外延碳化硅单晶基板及其制造方法
阅读：220发布：2024-01-05
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外延碳化硅单晶基板及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及外延碳化硅(SiC)单晶基板及其制造方法。
背景技术
[0003] 在使用SiC单晶基板制作电力器件、高频器件等的情况下，通常，一般在基板上使用被称为热CVD法(热化学蒸镀法)的方法使SiC薄膜外延生长，或者采用离子注入法直接注入掺杂物，在后者的情况下，在注入后需要在高温下进行退火，因此通过外延生长进行的薄膜形成多被采用。
[0004] 近年来，随着SiC器件技术的发展，对于SiC外延基板也开始需求更加高品质且大口径的基板。外延生长所使用的SiC基板，从外延生长的稳定性、再现性方面出发使用了带有偏离角度(偏斜角度、倾斜角度；off angle)的基板，通常为8°。这样的SiC基板，通过从表面为(0001)面的SiC锭带有所希望的角度进行切取而制成，偏离角度越大，从1个锭得到的基板的数量越少，另外，随着锭的大口径化，长尺寸化变得困难。因此，为了效率良好地制造大口径SiC基板，必须减小偏离角度，现在关于具有3英寸(75mm)以上的口径的SiC基板，具有6°或其以下的偏离角度的基板是主流，正在进行使用了该基板的外延生长的研究。
[0005] 但是，随着偏离角度变小，存在于基板上的台阶的数量减少，因此在外延生长时难以引起阶流(step-flow)生长，其结果，台阶(step)彼此集合，产生所谓的台阶束(step-bunching)。
[0006] 因此，作为抑制台阶束的产生的方法，在非专利文献1中，曾报告了在进行外延生长时降低材料气体(原料气体)中所含有的碳和硅的原子数比(C/Si比)的方法。另外，在专利文献1中，通过将生长初期的C/Si比降低到0.5～1.0，可以抑制以螺位错为起点的螺旋生长的发生，提高被周围的大量的阶流覆盖的概率，减少外延缺陷。
[0007] 但是，如果降低C/Si比，则残留氮容易被纳入外延膜中，其作为施主起作用，因此提高膜的纯度变得困难，不适合于实用。
[0008] 另外，在专利文献2中曾公开了：为了得到晶体缺陷密度低、结晶性好的外延薄膜，在添加了氯化氢气体的气氛中使外延层生长。这是通过由添加了的氯化氢引起的蚀刻作用(基板表面的清洁化)，简单地使外延薄膜降低晶体缺陷密度而使结晶性良好的方案。具体地讲，在偏离角度为8°的SiC基板上，在含有3～30毫升/分的HCl、0.3毫升/分的SiH4的气体的条件(如果按Cl/Si比计，则为10～100)下，即，在生长中使Cl/Si比增多到100这样的氯化氢的比例，促进蚀刻作用的条件下，进行外延生长。另外，在专利文献3中曾公开了：在采用热CVD法进行的外延生长的情况下，有部分地形成立方晶(3C结构)的SiC这样的问题，为了解决上述问题，与硅的氢化气体、烃气体和载气一起同时地供给HCl气体，可以使用以比以往小的倾斜角度倾斜(偏离角度小)的倾斜基板，使SiC外延层生长。
[0009] 另外，专利文献4曾公开了外延生长前的SiC基板，使用Cl2气和/或HCl气体蚀刻SiC基板的表面以达到平滑。
[0010] 另外，专利文献5中曾公开了：在采用1200℃左右的低温度的CVD法的情况下，发生在气相中形成硅粒子这样的问题，为了解决上述问题，通过添加HCl气体来发挥作用以使反应稳定，在气相中不形成硅粒子。另外，在专利文献6中，为了促进低温CVD法中的原料气体的反应，在900℃以下的低温区域也形成SiC晶膜，而在原料气体中混合了HCl气体。另外，由于是低温CVD法，所以能够在基板温度为1400℃以下的温度下进行镜面生长。此外，在专利文献7中，为了使碳化硅单晶膜的表面平坦，对原料气体添加了HCl气体，制作了表面粗糙度约为5nm的膜。该表面粗糙度通过采用基板温度为1350℃的CVD法，且相对于硅烷(SiH4)0.2CCM的流量，HCl气体为3CCM的流量(Cl/Si比为15)而得到。
