JP4123319B2 - ｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相成長法（ＣＶＤ）によるｐ型立方晶炭化珪素（３Ｃ-ＳiＣ）単結晶薄膜の製造方法に関し、特に、この単結晶薄膜の伝導性の制御性を向上させた製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立方晶炭化珪素（３Ｃ-ＳiＣ）はノンドープにおいてｎ型の伝導性を示す半導体である。そのため、ｐ型の伝導性を示す結晶を得るには、アルミニウム（Ａl）、ホウ素（Ｂ）等の元素をドーパントとして結晶成長中に添加する。Ａlをドーパントとして用いる場合、Ａlの原料としては有機金属化合物であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等が用いられる。これらの有機金属化合物は大気圧下では液体であるので、ｐ型３Ｃ-ＳiＣの製造にあたっては、水素ガスを液体中に吹き込む（バブリング）ことによって水素ガス中にこれらの有機金属を混合させ、その混合ガスを結晶成長時に原料ガスと共に供給する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ｐ型３Ｃ-ＳiＣの製造には主としてＴＭＡが用いられてきた。ＴＭＡは大気圧下、室温では液体であるが、蒸気圧が高いために、バブリングによるＴＭＡの供給の制御が難しく、Ａlが高濃度に結晶中に取り込まれてしまう傾向がある。その結果、結晶性や電気特性が向上せず、高品位のｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶を得ることが困難であるという問題があった。
【０００４】
また、ＴＭＡやＴＥＡ等の有機金属化合物は、空気と接触すると発火する、水や炭酸ガス等と爆発的に反応するなど、使用するにあたっての危険が伴う。
そこで本発明の目的は、Ａlの濃度制御を改善して高品位のｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶を得るとともに、Ａlをドープさせたｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶を製造する工程の安全性を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によれば、化学気相成長法によって炭化珪素の原料ガスを高温で化学反応させてシリコン基板上に炭化珪素単結晶薄膜を生成させるとともに、アルミニウム（Ａl）をドーパントとして前記単結晶薄膜中に添加することによって、前記シリコン基板上にｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜を生成させる方法であって、前記アルミニウムの原料としてアルミナを用い、前記アルミナをカーボンとともに加熱することによってアルミナを分解させ、これによって生成したアルミニウムをドーパントとして前記単結晶薄膜中に添加することを特徴とする、ｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜の製造方法が提供される。
【０００６】
このように、本発明においてはドーパントであるＡlの原料としてアルミナを使用する。アルミナは融点が２０００℃以上であり、高温に耐えるセラミックスである。しかし、これをカーボンと一緒に加熱すると、還元反応により（１）式のように、Ａlと二酸化炭素（ＣＯ2）に分解する。
【０００７】
２Ａl2Ｏ3＋３Ｃ → ４Ａl＋３ＣＯ2 （１）
本発明の方法は、この反応を利用してアルミナからＡlを取り出し、これを炭化珪素単結晶中に添加するものである。
【０００８】
アルミナはカーボン製のブロック内部に挿入するか、あるいはこのブロック上に置く。そしてブロックを加熱することによってアルミナを分解させる。
【０００９】
【実施例】
実施例１
縦型減圧ＣＶＤ装置を用い、Ａlをドーパントとしたｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶薄膜の結晶成長を行う。図１に示すように、この装置は縦型の石英製反応管（1）を有し、反応管（1）の内部にはカーボン製のシャフト（3）で支持されたカーボン製サセプター（5）を有する。アルミナは、図１の一部拡大断面図に示すように、サセプター（5）の温度モニター用熱電対（7）にアルミナ管（9）として被せるように設置し、これをサセプター（5）の裏面中央部に設けた穴に挿入しておく。
【００１０】
この状態で結晶成長を以下のように行った。基板としてＳi基板（11）を用い、この基板をサセプター（5）の上に載せる。そして反応管（1）に水素ガスとプロパンガスを導入しながら高周波コイル（13）によって基板（11）とサセプター（5）を１３００℃に加熱し、その状態を５分間維持して基板（11）の表面を炭化する。その後、シランガスを導入してＳi基板（11）の表面に３Ｃ-ＳiＣ単結晶を成長させた。成長条件は、サセプター温度１３００℃、反応管内圧力１００Torr、水素ガス流量２.０slm、プロパンガス流量０.５２sccm、シランガス流量０.５sccmとした。
【００１１】
製造した３Ｃ-ＳiＣ単結晶薄膜について２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いて調べたところ、結晶構成元素であるＳi、Ｃの他にＡlが検出され、アルミナを用いる本発明の方法によりＡlがドープされることがわかった。ホール係数測定を行ったところ、この３Ｃ-ＳiＣ単結晶はｐ型の伝導性を示し、正孔濃度は１〜５×１０16cm3、正孔移動度は２０〜３０cm2／Vsであった。
【００１２】
実施例２
実施例１に使用したのと同じＣＶＤ装置を用い、結晶成長中にサセプター温度を１３００℃、１３２０℃、１３５０℃と変化させて３Ｃ-ＳiＣ単結晶の結晶成長を行った。サセプター温度以外の成長条件は実施例１と同じにした。
【００１３】
