JP2000319099A

JP2000319099A - ＳｉＣウエハ、ＳｉＣ半導体デバイス、および、ＳｉＣウエハの製造方法

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Publication number: JP2000319099A
Application number: JP11127471A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Matsunami; 弘之松波; Tsunenobu Kimoto; 恒暢木本; Hiroshi Shiomi; 弘塩見
Original assignee: Mitsubishi Corp; Kansai Electric Power Co Inc; Sixon Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Corp; Kansai Electric Power Co Inc; Sixon Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2000-11-21
Anticipated expiration: 2019-05-07
Also published as: WO2000068474A1; AU4318600A; JP4185215B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子移動度の異方性が小さく且つＳｉＣ基板
とＳｉＣエピタキシャル成長層との格子不整合による歪
みを緩和できるＳｉＣウエハ、これを備えた半導体デバ
イス、およびＳｉＣウエハの製造方法の提供。【解決手段】面方位がほぼ（１１−２０）であり、４
Ｈ型ポリタイプまたは１５Ｒ型ポリタイプのＳｉＣ基板
２と、ＳｉＣ基板２上に形成されたＳｉＣからなるバッ
ファ層４と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体電子部品に
適したＳｉＣウエハ、これを備えたＳｉＣ半導体デバイ
ス、およびＳｉＣウエハの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭化珪素（ＳｉＣ）あるいは窒化
ガリウム（ＧａＮ）等の軽元素で構成される化合物半導
体の研究が盛んである。かかる化合物半導体は、軽元素
で構成されているため結合エネルギーが強く、その結
果、エネルギーの禁制帯幅（バンドギャップ）、絶縁破
壊電界、熱伝導度が大きいことが特徴である。そして、
このワイドバンドギャップの特徴を活かして、高効率・
高耐圧パワーデバイス、高周波パワーデバイス、高温動
作デバイス、あるいは青色から紫外発光デバイス用の材
料として注目を集めている。しかしながら、結合エネル
ギーが強いため、これらの化合物は、大気圧では高温に
しても融解せず、シリコン（Ｓｉ）など他の半導体で用
いられる融液の再結晶化によるバルク結晶の育成が困難
である。

【０００３】例えばＳｉＣを半導体材料として使用する
ためには、ある程度の大きさを有する高品質な単結晶を
得る必要がある。このため従来は、アチソン法と呼ばれ
る化学反応を利用する方法、レーリー法と呼ばれる昇華
再結晶法を利用する方法によりＳｉＣ単結晶の小片を得
ていた。最近は、これらの方法によって作製された炭化
珪素の単結晶を基板として用い、この上に昇華再結晶化
させる改良レーリー法によってＳｉＣインゴットを育成
し、このＳｉＣインゴットをスライス、鏡面研磨したＳ
ｉＣ基板が製造されるようになった。そして、その基板
上に気相エピタキシャル成長法または液相エピタキシャ
ル成長法によって目的規模のＳｉＣ単結晶を成長させる
ことにより、不純物密度と膜厚を制御した活性層が形成
され、これを用いてｐｎ接合ダイオード、ショットキー
ダイオードや各種のトランジスタなどのＳｉＣ半導体デ
バイスが作製されていた。

【０００４】しかしながら、上記方法の内、アチソン法
は珪石とコークスの混合物を電気炉で熱し、自然発生的
な核形成によって結晶を析出させるので、不純物が多
く、得られる結晶の形および結晶面の制御が困難であ
る。また、レーリー法では自然核発生的な核形成によっ
て結晶が成長するので、結晶の形および結晶面の制御が
困難である。改良レーリー法では例えば特公昭第５９−
４８７９２号公報記載の発明では、単一の結晶多形で成
る大型のＳｉＣインゴットが得られている。しかし、か
かるインゴットには、マイクロパイプという大型の欠陥
（＜０００１＞軸方向に貫通する小孔)が通常１〜５０
ｃｍ^-2程度の密度で含まれている。また、ｃ軸方向にバ
ーガースベクトルを持つらせん転位が１０³〜１０⁴ｃｍ
^-2程度存在する。

【０００５】通常は、ＳｉＣ｛０００１｝面、あるいは
この面から３〜８度のオフ角度を設けた基板がエピタキ
シャル成長に使われる。この時、基板に存在するマイク
ロパイプ欠陥やらせん転位の大半がＳｉＣエピタキシャ
ル成長層に貫通すること、およびエピタキシャル成長層
を用いて作製したＳｉＣデバイスがマイクロパイプ欠陥
を含むとデバイス特性が著しく悪化することが知られて
いる。したがって、マイクロパイプ欠陥は大容量（大電
流、高耐圧）ＳｉＣ半導体デバイスを高い歩留まりで製
造するときの最大の障壁となっている。また、通常用い
られるＳｉＣ｛０００１｝面、あるいはこの面から数度
のオフ角度を有するＳｉＣ基板を用いてＳｉＣのホモエ
ピタキシャル成長を行うと、結晶表面における原子ステ
ップの集合合体（ステップバンチング）現象が起こり易
い。このステップバンチングの度合いが大きくなるとＳ
ｉＣエピタキシャル成長層の表面粗さが増大し、金属−
酸化膜−半導体（ＭＯＳ）界面の平坦性が悪化するの
で、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ(ＭＯＳＦＥＴ)の反
転層チャネル移動度が低下する。また、ｐｎ接合、ショ
ットキー障壁界面の平坦性が悪化して接合界面における
電界集中が発生し、耐圧の低下、漏れ電流の増大などの
問題を引き起こす。

【０００６】ＳｉＣには多数の結晶多形が存在するが、
この中で４Ｈ型ポリタイプ（４Ｈ-ＳｉＣ）が高い移動
度を有し、ドナーやアクセプタのイオン化エネルギーも
小さいことから、ＳｉＣ半導体デバイス作製に最適なＳ
ｉＣポリタイプであると考えられている。しかしなが
ら、４Ｈ−ＳｉＣ｛０００１｝面、あるいはこの面から
３〜８度のオフ角度を設けた基板上のエピタキシャル成
長層を用いてＭＯＳＦＥＴを作製すると、チャネル移動
度が１〜１０ｃｍ²／Ｖｓ程度と非常に小さく、高性能
トランジスタを実現できない。

【０００７】これらの問題を解決するために、特許公報
第２８０４８６０号ではＳｉＣの（０００１）面以外の
面、例えば（１−１００）面等を持った種結晶を用いて
改良レーリー法による成長を行うことで、マイクロパイ
プ数の少ないＳｉＣインゴットを得ている。しかしなが
ら、ＳｉＣ（１−１００）面上にエピタキシャル成長を
行うと、成長時に積層欠陥が発生しやすく、半導体デバ
イス作製に十分な高品質ＳｉＣ単結晶を得るのが困難で
ある。

【０００８】また、近年、ＳｉＣ（１−１００）基板の
他に、６Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ（１１−２０）基板を
用いてＳｉＣウエハを作製する研究もなされている。そ
して、かかる６Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ（１１−２０）
基板を用いれば、＜０００１＞軸方向に伸びるマイクロ
パイプやらせん転位は基板上のエピタキシャル層に到達
しないため、当該エピタキシャル層内のマイクロパイプ
欠陥を低減することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記６Ｈ型ポ
リタイプのＳｉＣ（１１−２０）基板を用いたＳｉＣウ
エハには、次のような問題があった。すなわち、従来の
ＳｉＣ（１１−２０）基板上にＳｉＣエピタキシャル層
を成長させると、ＳｉＣエピタキシャル成長とＳｉＣ基
板との界面に格子不整合による歪みが発生してしまう。
そして、この歪みはエピタキシャル成長層の結晶性に悪
影響を与え、高品質のＳｉＣエピタキシャル成長層を作
製することが困難になる。