[0011] 因此，今后在器件上的应用受到期待的SiC外延生长基板，如果随着基板的大口径化，变为使用偏离角度小的基板，则在现有技术中，变成在残留了台阶束的外延膜上制作器件。本发明者们在偏离角度小的基板上制作器件并进行了详细的研究，结果弄清了以下那样的情况。在这样的外延膜的表面产生多个凹凸，容易引起在器件电极下的电解集中。特别是考虑到向肖特基势垒二极管、MOS晶体管等的应用的情况下，该电解集中作为栅漏电流变得显著，使器件特性劣化。
[0012] 现有技术文献
[0013] 专利文献1：日本特开2008-74664号公报
[0014] 专利文献2：日本特开2000-001398号公报
[0015] 专利文献3：日本特开2006-321696号公报
[0016] 专利文献4：日本特开2006-261563号公报
[0017] 专利文献5：日本特开昭49-37040号公报
[0018] 专利文献6：日本特开平2-157196号公报
[0019] 专利文献7：日本特开平4-214099号公报
[0020] 非专利文献1：S.Nakamura et al.，Jpn.J.Appl.Phys，Vol.42，p.L846(2003)发明内容
[0021] 如上述那样，在现有技术中得到的偏离角度小的SiC基板、即6°以下的偏离角度的SiC基板中，得不到抑制了台阶束的发生的高品质外延膜，存在器件特性和器件成品率不充分这样的问题已变得明显。
[0022] 另外，关于在SiC基板上使外延膜生长的方法，已知如上述的专利文献所记载的方法。
[0023] 但是，专利文献2和3并没有公开：在6°以下的偏离角度的SiC基板上进行外延生长的情况下，抑制台阶束的发生的内容。实际上，本发明者们研究了这些文献所公开的条件后，在6°以下的偏离角度的SiC基板中，得不到抑制了台阶束的发生的高品质外延膜，器件特性和器件成品率不充分。另外，同样地研究了与专利文献5～7同样的条件，但在基板温度低、6°以下的偏离角度的SiC基板中，得不到抑制了台阶束的发生的高品质外延膜、即得不到具有变为亚纳米水平以下的表面粗糙度那样的平坦的表面的外延膜，器件特性和器件成品率不充分。
[0024] 本发明的目的是提供具有在使用了上述偏离角度为6°及其以下的基板的外延生长中抑制了台阶束的发生的高品质外延膜的外延单晶基板及其制造方法。
[0025] 本发明发现通过在外延生长时在流通的材料气体(原料气体)中在特定的条件下添加氯化氢气体可以解决上述课题，从而完成了本发明。此外，采用上述方法抑制了台阶束的发生的结果，变得可以制作使用了偏离角度为6°以下的SiC基板的外延SiC单晶基板，使用该外延SiC单晶基板详细地研究了器件特性和器件成品率。在使用了偏离角度为6°以下的SiC基板的外延SiC单晶基板中，得不到碳化硅单晶薄膜表面的表面粗糙度(Ra值)为0.5nm以下的薄膜，所以在该表面粗糙度水平下的器件特性和器件成品率未知，但是本发明者们使用由上述方法制作的外延SiC单晶基板进行了研究的结果发现了：如果碳化硅单晶薄膜表面的表面粗糙度(Ra值)为0.5nm以下，则器件特性和器件成品率显著地提高。
[0026] 即，本发明的要旨如下。
[0027] (1)一种外延碳化硅单晶基板，是在偏离角度为6°以下的碳化硅单晶基板上形成了碳化硅单晶薄膜的外延碳化硅单晶基板，其特征在于，上述碳化硅单晶薄膜表面的表面粗糙度(Ra值)为0.5nm以下。
[0028] (2)一种外延碳化硅单晶基板的制造方法，其特征在于，在偏离角度为6°以下的碳化硅单晶基板上，采用热化学蒸镀法使碳化硅单晶薄膜外延生长时，在流通含有碳和硅的原料气体的同时，流通氯化氢气体，氯化氢气体中的氯原子数相对于原料气体中的硅原子数的比(Cl/Si比)大于1.0且小于20.0。
[0029] (3)根据上述(2)所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法，其特征在于，上述碳化硅单晶薄膜外延生长时的原料气体中所含有的碳和硅的原子数比(C/Si比)为1.5以下。
