JP2896667B1 - 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法 - Google Patents
単結晶ＳｉＣ及びその製造方法Info
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Abstract
【要約】
【課題】 マイクロパイプ欠陥はもとより格子歪みや格
子欠陥のない非常に良質の単結晶を低温かつ短時間の熱
処理によって効率よく成長させることができ、半導体材
料としての実用化及び適用性の拡大を促進可能とする。 【解決手段】 α−ＳｉＣ単結晶基材１の表面に水素イ
オン含有層２´を介して熱ＣＶＤ法でβ−ＳｉＣ層３を
形成した後、その複合体Ｍを２０００〜２２００℃の温
度範囲で熱処理することによりβ−ＳｉＣ層３の多結晶
体をα−ＳｉＣに転化させるとともにα−ＳｉＣ単結晶
基材１の結晶軸と同方位に配向させてα−ＳｉＣ単結晶
４を一体に成長させる。
子欠陥のない非常に良質の単結晶を低温かつ短時間の熱
処理によって効率よく成長させることができ、半導体材
料としての実用化及び適用性の拡大を促進可能とする。 【解決手段】 α−ＳｉＣ単結晶基材１の表面に水素イ
オン含有層２´を介して熱ＣＶＤ法でβ−ＳｉＣ層３を
形成した後、その複合体Ｍを２０００〜２２００℃の温
度範囲で熱処理することによりβ−ＳｉＣ層３の多結晶
体をα−ＳｉＣに転化させるとともにα−ＳｉＣ単結晶
基材１の結晶軸と同方位に配向させてα−ＳｉＣ単結晶
４を一体に成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶ＳｉＣ及び
その製造方法に関するもので、詳しくは、発光ダイオー
ドや高温半導体電子素子、パワーデバイスの半導体基板
ウエハなどとして用いられる単結晶ＳｉＣ及びその製造
方法に関するものである。
その製造方法に関するもので、詳しくは、発光ダイオー
ドや高温半導体電子素子、パワーデバイスの半導体基板
ウエハなどとして用いられる単結晶ＳｉＣ及びその製造
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、ＳｉＣ研磨材の工業的製法
として一般的に知られているもので、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
アチソン法と、この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、ＳｉＣ研磨材の工業的製法
として一般的に知られているもので、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
アチソン法と、この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、このアチソン法で作られた粉状の
ＳｉＣを原料とする昇華再結晶法にあっては、昇華原料
自体が不純物を含んでおり、この不純物が成長する結晶
内に入り込んで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
化及び適用性の拡大を阻止する要因になっている。
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、このアチソン法で作られた粉状の
ＳｉＣを原料とする昇華再結晶法にあっては、昇華原料
自体が不純物を含んでおり、この不純物が成長する結晶
内に入り込んで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
化及び適用性の拡大を阻止する要因になっている。
【０００５】本出願人らは、上記したアチソン法や昇華
再結晶法による技術的課題を解消する手段として、α−
ＳｉＣ単結晶基材の表面に熱化学的蒸着法によりβ−Ｓ
ｉＣ層を形成した後、その複合体を熱処理することによ
りβ−ＳｉＣ層の多結晶体をα−ＳｉＣに相変位（転
