JPH0624900A - 単結晶炭化ケイ素層の製造方法 - Google Patents
単結晶炭化ケイ素層の製造方法Info
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- JPH0624900A JPH0624900A JP4081651A JP8165192A JPH0624900A JP H0624900 A JPH0624900 A JP H0624900A JP 4081651 A JP4081651 A JP 4081651A JP 8165192 A JP8165192 A JP 8165192A JP H0624900 A JPH0624900 A JP H0624900A
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
Abstract
(57)【要約】
【目的】 通常ウェーハ径の単結晶SiC層を得る。
【構成】 単結晶SiC層を製造するために、所望の層厚
に達するまで原子層エピタクシーにより、単結晶シリコ
ン基板層(1)の片側に炭化ケイ素(4,5)を成長させる。次
に加熱を続けて、溶融、気化またはエッチングによりSi
基板層(1)を取り除く。
に達するまで原子層エピタクシーにより、単結晶シリコ
ン基板層(1)の片側に炭化ケイ素(4,5)を成長させる。次
に加熱を続けて、溶融、気化またはエッチングによりSi
基板層(1)を取り除く。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶シリコン層の片
側のみにてエピタキシャル成長させて、単結晶炭化ケイ
素層を製造する方法に関するものである。
側のみにてエピタキシャル成長させて、単結晶炭化ケイ
素層を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】単結晶炭化ケイ素(SiC)は、その高温特
性のために、元来非常に望ましい化合物半導体である。
性のために、元来非常に望ましい化合物半導体である。
【０００３】単結晶SiCウェーハの製造方法には、これ
までに知られている方法として、本質的に次の二つがあ
る(Springer Proceedings in Physics、Vol.43、“アモ
ルファス炭化ケイ素と結晶炭化ケイ素および関連物質I
I”Springer-Verlag Berlin、ハイデルベルク 1989)。
一つの方法は、SiCを昇華させ、SiC結晶をSiCシード
(種)結晶の上に成長させることにより、SiC結晶を製造
することである。この公知方法は、極めて煩雑なもので
ある。また、結果として出来る単結晶SiCの純度は満足
できるものではない。なぜならば、上記の高温におい
て、SiCは多型である六方晶系で形成されるからであ
る。より低温で単型として生じる立方形が、電子特性の
点から見て好ましいが、この高温方法では得られない。
更にこの方法は、直径が２〜３cmの小型ウェーハの製造
に限られている。
までに知られている方法として、本質的に次の二つがあ
る(Springer Proceedings in Physics、Vol.43、“アモ
ルファス炭化ケイ素と結晶炭化ケイ素および関連物質I
I”Springer-Verlag Berlin、ハイデルベルク 1989)。
一つの方法は、SiCを昇華させ、SiC結晶をSiCシード
(種)結晶の上に成長させることにより、SiC結晶を製造
することである。この公知方法は、極めて煩雑なもので
ある。また、結果として出来る単結晶SiCの純度は満足
できるものではない。なぜならば、上記の高温におい
て、SiCは多型である六方晶系で形成されるからであ
る。より低温で単型として生じる立方形が、電子特性の
点から見て好ましいが、この高温方法では得られない。
更にこの方法は、直径が２〜３cmの小型ウェーハの製造
に限られている。
【０００４】単結晶炭化ケイ素を製造するもう一つの方
法は、エピタクシー、即ち、熱CVD（化学的気相成長
法）プロセスである。シランと炭化水素(プロパン等)
が、加熱された基板に供給され、SiC層ができる。
法は、エピタクシー、即ち、熱CVD（化学的気相成長
法）プロセスである。シランと炭化水素(プロパン等)
が、加熱された基板に供給され、SiC層ができる。
【０００５】しかし、SiCのエピタキシャル成長につい
ては問題があり、それは、エピタキシャル成長させるこ
との出来る基板として、単結晶炭化ケイ素層が必要なこ
とである。炭化ケイ素の単結晶は、市販されていない。
最初に述べた煩雑な方法で製造した場合、炭化ケイ素の
単結晶は、エピタキシャル成長により、十分大きな直径
の炭化ケイ素ウェーハを製造するには小さすぎるし、前
述の欠点もある。
ては問題があり、それは、エピタキシャル成長させるこ
との出来る基板として、単結晶炭化ケイ素層が必要なこ
とである。炭化ケイ素の単結晶は、市販されていない。
最初に述べた煩雑な方法で製造した場合、炭化ケイ素の
単結晶は、エピタキシャル成長により、十分大きな直径
の炭化ケイ素ウェーハを製造するには小さすぎるし、前
述の欠点もある。
【０００６】そこで、単結晶シリコン(Si)ウェーハを異
質基板として使用するようになった。これは、単結晶Si
が単結晶SiCと同様の結晶構造を有し、また直径が200mm
までか、それ以上のウェーハとして市販されているから
である。
質基板として使用するようになった。これは、単結晶Si
が単結晶SiCと同様の結晶構造を有し、また直径が200mm
までか、それ以上のウェーハとして市販されているから
である。
【０００７】この(ヘテロ)エピタクシー法を使えば、Si
基板とその上に成長したSiC層のサンドイッチが得られ
