JP2884085B1 - 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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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
- C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
- C30B19/04—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux the solvent being a component of the crystal composition
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
Abstract
【要約】
【課題】 格子欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非常に
少ない高品位の単結晶を非常に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とβ−ＳｉＣ多
結晶板２とを互いに積層固定させた後、それらα−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶板２を不活性ガス
雰囲気、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で熱処理するこ
とにより、β−ＳｉＣ多結晶板２の固相変態による単結
晶化及び接触点を起点とする面方向への単結晶化の進行
によりβ−ＳｉＣ多結晶板２の積層面全域をα−ＳｉＣ
単結晶基板１と一体に単結晶化して大きな単結晶ＳｉＣ
に一体に育成する。
少ない高品位の単結晶を非常に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とβ−ＳｉＣ多
結晶板２とを互いに積層固定させた後、それらα−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶板２を不活性ガス
雰囲気、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で熱処理するこ
とにより、β−ＳｉＣ多結晶板２の固相変態による単結
晶化及び接触点を起点とする面方向への単結晶化の進行
によりβ−ＳｉＣ多結晶板２の積層面全域をα−ＳｉＣ
単結晶基板１と一体に単結晶化して大きな単結晶ＳｉＣ
に一体に育成する。
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】この種のＳｉＣ単結晶の成長（製造）方法
として、従来、種結晶を用いた昇華再結晶法によってＳ
ｉＣ単結晶を成長させる方法や、Ｓｉ（シリコン）基板
上に化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いてエピタキシャ
ル成長させることにより立方晶のＳｉＣ単結晶（β−Ｓ
ｉＣ）を成長させる高温エピタキシャル方法等が知られ
ている。
として、従来、種結晶を用いた昇華再結晶法によってＳ
ｉＣ単結晶を成長させる方法や、Ｓｉ（シリコン）基板
上に化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いてエピタキシャ
ル成長させることにより立方晶のＳｉＣ単結晶（β−Ｓ
ｉＣ）を成長させる高温エピタキシャル方法等が知られ
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、昇華再結晶法にあっては、高
温下での気相成長であるために単結晶の育成の制御が困
難で、マイクロパイプ欠陥と呼ばれて半導体デバイスを
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１００〜１００
０／ｃｍ2 程度成長結晶中に残存しやすく、品質的に優
れた単結晶ＳｉＣが得られないという問題があり、高温
エピタキシャル方法は、基板温度が高い上に、高純度の
還元性雰囲気を作ることも必要で設備的に非常に困難で
あり、さらに、エピタキシャル成長のため結晶成長速度
も毎時数μｍ程度と遅く、単結晶ＳｉＣの生産性が非常
に悪いという問題があり、こ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
っている。
た従来の製造方法のうち、昇華再結晶法にあっては、高
温下での気相成長であるために単結晶の育成の制御が困
難で、マイクロパイプ欠陥と呼ばれて半導体デバイスを
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１００〜１００
０／ｃｍ2 程度成長結晶中に残存しやすく、品質的に優
れた単結晶ＳｉＣが得られないという問題があり、高温
エピタキシャル方法は、基板温度が高い上に、高純度の
還元性雰囲気を作ることも必要で設備的に非常に困難で
あり、さらに、エピタキシャル成長のため結晶成長速度
も毎時数μｍ程度と遅く、単結晶ＳｉＣの生産性が非常
に悪いという問題があり、こ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
