(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全膜厚に亘ってＳｉＣから構成される少なくとも一つの領域を有する中間層上に、III族窒化物層若しくはＳｉＣ層をその場（in situ）形成する方法であって、
ａ）リアクタにＳｉ基板を配置する工程と、
ｂ）少なくとも０．０１μｍｏｌ／ｃｍ２の、Ａｌを必須の元素として含む１種以上の有機金属化合物を、５μｍｏｌ／分未満の流速で供給する工程と、
ｃ）III族窒化物層を形成するに適した前駆物質を供給するか、若しくはＳｉＣ層の成長を続けるに適した前駆物質を供給する工程と、を含む方法。
【請求項２】
上記ＳｉＣの領域が、少なくとも一層からなるＳｉＣ（原子）モノレイヤーからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記中間層が、ＳｉＣ（原子）モノレイヤーであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
上記流速が、０．１μｍｏｌ／分未満であることを特徴とする請求項１、２、若しくは３に記載の方法。
【請求項５】
上記有機金属化合物における金属がＡｌであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
上記有機金属化合物が、上記Ｓｉ基板との反応のためのメチル基若しくはエチル基を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
上記有機金属化合物が、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、ジメチルアルミウムハイドライド（ＤＭＡｌ−Ｈ）及びトリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
上記リアクタが、有機金属気相成長リアクタ、原子層堆積リアクタ若しくは化学ビームエピタキシャルリアクタであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
上記ＳｉＣモノレイヤー上に形成された上記III族窒化物層若しくは上記ＳｉＣ層がエピタキシャル層であることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項１０】
上記III族窒化物層がＡｌＮ層であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
上記Ｓｉ基板の温度が、５００℃〜１４００℃の間に含まれることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
上記リアクタ内の圧力が、１ｅ−５ｍｂａｒ〜１．３３ｂａｒの間に含まれることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
上記工程（ｃ）の後、さらに、別のIII族窒化物層を形成する工程（ｄ）を含んでいることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
上記別のIII族窒化物層が、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層からなることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
ＦＥＴ装置（ＨＥＭＴ装置等）、ＬＥＤ、ＵＶセンサー若しくは太陽電池を製造するために使用される、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
Ｓｉ基板と、
上記Ｓｉ基板上に形成された中間層であって、全膜厚に亘ってＳｉＣから構成され、最大２ｎｍの厚さを有する少なくとも一つの領域を具有する中間層と、
上記中間層上に形成された、１０００アーク秒未満の値の’半値全幅’（ＦＷＨＭ）を有する、III族窒化物層若しくはＳｉＣ層と、
上記III族窒化物層若しくはＳｉＣ層上に形成された、５００アーク秒未満の値の’半値全幅’（ＦＷＨＭ）を有する、別のIII族窒化物層と、
を備える半導体構造。
【請求項１７】
上記中間層がＳｉＣ層であることを特徴とする請求項１６記載の半導体構造。
【請求項１８】
上記中間層が、ＳｉＣからなる１以上の領域と、ＳｉＮからなる１以上の領域とを備える層であることを特徴とする請求項１６記載の半導体構造。
【請求項１９】
上記ＳｉＣ層が、最大１ｎｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の半導体構造。
【請求項２０】
上記ＳｉＣ領域が、ＳｉＣからなる（原子）モノレイヤーであることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の半導体構造。
【請求項２１】
上記III族窒化物が、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなる群から選択されることを特徴とする請求項１６〜２０のいずれかに記載の半導体構造。
【請求項２２】
上記別のIII族窒化物層が、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなる群から選択されることを特徴とする請求項１６に記載の半導体構造。
【請求項２３】
請求項１６〜２２のいずれかに係る半導体構造を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセス技術及び装置に関する。
【０００２】