る。しかし、SiとSiCは、非常に異なった熱膨張率を有
する。つまり、SiCは冷却時、Siよりも収縮が大きい。
従って、ヘテロ・エピタクシーにより製造されたSiC層
は、冷却中に引張り応力を受け、SiC層において高い転
位密度がもたらされる。これとは別に、Si層が壊れたり
(特に、基板として使われるSiウェーハが薄すぎる場
合)、また、SiC層で微小割れが発生したり(基板として
極端に厚いSiウェーハが使われた場合など)する可能性
がある。
基板とその上に成長したSiC層のサンドイッチが得られ
る。しかし、SiとSiCは、非常に異なった熱膨張率を有
する。つまり、SiCは冷却時、Siよりも収縮が大きい。
従って、ヘテロ・エピタクシーにより製造されたSiC層
は、冷却中に引張り応力を受け、SiC層において高い転
位密度がもたらされる。これとは別に、Si層が壊れたり
(特に、基板として使われるSiウェーハが薄すぎる場
合)、また、SiC層で微小割れが発生したり(基板として
極端に厚いSiウェーハが使われた場合など)する可能性
がある。
【０００８】DE 36 13 012 A1とDE 34 46 956 A1では、
単結晶β-SiC層上のα-SiCのエピタキシャル成長による
単結晶SiC層の製造法が開示されている。CVD法により、
単結晶Si層の上に薄いSiC膜を成長させ、その後で酸を
使ってSi層を取り除くことにより、β-SiC層が製造され
る。
単結晶β-SiC層上のα-SiCのエピタキシャル成長による
単結晶SiC層の製造法が開示されている。CVD法により、
単結晶Si層の上に薄いSiC膜を成長させ、その後で酸を
使ってSi層を取り除くことにより、β-SiC層が製造され
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体テク
ノロジーの最高要件を満たす、通常ウェーハ径の単結晶
SiC層を提供するという課題に基づいている。
ノロジーの最高要件を満たす、通常ウェーハ径の単結晶
SiC層を提供するという課題に基づいている。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用効果】これ
は本発明に基づき、特許請求の範囲に記載された方法で
行うことで達成される。
は本発明に基づき、特許請求の範囲に記載された方法で
行うことで達成される。
【００１１】本発明方法では、慣習的な方法により、Si
基板上でSiCのエピタキシャル成長を起こすことが出来
る。即ち、真空チャンバーや不活性ガスおよび／または
水素でフラッシングしたチャンバー内で、Si基板を好ま
しくは800〜1400℃の温度まで加熱し、その後、シラン
および炭化水素(プロパン等)またはガス状シリコン−炭
素化合物をチャンバーに供給して、SiC層を形成させ
る。
基板上でSiCのエピタキシャル成長を起こすことが出来
る。即ち、真空チャンバーや不活性ガスおよび／または
水素でフラッシングしたチャンバー内で、Si基板を好ま
しくは800〜1400℃の温度まで加熱し、その後、シラン
および炭化水素(プロパン等)またはガス状シリコン−炭
素化合物をチャンバーに供給して、SiC層を形成させ
る。
【００１２】しかしながら、従来技術と違って、本発明
によれば、成長したSiC層とSi基板のサンドイッチは、
エピタクシーが行われる温度(800〜1400℃が望ましい)
から冷却しない。反対にサンドイッチは、シリコンの融
点である1432℃の少し上か下まで更に加熱されるので、
シリコン層がサンドイッチから溶けて落ちるか、また
は、シリコン層が昇華により気化し、単結晶SiC層が残
る。また、エッチングガスを使ったり、プラズマ エッ
チングを行ったりして、サンドイッチを冷却せずにシリ
コンをエッチングで取り除くことも可能である。
によれば、成長したSiC層とSi基板のサンドイッチは、
エピタクシーが行われる温度(800〜1400℃が望ましい)
から冷却しない。反対にサンドイッチは、シリコンの融
点である1432℃の少し上か下まで更に加熱されるので、
シリコン層がサンドイッチから溶けて落ちるか、また
は、シリコン層が昇華により気化し、単結晶SiC層が残
る。また、エッチングガスを使ったり、プラズマ エッ
チングを行ったりして、サンドイッチを冷却せずにシリ
コンをエッチングで取り除くことも可能である。
【００１３】Si層をサンドイッチから除去可能にするた
め、本発明方法において、Si基板の片側だけにSiCが成
長する必要がある。そのために、SiCのエピタキシャル
成長の間、Si基板をプレート上に配置すれば、Si基板に
おいて、プレートに面した側にSiCが蒸着することはな
い。また、Si基板の片側を不活性ガスでフラッシングす
るか、あるいは真空にさらして、Si基板の片側へのSiC
蒸着を防ぐことも可能である。
め、本発明方法において、Si基板の片側だけにSiCが成
長する必要がある。そのために、SiCのエピタキシャル
成長の間、Si基板をプレート上に配置すれば、Si基板に
おいて、プレートに面した側にSiCが蒸着することはな
い。また、Si基板の片側を不活性ガスでフラッシングす
るか、あるいは真空にさらして、Si基板の片側へのSiC
蒸着を防ぐことも可能である。
【００１４】エピタキシャル成長の第一段階において、
問題のない単結晶SiC層を形成させるには、SiC蒸着速度
を低くしなければならない。従って、本発明方法による
エピタキシャル成長の第一段階では、SiC層の厚さが5〜
50μmになるまでは、20μm/h未満(出来れば、5〜10μm/
h)のSiC蒸着速度が望ましい。第二段階においては、SiC
蒸着速度を上げてもよい。この時、熱CVDプロセスの代
