JPH0323287A - 炭化ケイ素単結晶の液相エピタキシャル成長方法 - 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】 （イ〉　産業上の利用分野 本発明は炭化ケイ素単結晶の液相エピタキシャル成長方
法に関する。

（ロ）従来の技術 一般に、炭化ケイ＠［ＳｉＣ］は、耐熱性および機械的
強度に優れ、放射線に対して強いなどの物理的、化学的
性質から耐環境半導体材料として注目されており、しか
もＳｉＣ結晶には同一の化学絹我に対して立方、六方な
どの種々の結晶Ｉｌｌ造が存在し、その禁制帯輻は２．
３９〜３．３３ｅＶと広範囲にわたるとともに、ｐｎ接
合の彩或が町能であることから、赤色から青色までのす
べての波長範囲の可視光を発する発行ダイオード材料と
して有望視され、なかでも室温において約３ｅＶの禁制
帯輻を有する６Ｈ型のＳｉＣ結晶は、青色発光ダイオー
ドの材料として用いられている。

そして、通常ＳｉＣ単結晶の戒長は液相エピタキシャル
或長方；去の一種であるディップ法によりｉテなわれ、
たとえば日刊工業新聞社発行の雑誌「電子技術」＠２６
巻、第１４号の頁１２８〜１２９に記載のような装置が
用いられている。すなわち、この装置は第３図に示すよ
うに溝戊されている。

図において（１）は黒鉛からなるるつぼ、（２）は該る
つぼ（１）を覆う蓋体で、その中央には開口部（３）が
設けられている。（４）はケイ素［５４コ融；αで、る
つぼ（１）内に充填されたケイ業原料を、るつぼ（１）
の外側に巻装された高周波誘導加熱コイル（図示せず）
でるつぼ（１）と共に加熱することによって形處される
。

（５）は黒鉛からなる棒状の基板ホルダーで、上記蓋体
（２）の開口部（３）を通って昇降可能となっている。

（６）は基板ホルダー（５）の一端に形戊され横形状の
欠損部、（７）は該欠損部（６）に挟普されたＳｉＣ単
結晶基板である． 斯る装置におけるＳｉＣ単結晶の戒長は、不活性ガス雰
囲気下で１６００〜１８００℃に加熱されたＳｉ融液（
４）中にＳｉＣ単結晶基板（７）を浸漬することにより
行われる。即ち、Ｓｉ磁液（４）中に、加熱されたるつ
ぼ（１）から炭素［Ｃ］が少量溶け込み、これが、Ｓｉ
融液（４）の対流により基板（７）表面近辺に選ばれて
Ｓｉと反応することによって基板（７）上にＳｉＣが威
長ずる。

また、ｎ型ＳｉＣの或長の際には、ドナー不純物として
窒化ケイ素［Ｓｉ．Ｎ，］がＳｉ融液（４）に添加され
るとともに、少量のアルミニウム［Ａ２コが添加され、
ｐ型ＳｉＣの威長の際には、アクセプタ不純物としてＡ
ｌが添加される。

ところで、斯るＳｉＣ単結晶の戊長においては、その戊
長の前に、るつぼ（１）の中に多結晶からなるケイ素片
及び不純物を充填した状態でるつぼ（１）内をＩ　Ｘ　
１　０　−’　〜Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｏ　−’Ｔａｒｒ程度に
減圧し、当該るつぼ（１）をＳｉも不純物を融解しない
温度に加熱保持し、るつぼ（１）のベーキングを行う。

これは、るつぼ（１）中の不所望な残留水分や池の残留
不純物を除去することを目的としたものである。

（ハ）発明が解決しようとする課題 斯るベーキングによる残留不純物の除去はベーキング温
度が高い程効果がある。しかし乍ら、Ｓｉの融点は１４
１２℃と高いものの、一般にＳｉＣ添加される不純物の
融点はＳｉの融点に比べて低い。例えばｐ型不純物であ
る／ｌの融点は６６Ｏ℃である。ここで、ベーキングを
不純物の融点より高い温度で行うと、不純物が融解し、
その蒸気圧によって飛散するため、従来のベーキングに
は、不純物の融点より低い温度，例えばＡｔを添加する
場合では６６０℃以下で行わなければならず、十分な残
留不純物除去ができなかった。