本発明は、特に、シリコン基板上に高品質なIII族窒化物層を形成する方法、及びそれから得られる半導体の構造体に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ関連の材料を含む、ワイドバンドギャップ半導体に対して、最近多くの関心が寄せられている。Ｓｉの上に形成された高品質のＧａＮ若しくはＳｉＣを得るために、様々な工程を具備する成長方法が使用され、ＧａＮとＳｉとの間の大きな格子不整合及び熱不整合を調整している。ＡｌＧａＮ層は、Ｓｉの上にＧａＮを成長させるためのテンプレートとして、ここ数年よく使用されている。
【０００４】
シリコン基板とＧａＮ層との間にＡｌＮバッファー層を使用することが、従来技術の中で知られている。
【０００５】
ＵＳ２００４／０１１９０６３には、シリコン基板上に数層のアルミニウムモノレイヤーを析出させ、当該シリコン基板をアンモニアから保護し、その後ＡｌＮからなる核形成層、及び異なる組成を有するＡｌＧａＮ半導体からなる多層超格子と、ＧａＮ若しくは他のＧａリッチな窒化物半導体からなる中間層とを備えるバッファー層が形成された装置について開示されている。これにより、改良された結晶構造とすることができる。
【０００６】
チェンら（Journal of Crystal Growth 225 (2001) 150-154）は、ＡｌＮバッファー層を用いて、Ｓｉ（１１１）基板上に高品質のＧａＮを形成することについて開示している。Ａｌをシリコン表面上に予備的にシードし(pre-seed)、シリコン上への窒化物の成長を阻害する主な要因であると考えられているＳｉＸＮＹの形成を抑制する。３つのサンプルが０、５、１０秒の異なるアルミニウム予備シード時間をもって調製されている。５秒のＡｌ予備シードでは、ＡｌＮ核形成層の表面形態が飛躍的に改善され、ステップフロー２次元(２−Ｄ)成長モードが鮮明となった。しかしながら、１０秒のＡｌ予備シードでは、ＡｌＮ核形成層が３次元(３−Ｄ)成長モードとなった。これは、シリコン表面上に堆積された多量のアルミニウムが要因であると主張されている。
【０００７】
一方、様々な炭化水素が塗布され、シリコン表面が炭化されるが、このためには、基板温度をより高くすることが必要であり、その結果ＡｌＮの形成前において、ＳｉＣとＳｉ表面との間の界面が粗くなる。そのため、この方法は、利便的ではない。なぜなら、当該方法では、実験装置外（ex situ）プロセス工程が必要となるからである。例えば、ＵＳ２００４／００２９３６５では、Ｓｉ表面にエチレンフローを接触させて、当該フローによりＳｉ表面を加熱し、５０Å（５ｎｍ）のＳｉＣ層を形成している。その後、エピタキシャル成長により３Ｃ−ＳｉＣ層を形成し、好ましくは（例えば５μｍまで）薄くし、ＡｌＮ形成のためのプラットフォームを作製している。３Ｃ−ＳｉＣ層は、Ｓｉ表面上に直接形成することもできる。エチレンフローに接触させることにより形成された当該ＳｉＣ層は、Ｓｉ表面との良好でない界面を備える上述のような層の具体例となりうる。このような理由からこのＳｉＣ層は、ＡｌＮの直接形成には適さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、シリコン基板上にＡｌＮを成長させるための改良された方法を提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は、シリコンの上に、例えばIII族窒化物材料等のワイドバンドギャップ材料を成長させるための改良された方法を提供することを目的とする。
【００１０】
さらにまた、本発明は、シリコン基板上にＳｉＣを成長させるための改良された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】
【００１１】
本発明は、全膜厚に亘ってＳｉＣから構成される少なくとも一つの領域にIII族窒化物層をその場（in situ）形成するための方法であって、ａ）リアクタ内にＳｉ基板を配置する工程と、ｂ）少なくとも０．０１μｍｏｌ／ｃｍ２の、Ａｌを含む１若しくはそれ以上の有機金属化合物を、５μｍｏｌ／分未満、好ましくは１μｍｏｌ／分未満、より好ましくは０．２μｍｏｌ／分未満、さらに好ましくは０．１μｍｏｌ／分未満（しかし零ではない）の流速で供給して、それにより中間層を形成する工程と、ｃ）III族窒化物層を形成するに適した前駆物質を供給する工程と、を含む方法を提供する。
【００１２】
また、本発明は、全膜厚に亘ってＳｉＣから構成される少なくとも一つの領域を有する中間層上に、III族窒化物層をその場（in situ）形成する方法であって、ａ）リアクタ内にＳｉ基板を配置する工程と、ｂ）少なくとも０．０１μｍｏｌ／ｃｍ２の、Ａｌを含む１若しくはそれ以上の有機金属化合物を、５μｍｏｌ／分未満、好ましくは１μｍｏｌ／分未満、より好ましくは０．２μｍｏｌ／分未満、さらに好ましくは０．１μｍｏｌ／分未満（しかし零ではない）の流速で供給して、それにより中間層を形成する工程と、ｃ）ＳｉＣ層を形成することを続けるに適した前駆物質を供給する工程と、を含む方法を提供する。ある実施の形態では、上記ＳｉＣの領域は、少なくとも一層からなるＳｉＣ（原子）モノレイヤーからなる。他の実施の形態では、上記中間層がＳｉＣ（原子）モノレイヤーである。
【００１３】
本発明に係る方法において、上記流速は０．１μｍｏｌ／分未満であることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る方法において、上記有機金属化合物（有機金属性の化合物と称される）における金属がＡｌ（アルミニウム）であることが好ましい。
【００１５】
上記有機金属化合物が、上記Ｓｉ基板との反応のためのメチル基若しくはエチル基を備えることが好ましい。
【００１６】
