JP2936479B1 - 単結晶ＳｉＣの育成方法及びその装置 - Google Patents
単結晶ＳｉＣの育成方法及びその装置Info
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Abstract
【要約】
【課題】 成長過程での不純物の混入及び熱歪みの影響
による結晶欠陥やマイクロパイプ欠陥等の発生がなく、
非常に高品質、高性能で、かつ、大型の単結晶ＳｉＣを
生産性よく育成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とその表面に熱
ＣＶＤ法により成膜されたβ−ＳｉＣ多結晶板２とから
なる複合体３を挟み込み保持可能な一対の熱盤４，５の
加熱温度を高周波誘導加熱コイル６，７を介して各別に
制御しつつ、不活性ガス雰囲気中で、かつ、ＳｉＣ飽和
蒸気雰囲気下で熱処理することによって、β−ＳｉＣ多
結晶板２のＳｉ原子及びＣ原子を分解拡散させ、かつ、
それら原子をα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面で再配列さ
せて該α−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶方位に倣った単結
晶を一体に育成する。
による結晶欠陥やマイクロパイプ欠陥等の発生がなく、
非常に高品質、高性能で、かつ、大型の単結晶ＳｉＣを
生産性よく育成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とその表面に熱
ＣＶＤ法により成膜されたβ−ＳｉＣ多結晶板２とから
なる複合体３を挟み込み保持可能な一対の熱盤４，５の
加熱温度を高周波誘導加熱コイル６，７を介して各別に
制御しつつ、不活性ガス雰囲気中で、かつ、ＳｉＣ飽和
蒸気雰囲気下で熱処理することによって、β−ＳｉＣ多
結晶板２のＳｉ原子及びＣ原子を分解拡散させ、かつ、
それら原子をα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面で再配列さ
せて該α−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶方位に倣った単結
晶を一体に育成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶ＳｉＣの育
成方法及びその装置に関するもので、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の育成方法及び
育成装置に関するものである。
成方法及びその装置に関するもので、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の育成方法及び
育成装置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
ことができない高温、高周波、耐電圧、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
ことができない高温、高周波、耐電圧、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】この種の単結晶ＳｉＣの育成方法として、
従来、黒鉛るつぼ内の低温側に種結晶を固定配置し、高
温側に原料となるＳｉＣ粉体を挿入配置して黒鉛るつぼ
内を不活性雰囲気中で２１００〜２４００℃まで加熱す
ることによって、上記ＳｉＣ粉体から昇華したＳｉＣガ
スを閉鎖空間内で拡散輸送させて低温に設定されている
種結晶の表面上で再結晶させて単結晶の育成を行なうを
る昇華再結晶法（改良レーリー法）や、アチソン法ある
いは昇華法によって得られたＳｉＣ基板上に、１８５０
℃以上の基板温度で化学気相成長法（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−ＳｉＣ）を育成させる高温ＣＶＤエピタキ
シャル法等が知られている。
従来、黒鉛るつぼ内の低温側に種結晶を固定配置し、高
温側に原料となるＳｉＣ粉体を挿入配置して黒鉛るつぼ
内を不活性雰囲気中で２１００〜２４００℃まで加熱す
ることによって、上記ＳｉＣ粉体から昇華したＳｉＣガ
スを閉鎖空間内で拡散輸送させて低温に設定されている
種結晶の表面上で再結晶させて単結晶の育成を行なうを
る昇華再結晶法（改良レーリー法）や、アチソン法ある
いは昇華法によって得られたＳｉＣ基板上に、１８５０
