JP3508519B2 - エピタキシャル成長装置およびエピタキシャル成長法 - Google Patents
エピタキシャル成長装置およびエピタキシャル成長法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスを用いて基板上
に結晶をエピタキシャル成長させるためのエピタキシャ
ル成長装置およびエピタキシャル成長法に関するもので
ある。
に結晶をエピタキシャル成長させるためのエピタキシャ
ル成長装置およびエピタキシャル成長法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素（シリコンカーバイド、Ｓｉ
Ｃ）は珪素（Ｓｉ）に比べて高硬度で薬品にも侵されに
くく、ワイドギャップ（約２．３ｅＶ）であることか
ら、パワーデバイスや耐環境デバイス、高温動作デバイ
ス等へ応用される半導体材料である。炭化珪素は、立方
晶系の３Ｃ−ＳｉＣや六方晶系の６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−
ＳｉＣ等、多くのポリタイプを有する。
Ｃ）は珪素（Ｓｉ）に比べて高硬度で薬品にも侵されに
くく、ワイドギャップ（約２．３ｅＶ）であることか
ら、パワーデバイスや耐環境デバイス、高温動作デバイ
ス等へ応用される半導体材料である。炭化珪素は、立方
晶系の３Ｃ−ＳｉＣや六方晶系の６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−
ＳｉＣ等、多くのポリタイプを有する。
【０００３】従来の炭化珪素の成長法は、例えば特開昭
62-36813号に記載されたものが知られている。以下に一
般的な炭化珪素のエピタキシャル成長装置を示す。
62-36813号に記載されたものが知られている。以下に一
般的な炭化珪素のエピタキシャル成長装置を示す。
【０００４】図７は炭化珪素の縦型エピタキシャル成長
装置の一般的な構造を示している。図７において、７０
は反応炉、７１はカーボン製のサセプタであり、その上
に珪素からなる基板７２が設置される。支持軸７３によ
り支えられたサセプタ７１は反応炉７０の周りに巻かれ
たコイル７４を用いた高周波誘導加熱により加熱され
る。反応炉７０の周辺部７５には冷却水を循環してい
る。反応炉７０の上部より炭化水素ガス（例えばプロパ
ン）および水素を導入して圧力を大気圧または大気圧以
下に調整し、コイル７４に高周波電力を印加して基板７
２を加熱し、基板７２の表面温度を１２００℃程度にす
ることによって基板７２の表面に炭化処理を施し、極薄
の炭化珪素を成長させる。その後炭化水素ガスの供給量
を減らし珪素を含むガス（例えばシラン）を導入し、基
板７２の表面に立方晶系の炭化珪素が成長する。基板７
２として炭化珪素を用いた場合は温度を１５００℃以上
とすることにより、炭化処理を施すことなく基板７２上
に炭化珪素が成長する。
装置の一般的な構造を示している。図７において、７０
は反応炉、７１はカーボン製のサセプタであり、その上
に珪素からなる基板７２が設置される。支持軸７３によ
り支えられたサセプタ７１は反応炉７０の周りに巻かれ
たコイル７４を用いた高周波誘導加熱により加熱され
る。反応炉７０の周辺部７５には冷却水を循環してい
る。反応炉７０の上部より炭化水素ガス（例えばプロパ
ン）および水素を導入して圧力を大気圧または大気圧以
下に調整し、コイル７４に高周波電力を印加して基板７
２を加熱し、基板７２の表面温度を１２００℃程度にす
ることによって基板７２の表面に炭化処理を施し、極薄
の炭化珪素を成長させる。その後炭化水素ガスの供給量
を減らし珪素を含むガス（例えばシラン）を導入し、基
板７２の表面に立方晶系の炭化珪素が成長する。基板７
２として炭化珪素を用いた場合は温度を１５００℃以上
とすることにより、炭化処理を施すことなく基板７２上
に炭化珪素が成長する。
【０００５】また炭化珪素のエピタキシャル成長装置と
して、反応炉７０を横置きにした横型のものもある。基
本的には図７の縦型のエピタキシャル成長装置と同様で
あるが、ガスを側部より供給する点が異なる。
して、反応炉７０を横置きにした横型のものもある。基
本的には図７の縦型のエピタキシャル成長装置と同様で
あるが、ガスを側部より供給する点が異なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の技術では、高温で熱分解される反応ガスは基板付近
に供給されたものに限られ、周辺部７５の反応ガスはエ
ピタキシャル成長に寄与せず、したがって、エピタキシ
ャル成長に寄与する基板付近の反応ガスの密度が供給量
に対して小さいためエピタキシャル成長速度が１時間当
たり１〜３μｍであり、高耐圧を必要とするパワーデバ
イスを構成するために必要な膜厚を得るためには多大な
時間を要する。また上記の装置構成では上部または側部
よりガスを供給する構成であり、高温に加熱された反応
ガスは矢印７６に示したような上方への流れを形成する
ため、上部または側部より供給された反応ガスの流れ７
７に逆らう流れとなり、その結果、反応炉７０内で乱流
が発生し、ガスが不均一となるため、エピタキシャル成
長も不均一となり、膜厚分布や結晶性も不均一になりや
すい。
来の技術では、高温で熱分解される反応ガスは基板付近
に供給されたものに限られ、周辺部７５の反応ガスはエ
ピタキシャル成長に寄与せず、したがって、エピタキシ
