JP3043744B1 - 単結晶ＳｉＣの育成方法 - Google Patents
単結晶ＳｉＣの育成方法Info
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Abstract
【要約】
【課題】 飛行空間での活性原子の衝突結合による粉体
結晶の生成及びマイクロパイプ欠陥等の発生が少ない高
品質の単結晶ＳｉＣを非常に効率よく育成することがで
きるようにする。 【解決手段】 プラズマ溶射ガンにおけるアノード１と
カソード２間に直流電圧を印加することで発生するアー
ク放電領域３に供給される不活性なＡｒガスをその外部
から冷却することによりノズル部５から高温のプラズマ
ジェット炎ＰＪを噴出させる一方、カソード２の中心部
またはその近傍部に導入されるシリコン、カーボン原料
を高温なアーク放電領域３で分解して生成される活性な
シリコン及びカーボン原子をプラズマジェット炎ＰＪと
共に音速に近い速度で噴出させ、この噴出されるプラズ
マジェット炎ＰＪ中に配置したＳｉＣ単結晶基板７を１
８００〜２５００℃の温度範囲になるように保持するこ
とにより、ＳｉＣ単結晶基板７の表面上に単結晶を育成
させる。
結晶の生成及びマイクロパイプ欠陥等の発生が少ない高
品質の単結晶ＳｉＣを非常に効率よく育成することがで
きるようにする。 【解決手段】 プラズマ溶射ガンにおけるアノード１と
カソード２間に直流電圧を印加することで発生するアー
ク放電領域３に供給される不活性なＡｒガスをその外部
から冷却することによりノズル部５から高温のプラズマ
ジェット炎ＰＪを噴出させる一方、カソード２の中心部
またはその近傍部に導入されるシリコン、カーボン原料
を高温なアーク放電領域３で分解して生成される活性な
シリコン及びカーボン原子をプラズマジェット炎ＰＪと
共に音速に近い速度で噴出させ、この噴出されるプラズ
マジェット炎ＰＪ中に配置したＳｉＣ単結晶基板７を１
８００〜２５００℃の温度範囲になるように保持するこ
とにより、ＳｉＣ単結晶基板７の表面上に単結晶を育成
させる。
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の育成方法に関するものであ
る。
成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の育成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、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核発生を起こして
種結晶基材の周囲に複数の渦巻き状の結晶成長を進行さ
せるアチソン法や、このアチソン法で作られた粉末状の
ＳｉＣを原料とし、この粉末状のＳｉＣ原料を黒鉛坩堝
内において不活性雰囲気中で２１００〜２４００℃の高
温に加熱することによって昇華させ、その昇華ガスを坩
堝内の低温側に配置した種結晶の表面上で再結晶させて
単結晶の育成を行なう昇華再結晶法（改良レーリー法）
が一般的に知られており、そのほかに、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
成長させる方法などが知られている。
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核発生を起こして
種結晶基材の周囲に複数の渦巻き状の結晶成長を進行さ
せるアチソン法や、このアチソン法で作られた粉末状の
ＳｉＣを原料とし、この粉末状のＳｉＣ原料を黒鉛坩堝
内において不活性雰囲気中で２１００〜２４００℃の高
温に加熱することによって昇華させ、その昇華ガスを坩
堝内の低温側に配置した種結晶の表面上で再結晶させて
単結晶の育成を行なう昇華再結晶法（改良レーリー法）
が一般的に知られており、そのほかに、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
成長させる方法などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の単結晶
ＳｉＣの育成方法のうち、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、結晶成長速度が低いだけでなく、成長の初期段
階で多数の結晶核が発生し、これが結晶成長につれて結
晶の内層部にまで伝播されることになり、ＩＣなど半導
体材料として用いるには生産性及び品質の面から好まし
くない。また、昇華再結晶法では、原料供給源と単結晶
成長部とが近接しているために温度差を大きくとること
