍ以上１μｍ以下のｃ−ＢＰ単結晶薄膜を合成する。
【００５３】
つぎに、ｃ−ＢＰ単結晶薄膜が合成されたＳｉ基板５に炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスを供給する。まず、反応容器１内を１５０Ｔｏｒｒに減圧した状態でカーボン発熱体６によりＳｉ基板５を３００〜６５０℃に加熱して１０〜３０分保持する。その際、供給管２ａから水素ガスを毎分５リットル、発熱体２ｅを内蔵して温度制御可能な供給管２ｃからＣＨ３ＳｉＨ３を毎分６ｃｃを反応容器１内に供給し、Ｓｉ基板５のｃ−ＢＰ単結晶薄膜上に厚さ１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のアモルファスＳｉＣ薄膜を合成する。
【００５４】
Ｓｉ基板５を７５０〜１１００℃の温度でアニール処理して、先に形成したｃ−ＢＰ単結晶膜の結晶性を向上する。
【００５５】
つぎに、Ｓｉ基板５上に再び炭素元素及び珪素元素を有するガスを供給する。まず、反応容器１内を０．００１Ｔｏｒｒに減圧した状態でカーボン発熱体６によりＳｉ基板５を８００〜１１００℃に加熱して１０〜１２０分保持する。その際、供給管２ａから水素ガスを毎分５リットル、発熱体２ｅを内蔵して温度制御可能な供給管２ｃからＣＨ３ＳｉＨ３を毎分６ｃｃ、反応容器１内に供給し、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜を合成する。
【００５６】
前述の一連の工程を少なくとも２回以上繰り返し行って、ｃ−ＢＰ単結晶薄膜と３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜とが交互に堆積させる。それにより厚さ１０ｎｍ以上１０μｍ以下の多層膜をＳｉ基板上に形成する。
【００５７】
さらに、Ｓｉ基板５に炭素元素を有するガスと珪素元素を有するガスとを含む原料ガスを供給する。まず、反応容器１内を０．００１Ｔｏｒｒに減圧した状態でカーボン発熱体６によりＳｉ基板５を８００〜１２００℃に加熱して３００分保持する。その際、供給管２ａから水素ガスを毎分５リットル、発熱体２ｅを内蔵して温度制御可能な供給管２ｃからＣＨ３ＳｉＨ３を毎分６ｃｃ、反応容器１内に供給し、Ｓｉ基板５上に２μｍの３Ｃ−ＳｉＣ単結晶膜を合成する。
【００５８】
図４は本発明の実施例により得られたＳｉ基板上への３Ｃ−ＳｉＣ結晶の概略を示す断面図、図５はその代表的なＸ線回折評価結果を示すグラフである。図４，５は、とくに３Ｃ−ＳｉＣ単結晶膜を厚く成長させた場合を示すもので、バッファー層が（ａ）は単層、（ｂ）は多層化した例である。
【００５９】
Ｓｉ単結晶基板５上に成長されたｃ−ＢＰ単結晶薄膜及び３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜を交互に堆積した多層膜が、緩衝膜（バッファー層）として機能するとともに、アニール効果によるｃ−ＢＰ層の結晶欠陥改善作用により、各々ｃ−ＢＰ上に形成される３Ｃ−ＳｉＣ膜の結晶性が徐々に改善向上する。しかも、格子定数及び熱膨張係数の差異が効果的に緩和され、Ｓｉ基板５上に、歪み及び結晶欠陥が可及的に防止された高品質の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶膜を形成することができる。図５において、多層化した場合の方が回折強度が向上していることからも明らかである。
【００６０】
３Ｃ−ＳｉＣ結晶をＳｉ基板上に形成する例を説明したが、Ｓｉ基板上に形成される結晶層は、ＧａＮを始め、窒化物、酸化物などの全ての化合物結晶に応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例と比較例１〜２によりシリコン基板上に作製した結晶のＸ線回折評価結果の回折パターン
【図２】図１のＸ線回折評価結果の回折強度
【図３】（ａ）は、本発明方法の実施に適した反応装置の一例を簡略化した形で示す平面図（ｂ）は、本発明方法の実施に適した反応装置の一例を簡略化した形で示す縦断面図
【図４】本発明の実施例により得られたＳｉ基板上への３Ｃ−ＳｉＣ結晶の概略を示す断面図。（ａ）はバッファー層が単層、（ｂ）はバッファー層が多層。
【図５】図４においてＳｉ基板上に厚く成長させた３Ｃ−ＳｉＣ単結晶膜の代表的なＸ線回折評価結果。
【符号の説明】
１　反応管
２ａ、２ｂ、２ｃ　供給管
２ｅ　発熱体
３　排気口
４　サセプター
５　Ｓｉ基板
６　カーボン発熱体
【図１】
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【図２】
2004103671.tif 000004
【図３】
2004103671.tif 000005
【図４】
2004103671.tif 000006
【図５】
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