KR920004173B1 - 실리콘 기판상에 단결정 β-sic층을 성장시키는 방법 - Google Patents

실리콘 기판상에 단결정 β-sic층을 성장시키는 방법 Download PDF

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내용 없음.

Description

실리콘 기판상에 단결정 β-sic층을 성장시키는 방법
제 1 도는 본 발명의 따른 버퍼층과 단결정 β-sic층을 갖는 실리콘 기판의 단면도.
제 2 도는 본 발명에 사용되는 화학 기상 성장에 대한 반응용기(reactor chamber)의 단면도와 가스 흐름도.
제 3a 도와 제 3b 도는 본 발명에 따라 성장시킨 단결정 β-sic층과 종래의 방법에 따라 성장시킨 β-sic에 피택셜층을 각각 텐코 인스트루먼트스(TENCOR INSTRUMENTS)제 알파-스텝 서피스 프로필러(surface profiler ALPHA-STEP)에 의하여 측정한 표면 거칠음도.
제 4a 도와 제 4b 도는 각각 본 발명에 따라 성장시킨 β-sic 에피택셜층과 종래의 방법에 따라 성장시킨 β-sic 에피택셜층의 X선 회절선도.
제 5 도는 실리콘 기판의 온도에 따른 β-sic의 성장비를 나타낸 도.
본 발명은 실리콘 기판상에 β-sic층을 성장시키는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 모든 공정들이 1000℃ 이하의 온도에서 기판을 가열함으로써 수행되는 실리콘 기판상에 단결정 β-sic 층을 성장시키는 방법에 관한 것이다. 실리콘 기판과 β-sic층 사이에 형성된 헤테로 접합은 고온에서 작동하는 고속, 고전력트랜지스터들에 대해 유망한 응용성을 갖는다.
실리콘과 비교해서, 실리콘 카바이드(sic)는 2.2eV의 넓은 에너지 갭을 가지며, 내열성, 열전도율, 절연파괴 전압, 포화된 전자 표류속도등에 있어서 다른 특이한 특징을 갖는다. 실리콘 카바이드는 3C-sic(입방정계, β-sic라 불림)와 6H-sic(육방정계, α-sic라 불림)등의 여러 결정구조를 갖는다. 특히, 2.2eV의 에너지갭을 갖는 β-sic는 보편적인 것이며, 고온 FET(전계효과 트랜지스터), 녹색광 발광 다이오드, 실리콘 기판과 그 위에 성장시킨 단결정 β-sic 사이의 헤테로 접합을 사용하는 헤테로 접합 바이폴라 트랜지스터등을 개발하기 위한 연구대상이었다.
실리콘 기판상에 단결정 β-sic층을 성장시키기 위하여, 여러 방법들이 연구되었다. 그 중에 원료물질가스로서 프로판(C3H8)과 실란(SiH4), 캐리어가스로서 수소가스를 사용하여 약 1300℃의 온도로 기판위를 가열하는 CVD 법이 가장 보편적인 것이다.
상기 방법에서, 성장된 β-sic층은 그 두께가 1㎛이상인 경우에, 그 결정구조가 변형되는 문제가 있다. 그 성장층은 β-sic 에피택셜층 또는 단결정 구조의 β-sic가 아니라 다결정 구조이다. 그러므로, 실리콘 기판상의 두꺼운 β-sic층을 사용하는 반도체 장치의 제조에 대해서 사용할 수 없다. 결정구조의 변형에 대한 주된 이유는 실리콘과 β-sic 결정사이의 격자 부정합에 의한 것이다. 왜냐하면, 실리콘의 격자정수가 5.430Å이고, β-sic의 격자정수가 4.358Å으로서, 그들의 차이가 약 20%이기 때문이다.
성장된 β-sic층의 결정의 질을 향상시키기 위하여, 실리콘 기판과 β-sic층 사이의 실리콘 기판을 탄화시킴으로서 매개층을 성장시키는 방법이 제안되었다. 그 매개층은 비교적 얇고, 실리콘 기판과 그 위에 성장된 단결정 β-sic층 사이의 응력을 경감시킨다. 또한, 수십 Å에서 수백 Å의 두께를 갖는 매개층을 에피택셜 β-sic층에 대한 버퍼층으로서 작용한다.
종래의 버퍼층 성장방법은 1300℃-1350℃의 온도에서 실리콘 기판위를 가열하고, 원료물질 가스로서 프로판(C3H8)가스를 이입하는 단계를 포함한다. 버퍼층의 두께가 충분히 얇은 경우에, 버퍼층상에 성장된 β-sic 에피택셜층 사이의 헤테로 접합 형성에 심각한 문제가 야기되지 않는다. 버퍼층상의 단결정 β-sic의 성장온도를 1000℃이하의 온도로 감소시키는 것이 가능하지만, 실리콘의 용융점이 약 1400℃인것을 감안하면, 버퍼층을 성장시키기 위한 온도 1300-1350℃는 매우 높다.
