JPH11147794A - 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法 - Google Patents
単結晶ＳｉＣ及びその製造方法Info
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- JPH11147794A JPH11147794A JP31512697A JP31512697A JPH11147794A JP H11147794 A JPH11147794 A JP H11147794A JP 31512697 A JP31512697 A JP 31512697A JP 31512697 A JP31512697 A JP 31512697A JP H11147794 A JPH11147794 A JP H11147794A
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大型で、しかも結晶核の発生などがない高品
質の単結晶ＳｉＣを安定に、かつ、効率よく製造するこ
とができるようにする。 【解決手段】 α−ＳｉＣ単結晶基板１の表面１ａをＲ
ＭＳ２０００オングストローム以下、好ましくはＲＭＳ
１０００オングストローム以下の表面粗さに調整し、こ
のα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面１ａに熱ＣＶＤ法によ
りα−ＳｉＣ多結晶膜２を成膜した後、その複合体Ｍを
多孔質カーボン製容器３に入れ、かつ、そのカーボン製
容器３の外側をα−ＳｉＣ粉体４により覆ってアルゴン
気流中で成膜温度以上の高温下で熱処理することによ
り、結晶の成長とα−ＳｉＣ多結晶膜２の再結晶化によ
ってα−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に配向さ
れたα−ＳｉＣ単結晶を一体に成長させる。
質の単結晶ＳｉＣを安定に、かつ、効率よく製造するこ
とができるようにする。 【解決手段】 α−ＳｉＣ単結晶基板１の表面１ａをＲ
ＭＳ２０００オングストローム以下、好ましくはＲＭＳ
１０００オングストローム以下の表面粗さに調整し、こ
のα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面１ａに熱ＣＶＤ法によ
りα−ＳｉＣ多結晶膜２を成膜した後、その複合体Ｍを
多孔質カーボン製容器３に入れ、かつ、そのカーボン製
容器３の外側をα−ＳｉＣ粉体４により覆ってアルゴン
気流中で成膜温度以上の高温下で熱処理することによ
り、結晶の成長とα−ＳｉＣ多結晶膜２の再結晶化によ
ってα−ＳｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に配向さ
れたα−ＳｉＣ単結晶を一体に成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶ＳｉＣおよ
びその製造方法に関するもので、詳しくは、発光ダイオ
ードやモノクロソーターなどのＸ線光学素子、高温半導
体電子素子やパワーデバイスの半導体基板ウエハなどと
して用いられる単結晶ＳｉＣおよびその製造方法に関す
るものである。
びその製造方法に関するもので、詳しくは、発光ダイオ
ードやモノクロソーターなどのＸ線光学素子、高温半導
体電子素子やパワーデバイスの半導体基板ウエハなどと
して用いられる単結晶ＳｉＣおよびその製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣ（炭化珪素）は、耐熱性および機
械的強度に優れているだけでなく、放射線にも強く、さ
らに不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御が容
易である上、広い禁制帯幅を持つ（因みに、６Ｈ型のＳ
ｉＣ単結晶で約３．０ｅＶ、４Ｈ型のＳｉＣ単結晶で
３．２６ｅＶ）ために、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ
（ガリウムヒ素）などの既存の半導体材料では実現する
ことができない大容量、高周波、耐圧、耐環境性を実現
することが可能で、次世代のパワーデバイス用半導体材
料として注目され、かつ期待されている。
械的強度に優れているだけでなく、放射線にも強く、さ
らに不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御が容
易である上、広い禁制帯幅を持つ（因みに、６Ｈ型のＳ
ｉＣ単結晶で約３．０ｅＶ、４Ｈ型のＳｉＣ単結晶で
３．２６ｅＶ）ために、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ
（ガリウムヒ素）などの既存の半導体材料では実現する
ことができない大容量、高周波、耐圧、耐環境性を実現