わりにプラズマCVDプロセスを使うことも出来る。即
ち、少なくとも部分的にプラズマとして存在する気相か
らの化学蒸着である。これにより、第二段階では、蒸着
速度を100μm/hに上げることが出来、また、300μm/hに
することも可能である。
問題のない単結晶SiC層を形成させるには、SiC蒸着速度
を低くしなければならない。従って、本発明方法による
エピタキシャル成長の第一段階では、SiC層の厚さが5〜
50μmになるまでは、20μm/h未満(出来れば、5〜10μm/
h)のSiC蒸着速度が望ましい。第二段階においては、SiC
蒸着速度を上げてもよい。この時、熱CVDプロセスの代
わりにプラズマCVDプロセスを使うことも出来る。即
ち、少なくとも部分的にプラズマとして存在する気相か
らの化学蒸着である。これにより、第二段階では、蒸着
速度を100μm/hに上げることが出来、また、300μm/hに
することも可能である。
【００１５】
【実施例】添付の工程図を参照しながら、本発明方法を
より詳細に説明する。
より詳細に説明する。
【００１６】図１（ａ）において、基板ホルダー(2)上
に置かれた単結晶シリコン基板(1)は、チャンバー(示さ
れていない)内で加熱され、基板(1)の片側は、矢印(3)
で示されたように不活性ガスでフラッシングされる。
に置かれた単結晶シリコン基板(1)は、チャンバー(示さ
れていない)内で加熱され、基板(1)の片側は、矢印(3)
で示されたように不活性ガスでフラッシングされる。
【００１７】次に図１（ｂ）において、Si基板(1)上
に、炭化ケイ素エピタクシー層(4)がエピタキシャル成
長し、例えば、30μmまでの厚さになる。薄いSiCエピタ
クシー層(4)が出来ると、図１（ｃ）の通りプラズマ サ
ポート等により、これより厚いSiCキャリア層(5)のエピ
タキシャル成長が、より高速に起こる。この時、SiC層
の成長は多結晶である場合もある。本発明により製造し
たSiCウェーハを半導体材料として使うには、例えば、5
0μmまでの単結晶SiC構造が片側にあれば十分である。
対照的に第二のSiC層には、キャリアとしてウェーハを
機械的に強化する働きしかない。次に図１（ｄ）におい
て、気化等によりSi基板(1)が取り除かれ、単結晶SiC半
導体層(4)が、多結晶SiCキャリア層(5)上に残る(図１
（ｅ）)。
に、炭化ケイ素エピタクシー層(4)がエピタキシャル成
長し、例えば、30μmまでの厚さになる。薄いSiCエピタ
クシー層(4)が出来ると、図１（ｃ）の通りプラズマ サ
ポート等により、これより厚いSiCキャリア層(5)のエピ
タキシャル成長が、より高速に起こる。この時、SiC層
の成長は多結晶である場合もある。本発明により製造し
たSiCウェーハを半導体材料として使うには、例えば、5
0μmまでの単結晶SiC構造が片側にあれば十分である。
対照的に第二のSiC層には、キャリアとしてウェーハを
機械的に強化する働きしかない。次に図１（ｄ）におい
て、気化等によりSi基板(1)が取り除かれ、単結晶SiC半
導体層(4)が、多結晶SiCキャリア層(5)上に残る(図１
（ｅ）)。
【図１】本発明方法の作業工程図である。
１ 単結晶シリコン基板層 ４，５ 炭化ケイ素
Claims (7)
- 【請求項１】 高温にて、単結晶シリコン層の片側だけ
に単結晶炭化ケイ素層をエピタキシャル成長させること
による、単結晶炭化ケイ素層の製造方法であって、単結
晶炭化ケイ素層の成長後、予め冷却することなくシリコ
ン層が取り除かれることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 溶融、気化あるいはエッチングによりシ
リコン層が取り除かれることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項３】 シリコン層の反対側がプレート上に置か
れるか、または、不活性ガスや真空にさらされるので、
炭化ケイ素のエピタキシャル成長が、シリコン層の片側
だけで発生することを特徴とする請求項１または２に記
載の方法。 - 【請求項４】 不活性ガスとして、希ガスおよび／また
は水素が使用されることを特徴とする請求項３に記載の
方法。 - 【請求項５】 シリコン層上での炭化ケイ素エピタキシ
ャル成長が、第一段階として厚さ5〜50μmに達するま
で、20μm/h未満の蒸着速度で行われ、次に第二段階で
は蒸着速度が増加することを特徴とする上記請求項のい
ずれかに記載の方法。 - 【請求項６】 第一段階における炭化ケイ素の蒸着速度
が、5〜10μm/hであることを特徴とする請求項５に記載
の方法。 - 【請求項７】 第二段階における炭化ケイ素のエピタキ
シャル成長が、プラズマCVDにより行われることを特徴
とする請求項５または６に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4109005.5 | 1991-03-19 | ||
| DE4109005A DE4109005C1 (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0624900A true JPH0624900A (ja) | 1994-02-01 |
Family
ID=6427699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4081651A Pending JPH0624900A (ja) | 1991-03-19 | 1992-03-02 | 単結晶炭化ケイ素層の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0504712B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0624900A (ja) |
