JPH0327515B2 - - Google Patents
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- JPH0327515B2 JPH0327515B2 JP28498086A JP28498086A JPH0327515B2 JP H0327515 B2 JPH0327515 B2 JP H0327515B2 JP 28498086 A JP28498086 A JP 28498086A JP 28498086 A JP28498086 A JP 28498086A JP H0327515 B2 JPH0327515 B2 JP H0327515B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞
本発明は炭化珪素の単結晶基板を製造する方法
に関し、特に下地基板である珪素基板の成長面方
位の選定に関するものである。
に関し、特に下地基板である珪素基板の成長面方
位の選定に関するものである。
＜従来技術＞
SiCには多くの結晶構造（polytype・多形と称
される）が存在し、結晶構造により2.2乃至3.3エ
レクトロンボルト（eV）の禁制帯幅を有する。
またSiCは、熱的、化学的、機械的に極めて安定
で、放射線損傷にも強く、更にワイドギヤツプ半
導体としてはめずらしく、ｐ型、ｎ型共安定に存
在する材料である。従つて高温動作素子、大電力
用素子、高信頼性半導体素子、耐放射線素子等の
半導体材料として有望視されている。又従来の半
導体材料を用いた素子では困難な環境下でも使用
可能となり、半導体デバイスの応用範囲を著しく
拡大し得る材料である。さらに、その広いエネル
ギーギヤツプを利用して短波長可視光及び近紫外
光の光電変換素子材料としても適用できる半導体
材料である。他のワイドギヤツプ半導体が一般に
重金属をその主成分に含有し、このために公害と
資源の問題を伴なうのに対して、炭化珪素はこれ
らの両問題から解放されている点からも電子材料
として有望視されるものである。
される）が存在し、結晶構造により2.2乃至3.3エ
レクトロンボルト（eV）の禁制帯幅を有する。
またSiCは、熱的、化学的、機械的に極めて安定
で、放射線損傷にも強く、更にワイドギヤツプ半
導体としてはめずらしく、ｐ型、ｎ型共安定に存
在する材料である。従つて高温動作素子、大電力
用素子、高信頼性半導体素子、耐放射線素子等の
半導体材料として有望視されている。又従来の半
導体材料を用いた素子では困難な環境下でも使用
可能となり、半導体デバイスの応用範囲を著しく
拡大し得る材料である。さらに、その広いエネル
ギーギヤツプを利用して短波長可視光及び近紫外
光の光電変換素子材料としても適用できる半導体
材料である。他のワイドギヤツプ半導体が一般に
重金属をその主成分に含有し、このために公害と
資源の問題を伴なうのに対して、炭化珪素はこれ
らの両問題から解放されている点からも電子材料
として有望視されるものである。
このように多くの利点、可能性を有する材料で
あるにもかかわらず実用化が阻まれるのは、生産
性を考慮した工業的規模での量産に必要となる高
品質の大面積SiC基板を得る上で、再現性のある
結晶成長技術が確立されていないところにその原
因がある。
あるにもかかわらず実用化が阻まれるのは、生産
性を考慮した工業的規模での量産に必要となる高
品質の大面積SiC基板を得る上で、再現性のある
結晶成長技術が確立されていないところにその原
因がある。
従来、研究室規模でSiC単結晶基板を得る方法
としては、黒鉛坩堝中でSiC粉末を2200℃〜2600
℃で昇華させ、さらに再結晶させてSiC基板を得
るいわゆる昇華再結晶法（レーリー法と称され
る）、珪素又は珪素に鉄、コバルト、白金等の不
純物を混入した混合物を黒鉛坩堝で溶融してSiC
基板を得るいわゆる溶液法、研摩材料を工業的に
得るために一般に用いられているアチエソン法に
より偶発的に得られるSiC基板を用いる方法等が
ある。
としては、黒鉛坩堝中でSiC粉末を2200℃〜2600
℃で昇華させ、さらに再結晶させてSiC基板を得
るいわゆる昇華再結晶法（レーリー法と称され
