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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024035252
(43)【公開日】2024-03-14
(54)【発明の名称】半導体装置およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/36 20060101AFI20240306BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
C30B29/36 A
H01L21/205
【審査請求】未請求
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022136724
(22)【出願日】2022-08-30
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り １． 発行日：令和３年１０月２４日 刊行物：１３▲ｔｈ▼ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＥＣＳＣＲＭ２０２１）の予稿集、電子ファイルをＵＳＢメモリに格納して配布 公開者：佐沢洋幸、山口博隆、児島一聡、山口浩 内容： 「３Ｃ－ＳｉＣ ｗｉｔｈ ｌｅｓｓ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｖａｒｉａｎｔｓ ｍｉｘｉｎｇ ｇｒｏｗｎ ｏｎ ４Ｈ－ＳｉＣ Ｃ－ｆａｃｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｂｙ ＣＶＤ」 （講演番号Ｗｅ－Ｐ－５１）のタイトルで、４Ｈ－ＳｉＣ基板のＣ面上にＣＶＤ法により互いに回転した関係にある結晶の発生を抑制した３Ｃ－ＳｉＣエピタキシャル結晶層を成長させる研究について公開した。
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ２． 発表日：令和３年１０月２７日（開催期間：令和３年１０月２４日～２８日） 集会名：１３▲ｔｈ▼ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＥＣＳＣＲＭ２０２１） 開催場所：Ｖｉｎｃｉ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｒｅ，２６ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ Ｈｅｕｒｔｅｌｏｕｐ ３７０００ Ｔｏｕｒｓ，フランス 公開者：佐沢洋幸、山口博隆、児島一聡、山口浩 内容：演題「３Ｃ－ＳｉＣ ｗｉｔｈ ｌｅｓｓ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｖａｒｉａｎｔｓ ｍｉｘｉｎｇ ｇｒｏｗｎ ｏｎ ４Ｈ－ＳｉＣ Ｃ－ｆａｃｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｂｙ ＣＶＤ」 （講演番号：Ｗｅ－Ｐ－５１）にて、「４Ｈ－ＳｉＣ基板のＣ面上にＣＶＤ法により互いに回転した関係にある結晶の発生を抑制した３Ｃ－ＳｉＣエピタキャル結晶層を成長させる技術をポスターにて公開した。
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ３． 発行日：令和４年５月２３日 刊行物：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １２０，２１２１０２（２０２２） オンライン発行（ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０６３／５．００９００８３） 公開者：佐沢洋幸、山口博隆 内容：タイトル「Ｈｉｇｈ－ｍｏｂｉｌｉｔｙ ２Ｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇａｓ ｉｎ ｃａｒｂｏｎ－ｆａｃｅ ３Ｃ－ＳｉＣ／４Ｈ－ＳｉＣ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｄｏｍａｉｎ ３Ｃ－ＳｉＣ ｌａｙｅｒ」にて、「４Ｈ－ＳｉＣ基板のステップ制御したＣ面上にエピタキャル結晶させた３Ｃ／４Ｈヘテロ構造が、高電子移動度を示したことを公開した。
(71)【出願人】
【識別番号】301021533
【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所
(72)【発明者】
【氏名】佐沢 洋幸
【テーマコード（参考）】
4G077
5F045
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077AB01
4G077AB02
4G077AB06
4G077AB08
4G077BE08
4G077DB04
4G077DB07
4G077EE03
4G077HA06
5F045AA03
5F045AB06
5F045AC01
5F045AC07
5F045AD16
5F045AD17
5F045AD18
5F045AF02
5F045AF13
5F045EB13
5F045EB15
(57)【要約】
【課題】双晶の生成が抑制された結晶性の良好な３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層を備える半導体装置を提供する。
【解決手段】第１の主面を有する４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板１１と、上記第１の主面上に設けられた単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層１２と、を備え、上記第１の主面１１ａは、（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜してステップが形成され、上記ステップの高さは上記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである、半導体装置が提供される。
【選択図】図１
【解決手段】第１の主面を有する４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板１１と、上記第１の主面上に設けられた単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層１２と、を備え、上記第１の主面１１ａは、（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜してステップが形成され、上記ステップの高さは上記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである、半導体装置が提供される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の主面を有する４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板と、