化）させてα−ＳｉＣ単結晶基材の結晶軸と同方位に配
向して単結晶を一体化し育成するようにした単結晶Ｓｉ
Ｃの製造方法を既に提案している。
再結晶法による技術的課題を解消する手段として、α−
ＳｉＣ単結晶基材の表面に熱化学的蒸着法によりβ−Ｓ
ｉＣ層を形成した後、その複合体を熱処理することによ
りβ−ＳｉＣ層の多結晶体をα−ＳｉＣに相変位（転
化）させてα−ＳｉＣ単結晶基材の結晶軸と同方位に配
向して単結晶を一体化し育成するようにした単結晶Ｓｉ
Ｃの製造方法を既に提案している。
【０００６】本出願人らが既に提案した上記の単結晶Ｓ
ｉＣ製造方法によれば、従来のアチソン法や昇華再結晶
法に比べて、結晶成長速度が速く、また、結晶核の発生
や不純物の拡散によるマイクロパイプ欠陥の発生も非常
に少なくすることができるものの、高純度の単結晶と得
るためには、α−ＳｉＣ単結晶基材とその表面に熱化学
的蒸着法により形成され多結晶体に成長されたβ−Ｓｉ
Ｃ層とを２２００〜２３００℃の非常に高い温度で長時
間（２０時間以上）かけて熱処理することが必要であ
り、そのため、Ｓｉ原子とＣ原子の結合が高温度熱処理
時の熱エネルギーにより生じる格子振動に耐えられなく
なって切れるなど分解し、これによって、格子歪みや原
子の空孔によるＳｉＣ格子の欠陥を招きやすく、良質な
単結晶の成長には未だ改善の余地があった。
ｉＣ製造方法によれば、従来のアチソン法や昇華再結晶
法に比べて、結晶成長速度が速く、また、結晶核の発生
や不純物の拡散によるマイクロパイプ欠陥の発生も非常
に少なくすることができるものの、高純度の単結晶と得
るためには、α−ＳｉＣ単結晶基材とその表面に熱化学
的蒸着法により形成され多結晶体に成長されたβ−Ｓｉ
Ｃ層とを２２００〜２３００℃の非常に高い温度で長時
間（２０時間以上）かけて熱処理することが必要であ
り、そのため、Ｓｉ原子とＣ原子の結合が高温度熱処理
時の熱エネルギーにより生じる格子振動に耐えられなく
なって切れるなど分解し、これによって、格子歪みや原
子の空孔によるＳｉＣ格子の欠陥を招きやすく、良質な
単結晶の成長には未だ改善の余地があった。
【０００７】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はもとより格子歪みや格子欠陥
のない非常に良質の単結晶を低温かつ短時間の熱処理に
よって効率よく成長させることができ、半導体材料とし
ての実用化及び適用性の拡大を促進可能とする単結晶Ｓ
ｉＣおよびそ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はもとより格子歪みや格子欠陥
のない非常に良質の単結晶を低温かつ短時間の熱処理に
よって効率よく成長させることができ、半導体材料とし
ての実用化及び適用性の拡大を促進可能とする単結晶Ｓ
ｉＣおよびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【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単結晶基材の表面に水素イオンの含有層を介して
熱化学的蒸着法でβ−ＳｉＣ層を形成してなる複合体を
熱処理することにより、上記β−ＳｉＣ層の多結晶体を
α−ＳｉＣに転化させるとともに上記α−ＳｉＣ単結晶
基材の結晶軸と同方位に配向させて単結晶を一体に成長
させていることを特徴とするものであり、また、請求項
４に記載の単結晶ＳｉＣの製造方法は、α−ＳｉＣ単結
晶基材の表面に水素イオンの含有層を形成した後、その
水素イオン含有層の表面に熱化学的蒸着法によりβ−Ｓ
ｉＣ層を形成し、次に、その複合体を熱処理して上記β
−ＳｉＣ層の多結晶体をα−ＳｉＣに転化させるととも
に上記α−ＳｉＣ単結晶基材の結晶軸と同方位に配向し
て単結晶を一体化し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、α−
ＳｉＣ単結晶基材の表面に水素イオンの含有層を介して
熱化学的蒸着法でβ−ＳｉＣ層を形成してなる複合体を
