JPS6272599A - 炭化珪素単結晶基板の製造方法 - Google Patents
炭化珪素単結晶基板の製造方法Info
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- JPS6272599A JPS6272599A JP21591285A JP21591285A JPS6272599A JP S6272599 A JPS6272599 A JP S6272599A JP 21591285 A JP21591285 A JP 21591285A JP 21591285 A JP21591285 A JP 21591285A JP S6272599 A JPS6272599 A JP S6272599A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は電気的特性の優れた炭化珪素（ＳｉＣ）の単結
晶基板を製作する方法に関するものである。
晶基板を製作する方法に関するものである。
〈従来技術〉
ＳｉＣ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２，２乃至３，
３エレクトロンポル）（ｅＶ）の禁制帯幅ヲ有する。ま
たＳｉＣは、熱的、化学的９機械的に極めて安定で、放
射線損傷にも強く、更にワイドギャップ半導体としては
めずらしく、ｐ型、ｎ型共安定に存在する材料である。
と称される）が存在し、結晶構造により２，２乃至３，
３エレクトロンポル）（ｅＶ）の禁制帯幅ヲ有する。ま
たＳｉＣは、熱的、化学的９機械的に極めて安定で、放
射線損傷にも強く、更にワイドギャップ半導体としては
めずらしく、ｐ型、ｎ型共安定に存在する材料である。
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。
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。
又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。さらに、その広いエネルギーギャ
ップを利用して短波長可視光及び近紫外光の光電変換素
子材料としても適用できる半導体材料である。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からも電
子材料として有望視されるものである。
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。さらに、その広いエネルギーギャ
ップを利用して短波長可視光及び近紫外光の光電変換素
子材料としても適用できる半導体材料である。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からも電
子材料として有望視されるものである。
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Ｓｉ
Ｃ基板を得る上で、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。
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Ｓｉ
Ｃ基板を得る上で、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単結晶基板を得る方法として
は、黒鉛坩堝中でＳｉＣ粉末を２．２００℃〜２．６０
０℃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、研摩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。
は、黒鉛坩堝中でＳｉＣ粉末を２．２００℃〜２．６０
０℃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、研摩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竺晶法、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単結晶基板を得る
ことが困難であり、又幾種類かの結晶構造（ｐｏｌｙｔ
ｙｐｅ ）のＳｉＣが混在し、単一結晶構造で大型のＳ
ｉＣ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
も偶発的に得られるものであり、ＳｉＣ基板を工業的に
得る方法としては適当でない。
成長初期に発生する為に大型のＳｉＣ単結晶基板を得る
ことが困難であり、又幾種類かの結晶構造（ｐｏｌｙｔ
ｙｐｅ ）のＳｉＣが混在し、単一結晶構造で大型のＳ
ｉＣ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
も偶発的に得られるものであり、ＳｉＣ基板を工業的に
得る方法としては適当でない。