上記有機金属化合物は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、ジメチルアルミウムハイドライド（ＤＭＡｌ−Ｈ）及びトリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）からなる群から選択されることが好ましい。
【００１７】
本発明において、上記リアクタは有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）リアクタ（金属有機気相エピタキシャル（ＭＯＶＰＥ）リアクタとも称される）、原子層堆積（ＡＬＤ）リアクタ若しくは化学ビームエピタキシャル（ＣＢＥ）リアクタであってもよい。
【００１８】
上記ＳｉＣモノレイヤー上に形成された上記III族窒化物層若しくは上記ＳｉＣ層はエピタキシャル層であることが好ましい。
【００１９】
上記III族窒化物層はＡｌＮ層であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る方法において、Ｓｉ基板の温度は、（約）５００℃〜（約）１４００℃、好ましくは（約）８００℃〜（約）１４００℃、より好ましくは（約）９００℃〜（約）１３００℃、さらに好ましくは（約）１０００℃〜（約）１２００℃に含まれていてもよい。
【００２１】
本発明に係る方法において、リアクタ内の圧力は、（約）１ｅ−５ｍｂａｒ〜（約）１．３３ｂａｒの間に含まれることが好ましい。
【００２２】
ＭＯＶＰＥについては、リアクタ内の圧力は、（約）１．３３ｍｂａｒ〜（約）１．３３ｂａｒの間に含まれることが好ましい。
【００２３】
ＡＬＤ若しくはＣＢＥの場合では、当該圧力は、（約）１ｅ−５ｍｂａｒ〜（約）１．３３ｍｂａｒの間に含まれることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る方法は、工程（ｃ）の後、さらに、別のIII族窒化物層を形成する工程（工程（ｄ））を含んでいてもよい。上記の別のIII族窒化物層は、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層若しくは同様のものから構成されていてもよい。
【００２５】
本発明に係る方法は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）装置（高速電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）装置）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＵＶセンサー若しくは太陽電池等の半導体装置を製造するために使用してもよい。
【００２６】
本発明は、また、Ｓｉ基板と、上記Ｓｉ基板上に形成された中間層であって、全膜厚に亘ってＳｉＣから構成され、最大２ｎｍの厚さを有する少なくとも一つの領域を具有する中間層と、上記中間層に形成された、１０００アーク秒未満の値の’半値全幅’（ＦＷＨＭ）を有する、III族窒化物層若しくはＳｉＣ層と、を備える半導体構造に関する。
【００２７】
本発明の構造において、上記中間層はＳｉＣ層であってもよい。当該中間層は、ＳｉＣからなる１以上の領域と、ＳｉＮからなる１以上の領域と、を備える層であってもよい。上記ＳｉＣ層は、最大１ｎｍの膜厚を有していてもよい。
【００２８】
ある実施の形態では、上記ＳｉＣ領域は、ＳｉＣからなる（原子）モノレイヤーであってもよい。
【００２９】
上記III族窒化物は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなる群から選択されてもよい。
【００３０】
上記構造体は、上記III族窒化物層若しくはＳｉＣ層上に、別のIII族窒化物層を含んでいてもよい。上記の別のIII族窒化物層は、５００アーク秒未満の値の’半値全幅’（ＦＷＨＭ）を有していてもよい。上記別のIII族窒化物層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなる群から選択されていてもよい。
【００３１】
本発明は、同様に、本発明に係る方法により得られる半導体装置に関する。
【００３２】
本発明は、同様に、本発明に係る構造を備える半導体装置に関する。当該装置は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）装置（高速電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）装置）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＵＶセンサー若しくは太陽電池等であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明を、特有の実施の形態を用いて、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
記載された図面は、概略的なものであって、制限するものではない。図面において、構成要素のいくつかのサイズは、例示する目的のため、誇張され、同スケールでは描写されていない。大きさ及び相対的大きさは、本発明のプラクティスでは、実際の縮尺と対応していない。
【００３５】
本発明は、アルミニウムを含む有機金属化合物がリアクタにおいて超低量の流速で供給されるときＳｉＣ（シリコンカーバイド）の原子モノレイヤーが、Ｓｉ（シリコン）基板上に形成されるという驚くべき発見に基づいている。
【００３６】
上記ＳｉＣモノレイヤーが存在することは、特にIII族窒化物層、より好ましくはＡｌＮ層を成長させるに適している。
【００３７】
