JP2876122B1 - 単結晶ＳｉＣおよびその製造方法 - Google Patents
単結晶ＳｉＣおよびその製造方法Info
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Abstract
【要約】
【課題】 不純物の混在およびマイクロパイプ欠陥等の
結晶欠陥を生じることなく、高品質で、かつ、高膜厚の
単結晶ＳｉＣを生産性よく製造することができるように
する。 【解決手段】 α−ＳｉＣ単結晶基板１の表面に、１２
００〜１５００℃の温度範囲の熱化学的蒸着法によりβ
−ＳｉＣ（またはα−ＳｉＣ）多結晶膜２を、その膜厚
が２００μｍ〜１ｍｍの範囲となるように成膜する成膜
工程と、その成膜工程で得られた複合体Ｍ１をＡｒおよ
びＳｉＣの飽和蒸気圧の雰囲気下で、かつ２０００〜２
４００℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程とを複数回
繰り返すことにより、β−ＳｉＣ多結晶膜２をα−Ｓｉ
Ｃ単結晶に相変態させてα−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶
軸と同方位に配向された高膜厚の単結晶ＳｉＣを一体に
製造する。
結晶欠陥を生じることなく、高品質で、かつ、高膜厚の
単結晶ＳｉＣを生産性よく製造することができるように
する。 【解決手段】 α−ＳｉＣ単結晶基板１の表面に、１２
００〜１５００℃の温度範囲の熱化学的蒸着法によりβ
−ＳｉＣ（またはα−ＳｉＣ）多結晶膜２を、その膜厚
が２００μｍ〜１ｍｍの範囲となるように成膜する成膜
工程と、その成膜工程で得られた複合体Ｍ１をＡｒおよ
びＳｉＣの飽和蒸気圧の雰囲気下で、かつ２０００〜２
４００℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程とを複数回
繰り返すことにより、β−ＳｉＣ多結晶膜２をα−Ｓｉ
Ｃ単結晶に相変態させてα−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶
軸と同方位に配向された高膜厚の単結晶ＳｉＣを一体に
製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶ＳｉＣおよ
びその製造方法に関するもので、詳しくは、発光ダイオ
ードやＸ線光学素子、高温半導体電子素子の基板ウエハ
などとして用いられる単結晶ＳｉＣおよびその製造方法
に関するものである。
びその製造方法に関するもので、詳しくは、発光ダイオ
ードやＸ線光学素子、高温半導体電子素子の基板ウエハ
などとして用いられる単結晶ＳｉＣおよびその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣ（炭化珪素）は、耐熱性および機
械的強度に優れているだけでなく、放射線にも強く、さ
らに不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御が容
易である上、広い禁制帯幅を持つ（因みに、６Ｈ型のＳ
ｉＣ単結晶で約３．０ｅＶ、４Ｈ型のＳｉＣ単結晶で
３．２６ｅＶ）ために、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ
（ガリウムヒ素）などの既存の半導体材料では実現する
ことができない大容量、高周波、耐圧、耐環境性を実現
することが可能で、次世代のパワーデバイス用半導体材
料として注目され、かつ期待されている。
械的強度に優れているだけでなく、放射線にも強く、さ
らに不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御が容
易である上、広い禁制帯幅を持つ（因みに、６Ｈ型のＳ
ｉＣ単結晶で約３．０ｅＶ、４Ｈ型のＳｉＣ単結晶で
３．２６ｅＶ）ために、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ
（ガリウムヒ素）などの既存の半導体材料では実現する
ことができない大容量、高周波、耐圧、耐環境性を実現
することが可能で、次世代のパワーデバイス用半導体材
料として注目され、かつ期待されている。
【０００３】ところで、この種のＳｉＣ単結晶の成長
（製造）方法として、従来、種結晶基材をそれの外周か
ら高周波電極で加熱することにより種結晶基材の中心部
で多くの核発生を起こして、種結晶基材の中心部を中心
として複数の渦巻き状の結晶成長を進行させるアチソン
法や、アチソン法で作られた粉状のＳｉＣを原料として
用い、単一の結晶核上に結晶を成長させる昇華再結晶法
などが知られている。
（製造）方法として、従来、種結晶基材をそれの外周か
ら高周波電極で加熱することにより種結晶基材の中心部
で多くの核発生を起こして、種結晶基材の中心部を中心
として複数の渦巻き状の結晶成長を進行させるアチソン
法や、アチソン法で作られた粉状のＳｉＣを原料として
用い、単一の結晶核上に結晶を成長させる昇華再結晶法
などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の製造方法のうちアチソン法は、種結晶基材を長
時間かけて加熱することで単結晶がゆっくりと成長する
ものであって、結晶成長速度が１μｍ／ｈｒ．程度と非
常に低いだけでなく、成長初期の段階で多数の結晶核が
発生してこれが結晶成長とともに結晶の上部にまで伝播
されるために、単独で大きな単結晶を得ることが困難で
ある。また、昇華再結晶法にあっては、生産性の向上に
よるコストの低減を図るために１ｍｍ／ｈｒ．程度の高
速成長が採用されることが多く、そのために、不純物お
よびマイクロパイプ欠陥と呼ばれ半導体デバイスを作製
した際の漏れ電流等の原因となる結晶の成長方向に貫通
する直径数ミクロンのピンホールが１００〜１０００／
ｃｍ2 程度成長結晶中に残存しやすく、品質的に十分な
ものが得られない。さらに、これらアチチソン法および
昇華再結晶法においては、成長結晶の周辺部の雰囲気を
清浄に保つことが技術的に極めて困難であり、単結晶の
周辺外部からの汚染によって品質が損なわれるという問
題があり、これらのことが既述のようにＳｉやＧａＡｓ
などの既存の半導体材料に比べて多くの優れた特徴を有
しながらも、その実用化を阻止する要因になっていた。
た従来の製造方法のうちアチソン法は、種結晶基材を長
時間かけて加熱することで単結晶がゆっくりと成長する
ものであって、結晶成長速度が１μｍ／ｈｒ．程度と非
常に低いだけでなく、成長初期の段階で多数の結晶核が
発生してこれが結晶成長とともに結晶の上部にまで伝播
されるために、単独で大きな単結晶を得ることが困難で
ある。また、昇華再結晶法にあっては、生産性の向上に
よるコストの低減を図るために１ｍｍ／ｈｒ．程度の高
速成長が採用されることが多く、そのために、不純物お
よびマイクロパイプ欠陥と呼ばれ半導体デバイスを作製
した際の漏れ電流等の原因となる結晶の成長方向に貫通
する直径数ミクロンのピンホールが１００〜１０００／
ｃｍ2 程度成長結晶中に残存しやすく、品質的に十分な
