JP5651467B2 - 大領域SiC基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、一般に半導体材料、さらに詳しくはSiウェハーへの大領域(area)ワイドバンドギャップSiC含有フィルムの製造方法に関する。
近代の電子デバイスの発展は、常にそれらのデバイスにおいて用いられる半導体材料の品質の増大する要求に委ねられている。サファイアおよびSiのような、半導体材料の成長に一般に用いられる基板は、通常、それらの基板上に成長させた半導体材料において、半導体材料に用いられる電子デバイスの特性および信頼性に悪影響を与える多数の欠陥を引き起こす。
基板の入手困難性に起因する。基板の結晶構造がフィルム上に反映されるような基板にフ
ィルムを成長させるとき、このようにして成長されたフィルムは、異なる半導体材料の形
成された層間の界面(すなわち、基板上に成長された基板とフィルムとの界面)で微構造
の不連続が表れる。フィルムの厚さが基板のそれよりもかなり小さいので、フィルムと基
板との間の格子定数の差異が、フィルム中の歪みおよび欠陥の発生を引き起こす。
からなる出発基板に成長させ、かつ次いで常温に冷却させるとき、熱膨張係数または格子
定数の差異に起因する応力のために、窒化物半導体層中に多数の欠陥およびクラックが発
生する。もし多数の欠陥およびクラックが成長された層(窒化物半導体層)中で発生する
ならば、フィルムが成長された層上にエピタキシャル形成されたときに、格子欠陥または
多数の転移、変形、クラックなどがフィルム中で発生する。これは、フィルム特性の低下
の原因になる。
エピタキシャル成長中に副生成物と反応する。半導体フィルム成長用の最も市販され、入
手可能な基板は、SiCである。しかしながら、ウェハー、特に大きなSiCウェハーは
非常に高価である。
したがって、削減された結晶欠陥を有する化合物半導体フィルム成長用の高品質基板の
開発の要求が起こっている。
Si基板上に堆積されたSiC含有フィルム(「SiCオンSiフィルム」)の製造方法が開示される。その方法は、Si基板をエッチングして自然酸化膜を除去し、かつ1000℃以下の温度でSi基板上にSiCを含む第1フィルムをエピタキシャル成長させる工程を含む。
また、1000℃以下の温度で、Si基板上にSiCまたはSiC含有材料を堆積することにより製造されたSiC含有フィルムが開示される。
さらに、1000℃以下の温度で、Si基板上にSiCまたはSiC含有材料を堆積することにより製造されたSiC含有フィルムを用いた電子デバイスが開示される。
図1は、Si基板上にSiC含有フィルムを成長させるためのプロセス100を概要的
に示す。そのプロセスは、Si基板をエッチングして自然酸化膜を除去し(工程110)
、かつ1000℃以下の温度でSi基板上にSiCを含む第1フィルムをエピタキシャル
成長させる(SiCオンSiフィルム)(工程120)工程を含む。
れの半導体フィルムにも関する。例えば、SiC含有フィルムは、単一のSiCフィルム
、SiC層を含む多層フィルム、またはSiCxGe(1-x)またはSiCxAlN(1-x)フィ
ルム(ここで、0<x<1)のようなSiCヘテロ構造を有するフィルムであり得る。
Si基板は、(111)方位を有する。SiC含有フィルムの所期の使用に応じて、Si
基板は、ドープSi基板または半絶縁性Si基板であり得る。例えば、もしSiC含有フ
ィルムがGaN高電子移動度トランジスタ(HEMT)の基板として用いられるならば、
半絶縁性Si基板は、高周波動作におけるデバイスにおいて、導電性を有する基板から製
造される、寄生容量を回避するために、n型またはp型Si基板に対して好ましい。
iウェハーは、10%HFでエッチングされて自然酸化膜が除去される。もう1つの態様
において、Siウェハーは、エッチング工程後に窒素ガスで乾燥される。
応原子層堆積(RALD)技術を用いて、Si基板上に成長させ得る。もし堆積される材
料が単一のSiCからなるならば、このようにして成長されたフィルムは、「SiCオン
Siフィルム」と称される。
いて、ラジオ周波数(RF)プラズマスパッタリングで、Si基板上にSiCフィルムが