一方、近年の半導体技術の向上に伴ない、良質で大型の
単結晶基板として入手できる珪素（Ｓｉ）の異質基板上
に、気相成長法（ＣＶＤ法）を用いたヘテロエピタキシ
ャル技術により３Ｃ形５ｉＣ（立方晶形に属する結晶構
造を有するもので、そのエネルギーギャップは〜２．２
ｅＶ）単結晶薄膜が得られるようになった。ＣＶＤ法は
工業的規模での量産性に優れた製造技術であり、大面積
で高品質のＳｉＣ単結晶膜を再現性良＜Ｓｉ基板上に成
長させる技術として有望である。通常、珪素原料として
、ＳｉＨ４，５ｉＣＪ２４，５ｉＨ２Ｃｊ！２．（ＣＨ
ａ）ａＳｉＣλ、（ＣＨａ）２ＳｉＣλ２また、炭素原
料としてＣＩ！４ 、ＣＩ４１ｃ３Ｈ８、Ｃ２Ｈ６１キ
ヤリアガスとして水素、アルゴン等を用いて、Ｓｉ基板
温度を１，２００℃〜１，４００℃に設定し３Ｃ形Ｓｉ
Ｃ単結晶薄膜をエピタキシャル成長させている。
単結晶基板として入手できる珪素（Ｓｉ）の異質基板上
に、気相成長法（ＣＶＤ法）を用いたヘテロエピタキシ
ャル技術により３Ｃ形５ｉＣ（立方晶形に属する結晶構
造を有するもので、そのエネルギーギャップは〜２．２
ｅＶ）単結晶薄膜が得られるようになった。ＣＶＤ法は
工業的規模での量産性に優れた製造技術であり、大面積
で高品質のＳｉＣ単結晶膜を再現性良＜Ｓｉ基板上に成
長させる技術として有望である。通常、珪素原料として
、ＳｉＨ４，５ｉＣＪ２４，５ｉＨ２Ｃｊ！２．（ＣＨ
ａ）ａＳｉＣλ、（ＣＨａ）２ＳｉＣλ２また、炭素原
料としてＣＩ！４ 、ＣＩ４１ｃ３Ｈ８、Ｃ２Ｈ６１キ
ヤリアガスとして水素、アルゴン等を用いて、Ｓｉ基板
温度を１，２００℃〜１，４００℃に設定し３Ｃ形Ｓｉ
Ｃ単結晶薄膜をエピタキシャル成長させている。
しかしながら、ＳＩは異質基板であるため、ＳｉＣとは
なじみ（ぬれ）が悪く、またＳｉとＳｉＣは格子定数が
２０％も相違するため、ＳＩ基板上に直接にＳｉＣを単
結晶成長させようとしても層状成長による単結晶膜は得
られずデンドライト構造を示す多結晶になるかあるいは
ごく薄い単結晶膜が得られたとしても厚くなるにつれて
結晶の品質が劣化し、多結晶化する傾向にある。
なじみ（ぬれ）が悪く、またＳｉとＳｉＣは格子定数が
２０％も相違するため、ＳＩ基板上に直接にＳｉＣを単
結晶成長させようとしても層状成長による単結晶膜は得
られずデンドライト構造を示す多結晶になるかあるいは
ごく薄い単結晶膜が得られたとしても厚くなるにつれて
結晶の品質が劣化し、多結晶化する傾向にある。
上記ＣＶＤ法を改良したものの１つとして、最近Ｓｉ単
結晶基板表面を炭化水素ガス雰囲気下で加熱して炭化し
、表面にごく薄い炭化珪素膜を形成した後、珪素用原料
ガスと炭素用原料ガスを供給してＣＶＤ法により炭化珪
素単結晶を成長させる方法が開発されており、すでに公
知の技術となっている（ Ａｐｐｌ 、Ｐｈｙｓ、Ｌｅ
ｔｔ ４２（５）、 ｌ Ｍａｒｃｈ＋９８Ｉ Ｐ４６
０〜Ｐ４６２）。こめＣＶＤ法で製林した炭化珪素単結
晶を、半導体素子製作用として用いるためには、電気的
特性の優れたものとしなければならない。特に、電荷キ
ャリアの移動度の高い結晶が要求され、結晶欠陥や不純
物等の散乱中心の少ない結晶の成長技術が必要となって
くる。
結晶基板表面を炭化水素ガス雰囲気下で加熱して炭化し
、表面にごく薄い炭化珪素膜を形成した後、珪素用原料
ガスと炭素用原料ガスを供給してＣＶＤ法により炭化珪
素単結晶を成長させる方法が開発されており、すでに公
知の技術となっている（ Ａｐｐｌ 、Ｐｈｙｓ、Ｌｅ
ｔｔ ４２（５）、 ｌ Ｍａｒｃｈ＋９８Ｉ Ｐ４６
０〜Ｐ４６２）。こめＣＶＤ法で製林した炭化珪素単結
晶を、半導体素子製作用として用いるためには、電気的
特性の優れたものとしなければならない。特に、電荷キ
ャリアの移動度の高い結晶が要求され、結晶欠陥や不純
物等の散乱中心の少ない結晶の成長技術が必要となって
くる。
〈発明の目的〉
本発明は上述の問題点に鑑み、Ｓｉ基板表面を炭化して
ＳｉＣの薄い膜を形成した後、ＣＶＤ法によりこのＳｉ
Ｃ薄膜上にＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成
長方法において、上記Ｓｉ基板の炭化時間を制御するこ
とにより、電気的特性の優れたＳｉＣ単結晶を製作する
ことのできる炭化珪素単結晶基板の製造方法を提供する
ことを目的とする。
ＳｉＣの薄い膜を形成した後、ＣＶＤ法によりこのＳｉ
Ｃ薄膜上にＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成
長方法において、上記Ｓｉ基板の炭化時間を制御するこ
とにより、電気的特性の優れたＳｉＣ単結晶を製作する
ことのできる炭化珪素単結晶基板の製造方法を提供する
ことを目的とする。
〈実施例〉
以下、Ｓｉ基板の表面炭化にはプロパン（Ｃ３Ｈ８）を
用い、炭化後のＣＶＤ成長の原料ガスとしてはモノシラ
ン（５ｉＨ４）とプロパン（Ｃ３ｔ（８）を用いて行な
った本発明の１実施例について詳細に説明する。
用い、炭化後のＣＶＤ成長の原料ガスとしてはモノシラ
