JPS6360200A - 炭化珪素単結晶の製造方法 - 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】 く技術分野〉 本発明は、炭化珪素の高品質単結晶を効率良く製造する
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（ｐｏｌｙｔｙｐｅ・多形と
称される）が存在し、結晶構造により２．２乃至３．３
エレクトロンボルト（ｅ■）の禁制帯幅を有する。また
ＳｉＣけ、熱的、化学的２機械的に極めて安定で、放射
線損傷にも強く、また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。

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
ているアチ二ン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
（（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ＣＣＶＤ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
　ｅ　Ｖ　）単結晶薄膜が得られるようになった。ＣＶ
Ｄ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、ＳｉＨ４，５ｉＣ４４，５ｉＨ２Ｃｔ２．（Ｃ
Ｈ３）３ＳｉＣｔ。

（ＣＨ３）　２　Ｓ　ｉ　Ｃ２０また、炭素原料として
ｃｃｔ４　。

ＣＨ４，Ｃ３Ｈ８，Ｃ２Ｈ８，キャ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。そこ
で、珪素基板表面を炭化水素ガスを用いて炭化すること
で炭化珪素の薄膜を表面に形成し、この薄膜上ＫＣＶＤ
法によりＳｉＣ単結晶を成長させる方法が開発され公知
の技術となっているが、素子化に必要な高品質の単結晶
薄膜は得られていない。

〈発明の目的〉 本発明は上述の問題点に鑑み、高品質の炭化珪素単結晶
薄膜を得る製造方法を提供することを目的とする。

〈実施例〉 本発明の１実施例をＣＶＤ法を用いた炭化珪素単結晶基
板の製造方法について詳細に説明する。

図面は本実施例で用いるＣＶＤ成長装置の構成図である
。

試料台２上に珪素単結晶基板１４を載置し、キャリアガ
スとして水素（Ｈ２）ガスを毎分３１．珪素単結晶基板
の表面を炭化珪素化するだめの炭化用の原料ガスとして
プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを毎分１．０ｃｃ程度流し、
ワークコイル４に高周波電流を流して黒鉛試料台２を加
熱することで珪素基板１４を約１３５０′Ｃまで加熱し
、この温度で保持する。

昇温及び保持の時間を１〜５分にすることで、珪素単結
晶基板上に炭化珪素単結晶の薄層が形成できる。

続いて、ワークコイル４の高周波電流を調節して珪素基
板１４の温度を７００〜１１００℃に降温し、原料ガス
としてモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを毎分０．５〜Ｉ　
ｃｃの流量で１〜５分間流して上述の炭化珪素薄層上に
Ｓｉの多結晶薄膜を堆積する。続いて炭化用の原料ガス
としてＣ３Ｈ８ガスを毎分１．０ＣＣ程度流し、再度１
３５０℃まで昇温してこの温度で１〜５分間保持する。

この過程で上記Ｓｉ表面が炭化珪素単結晶に変る。

続いて、炭化珪素単結晶成長用の原料ガスとしてモノシ
ランとプロパンガスを毎分０．４〜０．９　ｃｃ流して
上記炭化珪素単結晶表面上に炭化珪素単結晶薄膜を成長
させる。その結果、電子顕微鏡での観察により格子欠陥
の少ない表面平坦な約２μｍの厚さの炭化珪素単結晶膜
をＳｉ単結晶基板１４全面に得ることができた。

以上の実施例においては常圧ＣＶＤ法を用いたが減圧Ｃ
ＶＤ法を用いてもよい。

〈発明の効果〉 本発明によれば、珪素単結晶基板上に格子欠陥の少ない
高品質で大面積の炭化珪素単結晶を得ることができ、量
産形態に適するため、炭化珪素材料を用いた半導体を工
業的規模で実用化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の！実施例の説明に供する成長装置の
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
・・・フランジ、Ｉ４・・・Ｓｉ単結晶基板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下地基板となる珪素単結晶基板表面を炭化水素雰囲
   気中で加熱することにより炭化珪素とした後、低温での
   気相成長法で非晶質又は多結晶の珪素膜を堆積し、続い
   て炭化水素雰囲気中で加熱することにより該珪素膜を炭
   化珪素膜とし、該炭化珪素膜上に高温での気相成長法で
   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
   単結晶の製造方法。 ２、珪素膜堆積及び該珪素膜を炭化珪素膜とする工程を
   複数回繰り返し、その後該炭化珪素膜上に炭化珪素単結
   晶を成長させる特許請求の範囲第１項記載の炭化珪素単
   結晶の製造方法。