(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板を、アセトン、エタノールの順で洗浄して脱脂処理を行い、次にＨＦ水溶液中でエッチング処理して表面酸化膜を除去し、更に沸騰超純水中で煮沸することによりＳｉ基板表面のダングリングボンドを水素原子で終端処理して不活性化した後、その基板を反応炉中で水素ガスの存在下で終端水素の脱離温度以下の５００℃まで加熱し、その後水素ガスに加えてソースガスであるプロパンガス及びシランガスを反応炉に導入してＳｉ基板を１０６０℃まで昇温することを特徴とする、Ｓｉ基板の表面に立方晶型炭化珪素単結晶薄膜を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３Ｃ−ＳｉＣの結晶性の向上に係り、高品質の立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）単結晶薄膜を得んとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＳｉ基板上への３Ｃ−ＳｉＣのヘテロエピタキシヤル成長では、１３００℃〜１４００℃の高温で炭素源のみを供給する事によりＳｉ基板表面を炭化し、薄いＳｉＣ層を形成させる。その後、炭素及び珪素源からなるソースガスを供給することにより３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシヤル成長を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
Ｓｉ基板のＳｉと３Ｃ−ＳｉＣとの間には約２０％の格子定数の差が存在し、それが結晶の歪み、転位、格子欠陥等の発生原因となり、３Ｃ−ＳｉＣの結晶性、電気特性、光学特性等の物性を著しく低下させ、エピタキシヤル膜の品質を悪化させる。本発明は、Ｓｉと３Ｃ−ＳｉＣの格子定数の違いによる３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜の品質の低下を改善するためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板とエピタキシヤル膜との界面をＶａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ力で弱く結合させることにより、格子定数の違いによる結晶の歪み、転位、格子欠陥等の発生を抑制し、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜の品質を改善するものである。
【０００５】
即ち、本発明の立方晶型炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）単結晶薄膜の作製方法は、
（１）  Ｓｉ基板表面に存在する活性なダングリングボンドを不活性化してＳｉ基板と３Ｃ−ＳｉＣの成長エピタキシヤル膜との界面をＶａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ力で結合させるようにするために、その表面を有機溶剤処理、化学的エッチング処理、及び超純水中での煮沸処理することにより、上記ダングリングボンドを水素原子で終端させてＳｉ基板表面を不活性化させ、
（２）  この不活性処理されたＳｉ基板をＣＶＤ装置の反応炉中に搬入し、基板温度が、その終端水素原子の脱離温度の６００℃以下で、ソースガスを反応炉内へ導入して立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）単結晶薄膜の作製を開始することからなるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（ダングリングボンドについて）
ＳｉやＧａＡｓ等の共有結合物質は、原子は、最接近の原子と互いに最外殻電子を共有する事で結晶し、結晶を構成するが、この電子を共有した結合手をボンドといい、理想的な結晶の場合、結晶中の原子は、その最接近の原子がすべて存在するために、最外殻の電子はすべて互いに共有され、ボンドを構成している。
【０００７】
しかし、実際の結晶の場合、格子欠陥が存在するので、その部分では、最接近の原子がすべて存在せず、そのために原子の最外殻電子がすべて共有されなくなる。この共有されなくなった電子の結合手がダングリングボンドといわれる。
【０００８】
結晶表面では、原子は、片側が空間に接しているために、結晶中の原子に比べて最接近の原子が少なく、最外殻電子がすべて共有されないために、必ずダングリングボンドが存在する。
【０００９】
結晶成長においては、結晶表面に供給された原子が、このダングリングボンドの電子を共有することで、互いに結合し、結晶が成長する。
【００１０】
（本発明におけるダングリングボンドについて）
