碳化硅层的制造方法、氮化镓半导体器件以及硅衬底技术

一种在硅衬底的表面上制造碳化硅层的方法，包括以下步骤：用烃基气体和电子束辐照在高真空中在范围为５００℃至１０５０℃的温度下加热的所述硅衬底的表面，以在所述硅衬底表面上形成立方碳化硅层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在硅衬底的表面上制造碳化硅层的方法、形成在所述碳化 硅层上的氮化镓半导体器件以及包括所述碳化硅层的硅衬底。
技术介绍
作为在硅衬底的表面上形成碳化硅(SiC )的技术方法，目前已经知道 使用饱和脂肪族烃和四氯化硅的同系物(homologue)作为原材料的化学 气相淀积(CVD )方法。例如， 一种使用丙烷(C3H8)和三氯珪烷(SiHCl3) 作为原材料通过CVD法在Si衬底的表面上生长SiC薄膜的技术(参见例 ^口Silicon画based Heterodevice, Seijiro Furukawa & Yoshihito Amamiya, Mamzen Co., Ltd., July 30,1992， pp. 91-93 )。作为形成碳化硅的更简单的方法，目前已经知道一种使用不饱和烃气 例如乙炔(C2H2)来使珪村底的表面碳化的方法(参见例如刚在上面提到 的现有技术)。还已经知道一种通过在保持在10-spa的高真空中的分子束 外延(MBE)设备内用乙炔气体辐照衬底的表面以便使衬底的表面碳化来 形成碳化珪薄膜的方法(参见例如Journal of Crystal Growth, T.Ohachi et al the Netherlands, Vol. 275 (1-2)， 2005， pp. el215-e1221)。但是，在简单地使硅表面碳化的现有技术方法中，不总是在硅衬底的 表面上令人满意地均匀地促进碳化。也就是说，不能可靠地形成具有均勾 厚度的碳化硅层。这是个问题。硅衬底表面的一部分区域没有被碳化珪层 覆盖，而是曝露在空气中。因此，甚至当这样的构成不均匀的层被用作下层(under layer)时，不能产生具有均匀统一的晶形的上层(upper layer) 的形成。立方碳化硅晶体(3C-SiC;晶格常数=0.436 nm )具有与立方氮化镓晶 体(GaN;晶格常数=0.451 nm)基本上相同的晶格常数。此外，立方碳 化硅的(110 )面的晶格间距(=0.308 nm )与六方GaN晶体的a-轴的晶格 间距(=0.318 nm)基本上一致。因此，立方碳化硅晶体层可以构成晶格匹 配的下层，用于在其上生长立方或者六方氮化镓晶体上层。但是，根据现 有技术，如上所述，不可能可靠地形成均匀地覆盖硅衬底的整个表面的碳 化硅层。为此，在想要使用晶格匹配优良的碳化硅层作为下层来形成GaN层时，碳化珪层无法构成能够在其上形成具有均匀的结晶特性的III族氮化物半导体层的下层。这也是个问题。本专利技术就是考虑到上述问题而提出的。本专利技术的目的是提供一种通过 用包括饱和脂肪族烃或者不饱和烃的气体辐照珪衬底的表面而能够均匀地 覆盖所述硅村底表面的碳化硅层的制造方法，提供一种形成在所述碳化硅 层上的氮化镓基半导体器件，以及提供一种包括所述碳化硅层的硅衬底。
技术实现思路
为实现上述目的，作为本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种在硅衬底 的表面上制造碳化硅层的方法，包括以下步骤用烃基气体和电子束辐照 在高真空中在范围为500℃至1050℃的温度下加热的所述硅衬底的表面， 以在所述硅村底表面上形成立方碳化硅层。在包括第 一方面的本专利技术的第二方面中，用所述烃基气体辐照的角度 和用所述电子束辐照的角度互不相同。在包括笫二方面的本专利技术的第三方面中，关于相对于所述珪衬底的表面的仰角，用所述烃基气体辐照的角度大于用所述电子束辐照的角度。在包括第一到第三方面中任一方面的本专利技术的第四方面中，所述电子束具有范围为150 eV至500 eV的加速能和范围为lx(10)11电子.cm-2至 5x(10)13电子.cm-2的密度。作为本专利技术的第五方面，还提供一种在根据第一到第四方面中任一方 面的方法制造的所述碳化硅层上形成的氮化镓基半导体器件。作为本专利技术的第六方面，还提供一种硅衬底，具有形成于其表面上的 根据第 一到第四方面中任一方面的方法制造的所述碳化硅层。