前記第１の主面上に設けられた単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層と、を備え、
前記第１の主面は、（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜してステップが形成され、前記ステップの高さは前記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである、半導体装置。
前記第１の主面上に設けられた単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層と、を備え、
前記第１の主面は、（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜してステップが形成され、前記ステップの高さは前記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである、半導体装置。
【請求項2】
前記第１の主面は（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾いたオフ面であり、
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１記載の半導体装置。
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項3】
前記ＳｉＣ基板は４Ｈ－ＳｉＣ基板である、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項4】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板との界面に室温において電圧を印加しない状態で２次元電子ガスが誘起されてなる、請求項３記載の半導体装置。
【請求項5】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板との界面に室温においてホール移動度が４００ｃｍ2／Ｖｓ以上である、請求項３記載の半導体装置。
【請求項6】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、厚さが２００ｎｍ以下である、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項7】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、双晶の混入比が１０％以下である、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項8】
当該３Ｃ－ＳｉＣ層は、１１１反射におけるロッキングカーブの半値全幅値が７０秒以下である、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第１の主面は（０００１）面から所定の方向に所定の角度で傾いたオフ面であり、
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１記載の半導体装置。
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項10】
）
前記ＳｉＣ基板は４Ｈ－ＳｉＣ基板である、請求項９記載の半導体装置。
前記ＳｉＣ基板は４Ｈ－ＳｉＣ基板である、請求項９記載の半導体装置。
【請求項11】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、室温においてＰ型の導電型を示す、請求項９または１０記載の半導体装置。
【請求項12】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、室温においてホール移動度が１５ｃｍ2／Ｖｓ以上であり、シート抵抗値が３００００Ω／□以下である、請求項９または１０記載の半導体装置。
【請求項13】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、室温に対して１００℃のシートキャリア濃度の増加が５００％以下である、請求項９または１０記載の半導体装置。
【請求項14】
前記３Ｃ－ＳｉＣ層は、厚さが２００ｎｍ以下である、請求項９または１０記載の半導体装置。
【請求項15】
（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾いた第１の主面を有する４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板を準備する工程と、
前記ＳｉＣ基板の前記第１の主面を、水素を含むガス雰囲気下でエッチング処理を行って、前記第１の主面におけるステップの高さを前記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さとする工程と、
前記エッチング処理後の第１の主面上に、単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
前記ＳｉＣ基板の前記第１の主面を、水素を含むガス雰囲気下でエッチング処理を行って、前記第１の主面におけるステップの高さを前記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さとする工程と、
前記エッチング処理後の第１の主面上に、単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項16】
前記エッチング処理は、１３００℃よりも高い温度に保持することを含む、請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項17】
前記エッチング処理は、３５ｋＰａに保持することを含む、請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項18】
前記第１の主面は（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜したオフ面であり、
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１５～１７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１５～１７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項19】
前記ＳｉＣ基板は４Ｈ－ＳｉＣ基板である、請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項20】
前記第１の主面は（０００１）面から所定の方向に所定の角度で傾いたオフ面であり、
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１５～１７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
前記所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、
