JPH01502182A - 炭化ケイ素の製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 炭化ケイ素の製造 本発明はβ−炭化ケイ素の製造に関する。β−炭化ケイ素は、潜在的に価値のあ る半導体材料である。β−炭化ケイ素の価値は、［固相状態技術Ｊ　、１９８５ 年１１月、第１３３〜１３８頁においてジェー・ディ・パーソンスらにより論じ られている。

しかしながら、パーソンスらは、β−炭化ケイ素の問題点は如何にして満足でき る材料を生成させるがということであると指摘している。β−炭化ケイ素は蒸気 相エビタクシ−により作成される。しかしながら、特にβ−炭化ケイ素自体以外 の基材上にβ−炭化ケイ素を析出させるに際し困難が認められる。パーソンスら は、電子ビームによって蒸気化したｓｉと炭素源とするアセチレンガスとを用い るイオンめっきを使用するＴｉＣ上へのＳｉＣの化学的蒸気析出を開示する。

１２５０℃を越える基材温度が要求され、１４００”Ｃを越える温度でのみ良好 な品質の層が得られる。これらの高温と特別な基材すなわちＴＩＣとを使用する 必要性はこの方法の望ましくないυ１限である。

β−炭化ケイ素は結晶材料である。ケイ素および炭素の非晶質アロイの製造は可 能である。Ｕ　Ｓ　４，４５９，１６３号（マクディアルミドとキス）は、３９ ０℃の温度にて基材上でシランを熱分解させることによる非晶質ケイ素の製造を 開示する。メタンをシランに添加して炭素含有アロイを製造し得ることが記載さ れている。

ＥＰ　１１５，１２５号は、ｉｏ’　トルの空白で２７０℃で基材を用いシラン 、メタン並びに水素の混合物にグロー放電を施すことによる非晶質ケイ素炭素ア ロイの製造を開示する。

結晶炭化ケイ素を作成するのに要求されるより遥かに低い温度で非晶質ケイ素炭 素アロイを析出させ得るにも拘らず、結果物たるアロイは結晶材料の有利な電子 的特性を有しない。

Ｆ　Ｒ２，１５９，５９２号は、ケイ素上に供給する炭化水素、シラン並びに水 素の混合物中でケイ素基材を加熱することによりβ−炭化ケイ素の単結晶層を単 結晶ケイ素上に析出させ得ることを言明する。使用した温度または圧力条件の詳 細は与えられていない。商業的プロセスに望ましい比較的低い温度で単結晶β− 炭化ケイ素を単結晶ケイ素上に直接析出させるのが可能とは本出願人は認め得な かった。

Ｄ　Ｅ　３，４１５．７９９号は、化学的蒸気析出に続く単一結晶ＳｉＣの析出 による単結晶ケイ素上への多結晶ＳｉＣの析出を開示する。第１析出工程は大気 圧下で８００〜１２００℃、好ましくは１０００〜１１００℃で行い、第２段階 は大気圧下で１２００〜１４００℃である。例えば０．０１〜１００トル（１， ３３Ｐａの最小値に対応する）の減圧を使用する可能性に言及されているが、実 施例は与えられていない。

化学的蒸気析出は、高い温度を使用して満足し得る析出レベルを得る必要がある という欠点を有する。ケイ素の融点に近い高温では、基材中の不純物が遊離して 炭化ケイ素層の特性に逆行的影響を与える傾向が比較的大きくなり得る。ケイ素 基材とＳｉＣ層との間の熱膨張率の差も比較的大きく品質低下を招き得る。

本出願人は、結晶β−炭化ケイ素を作成する改良方法をこの度突き止めた。

本発明によれば、適合性基材上に結晶β−炭化ケイ素を析出させるに際し、炭化 水素蒸気とシランとの分圧１　ＰａＪＪ、下で基材を６００〜１０００℃の範囲 の温度に維持しつつ炭化水素蒸気とシランとの混合物にグロー放電を施すことか らなることを特徴とする結晶β−炭化ケイ素の析出方法が提供される。