また、ＳｉＣの単結晶威長温度は１６００〜１８００℃
とＡｊの融点に比べ非常に高く、Ａｔはベーキングの後
、成長温度に昇温する際に融解し、その蒸気圧によって
るつぼの外に飛散してしまう。このため、Ａｔの添加量
を場加しても、戊長結晶のキャリアｒｌｌ度は直線的に
増加せず、飽和する傾向を示す。而して、従来方法では
高キャリア濃度の結晶が得られにくく、その再曳性も悪
いといった欠点があった。

したがって本発明は、ベーキング濃度を高くすることが
できると共に、高キャリア濃度の結晶が再現性良く處長
可能な方法を提供するものである。

（二）課題を解決するための手段 本発明は、炭化ケイ素単結晶基板を、黒鉛からなるるつ
ぼ内に充填され所望の不純物が添加されたケイ素Ｍ液中
に浸漬し、上記基板上に所望導電型の炭化ケイ素単結晶
の液相エピタキシャル成長させる方法であって、−Ｌ記
課題を解決するため、上記炭化ケイ素の成長前に、上記
不純物をるつぼの底部に設けられた凹部内に配置し，当
該凹部を板状ケイ素で覆うと共にこの上にケイ素原料を
配置して、上記るつぼを上記不純物の融点からケイ素の
融点の間の温度に加熱することを特徴とする。

（ホ）作用 本発明によれば、不純物をるつぼの底部に設けられた凹
部内に配置し、これを板状ケイ素で覆うことによって、
結晶或長前のベーキング温度が上記不純物の融点以上で
あっても、ケイ素の融点以下であれば上記不純物が飛歇
することはない。

（へ）実施例 第ｌ図に本発明方法に用いる結晶戒長装置を示す。第１
図において第３図と同じものには同番号を付し、説明を
省略する。

図において、（８）はるつぼ（１）の底部に設けられた
四部である，また、図は結晶或長前の状態を；ｊ【シ、
（９）は上記凹部（８）内に配されたＡｌ．ｓ１１Ｎ１
等の不純物、（ｌＯ）は上記凹部（８）を覆う単結品あ
るいは多結晶からなるシリコンウエハ等の板状ケイ素、
（１１）はるつぼ（１）内に充填された多結晶ケイ素片
がらなるケイ素原料である。

次に本発明方法の一実施例を第１図を参照して説明する
。

先ず、第１図に示す如く、るつぼ（１）の凹部（８）内
にＡｌからなる不！ｆＩ物（９）を配置し、これをシリ
コンウェハがらなる板状ケイ！（１０）で覆うと共に、
るつぼ（１）内にケイ業片がらなるケイ素片原料（１１
）を充填する。そして、斯る装置内をＩＸ　Ｉ　Ｏ−’
　〜Ｉ　Ｘ　１　０−’Ｔｏｒｒに減圧し、るつぼ（１
）をＡＩの融点がらＳｉの融点、即ち６６０〜１４１２
℃、例えば１２００℃に加熱し、ベーキングを行う。二
の時、不純物（９）のＡｔは融解するが、扱状ｒイ素（
１０）及びケイ素原料（１１）は融解しない。即ち、る
つぼ（１）の凹部（８〉は板状ケイ票（１０）によって
、覆われた状態であるので、，１１が融解し、その蒸気
圧によって気化したとしても、凹部（８）内に閉込めら
れ、るつぼ（１）の外に飛敵することはない。