[0030] 根据本发明，即使基板的偏离角度为6°及其以下，也能够抑制台阶束的发生，可以提供具有表面粗糙度Ra值小的高品质外延膜的SiC单晶基板。
[0031] 另外，本发明的制造方法是热CVD法，因此装置构成容易且控制性也优异，可得到均匀性、再现性高的外延膜。
[0033] 图1表示本发明的一例的SiC外延膜的生长顺序。
[0034] 图2表示根据本发明的一例生长的SiC外延膜的表面状态的光学显微镜像。
[0035] 图3表示根据本发明的一例生长的SiC外延膜的表面AFM像。
[0036] 图4表示形成于根据本发明的一例生长的SiC外延膜上的肖特基势垒二极管的正向特性。
[0037] 图5表示根据本发明的另一例生长的SiC外延膜的表面状态的光学显微镜像。
[0038] 图6表示基于现有技术的SiC外延膜的生长顺序。
[0039] 图7表示根据现有技术生长的SiC外延膜的表面状态的光学显微镜像。
[0040] 图8表示根据现有技术生长的SiC外延膜的表面AFM像。
具体实施方式
[0041] 对于本发明的具体内容进行叙述。
[0042] 首先，对于在SiC单晶基板上的外延生长进行叙述。
[0044] 图6将以往的进行外延膜生长时的典型的生长顺序和气体的导入定时一并表示。4
首先，在生长炉中安置基板，将生长炉内进行真空排气后，导入氢气将压力调整到1×10 ～
4
3×10Pa。其后，一边将压力保持为一定一边提高生长炉的温度，在1400℃左右进行10～
30分钟的、在氢气中或者导入氯化氢而在氯化氢中的基板的蚀刻。这是用于除去伴随研磨等的基板表面的变质层、露出清洁的表面的工序。上述基板的蚀刻工序为了在碳化硅单晶膜的生长前使基板表面清洁而优选，但是即使没有该工序也可获得本发明的效果。例如，若为已经具有清洁的表面的基板，则也可以没有基板的蚀刻工序。其后，将温度提高到作为生长温度的1500～1600℃或1500～1650℃，导入作为材料气体(原料气体)的SiH4和C2H4
3
以开始生长(即，为在1500℃以上生长这样的热CVD法)。SiH4流量是每分钟40～50cm、
3 3
C2H4流量是每分钟20～40cm 或30～40cm，生长速度是每小时6～7μm。因为通常所利用的外延层的膜厚为10μm左右，所以该生长速度是考虑生产率来决定的。在生长一定时间、得到了所希望的膜厚的时刻停止SiH4和C2H4的导入，在仅流通氢气的状态下降低温度。温度降低到常温后，停止氢气的导入，将生长室内进行真空排气，并将惰性气体导入生长室，使生长室回复到大气压，其后取出基板。
首先，在生长炉中安置基板，将生长炉内进行真空排气后，导入氢气将压力调整到1×10 ～
4
3×10Pa。其后，一边将压力保持为一定一边提高生长炉的温度，在1400℃左右进行10～
30分钟的、在氢气中或者导入氯化氢而在氯化氢中的基板的蚀刻。这是用于除去伴随研磨等的基板表面的变质层、露出清洁的表面的工序。上述基板的蚀刻工序为了在碳化硅单晶膜的生长前使基板表面清洁而优选，但是即使没有该工序也可获得本发明的效果。例如，若为已经具有清洁的表面的基板，则也可以没有基板的蚀刻工序。其后，将温度提高到作为生长温度的1500～1600℃或1500～1650℃，导入作为材料气体(原料气体)的SiH4和C2H4
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以开始生长(即，为在1500℃以上生长这样的热CVD法)。SiH4流量是每分钟40～50cm、
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C2H4流量是每分钟20～40cm 或30～40cm，生长速度是每小时6～7μm。因为通常所利用的外延层的膜厚为10μm左右，所以该生长速度是考虑生产率来决定的。在生长一定时间、得到了所希望的膜厚的时刻停止SiH4和C2H4的导入，在仅流通氢气的状态下降低温度。温度降低到常温后，停止氢气的导入，将生长室内进行真空排气，并将惰性气体导入生长室，使生长室回复到大气压，其后取出基板。