Ｓｉ基板の表面に３Ｃ−ＳｉＣのような異なる物質を成長させる場合にも、Ｓｉ基板表面のダングリングボンドの電子がＣ原子によって共有されることによりＳｉＣの結晶成長が始まる。しかし、Ｓｉの表面にＳｉが結合して電子を共有する場合と、Ｃが結合して電子を共有する場合とは、その結合距離が異なる。その結果、このような状態で原子が結合しようとすると、歪みが入り、それが転位や格子欠陥の原因となって結晶性を悪化させることになる。これは、即ち、Ｓｉ基板表面で、ＣがＳｉのダングリングボンドと結合しようとすることによるものである。
【００１１】
そこで、ＣがＳｉ基板表面のＳｉのダングリングボンドと結合しないように、予め、水素原子で終端することにより、歪みが入りにくくなるために、３Ｃ−ＳｉＣの結晶性が改善される。
【００１２】
即ち、本発明においては、基板とエピタキシヤル膜との界面をＶａｎ  ｄｅｒＷａａｌｓ力で結合させるには、基板表面を不活性な状態にしなければならない。Ｓｉ基板では、その表面に活性なダングリングボンドが存在するので、基板を超純水中で煮沸することによりダングリングボンドを水素原子で終端し、Ｓｉ基板表面を不活性化させる。この基板を用いて、終端水素上に３Ｃ−ＳｉＣをエピタキシヤル成長させる。
【００１３】
このとき、Ｓｉ基板の水素終端を維持した状態で成長を行うために、ソースガスの反応炉内への導入開始温度を水素の脱離温度以下とする。
【００１４】
（本発明におけるソースガスについて）
本発明のソースガスとしては、プロパン、シランが用いられる。この他にアセチレン、テトラメチルシラン、モノメチルシラン、ジメチルシラン等も用いられる。
【００１５】
【実施例】
Ｓｉ基板は面方位（１１１）の基板を使用した。この基板の水素終端は、次のように行った。Ｓｉ基板はアセトン、エタノールの順に２分間超音波洗浄を行うことにより脱脂を行った。次に、この基板を濃度１％のＨＦ水溶液中で１分間エッチングを行い、表面酸化膜を除去した。超純水でリンス後、沸騰超純水中で２分間煮沸することにより、水素終端を行った。
【００１６】
この基板をＣＶＤ装置に搬入後、図１に示す様な温度プログラムで結晶成長を行った。具体的には、ＣＶＤ装置の反応炉中に水素ガスを導入しながら、Ｓｉ基板を２０分間で５００℃まで加熱し、その状態を１０分間維持した。その後、水素ガスに加えてソースガスであるプロパンガス及びシランガスを導入しながら、Ｓｉ基板を１０６０℃まで急速に加熱し、基板の表面に立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）単結晶薄膜を作製した。
【００１７】
即ち、終端水素は、約６００℃で脱離するため、図１に示すようにソースガスは基板温度５００℃で導入を開始し、その直後に基板温度を１０６０℃まで急速昇温することで成長を行った。本実施例ではソースガスとしてプロパンとシランを使用し、キャリアーガスとして水素を使用した。成長条件は次の通りであった。
【００１８】
【表１】
0003823177.tif 000002
【００１９】
この条件で作製した３Ｃ−ＳｉＣのＸ線回折測定の結果を図２に示す。図２から明らかなように、上記の条件で得られた３Ｃ−ＳｉＣは面方位（１１１）の単結晶である。なお、上記の実施例のうち、成長条件については本発明で使用したＣＶＤ装置における最適条件であり、ＣＶＤ装置自体に依存するものである。
【００２０】
【発明の効果】
この単結晶の結晶性及び歪みについて、膜厚が同程度の従来技術で作製した面方位（００１）、（１１１）の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶との比較を行った。比較を容易にするために厚さ約０．５μｍの薄い３Ｃ−ＳｉＣを用いた。結晶性についてはＸ線回折ピークの半値幅、歪みについては、そのピーク位置から歪みの大きさを見積もった。ここで用いたピークは、面方位（１１１）については（１１１）面の回折ピーク、面方位（００１）については（００２）面の回折ピークである。その結果を次に示す。
【００２１】
【表２】
0003823177.tif 000003
【００２２】
この表から明らかなように、本発明で使用した方法を用いると、従来技術で作製した３Ｃ−ＳｉＣに比べ、半値幅、歪み共に減少している。このことから、本発明で使用した方法を用いることにより、従来よりも結晶性を向上させた良質の３Ｃ−ＳｉＣを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＣＶＤ装置を使用して本発明の方法により３Ｃ−ＳｉＣを成長させる工程を示す図である。
【図２】  本発明の方法により作製した３Ｃ−ＳｉＣのＸ線回折測定の結果を示す図である。
【図１】
0003823177.tif 000004
【図２】
0003823177.tif 000005