さらに、上記ＳｉＣモノレイヤーは、Ｓｉの拡散を抑制することができ、またＳｉ基板を窒化物形成から保護することができ、さらには、ＡｌＮに圧縮圧力を導入することができる。
【００３８】
本発明は、全膜厚に亘ってＳｉＣから構成される少なくとも一つの領域を有する中間層上にIII族窒化物層をその場（in situ）形成する方法であって、ａ）リアクタ内にＳｉ基板を配置する工程と、ｂ）少なくとも０．０１μｍｏｌ／ｃｍ２の、Ａｌを含む１若しくはそれ以上の有機金属化合物を、５μｍｏｌ／分未満、好ましくは１μｍｏｌ／分未満、より好ましくは０．２μｍｏｌ／分未満、さらに好ましくは０．１μｍｏｌ／分未満（しかし零ではない）の流速で供給して、それにより中間層を形成する工程と、ｃ）III族窒化物層を形成するに適した前駆物質を供給する工程と、を含む方法を提供する。
【００３９】
本発明は、より特定すれば、全膜厚に亘ってＳｉＣから構成される少なくとも一つの領域を有する中間層上にIII族窒化物層をその場（in situ）形成する方法であって、ａ）リアクタ内にＳｉ基板を配置する工程と、ｂ）含まれる金属がＡｌである少なくとも一つの有機金属化合物を５μｍｏｌ／分未満の流速で供給する工程と、ｃ）上記ＳｉＣモノレイヤー上にIII族窒化物層を形成するに適した前駆物質を供給する工程と、を備える方法を提供する。
【００４０】
上記において、工程ｂ）により中間層が形成される。ある実施の形態では、中間層は、基板の全領域に亘って一層の原子ＳｉＣ層から構成される。中間層は、また基板の全領域に亘って、それぞれの上面に、幾層のＳｉＣモノレイヤー（一般的には２層若しくは３層）のスタックから構成される。モノレイヤーのこの数は、基板の全領域に亘って均一であってもよく、または基板の領域に亘って変化してもよい。他の実施の形態では、（全膜厚に亘って）ＳｉＮの領域に近接して、（全膜厚に亘って）ＳｉＣの領域を備える中間層が示されている。ＳｉＮが存在する理由をさらに説明する。後者のケースにおいて、ＳｉＣの領域は、一層のＳｉＣモノレイヤーからなっていてもよく、若しくは互いの面上に積層されたＳｉＣモノレイヤーのスタックからなっていてもよい。
【００４１】
中間層若しくは中間層のＳｉＣ領域に含まれるモノレイヤーの数は、工程ｂ）が実行される期間に依存しうる。
【００４２】
とにかく、本発明によれば、III族窒化物層は、ＳｉＣモノレイヤー、単一のＳｉＣモノレイヤーの上面若しくはモノレイヤーのスタックの最上モノレイヤーに設けられる。ＳｉＣモノレイヤーが、基板の全領域に存在しない場合（すなわち、ＳｉＮの領域が存在する場合）、III族窒化物層の作製、若しくは付加的なＳｉＣ層の作製により、ＦＷＨＭの観点から要求される品質を備える層を生み出すことができる。
【００４３】
本発明に係る方法では、１ｃｍ２のＳｉ基板表面に対して、合計（少なくとも）０．００７μｍｏｌ、好ましくは（少なくとも）０．００８μｍｏｌ、より好ましくは（少なくとも）０．００９μｍｏｌ、さらに好ましくは（少なくとも）０．０１μｍｏｌに達するように上記有機金属化合物が供給され、これにより、原子のモノレイヤーが形成され表面が被覆される。
【００４４】
さらに、上記有機金属化合物は、５μｍｏｌ／分未満、好ましくは１μｍｏｌ／分未満、より好ましくは０．２μｍｏｌ／分未満、さらに好ましくは０．１μｍｏｌ／分未満（しかし零ではない）の流速で供給される。
【００４５】
上記流速は、５μｍｏｌ／分〜０．００５μｍｏｌ／分、好ましくは２μｍｏｌ／分〜０．０１μｍｏｌ／分、より好ましくは０．５μｍｏｌ／分〜０．０３μｍｏｌ／分、さらに好ましくは０．１μｍｏｌ／分〜０．０５５μｍｏｌ／分に含まれることが好ましい。
【００４６】
本発明の明細書において、５μｍｏｌ／分未満、好ましくは１μｍｏｌ／分未満、より好ましくは０．５μｍｏｌ／分未満若しくは０．２μｍｏｌ／分未満、さらに好ましくは０．１μｍｏｌ／分未満（しかし零ではない）の流速は、超低量流速若しくは超低量ドーズとも称される。
【００４７】
本発明の明細書において、上記有機金属化合物を供給する工程（ｂ）は、「プレドージング工程」と称することができる。
【００４８】
上記有機金属化合物は分解され、メチル基若しくはエチル基を供給することが好ましい。上記有機金属化合物は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、ＤＭＡｌ−Ｈ、及びトリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）からなる群から選択することができる。
【００４９】
上記有機金属化合物は、気相の形態で、若しくは気相の組成物として導入される。
【００５０】
特に、上記有機金属化合物を、Ｎ２、若しくはいずれかの希ガス（Ｈｅ若しくはＡｒ等）及び好ましくはＨ２ガスで希釈してもよい。
【００５１】
言い換えれば、上記組成物は、Ｈ２及びＡｌを含む少なくとも一種の有機金属化合物から構成されていてもよい。上記組成物は、Ｈ２及び金属がＡｌであるある有機金属化合物から成ることがより好ましい。
【００５２】
上記気相の組成物は、さらに（意図的であるか否かいずれにせよ）微量の窒素を含んでいてもよい。当該窒素は、Ｓｉ基板と反応しＳｉＮを形成する可能性があり、それにより部分的にＳｉＣで被覆され、また部分的にＳｉＮで被覆され、相互に近接するＳｉＣ領域及びＳｉＮ領域を備える基板となる。ＳｉＮは、プレドージング工程前において、基板の一部に、汚染物質として既に存在する可能性がある。その場合においては、プレドージング工程により、それらのＳｉＮ領域の間にＳｉＣを析出させ、最終結果物はＳｉＮの領域に近接するＳｉＣ領域を備える中間層となる。ＳｉＣ領域は、一層のＳｉＣ（原子）モノレイヤーからなるか、若しくはいくつか、典型的には２層若しくは３層の（原子）ＳｉＣモノレイヤーのスタックから構成することができる。ＳｉＣ領域に亘って、モノレイヤーの数に変化があってもよい。
