JP3210161B2 - 半導体基板およびその製造方法 - Google Patents
半導体基板およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板および半導体
基板の製造方法に関し、特に、半導体素子の動作層とし
て炭化ケイ素層を用いるものである。
基板の製造方法に関し、特に、半導体素子の動作層とし
て炭化ケイ素層を用いるものである。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣ（炭化ケイ素）は半導体である。
１２０種以上の結晶構造の炭化ケイ素が存在する。例え
ば、炭化ケイ素の結晶構造としては、４Ｈ、６Ｈ、３Ｃ
のものがある。なお、Ｈは六方晶系、Ｃは立方晶系を示
している。炭化ケイ素は２．２〜３．３ｅＶの禁制帯幅
を有している。すなわち、炭化ケイ素はシリコンよりワ
イドなエネルギーギャップを有している。また、シリコ
ンと比較して、炭化ケイ素は熱的、化学的、機械的に極
めて安定である。このため、炭化ケイ素を動作層とする
半導体素子は、シリコン素子を使用する場合の上限温度
より高温の環境下での使用に耐えられ、かつ、大電力の
制御にも耐えられる。
１２０種以上の結晶構造の炭化ケイ素が存在する。例え
ば、炭化ケイ素の結晶構造としては、４Ｈ、６Ｈ、３Ｃ
のものがある。なお、Ｈは六方晶系、Ｃは立方晶系を示
している。炭化ケイ素は２．２〜３．３ｅＶの禁制帯幅
を有している。すなわち、炭化ケイ素はシリコンよりワ
イドなエネルギーギャップを有している。また、シリコ
ンと比較して、炭化ケイ素は熱的、化学的、機械的に極
めて安定である。このため、炭化ケイ素を動作層とする
半導体素子は、シリコン素子を使用する場合の上限温度
より高温の環境下での使用に耐えられ、かつ、大電力の
制御にも耐えられる。
【０００３】また、β形炭化ケイ素（３Ｃ構造の炭化ケ
イ素）の禁制帯幅は２．２ｅＶであり、シリコンの禁制
帯幅の約２倍である。３Ｃ構造の炭化ケイ素の電子移動
度は９００ｃｍ２／Ｖ・Ｓに達するものである。これら
のため、３Ｃ構造の炭化ケイ素は高速半導体素子の動作
層として注目されている。また、α形炭化ケイ素、例え
ば６Ｈ構造の炭化ケイ素は禁制帯幅が３．３ｅＶであ
り、３Ｃ構造の炭化ケイ素の禁制帯幅よりその値が大き
い。この結果、６Ｈ構造の炭化ケイ素は可視光から近紫
外光の間の光電変換半導体素子の動作層として期待され
ている。また、ｐ型炭化ケイ素およびｎ型炭化ケイ素は
共にｐ型シリコンおよびｎ型シリコンより安定に存在す
る材料である。これは、ワイドなエネルギーギャップを
有する半導体として珍しいことである。
イ素）の禁制帯幅は２．２ｅＶであり、シリコンの禁制
帯幅の約２倍である。３Ｃ構造の炭化ケイ素の電子移動
度は９００ｃｍ２／Ｖ・Ｓに達するものである。これら
のため、３Ｃ構造の炭化ケイ素は高速半導体素子の動作
層として注目されている。また、α形炭化ケイ素、例え
ば６Ｈ構造の炭化ケイ素は禁制帯幅が３．３ｅＶであ
り、３Ｃ構造の炭化ケイ素の禁制帯幅よりその値が大き
い。この結果、６Ｈ構造の炭化ケイ素は可視光から近紫
外光の間の光電変換半導体素子の動作層として期待され
ている。また、ｐ型炭化ケイ素およびｎ型炭化ケイ素は
共にｐ型シリコンおよびｎ型シリコンより安定に存在す
る材料である。これは、ワイドなエネルギーギャップを
有する半導体として珍しいことである。
【０００４】従来、この炭化ケイ素を動作層とする半導
体素子は、エピタキシャル基板に形成されている。この
エピタキシャル基板は所定の基板部上に炭化ケイ素層を
エピタキシャル成長させたものである。この半導体素子
としては、特開平１−２６８１２１号公報に開示された
「炭化ケイ素半導体素子」が知られている。この炭化ケ
イ素半導体素子は、図１１に示すように、ｎ型炭化ケイ
素基板１１１と、ｎ型炭化ケイ素層１１２と、ｐ型炭化
ケイ素層１１３と、Ｔｉ層１１４と、Ａｌ−Ｓｉ合金電
極層１１５と、Ｎｉ電極層１１６とを有している。
体素子は、エピタキシャル基板に形成されている。この
エピタキシャル基板は所定の基板部上に炭化ケイ素層を
エピタキシャル成長させたものである。この半導体素子
としては、特開平１−２６８１２１号公報に開示された
「炭化ケイ素半導体素子」が知られている。この炭化ケ
イ素半導体素子は、図１１に示すように、ｎ型炭化ケイ
素基板１１１と、ｎ型炭化ケイ素層１１２と、ｐ型炭化
ケイ素層１１３と、Ｔｉ層１１４と、Ａｌ−Ｓｉ合金電
極層１１５と、Ｎｉ電極層１１６とを有している。
【０００５】この炭化ケイ素半導体素子の製造方法は、
まず、ｎ型炭化ケイ素基板１１１上にｎ型炭化ケイ素層