℃以上の基板温度で化学気相成長法（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−ＳｉＣ）を育成させる高温ＣＶＤエピタキ
シャル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（改良レーリー
法）にあっては、単結晶の大形化に困難を伴うばかりで
なく、結晶成長の過程で黒鉛るつぼ内の種結晶周辺の環
境が変化するために、不純物等が混入しやすくて高純度
雰囲気及び種結晶側と原料のＳｉＣ粉体側との所定の温
度差を保つことが困難であり、混入した不純物や熱に起
因する歪みの影響で結晶欠陥やマイクロパイプ欠陥等が
発生しやすく、性能的にも品質的にも安定した単結晶が
得られないという問題がある。また、高温ＣＶＤエピタ
キシャル法は、基板温度が高いために再蒸発量も多く、
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
成長速度にも自ずと限界があって、単結晶ＳｉＣの生産
性が低く、生産コストが非常に高価なものになるという
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（改良レーリー
法）にあっては、単結晶の大形化に困難を伴うばかりで
なく、結晶成長の過程で黒鉛るつぼ内の種結晶周辺の環
境が変化するために、不純物等が混入しやすくて高純度
雰囲気及び種結晶側と原料のＳｉＣ粉体側との所定の温
度差を保つことが困難であり、混入した不純物や熱に起
因する歪みの影響で結晶欠陥やマイクロパイプ欠陥等が
発生しやすく、性能的にも品質的にも安定した単結晶が
得られないという問題がある。また、高温ＣＶＤエピタ
キシャル法は、基板温度が高いために再蒸発量も多く、
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
成長速度にも自ずと限界があって、単結晶ＳｉＣの生産
性が低く、生産コストが非常に高価なものになるという
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、成長過程での不純物の混入及び熱歪みの影響による
結晶欠陥やマイクロパイプ欠陥等の発生がなく、非常に
高品質高性能で、かつ、大型の単結晶ＳｉＣを生産性よ
く育成することができ、半導体材料としての実用化を促
進できる単結晶ＳｉＣの育成方法及びその装置を提供す
ることを目的としている。
で、成長過程での不純物の混入及び熱歪みの影響による
結晶欠陥やマイクロパイプ欠陥等の発生がなく、非常に
高品質高性能で、かつ、大型の単結晶ＳｉＣを生産性よ
く育成することができ、半導体材料としての実用化を促
進できる単結晶ＳｉＣの育成方法及びその装置を提供す
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の育成方
法は、一対の熱盤間に、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉ原子及
びＣ原子により構成された多結晶板とを積層してなる複
合体を挟み込み保持させるとともに、不活性ガス雰囲気
中で、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で上記一対の熱盤
の加熱温度を上記多結晶板側が高温、ＳｉＣ単結晶基板
側が低温となるように各別に制御することにより、上記
多結晶板のＳｉ原子及びＣ原子を上記ＳｉＣ単結晶基板
の表面で再配列させてＳｉＣ単結晶基板の結晶方位に倣
った単結晶を一体に育成させ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
の育成装置は、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉ原子及びＣ原子
により構成された多結晶板とを積層してなる複合体を挟
み込み保持可能な一対の熱盤と、これら一対の熱盤の加
熱温度を各別に制御可能な高周波誘導加熱コイルとを備
え、上記一対の熱盤間に複合体を挟み込み保持させると
ともに、不活性ガス雰囲気中で、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気
雰囲気下で、高周波誘導加熱コイルを介して一対の熱盤
の加熱温度を多結晶板側が高温、ＳｉＣ単結晶基板側が
低温となるように制御することによって上記多結晶板の
Ｓｉ原子及びＣ原子を上記ＳｉＣ単結晶基板の表面で再
配列させてＳｉＣ単結晶基板の結晶方位に倣った単結晶
