(57)【要約】【課題】Ｓｉ基板上に対して、２Ｈ−ＳｉＣ単結晶のみを、簡易かつ効果的に形成する方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ（１１１）単結晶基板の一主面上に、ＡｌＮ膜を形成し、前記ＡｌＮ膜上に２Ｈ−ＳｉＣ単結晶を形成する２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、前記一主面の法線が、[１１１]方向から[０１１]方向または[１１２]方向に対して、０°より大きく３０°より小さい角度のオフカット角を有しており、より好ましくは、[１１１]方向から[０１１]方向に対して５°以上２０°以下、または[１１１]方向から[０１１]方向に対して６°以上２２°以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ（１１１）単結晶基板の一主面上にＡｌＮ膜を形成し、前記ＡｌＮ膜上に２Ｈ−ＳｉＣ単結晶を形成する２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、前記一主面の法線が、[１１１]方向から[０１１]方向または[１１２]方向に対して、０°より大きく３０°より小さい角度のオフカット角を有していることを特徴とする２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイス用化合物半導体の一種である炭化珪素（ＳｉＣ）、特に、２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ単結晶は、例えばシリコン（Ｓｉ）単結晶に比べると、さまざまな特性で優れており、次世代の電子デバイス用の化合物半導体として期待されている。
【０００３】
ＳｉＣには多くの結晶多形（ポリタイプ）が存在し、代表的なポリタイプには、２Ｈ、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、１５Ｒがある。このうち、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈが市場で多く出回っており、特に４Ｈ−ＳｉＣは、バンドギャップと飽和電子速度の特性が良いことから、光デバイスや電子デバイスの基板材料として、実用化研究の中心的な存在である。
【０００４】
ところで、最近になって、２Ｈ−ＳｉＣは、この４Ｈ−ＳｉＣよりも、さらにバンドギャップと飽和電子速度の特性に優れていることが分ってきた。従って、２Ｈ−ＳｉＣについても研究が進められており、これに伴い、２Ｈ−ＳｉＣを安定してかつ高純度で製造する方法が求められてきている。
【０００５】
現在、ＳｉＣ単結晶の製造方法には、昇華法、化学気相成長法、アチソン法、液相成長法、等が知られている。このうち、高純度でかつ大口径のＳｉＣ単結晶基板を得る方法としては、液相成長法と気相成長法が比較的良いものといえる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、低コストで、バルク状の大型の高品質の炭化珪素（ＳｉＣ）結晶を製造可能な製造方法を提供する方法として、アルカリ金属融液中において、２リチウムアセチリド（Ｌｉ２Ｃ２）等の炭化リチウムから生成した炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）とを反応させて、炭化珪素（ＳｉＣ）結晶を生成若しくは成長させることにより、高品質でバルク状の大きな炭化珪素（ＳｉＣ）結晶を低温で得ることができる、という技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させる方法として、｛０３−３８｝面、または｛０３−３８｝面に対して、約１０°以内のオフ角αだけ傾いた面を露出させたＳｉＣ単結晶からなる種結晶上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させる、という技術が開示されている。
【０００８】
