JPH02296799A

JPH02296799A - 炭化珪素の成長方法

Info

Publication number: JPH02296799A
Application number: JP11770589A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Oshita; 祥雄大下
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1990-12-07

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】（産業上の利用分野）本発明は炭化珪素成長方法に関し、特に成長層の膜厚が
精密に制御された炭化珪素成長方法に関する。

（従来の技術）ＣＶＤ法による炭化珪素結晶成長に於いて、大口径の基
板に均一に、または特定の場所に膜厚の制御性良く炭化
珪素膜を形成することはデバイスの設計上重要である。

従来、結晶の成長は、加熱された基板をキャリアガスで
ある水素ガスとシリコンは原料ガスと炭化原料ガスの混
合ガス雰囲気にさらすことにより行なわれている。５ｉ
Ｈ２Ｃ１２、Ｃ３Ｈ８を原料ガスとした結晶成長を例に
とって説明すると、縦型あるいは横型の反応管の中に、
通常１３００６Ｃ程度に加熱したサセプタ上に炭化珪素
基板を保持し、水素ガスに対して数％程度の５ｉＨ２Ｃ
Ｉ２ガス、ならびにＣ５Ｈｇガスを混合させたものを反
応管の上流から流すことにより基板の上に炭化珪素を堆
積させている。膜厚は原料ガス濃度を変化させることに
より制御する。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら通常の成膜条件に於いては、原料の供給段
階が成膜速度の律速段階となっている。

このため、原料ガスの流れに対して上流に位置する部分
は膜厚が厚く、下流にいくにしたがい膜厚が薄くなって
しまう。基板を回転させることにより基板の位置を変化
させ、基板のどの場所も流れに対して上流と下流の差を
無くして平均化させることが試みられているが、装置の
機構が複雑になることや、大口径の基板や複数の基板に
おいて均一な膜厚の成長層を成膜することが非常に困難
であるなどの問題点があった。

また、特に問題となるのは、薄い膜を堆積させる場合で
ある。薄い膜を堆積する方法には２つの方法がある。第
一は成膜時間を短くする方法であり、もう一つの方法は
原料ガスの濃度を下げることである。成長初期に於ては
ガスの流れが不安定であり、成長時間を短くすると均一
な膜を得ることが困難になる。また、濃度を下げた場合
に於いては、反応の律速過程は原料の供給となる。この
ため、上流部に於いて寄与した原料ガスに対して、この
上流部に置ける成膜に寄与すること無く下流に流れる原
料ガスの比は分圧が濃度が濃い場合に比較して小さくな
る。従って、下流に於いては濃度が濃い場合に比較して
成膜速度が上流よりもかなり遅くなり、その結果、成長
層の膜厚の不均一が増大してしまう。

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、基板面内において成長層の膜厚の不均一が極めて少な
い成長層、特に薄い成長層を得ることができる炭化珪素
膜成長方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明はシリコンの原料として５ｉＨ２Ｃ１２などの塩
化シリコン系ガスを原料としたＣＶＤ法による炭化珪素
結晶成長において、水素と水素以外の成長反応に関与し
ない非反応性ガスどの混合ガスを使用することを特徴と
する炭化珪素結晶成長方法である。

本発明によれば、キャリアガスとして、水素と窒素ある
いはヘリウム等の非反応性ガスとの混合ガスを用いるこ
とにより、成長の律速段階を原料の供給過程から表面反
応過程にすることができる。このため、本発明の炭化珪
素結晶成長方法によれば、原料の供給むらから生じる基
板面内における膜厚の不均一性を解消することが可能と
なる。

キャリアガスとしての水素と非反応性ガスとの比は原料
ガス濃度によって異なり、使用される原料濃度において
均一な炭化珪素膜膜厚が得られる最適の割合に適宜選択
され得る。また、炭素の原料ガス濃度は、その濃度を変
化させても成長速度が変化しないような濃度である必要
がある。