【００１０】また、６Ｈ型ポリタイプの６Ｈ−ＳｉＣ
（１１−２０）基板を用いてデバイスを作製すると、電
子移動度の異方性が問題となる。詳しくは、６Ｈ−Ｓｉ
Ｃ結晶中では＜０００１＞軸方向の電子移動度が＜１−
１００＞、＜１１−２０＞方向の移動度の２０〜３０％
程度と小さいために、６Ｈ-ＳｉＣ（１１−２０）面上
の成長層では、面内の電気伝導に３〜５倍の異方性が生
じてしまう。

【００１１】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のでり、半導体デバイスとして使用した場合に電子移動
度の異方性が小さく、かつ、ＳｉＣ基板とＳｉＣエピタ
キシャル成長層との格子不整合による歪みを緩和できる
ＳｉＣウエハ、これを備えた半導体デバイス、およびＳ
ｉＣウエハの製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のＳｉＣウエハは、面方位がほぼ（１１−２
０）であり、４Ｈ型ポリタイプまたは１５Ｒ型ポリタイ
プのＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板上に形成されたＳｉＣか
らなるバッファ層と、を備えることを特徴とする。

【００１３】本発明に係るＳｉＣウエハによれば、面方
位がほぼ（１１−２０）のＳｉＣ基板を用いるため、本
発明のＳｉＣウエハ上にＳｉＣの活性層をエピタキシャ
ル成長させても、ＳｉＣ基板の＜０００１＞軸方向に伸
びるマイクロパイプやらせん転位は活性層には到達しな
い。また、６Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ基板と比較して電
子移動度の異方性が小さい４Ｈ型ポリタイプまたは１５
Ｒ型ポリタイプの基板を用いるため、ＳｉＣウエハ上に
成長させた活性層における電子移動度の異方性が低減さ
れる。さらに、ＳｉＣ基板上にＳｉＣからなるバッファ
層が形成されているため、本発明のＳｉＣウエハ上にＳ
ｉＣ活性層を成長させた場合に、ＳｉＣ基板とＳｉＣ活
性層との格子不整合による歪みが当該ＳｉＣ活性層に発
生する事態を防止することができる。

【００１４】また、バッファ層は、厚さが０．３μｍ以
上１５μｍ以下であることが好ましい。本発明者らの鋭
意研究により、本発明のバッファ層上にＳｉＣ活性層を
成長させ、さらに当該バッファ層の厚さを０．３μｍ以
上にした場合に、格子不整合に基づく歪みを効果的に低
減でき、ＳｉＣ活性層の結晶性を良好にすることが見出
された。また、バッファ層を１５μｍ以下にすれば、成
長時間およびコストの低減を図ることができる。

【００１５】さらに、バッファ層は、窒素、リン、アル
ミニウム、またはボロンのうちの少なくとも１つを不純
物として含み、バッファ層における不純物の密度は、２
×１０¹⁵ｃｍ^-3以上３×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であることが
好ましい。バッファ層に含まれる不純物密度をこのよう
な範囲にするのは、不純物密度が２×１０¹⁵ｃｍ^-3未満
のときは格子不整合に基づく歪み緩和の効果が薄れ、３
×１０¹⁹ｃｍ^-3よりも大きいときは、高濃度ドーピング
によりバッファ層自体の結晶性が劣化するためである。

【００１６】また、バッファ層における上記不純物の密
度は、ＳｉＣ基板中の不純物の密度よりも低いことが好
ましい。バッファ層の不純物密度をこのようにすること
で、ＳｉＣウエハ上にＳｉＣ活性層を形成した場合に、
ＳｉＣウエハ、バッファ層、ＳｉＣ活性層の順に不純物
密度を徐々に少なくすることができる。

【００１７】また、本発明のＳｉＣウエハは、バッファ
層上に、ＳｉＣからなる活性層をさらに備えることを特
徴とする。さらに、この場合に、バッファ層における不
純物の密度をＳｉＣ基板との界面からＳｉＣ活性層との
界面に向けて減少させることが好ましい。

【００１８】本発明のＳｉＣ半導体デバイスは、上述の
ＳｉＣウエハを備えることを特徴とする。上述のように
ＳｉＣウエハは、電子移動度の異方性が小さく且つＳｉ
Ｃ基板とＳｉＣ活性層との格子不整合による歪みが殆ど
発生しないため、かかる半導体デバイスは高品質なもの
となる。

【００１９】本発明のＳｉＣ半導体デバイスは、表面に
ＳｉＣ活性層と金属層とによるショットキー障壁や、エ
ピタキシャル成長またはイオン注入によって形成された
ｐｎ接合を有してもよい。さらに、熱酸化または化学気
相堆積法で形成された酸化膜をゲート絶縁膜として有し
たり、熱酸化または化学気相堆積法で形成された酸化膜
を表面保護膜の一部として有してもよい。

【００２０】本発明のＳｉＣウエハの製造方法は、面方
位がほぼ（１１−２０）であると共に４Ｈ型ポリタイプ
または１５Ｒ型ポリタイプのＳｉＣ基板上に、ＳｉＣか
らなるバッファ層を成長させることを特徴とする。ま
た、バッファ層上に、ＳｉＣからなる活性層をさらに成
長させてもよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るＳｉＣウエハ、ＳｉＣ半導体デバイス、および
ＳｉＣウエハの製造方法の好適な実施形態について詳細
に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものと
し、重複する説明は省略する。また、実施形態および実
施例の説明で結晶の格子方向および格子面を使用する場
合があるが、ここで、格子方向及び格子面の記号の説明
をしておく。個別方位は［］、集合方位は＜＞、個別面
は（）、集合面は｛｝でそれぞれ示すことにする。ま
た、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を
数字の上に付けることになっているが、明細書作成の都
合上、数字の前に負号を付けることにする。

【００２２】図１は、本実施形態のＳｉＣウエハ１の側
面図である。ＳｉＣウエハ１は、４Ｈ型ポリタイプ
（“Ｈ”は六方晶系、“４”は原子積層が４層で一周期
となる結晶構造を意味する）の４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２
０）基板２と、当該ＳｉＣ（１１−２０）基板２上に形
成されたＳｉＣからなるバッファ層４と、当該バッファ
層４上に形成されたデバイス作製用のＳｉＣからなる活
性層６と、から構成されている。なお、４Ｈ−ＳｉＣ
（１１−２０）基板２の面方位は、（１１−２０）から
多少傾けてたものとしてもよい。また、各層２〜６は、
全てｎ型である。

【００２３】次に、本実施形態のＳｉＣウエハ１の製造
方法を説明する。４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板２
は、例えば４Ｈ−ＳｉＣ（０００−１）面上に改良レー
リー法によって成長したインゴットを成長方向に平行に
スライスし、鏡面研磨することによって作製する。この
とき、４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板２の厚さは、約
１５０μｍ〜約４００μｍの範囲にすることが好まし
い。また、実効ドナー密度は、約５×１０¹⁷ｃｍ^-3〜約
５×１０¹⁹ｃｍ^-3の範囲にすることが好ましい。