| DE (2) | DE4109005C1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08130439A (ja) * | 1994-11-01 | 1996-05-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 高速表面弾性波素子 |
| US6110279A (en) * | 1996-03-29 | 2000-08-29 | Denso Corporation | Method of producing single-crystal silicon carbide |
| WO2015012190A1 (ja) * | 2013-07-24 | 2015-01-29 | トヨタ自動車株式会社 | ＳｉＣ基板の製造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4234508C2 (de) * | 1992-10-13 | 1994-12-22 | Cs Halbleiter Solartech | Verfahren zur Herstellung eines Wafers mit einer monokristallinen Siliciumcarbidschicht |
| JP6488607B2 (ja) * | 2014-09-22 | 2019-03-27 | 株式会社Sumco | 単結晶ＳｉＣウェーハの製造方法 |
| JP6582779B2 (ja) * | 2015-09-15 | 2019-10-02 | 信越化学工業株式会社 | ＳｉＣ複合基板の製造方法 |
| SE2150284A1 (en) * | 2021-03-11 | 2022-07-19 | Kiselkarbid I Stockholm Ab | System and method of producing monocrystalline layers on a substrate |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59203799A (ja) * | 1983-04-28 | 1984-11-17 | Sharp Corp | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
| JPS60145992A (ja) * | 1983-12-29 | 1985-08-01 | Sharp Corp | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
| JPS61243000A (ja) * | 1985-04-18 | 1986-10-29 | Sharp Corp | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
-
1991
- 1991-03-19 DE DE4109005A patent/DE4109005C1/de not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-02 JP JP4081651A patent/JPH0624900A/ja active Pending
- 1992-03-10 DE DE59203001T patent/DE59203001D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-03-10 EP EP92104092A patent/EP0504712B1/de not_active Expired - Lifetime
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| JPH08130439A (ja) * | 1994-11-01 | 1996-05-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 高速表面弾性波素子 |
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| WO2015012190A1 (ja) * | 2013-07-24 | 2015-01-29 | トヨタ自動車株式会社 | ＳｉＣ基板の製造方法 |
| JP2015024932A (ja) * | 2013-07-24 | 2015-02-05 | トヨタ自動車株式会社 | ＳｉＣ基板の製造方法 |
| CN105408531A (zh) * | 2013-07-24 | 2016-03-16 | 丰田自动车株式会社 | SiC基板的制造方法 |
| US9951441B2 (en) | 2013-07-24 | 2018-04-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for producing SiC substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0504712A1 (de) | 1992-09-23 |
| EP0504712B1 (de) | 1995-07-26 |
| DE4109005C1 (ja) | 1992-09-10 |
| DE59203001D1 (de) | 1995-08-31 |
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