前記所定の角度が（０００１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である、請求項１５～１７のうちいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項21】
前記ＳｉＣ基板は４Ｈ－ＳｉＣ基板である、請求項２０記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体基板上にエピタキシャル結晶成長させた単結晶の半導体層を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＳｉＣ単結晶は、様々なポリタイプ（結晶多形）を取り得るが、３Ｃ（立方晶）－ＳｉＣ単結晶は、トランジスタのチャネル材料、窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成長するための基板、水分解触媒などとして利用されている。これらの３Ｃ（立方晶）－ＳｉＣ単結晶は、Ｓｉ基板や４Ｈ（六方晶）－ＳｉＣ基板上に熱ＣＶＤ（化学気相成長法）などの手法でエピタキシャル成長して製造される。
【0003】
Ｓｉ基板や４Ｈ－ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長された３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層は結晶品質に問題があることが多い。Ｓｉ基板上に成長する場合、Ｓｉと３Ｃ－ＳｉＣの格子定数の違いにより、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層に転位が発生しやすい。４Ｈ－ＳｉＣ基板上に成長する場合、主面が（０００１）や（０００－１）の基板上の成長では、３Ｃ－ＳｉＣは、面内で互いに６０度回転した関係にある２種の結晶（以下、この２つの結晶をＸ、Ｙとも称する。）が成長する。ＸとＹが隣り合って成長したものを双晶と呼ぶ。ＸとＹが隣接する界面は結晶欠陥となることが知られている。双晶のない結晶を得るために、ＸとＹの結晶の成長速度の差を利用し、長時間成長することにより、どちらか一方が全面を覆うようにしむけ、最表面層において双晶のない結晶を形成する手法がある（例えば非特許文献１参照。）。この手法を用いると成長層は厚膜となる。通常、薄くても１μｍ程度は必要となる。そのためコスト高である。また、成長初期段階の成長膜には双晶と欠陥が残留するため、トランジスタのチャネルとして利用すると特性の劣化が著しい。
【0004】
４Ｈ－ＳｉＣ基板を用いて、（０００１）面および（０００－１）面を特定の方向に特定の角度傾斜した面に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層を成長させることが知られている（例えば、特許文献１および２、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２１－１７８７６２号公報
【特許文献2】特開平１１－１６２８５０号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】K. Nishino et al., Jpn. J. Appl. Phys (1997) vol. 36, 5202
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献２では、４Ｈ－ＳｉＣ基板を用いて、（０００１）面および（０００－１）面を特定の方向に特定の角度傾斜した面を８００℃以上１３００℃以下まで加熱することで、結晶成長表面が√３×√３表面再配列構造になるように清浄化することで、良好な結晶性の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層をエピタキシャル成長させることが開示されているが、双晶の生成の抑制については記載されていない。
【0008】
本発明の目的は、双晶の生成が抑制された結晶性の良好な３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層を備える半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様によれば、第１の主面を有する４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板と、上記第１の主面上に設けられた単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層と、を備え、上記第１の主面は、（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜してステップが形成され、上記ステップの高さは上記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである、半導体装置が提供される。
【0010】
上記態様によれば、４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板の（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾斜した第１の主面にＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さの高さのステップが形成されているので、ステップ端を挟む２つのテラスのＳｉ－Ｃ原子対の配向方向が揃っているので、その上にエピタキャル成長した３Ｃ－ＳｉＣ層のＳｉ－Ｃ原子対の配向方向も揃って形成される。これによって、３Ｃ－ＳｉＣ層の双晶の生成が抑制され良質の単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層を有する半導体装置を提供することができる。
【0011】
本発明の他の態様によれば、（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾いた第１の主面を有する４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板を準備する工程と、上記ＳｉＣ基板の前記第１の主面を、水素を含むガス雰囲気下でエッチング処理を行って、上記第１の主面におけるステップの高さを上記ＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さとする工程と、上記エッチング処理後の第１の主面上に、単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長する工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【0012】
上記他の態様によれば、（０００１）面または（０００－１）面から所定の方向に所定の角度で傾いた第１の主面を有する４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板を用いて、第１の主面を、水素を含むガス雰囲気下でエッチング処理することで１単位セル長さの高さのステップが形成され、ステップ端を挟む２つのテラスのＳｉ－Ｃ原子対の配向方向が揃う。その上に３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させることで、３Ｃ－ＳｉＣ層のＳｉ－Ｃ原子対の配向方向がＳｉＣ基板のＳｉ－Ｃ原子対の配向方向に揃って形成される。これによって、３Ｃ－ＳｉＣ層の双晶の生成が抑制された良質の単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図2】４Ｈ－ＳｉＣ基板の主面上の３Ｃ－ＳｉＣ層のエピタキシャル成長の説明図である。