【００５３】
当業者であれば、'ＳｉＮ'なる表現は、窒化珪素についての化学式の化学量論比率により厳格に規定される化合物、すなわちＳｉ３Ｎ４に限定されないことは理解されよう。ＳｉＮの層において、３／４の化学量論比率からの偏りが存在してもよい。すなわち、３及び４の値の２０〜３０％の変化が見られうる。この偏りは、析出の間の析出温度及びガスフロー等のプロセスパラメータに依存しうる。'ＳｉＮ'なる表現は、本明細書においてこれらの分析を考慮して理解及び解釈される。ＳｉＮがアモルファスであるか否かに関わりなく、ＳｉＣは、結晶構造を示す。'ＳｉＣ'若しくはシリコンカーバイドが、化学量論比率、即ちＳ１Ｃ１を有する。ＳｉＣの結晶構造は、統合されたＳｉＣ／ＳｉＮ層の上面に成長されたIII族窒化物の品質を改善する。
【００５４】
本発明の方法は、ＡＬＤリアクタ若しくはＣＢＥリアクタ、好ましくはＭＯＶＰＥリアクタにおいて実行することができる。
【００５５】
通常、ＭＯＰＶＥリアクタにおいて、前駆物質は、同時に導入される。しかし、本発明においては、前駆物質は、交互に（すなわち継続的に若しくは連続的に）供給される。
【００５６】
工程（ｃ）における上記III族窒化物層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮを含むか若しくはこれらから構成されていてもよい。
【００５７】
工程（ｃ）におけるIII族窒化物層は、ＡｌＮ層であることが好ましい。
【００５８】
上記中間層上にエピタキシャル層を形成することが好ましい。
【００５９】
本発明に係る方法を実行することにより最高の結晶品質を得ることができる。
【００６０】
実際には、最初、１０μｍ未満のフィルム膜厚に関して、約８００アーク秒のＦＷＨＭを示すＡｌＮ層及び３００アーク秒未満のＦＷＨＭを示すＧａＮ層を得ることができる。III族窒化物層については、１０００アーク秒未満、より好ましくは８００アーク秒、若しくはさらに好ましくは５００アーク秒未満のＦＷＨＭが可能であるはずである。
【００６１】
本発明の明細書において、ＦＷＨＭとは、（０００２）面からのＸ線ロッキング曲線オメガスキャン法等の、結晶品質を決定するための標準的な方法により測定された、最大値の半分の値における全幅のことをいう。
【００６２】
本発明に係る方法において、Ｓｉ基板の温度は、（約）５００℃〜（約）１４００℃、好ましくは（約）８００℃〜（約）１４００℃、より好ましくは（約）９００℃〜（約）１３００℃、さらに好ましくは（約）１０００℃〜（約）１２００℃に含まれていることが好ましい。
【００６３】
リアクタにおける圧力は、（約）１ｅ−５ｍｂａｒ〜（約）１．３３ｂａｒの間に含まれることが好ましい。特に、ＭＯＶＰＥについては、当該圧力は、（約）１．３３ｍｂａｒ〜（約）１．３３ｂａｒの間に含まれることが好ましい。ＣＢＥ若しくはＡＬＤの場合では、当該圧力は、（約）１ｅ−５ｍｂａｒ〜（約）１．３３ｍｂａｒの間に含まれることが好ましい。
【００６４】
工程（ｃ）において形成された層上に、別のIII族窒化物層を形成してもよい。当該
別のIII族窒化物層は、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層若しくは同様のものを含む若しくはこれらから構成されていてもよい。したがって、本発明に係る方法は、工程（ｃ）の後において、上記の別のIII族窒化物層を形成する工程（ｄ）を含んでいてもよい。この別のIII族窒化物層について、１０００アーク秒未満のＦＷＨＭ、好ましくは８００アーク秒未満のＦＷＨＭ、若しくは５００アーク秒未満のＦＷＨＭを達成することが可能である。
【００６５】
ＳｉＣモノレイヤーの上にＳｉＣ層を成長させる（形成させる）方法についても開示している。当該方法は、Ｓｉ基板を準備する工程（ａ）と、Ａｌを含む少なくとも一つの有機金属化合物（好ましくは、金属がＡｌである１以上の有機金属化合物）を供給する工程（ｂ）と、ＳｉＣ層を形成するに適した前駆物質を供給する工程（ｃ）と、を含み、これによりＳｉＣ層は（上記ＳｉＣモノレイヤー上において）成長を持続する。
【００６６】
言い換えれば、ＳｉＣ層を成長させるための当該方法は、工程（ｃ）において、III族窒化物層前駆物質を供給するのではなく、適切なＳｉＣ層前駆物質が供給されることを特徴とする、本発明に係る方法である。この中間層上のＳｉＣについて、１０００アーク秒未満のＦＷＨＭ、さらに好ましくは５００アーク秒未満のＦＷＨＭを達成することができる。
【００６７】
前駆物質を除いて、同様の特性及び条件を適用することができる。
【００６８】
本発明に係る方法は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）装置（高速電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）装置）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＵＶセンサー若しくは太陽電池等の半導体装置を製造するために使用してもよい。
【００６９】
本発明において、ＳｉＣを、ＭＯＶＰＥにより、自己制限領域（すなわち自己制限条件）において、高温（〜１１００℃）でシリコン上に成長させることができる。
【００７０】
ＭＯＰＶＥにおいては、III族窒化物は、質量輸送制限領域／条件で通常成長され、エピタキシャルフィルムの成長速度は、前駆物質の流速により決定される。化合物の半導体をＭＯＶＰＥリアクタ内で成長させるとき、２若しくはそれ以上の前駆物質が、同時にリアクタに導入される。
【００７１】