ャル成長に寄与する基板付近の反応ガスの密度が供給量
に対して小さいためエピタキシャル成長速度が１時間当
たり１〜３μｍであり、高耐圧を必要とするパワーデバ
イスを構成するために必要な膜厚を得るためには多大な
時間を要する。また上記の装置構成では上部または側部
よりガスを供給する構成であり、高温に加熱された反応
ガスは矢印７６に示したような上方への流れを形成する
ため、上部または側部より供給された反応ガスの流れ７
７に逆らう流れとなり、その結果、反応炉７０内で乱流
が発生し、ガスが不均一となるため、エピタキシャル成
長も不均一となり、膜厚分布や結晶性も不均一になりや
すい。
【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、より高速で、かつ膜厚分布や結晶性のばらつきを抑
制するエピタキシャル成長を実現することを目的とす
る。
で、より高速で、かつ膜厚分布や結晶性のばらつきを抑
制するエピタキシャル成長を実現することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のエピタキシャル成長装置では、基板を成長室
内部に設置し、成長室全体を加熱して、成長室内部に供
給される反応ガスを効率よく熱分解し、基板上に高密度
に反応ガスを供給する構成を有している。また成長室お
よび筐体がともにガスの供給口および排出口を有し、反
応ガスを下部より上方へ供給し、上部から排出すること
により、ガスの乱流を防ぎ、基板上の反応ガスの分布を
従来より均一にする構成を有している。
に本発明のエピタキシャル成長装置では、基板を成長室
内部に設置し、成長室全体を加熱して、成長室内部に供
給される反応ガスを効率よく熱分解し、基板上に高密度
に反応ガスを供給する構成を有している。また成長室お
よび筐体がともにガスの供給口および排出口を有し、反
応ガスを下部より上方へ供給し、上部から排出すること
により、ガスの乱流を防ぎ、基板上の反応ガスの分布を
従来より均一にする構成を有している。
【０００９】なお、成長室は炭素系材料で構成され、誘
導加熱により加熱されることが好ましい。
導加熱により加熱されることが好ましい。
【００１０】また、成長室は断熱材で覆われていること
が好ましい。また、筐体の内部かつ成長室外部の圧力
は、成長室内部の圧力より低圧に保持されていることが
好ましい。
が好ましい。また、筐体の内部かつ成長室外部の圧力
は、成長室内部の圧力より低圧に保持されていることが
好ましい。
【００１１】また、少なくとも炭素または珪素を含む原
料を気体化して、成長室内に設置された基板上に炭化珪
素を成長させることが好ましい。この時の基板は、炭化
珪素または珪素であることが好ましい。
料を気体化して、成長室内に設置された基板上に炭化珪
素を成長させることが好ましい。この時の基板は、炭化
珪素または珪素であることが好ましい。
【００１２】さらに、炭化珪素または珪素を基板として
炭化珪素をエピタキシャル結晶成長させる場合、成長室
内部の圧力は１３３Ｐａ以上大気圧以下であることが好
ましい。
炭化珪素をエピタキシャル結晶成長させる場合、成長室
内部の圧力は１３３Ｐａ以上大気圧以下であることが好
ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図６を用いて説明する。
て、図１から図６を用いて説明する。
【００１４】（実施の形態１）
図１は本発明の縦型のエピタキシャル成長装置の概略を
示す図である。図１において、１０ａはカーボン製の成
長室で、内部に基板を設置する空間を有している。成長
室１０ａの内部の詳細は、後に図２に示す。成長室１０
ａが高温に加熱された時に成長室１０ａの壁面から脱ガ
スが起こらないよう炭化珪素が約１００μｍコーティン
グされている。コーティングの厚みは特に問わない。１
０ｂは成長室１０ａを支持する支持軸であり、かつその
内部から反応ガスを供給するための配管も兼ねている。
１０ｃは成長室１０ａ内の反応ガスを排気系へ送るため
の配管である。１１は筐体であり、石英製である。筐体
１１の側壁部には必要ならば冷却水を循環してもよい。
１２は筐体１１の周りに巻かれたコイルであり、高周波
誘導加熱により成長室１０ａを加熱するために用いられ
る。１３は成長室の外部かつ筐体内部の空間を表してい
るが、好ましくは空間１３に断熱材１４が満たされる。
成長室１０ａの周りを断熱材１４で覆うことにより、成
長室１０ａが効率よく加熱される。エピタキシャル成長
のための反応ガスは成長室１０ａの下部より矢印１５の
ようにガス供給系より供給される。また空間１３には矢
印１６で示したように不活性ガスがガス供給系より供給
できる構成を有している。反応ガスおよび不活性ガス
は、ガス供給系内に設置されたマスフローコントローラ
を用いて必要量の流量が得られる。材料ガスおよび不活
性ガスは矢印１７のように排気系により排気される。１
８は圧力を調節するためのバルブで、成長室１０ａおよ
び空間１３内の圧力を独立に調節することが可能であ
る。
示す図である。図１において、１０ａはカーボン製の成
長室で、内部に基板を設置する空間を有している。成長
室１０ａの内部の詳細は、後に図２に示す。成長室１０
ａが高温に加熱された時に成長室１０ａの壁面から脱ガ
スが起こらないよう炭化珪素が約１００μｍコーティン
グされている。コーティングの厚みは特に問わない。１