することが可能で、次世代のパワーデバイス用半導体材
料として注目され、かつ期待されている。
【０００３】ところで、この種のＳｉＣ単結晶の成長
（製造）方法として、従来、ＳｉＣ研磨材の工業的製法
として一般的に知られているもので、種結晶基材をそれ
の外周から高周波電極で加熱することにより該種結晶基
材の中心部で多くの核発生を起こして、種結晶基材の中
央部を中心として複数の渦巻き状の結晶成長を進行させ
るアチソン法や、アチソン法で作られた粉状のＳｉＣを
原料として用い、単一の結晶核上に結晶を成長させる昇
華再結晶法とが知られている。
（製造）方法として、従来、ＳｉＣ研磨材の工業的製法
として一般的に知られているもので、種結晶基材をそれ
の外周から高周波電極で加熱することにより該種結晶基
材の中心部で多くの核発生を起こして、種結晶基材の中
央部を中心として複数の渦巻き状の結晶成長を進行させ
るアチソン法や、アチソン法で作られた粉状のＳｉＣを
原料として用い、単一の結晶核上に結晶を成長させる昇
華再結晶法とが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の製造方法のうちアチソン法による場合は長時間
に亘ってゆっくりと単結晶が成長するもので結晶成長速
度が非常に低いだけでなく、成長初期の段階で多数の結
晶核が発生してこれが結晶成長とともに結晶の上部にま
で伝播されることになるため、単独で大きな単結晶を得
ることが困難である。また、昇華再結晶法にあっては、
主として経済的（生産コスト）理由によって１ｍｍ／ｈ
ｒ．程度の高速成長が採用されるために、不純物および
マイクロパイプ欠陥と呼ばれ半導体デバイスを作製した
際の漏れ電流等の原因となる結晶の成長方向に貫通する
直径数ミクロンのピンホールが成長結晶中に残存しやす
く、品質的に十分なＳｉＣ単結晶が得られないという問
題があり、このことが既述のようにＳｉやＧａＡｓなど
の既存の半導体材料に比べて多くの優れた特徴を有しな
がらも、その実用化を阻止する要因になっている。
た従来の製造方法のうちアチソン法による場合は長時間
に亘ってゆっくりと単結晶が成長するもので結晶成長速
度が非常に低いだけでなく、成長初期の段階で多数の結
晶核が発生してこれが結晶成長とともに結晶の上部にま
で伝播されることになるため、単独で大きな単結晶を得
ることが困難である。また、昇華再結晶法にあっては、
主として経済的（生産コスト）理由によって１ｍｍ／ｈ
ｒ．程度の高速成長が採用されるために、不純物および
マイクロパイプ欠陥と呼ばれ半導体デバイスを作製した
際の漏れ電流等の原因となる結晶の成長方向に貫通する
直径数ミクロンのピンホールが成長結晶中に残存しやす
く、品質的に十分なＳｉＣ単結晶が得られないという問
題があり、このことが既述のようにＳｉやＧａＡｓなど
の既存の半導体材料に比べて多くの優れた特徴を有しな
がらも、その実用化を阻止する要因になっている。
【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、大型で、しかも結晶核の発生などがない高品質の単
結晶ＳｉＣと、この単結晶ＳｉＣの成長速度を上げて高
品質な単結晶を安定に、かつ、効率よく製造することが
できる単結晶ＳｉＣの製造方法を提供することを目的と
している。
で、大型で、しかも結晶核の発生などがない高品質の単
結晶ＳｉＣと、この単結晶ＳｉＣの成長速度を上げて高
品質な単結晶を安定に、かつ、効率よく製造することが
できる単結晶ＳｉＣの製造方法を提供することを目的と
している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣは、表面
粗さがＲＭＳ２０００オングストローム以下に調整され
たα−ＳｉＣ単結晶基板の表面にα−ＳｉＣ多結晶膜が
成膜されてなる複合体を成膜温度以上の高温下で熱処理
することにより、結晶の成長と上記α−ＳｉＣ多結晶膜
の再結晶化とによって上記α−ＳｉＣ単結晶基板の結晶
軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単結晶が形成されて
いることを特徴とするものであり、また、請求項４に記
載の発明に係る単結晶ＳｉＣの製造方法は、α−ＳｉＣ
単結晶基板の表面をＲＭＳ２０００以下の表面粗さに調
整し、このα−ＳｉＣ単結晶基板の表面にα−ＳｉＣ多
結晶膜を成膜した後、その複合体を成膜温度以上の高温
下で熱処理することにより、結晶の成長と上記α−Ｓｉ
Ｃ多結晶膜の再結晶化とによって上記α−ＳｉＣ単結晶
基板の結晶軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単結晶を
一体に成長させることを特徴とするものである。
に、請求項１に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣは、表面
