JPS6212697A - 炭化珪素単結晶膜の製造方法 - Google Patents

炭化珪素単結晶膜の製造方法

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JPS6212697A
JPS6212697A JP15041685A JP15041685A JPS6212697A JP S6212697 A JPS6212697 A JP S6212697A JP 15041685 A JP15041685 A JP 15041685A JP 15041685 A JP15041685 A JP 15041685A JP S6212697 A JPS6212697 A JP S6212697A
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single crystal
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Haruhiko Miyamoto
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭化珪素単結晶膜の製造方法に関し、特に大面
積で鳩品質な炭化珪素単結晶膜を再現性良く製造する方
法に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
従来、炭化珪素単結晶膜の製造方法としては、8i単結
晶基板上に気相成長法のみを用いて炭化珪素単結晶膜を
ヘテロエピタキシャル成長させる方法が用いられている
。Siと炭化珪素の格子定数は20チも異なるため、S
i基板上に直接炭化珪素を成長させると、多結晶になっ
たシ%あるいは薄い単結晶膜が成長してもひび割れを起
こしたり、また厚くしていくと結晶性が悪くなり多結晶
化してしまう問題があった。この問題を解決するために
須原らは気相成長法に於いて炭化珪素単結晶膜をエピタ
キシャル成長させる前にプロパン(CsHs)中で8i
基板の表面を炭化させ、炭化珪素単結晶膜をエピタキシ
ャル成長させるためのバッファ層とする方法を用いてい
る(電子通信学会技術研究報告5SD−82−167)
、Lかしながら、この方法では5ifi板の表面を炭化
芒せる際には1〜2分間の非常に短時間で基板温度を室
温から1360℃まで昇温しなければならず温度制御が
困難であるため再現性良く高品質な炭化珪素単結晶膜を
エピタキシャル成長させることは出来なかった。
〔発明の目的〕
本発明は、このような従来の欠点を除去し、大面積で高
品質な炭化珪素単結晶膜を再現性良く製造する方法を提
供することを目的とする。
〔発明の構成〕
本発明は、単結晶基板上に炭化珪素(SiC)単結晶膜
を成長させる方法において、珪素(8i )単結晶基板
上に8i分子線によりSi単結晶を成長させ、その後8
i分子線の量を徐々に減少させるとともに炭素(C)分
子線の量を徐々に増加させることにより前記Si単結晶
上に薄い中間層を形成し、その後Siを含む化合物及び
Cを含む化合物ろるいは8i及びCを含む化合物を使用
し気相成長法にセリ前記中間層上に炭化珪素単結晶膜を
成長させることにより構成される炭化珪素単結晶膜の製
造方法である。
〔夕発明の作用〕 珪素(Si)単結晶基板上に、Si分子罐によりSi単
結晶を成長させ、その後Si分子線の量を徐々に減少さ
せるとともに炭素(C)分子線の量を徐々に増加させる
ことにより、分子線による成長であるため結晶成長速度
を小さくでき、成長温度1分子線の量の制御が容易とな
り、再現性良く前記Si単結晶上に覆い中間層を形成す
ることができるようになる。この中間層は組成が基板と
同じ8iから上層の炭化珪素の組成(8iC)に向かり
て徐々に変化しているため8i基板と炭化珪素単結晶膜
の間の格子定数差゛を緩和する作用を持っている。この
ため前記中間層上にSiを含む化合物及びCを含む化合
物あるいは81及びCを言む化合物を使用し結晶成長速
度が大きい気相成長法により炭化珪素単結晶膜を成長さ
せることによって、81基板上罠高品質な炭化珪素単結
晶膜を再現性良く短時間で成長させることができるよう
になる。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。
第1図は本発明に使用した結晶成長装置の概念図である
。水冷丸凰反応管lと超高真空チャンバー11を備えそ
の間にはゲートバルブ101 ヲ設けである。前記超高
真空チャンバー11は超高真空排気系を備え高真空排気
口17よりチャンバー内をlXl0   Torrまで
排気できる構造となっている。また前記超高真空チャン
/(−11には試料導入室18を備えてありその間には
ゲートバルブ102を設けてあり、試料導入の際に於い
ても前記超高真空チャンバー11内を超高真空に保つ構
造となっている。試料導入は試料導入室18内に於いて
基板結晶7をサセプタ−161とサセプター262の間
に設置した後ゲートバルブ102を開放し、基板結晶7
を設置し九伏態でサセプター61及び62を超高真空チ
ャンバーll内に導入する。前記超高真空チャンバーl
l内には水晶振動子膜厚計12が基板結晶近傍に設置し
てあシ膜厚の測定ができるよう・になっている。Si及
びCンースの刀n熱のためそれぞれにE型電子銃14を
設けてあり、その外側は液体窒素シュラクト13で覆わ
れている。Si及びCの蒸発速度は前記水晶振動子膜厚
計12により測定し、成長に先だって基板面へのSi及
びCの分子線強度とE型電子銃14の制御条件の関係を
測定した08iンースには高純度(9N)の多結晶8i
を、Cンースには高純度(5N)のグラファイトをそれ
ぞれ使用した。基板結晶7はサセプタ−161とサセプ
ター262の間に結晶成長面を下にした状態に設置する
。前記サセプター1 61はタンタル(Ta)Jlであ
り、サセプタ−262はグラファイトでできておりその
表面を炭化珪素にてコーティングしたものである0基板
結晶7の加熱は前記サセプター1 61を通じ直接通電
