JP2002293695A - 常圧ｃｖｄ法による単結晶生成方法及びその装置 - Google Patents
常圧ｃｖｄ法による単結晶生成方法及びその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 常圧ＣＶＤ法において、ＳｉＣなどの単結晶
を確実にしかも短時間で生成すること。 【解決手段】 基板４５上に生成される単結晶に白色Ｘ
線を入射するＸ線源３２と、この単結晶への白色Ｘ線の
入射角と出射角とが同じになるように配置された半導体
検出器等エネルギー分解能を持つ検出器３３と、この検
出器３３により検出されたブラッグ回折を起こすＸ線の
エネルギーの変動から結晶性をその場観察した観察結果
に基づいて前記単結晶の生成条件を最適な状態に制御す
る制御装置とを具備すること。
を確実にしかも短時間で生成すること。 【解決手段】 基板４５上に生成される単結晶に白色Ｘ
線を入射するＸ線源３２と、この単結晶への白色Ｘ線の
入射角と出射角とが同じになるように配置された半導体
検出器等エネルギー分解能を持つ検出器３３と、この検
出器３３により検出されたブラッグ回折を起こすＸ線の
エネルギーの変動から結晶性をその場観察した観察結果
に基づいて前記単結晶の生成条件を最適な状態に制御す
る制御装置とを具備すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、常圧ＣＶＤ法
（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長法）
によるＳｉＣ（Silicon Carbide：炭化ケイ素）等の単
結晶生成方法及びその装置に関する。
（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長法）
によるＳｉＣ（Silicon Carbide：炭化ケイ素）等の単
結晶生成方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、ＳｉＣは、大きなバンド
ギャップをもち、電子移動度が大きく、伝導型の制御が
容易であるので、これを基板に薄膜として形成したもの
は、従来のＳｉやＧａＡｓの薄膜では実現不可能な高温
動作用、ハイパワー用デバイスとしての開発が期待され
ている。また、このデバイスを利用することにより現在
の電力輸送で損失している電力が大幅に低減されエネル
ギーの有効利用に役立つものと期待されている。このよ
うなＳｉＣ等の結晶薄膜を基板上へ生成する方法として
は、常圧ＣＶＤ法と超高真空を用いたＭＢＥ（Ｍolecul
ar Beam Epitaxy : 分子線エピタキシャル成長）装置な
どで行う方法がある。常圧ＣＶＤ法は、常圧において気
体の熱分解や化学反応を利用して基板上に薄膜を作る方
法であり、炉の周りに高周波コイルを配置し、炉の中に
基板を並べてから、高周波コイルに電流を流して炉内を
高温加熱しつつ炉内に反応ガスを送り込み、基板表面に
ＳｉＣの薄膜を生成するものである。また、超高真空を
用いたＭＢＥ装置などを用いた方法は、反射電子線回折
を用いて結晶性を制御しながらＳｉＣの結晶を基板上に
成長させる方法である。
ギャップをもち、電子移動度が大きく、伝導型の制御が
容易であるので、これを基板に薄膜として形成したもの
は、従来のＳｉやＧａＡｓの薄膜では実現不可能な高温
動作用、ハイパワー用デバイスとしての開発が期待され
ている。また、このデバイスを利用することにより現在
の電力輸送で損失している電力が大幅に低減されエネル
ギーの有効利用に役立つものと期待されている。このよ
うなＳｉＣ等の結晶薄膜を基板上へ生成する方法として
は、常圧ＣＶＤ法と超高真空を用いたＭＢＥ（Ｍolecul
ar Beam Epitaxy : 分子線エピタキシャル成長）装置な
どで行う方法がある。常圧ＣＶＤ法は、常圧において気
体の熱分解や化学反応を利用して基板上に薄膜を作る方
法であり、炉の周りに高周波コイルを配置し、炉の中に
基板を並べてから、高周波コイルに電流を流して炉内を
高温加熱しつつ炉内に反応ガスを送り込み、基板表面に
ＳｉＣの薄膜を生成するものである。また、超高真空を
用いたＭＢＥ装置などを用いた方法は、反射電子線回折
を用いて結晶性を制御しながらＳｉＣの結晶を基板上に
成長させる方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記常圧ＣＶ
Ｄ法では、結晶成長過程で多くのポリタイプが生成され
るために単結晶を作ることは難しく、これがデバイス実
用化への妨げとなっている。このポリタイプの生成を阻
止するためには、成長中の結晶性を常時モニターして、
云いかえれば“その場観察”して、炉内へ送る反応ガス
の流量や炉内温度などの諸反応条件をリアルタイムに最