（作用）ＣＶＤ法において炭素の原料の濃度を増大していくと、
はじめは濃度に比例して成長速度が増大する。さらに濃
度を濃くしていくと、成長速度は炭素の原料ガスの濃度
に依存しなくなる。このような条件においては、５ｉＨ
２ＣＩ２あるいは５ｉＣＩ４のような塩化シリコン系ガ
スをシリコンの原料として用いると、最終的に成長して
いく反応を律速しでいるのは吸着した５ｉＣ１２から塩
素が離脱する過程となる。本発明者らは塩素の多くはリ
ーデル機構により水素と反応してＨＣｌの形で離脱する
ことを見い出した。このため他の成長条件（成長圧力、
総流量、原料ガスの濃度、成長温度など）を同一に保っ
たまま水素ガスの分圧を下げて行くと先の反応が次第に
起こりにくくなり塩素の離脱が成長速度を最終的に律速
するようになることが分かった。仮に塩化シリコン系ガ
スの濃度むらが生じた場合、供給が律速しでいる時には
成長速度は原料の濃度むらに比例して不均一となる。一
方、表面に於ける塩素の離脱反応が律速しでいる場合に
は、濃度むらに比例して成長速度が不均一になることは
なく、濃度むらの影響を受けにくくなる。すなわち濃度
むらが成長速度の面内均−性大きく変える原因にはなら
ない。本発明者らが検討したところ、キャリアガス中に
水素を混合し、このときの水素分圧を制御することによ
り成長速度を面内で均一にでき、膜厚の制御が容易とな
ることが分がった。

従って、このような成長条件のもとで、成長を行なうこ
とにより、均一な膜厚の成長層を制御性良く作ることが
できる。

（実施例）次に本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説
明する。

実施例ト第１図は本発明の方法に用いられる炭化珪素成長装置の
一例を示す概略構成図である。

装置は、成長を行なう反応管１、基板８を保持するため
のサセプタ（ＳｉＣコートしたグラファイト製）２、基
板８ならびにサセプタ２を加熱する加熱装置３、ボンベ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、ガスミキサー５、流量制御部
６、各ガスの精製装置７ａ、７ｂから構成されている。

シリコンの原料としては、１００％５ｉＨ２Ｃ１２ガス
、炭素の原料ガスとしては１００％Ｃ３Ｈ８、キャリア
ガスとしては水素とアルゴンを使用している。各キャリ
アガスは高純度精製装置により精製して使用した。基板
として、シリコン（ｉｏｏ）を使用した。基板の前処理
としてはブランソン洗浄を行なった。成長直前に、水素
雰囲気中、１０００°０１１０分の条件でベーキングを
行ない、シリコン基板表面の自然酸化膜を除去した。そ
の後、１２５０°０１１０分、Ｃ３Ｈ５流量１０ｃｃ／
ｍｉｎの条件で表面を炭化した。その後、成長温度１２
００°Ｃ１成長圧力２５Ｔｏｒｒ、水素’ｔａ、量３１
／ｍｉｎ、アルゴン流量３１／ｍｉｎ　　５ｉＨ２ＣＩ
２流量１０ｃｃ／ｍｉｎ、　Ｃ３ＨＢ流量５０ｃｃ／ｍ
ｉｎ、成長時間１時間の条件で成長を行なった。その結
果、膜厚１±０．１ｐｍの均一な膜を得ることができた
。なお、成長温度１０００°Ｃ〜１３００°Ｃの範囲で
は膜厚の均一な膜が得られた。

（発明の効果）以上、詳細に述べた通り、本発明の方法によれば、塩化
シリコン系ガスを原料ガスとしたＣＶＤ法による炭化珪
素膜の成長を行なう際に、キャリアガスとして水素ガス
と反応の素過程に寄与しない非反応性のガスとの混合ガ
スを使用することにより、面内にわたり均一に膜厚が制
御された炭化珪素層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いられる炭化珪素成長装置の
一例を示す概略構成図である。１・・・反応管、２・・・サセプタ、３・・・加熱装置
、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ・・・ボンベ、５・・・ガス
ミキサー、６・・・流量制御部、７ａ、７ｂ・イｎ製装
置、８・・・基板。

Claims

【特許請求の範囲】

塩化シリコン系ガスをシリコンの原料ガスとしたＣＶＤ
法による炭化珪素の成長方法において、キャリアガスと
して、水素と水素以外の成長に関与しない非反応性ガス
との混合ガスを使用することを特徴とする炭化珪素の成
長方法。