JPH11228297A - 立方晶炭化珪素単結晶薄膜の作製方法 - Google Patents
立方晶炭化珪素単結晶薄膜の作製方法Info
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- JPH11228297A JPH11228297A JP2798098A JP2798098A JPH11228297A JP H11228297 A JPH11228297 A JP H11228297A JP 2798098 A JP2798098 A JP 2798098A JP 2798098 A JP2798098 A JP 2798098A JP H11228297 A JPH11228297 A JP H11228297A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板とエピタキシヤル膜との界面をＶａｎ
ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力で弱く結合させることにより、Ｓ
ｉ基板と立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）単結晶薄膜と
格子定数の違いによる結晶の歪み、転位、格子欠陥等の
発生を抑制し、３Ｃ−ＳｉＣ薄膜の品質を改善するもの
である。 【構成】 Ｓｉ基板表面に存在する活性なダングリング
ボンドを不活性化してＳｉ基板と３Ｃ−ＳｉＣのエピタ
キシヤル膜との界面をＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力で
結合させるようにするために、その表面を有機溶剤処
理、化学的エッチング処理及び超純水中で煮沸処理する
ことにより、上記ダングリングボンドを水素原子で終端
してＳｉ基板表面を不活性化させ、次に、この不活性処
理された基板をＣＶＤ装置の反応炉に搬入し、基板温度
が終端水素原子の脱離温度以下でソースガスを反応炉中
に導入し、結晶成長を開始する。
ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力で弱く結合させることにより、Ｓ
ｉ基板と立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）単結晶薄膜と
格子定数の違いによる結晶の歪み、転位、格子欠陥等の
発生を抑制し、３Ｃ−ＳｉＣ薄膜の品質を改善するもの
である。 【構成】 Ｓｉ基板表面に存在する活性なダングリング
ボンドを不活性化してＳｉ基板と３Ｃ−ＳｉＣのエピタ
キシヤル膜との界面をＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力で
結合させるようにするために、その表面を有機溶剤処
理、化学的エッチング処理及び超純水中で煮沸処理する
ことにより、上記ダングリングボンドを水素原子で終端
してＳｉ基板表面を不活性化させ、次に、この不活性処
理された基板をＣＶＤ装置の反応炉に搬入し、基板温度
が終端水素原子の脱離温度以下でソースガスを反応炉中
に導入し、結晶成長を開始する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３Ｃ−ＳｉＣの結晶
性の向上に係り、高品質の立方晶炭化珪素（３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ）単結晶薄膜を得んとするものである。
性の向上に係り、高品質の立方晶炭化珪素（３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ）単結晶薄膜を得んとするものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のＳｉ基板上への３Ｃ−ＳｉＣのヘ
テロエピタキシヤル成長では、１３００℃〜１４００℃
の高温で炭素源のみを供給する事によりＳｉ基板表面を
炭化し、薄いＳｉＣ層を形成させる。その後、炭素及び
珪素源からなるソースガスを供給することにより３Ｃ−
ＳｉＣのエピタキシヤル成長を行う。
テロエピタキシヤル成長では、１３００℃〜１４００℃
の高温で炭素源のみを供給する事によりＳｉ基板表面を
炭化し、薄いＳｉＣ層を形成させる。その後、炭素及び
珪素源からなるソースガスを供給することにより３Ｃ−
ＳｉＣのエピタキシヤル成長を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】Ｓｉ基板のＳｉと３Ｃ
−ＳｉＣとの間には約２０％の格子定数の差が存在し、
それが結晶の歪み、転位、格子欠陥等の発生原因とな