適な状態に制御しなければならないが、常圧であるが故
に電子が通過しにくいため、反射電子線回折等によって
その場観察が不可能とされており、この点において技術
的な課題を残していた。また、反応ガスの種類やその混
合比率或いは炉内温度調節など種々の工夫により単結晶
が成長したとしても、基板上でのＳｉＣの成長速度は時
間当たり３μｍ厚程度の低い値であるので、２５μｍ程
度のエピタキシャル層が必要とされる５ｋＶ耐圧のダイ
オードに適応するためには、１０時間近くもの成長時間
が必要であり、実用化にはこの面からも課題を有してい
た。
Ｄ法では、結晶成長過程で多くのポリタイプが生成され
るために単結晶を作ることは難しく、これがデバイス実
用化への妨げとなっている。このポリタイプの生成を阻
止するためには、成長中の結晶性を常時モニターして、
云いかえれば“その場観察”して、炉内へ送る反応ガス
の流量や炉内温度などの諸反応条件をリアルタイムに最
適な状態に制御しなければならないが、常圧であるが故
に電子が通過しにくいため、反射電子線回折等によって
その場観察が不可能とされており、この点において技術
的な課題を残していた。また、反応ガスの種類やその混
合比率或いは炉内温度調節など種々の工夫により単結晶
が成長したとしても、基板上でのＳｉＣの成長速度は時
間当たり３μｍ厚程度の低い値であるので、２５μｍ程
度のエピタキシャル層が必要とされる５ｋＶ耐圧のダイ
オードに適応するためには、１０時間近くもの成長時間
が必要であり、実用化にはこの面からも課題を有してい
た。
【０００４】更に、超高真空を必要とするＭＢＥ装置な
どを用いた方法は、その場観察できるものの、超高真空
にするための装置やＭＢＥ装置が大型でしかも取扱いに
手数がかかり、高価であるという課題を有している。な
お、基板に成長したＳｉＣ薄膜の単結晶性の評価にはＸ
線回折（角度分散方式）が用いられるが、これは単色Ｘ
線を入射し、試料及び検出器をスキャンして評価をして
いるためその場観察ができないものである。
どを用いた方法は、その場観察できるものの、超高真空
にするための装置やＭＢＥ装置が大型でしかも取扱いに
手数がかかり、高価であるという課題を有している。な
お、基板に成長したＳｉＣ薄膜の単結晶性の評価にはＸ
線回折（角度分散方式）が用いられるが、これは単色Ｘ
線を入射し、試料及び検出器をスキャンして評価をして
いるためその場観察ができないものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は上記事情に鑑
みてなされたものであって、その手段とするところは、
請求項１においては、常圧ＣＶＤ法により基板
上に単結晶を生成させる単結晶生成方法において、前記
基板上に生成される単結晶に対して、入射Ｘ線源として
白色Ｘ線を入射し、この入射角と出射角が同じになるよ
うに半導体検出器等エネルギー分解能を持つ検出器を配
置して、ブラッグ回折を起こすエネルギーのＸ線を検出
し、このエネルギーの変動から結晶性をその場観察し、
この観察結果に基づいて、単結晶の生成条件を最適な状
態に制御するところにある。請求項２においては、前記
単結晶がＳｉＣであることにある。請求項３において
は、常圧ＣＶＤ法により基板上に単結晶を生成させる単
結晶生成装置において、前記基板上に生成される単結晶
に白色Ｘ線を入射するＸ線源と、この単結晶への白色Ｘ
線の入射角と出射角とが同じになるように配置された半
導体検出器等エネルギー分解能を持つ検出器と、この検
出器により検出されたブラッグ回折を起こすＸ線のエネ
ルギーの変動から結晶性をその場観察した観察結果に基
づいて前記単結晶の生成条件を最適な状態に制御する制
御装置とを具備することにある。請求項４においては、
前記単結晶がＳｉＣであることにある。
みてなされたものであって、その手段とするところは、
請求項１においては、常圧ＣＶＤ法により基板
上に単結晶を生成させる単結晶生成方法において、前記
基板上に生成される単結晶に対して、入射Ｘ線源として
白色Ｘ線を入射し、この入射角と出射角が同じになるよ
うに半導体検出器等エネルギー分解能を持つ検出器を配
置して、ブラッグ回折を起こすエネルギーのＸ線を検出
し、このエネルギーの変動から結晶性をその場観察し、
この観察結果に基づいて、単結晶の生成条件を最適な状
態に制御するところにある。請求項２においては、前記
単結晶がＳｉＣであることにある。請求項３において
は、常圧ＣＶＤ法により基板上に単結晶を生成させる単
結晶生成装置において、前記基板上に生成される単結晶
に白色Ｘ線を入射するＸ線源と、この単結晶への白色Ｘ
線の入射角と出射角とが同じになるように配置された半
導体検出器等エネルギー分解能を持つ検出器と、この検
出器により検出されたブラッグ回折を起こすＸ線のエネ