熱処理することにより、上記β−ＳｉＣ層の多結晶体を
α−ＳｉＣに転化させるとともに上記α−ＳｉＣ単結晶
基材の結晶軸と同方位に配向させて単結晶を一体に成長
させていることを特徴とするものであり、また、請求項
４に記載の単結晶ＳｉＣの製造方法は、α−ＳｉＣ単結
晶基材の表面に水素イオンの含有層を形成した後、その
水素イオン含有層の表面に熱化学的蒸着法によりβ−Ｓ
ｉＣ層を形成し、次に、その複合体を熱処理して上記β
−ＳｉＣ層の多結晶体をα−ＳｉＣに転化させるととも
に上記α−ＳｉＣ単結晶基材の結晶軸と同方位に配向し
て単結晶を一体化し育成することを特徴とするものであ
る。
【０００９】すなわち、請求項１に記載の発明及び請求
項４に記載の発明はいずれも、α−ＳｉＣ単結晶基材の
表面とその表面に熱化学的蒸着法で形成されるβ−Ｓｉ
Ｃ層との界面に水素イオン含有層が介在されており、こ
の層の水素イオンの大部分がＳｉＣ格子のすき間に存在
してＳｉＣの原子配列に歪みを与え、それら歪んだ結合
部の原子移動と他の不整合な部分（例えば粒界）の原子
移動との整合化が促進される状態となっている。このよ
うな状態で複合体が熱処理されると、該熱処理時に加え
られる熱エネルギーにより上記原子移動の整合化、つま
り、歪みを含んだＳｉＣ格子の原子配列を安定化させよ
うとするＳｉ原子とＣ原子の移動が早く生起されること
になる。これによって、低温かつ短時間の熱処理によっ
てＳｉＣ格子の歪みを解消しつつ、ＳｉＣ格子が最も安
定なＳｉ原子とＣ原子の位置への再配列が促進され、マ
イクロパイプ欠陥はもとより歪みや原子の空孔によるＳ
ｉＣ格子の欠陥のない良質の単結晶ＳｉＣを熱効率よく
得ることが可能である。
項４に記載の発明はいずれも、α−ＳｉＣ単結晶基材の
表面とその表面に熱化学的蒸着法で形成されるβ−Ｓｉ
Ｃ層との界面に水素イオン含有層が介在されており、こ
の層の水素イオンの大部分がＳｉＣ格子のすき間に存在
してＳｉＣの原子配列に歪みを与え、それら歪んだ結合
部の原子移動と他の不整合な部分（例えば粒界）の原子
移動との整合化が促進される状態となっている。このよ
うな状態で複合体が熱処理されると、該熱処理時に加え
られる熱エネルギーにより上記原子移動の整合化、つま
り、歪みを含んだＳｉＣ格子の原子配列を安定化させよ
うとするＳｉ原子とＣ原子の移動が早く生起されること
になる。これによって、低温かつ短時間の熱処理によっ
てＳｉＣ格子の歪みを解消しつつ、ＳｉＣ格子が最も安
定なＳｉ原子とＣ原子の位置への再配列が促進され、マ
イクロパイプ欠陥はもとより歪みや原子の空孔によるＳ
ｉＣ格子の欠陥のない良質の単結晶ＳｉＣを熱効率よく
得ることが可能である。
【００１０】ここで、上記水素イオン含有層としては、
請求項２及び請求項５に記載のように、α−ＳｉＣ単結
晶基材の表面に熱化学的蒸着法により形成された薄いβ
−ＳｉＣ層への水素イオンの注入により形成されたも
の、または、請求項３及び請求項６に記載のように、α
−ＳｉＣ単結晶基材の表面への水素イオンの直接注入に
よりそのα−ＳｉＣ単結晶基材の表面部に形成されたも
の、のいずれであってもよい。
請求項２及び請求項５に記載のように、α−ＳｉＣ単結
晶基材の表面に熱化学的蒸着法により形成された薄いβ
−ＳｉＣ層への水素イオンの注入により形成されたも
の、または、請求項３及び請求項６に記載のように、α
−ＳｉＣ単結晶基材の表面への水素イオンの直接注入に
よりそのα−ＳｉＣ単結晶基材の表面部に形成されたも
の、のいずれであってもよい。
【００１１】また、上記請求項４に記載の発明に係る単
結晶ＳｉＣの製造方法において、請求項７に記載のよう
に、上記α−ＳｉＣ単結晶基材として、矩形状のα−Ｓ
ｉＣ単結晶の複数枚を密着状態に並設したものを用いる
ことにより、面積的にも体積的にも十分な大きさを確保
し、かつ、上述したような良質の単結晶ＳｉＣを工業的
規模で安定に製造することができる。
結晶ＳｉＣの製造方法において、請求項７に記載のよう
に、上記α−ＳｉＣ単結晶基材として、矩形状のα−Ｓ