ものが得られない。さらに、これらアチチソン法および
昇華再結晶法においては、成長結晶の周辺部の雰囲気を
清浄に保つことが技術的に極めて困難であり、単結晶の
周辺外部からの汚染によって品質が損なわれるという問
題があり、これらのことが既述のようにＳｉやＧａＡｓ
などの既存の半導体材料に比べて多くの優れた特徴を有
しながらも、その実用化を阻止する要因になっていた。
【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、不純物の混在およびマイクロパイプ欠陥等の結晶欠
陥を生じることなく、高品質で、かつ、高膜厚の単結晶
ＳｉＣと、その単結晶ＳｉＣを生産性よく製造すること
ができ、半導体材料としての実用化を促進可能な単結晶
ＳｉＣの製造方法を提供することを目的としている。
で、不純物の混在およびマイクロパイプ欠陥等の結晶欠
陥を生じることなく、高品質で、かつ、高膜厚の単結晶
ＳｉＣと、その単結晶ＳｉＣを生産性よく製造すること
ができ、半導体材料としての実用化を促進可能な単結晶
ＳｉＣの製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣは、α−
ＳｉＣ単結晶基板の表面に対する熱化学的蒸着法による
β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜の成膜と、その
成膜された複合体の熱処理による上記β−ＳｉＣもしく
はα−ＳｉＣ多結晶膜のα−ＳｉＣ単結晶への相変態と
を繰り返すことにより、上記α−ＳｉＣ単結晶基板の結
晶軸と同方位に配向された単一の単結晶を一体成長させ
ていることを特徴とするものであり、また、請求項２に
記載の発明に係る単結晶ＳｉＣの製造方法は、α−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板の表面に熱化学的蒸着法によりβ−ＳｉＣ
もしくはα−ＳｉＣの多結晶膜を成膜する成膜工程と、
その成膜工程で得られた複合体を熱処理することにより
上記β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜を上記α−
ＳｉＣ単結晶基板の結晶軸と同方位に配向させつつ、α
−ＳｉＣ単結晶に相変態させる熱処理工程と、その熱処
理工程で得られたα−ＳｉＣ単結晶の表面に対して、上
記成膜工程および熱処理工程を繰り返して所望厚さの単
結晶を一体成長させる膜厚増大化工程とを有しているこ
とを特徴とするものである。
に、請求項１に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣは、α−
ＳｉＣ単結晶基板の表面に対する熱化学的蒸着法による
β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜の成膜と、その
成膜された複合体の熱処理による上記β−ＳｉＣもしく
はα−ＳｉＣ多結晶膜のα−ＳｉＣ単結晶への相変態と
を繰り返すことにより、上記α−ＳｉＣ単結晶基板の結
晶軸と同方位に配向された単一の単結晶を一体成長させ
ていることを特徴とするものであり、また、請求項２に
記載の発明に係る単結晶ＳｉＣの製造方法は、α−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板の表面に熱化学的蒸着法によりβ−ＳｉＣ
もしくはα−ＳｉＣの多結晶膜を成膜する成膜工程と、
その成膜工程で得られた複合体を熱処理することにより
上記β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜を上記α−
ＳｉＣ単結晶基板の結晶軸と同方位に配向させつつ、α
−ＳｉＣ単結晶に相変態させる熱処理工程と、その熱処
理工程で得られたα−ＳｉＣ単結晶の表面に対して、上
記成膜工程および熱処理工程を繰り返して所望厚さの単
結晶を一体成長させる膜厚増大化工程とを有しているこ
とを特徴とするものである。
【０００７】すなわち、請求項１に記載の発明および請
求項２に記載の発明はいずれも、α−ＳｉＣ単結晶基板
の表面に熱化学的蒸着法によりβ−ＳｉＣもしくはα−
ＳｉＣ多結晶膜を成膜した上、それによって得られた複
合体に対する熱処理を繰り返すことによって、複数層の
β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜がα−ＳｉＣ単
結晶基板の結晶軸と同一方位に配向され、かつ、一体化
された高膜厚の単結晶を得ることが可能であるだけでな
く、一回の熱処理のみでは単結晶化が不完全な状態にあ
るα−ＳｉＣ単結晶基板に近い下層側部分が再々熱処理
されることにより単結晶化が促進され、これによって、
品質的にも非常に安定した高膜厚の単結晶ＳｉＣを生産
性よく得ることが可能である。
求項２に記載の発明はいずれも、α−ＳｉＣ単結晶基板
の表面に熱化学的蒸着法によりβ−ＳｉＣもしくはα−
ＳｉＣ多結晶膜を成膜した上、それによって得られた複
合体に対する熱処理を繰り返すことによって、複数層の
β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜がα−ＳｉＣ単
結晶基板の結晶軸と同一方位に配向され、かつ、一体化
された高膜厚の単結晶を得ることが可能であるだけでな
く、一回の熱処理のみでは単結晶化が不完全な状態にあ
るα−ＳｉＣ単結晶基板に近い下層側部分が再々熱処理
されることにより単結晶化が促進され、これによって、
品質的にも非常に安定した高膜厚の単結晶ＳｉＣを生産
性よく得ることが可能である。
【０００８】特に、上記請求項２に係る発明による単結
晶ＳｉＣの製造方法において、請求項３に記載のよう
に、成膜工程における熱化学的蒸着温度を１２００〜１
５００℃の低温範囲に設定し、かつ、β−ＳｉＣもしく
はα−ＳｉＣ多結晶膜の膜厚を２００μｍ〜１ｍｍの薄
い範囲に設定することが好ましい。それは以下の理由に
よる。
晶ＳｉＣの製造方法において、請求項３に記載のよう
に、成膜工程における熱化学的蒸着温度を１２００〜１
５００℃の低温範囲に設定し、かつ、β−ＳｉＣもしく
はα−ＳｉＣ多結晶膜の膜厚を２００μｍ〜１ｍｍの薄
い範囲に設定することが好ましい。それは以下の理由に
よる。
【０００９】理由１：熱化学的蒸着温度が高い場合は、
β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜の成膜速度の制
御による結晶粒径の調整が困難であるために、多結晶膜
の結晶粒径が大きくなりやすく、また、例えば金属など
成膜装置の構成材の気化により発生する金属蒸気などの
不純物の蒸気圧が高くなるために、その不純物が粒の大
きい結晶中に混在しやすくなる。これに対して、熱化学
的蒸着温度を１２００〜１５００℃の低温範囲に設定す
る場合は、β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜の成
膜速度を制御しやすいので、粒の揃った小さな結晶粒の
多結晶膜が得やすく、また、成膜装置の構成材の気化に
より発生する金属蒸気などの不純物を含有しない純度の