ができず、原料供給源の温度に制限があり、原料供給速
度、ひいては結晶成長速度が拡散だけに頼るために遅く
なって、アチソン法に比べれば高速成長といえても精
々、その成長速度は１ｍｍ／ｈｒ．程度と低い。その
上、マイクロパイプ欠陥と称され半導体デバイスなどを
作製した際の漏れ電流の原因となる結晶成長方向に貫通
する直径数ミクロンのピンホールが成長結晶中に残存し
やすく、品質的にも優れた単結晶ＳｉＣが得られないと
いう問題があり、さらに、ＣＶＤ法によるエピタキシャ
ル成長法は、基板温度を高温化し、高純度の還元性雰囲
気を作ることが必要で設備的に非常に不経済である上
に、あくまでもエピタキシャル成長であるために、その
結晶成長速度は１μｍ／ｈｒ．と非常に低いという問題
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る。
ＳｉＣの育成方法のうち、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、結晶成長速度が低いだけでなく、成長の初期段
階で多数の結晶核が発生し、これが結晶成長につれて結
晶の内層部にまで伝播されることになり、ＩＣなど半導
体材料として用いるには生産性及び品質の面から好まし
くない。また、昇華再結晶法では、原料供給源と単結晶
成長部とが近接しているために温度差を大きくとること
ができず、原料供給源の温度に制限があり、原料供給速
度、ひいては結晶成長速度が拡散だけに頼るために遅く
なって、アチソン法に比べれば高速成長といえても精
々、その成長速度は１ｍｍ／ｈｒ．程度と低い。その
上、マイクロパイプ欠陥と称され半導体デバイスなどを
作製した際の漏れ電流の原因となる結晶成長方向に貫通
する直径数ミクロンのピンホールが成長結晶中に残存し
やすく、品質的にも優れた単結晶ＳｉＣが得られないと
いう問題があり、さらに、ＣＶＤ法によるエピタキシャ
ル成長法は、基板温度を高温化し、高純度の還元性雰囲
気を作ることが必要で設備的に非常に不経済である上
に、あくまでもエピタキシャル成長であるために、その
結晶成長速度は１μｍ／ｈｒ．と非常に低いという問題
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発生が少ない高品質の単結
晶ＳｉＣを非常に効率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発生が少ない高品質の単結
晶ＳｉＣを非常に効率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、本発明に係る単結晶ＳｉＣの育成方法は、アノード
とカソードからなる電極間に直流電圧を印加することで
電気アークを発生するアーク放電領域に不活性な導電性
ガスを供給し、かつ、その外部を冷却することによりノ
ズル部から高温のプラズマジェット炎を噴出させるよう
に構成されたプラズマ溶射ガンのカソードの中心部また
はその近傍部にシリコン、カーボン原料を導入して上記
高温領域を経て分解させることによって活性なシリコン
原子、カーボン原子を生成させ、これら活性なシリコン
原子、カーボン原子を上記プラズマジェット炎と共にノ
ズル部から噴出させ、その噴出されるプラズマジェット
炎中に種結晶となる炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶基板を配
置して該ＳｉＣ単結晶基板を１８００〜２５００℃の温
度範囲になるように保持することにより、ＳｉＣ単結晶
基板の表面上に単結晶を育成させることを特徴とするも
のである。
に、本発明に係る単結晶ＳｉＣの育成方法は、アノード
とカソードからなる電極間に直流電圧を印加することで
電気アークを発生するアーク放電領域に不活性な導電性
ガスを供給し、かつ、その外部を冷却することによりノ
ズル部から高温のプラズマジェット炎を噴出させるよう
に構成されたプラズマ溶射ガンのカソードの中心部また
はその近傍部にシリコン、カーボン原料を導入して上記
高温領域を経て分解させることによって活性なシリコン
原子、カーボン原子を生成させ、これら活性なシリコン
原子、カーボン原子を上記プラズマジェット炎と共にノ
ズル部から噴出させ、その噴出されるプラズマジェット
炎中に種結晶となる炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶基板を配
置して該ＳｉＣ単結晶基板を１８００〜２５００℃の温
度範囲になるように保持することにより、ＳｉＣ単結晶
基板の表面上に単結晶を育成させることを特徴とするも
のである。
【０００７】上記のような本発明によれば、プラズマ溶