ｉＣ単結晶の複数枚を密着状態に並設したものを用いる
ことにより、面積的にも体積的にも十分な大きさを確保
し、かつ、上述したような良質の単結晶ＳｉＣを工業的
規模で安定に製造することができる。
【００１２】
【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３は本発明に係る単結
晶ＳｉＣの製造方法の一例を製造工程順に説明する模式
図であり、図１は第１成膜工程を示し、アチソン法によ
り縦×横が１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの平板
状に切り出し製作された六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ型）の
α−ＳｉＣ単結晶基材１の表面１ａをＲＭＳ５００オン
グストロームの表面粗さの鏡面に研磨加工した上、その
表面１ａに１２００〜１５００℃の温度範囲（好ましく
は１４００℃）の水素気流中で熱化学的蒸着法により厚
さ５０μｍの立方晶系β−ＳｉＣ層２を形成させる。こ
のβ−ＳｉＣ層２の成膜時においては、初期５分間に亘
って蒸着部に向けてＳｉＣｌ4 、ＣＨ3 の反応ガスを供
給する。
にもとづいて説明する。図１〜図３は本発明に係る単結
晶ＳｉＣの製造方法の一例を製造工程順に説明する模式
図であり、図１は第１成膜工程を示し、アチソン法によ
り縦×横が１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの平板
状に切り出し製作された六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ型）の
α−ＳｉＣ単結晶基材１の表面１ａをＲＭＳ５００オン
グストロームの表面粗さの鏡面に研磨加工した上、その
表面１ａに１２００〜１５００℃の温度範囲（好ましく
は１４００℃）の水素気流中で熱化学的蒸着法により厚
さ５０μｍの立方晶系β−ＳｉＣ層２を形成させる。こ
のβ−ＳｉＣ層２の成膜時においては、初期５分間に亘
って蒸着部に向けてＳｉＣｌ4 、ＣＨ3 の反応ガスを供
給する。
【００１３】上記β−ＳｉＣ層２の表面部の１０μｍ厚
さ部分を、ダイヤモンド粒を用いてＲＭＳ５００オング
ストロームの表面粗さの鏡面に研磨した上、その表面に
プラズマスパッタ方式のイオン注入装置により印加電圧
４ＭｅＶのもとで図２に示すように水素イオンＨ+ を注
入することによって、水素イオン含有層２´を形成す
る。ここで、水素イオンＨ+ の注入はドーズ量５×１０
14〜５×１０15イオン／ｃｍ2 程度で、印加電圧を調整
することにより水素原子の濃度分布のピークがα−Ｓｉ
Ｃ単結晶基材１の表面１ａとの界面付近になるようにコ
ントロールされている。
さ部分を、ダイヤモンド粒を用いてＲＭＳ５００オング
ストロームの表面粗さの鏡面に研磨した上、その表面に
プラズマスパッタ方式のイオン注入装置により印加電圧
４ＭｅＶのもとで図２に示すように水素イオンＨ+ を注
入することによって、水素イオン含有層２´を形成す
る。ここで、水素イオンＨ+ の注入はドーズ量５×１０
14〜５×１０15イオン／ｃｍ2 程度で、印加電圧を調整
することにより水素原子の濃度分布のピークがα−Ｓｉ
Ｃ単結晶基材１の表面１ａとの界面付近になるようにコ
ントロールされている。
【００１４】水素イオン注入後は、ＳｉＣｌ4 及びＨ2
を蒸着部に向けて供給しながら、熱化学的蒸着法により
厚さ約５００μｍのβ−ＳｉＣ層３を水素イオン含有層
２´上に成膜することにより（第２成膜工程）、図３に
示すような複合体Ｍを得る。
を蒸着部に向けて供給しながら、熱化学的蒸着法により
厚さ約５００μｍのβ−ＳｉＣ層３を水素イオン含有層
２´上に成膜することにより（第２成膜工程）、図３に
示すような複合体Ｍを得る。
【００１５】しかる後、上記複合体Ｍの全体を、Ａｒお
よびＳｉＣの飽和蒸気雰囲気中で、２０００〜２２００
℃の温度範囲、好ましくは２１７５℃の温度で熱処理す