高い結晶粒が得られやすい。 理由２：熱化学的蒸着温度が低温であっても、β−Ｓｉ
Ｃもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜の膜厚が大きい場合は、
そもそも結晶を構成する原子間の結合力が強いことか
ら、結晶中に混入した不純物が成膜後の熱処理による相
変態によって放出されにくくなり、かつ、膜厚が大きい
と、それだけＳｉ原子のみの集まりやＣ原子のみの集ま
りが生じる蓋然性が高く、このようなＳｉやＣ原子のみ
の集まりが生じると、熱処理時にそれら原子を再配列さ
せてα−ＳｉＣ単結晶とすることが困難になることは明
らかである。つまり、熱処理による単結晶化は、あくま
でも単結晶粒の集まりである多結晶膜の各粒子の粒界を
消失させつつ、α−ＳｉＣ単結晶への相変態を起こすも
のであって、膜厚が大きいと、各粒子の粒界が消失せ
ず、マイクロパイプなどの結晶欠陥を生じることにな
る。これに対して、熱化学的蒸着温度が低温で、多結晶
膜の膜厚を２００μｍ〜１ｍｍの薄い範囲に設定する場
合は、小さな結晶粒の集まりであるために、成膜後の熱
処理時において、各粒子の表面エネルギーが大きくなっ
て、各粒子の粒界付近の結晶が不安定となるために、各
原子がα−ＳｉＣ単結晶基板に倣った原子配列に再配列
されやすくなり、熱処理による単結晶化が進行しやす
く、マイクロパイプなどの結晶欠陥のない高い品質の単
結晶ＳｉＣを得ることが可能である。
β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜の成膜速度の制
御による結晶粒径の調整が困難であるために、多結晶膜
の結晶粒径が大きくなりやすく、また、例えば金属など
成膜装置の構成材の気化により発生する金属蒸気などの
不純物の蒸気圧が高くなるために、その不純物が粒の大
きい結晶中に混在しやすくなる。これに対して、熱化学
的蒸着温度を１２００〜１５００℃の低温範囲に設定す
る場合は、β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜の成
膜速度を制御しやすいので、粒の揃った小さな結晶粒の
多結晶膜が得やすく、また、成膜装置の構成材の気化に
より発生する金属蒸気などの不純物を含有しない純度の
高い結晶粒が得られやすい。 理由２：熱化学的蒸着温度が低温であっても、β−Ｓｉ
Ｃもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜の膜厚が大きい場合は、
そもそも結晶を構成する原子間の結合力が強いことか
ら、結晶中に混入した不純物が成膜後の熱処理による相
変態によって放出されにくくなり、かつ、膜厚が大きい
と、それだけＳｉ原子のみの集まりやＣ原子のみの集ま
りが生じる蓋然性が高く、このようなＳｉやＣ原子のみ
の集まりが生じると、熱処理時にそれら原子を再配列さ
せてα−ＳｉＣ単結晶とすることが困難になることは明
らかである。つまり、熱処理による単結晶化は、あくま
でも単結晶粒の集まりである多結晶膜の各粒子の粒界を
消失させつつ、α−ＳｉＣ単結晶への相変態を起こすも
のであって、膜厚が大きいと、各粒子の粒界が消失せ
ず、マイクロパイプなどの結晶欠陥を生じることにな
る。これに対して、熱化学的蒸着温度が低温で、多結晶
膜の膜厚を２００μｍ〜１ｍｍの薄い範囲に設定する場
合は、小さな結晶粒の集まりであるために、成膜後の熱
処理時において、各粒子の表面エネルギーが大きくなっ
て、各粒子の粒界付近の結晶が不安定となるために、各
原子がα−ＳｉＣ単結晶基板に倣った原子配列に再配列
されやすくなり、熱処理による単結晶化が進行しやす
く、マイクロパイプなどの結晶欠陥のない高い品質の単
結晶ＳｉＣを得ることが可能である。
【００１０】また、上記単結晶ＳｉＣの製造方法におい
て、請求項４に記載のように、上記熱処理工程で得られ
たα−ＳｉＣ単結晶の表面をＲＭＳ２００オングストロ
ーム〜５０オングストロームの範囲の表面粗さに調整す
る場合は、α−ＳｉＣ単結晶の表面を塵などの付着物が
ないように清浄化できるため、その表面に次の多結晶膜
を成膜するとき、両者の界面にすき間が生じず、均一な
厚さの多結晶膜を成膜することが可能であるばかりか、
その後の熱処理時に周辺外部に浮遊する不純物等などが
界面に侵入し付着することも確実に防いで、高膜厚単結
晶ＳｉＣの品質をより一層向上することができる。な
お、α−ＳｉＣ単結晶の表面をＲＭＳ５０オングストロ
ーム以下の非常に平滑度の高い表面粗さに調整すると、
結晶の核が生じにくくなったり、あるいは生じる結晶核
数が少なくなったりするために、α−ＳｉＣ単結晶の表
面に均一な多結晶膜を成膜することができなくなる可能
性があり、したがって、α−ＳｉＣ単結晶の表面は、Ｒ
ＭＳ２００オングストローム〜５０オングストロームの
範囲の表面粗さに調整することが好ましいのである。
て、請求項４に記載のように、上記熱処理工程で得られ
たα−ＳｉＣ単結晶の表面をＲＭＳ２００オングストロ
ーム〜５０オングストロームの範囲の表面粗さに調整す
る場合は、α−ＳｉＣ単結晶の表面を塵などの付着物が
ないように清浄化できるため、その表面に次の多結晶膜
を成膜するとき、両者の界面にすき間が生じず、均一な
厚さの多結晶膜を成膜することが可能であるばかりか、
その後の熱処理時に周辺外部に浮遊する不純物等などが
界面に侵入し付着することも確実に防いで、高膜厚単結
晶ＳｉＣの品質をより一層向上することができる。な
お、α−ＳｉＣ単結晶の表面をＲＭＳ５０オングストロ
ーム以下の非常に平滑度の高い表面粗さに調整すると、
結晶の核が生じにくくなったり、あるいは生じる結晶核
数が少なくなったりするために、α−ＳｉＣ単結晶の表
面に均一な多結晶膜を成膜することができなくなる可能
性があり、したがって、α−ＳｉＣ単結晶の表面は、Ｒ
ＭＳ２００オングストローム〜５０オングストロームの
範囲の表面粗さに調整することが好ましいのである。
【００１１】また、上記単結晶ＳｉＣの製造方法におい
て、上記熱処理工程を、請求項５に記載のように、Ａｒ
およびＳｉＣの飽和蒸気圧またはその近傍の雰囲気下
で、かつ、２０００〜２４００℃の温度範囲で行なうこ
とにより、単結晶の成長速度を速めて高膜厚の単結晶Ｓ
ｉＣを生産性よく製造することを可能としながらも、熱
処理雰囲気の多少の変動にかかわらず、多結晶膜の表面
部分の分解消失、析出結晶の多結晶膜表面への付着とい
った品質低下現象を最少限に抑制して高品質な単結晶を
安定よく得ることが可能である。
て、上記熱処理工程を、請求項５に記載のように、Ａｒ
およびＳｉＣの飽和蒸気圧またはその近傍の雰囲気下
で、かつ、２０００〜２４００℃の温度範囲で行なうこ
とにより、単結晶の成長速度を速めて高膜厚の単結晶Ｓ
ｉＣを生産性よく製造することを可能としながらも、熱
処理雰囲気の多少の変動にかかわらず、多結晶膜の表面
部分の分解消失、析出結晶の多結晶膜表面への付着とい
った品質低下現象を最少限に抑制して高品質な単結晶を
安定よく得ることが可能である。
【００１２】さらに、上記単結晶ＳｉＣの製造方法にお