る）、珪素又は珪素に鉄、コバルト、白金等の不
純物を混入した混合物を黒鉛坩堝で溶融してSiC
基板を得るいわゆる溶液法、研摩材料を工業的に
得るために一般に用いられているアチエソン法に
より偶発的に得られるSiC基板を用いる方法等が
ある。
しかしながら上記昇華再結晶法、溶液法では多
数の再結晶を得ることはできるが、多くの結晶核
が結晶成長初期に発生する為に大型のSiC単結晶
基板を得ることが困難であり、又幾種類かの結晶
構造（polytype）のSiCが混在し、単一結晶構造
で大型のSiC単結晶をより再現性よく得る方法と
しては不完全なものである。又、アチエソン法に
より偶発的に得られるSiC基板は半導体材料とし
て使用するには純度及び結晶性の点で問題があ
り、又比較的大型のものが得られても偶発的に得
られるものであり、SiC基板を工業的に得る方法
としては適当でない。
数の再結晶を得ることはできるが、多くの結晶核
が結晶成長初期に発生する為に大型のSiC単結晶
基板を得ることが困難であり、又幾種類かの結晶
構造（polytype）のSiCが混在し、単一結晶構造
で大型のSiC単結晶をより再現性よく得る方法と
しては不完全なものである。又、アチエソン法に
より偶発的に得られるSiC基板は半導体材料とし
て使用するには純度及び結晶性の点で問題があ
り、又比較的大型のものが得られても偶発的に得
られるものであり、SiC基板を工業的に得る方法
としては適当でない。
一方、近年の半導体技術の向上に伴ない、良質
で大型の単結晶基板として入手できる珪素（Si）
の異質基板上に、気相成長法（CVD法）を用い
たヘテロエピタキシヤル技術により3C形SiC（立
方晶形に属する結晶構造を有するもので、そのエ
ネルギーギヤツプは〜2.2eV）単結晶薄膜が得ら
れるようになつた。CVD法は工業的規模での量
産性に優れた製造技術であり、大面積で高品質の
SiC単結晶膜を再現性良くSi基板上に成長させる
技術として有望である。通常、珪素原料として、
SiH4，SiCl4，SiH2Cl2，（CH3）3SiCl，
（CH3）2SiCl2また、炭素原料としてCl4，CH4，
C3H8，C2H6，キヤリアガスとして水素、アルゴ
ン等を用いて、Si基板温度を1200℃〜1400℃に設
定し3C形SiC単結晶薄膜をエピタキシヤル成長さ
せている。
で大型の単結晶基板として入手できる珪素（Si）
の異質基板上に、気相成長法（CVD法）を用い
たヘテロエピタキシヤル技術により3C形SiC（立
方晶形に属する結晶構造を有するもので、そのエ
ネルギーギヤツプは〜2.2eV）単結晶薄膜が得ら
れるようになつた。CVD法は工業的規模での量
産性に優れた製造技術であり、大面積で高品質の
SiC単結晶膜を再現性良くSi基板上に成長させる
技術として有望である。通常、珪素原料として、
SiH4，SiCl4，SiH2Cl2，（CH3）3SiCl，
（CH3）2SiCl2また、炭素原料としてCl4，CH4，
C3H8，C2H6，キヤリアガスとして水素、アルゴ
ン等を用いて、Si基板温度を1200℃〜1400℃に設
定し3C形SiC単結晶薄膜をエピタキシヤル成長さ
せている。
しかしながら、Siは異質基板であるため、SiC
とはなじみ（ぬれ）が悪く、またSiとSiCは格子
定数が20％も相違するため、Si基板上に直接に
SiCを単結晶成長させようとしても層状成長によ
る単結晶膜は得られずデンドライト構造を示す多
結晶になるかあるいはごく薄い単結晶膜が得られ
たとしても厚くなるにつれて結晶の品質が劣化
し、多結晶化する傾向にある。
とはなじみ（ぬれ）が悪く、またSiとSiCは格子
定数が20％も相違するため、Si基板上に直接に
SiCを単結晶成長させようとしても層状成長によ
る単結晶膜は得られずデンドライト構造を示す多
結晶になるかあるいはごく薄い単結晶膜が得られ
たとしても厚くなるにつれて結晶の品質が劣化
し、多結晶化する傾向にある。
上記CVD法を改良したものの１つとして、最
近Si単結晶基板表面を炭化水素ガス雰囲気下で加
熱して炭化し、表面にごく薄い炭化珪素膜を形成
した後、珪素用原料ガスと炭素用原料ガスを供給
してCVD法により炭化珪素単結晶を成長させる
方法が開発されており、すでに公知の技術となつ