得られた結晶中のＡlの濃度を２次イオン質量分析装置を用いて調べたところ、サセプター温度が１３００℃でＡl濃度が３×１０16cm-3、１３２０℃で２×１０17cm-3、１３５０℃で１×１０18cm-3検出された。このことから、サセプター（5）の温度を変化させることにより、Ａlの濃度を容易に制御できることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のＴＭＡ等の有機金属化合物を用いて製造したものと同等の電気特性を有するｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶薄膜を、従来よりも安全かつ簡便に得ることができる。また結晶中のＡlの濃度を容易に制御することもできるので、この単結晶薄膜の伝導性の制御性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法を実施するための化学気相成長装置を示す模式図であり、一部拡大断面図を含む。
【符号の説明】
１：石英製反応管、３：カーボン製シャフト、５：カーボン製サセプター、７：温度モニター用熱電対、９：アルミナ管、１１：Ｓi基板、１３：高周波コイル、１５：流量計、１７：精製器、１９：ドライポンプ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相成長法（ＣＶＤ）によるｐ型立方晶炭化珪素（３Ｃ-ＳiＣ）単結晶薄膜の製造方法に関し、特に、この単結晶薄膜の伝導性の制御性を向上させた製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立方晶炭化珪素（３Ｃ-ＳiＣ）はノンドープにおいてｎ型の伝導性を示す半導体である。そのため、ｐ型の伝導性を示す結晶を得るには、アルミニウム（Ａl）、ホウ素（Ｂ）等の元素をドーパントとして結晶成長中に添加する。Ａlをドーパントとして用いる場合、Ａlの原料としては有機金属化合物であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等が用いられる。これらの有機金属化合物は大気圧下では液体であるので、ｐ型３Ｃ-ＳiＣの製造にあたっては、水素ガスを液体中に吹き込む（バブリング）ことによって水素ガス中にこれらの有機金属を混合させ、その混合ガスを結晶成長時に原料ガスと共に供給する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ｐ型３Ｃ-ＳiＣの製造には主としてＴＭＡが用いられてきた。ＴＭＡは大気圧下、室温では液体であるが、蒸気圧が高いために、バブリングによるＴＭＡの供給の制御が難しく、Ａlが高濃度に結晶中に取り込まれてしまう傾向がある。その結果、結晶性や電気特性が向上せず、高品位のｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶を得ることが困難であるという問題があった。
【０００４】
また、ＴＭＡやＴＥＡ等の有機金属化合物は、空気と接触すると発火する、水や炭酸ガス等と爆発的に反応するなど、使用するにあたっての危険が伴う。
そこで本発明の目的は、Ａlの濃度制御を改善して高品位のｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶を得るとともに、Ａlをドープさせたｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶を製造する工程の安全性を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によれば、化学気相成長法によって炭化珪素の原料ガスを高温で化学反応させてシリコン基板上に炭化珪素単結晶薄膜を生成させるとともに、アルミニウム（Ａl）をドーパントとして前記単結晶薄膜中に添加することによって、前記シリコン基板上にｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜を生成させる方法であって、前記アルミニウムの原料としてアルミナを用い、前記アルミナをカーボンとともに加熱することによってアルミナを分解させ、これによって生成したアルミニウムをドーパントとして前記単結晶薄膜中に添加することを特徴とする、ｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜の製造方法が提供される。
【０００６】
このように、本発明においてはドーパントであるＡlの原料としてアルミナを使用する。アルミナは融点が２０００℃以上であり、高温に耐えるセラミックスである。しかし、これをカーボンと一緒に加熱すると、還元反応により（１）式のように、Ａlと二酸化炭素（ＣＯ2）に分解する。
【０００７】
２Ａl2Ｏ3＋３Ｃ → ４Ａl＋３ＣＯ2 （１）
本発明の方法は、この反応を利用してアルミナからＡlを取り出し、これを炭化珪素単結晶中に添加するものである。
【０００８】
アルミナはカーボン製のブロック内部に挿入するか、あるいはこのブロック上に置く。そしてブロックを加熱することによってアルミナを分解させる。
【０００９】
【実施例】
実施例１
縦型減圧ＣＶＤ装置を用い、Ａlをドーパントとしたｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶薄膜の結晶成長を行う。図１に示すように、この装置は縦型の石英製反応管（1）を有し、反応管（1）の内部にはカーボン製のシャフト（3）で支持されたカーボン製サセプター（5）を有する。アルミナは、図１の一部拡大断面図に示すように、サセプター（5）の温度モニター用熱電対（7）にアルミナ管（9）として被せるように設置し、これをサセプター（5）の裏面中央部に設けた穴に挿入しておく。
【００１０】
この状態で結晶成長を以下のように行った。基板としてＳi基板（11）を用い、この基板をサセプター（5）の上に載せる。そして反応管（1）に水素ガスとプロパンガスを導入しながら高周波コイル（13）によって基板（11）とサセプター（5）を１３００℃に加熱し、その状態を５分間維持して基板（11）の表面を炭化する。その後、シランガスを導入してＳi基板（11）の表面に３Ｃ-ＳiＣ単結晶を成長させた。成長条件は、サセプター温度１３００℃、反応管内圧力１００Torr、水素ガス流量２.０slm、プロパンガス流量０.５２sccm、シランガス流量０.５sccmとした。
