(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたシリコン層であって、シリコン層（２）は４ｘ３表面構造を有し、基板（４）はこのようなシリコンの４ｘ３表面構造を受容することができ、又は、この構造の形成に適したものであり、そのシリコン層は基板上でシリコン酸化物を成長し易いことを特徴とする基板上に形成されたシリコン層。
【請求項２】
基板（４）がシリコンカーバイド又はシリコンのいずれかの材料から成る請求項１に記載の基板上に形成されたシリコン層。
【請求項３】
層（２）が６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面に形成された請求項２に記載の基板上に形成されたシリコン層。
【請求項４】
６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面が３ｘ３、√３ｘ√３、６√３ｘ６√３、又は、１ｘ１のいずれかに再構成された請求項３に記載の基板上に形成されたシリコン層。
【請求項５】
基板が使用され、基板は４ｘ３表面構造を有するシリコン層を受容することができ、又は、この構造の形成に適したものであり、シリコンが基板（４）の表面上に均一に堆積された、請求項１から請求項４のいずれかに記載の酸素に対して高い感受性を有するシリコン層を得るための方法。
【請求項６】
基板（４）の表面をシリコン層を受容するように準備し、基板を加熱し、シリコンを加熱された基板の表面上に均一に堆積し、シリコンが堆積された基板は少なくとも一度アニーリングを行い、基板は冷却される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
基板（４）が単結晶シリコンカーバイドから成り、シリコンを６５０℃まで加熱される基板上に堆積し、次いで、基板を少なくとも６５０℃でアニーリングを行うが全アニーリング時間を少なくとも７分とし、次いで、少なくとも毎分５０℃のレートで冷却する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
単結晶シリコンを受容し、及び／又は、その形成を促進するように行う基板（４）表面の準備は、基板を予備加熱することと、加熱された基板表面上に単結晶シリコンを均一に予備堆積することと、予備堆積の後に基板を少なくとも一度予備的にアニーリングすることとを含む請求項６又は請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
基板（４）の表面の準備は、さらに、予備加熱の前に超高真空下で基板を脱ガスすることと、次いでこの基板を少なくとも一度アニーリングすることと、次いで基板を冷却することとを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
シリコンは真空蒸着によって堆積する請求項５から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
シリコンはシリコンサンプル（１６）の表面から堆積するが、サンプルのこの表面は基板の表面より大きいものである請求項５から請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
シリコンサンプル（１６）の表面と基板（４）の表面とは、２から３ｃｍの距離Ｄだけ離間している請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
シリコン層を請求項５から請求項１２のいずれか一項に記載の方法によって基板上に形成し、このシリコン層を酸化することを特徴とする二酸化シリコン薄層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素に対して高い感受性を有するシリコン層及びこの層を製造する方法に関するものである。これは、特にマイクロエレクトロニクスに応用される。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、高出力、高電圧、高温度装置及びセンサに特に適した非常に興味深いIV-IV属半導体化合物である。
【０００３】
近年、この材料の表面、及び、シリコンカーバイドと絶縁体あるいは金属との界面の理解が大きく進んでいる。
【０００４】
シリコンカーバイドを母体とする電子デバイス（及び、特にこの材料の六方格子ポリタイプをもとにしたもの）の成功に対する２つの重要事項は、高パフォーマンスＭＯＳトランジスタ、表面パッシベーション、ＳｉＣの酸化、及び、ＳｉＣ上の絶縁体を得ることに関するものである。
【０００５】