粗さがＲＭＳ２０００オングストローム以下に調整され
たα−ＳｉＣ単結晶基板の表面にα−ＳｉＣ多結晶膜が
成膜されてなる複合体を成膜温度以上の高温下で熱処理
することにより、結晶の成長と上記α−ＳｉＣ多結晶膜
の再結晶化とによって上記α−ＳｉＣ単結晶基板の結晶
軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単結晶が形成されて
いることを特徴とするものであり、また、請求項４に記
載の発明に係る単結晶ＳｉＣの製造方法は、α−ＳｉＣ
単結晶基板の表面をＲＭＳ２０００以下の表面粗さに調
整し、このα−ＳｉＣ単結晶基板の表面にα−ＳｉＣ多
結晶膜を成膜した後、その複合体を成膜温度以上の高温
下で熱処理することにより、結晶の成長と上記α−Ｓｉ
Ｃ多結晶膜の再結晶化とによって上記α−ＳｉＣ単結晶
基板の結晶軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単結晶を
一体に成長させることを特徴とするものである。
【０００７】上記のような構成要件を有する請求項１及
び請求項４に記載の発明によれば、α−ＳｉＣ単結晶基
板として、表面の物理的な凹凸が小さく熱処理時に凹部
の底面と側面とから同時に相変態が生じることによる結
晶格子の不整合を容易に解消することが可能なＲＭＳ２
０００オングストローム以下の表面粗さに調整されたも
のを用いるとともに、その基板表面にα−ＳｉＣ多結晶
膜を成膜して成膜温度以上の高温下で熱処理することに
よって、基板側のα−ＳｉＣ単結晶の成長に倣い上記α
−ＳｉＣ多結晶膜側の多結晶体がその成膜部分の端部を
除くほぼ全域において再結晶化されてα−ＳｉＣ単結晶
基板の結晶軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単結晶が
一体に成長し、これによって、結晶格子の不整合に起因
して界面に結晶核を発生したり、マイクロパイプ欠陥な
どが発生したりすることがなく、高品質で、かつ、大型
の単結晶ＳｉＣを安定かつ効率よく得ることができる。
び請求項４に記載の発明によれば、α−ＳｉＣ単結晶基
板として、表面の物理的な凹凸が小さく熱処理時に凹部
の底面と側面とから同時に相変態が生じることによる結
晶格子の不整合を容易に解消することが可能なＲＭＳ２
０００オングストローム以下の表面粗さに調整されたも
のを用いるとともに、その基板表面にα−ＳｉＣ多結晶
膜を成膜して成膜温度以上の高温下で熱処理することに
よって、基板側のα−ＳｉＣ単結晶の成長に倣い上記α
−ＳｉＣ多結晶膜側の多結晶体がその成膜部分の端部を
除くほぼ全域において再結晶化されてα−ＳｉＣ単結晶
基板の結晶軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単結晶が
一体に成長し、これによって、結晶格子の不整合に起因
して界面に結晶核を発生したり、マイクロパイプ欠陥な
どが発生したりすることがなく、高品質で、かつ、大型
の単結晶ＳｉＣを安定かつ効率よく得ることができる。
【０００８】上記請求項１に記載の発明に係る単結晶Ｓ
ｉＣ及び請求項４に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣの製
造方法において、上記α−ＳｉＣ単結晶基板の表面粗さ
を、請求項２および請求項５に記載のように、ＲＭＳ１
０００オングストローム以下に調整することが望まし
く、特に好ましくは、ＲＭＳ１００〜５００オングスト
ロームの表面粗さに調整されていることである。その理
由は次のとおりである。即ち、α−ＳｉＣ多結晶膜を成
膜する面の物理的な凹凸は小さいほど結晶核の発生が少
なくて好ましいが、ＲＭＳ１００オングストローム未満
の表面粗さになるまで加工するには大きな労力と時間を
必要とし、またＲＭＳ１０００オングストロームを越え
る粗い面になると、熱処理時に凹部の底面と側面から同
時に相変態が生じるために、結晶格子の不整合を解消す
る可能性が小さくなって、界面に結晶核が発生し品質の
悪い製品になってしまうからである。
ｉＣ及び請求項４に記載の発明に係る単結晶ＳｉＣの製
造方法において、上記α−ＳｉＣ単結晶基板の表面粗さ
を、請求項２および請求項５に記載のように、ＲＭＳ１
０００オングストローム以下に調整することが望まし
く、特に好ましくは、ＲＭＳ１００〜５００オングスト
ロームの表面粗さに調整されていることである。その理
由は次のとおりである。即ち、α−ＳｉＣ多結晶膜を成
膜する面の物理的な凹凸は小さいほど結晶核の発生が少
なくて好ましいが、ＲＭＳ１００オングストローム未満
の表面粗さになるまで加工するには大きな労力と時間を
必要とし、またＲＭＳ１０００オングストロームを越え
る粗い面になると、熱処理時に凹部の底面と側面から同
時に相変態が生じるために、結晶格子の不整合を解消す
る可能性が小さくなって、界面に結晶核が発生し品質の