ン（５ｉＨ４）とプロパン（Ｃ３ｔ（８）を用いて行な
った本発明の１実施例について詳細に説明する。
第１図は以下の実施例に用いられる成長装置の構成図で
ある。水冷式横型二重石英反応Ｗｌ内に、黒鉛製試料台
２が載置された石英製支持台３を設置し、反応管１の外
胴部に巻回されたワークコイル４に高周波電流を流して
この試料台２を誘導加熱する。試料台２は水平に設置し
てもよく適当に傾斜させてもよい。反応管１の片端には
・ガス流入口となる枝管５が設けられ、二重石英反応管
ｌの外側の石英管内には枝管６，７を介して冷却水が供
給される。反応管１の他端はステンレス鋼製の７ランジ
８で閉塞されかつフランジ８の周縁に配設された止め板
９．ボルト１０．ナツ）１１゜０−リング１２にてシー
ルされている。フランジ８の中央にはガスの出口となる
枝管１３が設けられている。この成長装置を用いて以下
の様に結晶成長を行なう。
ある。水冷式横型二重石英反応Ｗｌ内に、黒鉛製試料台
２が載置された石英製支持台３を設置し、反応管１の外
胴部に巻回されたワークコイル４に高周波電流を流して
この試料台２を誘導加熱する。試料台２は水平に設置し
てもよく適当に傾斜させてもよい。反応管１の片端には
・ガス流入口となる枝管５が設けられ、二重石英反応管
ｌの外側の石英管内には枝管６，７を介して冷却水が供
給される。反応管１の他端はステンレス鋼製の７ランジ
８で閉塞されかつフランジ８の周縁に配設された止め板
９．ボルト１０．ナツ）１１゜０−リング１２にてシー
ルされている。フランジ８の中央にはガスの出口となる
枝管１３が設けられている。この成長装置を用いて以下
の様に結晶成長を行なう。
試料台２上にＳｉ単結晶基板１４を載置する。
キャリアガスとして水素（Ｈ２）ガスを毎分３２、また
炭化用としてプロパン（ＣａＨｓ）ガスを毎分１．０Ｃ
Ｃ程度流し、ワークコイル４に高周波電流を供給して黒
鉛製試料台２を誘導加熱し、Ｓｌ基板１４の温度を約１
３５０’Ｃまで昇温する。この温度でＳｉ単結晶基板は
炭化され、その表面にはＳｉＣ単結晶の極く薄い層が形
成される。この温度を保持した状態でＳｉＣ単結晶薄層
上に珪素原料ガスのモノシラン（ＳｉＨ４）と炭素原料
ガスのプロパン（ＣａＨｓ）を供給してＳｉＣ単結晶膜
をＣＶＤ法によって成長させる。モノシランガス及びプ
ロパンガスとも毎分０．９０：の流量で流し、キャリア
ガスとして水素ガスを毎分３ｆｌ流しておく。成長時間
を１時間に設定すると約４μｍの膜厚のＳｉＣ単結晶膜
が得られた。
炭化用としてプロパン（ＣａＨｓ）ガスを毎分１．０Ｃ
Ｃ程度流し、ワークコイル４に高周波電流を供給して黒
鉛製試料台２を誘導加熱し、Ｓｌ基板１４の温度を約１
３５０’Ｃまで昇温する。この温度でＳｉ単結晶基板は
炭化され、その表面にはＳｉＣ単結晶の極く薄い層が形
成される。この温度を保持した状態でＳｉＣ単結晶薄層
上に珪素原料ガスのモノシラン（ＳｉＨ４）と炭素原料
ガスのプロパン（ＣａＨｓ）を供給してＳｉＣ単結晶膜
をＣＶＤ法によって成長させる。モノシランガス及びプ
ロパンガスとも毎分０．９０：の流量で流し、キャリア
ガスとして水素ガスを毎分３ｆｌ流しておく。成長時間
を１時間に設定すると約４μｍの膜厚のＳｉＣ単結晶膜
が得られた。
得られた成長層の支持基板であるＳｉ基板をフッ酸と硝
酸の混酸で溶解して除去した後、ニッケル（Ｎｉ ）を
蒸着し、蒸着膜を熱処理してオーム性電極を形成する。
酸の混酸で溶解して除去した後、ニッケル（Ｎｉ ）を
蒸着し、蒸着膜を熱処理してオーム性電極を形成する。
このオーム性電極を利用してファンデアボー法でのホー
ル測定により、結晶のキャリア移動度を求めた。上記Ｓ
ｉＣ単結晶膜においてノンドープ結晶はすべてｎ型の導
電型を示す。
ル測定により、結晶のキャリア移動度を求めた。上記Ｓ
ｉＣ単結晶膜においてノンドープ結晶はすべてｎ型の導
電型を示す。
測定結果をＣＶＤ法による成長前のＳｉ基板表面炭化時
間に対する電子移動度として第２図に示す。
間に対する電子移動度として第２図に示す。
炭化時間が０．２５分間以下及び７分間以上では図より
明らかな如く移動度が著しく低下し、電気的特性の劣っ
た結晶となることがわかる。電気的特性の良い結晶を得
るためには炭化時間を１〜５分間の間に制御することが
必要である。炭化時間は短い方が効率の点でよく従って
１〜２分間程度に設定する。
明らかな如く移動度が著しく低下し、電気的特性の劣っ
た結晶となることがわかる。電気的特性の良い結晶を得
るためには炭化時間を１〜５分間の間に制御することが
必要である。炭化時間は短い方が効率の点でよく従って
１〜２分間程度に設定する。
炭化によってＳｉ基板表面に形成された薄いＳｉＣ膜は
Ｓｉ基板とＳｉＣ単結晶の大きな格子定数の異なり等か
ら生ずる結晶性の低下を防止するバッファ層（緩衝層）
としての機能を有し、従って炭化時間が短かすぎると十
分にこの層が形成されず、炭化時間が長ずざるとＳｉＣ
膜以外に過剰の炭素層が形成されて、いずれの場合もこ
の上にＣＶＤ法で結晶成長させた単結晶層に結晶欠陥が