０ｂは成長室１０ａを支持する支持軸であり、かつその
内部から反応ガスを供給するための配管も兼ねている。
１０ｃは成長室１０ａ内の反応ガスを排気系へ送るため
の配管である。１１は筐体であり、石英製である。筐体
１１の側壁部には必要ならば冷却水を循環してもよい。
１２は筐体１１の周りに巻かれたコイルであり、高周波
誘導加熱により成長室１０ａを加熱するために用いられ
る。１３は成長室の外部かつ筐体内部の空間を表してい
るが、好ましくは空間１３に断熱材１４が満たされる。
成長室１０ａの周りを断熱材１４で覆うことにより、成
長室１０ａが効率よく加熱される。エピタキシャル成長
のための反応ガスは成長室１０ａの下部より矢印１５の
ようにガス供給系より供給される。また空間１３には矢
印１６で示したように不活性ガスがガス供給系より供給
できる構成を有している。反応ガスおよび不活性ガス
は、ガス供給系内に設置されたマスフローコントローラ
を用いて必要量の流量が得られる。材料ガスおよび不活
性ガスは矢印１７のように排気系により排気される。１
８は圧力を調節するためのバルブで、成長室１０ａおよ
び空間１３内の圧力を独立に調節することが可能であ
る。
【００１５】図２（ａ）は成長室１０ａの一例を示した
図である。成長室１０ａは基板２０を設置するために２
分割される。図２（ｂ）は成長室１０ａの上部２１の接
合面を、図２（ｃ）は下部２２の接合面を示している。
基板２０は成長室下部２２に複数個設けられた支持部２
３の上に置かれる。この状態を維持しながら、成長室上
部２１を成長室下部２２にはめ込み、成長室１０ａが形
成される。成長室１０ａの下部より矢印２４のように供
給された反応ガスは、高温に加熱された成長室１０ａ内
で乱流を起こすことなく基板２０上で結晶成長に寄与
し、図２（ａ）および（ｂ）で表された隙間２５を通
り、成長室上部２１に設けられた排出口２６を通って排
気される。
図である。成長室１０ａは基板２０を設置するために２
分割される。図２（ｂ）は成長室１０ａの上部２１の接
合面を、図２（ｃ）は下部２２の接合面を示している。
基板２０は成長室下部２２に複数個設けられた支持部２
３の上に置かれる。この状態を維持しながら、成長室上
部２１を成長室下部２２にはめ込み、成長室１０ａが形
成される。成長室１０ａの下部より矢印２４のように供
給された反応ガスは、高温に加熱された成長室１０ａ内
で乱流を起こすことなく基板２０上で結晶成長に寄与
し、図２（ａ）および（ｂ）で表された隙間２５を通
り、成長室上部２１に設けられた排出口２６を通って排
気される。
【００１６】以下では本結晶成長装置を用い、基板とし
て珪素基板を選択した場合の立方晶炭化珪素（３Ｃ−Ｓ
ｉＣ）のヘテロエピタキシャル成長について説明する。
て珪素基板を選択した場合の立方晶炭化珪素（３Ｃ−Ｓ
ｉＣ）のヘテロエピタキシャル成長について説明する。
【００１７】基板として［１１０］方向に４度オフカッ
トした３インチのｎ形（００１）面珪素基板を用いた。
バッファード弗酸（弗酸：フッ化アンモニウム水溶液＝
１：７）により表面の自然酸化膜が除去された珪素基板
を図２で示した成長室１０ａ内に設置し、成長室１０ａ
内部および筐体１１内の空間１３を１０ -4 Ｐａ台の真空
度にまで真空排気した。次にガス供給系より水素２ｌ
ｍ、およびプロパン５ｃｃｍを供給して成長室内の圧力
を１３．３ｋＰａとし、続いてガス供給系よりアルゴン
１ｌｍを供給して、断熱材で満たされた空間１３の圧力
を６６５Ｐａとした。成長室１０ａおよび空間１３内の
圧力は、バルブ１８を調整することにより制御された。
この流量を維持しながら、誘導加熱装置を用いて、コイ
ル１２に、１７．５ｋＨｚ、１２ｋＷの高周波電力を印
加して、５００℃／分以上の昇温速度で成長室１０ａを
加熱し、珪素基板表面を炭化処理した。珪素基板の温度
は矢印１５の方向から赤外放射温度計を用いて測定し、
１３００℃で一定に制御した。炭化時間は高周波電力を
印加してから５分間とした。次に、水素およびアルゴン
の流量は一定のまま、プロパンの供給を停止して、その
状態を１分保持した。その後、改めてプロパンを０．４
ｃｃｍ、シランを１ｃｃｍ供給することにより珪素基板
上に３Ｃ−ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長すること
ができた。基板上の結晶が３Ｃ−ＳｉＣであることは、
Ｘ線回折により確認した。成長室１０ａの支持部２３が
接していた部分を除いて、珪素基板全面に３Ｃ−ＳｉＣ
単結晶がエピタキシャル成長した。顕微鏡での観察によ
り、結晶粒等の結晶欠陥は特に認められず、成長室１０
ａの壁面等から生ずるダストが基板面に付着して引き起
こされたような結晶欠陥は認められなかった。
トした３インチのｎ形（００１）面珪素基板を用いた。
バッファード弗酸（弗酸：フッ化アンモニウム水溶液＝
１：７）により表面の自然酸化膜が除去された珪素基板
を図２で示した成長室１０ａ内に設置し、成長室１０ａ
内部および筐体１１内の空間１３を１０ -4 Ｐａ台の真空
度にまで真空排気した。次にガス供給系より水素２ｌ
ｍ、およびプロパン５ｃｃｍを供給して成長室内の圧力
を１３．３ｋＰａとし、続いてガス供給系よりアルゴン
１ｌｍを供給して、断熱材で満たされた空間１３の圧力
を６６５Ｐａとした。成長室１０ａおよび空間１３内の
圧力は、バルブ１８を調整することにより制御された。
この流量を維持しながら、誘導加熱装置を用いて、コイ