悪い製品になってしまうからである。
【０００９】また、上記請求項１に記載の発明に係る単
結晶ＳｉＣ及び請求項４に記載の発明に係る単結晶Ｓｉ
Ｃの製造方法において、上記α−ＳｉＣ多結晶膜は、請
求項３および請求項６に記載のように、熱化学的蒸着法
によって成膜されていることが望ましい。その理由は次
のとおりである。即ち、熱化学的蒸着法による成膜は極
めて高い精度の制御下で装置を運転することが可能であ
るために、均質かつ高品位のα−ＳｉＣ多結晶膜を成膜
することができ、これによって、成膜後の熱処理に伴う
α−ＳｉＣ単結晶化を一層容易かつ安定に行なうことが
できる。
結晶ＳｉＣ及び請求項４に記載の発明に係る単結晶Ｓｉ
Ｃの製造方法において、上記α−ＳｉＣ多結晶膜は、請
求項３および請求項６に記載のように、熱化学的蒸着法
によって成膜されていることが望ましい。その理由は次
のとおりである。即ち、熱化学的蒸着法による成膜は極
めて高い精度の制御下で装置を運転することが可能であ
るために、均質かつ高品位のα−ＳｉＣ多結晶膜を成膜
することができ、これによって、成膜後の熱処理に伴う
α−ＳｉＣ単結晶化を一層容易かつ安定に行なうことが
できる。
【００１０】さらに、上記請求項４ないし６のいずれか
に記載の発明において、上記複合体の熱処理は、請求項
７に記載のように、該複合体を多孔質カーボン製容器に
入れ、かつ、その多孔質カーボン製容器の外側をα−Ｓ
ｉＣ粉体により覆った状態で１９００〜２４００℃の範
囲の温度で行なうことが好ましい。その理由は次のとお
りである。即ち、単にカーボン製容器に入れて熱処理す
るだけの場合は、該容器内に収納されているＳｉＣがＳ
ｉとＣに分解し、ポーラスなカーボン製容器を通じて容
器の外部に露出するために、ＳｉＣの相変態以前に分解
が促進されてしまう。これに対して、多孔質カーボン製
容器の外側をα−ＳｉＣ粉体により覆っておけば、高温
雰囲気におかれているα−ＳｉＣ粉体が分解され、その
分解されたＳｉ、Ｃの少なくとも一部が多孔質カーボン
製容器を通じて容器内に移入して、飽和ＳｉＣ蒸気雰囲
気の中で熱処理が行われることになり、これによって、
基板側のα−ＳｉＣ単結晶および多結晶膜側のα−Ｓｉ
Ｃ多結晶の分解を抑えて品質の良い単結晶ＳｉＣを確実
に製造することができる。
に記載の発明において、上記複合体の熱処理は、請求項
７に記載のように、該複合体を多孔質カーボン製容器に
入れ、かつ、その多孔質カーボン製容器の外側をα−Ｓ
ｉＣ粉体により覆った状態で１９００〜２４００℃の範
囲の温度で行なうことが好ましい。その理由は次のとお
りである。即ち、単にカーボン製容器に入れて熱処理す
るだけの場合は、該容器内に収納されているＳｉＣがＳ
ｉとＣに分解し、ポーラスなカーボン製容器を通じて容
器の外部に露出するために、ＳｉＣの相変態以前に分解
が促進されてしまう。これに対して、多孔質カーボン製
容器の外側をα−ＳｉＣ粉体により覆っておけば、高温
雰囲気におかれているα−ＳｉＣ粉体が分解され、その
分解されたＳｉ、Ｃの少なくとも一部が多孔質カーボン
製容器を通じて容器内に移入して、飽和ＳｉＣ蒸気雰囲
気の中で熱処理が行われることになり、これによって、
基板側のα−ＳｉＣ単結晶および多結晶膜側のα−Ｓｉ
Ｃ多結晶の分解を抑えて品質の良い単結晶ＳｉＣを確実
に製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図１〜図４は本発明に係る単結
晶ＳｉＣの製造方法を製造工程順に説明する図であり、
図１において、１は直径ｄが２５ｍｍ程度の円板状に加
工された六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ型）のα−ＳｉＣ単結
晶基板であり、このα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面１ａ
を研削または研磨加工して物理的な凹凸を除去する。詳
しくは、その表面１ａをＲＭＳ２０００オングストロー
ム以下、好ましくはＲＭＳ１０００オングストローム以
下で、特に好ましくは１００〜５００オングストローム
の範囲の表面粗さに調整する。
にもとづいて説明する。図１〜図４は本発明に係る単結
晶ＳｉＣの製造方法を製造工程順に説明する図であり、
図１において、１は直径ｄが２５ｍｍ程度の円板状に加
工された六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ型）のα−ＳｉＣ単結
晶基板であり、このα−ＳｉＣ単結晶基板１の表面１ａ
を研削または研磨加工して物理的な凹凸を除去する。詳
しくは、その表面１ａをＲＭＳ２０００オングストロー
ム以下、好ましくはＲＭＳ１０００オングストローム以
下で、特に好ましくは１００〜５００オングストローム
の範囲の表面粗さに調整する。