導入され、また欠陥に取りこまれた不純物の導入も生じ
るため、電荷キャリアの伝導に対して散乱中心が形成さ
れることとなり移動度の低下を招くものと考えられる。
Ｓｉ基板とＳｉＣ単結晶の大きな格子定数の異なり等か
ら生ずる結晶性の低下を防止するバッファ層（緩衝層）
としての機能を有し、従って炭化時間が短かすぎると十
分にこの層が形成されず、炭化時間が長ずざるとＳｉＣ
膜以外に過剰の炭素層が形成されて、いずれの場合もこ
の上にＣＶＤ法で結晶成長させた単結晶層に結晶欠陥が
導入され、また欠陥に取りこまれた不純物の導入も生じ
るため、電荷キャリアの伝導に対して散乱中心が形成さ
れることとなり移動度の低下を招くものと考えられる。
なお、本実施例では炭化にはプロパンガスを用いたが、
他の炭化水素ガスを用いることもできる。
他の炭化水素ガスを用いることもできる。
またＳｉＣ単結晶の珪素原料ガスとしてはモノシランガ
スにジシラン等地のガスを使用することができ、炭素原
料ガスとしてもプロパン以外に種々の炭化性ガスが用い
られる。
スにジシラン等地のガスを使用することができ、炭素原
料ガスとしてもプロパン以外に種々の炭化性ガスが用い
られる。
〈発明の効果〉
本発明によれば、ｓＩ基板上に電気的特性の優れたＳｉ
Ｃ単結晶を得ることができ、ＳｉＣ単結晶を用いた半導
体素子を工業的に実用化する上で多大な貢献をする。
Ｃ単結晶を得ることができ、ＳｉＣ単結晶を用いた半導
体素子を工業的に実用化する上で多大な貢献をする。
第１図は本発明の１実施例の説明に供する気相成長装置
の構成図である。 第２図はＳｉ基板炭化時間と作製されたＳｉＣ単結晶の
電子移動度の関係を示す説明図である。 】・・・反応管、２・・・試料台、３・・・支持台、４
・・・ワークコイル、５，６，７．１３・・・枝管、８
・・・フランジ、１４・・・Ｓｉ単結晶基板。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）０ ／
２３４ ５６ ７８ ＱＩＯｊ？ イ１ｆｒｖ１
（＃）
の構成図である。 第２図はＳｉ基板炭化時間と作製されたＳｉＣ単結晶の
電子移動度の関係を示す説明図である。 】・・・反応管、２・・・試料台、３・・・支持台、４
・・・ワークコイル、５，６，７．１３・・・枝管、８
・・・フランジ、１４・・・Ｓｉ単結晶基板。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）０ ／
２３４ ５６ ７８ ＱＩＯｊ？ イ１ｆｒｖ１
（＃）
Claims (1)
- １、珪素基板表面を炭化して炭化珪素薄膜を形成した後
、該炭化珪素薄膜上にＣＶＤ法で炭化珪素単結晶層を成
長形成する炭化珪素単結晶基板の製造方法において、前
記珪素基板表面を炭化水素ガスに接触させて炭化処理す
る時間を１〜５分間の範囲に設定したことを特徴とする
炭化珪素単結晶基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21591285A JPS6272599A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21591285A JPS6272599A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6272599A true JPS6272599A (ja) | 1987-04-03 |
Family
ID=16680306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21591285A Pending JPS6272599A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6272599A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002220299A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-09 | Hoya Corp | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法、ＳｉＣ半導体装置並びにＳｉＣ複合材料 |
-
1985
- 1985-09-26 JP JP21591285A patent/JPS6272599A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002220299A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-09 | Hoya Corp | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法、ＳｉＣ半導体装置並びにＳｉＣ複合材料 |
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