っている。
【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、マイクロパイプ欠陥等の非常に少ない高品位の単結
晶ＳｉＣと、このような高品位単結晶を非常に生産性よ
く製造することができ、半導体材料としての実用化を可
能とする単結晶ＳｉＣの製造方法を提供することを目的
としている。
で、マイクロパイプ欠陥等の非常に少ない高品位の単結
晶ＳｉＣと、このような高品位単結晶を非常に生産性よ
く製造することができ、半導体材料としての実用化を可
能とする単結晶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、Ｓｉ
Ｃ単結晶基板とＳｉＣ多結晶板とを互いに積層固定させ
た状態で、大気圧以下の不活性ガス雰囲気、かつ、Ｓｉ
Ｃ飽和蒸気雰囲気下で熱処理することにより、上記Ｓｉ
Ｃ多結晶板を単結晶に固相変態させて上記ＳｉＣ単結晶
基板と一体に成長されていることを特徴とするものであ
り、また、請求項４に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣの
製造方法は、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶板とを互
いに積層固定させた後、それらＳｉＣ単結晶基板及びＳ
ｉＣ多結晶板を不活性ガス雰囲気、かつ、ＳｉＣ飽和蒸
気雰囲気下で熱処理することにより、上記ＳｉＣ多結晶
板を単結晶に固相変態させて上記ＳｉＣ単結晶基板と一
体に育成す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、Ｓｉ
Ｃ単結晶基板とＳｉＣ多結晶板とを互いに積層固定させ
た状態で、大気圧以下の不活性ガス雰囲気、かつ、Ｓｉ
Ｃ飽和蒸気雰囲気下で熱処理することにより、上記Ｓｉ
Ｃ多結晶板を単結晶に固相変態させて上記ＳｉＣ単結晶
基板と一体に成長されていることを特徴とするものであ
り、また、請求項４に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣの
製造方法は、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶板とを互
いに積層固定させた後、それらＳｉＣ単結晶基板及びＳ
ｉＣ多結晶板を不活性ガス雰囲気、かつ、ＳｉＣ飽和蒸
気雰囲気下で熱処理することにより、上記ＳｉＣ多結晶
板を単結晶に固相変態させて上記ＳｉＣ単結晶基板と一
体に育成することを特徴とするものである。
【０００７】上記のような構成要件を有する請求項１及
び請求項４に記載の発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板と
ＳｉＣ多結晶板とをそれらの対向面が厳密に密着するよ
うに高精度な平滑面に研磨したり、全面がもれなく接触
するような平坦面に仕上げしたりするといった面倒で手
数及びコストのかかる事前加工を要することなく、単に
両板を積層固定した上、不活性ガス雰囲気、かつ、Ｓｉ
Ｃ飽和蒸気雰囲気下で熱処理するだけで、ＳｉＣ多結晶
板の積層面全域に亘る固相変態による単結晶化と接触点
を起点とする面方向への単結晶化とによってＳｉＣ多結
晶板全体をＳｉＣ単結晶基板と一体の単結晶に効率良く
成長させて、格子欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非常
に少ない高品質な単結晶ＳｉＣを生産性よく得ることが
可能である。なお、上記ＳｉＣ単結晶基板としては、α
−ＳｉＣ単結晶が好ましいが、β−ＳｉＣ単結晶も好適
に使用され得る。
び請求項４に記載の発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板と
ＳｉＣ多結晶板とをそれらの対向面が厳密に密着するよ
うに高精度な平滑面に研磨したり、全面がもれなく接触
するような平坦面に仕上げしたりするといった面倒で手
数及びコストのかかる事前加工を要することなく、単に
両板を積層固定した上、不活性ガス雰囲気、かつ、Ｓｉ
Ｃ飽和蒸気雰囲気下で熱処理するだけで、ＳｉＣ多結晶
板の積層面全域に亘る固相変態による単結晶化と接触点
を起点とする面方向への単結晶化とによってＳｉＣ多結
晶板全体をＳｉＣ単結晶基板と一体の単結晶に効率良く
成長させて、格子欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非常
に少ない高品質な単結晶ＳｉＣを生産性よく得ることが
可能である。なお、上記ＳｉＣ単結晶基板としては、α
−ＳｉＣ単結晶が好ましいが、β−ＳｉＣ単結晶も好適
に使用され得る。
【０００８】上記請求項１に記載の発明に係る単結晶Ｓ
ｉＣ及び請求項４に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣの製
造方法におけるＳｉＣ多結晶板として、請求項２及び請
求項５に記載のように、熱化学蒸着法により板状に製作
されたものを使用することにより、ＳｉＣ多結晶板自体
が高純度でボイドなどの欠陥のないものであるから、Ｓ
ｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶板との間に結晶粒界など