り、３Ｃ−ＳｉＣの結晶性、電気特性、光学特性等の物
性を著しく低下させ、エピタキシヤル膜の品質を悪化さ
せる。本発明は、Ｓｉと３Ｃ−ＳｉＣの格子定数の違い
による３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜の品質の低下を改善する
ためになされたものである。
−ＳｉＣとの間には約２０％の格子定数の差が存在し、
それが結晶の歪み、転位、格子欠陥等の発生原因とな
り、３Ｃ−ＳｉＣの結晶性、電気特性、光学特性等の物
性を著しく低下させ、エピタキシヤル膜の品質を悪化さ
せる。本発明は、Ｓｉと３Ｃ−ＳｉＣの格子定数の違い
による３Ｃ−ＳｉＣ単結晶薄膜の品質の低下を改善する
ためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板とエピタ
キシヤル膜との界面をＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力で
弱く結合させることにより、格子定数の違いによる結晶
の歪み、転位、格子欠陥等の発生を抑制し、３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ単結晶薄膜の品質を改善するものである。
キシヤル膜との界面をＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力で
弱く結合させることにより、格子定数の違いによる結晶
の歪み、転位、格子欠陥等の発生を抑制し、３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ単結晶薄膜の品質を改善するものである。
【０００５】即ち、本発明の立方晶型炭化珪素（３Ｃ−
ＳｉＣ）単結晶薄膜の作製方法は、（１） Ｓｉ基板表
面に存在する活性なダングリングボンドを不活性化して
Ｓｉ基板と３Ｃ−ＳｉＣの成長エピタキシヤル膜との界
面をＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力で結合させるように
するために、その表面を有機溶剤処理、化学的エッチン
グ処理、及び超純水中での煮沸処理することにより、上
記ダングリングボンドを水素原子で終端させてＳｉ基板
表面を不活性化させ、（２） この不活性処理されたＳ
ｉ基板をＣＶＤ装置の反応炉中に搬入し、基板温度が、
その終端水素原子の脱離温度の６００℃以下で、ソース
ガスを反応炉内へ導入して立方晶炭化珪素（３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ）単結晶薄膜の作製を開始することからなるものであ
る。
ＳｉＣ）単結晶薄膜の作製方法は、（１） Ｓｉ基板表
面に存在する活性なダングリングボンドを不活性化して
Ｓｉ基板と３Ｃ−ＳｉＣの成長エピタキシヤル膜との界
面をＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力で結合させるように
するために、その表面を有機溶剤処理、化学的エッチン
グ処理、及び超純水中での煮沸処理することにより、上
記ダングリングボンドを水素原子で終端させてＳｉ基板
表面を不活性化させ、（２） この不活性処理されたＳ
ｉ基板をＣＶＤ装置の反応炉中に搬入し、基板温度が、
その終端水素原子の脱離温度の６００℃以下で、ソース
ガスを反応炉内へ導入して立方晶炭化珪素（３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ）単結晶薄膜の作製を開始することからなるものであ
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】（ダングリングボンドについて）
ＳｉやＧａＡｓ等の共有結合物質は、原子は、最接近の
原子と互いに最外殻電子を共有する事で結晶し、結晶を
構成するが、この電子を共有した結合手をボンドとい
い、理想的な結晶の場合、結晶中の原子は、その最接近
の原子がすべて存在するために、最外殻の電子はすべて
互いに共有され、ボンドを構成している。
ＳｉやＧａＡｓ等の共有結合物質は、原子は、最接近の
原子と互いに最外殻電子を共有する事で結晶し、結晶を
構成するが、この電子を共有した結合手をボンドとい
い、理想的な結晶の場合、結晶中の原子は、その最接近
の原子がすべて存在するために、最外殻の電子はすべて
互いに共有され、ボンドを構成している。
【０００７】しかし、実際の結晶の場合、格子欠陥が存
在するので、その部分では、最接近の原子がすべて存在
せず、そのために原子の最外殻電子がすべて共有されな
くなる。この共有されなくなった電子の結合手がダング
リングボンドといわれる。
