(57)【要約】【課題】欠陥等が無く均質化され同じ内部応力の半導体薄膜を、基板の両面に同時に結晶成長させることができ、しかも、製造工程が簡単で、歩留まりも高い半導体薄膜の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体薄膜の製造方法は、基板３の表面３ａに第１の半導体薄膜を、この基板３の裏面３ｂに第２の半導体薄膜を、同時に形成する半導体薄膜の製造方法であり、基板３の表面３ａを赤外線ランプ１５で加熱するとともに、この表面３ａに第１の原料ガスｇ１を導入し、この表面３ａに第１の半導体薄膜を成長させ、同時に、この基板３の裏面３ｂに第２の原料ガスｇ２を導入し、この裏面３ｂに第２の半導体薄膜を成長させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一主面に第１の半導体薄膜を、前記基板の他の主面に第２の半導体薄膜をに形成する半導体薄膜の製造方法であって、
前記基板の一主面を加熱し、かつ、前記一主面上に第１の原料ガスを導入し、前記一主面上に第１の半導体薄膜を成長させ、
前記第１の半導体薄膜を成長させることと同時に、前記基板の他の主面上に第２の原料ガスを導入し、前記他の主面上に第２の半導体薄膜を成長させることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記加熱は、赤外線加熱であることを特徴とする請求項１記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記第１の半導体薄膜は立方晶炭化ケイ素薄膜であり、前記第２の半導体薄膜は多結晶シリコン薄膜であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記立方晶炭化珪素薄膜は、モノメチルシランを含むガスを用いて形成することを特徴とする請求項３記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記基板の反りを、レーザ変位計を用いて測定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
基板の一主面に第１の半導体薄膜を、前記基板の他の主面に第２の半導体薄膜をに形成する半導体薄膜の製造装置であって、
基板を収納する真空室と、
前記基板を加熱する加熱部と、
を含み、
前記真空室の前記基板の一主面側を第１の結晶成長部とし、前記真空室の前記基板の他の主面側を第２の結晶成長部としたとき、前記第１の結晶成長部に第１の原料ガスを導入する第１のガス導入部と、前記第２の結晶成長部に第２の原料ガスを導入する第２のガス導入部と、をさらに含むことを特徴とする半導体薄膜の製造装置。
【請求項７】
前記基板の一主面と前記加熱部との間の位置に配置される赤外線透過部材をさらに含み、
前記加熱部から発せられる赤外線を、前記赤外線透過部材を透過させて前記基板の一主面に照射することを特徴とする請求項６記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項８】
さらに、前記基板の反りを測定するレーザ変位計を含むことを特徴とする請求項６または７記載の半導体薄膜の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体薄膜の製造方法及び製造装置に関し、特に、異なる種類の半導体薄膜を基板の表面と裏面にそれぞれ形成する際に用いて好適な半導体薄膜の製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンは、大口径、高品質かつ安価であることから、多くの材料の単結晶を成長させる基板として利用されてきた。
これらの材料の中でも、バンドギャップが２．２ｅＶ（３００Ｋ）と高いワイドバンドギャップ半導体材料である立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）は、次世代における低損失のパワーデバイス用半導体材料として期待されており、特に、安価なシリコン基板上に単結晶成長（ヘテロエピタキシー）させることができる点からも、非常に有用と考えられている。
【０００３】
ところで、立方晶炭化珪素の格子定数は、４．３５９オングストロームと、立方晶シリコンの格子定数（５．４３０７オングストローム）と比べて２０％程度も小さい。それ故に、立方晶炭化珪素膜をシリコン基板上に単純に成長させただけでは、格子不整合に起因する応力が発生し、立方晶炭化珪素膜中に格子不整合に起因する結晶欠陥や基板の反りが生じてしまうという問題点があった。
そこで、立方晶炭化珪素膜をシリコン基板の両面に同時に結晶成長させることで、これらの応力を相殺し、反りの小さな立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）基板を製造する方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９９２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の立方晶炭化珪素膜をシリコン基板の両面に同時に結晶成長させる方法では、シリコン基板の両面に同じ膜厚で同じ内部応力の立方晶炭化珪素膜を結晶成長させることが難しいという問題点があった。