ル１２に、１７．５ｋＨｚ、１２ｋＷの高周波電力を印
加して、５００℃／分以上の昇温速度で成長室１０ａを
加熱し、珪素基板表面を炭化処理した。珪素基板の温度
は矢印１５の方向から赤外放射温度計を用いて測定し、
１３００℃で一定に制御した。炭化時間は高周波電力を
印加してから５分間とした。次に、水素およびアルゴン
の流量は一定のまま、プロパンの供給を停止して、その
状態を１分保持した。その後、改めてプロパンを０．４
ｃｃｍ、シランを１ｃｃｍ供給することにより珪素基板
上に３Ｃ−ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長すること
ができた。基板上の結晶が３Ｃ−ＳｉＣであることは、
Ｘ線回折により確認した。成長室１０ａの支持部２３が
接していた部分を除いて、珪素基板全面に３Ｃ−ＳｉＣ
単結晶がエピタキシャル成長した。顕微鏡での観察によ
り、結晶粒等の結晶欠陥は特に認められず、成長室１０
ａの壁面等から生ずるダストが基板面に付着して引き起
こされたような結晶欠陥は認められなかった。
【００１８】次に、結晶成長時間を変化させたときの、
珪素基板上にエピタキシャル成長した３Ｃ−ＳｉＣの膜
厚を測定した。珪素基板の端から２ｃｍの距離で、かつ
成長室１０ａの支持部２３が接していた部分の影響がな
い部分を膜厚測定点とした。膜厚は、カットされた基板
の断面をＳＥＭにより観察することにより決定した。上
記の条件においてエピタキシャル成長速度は１時間あた
り１０μｍ以上であり、従来のエピタキシャル成長速度
（１〜３μｍ／時間）より大幅に高速なエピタキシャル
結晶成長速度が実現できた。また、珪素基板表面にエピ
タキシャル成長した３Ｃ−ＳｉＣの膜厚分布を測定した
ところ、成長室１０ａの支持部２３が接していた部分を
除いた直径５ｃｍの領域内で、面内膜厚分布は２％以内
であり、均一なエピタキシャル成長を確認した。
珪素基板上にエピタキシャル成長した３Ｃ−ＳｉＣの膜
厚を測定した。珪素基板の端から２ｃｍの距離で、かつ
成長室１０ａの支持部２３が接していた部分の影響がな
い部分を膜厚測定点とした。膜厚は、カットされた基板
の断面をＳＥＭにより観察することにより決定した。上
記の条件においてエピタキシャル成長速度は１時間あた
り１０μｍ以上であり、従来のエピタキシャル成長速度
（１〜３μｍ／時間）より大幅に高速なエピタキシャル
結晶成長速度が実現できた。また、珪素基板表面にエピ
タキシャル成長した３Ｃ−ＳｉＣの膜厚分布を測定した
ところ、成長室１０ａの支持部２３が接していた部分を
除いた直径５ｃｍの領域内で、面内膜厚分布は２％以内
であり、均一なエピタキシャル成長を確認した。
【００１９】なお、原料ガスの炭素原子と珪素原子の比
について、炭素／珪素＝０．４で実施したが、本実施の
形態はこの比を限定するものではない。基板温度や圧力
により、結晶性の良好な炭化珪素を得るための比は異な
るが、本実施の形態における基板温度１３００℃および
圧力１３．３ｋＰａの条件下では、炭素／珪素比は０．
３５〜２．０が好ましい。
について、炭素／珪素＝０．４で実施したが、本実施の
形態はこの比を限定するものではない。基板温度や圧力
により、結晶性の良好な炭化珪素を得るための比は異な
るが、本実施の形態における基板温度１３００℃および
圧力１３．３ｋＰａの条件下では、炭素／珪素比は０．
３５〜２．０が好ましい。
【００２０】また、本実施の形態において、基板温度は
１３００℃としたが、さらに高温にすることによりエピ
タキシャル成長速度を高めることが可能であることはい
うまでもない。
１３００℃としたが、さらに高温にすることによりエピ
タキシャル成長速度を高めることが可能であることはい
うまでもない。
【００２１】（実施の形態２）
以下では本結晶成長装置を用い、基板として六方晶炭化
珪素（６Ｈ−ＳｉＣ）基板を選択した場合の六方晶炭化
珪素のホモエピタキシャル成長について説明する。
珪素（６Ｈ−ＳｉＣ）基板を選択した場合の六方晶炭化
珪素のホモエピタキシャル成長について説明する。
【００２２】基板として［１１−２０］（１１２バー
０）方向に３．５度オフカットした直径２５ｍｍのｎ形
Ｓｉ面炭化珪素基板（６Ｈ−ＳｉＣ基板）を用いた。６
Ｈ−ＳｉＣ基板表面には、若干のマイクロパイプが観測
された。まず、酸素流量５ｌｍでバブリングされた水蒸
気雰囲気中で、この６Ｈ−ＳｉＣ基板を１１００℃で３
時間ほど熱酸化し、基板表面に約５００Åの熱酸化膜を
形成した後、バッファード弗酸により、その熱酸化膜を
除去した。図３に示した３インチ径の口径変換治具３０
は成長室１０ａと同材質であり、表面に炭化珪素を約１
００μｍコーティングしたものである。この口径変換治
具３０に、表面の熱酸化膜が除去された６Ｈ−ＳｉＣ基
板を設置し、６Ｈ−ＳｉＣ基板を設置済の変換治具３０
を、図２で示した成長室１０ａ内に設置し、成長室１０
ａおよび筐体１１内の空間１３を１０ -4 Ｐａ台の真空度
にまで真空排気した。
０）方向に３．５度オフカットした直径２５ｍｍのｎ形
Ｓｉ面炭化珪素基板（６Ｈ−ＳｉＣ基板）を用いた。６
Ｈ−ＳｉＣ基板表面には、若干のマイクロパイプが観測
された。まず、酸素流量５ｌｍでバブリングされた水蒸
気雰囲気中で、この６Ｈ−ＳｉＣ基板を１１００℃で３
時間ほど熱酸化し、基板表面に約５００Åの熱酸化膜を
形成した後、バッファード弗酸により、その熱酸化膜を