ることにより、上記β−ＳｉＣ層３の多結晶体及び水素
イオン含有層２を形成するβ−ＳｉＣ層２の多結晶体を
α−ＳｉＣに転化すると共に上記α−ＳｉＣ単結晶基材
１の結晶軸と同方位に配向して基材１の単結晶と一体化
させて図４に示すような大きな単結晶ＳｉＣ４が育成さ
れる。
よびＳｉＣの飽和蒸気雰囲気中で、２０００〜２２００
℃の温度範囲、好ましくは２１７５℃の温度で熱処理す
ることにより、上記β−ＳｉＣ層３の多結晶体及び水素
イオン含有層２を形成するβ−ＳｉＣ層２の多結晶体を
α−ＳｉＣに転化すると共に上記α−ＳｉＣ単結晶基材
１の結晶軸と同方位に配向して基材１の単結晶と一体化
させて図４に示すような大きな単結晶ＳｉＣ４が育成さ
れる。
【００１６】上記のようにα−ＳｉＣ単結晶基材１の表
面に水素イオン含有層２´を形成することによって、大
部分がＳｉＣ格子のすき間に存在している水素イオンＨ
+ によりＳｉＣの原子配列に歪みが与えられ、それら歪
んだ結合部の原子移動と他の不整合な部分（例えば粒
界）の原子移動との整合化が促進される状態となってい
る。この状態で熱化学的蒸着法によりβ−ＳｉＣ層３が
形成された複合体Ｍを熱処理することにより、上記水素
イオンＨ+ がＳｉＣ格子のすき間から外部に抜け出して
歪みを含んだＳｉＣ格子の原子配列を安定化させようと
するＳｉ原子とＣ原子の移動が活発に生起されることに
なる。これによって、２１７５℃程度の低温で、かつ５
時間程度の短時間熱処理によってＳｉＣ格子の歪みを解
消しつつ、ＳｉＣ格子が最も安定なＳｉ原子とＣ原子の
位置への再配列が促進される。すなわち、歪みを含んで
いたＳｉＣ格子が歪みのない単結晶に再配列され、ほぼ
全面に亘ってマイクロパイプ欠陥はもとより歪みや原子
の空孔によるＳｉＣ格子の欠陥のない良質の単結晶Ｓｉ
Ｃ４を効率よく得ることが可能である。
面に水素イオン含有層２´を形成することによって、大
部分がＳｉＣ格子のすき間に存在している水素イオンＨ
+ によりＳｉＣの原子配列に歪みが与えられ、それら歪
んだ結合部の原子移動と他の不整合な部分（例えば粒
界）の原子移動との整合化が促進される状態となってい
る。この状態で熱化学的蒸着法によりβ−ＳｉＣ層３が
形成された複合体Ｍを熱処理することにより、上記水素
イオンＨ+ がＳｉＣ格子のすき間から外部に抜け出して
歪みを含んだＳｉＣ格子の原子配列を安定化させようと
するＳｉ原子とＣ原子の移動が活発に生起されることに
なる。これによって、２１７５℃程度の低温で、かつ５
時間程度の短時間熱処理によってＳｉＣ格子の歪みを解
消しつつ、ＳｉＣ格子が最も安定なＳｉ原子とＣ原子の
位置への再配列が促進される。すなわち、歪みを含んで
いたＳｉＣ格子が歪みのない単結晶に再配列され、ほぼ
全面に亘ってマイクロパイプ欠陥はもとより歪みや原子
の空孔によるＳｉＣ格子の欠陥のない良質の単結晶Ｓｉ
Ｃ４を効率よく得ることが可能である。
【００１７】図５は本発明に係る単結晶ＳｉＣの製造方
法の他の例を説明する模式図であり、この例では、上記
α−ＳｉＣ単結晶基材１として、矩形状に整えて加工さ
れたα−ＳｉＣ単結晶１Ａの複数枚を密着状態（隙間な
く）に並設したものを使用し、その表面に上記と同様に
水素イオン含有層２´を介して熱化学的蒸着法によりβ
−ＳｉＣ層３を成膜した後、その複合体Ｍを上記と同様
に熱処理する方法であり、この場合は、面積的にも体積
的にも十分な大きさを有し、かつ、上述と同様に良質の
単結晶ＳｉＣ４を工業的規模で安定に製造することがで
きる。
法の他の例を説明する模式図であり、この例では、上記
α−ＳｉＣ単結晶基材１として、矩形状に整えて加工さ
れたα−ＳｉＣ単結晶１Ａの複数枚を密着状態（隙間な
く）に並設したものを使用し、その表面に上記と同様に
水素イオン含有層２´を介して熱化学的蒸着法によりβ
−ＳｉＣ層３を成膜した後、その複合体Ｍを上記と同様
に熱処理する方法であり、この場合は、面積的にも体積
的にも十分な大きさを有し、かつ、上述と同様に良質の