【００１２】その後、上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の表
面１ａに、表１に示すような条件下での熱化学的蒸着法
（以下、熱ＣＶＤ法という）により、図２に示すよう
に、α−ＳｉＣ多結晶膜２を、その膜厚さｔが２００〜
５００μｍ、好ましくは３００μｍ程度になるように成
膜する。
面１ａに、表１に示すような条件下での熱化学的蒸着法
（以下、熱ＣＶＤ法という）により、図２に示すよう
に、α−ＳｉＣ多結晶膜２を、その膜厚さｔが２００〜
５００μｍ、好ましくは３００μｍ程度になるように成
膜する。
【００１３】
【表１】
【００１４】次いで、上記α−ＳｉＣ単結晶基板１とα
−ＳｉＣ多結晶膜２とからなる複合体Ｍを図３に示すよ
うに、多孔質カーボン製容器３に収容し、かつ、この多
孔質カーボン製容器３の外側をα−ＳｉＣ粉体４により
囲い覆った状態で、アルゴン気流中において１９００〜
２４００℃、好ましくは２２００℃の温度下に２時間程
度保持させて熱処理することにより、図４に示すよう
に、上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の単結晶の成長に倣っ
て上記α−ＳｉＣ多結晶膜２の多結晶体を再結晶させて
α−ＳｉＣ単結晶基板１の側面全周に亘って形成された
該α−ＳｉＣ多結晶膜２の端部２ｅ，２ｅを除く全域に
上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の表面（結晶方位面）１ａ
から上記α−ＳｉＣ多結晶膜２にかけて一体で、α−Ｓ
ｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に配向されたα−Ｓ
ｉＣ単結晶５が成長される。
−ＳｉＣ多結晶膜２とからなる複合体Ｍを図３に示すよ
うに、多孔質カーボン製容器３に収容し、かつ、この多
孔質カーボン製容器３の外側をα−ＳｉＣ粉体４により
囲い覆った状態で、アルゴン気流中において１９００〜
２４００℃、好ましくは２２００℃の温度下に２時間程
度保持させて熱処理することにより、図４に示すよう
に、上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の単結晶の成長に倣っ
て上記α−ＳｉＣ多結晶膜２の多結晶体を再結晶させて
α−ＳｉＣ単結晶基板１の側面全周に亘って形成された
該α−ＳｉＣ多結晶膜２の端部２ｅ，２ｅを除く全域に
上記α−ＳｉＣ単結晶基板１の表面（結晶方位面）１ａ
から上記α−ＳｉＣ多結晶膜２にかけて一体で、α−Ｓ
ｉＣ単結晶基板１の結晶軸と同方位に配向されたα−Ｓ
ｉＣ単結晶５が成長される。
【００１５】上記のように、α−ＳｉＣ単結晶基板１と
して、表面の物理的な凹凸が小さく熱処理時に凹部の底
面と側面とから同時に相変態が生じることによる結晶格
子の不整合を解消することが可能なＲＭＳ２０００オン
グストローム以下、好ましくはＲＭＳ１０００オングス
トローム以下の表面粗さに調整されたものを用い、その
基板１の表面にα−ＳｉＣ多結晶膜２を成膜してなる複
合体Ｍを熱ＣＶＤ法による成膜温度（１８５０℃）以上
の高温（２２００℃、２時間）下で熱処理することによ
って、基板１側のα−ＳｉＣ単結晶の成長に倣い上記α
−ＳｉＣ多結晶膜２側の多結晶体がその成膜部分の端部
を除くほぼ全域において再結晶化されてα−ＳｉＣ単結
晶基板１の結晶軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単結
晶が一体に成長して、界面に結晶格子の不整合に起因す
る結晶核や、マイクロパイプ欠陥などを発生することの
ない高品質で、かつ、大型の単結晶ＳｉＣを効率よく製
造することができる。
して、表面の物理的な凹凸が小さく熱処理時に凹部の底
面と側面とから同時に相変態が生じることによる結晶格
子の不整合を解消することが可能なＲＭＳ２０００オン
グストローム以下、好ましくはＲＭＳ１０００オングス
トローム以下の表面粗さに調整されたものを用い、その
基板１の表面にα−ＳｉＣ多結晶膜２を成膜してなる複
合体Ｍを熱ＣＶＤ法による成膜温度（１８５０℃）以上
の高温（２２００℃、２時間）下で熱処理することによ
って、基板１側のα−ＳｉＣ単結晶の成長に倣い上記α
−ＳｉＣ多結晶膜２側の多結晶体がその成膜部分の端部
を除くほぼ全域において再結晶化されてα−ＳｉＣ単結
晶基板１の結晶軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単結
晶が一体に成長して、界面に結晶格子の不整合に起因す
る結晶核や、マイクロパイプ欠陥などを発生することの
ない高品質で、かつ、大型の単結晶ＳｉＣを効率よく製
造することができる。
【００１６】因みに、α−ＳｉＣ単結晶基板１の表面粗
さを種々変化させ、上記の製造工程を経て製造されるα
−ＳｉＣ単結晶それぞれについてＸ線回析による結晶性