次いで、装置内にアルゴンガスを導入し，るつぼ（１）
内を大気圧に戻す。そして、るつぼ（１）をＳｉＣのＩ
！ｃ長温度、例えば１　７００℃に昇温する。この時、
るつぼの温度が１４１２℃を越えると、板状ケイ素（１
０）及びケイ素原料（１１）は融解して、ケイ業融液と
なると共に、板状ケイＸ（１０）が融解することによっ
て、既に融解していたＡｅがケイ素融液中に混入する。

しかる後、ＳｉＣ単結晶基板（７）を斯るケイ素融中に
浸漬し、既述の従来方法に従って炭化ケイ素単結晶の結
晶戊長を行う。

以上の方法で製造された炭化ケイ素単結晶の正ＩＬ移動
度は最高８０ｃ〜／Ｖ・ｓｅｃであり、ベーキング温度
を６００℃とした従来方法におけるｉ高値５０ｃ＋ａ″
／Ｖ・ｓｅｃに比して大幅に向上する。これは本実施例
方法ではベーキング温度を１２００℃と従来方法の６０
０℃に比して大幅に高くしたことによって、装置内の残
留不４４物が減少し、或長結晶に取り込まれる量も減少
したためである。

次に、本実施例方法において、Ａｔ添加量を変化させて
種々結晶戊長を行い、そのキャリア濃度を測定した。そ
の結果を第２図に示す。また、比較のため、従来方法と
して第３図に示す結晶威長装置を用い、ベーキング温度
を６００℃とし，或長温度を１７００℃として同様に種
々結晶戒長を行い，そのキャリア濃度を測定した。その
結果を第２図に併記する。

図に示す如く，従来方法ではＡｔの添加量の増加に従い
、キャリア濃度が飽和する傾向にあるが、本実施例方法
ではキャリア濃度が略直線的に増加している。これは、
Ａｊが蒸発し、るつぼ（１）外に飛散する温度が、従来
方法では６６０’Ｃ以４Ｚであるのに対し、本実施例で
は１４１２℃以Ｌであるため、ベーキング温度がら戊長
温度までの昇）＝中にるつぼ（１）の外に飛散するＡｌ
の量が少なくなったためである。したがって本実施例方
法では同じＡＪ！添加量であってもより大きなキャリア
濃度を有する結晶が得られる。また本実施例方法におい
てはＡｌ添加量に対して直線的にキャノア濃度が変化す
るのでキャリア濃度の制御が簡単に行える。

（ト）発明の効果 本発明方法によれば、るつぼ底部に設けられた凹部に不
純物を配置し、これを板状ケイ素で覆うと共に、結晶成
長前のベーキングを不純物の融点からケ，イ素の融点の
間の温度で行うことによって、不純物の飛飲を生じるこ
となく、装置内の不所望な残留不純物の除去を行うこと
ができる。また、本発明方法によれば、不純物がるつぼ
外に飛散する温度が従来に比して高いので，ベーキング
の後、ｒ！ｃ長温度まで昇温するまでにるつぼ外に飛敢
する不純物の量が少なくなる。したがって、不純物の添
加量の増加に対するキャリアイ農度の増加が略直線的に
なり、キャリア濃度の制御性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明方法に用いる結晶戊長装置の一例を示す
断面図、第２図はＡｉ添加時に本発明方法と従来方法に
おいて夫々得られるキャリア濃度の特性図、第３図は従
来方法に用いられる結晶成長装置の断面図である。 （１）・・・るつぼ、（８）・・・凹部、（９〉・・・
不純物、（１０）・・・板状ケイ素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭化ケイ素単結晶基板を、黒鉛からなるるつぼ内
   に充填され所望の不純物が添加されたケイ素融液中に浸
   漬し、上記基板上に所望導電型の炭化ケイ素単結晶を液
   相エピタキシャル成長させる方法において、当該成長前
   に、上記不純物を上記るつぼの底部に設けられた凹部内
   に配置し、当該凹部を板状ケイ素で覆うと共にこの上に
   ケイ素原料を配置して、上記るつぼを上記不純物の融点
   からケイ素の融点の間の温度に加熱することを特徴とす
   る炭化ケイ素単結晶の液相エピタキシャル成長方法。