単結晶ＳｉＣ４を工業的規模で安定に製造することがで
きる。
【００１８】なお、上記α−ＳｉＣ単結晶基材１として
６Ｈ型のものを使用するときは、熱処理に伴ってβ−Ｓ
ｉＣ層２の多結晶体からα−ＳｉＣに転化される単結晶
が６Ｈ型の単結晶と同じ形態で育成されやすく、また、
４Ｈ型の単結晶基材１を使用するときは、熱処理に伴っ
てその４Ｈ型の単結晶と同じ形態の単結晶が転化育成さ
れやすいことになる。
６Ｈ型のものを使用するときは、熱処理に伴ってβ−Ｓ
ｉＣ層２の多結晶体からα−ＳｉＣに転化される単結晶
が６Ｈ型の単結晶と同じ形態で育成されやすく、また、
４Ｈ型の単結晶基材１を使用するときは、熱処理に伴っ
てその４Ｈ型の単結晶と同じ形態の単結晶が転化育成さ
れやすいことになる。
【００１９】また、上記の各製造方法例では、上記水素
イオン含有層２´がα−ＳｉＣ単結晶基材１の表面１ａ
に熱化学的蒸着法により形成された薄いβ−ＳｉＣ層２
への水素イオンの注入によって形成されるものについて
説明したが、α−ＳｉＣ単結晶基材１の表面１ａへの水
素イオンＨ+ の直接注入によってα−ＳｉＣ単結晶基材
１の表面部に形成されるものであってもよい。
イオン含有層２´がα−ＳｉＣ単結晶基材１の表面１ａ
に熱化学的蒸着法により形成された薄いβ−ＳｉＣ層２
への水素イオンの注入によって形成されるものについて
説明したが、α−ＳｉＣ単結晶基材１の表面１ａへの水
素イオンＨ+ の直接注入によってα−ＳｉＣ単結晶基材
１の表面部に形成されるものであってもよい。
【００２０】
【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４に記載の発明によれば、α−ＳｉＣ単結晶
基材の表面とその表面に熱化学的蒸着法で形成されるβ
−ＳｉＣ層との界面に水素イオン含有層を介在させるこ
とで、ＳｉＣ格子のすき間に存在する水素イオンによっ
てＳｉＣの原子配列に歪みを与え、それら歪んだ結合部
の原子移動と他の不整合な部分（例えば粒界）の原子移
動との整合化が促進される状態を作っておき、このよう
な状態で複合体を熱処理することにより、該熱処理時に
加えられる熱エネルギーをもって上記原子移動の整合
化、つまり、歪みを含んだＳｉＣ格子の原子配列を安定
化させようとするＳｉ原子とＣ原子の移動を早く生起さ
せることが可能となる。これによって、低温かつ短時間
の熱処理によってＳｉＣ格子の歪みを解消しつつ、Ｓｉ
Ｃ格子が最も安定なＳｉ原子とＣ原子の位置への再配列
を促進して、マイクロパイプ欠陥はもとより歪みや原子
の空孔によるＳｉＣ格子の欠陥のない良質の単結晶Ｓｉ
Ｃを非常に熱効率よく得ることができるという効果を奏
する。その結果、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の実用化及び適用性
の拡大が図れる。
よび請求項４に記載の発明によれば、α−ＳｉＣ単結晶
基材の表面とその表面に熱化学的蒸着法で形成されるβ
−ＳｉＣ層との界面に水素イオン含有層を介在させるこ
とで、ＳｉＣ格子のすき間に存在する水素イオンによっ
てＳｉＣの原子配列に歪みを与え、それら歪んだ結合部
の原子移動と他の不整合な部分（例えば粒界）の原子移
動との整合化が促進される状態を作っておき、このよう
な状態で複合体を熱処理することにより、該熱処理時に
加えられる熱エネルギーをもって上記原子移動の整合
化、つまり、歪みを含んだＳｉＣ格子の原子配列を安定
化させようとするＳｉ原子とＣ原子の移動を早く生起さ
せることが可能となる。これによって、低温かつ短時間
の熱処理によってＳｉＣ格子の歪みを解消しつつ、Ｓｉ
Ｃ格子が最も安定なＳｉ原子とＣ原子の位置への再配列
を促進して、マイクロパイプ欠陥はもとより歪みや原子
の空孔によるＳｉＣ格子の欠陥のない良質の単結晶Ｓｉ
Ｃを非常に熱効率よく得ることができるという効果を奏
する。その結果、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の実用化及び適用性
の拡大が図れる。
