(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ基板の表面を清浄化し、この清浄化した表面を用いてＳｉＣ素子を製造するＳｉＣ素子の製造方法において、
前記ＳｉＣ基板の表面にＳｉ層を成膜する工程と、
酸素ガスを供給すると共に、該酸素ガス供給時における温度が５００〜１１００℃となり、かつ、該酸素ガス供給時における真空度が１×１０-2〜１×１０-6Ｐａとなるようにすることにより前記ＳｉＣ基板から前記Ｓｉ層を除去する工程と、を備えていることを特徴とするＳｉＣ素子の製造方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ層を成膜する工程では、前記Ｓｉ層の表面構造が３×３構造となるようにすることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ素子の製造方法。
【請求項３】
前記酸素ガス供給時における温度が１０００℃となるようにすることを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ素子の製造方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ層を除去する工程では、前記ＳｉＣ基板の表面への酸素の暴露量が１〜１０2Ｐａ・ｓとなるように、前記酸素ガスの供給量を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のＳｉＣ素子の製造方法。
【請求項５】
前記酸素の暴露量が１０Ｐａ・ｓとなるようにすることを特徴とする請求項４に記載のＳｉＣ素子の製造方法。
【請求項６】
前記酸素ガス供給時における真空度が１×１０-2Ｐａとなるようにすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のＳｉＣ素子の製造方法。
【請求項７】
前記ＳｉＣ基板として、表面がＳｉ面であるものを用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載のＳｉＣ素子の製造方法。
【請求項８】
前記ＳｉＣ基板として、表面がオフ角を有していないものを用いていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載のＳｉＣ素子の製造方法。
【請求項９】
温度を５００〜１１００℃、かつ、真空度を１×１０-2〜１×１０-6Ｐａとして酸素を供給し、ＳｉＣ基板の表面に形成されている表面層を前記酸素により除去することを特徴とするＳｉＣ表面の清浄化方法。
【請求項１０】
前記酸素を供給する工程の前に、前記ＳｉＣ表面にＳｉ層を成膜する工程を備えることを特徴とする請求項９に記載のＳｉＣ表面の清浄化方法。
【請求項１１】
前記酸素を供給する工程の前に、前記ＳｉＣ表面に形成した前記Ｓｉ層を部分的に蒸発させる工程を備えることを特徴とする請求項１０に記載のＳｉＣ表面の清浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳｉＣ基板の清浄表面を得てＳｉＣ素子を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、ＳｉＣ基板の清浄表面を得る方法として、例えばＷＯ９７／３９４７８号公報に示すように、Ｓｉプロセスのエッチング処置をそのまま使う方法がある。具体的には、フッ酸とフッ化アンモニウム４０ｖｏｌ，ｗｔ％を含む水溶液との混合液（例えばフッ酸：フッ化アンモニウム４０ｖｏｌ，ｗｔ％を含む水溶液比＝１：６）で溶かすバッファードフッ酸処理などがある。
【０００３】