射ガンのアノードとカソードからなる電極間への直流電
圧の印加に伴いアーク放電領域に約６０００°Ｋの電気
アークを発生させ、ここに不活性な導電性ガスを供給し
て電気アークにより加熱することにより熱電離を生じさ
せ、その電離された導電性ガスを外部から冷却すること
に伴い発生される熱ピンチ効果によって３００００°Ｋ
以上の超高温ジェットを瞬時に発生させてノズル部から
音速に近いレベルのプラズマジェット炎を噴出させ、こ
のような超高温高速プラズマジェット炎の中心部または
その近傍部にシリコン、カーボン原料を導入して高温領
域で分解させることによって活性なシリコン原子、カー
ボン原子が生成されるとともに、それら活性なシリコン
（Ｓｉ）原子、カーボン（Ｃ）原子は音速に近いジェッ
ト速度でノズル部から噴出されて、プラズマジェット炎
中に配置されたＳｉＣ単結晶基板の表面上に向けて飛散
供給されることになる。これによって、原料ガス濃度が
低くても、非常に高速の成長速度が得られ、プラズマジ
ェット炎中の活性なシリコン原子、カーボン原子がその
飛行空間で互いに衝突し結合することによる粒体結晶を
生成することなく、活性なシリコン原子とカーボン原子
がおおよそ５０μｍ／ｍｉｎ．の速度でＳｉＣ単結晶基
板の表面上で速やかに反応して単結晶を育成することが
可能である。また、このとき、プラズマジェット炎の外
周部では不活性なガス濃度が高く保たれており、プラス
マジェット炎中の活性原子が大気中の酸素と反応して酸
化することを防ぐことが可能であり、このような酸化防
止と飛行空間での粒体結晶の生成がないことが相俟っ
て、高品質高性能の単結晶ＳｉＣを育成させることがで
きる。
射ガンのアノードとカソードからなる電極間への直流電
圧の印加に伴いアーク放電領域に約６０００°Ｋの電気
アークを発生させ、ここに不活性な導電性ガスを供給し
て電気アークにより加熱することにより熱電離を生じさ
せ、その電離された導電性ガスを外部から冷却すること
に伴い発生される熱ピンチ効果によって３００００°Ｋ
以上の超高温ジェットを瞬時に発生させてノズル部から
音速に近いレベルのプラズマジェット炎を噴出させ、こ
のような超高温高速プラズマジェット炎の中心部または
その近傍部にシリコン、カーボン原料を導入して高温領
域で分解させることによって活性なシリコン原子、カー
ボン原子が生成されるとともに、それら活性なシリコン
（Ｓｉ）原子、カーボン（Ｃ）原子は音速に近いジェッ
ト速度でノズル部から噴出されて、プラズマジェット炎
中に配置されたＳｉＣ単結晶基板の表面上に向けて飛散
供給されることになる。これによって、原料ガス濃度が
低くても、非常に高速の成長速度が得られ、プラズマジ
ェット炎中の活性なシリコン原子、カーボン原子がその
飛行空間で互いに衝突し結合することによる粒体結晶を
生成することなく、活性なシリコン原子とカーボン原子
がおおよそ５０μｍ／ｍｉｎ．の速度でＳｉＣ単結晶基
板の表面上で速やかに反応して単結晶を育成することが
可能である。また、このとき、プラズマジェット炎の外
周部では不活性なガス濃度が高く保たれており、プラス
マジェット炎中の活性原子が大気中の酸素と反応して酸
化することを防ぐことが可能であり、このような酸化防
止と飛行空間での粒体結晶の生成がないことが相俟っ
て、高品質高性能の単結晶ＳｉＣを育成させることがで
きる。
【０００８】本発明に係る単結晶ＳｉＣの育成方法にお
いて、ＳｉＣ単結晶基板を、プラズマジェット炎の中心
軸に対して約１５°の傾斜角度を有する状態に配置する
とともに、このＳｉＣ単結晶基板を支持するカーボン支
持台の裏面側に冷却水を通すことによりその表面側ほど
高温となるような温度勾配を付与することによって、プ
ラズマジェット炎中に配置されるＳｉＣ単結晶基板表面
の運動エネルギーを比較的小さい状態に保ち、高速で輸
送されてきた活性なシリコン原子とカーボン原子を運動
エネルギーの小さいＳｉＣ単結晶基板の表面上で一層速
やかに反応させて単結晶の育成速度を高めることができ
る。
いて、ＳｉＣ単結晶基板を、プラズマジェット炎の中心
軸に対して約１５°の傾斜角度を有する状態に配置する
とともに、このＳｉＣ単結晶基板を支持するカーボン支
持台の裏面側に冷却水を通すことによりその表面側ほど
高温となるような温度勾配を付与することによって、プ
ラズマジェット炎中に配置されるＳｉＣ単結晶基板表面
の運動エネルギーを比較的小さい状態に保ち、高速で輸
送されてきた活性なシリコン原子とカーボン原子を運動
エネルギーの小さいＳｉＣ単結晶基板の表面上で一層速
やかに反応させて単結晶の育成速度を高めることができ
る。
【０００９】また、本発明に係る単結晶ＳｉＣの育成方
