JPH0443878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は炭化珪素単結晶の成長方法に関するも
のであり、特に成長用基板として特殊な珪素単結
晶基板を用いた結晶成長技術に関するものであ
る。

＜従来技術＞ 炭化珪素半導体は広い禁制帯幅（2.2〜3.3ev）
をもちまた熱的・化学的および機械的に極めて安
定で放射線損傷にも強いという特徴をもつてい
る。従つて、炭化珪素を用いた半導体素子は従来
珪素Si等の他の半導体では使用が困難な高温下・
高出力駆動，放射線照射下等の苛酷な条件下で使
用できる素子材料として広範な分野での応用が期
待される。しかしながら、炭化珪素半導体はこの
ような多くの利点、可能性を有する材料であるに
もかかわらず、実用化が阻まれているのは、生産
性を考慮した工業的規模での量産に必要な寸法・
形状を制御性良く規正した大面積かつ高品質の単
結晶を安定に供給し得る結晶成長技術が確立され
ていなかつたところに原因がある。

従来、研究室規模では昇華再結晶法（レーリー
法とも称される）等で炭化珪素単結晶を成長させ
たり、このレーリー法で得られた単結晶片上に気
相成長や液相成長により、より大きな炭化珪素単
結晶をエピタキシヤル成長させることで炭化珪素
単結晶を得ている。しかしながら、これらの単結
晶は小面積であり、寸法や形状を高精度に制御す
ることは困難である。また炭化珪素に存在する結
晶多形（ポリタイプ）および不純物濃度の制御も
容易でない。

一方、最近本発明者らによつて珪素単結晶基板
上に気相成長法（CVD法）で良質かつ大面積の
３ｃ型炭化珪素単結晶を成長させる方法が提案さ
れている（特願昭58−76842号）。この方法は安価
で入手の容易な珪素単結晶基板上に結晶多形，不
純物濃度，寸法・形状等を制御した大面積で高品
質の炭化珪素単結晶を成長形成できる方法であ
る。また珪素単結晶基板の表面を炭化水素ガス雰
囲気下で加熱し炭化することが炭化珪素の薄膜を
表面に形成し、この薄膜上にCVD法により炭化
珪素単結晶を成長させる方法も開発されている。
しかしながら、これらの方法を用いても、珪素単
結晶基板と得られた炭化珪素単結晶の間の格子定
数の相違にともなう内部応力は完全には除去する
ことができず、反り、クラツクを生じ、素子作製
段階では問題が生じる。

＜発明が解決しようとする課題＞ 本発明は上記の問題点に鑑み、成長層内に内部
応力を低減して結晶性の良い炭化珪素単結晶を作
製することができる結晶成長方法を提供すること
を目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明の炭化珪素単結晶の成長方法は、珪素単
結晶基板の結晶成長面に結晶成長領域を区画する
段差を形成し、該段差の形成された結晶成長面上
に炭化珪素単結晶をエピタキシヤル成長させるこ
とを特徴とする。

上記段差の高低差は、0.5μm以上にするのが好
ましい。また、上記段差により区画される領域の
面積は25μm²から25mm²とするのが好ましい。

尚、炭化珪素単結晶のエピタキシヤル成長の方
法としては、CVD法や分子線エピタキシヤル法
等を用いることができる。

＜作用＞ 結晶成長面に段差が形成されると、該段差部を
境界として結晶成長領域が分割されることにな
り、結晶成長面を大きくしても実質的な結晶成長
領域を小さく保つことができる。これにより、結
晶成長面の増大に伴う結晶成長層内の内部応力の
増大が防がれる。