その理由は、シリコン基板の表面温度や結晶成長用の原料ガスの供給量を精度良く制御することが難しいことにある。
また、この方法では、立方晶炭化珪素膜を何らかの方法、例えばサイドエッチングでシリコン基板から剥離させる必要があるが、この剥離工程が非常に複雑で、歩留まりも悪いという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、基板の両面に、欠陥等が無く均質化され、同じ内部応力の半導体薄膜を結晶成長させることができ、しかも、製造工程が簡単で、歩留まりも高い半導体薄膜の製造方法及び製造装置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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の半導体薄膜の製造方法及び製造装置を採用した。
すなわち、本発明の半導体薄膜の製造方法は、基板の一主面に第１の半導体薄膜を、前記基板の他の主面に第２の半導体薄膜を、同時に形成する半導体薄膜の製造方法であって、前記基板の一主面を加熱するとともに前記一主面上に第１の原料ガスを導入し、前記一主面上に第１の半導体薄膜を成長させ、同時に、前記基板の他の主面上に第２の原料ガスを導入し、前記他の主面上に第２の半導体薄膜を成長させることを特徴とする。
【０００８】
この半導体薄膜の製造方法では、基板の一主面を加熱するとともに前記一主面上に第１の原料ガスを導入し、前記一主面上に第１の半導体薄膜を成長させ、同時に、前記基板の他の主面上に第２の原料ガスを導入し、前記他の主面上に第２の半導体薄膜を成長させる。
これにより、基板の一主面の温度と、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給量を制御するだけで、基板の両面に同時に半導体薄膜を結晶成長させることができる。
しかも、得られた半導体薄膜は、欠陥等が無く、均質化されており、かつ同じ内部応力を有するものであり、歩留まりも高い。
ここで、「同時」とは、完全に同じ時刻を意味するのみならず、無視できる程度の誤差を含んでいてもよい。少なくとも基板の一主面上に第１の半導体薄膜を成長させる時間と、基板の他の主面上に第２の半導体薄膜を成長させる時間とが、重複していればよい。
【０００９】
本発明の半導体薄膜の製造方法は、前記加熱は、赤外線加熱であることを特徴とする。
この半導体薄膜の製造方法では、加熱を、赤外線加熱としたことにより、基板の一主面の温度の制御性が高まり、基板の両面に成長する第１及び第２の半導体薄膜の膜厚及び内部応力の制御性も高まる。
【００１０】
本発明の半導体薄膜の製造方法は、前記第１の半導体薄膜は立方晶炭化ケイ素薄膜であり、前記第２の半導体薄膜は多結晶シリコン薄膜であることを特徴とする。
この半導体薄膜の製造方法では、第１の半導体薄膜を立方晶炭化ケイ素薄膜とし、第２の半導体薄膜を多結晶シリコン薄膜としたことにより、欠陥等が無く、均質化され、かつ同じ内部応力を有する立方晶炭化ケイ素薄膜及び多結晶シリコン薄膜を成長させることができる。
【００１１】
本発明の半導体薄膜の製造方法は、前記立方晶炭化珪素薄膜は、モノメチルシランを含むガスを用いて形成することを特徴とする。
この半導体薄膜の製造方法では、立方晶炭化珪素薄膜をモノメチルシランを含むガスを用いて形成することにより、得られた立方晶炭化珪素層の膜質が均質化され、欠陥等も少ない。これにより、欠陥等が無く、均質化された立方晶炭化珪素層を形成することができる。
【００１２】
本発明の半導体薄膜の製造方法は、前記基板の反りを、レーザ変位計を用いて測定することを特徴とする。
この半導体薄膜の製造方法では、基板の反りを、レーザ変位計を用いて測定することにより、リアルタイムで基板の反りを測定することができる。
【００１３】
本発明の半導体薄膜の製造装置は、基板の一主面に第１の半導体薄膜を、前記基板の他の主面に第２の半導体薄膜を、同時に形成する半導体薄膜の製造装置であって、基板を収納する真空室と、前記基板を加熱する加熱部と、を含み、前記真空室の前記基板の一主面側を第１の結晶成長部とし、前記真空室の前記基板の他の主面側を第２の結晶成長部としたとき、前記第１の結晶成長部に第１の原料ガスを導入する第１のガス導入部と、前記第２の結晶成長部に第２の原料ガスを導入する第２のガス導入部と、をさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
この半導体薄膜の製造装置では、真空室に基板を収納し、この真空室のうち基板の一主面側を第１の結晶成長部とし、前記基板を加熱する加熱部を設け、第１の原料ガスを導入する第１のガス導入部を設ける。そして、この真空室のうち基板の他の主面側を第２の結晶成長部とし、該第２の結晶成長部に第２の原料ガスを導入する第２のガス導入部を設ける。
これにより、基板の一主面の温度と、第１の原料ガス及び第２の原料ガスの供給量を制御するだけで、基板の両面に同時に半導体薄膜を結晶成長させることができる。
しかも、得られた半導体薄膜は、欠陥等が無く、均質化されており、かつ同じ内部応力を有するものであり、歩留まりも高い。