[0045] 接着，利用图6的生长顺序说明本发明的内容。安置SiC单晶基板，直到在氢或氯化氢中的蚀刻为止与图6相同。其后，上升到1500～1600℃或者1500～1650℃的生长温度，流通作为材料气体的SiH4和C2H4来开始生长，但此时同时地也导入HCl气体。优选SiH43 3 3
流量是每分钟40～50cm，C2H4流量是每分钟20～40cm 或者30～40cm，HCl的流量是每
3
分钟40～1000cm 左右，以使得气体中的Si和Cl的原子数之比(Cl/Si比)成为1.0～
20.0。生长速度与不流通HCl气体的情况大致相同，在得到了所希望的膜厚的时刻停止SiH4和C2H4以及HCl的导入。其后的步骤与不流通HCl气体的情况相同。这样通过同时地流通原料气体和HCl气体，即使是在具有6°及其以下这样的小的偏离角的基板上也可得到抑制了表面的台阶束的发生的良好外延膜。
流量是每分钟40～50cm，C2H4流量是每分钟20～40cm 或者30～40cm，HCl的流量是每
3
分钟40～1000cm 左右，以使得气体中的Si和Cl的原子数之比(Cl/Si比)成为1.0～
20.0。生长速度与不流通HCl气体的情况大致相同，在得到了所希望的膜厚的时刻停止SiH4和C2H4以及HCl的导入。其后的步骤与不流通HCl气体的情况相同。这样通过同时地流通原料气体和HCl气体，即使是在具有6°及其以下这样的小的偏离角的基板上也可得到抑制了表面的台阶束的发生的良好外延膜。
[0046] 这可如以下那样地考虑。作为阻碍在生长表面的台阶流的一个原因，认为因SiH4的分解而产生的Si原子在气相中结合，其成为核而形成Si微滴(droplet)，附着到基板上。或者，过量的Si原子在生长表面凝聚的可能性也不能否定。特别是认为随着基板的偏离角度变小，台阶平台(terrace)的宽度变大，上述的现象变得显著起来。认为这是因为通过导入HCl气体，HCl分解而产生的Cl在气相中取得Si-Cl的形式，由此获得抑制Si彼此的结合、或者使在生长表面的过量Si以SiHxCly的形式再蒸发等的效果，其结果，阶流生长即使在具有小的偏离角的基板上也持续。
[0047] 另一方面，作为在偏离角度小的SiC基板上进行外延生长时，使用HCl的方法，有如上述那样在专利文献2和3中提出的方法。但是，专利文献2的方法的情况下，目的是通过基板表面的清洁化来提高外延膜的品质(减少蚀坑密度)。在其实施例中，是使用了8°的偏离角度的基板的情况，并不是关于在具有6°及其以下的偏离角度的基板上进行外延生长时的防止台阶束发生的情况。另外，专利文献3的方法的情况下，虽然也包含在具有
6°以下的偏离角的基板上外延生长的情况，但是作为添加HCl的效果，举出了通过HCl的蚀刻来强制性地在基板表面形成台阶，通过增加台阶来防止在表面的3C-SiC的产生。因此，与利用HCl分解而产生的Cl和Si的反应使表面粗糙度Ra为0.5nm以下的本发明基本上不同。
6°以下的偏离角的基板上外延生长的情况，但是作为添加HCl的效果，举出了通过HCl的蚀刻来强制性地在基板表面形成台阶，通过增加台阶来防止在表面的3C-SiC的产生。因此，与利用HCl分解而产生的Cl和Si的反应使表面粗糙度Ra为0.5nm以下的本发明基本上不同。
[0048] 即，在本发明中，在外延生长中与其原料气体一起导入HCl气体，如上述那样，在本发明中并不是利用HCl的蚀刻作用，而是利用在气相中取得Si-Cl的形式，抑制Si彼此的结合这样的作用，所以外延膜的生长速度与不导入HCl的情况大致同样地足够大。具体地讲，是几乎不引起蚀刻作用那样的HCl导入量少的条件(Cl/Si比为1.0～20.0的范围)。在专利文献2中，如上述那样，是偏离角度为8°的SiC基板，如果以Cl/Si比计则是以10～
100的范围在生长中导入HCl。但是，由于包含在生长中大量地导入Cl/Si比超过20这样的HCl的条件，所以得不到本发明的上述效果。为了得到本发明的效果，重要的是使生长中导入的HCl的量以Cl/Si比计不超过20.0。
