JPS5830280B2 - 炭化珪素結晶層の製造方法 - Google Patents

炭化珪素結晶層の製造方法

Info

Publication number
JPS5830280B2
JPS5830280B2 JP1019979A JP1019979A JPS5830280B2 JP S5830280 B2 JPS5830280 B2 JP S5830280B2 JP 1019979 A JP1019979 A JP 1019979A JP 1019979 A JP1019979 A JP 1019979A JP S5830280 B2 JPS5830280 B2 JP S5830280B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
silicon
layer
substrate
sic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP1019979A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS55104998A (en
Inventor
武 桜井
年紀 猪奥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP1019979A priority Critical patent/JPS5830280B2/ja
Priority to DE3002671A priority patent/DE3002671C2/de
Publication of JPS55104998A publication Critical patent/JPS55104998A/ja
Priority to US06/369,911 priority patent/US4582561A/en
Publication of JPS5830280B2 publication Critical patent/JPS5830280B2/ja
Expired legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化珪素(S iC)結晶を製造する方法に関
するもので、特に気相成長法と液相成長法を組み合わせ
て基板上に炭化珪素層を成長させるものである。
炭化珪素には多くの結晶構造(poly type・多
形と称される)が存在し、結晶構造により2.4乃至3
.3エレクトロンボルト(eV)の禁制帯幅を有する。
また炭化珪素は、熱的、化学的、機械的に極めて安定で
、放射線損傷にも強く、またワイドギャップ半導体とし
てはめずらしく、p型、n聖典安定に存在する材料であ
り、従って高温動作素子、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
ているものである。
更に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。
その他、そのエネルギーギャップの値から考察するに可
視短波長と近紫外光間の光電変換素子材料としても興味
ある半導体材料であり、他のワイドギャップ半導体が一
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に於いても将来電子材料として
の実用化が期待されるものである。
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となる高品質の大面積基板
を得るための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、研磨材
料を工業的に得るために一般に用いられているアチェソ
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基板を得ることが困難であ
り、又幾種類かの結晶構造(poly type )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、アチェ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
′;I″lるものであり、SiC基板を工業的に得る方
法としては適当ではない。
一方、近年の半導体技術の向上に伴ない、比彰的良質で
大型の単結晶基板として入手できるSiを用いた珪素異
質基板上に、ヘテロエピタキシャル技術により3C形5
iC(立方晶形に属する結晶構造を有するもので、そう
エネルギーギャップは〜2.4eV)単結晶薄膜が得ら
れるようになった珪素基板上へのへテロエピタキシャル
成長法としては(1)珪素原料としてSiH4,5iC
14。
(CH3)3 S Ic1.(CH3)2 s r c
+□、または炭素原料としてCCl4、炭化水素ガス(
C2H2゜c’2H6t CH4、c3H8等)、キャ
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°C〜1400℃に設定し、気相成長技術
(CVD技術)により、3C形SiC単結晶薄膜を得る
方法、(2)S i基板表面にグラファイト、炭化水素
の熱分解により生ずるカーボンを1200℃〜1400
℃程度の温度で拡散させ、Si基板表面をSiCに変換
させて3C形SiC単結晶薄膜を得る方法、(3)Si
蒸気を直流又は交流グロー放電により活性化されたアル
ゴン、炭化水素ガスを通過させてSi基板上にSiC単
結晶薄膜を蒸気させる方法(蒸着法)等がある。
しかしながら上記(1)。C2) 、 (3)等のSi
異質基板上へのへテロエピタキシャル技術により得られ
た3C形SiC薄膜単結晶の厚さは1〜10μm程度の
薄いものであり、又一般にはその結晶の完全性に於いて
も良好なものとはいい難い。
この理由は、Si基板と3C形SiC結晶の格子定数の
差が大きい為に特にSiC基板とエピタキシャル3C形
SiC界面近傍に多くのミスフィツト転位が発生し、そ
の影響がエピタキシャル層内部にまで及んでいること、
及びSi基板とSiC結晶の熱膨張係数の差により成長
温度から室温に冷却する過程でSiCエピタキシャル層
中に歪が蓄積されるためと考えられる。
又仮にこのよ−)な方法で大面積かつ良質の3C形Si
C(エネルギーギャップEgは〜2.4eV)が得られ
たとしても更にエネルギーギャップの大きい結晶構造の
5iC1例えば6H(Egは〜3.02eV)4H(E
gは〜326ev)、8H(Egは〜28eV)等のa
形SiCをエピタキシャル成長法で得ようとすると、そ
の成長温度は一般には16000C以上の高温となり、
Si基板及び前述したSs基板上へSiC薄膜を成長さ
せた基板(3C形sic/si構造)等はSiの融点が
1410℃であるのでa形SiCへテロエビクキシャル
成長用基板として採用することはできなくなる。
本発明は上記現状に鑑み5気相成長法と液相成長法を組
み合イつせることにより、SiC結晶の形状大きさ、成
長層厚等を制御することのできる新規有用な炭化珪素結
晶層の製造方法を提供することを目的とするものである
以下、本発明の基本的構成について第1図A。
Bとともに説明する。
■ 珪素基板2上に炭化珪素層(以下1次層と称す)4
を形成する。
形成方法は通常気相化学析出法を用いるが、熱交換また
は化学変換による炭化法を用いたり、分子線エビクキシ
ーやその他の蒸着法を利用してもよく、これらの絹み合
せでも可能である。
膜厚は後述の珪素基板熔融工程で割れない厚さが必要で
、珪素基板の大きさにもよるが、少なくとも5〜10μ
m程度の厚みを有することが望ましい。