１１２をエピタキシャル成長させる。次に、このｎ型炭
化ケイ素層１１２上にｐ型炭化ケイ素層１１３をエピタ
キシャル成長させる。このとき、ｐ型炭化ケイ素層１１
３上には、炭化ケイ素自然酸化膜が成長している。次
に、この炭化ケイ素自然酸化膜上に、炭化ケイ素よりも
強く酸素と反応するＴｉ層１１４を積層する。この結
果、Ｔｉ層１１４は、ｐ型炭化ケイ素層１１３上に成長
している炭化ケイ素自然酸化膜中の酸素と反応し、この
炭化ケイ素自然酸化膜を還元する。さらに、このＴｉ層
１１４上にＡｌ−Ｓｉ合金電極層１１５をパターニング
して形成する。なお、上記ｎ型炭化ケイ素基板１１１下
にＮｉ電極層１１６を形成する。そして、この後、８０
０〜１０００℃で熱処理する。この結果、Ａｌ−Ｓｉ合
金電極層１１５のＡｌ−Ｓｉ合金成分は、Ｔｉ層１１４
中を均一に拡散する。そして、Ａｌ−Ｓｉ合金電極層１
１５は、炭化ケイ素自然酸化膜に妨げられず、ｐ型炭化
ケイ素層１１３に電気的に接続される。
まず、ｎ型炭化ケイ素基板１１１上にｎ型炭化ケイ素層
１１２をエピタキシャル成長させる。次に、このｎ型炭
化ケイ素層１１２上にｐ型炭化ケイ素層１１３をエピタ
キシャル成長させる。このとき、ｐ型炭化ケイ素層１１
３上には、炭化ケイ素自然酸化膜が成長している。次
に、この炭化ケイ素自然酸化膜上に、炭化ケイ素よりも
強く酸素と反応するＴｉ層１１４を積層する。この結
果、Ｔｉ層１１４は、ｐ型炭化ケイ素層１１３上に成長
している炭化ケイ素自然酸化膜中の酸素と反応し、この
炭化ケイ素自然酸化膜を還元する。さらに、このＴｉ層
１１４上にＡｌ−Ｓｉ合金電極層１１５をパターニング
して形成する。なお、上記ｎ型炭化ケイ素基板１１１下
にＮｉ電極層１１６を形成する。そして、この後、８０
０〜１０００℃で熱処理する。この結果、Ａｌ−Ｓｉ合
金電極層１１５のＡｌ−Ｓｉ合金成分は、Ｔｉ層１１４
中を均一に拡散する。そして、Ａｌ−Ｓｉ合金電極層１
１５は、炭化ケイ素自然酸化膜に妨げられず、ｐ型炭化
ケイ素層１１３に電気的に接続される。
【０００６】この炭化ケイ素半導体素子において、隣合
う電極層１１５，１１５間で電流−電圧特性を調べる。
この結果、電極層１１５，１１５間において、電流−電
圧特性を示す線が直線になり、電極層１１５で完全なオ
ーミック性が得られるかのように、上記公報には開示さ
れている。
う電極層１１５，１１５間で電流−電圧特性を調べる。
この結果、電極層１１５，１１５間において、電流−電
圧特性を示す線が直線になり、電極層１１５で完全なオ
ーミック性が得られるかのように、上記公報には開示さ
れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の炭化ケイ素半導体素子にあっては、電極層１
１５のオーミック性が完全なものではなかった。詳しく
は、従来の炭化ケイ素半導体素子の電極層１１５間の電
流−電圧特性を厳密に測定すると、電流−電圧特性を示
す線は、図１２に示す曲線（ｂ）であった。この曲線
（ｂ）は、ある程度直線に近似したものであるが直線で
はない。すなわち、ＩとＶとは比例関係にない。したが
って、従来の半導体基板にオーミック電極を形成して
も、そのオーミック性は不完全なものであった。
うな従来の炭化ケイ素半導体素子にあっては、電極層１
１５のオーミック性が完全なものではなかった。詳しく
は、従来の炭化ケイ素半導体素子の電極層１１５間の電
流−電圧特性を厳密に測定すると、電流−電圧特性を示
す線は、図１２に示す曲線（ｂ）であった。この曲線
（ｂ）は、ある程度直線に近似したものであるが直線で
はない。すなわち、ＩとＶとは比例関係にない。したが
って、従来の半導体基板にオーミック電極を形成して
も、そのオーミック性は不完全なものであった。
【０００８】
【課題解決のための知見】そこで、本願発明者は、従来
の炭化ケイ素半導体素子において、Ｔｉ層１１４を積層
する前の炭化ケイ素層１１３を、ＨＦＳ（ＨＹＤＲＯＧ
ＥＮ ＦＯＲＷＡＲＤ ＳＣＡＴＴＥＲＩＮＧ：水素前
方散乱分析）法で分析した。この結果、炭化ケイ素層１
１３の上部において、Ｓｉ、Ｃ以外にも、水素原子が
１．５％（炭化ケイ素層１１３に対する重量％）以上検
出された。この１．５％以上の水素原子は、炭化ケイ素
層１１３の上部を変質させ、電極層１１５のオーミック
不良の原因であると考えられる。
の炭化ケイ素半導体素子において、Ｔｉ層１１４を積層
する前の炭化ケイ素層１１３を、ＨＦＳ（ＨＹＤＲＯＧ
ＥＮ ＦＯＲＷＡＲＤ ＳＣＡＴＴＥＲＩＮＧ：水素前
方散乱分析）法で分析した。この結果、炭化ケイ素層１
１３の上部において、Ｓｉ、Ｃ以外にも、水素原子が