を一体に育成可能に構成した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の育成方
法は、一対の熱盤間に、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉ原子及
びＣ原子により構成された多結晶板とを積層してなる複
合体を挟み込み保持させるとともに、不活性ガス雰囲気
中で、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で上記一対の熱盤
の加熱温度を上記多結晶板側が高温、ＳｉＣ単結晶基板
側が低温となるように各別に制御することにより、上記
多結晶板のＳｉ原子及びＣ原子を上記ＳｉＣ単結晶基板
の表面で再配列させてＳｉＣ単結晶基板の結晶方位に倣
った単結晶を一体に育成させ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
の育成装置は、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉ原子及びＣ原子
により構成された多結晶板とを積層してなる複合体を挟
み込み保持可能な一対の熱盤と、これら一対の熱盤の加
熱温度を各別に制御可能な高周波誘導加熱コイルとを備
え、上記一対の熱盤間に複合体を挟み込み保持させると
ともに、不活性ガス雰囲気中で、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気
雰囲気下で、高周波誘導加熱コイルを介して一対の熱盤
の加熱温度を多結晶板側が高温、ＳｉＣ単結晶基板側が
低温となるように制御することによって上記多結晶板の
Ｓｉ原子及びＣ原子を上記ＳｉＣ単結晶基板の表面で再
配列させてＳｉＣ単結晶基板の結晶方位に倣った単結晶
を一体に育成可能に構成した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
Ｓｉ原子及びＣ原子により構成された多結晶板とを積層
してなる複合体を挟み込み保持する一対の熱盤の加熱温
度を各別に制御することによって、基板側と多結晶板側
との間で必要な温度差の確保や結晶成長過程で周辺環境
温度が変化したときの温度コントロールなど所定の単結
晶育成にとって最も重要不可欠な要素となる温度条件を
容易に、かつ、微細に調整し保持することが可能であ
り、これによって、周辺環境温度の変化や多結晶板及び
ＳｉＣ単結晶基板の性状のばらつきにかかわらず、両者
の界面をＳｉ原子及びＣ原子の分解拡散並びにそれら原
子のＳｉＣ単結晶基板表面での再配列による単結晶化に
適した温度状態に維持して熱変化に起因する歪みの影響
でマイクロパイプ欠陥が生じることを防止できる。ま
た、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下での熱処理によって、Ｓｉ
の外部放出によるやせ細り及び周辺雰囲気から界面への
不純物の混入も防止して不純物の混入に起因する結晶欠
陥等の発生もなくすることができ、これによって、高純
度、高品質で、かつ、量的にも大型の単結晶を安定よく
育成させることが可能である。
び請求項４に記載の発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板と
Ｓｉ原子及びＣ原子により構成された多結晶板とを積層
してなる複合体を挟み込み保持する一対の熱盤の加熱温
度を各別に制御することによって、基板側と多結晶板側
との間で必要な温度差の確保や結晶成長過程で周辺環境
温度が変化したときの温度コントロールなど所定の単結
晶育成にとって最も重要不可欠な要素となる温度条件を
容易に、かつ、微細に調整し保持することが可能であ
り、これによって、周辺環境温度の変化や多結晶板及び
ＳｉＣ単結晶基板の性状のばらつきにかかわらず、両者
の界面をＳｉ原子及びＣ原子の分解拡散並びにそれら原
子のＳｉＣ単結晶基板表面での再配列による単結晶化に
適した温度状態に維持して熱変化に起因する歪みの影響
でマイクロパイプ欠陥が生じることを防止できる。ま
た、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下での熱処理によって、Ｓｉ
の外部放出によるやせ細り及び周辺雰囲気から界面への
不純物の混入も防止して不純物の混入に起因する結晶欠
陥等の発生もなくすることができ、これによって、高純
度、高品質で、かつ、量的にも大型の単結晶を安定よく
育成させることが可能である。
【０００８】上記請求項１に記載の発明に係る単結晶Ｓ