法に使用する不活性な導電性ガスとしては、超高温領域
を発生し維持する上でエネルギーの大きいアルゴン（Ａ
ｒ）が最も望ましいが、これ以外に、ヘリウム（Ｈｅ）
またはＡｒとＨｅの混合ガスやＮｅ、Ｋｒと水素
（Ｈ2 ）との混合ガスなどを使用してもよい。
法に使用する不活性な導電性ガスとしては、超高温領域
を発生し維持する上でエネルギーの大きいアルゴン（Ａ
ｒ）が最も望ましいが、これ以外に、ヘリウム（Ｈｅ）
またはＡｒとＨｅの混合ガスやＮｅ、Ｋｒと水素
（Ｈ2 ）との混合ガスなどを使用してもよい。
【００１０】さらに、本発明に係る単結晶ＳｉＣの育成
方法に使用するシリコン、カーボン原料としては、シリ
カ粉末（ＳｉＯ2 ）、水素化シラン（ＳｉＨ4 ）、メタ
ン（ＣＨ4 ）またはそれらの混合物が考えられるが、こ
れら以外にも、たとえばエタン、プロパン等の飽和炭化
水素、エチレン、プロピレン、アセチレン等の不飽和炭
化水素、アルコール類、アセトン等のケトン基を含む化
合物、その他Ｃ，Ｈ，Ｏ化合物等およびこれらの複数混
合物を用いることも可能である。
方法に使用するシリコン、カーボン原料としては、シリ
カ粉末（ＳｉＯ2 ）、水素化シラン（ＳｉＨ4 ）、メタ
ン（ＣＨ4 ）またはそれらの混合物が考えられるが、こ
れら以外にも、たとえばエタン、プロパン等の飽和炭化
水素、エチレン、プロピレン、アセチレン等の不飽和炭
化水素、アルコール類、アセトン等のケトン基を含む化
合物、その他Ｃ，Ｈ，Ｏ化合物等およびこれらの複数混
合物を用いることも可能である。
【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の育成方法の実施に際して使用されるプラズマ溶射ガ
ンの概略断面図である。このプラズマ溶射ガンは、銅製
アノード１とタングステン製カソード２からなり、これ
ら電極１，２間に直流電圧を印加することでアーク放電
領域３に約６０００°Ｋの電気アークを発生するように
なされているともに、アノード１の筒壁部１Ａの外周か
らカソード２の筒壁部２Ａの外周にかけて冷却水ＣＷを
流すことで、これら電極１，２を冷却する冷却水通路３
が形成されている。
にもとづいて説明する。図１は本発明に係る単結晶Ｓｉ
Ｃの育成方法の実施に際して使用されるプラズマ溶射ガ
ンの概略断面図である。このプラズマ溶射ガンは、銅製
アノード１とタングステン製カソード２からなり、これ
ら電極１，２間に直流電圧を印加することでアーク放電
領域３に約６０００°Ｋの電気アークを発生するように
なされているともに、アノード１の筒壁部１Ａの外周か
らカソード２の筒壁部２Ａの外周にかけて冷却水ＣＷを
流すことで、これら電極１，２を冷却する冷却水通路３
が形成されている。
【００１２】上記アーク放電領域３には、不活性な導電
性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスをカソード２の外周
部に形成の環状通路４を経て供給することにより、電気
アークによって加熱され熱電離が発生される。具体的に
は、Ａｒ→Ａｒ+ ＋ｅ- となって遊離電子を生じるため
に高い電気伝導性を示すことになる一方で、水冷された
アノード１の筒壁部１Ａに近いところを通過するＡｒガ
スは冷却されてＡｒ←Ａｒ+ ＋ｅ- の反応が進み電気抵
抗が高くなる。このため、電気抵抗の低い中心部に電流
が集中して電流密度が２０００Ａｍｐ／ｃｍ2 に上昇す
るといった熱ピンチ効果を発生させることにより、３０
０００°Ｋ以上の超高温プラズマジェット炎ＰＪとなっ
てノズル部５から噴出される。
性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスをカソード２の外周
部に形成の環状通路４を経て供給することにより、電気
アークによって加熱され熱電離が発生される。具体的に
は、Ａｒ→Ａｒ+ ＋ｅ- となって遊離電子を生じるため
に高い電気伝導性を示すことになる一方で、水冷された
アノード１の筒壁部１Ａに近いところを通過するＡｒガ
スは冷却されてＡｒ←Ａｒ+ ＋ｅ- の反応が進み電気抵
抗が高くなる。このため、電気抵抗の低い中心部に電流
が集中して電流密度が２０００Ａｍｐ／ｃｍ2 に上昇す
るといった熱ピンチ効果を発生させることにより、３０
０００°Ｋ以上の超高温プラズマジェット炎ＰＪとなっ
てノズル部５から噴出される。
【００１３】因みに、図２に示すように、ノズル部５の
出口中心で１００００°Ｋ、外周で５０００°Ｋ、ノズ
ル部５から５０ｍｍの位置の外周で２０００°Ｋ、中心
部で２２００℃の温度分布が得られる。
出口中心で１００００°Ｋ、外周で５０００°Ｋ、ノズ
