JPS6212698A - 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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JPS6212698A
JPS6212698A JP15041785A JP15041785A JPS6212698A JP S6212698 A JPS6212698 A JP S6212698A JP 15041785 A JP15041785 A JP 15041785A JP 15041785 A JP15041785 A JP 15041785A JP S6212698 A JPS6212698 A JP S6212698A
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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〕 不発明は炭化珪素単結晶膜の製造方法に関し、特に大面
積で高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。
Si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、戻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。81と炭化珪素の格子定数は20チも異な
るため、Si基板上に直接炭化珪素を成長させると、多
結晶になったり、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グロバン(CsHs
)中でSi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Si基板の表
面を炭化させる際には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
度制御が困峻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
0 〔発明の目的〕 本発明は、仁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0〔発明の構成〕 本発明は、単結晶基板上に炭化珪素(、MiC)単結晶
膜を成長させる方法において、珪素(81)本結晶基板
上にSi分子線によりSi単結晶を成長させ、その後、
炭素(C)を含む化合物を気体の状態で導入し、前記S
i分子線の量を徐々に減少させるとともに前記炭*(C
)を含む化合物の量を徐々に増加させることKよシ前記
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により構成される炭化珪素単
結晶膜の製造方法である。
〔4′発明の作用〕 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、その後炭素(C)を含む化合物を気体
の状態で導入し、前記Si分子線の量を徐々に減少させ
るとともに前記炭素(C)を含む化合物の童を徐々に増
加させることにより、襠壜域填噛薫分子線を使用した成
長であるため結晶成長速度を小さくでき、すなわち、ガ
ス状のCを含む化合物はカス量の加減が容易である特長
をもち、また結晶成長速度はSi分子線によりこまかく
制御できる特長を有するので成長温度9分子線や成長カ
ス量の制−が容易となシ、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Si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0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ぎ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F#闇で成長さ
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0 第1図は本発明に使用した結晶成長装置の截息図でめる
0水冷元型反応管1と超高真空テヤンノ(−11を備え
その間にはケートバルブ101を設けである。前記超高
真空チャンバー11は層高真空排気系を備え高真壁排気
口17よシテヤンノクー内をlX、10  ”Torr
まで排気できる構造となっている0また前記超高真空チ
ャンバー11には試料導入室18を備えてあシその間に
はゲートノクルプ102を設けてあり、へ料専入の際に
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′pr4人は試料導入室18内
に於いて基板結晶7をサセプター1 61とサセプタ−
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を設置した状態でサセプタ−61及び62を
超高真空チャンバー11内に導入する。前記超高真空チ
ャンバー11内には水晶振動子膜厚計12が基板結晶近
傍に設置してあり膜厚の測定ができるようになっている
。Siソースの加熱のため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。S
iの蒸発速度は前記水晶振動子膜厚計12により測定し
、成長に先だりて基板面への81の分子$91111F
−とE型電子銃14の制御条件の関係を測定した。81
ンースには高純度(9N)の多結晶Siを使用した。さ
らに前記超高真空チャンバー11には炭素カス導入管1
6を設けてあシ炭素(C)を含む化合物を前記超高真空
チャンバー11内に導入できるようになっており、導入
量は前記炭素系ガス導入管16の途中に設けたバリアプ
ルリークバルブ19により布置良く制御できる構造とな
っている。基板結晶7はサセプター1 61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−j−
る。nIJ記サセすター1 61はタンタル(Ta)#
!で8シ、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
。基板結晶7の加熱は前記サセク“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彼、基板
結晶7を設置したままサセプター61及び62を上下方
向に180度回転した後サセプタ−161を取り除く。
その後ケートパルプ10を開放し基板結晶7を搭載した
サセプター262を前記水冷丸型反応管l内に導入する
。前記水冷丸型反応管1の内径はgQmmであシ、高純