【００２４】次いで、４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板
２を鏡面仕上げして、その後、膜厚や不純物ドーピング
の制御性、成長層の表面平坦性に優れた化学気相堆積
(ＣＶＤ)法によりバッファ層４および活性層６をエピタ
キシャル成長させる。具体的には、まず、４Ｈ−ＳｉＣ
（１１−２０）基板２を有機溶媒、王水、フッ酸などで
洗浄した後、脱イオン水でリンスしてＳｉＣ膜で被覆さ
れたグラファイト製サセプタに設置し、ＣＶＤ成長装置
にセットする。ＣＶＤ成長には水素（Ｈ₂）をキャリヤ
ガスとする常圧の横形ＣＶＤ装置を用い、サセプタの加
熱は高周波誘導加熱により行う。４Ｈ−ＳｉＣ（１１−
２０）基板２を反応炉内に設置した後、ガス置換と高真
空排気を数回繰り返し、Ｈ₂キャリヤガスを導入してＣ
ＶＤ成長プログラムに入る。

【００２５】まず、約１３００℃でＨＣｌ／Ｈ₂ガスに
よる気相エッチングを行った後、４Ｈ−ＳｉＣ（１１−
２０）基板２を約１５００℃に昇温し、原料ガス(シラ
ン：ＳｉＨ₄、プロパン：Ｃ₃Ｈ₈など)を導入してバッフ
ァ層４および活性層６の成長を開始する。ＣＶＤ成長で
は、実効ドナー密度約１０¹⁶ｃｍ^-3〜約１０¹⁹ｃｍ^-3の
ｎ型ＳｉＣバッファ層４を約０．３μｍ〜約１５μｍ成
長した後、実効ドナー密度約１０¹⁴ｃｍ^-3〜約１０¹⁶ｃ
ｍ^-3のｎ型活性層６を約５μｍ〜約８０μｍ成長さ
せる。なお、成長中に窒素ガスを添加することで、ｎ型
伝導性制御を行う。

【００２６】また、バッファ層４の厚さは、特に、０．
３μｍ以上１５μｍ以下にするとよい。さらに、バッフ
ァ層４に含ませる不純物は、窒素、リン、アルミニウ
ム、またはボロンのうちの何れかであることが好まし
い。また、バッファ層４における不純物密度は、４Ｈ−
ＳｉＣ（１１−２０）基板２との界面から活性層６との
界面に向けて徐々に減少することが好ましい。

【００２７】続いて、図２を参照して、本実施形態のＳ
ｉＣウエハ１の効果を説明する。通常、ＳｉＣ基板には
マイクロパイプやらせん転位が存在するが、図２に示す
ように、マイクロパイプなどはＳｉＣ基板の＜０００１
＞軸方向に伸びる。しかし、本実施形態のＳｉＣウエハ
１では面方位が（１１−２０）のＳｉＣ基板を用いてい
るため、マイクロパイプ（一点鎖線で示す）８やらせん
転位（破線で示す）１０は活性層６に殆ど到達しない。
このため、活性層６は欠陥が少なく平坦性の優れたもの
となる。

【００２８】また、本実施形態では、６Ｈ型ポリタイプ
のＳｉＣ基板等と比較して電子移動度の異方性が小さい
４Ｈ型ポリタイプの基板を用いるため、ＳｉＣウエハ１
上に成長させた活性層６における電子移動度の異方性が
低減される。また、異種ポリタイプの混入も完全に防止
される。さらに、ＳｉＣ基板２上にＳｉＣからなるバッ
ファ層４が形成されているため、ＳｉＣ基板２とＳｉＣ
活性層６との格子不整合による歪みが活性層６に発生す
る事態を防止することができる。

【００２９】また、本発明者らの鋭意研究により、バッ
ファ層４の厚さを０．３μｍ以上にすることで格子不整
合に基づく歪みを効果的に低減でき、活性層６の結晶性
を良好にすることが見出された。一方、バッファ層４を
１５μｍ以下にすれば、成長時間およびコストの低減を
図ることができる。

【００３０】さらに、バッファ層４に含ませる不純物の
密度は、２×１０¹⁵ｃｍ^-3以上３×１０¹⁹ｃｍ^-3以下に
することが好ましい。バッファ層４に含まれる不純物密
度をこのような範囲にするのは、不純物密度が２×１０
¹⁵ｃｍ^-3未満のときは格子不整合に基づく歪み緩和の効
果が薄れ、３×１０¹⁹ｃｍ^-3よりも大きいときは、高濃
度ドーピングによりバッファ層４自体の結晶性が劣化す
るためである。

【００３１】なお、本実施形態では、４Ｈ型ポリタイプ
のＳｉＣ基板を用いたが、この他、１５Ｒ型ポリタイプ
（“Ｒ”は菱面体系、“１５”は原子積層が１５層で一
周期となる結晶構造を意味する）の１５Ｒ−ＳｉＣ（１
１−２０）基板を用いても、ＳｉＣウエハ上に成長させ
た活性層は、マイクロパイプやらせん転位が存在せず、
非常に平坦性に優れたものとなる。

【００３２】また、本実施形態のＳｉＣウエハ１を用い
て、種々のＳｉＣ半導体デバイスを製造することができ
る。たとえば、かかるＳｉＣ半導体デバイスは、表面に
金属／ＳｉＣのショットキー障壁や、エピタキシャル成
長またはイオン注入によって形成されたｐｎ接合を有す
るように構成することができる。さらに、熱酸化または
化学気相堆積法で形成された酸化膜をゲート絶縁膜とし
て有したり、熱酸化または化学気相堆積法で形成された
酸化膜を表面保護膜の一部として有するように構成して
もよい。

【００３３】上述のように、ＳｉＣウエハ１は電子移動
度の異方性が小さく且つＳｉＣ基板２とＳｉＣ活性層６
との格子不整合による歪みが殆ど発生しないため、この
ような半導体デバイスは高品質なものとなる。より詳し
くは、特に活性層６の表面平坦性が優れているので、エ
ピタキシャル成長によって形成したｐｎ接合やエピタキ
シャル成長表面に形成したショットキー障壁界面での電
界集中が大幅に低減され、デバイスの高耐圧化が容易と
なる。さらに、ＳｉＣ（１１−２０）はＳｉＣ｛０００
１｝面より単位面積あたりの原子結合ボンド数が少ない
ので、酸化膜/ＳｉＣのＭＯＳ界面における界面準位が
低減されて高品質なＭＯＳ界面を作製でき、高性能ＭＯ
Ｓ型トランジスタを実現できる。

【００３４】

【実施例】以下、上記実施形態の実施例を説明する。但
し、本発明は、実施例に限定されるものではない。

【００３５】［実施例１］図１を参照して、実施例１を
説明する。本実施例では、ＳｉＣ基板からＳｉＣ活性層
へのマイクロパイプやらせん転位の貫通、および活性層
６の表面の平坦性を調べるために、n型４Ｈ−ＳｉＣ
（１１−２０）基板２上に化学気相堆積(ＣＶＤ)法によ
りn型の活性層６を成長した。比較のために、４Ｈ−Ｓ
ｉＣ（１−１００）、および（０００１）８度オフ（＜
１１−２０＞方向）を面方向とする基板にも同時に活性
層を成長させて評価した。４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２
０）、（１−１００）基板は、４Ｈ−ＳｉＣ（０００−
１）面上に改良レーリー法によって成長したインゴット
を成長方向に平行にスライスし、鏡面研磨することによ
って作製した。基板は全てn型で、ショットキー障壁の
容量−電圧特性から求めた実効ドナー密度は１×１０¹⁸
ｃｍ^-3〜２×１０¹⁸ｃｍ^-3で、厚さは約３８０μｍであ
った。