さらに、特許文献３には、Ｓｉ単結晶基板上に、アモルファスを含む厚さ３〜２０ｎｍの第１ＳｉＣ層、及び多数のβ−ＳｉＣ成長核からなる厚さ１０〜５０ｎｍの第２ＳｉＣ層を、順に介在して、厚さ１μｍ以上のβ−ＳｉＣ単結晶薄膜が形成されているＳｉＣ半導体を製造する、という技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００８／００１７８６号公報
【特許文献２】ＷＯ０１／０１８２８６号公報
【特許文献３】特開２００５−３４７６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の技術では、２Ｈ−ＳｉＣを製造できるとしている。しかしこの方法では、３Ｃ−ＳｉＣと２Ｈ−ＳｉＣの混在した結晶が生成され、２Ｈ−ＳｉＣのみを高純度で製造するには、必ずしも適切であるとはいえない。
【００１１】
特許文献２の技術は、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶の製造方法に関するものである。しかし、この方法でも、２Ｈ−ＳｉＣのみを高純度で製造することが困難であった。また、あらかじめＳｉＣ単結晶からなる種結晶を準備する必要があり、この場合、製造コスト的にも不利であることから、大口径のＳｉＣ単結晶基板の作製には、必ずしも適切でないものといえる。
【００１２】
特許文献３の技術は、Ｓｉ単結晶基板上に、介在層を設けて、β−ＳｉＣ単結晶薄膜を製造する方法である。しかし、この方法でも、２Ｈ−ＳｉＣのみを高純度で製造することが困難であった。
【００１３】
本発明は、これらの課題を鑑みてなされたもので、特に、大口径化に有利であるＳｉ単結晶基板上にＳｉＣを気相成長させる方法において、２Ｈ−ＳｉＣのみを高純度で形成する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法は、Ｓｉ（１１１）単結晶基板の一主面上に、ＡｌＮ膜を形成し、前記ＡｌＮ膜上に２Ｈ−ＳｉＣ単結晶を形成する２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、前記一主面の法線が、[１１１]方向から[０１１]方向または[１１２]方向に対して、０°より大きく３０°より小さい角度のオフカット角を有していることを特徴とする。このような構成をとることで、Ｓｉ単結晶基板上に、２Ｈ−ＳｉＣ単結晶を、高純度で形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法によれば、特に、大口径化に有利であるＳｉ単結晶基板を用いて、４Ｈや３Ｃなどのポリタイプを含まない、高純度の２Ｈ−ＳｉＣを形成する方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一態様に係るＳｉＣ半導体基板の構造を断面からみた模式図である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一態様に係る、ＳｉＣ半導体基板の構造を断面からみた模式図。
【図２】本発明の一態様に係る、ＡｌＮ層とＳｉＣ層の界面付近における、ステップ構造の一部分を断面からみた模式図。
【００１８】
本発明に係る２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法は、Ｓｉ（１１１）単結晶基板の一主面上に、ＡｌＮ膜を形成し、前記ＡｌＮ膜上に２Ｈ−ＳｉＣ単結晶を形成する２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、前記一主面の法線が、[１１１]方向から[０１１]方向または[１１２]方向に対して、０°より大きく３０°より小さい角度のオフカット角を有している。
【００１９】
Ｓｉ（１１１）単結晶基板１は、半導体基板用のＳｉとして、公知の材料と製法で製造されたものを広く用いることができる。結晶方位以外の特性、例えば、炭素濃度、酸素濃度、欠陥密度、抵抗率、についても、格別制約を設けるものではない。
【００２０】