１．５％（炭化ケイ素層１１３に対する重量％）以上検
出された。この１．５％以上の水素原子は、炭化ケイ素
層１１３の上部を変質させ、電極層１１５のオーミック
不良の原因であると考えられる。
【０００９】したがって、従来のように、Ｔｉ層１１４
を用いた炭化ケイ素自然酸化膜の除去のみによっては、
完全なオーミック性を得ることはできず、炭化ケイ素層
１１３の上部の変質の影響を排除できないものである。
を用いた炭化ケイ素自然酸化膜の除去のみによっては、
完全なオーミック性を得ることはできず、炭化ケイ素層
１１３の上部の変質の影響を排除できないものである。
【００１０】そして、炭化ケイ素層１１３の上部に水素
原子を１．５％以上含む原因は、エピタキシャル成長で
使用するＨ２キャリアガスによるものと考えられる。こ
れは、炭化ケイ素層１１３をエピタキシャル成長させた
後、炭化ケイ素基板１１１をエピタキシャル成長の温度
から室温まで下げるとき、カーボンソースのガスおよび
シリコンソースのガスの供給を停止するが、Ｈ２キャリ
アガスを供給し続けるからである。
原子を１．５％以上含む原因は、エピタキシャル成長で
使用するＨ２キャリアガスによるものと考えられる。こ
れは、炭化ケイ素層１１３をエピタキシャル成長させた
後、炭化ケイ素基板１１１をエピタキシャル成長の温度
から室温まで下げるとき、カーボンソースのガスおよび
シリコンソースのガスの供給を停止するが、Ｈ２キャリ
アガスを供給し続けるからである。
【００１１】そこで、本願発明者は、ｐ型炭化ケイ素層
１１３の変質部を除去し、炭化ケイ素層１１３の内部
（その変質部より下方の部分）を露出させた。この炭化
ケイ素層１１３の露出部をＨＦＳ法で分析した。この結
果、水素原子が１％以下検出された。さらに、炭化ケイ
素層１１３の露出部の上に所定の電極形成を行い、その
電流−電圧特性を調べた。この結果、図１２に示すよう
に、電流−電圧特性は完全な直線（ａ）になった。した
がって、電極層１１５は完全なオーミック性を有する。
この結果、炭化ケイ素層１１３の表面部に水素原子が１
％を超えて含まれると、オーミック性が不完全になり、
水素原子が１％以下含まれると、オーミック性が完全に
なるという知見が得られた。
１１３の変質部を除去し、炭化ケイ素層１１３の内部
（その変質部より下方の部分）を露出させた。この炭化
ケイ素層１１３の露出部をＨＦＳ法で分析した。この結
果、水素原子が１％以下検出された。さらに、炭化ケイ
素層１１３の露出部の上に所定の電極形成を行い、その
電流−電圧特性を調べた。この結果、図１２に示すよう
に、電流−電圧特性は完全な直線（ａ）になった。した
がって、電極層１１５は完全なオーミック性を有する。
この結果、炭化ケイ素層１１３の表面部に水素原子が１
％を超えて含まれると、オーミック性が不完全になり、
水素原子が１％以下含まれると、オーミック性が完全に
なるという知見が得られた。
【００１２】
【発明の目的】本発明は、かかる知見に着目してなされ
たものであり、その目的は、完全なオーミック性を有す
る電極を形成することができる半導体基板および半導体
基板の製造方法を提供することである。
たものであり、その目的は、完全なオーミック性を有す
る電極を形成することができる半導体基板および半導体
基板の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、炭化ケイ素層を有する半導体基板において、上記単
結晶炭化ケイ素層は水素原子を含むと共に、その単結晶
炭化ケイ素は９９重量％以上で、かつ、その水素原子は
１重量％以下である半導体基板である。
は、炭化ケイ素層を有する半導体基板において、上記単
結晶炭化ケイ素層は水素原子を含むと共に、その単結晶
炭化ケイ素は９９重量％以上で、かつ、その水素原子は
１重量％以下である半導体基板である。
【００１４】また、請求項２に記載の発明は、単結晶半
導体基板部上に、単結晶炭化ケイ素層をエピタキシャル
成長させた後、キャリアガスとして水素ガスを用いて、
この単結晶炭化ケイ素層の上部に１重量％を越える水素
原子を含む変質層を形成する変質層形成工程と、この変
質層を除去する除去工程とを含む半導体基板の製造方法
である。
導体基板部上に、単結晶炭化ケイ素層をエピタキシャル
成長させた後、キャリアガスとして水素ガスを用いて、
この単結晶炭化ケイ素層の上部に１重量％を越える水素
原子を含む変質層を形成する変質層形成工程と、この変
質層を除去する除去工程とを含む半導体基板の製造方法
である。
【００１５】また、請求項３に記載の発明は、上記除去
工程にあっては、上記変質層を熱酸化することにより熱