在するので、その部分では、最接近の原子がすべて存在
せず、そのために原子の最外殻電子がすべて共有されな
くなる。この共有されなくなった電子の結合手がダング
リングボンドといわれる。
【０００８】結晶表面では、原子は、片側が空間に接し
ているために、結晶中の原子に比べて最接近の原子が少
なく、最外殻電子がすべて共有されないために、必ずダ
ングリングボンドが存在する。
ているために、結晶中の原子に比べて最接近の原子が少
なく、最外殻電子がすべて共有されないために、必ずダ
ングリングボンドが存在する。
【０００９】結晶成長においては、結晶表面に供給され
た原子が、このダングリングボンドの電子を共有するこ
とで、互いに結合し、結晶が成長する。
た原子が、このダングリングボンドの電子を共有するこ
とで、互いに結合し、結晶が成長する。
【００１０】（本発明におけるダングリングボンドにつ
いて）Ｓｉ基板の表面に３Ｃ−ＳｉＣのような異なる物
質を成長させる場合にも、Ｓｉ基板表面のダングリング
ボンドの電子がＣ原子によって共有されることによりＳ
ｉＣの結晶成長が始まる。しかし、Ｓｉの表面にＳｉが
結合して電子を共有する場合と、Ｃが結合して電子を共
有する場合とは、その結合距離が異なる。その結果、こ
のような状態で原子が結合しようとすると、歪みが入
り、それが転位や格子欠陥の原因となって結晶性を悪化
させることになる。これは、即ち、Ｓｉ基板表面で、Ｃ
がＳｉのダングリングボンドと結合しようとすることに
よるものである。
いて）Ｓｉ基板の表面に３Ｃ−ＳｉＣのような異なる物
質を成長させる場合にも、Ｓｉ基板表面のダングリング
ボンドの電子がＣ原子によって共有されることによりＳ
ｉＣの結晶成長が始まる。しかし、Ｓｉの表面にＳｉが
結合して電子を共有する場合と、Ｃが結合して電子を共
有する場合とは、その結合距離が異なる。その結果、こ
のような状態で原子が結合しようとすると、歪みが入
り、それが転位や格子欠陥の原因となって結晶性を悪化
させることになる。これは、即ち、Ｓｉ基板表面で、Ｃ
がＳｉのダングリングボンドと結合しようとすることに
よるものである。
【００１１】そこで、ＣがＳｉ基板表面のＳｉのダング
リングボンドと結合しないように、予め、水素原子で終
端することにより、歪みが入りにくくなるために、３Ｃ
−ＳｉＣの結晶性が改善される。
リングボンドと結合しないように、予め、水素原子で終
端することにより、歪みが入りにくくなるために、３Ｃ
−ＳｉＣの結晶性が改善される。
【００１２】即ち、本発明においては、基板とエピタキ
シヤル膜との界面をＶａｎ ｄｅｒＷａａｌｓ力で結合
させるには、基板表面を不活性な状態にしなければなら
ない。Ｓｉ基板では、その表面に活性なダングリングボ
ンドが存在するので、基板を超純水中で煮沸することに
よりダングリングボンドを水素原子で終端し、Ｓｉ基板
表面を不活性化させる。この基板を用いて、終端水素上
に３Ｃ−ＳｉＣをエピタキシヤル成長させる。
シヤル膜との界面をＶａｎ ｄｅｒＷａａｌｓ力で結合
させるには、基板表面を不活性な状態にしなければなら
ない。Ｓｉ基板では、その表面に活性なダングリングボ
ンドが存在するので、基板を超純水中で煮沸することに
よりダングリングボンドを水素原子で終端し、Ｓｉ基板
表面を不活性化させる。この基板を用いて、終端水素上
に３Ｃ−ＳｉＣをエピタキシヤル成長させる。
【００１３】このとき、Ｓｉ基板の水素終端を維持した
状態で成長を行うために、ソースガスの反応炉内への導
入開始温度を水素の脱離温度以下とする。
状態で成長を行うために、ソースガスの反応炉内への導
入開始温度を水素の脱離温度以下とする。
【００１４】（本発明におけるソースガスについて）本
発明のソースガスとしては、プロパン、シランが用いら
れる。この他にアセチレン、テトラメチルシラン、モノ
メチルシラン、ジメチルシラン等も用いられる。
発明のソースガスとしては、プロパン、シランが用いら
れる。この他にアセチレン、テトラメチルシラン、モノ
メチルシラン、ジメチルシラン等も用いられる。
【００１５】
【実施例】Ｓｉ基板は面方位（１１１）の基板を使用し
た。この基板の水素終端は、次のように行った。Ｓｉ基
板はアセトン、エタノールの順に２分間超音波洗浄を行
うことにより脱脂を行った。次に、この基板を濃度１％
のＨＦ水溶液中で１分間エッチングを行い、表面酸化膜
を除去した。超純水でリンス後、沸騰超純水中で２分間
煮沸することにより、水素終端を行った。
た。この基板の水素終端は、次のように行った。Ｓｉ基
板はアセトン、エタノールの順に２分間超音波洗浄を行
うことにより脱脂を行った。次に、この基板を濃度１％
のＨＦ水溶液中で１分間エッチングを行い、表面酸化膜