【図3】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図4】水素エッチング処理後の４Ｈ－ＳｉＣ基板の主面（オフ面）のＡＦＭ断面プロファイルである。
【図5】３Ｃ－ＳｉＣ層の１１３反射におけるＸ線回折φスキャンを示す図である。
【図6】実施例２の断面ＴＥＭ写真である。
【図7】実施例１および比較例１の３Ｃ－ＳｉＣ層のホール移動度とシートキャリア濃度の温度変化を示す図である。
【図8】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図9】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、複数の図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。
【0015】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図１を参照するに、半導体装置１０は、４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板（４Ｈ－ＳｉＣまたは６Ｈ－ＳｉＣ基板）１１と、その主面１１ａ上に単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層１２とを備える。３Ｃ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣの３Ｃ－、４Ｈ－、６Ｈ－の表記は、Ｒａｎｓｄｅｌｌの表記法によるものであり、冒頭の数字は、六方最密充填構造における３種類の原子（Ｓｉ－Ｃ原子対）の占有位置である“Ａ”、“Ｂ”および“Ｃ”の（０００１）方向の１単位セルの数を示す。３Ｃ－および４Ｈ－の“Ｃ”および“Ｈ”は、各々ｃｕｂｉｃ（立方晶）、ｈｅｘａｇｏｎａｌ（六方晶）を表す。３Ｃ－ＳｉＣは、（０００１）方向の１単位セルが、Ａ、Ｂ、Ｃの順で構成され、４Ｈ－ＳｉＣは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｂの順で構成され、６Ｈ－ＳｉＣはＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｃ、Ｂで構成される。ＳｉＣ基板１１の主面（オフ面）１１ａは（０００－１）面から所定の方位に所定の角度で傾いたオフ面である。所定の方位（すなわち傾斜方位）は、＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、好ましくは±７度以内の範囲であり、さらに好ましくは±５度以内の範囲であり、最も好ましくは±３度以内の範囲である。所定の角度（すなわち傾斜角度）は、（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲であり、好ましくは０．０６度以上０．２０度以下の範囲であり、さらに好ましくは０．０８度以上０．１９度以下の範囲であり、最も好ましくは０．１１度以上０．１７度以下の範囲である。＜０１－１０＞方向は、６つの等価な方向、すなわち［１０－１０］、［１－１００］、［０－１１０］、［－１０１０］、［－１１００］および［０１－１０］方向を表す。３Ｃ－ＳｉＣ層１２は、ＳｉＣ基板１１の主面（オフ面）１１ａに略（１１１）面が接合する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図１を参照するに、半導体装置１０は、４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板（４Ｈ－ＳｉＣまたは６Ｈ－ＳｉＣ基板）１１と、その主面１１ａ上に単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層１２とを備える。３Ｃ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣの３Ｃ－、４Ｈ－、６Ｈ－の表記は、Ｒａｎｓｄｅｌｌの表記法によるものであり、冒頭の数字は、六方最密充填構造における３種類の原子（Ｓｉ－Ｃ原子対）の占有位置である“Ａ”、“Ｂ”および“Ｃ”の（０００１）方向の１単位セルの数を示す。３Ｃ－および４Ｈ－の“Ｃ”および“Ｈ”は、各々ｃｕｂｉｃ（立方晶）、ｈｅｘａｇｏｎａｌ（六方晶）を表す。３Ｃ－ＳｉＣは、（０００１）方向の１単位セルが、Ａ、Ｂ、Ｃの順で構成され、４Ｈ－ＳｉＣは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｂの順で構成され、６Ｈ－ＳｉＣはＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ、Ｃ、Ｂで構成される。ＳｉＣ基板１１の主面（オフ面）１１ａは（０００－１）面から所定の方位に所定の角度で傾いたオフ面である。所定の方位（すなわち傾斜方位）は、＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、好ましくは±７度以内の範囲であり、さらに好ましくは±５度以内の範囲であり、最も好ましくは±３度以内の範囲である。所定の角度（すなわち傾斜角度）は、（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲であり、好ましくは０．０６度以上０．２０度以下の範囲であり、さらに好ましくは０．０８度以上０．１９度以下の範囲であり、最も好ましくは０．１１度以上０．１７度以下の範囲である。＜０１－１０＞方向は、６つの等価な方向、すなわち［１０－１０］、［１－１００］、［０－１１０］、［－１０１０］、［－１１００］および［０１－１０］方向を表す。３Ｃ－ＳｉＣ層１２は、ＳｉＣ基板１１の主面（オフ面）１１ａに略（１１１）面が接合する。
【0016】
ＳｉＣ基板１１の主面（オフ面）１１ａは、３Ｃ－ＳｉＣ層１２の境界において、ステップが形成されている。ステップの高さはＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである。すなわち、ＳｉＣ基板１１が４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板の場合は、１単位セル長さが１．０ｎｍであり、ＳｉＣ基板１１が６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板の場合は、１単位セル長さが１．５ｎｍである。
【0017】
ＳｉＣ基板１１の主面（オフ面）１１ａの傾斜角度は、隣接するステップの距離、すなわちテラス間隔とステップの高さを求めることで特定できる。これらは、半導体装置１０の断面の透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）もしくは、製造途中であればＳｉＣ基板１１の主面（オフ面）１１ａをＡＦＭで観察することにより特定できる。