【００１５】
本発明の半導体薄膜の製造装置は、前記基板の一主面と前記加熱部との間の位置に配置される赤外線透過部材をさらに含み、前記加熱部から発せられる赤外線を、前記赤外線透過部材を透過させて前記基板の一主面に照射することを特徴とする。
この半導体薄膜の製造装置では、第１の結晶成長部のうち基板の一主面と加熱部との間の位置に赤外線透過部材を設けたことにより、加熱部から発せられる赤外線は、高い赤外線透過率を持つ赤外線透過部材を透過した後、基板の一主面に照射される。これにより、基板の一主面の温度を精度良く制御することができる。
【００１６】
本発明の半導体薄膜の製造装置は、さらに、前記基板の反りを連続的または間欠的に測定するレーザ変位計を含むことを特徴とする。
この半導体薄膜の製造装置では、基板の反りを連続的または間欠的に測定するレーザ変位計を含むことにより、基板の反りを、レーザ変位計を用いてリアルタイムで測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の半導体薄膜の製造装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の半導体薄膜の製造方法により得られた半導体薄膜付き基材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の半導体薄膜の製造方法及び製造装置を実施するための形態について説明する。
本実施形態においては、発明の内容の説明を容易にするために、構造上の各部分の形状等については、適宜、実際の形状と異ならせてある。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態の半導体薄膜の製造装置１を示す断面図である。
本実施形態の半導体薄膜の製造装置１は、基板の両面に同時に半導体薄膜を形成する装置であり、チャンバー（真空室）２の中央部の内壁に基板３を水平に支持する支持部４が設けられ、この基板３及び支持部４によりチャンバー２内が第１の結晶成長部１１と第２の結晶成長部１２とに区画されている。これら第１の結晶成長部１１と第２の結晶成長部１２とは、基板３及び支持部４により完全に仕切られており、互いに連通しない構成となっている。
このように、結晶成長部１１、１２を互いに連通しない構成とすることにより、結晶成長部１１、１２各々の真空度、原料ガス圧、原料ガスの流量を、互いに独立して制御することができるようになっている。
【００２０】
第１の結晶成長部１１には、（第１の）原料ガスｇ１を導入する（第１の）配管１３及び真空引き用配管１４が設けられ、この第１の結晶成長部１１の上方には、基板３を加熱する赤外線ランプ（加熱手段）１５が複数個設けられるとともに、基板３の反りを連続的または間欠的に測定するレーザ変位計１６が設けられている。
このレーザ変位計１６は、基板３の表面３ａ上を縦横に移動する間に、この表面３ａにレーザー光を照射し、この表面３ａからの戻り光を検出することにより、表面３ａの反りを測定するようになっている。
【００２１】
そして、この第１の結晶成長部１１の天板には、選択的に成長しない材質、例えば、サファイアまたは石英ガラスからなる赤外線透過部材１７が設けられ、赤外線ランプ１５から発せられる赤外線を透過させて基板３の表面３ａに照射するようになっている。
この赤外線透過部材１７は、サファイアまたは石英ガラスからなる選択的に成長しない材質で構成されているので、基板３の表面３ａに形成される半導体薄膜は、選択的に成長せず、一定の結晶成長速度を維持することができる。
一方、第２の結晶成長部１２には、（第２の）原料ガスｇ２を導入する（第２の）配管２１及び真空引き用配管２２が設けられている。
【００２２】
次に、この半導体薄膜の製造装置１を用いて基板の両面に同時に半導体薄膜を形成する方法について、説明する。
まず、表面３ａ及び裏面３ｂを洗浄して清浄面とした基板３を支持部４に取り付ける。このとき、基板３の表面３ａ及び裏面３ｂは水平面になっている。
次いで、真空引き用配管１４により第１の結晶成長部１１内を、真空引き用配管２２により第２の結晶成長部１２内を、同時に真空引きし、例えば１×１０−３Ｐａ以下の真空度とする。
この間に、赤外線ランプ１５を用いて基板３の表面３ａを加熱し、基板３の表面温度を所定の温度、例えば、１０５０℃に保持する。
【００２３】
次いで、配管１３から第１の結晶成長部１１内に原料ガスｇ１を、例えば１×１０−２Ｐａ以下の圧力で導入し、配管２２から第２の結晶成長部１２内に原料ガスｇ２を、例えば１×１０−２Ｐａ以下の圧力で導入し、基板３の表面３ａ及び裏面３ｂそれぞれに同時に半導体薄膜を形成する。
【００２４】
ここで、基板３としてシリコン基板を用い、このシリコン基板の表面に立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）薄膜を、裏面に多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜を、それぞれ結晶成長させる場合、原料ガスｇ１としてはモノメチルシラン（ＳｉＨ３ＣＨ３）が好適に用いられる。このモノメチルシランを流量３ｓｃｃｍで導入した場合、このモノメチルシランの圧力は１×１０−２Ｐａ以下である。また、原料ガスｇ２としてはトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）が好適に用いられる。このトリクロルシランを流量１０ｓｃｃｍで導入した場合も、このトリクロルシランの圧力はモノメチルシランと同様１×１０−２Ｐａ以下である。