することによって行なった。
超高真空チャンバー11内での成長が終わった後、基板
結晶7を設置したままサセプタ−61及び62を上下方
向に180度回転した後サセグタ−161を取シ除くo
その後ゲートパルプ10を開放し基板結晶7を搭載した
サセプタ−262を前記水冷元型反応管l内に導入する
O前記水冷丸型反応管1の内径は39mmであり、高純
度石英製である。冷却水は冷却水人口3よりa人し冷却
水出口4より流出させ、反応カスは反応カス導入管2よ
シ導入し、反応ガス出口8より排出した0反応管内は真
空排気口9より2X10   Torrまで排気できる
構造となっている0基板原熱は高周波コイル5により高
周波電力を導入して行なった0 基板結晶7として直径が2インチのp型(抵抗率15Ω
・cm)珪素(8i)単結晶を使用し、基板の面方位と
しては(100)面を使用した□Si基板はNH3H,
0,溶液で表面処理した後%試料導入室18に於いてサ
セプタ−161とサセ系内真空度を2X10−9Tor
rとした0 仄にあらかじめ3X10  ”Torrに
排気しである超高真空チャンバー11内にゲートパルプ
10.2を開放した後、基板結晶7を設置した状態でサ
セプタ−61及び62を導入する。
導入後、超高真空中で基板結晶7を110t)°0に加
熱し表面の酸化膜を除去した。次に8iの分子線強度を
4X10”原子/α2・sec  となるようにSiの
蒸発速度を制御し10分間Si単結晶を成長させた後、
Siの分子線強匿を1分間に2XIO13原子/cII
L2・secの割合で減少させると同時に、Cの分子線
強度を2×lO原子/cR2@ secから1分間に2
X1013原子/12 ・seeの割合で増加させ、1
0分間に渡シ薊記di単結晶上に薄い中間層を形成し九
〇その後ゲートパルプ101r島放し基板結晶7を搭載
し九丈セグター262をあらかじめ2X10   ’1
:orrに排気しておいた前記水冷元型反応管l内に導
入した0 成長に先立ち水素を導入し前記水冷元型反応管l内を大
気圧の水素で満たした0反応ガスとして濃go、03モ
ル係のモノシラン(SiH2)と0.01モルチのプロ
パン(C3H11)を使用し、キャリヤーカスとして水
素を使用し、水素、5iH4C3H8全体の流量を61
/min  として反応カス導入管2よシ導入し、基板
温度を1350℃に2時間保ち炭化珪素単結晶膜の成長
を行なった0上記のようにして成長した膜をX111回
折法によ6.5±0.4μmであった。次に基板結晶を
Hl−’ −ル・ボー(van  der  Pauw
 )法により電気的特性をfill定した精米、炭化珪
素単結晶膜はn型の電気電導性を示し、キャリヤー濃度
は4X10′6/CIrL3テあり、移動度は530c
vt/ V e secという優れた値を示すものが得
られた0 なお、上記実施例では中間Jif上に炭化珪素単結晶膜
を気相成長させるのに、Siを含む化合物及びCを含む
化合物を用いたが、これらの代シにSi及びCを同時に
含む化合物を使っても同様に実施することができる。
〔発明の効果〕
以上詳細に述べたように1本発明によれば、基板にSi
単結晶を使用できるため大面積の成長層が得られ、Si
分子線によりSi単結晶を成長させ、その後Si分子線
の童を徐々に減少させるとともに炭素(C)分子線の量
を徐々に増力口させることにより、分子線による成長で
あるため結晶成長速度を小さくでき、成長温度1分子線
の量の制御が容易となり、再現性良く前記Si単結晶上
に薄い中間層を形成することができるようになる。
この中間層は組成が基板と同じSiから上層の炭化珪素
の組成(SiC)K向かって徐々に変化しているためS
i基板と炭化珪素単結晶膜の間の格子定数差を緩和する
作用を持っている。このため前記中間層上にSiを含む
化合物及びCを含む化合物あるいはSi及びCを含む化
合物を使用し結晶成長速度が大きい気相成長法により炭
化珪素単結晶膜を成長させることによって、Si基板上
に高品質な炭化珪素単結晶膜を再現性良く短時間で成長
させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に使用した結晶成長装置の概念図である
。 l・・・・・・水冷丸型反応管、2・・・・・・反応カ
ス導入管、3・・・・・・冷却水入口、4・・・・・・
冷却水出口、5・・・・・・高周波コイル、61・・・
・・・サセプター1162・・・・・・サセプター2.
7・・・・・・基板結晶、8・・・・・・反応カス出口
、9・・・・・・真空排気0.101・・・・・・ゲー
トパルプ。 102・・・・・・ゲートパルプ、11・・・・・・超
高真空チャンバー、12・・・・・・水晶振動子膜厚計
、13・・・・・・液体窒素シュラクト、14・・・・
・・E屋電子銃、15・・・・・・多結晶Si、16・
・・・・・グラファイト、17・・・・・・高真空排気
口、18・・・・・・試料導入室。 $ 1 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 単結晶基板上に炭化珪素(SiC)単結晶膜を成長させ
    る方法において、珪素(Si)単結晶基板上にSi分子
    線によりSi単結晶を成長させ、その後Si分子線の量
    を徐々に減少させるとともに炭素(C)分子線の量を徐
    々に増加させることにより前記Si単結晶上に薄い中間
    層を形成し、その後Siを含む化合物及びCを含む化合
    物あるいはSi及びCを含む化合物を使用し気相成長法
    により前記中間層上に炭化珪素単結晶膜を成長させるこ
    とを特徴とする炭化珪素単結晶膜の製造方法。
JP15041685A 1985-07-08 1985-07-08 炭化珪素単結晶膜の製造方法 Expired - Lifetime JPH0637355B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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