ている（Appl.Phys.Lett42(5)，1March1988P460
〜P462）。従来、この方法における成長用基板と
して供されている珪素基板の面方位は（100）及
び（111）面である。しかしながら、（100）面を
用いた場合には逆位相境界などの微視的欠陥が多
数含まれており、一方（111）面を用いた場合に
はそりやクラツク等が存在する。作製される半導
体素子の特性を向上させるためには必然的により
欠陥の少ない材料を用いることが要求されるが、
この点で上記面方位を用いた珪素基板は成長用下
地基板として不適当となる。
近Si単結晶基板表面を炭化水素ガス雰囲気下で加
熱して炭化し、表面にごく薄い炭化珪素膜を形成
した後、珪素用原料ガスと炭素用原料ガスを供給
してCVD法により炭化珪素単結晶を成長させる
方法が開発されており、すでに公知の技術となつ
ている（Appl.Phys.Lett42(5)，1March1988P460
〜P462）。従来、この方法における成長用基板と
して供されている珪素基板の面方位は（100）及
び（111）面である。しかしながら、（100）面を
用いた場合には逆位相境界などの微視的欠陥が多
数含まれており、一方（111）面を用いた場合に
はそりやクラツク等が存在する。作製される半導
体素子の特性を向上させるためには必然的により
欠陥の少ない材料を用いることが要求されるが、
この点で上記面方位を用いた珪素基板は成長用下
地基板として不適当となる。
＜発明の目的＞
本発明は上述の問題点に鑑み得られる炭化珪素
単結晶の結晶欠陥を低減化し高品質の炭化珪素単
結晶材料を作製することのできる製造技術を提供
することを目的とする。
単結晶の結晶欠陥を低減化し高品質の炭化珪素単
結晶材料を作製することのできる製造技術を提供
することを目的とする。
＜発明の概要＞
炭化珪素成長用基板として炭化珪素以外の異種
基板を用いると該基板と成長層の間の格子定数の
違いにより微視的な結晶欠陥が生じやすい。さら
に結晶欠陥が結晶中に多数集ると、結晶粒界がみ
られるようになる。そこで、結晶欠陥を低減化し
より高品質の半導体材料を得るためには結晶成長
の条件を最適化する一方欠陥が生じない様な基板
面方位を選択することが必要になる。（100）面上
のエピタキシヤル膜ではシリコン及び一原子層分
下のカーボンの２本の対をなすボンドが垂直に交
差するため逆位相境界が生じやすいが（n11）面
（但しｎは１以外の自然数）では結晶面が（100）
面から傾斜しているためにボンドの対が垂直に交
差せず逆位相境界のない炭化珪素単結晶を成長さ
せることができる。
基板を用いると該基板と成長層の間の格子定数の
違いにより微視的な結晶欠陥が生じやすい。さら
に結晶欠陥が結晶中に多数集ると、結晶粒界がみ
られるようになる。そこで、結晶欠陥を低減化し
より高品質の半導体材料を得るためには結晶成長
の条件を最適化する一方欠陥が生じない様な基板
面方位を選択することが必要になる。（100）面上
のエピタキシヤル膜ではシリコン及び一原子層分
下のカーボンの２本の対をなすボンドが垂直に交
差するため逆位相境界が生じやすいが（n11）面
（但しｎは１以外の自然数）では結晶面が（100）
面から傾斜しているためにボンドの対が垂直に交
差せず逆位相境界のない炭化珪素単結晶を成長さ
せることができる。
＜実施例＞
以下珪素基板の（511）面上に炭化珪素単結晶
を成長させる実施例について説明する。
を成長させる実施例について説明する。
（511）面を成長用面とするSi単結晶基板表面
を一旦プロパン（C3H8）等の炭化水素ガスで炭
化して炭化珪素薄膜を表面に形成した後、原料が
ガスとしてモノシラン（SiH4）を供給する。添
附図面は本実施例に用いられる気相成長装置の構
成図である。二重石英反応管１の中に試料台２が
支持台３に載置されて内設されており、反応管１
の外周囲にはワークコイル４が巻回されている。
ワークコイル４は反応管１内部を加熱する。試料
台２は水平に設置してもよく適当に傾斜させても
よい。反応管１の片端には、ガス流入口となる枝
管５が設けられ、二重石英反応管１の外側の石英
管内には枝管６，７を介して冷却水が供給され
る。反応管１の他端はステンレス鋼製のフランジ