を除去した。超純水でリンス後、沸騰超純水中で２分間
煮沸することにより、水素終端を行った。
【００１６】この基板をＣＶＤ装置に搬入後、図１に示
す様な温度プログラムで結晶成長を行った。具体的に
は、ＣＶＤ装置の反応炉中に水素ガスを導入しながら、
Ｓｉ基板を２０分間で５００℃まで加熱し、その状態を
１０分間維持した。その後、水素ガスに加えてソースガ
スであるプロパンガス及びシランガスを導入しながら、
Ｓｉ基板を１０６０℃まで急速に加熱し、基板の表面に
立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）単結晶薄膜を作製し
た。
す様な温度プログラムで結晶成長を行った。具体的に
は、ＣＶＤ装置の反応炉中に水素ガスを導入しながら、
Ｓｉ基板を２０分間で５００℃まで加熱し、その状態を
１０分間維持した。その後、水素ガスに加えてソースガ
スであるプロパンガス及びシランガスを導入しながら、
Ｓｉ基板を１０６０℃まで急速に加熱し、基板の表面に
立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）単結晶薄膜を作製し
た。
【００１７】即ち、終端水素は、約６００℃で脱離する
ため、図１に示すようにソースガスは基板温度５００℃
で導入を開始し、その直後に基板温度を１０６０℃まで
急速昇温することで成長を行った。本実施例ではソース
ガスとしてプロパンとシランを使用し、キャリアーガス
として水素を使用した。成長条件は次の通りであった。
ため、図１に示すようにソースガスは基板温度５００℃
で導入を開始し、その直後に基板温度を１０６０℃まで
急速昇温することで成長を行った。本実施例ではソース
ガスとしてプロパンとシランを使用し、キャリアーガス
として水素を使用した。成長条件は次の通りであった。
【００１８】
【表１】
【００１９】この条件で作製した３Ｃ−ＳｉＣのＸ線回
折測定の結果を図２に示す。図２から明らかなように、
上記の条件で得られた３Ｃ−ＳｉＣは面方位（１１１）
の単結晶である。なお、上記の実施例のうち、成長条件
については本発明で使用したＣＶＤ装置における最適条
件であり、ＣＶＤ装置自体に依存するものである。
折測定の結果を図２に示す。図２から明らかなように、
上記の条件で得られた３Ｃ−ＳｉＣは面方位（１１１）
の単結晶である。なお、上記の実施例のうち、成長条件
については本発明で使用したＣＶＤ装置における最適条
件であり、ＣＶＤ装置自体に依存するものである。
【００２０】
【発明の効果】この単結晶の結晶性及び歪みについて、
膜厚が同程度の従来技術で作製した面方位（００１）、
（１１１）の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶との比較を行った。比
較を容易にするために厚さ約０．５μｍの薄い３Ｃ−Ｓ
ｉＣを用いた。結晶性についてはＸ線回折ピークの半値
幅、歪みについては、そのピーク位置から歪みの大きさ
を見積もった。ここで用いたピークは、面方位（１１
１）については（１１１）面の回折ピーク、面方位（０
０１）については（００２）面の回折ピークである。そ
の結果を次に示す。
膜厚が同程度の従来技術で作製した面方位（００１）、
（１１１）の３Ｃ−ＳｉＣ単結晶との比較を行った。比
較を容易にするために厚さ約０．５μｍの薄い３Ｃ−Ｓ
ｉＣを用いた。結晶性についてはＸ線回折ピークの半値
幅、歪みについては、そのピーク位置から歪みの大きさ
を見積もった。ここで用いたピークは、面方位（１１
１）については（１１１）面の回折ピーク、面方位（０
０１）については（００２）面の回折ピークである。そ
の結果を次に示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】この表から明らかなように、本発明で使用
した方法を用いると、従来技術で作製した３Ｃ−ＳｉＣ
に比べ、半値幅、歪み共に減少している。このことか
ら、本発明で使用した方法を用いることにより、従来よ
りも結晶性を向上させた良質の３Ｃ−ＳｉＣを作製する
ことができる。
した方法を用いると、従来技術で作製した３Ｃ−ＳｉＣ
に比べ、半値幅、歪み共に減少している。このことか
ら、本発明で使用した方法を用いることにより、従来よ
りも結晶性を向上させた良質の３Ｃ−ＳｉＣを作製する
ことができる。
【図１】 ＣＶＤ装置を使用して本発明の方法により３
Ｃ−ＳｉＣを成長させる工程を示す図である。
Ｃ−ＳｉＣを成長させる工程を示す図である。
【図２】 本発明の方法により作製した３Ｃ−ＳｉＣの
Ｘ線回折測定の結果を示す図である。
Ｘ線回折測定の結果を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 表面のダングリングボンドを水素原子で