酸化層を形成し、この熱酸化層を溶液で除去する半導体
基板の製造方法である。
工程にあっては、上記変質層を熱酸化することにより熱
酸化層を形成し、この熱酸化層を溶液で除去する半導体
基板の製造方法である。
【００１６】また、請求項４に記載の発明は、上記除去
工程にあっては、上記変質層を研磨して除去する半導体
基板の製造方法である。
工程にあっては、上記変質層を研磨して除去する半導体
基板の製造方法である。
【００１７】また、請求項５に記載の発明は、上記除去
工程にあっては、上記変質層を研磨することにより発生
した研磨歪層を熱酸化することにより熱酸化層を形成
し、この熱酸化層を溶液で除去する半導体基板の製造方
法である。
工程にあっては、上記変質層を研磨することにより発生
した研磨歪層を熱酸化することにより熱酸化層を形成
し、この熱酸化層を溶液で除去する半導体基板の製造方
法である。
【００１８】
【作用】請求項１に記載の発明に係る半導体基板にあっ
ては、単結晶炭化ケイ素層の表面部には、９９％以上の
単結晶炭化ケイ素と、１％以下の水素原子とが含まれ
る。このため、単結晶炭化ケイ素層上にオーミック電極
を形成しても、オーミック性が完全なものとなる。
ては、単結晶炭化ケイ素層の表面部には、９９％以上の
単結晶炭化ケイ素と、１％以下の水素原子とが含まれ
る。このため、単結晶炭化ケイ素層上にオーミック電極
を形成しても、オーミック性が完全なものとなる。
【００１９】このオーミック電極としては、Ａｌ、Ａｌ
−Ｓｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ、ＴａＳｉ２、
Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ−Ｔａ、ＷＳｉ２、ＴｉＳｉ２等が適し
ている。なお、このオーミック電極は、真空蒸着法また
はスパッタリングなどで形成される。
−Ｓｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ、ＴａＳｉ２、
Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ−Ｔａ、ＷＳｉ２、ＴｉＳｉ２等が適し
ている。なお、このオーミック電極は、真空蒸着法また
はスパッタリングなどで形成される。
【００２０】そして、請求項２に記載の発明に係る半導
体基板の製造方法では、単結晶半導体基板部上に単結晶
炭化ケイ素層をエピタキシャル成長させる。このときの
キャリアガスは水素ガスを使用する。この結果、単結晶
炭化ケイ素層の上部が変質し、変質層となる。この変質
とは、単結晶炭化ケイ素層上にオーミック電極を形成し
たとき、オーミック性が不完全になることをいう。さら
に、この変質層を除去する。この結果、単結晶炭化ケイ
素層の表面部が正常に形成される。すなわち、この単結
晶炭化ケイ素層上にオーミック電極を形成しても、オー
ミック性は完全なものとなる。
体基板の製造方法では、単結晶半導体基板部上に単結晶
炭化ケイ素層をエピタキシャル成長させる。このときの
キャリアガスは水素ガスを使用する。この結果、単結晶
炭化ケイ素層の上部が変質し、変質層となる。この変質
とは、単結晶炭化ケイ素層上にオーミック電極を形成し
たとき、オーミック性が不完全になることをいう。さら
に、この変質層を除去する。この結果、単結晶炭化ケイ
素層の表面部が正常に形成される。すなわち、この単結
晶炭化ケイ素層上にオーミック電極を形成しても、オー
ミック性は完全なものとなる。
【００２１】この単結晶半導体基板部としては、単結晶
シリコンまたは単結晶炭化ケイ素などの材料が適してい
る。また、単結晶炭化ケイ素層は４Ｈ、６Ｈ、または３
Ｃなどの結晶構造である。上記エピタキシャル成長は、
単結晶半導体基板部の材料の種類、その結晶構造および
単結晶炭化ケイ素層の結晶構造によって、ホモエピタキ
シャル成長またはヘテロエピタキシャル成長するもので
ある。このようなエピタキシャル成長には、ＶＰＥ（気
相エピタキシャル法）、ＬＰＥ（液相エピタキシャル
法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル法）が用いられ
る。このＶＰＥとしては、ＣＶＤ（化学的気相成長
法）、ＰＶＤ（物理的気相成長法）がある。また、ＬＰ
Ｅとしては、ディップ法、回転ディップ法がある。
シリコンまたは単結晶炭化ケイ素などの材料が適してい
る。また、単結晶炭化ケイ素層は４Ｈ、６Ｈ、または３
Ｃなどの結晶構造である。上記エピタキシャル成長は、
単結晶半導体基板部の材料の種類、その結晶構造および