【００３６】これらの基板を溶融水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）で５００℃、１０分の条件でエッチングした結果、
いずれもマイクロパイプ密度１２ｃｍ^-2〜２８ｃｍ^-2、
らせん転位密度５×１０³ｃｍ^-2〜２×１０⁴ｃｍ^-2程度
の欠陥が存在することが分かった。ただし、（１１−２
０）、（１−１００）面については、基板端部に約８０
度の斜め研磨を行なって（０００１）面から約１０度傾
いた面を出し、この面をエッチング後に観察して欠陥密
度を見積もった。

【００３７】次に、ＫＯＨエッチングを行った基板を再
研磨し、鏡面仕上げをしてＣＶＤ成長を行った。これら
の基板を有機溶媒、王水、フッ酸で洗浄した後、脱イオ
ン水でリンスしてＳｉＣ膜で被覆されたグラファイト製
サセプタに設置し、ＣＶＤ成長装置にセットした。そし
て、ガス置換と高真空排気を数回繰り返した後、Ｈ₂キ
ャリヤガスを導入してＣＶＤ成長プログラムに入った。

【００３８】まず、１３００℃でＨＣｌ／Ｈ₂ガスによ
る気相エッチングを行った後、１５００℃に昇温し、原
料ガス(シラン：ＳｉＨ₄、プロパン：Ｃ₃Ｈ₈など)を導
入して成長を開始した。ＣＶＤ成長では、実効ドナー密
度３×１０¹⁷ｃｍ^-3〜４×１０¹⁷ｃｍ^-3のn型ＳｉＣバ
ッファ層を４．６μｍ成長させた後、実効ドナー密度１
×１０¹⁶ｃｍ^-3〜２×１０¹⁶ｃｍ^-3のｎ型活性層を１２
μｍ成長させた。このときの主な成長条件は下記の通り
である。なお、一般に、（０００１）面と（１１−２
０）面では不純物の取り込み効率が違うので、基板の面
方位によってドーピングガス流量を調整するのが好まし
い。

【００３９】エピタキシャル成長させた活性層６の表面
を微分干渉光学顕微鏡で観察したところ、４Ｈ（１１−
２０）および（０００１）８度オフ基板上では鏡面が得
られたが、４Ｈ（１−１００）基板上では部分的に＜１
１−２０＞方向に走る筋状の凹凸や溝が観測された。こ
の４Ｈ（１−１００）面上の筋状の欠陥は、６Ｈ（１−
１００）面上の成長層でも観察され、成長前の基板表面
処理法の最適化や過飽和度の低い成長条件(例えば低い
原料ガス流量)でＣＶＤ成長を行うと、この筋状欠陥の
発生がやや低減されるが、完全に無くすことはできなか
った。また、１５ｍｍ×２０ｍｍの大きさの基板上の活
性層表面を観察して表面欠陥(転位などの構造欠陥とは
必ずしも一致しない)の密度を見積もったところ、４Ｈ
（１１−２０）基板では４×１０²ｃｍ^-2、（１−１０
０）基板では８×１０³ｃｍ^-2、（０００１）８度オフ
基板では２×１０³ｃｍ^-2であり、４Ｈ（１１−２０）
基板上の活性層が最も優れていた。

【００４０】図３は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察を
行い、その表面形状プロファイルを測定した結果を示す
グラフである。（１−１００）基板上に形成した活性層
の表面は、前述の深い溝（深さ約１００〜３００ｎｍ）
が無い領域を選んでも、図３（ｂ）に示されているよう
に凹凸が激しくなっている。また、図３（ｃ）より、
（０００１）８度オフ基板上に形成した活性層の表面に
は、原子ステップの集合合体(ステップバンチング)に起
因する階段状の凹凸が存在することが分かった。これに
対して、４Ｈ（１１−２０）基板上に形成した活性層で
は、図３（ａ）に示されているように、溝、ヒロック、
ステップ等が全く観測されず、非常に平坦性のよい表面
が得られた。また、２μｍ×２μｍの範囲をＡＦＭ観察
したときの表面粗さの二乗平均（Ｒｍｓ）は（１１−２
０）基板上に形成した活性層で０．１８ｎｍ、（１−１
００）基板上で６．４ｎｍ、（０００１）８度オフ基板
上で０．２４ｎｍとなり、（１１−２０）基板上に成長
させた活性層が最も優れていた。

【００４１】次に、成長した試料を溶融ＫＯＨでエッチ
ングして、活性層６中の構造欠陥を調べた。（０００
１）８度オフ基板上の活性層では、マイクロパイプ密度
が１８ｃｍ^-2、らせん転位密度８×１０³ｃｍ^-2とな
り、成長前の基板の値とほぼ同じであり、エッチングに
より生じたピットの位置も成長前とよく一致していた。
（１−１００）基板上の活性層をエッチングすると、多
角形のピットが多数（１×１０⁵ｃｍ^-2）見られた他
に、活性層の表面に現れた筋状の欠陥がさらに深くなっ
た。この筋状の溝は必ず＜１１−２０＞方向に伸びてい
ることから、積層欠陥に起因すると考えられる。この溶
融ＫＯＨによって深くエッチングされた溝の数は、成長
前の（１−１００）基板では３〜８ｃｍ^-1であったのに
対し、成長後には３０〜２００ｃｍ^-1と増大していた。
したがって、（１−１００）基板上に活性層を成長させ
る場合は、ＣＶＤ成長によって新たに積層欠陥が発生す
るものと考えられる。

【００４２】これに対して、（１１−２０）基板上に成
長した活性層を溶融ＫＯＨでエッチングすると、転位を
反映する三角形状ピットの密度が２×１０³ｃｍ^-2程
度、積層欠陥密度は５ｃｍ^-1以下と小さかった。また、
この試料を斜め研磨した面をエッチングして見積もった
マイクロパイプ密度は１ｃｍ^-2未満、らせん転位密度も
１００ｃｍ^-2未満であることが分かった。すなわち、４
Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板を用いることによって、
基板からのマイクロパイプ、らせん転位の貫通を大幅に
抑制し、積層欠陥も極めて少ない高品質ＳｉＣエピタキ
シャル結晶の作製が可能となる。これは、上述のよう
に、マイクロパイプやらせん転位が主としてＳｉＣ結晶
の＜０００１＞方向に伸びる（図２参照）ため、この方
位と平行な結晶面である（１１−２０）面を用いれば、
ＳｉＣ基板中に存在するマイクロパイプなどがこの上の
活性層に引き継がれないためである。なお、１５Ｒ−Ｓ
ｉＣ（１１−２０）基板上の活性層をエピタキシャル成
長させた場合も、当該活性層は非常に平坦性に優れたも
のとなり、マイクロパイプやらせん転位の貫通はほとん
ど無かった。