종래의 기술에서, 단결정 β-sic층 아래에 버퍼층을 성장시키기 위한 고온은 실리콘 기판에 불순물 확산 영역의 확장, 기판의 기계적 변형등등의 영향을 주었었다. 버퍼층의 성장온도를 감소시키고, 실리콘 기판상에 직접적으로 β-sic 에피택셜층을 성장시킴으로써 버퍼층 성장 공정을 제거하기 위한 많은 노력이 있었다.
본 발명의 일반적인 목적은 매개 버퍼층을 샌드위치 삽입하여 실리콘 기판상에 단결정 β-sic 에피택셜층을 성장시키는 개선된 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일반적인 목적은 매개 버퍼층을 샌드위치 실리콘 기판상에 단결정 β-sic에피택셜층을 성장시키는 개선된 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 특별한 목적은 모든 공정들이 1000℃이하의 온도 범위에서 수행되는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 원료물질 가스들을 변화시키고, 기판의 온도를 모든 성장공정 중에서 1000℃이하로 제어하는 화학 기상 성장법(간단히 CVD라 칭함)의 간단한 시스템을 사용하여 실리콘 기판상에 계속적으로 매개 버퍼층과 단결저 β-sic층을 성장시키는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 그의 두께가 몇 ㎛를 초과하는 경우에도 성장된 β-sic 에피택셜층의 표면형태가 우수한 단결정 β-sic층을 성장시키는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들은 본 발명의 CVD 공정들을 사용하는 방법에 의하여 완성되며, 상기 방법에서는 탄화실리콘등의 매개 버퍼층을 원료물질 가스로서 아세틸렌(C2H2)가스를 사용하고, 800-1000℃, 바람직하게는 810-850℃의 온도로 기판위를 가열하여 실리콘 기판상에 성장시킨다. 그러므로, β-sic 에피택셜층의 원료물질 가스들로서 클로로실란(트리클로로실란(SiHCl3) 또는 디클로로실란(SiH2HCl2)가스와 탄화수소(아세틸렌(C2H2) 또는 프로판(C3H8)가스의 혼합가스를 사용함으로써 그 위에 성장된다.
아세틸렌(C2H2)가스가 다른 탄화수소 가스들보다 더 활성이기 때문에, 1300℃이하의 온도에서 실리콘과의 반응이 기대된다. 본 발명에서, 아세틸렌 가스 (C2H2)가스가 원료물질로서 사용되는 경우에, 버퍼층이 800°이하의 온도에서 성장될 수 있음이 알려졌다.
제 1 도는 본 발명에 따른 그 위에 2개의 성장층을 갖는 실리콘 기판 1의 모식적 단면도이다. 하부층은 탄화 시리콘의 버퍼층 2이고, 상부층은 단결정 β-sic층 3이다. 이들 두층은 CVD법에 의하여 차례로 실리콘 기판 1 상에 성장된다. 단결정 β-sic 에피택셜층의 성장에는 오프-측(111)면지수를 갖는 실리콘 기판이 사용되는 것이 바람직하다. 실시예들에서는
Figure kpo00001
에 대하여 4°－오프(111)의 면지수를 갖는 실리콘 기판(하기부터는 간단히 Si(111)4°－오프이라 칭함)이 사용된다. 오프-축 면지수를 갖는 실리콘(111)기판을 사용하는 이유가 다음의 간행물과 일본 미심사 특허공보에 제안되어 있으며, 그들의 제안은 다음의 참고문헌에 의하여 구체화된다.
전기화학 학회 간행물, 1988년 5월호, 135권 5번, 와이.후루무라등에 의한 "Si상에 헤테로에피택셜 β-sic".
엠.도끼, 에프.미에노등에 의한, 1987년 5월 10일에 공개된 “소-62-155512”.
상기 두 제안들은 비퍼층이 없고 오프-축 면지수를 갖는 실리콘(111) 기판상에 직접적으로 단결정 β-sic층을 성장시키는 방법에 관한 것이며, 거기에서는 단결정 β-sic층이 1000℃이하의 온도에서 성장된다.
첫번째 참고문헌 수백 nm의 두께를 갖는 단결정 β-sic층이 실리콘 기판상에 만족할만하게 성장되는 것을 제안하고 있다. 오프-축 면지수에 대해서는 0.5°-10°의 각이 사용된다. 그러나, 다음 실시예들에서는 Si(111)4°-오프 기판이 사용된다.