【0018】
図２は、４Ｈ－ＳｉＣ基板の主面上の３Ｃ－ＳｉＣ層のエピタキシャル成長の説明図である。図２は、[１１－２０]方向から見た断面模式図である。図２中の斜線は結晶軸を示し、太矢印はその配列方向を示す。図２（ａ）を参照するに、本実施形態の半導体装置１０は、４Ｈ－ＳｉＣ基板１１の主面（オフ面）１１ａにはステップ１１ｓが形成されている。ステップ１１ｓは、その高さ（両矢印で示す。）が１単位セル長さであり、ステップ１１ｓを挟むテラス１１t1とのテラス１１t2とでは、Ｓｉ－Ｃ原子対の配列方向が揃っている。主面１１ａ上にエピタキシャル成長で形成された３Ｃ－ＳｉＣ層１２のＳｉ－Ｃ原子対の配列方向がＳｉＣ基板１１のＳｉ－Ｃ原子対の配列方向に整合して揃って形成される。これにより、３Ｃ－ＳｉＣ層１２は、Ｓｉ－Ｃ原子対の配列方向がステップ１１ｓを挟む両側で同じ方向になり、双晶の生成が抑制され、単一ドメインとなる。なお、ＳｉＣ基板１１が６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板の場合も同様に３Ｃ－ＳｉＣ層１２がエピタキシャル成長し、双晶の生成が抑制され、単一ドメインが形成される。
【0019】
一方、図２（ｂ）に示すように、本実施形態に含まれない半導体装置１００は、４Ｈ－ＳｉＣ基板１０１の主面（オフ面）が例えば（０００－１）面から＜１１－２０＞の方位に傾いている場合、ステップ１０１ｓの高さ（両矢印で示す。）が半単位セル長さになり、ステップ１０１ｓを挟むテラス１０１t2およびテラスt3とでＳｉ－Ｃ原子対の配列方向が互いに異なる。主面１０１ａ上にエピタキシャル成長で形成された３Ｃ－ＳｉＣ層１０２のＳｉ－Ｃ原子対の配列方向が互いに異なって双晶が生成され、その結晶粒界１０２ｂが形成される。３Ｃ－ＳｉＣ層１０２にはマルチドメインが形成される。
【0020】
図１に戻り、３Ｃ－ＳｉＣ層１２は、トランジスタの相互コンダクタンスと発生する電子濃度の兼ね合いから厚さが２００ｎｍ以下であることが好ましく、図２（ａ）で説明したように、４Ｈ－ＳｉＣ基板の主面上に単一ドメインで結晶性の良好な３Ｃ－ＳｉＣ層１２を形成できるので、厚さが２ｎｍ～１００ｎｍであることがより好ましい。
【0021】
４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板１１は半絶縁性であり、その上にエピタキシャル成長した３Ｃ－ＳｉＣ層１２は、実施例において述べるが、室温において、ＳｉＣ基板１１との界面に電圧を印加しない状態で２次元電子ガスが誘起される。
【0022】
３Ｃ－ＳｉＣ層１２は、室温において、ＳｉＣ基板１１との界面においてホール移動度が４００ｃｍ2／Ｖｓ以上であることがトランジスタの動作速度を上げる観点で好ましい。
【0023】
３Ｃ－ＳｉＣ層１２は、図２（ａ）で説明したように、４Ｈ－ＳｉＣ基板の主面上に単一ドメインで結晶性の良好な３Ｃ－ＳｉＣ層１２を形成できるので、双晶の混入比が１０％以下であることが好ましい。なお、双晶の混入比は、Ｘ線回折φスキャンにより、３Ｃ－ＳｉＣ層の１１３反射の回折信号強度を計測し、以下の式１により混入比を求める。
混入比（％）＝（一方の双晶からの１１３反射回折信号強度）／（両方の双晶からの１１３反射回折信号強度の合計／２）×１００ ・・・（１）
混入比（％）＝（一方の双晶からの１１３反射回折信号強度）／（両方の双晶からの１１３反射回折信号強度の合計／２）×１００ ・・・（１）
【0024】
３Ｃ－ＳｉＣ層１２は、Ｘ線回折装置による３Ｃ－ＳｉＣの１１１反射におけるロッキングカーブ（ωスキャン）の半値全幅値（ＦＷＨＭ）が７０秒以下であることが、結晶性が良好な点で好ましい。
【0025】
【0026】
最初に、４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板１１を準備する（Ｓ１００）。具体的には、４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板１１は、その主面が（０００－１）面（Ｃ面）から、所定の方向に所定の角度で傾いたオフ面である。主面は、所定の方位が＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、所定の角度が（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である。このような４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板は、インゴットを上記方位および上記角度に有するようにワイヤーソーによってスプライシングおよび研磨したものを用いればよい。
【0027】
次いで、水素を含むガス雰囲気下でＳｉＣ基板１１の主面をエッチング処理する（Ｓ１１０）。具体的には、Ｓ１００で準備した単結晶ＳｉＣ基板を洗浄（例えば、ＲＣＡ洗浄）した後、熱ＣＶＤ装置の反応炉内に単結晶ＳｉＣ基板を載置し、反応炉内を減圧しながら水素ガスを（例えば圧力が５ｋＰａ～５０ｋＰａ（好ましくは（１５ｋＰａ～２５ｋＰａ）になるように）導入し、例えば基板温度１２８０℃～１４７０℃、好ましくは１３００℃～１４５０℃、さらに好ましくは１３２０℃～１４３０℃、最も好ましくは１３４０℃～１４１０℃の範囲に設定し、基板温度の保持時間は１分以上２時間以下、好ましくは５分以上１時間以下、さらに好ましくは１０分以上４５分以下、最も好ましくは１５分以上３０分の間保持して、熱エッチング法により主面（オフ面）のエッチング処理を行う。
【0028】
このエッチング処理により、図２（ａ）に示したように、主面（オフ面）１１ａにはステップの高さが４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さであるステップが形成される。
【0029】
次いで、ＳｉＣ基板の主面１１ａ上に熱ＣＶＤ法により単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層１２をエピタキシャル成長させる（Ｓ１２０）。具体的には、Ｓ１１０のエッチング処理の雰囲気ガスを排気した後（好ましくは直後）に、ホットウォール型熱ＣＶＤ装置の反応炉内に原料ガスを導入する。シリコン（Ｓｉ）源にはＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6を用いることができ、炭素（Ｃ）源にはＣ3Ｈ8を用いることができる。キャリアガスとしてＨ2を導入し、例えば基板温度は、１２８０℃～１４７０℃の範囲から選択することができ、好ましくは１３００℃～１４５０℃の範囲から選択し、さらに好ましくは１３２０℃～１４３０℃の範囲から選択し、最も好ましくは１３４０℃～１４１０℃の範囲から選択して、ＳｉＣ基板および反応炉内壁を加熱して、３Ｃ－ＳｉＣ層１２をエピタキシャル成長させる。原料ガスのＣ原子とＳｉ原子との比率（Ｃ／Ｓｉ比）は、０．８～５の範囲に設定することが好ましい。Ｃ／Ｓｉ比の制御は原料ガスの流量比によって制御することができ、総流量に制限はないが、３Ｃ－ＳｉＣ層１２の成長速度を１μｍ／Ｈｒ～６μｍ／Ｈｒの範囲とすることが好ましい。３Ｃ－ＳｉＣ層１２の厚さは、例えば反応時間によって制御する。原料ガスはＣＨ3、Ｃ2Ｈ5、Ｈ2ＳｉＣｌ2でもよく、キャリアガスはＡｒでもよい。これにより、３Ｃ－ＳｉＣ層１２は、４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板の主面上に、図２（ａ）に示したように、ステップ１１ｓを挟むテラス１１t1とテラス１１t2とではＳｉ－Ｃ原子対の配列方向（太い矢印）がそろって形成され、単結晶の単一ドメインの３Ｃ－ＳｉＣ層１２が形成される。