８で閉塞されかつフランジ８の周縁に配設された
止め板９、ボルト１０、ナツト１１、Ｏ−リング
１２にてシールされている。フランジ８の中央に
はガスの出口となる枝管１３が設けられている。
この成長装置を用いて以下の様に結晶成長を行な
う。
を一旦プロパン（C3H8）等の炭化水素ガスで炭
化して炭化珪素薄膜を表面に形成した後、原料が
ガスとしてモノシラン（SiH4）を供給する。添
附図面は本実施例に用いられる気相成長装置の構
成図である。二重石英反応管１の中に試料台２が
支持台３に載置されて内設されており、反応管１
の外周囲にはワークコイル４が巻回されている。
ワークコイル４は反応管１内部を加熱する。試料
台２は水平に設置してもよく適当に傾斜させても
よい。反応管１の片端には、ガス流入口となる枝
管５が設けられ、二重石英反応管１の外側の石英
管内には枝管６，７を介して冷却水が供給され
る。反応管１の他端はステンレス鋼製のフランジ
８で閉塞されかつフランジ８の周縁に配設された
止め板９、ボルト１０、ナツト１１、Ｏ−リング
１２にてシールされている。フランジ８の中央に
はガスの出口となる枝管１３が設けられている。
この成長装置を用いて以下の様に結晶成長を行な
う。
試料台２上にSi（511）単結晶基板１４を載置す
る。キヤリアガスとして水素（H2）ガスを毎分
３、また炭化用としてプロパン（C3H8）ガス
を毎分1.0c.c.程度流し、ワークコイル４に高周波
電流を供給して黒鉛製試料台２を誘導加熱し、Si
基板１４の温度を約1350℃まで昇温する。この温
度でSi単結晶基板は炭化され、その表面にはSiC
単結晶の極く薄い層が形成される。この薄い層が
形成されることによつて異種基板上に成長形成さ
れるSiC層の結晶歪や欠陥の発生が抑制される。
この温度を保持した状態でSiC単結晶基板の薄い
層上に珪素原料ガスのモノシラン（SiH4）と炭
素原料ガスのプロパン（C3H8）を供給してSiC単
結晶膜をCVD法によつて成長させる。モノシラ
ンガス及びプロパンガスとも毎分0.9c.c.の流量で
流し、キヤリアガスとして水素ガスを毎分３流
しておく。成長時間を１時間に設定するとSiC単
結晶基板１４の（511）面上に上記SiC薄層を介
して約4μmの膜厚のSiC単結晶膜が得られた。こ
の単結晶膜の欠陥を透過電子顕微鏡で調べてみる
と従来のものより、欠陥が少なくなつており、ま
た逆位相境界もみられなかつた。尚、結晶成長面
は（511）面以外に（211）面、（311）面、（411）
面、（611）面、……等種々利用することができ同
様の効果が得られる。
る。キヤリアガスとして水素（H2）ガスを毎分
３、また炭化用としてプロパン（C3H8）ガス
を毎分1.0c.c.程度流し、ワークコイル４に高周波
電流を供給して黒鉛製試料台２を誘導加熱し、Si
基板１４の温度を約1350℃まで昇温する。この温
度でSi単結晶基板は炭化され、その表面にはSiC
単結晶の極く薄い層が形成される。この薄い層が
形成されることによつて異種基板上に成長形成さ
れるSiC層の結晶歪や欠陥の発生が抑制される。
この温度を保持した状態でSiC単結晶基板の薄い
層上に珪素原料ガスのモノシラン（SiH4）と炭
素原料ガスのプロパン（C3H8）を供給してSiC単
結晶膜をCVD法によつて成長させる。モノシラ
ンガス及びプロパンガスとも毎分0.9c.c.の流量で
流し、キヤリアガスとして水素ガスを毎分３流
しておく。成長時間を１時間に設定するとSiC単
結晶基板１４の（511）面上に上記SiC薄層を介
して約4μmの膜厚のSiC単結晶膜が得られた。こ
の単結晶膜の欠陥を透過電子顕微鏡で調べてみる
と従来のものより、欠陥が少なくなつており、ま
た逆位相境界もみられなかつた。尚、結晶成長面
は（511）面以外に（211）面、（311）面、（411）
面、（611）面、……等種々利用することができ同
様の効果が得られる。
＜発明の効果＞
本発明によれば、Si基板上に結晶性の優れた
SiC単結晶を得ることができ、SiC単結晶を用い
た半導体素子を工業的に実用化する上で多大な貢
献をする。
SiC単結晶を得ることができ、SiC単結晶を用い
た半導体素子を工業的に実用化する上で多大な貢
献をする。