【００２５】
この半導体薄膜を形成する間に、レーザ変位計１６を基板３の表面３ａ上を縦横に移動させて、この表面３ａにレーザー光を照射し、この表面３ａからの戻り光を検出する。
この戻り光の強度を基板３の表面３ａ上の測定位置に対応させて２次元に表示させることにより、この表面３ａにおける基板３の反りをリアルタイムで測定することができる。
このレーザー光の照射は、連続的であっても、間欠的であってもよい。いずれにしても、基板３の反りをリアルタイムで測定することが可能である。
【００２６】
図２は、このようにして得られた半導体薄膜付きシリコン基板３１を示す断面図であり、この半導体薄膜付きシリコン基板３１は、シリコン基板３２の表面３２ａに立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）薄膜３３が、裏面３２ｂに多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜３４が、それぞれ形成されている。
この立方晶炭化ケイ素薄膜３３は、シリコン基板３２の温度を１０５０℃、モノメチルシラン（ＳｉＨ３ＣＨ３）の流量を３ｓｃｃｍ、第１の結晶成長部１１内の全圧を１×１０−２Ｐａ以下として成長させている。膜厚は１０μｍである。
また、多結晶シリコン薄膜３４は、シリコン基板３２の温度を９５０℃、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）の流量を１０ｓｃｃｍ、第２の結晶成長部１２内の全圧を１×１０−２Ｐａ以下として成長させている。膜厚は４μｍである。
【００２７】
この半導体薄膜付きシリコン基板３１では、立方晶炭化ケイ素薄膜３３及び多結晶シリコン薄膜３４共に、欠陥等が無く、均質化されており、かつ同じ内部応力を有するものであり、歩留まりも高い。
また、シリコン基板３２の表面３２ａ及び裏面３２ｂの応力バランスを精度良く調整することにより、反りも無く、従来のような分離工程も必要としない。
また、裏面３２ｂに多結晶シリコン薄膜３４を形成したので、チップ化する際にも特別な研削処理を施す必要がなく、工程が増加することもない。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の半導体薄膜の製造方法によれば、基板３の表面３ａの温度と、第１の原料ガスｇ１及び第２の原料ガスｇ２の供給量を制御するだけで、基板３の両面に同時に半導体薄膜を結晶成長させることができる。
しかも、得られた半導体薄膜は、欠陥等が無く、均質化されており、かつ同じ内部応力を有するものであり、歩留まりも高い。
【００２９】
本実施形態の半導体薄膜の製造装置１によれば、基板３の表面３ａの温度と、第１の原料ガスｇ１及び第２の原料ガスｇ２の流量及び圧力を制御するだけで、基板３の両面に同時に半導体薄膜を結晶成長させることができる。
しかも、得られた半導体薄膜は、欠陥等が無く、均質化されており、かつ同じ内部応力を有するものであり、歩留まりも高い。
【００３０】
なお、本実施形態では、シリコン基板３２の表面３２ａに立方晶炭化ケイ素薄膜３３を、裏面３２ｂに多結晶シリコン薄膜３４を、それぞれ形成したが、シリコン基板３２の表面３２ａに立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）横型ＭＯＳＦＥＴを形成すれば、安価で高性能のパワー素子を製造することができる。
また、立方晶炭化ケイ素薄膜３３上に窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶膜をエピタキシャル成長させれば、非常に高品質の窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶膜を実現することができる。
さらに、この半導体薄膜付きシリコン基板３１は、次世代における低損失のパワーデバイス用半導体材料としても利用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１…半導体薄膜の製造装置、２…チャンバー（真空室）、３…基板、１１…第１の結晶成長部、１２…第２の結晶成長部、１３…第１の配管、１５…赤外線ランプ（加熱手段）、１６…レーザ変位計、２１…第２の配管、３１…半導体薄膜付きシリコン基板、３２…シリコン基板、３２ａ…表面（一主面）、３２ｂ…裏面（他の主面）、３３…立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）薄膜、３４…多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜、ｇ１…第１の原料ガス、ｇ２…第２の原料ガス
【図１】
2012206918.tif 000003
【図２】
2012206918.tif 000004