JP3254559B2 - 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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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。
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。
(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。
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電子素子を作製した際
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
程度成長結晶中に存在す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。
1700〜1900℃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、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。
で、高温熱処理を施すことにより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でかつ大型の単結晶
SiCと、その単結晶成長速度を上げて該高品位、大型
の単結晶SiCを容易かつ生産性よく製造することがで
きる単結晶SiCの製造方法を提供することを目的とし
ている。
に、請求項1記載の発明に係る単結晶SiCは、隣接す
る側面同士を接して配置した複数枚のα−SiC単結晶
基材の表面に熱化学的蒸着法で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、かつ上記α−Si
C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、複数枚の
α−SiC単結晶基材とそれらの表面に熱化学的蒸着法
で形成され多結晶体に成長されたβ−SiC層との複合
体を熱処理するのみで、β−SiC層の多結晶体のα−
SiCへの転化およびその転化したα−SiCの結晶を
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成長させることが可能であり、これ
によって、格子欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非常に
少ない高品位で、かつ面積的にも大型の単結晶SiCを
容易に得ることが可能である。
は、請求項1記載の発明の構成のうち、上記β−SiC
層が、1300〜1900℃範囲の熱化学的蒸着法によ
り複数枚のα−SiC単結晶基材の表面に形成されたも
のであり、この場合は、上記温度範囲での熱化学的蒸着
によってβ−SiCの多結晶体が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
どの少ない一層高品位の単結晶を得ることが可能であ
る。
iCの製造方法は、隣接する側面同士を接して配置した
複数枚のα−SiC単結晶基材の表面に熱化学的蒸着法
でβ−SiC層を形成した後、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、
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でかつ大
型の単結晶SiCを効率よく成長させ、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、
耐環境性に優れたパワーデバイス用半導体材料としての
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。
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で、か
つSiC飽和蒸気圧中で行なうものであり、高品位の単
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。
結晶SiCの製造方法は、請求項3記載の発明における
上記複数枚のα−SiC単結晶基材として、上記複合体
の熱処理により得られた単結晶SiCを再使用するもの
であり、この場合は、一回の熱処理により得られた単結
晶SiCをα−SiC単結晶基材として再使用し、熱処
理を繰り返すだけで、最終製品として所望する高品位か
つ大型の単結晶SiCを容易に製造することが可能であ
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の熱処理前の状態を示す模式図、図2はその概略底面
図であり、これら各図において、1は六方晶系(6H
型、4H型)のα−SiC単結晶基材で、このα−Si
C単結晶基材1の複数枚(任意枚数)を互いに隣接する
側面1b,1b同士が密接するように整列配置するとと
もに、それら複数枚のα−SiC単結晶基材1の全体の
表面に1300〜1900℃の範囲の熱CVD法により
立方晶系のβ−SiC層2を成膜することにより、図3
の顕微鏡による断面エッチング写真で明示されているよ
うに、格子欠陥を含むα−SiC単結晶基材1の表面に
隙間なく整列した複数のβ−SiC柱状単結晶から構成
される多結晶体4が成長され、結晶形態が互いに異なる
結晶面でα−SiC単結晶基材1と接して界面3を有す
る複合体Mが形成されている。
〜2400℃、好ましくは2000〜2200℃の範囲
の温度で、かつSiC飽和蒸気圧中で熱処理することに
より、上記複数枚のα−SiC単結晶基材1の隣接する
もの同士が密接側面1b,1bで融着し一体化されると
ともに、上記β−SiC層2の多結晶体4がα−SiC
に転化されて該SiC層2に上記α−SiC単結晶基材
1の結晶軸と同方位に配向されて基材1の単結晶と一体
化した大きな単結晶5が育成される。
CVD法によりβ−SiCの多結晶体が成長された複合
体Mに熱処理を施すことにより、面積的に十分に大型で
ある上に、上記界面3にある種の固相エピタキシャル成
長を生じさせて図4の顕微鏡による断面エッチング写真
で明示されているように、格子欠陥及びマイクロパイプ
欠陥がほとんどない(1cm2あたり10以下)高品位
の単結晶SiC1′を容易に製造することができる。
て、6H型のものを使用するときは、熱処理に伴ってβ
−SiC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。
の単結晶SiC1′をα−SiC単結晶基材1として再
使用することも可能である。即ち、上記単結晶SiC
1′の複数枚を図5に示すように、隣接する側面1′
b,1′b同士が密接するように整列配置するととも
に、それら複数枚の単結晶SiC1′の全体の表面に熱
CVD法により隙間なく並んだ立方晶系のβ−SiC単
結晶から構成される配向性を有する多結晶層2を成膜し
て複合体M’を形成した後、その複合体M′の全体を、
上記と同様に1900〜2400℃、好ましくは200
0〜2200℃の範囲の温度で、かつSiC飽和蒸気圧
中で熱処理することにより、最終製品として所望する高
品位かつ大型の単結晶SiCを容易に製造することが可
能である。
れば、複数枚のα−SiC単結晶基材とそれらの表面に
熱化学的蒸着法で形成されたβ−SiC層との複合体を
熱処理するのみで、複数枚のα−SiC単結晶基材の融
着一体化を図るとともに、不純物のないβ−SiC層の
多結晶体を固相成長により格子欠陥のないα−SiC単
結晶からなるエピタキシャル層に転化させ、かつその転
化したα−SiCの結晶を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
高品位で、かつ面積的にも大型の単結晶SiCを容易に
得ることができる。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、耐環境性に優れた単結晶S
iCのパワーデバイス用半導体材料としての実用化を促
進することができるという効果を奏する。
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品位の単結晶とするこ
とができる。
項1記載の発明でいうところの格子欠陥およびマイクロ
パイプ欠陥などの非常に少ない高品位で、かつ大型の単
結晶SiCを効率よく成長させて、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
境性に優れたパワーデバイス用半導体材料としての単結
晶SiCを工業的規模で安定よく製造し供給することが
できるという効果を奏する。
品位かつ大型の単結晶SiCを設備的にも非常に容易に
製造することができる。
ば、請求項3記載の発明で得られた単結晶SiCを再使
用し熱処理を繰り返すだけで、最終製品として所望する
大型の単結晶SiCを容易に製造することができ、高品
位な半導体材料としての適用範囲の拡大を図ることがで
きる。
示す模式図である。
による断面エッチング写真である。
による断面エッチング写真である。
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 隣接する側面同士を接して配置した複数
枚のα−SiC単結晶基材の表面に熱化学的蒸着法で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、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。 - 【請求項2】 上記β−SiC層が、1300〜190
0℃範囲の熱化学的蒸着法により複数枚の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。 - 【請求項3】 隣接する側面同士を接して配置した複数
枚のα−SiC単結晶基材の表面に熱化学的蒸着法でβ
−SiC層を形成した後、 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、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。 - 【請求項4】 上記熱処理温度が、熱化学的蒸着の温度
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。 - 【請求項5】 上記複数枚のα−SiC単結晶基材とし
て、上記複合体の熱処理により得られた単結晶SiCを
再使用する請求項3に記載の単結晶SiCの製造方法。
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日本結晶成長学会「結晶成長ハンドブック」編集委員会 編,結晶成長ハンドブック,日本,共立出版株式会社,1995年 9月 1日,初版,p.343−459 |
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