しかしながら、この方法では試料の搬送中に大気中のＣ（カーボン）等が試料表面に付着するという問題が生じる。実際にこの手法で得られた表面の組成をＸＰＳで分析してみると、Ｃクラスターの存在が確認された。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、ＳｉＣ基板の清浄表面を大気中のＣ等で汚染されないようにし、良好なＳｉＣ素子が製造できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ＳｉＣ基板の表面を清浄化し、この清浄化した表面を用いてＳｉＣ素子を製造するＳｉＣ素子の製造方法において、ＳｉＣ基板の表面にＳｉ層を成膜する工程と、酸素ガスを供給すると共に、と共に、該酸素ガス供給時における温度が５００〜１１００℃となり、かつ、酸素ガス供給時における真空度が１×１０-2〜１×１０-6ＰａとなるようにすることによりＳｉＣ基板からＳｉ層を除去する工程と、を備えていることを特徴としている。
【０００６】
このように、Ｓｉ層を成膜したのち、高温、減圧下において酸素ガスを供給することで、ＳｉＣ基板からＳｉ層を除去することができ、大気中のＣ等で汚染されていないＳｉＣ基板の清浄表面を得ることができる。具体的には、請求項２に示すようにＳｉ層の表面構造を３×３構造とし、この３×３構造を除去すれば、ＳｉＣ基板の清浄表面を得ることができる。
【０００７】
好ましくは請求項３に示すように１０００℃が適用できる。
【０００８】
また、請求項４に示すように、Ｓｉ層を除去する工程のＳｉＣ基板の表面への酸素の暴露量としては、１〜１０2Ｐａ・ｓとなるように、好ましくは請求項５に示すように１０Ｐａ・ｓとなるようにすればよい。
【０００９】
また、請求項６に示すように、好ましくは１×１０-2Ｐａとなるようにすればよい。
【００１０】
なお、ＳｉＣ基板としては、請求項７に示すように表面がＳｉ面であるものや、請求項８に示すようにオフ角を有していないものを用いることができる。また、オフ角を有しているものを用いても良い。
【００１１】
また、請求項９に示すように、ＳｉＣ表面にＳｉ層を形成することなく、温度を５００〜１１００℃、かつ、真空度を１×１０-2〜１×１０-6ＰａとしてＳｉＣ表面を酸素暴露するようにしても良い。これにより、Ｓｉ層を形成する工程を省くことができる。なお、本請求項でいう表面層とは、自然酸化膜等の汚染層のことを示している。
【００１２】
また、請求項１０に示すように、ＳｉＣ表面を減圧下にて酸素暴露する前に、ＳｉＣ表面にＳｉ層を形成すると、ＳｉＣ表面のＳｉ原子がＣ原子よりも蒸発してしまうことを防止できる。つまり、Ｓｉの方がＣよりも飽和蒸気圧が高く、Ｃ原子に比べＳｉ原子が蒸発し易いため、Ｓｉ層を供給しておくことでＳｉのＳｉＣ表面からの蒸発を防止できる。
【００１３】
また、請求項１１に示すように、酸素を供給する前に、表面に形成したＳｉ層を部分的に除去してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態を適用したＳｉＣ素子の製造方法について説明する。図１に、ＳｉＣ素子の製造に先立って行うＳｉＣ基板１の清浄工程を示し、この図に従ってＳｉＣ基板１の清浄工程を説明する。
【００１５】
まず、（０００１）Ｓｉ面を有するＳｉＣ基板１を用意する。なお、このＳｉＣ基板１は、全てがＳｉＣで構成された基板でなくてもよく、下地が他の材質で表面付近がＳｉＣで構成されたものであればよい。このＳｉＣ基板１としては、結晶構造が６Ｈ、４Ｈ、３Ｃもしくは１５Ｒのいずれで構成されていてもよい。また、ＳｉＣ基板１はオフ角を有していてもいなくても良いが、オフ角を有している場合には、オフ角が０°より大きく８°よりも小さいものが好ましい。
【００１６】
