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公開番号2024035252
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-14
出願番号2022136724
出願日2022-08-30
発明の名称半導体装置およびその製造方法
出願人国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人
主分類C30B 29/36 20060101AFI20240306BHJP(結晶成長)
要約【課題】双晶の生成が抑制された結晶性の良好な3C-SiC単結晶層を備える半導体装置を提供する。
【解決手段】第1の主面を有する4Hまたは6Hの単結晶のSiC基板11と、上記第1の主面上に設けられた単結晶の3C-SiC層12と、を備え、上記第1の主面11aは、(0001)面または(000-1)面から所定の方向に所定の角度で傾斜してステップが形成され、上記ステップの高さは上記SiC基板の結晶構造の1単位セル長さである、半導体装置が提供される。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
第１の主面を有する４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板と、
前記第１の主面上に設けられた単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層と、を備え、
前記第１の主面は、（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜してステップが形成され、前記ステップの高さは前記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである、半導体装置。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記第１の主面は（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾いたオフ面であり、
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ＳｉＣ基板は４Ｈ－ＳｉＣ基板である、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板との界面に室温において電圧を印加しない状態で２次元電子ガスが誘起されてなる、請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板との界面に室温においてホール移動度が４００ｃｍ
2
／Ｖｓ以上である、請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、厚さが２００ｎｍ以下である、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項７】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、双晶の混入比が１０％以下である、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項８】
当該３Ｃ－ＳｉＣ層は、１１１反射におけるロッキングカーブの半値全幅値が７０秒以下である、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１の主面は（０００１）面から所定の方向に所定の角度で傾いたオフ面であり、
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
）
前記ＳｉＣ基板は４Ｈ－ＳｉＣ基板である、請求項９記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上にエピタキシャル結晶成長させた単結晶の半導体層を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ単結晶は、様々なポリタイプ（結晶多形）を取り得るが、３Ｃ（立方晶）－ＳｉＣ単結晶は、トランジスタのチャネル材料、窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成長するための基板、水分解触媒などとして利用されている。これらの３Ｃ（立方晶）－ＳｉＣ単結晶は、Ｓｉ基板や４Ｈ（六方晶）－ＳｉＣ基板上に熱ＣＶＤ（化学気相成長法）などの手法でエピタキシャル成長して製造される。
【０００３】
Ｓｉ基板や４Ｈ－ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層は結晶品質に問題があることが多い。Ｓｉ基板上に成長する場合、Ｓｉと３Ｃ－ＳｉＣの格子定数の違いにより、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層に転位が発生しやすい。４Ｈ－ＳｉＣ基板上に成長する場合、主面が（０００１）や（０００－１）の基板上の成長では、３Ｃ－ＳｉＣは、面内で互いに６０度回転した関係にある２種の結晶（以下、この２つの結晶をＸ、Ｙとも称する。）が成長する。ＸとＹが隣り合って成長したものを双晶と呼ぶ。ＸとＹが隣接する界面は結晶欠陥となることが知られている。双晶のない結晶を得るために、ＸとＹの結晶の成長速度の差を利用し、長時間成長することにより、どちらか一方が全面を覆うようにしむけ、最表面層において双晶のない結晶を形成する手法がある（例えば非特許文献１参照。）。この手法を用いると成長層は厚膜となる。通常、薄くても１μｍ程度は必要となる。そのためコスト高である。また、成長初期段階の成長膜には双晶と欠陥が残留するため、トランジスタのチャネルとして利用すると特性の劣化が著しい。
【０００４】
４Ｈ－ＳｉＣ基板を用いて、（０００１）面および（０００－１）面を特定の方向に特定の角度傾斜した面に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層を成長させることが知られている（例えば、特許文献１および２、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－１７８７６２号公報
特開平１１－１６２８５０号公報
【非特許文献】
【０００６】
K. Nishino et al., Jpn. J. Appl. Phys (1997) vol. 36, 5202
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２では、４Ｈ－ＳｉＣ基板を用いて、（０００１）面および（０００－１）面を特定の方向に特定の角度傾斜した面を８００℃以上１３００℃以下まで加熱することで、結晶成長表面が√３×√３表面再配列構造になるように清浄化することで、良好な結晶性の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層をエピタキシャル成長させることが開示されているが、双晶の生成の抑制については記載されていない。
【０００８】
本発明の目的は、双晶の生成が抑制された結晶性の良好な３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層を備える半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、第１の主面を有する４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板と、上記第１の主面上に設けられた単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層と、を備え、上記第１の主面は、（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜してステップが形成され、上記ステップの高さは上記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである、半導体装置が提供される。
【００１０】
上記態様によれば、４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板の（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜した第１の主面にＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さの高さのステップが形成されているので、ステップ端を挟む２つのテラスのＳｉ－Ｃ原子対の配向方向が揃っているので、その上にエピタキャル成長した３Ｃ－ＳｉＣ層のＳｉ－Ｃ原子対の配向方向も揃って形成される。これによって、３Ｃ－ＳｉＣ層の双晶の生成が抑制され良質の単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層を有する半導体装置を提供することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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