除去した。図３に示した３インチ径の口径変換治具３０
は成長室１０ａと同材質であり、表面に炭化珪素を約１
００μｍコーティングしたものである。この口径変換治
具３０に、表面の熱酸化膜が除去された６Ｈ−ＳｉＣ基
板を設置し、６Ｈ−ＳｉＣ基板を設置済の変換治具３０
を、図２で示した成長室１０ａ内に設置し、成長室１０
ａおよび筐体１１内の空間１３を１０ -4 Ｐａ台の真空度
にまで真空排気した。
【００２３】次にガス供給系より水素２ｌｍを供給して
成長室内の圧力を１３．３ｋＰａとし、続いてガス供給
系よりアルゴン１ｌｍを供給して、断熱材で満たされた
空間１３の圧力を６６５Ｐａとした。この流量を維持し
ながら、誘導加熱装置を用いて、コイル１２に、１７．
５ｋＨｚ、１６ｋＷの高周波電力を印加して、５００℃
／分以上の昇温速度で成長室１０ａを加熱した。６Ｈ−
ＳｉＣ基板の温度は１６００℃で一定に制御した。高周
波電力を印加してから１０分後に、水素およびアルゴン
の流量は一定のまま、プロパンを０．５ｃｃｍ、シラン
を１ｃｃｍ供給することにより６Ｈ−ＳｉＣ基板上に６
Ｈ−ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長することができ
た。基板上の結晶が６Ｈ−ＳｉＣであることは、Ｘ線回
折により確認した。口径変換治具３０の支持部３１が接
していた部分を除いて、６Ｈ−ＳｉＣ基板全面に６Ｈ−
ＳｉＣ単結晶がエピタキシャル成長した。顕微鏡での観
察により、６Ｈ−ＳｉＣ基板に最初から存在したマイク
ロパイプの影響を受けた結晶欠陥が若干見られたが、そ
の他の結晶粒等は特に認められず、成長室１０ａの壁面
等から生ずるダストが基板面に付着して引き起こされた
ような結晶欠陥は認められなかった。
成長室内の圧力を１３．３ｋＰａとし、続いてガス供給
系よりアルゴン１ｌｍを供給して、断熱材で満たされた
空間１３の圧力を６６５Ｐａとした。この流量を維持し
ながら、誘導加熱装置を用いて、コイル１２に、１７．
５ｋＨｚ、１６ｋＷの高周波電力を印加して、５００℃
／分以上の昇温速度で成長室１０ａを加熱した。６Ｈ−
ＳｉＣ基板の温度は１６００℃で一定に制御した。高周
波電力を印加してから１０分後に、水素およびアルゴン
の流量は一定のまま、プロパンを０．５ｃｃｍ、シラン
を１ｃｃｍ供給することにより６Ｈ−ＳｉＣ基板上に６
Ｈ−ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長することができ
た。基板上の結晶が６Ｈ−ＳｉＣであることは、Ｘ線回
折により確認した。口径変換治具３０の支持部３１が接
していた部分を除いて、６Ｈ−ＳｉＣ基板全面に６Ｈ−
ＳｉＣ単結晶がエピタキシャル成長した。顕微鏡での観
察により、６Ｈ−ＳｉＣ基板に最初から存在したマイク
ロパイプの影響を受けた結晶欠陥が若干見られたが、そ
の他の結晶粒等は特に認められず、成長室１０ａの壁面
等から生ずるダストが基板面に付着して引き起こされた
ような結晶欠陥は認められなかった。
【００２４】次に、結晶成長時間を変化させたときの、
６Ｈ−ＳｉＣ基板上に結晶成長した６Ｈ−ＳｉＣの膜厚
を測定した。膜厚は、口径変換治具３０の支持部３１に
よりマスクされた部分とエピタキシャル成長部分を触針
段差計で走査することにより算出した。この図より明ら
かなように、上記の条件においてエピタキシャル成長速
度は１時間あたり１０μｍ以上であり、従来のエピタキ
シャル成長速度（１〜３μｍ／時間）より大幅に高速な
エピタキシャル成長速度が実現できた。また、膜厚分布
を測定したところ、口径変換治具３０の支持部３１が接
していた部分を除いた直径１８ｍｍの領域内で、面内膜
厚分布は２％以内であり、均一なエピタキシャル成長が
実現できたことを確認した。
６Ｈ−ＳｉＣ基板上に結晶成長した６Ｈ−ＳｉＣの膜厚
を測定した。膜厚は、口径変換治具３０の支持部３１に
よりマスクされた部分とエピタキシャル成長部分を触針
段差計で走査することにより算出した。この図より明ら
かなように、上記の条件においてエピタキシャル成長速
度は１時間あたり１０μｍ以上であり、従来のエピタキ
シャル成長速度（１〜３μｍ／時間）より大幅に高速な
エピタキシャル成長速度が実現できた。また、膜厚分布
を測定したところ、口径変換治具３０の支持部３１が接
していた部分を除いた直径１８ｍｍの領域内で、面内膜
厚分布は２％以内であり、均一なエピタキシャル成長が
実現できたことを確認した。
【００２５】なお、原料ガスの炭素原子と珪素原子の比
について、炭素／珪素＝０．５で実施したが、本実施の
形態はこの比を限定するものではない。基板温度や圧力
により、結晶性の良好な炭化珪素を得るための比は異な
るが、本実施の形態における基板温度１６００℃および
圧力１３．３ｋＰａの条件下では、炭素／珪素比は０．
３５〜８．０が好ましい。
について、炭素／珪素＝０．５で実施したが、本実施の
形態はこの比を限定するものではない。基板温度や圧力
により、結晶性の良好な炭化珪素を得るための比は異な
るが、本実施の形態における基板温度１６００℃および
圧力１３．３ｋＰａの条件下では、炭素／珪素比は０．
３５〜８．０が好ましい。
【００２６】また、本実施の形態において、基板温度は
１６００℃としたが、さらに高温にすることによりエピ
タキシャル成長速度を高めることが可能であることはい
うまでもない。ただしこの場合は、成長した結晶の高温
水素ガスによるエッチングを抑制するために、成長室１