ｉＣの育成方法において、多結晶板としては、請求項２
に記載のように、ＳｉＣ多結晶板、ＳｉＣアモルファス
もしくは高純度ＳｉＣ焼結体のいずれを使用してもよい
が、そのうち特に、請求項３に記載のように、ＳｉＣ単
結晶基板表面への熱化学的蒸着法（以下、熱ＣＶＤ法と
称する）により板状に成膜されたものを使用する場合
は、多結晶板自体が不純物の少ない高純度なものである
ことから、界面に結晶粒界などが形成されず、より高純
度、高品質な単結晶ＳｉＣを得ることができる。
ｉＣの育成方法において、多結晶板としては、請求項２
に記載のように、ＳｉＣ多結晶板、ＳｉＣアモルファス
もしくは高純度ＳｉＣ焼結体のいずれを使用してもよい
が、そのうち特に、請求項３に記載のように、ＳｉＣ単
結晶基板表面への熱化学的蒸着法（以下、熱ＣＶＤ法と
称する）により板状に成膜されたものを使用する場合
は、多結晶板自体が不純物の少ない高純度なものである
ことから、界面に結晶粒界などが形成されず、より高純
度、高品質な単結晶ＳｉＣを得ることができる。
【０００９】また、上記請求項４に記載の発明に係る単
結晶ＳｉＣの育成装置において、一対の熱盤の構成材料
としては、単結晶化のための加熱温度（２１００〜２３
００℃）に十分に耐える耐熱温度の高い材料、例えば焼
結カーボンやセラミックスなどが考えられるが、特に、
請求項５に記載のように、焼結カーボンから構成する場
合は、材料コストが安い上に製作も容易で、装置全体の
低廉化が図れる。
結晶ＳｉＣの育成装置において、一対の熱盤の構成材料
としては、単結晶化のための加熱温度（２１００〜２３
００℃）に十分に耐える耐熱温度の高い材料、例えば焼
結カーボンやセラミックスなどが考えられるが、特に、
請求項５に記載のように、焼結カーボンから構成する場
合は、材料コストが安い上に製作も容易で、装置全体の
低廉化が図れる。
【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の育成に際して使用される複合体３の説明図であり、
この実施の形態では、ＳｉＣ単結晶基板として、アチソ
ン法により作られたα−ＳｉＣ単結晶塊（図示省略）か
ら切り出された平板状の六方晶系（６Ｈ型）のα−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板１を使用し、このα−ＳｉＣ単結晶基板１
のＣ軸方向の（０００１）面１ａ上に、熱ＣＶＤ法によ
り約１ｍｍ厚さのβ−ＳｉＣ多結晶板２を成膜し、その
β−ＳｉＣ多結晶板２の表面２ａを表面粗度３Ｓ程度に
平らに研削したものである。
にもとづいて説明する。図１は本発明に係る単結晶Ｓｉ
Ｃの育成に際して使用される複合体３の説明図であり、
この実施の形態では、ＳｉＣ単結晶基板として、アチソ
ン法により作られたα−ＳｉＣ単結晶塊（図示省略）か
ら切り出された平板状の六方晶系（６Ｈ型）のα−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板１を使用し、このα−ＳｉＣ単結晶基板１
のＣ軸方向の（０００１）面１ａ上に、熱ＣＶＤ法によ
り約１ｍｍ厚さのβ−ＳｉＣ多結晶板２を成膜し、その
β−ＳｉＣ多結晶板２の表面２ａを表面粗度３Ｓ程度に
平らに研削したものである。
【００１１】図２は本発明に係る単結晶ＳｉＣの育成装
置を示す概略構成図であり、この育成装置１０は、上記
図１に示すような複合体３を挟み込み保持可能で、その
挟み込み状態でβ−ＳｉＣ多結晶板２の平らな表面（上
面）２ａ及びα−ＳｉＣ単結晶基板１の裏面（下面）１
ｂに密着可能な平滑面４ａ，５ａ及び外方へ突出する円
柱状部４ｂ，５ｂを有する上下一対の熱盤４，５と、こ
れら一対の熱盤４，５における突出円柱状部４ｂ，５ｂ
の外周面に螺旋状に巻回され高周波電源１１，１２に接
続されて高周波電力の通電量調整によって一対の熱盤
４，５の加熱温度を各別に制御可能とされた高周波誘導
加熱コイル６，７とを備えている。
置を示す概略構成図であり、この育成装置１０は、上記
図１に示すような複合体３を挟み込み保持可能で、その
挟み込み状態でβ−ＳｉＣ多結晶板２の平らな表面（上
面）２ａ及びα−ＳｉＣ単結晶基板１の裏面（下面）１
ｂに密着可能な平滑面４ａ，５ａ及び外方へ突出する円
柱状部４ｂ，５ｂを有する上下一対の熱盤４，５と、こ
れら一対の熱盤４，５における突出円柱状部４ｂ，５ｂ
の外周面に螺旋状に巻回され高周波電源１１，１２に接
続されて高周波電力の通電量調整によって一対の熱盤
４，５の加熱温度を各別に制御可能とされた高周波誘導