終端したＳｉ基板を使用した化学気相成長法（ＣＶＤ）
による立方晶炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）単結晶薄膜の作
製方法。 - 【請求項２】 特許請求の範囲第１項記載の立方晶炭化
珪素単結晶薄膜の作製方法で、結晶成長初期の基板温度
が６００℃以下でソースガスを反応炉内へ導入する方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02798098A JP3823177B2 (ja) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | 立方晶炭化珪素単結晶薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02798098A JP3823177B2 (ja) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | 立方晶炭化珪素単結晶薄膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11228297A true JPH11228297A (ja) | 1999-08-24 |
| JP3823177B2 JP3823177B2 (ja) | 2006-09-20 |
Family
ID=12236017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02798098A Expired - Fee Related JP3823177B2 (ja) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | 立方晶炭化珪素単結晶薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3823177B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253617A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-09-21 | Toshiba Ceramics Co Ltd | ＳｉＣ半導体およびその製造方法 |
| JP2020033239A (ja) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 株式会社フェローテックホールディングス | 熱伝導異方性ＳｉＣ材 |
| WO2023243259A1 (ja) * | 2022-06-14 | 2023-12-21 | 信越半導体株式会社 | ヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法 |
-
1998
- 1998-02-10 JP JP02798098A patent/JP3823177B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253617A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-09-21 | Toshiba Ceramics Co Ltd | ＳｉＣ半導体およびその製造方法 |
| JP2020033239A (ja) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 株式会社フェローテックホールディングス | 熱伝導異方性ＳｉＣ材 |
| WO2020044571A1 (ja) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 株式会社フェローテックホールディングス | 熱伝導異方性ＳｉＣ材 |
| WO2023243259A1 (ja) * | 2022-06-14 | 2023-12-21 | 信越半導体株式会社 | ヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法 |
| JP2023182034A (ja) * | 2022-06-14 | 2023-12-26 | 信越半導体株式会社 | ヘテロエピタキシャルウェーハの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3823177B2 (ja) | 2006-09-20 |
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