０ａに供給される水素ガスを不活性ガスで希釈すると有
効である。
１６００℃としたが、さらに高温にすることによりエピ
タキシャル成長速度を高めることが可能であることはい
うまでもない。ただしこの場合は、成長した結晶の高温
水素ガスによるエッチングを抑制するために、成長室１
０ａに供給される水素ガスを不活性ガスで希釈すると有
効である。
【００２７】なお、本発明は、エピタキシャル成長装置
について、図１のように筐体１１を縦に配置する縦型の
装置に限定するものではなく、反応ガスを成長室１０ａ
の下部より供給する構成であれば、どのような形状でも
かまわない。例えば、図４のように、筐体１１が横に向
いた横型の装置であってもよい。
について、図１のように筐体１１を縦に配置する縦型の
装置に限定するものではなく、反応ガスを成長室１０ａ
の下部より供給する構成であれば、どのような形状でも
かまわない。例えば、図４のように、筐体１１が横に向
いた横型の装置であってもよい。
【００２８】また、本発明は、エピタキシャル成長装置
の成長室についても、その形や基板の置き方等を制限す
るものではなく、例えば、図５のように基板２０を斜め
に設置してもよいし、図６のように、壁面に設置しても
差し支えない。
の成長室についても、その形や基板の置き方等を制限す
るものではなく、例えば、図５のように基板２０を斜め
に設置してもよいし、図６のように、壁面に設置しても
差し支えない。
【００２９】また、上記の実施の形態１および２におい
ては炭化珪素のエピタキシャル成長について説明した
が、上記実施の形態以外の組み合わせでもよい。例え
ば、４Ｈ−ＳｉＣを基板として４Ｈ−ＳｉＣをホモエピ
タキシャル成長させたり、珪素基板上に成長した３Ｃ−
ＳｉＣを基板として、３Ｃ−ＳｉＣ上に３Ｃ−ＳｉＣを
ホモエピタキシャル成長させてもよい。さらに、結晶成
長面やオフカット角、オフカット方向についても限定し
ない。もちろん、基板や原料ガスを選択すれば、炭化珪
素に限らず、他の結晶についても高速で均一にエピタキ
シャル成長できることは明白である。また、反応ガスと
ともにドーパントとなる不純物を成長室１０ａ内に供給
することにより、成長した結晶のｐ形、ｎ形の導電性制
御が可能である。
ては炭化珪素のエピタキシャル成長について説明した
が、上記実施の形態以外の組み合わせでもよい。例え
ば、４Ｈ−ＳｉＣを基板として４Ｈ−ＳｉＣをホモエピ
タキシャル成長させたり、珪素基板上に成長した３Ｃ−
ＳｉＣを基板として、３Ｃ−ＳｉＣ上に３Ｃ−ＳｉＣを
ホモエピタキシャル成長させてもよい。さらに、結晶成
長面やオフカット角、オフカット方向についても限定し
ない。もちろん、基板や原料ガスを選択すれば、炭化珪
素に限らず、他の結晶についても高速で均一にエピタキ
シャル成長できることは明白である。また、反応ガスと
ともにドーパントとなる不純物を成長室１０ａ内に供給
することにより、成長した結晶のｐ形、ｎ形の導電性制
御が可能である。
【００３０】また、上記の実施の形態１および２におい
ては成長室１０ａはカーボン製であり、誘導加熱により
加熱したが、材質については炭素系材料が好ましい。も
ちろん、炭化珪素製であってもかまわない。
ては成長室１０ａはカーボン製であり、誘導加熱により
加熱したが、材質については炭素系材料が好ましい。も
ちろん、炭化珪素製であってもかまわない。
【００３１】また、効率よく成長室全体を加熱するため
には誘導加熱による加熱が好ましいが、成長室全体を均
一に加熱でき、所望の基板温度が得られれば、他の加熱
方式であっても差し支えない。
には誘導加熱による加熱が好ましいが、成長室全体を均
一に加熱でき、所望の基板温度が得られれば、他の加熱
方式であっても差し支えない。
【００３２】また、上記の実施の形態１および２におい
ては成長室１０ａは断熱材１４で覆われているが、断熱
材１４がない場合は、より大きい高周波電力を印加する
必要があった。成長室の熱の逃げを防ぎ、効率よく成長
室全体を加熱するためには断熱材１４があったほうがよ
い。
ては成長室１０ａは断熱材１４で覆われているが、断熱
材１４がない場合は、より大きい高周波電力を印加する
必要があった。成長室の熱の逃げを防ぎ、効率よく成長
室全体を加熱するためには断熱材１４があったほうがよ
い。
【００３３】また、上記の実施の形態１および２におい
ては、成長室１０ａ内の圧力が１３３Ｐａから大気圧ま
での範囲で、成長速度９μｍ／時間以上、面内均一性３
％のエピタキシャル成長が実現できた。１３３Ｐａ未満
の圧力の場合は、ガスが希薄になり、エピタキシャル成
長速度が大幅に低下した。
ては、成長室１０ａ内の圧力が１３３Ｐａから大気圧ま
での範囲で、成長速度９μｍ／時間以上、面内均一性３
％のエピタキシャル成長が実現できた。１３３Ｐａ未満
の圧力の場合は、ガスが希薄になり、エピタキシャル成
長速度が大幅に低下した。
【００３４】また、上記の実施の形態１および２につい
ては、空間１３の圧力は６６５Ｐａとしたが、成長室１
０ａ内の圧力より低圧であれば、圧力は何Ｐａでもよ
い。空間１３内の圧力が成長室１０ａ内の圧力より高い
場合は、成長室１０ａの接合部２７より圧力差により成
長室１０ａ内に不活性ガスが流入した形跡が認められ、
結晶のモフォロジーが悪くなった。
ては、空間１３の圧力は６６５Ｐａとしたが、成長室１
０ａ内の圧力より低圧であれば、圧力は何Ｐａでもよ