本発明に係る方法において、有機金属化合物（例えばＴＭＡｌ）は、リアクタ内に最初導入される。ＭＯＰＶＥは、上記有機金属化合物（例えばＴＭＡｌ）の超低量ドーズを供給することにより、自己制限領域／条件において実行される。
【００７２】
好ましい実施の形態によれば、上記有機金属化合物は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）である。
【００７３】
シリコン表面は、ＴＭＡｌから分解されたメチル基により炭化（若しくは不動態化）されている。これは、自己制限領域／条件において成長させた一層のＳｉＣモノレイヤー若しくはモノレイヤー未満（表面が部分的にＳｉＮで被覆された場合など）のものが観察されるためである。それと対照的に、アルミニウム原子のシリコン基板への吸着は観測されない。
【００７４】
ＡｌＮ層は、Ａｌ前駆物質（例えばＴＭＡｌ）及び窒素前駆物質（例えばアンモニア若しくはヒドラジン）を供給することにより形成される。
【００７５】
その後、ワイドギャップ半導体を成長させることができる。
【００７６】
自己制限的成長は最初ＡＬＤ法において使用されることに留意が必要である。
【００７７】
図１を参照すると、３つの温度領域、すなわち、低温領域、中温領域及び高温領域が示されている。
【００７８】
低温領域において、異種反応速度は、遅すぎる（Ｌ１）。若しくは多層吸着の場合（Ｌ２）では、自己制限条件に達しない。
【００７９】
高温領域においては、反応は、曲線Ｈ２により示されるように、前駆物質の分解により支配される。若しくは、曲線Ｈ１により示されるように、前駆物質の脱離により支配される。
【００８０】
中間温度領域において、自己制限反応／条件（Ｓ１、Ｓ２）が達成される。
【００８１】
図２は、自己制限領域／条件において、成長した膜厚が、飽和レベルを有し、成長時間を延ばすことによってはこれをさらに増加させることができないことを示している。
【００８２】
図２は、Ｈ１の場合において、より薄い層が観測されうることを示している。
【００８３】
ＴＭＡｌの分解温度は、およそ２６０℃であり、III族窒化物材料の成長温度は、通常１０００度を超える。
【００８４】
古典的な観点から、III族窒化物は、自己制限領域／条件においては、成長しない。そして、高温では、前駆物質の分解速度と脱離速度の両方が高まる。ＴＭＡｌは、以下のように、高温で分解されメチル基とアルミニウム原子となる。
Ａｌ（ＣＨ３）３→ＡｌＣＨ＋２ＣＨ４
【００８５】
その後、メチル基とＡｌ原子は、シリコン基板の表面に結合する。一方、分解も起こる。Ａｌ原子は、シリコン基板に拡散されてもよく、若しくは蒸発してキャリアーガスに戻してもよい。
【００８６】
本発明の可能な説明は、以下の通りである。前駆物質を超低量流速で供給することにより、分解と脱離との平衡状態を達成し、それにより当該表面にアルミニウム原子が堆積されない。これは、メチル基とシリコン原子との結合がより強いからである。最終的には、シリコン表面はメチル基により炭化（その後不動態化）される。
【００８７】
上記超低量ＴＭＡｌドーズは、ＡｌＮの実際の成長の前に、リアクタに供給される。
【００８８】
有機金属化合物の分解をもたらすメチルを用いてＳｉ基板を炭化する。
【００８９】
本発明に係る方法を実行することにより得られるＳｉＣ／Ｓｉ（１１１）テンプレートは、非常に高いエピタキシャル品質及びより低い応力によりＡｌＮの進んだ成長に非常に適しているようである。
【００９０】
III族窒化物層を形成するための、可能性のある前駆物質は、アンモニア（ＮＨ３）、また、リガンド（側鎖官能基）として、アルキル基、即ち炭素と水素とを有する官能基を備える、元素周期律表におけるIII族の金属を含む全ての化合物である。アミン（窒素と水素）の側鎖官能基も可能である。リガンドの少なくとも一つは、メチル基（ＣＨ３）、エチル基（Ｃ２Ｈ５）、プロピル基（Ｃ３Ｈ７）であり、シリコン表面に対してカーボンを提供することが可能である。
【００９１】
ＳｉＣの形成のための前駆物質は、通常Ｓｉ源としてシラン（ＳｉＨ４）（しかしジシラン及びトリシラン（Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８）も理論的には可能である。）である。Ｃ源としては、アルカン及びアルケンを用いることができる。メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、及びプロパン（Ｃ３Ｈ８）、おそらくブタン（Ｃ４Ｈ１０）も、また、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２も可能である。
【００９２】
本発明は、本発明に係る方法により得られた半導体構造を備える、ＦＥＴ装置、ＬＥＤ装置、ＵＶセンサー、若しくは太陽電池等の装置を提供することができる。
【００９３】
本発明に係る方法により得られる上記構造は、Ｓｉ基板と工程（ｃ）において形成された層との間に、中間層が存在することを特徴とする。当該中間層は、全膜厚に亘ってＳｉＣを含む少なくとも一つの領域を備え、当該領域は、最大２ｎｍ、好ましくは、最大１ｎｍの膜厚を有する。当該中間層は、ＳｉＣ層であってもよいし、若しくは互いに近接するＳｉＣ／ＳｉＮの領域から成る層であってもよい。当該中間層は、ＳｉＣ（原子）モノレイヤーであってもよい。それは、ＳｉＮ領域に近接するＳｉＣ（原子）モノレイヤーの領域を含んでいてもよい。
【００９４】
特に、本発明に係る半導体構造のある形態は、Ｓｉ基板と、上記Ｓｉ基板上に形成された中間層であって、全膜厚に亘ってＳｉＣから構成され、最大２ｎｍの膜厚を有する少なくとも一つの領域を具有する中間層と、上記中間層に形成された、１０００アーク秒未満の値の’半値全幅’（ＦＷＨＭ）を有する、III族窒化物層と、を備える。