【００１１】
製造した３Ｃ-ＳiＣ単結晶薄膜について２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いて調べたところ、結晶構成元素であるＳi、Ｃの他にＡlが検出され、アルミナを用いる本発明の方法によりＡlがドープされることがわかった。ホール係数測定を行ったところ、この３Ｃ-ＳiＣ単結晶はｐ型の伝導性を示し、正孔濃度は１〜５×１０16cm3、正孔移動度は２０〜３０cm2／Vsであった。
【００１２】
実施例２
実施例１に使用したのと同じＣＶＤ装置を用い、結晶成長中にサセプター温度を１３００℃、１３２０℃、１３５０℃と変化させて３Ｃ-ＳiＣ単結晶の結晶成長を行った。サセプター温度以外の成長条件は実施例１と同じにした。
【００１３】
得られた結晶中のＡlの濃度を２次イオン質量分析装置を用いて調べたところ、サセプター温度が１３００℃でＡl濃度が３×１０16cm-3、１３２０℃で２×１０17cm-3、１３５０℃で１×１０18cm-3検出された。このことから、サセプター（5）の温度を変化させることにより、Ａlの濃度を容易に制御できることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のＴＭＡ等の有機金属化合物を用いて製造したものと同等の電気特性を有するｐ型３Ｃ-ＳiＣ単結晶薄膜を、従来よりも安全かつ簡便に得ることができる。また結晶中のＡlの濃度を容易に制御することもできるので、この単結晶薄膜の伝導性の制御性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法を実施するための化学気相成長装置を示す模式図であり、一部拡大断面図を含む。
【符号の説明】
１：石英製反応管、３：カーボン製シャフト、５：カーボン製サセプター、７：温度モニター用熱電対、９：アルミナ管、１１：Ｓi基板、１３：高周波コイル、１５：流量計、１７：精製器、１９：ドライポンプ。
Claims (3)
- 化学気相成長法によって炭化珪素の原料ガスを高温で化学反応させてシリコン基板上に炭化珪素単結晶薄膜を生成させるとともに、アルミニウムをドーパントとして前記単結晶薄膜中に添加することによって、前記シリコン基板上にｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜を生成させる方法において、前記アルミニウムの原料としてアルミナを用い、前記アルミナをカーボンとともに加熱することによってアルミナを分解させ、これによって生成したアルミニウムをドーパントとして前記単結晶薄膜中に添加することを特徴とする、ｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜の製造方法。
- 前記アルミナを前記カーボンと接触させて両者を加熱することによってアルミナを分解させることを特徴とする、請求項１に記載の炭化珪素単結晶薄膜の製造方法。
- 前記加熱の温度を変化させることによって前記単結晶薄膜中のアルミニウムの濃度を制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP26162099A JP4123319B2 (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | ｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26162099A JP4123319B2 (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | ｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001085341A JP2001085341A (ja) | 2001-03-30 |
| JP4123319B2 true JP4123319B2 (ja) | 2008-07-23 |
Family
ID=17364437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26162099A Expired - Fee Related JP4123319B2 (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | ｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜の製造方法 |
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| Country | Link |
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| US12006591B2 (en) * | 2020-03-02 | 2024-06-11 | Ii-Vi Advanced Materials, Llc | Method for preparing an aluminum doped silicon carbide crystal by providing a compound including aluminum and oxygen in a capsule comprised of a first and second material |
| KR20240032863A (ko) * | 2021-07-30 | 2024-03-12 | 에이지씨 가부시키가이샤 | 반도체 제조 장치용의 부재 및 그러한 부재를 제조하는 방법 |
-
1999
- 1999-09-16 JP JP26162099A patent/JP4123319B2/ja not_active Expired - Fee Related
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