このＳｉ（１１１）単結晶基板１の一主面上に、２Ｈ−ＡｌＮ膜２を形成する。なお、Ｓｉ（１１１）単結晶基板１の一主面上には、２Ｈ−ＡｌＮが形成される。一主面上の形態は、単結晶の気相成長を行うことから、いわゆる鏡面仕上げが好ましいが、その面粗さや平坦度については、設計する半導体基板の仕様に応じて、適時設定してよい。２Ｈ−ＡｌＮ膜２の形成方法は、膜厚制御性や生産性を考慮すると、気相成長法、特に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法が好ましい。
【００２１】
次に、この２Ｈ−ＡｌＮ膜２上に、２Ｈ−ＳｉＣ単結晶３を形成する。２Ｈ−ＳｉＣは、ＣＶＤ法で堆積することが好ましい。
【００２２】
本発明においては、Ｓｉ（１１１）単結晶基板１の一主面が、[１１１]方向から[０１１]方向または[１１２]方向に対して、０°より大きく３０°より小さい角度のオフカット角を有していることを特徴としている。
【００２３】
Ｓｉ（１１１）単結晶基板１の一主面上に、気相成長にてＡｌＮ膜を堆積させると、２Ｈ−ＡｌＮ（０００１）となる。この２Ｈ−ＡｌＮ（０００１）である２Ｈ−ＡｌＮ膜２上に対して、そのままＳｉＣを気相成長させると、３Ｃ−ＳｉＣが主に形成される。これは、ＡｌＮの２Ｈの積層情報が、そのままの状態でＳｉＣに伝播されず、より安定な構造の３Ｃ−ＳｉＣが形成されるためである。
【００２４】
ＳｉＣは、結晶多形により、原子の積層周期が結晶のＣ軸方向にのみ異なる構造をとる。ここで、２Ｈ−ＳｉＣは、Ｃ軸方向に２層の積層周期を有する六方晶（Ｈ）、３Ｃ−ＳｉＣは、Ｃ軸方向に３層の積層周期を有する立方晶（Ｃ）を表している。
【００２５】
Ｓｉ（１１１）単結晶基板１の一主面上に堆積させた２Ｈ−ＡｌＮ（０００１）において、２Ｈ−ＡｌＮ（１０−１ｎ）面、あるいは２Ｈ−ＡｌＮ（１１−２ｎ）面が露出していないと、この上にＳｉＣを堆積させても、２Ｈ−ＳｉＣが成長しない。ここで、ｎは整数である。
【００２６】
２Ｈ−ＡｌＮ（１０−１ｎ）面、あるいは２Ｈ−ＡｌＮ（１１−２ｎ）面を露出させるためには、Ｓｉ（１１１）単結晶基板１の一主面が、[１１１]方向から[０１１]方向または[１１２]方向に対して、０°より大きく３０°より小さい角度のオフカット角が形成されるようにすればよい。
【００２７】
図２は、２Ｈ−ＡｌＮ層２と２Ｈ−ＳｉＣ単結晶３の界面付近における、ステップ構造の一部分を断面からみた模式図である。Ｓｉ（１１１）単結晶基板１の一主面に、オフカット角が形成されることで、２Ｈ−ＡｌＮの１周期目層２１と２Ｈ−ＡｌＮの２周期目層２２の２層周期構造からなる２Ｈ−ＡｌＮ層２が、ステップ構造を形成する。この、ステップの段差部が積層情報の伝播位置となることで、２Ｈ−ＡｌＮ層２の上にＳｉＣを堆積させると、２層周期構造からなる２Ｈ−ＳｉＣ単結晶３が堆積される。
【００２８】
０°より大きく３０°より小さい角度のオフカット角の形成は、例えば、チョクラルスキー（ＣＺ）法で引上げられた円柱状のＳｉインゴットを、ウェーハに加工する、いわゆるスライス工程にてカットする際に実施する。
【００２９】
本発明においては、オフカット角は、０°より大きく３０°より小さい。０°では、前述の積層情報の伝播位置が全く形成されないので、２Ｈ−ＳｉＣの形成できない。しかし、３０°より大きいと、Ｓｉのオフ角と２Ｈ−ＡｌＮの成長方位と一致しなくなる。この場合、積層情報の伝播が不十分となり、３Ｃ−ＳｉＣが形成されてしまう。
【００３０】
なお、オフカット角は、[１１１]方向から[０１１]方向に対して５°以上２０°以下、または[１１１]方向から[１１２]方向に対して５°以上２０°以下であることが好ましい。
【００３１】
また、２Ｈ−ＡｌＮ層２の膜厚は、２Ｈ−ＡｌＮ層２の２層周期構造の１周期分以上１０００周期分以下であることが、より好ましい。最低でも積層情報の伝播を成しえる１周期分あればよいが、１０００周期分以上では、ＡｌＮにクラックが発生し、好ましくない。なお、１０００周期分は、膜厚に換算すると２５０ｎｍ程であるが、厳密に２５０ｎｍ以下であることを要しない。さらに好ましくは、５０周期分以上５００周期分以下の膜厚である。
【００３２】
Ｓｉ（１１１）単結晶基板１は、２Ｈ−ＡｌＮ層２の堆積前に、１０００℃以上の還元性あるいは不活性雰囲気で１分以上保持することが、より好ましい。Ｓｉ（１１１）単結晶基板１の一主面上で、Ｓｉ原子の再配列が起こり、ステップ構造を形成することで、２Ｈ−ＡｌＮの形成がより促進されるためである。