加熱コイル６，７とを備えている。
【００１２】上記構成の単結晶ＳｉＣ育成装置１０にお
ける一対の熱盤４，５間に、上記複合体３の複数個（図
２では２個の複合体３で示すが、単数であっても、３個
以上であってもよい）を、α−ＳｉＣ単結晶基板１が下
部の熱盤５側に位置するように挟み込み保持させるとと
もに、複合体３の周囲に小豆ぐらいの大きさのＳｉＣ塊
８…を取り囲み配置する。なお、上記一対の熱盤４，５
間の外周部はＳｉＣ等の耐熱性の壁材９で囲繞されてお
り、この壁材９と一対の熱盤４，５とにより単結晶育成
空間Ｓが構成されている。
ける一対の熱盤４，５間に、上記複合体３の複数個（図
２では２個の複合体３で示すが、単数であっても、３個
以上であってもよい）を、α−ＳｉＣ単結晶基板１が下
部の熱盤５側に位置するように挟み込み保持させるとと
もに、複合体３の周囲に小豆ぐらいの大きさのＳｉＣ塊
８…を取り囲み配置する。なお、上記一対の熱盤４，５
間の外周部はＳｉＣ等の耐熱性の壁材９で囲繞されてお
り、この壁材９と一対の熱盤４，５とにより単結晶育成
空間Ｓが構成されている。
【００１３】この状態で、Ａｒなどの不活性ガス気流を
育成空間Ｓ内に注入するとともに、高周波誘導加熱コイ
ル６，７への高周波電力の通電に伴う高周波誘導加熱に
よって上部の熱盤４が２２００℃、下部の熱盤５が２１
５０℃で、α−ＳｉＣ単結晶基板１とβ−ＳｉＣ多結晶
板２との間に約５０℃の温度差がつくように１時間かけ
て平均速度で昇温させ、かつ、その加熱温度で２時間程
度保持させた後、放冷させるといったように、不活性ガ
ス雰囲気中で、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で熱処理
を施すことにより、β−ＳｉＣ多結晶板２からＳｉ原子
及びＣ原子を分解拡散させるとともに、それら拡散した
Ｓｉ原子及びＣ原子を低温側のα−ＳｉＣ単結晶基板１
の表面で該α−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶方位に倣って
再配列させて図３に示すように、β−ＳｉＣ多結晶板２
の存在箇所にα−ＳｉＣ単結晶基板１の単結晶部分１´
と一体化されたα−６Ｈ−ＳｉＣ単結晶部分２´を育成
し、所定の単結晶ＳｉＣ（製品）１３を得ることができ
る。
育成空間Ｓ内に注入するとともに、高周波誘導加熱コイ
ル６，７への高周波電力の通電に伴う高周波誘導加熱に
よって上部の熱盤４が２２００℃、下部の熱盤５が２１
５０℃で、α−ＳｉＣ単結晶基板１とβ−ＳｉＣ多結晶
板２との間に約５０℃の温度差がつくように１時間かけ
て平均速度で昇温させ、かつ、その加熱温度で２時間程
度保持させた後、放冷させるといったように、不活性ガ
ス雰囲気中で、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で熱処理
を施すことにより、β−ＳｉＣ多結晶板２からＳｉ原子
及びＣ原子を分解拡散させるとともに、それら拡散した
Ｓｉ原子及びＣ原子を低温側のα−ＳｉＣ単結晶基板１
の表面で該α−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶方位に倣って
再配列させて図３に示すように、β−ＳｉＣ多結晶板２
の存在箇所にα−ＳｉＣ単結晶基板１の単結晶部分１´
と一体化されたα−６Ｈ−ＳｉＣ単結晶部分２´を育成
し、所定の単結晶ＳｉＣ（製品）１３を得ることができ
る。
【００１４】上記のように、高周波誘導加熱コイル６，
７への高周波電力の通電量調整に伴い複合体３を挟み込
み保持する一対の熱盤４，５の加熱温度を各別に制御す
ることによって、α−ＳｉＣ単結晶基板１とβ−ＳｉＣ
多結晶板２との間に約５０℃程度の温度差を確保し、か
つ、結晶成長過程で周辺環境温度が変化したときも同様
にそれぞれの加熱温度を各別にコントロールすることに
よって、周辺環境温度の変化やβ−ＳｉＣ多結晶板２及
びα−ＳｉＣ単結晶基板１の性状のばらつきにかかわら
ず、両者の界面をＳｉ原子及びＣ原子の分解拡散並びに
それら原子のα−ＳｉＣ単結晶基板１表面での再配列に
適した温度状態に維持することが可能である。また、複
合体３の周囲に小豆ぐらいの大きさのＳｉＣ塊８…を取
り囲み配置してＳｉＣの飽和蒸気雰囲気下で熱処理する
ことにより、α−ＳｉＣ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多
結晶板３からのＳｉの放出が抑制されて、α−ＳｉＣ単