ルギーの変動から結晶性をその場観察した観察結果に基
づいて前記単結晶の生成条件を最適な状態に制御する制
御装置とを具備することにある。請求項４においては、
前記単結晶がＳｉＣであることにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態について、
以下図を参照しつつ説明する。この実施の形態の常圧Ｃ
ＶＤ法による単結晶生成装置１は、図１に示すように、
常圧ＣＶＤ装置２とエネルギー分散型X線回折装置３か
ら構成される。常圧ＣＶＤ装置２は、反応部４と原料ガ
ス供給部５とからなる。反応部４は、水冷ジャケット４
１の付いた筒状の石英管４２の内部に、石英ホルダー４
３を設置し、その表面にサセプター４４を載せさらにそ
の表面にＳｉからなる基板４５を載置したものである。
サセプター４４はＳｉＣでコーティングされた高純度グ
ラファイト・ブロックを用いている。石英管４２の内部
には、その一端部に接続された配管４６を通じて前記ガ
ス供給部５から原料ガス等が供給されているが、この原
料ガス等は常時ロータリーポンプ４７でその他端側から
窒素ガスと混合して中和し無害の状態で排気されてい
る。石英管４２の外周囲には、高周波電源４８と接続さ
れたＲＦ（High Frequency：高周波）コイル４９が渦巻
き状に巻回されており、このＲＦコイル４９によって発
振される高周波による誘導加熱法により、前記サセプタ
ー４４を高温に加熱している。高周波電源４８として
は、例えば、周波数４００ｋＨｚ、最大出力５ｋｗの発
信器がある。また、この石英管２にはＸ線を通過させる
が流体について内部と外部の隔壁をするベリウム窓６が
設けられている。なお、基板４５の温度測定のために、
石英管４２の他端側に必要に応じて光高温計７を設置し
ている。
以下図を参照しつつ説明する。この実施の形態の常圧Ｃ
ＶＤ法による単結晶生成装置１は、図１に示すように、
常圧ＣＶＤ装置２とエネルギー分散型X線回折装置３か
ら構成される。常圧ＣＶＤ装置２は、反応部４と原料ガ
ス供給部５とからなる。反応部４は、水冷ジャケット４
１の付いた筒状の石英管４２の内部に、石英ホルダー４
３を設置し、その表面にサセプター４４を載せさらにそ
の表面にＳｉからなる基板４５を載置したものである。
サセプター４４はＳｉＣでコーティングされた高純度グ
ラファイト・ブロックを用いている。石英管４２の内部
には、その一端部に接続された配管４６を通じて前記ガ
ス供給部５から原料ガス等が供給されているが、この原
料ガス等は常時ロータリーポンプ４７でその他端側から
窒素ガスと混合して中和し無害の状態で排気されてい
る。石英管４２の外周囲には、高周波電源４８と接続さ
れたＲＦ（High Frequency：高周波）コイル４９が渦巻
き状に巻回されており、このＲＦコイル４９によって発
振される高周波による誘導加熱法により、前記サセプタ
ー４４を高温に加熱している。高周波電源４８として
は、例えば、周波数４００ｋＨｚ、最大出力５ｋｗの発
信器がある。また、この石英管２にはＸ線を通過させる
が流体について内部と外部の隔壁をするベリウム窓６が
設けられている。なお、基板４５の温度測定のために、
石英管４２の他端側に必要に応じて光高温計７を設置し
ている。
【０００７】ガス供給部５は、石英管２に原料ガス等を
供給するもので、それぞれのガスは液体の状態でボンベ
８に詰められいる。これらのボンベ８からそれぞれのガ
スの排出量が調整されて1つの配管４６に導かれ、ここ
で混合されて石英管２の内部に供給される。原料ガス
は、例えば、ＳｉＣの薄膜を生成する場合には、図１に
示すように、有機化合物系のＨＭＤＳ（hexamethyldisi
lane：Ｓｉ2（ＣＨ3）６）、ＨＣＤＳ（hexachlorodisi
lane：Ｓｉ２（Ｃｌ）６）を用い、この原料ガスの他に
基板４５の気相エッチング用のＨＣl（１０％：水素希
釈）、炭化プロセス用のＣ3Ｈ8、これらの反応ガスを輸
送するキャリアガスであるＨ2（特別な鈍化を行ってい
ないもの）、及び排ガスラインでの希釈ガスとして常時
流出するＡｒを使用する。Ａｒを除くこれらのガスの流
量は、ＭＦＣ（Ｍass Flow Ｃontroller）９で制御され
るようになっているが、手動で調整することも可能であ
る。また、ＨＭＤＳとＨＣＤＳは、使用温度で液体であ
るため、ＭＦＣ９によって流量制御されたＨ２によって
適当な温度でバブリングをして用い、Ｈ２の流量と使用
温度での蒸気圧からその流量を調節している。なお、基
板４５の温度制御は、高周波電源４８のＰＩＤ動作によ
る自動制御で行うこととした。又、ＨＭＤＳ、ＨＣＤＳ
の有機系ガスに限定されることなく、Ｓｉを含むガスと
炭化水素系のガスの組み合わせなどでもよい。
