(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子の基板にＳｉＣ単結晶をＣＶＤ法を用いて成長させる方法において、ＳｉＣ単結晶を１２００℃以下の温度領域で複数の成長温度に分けて成長させ、かつ、中間層としてＳｉＣ単結晶を成長温度７８０〜９５０℃で厚みが５０〜７５０ｎｍになるまで成長させることを特徴とする電子素子基板上へのＳｉＣ単結晶の成長方法。
【請求項２】
ＳｉＣ単結晶がβ−ＳｉＣであることを特徴とする請求項１に記載の電子素子基板上へのＳｉＣ単結晶の成長方法。
【請求項３】
所望の膜厚を確保するために中間層の成形後に成長温度１０００〜１２００℃でＳｉＣ単結晶を成長させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子素子基板上へのＳｉＣ単結晶の成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子素子の基板上にＳｉＣ単結晶を成長させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＣは、広いバンドギャップ、高い電子移動度、高い耐熱性を持っており、構成元素の資源量が豊富でかつ環境汚染への懸念が小さい等の特徴を持つ化合物半導体として、ＳｉＣは、次世代電子素子、高速高温動作可能電子素子、太陽光発電素子等としての応用が期待される材料である。特にシリコン基板上に形成されたＳｉＣ薄膜は、現在のシリコンテクノロジーを継承できることから、産業技術の開発コストにおける優位性からも、実用化が求められる材料である。
【０００３】
ＳｉＣ薄膜の形成法としては、各種ＣＶＤ法、スパッタリング法、各種ＭＢＥ法等が知られている。
【０００４】
結晶性の良いＳｉＣ膜を得るためには、ＣＶＤ法では１２００℃以上の高温が必要であるといわれている。
【０００５】
スパッタリングやＭＢＥ法においては高真空雰囲気下での成長が必要である。
これはＳｉ−Ｃ間の結合が共有結合であるため、化学結合形成エネルギーおよびエピタキシャル結晶成長のための拡散エネルギーが、ともに大きなものになるためである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
１２００℃以下でのＣＶＤ法では、アモルファスＳｉＣとなる場合が多く、良好な結晶性を得るのが難しい。
【０００７】
ＳｉとＳｉＣの格子定数には約２０％の大きな格子不整合があるため、高品質の連続した膜を成長させることが極めて難しい。
【０００８】
本発明の目的は、１２００℃以下の温度で良好な結晶性を得ることができる、電子素子基板上へのＳｉＣ単結晶の成長方法を提供することである。
【０００９】
【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、次のとおりである。
【００１０】
（１）電子素子の基板にＳｉＣ単結晶をＣＶＤ法を用いて成長させる方法において、ＳｉＣ単結晶を１２００℃以下の温度領域で複数の成長温度に分けて成長させ、かつ、中間層としてＳｉＣ単結晶を成長温度７８０〜９５０℃で厚みが５０〜７５０ｎｍになるまで成長させることを特徴とする電子素子基板上へのＳｉＣ単結晶の成長方法。
【００１１】
（２）ＳｉＣ単結晶がβ−ＳｉＣであることを特徴とする前述の電子素子基板上へのＳｉＣ単結晶の成長方法。
【００１３】
（３）所望の膜厚を確保するために中間層の成形後に成長温度１０００〜１２００℃でＳｉＣ単結晶を成長させることを特徴とする前述の電子素子基板上へのＳｉＣ単結晶の成長方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明においては、１２００℃以下の温度で２種類以上の温度域に分けて、電子素子の基板にＳｉＣ単結晶をＣＶＤ法を用いて成長させる。とくに、ＳｉＣのエピタキシャル成長を行う際に、低温でバッファ層を形成し、そのあと、高温（ただし１２００℃以下）でＳｉＣ単結晶を形成する。そのことにより、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）で高品質のＳｉＣの単結晶を形成することができる。
【００１５】
まず、ＳｉＣ単結晶の成長法について説明する。
【００１６】
Ｓｉ基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてβ−ＳｉＣ半導体結晶を成長させるときに、Ｓｉ基板上に第１のβ−ＳｉＣ結晶を比較的低温（たとえば７８０℃以上でかつ９５０℃以下）の成長温度で５０ｎｍから７５０ｎｍの膜厚になるまで形成する。その後、比較的高温（たとえば１０００〜１２００℃）で、第１のβ−ＳｉＣ結晶層（中間バッファ層）の上に第２のβ−ＳｉＣ結晶を成長させて、連続した膜を形成する。
【００１７】
Ｓｉ基板上に、すぐに高温で成長させようとしても、連続膜を得ることは極めて困難である。