結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶板３のやせ細りが防止
されると共に、雰囲気から界面への不純物の混入も防止
されるので、結晶成長の途中で、その中に取り込まれる
不純物や熱に起因する歪みによってマイクロパイプ欠陥
や格子欠陥等が発生することもなくなり、高純度、高品
質で、かつ、量的にも安定した大型の単結晶を効率よく
育成することが可能である。
７への高周波電力の通電量調整に伴い複合体３を挟み込
み保持する一対の熱盤４，５の加熱温度を各別に制御す
ることによって、α−ＳｉＣ単結晶基板１とβ−ＳｉＣ
多結晶板２との間に約５０℃程度の温度差を確保し、か
つ、結晶成長過程で周辺環境温度が変化したときも同様
にそれぞれの加熱温度を各別にコントロールすることに
よって、周辺環境温度の変化やβ−ＳｉＣ多結晶板２及
びα−ＳｉＣ単結晶基板１の性状のばらつきにかかわら
ず、両者の界面をＳｉ原子及びＣ原子の分解拡散並びに
それら原子のα−ＳｉＣ単結晶基板１表面での再配列に
適した温度状態に維持することが可能である。また、複
合体３の周囲に小豆ぐらいの大きさのＳｉＣ塊８…を取
り囲み配置してＳｉＣの飽和蒸気雰囲気下で熱処理する
ことにより、α−ＳｉＣ単結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多
結晶板３からのＳｉの放出が抑制されて、α−ＳｉＣ単
結晶基板１及びβ−ＳｉＣ多結晶板３のやせ細りが防止
されると共に、雰囲気から界面への不純物の混入も防止
されるので、結晶成長の途中で、その中に取り込まれる
不純物や熱に起因する歪みによってマイクロパイプ欠陥
や格子欠陥等が発生することもなくなり、高純度、高品
質で、かつ、量的にも安定した大型の単結晶を効率よく
育成することが可能である。
【００１５】特に、上記実施の形態のように、一対の熱
盤４，５間に複数個の複合体３を挟み込み保持させて複
数の単結晶育成を同時に行なうことによって、所定の単
結晶育成による単結晶ＳｉＣ（製品）の生産性向上を図
ることができる。
盤４，５間に複数個の複合体３を挟み込み保持させて複
数の単結晶育成を同時に行なうことによって、所定の単
結晶育成による単結晶ＳｉＣ（製品）の生産性向上を図
ることができる。
【００１６】なお、上記実施の形態では、上記α−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板１として６Ｈ型のものを用いたが、４Ｈ型
のものを使用してもよい。
Ｃ単結晶基板１として６Ｈ型のものを用いたが、４Ｈ型
のものを使用してもよい。
【００１７】また、上記実施の形態では、Ｓｉ原子及び
Ｃ原子により構成される多結晶板として、熱ＣＶＤ法に
より成膜されるβ−ＳｉＣ多結晶板３を用いたもので説
明したが、これに代えて、高純度（１０14atm ／ｃｍ3
以下）のＳｉＣアモルファス板、高純度ＳｉＣ焼結体を
熱ＣＶＤ法による成膜手段でなく、単なる積層手段で使
用しても、上記と同様な高純度、高品質の単結晶ＳｉＣ
を得ることが可能である。
Ｃ原子により構成される多結晶板として、熱ＣＶＤ法に
より成膜されるβ−ＳｉＣ多結晶板３を用いたもので説
明したが、これに代えて、高純度（１０14atm ／ｃｍ3
以下）のＳｉＣアモルファス板、高純度ＳｉＣ焼結体を
熱ＣＶＤ法による成膜手段でなく、単なる積層手段で使
用しても、上記と同様な高純度、高品質の単結晶ＳｉＣ
を得ることが可能である。
【００１８】
【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単結晶基板と多結晶板とを
積層してなる複合体を挟み込み保持する一対の熱盤の加
熱温度を各別に制御することにより、基板側と多結晶板
側との間で必要な温度差を確保できるとともに、結晶成
長過程で周辺環境温度が変化したときも自在に温度コン
トロールすることができるといったように、所定の単結
晶育成にとって最も重要不可欠な要素となる温度条件を
容易に、かつ、微細に調整し保持することができる。そ
の上、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下での熱処理によって、Ｓ
ｉの外部放出によるやせ細り及び周辺雰囲気から界面へ
の不純物の混入も防止することができる。したがって、
周辺環境温度の変化や多結晶板及びＳｉＣ単結晶基板の
性状のばらつきにかかわらず、両者の界面をＳｉ原子及
びＣ原子の分解拡散並びにそれら原子のＳｉＣ単結晶基
板表面での再配列による単結晶化に適した温度状態に維