が形成されず、品質の一層高い単結晶ＳｉＣを得ること
ができる。なお、上記ＳｉＣ多結晶板としては、熱化学
蒸着法により製作されたものが好ましいが、これに限定
されるものでなく、例えばイオンプレーティング法、ス
パッタリング法、プラズマＣＶＤ法により製作されたも
のであってもよい。
ｉＣ及び請求項４に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣの製
造方法におけるＳｉＣ多結晶板として、請求項２及び請
求項５に記載のように、熱化学蒸着法により板状に製作
されたものを使用することにより、ＳｉＣ多結晶板自体
が高純度でボイドなどの欠陥のないものであるから、Ｓ
ｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶板との間に結晶粒界など
が形成されず、品質の一層高い単結晶ＳｉＣを得ること
ができる。なお、上記ＳｉＣ多結晶板としては、熱化学
蒸着法により製作されたものが好ましいが、これに限定
されるものでなく、例えばイオンプレーティング法、ス
パッタリング法、プラズマＣＶＤ法により製作されたも
のであってもよい。
【０００９】また、上記請求項１または２に記載の発明
に係る単結晶ＳｉＣ及び請求項４または５に記載の発明
に係る単結晶ＳｉＣの製造方法におけるＳｉＣ単結晶基
板として、請求項３及び請求項６に記載のように、上記
ＳｉＣ多結晶板と対向する結晶面がアチソン法により作
られたＳｉＣ単結晶塊から切り出されたＳｉＣ単結晶片
の（０００１）面±５°または（１１０）面±５°とな
るものを使用する場合は、熱処理に伴うＳｉＣ多結晶板
の固相変態によってＳｉＣ単結晶基板の結晶面からＣ軸
方向へ単結晶が成長されることになり、その成長過程で
結晶欠陥などの導入が非常に少なくなり、ＳｉＣ単結晶
基板と同一の多形構造の結晶を容易かつ確実に成長させ
て他の多形が混在しない良質の単結晶ＳｉＣを効率よく
得ることができる。
に係る単結晶ＳｉＣ及び請求項４または５に記載の発明
に係る単結晶ＳｉＣの製造方法におけるＳｉＣ単結晶基
板として、請求項３及び請求項６に記載のように、上記
ＳｉＣ多結晶板と対向する結晶面がアチソン法により作
られたＳｉＣ単結晶塊から切り出されたＳｉＣ単結晶片
の（０００１）面±５°または（１１０）面±５°とな
るものを使用する場合は、熱処理に伴うＳｉＣ多結晶板
の固相変態によってＳｉＣ単結晶基板の結晶面からＣ軸
方向へ単結晶が成長されることになり、その成長過程で
結晶欠陥などの導入が非常に少なくなり、ＳｉＣ単結晶
基板と同一の多形構造の結晶を容易かつ確実に成長させ
て他の多形が混在しない良質の単結晶ＳｉＣを効率よく
得ることができる。
【００１０】
【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は本発明に係る単結晶Ｓｉ
Ｃの製造に際して使用される素材の説明図であり、同図
において、１は六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ型）のα−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板で、該α−ＳｉＣ単結晶基板１は、図５に
示すように、アチソン法により作られたα−ＳｉＣ単結
晶塊１´から多数の板状ＳｉＣ単結晶片１Ａを切り出し
たとき、各板状ＳｉＣ単結晶片１Ａの（０００１）面が
垂直軸となるように、その表裏両面１ａ，１ａを加工し
て約０．５ｍｍの厚さに形成されている。
にもとづいて説明する。図１は本発明に係る単結晶Ｓｉ
Ｃの製造に際して使用される素材の説明図であり、同図
において、１は六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ型）のα−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板で、該α−ＳｉＣ単結晶基板１は、図５に
示すように、アチソン法により作られたα−ＳｉＣ単結
晶塊１´から多数の板状ＳｉＣ単結晶片１Ａを切り出し
たとき、各板状ＳｉＣ単結晶片１Ａの（０００１）面が
垂直軸となるように、その表裏両面１ａ，１ａを加工し
て約０．５ｍｍの厚さに形成されている。
【００１１】２は１３００〜１９００℃範囲の熱化学蒸
着法（以下、熱ＣＶＤ法という）により別途製作された
立方晶系のβ−ＳｉＣ多結晶板で、このβ−ＳｉＣ多結
晶板２は、図示省略する焼結黒鉛の上に熱ＣＶＤ法によ
り（１１１）面が高配向となる約１ｍｍ厚さのβ−Ｓｉ
Ｃ膜を作製した後、上記黒鉛の焼却除去により単離させ
た０．８ｍｍ厚さの平板状材の両面２ａ，２ａをＲＭＳ
１０００オングストローム以下、好ましくは５０オング
ストローム以下の平滑な面に研磨加工して形成されてい
る。
着法（以下、熱ＣＶＤ法という）により別途製作された
立方晶系のβ−ＳｉＣ多結晶板で、このβ−ＳｉＣ多結
晶板２は、図示省略する焼結黒鉛の上に熱ＣＶＤ法によ
り（１１１）面が高配向となる約１ｍｍ厚さのβ−Ｓｉ
Ｃ膜を作製した後、上記黒鉛の焼却除去により単離させ
た０．８ｍｍ厚さの平板状材の両面２ａ，２ａをＲＭＳ
１０００オングストローム以下、好ましくは５０オング
ストローム以下の平滑な面に研磨加工して形成されてい
る。