【００３３】
以上のとおり、本発明に係る本発明に係る２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の製造方法によれば、Ｓｉ単結晶基板の一主面の方位角を規定することで、４Ｈや３Ｃなどのポリタイプを含まない、高純度の２Ｈ−ＳｉＣを形成することが可能となる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の好ましい実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
【００３５】
（実験１）
ＣＺ法で作製した、４インチ、ドーパントがリンで平均抵抗率１０Ωｃｍの、結晶方位（１１１）のＳｉ単結晶インゴットを用意した。続いて、スライス工程にて、[１１１]方向から[０１１]方向または[１１２]方向に対してのオフセット角を、表１に示した内容でそれぞれ形成した。この後、研磨工程、洗浄工程を経て、片面を鏡面仕上げした厚さ５２５μｍの評価用Ｓｉ単結晶ウェーハとした。各工程は、一般的な半導体用シリコンウェーハの製造プロセスを適用した。
【００３６】
評価用Ｓｉ単結晶ウェーハに対して、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、１０００℃×１０分の水素処理後、同温度にて、トリメチルアルミニウムとアンモニアを原料として、２Ｈ−ＡｌＮを１００ｎｍ堆積した。引き続き、同温度にて、原料としてモノシランとアセチレンを用いて、ＳｉＣを５００ｎｍ堆積した。このようにして、評価用ＳｉＣ基板を作製した。
【００３７】
評価方法は、Ｘ線回折法を用いて、３Ｃおよび２Ｈ−ＳｉＣに特有なピークの強度比を調査し、２Ｈ−ＳｉＣが生成した割合を評価した。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１から、本発明の適用により、２Ｈ−ＳｉＣ単結晶が製造でき、さらに、本発明の好ましい範囲において、２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の生成する割合をより高く、かつ面荒れを起こさずに２Ｈ−ＳｉＣ単結晶を形成することが可能であることがわかる。
【００４０】
（実験２）
[１１１]方向から[０１１]方向または[１１２]方向に対してのオフセット角を１０°にした評価用Ｓｉ単結晶ウェーハに対して、表２に示す内容で、２Ｈ−ＡｌＮ膜２の膜厚を変更して、評価用ＳｉＣ基板を作製した。評価方法は、実験１と同様に行った。
【００４１】
【表２】
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【００４２】
表２の結果より、本発明のより好ましい範囲においても、２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の生成する割合をより高くすることが可能である。一方、本発明のより好ましい範囲を外れた場合は、２Ｈ−ＳｉＣ単結晶の生成は確認されたが、表面平坦性の点では、より好ましい範囲のものと比べてやや見劣りする。なお、２Ｈ−ＡｌＮ膜２の膜厚が厚すぎると、２Ｈ−ＳｉＣ単結晶は形成できるものの、クラックの発生があり、基板としては、必ずしも好ましいものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、発光ダイオード、レーザ発光素子、高速・高温での動作可能な電子素子等に用いられる、各種の半導体基板の製造方法として好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・Ｓｉ（１１１）単結晶基板、２・・２Ｈ−ＡｌＮ膜、２１・・２Ｈ−ＡｌＮの１周期目層、２２・・２Ｈ−ＡｌＮの２周期目層、３・・２Ｈ−ＳｉＣ単結晶、３１・・２Ｈ−ＳｉＣの１周期目層、３２・・２Ｈ−ＳｉＣの２周期目層。
【図１】
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【図２】
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