100的范围在生长中导入HCl。但是，由于包含在生长中大量地导入Cl/Si比超过20这样的HCl的条件，所以得不到本发明的上述效果。为了得到本发明的效果，重要的是使生长中导入的HCl的量以Cl/Si比计不超过20.0。
[0049] 根据本发明，即使在具有6°及其以下这样的小偏离角度(即，0°～6°的偏离角度)的基板上，也变得可得到抑制了表面的台阶束的发生的良好的外延膜，对于生长的外延层的厚度，考虑到通常所形成的器件的耐电压、外延膜的生产率等的情况下，优选为5μm～50μm。另外，从外延膜的易生长度方面来看，优选具有偏离角度超过0°的偏离角度的基板。此外，对于基板的偏离角度，如果为1°以下，则存在于表面的台阶的数量变少，难以体现本发明的效果，因此优选是大于1°且为6°以下。另外，生长时的气体中所含有的Cl/Si比，如果小于1.0则不体现添加了HCl气体的效果，如果大于20.0则会进行由HCl气体引起的蚀刻，因此优选为1.0～20.0的范围，更加优选为4.0～10.0的范围。进一步优选的Cl/Si比为4.0以上且低于10.0。
[0050] 此外，材料气体中的C/Si比，为了促进阶流生长而优选为1.5以下，但是如果小于1.0则因所谓的位竞争(site competition)效应，残留氮的混入变大，外延膜的纯度降低，因此更加优选为1.0～1.5的范围。
[0051] 另外，在本发明中，偏离角度为6°以下的SiC基板，是直径为2英寸以上(直径50mm以上)的尺寸的基板时，可更加显著地得到本发明的效果。SiC基板小的情况下(例如直径低于2英寸(直径低于50mm)时)，热CVD法中的基板的加热容易在整个基板表面均匀地进行，其结果，难以引起台阶束的发生。
[0052] 因而，即使以本发明的条件导入HCl，有时也不能发挥抑制台阶束发生的效果。但是，即使是小的SiC基板，如果加热法为不均匀，则变得容易引起台阶束的发生，所以显著地得到本发明的效果。另一方面，如果SiC基板变大，达到直径2英寸(直径50mm)以上，则难以均匀地加热基板表面整体(难以保持为均匀的温度)，所以晶体生长的速度会因位置而不同，其结果，变得容易发生台阶束。因此，对于这样的容易发生台阶束的大的SiC基板而言，通过以本发明的条件导入HCl可以充分发挥抑制台阶束的发生这样的效果。
[0053] 然后，根据本发明，通过在SiC单晶基板使外延膜生长时存在规定的流量的HCl气体，可以得到表面粗糙度(Ra值)为0.5nm以下这样的高品质的SiC单晶薄膜。另外，表面粗糙度Ra是基于JIS B0601：2001标准的算术平均粗糙度。在本发明的制造方法中若设为更加合适的条件，则可以容易地得到表面粗糙度(Ra值)为0.4nm以下的进一步高品质的SiC单晶薄膜。
[0054] 此外，根据本发明，制作具有包含表面粗糙度(Ra值)为0.5nm以下在内的表面粗糙度不同的各种的外延膜的SiC单晶基板，并调查了各自的器件特性和器件成品率。其结果发现：如下述的实施例所示，如果SiC单晶薄膜表面的表面粗糙度(Ra值)为0.5nm以下，优选为0.4nm以下，则器件特性和器件成品率显著地提高。
[0055] 在这样地生长了的外延基板上合适地形成的器件是肖特基势垒二极管、PIN二极管、MOS二极管、MOS晶体管等的特别是在电力控制用途中使用的器件。
[0056] 实施例
[0057] (实施例1)
[0058] 在从2英寸(50mm)晶片用SiC单晶锭以约400μm的厚度切片，并实施了粗削和利用金刚石磨粒进行的通常研磨的具有4H型的多型的SiC单晶基板的Si面上，实施了外延生长。基板的偏离角为4°。作为生长的步骤，在生长炉中安置基板，并将生长炉内进行4
真空排气后，一边导入150L/分钟的氢气一边将压力调整到1.0×10Pa。其后，一边将压力
3
保持为一定一边提高生长炉的温度，到达1550℃后，流入1000cm/分钟的氯化氢，进行20
3
分钟的基板的蚀刻。蚀刻后，将温度升高到1600℃，使SiH4流量为40cm/分钟、C2H4流量
3 3
为22cm/分钟(C/Si＝1.1)、HCl流量为200cm/分钟(Cl/Si＝5.0)来生长出10μm的外延层。此时的生长速度为7μm/小时左右。