いて、上記成膜工程と熱処理工程とは原則的に同一の装
置を用いて実行することが可能であるけれども、請求項
６に記載のように、両工程を別々の装置を用いて行なう
ことが製品歩留まりの見地から好ましい。それは以下の
理由による。すなわち、熱化学的蒸着法による成膜工程
時においては、塩酸等の副反応物質が生成される。この
ような副反応物質は、熱処理工程時における雰囲気の清
浄化のために除去する必要があり、上記両工程を同一の
装置で行なうとなると、副反応物質の除去作業に手数お
よび長時間を要し、それが原因で製品の歩留まりの低下
を招きやすいからである。
いて、上記成膜工程と熱処理工程とは原則的に同一の装
置を用いて実行することが可能であるけれども、請求項
６に記載のように、両工程を別々の装置を用いて行なう
ことが製品歩留まりの見地から好ましい。それは以下の
理由による。すなわち、熱化学的蒸着法による成膜工程
時においては、塩酸等の副反応物質が生成される。この
ような副反応物質は、熱処理工程時における雰囲気の清
浄化のために除去する必要があり、上記両工程を同一の
装置で行なうとなると、副反応物質の除去作業に手数お
よび長時間を要し、それが原因で製品の歩留まりの低下
を招きやすいからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図１〜図６は本発明に係る単結
晶ＳｉＣの製造方法を製造工程順に説明する模式図であ
り、図１は１回目の成膜工程を示し、昇華法あるいはア
チソン法により製作された六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ型）
のα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面に、１２００〜１５０
０℃の温度範囲の熱化学的蒸着法により立方晶系のβ−
ＳｉＣ多結晶膜２−１を、その膜厚ｔが２００μｍ〜１
ｍｍの範囲で、かつ、上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の側
面全周に亘る端部２ｅを形成するように成膜される。
にもとづいて説明する。図１〜図６は本発明に係る単結
晶ＳｉＣの製造方法を製造工程順に説明する模式図であ
り、図１は１回目の成膜工程を示し、昇華法あるいはア
チソン法により製作された六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ型）
のα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面に、１２００〜１５０
０℃の温度範囲の熱化学的蒸着法により立方晶系のβ−
ＳｉＣ多結晶膜２−１を、その膜厚ｔが２００μｍ〜１
ｍｍの範囲で、かつ、上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の側
面全周に亘る端部２ｅを形成するように成膜される。
【００１４】次の１回目の熱処理工程では、上記１回目
の成膜工程で得られた複合体Ｍ１をＡｒおよびＳｉＣの
飽和蒸気圧の雰囲気下で、かつ、２０００〜２４００℃
の範囲の温度に加熱し数時間ないし数十時間保持させて
熱処理することによって、上記α−ＳｉＣ単結晶基板１
の結晶成長に伴ってβ−ＳｉＣ多結晶膜２−１を上記α
−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に配向させつ
つ、該β−ＳｉＣ多結晶膜２−１をα−ＳｉＣ単結晶に
相変態させて、図２に示すように、単一に一体化された
全体膜厚がｔ１なる単結晶ＳｉＣ３−１が育成される。
この単結晶ＳｉＣ３−１におけるβ−ＳｉＣ多結晶膜２
−１の単結晶化率はおおよそ９０％程度である。
の成膜工程で得られた複合体Ｍ１をＡｒおよびＳｉＣの
飽和蒸気圧の雰囲気下で、かつ、２０００〜２４００℃
の範囲の温度に加熱し数時間ないし数十時間保持させて
熱処理することによって、上記α−ＳｉＣ単結晶基板１
の結晶成長に伴ってβ−ＳｉＣ多結晶膜２−１を上記α
−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に配向させつ
つ、該β−ＳｉＣ多結晶膜２−１をα−ＳｉＣ単結晶に
相変態させて、図２に示すように、単一に一体化された
全体膜厚がｔ１なる単結晶ＳｉＣ３−１が育成される。
この単結晶ＳｉＣ３−１におけるβ−ＳｉＣ多結晶膜２
−１の単結晶化率はおおよそ９０％程度である。
【００１５】続いて、上記１回目の熱処理工程で得られ
た単結晶ＳｉＣ３−１の表面３ａ−１を研磨などによっ
てＲＭＳ２００〜５０オングストロームの表面粗さの平
滑度になるように調整する平滑工程を行なった後、その
単結晶ＳｉＣ３−１の表面３ａ−１に対して、上述した
熱化学蒸着法による成膜と同一条件、同一仕様で２回目
の成膜工程および上述した熱処理と同一条件で２回目の
熱処理工程を行なうことにより、図３および図４に示す
ような複合体Ｍ２および全体膜厚がｔ２なる単結晶Ｓｉ
Ｃ３−２が育成される。この２回目の熱処理工程で得ら
れた単結晶ＳｉＣ３−２における上層（２回目に成膜さ
れたもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−２の単結晶化率は
おおよそ９０％程度であるが、下層（１回目に成膜され
たもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−１の単結晶化率は９
５％程度に上昇している。
た単結晶ＳｉＣ３−１の表面３ａ−１を研磨などによっ
てＲＭＳ２００〜５０オングストロームの表面粗さの平
滑度になるように調整する平滑工程を行なった後、その
単結晶ＳｉＣ３−１の表面３ａ−１に対して、上述した
熱化学蒸着法による成膜と同一条件、同一仕様で２回目
の成膜工程および上述した熱処理と同一条件で２回目の
熱処理工程を行なうことにより、図３および図４に示す
ような複合体Ｍ２および全体膜厚がｔ２なる単結晶Ｓｉ
Ｃ３−２が育成される。この２回目の熱処理工程で得ら
れた単結晶ＳｉＣ３−２における上層（２回目に成膜さ
れたもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−２の単結晶化率は
おおよそ９０％程度であるが、下層（１回目に成膜され
たもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−１の単結晶化率は９
５％程度に上昇している。
【００１６】さらに、上記２回目の熱処理工程で得られ
た単結晶ＳｉＣ３−２の表面３ａ−２を研磨などによっ
てＲＭＳ２００〜５０オングストロームの表面粗さの平
滑度になるように調整する平滑工程を行なった後、その
単結晶ＳｉＣ３−２の表面３ａ−２に対して、上述した
熱化学蒸着法による成膜と同一条件、同一仕様で３回目
の成膜工程および上述した熱処理と同一条件で３回目の
熱処理工程を行なうことにより、図５および図６に示す
ような複合体Ｍ３および全体膜厚がｔ３なる単結晶Ｓｉ
Ｃ３−３が育成される。この３回目の熱処理工程で得ら
れた単結晶ＳｉＣ３−３における上層（３回目に成膜さ
れたもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−３の単結晶化率は
おおよそ９０％程度であるが、中間層（２回目に成膜さ
れたもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−２の単結晶化率は
９５％程度に上昇し、かつ、最下層（１回目に成膜され
たもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−１の単結晶化率は９
８％程度に上昇している。
た単結晶ＳｉＣ３−２の表面３ａ−２を研磨などによっ
てＲＭＳ２００〜５０オングストロームの表面粗さの平
滑度になるように調整する平滑工程を行なった後、その
単結晶ＳｉＣ３−２の表面３ａ−２に対して、上述した
熱化学蒸着法による成膜と同一条件、同一仕様で３回目
の成膜工程および上述した熱処理と同一条件で３回目の
熱処理工程を行なうことにより、図５および図６に示す
ような複合体Ｍ３および全体膜厚がｔ３なる単結晶Ｓｉ
Ｃ３−３が育成される。この３回目の熱処理工程で得ら
れた単結晶ＳｉＣ３−３における上層（３回目に成膜さ
れたもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−３の単結晶化率は
おおよそ９０％程度であるが、中間層（２回目に成膜さ
れたもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−２の単結晶化率は
９５％程度に上昇し、かつ、最下層（１回目に成膜され
たもの）のβ−ＳｉＣ多結晶膜２−１の単結晶化率は９
８％程度に上昇している。
【００１７】上記のように、１２００〜１５００℃の温
度範囲の熱化学的蒸着法によって膜厚ｔが２００μｍ〜
１ｍｍの範囲のβ−ＳｉＣ多結晶膜２を形成する成膜工
程と、ＡｒおよびＳｉＣの飽和蒸気圧の雰囲気下におい
て２０００〜２４００℃の範囲の温度に加熱し数時間な
いし数十時間保持させて熱処理する熱処理工程と、表面
がＲＭＳ２００〜５０オングストロームの表面粗さの平
滑度になるように調整する平滑工程とを順次複数回繰り
返す膜厚増大化工程を施すことによって、図７に示すよ
うに、最終的に全体膜厚が所望のｔｎなる単結晶ＳｉＣ
３−Ｎを製造する。なお、本実施の形態では、図７のよ
うに、４回の成膜、熱処理、平滑工程を経て製造された
単結晶ＳｉＣ３−Ｎを示すが、同様な膜厚増大化工程を
５回以上繰り返してもよいこともちろんである。
度範囲の熱化学的蒸着法によって膜厚ｔが２００μｍ〜
１ｍｍの範囲のβ−ＳｉＣ多結晶膜２を形成する成膜工
程と、ＡｒおよびＳｉＣの飽和蒸気圧の雰囲気下におい
て２０００〜２４００℃の範囲の温度に加熱し数時間な
いし数十時間保持させて熱処理する熱処理工程と、表面
がＲＭＳ２００〜５０オングストロームの表面粗さの平
滑度になるように調整する平滑工程とを順次複数回繰り
返す膜厚増大化工程を施すことによって、図７に示すよ
うに、最終的に全体膜厚が所望のｔｎなる単結晶ＳｉＣ
３−Ｎを製造する。なお、本実施の形態では、図７のよ
うに、４回の成膜、熱処理、平滑工程を経て製造された
単結晶ＳｉＣ３−Ｎを示すが、同様な膜厚増大化工程を
５回以上繰り返してもよいこともちろんである。
【００１８】以上のような各工程を経て製造された単結
晶ＳｉＣ３−Ｎは、非常に高膜厚であるだけでなく、一
回の熱処理のみでは単結晶化が不完全な状態にあるα−
ＳｉＣ単結晶基板１に近い下層側部分が再々熱処理され
ることにより単結晶化が促進されて、品質的に非常に安
定した単結晶ＳｉＣが得られる。
晶ＳｉＣ３−Ｎは、非常に高膜厚であるだけでなく、一
回の熱処理のみでは単結晶化が不完全な状態にあるα−
ＳｉＣ単結晶基板１に近い下層側部分が再々熱処理され
ることにより単結晶化が促進されて、品質的に非常に安
定した単結晶ＳｉＣが得られる。
【００１９】また、成膜工程の熱化学的蒸着温度が低温
であることから、β−ＳｉＣ多結晶膜２の成膜速度を制
御しやすくて粒径が小さく、かつ、揃った結晶粒の多結
晶膜２が得られるだけでなく、例えば金属などの装置構
成材の気化により発生する金属蒸気などの不純物が結晶
中に混在することがなく、純度の高い結晶粒が得られや
すい。また、膜厚が薄く小さな結晶粒の集まりとなるた
めに、成膜後の熱処理工程時の表面エネルギーが大きく
なり、粒界付近の結晶が不安定となるために、各原子が
α−ＳｉＣ単結晶基板１に倣った原子配列に再配列され
やすくなり、熱処理による単結晶化が進行しやすい。こ
の際、多結晶膜２を構成する各結晶粒は、２２０または
１１０面等に高配向されつつ、界面から柱状に成長さ
れ、次工程の熱処理により単結晶化された場合、界面か
ら粒子表面まで一斉かつ一様に相変態が生じることにな
るため、マイクロパイプなどの結晶欠陥のない高い品質
の単結晶ＳｉＣを得ることが可能である。
であることから、β−ＳｉＣ多結晶膜２の成膜速度を制
御しやすくて粒径が小さく、かつ、揃った結晶粒の多結
晶膜２が得られるだけでなく、例えば金属などの装置構
成材の気化により発生する金属蒸気などの不純物が結晶
中に混在することがなく、純度の高い結晶粒が得られや
すい。また、膜厚が薄く小さな結晶粒の集まりとなるた
めに、成膜後の熱処理工程時の表面エネルギーが大きく
なり、粒界付近の結晶が不安定となるために、各原子が
α−ＳｉＣ単結晶基板１に倣った原子配列に再配列され
やすくなり、熱処理による単結晶化が進行しやすい。こ
の際、多結晶膜２を構成する各結晶粒は、２２０または
１１０面等に高配向されつつ、界面から柱状に成長さ
れ、次工程の熱処理により単結晶化された場合、界面か
ら粒子表面まで一斉かつ一様に相変態が生じることにな
るため、マイクロパイプなどの結晶欠陥のない高い品質
の単結晶ＳｉＣを得ることが可能である。
【００２０】図８は上記成膜工程および熱処理工程に用
いられる装置の一例であるところの反応炉Ａの構成を示
す概略断面図であり、同図において、５は石英ベルジャ
ーで、その内部中央位置には多角錐形状で回転式のカー
ボン製サセプター６が配置されているとともに、外周部
には水冷式ジャケット７および高周波誘導コイル８が配
設され、かつ、該ベルジャー５内部にＳｉＣｌ4 ，ＣＣ
ｌ4 等とＨ2 などの反応ガスおよびＡｒガスを供給する
ガス供給口９とベルジャー５内部を減圧するための脱気
口１０とが形成されている。また、上記サセプター６の
各錐面６ａには、図９に示すように、上記α−ＳｉＣ単
結晶基板１を落し込み状態に嵌合保持する複数個の凹部
６ｂが適当間隔を隔てて形成されている。
いられる装置の一例であるところの反応炉Ａの構成を示
す概略断面図であり、同図において、５は石英ベルジャ
ーで、その内部中央位置には多角錐形状で回転式のカー
ボン製サセプター６が配置されているとともに、外周部
には水冷式ジャケット７および高周波誘導コイル８が配
設され、かつ、該ベルジャー５内部にＳｉＣｌ4 ，ＣＣ
ｌ4 等とＨ2 などの反応ガスおよびＡｒガスを供給する
ガス供給口９とベルジャー５内部を減圧するための脱気