供給するもので、それぞれのガスは液体の状態でボンベ
８に詰められいる。これらのボンベ８からそれぞれのガ
スの排出量が調整されて1つの配管４６に導かれ、ここ
で混合されて石英管２の内部に供給される。原料ガス
は、例えば、ＳｉＣの薄膜を生成する場合には、図１に
示すように、有機化合物系のＨＭＤＳ（hexamethyldisi
lane：Ｓｉ2（ＣＨ3）６）、ＨＣＤＳ（hexachlorodisi
lane：Ｓｉ２（Ｃｌ）６）を用い、この原料ガスの他に
基板４５の気相エッチング用のＨＣl（１０％：水素希
釈）、炭化プロセス用のＣ3Ｈ8、これらの反応ガスを輸
送するキャリアガスであるＨ2（特別な鈍化を行ってい
ないもの）、及び排ガスラインでの希釈ガスとして常時
流出するＡｒを使用する。Ａｒを除くこれらのガスの流
量は、ＭＦＣ（Ｍass Flow Ｃontroller）９で制御され
るようになっているが、手動で調整することも可能であ
る。また、ＨＭＤＳとＨＣＤＳは、使用温度で液体であ
るため、ＭＦＣ９によって流量制御されたＨ２によって
適当な温度でバブリングをして用い、Ｈ２の流量と使用
温度での蒸気圧からその流量を調節している。なお、基
板４５の温度制御は、高周波電源４８のＰＩＤ動作によ
る自動制御で行うこととした。又、ＨＭＤＳ、ＨＣＤＳ
の有機系ガスに限定されることなく、Ｓｉを含むガスと
炭化水素系のガスの組み合わせなどでもよい。
【０００８】エネルギー分散型X線回折装置３は、前記
反応部４の石英管４２内部に載置している基板４５があ
る当該石英管４２の外周囲に所定距離を開けて環状に設
置した環状ガイド３１と、該環状ガイド３１によって石
英管４２の廻りを移動自在に固定されるX線源３２及び
半導体検出器３３とからなる。X線源３２は、微焦点のX
線発生装置を用い、基板４５の直前で図外のモノキャタ
ピラリーを用いてミクロンオーダーに絞った白色X線を
基板４５に照射している、例えば、ＳｉＣの結晶に照射
できる位置で環状ガイド３１に固定し、この白色X線の
基板４５に対する入射角と出射角とが同じになるように
半導体検出器３３を環状ガイド３１に固定する。なお、
予めX線源３２と半導体検出器３３の位置を固定してお
いて、入射角と出射角とが同じになるように基板４５の
角度を移動させるようにしてもその効果は同じである。
半導体検出器３３としては、例えば、ペルチェ冷却型Ｃ
ｄＴｅ半導体検出器がある。
反応部４の石英管４２内部に載置している基板４５があ
る当該石英管４２の外周囲に所定距離を開けて環状に設
置した環状ガイド３１と、該環状ガイド３１によって石
英管４２の廻りを移動自在に固定されるX線源３２及び
半導体検出器３３とからなる。X線源３２は、微焦点のX
線発生装置を用い、基板４５の直前で図外のモノキャタ
ピラリーを用いてミクロンオーダーに絞った白色X線を
基板４５に照射している、例えば、ＳｉＣの結晶に照射
できる位置で環状ガイド３１に固定し、この白色X線の
基板４５に対する入射角と出射角とが同じになるように
半導体検出器３３を環状ガイド３１に固定する。なお、
予めX線源３２と半導体検出器３３の位置を固定してお
いて、入射角と出射角とが同じになるように基板４５の
角度を移動させるようにしてもその効果は同じである。
半導体検出器３３としては、例えば、ペルチェ冷却型Ｃ
ｄＴｅ半導体検出器がある。
【０００９】この半導体検出器３３からの出力情報は、
ＭＣＡ（Multi Cannel Analyzer）１０に入力されてこ
こで波高分析され、Ｘ線スペクトルが得られる。そし
て、このエネルギー分散型Ｘ線回折装置３から得られる
情報を前記常圧ＣＶＤ装置２にフィールドバックし、ガ
ス流量や基板温度を変化させて最適の生成条件を整え、
高品質なＳｉＣ単結晶生成を行う。すなわち前記ＭＣＡ
１０に入力されて波高分析されて得られたＸ線スペクト
ルを元に、単結晶の生成状態をその場観察して、原料ガ
スのボンベ８のＭＦＣ９のＰＩＤ動作による自動制御及
び高周波電源４８のＰＩＤ動作による自動制御を行う。
これをフローチャートで示せば図３に示す通りである。
これによって、基板４５上に単結晶が成長し生成され
る。なお、この実施の形態においては、常圧ＣＶＤ装置
２は、横方向に設置している例を示したが、縦方向等で
あってもよいのは勿論である。
ＭＣＡ（Multi Cannel Analyzer）１０に入力されてこ
こで波高分析され、Ｘ線スペクトルが得られる。そし
て、このエネルギー分散型Ｘ線回折装置３から得られる
情報を前記常圧ＣＶＤ装置２にフィールドバックし、ガ
ス流量や基板温度を変化させて最適の生成条件を整え、
高品質なＳｉＣ単結晶生成を行う。すなわち前記ＭＣＡ
１０に入力されて波高分析されて得られたＸ線スペクト
ルを元に、単結晶の生成状態をその場観察して、原料ガ
スのボンベ８のＭＦＣ９のＰＩＤ動作による自動制御及