を評価したところ表２のような結果が得られた。なお、
表２に示す数値は、各単結晶の（０００６）反射のＸ線
ロッキングカーブの半値幅（積分強度比）で任意の５箇
所を計測したときの平均値である。
さを種々変化させ、上記の製造工程を経て製造されるα
−ＳｉＣ単結晶それぞれについてＸ線回析による結晶性
を評価したところ表２のような結果が得られた。なお、
表２に示す数値は、各単結晶の（０００６）反射のＸ線
ロッキングカーブの半値幅（積分強度比）で任意の５箇
所を計測したときの平均値である。
【００１７】
【表２】
【００１８】上記の表２からも明らかなように、α−Ｓ
ｉＣ単結晶基板１の表面粗さがＲＭＳ２０００オングス
トロームで半値幅が急激に狭くなり、結晶性のばらつき
がなくて、結晶が単一性の良好なものになっていること
が分かる。
ｉＣ単結晶基板１の表面粗さがＲＭＳ２０００オングス
トロームで半値幅が急激に狭くなり、結晶性のばらつき
がなくて、結晶が単一性の良好なものになっていること
が分かる。
【００１９】さらに、上記複合体Ｍの熱処理にあたっ
て、該複合体Ｍを多孔質カーボン製容器３に入れ、か
つ、そのカーボン製容器３の外側をα−ＳｉＣ粉体４に
より覆ってアルゴン気流中で所定の熱処理を行なうこと
によって、高温雰囲気でα−ＳｉＣ粉体４が分解され、
その分解されたＳｉ、Ｃの少なくとも一部をポーラスな
カーボン製容器３を通じて該容器３内に移入させて飽和
ＳｉＣ蒸気雰囲気の中で所定の熱処理を行なえ、これに
よって、α−ＳｉＣ単結晶基板１およびα−ＳｉＣ多結
晶膜２の分解を抑えてより品質の良い単結晶ＳｉＣを製
造することが可能であるとともに、ポーラスなカーボン
製容器３を通じて容器３内に移入されるＳｉ、Ｃが相変
態前にＳｉＣに付着することも防止でき、これによっ
て、一層品質に優れ、かつ美麗な単結晶ＳｉＣを製造す
ることが可能である。
て、該複合体Ｍを多孔質カーボン製容器３に入れ、か
つ、そのカーボン製容器３の外側をα−ＳｉＣ粉体４に
より覆ってアルゴン気流中で所定の熱処理を行なうこと
によって、高温雰囲気でα−ＳｉＣ粉体４が分解され、
その分解されたＳｉ、Ｃの少なくとも一部をポーラスな
カーボン製容器３を通じて該容器３内に移入させて飽和
ＳｉＣ蒸気雰囲気の中で所定の熱処理を行なえ、これに
よって、α−ＳｉＣ単結晶基板１およびα−ＳｉＣ多結
晶膜２の分解を抑えてより品質の良い単結晶ＳｉＣを製
造することが可能であるとともに、ポーラスなカーボン
製容器３を通じて容器３内に移入されるＳｉ、Ｃが相変
態前にＳｉＣに付着することも防止でき、これによっ
て、一層品質に優れ、かつ美麗な単結晶ＳｉＣを製造す
ることが可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、請求項１および請求項４
に記載の発明によれば、表面の物理的な凹凸が小さく熱
処理時に凹部の底面と側面とから同時に相変態が生じる
ことによる結晶格子の不整合を容易に解消することが可
能なＲＭＳ２０００オングストローム以下の表面粗さに
調整されたα−ＳｉＣ単結晶基板とものを用い、この基
板表面にα−ＳｉＣ多結晶膜を成膜して成膜温度以上の
高温下で熱処理することにより、基板側のα−ＳｉＣ単
結晶の成長に倣うα−ＳｉＣ多結晶膜側の多結晶体の端
部を除くほぼ全域における再結晶化によってα−ＳｉＣ
単結晶基板の結晶軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単
結晶を一体に成長させることができる。したがって、結
晶格子の不整合に起因して界面に結晶核を発生したり、
マイクロパイプ欠陥などを発生したりすることのない高
品質で、かつ、大型の単結晶ＳｉＣを安定に、かつ効率
よく得ることができる。これによって、Ｓｉ（シリコ
ン）やＡｓ（ガリウムヒ素）などの既存の半導体材料に
比べて大容量、高周波、耐圧、耐環境性に優れパワーデ
バイス用半導体材料として期待されている単結晶ＳｉＣ
の実用化を促進することができるという効果を奏する。
に記載の発明によれば、表面の物理的な凹凸が小さく熱
処理時に凹部の底面と側面とから同時に相変態が生じる
ことによる結晶格子の不整合を容易に解消することが可
能なＲＭＳ２０００オングストローム以下の表面粗さに
調整されたα−ＳｉＣ単結晶基板とものを用い、この基
板表面にα−ＳｉＣ多結晶膜を成膜して成膜温度以上の
高温下で熱処理することにより、基板側のα−ＳｉＣ単
結晶の成長に倣うα−ＳｉＣ多結晶膜側の多結晶体の端
部を除くほぼ全域における再結晶化によってα−ＳｉＣ
単結晶基板の結晶軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ単
結晶を一体に成長させることができる。したがって、結
晶格子の不整合に起因して界面に結晶核を発生したり、
マイクロパイプ欠陥などを発生したりすることのない高
品質で、かつ、大型の単結晶ＳｉＣを安定に、かつ効率