単結晶炭化ケイ素層の結晶構造によって、ホモエピタキ
シャル成長またはヘテロエピタキシャル成長するもので
ある。このようなエピタキシャル成長には、ＶＰＥ（気
相エピタキシャル法）、ＬＰＥ（液相エピタキシャル
法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル法）が用いられ
る。このＶＰＥとしては、ＣＶＤ（化学的気相成長
法）、ＰＶＤ（物理的気相成長法）がある。また、ＬＰ
Ｅとしては、ディップ法、回転ディップ法がある。
【００２２】例えば、ＣＶＤで用いるシリコンソースの
ガスとしては、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、
ＳｉＨＣｌ２、（ＣＨ３）３ＳｉＣｌ、（ＣＨ３）２Ｓ
ｉＣｌ２などが適している。また、カーボンソースのガ
スとしては、ＣＣｌ４、炭化水素などが適している。こ
の炭化水素としては、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ
２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８などが適している。キャリアガスとし
ては、Ｈ２が適している。
ガスとしては、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、
ＳｉＨＣｌ２、（ＣＨ３）３ＳｉＣｌ、（ＣＨ３）２Ｓ
ｉＣｌ２などが適している。また、カーボンソースのガ
スとしては、ＣＣｌ４、炭化水素などが適している。こ
の炭化水素としては、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ
２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８などが適している。キャリアガスとし
ては、Ｈ２が適している。
【００２３】例えば、このようなシリコンソースのガ
ス、カーボンソースのガス、キャリアガスを用いたＣＶ
Ｄで、その温度が８００〜１４００℃の単結晶シリコン
基板上に、３Ｃ構造の単結晶炭化ケイ素層をエピタキシ
ャル成長させることが可能である。また、その温度が８
００〜１４００℃の６Ｈ構造の単結晶炭化ケイ素基板上
に、３Ｃ構造の単結晶炭化ケイ素層をエピタキシャル成
長させることが可能である。また、上記カーボンソース
のガスおよびキャリアガスを用いて、その基板温度が８
００〜１４００℃の単結晶シリコン基板上に、薄い炭化
層を形成し、この後、上記シリコンソースのガスを加え
て、上記炭化層上に３Ｃ構造の単結晶炭化ケイ素層をエ
ピタキシャル成長させることが可能である。また、その
温度が１２００〜１５００℃の６Ｈ構造の単結晶炭化ケ
イ素基板上に、６Ｈ構造の単結晶炭化ケイ素層をエピタ
キシャル成長させることが可能である。
ス、カーボンソースのガス、キャリアガスを用いたＣＶ
Ｄで、その温度が８００〜１４００℃の単結晶シリコン
基板上に、３Ｃ構造の単結晶炭化ケイ素層をエピタキシ
ャル成長させることが可能である。また、その温度が８
００〜１４００℃の６Ｈ構造の単結晶炭化ケイ素基板上
に、３Ｃ構造の単結晶炭化ケイ素層をエピタキシャル成
長させることが可能である。また、上記カーボンソース
のガスおよびキャリアガスを用いて、その基板温度が８
００〜１４００℃の単結晶シリコン基板上に、薄い炭化
層を形成し、この後、上記シリコンソースのガスを加え
て、上記炭化層上に３Ｃ構造の単結晶炭化ケイ素層をエ
ピタキシャル成長させることが可能である。また、その
温度が１２００〜１５００℃の６Ｈ構造の単結晶炭化ケ
イ素基板上に、６Ｈ構造の単結晶炭化ケイ素層をエピタ
キシャル成長させることが可能である。
【００２４】また、請求項３に記載の発明に係る半導体
基板の製造方法にあっては、炭化ケイ素層の変質層を熱
酸化する。この結果、変質層は熱酸化層となる。この熱
酸化層は二酸化ケイ素層で構成される。この熱酸化層を
溶液で除去する。例えば、ＨＦ系の液に浸して化学的に
除去する。この結果、単結晶炭化ケイ素層の表面部が正
常に形成される。
基板の製造方法にあっては、炭化ケイ素層の変質層を熱
酸化する。この結果、変質層は熱酸化層となる。この熱
酸化層は二酸化ケイ素層で構成される。この熱酸化層を
溶液で除去する。例えば、ＨＦ系の液に浸して化学的に
除去する。この結果、単結晶炭化ケイ素層の表面部が正
常に形成される。
【００２５】また、請求項４に記載の発明に係る半導体
基板の製造方法にあっては、単結晶炭化ケイ素層の変質
層を研磨して除去する。この結果、単結晶炭化ケイ素層
の表面部が正常に形成される。例えば、この研磨として