び高周波電源４８のＰＩＤ動作による自動制御を行う。
これをフローチャートで示せば図３に示す通りである。
これによって、基板４５上に単結晶が成長し生成され
る。なお、この実施の形態においては、常圧ＣＶＤ装置
２は、横方向に設置している例を示したが、縦方向等で
あってもよいのは勿論である。
【００１０】次に測定原理について図４を参照しつつ説
明する。入射Ｘ線が基板４５の表面に生成された結晶格
子で回折する場合に、この入射Ｘ線の波長λとｈｋｌ反
射に対する格子間隔ｄの間には、ブラッグ条件を満たす
次式（１）の関係がある。 λ＝２・ｄｈｋｌ・ｓｉｎθ …… (１) 但し、θ
はブラッグ角である。従来、入射Ｘ線に単色Ｘ線を用い
る回折線の測定においては、異なった次数の反射に対す
るブラッグ条件を成立するためには、式（１）を満たす
θを変化させる必要がある。このようなθを変化させて
回折線を観測する角度分散型方式では、θの変動から結
晶性の評価ができているが、角度を変化させなければな
らないことから、その場観察ができない。
明する。入射Ｘ線が基板４５の表面に生成された結晶格
子で回折する場合に、この入射Ｘ線の波長λとｈｋｌ反
射に対する格子間隔ｄの間には、ブラッグ条件を満たす
次式（１）の関係がある。 λ＝２・ｄｈｋｌ・ｓｉｎθ …… (１) 但し、θ
はブラッグ角である。従来、入射Ｘ線に単色Ｘ線を用い
る回折線の測定においては、異なった次数の反射に対す
るブラッグ条件を成立するためには、式（１）を満たす
θを変化させる必要がある。このようなθを変化させて
回折線を観測する角度分散型方式では、θの変動から結
晶性の評価ができているが、角度を変化させなければな
らないことから、その場観察ができない。
【００１１】一方、式（１）をＸ線の波長ではなくエネ
ルギーＥで表現すると、次式(２)となる。
ルギーＥで表現すると、次式(２)となる。
【数１】 但し、ｈ：プランク定数、ｃ：光（Ｘ線）のエネルギー
である。入射X線に白色X線を用い、入射角、反射角が同
じようになるように半導体検出器３３のようなエネルギ
ー分解能を持つ検出器を配置すれば、ブラッグ回折を起
すエネルギーのX線を検出できる。すなわち、このエネ
ルギー変動から結晶性をモニタリング、しかもその場観
察が可能となるのである。さらに入射X線をコリメート
することにより、局所的な情報を得ることも可能であ
る。ここで、３Ｃ−ＳｉＣを試料とした時に測定される
Ｘ線スペクトルの例を図５に示す。Ｘ線の入射角度は、
１０．０ｋｅＶの時に（２００）面でブラッグ反射（式
（２））を起こす角度＝１６．６１°である。そのと
き、ピークが現れる面及びX線エネルギーを図６に示
す。
である。入射X線に白色X線を用い、入射角、反射角が同
じようになるように半導体検出器３３のようなエネルギ
ー分解能を持つ検出器を配置すれば、ブラッグ回折を起
すエネルギーのX線を検出できる。すなわち、このエネ
ルギー変動から結晶性をモニタリング、しかもその場観
察が可能となるのである。さらに入射X線をコリメート
することにより、局所的な情報を得ることも可能であ
る。ここで、３Ｃ−ＳｉＣを試料とした時に測定される
Ｘ線スペクトルの例を図５に示す。Ｘ線の入射角度は、
１０．０ｋｅＶの時に（２００）面でブラッグ反射（式
（２））を起こす角度＝１６．６１°である。そのと
き、ピークが現れる面及びX線エネルギーを図６に示
す。
【００１２】
【実施例】ＳｉＣの単結晶を基板４５上に作成する場合
の例について、図1及び図2を参照しつつ以下説明する。
原料ガスとしては、Ｓｉ源としてシラン系ガス（Ｓｉの
水素化物又は塩化物）を、Ｃ源として炭化水素の組合わ
せが良く、具体的には、前記したＨＭＤＳおよびＨＣＤ
Ｓを使用した。
の例について、図1及び図2を参照しつつ以下説明する。
原料ガスとしては、Ｓｉ源としてシラン系ガス（Ｓｉの
水素化物又は塩化物）を、Ｃ源として炭化水素の組合わ
せが良く、具体的には、前記したＨＭＤＳおよびＨＣＤ
Ｓを使用した。
【００１３】Ｓｉの基板４５の表面を気相エッチングし
た。即ち、清浄なＳｉ表面を出すための行程でＨＣｌガ
スを用いてＳｉ基板４５のその場エッチングを行い、Ｓ
ｉ基板４５の自然酸化膜の除去とクリーニングを行っ
た。このエッチングは、ガス流量５ｓｃｃｍ、Ｓｉ基板
温度１２００℃で２分間行った。エッチングプロセスの
終了後、Ｈ２を流しながら残留ＨＣｌの追い出しを行っ
た。
た。即ち、清浄なＳｉ表面を出すための行程でＨＣｌガ
スを用いてＳｉ基板４５のその場エッチングを行い、Ｓ
ｉ基板４５の自然酸化膜の除去とクリーニングを行っ
た。このエッチングは、ガス流量５ｓｃｃｍ、Ｓｉ基板
温度１２００℃で２分間行った。エッチングプロセスの
終了後、Ｈ２を流しながら残留ＨＣｌの追い出しを行っ
た。