【００９５】
第２の形態では、本発明の半導体構造は、Ｓｉ基板と、上記Ｓｉ基板上に形成された中間層であって、全膜厚に亘ってＳｉＣから構成され、最大２ｎｍの膜厚を有する少なくとも一つの領域を具有する中間層と、上記中間層に形成された、１０００アーク秒未満、好ましくは５００アーク秒未満の値の’半値全幅’（ＦＷＨＭ）を有するＳｉＣ層と、を備える。
【００９６】
当該中間層は、本発明の方法により作製された、即ち低流速のＡｌ含有有機金属化合物を使用して作製された、ＳｉＣ層若しくはＳｉＣ及びＳｉＮを含む層である。本発明の方法だけが、薄い膜厚の中間層と、上述の結晶構造品質を有するIII族窒化物層若しくはＳｉＣ層とを兼ね備えた特徴を有する半導体構造を作製することができる。
【００９７】
当該III族窒化物層を、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなる群から選択してもよい。
【００９８】
当該III族窒化物層の上面、若しくはＳｉＣ層の上面には、別のIII族窒化物層が存在してもよい。上記別のIII族窒化物を、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなる群から選択してもよい。
【００９９】
本発明の半導体構造は、上記ＳｉＣ若しくはＳｉＣ／ＳｉＮ中間層（具体的にはモノレイヤー）上に成長した結晶の高い品質により特徴付けられる。より詳細には、エピタキシャル成長されたIII族窒化物層（具体的にはＡｌＮ層）は、１０００アーク秒未満、好ましくは９５０アーク秒未満、より好ましくは９００アーク秒未満、さらに好ましくは８５０アーク秒未満、さらにまた好ましくは８００アーク秒未満の値の’半値全幅’（ＦＷＨＭ）を示す。中間層ＳｉＣ若しくはＳｉＣ／ＳｉＮ層上に成長したＳｉＣは、１０００アーク秒未満、好ましくは５００アーク秒未満若しくは４５０アーク秒未満、より好ましくは４００アーク秒未満、さらに好ましくは３５０アーク秒未満、さらにまた好ましくは３００アーク秒未満の値の’半値全幅’（ＦＷＨＭ）を示す。
【０１００】
同様に、エピタキシャル成長させた別のIII族窒化物層、すなわち中間層の上面に成長された第１の窒化物層若しくはＳｉＣ層上に成長させた別のIII族窒化物層は、５００アーク秒未満、好ましくは４５０アーク秒未満若しくは４００アーク秒未満、より好ましくは３５０アーク秒未満、さらに好ましくは３００アーク秒未満の値の’半値全幅’（ＦＷＨＭ）を示す。
【０１０１】
本発明を、例示の目的だけを意図した次の具体例において、さらに詳細に説明する。当該具体例は、決して本発明の技術的範囲を制限するものと解釈すべきではない。
【実施例１】
【０１０２】
第１の工程において、シリコンウェハを水平３×２”閉鎖型シャワーヘッド付き（ＣＣＳ）ＭＯＶＰＥリアクタに配置する前に、これを化学的に洗浄する。当該基板を、１０分間、Ｈ２中で１１００℃でアニールする。その結果、Ｈ末端処理されたシリコン表面となる（図３）。
【０１０３】
サセプタ及びライナー上に（優先使用の間）析出されたＧａＮ及びＡｌＧａＮ合金の分解のため、水素末端処理された表面を部分的に窒化することができる。
【０１０４】
ＴＭＡｌをＭＯＶＰＥリアクタ内に導入する。ＴＭＡｌは、約０．０７μｍｏｌ／分の超低量である。ＴＭＡｌは、１１００℃で、
Ａｌ（ＣＨ３）３→ＡｌＣＨ＋２ＣＨ４のように、Ｈ２雰囲気下で分解される。そして、分解されたＴＭＡｌは、水素末端処理された表面と反応することができる（図４）。
【０１０５】
ＳｉＣは、メチル基とシリコンとの反応により、当該シリコン表面上に形成される。アルミニウムは、炭化反応のためのエネルギー障壁を低下させるため、触媒の役割を果たすと考えられる。
【０１０６】
シリコン基板を、１８０秒間、超低量のフローに曝す。その結果、シリコン基板上に一層のＳｉＣモノレイヤーが形成される。
【０１０７】
その後、ＴＭＡｌのフローを２７．３μｍｏｌ／分のスタンダードまで上昇させ、ＮＨ３を１００ｓｃｃｍの流速で供給する。その結果、〜１８０ｎｍのＡｌＮ層が、ＳｉＣ／Ｓｉ（１１１）テンプレート上に積層された。
【０１０８】
成長応力(growth stress)が低く良好な品質のＡｌＮが得られた。
【実施例２】
【０１０９】
その場（in-situ）リアルタイム反射率測定システムを当該リアクタ（実施例１と同様）内に導入する。
【０１１０】
ＴＭＡｌが、標準のフロー（すなわち、使用されるリアクタに対して、約２５〜３０μｍｏｌ／分）であるとき、アルミニウム原子のシリコン基板上への堆積が、増加する反射率から観測される。
【０１１１】
一方、自己制限領域／条件において作製した場合、反射率の変化は見られない。
【０１１２】
図６のグラフは、ＴＭＡｌプレドージング時間に対する、Ｓｉ上に成長された１８０ｎｍ厚さのＡｌＮ層における品質を示している。
【０１１３】
１８０ｎｍのＡｌＮについては、オメガスキャンＦＷＨＭは、８００アーク秒〜１５００アーク秒である。
【０１１４】
両方のＦＷＨＭにおける最小値が、プレドージング時間１８０秒において見られる。
【０１１５】
０秒のプレドージング時間（すなわちプレドージングなし）では、ＦＷＨＭは、最適化されたプレドージング時間における場合より指数４倍分高い。
【０１１６】
図７は、ＴＭＡｌプレドージングがある場合のサンプルとない場合のサンプルのＨＲ−ＸＲＤ（０００２）オメガスキャンを示す。
【０１１７】
ＴＭＡｌプレドージングされたサンプルのＦＷＨＭは、８５３アーク秒程度の狭さであるのに対し、ＴＭＡｌプレドージングなしのサンプルのＦＷＨＭは３６００アーク秒より大きい（若しくは１°より高い）。
【０１１８】
