JPS63139096A - 炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents
炭化珪素単結晶の製造方法Info
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は炭化珪素の単結晶基板を製造する方法に関し、
特に下地基板である珪素基板の成長面方位の選定に関す
るものである。
特に下地基板である珪素基板の成長面方位の選定に関す
るものである。
〈従来技術〉
ＳｉＣには多くの結晶構造（ｐｏｌｙｔｙｐｅ・多形と
称される）が存在し、結晶構造により２２乃至３．３エ
レクトロンポル）（ｅＶ）の禁制帯幅を有する。またＳ
ｉＣは、熱的、化学的１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。
称される）が存在し、結晶構造により２２乃至３．３エ
レクトロンポル）（ｅＶ）の禁制帯幅を有する。またＳ
ｉＣは、熱的、化学的１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。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司能となり、
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。
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司能となり、
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２２００°Ｃ〜２６００
°Ｃ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２２００°Ｃ〜２６００
°Ｃ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（ｐｏｌｙｔｙｐｅ
）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。
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（ｐｏｌｙｔｙｐｅ
）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３ Ｃ形Ｓ ｒ Ｃ（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 ｅ Ｖ ） ｍ−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，ＳｉＣ［４，５ｉＨ２Ｃ
ｆ１２．（ＣＨ３）３ＳｉＣ１，（ＣＨ３）２５ｉＣｕ
２また、炭素原料としてＣＩ２４ ＋ ＣＨ４１Ｃ３Ｈ
ｓ ＋ 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°Ｃ〜１，４０
０°Ｃに設定し３Ｃ形ＳｉＣ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３ Ｃ形Ｓ ｒ Ｃ（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 ｅ Ｖ ） ｍ−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，ＳｉＣ［４，５ｉＨ２Ｃ
ｆ１２．（ＣＨ３）３ＳｉＣ１，（ＣＨ３）２５ｉＣｕ
２また、炭素原料としてＣＩ２４ ＋ ＣＨ４１Ｃ３Ｈ
ｓ ＋ 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°Ｃ〜１，４０
０°Ｃに設定し３Ｃ形ＳｉＣ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ＥＣＶＤ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、Ｌｅｔ
ｔ ４２（５）、 Ｉ Ｍａｒｃｈ１９８８ Ｐ４６０
−Ｐ４６２）。従来、この方法における成長用基板とし
て供されている珪素基板の面方位は（＋００）及び（Ｉ
Ｉ＋）而である。しかしながら、（＋００）面を用いた
場合には逆位相境界などの微視的欠陥が多数台まれてお
り、一方（＋１１）面を用いた場合にはそりやクラック
等が存在する。作製される半導体素子の特性を向上させ
るためには必然的により欠陥の少ない材料を用いること
が要求されるが、この点で上記面方位を用いた珪素基板
は成長用下地基板として不適当となる。
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、Ｌｅｔ
ｔ ４２（５）、 Ｉ Ｍａｒｃｈ１９８８ Ｐ４６０
−Ｐ４６２）。従来、この方法における成長用基板とし
て供されている珪素基板の面方位は（＋００）及び（Ｉ
Ｉ＋）而である。しかしながら、（＋００）面を用いた
場合には逆位相境界などの微視的欠陥が多数台まれてお
り、一方（＋１１）面を用いた場合にはそりやクラック
等が存在する。作製される半導体素子の特性を向上させ
るためには必然的により欠陥の少ない材料を用いること
が要求されるが、この点で上記面方位を用いた珪素基板
は成長用下地基板として不適当となる。
〈発明の目的〉
本発明は上述の問題点に鑑み得られる炭化珪素単結晶の
結晶欠陥を低減化し高品質の炭化珪素単結晶材料を作製
することのできる製造技術を提供することを目的とする
。
結晶欠陥を低減化し高品質の炭化珪素単結晶材料を作製
することのできる製造技術を提供することを目的とする
。
〈発明の概要〉
炭化珪素成長用基板として炭化珪素以外の異種基板を用
いると該基板と成長層の間の格子定数の違いにより微視