主に二酸化シリコン（ＳｉＯ2）の特別の特徴のため、現在、シリコンはもっとも使用されている半導体材料であることに留意されたい。
【０００６】
この点から、ＳｉＣの表面パッシベーションはシリコンの条件と類似の条件のもとでＳｉＯ2を成長させることによって実現されるので、ＳｉＣは特に興味深い。
【０００７】
しかしながら、炭素の存在のために、ＳｉＣ表面（特に六方格子表面の）酸化従来の（直接ＳｉＣ酸化）は、電子的特性の悪いＳｉとＣとの酸化物の形成につなり、また、シャープではないＳｉＯ2／ＳｉＣ界面すなわち数原子層にわたってＳｉＣとＳｉＯ2との間の転移が続くものを形成し得るものである。
【０００８】
ｐ−ＳｉＣ上のＭＯＳ反転層での電子移動度は、界面での不規則さのために、シリコン上よりはるかに低い（10分の１）である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、上述の欠点の改良法を見つけることである。
【００１０】
その目的は、基板上の酸化物の成長に非常に適したシリコン層であって、シャープであって実質的に数原子層で基板とＳｉＯ2との間の転移が生じているＳｉＯ2／基板界面につながるものである。
【００１１】
特に、本発明の目的は、基板上に形成されたシリコン層であって、この層は４ｘ３表面構造（４ｘ３再構成面とも称される）を有するという特徴を有し、この基板はシリコンの４ｘ３表面構造を受容することができ、この構造の形成に適している。
【００１２】
好適には、基板はシリコンカーバイド及びシリコンのいずれかから選択された材料から成る。
【００１３】
シリコンカーバイドは単結晶（立方晶系、六方晶系（１７０以上のポリタイプ）、斜方晶系）、多結晶、アモルファス若しくは多孔性（ポーラス）であってもよい。
【００１４】
例としては、層は６Ｈ−ＳｉＣ（０００１面）上に形成され、３ｘ３、√３ｘ√３、６√３ｘ６√３、１ｘ１表面である。
【００１５】
本発明は、このような層を得る方法にも関するものである。
【００１６】
この方法によれば、実質的に均一に基板の表面上にシリコンを堆積する。
【００１７】
この方法の好適な実施形態では、本発明の目的は、基板の表面はこのシリコン層を受容するように準備され、基板は高温少なくとも１０００℃まで加熱され、シリコンはそれによって実質的に均一に加熱された基板の表面上に堆積され、基板は少なくとも一度アニーリングされ、ここで、シリコンは少なくとも１０００℃で堆積され、全アニーリング時間は少なくとも５分であり、基板は少なくとも１００℃／分のレートで冷却される。
【００１８】
好適には、基板が単結晶シリコンカーバイドから成り、シリコンが約６５０℃で加熱されたこの基板上に堆積され、次いで基板は少なくとも約６５０℃でアニーリングされ、全アニーリング時間は少なくとも７分であり、次いで少なくとも５０℃／分のレートで冷却される。
【００１９】
好適には、特に基板が単結晶シリコンカーバイドから成るとき、単結晶シリコンを受容するため及び／又は単結晶の形成を促進するための基板表面の準備には、基板を少なくとも１０００℃までの基板を予備的に加熱することと、加熱された基板の表面上に単結晶シリコンを予備的に実質的に均一に堆積することと、この予備堆積の後に基板を少なくとも一度予備的に少なくとも６５０℃でアニーリングすること（但し、全予備アニーリング時間は少なくとも７分）とを含む。
【００２０】
予備加熱の前に、基板表面の準備には、超高真空下での基板の脱ガスと、次いで基板の少なくとも一度のアニーリングと、次いで基板の冷却とを含むのが好ましい。
【００２１】
本発明では、シリコンは真空蒸着によって堆積するのが好ましい。
【００２２】
本発明の好適な実施形態では、シリコンはシリコンサンプルの表面から堆積し、サンプルのこの表面は基板の表面より大きい。
【００２３】
シリコンサンプルの表面と基板の表面とは，２ｃｍから３ｃｍのオーダーの距離だけ離間している。
【００２４】
本発明は、二酸化シリコン層を得るための方法であって、本発明によるシリコン層を得るための方法によって基板上にシリコン層を形成し、このシリコン層が酸化されることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明は、以下で示す実施形態であって純粋に例示であってかつ全く限定的でないものの記載を読み、本発明によるシリコン層を形成することを図示した添付図面を参照することによって、よりよく理解されるだろう。
【００２６】
本発明の例によれば、予め、六角格子ＳｉＣ表面上に少なくとも５ｎｍ（例えば、数シリコン原子面）の薄いシリコン層を堆積する。
【００２７】
後者の酸化はかなり促進される。
【００２８】
