JPS63303896A - 炭化珪素単結晶膜の製造方法 - Google Patents

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 本発明は半導体素子の原料として用いられる炭化珪素（
ＳｉＣ）単結晶膜の製造方法に関するものである。

従来技術 炭化珪素半導体は、広い禁制帯幅をもち（２，２〜３．
３ｅＶ　　）、また熱的、化学的および機械的に極めて
安定で、放射線損傷にも強いという特徴を有している。

したがって炭化珪素（以下、ＳｉＣと記す）を用いた半
導体素子は、従来の珪素（以下、Ｓｉと記す）等を用い
た他の半導体では使用が困難な高温・高出力、放射線損
傷等ので酷な条件下でも使用することができる素子材料
として広範な分野での応用が期待されている。

二のようにＳｉＣ半導体は、多くの利点、可能性を有す
る材料であるにも拘わらず、その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な寸
法・形状を制御した大面積かつ高品質の単結晶を安定に
供給し得る結晶成長技術が確立されていなかったところ
に原因がある。

従来、研究室規模で昇華再結品性（レーク法とも称され
る）等でＳｉＣ単結晶を成長させたり、このレーり法に
よる単結晶上に気相成長や液相成長によりエピタキシャ
ル成長させることでＳｉＣ単結晶を得ている。しかしな
がら、これらの単結晶は小面積であり、寸法・形状を制
御することは困難である。また、ＳｉＣに存在する結晶
多形の制御および不純物濃度の制御も容易ではない。

最近になって、Ｓｉ単結晶基板上に化学的気相戊艮法（
ＣＶ　Ｄ法）で良質かつ大面積の３Ｃ望のＳｉＣ単結晶
を成長させる方法が開発された（特願昭５８−７６８４
２号、「炭化珪素単結晶基板の製遣方法」）、また、Ｓ
ｉ基板表面を炭化水素ガス雰囲気下で加熱して炭化する
ことでＳｉＣの薄膜を表面に形成し、このＴｌ膜上のＣ
ＶＤ法によりＳｉＣ単結晶を成長させ−る方法も開発さ
れ、すでに公知の技術となっている。

発明が解決しようとする問題点 上記の技術では５ｉｌｌ結晶基板上にＳｉＣを直接成長
させる方法であるため、ＳｉとＳｉＣとの２０％もの格
子定数のちがい、あるいはＳｉとＳｉＣの熱膨張係数の
ちがいに起因する結晶欠陥が多数含まれており、またＳ
ｉＣ成長層に反りやクラックが発生しやすいという問題
がある。ＳｉＣ半導体素子を実用化するためには反り、
クラックがな（欠陥の少ない高品質なＳｉＣ単結晶を作
製することが必要であり、このための製造技術のｒｆｒ
４発が強く要望されている。

本発明の目的は、上述の８題点を解決し、結晶欠陥が低
減された高品質の炭化珪素単結晶膜の製造方法を提供す
ることである。

問題点を解決するための手段 本発明は、珪素基板上に炭化チタン膜層を形成した後、
該炭化チタン膜上に炭化珪素単結晶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である。

作　　用 本発明は上記の問題に鑑み、Ｓｉ基板上に単結晶炭化チ
タン（以下、ＴｉＣと記す）膜を中間層として導入し、
その上に５ｉＣ−１結晶を成長させることによＩ）戻り
、クラックがなく結晶欠陥の少ないＳｉＣ単結晶を得る
ことができる。

実施例 第１図は本発明の基本原理を説明する模式図である。従
来技術（第１図（１））では珪素基板１上に直接ＳｉＣ
２を成長させていたため、Ｓｉ（格子定数ａ）と、５ｉ
Ｃ（格子定数ｂ）の格子定数あるいは熱膨張係数のちが
いが、ＳｉＣ成長層２の反り、クラックあるいは結晶欠
陥の原因となっていた０本発明はＳｉ基板１上のチタン
（以下、Ｔｉと記す）膜６全部あるいはその表面のみを
、ＳｉＣと格子定数や熱膨張係数の値の近い炭化チタン
（以下、ＴｉＣと記す）膜４（格子定数ｂｌ）とし　（
第１図（２）または同図（３））、そのＴｉＣ膜４上に
ＳｉＣ単結晶２を成長させるものである。

ＴｉＣは、ＳｉＣと同様の結晶構造を持ち、格子定数や
熱膨張係数の値がＳ；Ｃの値と近いものであり、とくに
Ｔｉ１１４を炭化することによって得られるＴｉＣＴｔ
膜は、Ｓｉ基板１の結晶方位を引き継いだ単結晶膜とな
っていると推定される。この上うなＴｉＣ，！ｌはＳｉ
とＳｉＣとの間の格子定数や熱膨張係数のちがいを緩和
する層として働き、良質の　ＳｉＣ単結晶をエピタキシ
ャル成長させることができる。

