JP3296998B2 - 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

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    • C30B33/00After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure

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およ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、附環境性を実現
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/cm
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。
【0005】また、高温CVD法の場合は、基板温度が
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。
【0006】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
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良質の単結晶SiCと、こ
の単結晶SiCの成長速度を上げて該単結晶を面積的に
十分に確保でき、半導体材料としての実用化を可能とす
る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、α−SiC単結晶基材とそ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層とを高
い温度で熱処理することによって、β−SiC層の多結
晶体がα−SiCに転化すると共に、その結晶がα−S
iC単結晶基材の結晶軸と同方位に配向し該基材の単結
晶と一体化して格子欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非
常に少ない良質な単結晶を面積的に大きく育成させるこ
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β−S
iC層が、1300〜1900℃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
い良質な単結晶SiCを容易に、かつ効率よく成長させ
て面積的に十分な大きさを確保し、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、1900〜240
0℃で、かつSiC飽和蒸気圧中で行なうものであり、
良質の単結晶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、4H型)のα−SiC単結
晶基材で、その表面に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2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
の表面にβ−SiCの多結晶体4を成長させて、結晶形
態が互いに異なる結晶面で接して直線状に明瞭な界面3
を有する複合体Mが形成されている。
【0012】この後、上記複合体Mの全体を、1900
〜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β−SiC層2の多結晶体4は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の単結晶と一体化し大きな単結
晶5が育成される。
【0013】上記のようにα−SiC単結晶の表面に熱
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、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
陥及びマイクロパイプ欠陥がほとんどない(1cm
たり10以下の)良質な単結晶SiCを面積的にも十分
な大きさに確保する状態で製造することができる。
【0014】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
−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。
【0015】また、上記熱処理の条件としては、温度が
1900〜2400℃、処理時間が1〜3時間であるこ
とが好ましい。熱処理温度が1900℃未満であると、
原子の運動エネルギーを界面を形成する多くのSiCに
与えることができない。また、2400℃を超えると、
SiCの分解エネルギーをはるかに超える熱エネルギー
が供給され、SiCの結晶そのものが分解される。
【0016】
【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単結晶基材とその表面に熱化学的蒸着
法で形成されたβ−SiC層とを高い温度で熱処理する
ことで、不純物のないβ−SiC層の多結晶体を固相成
長によって格子欠陥のないα−SiC単結晶からなるエ
ピタキシャル層に転化させ、その結晶を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
体化させて格子欠陥およびマイクロパイプ欠陥の非常に
少ない良質な単結晶となっている。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の実用化を可能とすることができるという
効果を奏する。
【0017】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。
【0018】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格子欠陥およびマイク
ロパイプ欠陥の非常に少ない良質な単結晶SiCを容易
に、かつ効率よく成長させて面積的にも量的にも十分に
確保し、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。
【0019】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、良質の単結晶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の熱処理前の顕微鏡
による断面エッチング写真である。
【図3】本発明に係る単結晶SiCの熱処理後の顕微鏡
による断面エッチング写真である。
【符号の説明】
1 α−SiC単結晶基材 2 β−SiC層 3 界面 4 多結晶体 5 単結晶 M 複合体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−92591(JP,A) 特開 平11−12097(JP,A) 国際公開99/538(WO,A1) Berman I.et al.,A nnealing of sputte red β−silicon carb ide,Chemical Abstr acts,1974年12月16日,Vol. 81,No.24,p.462,column 1,abstract No.160152 b Berman I.et al.,I nfluence of anneal ing on thin films of beta SiC,Chemic al Abstracts,1973年 5 月 7日,Vol.78,No.18,p. 337,column 2,abstra ct No.116269j Keiji Matsuhiro e t al.,DIRECT BONDI NG OF DENSE SiC CE RAMIC BY CONTROL L ED GRAIN GROWTH ME CHANISM,Pro.1st Jp an International S AMPE Symposium,日本, 1989年11月28日,p.1430 − 1435 日本結晶成長学会「結晶ハンドブッ 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 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 H01L 21/208 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−Si
    C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。
  2. 【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。
  4. 【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。
  5. 【請求項5】 上記熱処理温度が、1900〜2400
    ℃である請求項4に記載の単結晶SiCの製造方法。
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