＜実施例 １＞ 第１図は本発明の１実施例の説明に供する炭化
珪素単結晶の製作工程図である。第２図は結晶成
長に用いる成長装置の１例を示す構成図である。

第１図Ａに示す如く結晶成長用の面が１１１に
設定された結晶成長用の支持基板として用いる珪
素単結晶基板１５の結晶成長用面をフロンガス
CF₄と酸素ガスO₂を用いたリアクテイブイオンエ
ツチングRIE法により、第１図Ｂに示す如く該面
に並設されたアルミニウムAl１６をマスクとし
て局部的に約3μmの深さで底面が平坦になるよう
にエツチングし、第１図Ｃに示す炭化珪素単結晶
成長用基板１４とする。Al１６のマスクは１mm
角であり相互の配置間隔は１mmに設定されてい
る。この平坦な表面をもちかつ凹凸形状が形成さ
れた珪素単結晶基板１４を第２図に示す成長装置
の試料台２上に載置する。次に第２図の成長装置
について説明する。水冷式横型二重石英管１内に
黒鉛製試料台２が載置された石英製支持台３を設
置し、反応管１の外胴部に巻回されたワークコイ
ル４に高周波電流を流してこの試料台２を誘導加
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、二重石英管１の外
側の石英管には枝管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製フランジ
８で閉塞されかつフランジ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如く結晶成長を行なう。キ
ヤリアガスとして水素H₂ガスを毎分10、また
表面の炭化用としてプロパンC₃H₈ガスを毎分1.0
c.c.程度流し、ワークコイル４に高周波電流を供給
して黒鉛試料台２を誘導加熱し、珪素単結晶基板
１４の温度を約1350℃まで昇温する。この温度で
珪素単結晶基板１４の表面は炭化され、表面に
は、炭化珪素単結晶の極く薄い膜が形成される。
次にこの温度を保持した状態で炭化珪素単結晶薄
膜上に珪素原料のモノシランSiH₄ガスと炭素原
料のプロパンC₃H₈ガスを共に毎分0.9c.c.の流量で
供給することにより第１図Ｄに示す如く炭化珪素
単結晶膜１７をCVD法により成長させる。この
工程でエツチングされた凹部の珪素単結晶基板１
４上とエツチングされていない珪素単結晶基板１
４上にもともに炭化珪素単結晶膜１７が成長して
いることが反射電子線回折の結果より判明した。
１時間の成長で厚さ約2μmの炭化珪素単結晶膜１
７が凹凸形状に対応して分割された膜として得ら
れ、この膜には反り、クラツクは存在しない。即
ち得られた炭化珪素単結晶膜１７は珪素単結晶基
板１４上に凹凸形状に即して分断されて成長する
ので熱歪等に起因する内部応力が抑制され、良質
の単結晶が得られる。

＜実施例 ２＞ 上記実施例１において得られた炭化珪素単結晶
膜１７のうち珪素単結晶基板１４の凸部に対応す
る部分にのみ第１図Ｅに示す如くアルミニウム
Al１８をマスクする。

次にCF₄とO₂を用いたリアクテイブイオンエツ
チング法により珪素単結晶基板１４の凹部に相当
する炭化珪素単結晶膜１７を除去し第１図Ｆに示
す如く珪素単結晶基板１４上に選択的に反り、ク
ラツクのない炭化珪素単結晶膜１７が得られる。

上記各実施例においては珪素基板のエツチング
にリアクテイブイオンエツチングを用いたが他の
エツチング法を用いてもよい。また珪素単結晶基
板１４の成長面は凹凸形状に加工する以外に階段
状に加工しても良く双方を混合した加工形態とし
ても良い。分断された個々の炭化珪素単結晶膜は
素子を形成するためのウエハーとしては充分な面
積を有するように即ち上記実施例では約１mm角に
成長されるので量産性は阻害されない。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、珪素単結晶基板上に内部応力
の少ない良質の炭化珪素単結晶膜を成長させるこ
とができ、量産形態にするため、炭化珪素単結晶
を用いた半導体素子を工業的規模で実用化させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す炭化珪素単結
晶の製造工程図である。第２図は第１図に示す実
施例に用いられる成長装置の構成図である。 １……反応管、２……試料台、３……支技台、
４……ワークコイル、５，６，７，１３……枝
管、８……フランジ、１４……珪素単結晶基板、
１６，１８……アルミニウムマスク、１７……炭
化珪素単結晶膜、１８……アルミニウム膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 珪素単結晶基板の結晶成長面に結晶成長領域
   を区画する段差を形成し、該段差の形成された結
   晶成長面上に炭化珪素単結晶をエピタキシヤル成
   長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の成長
   方法。 ２ 段差をリアクテイブイオンエツチング法によ
   り形成する特許請求の範囲第１項記載の炭化珪素
   単結晶の成長方法。 ３ 上記段差の高低差を0.5μm以上にした特許請
   求の範囲第１項記載の炭化珪素単結晶の成長方
   法。 ４ 上記段差により区画された領域の面積が25μ
   m²から25mm²である特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の炭化珪素単結晶の成長方法。 ５ 珪素単結晶基板面として１１１面を用いる特
   許請求の範囲第１項、第３項又は第４項記載の炭
   化珪素単結晶の成長方法。