これは低温（５００℃以下）で生じ、シャープなＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の形成、及び炭素原子のないＳｉＯ2酸化物膜の形成につながる。
【００２９】
本発明者らは、走査型トンネル顕微鏡によってＳｉＣの表面上のこの薄いシリコン層の構造を特定した。
【００３０】
この薄層は従来技術では含まれていない４ｘ３表面構造を有する。
【００３１】
この構造は酸素に対して非常に大きな反応性を有する。
【００３２】
この気体に対する構造の感度（感受性）は特別である：この構造は、１ラングミュアより小さい酸素曝露量、すなわち、１０-6ｔｏｒｒ秒以下（例えば、１０-4Ｐａ・ｓ）に反応するものであり、ここで、六方晶系ＳｉＣ及び立方晶系ＳｉＣの対応する表面、Ｓｉ（１００）、若しくは、Ｓｉ（１１１）はかなり反応性が低く、このような低い曝露量に対してはほとんど不活性である。
【００３３】
本発明によるシリコン層を準備する例を以下に示す。
【００３４】
この例では、エピトロシクス社（Epitronics）から購入可能な単結晶６Ｈ−ＳｉＣシリコンカーバイドサンプルを用いている。
【００３５】
このサンプルで使用する面はシリコンタイプの（０００１）面である。
【００３６】
それは、低密度のステップ密度を有するシリコンで終端する。
【００３７】
純粋な例であって全く限定的でない例でないものとして、このサンプルは長さ１３ｍｍ、幅５ｍｍ、層厚約３００ミクロンを有する。
【００３８】
清浄な３ｘ３再構成６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面の準備から始めてもよい。
【００３９】
サンプルのすすぎはまずエタノールを使って実施する。
【００４０】
次いで、シリコンカーバイドサンプルを、３ｘ１０-9Ｐａのオーダーの圧力が確立された超高真空チャンバに導入され、サンプルに流れる電流によるジュール加熱によってそのサンプルが直接加熱される。
【００４１】
サンプルの温度は赤外線パイロメータによって測定される。
【００４２】
例としては、パイロメータの作動波長λが０．９μｍでシリコンカーバイドサンプルの放射率εは０．５３である。
【００４３】
まず第一に、サンプルを超高真空下において６５０℃で２４時間放置することによって脱ガスを行う。
【００４４】
その後、コンタミネーションが検出されなくなるまで、サンプルに一連をアニーリングを行う：
例えば、サンプルを３分間で１０００℃まで、次いで１分間で１１００℃まで、次いで１分間で１２００℃まで加熱する。
【００４５】
次いで、サンプルを（例えば、毎分１００℃のレートで）室温まで（約２０℃）ゆっくり冷却する。
【００４６】
その後、約１０分間、１１５０℃まで加熱される清浄シリコンサンプル（例えば、その長さは２０ｍｍで幅１０ｍｍ）によって実施される真空蒸着によって、シリコンは６５０℃までになったシリコンカーバイドサンプルの表面上に均一に堆積される。
【００４７】
この堆積の間、シリコンカーバイドサンプル及びシリコンサンプルは互いに２ｃｍの距離Ｄで離間して対面している。
【００４８】
シリコンサンプルの大きめの表面は、シリコンカーバイドサンプル上のシリコン堆積物の同質性、例えば、均一性を提供する。
【００４９】
最後に、シリコンで被覆されたＳｉＣサンプルに対して、上述の一連のアニーリングお繰り返す：このサンプルは、３分間で１０００℃まで、次いで１分間で１１００℃まで、次いで１分間で１２００℃まで加熱する。
【００５０】
例えば３ｘ３に再構成してもよいが、清浄６Ｈ−ＳｉＣシリコンカーバイド表面（０００１）上の約４ｘ３表面構造（正方形メッシュ）を有する薄いシリコン層の形成について以下に説明する。
【００５１】
清浄表面の準備について記載した条件と同一の条件のもとで、１３分間シリコンの均一堆積を実施する：約１０分間、シリコンサンプルを１１５０℃まで加熱することによって実施する真空蒸着によって、ＳｉＣサンプルは６５０℃になる。
【００５２】
次いで、シリコンカーバイドサンプルの一連のアニーリングを実施する；７５０℃で１分、次いで７００℃で１分、次いで、６５０℃で５分。
【００５３】
次いで、このサンプルを室温まで、例えば、毎分５０℃のレートでゆっくり冷却する。
【００５４】
得られた６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面は、３ｘ３再構成ドメイン（六角格子）と共存して広い４ｘ３再構成ドメイン（正方格子）を含む。
【００５５】
４ｘ３再構成領域は、５５０ｎｍｘ４５０ｎｍのオーダーの寸法を有し、ステップがほとんどなく、長さ数１００ｎｍで幅数１０ｎｍで高さ約０．３ｎｍのバンド（帯状構造）を形成する数個のアイランドを有する。