基材は適合性基材とする。すなわち、使用する条件に耐えることができ、その格 子構造がβ−炭化ケイ素のものに適合しなければならない。適切な適合性基材の 例はＴｉＣである。

結晶ケイ素は適合性基材ではない。

しかしながら、純粋ケイ素からＳｉＣに対応する組成までの範囲の組成を有する 結晶ケイ素の表面上の層を生成させることにより適合性基材を製造することがで きる。これは２つの方法で行い得る。、１つの方法は、加熱基材を炭化水素ガス に接触させ、このガスにグロー放電を施すことにより結晶ケイ素基材の上部層に 炭素を導入するものである。他の方法は、シランを含有するガス混合物中でグロ ー放電し、リアクタ内に炭化水素を漸次導入して結晶ケイ素上に析出する層の連 続部分におけるＳｉ：Ｃ比をＳｉＣに対応する値に達するまで上昇させることに より結晶シリコン基材上にエビタクシ−シリコン層を析出させるものである。

本発明のグロー放電法はＰＥＣＶＤ法（プラズマ増強化学的蒸気析出）である。

その他の方法は、例えば１０　Ｐａ−１Ｏ−２Ｐａのような低圧でグ０−放電の 非存在下に、例えば８００℃〜１０００℃のような昇温下でケイ素基材を炭化水 素蒸気に接触させるものである。

使用前に基材を完全に洗浄すれば好適である。基材がその表面上に酸化物フィル ムを形成する何らかの傾向を有する場合、これは結晶層の析出に対し逆行的な影 響を与えることとなり得るため、水素の存在下で基材を加熱しグロー放電を施す ことにより酸化物を除去した後に緩衝層およびその後に炭化ケイ素を析出させ得 る。

炭化水素蒸気は、例えばメタンまたはエチレンのような分子中に１〜７の炭素原 子を含有する炭化水素により供給すれば好適である。

シランは、例えば５ｉＨａとし得る。

水素の存在下で炭化ケイ累析出工程を行うことができる。

析出に際し炭化水素／シラン混合物の炭素：ケイ素比を好ましくは１：１より掻 く僅か大きい値に、好ましくは０．５〜０．１の範囲のＣ：（Ｃ＋Ｓｉ）比に対 応する値に維持してＳｉＣにおける所望の１：１原子比の付与を図る。

基材温度は、好ましくは８００℃〜１０００℃の範囲とする。

シランおよび炭化水素の全分圧は１Ｐａ未満、好ましくは０、５Ｐａ未満とする 必要がある。

勿論、全圧を十分に高くしてグロー放電開始の阻害を図る必要はなく、好ましく は１０００Ｐａ以下とする。

無線周波エネルギを与えることによりグロー放電を行う。

半導体材料を調製する所定の技術で比較的低周波数の無線周波エネルギ（例えば 約１００ＫＨ２）を使用して基材ホルダの誘導加熱を与える。グロー放電を与え るのに必要な周波数は、一般に誘導加熱に使用するものより相当高く、例えばｉ 　ＨＨｚを越え、好ましくはｌ０ＨＨ２を越える。

