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公開番号2025099753
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023216659
出願日2023-12-22
発明の名称ヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法
出願人信越半導体株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C30B 29/36 20060101AFI20250626BHJP(結晶成長)
要約【課題】単結晶シリコン基板上に良質な3C-SiC単結晶膜を効率よくエピタキシャル成長させるヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】面方位が(111)の単結晶シリコン基板を準備する工程と、フラッシュランプ装置を用いて、水素ベイクにより単結晶シリコン基板の表面の自然酸化膜を除去する工程と、炭素とケイ素を含むソースガスをフラッシュランプ装置内に供給し、単結晶シリコン基板の表面にSiC単結晶を成長させる工程と、を有する方法であり、自然酸化膜を除去する工程は、300℃以上600℃以下の予備加熱の後に、900℃以上1350℃以下で水素ベイクを行い、SiC単結晶を成長させる工程は、300℃以上600℃以下の予備加熱の後に、900℃以上1350℃以下でSiCの核形成を行う、ことを特徴とするヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
単結晶シリコン基板上に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させるヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
面方位が（１１１）の単結晶シリコン基板を準備する工程と、
フラッシュランプ装置を用いて、水素ベイクにより前記単結晶シリコン基板の表面の自然酸化膜を除去する工程と、
炭素とケイ素を含むソースガスを前記フラッシュランプ装置内に供給し、前記単結晶シリコン基板の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる工程と、
を有する方法であり、
前記自然酸化膜を除去する工程は、３００℃以上６００℃以下の予備加熱の後に、９００℃以上１３５０℃以下で水素ベイクを行い、
前記ＳｉＣ単結晶を成長させる工程は、３００℃以上６００℃以下の予備加熱の後に、９００℃以上１３５０℃以下でＳｉＣの核形成を行う、
ことを特徴とするヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法。
続きを表示（約 230 文字）【請求項２】
前記９００℃以上１３５０℃以下の水素ベイクの時間を１０ｍ秒以上１００ｍ秒以下とし、
前記９００℃以上１３５０℃以下のＳｉＣの核形成の時間を１ｍ秒以上２０ｍ秒以下とすることを特徴とする請求項１に記載のヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記ソースガスを、モノメチルシランとトリメチルシランの少なくとも一方とすることを特徴とする請求項１または２に記載のヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣは、２．２～３．３ｅＶという広いバンドギャップを有することから高い絶縁破壊強度を有し、また熱伝導率も大きいため、パワーデバイスや高周波用デバイスなどの各種半導体デバイス用の半導体材料として期待されている材料である。
【０００３】
また、窒化ガリウム（ＧａＮ）成長のプラットフォームとしての利用（例えば特許文献１および非特許文献１）も進められているが、一方でＳｉＣウェーハは小口径が主流であり、パワーデバイスや高周波用デバイス向けとして大口径化が求められており、良質な３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜を大口径基板上に成膜することができれば、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜そのものの利用以外に、大口径で良質なＧａＮ層をもつヘテロエピタキシャルウェーハを作製することが可能になる。
【０００４】
そこで、この大口径化の方法として、デバイスプロセスとの整合性がよいシリコン（以下Ｓｉとも表す）基板上へのエピタキシャル成長が検討されてきた（例えば特許文献１および２）。これらの特許文献では、シリコン基板上に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜が成長できること、ならびにリアクタの種類を選べば直径３００ｍｍ基板のような大口径基板へ３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜が成長できることが開示されている。これらの特許文献における３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜の形成は、炭素源前駆体を含むガスとシリコン源前駆体を含むガスの２種類の原料ガスを、キャリアガスとともにリアクタ内に導入し、高温処理（～１２００℃）ないしは高温処理とプラズマ処理を組合せてこれらの原料ガスを分解して成長することを特徴としている。
【０００５】
また、シリコン基板上の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜の成長例として、特許文献３には、シリコンとＳｉＣの格子不整合をより小さくするために、単結晶シリコン基板として面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を使用することが開示されている。格子不整合の面からは有利だが、ヘテロエピタキシャルウェーハの製造を考慮した場合、面方位を（１１０）に限定することは望ましくない。また、水素を含む３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層を形成することが同時に開示されているが、エピタキシャル成長シーケンス中の昇温過程で水素は容易に抜けてしまうことが想像され、水素量に依存した条件でないことが望まれる。
【０００６】
また、特許文献４には、単結晶シリコン基板のオフ角度について言及されているが、プロパンによる炭化とそれに続くプロパン＋シランガスの成長であり、原料ガス種が多くなり、エピタキシャル成長には不利である。
【０００７】
また、特許文献５には、原料ガスとしてモノメチルシランを用いて、面方位が（１１１）で直径が８インチ未満の単結晶シリコン基板上に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層を成長する方法が公開されているが、このときの成膜条件は単結晶シリコン基板の温度が１０５０～１１００℃の成膜条件に達した後で、５～１２時間の間、チャンバー内の圧力を２×１０
－４
～３×１０
－４
Ｔｏｒｒ（０．０２～０．０３Ｐａ）の条件で行うというもので、極めて圧力が低い条件で３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層の形成を行っているので、形成速度が遅いという問題がある。
【０００８】
このように、各種形成方法が開発・提案されているが、シリコンとＳｉＣの格子定数を考慮すれば、Ｓｉ（１１１）基板を使用するのが好ましい（Ｓｉ（１１１）の格子定数３．８４Å。３Ｃ－ＳｉＣの格子定数４．３６Åに近い）。しかしながら、従来のように格子定数を考慮しＳｉ（１１１）を使用し、さらに成長条件を工夫しても、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜の結晶性の改善には問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特表２０１８－５２２４１２号公報
特開２０２１－２０８１９号公報
特開２００６－２５３６１７号公報
特開２００８－１８４３６１号公報
特開２０１７－３９６２２号公報
【非特許文献】
【００１０】
Japanese Journal of Applied Physics 53, 05FL09 (2014)
日本結晶成長学会誌 Vol. 43, No. 4, 213 (2016)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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