口１０とが形成されている。また、上記サセプター６の
各錐面６ａには、図９に示すように、上記α−ＳｉＣ単
結晶基板１を落し込み状態に嵌合保持する複数個の凹部
６ｂが適当間隔を隔てて形成されている。
【００２１】上記構成の反応炉Ａを使用して既述した各
工程による単結晶ＳｉＣの製造方法を説明すると、上記
カーボン製サセプター６の各錐面６ａに形成されている
複数個の凹部６ｂそれぞれに図９に示すように、α−Ｓ
ｉＣ単結晶基板１を落し込み状態に嵌合保持させた上、
脱気口１０から脱気し石英ベルジャー５の内部を減圧す
るとともに、該石英ベルジャー５の内部に供給口９から
ＳｉＣｌ4 ，ＣＣｌ4等とＨ2 などの反応ガスを供給す
る。
工程による単結晶ＳｉＣの製造方法を説明すると、上記
カーボン製サセプター６の各錐面６ａに形成されている
複数個の凹部６ｂそれぞれに図９に示すように、α−Ｓ
ｉＣ単結晶基板１を落し込み状態に嵌合保持させた上、
脱気口１０から脱気し石英ベルジャー５の内部を減圧す
るとともに、該石英ベルジャー５の内部に供給口９から
ＳｉＣｌ4 ，ＣＣｌ4等とＨ2 などの反応ガスを供給す
る。
【００２２】次に、上記反応ガスの雰囲気下で上記サ
セプター６を回転させながら、高周波誘導コイル８に高
周波電流を流して上記各α−ＳｉＣ単結晶基板１を１２
００〜１５００℃の温度範囲に昇温した後、それら複数
個のα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面に、図１０に示すよ
うに、熱化学蒸着法によって一連のβ−ＳｉＣ多結晶膜
２−１を、その膜厚ｔが２００μｍ〜１ｍｍの範囲にな
るように成膜して複合体Ｍ１を得る（これが図１で示す
１回目の成膜工程に相当する）。続いて、上記供給口
９から石英ベルジャー５の内部にＡｒガスを供給してＡ
ｒおよびＳｉＣの飽和蒸気圧の雰囲気下としたうえ、上
記サセプター６を回転させながら、高周波誘導コイル８
に高周波電流を流して上記複合体Ｍ１を２０００〜２４
００℃の範囲の温度に加熱し数時間ないし数十時間保持
させて熱処理することによって、上記α−ＳｉＣ単結晶
基板１の結晶成長に伴ってβ−ＳｉＣ多結晶膜２−１を
上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に配向さ
せつつ、該β−ＳｉＣ多結晶膜２−１をα−ＳｉＣ単結
晶に相変態させて全体膜厚がｔ１なる単結晶ＳｉＣ３−
１を育成する（これが図２で示す１回目の熱処理工程に
相当する）。
セプター６を回転させながら、高周波誘導コイル８に高
周波電流を流して上記各α−ＳｉＣ単結晶基板１を１２
００〜１５００℃の温度範囲に昇温した後、それら複数
個のα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面に、図１０に示すよ
うに、熱化学蒸着法によって一連のβ−ＳｉＣ多結晶膜
２−１を、その膜厚ｔが２００μｍ〜１ｍｍの範囲にな
るように成膜して複合体Ｍ１を得る（これが図１で示す
１回目の成膜工程に相当する）。続いて、上記供給口
９から石英ベルジャー５の内部にＡｒガスを供給してＡ
ｒおよびＳｉＣの飽和蒸気圧の雰囲気下としたうえ、上
記サセプター６を回転させながら、高周波誘導コイル８
に高周波電流を流して上記複合体Ｍ１を２０００〜２４
００℃の範囲の温度に加熱し数時間ないし数十時間保持
させて熱処理することによって、上記α−ＳｉＣ単結晶
基板１の結晶成長に伴ってβ−ＳｉＣ多結晶膜２−１を
上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に配向さ
せつつ、該β−ＳｉＣ多結晶膜２−１をα−ＳｉＣ単結
晶に相変態させて全体膜厚がｔ１なる単結晶ＳｉＣ３−
１を育成する（これが図２で示す１回目の熱処理工程に
相当する）。
【００２３】そして、上記育成された単結晶ＳｉＣ３
−１の表面３ａ−１を研磨などによってＲＭＳ２００〜
５０オングストロームの表面粗さの平滑度になるように
調整する平滑工程を行なう。それ以後は、上記した〜
の工程を繰り返すことによって、図３〜図６で示す２
回目、３回目の成膜工程および熱処理工程を経て、最終
的に図７に例示したような全体膜厚がｔｎなる単結晶Ｓ
ｉＣ３−Ｎを製造するのである。
−１の表面３ａ−１を研磨などによってＲＭＳ２００〜
５０オングストロームの表面粗さの平滑度になるように
調整する平滑工程を行なう。それ以後は、上記した〜
の工程を繰り返すことによって、図３〜図６で示す２
回目、３回目の成膜工程および熱処理工程を経て、最終
的に図７に例示したような全体膜厚がｔｎなる単結晶Ｓ
ｉＣ３−Ｎを製造するのである。
【００２４】なお、上記の製造方法では、成膜工程も熱
処理工程も同一の反応炉Ａを用いて行なうものについて
説明したが、成膜工程と熱処理工程とを別々の反応炉を
用いて行なうことが望ましい。それは、熱化学的蒸着法
による成膜工程時において生成される塩酸等の副反応物
質を、熱処理工程時における雰囲気の清浄化のために除
去する作業手数および時間が不要となり、それだけ製品
の歩留まりの向上を図ることができるからである。
処理工程も同一の反応炉Ａを用いて行なうものについて
説明したが、成膜工程と熱処理工程とを別々の反応炉を
用いて行なうことが望ましい。それは、熱化学的蒸着法
による成膜工程時において生成される塩酸等の副反応物
質を、熱処理工程時における雰囲気の清浄化のために除
去する作業手数および時間が不要となり、それだけ製品
の歩留まりの向上を図ることができるからである。
【００２５】また、上記実施形態で用いたβ−ＳｉＣ多
結晶膜２に代えて、高純度（１０14ａｔｍ／ｃｍ3 以
下）の六方晶系（６Ｈ型）α−ＳｉＣ多結晶膜を成膜し
てもよく、この場合は上記β−ＳｉＣ多結晶膜２に比べ
て、一層高品質の単結晶ＳｉＣを得ることが可能であ
る。
結晶膜２に代えて、高純度（１０14ａｔｍ／ｃｍ3 以
下）の六方晶系（６Ｈ型）α−ＳｉＣ多結晶膜を成膜し
てもよく、この場合は上記β−ＳｉＣ多結晶膜２に比べ
て、一層高品質の単結晶ＳｉＣを得ることが可能であ
る。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明お
よび請求項２に記載の発明によれば、α−ＳｉＣ単結晶
基板の表面に対する熱化学的蒸着法によるβ−ＳｉＣも
しくはα−ＳｉＣ多結晶膜の成膜と、それによって得ら
れた複合体に対する熱処理とを複数回繰り返すことによ
り、複数層のβ−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜が
α−ＳｉＣ単結晶基板の結晶軸と同一方位に配向され、
かつ、一体化された高膜厚の単結晶を得ることができる
だけでなく、一回の熱処理のみでは単結晶化が不完全な
状態にあるα−ＳｉＣ単結晶基板に近い下層側部分の再
々熱処理により単結晶化を促進して、品質的にも非常に
安定した高膜厚の単結晶ＳｉＣを生産性よく得ることが
できる。これによって、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ
（ガリウムヒ素）などの既存の半導体材料に比べて大容