堆積される。SiCオンSi堆積は、異なるターゲット材料を用いて達成することもでき
る。例えば、Siターゲットは、SiCの反応性スパッタリング用のメタンまたはプロパ
ン雰囲気で用いることができる。分離型のSiおよびCターゲットも、Si上にSiCを
堆積するために用いられる。ターゲット材料は、ドープSiCオンSiフィルムの製造用
のn型またはp型ドーパントをさらに含む。
ィルムが成長される。化学気相成長技術は、その融点以下の温度でフィルムを成長する利
点を提供する。CVD方法において、化学反応は、気相から固体材料を堆積するために利
用される。CVDは、低温反応化学気相成長法(LTRCVD)、大気圧化学気相成長法
(APCVD)、低圧化学気相成長法(LPCVD)、有機金属化学気相成長法(MOC
VD)、プラズマアシスト化学気相成長法(PACVD)またはプラズマ強化化学気相成
長法(PECVD)、レーザ化学気相成長法(LCVD)、光化学気相成長法(PCVD
)、ホットワイヤーCVD(HWCVD)、化学気相浸透(Chemical Vapor Infiltratio
n)(CVI)および化学ビームエピタキシー(CBE)、およびハイドライド気相エピタキシー(HYPE)のような方法を含む。
基板の炭化は、時にはSiC含有フィルムによりよい形態を生じる。1つの実施形態にお
いて、Si基板の炭化は、1250℃を超える温度でプロパンの加熱分解により行われる
。
SiC含有フィルムが成長される。表1は、一般に用いられるSiC前駆物質の一覧を提
供する。LTRCVD用の好ましいSiC前駆物質は、ヘキサメチルジシランである。
N,N',N''-トリ-tert-ブチルシラントリアミン
N,N,N',N'-テトラ-メチルシランジアミン
2,4,6,8-テトラメチルシクロテトラシロキサン
2,4,6,8,10-ペンタメチルシクロペンタシロキサン
テトラエチルシラン
ヘキサメチルジシラン
1,2-ジ(メチルiシリル)エタン
トリスジメチルアミノシラン(3-DMAS)
テトラキス(ジメチルアミノ)シラン
2-ドデカメチルシクロテトラシラン
オクタフェニルシクロテトラシラン
ジエチルシラン
テトラメチルシラン
ジ-tert-ブチルシラン
テトラメチルシラン
ジ-tert-ブチルシラン
メチルトリクロロシラン
テトラキス(エチルメチルアミド)シラン
テトラメチルシラン
ジ-tert-ブチルシラン
メチルトリクロロシラン
テトラキス(エチルメチルアミド)シラン
テトラキス(トリメチルシリル)シラン
)のようなSiCヘテロ構造をSi基板上に成長させるためにも用いられる。1つの実施
形態において、SiCヘテロ構造フィルムは、SiC源としてヘキサメチルジシラン(H
MDS)、窒素源としてアンモニア、アルミニウム源としてトリメチルアンモニウム(T
MA)およびゲルマニウム源としてテトラメチルゲルマニウム(TMGe)を用いて、1
000℃以下の温度で、CVDにより発生される。
対AlNの比は、HMDS対TMGeまたはHMDS対アンモニア対TMA比と同様に、
それぞれ気相堆積プロセスの背景圧力によって決定される。異なるSiC対GeまたはS
iC対AlN比を有するSiC(x)Ge(1-x)またはSiC(x)AlN(1-x)フィルムは、出
発材料中のHMDS対TMGeまたはHMDS対アンモニア対TMA比を調整することに
より、かつ背景圧力を変化させることにより得ることができる。
1-x)フィルムの格子定数およびバンドギャップのような格子パラメーターを決定する。例
えば、AlNリッチSiC(x)AlN(1-x)フィルムは、AlNのそれに近い格子定数およ
びバンドギャップを有する。一方、SiCリッチSiC(x)AlN(1-x)フィルムは、Si
Cのそれに近い格子定数およびバンドギャップを有する。したがって、出発材料中のSi
C対AlN比および気相堆積の背景圧力は、SiC(x)AlN(1-x)フィルムの所期の用途
に基づいて選択される。
て用いられるならば、AlNがGaNに対するよりよい格子適合を提供するので、低いS
iC対AlN比が好ましい。SiC、GaNおよびAlNの格子定数は、3.073Å、3.189Åおよび3.112Åである。AlNの濃度を増加させることにより、格子パラメーターは、GaNの格子パラメーターの近くに移動し、それ故によりよいエピタキシャル成長が可能になる。