【００１２】上記のように製作された平板状のβ−Ｓｉ
Ｃ多結晶板２及び上記α−ＳｉＣ単結晶基板１を溶剤洗
浄、超音波洗浄または弗酸洗いして乾燥させた後、両板
ｌ，２をそれらの表面１ａ，２ａが密着するように互い
に積層し固定させる。
Ｃ多結晶板２及び上記α−ＳｉＣ単結晶基板１を溶剤洗
浄、超音波洗浄または弗酸洗いして乾燥させた後、両板
ｌ，２をそれらの表面１ａ，２ａが密着するように互い
に積層し固定させる。
【００１３】この状態で、図２に示すように、積層固定
した上記α−ＳｉＣ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶
板２をカーボン製抵抗発熱炉（図示省略する）内に水平
姿勢に挿入配置し、その周囲にα−ＳｉＣ粒３…を配置
充填するとともに、Ａｒなどの不活性ガス気流を１atom
程度注入して炉の中心温度が１１００℃より２０００〜
２３００℃に達するまで１０時間かけて平均速度で昇温
させ、かつ、その２０００〜２３００℃で５時間程度保
持させるといったように、不活性ガス雰囲気、かつ、Ｓ
ｉＣ飽和蒸気雰囲気下で第一回目の熱処理を施す。
した上記α−ＳｉＣ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶
板２をカーボン製抵抗発熱炉（図示省略する）内に水平
姿勢に挿入配置し、その周囲にα−ＳｉＣ粒３…を配置
充填するとともに、Ａｒなどの不活性ガス気流を１atom
程度注入して炉の中心温度が１１００℃より２０００〜
２３００℃に達するまで１０時間かけて平均速度で昇温
させ、かつ、その２０００〜２３００℃で５時間程度保
持させるといったように、不活性ガス雰囲気、かつ、Ｓ
ｉＣ飽和蒸気雰囲気下で第一回目の熱処理を施す。
【００１４】この第一回目の熱処理によりβ−ＳｉＣ多
結晶板２が固相変態されて図３に示すように、その積層
面の全域に亘り１００〜５０μｍの深さ範囲ｄのβ−Ｓ
ｉＣ多結晶板部分２Ａが単結晶化されることになる。そ
の後、上記と同様な条件で熱処理を繰り返すことによっ
て、上記の単結晶化部分２Ａを種結晶とする固相成長に
より残りのβ−ＳｉＣ多結晶板部分２Ｂが単結晶に変態
されて上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に
配向された単結晶部分２´となり、この単結晶部分２´
が上記α−ＳｉＣ基板１の単結晶と一体化して図４に示
すような大きな単結晶ＳｉＣ４が育成されることをにな
る。
結晶板２が固相変態されて図３に示すように、その積層
面の全域に亘り１００〜５０μｍの深さ範囲ｄのβ−Ｓ
ｉＣ多結晶板部分２Ａが単結晶化されることになる。そ
の後、上記と同様な条件で熱処理を繰り返すことによっ
て、上記の単結晶化部分２Ａを種結晶とする固相成長に
より残りのβ−ＳｉＣ多結晶板部分２Ｂが単結晶に変態
されて上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に
配向された単結晶部分２´となり、この単結晶部分２´
が上記α−ＳｉＣ基板１の単結晶と一体化して図４に示
すような大きな単結晶ＳｉＣ４が育成されることをにな
る。
【００１５】ところで、上記実施の形態では、α−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶板２の対向面１
ａ，２ａを共にＲＭＳ１０００オングストローム以下、
好ましくは５０オングストローム以下の平滑な面に研磨
加工してそれら平滑面同士を全面に亘り密着させた状態
で熱処理する場合について説明したが、必ずしも両対向
面１ａ，２ａが厳密に密着されていなくとも、また、対
向面１ａ，２ａの全面がもれなく接触するように平坦面
に仕上げられていなくとも、部分的な接触点があれば、
その接触点を起点とする面方向への固相変態による単結
晶化が進行するために、β−ＳｉＣ多結晶板２の全体が
単結晶化されることは実験により確認された。したがっ
て、α−ＳｉＣ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶板２
をそれらの対向面１ａ，２ａが厳密に密着するように高
精度な平滑面に研磨したり、全面がもれなく接触するよ
うな平坦面に仕上げしたりするといった面倒で手数及び
コストのかかる事前加工の必要はなく、面精度の低い両
板１，２を使用しながら、これらを単に積層固定した上
で熱処理するだけでも、β−ＳｉＣ多結晶板２の全域を
単結晶化して、格子欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非
常に少ない高品質な単結晶ＳｉＣを生産性よく製造する
ことが可能である。
Ｃ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶板２の対向面１
ａ，２ａを共にＲＭＳ１０００オングストローム以下、
好ましくは５０オングストローム以下の平滑な面に研磨
加工してそれら平滑面同士を全面に亘り密着させた状態
で熱処理する場合について説明したが、必ずしも両対向
面１ａ，２ａが厳密に密着されていなくとも、また、対
向面１ａ，２ａの全面がもれなく接触するように平坦面
に仕上げられていなくとも、部分的な接触点があれば、
その接触点を起点とする面方向への固相変態による単結
晶化が進行するために、β−ＳｉＣ多結晶板２の全体が