よく得ることができる。これによって、Ｓｉ（シリコ
ン）やＡｓ（ガリウムヒ素）などの既存の半導体材料に
比べて大容量、高周波、耐圧、耐環境性に優れパワーデ
バイス用半導体材料として期待されている単結晶ＳｉＣ
の実用化を促進することができるという効果を奏する。
【００２１】特に、請求項２および請求項５に記載の発
明によれば、結晶格子の不整合の解消度合が高く、界面
に結晶核などが発生していない一層高品質の単結晶Ｓｉ
Ｃを得ることができる。
明によれば、結晶格子の不整合の解消度合が高く、界面
に結晶核などが発生していない一層高品質の単結晶Ｓｉ
Ｃを得ることができる。
【００２２】また、請求項３および請求項６に記載の発
明によれば、α−ＳｉＣ単結晶基板の表面にα−ＳｉＣ
多結晶膜を均質かつ高品位に成膜することが可能で、成
膜後の熱処理に伴うα−ＳｉＣ単結晶化を一層容易かつ
安定に行なうことができる。
明によれば、α−ＳｉＣ単結晶基板の表面にα−ＳｉＣ
多結晶膜を均質かつ高品位に成膜することが可能で、成
膜後の熱処理に伴うα−ＳｉＣ単結晶化を一層容易かつ
安定に行なうことができる。
【００２３】さらに、請求項７に記載の発明によれば、
所定の熱処理を飽和ＳｉＣ蒸気雰囲気の中で行なえて、
α−ＳｉＣ単結晶基板およびα−ＳｉＣ多結晶膜の分解
による品質の劣化を防止することができ、また、分解し
たＳｉ，Ｃが相変態前にＳｉＣに付着することも防止で
き、これによって、より高品質で、かつ美麗な単結晶Ｓ
ｉＣを製造することができる。
所定の熱処理を飽和ＳｉＣ蒸気雰囲気の中で行なえて、
α−ＳｉＣ単結晶基板およびα−ＳｉＣ多結晶膜の分解
による品質の劣化を防止することができ、また、分解し
たＳｉ，Ｃが相変態前にＳｉＣに付着することも防止で
き、これによって、より高品質で、かつ美麗な単結晶Ｓ
ｉＣを製造することができる。
【図１】本発明に係る単結晶ＳｉＣの製造方法のうちα
−ＳｉＣ単結晶基板を示す側面図である。
−ＳｉＣ単結晶基板を示す側面図である。
【図２】同上α−ＳｉＣ単結晶基板の表面に熱ＣＶＤ法
によりα−ＳｉＣ多結晶膜を成膜した状態を示す側面図
である。
によりα−ＳｉＣ多結晶膜を成膜した状態を示す側面図
である。
【図３】複合体の熱処理状況を示す概略側面図である。
【図４】同上熱処理により得られた単結晶ＳｉＣを示す
正面図である。
正面図である。
１ α−ＳｉＣ単結晶基板 １ａ 表面 ２ α−ＳｉＣ多結晶膜 ３ 多孔質カーボン製容器 ４ α−ＳｉＣ粉体 ５ 単結晶ＳｉＣ Ｍ 複合体
Claims (7)
- 【請求項１】 表面粗さがＲＭＳ２０００オングストロ
ーム以下に調整されたα−ＳｉＣ単結晶基板の表面にα
−ＳｉＣ多結晶膜が成膜されてなる複合体を成膜温度以
上の高温下で熱処理することにより、結晶の成長と上記
α−ＳｉＣ多結晶膜の再結晶化とによって上記α−Ｓｉ
Ｃ単結晶基板の結晶軸と同方位に配向されたα−ＳｉＣ
単結晶が形成されていることを特徴とする単結晶Ｓｉ
Ｃ。 - 【請求項２】 上記α−ＳｉＣ単結晶基板の表面粗さが
ＲＭＳ１０００オングストローム以下に調整されている
請求項１に記載の単結晶ＳｉＣ。 - 【請求項３】 上記α−ＳｉＣ多結晶膜は熱化学的蒸着
法によって成膜されている請求項１または２に記載の単
結晶ＳｉＣ。 - 【請求項４】 α−ＳｉＣ単結晶基板の表面をＲＭＳ２
０００以下の表面粗さに調整し、 このα−ＳｉＣ単結晶基板の表面にα−ＳｉＣ多結晶膜
を成膜した後、 その複合体を成膜温度以上の高温下で熱処理することに
より、結晶の成長と上記α−ＳｉＣ多結晶膜の再結晶化
とによって上記α−ＳｉＣ単結晶基板の結晶軸と同方位
に配向されたα−ＳｉＣ単結晶を一体に成長させること
を特徴とする単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項５】 上記α−ＳｉＣ単結晶基板の表面粗さが
ＲＭＳ１０００オングストローム以下に調整されている
請求項４に記載の単結晶ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項６】 上記α−ＳｉＣ多結晶膜が熱化学的蒸着
法によって成膜される請求項４または５に記載の単結晶
ＳｉＣの製造方法。 - 【請求項７】 上記複合体の熱処理は、該複合体を多孔
質カーボン製容器に入れ、かつ、その多孔質カーボン製
容器の外側をα−ＳｉＣ粉体により覆った状態で１９０
０〜２４００℃の範囲の温度で行なわれる請求項４ない
し６のいずれかに記載の単結晶ＳｉＣの製造方法。
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| CA002252980A CA2252980C (en) | 1997-11-17 | 1998-11-06 | Single crystal sic and a method of producing the same |