は、ダイヤモンドスラリーを用いた機械的研磨が適して
いる。
基板の製造方法にあっては、単結晶炭化ケイ素層の変質
層を研磨して除去する。この結果、単結晶炭化ケイ素層
の表面部が正常に形成される。例えば、この研磨として
は、ダイヤモンドスラリーを用いた機械的研磨が適して
いる。
【００２６】また、請求項５に記載の発明に係る半導体
基板の製造方法にあっては、単結晶炭化ケイ素層の変質
層を研磨する。この結果、変質層の一部は除去され、残
った変質層は、研磨の際の歪を含む研磨歪層となる。こ
の研磨歪層を熱酸化する。この結果、研磨歪層は熱酸化
層となる。この熱酸化層を溶液で除去する。この結果、
単結晶炭化ケイ素層の表面部が正常に形成される。ま
た、単結晶炭化ケイ素層の変質層が厚いときでも、研磨
で、短時間に除去することができる。
基板の製造方法にあっては、単結晶炭化ケイ素層の変質
層を研磨する。この結果、変質層の一部は除去され、残
った変質層は、研磨の際の歪を含む研磨歪層となる。こ
の研磨歪層を熱酸化する。この結果、研磨歪層は熱酸化
層となる。この熱酸化層を溶液で除去する。この結果、
単結晶炭化ケイ素層の表面部が正常に形成される。ま
た、単結晶炭化ケイ素層の変質層が厚いときでも、研磨
で、短時間に除去することができる。
【００２７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の第１実施例を
説明する。
説明する。
【００２８】まず、単結晶シリコン基板１を準備する
（図１）。この単結晶シリコン基板１を８００〜１４０
０℃に加熱して、Ｃ３Ｈ８ガス、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガ
スを供給する。この結果、単結晶シリコン基板１上に３
Ｃ構造の単結晶炭化ケイ素層２がヘテロエピタキシャル
成長する。このときの単結晶炭化ケイ素層２は、ｎ型、
キャリア濃度１０１７／ｃｍ３、膜厚２〜２０μｍであ
る。このとき、単結晶炭化ケイ素層２の上部には、厚さ
５０〜８０ｎｍの変質層３が形成されている（図２）。
（図１）。この単結晶シリコン基板１を８００〜１４０
０℃に加熱して、Ｃ３Ｈ８ガス、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガ
スを供給する。この結果、単結晶シリコン基板１上に３
Ｃ構造の単結晶炭化ケイ素層２がヘテロエピタキシャル
成長する。このときの単結晶炭化ケイ素層２は、ｎ型、
キャリア濃度１０１７／ｃｍ３、膜厚２〜２０μｍであ
る。このとき、単結晶炭化ケイ素層２の上部には、厚さ
５０〜８０ｎｍの変質層３が形成されている（図２）。
【００２９】この後、Ｏ２およびＨ２Ｏの雰囲気にて、
１０００〜１２００℃の温度で、２〜１００時間の熱処
理を施す。この結果、上記変質層３は熱酸化され、熱酸
化層４となる（図３）。次に、この熱酸化層４をＨＦ液
にてエッチング処理して除去する（図４）。この直後
に、真空蒸着法により、Ｔｉ層５およびＮｉ電極層６を
直径０．５ｍｍ、間隔５ｍｍに形成する（図５）。
１０００〜１２００℃の温度で、２〜１００時間の熱処
理を施す。この結果、上記変質層３は熱酸化され、熱酸
化層４となる（図３）。次に、この熱酸化層４をＨＦ液
にてエッチング処理して除去する（図４）。この直後
に、真空蒸着法により、Ｔｉ層５およびＮｉ電極層６を
直径０．５ｍｍ、間隔５ｍｍに形成する（図５）。
【００３０】このＴｉ層５は、ＨＦ処理後からＴｉ層５
の形成までの間に、単結晶炭化ケイ素層２上に成長した
炭化ケイ素自然酸化膜を還元するものである。なお、こ
のＴｉ層５としては、Ｔｉに限ることなく、炭化ケイ素
よりも強く酸素と反応する金属であればよい。例えば、
Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｇなどが適している。そして、上
記電極層６，６間の電流−電圧特性を調べると、図１２
の直線（ａ）と同じ直線である。したがって、電極層６
のオーミック性は完全である。
の形成までの間に、単結晶炭化ケイ素層２上に成長した
炭化ケイ素自然酸化膜を還元するものである。なお、こ
のＴｉ層５としては、Ｔｉに限ることなく、炭化ケイ素
よりも強く酸素と反応する金属であればよい。例えば、
Ｃｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｇなどが適している。そして、上
記電極層６，６間の電流−電圧特性を調べると、図１２
の直線（ａ）と同じ直線である。したがって、電極層６
のオーミック性は完全である。