的な結晶欠陥が生じやすい。さらに結晶欠陥が結晶中に
多数集ると、結晶粒界がみられるようになる。そこで、
結晶欠陥を低減化しより高品質の半導体材料を得るため
には結晶成長の条件を最適ｆヒする一方欠陥が生じない
様な基板面方位を選択することが必要になる。（１００
）而上のエピタキシャル膜ではシリコン及び−原子層分
下のカーボンの２本の対をなすボンドが垂直に交差する
ため逆位相境界が生じやすいが（ｎｉｌ）面（但しｎは
ｌ以外の自然数）では結晶面が（＋００）面から傾斜し
ているためにボンドの対が垂直に交差せず逆位相境界の
ない炭化珪素単結晶を成長させることができる。
いると該基板と成長層の間の格子定数の違いにより微視
的な結晶欠陥が生じやすい。さらに結晶欠陥が結晶中に
多数集ると、結晶粒界がみられるようになる。そこで、
結晶欠陥を低減化しより高品質の半導体材料を得るため
には結晶成長の条件を最適ｆヒする一方欠陥が生じない
様な基板面方位を選択することが必要になる。（１００
）而上のエピタキシャル膜ではシリコン及び−原子層分
下のカーボンの２本の対をなすボンドが垂直に交差する
ため逆位相境界が生じやすいが（ｎｉｌ）面（但しｎは
ｌ以外の自然数）では結晶面が（＋００）面から傾斜し
ているためにボンドの対が垂直に交差せず逆位相境界の
ない炭化珪素単結晶を成長させることができる。
〈実施例〉
以下珪素基板の（５１１）面上に炭化珪素単結晶を成長
させる実施例について説明する。
させる実施例について説明する。
（５１１）面を成長用面とするＳｉ単結晶基板表面を−
Ｈプロパン（Ｃ３Ｈｓ）等の炭化水素ガスで炭化して炭
化珪素薄膜を表面に形成した後、原料がガスとしてモノ
シラン（ＳｉＨ４）を供給する。
Ｈプロパン（Ｃ３Ｈｓ）等の炭化水素ガスで炭化して炭
化珪素薄膜を表面に形成した後、原料がガスとしてモノ
シラン（ＳｉＨ４）を供給する。
添附図面は本実施例に用いられる気相成長装置の構成図
である。二重石英反応管ｌの中に試料台２が支持台３に
載置されて内設されており、反応管１の外周囲にはワー
クコイル４が巻回されている。
である。二重石英反応管ｌの中に試料台２が支持台３に
載置されて内設されており、反応管１の外周囲にはワー
クコイル４が巻回されている。
ワークフィル４は反応管！内部を加熱する。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。
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漠製の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．ナツト１１．Ｏ−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。
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．ナツト１１．Ｏ−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５ｉ（５１１）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３ｆｌ、
また炭化用としてプロパン（Ｃ３Ｈｓ）ガスを毎分１．
０ｃｃ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、Ｓｉ基板１４の温度を
約１３５０℃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。この薄い層が形成されることによって異種
基板上に成長形成されるＳｉＣ層の結晶歪や欠陥の発生
が抑制される。この温度を保持した状態でＳｉＣ単結晶
の薄い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。
。キャリアガスとして水素（Ｈ２）ガスを毎分３ｆｌ、
また炭化用としてプロパン（Ｃ３Ｈｓ）ガスを毎分１．
０ｃｃ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、Ｓｉ基板１４の温度を
約１３５０℃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。この薄い層が形成されることによって異種
基板上に成長形成されるＳｉＣ層の結晶歪や欠陥の発生
が抑制される。この温度を保持した状態でＳｉＣ単結晶
の薄い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０．９ｃｃの
流量で流し、キャリアガスとして水素ガスを毎分３β流
しておく。成長時間を１時間に設定すると８１単結晶基
板Ｉ４の（５］１）面上に上記ＳｉＣ薄層を介して約４
μｍの膜厚のＳｉＣ単結晶膜が得られた。この単結晶膜
の欠陥を透過電子顕微鏡で調べてみると従来のものより
、欠陥が少なくなっており、また逆位相境界もみられな
かった。尚、結晶成長面は（５１１）面取外にＣ２＋１
）面、（３１１）面、 （４１１）而、 （６＋＋）面
、・・・・・・等種々利用することができ同様の効果が
得られる。
流量で流し、キャリアガスとして水素ガスを毎分３β流
しておく。成長時間を１時間に設定すると８１単結晶基
板Ｉ４の（５］１）面上に上記ＳｉＣ薄層を介して約４
μｍの膜厚のＳｉＣ単結晶膜が得られた。この単結晶膜
の欠陥を透過電子顕微鏡で調べてみると従来のものより
、欠陥が少なくなっており、また逆位相境界もみられな
かった。尚、結晶成長面は（５１１）面取外にＣ２＋１
）面、（３１１）面、 （４１１）而、 （６＋＋）面
、・・・・・・等種々利用することができ同様の効果が
得られる。
〈発明の効果〉
本発明によれば、Ｓｉ基板上に結晶性の優れたＳｉＣ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。
