JP3043687B2 - 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

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Description

【発明の詳細な説明】
【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
ードや電子デバイスの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。
【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、種結晶を用いた昇華再結晶
法によってSiC単結晶を成長させる方法と、高温度で
の場合は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−SiC)を成長させる方法とが知ら
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
た従来の製造方法は共に結晶成長速度が1μm/hr.
と非常に低いだけでなく、昇華再結晶法にあっては、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
程度成長結晶中に多数存在し、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、結晶品質が不十分であるこ
とから、その実用化を阻止する要因になっている。
【0005】また、高温CVD法によるエピタキシャル
成長の場合は、基板温度が1700〜1800℃と高い
上に、高純度の還元性雰囲気を作ることが必要であっ
て、このような条件に耐える構造材がほとんどなく、設
備的に非常に困難であり、さらに、エピタキシャル成長
のため成長速度にも自ずと限界があるという問題があっ
た。
【0006】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、結晶成長に要する熱エネルギーが少なくてすみなが
ら、マイクロパイプ欠陥および結晶粒界のほとんどない
大型かつ高品質の単結晶を効率良く育成でき、半導体材
料としての実用化を促進することができる単結晶SiC
及びその製造方法を提供することを目的としている。
【0007】
【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記載の発明に係る単結晶SiCは、α−S
iC単結晶基材の表面に熱化学的蒸着法でα−2H−S
iC層を形成してなる複合体を熱処理することにより、
上記α−2H−SiC層をα−SiCに転化させ、か
つ、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、α−SiC単結晶基材の表面に該α−Si
C単結晶基材の結晶構造に近い規則性を持つ結晶構造の
α−2H−SiC層を熱化学的蒸着法で形成させること
により、この熱化学的蒸着時にα−2H−SiC層の一
部をα−6H(または4H)−SiCに相変態させた
上、その複合体を熱処理することによって、この熱処理
時における熱エネルギー(熱×時間)が小さいものであ
りながら、α−2H−SiC層の全体をα−6H(また
は4H)−SiCに素早く転化(相変態)させると共
に、α−SiC単結晶基材の結晶軸と同方位に配向させ
て該基材の単結晶と一体化した大型の単結晶SiCが育
成される。このように育成された単結晶SiCはマイク
ロパイプ欠陥および結晶粒界がほとんどなく、高品質な
単結晶SiCを得ることが可能である。
【0008】また、請求項2記載の発明に係る単結晶S
iCは、請求項1記載の発明の構成のうち、上記α−2
H−SiC層が、1300〜1500℃範囲の熱化学的
蒸着法によりα−SiC単結晶基材の表面に形成された
ものであり、このα−2H−SiC層の一部が比較的低
温かつ短時間の熱化学的蒸着で素早くα−SiCに転化
されて単結晶に成長されるために、不純物原子の拡散が
抑えられ、α−SiC単結晶基材よりも不純物や格子欠
陥などのない高純度の単結晶を得ることが可能である。
【0009】さらに、請求項3記載の発明に係る単結晶
SiCの製造方法は、α−SiC単結晶基材の表面に熱
化学的蒸着法でα−2H−SiC層を形成した後、その
複合体を熱処理して上記α−2H−SiC層をα−Si
Cに転化させ、かつ、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って、請求項1記載の発明でいうと
ころのマイクロパイプ欠陥および結晶粒界のほとんどな
い大型かつ高品質な単結晶SiCを容易かつ効率よく成
長させ、半導体材料としての実用化の促進に寄与する単
結晶SiCを工業的規模で安定に製造し供給することが
可能である。
【0010】さらにまた、請求項4記載の発明に係る単
結晶SiCの製造方法は、請求項3記載の発明における
複合体の熱処理温度を熱化学的蒸着の温度よりも高温、
具体的には請求項5に記載のように、1600〜240
0℃で、かつSiC飽和蒸気圧中で行なうものであり、
高品質の単結晶SiCを設備的にも非常に容易に製造す
ることが可能である。
【0011】
【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の熱処理前の状態を示す模式図であり、同図におい
て、1は六方晶系(6H型または4H型)のα−SiC
単結晶基材で、その表面に1300〜1500℃の範囲