い。空間１３内の圧力が成長室１０ａ内の圧力より高い
場合は、成長室１０ａの接合部２７より圧力差により成
長室１０ａ内に不活性ガスが流入した形跡が認められ、
結晶のモフォロジーが悪くなった。
【００３５】また、上記の実施の形態１および２につい
ては、高周波電力の周波数を１７．５ｋＨｚで実施した
が、所望の基板温度が得られれば、他の周波数でも差し
支えない。１００ｋＨｚや２００ｋＨｚの高い周波数で
あってもよいし、４ｋＨｚ程度の低い周波数であっても
よい。
ては、高周波電力の周波数を１７．５ｋＨｚで実施した
が、所望の基板温度が得られれば、他の周波数でも差し
支えない。１００ｋＨｚや２００ｋＨｚの高い周波数で
あってもよいし、４ｋＨｚ程度の低い周波数であっても
よい。
【００３６】
【発明の効果】以上のように本発明は、基板を成長室内
部に設置し、成長室全体を加熱して、成長室内部に供給
されるガスを効率よく熱分解し、下方より基板上に高密
度にガスを供給し、上部から排出することにより、ガス
の乱流を防ぎ、基板上のガス分布を均一にするエピタキ
シャル成長装置であり、高速かつ、膜厚分布や結晶性の
ばらつきを抑制するエピタキシャル成長法を実現できる
ものである。
部に設置し、成長室全体を加熱して、成長室内部に供給
されるガスを効率よく熱分解し、下方より基板上に高密
度にガスを供給し、上部から排出することにより、ガス
の乱流を防ぎ、基板上のガス分布を均一にするエピタキ
シャル成長装置であり、高速かつ、膜厚分布や結晶性の
ばらつきを抑制するエピタキシャル成長法を実現できる
ものである。
【図１】本発明のエピタキシャル成長装置の概略を示す
図
図
【図２】本発明のエピタキシャル成長装置の成長室の概
略を示す図
略を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における口径変換治具
【図４】本発明のエピタキシャル成長装置の概略の他の
例を示す図
例を示す図
【図５】本発明のエピタキシャル成長装置の成長室の他
の例を示す図
の例を示す図
【図６】本発明のエピタキシャル成長装置の成長室の別
の例を示す図
の例を示す図
【図７】従来のエピタキシャル晶成長装置の概略を示す
図
図
１０ａ 成長室
１１ 筐体
１２ コイル
１４ 断熱材
２０ 基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−268099（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−51275（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−56596（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−349742（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−48688（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−221389（ＪＰ，Ａ)
国際公開97／13013（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C30B 1/00 - 35/00
C23C 16/44
H01L 21/205
Claims (8)
- 【請求項１】 内部に基板を設置する空間を有する成長
室と、成長室を覆う筐体と、成長室を加熱する加熱装置
と、成長室および筐体にガスを供給するガス供給系と、
成長室および筐体を排気する排気系を具備し、成長室お
よび筐体がともにガスの供給口および排出口を有し、成
長室の下部よりガスを供給することを特徴とするエピタ
キシャル成長装置。 - 【請求項２】 成長室が炭素系材料からなり、誘導加熱
により加熱される請求項１に記載のエピタキシャル成長
装置。 - 【請求項３】 成長室が断熱材で覆われている請求項１
または２に記載のエピタキシャル成長装置。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３に記載のエピタキ
シャル成長装置を用い、高温に加熱された成長室内部の
空間に設置された基板上に結晶をエピタキシャル成長さ
せる工程において、筐体の内部かつ成長室外部の圧力
が、成長室内部の圧力より低圧に保持されたエピタキシ
ャル成長法。 - 【請求項５】 少なくとも炭素または珪素を含む原料を
ガス化して、成長室内に設置された基板上に炭化珪素を
成長させる請求項４に記載のエピタキシャル成長法。 - 【請求項６】 基板が珪素である請求項５に記載のエピ
タキシャル成長法。 - 【請求項７】 基板が炭化珪素である請求項５に記載の
エピタキシャル成長法。 - 【請求項８】 成長室内部の圧力が１３３Ｐａ以上大気
圧以下である請求項４から請求項７に記載のエピタキシ
ャル成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32774997A JP3508519B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | エピタキシャル成長装置およびエピタキシャル成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32774997A JP3508519B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | エピタキシャル成長装置およびエピタキシャル成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11157988A JPH11157988A (ja) | 1999-06-15 |