1um보다 큰 두께를 갖는 단결정 β-sic층이 헤테로 접합 바이폴라 트랜지스터 또는 고온 FET의 제조에 요구되는 경우에, 상술된 방법에 의하여 성장시킨 β-sic층의 표면상태가 두께의 증가로 나빠지는 것이 발견되었다. 그럼에도 불구하고, 버퍼층이 실리콘 기판과 β-sic 에피택셜층 사이에 형성되는 경우에, Si(111) 4'-오프 기판을 사용하는 것은 아직도 효과적이다.
실리콘 기판과 β-sic 에피택셜층 사이의 격자 부정합을 완화시키기 위한 목적으로 버퍼층을 성장시키는 종래의 방법에서는, 관련기술에 설명된 바와같이 버퍼층의 성장을 위해서 1300℃보다 큰 고온이 요구된다. 버퍼층 성장온도를 감소시키기 위해서, 본 발명의 방법은 제 2 도에 도시된 장치를 사용한다. 제 2 도는 화학기상 성장을 위한 반응 용기의 단면도와 가스 흐름도이다.
제 2 도에서, 실리콘 기판 1은 서셉터 12위에 탑재되는 수평형 반응용기 10에 설치된다. 보통, 복수의 기판들이 반응용기 10에 배열되어 동시에 처리된다. 반응용기 10의 외부둘레에는 고주파 유도코일 14가 흑연등의 탄소로된 서셉터 12와 그위에 탑재된 기판 1을 가열하기 위하여 제공된다. 반응용기 10에는 가스공급 시스템으로 부터의 혼합가스가 유입되는 입구 16과 배출시스템 20에 접속된 배출구 18이 제공된다.
제 2 도의 가스 공급 시스템은 3가지 물질 가스원들로 이루어진다. 아세틸렌(C2H2)가스원 22는 첫번째 병에, 프로판(C3H8) 또는 아세틸렌 가스원 24는 두번째 병에 트리클로로실란(SiHC13) 또는 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스원 26은 버블러에, 수소(H2) 가스원 28은 세번째 병에 각각 제공된다. 수소 가스는 캐리어 가스로서 사용되며, 이것은 물질가스를 희석하고, 기판 1상의 자연 산화층을 제거한다. 트리클로로실란(SiHCl3) 또는 디클로로실란(SiH2Cl2)는 상온에서 액상이기 때문에, 수소 가스원 28로 부터 공급되는 수소가스에 의하여 버블된다.
각각의 가스원은 유량계 MFM과, 니들 밸브등의 흐름제어 밸브 Vc로 구성된다. 유량계 MFM과 흐름제어 밸브 Vc의 결합은 유량 제어장치로 대신 할 수도 있다. 버블러에 관해서는 다수의 밸브들을 포함하고, 수소 버블링 가스의 유량과 수소와 트리클로로실란(SiHCl3(또는 디클로로실란(SiH2Cl2)의 출력 혼합 가스의 유량을 제어하는 증발 제어장치 30이 제공된다.
반응용기 10에 기판 1을 넣은 후에, 반응용기 10을 배설하기 위해서 배출 시스템 20이 제공된다. 반응 용기에서의 압력은 감소되어, 10Torr(전형적으로 3-5Torr)보다 낮은 압력으로 유지된다. 이 압력값은 모든 성장공정들에서도 유지된다. 수소 가스원 26에 대한 흐므 제어 밸브 V4와 주밸브 Vm이 개방되면, 흐름제어 밸브 V4는 1-20 SLM(분당 표준리터)의 수소가스 유량이 얻어질 수 있게 조절된다. 실시예에서는 7-10SLM의 가스 유량이 사용된다. 그리고, 서셉터 12는 고주파 유도코일 14에 의하여 10분동안 가열되며, 이에 따라서 기판온도가 800-1000℃로 상승한다. 810-850℃의 낮은 온도 범위가 바람직하다. 이 공정은 자연산화에 의하여 형성된 실리콘 디옥사이드의 얇은 막을 제거함으로써 실리콘 기판 1의 표면을 세척한다.
수소 가스 흐름과 기판 온도를 본래대로 유지하여, 아세틸렌(C2H2) 가스원 22에 대한 흐름제어 밸브 Vc1을 아세틸렌 가스의 유량이 5-30SCCM(분당 표준 입방 센티미터)의 범위, 바람직하게는 15-25SCCM의 범위로 제어되게 개방시킨다. 아세틸렌의 유입으로 실리콘 기판이 탄화되고, 버퍼층이 실리콘 기판 1 상에 성장하기 시작한다. 5-10분 동안에, 6-10㎜의 두께를 갖는 버퍼층의 성장이 얻어질 수 있다. 버퍼층의 성장비는 기판온도와 아세틸렌 가스의 유량에 좌우된다.