度石英展である。冷却水人口3よシ流入し冷却水出口4
より流出させ、反応カスは反応ガス導入管2より導入し
、反応カス出口8よシ排出した。反応管内は真空排気口
9より2XILl  ’Torr  まセ排気できる構
造となっている。基板加熱は高周波コイル5により高周
波電力を導入して行なった。
基板結晶7として直径が2インチのp型(抵抗率15Ω
・cIL)珪素(S’i )単結晶を使用し、基板の面
方位としては1oo)面を使用した0 Si基板はN 
Hs H* 0 *溶液で表面処理した後、試料専入室
18に於いてサセプター1 61.!−Fセプター26
2の間に結晶成長させる面が下になるように設置した。
その後試料導入室18排気し系内真空度を2XIOTo
rrとした。 次にあらかじめ3X10   Torr
[排気しである超高真空チャンバー11内にゲートパル
プ102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1100℃に加熱し
表面のば化膜を除去した。次に基板TiA度を1100
’OK保った状態でSiの分子s!強度を4Xto14
原子/α2・secとなるように81の蒸発速度を制御
し10分間Si単結晶を成長させた後、8量の分子線強
度を1分間に2X1013 原子/cIIL2・sec
 の割合で減少させると同時に、炭素系ガス導入管16
よシC2H,ガスを導入し超高真空チャンバー11内の
圧力を2X10  Torrから1分間に2X10  
 Torrの割合で増加させ、10分間に渡り前記Si
単結晶上に薄い中間層を形成した。次に層高X空チャン
バー11内を3×1O−9Torrまで排気した後、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をあらかじめ2XIL)  Torrに排気し
ておいた前記水冷丸型反応管1内に導入した0 成長に先立ち水素を導入し前記水冷丸型反応管1内を大
気圧の水素で満たした。反応ガスとして跋1i0.03
モルー〇モノシラン(SiH<)と0、O1モル優のグ
ロパン(CsHs)を使用L、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°C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X線回折法に
より調べた結果、基板全体にわたって炭化珪素単結晶膜
がエピタキシャル成長しており、その膜厚は6.2±0
.5μmであった。次に基板結晶をHF −ル11ボー
(van  der  Pauw )法により電気的特
性を測定した結果、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6X1016/cWL3で
あシ、移動度は450cm/V * secという優れ
た値を示すものが得られた。
なお、上記実施例では中間Jfi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、これらの代りに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@C(よシSi単結晶を成長させ、その後炭素(C
)を含む化合物を気体の状態で導入し、前記Si分子線
の量を徐々に減少させるとともに前記炭X(C)を含゛
む化合物の量を徐々に増加させることにより、分子線を
使用した成長であるため産品成長速度を小さくでき、す
なわち、カス伏のCを含む化合物はガス量の増減が容易
である特長があり、又、結晶成長速度はSiの分子線量
でこまかく制御できる特長があるので成長温度9分子線
や成長ガス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(!iC)に向かって徐
々に変化しているため8j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
きい気相成長法罠より炭化珪素単結晶膜を成長させるこ
とによって、Si基板上に高品賞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
。 1・・・・・・水冷光型反応管、2・・・・・・反応カ
ス専人管。 3・・・・・・冷却水入口、4・・・・・冷却水田口、
5・・・・・高周波コイル、61・・山岬セグタ−1,
62・・・・・・サセプター2%7・・・・・・基板結
晶、8・・・・・反応ガス出口、9・・・・・・真空排
気口、101・・印・ゲートパルプ、102・・・・・
ケートパルプ、11・・団・超高真空チャンバー、12
・・・・・水晶振動子膜厚計、13・・・・・液体窒素
シー2クド、14・・・・・・E型電子銃、15・・・
・・多結晶si%16・・団・炭素系ガス4入管、17
・・・・・・高真空排気口、18・・・・・・試料導入
室、19・・・・・・バリアプルリークパルプ。 =\ 第 1 rM !l 二二二に= 一−4と“ 一一=;− l二水冷lL型反に當 2:反を教導λt 5:8肩波プイル l/:q−セブγ−1 /4 : 、E−型で尖鋭 /s:7フ7アlト /l:nまdスー94」 /8:試料隼入宣 ′7 −〕−

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、炭素(C)を
    含む化合物を気体の状態で導入し、前記Si分子線の量
    を徐々に減少させるとともに前記炭素(C)を含む化合
    物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
JP15041785A 1985-07-08 1985-07-08 炭化珪素単結晶膜の製造方法 Expired - Lifetime JPH0637356B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0439821A (ja) * 1990-06-05 1992-02-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 結晶性炭素系薄膜の堆積方法
JP2006086501A (ja) * 2004-08-19 2006-03-30 Tohoku Electric Power Co Inc 炭化珪素薄膜の製造方法

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JP4732025B2 (ja) * 2004-08-19 2011-07-27 東北電力株式会社 炭化珪素薄膜の製造方法

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