【００４３】［実施例２］本実施例では、バッファ層が
活性層に及ぼす影響を調べるために、n型４Ｈ−ＳｉＣ
（１１−２０）基板上に様々な厚さのn型４Ｈ-ＳｉＣバ
ッファ層を形成した後、活性層となる高純度厚膜エピタ
キシャル成長層を形成してその結晶性を評価した。用い
たＳｉＣ基板２は、改良レーリー法によって４Ｈ−Ｓｉ
Ｃ（１１−２０）種結晶上に成長させた４Ｈ-ＳｉＣイ
ンゴットをスライスして作製したn型４Ｈ−ＳｉＣ（１
１−２０）で、ショットキー障壁の容量−電圧特性から
求めた実効ドナー密度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3〜４×１０¹⁸
ｃｍ^-3で、厚さは約３４０μｍであった。

【００４４】このＳｉＣ基板２上にドナー密度４×１０
¹⁷ｃｍ^-3〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3のn型４Ｈ-ＳｉＣバッファ
層を形成した後、高純度n型４Ｈ-ＳｉＣ層(ドナー密度
４×１０¹⁵ｃｍ^-3)を約２４μｍ成長させた。なお、成
長中に窒素ガスを添加することでn型伝導性制御を行っ
た。そして、バッファ層の厚さを０．１μｍから２２μ
ｍの範囲で変化させたＳｉＣウエハ、および比較のため
にバッファ層を設けずに基板上に直接高純度ＳｉＣ活性
層を成長したＳｉＣウエハを作製した。ＣＶＤ成長には
実施例１と同じＣＶＤ装置を用いた。まず、１４００℃
でＨＣｌ／Ｈ₂ガスによる気相エッチングを行った後、
１５６０℃に昇温し、原料ガスを導入して成長を開始し
た。このときの成長条件は下記の通りである。

【００４５】図４は、様々な厚さのバッファ層を持つＳ
ｉＣウエハの活性層６のＸ線回折のロッキングカーブ測
定から求めた回折ピークの半値幅(FWHM)のバッファ層膜
厚依存性を示すグラフである。Ｘ線回折には、Ｇｅ単結
晶（４００）回折を利用した５結晶Ｘ線回折を用い、Ｓ
ｉＣ（１１−２０）回折ピーク（2θ=60.05度）の半値
幅で試料の結晶性を評価した。なお、成長前の４Ｈ−Ｓ
ｉＣ（１１−２０）基板を測定して得られた回折ピーク
の半値幅は３２〜３８arcsec(平均３５arcsec)であっ
た。

【００４６】バッファ層を用いずに基板上に直接高純度
n型ＳｉＣ層（２４μｍ）を成長したＳｉＣウエハの活
性層６では、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が５２arcs
ecとなり、ＳｉＣ基板２より悪化した（図４中、四角印
で示す）。この問題は、n型バッファ層を導入すること
により改善できた。すなわち、バッファ層厚さが０．１
μｍの場合は、まだ基板より若干悪い半値幅（４３arcs
ec）が得られたが、バッファ層の厚さが０．３μｍ以上
の場合は、基板より小さい半値幅が得られ、エピタキシ
ャル成長によって結晶性が改善されていることが分かっ
た。特に、バッファ層の厚さが１．２μｍ程度以上で
は、半値幅が２１arcsecでほぼ一定になった。溶融ＫＯ
Ｈエッチングによって（１１−２０）面上の転位密度を
評価すると、基板で６×１０⁴ｃｍ^-2、バッファ層なし
で成長した活性層では２×１０⁵ｃｍ ^-2、２μｍ以上の
バッファ層を設けた活性層では３×１０³ｃｍ^-2〜６×
１０³ｃｍ^-2となり、やはりバッファ層の効果が明らか
に見られた。

【００４７】このように、バッファ層が高品質ＳｉＣエ
ピタキシャル成長層の作製に有効である理由は、高濃度
に不純物ドーピングされたＳｉＣ基板と低濃度ドーピン
グされた高純度ＳｉＣ活性層の間に存在する格子不整合
に起因する歪みがバッファ層によって緩和されるためで
あると考えられる。一般に、１０¹⁸ｃｍ^-3程度以上の不
純物を含むＳｉＣ結晶では、その不純物の種類によって
ＳｉＣ結晶の格子定数が増大、あるいは減少し、しかも
この格子定数増減の割合は、（１１−２０）面上の方が
｛０００１｝面上の場合より大きい。したがって、４Ｈ
−ＳｉＣ（１１−２０）基板上にエピタキシャル成長を
行う場合には、基板とその上に形成するデバイス作製用
活性層の不純物密度の中間の値となる不純物密度を有す
るＳｉＣバッファ層を設けて格子不整合に起因する格子
歪みを緩和することが効果的である。

【００４８】通常、縦形のパワーデバイスを作製する際
には、基板の抵抗を小さくするために不純物(ドナーあ
るいはアクセプタ)を高濃度にドーピングした基板が用
いられるので、この基板の不純物密度より低く、かつ活
性層の不純物密度より高いドーピングを行ったＳｉＣバ
ッファ層を設けるのがよい。なお、上記の実施例では窒
素（Ｎ）ドープn型ＳｉＣを用いたが、リン（Ｐ）ドー
プn型ＳｉＣ、アルミ（Ａｌ）、およびホウ素（Ｂ）ド
ープｐ型ＳｉＣを用いて実験を行ったところ、バッファ
層の同様な効果が見られた。また、１５Ｒ−ＳｉＣ（１
１−２０）基板を用いても、同様の効果を得ることがで
きた。

【００４９】［実施例３］本実施例では、バッファ層４
の膜厚を一定（３μｍ）にして、バッファ層４内の不純
物密度を変化させてその効果を調べた。基板には、１０
ｍｍ×１５ｍｍの大きさのｎ型１５Ｒ−ＳｉＣ（１１−
２０）基板を使用し、実効ドナー密度は５×１０¹⁸ｃｍ
^-3、厚さは３５０μｍとした。そして、このＳｉＣ基板
上に、図５（ａ）〜（ｃ）に示す窒素ドナー密度分布を
持つ厚さ３μｍのバッファ層４を形成した後、ドナー密
度５×１０¹⁴ｃｍ^-3、厚さ３２μｍの高純度n型１５Ｒ-
ＳｉＣ活性層６をエピタキシャル成長させた。また、比
較のために、図５（ｄ）のように、バッファ層４なしの
ＳｉＣウエハ（以下、「試料（ｄ）」と称する）も作製
した。図５（ａ）に示すＳｉＣウエハ（試料（ａ））で
は、バッファ層内のドナー密度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3で一
定であるのに対し、図５（ｂ）に示すＳｉＣウエハ（試
料（ｂ））では階段的に、図５（ｃ）に示すＳｉＣウエ
ハ（試料（ｃ））では傾斜的にドナー密度を変化させ
た。主な成長条件は下記の通りである。