【００１４】この気相エッチングが終了した時点で、一
旦基板温度を下げ、約３分間放置する。その後、Ｃ３Ｈ
８を１．０ｓｃｃｍ流して約１分間放置し、炭化水素の
雰囲気で安定させる
旦基板温度を下げ、約３分間放置する。その後、Ｃ３Ｈ
８を１．０ｓｃｃｍ流して約１分間放置し、炭化水素の
雰囲気で安定させる
【００１５】次に、基板温度を１３６０℃まで一気に昇
温する。この時には高周波電源４８のパワーを予め見積
もっておいた所定の値に一気に設定することによって、
基板温度を急昇温させる。約２分間で１３６０℃までに
達した。３分後にＣ３Ｈ８を止めて、炭化プロセスを終
了する。約１分間Ｃ３Ｈ８の追い出しを行ってから、基
板温度を成長温度に設定する。
温する。この時には高周波電源４８のパワーを予め見積
もっておいた所定の値に一気に設定することによって、
基板温度を急昇温させる。約２分間で１３６０℃までに
達した。３分後にＣ３Ｈ８を止めて、炭化プロセスを終
了する。約１分間Ｃ３Ｈ８の追い出しを行ってから、基
板温度を成長温度に設定する。
【００１６】結晶成長プロセスでは、原料ガスのＨＭＤ
Ｓ及びＨＣＤＳをキャリヤガスＨ２に添加する。成長速
度の基板温度依存性を図５に示す。ＨＭＤＳの流量２．
０ｓｃｃｍ、３．０ｓｃｃｍ、図５のアレニウス・プロ
ットから、ＨＭＤＳを用いた成長速度は、基板温度１０
５０℃以上で飽和しており、１０５０℃以下では成長速
度は、温度の逆数に対して指数関数的に減少することが
分かる。基板温度９００〜９５０℃におけるそれぞれの
ガス系におけるＳｉＣ成長の活性化エネルギー（Ｅａ）
は、ＨＭＤＳ/Ｈ２系に対して８８ｋｃａｌ／ｍｏｌ、
ＨＭＤＳ＋ＨＣＤＳ/Ｈ２系に対して４３ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌという値を求めることができる。これはＨＣＤＳの
添加によって結晶が低い温度から成長していることを示
している。
Ｓ及びＨＣＤＳをキャリヤガスＨ２に添加する。成長速
度の基板温度依存性を図５に示す。ＨＭＤＳの流量２．
０ｓｃｃｍ、３．０ｓｃｃｍ、図５のアレニウス・プロ
ットから、ＨＭＤＳを用いた成長速度は、基板温度１０
５０℃以上で飽和しており、１０５０℃以下では成長速
度は、温度の逆数に対して指数関数的に減少することが
分かる。基板温度９００〜９５０℃におけるそれぞれの
ガス系におけるＳｉＣ成長の活性化エネルギー（Ｅａ）
は、ＨＭＤＳ/Ｈ２系に対して８８ｋｃａｌ／ｍｏｌ、
ＨＭＤＳ＋ＨＣＤＳ/Ｈ２系に対して４３ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌという値を求めることができる。これはＨＣＤＳの
添加によって結晶が低い温度から成長していることを示
している。
【００１７】上記のような条件の元に、実験を行った結
果、１０分間の装置の運転で、基板４５上に生成したＳ
ｉＣの薄膜は２４μｍの厚さがあった。この生成した基
板上のＳｉＣの薄膜を、一旦大気中に取り出した後、成
長層の評価を反射高速電子回折法（Refrection High En
ergy Electron Diffraction ; RHEED）で行った。この
回折法は、高速電子線を１度以下の小さい入射角で成長
層表面に入射させ、回折電子線による逆格子像を蛍光ス
クリーン上に描かせるもので、測定には、８０ｋｅＶの
電子線を用いた。この回折法では、多結晶の場合、逆格
子像がデバイ環（Debye ring）でリングパターンとな
り、非結晶質（amorphous）の場合は全体に明るいハロ
ー（halo）パターンとなるが、基板上のＳｉＣの薄膜
は、リングパターンを示した。
果、１０分間の装置の運転で、基板４５上に生成したＳ
ｉＣの薄膜は２４μｍの厚さがあった。この生成した基
板上のＳｉＣの薄膜を、一旦大気中に取り出した後、成
長層の評価を反射高速電子回折法（Refrection High En
ergy Electron Diffraction ; RHEED）で行った。この
回折法は、高速電子線を１度以下の小さい入射角で成長
層表面に入射させ、回折電子線による逆格子像を蛍光ス
クリーン上に描かせるもので、測定には、８０ｋｅＶの
電子線を用いた。この回折法では、多結晶の場合、逆格
子像がデバイ環（Debye ring）でリングパターンとな
り、非結晶質（amorphous）の場合は全体に明るいハロ
ー（halo）パターンとなるが、基板上のＳｉＣの薄膜
は、リングパターンを示した。
【００１８】尚、図７は結晶の成長速度の基板温度依存
性を示すグラフである。ＨＭＤＳ流量２．０ｓｃｃｍ、
３．０ｓｃｃｍ、図７のアレニウス・プロットから、Ｈ
ＭＤＳを用いた成長速度は基板温度１，０５０℃以上で
飽和しており、１，０５０℃以下では成長速度は温度の