一般に、グロー放電析出技術にあっては、従来より高い出力、例えば０．１〜１ ０ワツト／ｃｉの範囲の出力を使用するのが好適である。

比較的低い圧力は比較的低い温度で至適結果を得ることを可能にする。しかしな がら、与えられた析出方法については、極めて低い圧力は低い析出速度を招き得 る。

析出工程の時間は要求される層の厚さに依存する。

以下の実施例を参照して本発明をここに説明する。

実施例ま たて型管状真空チャンバの内部の基材ヒータ（ｉｏｏｏ℃達成可能）上に予備洗 浄単結晶ケイ素基材を固定した。１０−６トル（１，３ｘ　１Ｏ−４Ｐａ）未満 の圧力および約８５０℃のケイ素表面温度で４５分間サンプルを脱ガスした。そ の後チャンバに水素を導入して８×１０−１トル（１０６Ｐａ）まで圧力を上昇 させた。チャンバ内で約３０分間グロー放電を開始し、ケイ素表面から素酸化物 を除去した。周波数１３．５６８Ｈ２および出力３０ワツトの高周波数無線周波 エネルギを使用してグロー放電を開始した。水素放電操作をなお行いつつ水素流 速を低下させ、低流速のＣ２Ｈａをリアクタに導入した。最後に、水素の流速を ゼロに落とした。更に１０分間５Ｘ１０−３トルの圧力で純Ｃ２Ｈａ放電を維持 した。続いて０２　Ｈ４流速を低下させ、気相に少量のＳｉＨ４を添加し、全圧 を５　Ｘ　１０−３トル（０，７Ｐａ）に維持した。更に少なくとも１００分間 放電を進行させ、その時点で進行を止めた。

ケイ素上に析出した材料は、Ｘ線回折により好適な方向性を備える結晶β−炭化 ケイ素であることが示された。

実施例２ エチレンの代りにメタンを使用する以外は実施例１と同様にして実験を行った。

実施例１と同様に結晶β−炭化ケイ素が生成した。

実施例３ 次の点が異なる以外は実施例１と同様にして実験を行った。

酸化物除去工程後に水素放電を停止した。その後、２　Ｘ　１０’Ｐａの圧力で エチレン蒸気をチャンバに導入し、ケイ素を９００℃の温度で１０分間維持した 。

その後、エチレン、シラン蒸気並びに水素の混合物を２０Ｐａの全圧でチャンバ に導入した（エチレン対シランの比は１：０．９の炭素：ケイ素原子比を与える ようなものとした。）エチレンおよびシランの全分圧は０．５Ｐａだった。

実施例１と同様に放電を少なくとも１００分間続けた。

ケイ素上に析出した材料は、好適な方向性を備える結晶β−炭化ケイ素であるこ とが示された。

国際調査報告 、−一、わ、〜ｌ　Ａａｌｍｌ、＠７、。２゜／ＧＢ　Ｂ１１０゜８８゜　２− −・・−一−＾−畠１ｍ１ｌ＠、ｉ≧ＣＴ／ＧＢ８７１００８８０’

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．適合性基材上に結晶β−炭化ケイ素を析出させるに際し、炭化水素とシラン との全圧１Ｐａ以下で基材を６００〜１０００℃の範囲の温度に維持しつつ炭化 水素蒸気とシランとの混合物にグロー放電を施すことからなることを特徴とする 結晶β−炭化ケイ素の析出方法。
2. ２．全圧を１Ｐａ以下とする請求項１記載の方法。
3. ３．適合性基材を炭素を含有する上部層を有する結晶ケイ素とする請求項１記載 の方法。
4. ４．シランにグロー放電を施し炭化水素をガス混合物に漸次導入して結晶ケイ素 上に析出する層の連続部におけるＳｉ：Ｃ比をＳｉＣに対応する値に達するまで 上昇させることによって結晶ケイ素基材上にエピタクシーシリコン層を析出させ ることにより炭素を含有する上部層を有する結晶ケイ素を製造する請求項２記載 の方法。
5. ５．グロー放電の非存在下で昇温下に低圧でケイ素基材を炭化水素蒸気に接触さ せることにより炭素を含有する上部層を有する結晶ケイ素を製造する請求項３記 載の方法。
6. ６．炭化水素蒸気が分子中に１〜７の炭素原子を含有する請求項１乃至５いずれ かに記載の方法。
7. ７．炭化本業をエチレンとする請求項４記載の方法。
8. ８．シランをＳｉＨ４とする請求項１乃至７いずれかに記載の方法。
9. ９．炭化ケイ素の析出を水素の存在下で行う請求項１乃至８いずれかに記載の方 法。
10. １０．炭化水素／シラン混合物の炭素：炭化ケイ素比を炭化ケイ素の析出に際し １：１より極く僅か大きい値に維持する請求項１乃至９いずれかに記載の方法。
11. １１．基材温度を８００〜１０００℃の範囲とする請求項１乃至１０いずれかに 記載の方法。
12. １２．圧力を０．５Ｐａ未満とする請求項１乃至１１いずれかに記載の方法。