次に、このＳｉＣ基板１の表面に前処理として、アセトンによる超音波洗浄、４９％ＨＦ処理、流水洗浄を施し有機物や酸化膜等の異物を除去した後、ＳｉＣ基板１を超高真空チャンバ内に収容する。そして、超高真空チャンバ内の雰囲気圧力を１×１０-2〜１×１０-6Ｐａ（１０-4〜１０-8Ｔｏｒｒ）程度、好ましくは１×１０-2（１０-4Ｔｏｒｒ）として、図１（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板１の表面にＳｉ層２を約５ｎｍの厚さで蒸着等により成膜する。
【００１７】
続いて、超高真空チャンバ内を５００〜１１００℃、好ましくは１０００℃に高温化させる。これにより、ＳｉＣ基板１上に形成されたＳｉ層２のうちの大部分のＳｉが蒸発し、ＳｉＣ基板１上にはＳｉが２〜３原子層残り、基板表面のＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）図形が３×３構造（３倍周期構造）、つまり周期的に並んだＳｉ−Ｃ結合の３倍の周期でＳｉが結合した構造となる。この時、一度室温程度に冷却してＲＨＥＥＤ図形を観察すると、３×３構造が形成されていることを確実に確認することができる。
【００１８】
さらに、上記温度としたまま、雰囲気圧力を１×１０-2Ｐａ（１０-4Ｔｏｒｒ）とし、超高真空チャンバ内に酸素ガスを供給する。このとき、ＳｉＣ基板１の表面への酸素の暴露量が１０〜１０2Ｐａ・ｓ程度、好ましくは１０Ｐａ・ｓとなるように酸素を吸着させる。なお、このとき超高真空チャンバ内の温度が低温になるとＳｉＣ基板１の表面上にシリコン酸化膜（図中に点線で示す）が形成されないように、上記温度設定のままとしている。
【００１９】
これにより、図１（ｂ）に示すように、３×３構造を構成しているＳｉやＳｉＣ基板１中のＳｉ及びＣが酸素ガス中のＯ（酸素）と反応し、ＳｉＯ、ＣＯ、ＣＯ2となって除去され、Ｓｉ及びＣ原子のみが周期的に並んだ１×１構造となる。このようにして、図１（ｃ）に示すような大気中のＣ等で汚染されていないＳｉＣ基板１の清浄表面を得ることができる。
【００２０】
本実施形態のように減圧して高真空とした状態で酸素ガスを導入することにより、酸化膜としての蒸気圧が高まり、５００℃を超える辺りからＳｉＣ表面に酸化膜が堆積せず、飽和蒸気圧を満たすように蒸発する。これにより、ＳｉＣ表面には酸素と反応した物質が堆積せず、ＳｉＣ表面が清浄化される。
【００２１】
そして、上述のように１０００℃まで高温とすることにより、飽和蒸気圧をより高めることができ、ＳｉＣ表面に反応した物質、具体的には酸化物が残らないように、酸化物の蒸発を確実にすることができる。
【００２２】
このように清浄化されたＳｉＣ基板１の表面を用いて、ＭＯＳＦＥＴ等のデバイスを形成することによりＳｉＣ素子を製造することができ、良好なデバイス特性、例えばＭＯＳＦＥＴに備えられるゲート酸化膜の膜質等が良好なＳｉＣ素子とすることが可能である。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
試料として、（０００１）Ｓｉ面を有するオフ角なしの６Ｈ−ＳｉＣ基板１を用意した。次に、試料表面の前処理として、アセトンによる超音波洗浄を５分間、４９％ＨＦ処理を５分間、流水洗浄処理を１０分間行った後、超高真空チャンバ内にＳｉＣ基板１を収容した。そして、超高真空チャンバ内の雰囲気圧力を１×１０-8Ｐａ（１０-10Ｔｏｒｒ）として、ＳｉＣ基板１の表面のＳｉ面にＳｉ層２を約５ｎｍ蒸着した。
【００２４】
続いて、超高真空チャンバ内を１０００℃に加熱した。これにより、超高真空チャンバ内を高温化させる。その後１０００℃まで加熱すると、ＳｉＣ基板１上に形成されたＳｉ層２のうちの大部分のＳｉが蒸発し、ＳｉＣ基板１上にはＳｉが２〜３原子層残った。このＳｉＣ基板１の表面についてＲＨＥＥＤ図形を観察したところ、図２に示すようにメインスポットの間にサブスポットが確認される３×３構造を示した。なお、ＲＨＥＥＤロッキング曲線を用いて推定した３×３構造の断面構成は図３のように表される。