【００１８】
本発明では、図１（ａ）〜（ｂ）に順に示すように、第１のＳｉＣ単結晶を比較的低温（７８０〜９５０℃）で成長させて、まず単結晶の連続膜をＳｉ基板上に形成し、次に、そのまま、その単結晶の連続膜（これが中間バッファ層として機能する）上に、成長温度を高めて、高温（１０００〜１２００℃）にして、第２のＳｉＣの単結晶を成長させて、連続膜を形成する。
【００１９】
このような本発明の中間バッファ層の低温成長方法は、従来のアモルファス状ＳｉＣのバッファ層の低温形成法とは相違している。
【００２０】
従来の方法では、アモルファス状ＳｉＣのバッファ層をＳｉ基板上に形成し、その上にＳｉＣ結晶を成長させるが、この低温成長バッファ層の構成と作用は、次の通りである。すなわち、Ｓｉ基板上に６００℃の低温で成長するＳｉＣ層は、アモルファス状であり、このアモルファス状の層が、ＳｉＣを成長させるために１２５０℃の温度まで昇温する際に、部分的に単結晶化する。この単結晶化した部分が、１２５０℃でＳｉＣを成長させる際に核となり、そこからＳｉＣ結晶が成長し、均一なＳｉＣ単結晶の層が成長する。中間バッファ層が無いときは、Ｓｉ基板においてこの核になる部分が極めて少なく、均一なＳｉＣ層を成長させることができない。
【００２１】
この結果従来の方法と、本発明のようにＳｉを基板としてＭＯＣＶＤ法で１２００℃以下の温度で少くとも２種類の成長温度に分けて単結晶のＳｉＣ膜を成長させる場合とを比較すると、以下の点で異なる。
【００２２】
従来方法では、最初に成長する膜がアモルファスＳｉＣ膜であるのに対し、本発明では、ＭＯＣＶＤ法により単結晶のＳｉＣ膜を基板上に成長させる。この点で両者は大きく異なる。本発明では、第２のＳｉＣ単結晶の層を完全に二次元成長化させることができるために、より表面性にすぐれて、しかも結晶性に優れた膜を成長させることができる。
【００２３】
【実施例】
本発明を明らかにするために、実施例を説明する。
【００２４】
実施例１
ＭＭＳ（モノメチルシランＳｉＨ3ＣＨ3）を原料とするＭＯＣＶＤ法を使用した。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ基板の表面をケミカルエッチングして、Ｓｉ基板を基板ホルダーにのせ、反応管内の成長領域にセットした。ガス導入管からキャリアガスとして水素（Ｈ2）を供給しながら、Ｓｉ基板を１１００℃に 昇温して基板の表面のクリーニングをおこなった。その後、８３０℃まで基板表面の温度を下げ、安定したところで、ＭＭＳ：Ｈ2のガス流量比１：１００００ にてＳｉ基板表面のＳｉＣ成長領域にＭＭＳとキャリアガスを供給した。３０分間で約６７０ｎｍの膜厚の第１のＳｉＣ層が形成できた。つぎに、ＭＭＳの供給を止め、キャリアガスだけを供給しながら基板を１０５０℃まで昇温した。温度が１０５０℃に安定したところで、再びＭＭＳ：Ｈ2のガス流量比１：１０００ ０にてＭＭＳとＨ2ガスを供給して、第２のＳｉＣ層が形成された。このとき、 第２のＳｉＣ層は３０分間の成長で１１μｍの膜厚が得られた。成長した第２のＳｉＣ層の表面は、非常に平坦であった。
【００２６】
このようにして得られたＳｉ（１００）基板上の第１及び第２のＳｉＣ層について、Ｘ線回折によりその結晶性を調べた結果、β−ＳｉＣ（２００）面の単結晶からなる連続した膜が得られた。また、Ｘ線回折の結果によれば、この実施例１による方法で形成した第２のＳｉＣ膜は、非常にシャープなピークが検出され、結晶性が大幅に向上したことが確認できた。
【００２７】
比較例
実際にＤＣＳ（ジクロロシランＳｉＨ2Ｃｌ2）、プロパンＣ3Ｈ8を原料とするハイドライド法を用いて１０５０℃でＳｉ（１００）基板上にＳｉＣの成長をおこなったところ、図２に示すように、表面の凹凸が顕著となり、平坦な表面を有するＳｉＣ膜を得ることができなかった。また、得られた結晶のＸ線回折の結果、多結晶ＳｉＣが成長していた。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＭＯＣＶＤ法を用いて基板上に結晶性にすぐれた高品質の半導体結晶を得ることができる。これは、１２００℃以下の温度において、複数の成長温度に分けたことによる効果である。たとえば、９５０℃以下の低温成長で、まず平坦性に優れた単結晶を成長させ、その後、昇温して比較的高温（ただし１２００℃以下の温度）で単結晶の成長速度を上げることにより、高品質の単結晶を基板上に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法を示す概念図。
【図２】  従来方法を示す概念図。
【図３】  本発明の１つの実施例による単結晶成長方法の一例を概念的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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