真空排气后，一边导入150L/分钟的氢气一边将压力调整到1.0×10Pa。其后，一边将压力
3
保持为一定一边提高生长炉的温度，到达1550℃后，流入1000cm/分钟的氯化氢，进行20
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分钟的基板的蚀刻。蚀刻后，将温度升高到1600℃，使SiH4流量为40cm/分钟、C2H4流量
3 3
为22cm/分钟(C/Si＝1.1)、HCl流量为200cm/分钟(Cl/Si＝5.0)来生长出10μm的外延层。此时的生长速度为7μm/小时左右。
[0059] 将这样进行了外延生长的膜的表面的光学显微镜照片示于图3，并且将表面AFM像示于图3。从图2可知，表面变为镜面，没有产生台阶束。另外，从图3可知，表面粗糙度Ra值为0.21nm，这与8°倾斜基板上的外延生长膜的值大致等同。将使用这样的外延膜形成了肖特基势垒二极管(直径200μm)时的二极管的正向特性示于图4。从图4可知，电流的上升时的线性良好，表示二极管的性能的n值为1.01，得到大体上理想的特性。另外，与上述同样地，在相同的基板上进一步制作100个肖特基势垒二极管，并进行了相同的评价后，全部没有不良而显示出同样的特性。
[0060] (实施例2)
[0061] 在与实施例1同样地进行了切片、粗削、通常研磨的具有4H型的多型的2英寸(50mm)的SiC单晶基板的Si面上，实施了外延生长。基板的偏离角为4°。生长步骤、温3 3
度等与实施例1相同，气体流量是：SiH4流量设为40cm/分钟，C2H4流量设为22cm/分钟
3
(C/Si＝1.1)，HCl流量设为400cm/分钟(Cl/Si＝10.0)，生长出10μm的外延层。将生长后的外延膜的光学显微镜照片示于图5。从图5可知，该条件的情况下也为不产生台阶束的良好的膜。另外，从AFM评价来看，表面粗糙度Ra值为0.16nm。生长后，与实施例1同样地形成肖特基势垒二极管，与在生长中不添加HCl的采用以往的方法的4°倾斜基板上的外延膜上形成的肖特基势垒二极管一起评价了反向的耐电压。将各自的二极管评价了100个的结果是，本发明的外延膜上的二极管的耐电压(中央值)为340V，基于现有方法的外延膜(表面粗糙度Ra值为2.5nm)上的二极管的耐电压(中央值)为320V，本发明的外延膜上的二极管显示出优异的特性。在本发明的外延膜上制作了的100个二极管全部没有不良。在基于现有方法的外延膜上制作了的100个二极管之中产生了5个不良品。
度等与实施例1相同，气体流量是：SiH4流量设为40cm/分钟，C2H4流量设为22cm/分钟
3
(C/Si＝1.1)，HCl流量设为400cm/分钟(Cl/Si＝10.0)，生长出10μm的外延层。将生长后的外延膜的光学显微镜照片示于图5。从图5可知，该条件的情况下也为不产生台阶束的良好的膜。另外，从AFM评价来看，表面粗糙度Ra值为0.16nm。生长后，与实施例1同样地形成肖特基势垒二极管，与在生长中不添加HCl的采用以往的方法的4°倾斜基板上的外延膜上形成的肖特基势垒二极管一起评价了反向的耐电压。将各自的二极管评价了100个的结果是，本发明的外延膜上的二极管的耐电压(中央值)为340V，基于现有方法的外延膜(表面粗糙度Ra值为2.5nm)上的二极管的耐电压(中央值)为320V，本发明的外延膜上的二极管显示出优异的特性。在本发明的外延膜上制作了的100个二极管全部没有不良。在基于现有方法的外延膜上制作了的100个二极管之中产生了5个不良品。
[0062] (实施例3)
[0063] 在与实施例1同样地进行了切片、粗削、通常研磨的具有4H型的多型的2英寸(50mm)的SiC单晶基板的Si面上，实施了外延生长。基板的偏离角为4°。生长步骤、温3 3
度等与实施例1相同，但气体流量是SiH4流量设为40cm/分钟、C2H4流量设为28cm/分钟
3