【００３１】次に、本発明の第２実施例を説明する。
【００３２】まず、上記第１実施例のものと同じよう
に、単結晶シリコン基板１上に３Ｃ構造の単結晶炭化ケ
イ素層７をヘテロエピタキシャル成長させる。この結
果、単結晶炭化ケイ素層７の上部には、厚さ１００ｎｍ
の変質層８が形成されている（図６）。
に、単結晶シリコン基板１上に３Ｃ構造の単結晶炭化ケ
イ素層７をヘテロエピタキシャル成長させる。この結
果、単結晶炭化ケイ素層７の上部には、厚さ１００ｎｍ
の変質層８が形成されている（図６）。
【００３３】この厚さ１００ｎｍの変質層８をダイヤモ
ンドスラリーを含む研磨液で研磨して５０〜８０ｎｍ程
度の厚さだけ除去する。残った変質層８は研磨の際の歪
を含み、研磨歪層９となる（図７）。この後、Ｏ２およ
びＨ２Ｏの雰囲気にて、１０００〜１２００℃の温度
で、０．５〜４０時間の熱処理を施す。この結果、厚さ
２０〜５０ｎｍの研磨歪層９は熱酸化され、熱酸化層１
０となる（図８）。次に、第１実施例のときと同じよう
に、この熱酸化層１０をＨＦ液にてエッチング処理して
除去する（図９）。この直後に、真空蒸着法により、Ｔ
ｉ層５およびＮｉ電極層６を形成する（図１０）。そし
て、電極層６，６間の電流−電圧特性を調べると、図１
２の直線（ａ）と同じ直線であり、電極層６のオーミッ
ク性は完全である。
ンドスラリーを含む研磨液で研磨して５０〜８０ｎｍ程
度の厚さだけ除去する。残った変質層８は研磨の際の歪
を含み、研磨歪層９となる（図７）。この後、Ｏ２およ
びＨ２Ｏの雰囲気にて、１０００〜１２００℃の温度
で、０．５〜４０時間の熱処理を施す。この結果、厚さ
２０〜５０ｎｍの研磨歪層９は熱酸化され、熱酸化層１
０となる（図８）。次に、第１実施例のときと同じよう
に、この熱酸化層１０をＨＦ液にてエッチング処理して
除去する（図９）。この直後に、真空蒸着法により、Ｔ
ｉ層５およびＮｉ電極層６を形成する（図１０）。そし
て、電極層６，６間の電流−電圧特性を調べると、図１
２の直線（ａ）と同じ直線であり、電極層６のオーミッ
ク性は完全である。
【００３４】この第２実施例は、第１実施例と比較する
と、変質層８は第１実施例の変質層３より厚い。この厚
いとき、第１実施例の方法を用いると、熱酸化時間に長
時間を要する。この結果、単結晶炭化ケイ素層５の表面
部を正常に形成する時間も長くなる。しかし、第２実施
例の場合は、変質層８より薄い研磨歪層９を熱酸化す
る。このため、熱酸化の時間も短い。この結果、単結晶
炭化ケイ素層５の表面部を正常に形成する時間も短くな
る。
と、変質層８は第１実施例の変質層３より厚い。この厚
いとき、第１実施例の方法を用いると、熱酸化時間に長
時間を要する。この結果、単結晶炭化ケイ素層５の表面
部を正常に形成する時間も長くなる。しかし、第２実施
例の場合は、変質層８より薄い研磨歪層９を熱酸化す
る。このため、熱酸化の時間も短い。この結果、単結晶
炭化ケイ素層５の表面部を正常に形成する時間も短くな
る。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、完全なオーミック性を
有する電極を形成することができる炭化ケイ素基板を得
ることができる。
有する電極を形成することができる炭化ケイ素基板を得
ることができる。
【図１】第１実施例に係る半導体基板の製造方法の一工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図２】第１実施例に係る半導体基板の製造方法の一工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図３】第１実施例に係る半導体基板の製造方法の一工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図４】第１実施例に係る半導体基板の製造方法の一工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図５】第１実施例に係る半導体基板の製造方法の一工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図６】第２実施例に係る半導体基板の製造方法の一工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図７】第２実施例に係る半導体基板の製造方法の一工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図８】第２実施例に係る半導体基板の製造方法の一工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図９】第２実施例に係る半導体基板の製造方法の一工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図１０】第２実施例に係る半導体基板の製造方法の一