【0030】
なお、このような４Ｈまたは６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板／３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層のエピタキシャルウェハにトランジスタやダイオードを形成する場合は、公知の半導体プロセスを用いることができる。
【0031】
［実施例１および２］
主面（オフ面）が（０００－１）面から［０１－１０］の方位に０．１４°傾いた４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板（サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）を準備した。半絶縁性の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板をアセトン中で１０分間超音波処理した後、ＲＣＡ洗浄を行った。ホットウォール型熱ＣＶＤ装置の反応炉に洗浄後の４Ｈ－ＳｉＣ基板を載置し、水素ガスを導入し、基板温度を１３８０℃に設定し３０分間水素エッチング処理を行った。反応炉内の水素ガス導入量を保ったまま、直ぐに原料ガスとしてＣ3Ｈ8、ＳｉＨ4をＣ／Ｓｉ比が０．８５となるように流量比を設定して、基板温度１３８０度で１分間および２０秒間、３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させ、３Ｃ－ＳｉＣ層の厚さが３０ｎｍ（実施例１）、１０ｎｍ（実施例２）のエピタキシャルウェハを得た。
主面（オフ面）が（０００－１）面から［０１－１０］の方位に０．１４°傾いた４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板（サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）を準備した。半絶縁性の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板をアセトン中で１０分間超音波処理した後、ＲＣＡ洗浄を行った。ホットウォール型熱ＣＶＤ装置の反応炉に洗浄後の４Ｈ－ＳｉＣ基板を載置し、水素ガスを導入し、基板温度を１３８０℃に設定し３０分間水素エッチング処理を行った。反応炉内の水素ガス導入量を保ったまま、直ぐに原料ガスとしてＣ3Ｈ8、ＳｉＨ4をＣ／Ｓｉ比が０．８５となるように流量比を設定して、基板温度１３８０度で１分間および２０秒間、３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させ、３Ｃ－ＳｉＣ層の厚さが３０ｎｍ（実施例１）、１０ｎｍ（実施例２）のエピタキシャルウェハを得た。
【0032】
［比較例１］
比較例１は、主面（オフ面）が（０００－１）面から［１１－２０］の方位に０．１４°傾いた４Ｈ－ＳｉＣ基板（サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）を用いた以外は実施例と同様にしてエピタキシャルウェハを形成した。３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層の厚さが３０ｎｍのもの比較例１とした。
比較例１は、主面（オフ面）が（０００－１）面から［１１－２０］の方位に０．１４°傾いた４Ｈ－ＳｉＣ基板（サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）を用いた以外は実施例と同様にしてエピタキシャルウェハを形成した。３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層の厚さが３０ｎｍのもの比較例１とした。
【0033】
【0034】
図４（ａ）を参照するに、実施例の水素エッチング処理後の［０１－１０］の方位に０．１４°傾いた主面（オフ面）には、高さが１ｎｍのステップが形成されていることが分かる。４Ｈ－ＳｉＣ単結晶のｃ軸の長さが１．００８ｎｍであるから、ステップは１単位セル長さの高さを有することが分かる。一方、図４（ｂ）を参照するに、比較例の水素エッチング処理後の［１１－２０］の方位に０．１４°傾いた主面（オフ面）には、高さが０．５ｎｍのステップが形成されており、ステップは０．５単位セル長さの高さを有することが分かる。
【0035】
図５は、３Ｃ－ＳｉＣ層の１１３反射におけるＸ線回折φスキャングラフである。図５（ａ）は実施例１、図５（ｂ）が比較例１である。ロッキングカーブの測定は、Ｘ線回折装置（線源：Ｃｕ、結晶モノクロメータ：Ｇｅ２２０、Ｃｕ Ｋα線）を用いて、３Ｃ－ＳｉＣ １１３反射に対してチルト（ψ）角を２９．２９°から２９．６９°まで０．２°刻みで変えながら面内スキャン（φスキャン）を行ってφスキャングラフを得た。
【0036】
図５（ａ）を参照するに、実施例１の３Ｃ－ＳｉＣ層の１１３反射におけるφスキャンは、６１°、１８１°および３０１°にピークが現れ、３つのピークが観測された。３Ｃ－ＳｉＣ単結晶の１１３反射は３回回転対称を有する。３つのピークのみが観測されたので、実施例１の３Ｃ－ＳｉＣ層は、単一ドメインで形成されており、つまり双晶の形成が抑制されていることが分かる。一方、図５（ｂ）を参照するに、比較例１の３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層の１１３反射におけるφスキャンは、２°、６２°、１２２°、１８２°、２４２°および３０２°にピークが現れ、６つのピークが観測された。これにより、比較例１は、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層が互いに６０°面内に回転したマルチドメインで形成されており、つまり双晶が形成されていることが分かる。
【0037】
３Ｃ－ＳｉＣ層の１１１反射のロッキングカーブ（ωスキャン）を測定した。実施例１の半値全幅値が８．７秒であり、これは極めて小さく、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板上に非常に良質の単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層が形成されていることを示している。
【0038】
図６は、実施例２の断面ＴＥＭ写真である。図６は、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板（“４Ｈ”で示す。）とその上の３Ｃ－ＳｉＣ層（“３Ｃ”で示す。）の[０００－１]方向の断面図である。図６を参照するに、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板と３Ｃ－ＳｉＣ層との境界にヘテロ界面が形成されていることが分かる。さらに、３Ｃ－ＳｉＣ層は、それぞれ粒のように見えるＳｉ原子（あるいはＳｉ原子－Ｃ原子対）が整然と配列しており、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層が極薄くても結晶性が極めて良質であることを示しており、従来は３Ｃ－ＳｉＣの良質の結晶を得るために数μｍ程度の厚膜を形成していたが、その必要がないことが分かる。