根据本专利技术的第 一方面，用烃基气体和电子束辐照在高真空中在范围 为500℃至1050℃的温度下加热的硅衬底的表面，以在硅衬底表面上形成 立方碳化珪层。由于辐照硅衬底表面或者生长碳化硅层的电子束具有抑制 堆垛层错(stacking faults)或者双晶(twin crystals)的形成的作用，因 此可以稳定地生成高品质的立方碳化硅层，其均匀地覆盖硅村底表面且有 很少结晶缺陷。特别地，根据本专利技术的第二方面，其中用烃基气体和电子束以不同的 角度辐照衬底表面，可以避免促进硅烃基气体的不必要的分解，且可以防 止由于电离碎片(fragment)引起的碳化硅层的结晶性的恶化，从而能够 形成品质优等的碳化硅层。特别地，根据本专利技术的第三方面，其中关于相对于硅衬底表面的仰角， 用烃基气体辐照的角度大于用电子束辐照的角度，可以抑制通过与电子碰 撞引起的烃基气体的电离，并且因此可以降低由于烃离子的冲击引起的对 碳化硅层的损伤，所以能够形成品质优等的碳化硅层。特别地，才艮据本专利技术的第四方面，其中能量束具有范围为150 eV至 500 eV的加速能和范围为lx(10)11电子.cm-2至5x(10)13电子.cm-2的密度，可 以避免由在高压下被加速而具有高加速能的电子引起的硅衬底表面和碳化 硅层的损伤，从而能够使高品质的碳化珪层的结晶性优良。对于本领域的技术人员而言，本专利技术的上述和其它目的、特有特征以 及优点将通过以下参考附图在此给出的说明而变得显而易见。附图说明图l是示意性的说明视图，示出了相对于衬底表面的电子束的辐照角 和烃基气体的喷射角。具体实施例方式立方碳化硅晶体层，特别是根据Ramsdell标记法的3C-碳化硅层(SiC 层)，可以被形成为含有具有不同晶面的表面的硅衬底，(参考Electric Refractory Materials, Marcel Decker, Inc., 2000， pp.409陽411)。为形成取 向在方向的3C-SiC层，使用具有(111) 晶面作为其表面的(in)硅作为衬底。被有利地用于在珪衬底的表面上形成立方碳化硅晶体层的是在低温下 分解以产生含碳碎片的气态烃类，例如乙炔(C2H2)。可容易地分解的脂 肪族烃类气体通过能够精确地控制微小流速的流速控制装置，比如漏泄阀， 被供应到保持在高真空中的MEM设备中。当烃类气体例如乙炔可以沿基 本上平行于硅衬底表面的水平方向喷射时，优选以与衬底100的表面100a 成30。到90。范围内的仰角a喷射，如图1所示。仰角为卯。的方向是与硅 衬底100的表面100a垂直的方向。当烃类气体不是水平地、而是以在上述 范围内的角度a喷射时，碳化很容易，从而能够在硅衬底的表面上有效地 形成立方碳化硅晶体层。为在硅衬底的表面上形成3C-SiC层，加热珪衬底。加热温度至少超 过所使用的烃类气体在小于等于lxlO-5Pa的高真空中热分解的温度。通常， 最好3C-SiC层形成在被保持在400°C ，优选在500。C至1050。C的范围的温 度下的珪衬底上。在被保持在超过1050。C的高温的硅衬底上形成3C-SiC 层时，由于在它们之间的热膨胀系数的差异，将产生不利的衬底翘曲 (warping)，，。通过除了烃类气体的辐照以外电子束的辐照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅衬底的表面上制造碳化硅层的方法，包括以下步骤：用烃基气体和电子束辐照在高真空中在范围为５００℃至１０５０℃的温度下加热的所述硅衬底的表面，以在所述硅衬底表面上形成立方碳化硅层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-6-14 173209/20051.一种在硅衬底的表面上制造碳化硅层的方法，包括以下步骤用烃基气体和电子束辐照在高真空中在范围为500℃至1050℃的温度下加热的所述硅衬底的表面，以在所述硅衬底表面上形成立方碳化硅层。2. 根据权利要求l的方法，其中用所述烃基气体辐照的角度和用所述 电子束辐照的角度互不相同。3. 根据权利要求2的方法，其中关于相对于所述硅衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇田川隆，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]