【００５６】
添付図面に示したように、この４ｘ３構造シリコン層２は基板４の３ｘ３再構成６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）清浄面に形成する。
【００５７】
基板４の準備を行い、沿うの形成を行うチャンバ６も示した。
【００５８】
超高真空を得るためのポンプは、矢印８によって指示している。
【００５９】
基板４は適当な支持体１０上に取付けており、基板用のジュール加熱手段は矢印１２に示している。
【００６０】
シリコンサンプル１４用のジュール加熱手段も示している。該手段は矢印１６で示している。
【００６１】
本発明で得られるシリコン層は従来にない構造と性質を有する。
【００６２】
これは酸素に非常に感受性が高く、通常と比較して低温例えば、５００℃もしくはこれ以下の温度でいわゆる“マイルド”酸化が生じ、ＳｉＯ2層に炭素がないシャープなＳｉＯ2／ＳｉＣ界面が得られる。
【００６３】
シリコンは他の方法で堆積してもよく、例えば、シランの化学吸着あるいは電子ボンバードメントによる蒸着によってもよいことは留意されたい。
【００６４】
本発明は、３ｘ３再構成６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面上に４ｘ３再構成Ｓｉ層の形成に限定されない。
【００６５】
６Ｈ−ＳｉＣ（１０００）の他の再構成、例えば、√３ｘ√３、あるいは、６√３ｘ６√３再構成、他の６Ｈ−ＳｉＣ面、例えば、
【数１】
0004880156.tif 000002
あるいは、他のポリタイプ、例えば３Ｃ−ＳｉＣ、あるいは４Ｈ−ＳｉＣを、本発明による４ｘ３再構成Ｓｉ層を形成するのに用いてもよい。
【００６６】
他の材料、例えば、シリコンの基板をこのような層を形成するのに用いてもよい。
【００６７】
本発明は、ＭＯＳデバイス、特にＭＯＳＦＥＴデバイス（ＭＯＳタイプ電界効果トランジスタ）を作るために非常に役に立つ。
【００６８】
シリコンカーバイド上だけでなく、シリコン若しくはこのような４ｘ３シリコン構造が堆積される他の基板上のいかなる要素のパッシベーションに対しても有用である。
【００６９】
本発明の目的であるシリコン層は、非常に低温（５００℃以下）でかつ室温（約２０℃）で非常に容易に酸化可能な薄層である。
【００７０】
得られた二酸化シリコン層（ＳｉＯ2）は、（ａ）従来の層に対してより低い温度で行われるから、従来のＳｉＯ2より入射イオン化放射線の衝撃のもとでの損傷が小さく、（ｂ）薄く（約１０Åから５０Å若しくはそれ以下の厚さを有する）、下の基板との界面がシャープである。
【００７１】
さらに、本発明はマイクロエレクトロニクスにおいて非常に興味深い：本発明によって得られる４ｘ３シリコン層からＳｉＣ若しくはＳｉ基板上に薄いＳｉＯ2層を形成できる能力はマイクロエレクトロニクスデバイスの微小化において非常に興味深い。
【００７２】
もちろん、ＳｉＣに関連する文献として、例えば、独国特許出願第３４３４７７２７号公開公報（シャープ社）（米国特許第５，２７２，１０７号明細書を参照されたい）、タンらによるAppl.Phys.Lett.70(17),2280-2281頁（1997年）、日本国特許出願第１１０６７７５７号公開公報が知られている。しかし、それらには、Ｓｉの４ｘ３構造を受容することができる基板、又は、このような構造を形成するのに適した基板は開示されていない。
【００７３】
ＳｉＣ上にＳｉＯ2を得るための方法は欧州特許出願第０６３７０６９号出願公開（Cree Research社）で公知である。しかしながら、ＳｉＯ2層を形成するために、ＳｉＣ上に形成されたシリコン層は、本発明の目的である４ｘ３表面層を有する層には関係がない。この文献で開示された技術はこのような構造にはつながらない。さらに、この文献では、Ｓｉ層からＳｉＯ2層を得るためには、高温（約１０００℃）及び非常に酸素圧（大気圧程度）で熱酸化が必要であり、一方、本発明の４ｘ３Ｓｉ層は前述のように非常に少ない酸素量でかつ低温で非常に容易に酸化できる。
【００７４】
さらに、４ｘ３Ｓｉ（１００）／Ｉｎ構造は、Surface Science Lett., 391(1997),1188-1193頁に掲載されたＺｏｔｏｖらから公知であり、この文献に開示された内容は本発明の４ｘ３Ｓｉ層とは完全に異なっている。この格子パラメータは非常に異なっており、インジウムの存在を要求している。
【図面の簡単な説明】
【図１】   従来の微小チップを説明するための概略図である。
【符号の説明】
２  シリコン層
４  基板
１６  シリコンサンプル
【図１】
0004880156.tif 000003