【0039】
図７は、実施例１および比較例１の３Ｃ－ＳｉＣ層のホール移動度とシートキャリア濃度の温度変化を示す図である。ホール移動度とシートキャリア濃度は、ホール効果測定装置（東陽テクニカ社製モデルＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００）を用いて測定した。
【0040】
図７を参照するに、ホール移動度μHは、室温（２９７Ｋ）において、実施例１（●で示す。）は７８０ｃｍ2／Ｖｓであり、比較例１（○で示す。）の１９０ｃｍ2／Ｖｓよりも極めて高いことが分かる。
【0041】
実施例１のシートキャリア濃度（▲で示す。）は、２０Ｋ～５６０Ｋの測定範囲でほぼ一定であることが分かる。これは多数キャリアが縮退した電子であることを示す。実施例１の測定したホール移動度μHが室温（２９７Ｋ）で７８０ｃｍ2／Ｖｓと不純物バンドに存在する電子のホール移動度の一般的値（最高でも１０ｃｍ2／Ｖｓ程度）よりも極めて高いことを考慮すると、電子は、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板との界面の３Ｃ－ＳｉＣ層に２次元電子ガスが誘起されていると推察される。
【0042】
［実施例３～７および比較例２～３］
（０００－１）面からの傾斜方位および傾斜角度を異ならせた４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を用いて、実施例１と同じ方法で４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板上に３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させ、３Ｃ－ＳｉＣ層の双晶の混入比および１１１反射のロッキングカーブの半値全幅値を実施例１と同様にして計測した。
（０００－１）面からの傾斜方位および傾斜角度を異ならせた４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を用いて、実施例１と同じ方法で４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板上に３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させ、３Ｃ－ＳｉＣ層の双晶の混入比および１１１反射のロッキングカーブの半値全幅値を実施例１と同様にして計測した。
【表1】
【0043】
実施例３～７は比較例２～３と比較して、双晶の混入比が極めて小さく、１１１反射のロッキングカーブの半値全幅値も極めて小さいことが分かった。実施例３～５では、傾斜角度が０．０５～０．２４°の範囲では０．１４°で最小になっており、０．１４°付近の範囲（例えば０．１１度以上０．１７度以下）が最も好ましいことが分かる。
【0044】
なお、実施例１～７および比較例１～３では、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を用いたが、その代わりに６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を用いた場合も同様の結果が得られることが推察される。
【0045】
［第２実施形態］
図８は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図８を参照するに、半導体装置２０は、４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板２１と、その主面２１ａ上に単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層２２とを備える。ＳｉＣ基板２１の主面（オフ面）２１ａは（０００１）面（Ｓｉ面）から所定の方向に所定の角度で傾いたオフ面である。所定の方位は、＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、所定の角度が（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である。このＳｉＣ基板２１の主面２１ａは、３Ｃ－ＳｉＣ層１２の境界において、ステップが形成されている。ステップの高さはＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである。すなわち、ＳｉＣ基板１１が４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板の場合は、１単位セル長さが１．０ｎｍであり、ＳｉＣ基板１１が６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板の場合は、１単位セル長さが１．５ｎｍである。
図８は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図８を参照するに、半導体装置２０は、４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板２１と、その主面２１ａ上に単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層２２とを備える。ＳｉＣ基板２１の主面（オフ面）２１ａは（０００１）面（Ｓｉ面）から所定の方向に所定の角度で傾いたオフ面である。所定の方位は、＜０１－１０＞方向から±１０度以内の範囲であり、所定の角度が（０００－１）面から０．０５度以上０．２４度以下の範囲である。このＳｉＣ基板２１の主面２１ａは、３Ｃ－ＳｉＣ層１２の境界において、ステップが形成されている。ステップの高さはＳｉＣ基板の結晶構造の１単位セル長さである。すなわち、ＳｉＣ基板１１が４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板の場合は、１単位セル長さが１．０ｎｍであり、ＳｉＣ基板１１が６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板の場合は、１単位セル長さが１．５ｎｍである。
【0046】
第２実施形態に係る半導体装置２０は、オフ面が（０００１）面（Ｓｉ面）から上記のように所定の方向に所定の角度で傾いた面である以外は、図１に示した第１実施形態に係る半導体装置１０と同様であり、その製造方法も同様である。以下、第１実施形態と異なる事項のみを説明し、同様な事項の説明を省略する。
【0047】
３Ｃ－ＳｉＣ層２２は、トランジスタの相互コンダクタンスと電子濃度の兼ね合いから厚さが２００ｎｍ以下であることが好ましく、厚さが２ｎｍ～１００ｎｍであることがより好ましい。
【0048】