量、高周波、耐圧、耐環境性に優れパワーデバイス用半
導体材料として期待されている単結晶ＳｉＣの実用化を
促進することができるという効果を奏する。
よび請求項２に記載の発明によれば、α−ＳｉＣ単結晶
基板の表面に対する熱化学的蒸着法によるβ−ＳｉＣも
しくはα−ＳｉＣ多結晶膜の成膜と、それによって得ら
れた複合体に対する熱処理とを複数回繰り返すことによ
り、複数層のβ−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜が
α−ＳｉＣ単結晶基板の結晶軸と同一方位に配向され、
かつ、一体化された高膜厚の単結晶を得ることができる
だけでなく、一回の熱処理のみでは単結晶化が不完全な
状態にあるα−ＳｉＣ単結晶基板に近い下層側部分の再
々熱処理により単結晶化を促進して、品質的にも非常に
安定した高膜厚の単結晶ＳｉＣを生産性よく得ることが
できる。これによって、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ
（ガリウムヒ素）などの既存の半導体材料に比べて大容
量、高周波、耐圧、耐環境性に優れパワーデバイス用半
導体材料として期待されている単結晶ＳｉＣの実用化を
促進することができるという効果を奏する。
【００２７】特に、請求項３に記載の発明によれば、熱
化学的蒸着温度が１２００〜１５００℃という低温で、
かつ、多結晶膜の膜厚が２００μｍ〜１ｍｍと薄い範囲
に設定しているので、多結晶膜が小さな結晶粒の集まり
となり、成膜後の熱処理時において、各粒子の表面エネ
ルギーが大きく、各粒子の粒界付近の結晶が不安定とな
るために、各原子がα−ＳｉＣ単結晶基板に倣った原子
配列に再配列されやすくなり、熱処理による単結晶化が
進行しやすく、マイクロパイプなどの結晶欠陥のない高
い品質の単結晶ＳｉＣを得ることができる。
化学的蒸着温度が１２００〜１５００℃という低温で、
かつ、多結晶膜の膜厚が２００μｍ〜１ｍｍと薄い範囲
に設定しているので、多結晶膜が小さな結晶粒の集まり
となり、成膜後の熱処理時において、各粒子の表面エネ
ルギーが大きく、各粒子の粒界付近の結晶が不安定とな
るために、各原子がα−ＳｉＣ単結晶基板に倣った原子
配列に再配列されやすくなり、熱処理による単結晶化が
進行しやすく、マイクロパイプなどの結晶欠陥のない高
い品質の単結晶ＳｉＣを得ることができる。
【００２８】また、請求項４に記載の発明によれば、熱
処理によって得られたα−ＳｉＣ単結晶の表面を塵など
の付着物がないように清浄化できるため、その表面に次
の多結晶膜を成膜するとき、両者の界面にすき間が生じ
ず、均一な厚さの多結晶膜を成膜することが可能である
ばかりか、その後の熱処理時に周辺外部に浮遊する不純
物等などが界面に侵入し付着することも確実に防いで、
高膜厚単結晶ＳｉＣの品質をより一層向上することがで
きる。
処理によって得られたα−ＳｉＣ単結晶の表面を塵など
の付着物がないように清浄化できるため、その表面に次
の多結晶膜を成膜するとき、両者の界面にすき間が生じ
ず、均一な厚さの多結晶膜を成膜することが可能である
ばかりか、その後の熱処理時に周辺外部に浮遊する不純
物等などが界面に侵入し付着することも確実に防いで、
高膜厚単結晶ＳｉＣの品質をより一層向上することがで
きる。
【００２９】また、請求項５に記載の発明によれば、熱
処理温度を高くして単結晶の成長速度を速めながらも、
熱処理時におけるＡｒおよびＳｉＣ飽和蒸気圧またはそ
の近傍の雰囲気の変動にかかわらず多結晶膜の表面部分
の分解消失、析出結晶の多結晶膜表面への付着といった
品質低下現象を最少限に抑制して単結晶ＳｉＣの品質の
安定性を高めることができる。
処理温度を高くして単結晶の成長速度を速めながらも、
熱処理時におけるＡｒおよびＳｉＣ飽和蒸気圧またはそ
の近傍の雰囲気の変動にかかわらず多結晶膜の表面部分
の分解消失、析出結晶の多結晶膜表面への付着といった
品質低下現象を最少限に抑制して単結晶ＳｉＣの品質の
安定性を高めることができる。
【００３０】さらに、請求項６に記載の発明によれば、
成膜工程時において生成される塩酸等の副反応物質を、
熱処理工程前に除去する作業手数および時間が不要とな
り、それだけ製品の歩留まりの向上を図ることができ
る。
成膜工程時において生成される塩酸等の副反応物質を、
熱処理工程前に除去する作業手数および時間が不要とな
り、それだけ製品の歩留まりの向上を図ることができ
る。
【図１】本発明に係る単結晶ＳｉＣの製造方法による製
造工程のうち１回目の成膜工程が終了した状態の模式図
である。
造工程のうち１回目の成膜工程が終了した状態の模式図
である。
【図２】同上製造工程のうち１回目の熱処理工程が終了
した状態の模式図である。
した状態の模式図である。
【図３】同上製造工程のうち２回目の成膜工程が終了し
た状態の模式図である。
た状態の模式図である。
【図４】同上製造工程のうち２回目の熱処理工程が終了
した状態の模式図である。
した状態の模式図である。
【図５】同上製造工程のうち３回目の成膜工程が終了し
た状態の模式図である。
た状態の模式図である。
【図６】同上製造工程のうち３回目の熱処理工程が終了
した状態の模式図である。
した状態の模式図である。
【図７】最終的に製造された単結晶ＳｉＣの模式図であ
る。
る。
【図８】成膜工程および熱処理工程に用いられる装置の
一例であるところの反応炉の構成を示す概略断面図であ
る。
一例であるところの反応炉の構成を示す概略断面図であ
る。
【図９】同上反応炉における要部を展開して示す拡大断
面図である。
面図である。
【図１０】同上反応炉を用いて単結晶ＳｉＣを製造する
場合における１回目の成膜工程が終了した状態の要部の
拡大断面図である。
場合における１回目の成膜工程が終了した状態の要部の
拡大断面図である。
１ α−ＳｉＣ単結晶基板 ２−１，２−２，２−３ β−ＳｉＣ多結晶膜（または
α−ＳｉＣ多結晶膜） ３−１，３−２，３−３，３−Ｎ 単結晶ＳｉＣ Ｍ１，Ｍ１，Ｍ３ 複合体 Ａ 反応炉（成膜および熱処理装置）
α−ＳｉＣ多結晶膜） ３−１，３−２，３−３，３−Ｎ 単結晶ＳｉＣ Ｍ１，Ｍ１，Ｍ３ 複合体 Ａ 反応炉（成膜および熱処理装置）