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。
添附図面は本発明の１実施例の説明に供する気相成長装
置の構成図である。 ｌ・・・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・７
ランジ、１４・・・Ｓｉ単結晶基板。
置の構成図である。 ｌ・・・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・７
ランジ、１４・・・Ｓｉ単結晶基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、珪素基板上に炭化珪素単結晶を成長形成させる炭化
珪素単結晶の製造方法において、前記珪素基板の成長面
方位としてｎが１以外の自然数であらわされる（ｎ１１
）面を用いることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方
法。 ２、ｎが５または３である（５１１）面または（３１１
）面を成長面方位とした炭化珪素単結晶の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28498086A JPS63139096A (ja) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
| US07/124,732 US4865659A (en) | 1986-11-27 | 1987-11-24 | Heteroepitaxial growth of SiC on Si |
| EP87310423A EP0269439B1 (en) | 1986-11-27 | 1987-11-25 | A heteroepitaxial growth method |
| DE8787310423T DE3786148T2 (de) | 1986-11-27 | 1987-11-25 | Verfahren zur hetero-epitaktischen zuechtung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28498086A JPS63139096A (ja) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63139096A true JPS63139096A (ja) | 1988-06-10 |
| JPH0327515B2 JPH0327515B2 (ja) | 1991-04-16 |
Family
ID=17685571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28498086A Granted JPS63139096A (ja) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63139096A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997039476A1 (fr) * | 1996-04-18 | 1997-10-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ELEMENT EN SiC ET SON PROCEDE DE PRODUCTION |
| US6273950B1 (en) | 1996-04-18 | 2001-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | SiC device and method for manufacturing the same |
| JP2014205615A (ja) * | 2014-05-29 | 2014-10-30 | セイコーエプソン株式会社 | 立方晶炭化珪素半導体基板及び立方晶炭化珪素層 |
-
1986
- 1986-11-27 JP JP28498086A patent/JPS63139096A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997039476A1 (fr) * | 1996-04-18 | 1997-10-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ELEMENT EN SiC ET SON PROCEDE DE PRODUCTION |
| US6214107B1 (en) | 1996-04-18 | 2001-04-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for manufacturing a SiC device |
| US6273950B1 (en) | 1996-04-18 | 2001-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | SiC device and method for manufacturing the same |
| JP2014205615A (ja) * | 2014-05-29 | 2014-10-30 | セイコーエプソン株式会社 | 立方晶炭化珪素半導体基板及び立方晶炭化珪素層 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0327515B2 (ja) | 1991-04-16 |
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