JPS6120517B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化珪素（SiC）結晶を製造する方法
に関するもので、特に珪素基板を用いて珪素の融
点以下で炭化珪素を成長し、その後珪素基板を熔
融し又はエツチング除去してその裏面（珪素基板
に接していた面）上に更に第２の炭化珪素層を形
成する方法に関する。

炭化珪素は耐熱、耐腐蝕、耐放射線特性に優
れ、硬度が大で大きい禁制帯幅（結晶多形により
2.4乃至3.3エレクトロンボルト）をもち、容易に
ｐ形及びｎ形に不純物添加できる半導体材料であ
るが、工業的に半導体装置を形成するために十分
な大きさと製造再現性をもつてウエハー状の結晶
を供給できなかつた為に、炭化珪素を用いた半導
体装置も、試験的に製造されれるにとどまり広く
実用化するには至つていない。

発明者らは先にSi基板上に○イSiC単結晶○ロ界面
に於てグレインの方位の配向した多結晶、○ハ界面
に於て結晶方位の配向したグレインを含む多結
晶、又は○ニSiとSiCとの混在物等より成る種層を
形成し、Si基板の裏面に炭素原料を存在させた状
態に於てSi基板を熔融させこのSi融液から種層裏
面上にSiC（２次層という）を液相成長させる方
法を提案し熔融基板からのエピタキシ−
（Epitaxy from Substrate，EMSと略称する）と
命名した。このEMS法によればSiC2次層は最初
のSi基板の大きさに且つ薄板状（ウエハー状）に
作製できるので、現在半導体工業で主流となつて
いる所謂プレーナー技術及びメサ技術を適用で
き、炭化珪素半導体装置の工業化に大きく貢献す
るものである。

本発明は上記EMS法の改良に係り、更に詳細
には液相成長工程中の原料となる層の改良を目的
とするものである。

EMS法の炭化原料としては炭化珪素又は炭素
層をSi基板の裏側に設置する。このうち炭素を用
いる方法としてはSi基板の裏側に炭素薄膜を
CVD法で被着させる方法が本発明者らにより既
に提案されているがCVD工程をふやすことにな
り工程が繁雑になる欠点がある。CVD法で被着
させず、カーボン成形品をこのかわりに用いるこ
とを試みたが、通常のカーボン材又はグラフアイ
ト材といわれるものは熔融珪素を吸収するので、
これを原料として用いると、基板珪素を熔融した
珪素融液を全部吸い込んでしまい気相成長できな
かつた。本発明では原料炭素台として、炭素を主
として成る炭素薄板を用い、その厚さを珪素融液
を全部は吸収し切らない厚さとするものである。
本発明で利用される炭素台の厚さの上限は炭素台
の密度などの特性によつて異なるが概略説明する
と珪素基板の厚さ程度即ち、350μｍ厚の珪素基
板を用いるときは350μｍ厚程度が上限である。
また、厚さの下限は成形加工と取扱いの容易さと
少なくとも炭素珪素気相成長での原料供給に支障
をきたさない厚さが必要であることにより決ま
る。従つて50乃至350μｍ厚が使用でき、100乃至
200μｍ厚が好適である。フライス盤による研削
又はラツプ盤による研磨で容易に成形加工でき
る。

以下、本発明を実施例に従つて更に詳細に説明
する。

実施例 第１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素被覆黒鉛
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とロ−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２
２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上には炭素薄板６８が載置され、その上
には下地基板となる珪素基板２が載置されてい
る。炭素薄板６８は、この実施例では200μｍ厚
である。

次に本実施例の炭化珪素成長方法について第２
図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを参照しながら説明する。

(1a) 反応管２２を排気して水素で置換し、公知
の塩化水素・水素混合ガスで炭素薄板６８上に
載置された｛111｝面を主面とする珪素基板２
の表面をエツチング除去する（第２図Ａ参
照）。

(1b) 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
（SiCl₄）、二塩化シラン（SiH₂Cl₂）、シラン
（SiH₄）などが、また炭素原料としては四塩化
炭素（CCl₄）やプロパン（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１／分の水素ガスを搬送
ガスとし、二塩化シラン（SiH₂Cl₂）及びプロパ
ン（C₃H₈）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7.5×10^-4、プロパ
ンを1.5×10^-3に設定し、30分間の成長で30μ
ｍ厚の珪素と3C形炭化珪素との混在層４を形
成した。珪素基板２の側面にも珪素と炭化珪素
との混在層１６が同時に形成される。

このとき混在層４の珪素基板２との界面に存
在するSiCグレイン（1000Å程度のオーダーの
粒径と考えられる）は珪素基板の方位に従つて
配向している。すなわちSi＜111＞SiC＜111
＞かつSi＜１１０＞SiC＜１１０＞となつて
いる。但し、記号は平行を表す。

(1c) 原料ガスの送り込みを停止し、流量１／
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
炭素薄板６８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。本実施例では炭素薄板６８に於いて1500℃
になるように設定し、２時間の成長で10μｍ厚
の単結晶炭化珪素２次層１４を形成した。図に
於て６９は炭素薄板６８が珪素融液を吸収した
ものである。

加熱方式は高周波加熱方式を用いるため、試
料台２６がヒーターになり炭素薄板６９の表面
と混在層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。

側面の混在層１６は混在層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、混
在層４が試料台２６に対して傾くのを防止する
効果を有する。（第２図Ｃ参照） (1d) 高周波出力を停止して降温し、炭素薄板６
８を弗酸硝酸混液に浸漬して珪素をエツチング
除去し、炭素薄板６９から成長層４，１４を取
り外す。（第２図Ｄ参照） なお、本実施例によれば炭素薄板６８は当初か
ら反応管内に置かれるから工程は連続して行なえ
る。一方工程(1b)と(1c)との間で一且降温しても
かまわなければ当初は炭素薄板６８を介在させ
ず、工程(1b)と(1c)との間にこれを挿入してもか
まわない。

本発明によれば原料炭素薄板を別に設けるから
高価な試料台を毎回交換することがなく生産性が
向上する。

なお実施例では炭素薄板６８を珪素基板２と同
じ大きさに成形したが、これは種層形成工程でな
るべく炭素の気相への不所望の供給を少なくする
ためである。炭素薄板６８は必ずしも純度の高い
炭素材料で構成されている必要はなく、若干の不
純物を含有していても実施可能である。また、こ
の不純物として、例えば窒素珪素が含有されてい
る場合、窒素はSiCに対してＮ型ドーパントとし
て作用するのでＮ型のSiC基板を得ることができ
る。同様にAl，Ga，Ｂ等はＰ型ドーパントとし
て作用するのでＰ型のSiC基板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１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２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……積層、１２……珪素融
液、１４……炭化珪素２次層、６８……炭素薄
板、６９……珪素を吸収した炭素薄板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 珪素基板上に次工程に於いて、炭化珪素結晶
   成長の種となる炭化珪素種結晶を含む種層を形成
   する第１工程と、 上記珪素基板の積層形成面と反対側の面に炭素
   を主としてなる薄板を接した状態で上記珪素基板
   を熔融し、この珪素融液から上記積層の珪素融液
   に接触した面上に、炭化珪素層を形成させる第２
   工程とより成り、 上記第２工程に於ける、上記薄板は上記珪素基
   板を熔融した珪素融液を全部は吸収し切らない厚
   さであることを特徴とする炭化珪素基板の製造方
   法。