【００２５】
さらに、この温度（１０００℃）で、酸素の暴露量が１０Ｐａ・ｓとなるように酸素ガスの供給量を調整して圧力を１×１０-2Ｐａ（１０-4Ｔｏｒｒ）にしたところ、図４に示すように、メインスポットのみが確認されサブスポットが確認されない鮮明な１×１構造のＲＨＥＥＤ図形が観察された。これは表面に形成されていた３×３構造が酸素ガスによって除去されたことを示している。なお、図４中に示した点線部分は、図１のうちサブスポットのみが確認された部分であり、今回はこの部分に何も確認されなかったことを参考的に記載したものである。
【００２６】
本実験により形成された清浄表面の組成をＸＰＳで分析した結果を図５に示す。また、比較のため、バッファードフッ酸で処理した後に清浄表面を大気中に暴露した場合のＸＰＳスペクトルを図６に示す。図６では２８１ｅＶ程度のスペクトルを見ると分かるように、大気中のＣに起因すると思われるＣ−Ｃ結合のピークが観察されるが、図５ではＣ−Ｃ結合のピークがほとんどなく、ほぼ２８４ｅＶ程度のスペクトルで表されるＳｉ−Ｃ結合のピークのみが表れている。
【００２７】
このように、ＳｉＣ基板１上のＳｉ原子を高温、減圧下で酸素分子あるいは酸素原子と反応させ、酸化膜が形成されることなくＳｉＣ基板１上から除去されることを利用することで、大気中のＣ等で汚染されていないＳｉＣ基板１の清浄表面を得ることができる。
【００２８】
（他の実施形態）
上記実施形態では蒸着によってＳｉ層２の成膜を行っているが、その他の方法でもよい。また、超高真空チャンバを用いてＳｉの成膜やＳｉ層２の除去を行っているが、その他の装置を用いて同様のことを行っても良い。
【００２９】
なお、チャンバ内に供給する酸素ガスは酸素ラジカルであってもよいし、１００％酸素ガスではなく、希ガスなどの他のガスを含んでいても良い。要は、高温かつ超高真空チャンバ内にてＳｉＣ表面に堆積物を生成しないガスであればよい。
【００３０】
また、ＳｉＣの表面は、Ｃ面であってもよい。また、Ｓｉを蒸発させてＳｉＣ表面に残る構造としては３×３構造以外の構造、例えば３1/2×３1/2構造、６×６構造等の周期構造としても良い。このような周期構造を形成する手法として、ＳｉＣ上に成膜されたＳｉ層を蒸発させる方法の他にＳｉＣ表面近傍をＳｉフラックス等でＳｉリッチ雰囲気にした上で加熱しても良い。
【００３１】
また、酸素暴露前に、このような周期構造を作らずに直接Ｓｉ層表面を酸素に曝すようにしても良い。
【００３２】
さらには、ＳｉＣ表面にＳｉ層を形成せずに、直接ＳｉＣ表面を酸素暴露しても良いが、Ｓｉの蒸気圧の点から、Ｓｉを形成するようにした方が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＳｉＣ基板１の清浄表面形成工程を示す図である。
【図２】基板上にＳｉ層が形成されたＳｉＣ基板１の表面についてＲＨＥＥＤ図形を観察した結果（３×３構造）を示す図である。
【図３】ＲＨＥＥＤロッキング曲線を用いて推定した３×３構造の断面構成を示す図である。
【図４】基板上のＳｉ層が除去されたＳｉＣ基板１表面についてＲＨＥＥＤ図形を観察した結果（１×１構造）を示す図である。
【図５】ＳｉＣ基板１の清浄表面の組成をＸＰＳで分析した結果を示す図である。
【図６】バッファードフッ酸で処理した後に清浄表面を大気中に暴露した場合のＸＰＳスペクトルを示した図である。
【符号の説明】
１…ＳｉＣ基板、２…Ｓｉ層。
【図１】
0004325095.tif 000002
【図２】
0004325095.tif 000003
【図３】
0004325095.tif 000004
【図４】
0004325095.tif 000005
【図５】
0004325095.tif 000006
【図６】
0004325095.tif 000007