【００５０】図６は、これらの試料（ａ）〜（ｄ）につ
いて、実施例２と同様にＸ線回折のロッキングカーブを
測定した結果を示す。バッファ層なしの試料(d)では、
活性層と基板との格子不整合の影響で活性層のモザイク
度が増大し、ロッキングカーブの半値幅が８６arcsecと
基板（４３arcsec）より大きくなっている。これに対
し、ドーピング密度一定のバッファ層を有する試料
（ａ）では、半値幅が３５arcsecとなり、基板より結晶
性が改善されている。さらに、バッファ層内部でドナー
密度を徐々に減少させた試料（ｂ）、（ｃ）では半値幅
が２８〜３１arcsecとなり、試料（ａ）より若干よい結
果が得られた。このように、ＳｉＣ基板２から活性層６
にかけて不純物密度を徐々に減少させたバッファ層４を
設けることが最も有効であることが明らかになった。な
お、バッファ層４内部の不純物密度分布として階段状に
減少させる場合と連続的に(直線的に)変化させる場合で
は、特に大きな差異は認められなかった。

【００５１】［実施例４］本実施例では、４Ｈ−ＳｉＣ
（１１−２０）基板および（０００１）８度オフ基板を
使用したＳｉＣウエハを用いて、図７に示す高耐圧ダイ
オードを作製した。ＳｉＣ基板２は、４Ｈ-ＳｉＣ（０
００−１）種結晶上に改良レーリー法によって成長した
インゴットを成長方向に平行にスライスし、鏡面研磨す
ることによって作製した。基板は共にｎ型で、ショット
キー障壁の容量−電圧特性から求めた実効ドナー密度は
６×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さは約３４０μｍとした。そし
て、このＳｉＣ基板２上に、ＣＶＤ法によって窒素ドー
プn型４Ｈ-ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させた。

【００５２】実施例３の試料（ｂ）と同様に、３×１０
¹⁸ｃｍ^-3から１×１０¹⁶ｃｍ^-3までドナー密度を階段的
に変化させながら各層につき約０．３μｍずつ、合計約
1１．５μｍのバッファ層４を形成した後、活性層６と
なる高純度n型４Ｈ-ＳｉＣ層を成長させた。活性層のド
ナー密度は６×１０¹⁵ｃｍ^-3、膜厚は１６μｍである。
なお、比較のためにバッファ層なしの試料も作製した。
また、４Ｈ-ＳｉＣ（０００１）８度オフ基板上にも、
同様にバッファ層および活性層を成長させてＳｉＣウエ
ハを作製した。主な成長条件は下記の通りである。

【００５３】さらに、このようにして作製した各ＳｉＣ
ウエハに、ショットキー電極１２およびオーム性電極１
４を形成した。ショットキー電極１２は活性層６の上面
に形成し、オーム性電極１４はＳｉＣ基板２の下面に形
成した。また、ショットキー電極１２にはチタン(Ti:
180nm)、裏面のオーム性電極１４には１０００℃で２０
分間の熱処理を施したニッケル(Ni: 200nm)を用いた。
さらに、ショットキー電極１２は円形で、直径１００μ
ｍから３ｍｍの範囲で変化させた。

【００５４】そして、ショットキー電極１２端部での電
界集中を緩和するために、ホウ素（Ｂ）イオンを注入し
て高抵抗p型領域(ガードリング)１６を形成し、ショッ
トキーダイオードを完成させた。ホウ素イオンの注入は
１２０ｋｅＶ、８０ｋｅＶ、５０ｋｅＶ、３０ｋｅＶの
４段階で行い、総ドーズ量は３×１０¹³ｃｍ^-2とした。
また、ガードリングを形成するp型領域１６の幅は１０
０μｍ、このp型領域１６とショットキー電極１２の重
なり部の幅は１０μｍである。また、イオン注入は室温
で行い、注入イオン活性化のための熱処理(アニール)は
アルゴンガス雰囲気中１５５０℃、３０分の条件で行っ
た。なお、これらの選択的イオン注入用マスクや電極金
属のパターニングには、フォトリソグラフィ技術を用い
た。

【００５５】図８は、作製したショットキーダイオード
の典型的な電流密度−電圧特性を示すグラフである。こ
れは４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板上にバッファ層を
設けて成長したＳｉＣウエハで作製したダイオードで、
電極直径は５００μｍである。逆方向特性では耐圧２１
００Ｖを達成し、しかも−１０００Ｖ印加時のリーク電
流も６×１０^-6Ａ／ｃｍ²と小さい。順方向特性ではオ
ン電圧(電流密度１００Ａ／ｃｍ²時の電圧降下)が１．
２Ｖ、オン抵抗が４×１０^-3Ωｃｍ²という非常に優れ
た特性が得られた。電極面積が３００μｍ以下の小さい
ダイオードでは４Ｈ-ＳｉＣ（０００１）８度オフ基板
上でも同様のダイオード特性が得られたが、電極面積の
大きいダイオードでは両者の間に大きな差が見られた。

【００５６】図９は、４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板
(バッファ層あり、なしの２種類)および４Ｈ-ＳｉＣ
（０００１）８度オフ基板の計３種類のＳｉＣ基板上に
活性層を成長させたＳｉＣウエハを用いて作製したショ
ットキーダイオードの耐圧(平均値)の電極面積依存性を
示すグラフである。各電極面積について、少なくとも１
２ケのダイオードを測定して耐圧の平均値を求めた。４
Ｈ-ＳｉＣ（０００１）８度オフ基板上の成長層を用い
て作製したショットキーダイオードでは、電極面積が５
×１０^-3ｃｍ²〜１×１０^-2ｃｍ²を越えると急激に耐圧
が低下する。４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板の場合で
も、バッファ層を設けない場合は電極面積が１×１０^-2
ｃｍ²程度より大きいダイオードは耐圧が低下する。

【００５７】これに対して、４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２
０）基板上にバッファ層を設けて作製したエピタキシャ
ル成長層を用いた場合には、５×１０^-2ｃｍ²程度の電
極面積でも高い耐圧を維持しており、０．０７ｃｍ²の
場合でも４０％以上の歩留まりで１５００Ｖ以上の耐圧
が得られた。また、耐圧だけでなく、−１０００Ｖ印加
時のリーク電流密度の平均値を電極直径５００μｍのダ
イオードで比較すると、４Ｈ-ＳｉＣ（０００１）８度
オフ基板上に作製したダイオードでは８×１０^-5Ａ／ｃ
ｍ²、バッファ層のない（１１−２０）面上のダイオー
ドで６×１０^-5Ａ／ｃｍ²であるのに対して、バッファ
層を設けた（１１−２０）面上のダイオードでは１×１
０^-5Ａ／ｃｍ²と最も小さかった。

【００５８】これは、４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）面を
用いることによってＳｉＣ基板から活性層へのマイクロ
パイプやらせん転位の貫通が抑制され、しかもバッファ
層の採用によって高品質ＳｉＣ結晶が得られたからであ
ると考えられる。また、４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）面
を用いることによって成長表面の平坦性がよくなり、シ
ョットキー電極／ＳｉＣ界面での電界集中が低減される
という効果もある。なお、この実施例ではショットキー
ダイオードの作製例を述べたが、エピタキシャル成長あ
るいはイオン注入で形成されたｐｎ接合ダイオードやサ
イリスタの場合でも、４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基
板、あるいは１５Ｒ−ＳｉＣ（１１−２０）基板を用い
ることが有効である。