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図１１】従来例の半導体基板を示す断面図である。
【図１２】従来例および本発明の金属電極間の電流−電
圧特性を示すグラフである。
圧特性を示すグラフである。
１ 単結晶シリコン基板 ２ 単結晶炭化ケイ素層 ３ 変質層 ４ 熱酸化層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神山 栄治 埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地 三 菱マテリアル株式会社 中央研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/43 H01L 29/47 H01L 29/872 H01L 21/20
Claims (5)
- 【請求項１】 単結晶炭化ケイ素層を有する半導体基板
において、上記単結晶炭化ケイ素層は水素原子を含むと共に、 その
単結晶炭化ケイ素は９９重量％以上で、かつ、その水素
原子は１重量％以下であることを特徴とする半導体基
板。 - 【請求項２】 単結晶半導体基板部上に、単結晶炭化ケ
イ素層をエピタキシャル成長させた後、キャリアガスと
して水素ガスを用いて、この単結晶炭化ケイ素層の上部
に１重量％を越える水素原子を含む変質層を形成する変
質層形成工程と、 この変質層を除去する除去工程とを含むことを特徴とす
る半導体基板の製造方法。 - 【請求項３】 上記除去工程にあっては、上記変質層を
熱酸化することにより熱酸化層を形成し、 この熱酸化層を溶液で除去する請求項２に記載の半導体
基板の製造方法。 - 【請求項４】 上記除去工程にあっては、上記変質層を
研磨して除去する請求項２に記載の半導体基板の製造方
法。 - 【請求項５】 上記除去工程にあっては、上記変質層を
研磨することにより研磨歪層を形成し、 この研磨歪層を熱酸化することにより熱酸化層を形成
し、 この熱酸化層を溶液で除去する請求項２に記載の半導体
基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34007593A JP3210161B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 半導体基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34007593A JP3210161B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 半導体基板およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07161658A JPH07161658A (ja) | 1995-06-23 |
| JP3210161B2 true JP3210161B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=18333488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34007593A Expired - Fee Related JP3210161B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 半導体基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3210161B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4956783B2 (ja) * | 2006-01-26 | 2012-06-20 | 日産自動車株式会社 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-07 JP JP34007593A patent/JP3210161B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07161658A (ja) | 1995-06-23 |
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