【００２１】特に、請求項７に記載の発明によれば、上
記請求項１及び請求項４に記載の発明で得られる良質の
単結晶ＳｉＣを大面積化することができ、一層その適用
性の拡充を図ることができる。
記請求項１及び請求項４に記載の発明で得られる良質の
単結晶ＳｉＣを大面積化することができ、一層その適用
性の拡充を図ることができる。
【図１】本発明に係る単結晶ＳｉＣの製造方法の一例を
説明する製造工程のうち第１成膜工程が終了した状態を
示す模式図である。
説明する製造工程のうち第１成膜工程が終了した状態を
示す模式図である。
【図２】同上製造工程のうち水素イオンの注入が終了し
た状態を示す模式図である。
た状態を示す模式図である。
【図３】同上製造工程のうち第２成膜工程が終了した状
態を示す模式図である。
態を示す模式図である。
【図４】製造された単結晶ＳｉＣを示す模式図である。
【図５】本発明に係る単結晶ＳｉＣの製造方法の他の例
を説明する製造工程のうち第２成膜工程が終了した状態
を示す模式図である。
を説明する製造工程のうち第２成膜工程が終了した状態
を示す模式図である。
１ α−ＳｉＣ単結晶基材 １Ａ 矩形状のα−ＳｉＣ単結晶 １ａ 表面 ２´ 水素イオン含有層 ３ β−ＳｉＣ層 ４ 単結晶ＳｉＣ Ｍ 複合体
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 ａ ｂｓｔｒａｃｔ Ｎｏ．160152ｂ，Ｂｅ ｒｍａｎ，Ｉ．ｅｔ ａｌ．，’Ａｎｎ ｅａｌｉｎｇ ｏｆ ｓｐｕｔｔｅｒｄ β−ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄ ｅ，’Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄ ｅ， Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．, ３ｒｄ 1973（Ｐｕｂ．1974），42−50 （Ｅｎｇ）. (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 28/00 - 35/00 H01L 21/205 ＣＡ（ＳＴＮ)
Claims (7)
- 【請求項１】 α−ＳｉＣ単結晶基材の表面に水素イオ
ンの含有層を介して熱化学的蒸着法でβ−ＳｉＣ層を形
成してなる複合体を熱処理することにより、上記β−Ｓ
ｉＣ層の多結晶体をα−ＳｉＣに転化させるとともに上
記α−ＳｉＣ単結晶基材の結晶軸と同方位に配向させて
単結晶を一体に成長させていることを特徴とする単結晶
ＳｉＣ。 - 【請求項２】 上記水素イオン含有層が、α−ＳｉＣ単
結晶基材の表面に熱化学的蒸着法により形成された薄い
β−ＳｉＣ層への水素イオンの注入により形成されたも
のである請求項１に記載の単結晶ＳｉＣ。 - 【請求項３】 上記水素イオン含有層が、α−ＳｉＣ単
結晶基材の表面への水素イオンの直接注入によりそのα
−ＳｉＣ単結晶基材の表面部に形成されたものである請
求項１に記載の単結晶ＳｉＣ。 - 【請求項４】 α−ＳｉＣ単結晶基材の表面に水素イオ
ンの含有層を形成した後、その水素イオン含有層の表面
に熱化学的蒸着法によりβ−ＳｉＣ層を形成し、次に、
その複合体を熱処理して上記β−ＳｉＣ層の多結晶体を
α−ＳｉＣに転化させるとともに上記α−ＳｉＣ単結晶
基材の結晶軸と同方位に配向して単結晶を一体化し育成
することを特徴とする単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項５】 上記水素イオン含有層が、α−ＳｉＣ単
結晶基材の表面に熱化学的蒸着法により形成された薄い
β−ＳｉＣ層への水素イオンの注入により形成されたも
のである請求項４に記載の単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項６】 上記水素イオン含有層が、α−ＳｉＣ単
結晶基材の表面への水素イオンの直接注入によりそのα