다음에, 흐름 제어 밸브 Vc1을 폐쇄하고, 흐름제어 밸브 Vc2와 Vc3를 개방한다. 따라서, 프로판(C3H3) 가스의 유량은 10-40SCCM 의 범위로 제오되고, 트리클로로실란(SiHCL3)가스의 유량은 약 0.1-1.0SLM으로 제어되고, 수소 가스원 28에 대해서는 동일 유량을 유지한다. 프로판 가스와 트리클로로실란 가스의 혼합비는 약 1: 30-35로 되는 것이 바람직하다. 수소가스가 캐리어 가스이기 때문에, 그의 유량은 함께 첨가되는 상기 두 원료가스들의 유량보다 더 크다. 즉, 다른 두 가스들의 혼합물 유량의 약 10배이다. 프로판(C3H8), 트리클로로실란(SiHCl3) 및 수소의 혼합가스가 반응용기 10으로 유입되는 동안에, 기판 1을 약 1000℃ 또는 그 이하의 온도로 가열한다. 더 바람직한 온도 범위는 900±50℃이다. 상기 성장공정중에는 단결정 β-sic층 3이 제 1 도에 도시된 바와같이 버퍼층 2상에 성장된다. 보다 낮은 성장온도가 성장시에 적용되는 경우에는 β-sic층 3이 제 1도에 도시된 바와같이 버퍼층 2상에 성장된다. 보다 낮은 성장온도가 성장시에 적용되는 경우에는 β-sic 에피택셜층의 성장비가 더 작아진다. 기판온도 대 성장비 특성의 한예가 제 5 도에 도시되어 있다. 그러나, 기판구조상에 나ㅃ느 영향들을 피하기 위해서는 성장시에는 보다 낮은 기판 온도가 바람직하다.
상기 실시예에서, 트리클로로실란(SiHCl3)가스원은 디클로로실란(SiHCl3)가스원으로 대치될 수 있다. 또한, 프로판(C3H8)가스는 아세틸렌(C2H2) 가스와 같이 단일 분자에 2 또는 3개의 탄소원자들을 갖는 다른 탄화수소 가스들로 대신할 수 있다. 아세틸렌 가스를 사용하는 경우에, 아세틸렌(C2H2)(가스원 22는 버퍼층2와 단결정 β-sic층 3를 성장시키기 위해서 보통 가스원으로 사용될 수 있다.
제 3a 도는 본 발명의 방법에 따라 Si(111)4°-오프 기판상에 성장시킨 β-sic층의 거칠음도의 궤적으로, 본 발명에 의하여 성장된 β-sic층의 표면이 매우 편평하다는 것을 보여준다. 도면에서, 곡선의 세로좌표는 성장표면을 스타일러스(stylus)에 의하여 측정한 상대높이를 나타내며, 상기 스트일러스는 기판 표면상에서 수평적으로 스캔(scann)된다. 상기 곡선은 미국, 캘리포니아, 텐코 인스트로먼트 제 알파-스텝의 서피스프로필러를 사용하여 측정된다. 시험편들은 60Å 두께의 버퍼층을 갖는 Si(111)4°-오프 기판상에 성장시킨 2.7㎛ 두께의 단결정 β-sic층으로 부터 제조된다. 버퍼층의 성장온도는 약 850℃이고, 단결정 β-sic층이 성장온도는 약 900℃이고, 그것에 대해서 트리클로로실란(SiHCl3), 프로판(C3H8) 및 수소 가스 시스템에 사용된다. 제 3a 도는 평균 레벨로 부터의 최대편차가 약 ±50Å에 해당하는 것을 도시하고 있다.
전술된 종래의 방법에 의하여 Si(111)a4°－오프 기판상에 직접적으로 성장시킨 단결정 β-sic에 대한 유사곡선이 제 3b 도에 도시되어 있다. 이 경우에, β-sic층은 약 2.5㎛의 두께로 성장된다. 도면은 평균레벨로 부터의 피크편차가 ±40㎜레벨을 초과하는 것을 보여주고 있다.
제 4a 도는 본 발명에 따라 Si(111)4°－오프 기판상에 성장시킨 β-sic 에피택셜층에 대해서 Cu-K2방사선을 사용하는 X-선 회절선도이다. 제 4b 도는 종래의 방법에 의하여 버퍼층이 없이 실리콘 기판상에 직접적으로 성장시킨 β-sic 층에 대한 유사 회절선도이다.