【００５９】［実施例５］本実施例では、（１１−２
０）基板および（０００１）オフ基板により形成したＳ
ｉＣウエハを用いて、図１０に示すnチャネル反転型Ｍ
ＯＳＦＥＴ２０を作製した。用いたＳｉＣ基板２は、改
良レーリー法によって成長したインゴットをスライス
し、鏡面研磨することによって作製した (1)６Ｈ−Ｓｉ
Ｃ（０００１）３．５度オフ基板、 (2)６Ｈ−ＳｉＣ
（１１−２０）基板、 (3)４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）８
度オフ基板、 (4)４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板、
(5)１５Ｒ−ＳｉＣ（０００１）３．５度オフ基板、お
よび(6)１５Ｒ−ＳｉＣ（１１−２０）基板である。

【００６０】ＳｉＣ基板２は全てｐ型で、ショットキー
障壁の容量−電圧特性から求めた実効アクセプタ密度は
２×１０¹⁸ｃｍ^-3〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さは３２０μ
ｍ〜３４０μｍである。そして、各ＳｉＣ基板２上に、
ＣＶＤ法によってホウ素ドープp型ＳｉＣ層をエピタキ
シャル成長した。まず、実施例３の試料（ｂ）と同様
に、８×１０¹⁷ｃｍ^-3から１×１０¹⁶ｃｍ^-3までアクセ
プタ密度を階段的に変化させながら各層につき約０．４
μｍずつ、合計約１．６μｍのバッファ層４を形成した
後、活性層６となる高純度ｐ型ＳｉＣ層を成長した。活
性層６のアクセプタ密度は５×１０¹⁵ｃｍ^-3、膜厚は５
μｍである。主な成長条件は下記の通りである。

【００６１】このようにして作製したＳｉＣウエハに、
さらに、ソース、ドレイン領域形成のために、窒素
（Ｎ）イオンを注入して低抵抗n型領域２２，２４を形
成した。Ｎイオン注入は１４０ｋｅＶ、８０ｋｅＶ、５
０ｋｅＶ、２５ｋｅＶの４段階で行い、総ドーズ量は８
×１０¹⁴ｃｍ^-2とした。イオン注入は室温で行い、注入
イオン活性化のための熱処理はアルゴンガス雰囲気中１
４５０℃、３０分の条件で行った。次に、ドライ酸化に
よりＳｉＣウエハ１上に絶縁層２６を形成した。酸化条
件は、ＳｉＣ（０００１）オフ基板を用いる場合は１１
５０℃、３時間で、ＳｉＣ（１１−２０）試料の場合は
１１５０℃、１時間であり、絶縁層２６の厚さは３５〜
４６ｎｍである。

【００６２】次に、n型領域２２，２４上に、それぞれ
ソース電極２８、ドレイン電極３０を形成した。ソース
電極２８およびドレイン電極３０にはアルミ/チタン(A
l: 250nm、Ti: 30nm)を用い、８００℃で６０分間の
熱処理を施した。さらに、絶縁層２６上に、Ａｌ製のゲ
ート電極３２（厚さ２００ｎｍ）を形成し、その後、フ
ォーミングガス（Ｈ₂／Ｎ₂）中で４５０℃、１０分間の
熱処理を行った。なお、これらの選択的イオン注入用マ
スクや電極金属のパターニングには、フォトリソグラフ
ィ技術を用いた。

【００６３】また、ＭＯＳＦＥＴ２０のチャネル長は３
０μｍ、チャネル幅は２００μｍとした。さらに、Ｓｉ
Ｃ（１１−２０）面上にＭＯＳＦＥＴを作製する場合に
は、面方位を考慮して、ドレイン電流が＜０００１＞方
向または＜１−１００＞方向に流れるようにした。

【００６４】図１１は、作製したＭＯＳＦＥＴの典型的
なドレイン特性を示すグラフである。これは４Ｈ−Ｓｉ
Ｃ（１１−２０）基板上に成長した活性層を用い、チャ
ネルが＜０００１＞軸に平行になっているＭＯＳＦＥＴ
の特性である。線形領域と飽和領域が明確に観測され、
しかもゼロゲートバイアス時にオフとなるノーマリオフ
型のＭＯＳＦＥＴとして良好な動作をしている。他の試
料を用いたＭＯＳＦＥＴでも、全てＦＥＴ動作は確認さ
れたが、チャネル移動度やしきい値電圧に違いが見られ
た。

【００６５】図１２は、それぞれのＭＯＳＦＥＴについ
て線形領域から求めた実効チャネル移動度の平均値を示
す。各試料について少なくとも６個以上のＭＯＳＦＥＴ
を評価してチャネル移動度を測定し、その平均を求め
た。また、ＳｉＣ（１１−２０）基板上に作製したＭＯ
ＳＦＥＴについては、＜０００１＞に平行方向のチャネ
ル移動度(μ//)と＜１−１００＞方向（＜０００１＞軸
に垂直な方向）のチャネル移動度(μ⊥)とを求め、その
比も示した。

【００６６】図１２から分かるように、６Ｈ-ＳｉＣ、
４Ｈ-ＳｉＣ、１５Ｒ-ＳｉＣともにμ⊥で比較すると、
（０００１）オフ基板上に作製したＭＯＳＦＥＴより
（１１−２０）面上に作製したＭＯＳＦＥＴの方が高い
チャネル移動度が得られている。この理由として、（１
１−２０）基板上の活性層６ではステップバンチングに
起因する表面粗さが低減され、極めて平坦なＭＯＳ界面
が得られており、表面粗さによる散乱が低減されている
ことが考えられる。さらに、（０００１）基板と（１１
−２０）基板を比較すると、単位面積あたりのＳｉＣ結
合ボンド数が（１１−２０）面の方が少ないので、酸化
膜を作製した時にＭＯＳ界面に形成される界面準位密度
が（１１−２０）面の方が少ないことが挙げられる。

【００６７】次に、ポリタイプ毎に特性を比較すると、
６Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板上のＭＯＳＦＥＴでは
μ⊥が７４ｃｍ²／Ｖｓと比較的高いものの、μ//は２
２ｃｍ²／Ｖｓと小さい。これは、６Ｈ-ＳｉＣバルク中
の電子移動度の異方性と同様の傾向であるので、有効質
量や散乱因子の異方性が影響しているものと思われる。
いずれにせよ、このように面内で３倍以上の電気伝導の
異方性を示すデバイスは望ましくない。４Ｈ-ＳｉＣの
場合には、（０００１）８度オフ基板上のＭＯＳＦＥＴ
ではチャネル移動度が８．４ｃｍ²／Ｖｓと非常に小さ
いが、（１１−２０）基板上ではμ⊥＝４６ｃｍ²／Ｖ
ｓ、μ//＝５５ｃｍ²／Ｖｓとなり、比較的良好な値で
異方性も小さい。一方、１５Ｒ−ＳｉＣ（１１−２０）
基板上のＭＯＳＦＥＴでは、μ⊥＝７６ｃｍ²／Ｖｓ、
μ//＝６４ｃｍ²／Ｖｓであり、４Ｈ-ＳｉＣより高いチ
ャネル移動度が得られた。以上の結果から、４Ｈ−Ｓｉ
Ｃ（１１−２０）、あるいは１５Ｒ−ＳｉＣ（１１−２
０）基板上に作製したMOＭＯＳＦＥＴではチャネル移動
度が高く、かつ異方性が小さいので、高性能ＭＯＳＦＥ
Ｔ、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、
ＭＯＳゲートサイリスタ等を作製するのに有効である。