| JP3508519B2 true JP3508519B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=18202562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32774997A Expired - Fee Related JP3508519B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | エピタキシャル成長装置およびエピタキシャル成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3508519B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016171009A1 (ja) * | 2015-04-22 | 2016-10-27 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法 |
| JP2016207836A (ja) * | 2015-04-22 | 2016-12-08 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法 |
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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 |
| JP2003234296A (ja) * | 2002-02-07 | 2003-08-22 | Denso Corp | 炭化珪素単結晶の製造装置 |
| US9017629B2 (en) | 2005-09-28 | 2015-04-28 | Ii-Vi Incorporated | Intra-cavity gettering of nitrogen in SiC crystal growth |
| JP5051875B2 (ja) | 2006-12-25 | 2012-10-17 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置および成膜方法 |
| US8221546B2 (en) * | 2008-03-26 | 2012-07-17 | Ss Sc Ip, Llc | Epitaxial growth on low degree off-axis SiC substrates and semiconductor devices made thereby |
| JP5423069B2 (ja) * | 2009-03-12 | 2014-02-19 | 株式会社デンソー | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP5316612B2 (ja) * | 2011-08-09 | 2013-10-16 | 日立金属株式会社 | 炭化珪素半導体エピタキシャル基板の製造方法 |
| JP5333804B2 (ja) * | 2012-06-08 | 2013-11-06 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置および成膜方法 |
| JP2015145536A (ja) * | 2015-03-24 | 2015-08-13 | セイコーエプソン株式会社 | 立方晶炭化珪素膜の製造方法 |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP32774997A patent/JP3508519B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016171009A1 (ja) * | 2015-04-22 | 2016-10-27 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法 |
| JP2016207836A (ja) * | 2015-04-22 | 2016-12-08 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法 |
| US10158035B2 (en) | 2015-04-22 | 2018-12-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor stack, light-receiving device, and method for producing semiconductor stack |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11157988A (ja) | 1999-06-15 |
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