ル部５から５０ｍｍの位置の外周で２０００°Ｋ、中心
部で２２００℃の温度分布が得られる。
【００１４】上記のような超高温プラズマジェット炎Ｐ
Ｊを噴出するプラズマ溶射ガンにおけるカソード２の中
心部に形成の細孔６を通じてアーク放電領域３に、水素
化シラン（ＳｉＨ4 ）とメタン（ＣＨ4 ）を、例えば
１：１の割合で混合した原料を１００ｍｌ／ｍｉｎ．で
導入することによって、その原料が分解されて活性なシ
リコン（Ｓｉ）原子及びカーボン（Ｃ）原子が生成さ
れ、これら活性なシリコン（Ｓｉ）原子、カーボン
（Ｃ）原子は音速に近いジェット速度でノズル部５から
プラズマジェット炎ＰＪと共に噴出される。
Ｊを噴出するプラズマ溶射ガンにおけるカソード２の中
心部に形成の細孔６を通じてアーク放電領域３に、水素
化シラン（ＳｉＨ4 ）とメタン（ＣＨ4 ）を、例えば
１：１の割合で混合した原料を１００ｍｌ／ｍｉｎ．で
導入することによって、その原料が分解されて活性なシ
リコン（Ｓｉ）原子及びカーボン（Ｃ）原子が生成さ
れ、これら活性なシリコン（Ｓｉ）原子、カーボン
（Ｃ）原子は音速に近いジェット速度でノズル部５から
プラズマジェット炎ＰＪと共に噴出される。
【００１５】一方、１０ｍｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍ
厚さの種結晶となるα−ＳｉＣ単結晶基板７をカーボン
支持台８上に固定した上、アノード１端面より中心軸に
沿い１０〜４０ｍｍ離れた位置で、かつ、上記プラズマ
ジェット炎ＰＪの中心軸に対して約１５°の傾斜角度θ
を有する状態でプラズマジェット炎ＰＪ中に配置する。
ここで、上記カーボン支持台８の裏面側に冷却水ＣＷ１
を通して該カーボン支持台８及びα−ＳｉＣ単結晶基板
７を水冷することによって、このα−ＳｉＣ単結晶基板
７を１８００〜２５００℃の温度範囲になるように保持
させている。特に、α−ＳｉＣ単結晶基板７の表面温度
がプラズマジセェット炎ＰＪの温度に対して数１０°の
温度勾配を有し、かつ、その裏面側より表面側が高温と
なるような温度勾配を付与しておくことによって、プラ
ズマジェット炎ＰＪ中に配置されるα−ＳｉＣ単結晶基
板７表面の運動エネルギーを比較的小さい状態に保ち、
音速に近いジェット速度で高速輸送されてくる活性なシ
リコン原子とカーボン原子を飛行空間で衝突結合させて
粉体結晶を生成することなく、運動エネルギーの小さい
α−ＳｉＣ単結晶基板７の表面上においてのみ５０μｍ
／ｍｉｎ．の速度で速やかに反応させてα−ＳｉＣ単結
晶基板７の表面に透明で厚さが５ｍｍ程度のα−６Ｈ型
単結晶ＳｉＣを育成することが確認された。
厚さの種結晶となるα−ＳｉＣ単結晶基板７をカーボン
支持台８上に固定した上、アノード１端面より中心軸に
沿い１０〜４０ｍｍ離れた位置で、かつ、上記プラズマ
ジェット炎ＰＪの中心軸に対して約１５°の傾斜角度θ
を有する状態でプラズマジェット炎ＰＪ中に配置する。
ここで、上記カーボン支持台８の裏面側に冷却水ＣＷ１
を通して該カーボン支持台８及びα−ＳｉＣ単結晶基板
７を水冷することによって、このα−ＳｉＣ単結晶基板
７を１８００〜２５００℃の温度範囲になるように保持
させている。特に、α−ＳｉＣ単結晶基板７の表面温度
がプラズマジセェット炎ＰＪの温度に対して数１０°の
温度勾配を有し、かつ、その裏面側より表面側が高温と
なるような温度勾配を付与しておくことによって、プラ
ズマジェット炎ＰＪ中に配置されるα−ＳｉＣ単結晶基
板７表面の運動エネルギーを比較的小さい状態に保ち、
音速に近いジェット速度で高速輸送されてくる活性なシ
リコン原子とカーボン原子を飛行空間で衝突結合させて
粉体結晶を生成することなく、運動エネルギーの小さい
α−ＳｉＣ単結晶基板７の表面上においてのみ５０μｍ
／ｍｉｎ．の速度で速やかに反応させてα−ＳｉＣ単結
晶基板７の表面に透明で厚さが５ｍｍ程度のα−６Ｈ型
単結晶ＳｉＣを育成することが確認された。
【００１６】また、上記のごときプラズマジェット炎Ｐ
Ｊによる単結晶ＳｉＣの育成において、プラズマジェッ
ト炎ＰＪの外周部では不活性なＡｒガス濃度が高く保た
れており、プラスマジェット炎ＰＪ中の活性原子が大気
中の酸素と反応して酸化することを防ぐことが可能であ
り、このような酸化防止と飛行空間での粒体結晶の生成
がないことが相俟って、高品質高性能の単結晶ＳｉＣを
育成させることができる。
Ｊによる単結晶ＳｉＣの育成において、プラズマジェッ
ト炎ＰＪの外周部では不活性なＡｒガス濃度が高く保た
れており、プラスマジェット炎ＰＪ中の活性原子が大気
中の酸素と反応して酸化することを防ぐことが可能であ