| US09/187,350 US6053973A (en) | 1997-11-17 | 1998-11-06 | Single crystal SiC and a method of producing the same |
| DE69811824T DE69811824T2 (de) | 1997-11-17 | 1998-11-06 | SiC-Einkristall und Verfahren zu seiner Herstellung |
| EP98121099A EP0916750B1 (en) | 1997-11-17 | 1998-11-06 | Single crystal SiC and a method of producing the same |
| RU98120936/12A RU2160327C2 (ru) | 1997-11-17 | 1998-11-16 | МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ SiC И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH11147794A true JPH11147794A (ja) | 1999-06-02 |
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|---|---|---|---|
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| EP (1) | EP0916750B1 (ja) |
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| TW (1) | TW446765B (ja) |
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| WO2017047478A1 (ja) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | 信越化学工業株式会社 | ＳｉＣ複合基板及びその製造方法 |
| JP2019169725A (ja) * | 2019-05-09 | 2019-10-03 | 信越化学工業株式会社 | ＳｉＣ複合基板 |
| WO2020195196A1 (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 日本碍子株式会社 | ＳｉＣ複合基板及び半導体デバイス用複合基板 |
| WO2020195197A1 (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 日本碍子株式会社 | ＳｉＣ複合基板及び半導体デバイス用複合基板 |
| CN112736167A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 济南晶正电子科技有限公司 | 一种复合衬底、复合薄膜及其制备方法，及射频滤波器 |
| WO2021100564A1 (ja) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | 日本碍子株式会社 | ＳｉＣ基板及びその製法 |
| WO2021149598A1 (ja) * | 2020-01-24 | 2021-07-29 | 日本碍子株式会社 | 二軸配向ＳｉＣ複合基板及び半導体デバイス用複合基板 |
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| JP3043675B2 (ja) * | 1997-09-10 | 2000-05-22 | 日本ピラー工業株式会社 | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法 |
| JP3043690B2 (ja) * | 1997-11-17 | 2000-05-22 | 日本ピラー工業株式会社 | 単結晶ＳｉＣおよびその製造方法 |
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| DE102005046921A1 (de) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zur Stromüberwachung |
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| CN101536168A (zh) * | 2006-09-14 | 2009-09-16 | 科锐有限公司 | 无微管碳化硅及其相关制备方法 |
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