添附図面は本発明の１実施例の説明に供する気
相成長装置の構成図である。 １……反応管、２……試料台、３……支持台、
４……ワークコイル、５，６，７，１３……管、
８……フランジ、１４……Si単結晶基板。
相成長装置の構成図である。 １……反応管、２……試料台、３……支持台、
４……ワークコイル、５，６，７，１３……管、
８……フランジ、１４……Si単結晶基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 珪素基板上に炭化珪素単結晶を成長形成させ
る炭化珪素単結晶の製造方法において、前記珪素
基板の成長面方位としてｎが１以外の自然数であ
らわされる（n11）面を用いることを特徴とする
炭化珪素単結晶の製造方法。 ２ ｎが５または３である（511）面または
（311）面を成長面方位としたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の炭化珪素単結晶の製造
方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28498086A JPS63139096A (ja) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
| US07/124,732 US4865659A (en) | 1986-11-27 | 1987-11-24 | Heteroepitaxial growth of SiC on Si |
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| EP87310423A EP0269439B1 (en) | 1986-11-27 | 1987-11-25 | A heteroepitaxial growth method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28498086A JPS63139096A (ja) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63139096A JPS63139096A (ja) | 1988-06-10 |
| JPH0327515B2 true JPH0327515B2 (ja) | 1991-04-16 |
Family
ID=17685571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28498086A Granted JPS63139096A (ja) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63139096A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6273950B1 (en) | 1996-04-18 | 2001-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | SiC device and method for manufacturing the same |
| EP0845803A4 (en) | 1996-04-18 | 2002-03-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | SiC ELEMENT AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
| JP2014205615A (ja) * | 2014-05-29 | 2014-10-30 | セイコーエプソン株式会社 | 立方晶炭化珪素半導体基板及び立方晶炭化珪素層 |
-
1986
- 1986-11-27 JP JP28498086A patent/JPS63139096A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63139096A (ja) | 1988-06-10 |
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