(C/Si＝1.4)、HCl流量设为200cm/分钟(Cl/Si＝5.0)，生长出10μm的外延层。生长后的外延膜是没有产生台阶束的良好的膜，表面粗糙度Ra值为0.23nm。与实施例1同样地形成肖特基势垒二极管，求取n值为1.01，可知该情况也得到了大体上理想的特性。另外，与上述同样地，在相同基板上进一步制作100个肖特基势垒二极管，进行了相同的评价后，全部没有不良而显示出同样的特性。
度等与实施例1相同，但气体流量是SiH4流量设为40cm/分钟、C2H4流量设为28cm/分钟
3
(C/Si＝1.4)、HCl流量设为200cm/分钟(Cl/Si＝5.0)，生长出10μm的外延层。生长后的外延膜是没有产生台阶束的良好的膜，表面粗糙度Ra值为0.23nm。与实施例1同样地形成肖特基势垒二极管，求取n值为1.01，可知该情况也得到了大体上理想的特性。另外，与上述同样地，在相同基板上进一步制作100个肖特基势垒二极管，进行了相同的评价后，全部没有不良而显示出同样的特性。
[0064] (实施例4)
[0065] 在与实施例1同样地进行了切片、粗削、通常研磨的具有4H型的多型的2英寸(50mm)的SiC单晶基板的Si面上，实施了外延生长。基板的偏离角为2°。生长步骤、温度3 3
等与实施例1相同，气体流量是SiH4流量设为40cm/分钟、C2H4流量设为20cm/分钟(C/
3
Si＝1.0)、HCl流量设为400cm/分钟(Cl/Si＝10.0)，生长出10μm的外延层。生长后的外延膜是没有产生台阶束的良好的膜，表面粗糙度Ra值为0.26nm。与实施例1同样地形成了的肖特基势垒二极管的n值为1.02，可知该情况也得到了大体上理想的特性。另外，与上述同样地，在相同基板上进一步制作100个肖特基势垒二极管，进行了相同的评价后，全部没有不良而显示出同样的特性。
等与实施例1相同，气体流量是SiH4流量设为40cm/分钟、C2H4流量设为20cm/分钟(C/
3
Si＝1.0)、HCl流量设为400cm/分钟(Cl/Si＝10.0)，生长出10μm的外延层。生长后的外延膜是没有产生台阶束的良好的膜，表面粗糙度Ra值为0.26nm。与实施例1同样地形成了的肖特基势垒二极管的n值为1.02，可知该情况也得到了大体上理想的特性。另外，与上述同样地，在相同基板上进一步制作100个肖特基势垒二极管，进行了相同的评价后，全部没有不良而显示出同样的特性。
[0066] (实施例5)
[0067] 在与实施例1同样地进行了切片、粗削、通常研磨的具有4H型的多型的2英寸(50mm)的SiC单晶基板的Si面上，实施了外延生长。基板的偏离角为6°。生长步骤、温度3 3
等与实施例1相同，气体流量是SiH4流量设为40cm/分钟，C2H4流量设为22cm/分钟(C/
3
Si＝1.1)，HCl流量设为200cm/分钟(Cl/Si＝5.0)，生长出10μm的外延层。生长后的外延膜是没有产生台阶束的良好的膜，表面粗糙度Ra值为0.19nm。使用该外延膜和采用现有的方法形成了的6°倾斜基板上的外延膜，与实施例2同样地评价了50个肖特基势垒二极管的反向耐电压。结果，本发明的外延膜上的二极管的耐电压(中央值)为350V，基于现有方法的外延膜(表面粗糙度Ra值为2nm)上的二极管的耐电压(中央值)为330V，使用了本发明的外延膜上的二极管显示出优异的特性。在采用本发明的外延膜上制作了的100个的二极管全部没有不良。在采用现有方法的外延膜上制作了的100个的二极管之中产生了5个不良品。
等与实施例1相同，气体流量是SiH4流量设为40cm/分钟，C2H4流量设为22cm/分钟(C/
3
Si＝1.1)，HCl流量设为200cm/分钟(Cl/Si＝5.0)，生长出10μm的外延层。生长后的外延膜是没有产生台阶束的良好的膜，表面粗糙度Ra值为0.19nm。使用该外延膜和采用现有的方法形成了的6°倾斜基板上的外延膜，与实施例2同样地评价了50个肖特基势垒二极管的反向耐电压。结果，本发明的外延膜上的二极管的耐电压(中央值)为350V，基于现有方法的外延膜(表面粗糙度Ra值为2nm)上的二极管的耐电压(中央值)为330V，使用了本发明的外延膜上的二极管显示出优异的特性。在采用本发明的外延膜上制作了的100个的二极管全部没有不良。在采用现有方法的外延膜上制作了的100个的二极管之中产生了5个不良品。