逆数に対して指数関数的に減少することが分かる。基板
温度９００〜９５０℃におけるそれぞれのガス系におけ
るＳｉＣ成長の活性化エネルギー（Ｅａ）は、ＨＭＤＳ
／Ｈ２系に対して８８ｋｃａｌ／ｍｏｌ、ＨＭＤＳ＋Ｈ
ＣＤＳ／Ｈ２系に対して４３ｋｃａｌ／ｍｏｌという値
を求めることができる。これはＨＣＤＳの添加によって
結晶が低い温度から成長していることを示している。
性を示すグラフである。ＨＭＤＳ流量２．０ｓｃｃｍ、
３．０ｓｃｃｍ、図７のアレニウス・プロットから、Ｈ
ＭＤＳを用いた成長速度は基板温度１，０５０℃以上で
飽和しており、１，０５０℃以下では成長速度は温度の
逆数に対して指数関数的に減少することが分かる。基板
温度９００〜９５０℃におけるそれぞれのガス系におけ
るＳｉＣ成長の活性化エネルギー（Ｅａ）は、ＨＭＤＳ
／Ｈ２系に対して８８ｋｃａｌ／ｍｏｌ、ＨＭＤＳ＋Ｈ
ＣＤＳ／Ｈ２系に対して４３ｋｃａｌ／ｍｏｌという値
を求めることができる。これはＨＣＤＳの添加によって
結晶が低い温度から成長していることを示している。
【００１９】以上の実施例においてはＳｉＣの単結晶の
生成について説明したが、Ｓｉなどの元素半導体、及び
ＧａＡｓなど化合物半導体の薄膜生成についても同様に
可能である。
生成について説明したが、Ｓｉなどの元素半導体、及び
ＧａＡｓなど化合物半導体の薄膜生成についても同様に
可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、この発明の常圧ＣＶＤ法
による単結晶生成方法及び装置によると、常圧ＣＶＤ法
における生成装置の基板上に生成される単結晶に対し
て、入射Ｘ線源として白色Ｘ線を入射し、この入射角と
出射角が同じになるように半導体検出器等エネルギー分
解能を持つ検出器を配置して、ブラッグ回折を起こすエ
ネルギーのＸ線を検出し、このエネルギーの変動から結
晶性をその場観察し、この観察結果に基づいて、単結晶
の生成条件となるガスの供給量や基板の温度などを最適
な状態に制御して単結晶を生成するものであるから、常
圧ＣＶＤ法においても単結晶を確実にしかも短時間で生
成できる。また、常圧で生成できるので、基板の取り替
え作業が容易で作業能率が向上するのに加えて、装置全
体の構成が単純化され、装置が安価となる。
による単結晶生成方法及び装置によると、常圧ＣＶＤ法
における生成装置の基板上に生成される単結晶に対し
て、入射Ｘ線源として白色Ｘ線を入射し、この入射角と
出射角が同じになるように半導体検出器等エネルギー分
解能を持つ検出器を配置して、ブラッグ回折を起こすエ
ネルギーのＸ線を検出し、このエネルギーの変動から結
晶性をその場観察し、この観察結果に基づいて、単結晶
の生成条件となるガスの供給量や基板の温度などを最適
な状態に制御して単結晶を生成するものであるから、常
圧ＣＶＤ法においても単結晶を確実にしかも短時間で生
成できる。また、常圧で生成できるので、基板の取り替
え作業が容易で作業能率が向上するのに加えて、装置全
体の構成が単純化され、装置が安価となる。
【００２１】単結晶がＳｉＣの場合には、その利用価値
の優位性により、科学技術の発展に大きく寄与できるも
のと期待される。
の優位性により、科学技術の発展に大きく寄与できるも
のと期待される。
【図１】単結晶生成装置全体の一部断面概略説明図
【図２】図1のA−A線拡大断面説明図
【図３】最適な生成条件となるよう制御するフローチャ
ート
ート
【図４】ブラッグ回折の説明図
【図５】エネルギー分散型Ｘ線回折による３Ｃ−ＳｉＣ
の強度分布図
の強度分布図
【図６】測定Ｘ線エネルギーの表
【図７】成長速度と基板温度の関係を示すグラフ
１ 単結晶生成装置 ２ 常圧ＣＶＤ装置 ３ エネルギー分散型Ｘ線回折装置 ３２ Ｘ線源 ３３ 半導体検出器（検出器） ４ 反応部 ４２ 石英管 ４５ 基板 ４８ 高周波電源（発振器） ５ ガス供給部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細川 好則 京都府京田辺市大住ケ丘１丁目５−16 (72)発明者 安藤 真悟 茅ヶ崎市東海岸南６−２−７ (72)発明者 岡山 邦 埼玉県川口市川口２−17−48−405 (72)発明者 長谷川 秀一 千葉県野田市山崎475−２ みずき 42− ５ (72)発明者 平井 敦彦 京都府亀岡市大井町並河２丁目18−16 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE08 DB01 EH06 TJ01 TJ16 4K030 AA06 AA09 BA37 BB02 CA04 DA04 FA10 JA09 KA23 KA39 LA15 5F045 AA03 AA20 AB06 AC01 AC03 AC07 AD13 AD14 AD15 AD17 AE29 AF03 GB04 HA03