り、このような酸化防止と飛行空間での粒体結晶の生成
がないことが相俟って、高品質高性能の単結晶ＳｉＣを
育成させることができる。
【００１７】なお、上記実施例では、不活性な導電性ガ
スとして、超高温領域を発生し維持する上でエネルギー
の大きいアルゴン（Ａｒ）を使用したもので説明した
が、これ以外に、ヘリウム（Ｈｅ）またはＡｒとＨｅの
混合ガスやＮｅ、ＫｒとＨ2 との混合ガスなどを使用し
てもよい。
スとして、超高温領域を発生し維持する上でエネルギー
の大きいアルゴン（Ａｒ）を使用したもので説明した
が、これ以外に、ヘリウム（Ｈｅ）またはＡｒとＨｅの
混合ガスやＮｅ、ＫｒとＨ2 との混合ガスなどを使用し
てもよい。
【００１８】さらに、上記実施例では、シリコン、カー
ボン原料として、水素化シラン（ＳｉＨ4 ）とメタン
（ＣＨ4 ）との混合物を使用したものについて説明した
が、これ以外にも、たとえばシリカ粉末（ＳｉＯ2 ）や
エタン、プロパン等の飽和炭化水素、エチレン、プロピ
レン、アセチレン等の不飽和炭化水素、アルコール類、
アセトン等のケトン基を含む化合物、その他Ｃ，Ｈ，Ｏ
化合物等およびこれらの複数混合物を用いてもよい。
ボン原料として、水素化シラン（ＳｉＨ4 ）とメタン
（ＣＨ4 ）との混合物を使用したものについて説明した
が、これ以外にも、たとえばシリカ粉末（ＳｉＯ2 ）や
エタン、プロパン等の飽和炭化水素、エチレン、プロピ
レン、アセチレン等の不飽和炭化水素、アルコール類、
アセトン等のケトン基を含む化合物、その他Ｃ，Ｈ，Ｏ
化合物等およびこれらの複数混合物を用いてもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、プラズ
マ溶射ガンのアノードとカソードからなる電極間への直
流電圧の印加に伴うアーク放電によって３００００°Ｋ
以上の超高温ジェットを瞬時に発生させて音速に近いレ
ベルのプラズマジェット炎を噴出させ、この超高温高速
プラズマジェット炎の中心部またはその近傍部にシリコ
ン、カーボン原料を導入し分解させることによって生成
される活性なシリコン原子、カーボン原子を音速に近い
ジェット速度でプラズマジェット炎中に配置されたＳｉ
Ｃ単結晶基板の表面上に向けて飛散供給させることが可
能であり、これによって、原料濃度を低くしても、非常
に高速の成長速度を得ることができるために、プラズマ
ジェット炎中の活性なシリコン原子、カーボン原子がそ
の飛行空間で互いに衝突し結合することによる粒体結晶
を生成することなく、活性なシリコン原子とカーボン原
子をＳｉＣ単結晶基板の表面上においてのみ速やかに反
応させて単結晶の成長速度を速くすることができる。そ
の上、プラズマジェット炎外周部の不活性なガス濃度を
高く保って、プラスマジェット炎中の活性原子が大気中
の酸素と反応して酸化することも防止できる。このよう
な酸化防止と飛行空間での粒体結晶の生成がないこと、
さらにマイクロパイプ欠陥等の発生が少ないことの相乗
によって、非常に高品質高性能の単結晶ＳｉＣを効率よ
く育成させることができ、したがって、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Ｓ
ｉＣの実用化を促進することができるという効果を奏す
る。
マ溶射ガンのアノードとカソードからなる電極間への直
流電圧の印加に伴うアーク放電によって３００００°Ｋ
以上の超高温ジェットを瞬時に発生させて音速に近いレ
ベルのプラズマジェット炎を噴出させ、この超高温高速
プラズマジェット炎の中心部またはその近傍部にシリコ
ン、カーボン原料を導入し分解させることによって生成
される活性なシリコン原子、カーボン原子を音速に近い
ジェット速度でプラズマジェット炎中に配置されたＳｉ
Ｃ単結晶基板の表面上に向けて飛散供給させることが可
能であり、これによって、原料濃度を低くしても、非常
に高速の成長速度を得ることができるために、プラズマ
ジェット炎中の活性なシリコン原子、カーボン原子がそ
の飛行空間で互いに衝突し結合することによる粒体結晶
を生成することなく、活性なシリコン原子とカーボン原
子をＳｉＣ単結晶基板の表面上においてのみ速やかに反
応させて単結晶の成長速度を速くすることができる。そ
の上、プラズマジェット炎外周部の不活性なガス濃度を
高く保って、プラスマジェット炎中の活性原子が大気中
の酸素と反応して酸化することも防止できる。このよう
な酸化防止と飛行空間での粒体結晶の生成がないこと、
さらにマイクロパイプ欠陥等の発生が少ないことの相乗
によって、非常に高品質高性能の単結晶ＳｉＣを効率よ
く育成させることができ、したがって、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Ｓ