の熱CVD法によりα−2H−SiC層2を成膜するこ
とにより、格子欠陥を含むα−SiC単結晶基材1の表
面にα−2H−SiC層2の一部の相変態によりα−6
H(または4H)−SiC単結晶体が成長された複合体
Mが形成される。
【0012】この後、上記複合体Mの全体を、1600
〜2400℃、好ましくは2000〜2200℃の温度
範囲、具体的には2000℃×5時間もしくは2200
℃×4時間で、かつSiC飽和蒸気圧中で熱処理するこ
とにより、一部が既に上記α−6H(または4H)−S
iC単結晶体に成長している上記α−2H−SiC層2
の全体がα−6H(または4H)−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
向して該基材1の単結晶と一体化し図2に示すような大
型の単結晶SiC5が育成される。
【0013】上記のようにα−SiC単結晶基材1の表
面に該α−SiC単結晶基材1の結晶構造に近い規則性
を持つ結晶構造のα−2H−SiC層2を熱化学的蒸着
法で形成させてその結晶の一部がα−6H(または4
H)−SiC単結晶体に成長された複合体Mに熱処理を
施すことにより、α−SiC単結晶基材1の表面にβ−
SiC(3C−SiC)層を熱化学的蒸着法で形成させ
た複合体を熱処理する場合に比べて、この熱処理時に上
述のような小さい熱エネルギーを付与するだけで、マイ
クロパイプ欠陥および結晶粒界がほとんどない(1cm2
あたり10以下)高品質で、かつ、大型の単結晶SiC
を効率よく製造することができる。
【0014】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、α−SiC単結晶基材にそれの結晶構造に近い規
則性を持つ結晶構造のα−2H−SiC層を熱化学的蒸
着法で形成させてα−2H−SiC層の一部をα−6H
(または4H)−SiCに相変態させたうえ、その複合
体を熱処理することで、結晶成長に要する熱エネルギー
(熱×時間)が小さくすむものでありながら、α−2H
−SiC層の全体をα−6H(または4H)−SiCに
素早く転化(相変態)させると共に、α−SiC単結晶
基材の結晶軸と同方位に配向させ該基材の単結晶と一体
化した大型で、かつマイクロパイプ欠陥および結晶粒界
がほとんどない高品質な単結晶SiCを効率よく得るこ
とができる。これによって、Si(シリコン)やGaA
s(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。
【0015】また、請求項2記載の発明によれば、上記
請求項1記載の発明で得られる単結晶SiCを不純物や
格子欠陥などがより一層少ない高純度の単結晶とするこ
とができる。
【0016】さらに、請求項3記載の発明によれば、請
求項1記載の発明でいうところのマイクロパイプ欠陥お
よび結晶粒界の極めて少ない高品質な単結晶SiCを容
易に、かつ効率よく成長させ、半導体材料として工業的
規模で安定よく供給することができるという効果を奏す
る。
【0017】さらにまた、請求項4および請求項5記載
の発明によれば、高品質の単結晶SiCを設備的にも非
常に容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【図2】本発明に係る単結晶SiCの熱処理後の状態を
示す模式図である。
【符号の説明】
1 α−SiC単結晶基材 2 α−2H−SiC層 5 単結晶SiC M 複合体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−47900(JP,A) 特開 平6−183897(JP,A) 特開 平4−12096(JP,A) 特開 平10−182297(JP,A) 特開 平10−324599(JP,A) 特開 平6−188163(JP,A) 米国特許4912064(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 CA(STN) 特許ファイル(PATOLIS) EPAT(QUESTEL)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 α−SiC単結晶基材の表面に熱化学的
    蒸着法でα−2H−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α−2H−SiC層をα−S
    iCに転化させ、かつ、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。
  2. 【請求項2】 上記α−2H−SiC層が、1300〜
    1500℃範囲の熱化学的蒸着法によりα−SiC単結
    晶基材の表面に形成されたものである請求項1に記載の
    単結晶SiC。
  3. 【請求項3】 α−SiC単結晶基材の表面に熱化学的
    蒸着法でα−2H−SiC層を形成した後、 その複合体を熱処理して上記α−2H−SiC層をα−
    SiCに転化させ、かつ、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。
  4. 【請求項4】 上記熱処理温度が、熱化学的蒸着温度よ
    りも高温で、かつ、SiC飽和蒸気圧中で行なわれる請
    求項3に記載の単結晶SiCの製造方法。
  5. 【請求項5】 上記熱処理温度が、1600〜2400
    ℃である請求項4に記載の単結晶SiCの製造方法。
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