■ 1次層4を形成した珪素基板2を、炭化珪素表面層
6を有する試料台10上に載置して試料台10を加熱し
、珪素基板2を熔融して珪素融液12とする。
試料台10を1次層4より高温に保持しながらこの状態
を一定時間維持し、炭化珪素1次層4の裏側に珪素融液
12から炭化珪素2次層14を析出させる。
これは試料台表面の炭化珪素6が珪素融液12中に溶解
し、低温側の炭化珪素1次層4上に析出したものと思わ
れる。
一般に液相成長結晶は気相成長結晶に比して結晶の完全
性に優れている。
ところが通常の液相成長では偶発的に発生する自然発生
核を利用するか、あらかじめ他の方法で作製された基板
結晶(種結晶)を用いるので、制御された大きさの結晶
を得るための液相成長ができない。
これに対し本発明では珪素基板上に形成した1次層4上
に液相成長させるものであり珪素基板は完全結晶性を有
する種々の大きさ、方位のものが容易に入手できるので
有利である。
また、一般に珪素基板上に炭化珪素をヘテロエピタキシ
ャル成長するに際して、1μm厚程鹿の薄膜であれば単
結晶となり得るが、それより更に厚膜化しようとすれば
多結晶化することが知られている。
本発明の1次層4に於いて次の炭化珪素2次層14成長
のための種結晶になるのは、成長層表面ではなく、裏面
すなわち珪素基板2に接している側である。
従ってたとえ炭化珪素1次層4が多結晶化しても、珪素
基板2上に初期に成長した部分が単結晶のまま保持され
れば炭化珪素2次層14の析出に際しては支障は生じな
い。
現在の半導体電子工業の主流であるプレーナー技術を用
いるに際しては、ウェハー状結晶の主面が良好な単結晶
であればよく、その厚さは数μmでよい。
本発明による炭化珪素ウェハーに於いてはダイオード、
トランジスター等のデバイスとして機能する部分を液相
成長結晶部分に作ればよく、その他の部分は補強用とし
て作用すれば足りる。
以下、本発明を実施例に従って更に詳細に説明する。
実施例 第2図に本実施例に使用される反応装置の一例を示す。
水冷式縦形二重石英反応管22内に黒鉛製支持棒24に
より支持された炭化珪被覆黒鉛製試料台26を置き反応
管22の外胴部に巻回されたワークコイル28に高周波
電流を流して、この試料台26を誘導加熱する。
反応管22の下端はステンレス鋼製のフランジ30とO
−リングでシールされている。
フランジ30上にはガスの出口となる継手32及び支柱
台34が設けられている。
支柱台34に石英製の支柱36が保持され、支柱36に
上記支持棒24が継ぎ足される。
出口側の継手32には排気用管が接続され、廃ガス処理
装置(図示しない)に導かれている。
反応管22の上端側にはガス流入口となる枝管38が設
けられ、搬送ガスが反応管22内へ供給される。
試料台26上には下地基板となる珪素基板2が載置され
ている。
次に本実施例の炭化珪素成長方法について第3図A、B
、C,Dを参照しながら説明する。
(4)反応管22を排気して水素で置換し、公知の塩化
水素・水素混合ガスで試料台26上に載置された珪素基
板2の表面をエツチング除去するC第3図A参照)。
(B) 珪素基板2の温度を珪素の融点以下の温度、
好ましくは1100乃至1200℃に設定し、一般的な
気相成長法で炭化珪素を珪素基板2上に成長させる。
搬送ガスにはアルゴン(Ar)ヘリウム(He)などの
稀ガス又は水素ガス(H2)が用いられる。
珪素原料としては、四塩化珪素(SICI4)、二塩化
シラン(SIH2CI2)、シラン(S IH4)など
が、また炭素原料としては四塩化炭素(CCI4短プロ
パン(C3H8)、メタン(CH4)をはじめとする炭
化水素が用いられる。
本実施例では流量i iy分の水素ガスを搬送ガスとし
、二塩化オラン(SIH2C12)及びプロパン(C3
H8)をそれぞれの原料ガスとする。
濃度は原子比で二塩化シランをlXlO4、プロパンを
3X10’に設定し、2時間の成長で30μm厚の3C
C形化化珪素1層4を形成した。
珪素基板2の側面にも炭化珪素層16が同時に形成され
る。
(C) 原料ガスの送り込みを停止し、流量177分
の水素雰囲気だけにする。
ワークコイル28に流す高周波出力を増して試料台26
の温度を1500℃程度に昇温し、珪素基板2を熔融す
る。
熔融後、1450℃乃至1650℃程度の一定温度に設
定してこの状態を維持する。
本実施例では試料台表面に於いて1500°Cになるよ
うに設定し、2時間の成長で10μm厚の炭化珪素2次
層14を形成した。
加熱方式は高−液加熱方式を用いているため、試料台2
6がヒーターになり試料台26の表面と炭化珪素1次層
4との間には自然に温度差ができ、液相成長したもので
ある。
側面の炭化珪素層16は1次層4と試料台26との間隔
をとるためのスペーサとして作用し、1次層4が試料台
26に対して傾くのを防止する効果を有する。
(D) 高周波出力を停止して降温し、試料台全体を
弗酸硝酸混液に浸漬して珪素をエツチング除去し、試料
台から取り外す。
以上により炭化珪素結晶層を得ることができる。
本発明は以上の如く液相法を導入することにより結晶性
の良好な炭化珪素結晶層を再現性よく量産することがで
き、また得られる結晶層の大きさを制御することも可能
である。
【図面の簡単な説明】
第1図A、Bは本発明の詳細な説明するための模式図、
第2図は本発明の実施に供する反応装置の要部断面を示
す斜視図、第3図A、B、C,Dは本発明の一実施例の
製造工程を説明する断面図である。 2・・・・・・珪素基板、4・・・・・・炭化珪素1次
層、6・・・・・・試料台の炭化珪素表面層、10・・
・・・・試料台、12・・・・・・珪素融液、14・・
・・・・炭化珪素2次層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 珪素基板上に第1の炭化珪素層を形成する工程と、 炭化珪素表面層をもつ試料台上で前記珪素基板を熔融し
    珪素融液とするとともに前記試料台の炭化珪素表面層を
    前記第1の炭化珪素層より高温に保持することにより、
    前記第1の炭化珪素層の前記珪素融液接触面上に第2の
    炭化珪素層を形成する工程と より成る炭化珪素結晶層の製造方法。
JP1019979A 1979-01-25 1979-01-29 炭化珪素結晶層の製造方法 Expired JPS5830280B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1019979A JPS5830280B2 (ja) 1979-01-29 1979-01-29 炭化珪素結晶層の製造方法
DE3002671A DE3002671C2 (de) 1979-01-25 1980-01-25 Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbidsubstrats
US06/369,911 US4582561A (en) 1979-01-25 1982-04-19 Method for making a silicon carbide substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1019979A JPS5830280B2 (ja) 1979-01-29 1979-01-29 炭化珪素結晶層の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS55104998A JPS55104998A (en) 1980-08-11
JPS5830280B2 true JPS5830280B2 (ja) 1983-06-28