ｉＣの実用化を促進す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の育成方法の実施に
際して使用されるプラズマ溶射ガンの概略断面図であ
る。
際して使用されるプラズマ溶射ガンの概略断面図であ
る。
【図２】同上プラズマ溶射ガンによるプラズマジェット
炎における温度分布の説明図である。
炎における温度分布の説明図である。
１ アノード ２ カソード ３ アーク放電領域 ５ ノズル部 ７ α−ＳｉＣ単結晶基板（種結晶） ８ カーボン支持台 ＰＪ プラズマジェット炎
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平本 雅信 兵庫県三田市下内神字打場541番地の１ 日本ピラー工業株式会社三田工場内 (56)参考文献 特開 平４−6262（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−208395（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−228055（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 (4)
- 【請求項１】 アノードとカソードからなる電極間に直
流電圧を印加することで電気アークを発生するアーク放
電領域に不活性な導電性ガスを供給し、かつ、その外部
を冷却することによりノズル部から高温のプラズマジェ
ット炎を噴出させるように構成されたプラズマ溶射ガン
のカソードの中心部またはその近傍部にシリコン、カー
ボン原料を導入して上記高温領域を経て分解させること
によって活性なシリコン原子、カーボン原子を生成さ
せ、これら活性なシリコン原子、カーボン原子を上記プ
ラズマジェット炎と共にノズル部から噴出させ、その噴
出されるプラズマジェット炎中に種結晶となる炭化珪素
（ＳｉＣ）単結晶基板を配置して該ＳｉＣ単結晶基板を
１８００〜２５００℃の温度範囲になるように保持する
ことにより、ＳｉＣ単結晶基板の表面上に単結晶を育成
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ＳｉＣ単結晶基板は、プラズマジェ
ット炎の中心軸に対して約１５°の傾斜角度を有する状
態に配置されるとともに、このＳｉＣ単結晶基板を支持
するカーボン支持台の裏面側に冷却水を通すことにより
その表面側ほど高温となるような温度勾配が付与されて
いる請求項１に記載の単結晶ＳｉＣの育成方法。 - 【請求項３】 上記不活性な導電性ガスとして、アルゴ
ン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）またはそれらの混合ガス
を使用する請求項１または２に記載の単結晶ＳｉＣの育
成方法。 - 【請求項４】 上記シリコン、カーボン原料として、シ
リカ粉末、水素化シラン、メタンまたはそれらの混合物
を使用する請求項１ないし３のいずれかに記載の単結晶
ＳｉＣの育成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11071736A JP3043744B1 (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 単結晶ＳｉＣの育成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11071736A JP3043744B1 (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 単結晶ＳｉＣの育成方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3043744B1 true JP3043744B1 (ja) | 2000-05-22 |
| JP2000264791A JP2000264791A (ja) | 2000-09-26 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP11071736A Expired - Fee Related JP3043744B1 (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 単結晶ＳｉＣの育成方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3043744B1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9359379B2 (en) | 2012-10-02 | 2016-06-07 | Intermune, Inc. | Anti-fibrotic pyridinones |
