[发明专利]氮化合物半导体基板的制造方法和氮化合物半导体基板、单晶SiC基板的制造方法和单晶SiC基板

说明书

技术领域

本发明涉及作为绝缘层埋入型半导体基板的氮化合物半导体基板的制造方法以及由其得到的氮化合物半导体基板、作为绝缘层埋入型半导体基板的单晶SiC基板的制造方法以及由其得到的单晶SiC基板。

背景技术

氮化镓、氮化铝等氮化合物是直接跃迁型的宽禁带半导体，与硅半导体相比在绝缘破坏电场、饱和电子速度、化学稳定性方面优越，因此作为下一代的发光装置、半导体装置材料而备受关注。另外，具有埋入绝缘层的SOI基板在实现回路的高速化和低耗电方面优越，有望被视为下一代的LSI基板。因此，融合了这两个特征的绝缘层埋入型氮化合物半导体基板极有望作为半导体装置材料。

作为上述具有埋入绝缘层的氮化合物半导体基板的制造方法，提出了如下的方法：使碳化硅层在SOI基板上面外延生长，再在其上面使氮化物半导体层外延生长(例如，下述专利文献1)。

如上述专利文献1所示，使用碳化硅结晶作为氮化合物半导体的衬底基板的主要理由是由于，碳化硅与氮化合物半导体之间的晶格常数的失配(mismatch)比较小，与在SOI基板的表面硅层上面直接使氮化合物半导体外延生长的情况相比，可以抑制氮化合物半导体杂界面的错配位错发生的缘故。

作为一个示例，氮化镓结晶与作为其衬底基板一直使用的蓝宝石、硅之间的晶格常数的失配分别为约16％、约20％，与此相对，氮化镓与碳化硅之间的晶格常数的失配为约3.5％，这明显小于蓝宝石、硅的情况。

但是，在使碳化硅层在SOI基板上面外延生长再在其上使氮化物半导体层外延生长的方法中，存在在碳化硅与硅之间的界面容易发生晶体缺陷的问题。

因而，为了解决上述问题，提出了以下方法：通过将SOI基板的表面硅膜碳化使之改性成碳化硅层，制造具有埋入氧化膜的碳化硅基板，再在其上使氮化镓层外延生长(例如，下述专利文献1和2)。

另一方面，作为通过将SOI基板的表面硅膜碳化使之改性成碳化硅层从而在容易实现具有价格优势的大口径化的同时可以制造具有埋入绝缘层的SiC基板的制造方法，提出了例如下述专利文献3记载的方法。这种方法是使用具有规定厚度的表面硅层和埋入绝缘层(SiO₂层)的SOI基板(绝缘层埋入型Si基板)来进行制造。即进行如下的操作：将上述SOI基板的表面Si层薄膜化至10nm左右，将其在氢气与烃系气体的混合气氛的加热炉内加热处理规定时间，从而对上述表面硅层在高温进行碳化处理而变成单晶SiC薄膜，将上述单晶SiC薄膜作为籽晶(seed)层利用外延法使SiC层生长。

另一方面，由于热、化学稳定性优越，机械强度也强，强耐放射线照射这样的特性，单晶SiC(碳化硅)作为下一代的半导体装置材料备受关注。另外，具有埋入绝缘层的SOI基板在实现回路的高速化和低耗电方面优良，有望被视为下一代的LSI基板。因此，融合了这两个特征的绝缘层埋入型半导体SiC基板极有望作为半导体装置材料。

作为在容易实现具有价格优势的大口径化的同时可以制造上述绝缘层埋入型半导体SiC基板的制造方法，例如提出了在下述专利文献3中记载的方法。该方法是使用具有规定厚度的表面硅层和埋入绝缘层(SiO₂层)的SOI基板(绝缘层埋入型Si基板)来进行制造。即进行如下的操作：将上述SOI基板的表面Si层薄膜化薄膜化到10nm左右，将其在氢气与烃系气体的混合气氛中的加热炉内热处理规定时间，从而对上述表面硅层在高温下进行碳化处理而变成单晶SiC薄膜，将上述单晶SiC薄膜作为籽晶层利用外延法使SiC层生长。

在上述专利文献3记载的方法中，通过上述碳化处理，将厚度约10nm以下的表面硅层全部碳化生成单晶SiC薄膜(SiC籽晶层)。然而，如这样操作，则在埋入酸化膜与SiC薄膜之间的界面会发生不规则且大的“起伏”。即，变成的SiC层与埋入的SiO₂层之间的界面在高温下不稳定，特别是SiC容易浸入到SiO₂层，而且急剧进行Si→SiC反应，因此上述SiC/SiO₂界面不稳定，界面成为粗糙且波状起伏样的状态。

该界面的“起伏”有时会达到超过10nm的程度，出现在SiC层的厚度中存在参差不齐的结果，而且直到生成的SiC薄膜本身出现“起伏”，预测作为半导体装置使用时会成为大问题。另外，如果在界面与SiC薄膜本身存在“起伏”的状态下，使SiC层在该SiC薄膜上面外延生长，则生成的SiC层本身的结晶性大幅劣化，而且还存在表面状态也容易变成粗糙状态的问题。