プレドージングあり及び無しで成長させた両サンプルについてのＲＢＳ／チャネリング測定により第１のタイプのサンプルについての結晶クオリティが改善されたのが分かる。
【０１１９】
図８のグラフは、ＴＭＡｌプレドージングありのサンプルに対するランダム及びチャネルされたスペクトルを示す。
【０１２０】
プレドージング無しのサンプルについては、ＡｌＮ層及びＳｉ基板からの最小後方散乱収率（χｍｉｎ）は、それぞれ１５％、及び５１％であり、プレドージングを用いて処理されたサンプルについては、３．７％及び３６％である。
【０１２１】
Ａｌ及びＳｉシグナルの両方について、χｍｉｎの劇的な減少が観察される。ＡｌＮ層の結晶クオリティが改善された結果、Ａｌシグナルが減少する。一方、Ｓｉシグナルの減少は、基板とＡｌＮフィルムとの間の界面における構造欠陥に起因するデチャンネル効果がより小さくなったことを示す。
【０１２２】
ＸＰＳ並びにＴＥＭ測定により、ＡｌＮ及びＳｉ基板の間に界面層が存在することが示されている。
【０１２３】
図９は、ＴＭＡｌプレドージングありで成長させたサンプル（図９ａ）及びＴＭＡｌプレドージングなしで成長させたサンプル（図９ｂ）に対する、[1120]及び[1010]のそれぞれの晶帯軸に沿った明視野ＴＥＭ写真を示している。
【０１２４】
当該基板がＴＭＡｌプレドージングで処理されたとき、２〜３ＭＬに相当する界面層が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎ及びＣの混合物から構成されている。これは、ＡｌＮ／Ｓｉ界面に垂直な化学分布から推定される。
【０１２５】
ＸＰＳ測定により、ＳｉＣからのＣ−１ｓピークが、Ｃ表面の汚染物質からのＣ−１ｓピークの隣りに存在することが明白に認められる。
【０１２６】
このピークは、図１０のグラフから分かるように、プレドージング方法を使用しないで成長させたサンプルについては存在しない（図１０ａ：プレドージングあり、図１０ｂ：プレドージングなし）。
【０１２７】
また、ＸＰＳから、ＡｌＮ成長の前において、Ｓｉ基板の窒化物形成が減少することが明らかとなった。これは、プレドージングなしでＳｉに成長させたＡｌＮ層に対して得られるＴＥＭの結果と整合する。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】図１は、ＡＬＤ成長についての、異なる温度領域における概略的な概観を示している。成長速度が、成長温度の関数としてプロットされている。
【図２】図２は、図１に示すような特定の条件Ｈ１及びＳ１についての、時間に対する層の膜厚の進展を概略的に概観したものを示している。
【図３】図３は、Ｈ２雰囲気においてエッチングされたＳｉＯ２を概略的に例示したものを示している。Ｈ２雰囲気により、Ｈで末端処理された表面となる。
【図４】図４は、Ｈ末端処理されたシリコン表面上にＴＭＡｌを表面反応させることを概略的に例示している。
【図５】図５は、高フロー若しくは超低量のフローのＴＭＡｌプレドーズを用いた、ＡｌＮ成長のリアルタイム反射率曲線（in-situ干渉計による）を示している。
【図６】図６は、ＴＭＡｌプレドージング時間の関数として、成長したＡｌＮ層の結晶度を示している。プレドージング飽和時間が、約１８０ｓ辺りに見られる。
【図７】図７は、サンプルＡ（ＴＭＡｌプレドーズあり）とサンプルＢ（ＴＭＡｌプレドーズなし）のＨＲ−ＸＲＤ対称（０００２）オメガスキャンを示している。サンプルＡのＦＷＨＭは、８５３アーク秒であり、一方サンプルＢのＦＷＨＭは、３８９１アーク秒である。
【図８ａ】図８は、サンプルＡ（ａ）とサンプルＢ（ｂ）のＲＢＳ／チャネリングスペクトルを示している。サンプルＡ及びサンプルＢのＡｌＮ層からのχminは、それぞれ３．７％及び１５％である。
【図８ｂ】図８は、サンプルＡ（ａ）とサンプルＢ（ｂ）のＲＢＳ／チャネリングスペクトルを示している。サンプルＡ及びサンプルＢのＡｌＮ層からのχminは、それぞれ３．７％及び１５％である。
【図９ａ】図９は、[1120]及び[1010]晶帯軸に沿って、それぞれ成長させたサンプルについての明視野ＴＥＭ写真を示している（ＴＭＡｌプレドーズあり（ａ）、ＴＭＡｌプレドーズなし（ｂ））。
【図９ｂ】図９は、[1120]及び[1010]晶帯軸に沿って、それぞれ成長させたサンプルについての明視野ＴＥＭ写真を示している（ＴＭＡｌプレドーズあり（ａ）、ＴＭＡｌプレドーズなし（ｂ））。
【図１０ａ】図１０は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）にあるサンプルＡ（ＴＭＡｌプレドーズあり）とサンプルＢ（ＴＭＡｌプレドーズなし）のＸＰＳ Ｃ−１ｓスペクトルを示している。（ａ）においては、２つのピークが観測された。２８２ｅＶにおけるピークは、ＳｉＣ結合が要因であるが、一方２８５ｅＶにおけるもう一方のピークはＣ表面汚染物質が要因である。（ｂ）においては、Ｃ表面汚染物質による２８５ｅＶのピークは観測することができない。
【図１０ｂ】図１０は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）にあるサンプルＡ（ＴＭＡｌプレドーズあり）とサンプルＢ（ＴＭＡｌプレドーズなし）のＸＰＳ Ｃ−１ｓスペクトルを示している。（ａ）においては、２つのピークが観測された。２８２ｅＶにおけるピークは、ＳｉＣ結合が要因であるが、一方２８５ｅＶにおけるもう一方のピークはＣ表面汚染物質が要因である。（ｂ）においては、Ｃ表面汚染物質による２８５ｅＶのピークは観測することができない。
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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