４Ｈまたは６Ｈの単結晶のＳｉＣ基板２１は半絶縁性であり、その上にエピタキシャル成長した３Ｃ－ＳｉＣ層２２は、室温においてＰ型の導電型を示す。３Ｃ－ＳｉＣ層２２は、室温においてホール移動度が１５ｃｍ2／Ｖｓ以上であり、シート抵抗値が３００００Ω／□以下である。３Ｃ－ＳｉＣ層２２は、室温に対して１００℃のシートキャリア濃度の増加が５００％以下である。
【0049】
［実施例８］
主面（オフ面）が（０００１）面から［０１－１０］の方位に０．０８°傾いた４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板（サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）を準備した。半絶縁性の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板をアセトン中で１０分間超音波処理した後、ＲＣＡ洗浄を行った。ホットウォール型熱ＣＶＤ装置の反応炉に洗浄後の４Ｈ－ＳｉＣ基板を載置し、水素ガスを導入し、基板温度を１３７０℃に設定し３０分間水素エッチング処理を行った。反応炉内の水素ガス導入量を保ったまま、直ぐに原料ガスとしてＣ３Ｈ８、ＳｉＨ４をＣ／Ｓｉ比が１となるように流量比を設定して、基板温度１３７０度で２２秒間、３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させ、３Ｃ－ＳｉＣ層の厚さが３０ｎｍのエピタキシャルウェハを得た。
主面（オフ面）が（０００１）面から［０１－１０］の方位に０．０８°傾いた４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板（サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）を準備した。半絶縁性の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板をアセトン中で１０分間超音波処理した後、ＲＣＡ洗浄を行った。ホットウォール型熱ＣＶＤ装置の反応炉に洗浄後の４Ｈ－ＳｉＣ基板を載置し、水素ガスを導入し、基板温度を１３７０℃に設定し３０分間水素エッチング処理を行った。反応炉内の水素ガス導入量を保ったまま、直ぐに原料ガスとしてＣ３Ｈ８、ＳｉＨ４をＣ／Ｓｉ比が１となるように流量比を設定して、基板温度１３７０度で２２秒間、３Ｃ－ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させ、３Ｃ－ＳｉＣ層の厚さが３０ｎｍのエピタキシャルウェハを得た。
【0050】
この処理とは別個に、同じ性状を有する基板を別に用意し、上記と同じ操作により水素エッチングを施したのち冷却し、取り出して水素エッチング処理済みの４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を用意した。
【0051】
［比較例４］
比較例は、主面（オフ面）が（０００１）面から［１１－２０］の方位に０．０７６°傾いた４Ｈ－ＳｉＣ基板（サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）を用いた以外は実施例８と同様にしてエピタキシャルウェハを形成した。３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層の厚さが３０ｎｍのものを比較例４とした。この処理とは別個に、同じ性状を有する基板を別に用意し、上記と同じ操作により水素エッチングを施したのち冷却し、取り出して水素エッチング処理済みの４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を用意した。
比較例は、主面（オフ面）が（０００１）面から［１１－２０］の方位に０．０７６°傾いた４Ｈ－ＳｉＣ基板（サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）を用いた以外は実施例８と同様にしてエピタキシャルウェハを形成した。３Ｃ－ＳｉＣ単結晶層の厚さが３０ｎｍのものを比較例４とした。この処理とは別個に、同じ性状を有する基板を別に用意し、上記と同じ操作により水素エッチングを施したのち冷却し、取り出して水素エッチング処理済みの４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を用意した。
【0052】
水素エッチングの後、冷却して取り出した水素エッチング処理済みの４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板の表面に形成されているステップ高さは、実施例８において１ｎｍであり、比較例４においては０．５ｎｍだった。それぞれ１単位セル高さ、０．５単位セル高さに相当する。
【0053】
３Ｃ－ＳｉＣ層の双晶の混入比は、実施例８において０．２２％であり、比較例４において４８％だった。
【0054】
［第３実施形態］
図９は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図９を参照するに、半導体装置３０は、４Ｈ－ＳｉＣまたは６Ｈ－ＳｉＣ基板１１と、その主面１１ａ上に単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層１２と、３Ｃ－ＳｉＣ層１２上にオーミック電極３１，３２およびショットキー電極３３とを備える。４Ｈ－ＳｉＣまたは６Ｈ－ＳｉＣ基板）１１と３Ｃ－ＳｉＣ層１２との主面１１ａでの接合は、第１実施形態の半導体装置１０と同様であり、４Ｈ－ＳｉＣまたは６Ｈ－ＳｉＣ基板１１のＣ面と３Ｃ－ＳｉＣ層１２のＳｉ面が接合している。主面１１ａの３Ｃ－ＳｉＣ層１２側には２次元電子ガスが発生している。半導体装置３０は、オーミック電極３１をソース電極、オーミック電極３２をドレイン電極、ショットキー電極３３をゲート電極とすることで、ソース電極３１から２次元電子ガスを通ってドレイン電極３２に流れる電流をゲート電極３３で制御するトランジスタを構成できる。
図９は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図９を参照するに、半導体装置３０は、４Ｈ－ＳｉＣまたは６Ｈ－ＳｉＣ基板１１と、その主面１１ａ上に単結晶の３Ｃ－ＳｉＣ層１２と、３Ｃ－ＳｉＣ層１２上にオーミック電極３１，３２およびショットキー電極３３とを備える。４Ｈ－ＳｉＣまたは６Ｈ－ＳｉＣ基板）１１と３Ｃ－ＳｉＣ層１２との主面１１ａでの接合は、第１実施形態の半導体装置１０と同様であり、４Ｈ－ＳｉＣまたは６Ｈ－ＳｉＣ基板１１のＣ面と３Ｃ－ＳｉＣ層１２のＳｉ面が接合している。主面１１ａの３Ｃ－ＳｉＣ層１２側には２次元電子ガスが発生している。半導体装置３０は、オーミック電極３１をソース電極、オーミック電極３２をドレイン電極、ショットキー電極３３をゲート電極とすることで、ソース電極３１から２次元電子ガスを通ってドレイン電極３２に流れる電流をゲート電極３３で制御するトランジスタを構成できる。
【0055】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【0056】
１０，２０，３０ 半導体装置
１１，２１ ＳｉＣ基板
１２，２２ ３Ｃ－ＳｉＣ層
１１，２１ ＳｉＣ基板
１２，２２ ３Ｃ－ＳｉＣ層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】