以下に本発明方法の具体的な実施について第１図を参照
して記載する。Ｓｉ基板１上に形成されるＴｉＣＢ、層
４は、Ｓｉ基板１上にＴｉＣ３ｉ４が形成されている形
であってもよいし、ＴｉｉＣの表面のみが、ＴｉＣ，膜
となっていてもよい、すなわちＳｉ基板１上にＴｉｉＣ
を蒸着等の方法により形成したのち、炭化水素雰囲気中
で高温で加熱することにより、該Ｔｉａの全部または表
面のみをＴｉＣ化してもよい、またＳｉ基板上にたとえ
ばスパッタ法などにより、ＴｉＣを直接形成させてもよ
い。

ＴｉＣ膜の厚さは５Å以上、好ましくは５人〜１０００
人、より好ましくは約２００人である。

形成されたＴｉＣ膜４膜面表面上ｉＣ単結晶膜２を形成
する。ＳｉＣ単結晶膜２を形成させる方法としては、熱
分解ＣＶＤ法が好ましい、すなわち、適当な炭素源（た
とえばプロパン、メタンエチレン、アセチレン）と珪素
源（たとえば、モノシラン、ジシラン、トリシラン）等
を用いて、約８００〜１４００℃、好ましくは１３００
〜１３５０°Ｃに加熱することにより、Ｔ　ｉ　Ｃ４上
にＳｉＣ単結晶膜２が形成される。この場合、Ｓｉ基板
１上にＴｉＣ４をエピタキシャル成長させると、形成さ
れるＳｉＣ単結晶Ｉ１２もＳｉ基板１の面方位を受は継
いでエピタキシャル成長する。

したがってたとえば５ｉ（１１１）基板１上にエピタキ
シャル成長させてＴｉＣ層４を形成し、この上にＳｉＣ
を熱分解ＣＶＤ法により形成すると得られたＳｉＣ単結
晶膜６の面方位ら（１１１）である。なお、ＣＶＤ装置
において、Ｔｉ膜６を堆積させたＳｉ基板１を用いて、
炭化水素ガスによりＴｉＣ４４を形成した場合は、同装
置内で引き続いて、該ＴｉＣ膜４上に５ｉＣｊｌ結晶膜
２を成長させることができるため、製造工程が単純で有
利である。

次に具体例により本発明の実施態様を示す。

Ｓ；基板１上に形成したＴｉ膜６の炭化にはプロパン（
Ｃ３ＨＩ）を用い、炭化後のＣＶＤ成長の原料ガスとし
てはモノシラン（ＳｉＨ＝）とプロパン（Ｃ３Ｈ，）と
を用いて行なった。

第２図は実施例に用いられた成長装置の概略図である。

黒鉛試料台９上にＴｉ膜を５〜１０００人、一般的には
ほぼ２００人に真空蒸着した５ｉ（１１１）単結晶基板
１０を載置する。キャリアが又として水素ガスを毎分３
Ｊ！、原料ガスとしてプロパンがスを毎分ｉｃｅ程度流
し、ワークコイル１１に高周波電流を流して黒鉛試料台
９を加熱して、該基板を約１３５０℃まで加熱し、１〜
５分程度保持することによりＴｉ１ｌを炭化して、Ｔｉ
Ｃ膜を形成する。

次いでモノシランとプロパンガスをそれぞれ毎分０．１
〜０．９　ｃｃ、キャリアがスの水素　（毎分３））と
ともに流してＳｉＣ単結晶膜を１３００〜１３５０℃の
温度で成長させる。１時間で約　３μｍの成長膜が得ら
れた。得られた５ｉＣ１艮膜は反・す、クラックがなく
ｘｉ回折および電子線回折により（１１１）方向にエピ
タキシャル成長した単結晶膜であることがわかった。ま
た電子顕微鏡観察の結果結晶欠陥の少ない良質のＳｉＣ
単結晶膜であることがわかった。

効　　果 本発明によれば、Ｓｉ基板上に反り、クラックがなく結
晶欠陥の少ない高品質のＳｉＣ単結晶を得ることができ
るため、ＳｉＣを用いた半導体素子の実用化を急速に促
進する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＳｉＣ成長を説明するための結晶
格子を示す図である。第２図は本発明の実施例に用いた
ＣＶＤ装置の概略図である。 １・・・Ｓｉ基板、２・・・５ｉＣｒｌｔ艮膜、３　、
５　・・・界面１４・・・ＴｉＣ膜、６・・・Ｔｉまた
はＴｉとＴｉＣの混合した膜、９・・・試料台、１０・
・・Ｔｉ１ｌｉｌ付Ｓｉ単結晶基板、１１・・・ワーク
コイル、ａ・・・Ｓｉの格子定数、ｂ・・・ＳｉＣの格
子定数、ｂｌ・・・ＴｉＣの格子定数代理人　　弁理士
　画数　圭一部 第　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 珪素基板上に炭化チタン膜層を形成した後、該炭化チタ
   ン膜上に炭化珪素単結晶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。