Claims (4)
- 【請求項１】 常圧ＣＶＤ法により基板上に単結晶を生
成させる単結晶生成方法において、 前記基板上に生成される単結晶に対して、入射Ｘ線源と
して白色Ｘ線を入射し、この入射角と出射角が同じにな
るように半導体検出器等エネルギー分解能を持つ検出器
を配置して、ブラッグ回折を起こすエネルギーのＸ線を
検出し、このエネルギーの変動から結晶性をその場観察
し、この観察結果に基づいて、単結晶の生成条件を最適
な状態に制御することを特徴とする常圧ＣＶＤ法による
単結晶生成方法。 - 【請求項２】 前記単結晶がＳｉＣであることを特徴と
する請求項１の常圧ＣＶＤ法による単結晶生成方法。 - 【請求項３】 常圧ＣＶＤ法により基板上に単結晶を生
成させる単結晶生成装置において、 前記基板上に生成される単結晶に白色Ｘ線を入射するＸ
線源と、この単結晶への白色Ｘ線の入射角と出射角とが
同じになるように配置された半導体検出器等エネルギー
分解能を持つ検出器と、この検出器により検出されたブ
ラッグ回折を起こすＸ線のエネルギーの変動から結晶性
をその場観察した観察結果に基づいて前記単結晶の生成
条件を最適な状態に制御する制御装置とを具備すること
を特徴とする常圧ＣＶＤ法による単結晶生成装置。 - 【請求項４】前記単結晶がＳｉＣであることを特徴とす
る請求項３の常圧ＣＶＤ法による単結晶生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001102598A JP2002293695A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 常圧ｃｖｄ法による単結晶生成方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001102598A JP2002293695A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 常圧ｃｖｄ法による単結晶生成方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002293695A true JP2002293695A (ja) | 2002-10-09 |
Family
ID=18955768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001102598A Pending JP2002293695A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 常圧ｃｖｄ法による単結晶生成方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002293695A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006147866A (ja) * | 2004-11-19 | 2006-06-08 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 炭化珪素薄膜の成膜方法 |
| JP2008074658A (ja) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Toyota Central R&D Labs Inc | Ｃｎｔ製造装置、ｃｎｔの製造方法、及び、ｃｎｔ製造用プログラム |
-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001102598A patent/JP2002293695A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006147866A (ja) * | 2004-11-19 | 2006-06-08 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 炭化珪素薄膜の成膜方法 |
| JP4524447B2 (ja) * | 2004-11-19 | 2010-08-18 | 住友大阪セメント株式会社 | 炭化珪素薄膜の成膜方法 |
| JP2008074658A (ja) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Toyota Central R&D Labs Inc | Ｃｎｔ製造装置、ｃｎｔの製造方法、及び、ｃｎｔ製造用プログラム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040210 |