| US10010536B2 (en) | 2005-05-10 | 2018-07-03 | Intermune, Inc. | Method of modulating stress-activated protein kinase system |
| USRE47142E1 (en) | 2008-06-03 | 2018-11-27 | Intermune, Inc. | Compounds and methods for treating inflammatory and fibrotic disorders |
| US10233195B2 (en) | 2014-04-02 | 2019-03-19 | Intermune, Inc. | Anti-fibrotic pyridinones |
| CN116240624A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-06-09 | 通威微电子有限公司 | 等离子辅助晶体生长装置和方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4716558B2 (ja) * | 2000-12-12 | 2011-07-06 | 株式会社デンソー | 炭化珪素基板 |
| CN1298881C (zh) * | 2004-10-28 | 2007-02-07 | 河北工业大学 | 反应等离子喷涂反应室装置 |
| JP2008001569A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法並びに単結晶ＳｉＣの製造装置 |
-
1999
- 1999-03-17 JP JP11071736A patent/JP3043744B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| US10010536B2 (en) | 2005-05-10 | 2018-07-03 | Intermune, Inc. | Method of modulating stress-activated protein kinase system |
| USRE47142E1 (en) | 2008-06-03 | 2018-11-27 | Intermune, Inc. | Compounds and methods for treating inflammatory and fibrotic disorders |
| US9359379B2 (en) | 2012-10-02 | 2016-06-07 | Intermune, Inc. | Anti-fibrotic pyridinones |
| US9675593B2 (en) | 2012-10-02 | 2017-06-13 | Intermune, Inc. | Anti-fibrotic pyridinones |
| US10376497B2 (en) | 2012-10-02 | 2019-08-13 | Intermune, Inc. | Anti-fibrotic pyridinones |
| US10233195B2 (en) | 2014-04-02 | 2019-03-19 | Intermune, Inc. | Anti-fibrotic pyridinones |
| US10544161B2 (en) | 2014-04-02 | 2020-01-28 | Intermune, Inc. | Anti-fibrotic pyridinones |
| CN116240624A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-06-09 | 通威微电子有限公司 | 等离子辅助晶体生长装置和方法 |
| CN116240624B (zh) * | 2023-03-21 | 2023-09-26 | 通威微电子有限公司 | 等离子辅助晶体生长装置和方法 |
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|---|---|
| JP2000264791A (ja) | 2000-09-26 |
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