−ＳｉＣ単結晶基材の表面部に形成されたものである請
求項４に記載の単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項７】 上記α−ＳｉＣ単結晶基材が、矩形状の
α−ＳｉＣ単結晶の複数枚を密着状態に並設されてなる
ものである請求項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 (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2327198A JP2896667B1 (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2327198A JP2896667B1 (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2896667B1 true JP2896667B1 (ja) | 1999-05-31 |
| JPH11228296A JPH11228296A (ja) | 1999-08-24 |
Family
ID=12105950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2327198A Expired - Fee Related JP2896667B1 (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2896667B1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4802380B2 (ja) * | 2001-03-19 | 2011-10-26 | 株式会社デンソー | 半導体基板の製造方法 |
| JP3785067B2 (ja) * | 2001-08-22 | 2006-06-14 | 株式会社東芝 | 半導体素子の製造方法 |
| JP2011246315A (ja) * | 2010-05-28 | 2011-12-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 炭化珪素基板およびその製造方法 |
| JP5447206B2 (ja) * | 2010-06-15 | 2014-03-19 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素基板 |
| JP2012089639A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単結晶炭化珪素基板を有する複合基板 |
| FR3099637B1 (fr) * | 2019-08-01 | 2021-07-09 | Soitec Silicon On Insulator | procédé de fabrication d’unE structure composite comprenant une couche mince en Sic monocristallin sur un substrat support en sic polycristallin |
-
1998
- 1998-02-04 JP JP2327198A patent/JP2896667B1/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 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．５１６，１１ｐｐ．（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）． |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11228296A (ja) | 1999-08-24 |
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