持して熱変化や不純物の混入に起因する歪みの影響でマ
イクロパイプ欠陥や結晶欠陥等を生じることもなく、高
純度、高品質で、かつ、量的にも大型の単結晶を生産性
よく育成させることができ、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
材料に比べて高温、高周波、耐電圧、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単結晶基板と多結晶板とを
積層してなる複合体を挟み込み保持する一対の熱盤の加
熱温度を各別に制御することにより、基板側と多結晶板
側との間で必要な温度差を確保できるとともに、結晶成
長過程で周辺環境温度が変化したときも自在に温度コン
トロールすることができるといったように、所定の単結
晶育成にとって最も重要不可欠な要素となる温度条件を
容易に、かつ、微細に調整し保持することができる。そ
の上、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下での熱処理によって、Ｓ
ｉの外部放出によるやせ細り及び周辺雰囲気から界面へ
の不純物の混入も防止することができる。したがって、
周辺環境温度の変化や多結晶板及びＳｉＣ単結晶基板の
性状のばらつきにかかわらず、両者の界面をＳｉ原子及
びＣ原子の分解拡散並びにそれら原子のＳｉＣ単結晶基
板表面での再配列による単結晶化に適した温度状態に維
持して熱変化や不純物の混入に起因する歪みの影響でマ
イクロパイプ欠陥や結晶欠陥等を生じることもなく、高
純度、高品質で、かつ、量的にも大型の単結晶を生産性
よく育成させることができ、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
材料に比べて高温、高周波、耐電圧、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。
【００１９】特に、多結晶板として、ＳｉＣ単結晶基板
表面への熱ＣＶＤ法により板状に成膜されたものを使用
する場合は、多結晶板自体が不純物の少ない高純度なも
のであることから、界面に結晶粒界などが形成されず、
単結晶ＳｉＣの純度及び品質を一層向上することができ
る。
表面への熱ＣＶＤ法により板状に成膜されたものを使用
する場合は、多結晶板自体が不純物の少ない高純度なも
のであることから、界面に結晶粒界などが形成されず、
単結晶ＳｉＣの純度及び品質を一層向上することができ
る。
【００２０】また、単結晶ＳｉＣの育成装置における一
対の熱盤の構成材料として、焼結カーボンを使用する場
合は、材料コストが安い上に熱盤の製作も容易で、装置
全体の低廉化が図ることができる。
対の熱盤の構成材料として、焼結カーボンを使用する場
合は、材料コストが安い上に熱盤の製作も容易で、装置
全体の低廉化が図ることができる。
【図１】本発明に係る単結晶ＳｉＣの育成方法に使用さ
れる複合体の説明図である。
れる複合体の説明図である。
【図２】本発明に係る単結晶ＳｉＣの育成装置の概略構
成図である。
成図である。
【図３】本発明に係る単結晶ＳｉＣの育成方法によって
育成された単結晶ＳｉＣを示す模式図である。
育成された単結晶ＳｉＣを示す模式図である。
１ α−ＳｉＣ単結晶基板 ２ β−ＳｉＣ多結晶板（Ｓｉ原子とＣ原子により構成
される板材の一例） ３ 複合体 ４，５ 熱盤 ６，７ 高周波誘導加熱コイル １０ 単結晶ＳｉＣの育成装置
される板材の一例） ３ 複合体 ４，５ 熱盤 ６，７ 高周波誘導加熱コイル １０ 単結晶ＳｉＣの育成装置
Claims (5)
- 【請求項１】 一対の熱盤間に、ＳｉＣ単結晶基板とＳ
ｉ原子及びＣ原子により構成された多結晶板とを積層し
てなる複合体を挟み込み保持させるとともに、不活性ガ
ス雰囲気中で、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で上記一
対の熱盤の加熱温度を上記多結晶板側が高温、ＳｉＣ単
結晶基板側が低温となるように各別に制御することによ
り、上記多結晶板のＳｉ原子及びＣ原子を上記ＳｉＣ単
結晶基板の表面で再配列させてＳｉＣ単結晶基板の結晶
方位に倣った単結晶を一体に育成させることを特徴とす
る単結晶ＳｉＣの育成方法。 - 【請求項２】 上記多結晶板として、ＳｉＣ多結晶板、
ＳｉＣアモルファスもしくは高純度ＳｉＣ焼結体の中か
ら選択された一種を使用する請求項１に記載の単結晶Ｓ
ｉＣの育成方法。 - 【請求項３】 上記ＳｉＣ多結晶板が、ＳｉＣ単結晶基
板表面への熱化学的蒸着法により板状に成膜されたもの