単結晶化されることは実験により確認された。したがっ
て、α−ＳｉＣ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶板２
をそれらの対向面１ａ，２ａが厳密に密着するように高
精度な平滑面に研磨したり、全面がもれなく接触するよ
うな平坦面に仕上げしたりするといった面倒で手数及び
コストのかかる事前加工の必要はなく、面精度の低い両
板１，２を使用しながら、これらを単に積層固定した上
で熱処理するだけでも、β−ＳｉＣ多結晶板２の全域を
単結晶化して、格子欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非
常に少ない高品質な単結晶ＳｉＣを生産性よく製造する
ことが可能である。
【００１６】なお、上記α−ＳｉＣ単結晶基板１として
は、６Ｈ型、４Ｈ型のいずれを使用してもよく、また、
上記β−ＳｉＣ多結晶板２に代えて、高純度（１０
14atm ／ｃｍ3 以下）の非晶質板を使用しても上記と同
様な高品位の単結晶ＳｉＣを得ることが可能である。
は、６Ｈ型、４Ｈ型のいずれを使用してもよく、また、
上記β−ＳｉＣ多結晶板２に代えて、高純度（１０
14atm ／ｃｍ3 以下）の非晶質板を使用しても上記と同
様な高品位の単結晶ＳｉＣを得ることが可能である。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、請求項１及び請求項４に
記載の発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板及びＳｉＣ多結
晶板をそれらの対向面が厳密に密着するように高精度な
平滑面に研磨したり、全面がもれなく接触するような平
坦面に仕上げしたりするといった面倒で手数及びコスト
のかかる事前加工を要することなく、共に面精度の低い
ＳｉＣ単結晶基板及びＳｉＣ多結晶板を使用しながら、
これらを単に積層固定した上で熱処理するだけで、Ｓｉ
Ｃ多結晶板をその積層面全域に亘り単結晶化して、格子
欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非常に少ない高品質な
単結晶ＳｉＣを生産性よく得ることができ、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。
記載の発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板及びＳｉＣ多結
晶板をそれらの対向面が厳密に密着するように高精度な
平滑面に研磨したり、全面がもれなく接触するような平
坦面に仕上げしたりするといった面倒で手数及びコスト
のかかる事前加工を要することなく、共に面精度の低い
ＳｉＣ単結晶基板及びＳｉＣ多結晶板を使用しながら、
これらを単に積層固定した上で熱処理するだけで、Ｓｉ
Ｃ多結晶板をその積層面全域に亘り単結晶化して、格子
欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非常に少ない高品質な
単結晶ＳｉＣを生産性よく得ることができ、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。
【００１８】また、請求項２及び請求項５に記載の発明
によれば、ＳｉＣ多結晶板自体が高純度でボイドなどの
欠陥のないものであるから、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ
多結晶板との間に結晶粒界などが形成されず、品質の一
層高い単結晶ＳｉＣを得ることができるという効果を奏
し、さらに、請求項３及び請求項６に記載の発明によれ
ば、単結晶の成長過程で結晶欠陥などの導入が非常に少
なく、ＳｉＣ単結晶基板と同一の多形構造の結晶を容易
かつ確実に成長させて他の多形が混在しない良質の単結
晶ＳｉＣを効率よく得ることができるという効果を奏す
る。
によれば、ＳｉＣ多結晶板自体が高純度でボイドなどの
欠陥のないものであるから、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ
多結晶板との間に結晶粒界などが形成されず、品質の一
層高い単結晶ＳｉＣを得ることができるという効果を奏
し、さらに、請求項３及び請求項６に記載の発明によれ
ば、単結晶の成長過程で結晶欠陥などの導入が非常に少
なく、ＳｉＣ単結晶基板と同一の多形構造の結晶を容易
かつ確実に成長させて他の多形が混在しない良質の単結
晶ＳｉＣを効率よく得ることができるという効果を奏す
る。
【図１】本発明に係る単結晶ＳｉＣの製造に際して使用
される素材の説明図である。
される素材の説明図である。
【図２】本発明に係る単結晶ＳｉＣの熱処理前の状態を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図３】本発明に係る単結晶ＳｉＣの第一回目の熱処理
後の状態を示す模式図である。
後の状態を示す模式図である。
【図４】本発明に係る単結晶ＳｉＣの最終的な熱処理後
の状態を示す模式図である。
の状態を示す模式図である。
【図５】単結晶ＳｉＣの製造方法に使用するα−ＳｉＣ
単結晶基板の作製に際して作られたα−ＳｉＣ単結晶塊
の概略概略図である。
単結晶基板の作製に際して作られたα−ＳｉＣ単結晶塊