ある。単一SiC層またはドープSiC層の厚さは、AlNの堆積中に、Si基板の故意
でないp型ドーピングを防ぐために用いてもよい。
本発明のさらにもう1つの見地は、本発明のSiCオンSiフィルムを用いる、ダイオードのような電子デバイスに関する。
実施例1:Si基板の抵抗加熱を伴うRFプラズマを用いるSi基板上へのSiCフィルムの堆積
基板として、2インチ片面研磨Si(111)ウェハーを用いた。そのSiウェハーを10%HFでエッチングして自然酸化膜を除去した。そのエッチングされたウェハーを窒素ガスで乾燥し、すぐに図2に示されるスパッタリングシステムの成長チャンバー中に装着した。
実施例1において製造されたSiCオンSiフィルムに対する、リソグラフィックパターニングおよびCr/Auコンタクトの蒸発により、いくつかのダイオードデバイスを作った。そのデバイスを作るためのプロセス(すなわち、金属堆積およびリソグラフィックリフトオフプロセス)は、すべて当業者にとって公知の標準的なダイオードの製造プロセスであった。このようなダイオードの代表的な構造を図8に示す。
AlNオンSiCオンSiフィルムを生み出すために、MOCVDを用いて、実施例1において製造したSiCオンSiフィルム上に、1000Åの厚さを有するAlNを堆積した。図10は、SiCピークとAlNピークの両方を示す、AlNオンSiCオンSiフィルムのX線回折サーベイスキャンである。図11は、7441アークセカント(arcsec)または2.0度のFWHMを示す、AlNオンSiCオンSiフィルムのX線ロッキングカーブである。
GaNオンAlNオンSiCオンSiフィルムを生み出すために、MOCVDにより、AlNオンSiCオンSiフィルム上に、さらにGaNを堆積した。図12は、GaNおよびAlGaNピークを示す、GaNオンAlNオンSiCオンSiフィルムのX線オメガ−2シータ曲線である。その曲線は、高品質のGaNフィルムを示す、2360アークセカントのFWHMおよび無視し得るAlGaNピークを有する、GaNの単一のピークを示す。
術に精通した人により理解されるように、本発明は、その意図または本質的な特徴から逸
脱しないで、他の特定の形態を具体化してもよい。したがって、本発明の開示は、説明を
目的とするが、以下の特許請求の範囲に示される、本発明の範囲を限定しない。
Claims (9)
- Si基板をエッチングして自然酸化膜を除去し;
1000℃以下の温度で、前記Si基板上にSiC (x) AlN (1-x) フィルム(ここで、0<x<1)である第1フィルムを、高周波(RF)プラズマまたは直流(DC)プラズマを用いて堆積させてエピタキシャル成長させ;
前記第1フィルム上にAlNフィルムである第2フィルムを堆積させ;かつ
前記第2フィルム上にGaNフィルムである第3フィルムを堆積させる
ことを含むSi基板上に堆積されたSiC含有フィルムの製造方法。 - 前記RFプラズマが、プラズマガスとしてアルゴンおよび850℃の成長温度を用いる請求項1に記載の方法。
- 前記エッチング工程後に、前記Si基板を炭化する工程をさらに含む請求項1または2に記載の方法。
- 前記AlNフィルムが、有機金属化学気相成長法(MOCVD)を用いて堆積される請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。
- 前記Si基板が、Si(111)基板である請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。
- 前記Si基板が、半絶縁性Si基板である請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。
- 請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法により製造されたSiC含有フィルム。
- 請求項7に記載のSiC含有フィルムを含む電子デバイス。
- 前記電子デバイスが、ダイオードである請求項8に記載の電子デバイス。
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