フロントページの続き (56)参考文献 Ｃｈｅｍ．ａｂｓｔｒ．，Ｖｏｌ. 78，Ｎｏ．18 ７ Ｍａｙ 1973（Ｃｏ ｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ，ＵＳＡ），ｐａｇ ｅ 337， ｃｏｌｕｍｎ２，ｔｈｅ ａｂｓｔｒａｃｔ Ｎｏ．116269ｊ，Ｂ ｅｒｍａｎ，Ｉ．ｅｔ ａｌ．，’Ｉｎ ｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｎｎｅａｌｉ ｎｇ ｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏ ｆ ｂｅｔａ ＳｉＣ，’Ｕ．Ｓ．Ａｉ ｒ Ｆｏｒｃｅ Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｒｅｓ．Ｌａｂ．，Ｐｈｙｓ．Ｓｃｉ. Ｒｅｓ．Ｐａｐ．1972，Ｎｏ．516，11 ｐｐ．（Ｅｎｇ）. Ｃｈｅｍ．ａｂｓｔｒ．，Ｖｏｌ. 81，Ｎｏ．24，16 Ｄｅｃ．1974（Ｃｏ ｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ，ＵＳＡ），ｐａｇ ｅ 462， ｃｏｌｕｍｎ１，ｔｈｅ ａｂｓｔｒａｃｔ Ｎｏ．160152ｂ，Ｂ ｅｒｍａｎ，Ｉ．ｅｔ ａｌ．，’Ａｎ ｎｅａｌｉｎｇ ｏｆ ｓｐｕｔｔｅｒ ｄ β−ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄ ｅ，’Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄ ｅ，Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．，３ ｒｄ 1973（Ｐｕｂ，1974），42−50 （Ｅｎｇ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 29/36 ＣＡ（ＳＴＮ)
Claims (6)
- 【請求項１】 α−ＳｉＣ単結晶基板の表面に対する熱
化学的蒸着法によるβ−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結
晶膜の成膜と、その成膜された複合体の熱処理による上
記β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜のα−ＳｉＣ
単結晶への相変態とを繰り返すことにより、上記α−Ｓ
ｉＣ単結晶基板の結晶軸と同方位に配向された単一の単
結晶を一体成長させていることを特徴とする単結晶Ｓｉ
Ｃ。 - 【請求項２】 α−ＳｉＣ単結晶基板の表面に熱化学的
蒸着法によりβ−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣの多結晶膜
を成膜する成膜工程と、 その成膜工程で得られた複合体を熱処理することにより
上記β−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜を上記α−
ＳｉＣ単結晶基板の結晶軸と同方位に配向させつつ、α
−ＳｉＣ単結晶に相変態させる熱処理工程と、 その熱処理工程で得られたα−ＳｉＣ単結晶の表面に対
して、上記成膜工程および熱処理工程を繰り返して所望
厚さの単結晶を一体成長させる膜厚増大化工程とを有し
ていることを特徴とする単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項３】 上記成膜工程における熱化学的蒸着温度
が１２００〜１５００℃の範囲に設定され、かつ、β−
ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣ多結晶膜の膜厚が２００μｍ
〜１ｍｍの範囲に設定されている請求項２に記載の単結
晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項４】 上記熱処理工程で得られたα−ＳｉＣ単
結晶の表面をＲＭＳ２００オングストローム〜５０オン
グストロームの範囲の表面粗さに調整する工程を有して
いる請求項２または３に記載の単結晶ＳｉＣの製造方
法。 - 【請求項５】 上記熱処理工程が、ＡｒおよびＳｉＣの
飽和蒸気圧またはその近傍の雰囲気下で、かつ、２００
０〜２４００℃の温度範囲で行なわれる請求項２ないし
４のいずれかに記載の単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項６】 上記成膜工程と熱処理工程とが別々の装
置を用いて行われる請求項２ないし５のいずれかに記載
の単結晶ＳｉＣの製造方法。
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| JP4366098A JP2876122B1 (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 単結晶ＳｉＣおよびその製造方法 |
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| JPH11236299A JPH11236299A (ja) | 1999-08-31 |
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| JP (1) | JP2876122B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JPWO2013073216A1 (ja) * | 2011-11-14 | 2015-04-02 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板、半導体装置およびこれらの製造方法 |
-
1998
- 1998-02-25 JP JP4366098A patent/JP2876122B1/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| Ｃｈｅｍ．ａｂｓｔｒ．，Ｖｏｌ．７８，Ｎｏ．１８ ７ Ｍａｙ １９７３（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ，ＵＳＡ），ｐａｇｅ ３３７， ｃｏｌｕｍｎ２，ｔｈｅ ａｂｓｔｒａｃｔ Ｎｏ．１１６２６９ｊ，Ｂｅｒｍａｎ，Ｉ．ｅｔ ａｌ．，’Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｆ ｂｅｔａ ＳｉＣ，’Ｕ．Ｓ．Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｒｅｓ．Ｌａｂ．，Ｐｈｙｓ．Ｓｃｉ．Ｒｅｓ．Ｐａｐ．１９７２，Ｎｏ．５１６，１１ ｐｐ．（Ｅｎｇ）． |
| Ｃｈｅｍ．ａｂｓｔｒ．，Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ．２４，１６ Ｄｅｃ．１９７４（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ，ＵＳＡ），ｐａｇｅ ４６２， ｃｏｌｕｍｎ１，ｔｈｅ ａｂｓｔｒａｃｔ Ｎｏ．１６０１５２ｂ，Ｂｅｒｍａｎ，Ｉ．ｅｔ ａｌ．，’Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｆ ｓｐｕｔｔｅｒｄ β−ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ，’Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ，Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．，３ｒｄ １９７３（Ｐｕｂ，１９７４），４２−５０（Ｅｎｇ） |
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