Family

ID=11743600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1019979A Expired JPS5830280B2 (ja) 1979-01-25 1979-01-29 炭化珪素結晶層の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5830280B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55149191A (en) * 1979-05-07 1980-11-20 Sharp Corp Manufacture of silicon carbide crystal layer
JPS5838400B2 (ja) * 1979-04-28 1983-08-23 シャープ株式会社 炭化珪素結晶層の製造方法
DE4234508C2 (de) * 1992-10-13 1994-12-22 Cs Halbleiter Solartech Verfahren zur Herstellung eines Wafers mit einer monokristallinen Siliciumcarbidschicht

Also Published As

Publication number Publication date
JPS55104998A (en) 1980-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4623425A (en) Method of fabricating single-crystal substrates of silicon carbide
US5037502A (en) Process for producing a single-crystal substrate of silicon carbide
US5230768A (en) Method for the production of SiC single crystals by using a specific substrate crystal orientation
JPH0321519B2 (ja)
JPH06316499A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JPS5838399B2 (ja) 炭化珪素結晶層の製造方法
JP4662034B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JPS6120514B2 (ja)
JP3590464B2 (ja) 4h型単結晶炭化珪素の製造方法
JPS5830280B2 (ja) 炭化珪素結晶層の製造方法
JP4673528B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴットおよびその製造方法
JPS6045159B2 (ja) 炭化珪素結晶層の製造方法
JPS63283014A (ja) 炭化珪素半導体素子
JPS6152119B2 (ja)
JPS5838400B2 (ja) 炭化珪素結晶層の製造方法
JPS6230699A (ja) 炭化珪素単結晶基板の製造方法
JPH0416597A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JPS6115150B2 (ja)
JPS5812237B2 (ja) 炭化珪素結晶層の製造方法
JP2633403B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JPS5842160B2 (ja) 炭化珪素結晶層の製造方法
JPH0364480B2 (ja)
JPS5812238B2 (ja) 炭化珪素結晶層の製造方法
JPS6120515B2 (ja)
JPH0327515B2 (ja)