の概略概略図である。
１ α−ＳｉＣ単結晶基板 １´ α−ＳｉＣ単結晶塊 １ａ 平滑な結晶面 ２ β−ＳｉＣ多結晶板 ２ａ 表面 ２´ 単結晶部分
Claims (7)
- 【請求項１】 ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶板とを
互いに積層固定させた状態で、大気圧以下の不活性ガス
雰囲気、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で熱処理するこ
とにより、上記ＳｉＣ多結晶板を単結晶に固相変態させ
て上記ＳｉＣ単結晶基板と一体に成長されていることを
特徴とする単結晶ＳｉＣ。 - 【請求項２】 上記ＳｉＣ多結晶板として、熱化学蒸着
法により板状に製作されたものを使用している請求項１
に記載の単結晶ＳｉＣ。 - 【請求項３】 上記ＳｉＣ単結晶基板として、上記Ｓｉ
Ｃ多結晶板と対向する結晶面がアチソン法により作られ
たＳｉＣ単結晶塊から切り出されたＳｉＣ単結晶片の
（０００１）面または（１１０）面となるものを使用し
ている請求項１または２に記載の単結晶ＳｉＣ。 - 【請求項４】 ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶板とを
互いに積層固定させた後、 それらＳｉＣ単結晶基板及びＳｉＣ多結晶板を不活性ガ
ス雰囲気、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で熱処理する
ことにより、上記ＳｉＣ多結晶板を単結晶に固相変態さ
せて上記ＳｉＣ単結晶基板と一体に育成することを特徴
とする単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項５】 上記ＳｉＣ多結晶板として、熱化学蒸着
法により板状に製作されたものを使用する請求項４に記
載の単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項６】 上記ＳｉＣ単結晶基板として、上記Ｓｉ
Ｃ多結晶板と対向する結晶面がアチソン法により作られ
たＳｉＣ単結晶塊から切り出されたＳｉＣ単結晶片の
（０００１）面または（１１０）面となるものを使用す
る請求項４または５に記載の単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項７】 上記熱処理温度は、２０００〜２３００
℃の範囲に設定されている請求項４ないし６のいずれか
に記載の単結晶ＳｉＣの製造方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP10101492A JP2884085B1 (ja) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | 単結晶ＳｉＣおよびその製造方法 |
| US09/281,980 US6187279B1 (en) | 1998-04-13 | 1999-03-31 | Single crystal SIC and method of producing the same |
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| DE69910897T DE69910897T2 (de) | 1998-04-13 | 1999-04-08 | Verfahren zu Herstellung eines SiC-Einkristalls |
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|---|---|---|---|
| JP10101492A JP2884085B1 (ja) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | 単結晶ＳｉＣおよびその製造方法 |
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| JPH11292698A JPH11292698A (ja) | 1999-10-26 |
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| JP2005047753A (ja) * | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Tadahiro Omi | 炭化珪素製品、その製造方法、及び、炭化珪素製品の洗浄方法 |
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1999
- 1999-03-31 US US09/281,980 patent/US6187279B1/en not_active Expired - Fee Related
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- 1999-04-08 DE DE69910897T patent/DE69910897T2/de not_active Expired - Lifetime
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