である請求項２に記載の単結晶ＳｉＣの育成方法。 - 【請求項４】 ＳｉＣ単結晶基板とＳｉ原子及びＣ原子
により構成された多結晶板とを積層してなる複合体を挟
み込み保持可能な一対の熱盤と、 これら一対の熱盤の加熱温度を各別に制御可能な高周波
誘導加熱コイルとを備え、 上記一対の熱盤間に複合体を挟み込み保持させるととも
に、不活性ガス雰囲気中で、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲
気下で、高周波誘導加熱コイルを介して一対の熱盤の加
熱温度を多結晶板側が高温、ＳｉＣ単結晶基板側が低温
となるように制御することによって上記多結晶板のＳｉ
原子及びＣ原子を上記ＳｉＣ単結晶基板の表面で再配列
させてＳｉＣ単結晶基板の結晶方位に倣った単結晶を一
体に育成可能に構成したことを特徴とする単結晶ＳｉＣ
の育成装置。 - 【請求項５】 上記一対の熱盤が、焼結カーボンから構
成されている請求項４に記載の単結晶ＳｉＣの育成装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10223301A JP2936479B1 (ja) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | 単結晶ＳｉＣの育成方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10223301A JP2936479B1 (ja) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | 単結晶ＳｉＣの育成方法及びその装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2936479B1 true JP2936479B1 (ja) | 1999-08-23 |
| JP2000053500A JP2000053500A (ja) | 2000-02-22 |
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ID=16796011
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|---|---|---|---|
| JP10223301A Expired - Fee Related JP2936479B1 (ja) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | 単結晶ＳｉＣの育成方法及びその装置 |
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| JP (1) | JP2936479B1 (ja) |
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| JP3741283B2 (ja) * | 2003-03-10 | 2006-02-01 | 学校法人関西学院 | 熱処理装置及びそれを用いた熱処理方法 |
| WO2004088734A1 (ja) * | 2003-03-10 | 2004-10-14 | Kwansei Gakuin Educational Foundation | 熱処理方法と熱処理装置 |
| JP4418879B2 (ja) * | 2003-03-10 | 2010-02-24 | 学校法人関西学院 | 熱処理装置及び熱処理方法 |
| WO2020195197A1 (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 日本碍子株式会社 | ＳｉＣ複合基板及び半導体デバイス用複合基板 |
| JP7372312B2 (ja) * | 2019-03-27 | 2023-10-31 | 日本碍子株式会社 | ＳｉＣ複合基板及び半導体デバイス用複合基板 |
| WO2021100564A1 (ja) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | 日本碍子株式会社 | ＳｉＣ基板及びその製法 |
-
1998
- 1998-08-06 JP JP10223301A patent/JP2936479B1/ja not_active Expired - Fee Related
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