[0068] (实施例6～17)
[0069] 在与实施例1同样地进行了切片、粗削、通常研磨的具有4H型的多型的2英寸(50mm)的SiC单晶基板的Si面上，实施了外延生长。生长步骤、温度等与实施例1相同，如表1那样地改变基板的偏离角度、C/Si比、Cl/Si比，生长出10μm的外延层。生长后的外延膜是没有产生台阶束的良好的膜，表1示出了生长后的外延膜表面粗糙度Ra值和与实施例1同样地形成了的肖特基势垒二极管的n值。可知Ra值全部为0.4nm以下，得到了平坦性优异的膜，另外，n值也在1.03以下，得到了大体上理想的二极管特性。另外，在实施例1～17中，生长前采用氯化氢进行了基板的蚀刻，但即使省略该过程，生长后的Ra值也没有看到变化。另外，实施例6是Ra值为0.4nm，n值为1.03，但基板不带有偏离角度，所以晶体生长速度慢，与使用了带有偏离角度的基板的情况下相比，成膜为10μm的厚度花费了较长时间。
[0070] 表1
[0071]
[0072] (比较例)
[0073] 作为比较例，在与实施例1同样地进行了切片、粗削、通常研磨的具有4H型的多型的2英寸(50mm)的SiC单晶基板的Si面上，实施了外延生长。基板的偏离角为6°。生3
长步骤、温度等与实施例1相同，但气体流量是SiH4流量设为40cm/分钟、C2H4流量设为
3
22cm/分钟(C/Si＝1.1)，不流通HCl而生长出10μm的外延层。将生长后的外延膜的光学显微镜照片示于图7，将表面AFM像示于图8。从图7、图8可知生长后的表面变成褶皱状，产生了台阶束。另外，从图8来看，表面粗糙度Ra值为1.9nm，与实施例1～5相比，是大约大了一个数量级的值。如实施例5的情况所示，在这样的外延膜上形成肖特基势垒二极管，并评价了反向的耐电压，与采用本发明的外延膜上的二极管相比特性差。同样地制作
100个肖特基势垒二极管，其中产生了8个不良品。
长步骤、温度等与实施例1相同，但气体流量是SiH4流量设为40cm/分钟、C2H4流量设为
3
22cm/分钟(C/Si＝1.1)，不流通HCl而生长出10μm的外延层。将生长后的外延膜的光学显微镜照片示于图7，将表面AFM像示于图8。从图7、图8可知生长后的表面变成褶皱状，产生了台阶束。另外，从图8来看，表面粗糙度Ra值为1.9nm，与实施例1～5相比，是大约大了一个数量级的值。如实施例5的情况所示，在这样的外延膜上形成肖特基势垒二极管，并评价了反向的耐电压，与采用本发明的外延膜上的二极管相比特性差。同样地制作
100个肖特基势垒二极管，其中产生了8个不良品。
[0074] 此外，与实施例1同样地制作基板的偏离角度为7°的SiC单晶基板，对于与原料气体同时地流通了HCl的情况和不流通HCl的情况，与实施例1同样地使外延膜生长。由于偏离角度大，所以台阶束终究难以发生，所以即使不添加HCl，生长平面也平坦，即使添加HCl也为具有相同的平坦性的生长表面。
[0075] 另外，实施例1中的晶体生长时的温度为1600℃，但是在1500℃和1650℃下分别同样地进行了晶体生长，但得到了相同的结果。在1450℃下与实施例1同样地进行了晶体生长，但若制作肖特基势垒二极管的话，则不良发生率变大。另外，在1700℃下与实施例1同样地进行了晶体生长，但只得到表面粗糙度Ra值超过0.4的外延膜。因此，结晶性生长时的温度范围优选为1500～1650℃。
[0076] 产业上的利用可能性
[0077] 根据该发明，通过在SiC单晶基板上进行外延生长能够制成具有台阶束少的高品质外延膜的外延SiC单晶基板。因此，若在这样的基板上形成电子器件，则可以期待器件的特性和成品率提高。在本实施例中，作为材料气体使用了SiH4和C2H4，但对于作为Si源使用三氯硅烷、作为C源使用C3H8等的情况也是同样的。
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