【００６８】なお、ここでは熱酸化によってゲート電極
用の絶縁層２６を形成したが、ＣＶＤ法によってＳｉＯ
₂膜を堆積させる場合でも４Ｈ-ＳｉＣあるいは１５Ｒ−
ＳｉＣ（１１−２０）を用いるのが効果的である。ま
た、ここではＭＯＳ界面の特性を調べるために反転型Ｍ
ＯＳＦＥＴを作製したが、４Ｈ-ＳｉＣあるいは１５Ｒ
−ＳｉＣ（１１−２０）を用いると良好な酸化膜/Ｓｉ
Ｃ界面特性が得られるので、他のデバイス作製にも適用
できる。例えば、ＳｉＣ半導体デバイスに酸化膜を第一
層とする表面保護膜を熱酸化または化学気相堆積法で形
成する場合には、非常に安定で、界面におけるキャリヤ
生成速度の低い界面特性が得られる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＳｉ
Ｃウエハによれば、面方位がほぼ（１１−２０）のＳｉ
Ｃ基板を用いるため、ウエハ上にＳｉＣの活性層をエピ
タキシャル成長させても、ＳｉＣ基板の＜０００１＞軸
方向に伸びるマイクロパイプやらせん転位は活性層には
到達しない。また、６Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ基板と比
較して電子移動度の異方性が小さい４Ｈ型ポリタイプま
たは１５Ｒ型ポリタイプの基板を用いるため、ＳｉＣウ
エハ上に成長させた活性層における電子移動度の異方性
が低減される。さらに、ＳｉＣ基板上にＳｉＣからなる
バッファ層が形成されているため、ウエハ上にＳｉＣ活
性層を成長させた場合に、ＳｉＣ基板とＳｉＣ活性層と
の格子不整合による歪みが当該ＳｉＣ活性層に発生する
事態を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳｉＣウエハを示す図である。

【図２】ＳｉＣ基板中のマイクロパイプおよびらせん転
位を示す図である。

【図３】異なるＳｉＣ基板上に成長させたＳｉＣ活性層
の表面状態を示す図である。

【図４】バッファ層の膜厚とＸ線ロッキングカーブのＦ
ＷＨＭの関係を示すグラフである。

【図５】不純物密度が異なるバッファ層を備えたＳｉＣ
ウエハを示す図である。

【図６】１５Ｒ−ＳｉＣ（１１−２０）基板上に形成し
たＳｉＣ活性層のＸ線ロッキングカーブを示すグラフで
ある。

【図７】本発明のＳｉＣショットキーダイオードを示す
図である。

【図８】４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板上に成長させ
たＳｉＣ活性層を用いて作製したショットキーダイオー
ドの電流−電圧特性を示す図である。

【図９】４Ｈ−ＳｉＣショットキーダイオードの電極面
積と耐圧との関係を示すグラフである。

【図１０】本発明のＭＯＳＦＥＴを示す図である。

【図１１】４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板上に成長さ
せたＳｉＣ活性層を用いて作製したＭＯＳＦＥＴの電流
−電圧特性を示す図である。

【図１２】複数のＳｉＣ基板を用いて作製したＭＯＳＦ
ＥＴのチャネル移動度を示す表である。

【符号の説明】

１…ＳｉＣウエハ、２…ＳｉＣ基板、４…バッファ層、
６…活性層、８…マイクロパイプ、１０…らせん転位、
１２…ショットキー電極、１４…オーム性電極、２６…
絶縁層、２８…ソース電極、３０…ドレイン電極、３２
…ゲート電極。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/74 Ｈ０１Ｌ 29/74 Ｑ 29/749 ６０１Ａ 29/78 29/78 ３０１Ｂ // Ｈ０１Ｌ 29/861 ３０１Ｑ 29/91 Ｆ (74)上記３名の代理人 100088155 弁理士長谷川芳樹（外３名） (71)出願人 000156938 関西電力株式会社大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 (71)出願人 000005979 三菱商事株式会社東京都千代田区丸の内２丁目６番３号 (71)出願人 000002130 住友電気工業株式会社大阪府大阪市中央区北浜四丁目５番33号 (74)上記３名の代理人 100088155 弁理士長谷川芳樹 (72)発明者松波弘之京都府八幡市西山足立１−９ (72)発明者木本恒暢京都府京都市伏見区桃山町松平筑前１−39 −605 (72)発明者塩見弘大阪府吹田市原町１−６−19 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AB01 AB07 AB10 BE08 DB04 DB07 EB01 ED05 EE04 EF03 HA06 TA04 4M104 AA03 BB02 CC01 CC05 DD79 FF13 GG07 GG09 5F005 AE09 5F040 DA05 DA22 DC02 EC10 ED03 EH02 FC11 5F045 AB06 AC01 AD18 AE29 AF02 AF13 BB11 CA06 CB02 CB04 DA59 EB15 EK03 GH02 HA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面方位がほぼ（１１−２０）であり、４
Ｈ型ポリタイプまたは１５Ｒ型ポリタイプのＳｉＣ基板
と、前記ＳｉＣ基板上に形成されたＳｉＣからなるバッファ
層と、を備えることを特徴とするＳｉＣウエハ。
【請求項２】前記バッファ層は、厚さが０．３μｍ以
上１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の
ＳｉＣウエハ。
【請求項３】前記バッファ層は、窒素、リン、アルミ
ニウム、またはボロンのうちの少なくとも１つを不純物
として含み、前記バッファ層における前記不純物の密度は、２×１０
¹⁵ｃｍ^-3以上３×１０ ¹⁹ｃｍ^-3以下であることを特徴と
する請求項１または請求項２記載のＳｉＣウエハ。
【請求項４】前記バッファ層における前記不純物の密
度は、前記ＳｉＣ基板中の不純物の密度よりも低いこと
を特徴とする請求項３記載のＳｉＣウエハ。
【請求項５】前記バッファ層上に、ＳｉＣからなる活
性層をさらに備えることを特徴とする請求項１〜請求項
４記載のＳｉＣウエハ。
【請求項６】前記バッファ層における前記不純物の密
度は、前記ＳｉＣ基板との界面から前記ＳｉＣからなる
活性層との界面に向けて減少していることを特徴とする
請求項５記載のＳｉＣウエハ。
【請求項７】請求項５または請求項６記載のＳｉＣウ
エハを備えたＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項８】前記ＳｉＣからなる活性層の表面に金属
層が設けられ、前記活性層と前記金属層によってショッ
トキー障壁が形成されていることを特徴とする請求項７
記載のＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項９】エピタキシャル成長またはイオン注入に
よって形成されたｐｎ接合を有することを特徴とする請
求項７記載のＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項１０】熱酸化または化学気相堆積法で形成さ
れた酸化膜をゲート絶縁膜として有することを特徴とす
る請求項７記載のＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項１１】熱酸化または化学気相堆積法で形成さ
れた酸化膜を表面保護膜の一部として有することを特徴
とする請求項７記載のＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項１２】面方位がほぼ（１１−２０）であると
共に４Ｈ型ポリタイプまたは１５Ｒ型ポリタイプのＳｉ
Ｃ基板上に、ＳｉＣからなるバッファ層を成長させるこ
とを特徴とするＳｉＣウエハの製造方法。
【請求項１３】前記バッファ層上に、ＳｉＣからなる
活性層をさらに成長させることを特徴とする請求項１２
記載のＳｉＣウエハの製造方法。