제 4a 도에서, 단지 2개의 피크, 강한(111) β-sic피크와 상대적으로 약한(222)β-sic피크가 관찰된다. 후자의 지수(222)는 지수(111)의 정배수이기 때문에, 제 4a 도의 성장 β-sic층이 양질의 단결정이라는 것을 보여준다. 한편, 제 4b 도에는 두개의 추가 피크, 즉 (220)과 (311)β-sic 피크가 관찰된다. 종래의 방법에 의하여 성장시킨 β-sic층은 결정구조의 질을 나쁘게 하여, 성장층이 다결정화된다.
그 결과는 본 발명의 1000℃보다 낮은 온도에서 1㎛이상의 두께를 갖는 단결성 β-sic층의 성장을 가능하게 만드는 것을 보여준다. 성장온도는 버퍼층에 대해서 800-1000℃(바람직하게는 810-850℃)이다. 단결정β-sic층에 대한 성장온도는 1000℃보다 낮거나 또는 부근(바람직하게는 900±50℃)이다.
실리콘과 비교하여, β-sic는 보다 넓은 에너지 갭, 보다 높은 포화전자속도, 보다높은 절연파괴 전압, 보다 강한 강도를 갖는다. 실리콘 기판상에 두꺼운 단결정β-sic층은 반도체 분야에서 많은 응용성을 가질것이다. 헤테로 접합 다이오드들, 헤테로접합 바이폴라 트랜지스터들 및 FEE들등의 고질 반도체 장치들이 본 발명의 방법을 적용함으로써 기대될 수 있다.
본 발명은 그의 정신 또는 본질적 특성에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 실현될 수 있다. 지금까지 제안된 실시예들은 전술된 명세보다 첨부된 청구항으로 나타낸 발명의 범위를 설명하고, 한정되지 않는 모든면에서 고려되어야 하며, 따라서 청구항들의 동일한 범위와 의미에 속하는 모든 변화들은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (12)

  1. 반응용기에 반도체 기판을 제공하는 단계(a)와, 상기 반응용기안에 압력을 대기합 이하로 감소기키는 단계(b)와, 상기 반응용기에 아세틸렌을 함유하는 첫번째 혼합가스를 흐르게 하는 단계(c)와, 그 위에 탄화 실리콘의 버퍼층이 성장되도록 상기 실리콘 기판을 800-1000℃의 온도로 가열하는 단계(d)와, 상기 첫번째 혼합가스를 중단하고, 탄화수소와 클로로실란 가스들을 함유하는 두번째 혼합가스를 상기 반응용기에 흐르게 하는 단계(e)와, 상기 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층이 상기 버퍼층상에 성장하도록 상기 실리콘 기판을 1000℃보다 낮은 온도로 가열하는 단계(f)로 이루어지는 실리콘 기판상에 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 단계(e)에서 상기 탄화수소 가스가 프로판과 아세틸렌 가스들의 그룹으로 부터 선택되는 실리콘 기판상에 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층이 성장시키는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 단계(e)에서 상기 클로로실란 가스가 트리클로로실란과 디클로로실란과 가스의 그룹으로부터 선택되는 실리콘 기판상에 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 기판이
    Figure kpo00002
    에 대하여 0.5°－10°오프(111)의 면지수를 갖는 실리콘 기판상에 단결정 실리콘(β-sic)층을 성장시키는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층 성장의 상기 단계(d)를 60-100Å 두께의 상기 버퍼층이 얻어질때 까지 계속하는 실리콘 기판상에 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 단계(d)에서 실리콘 기판의 상기 온도가 810-850℃의 범위에 있는 실리콘 기판상에 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 단계(f)에서 실리콘 기판의 상기 온도가 850-950℃의 범위에 있는 실리콘 기판상에 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 단계(c)에서 상기 첫번째 혼합가스가 수소가스를 포함하고, 상기 수소 가스와 아세틸렌 가스의 혼합비가 10보다 큰 실리콘 기판상에 단결성 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 클로로실란 가스와 탄화수소 가스의 혼합비가 30보다 큰 실리콘 기판상에 단결성 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 단계(e)에서 상기 두번째 혼합가스가 수소가스를 함유하고, 상기 수소가스와 함께 첨가하는 다른 가스들의 혼합비가 10보다 큰 실리콘 기판상에 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 단계(e)와 단계(f)에서 상기 단결성 실리콘 카바이드(β-sic)층의 성장 공정을 1㎛보다 큰 두께를 갖는 상기 β-sic층이 얻어질 때까지 계속하는 실리콘 기판상에 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키기 위한 방법.
  12. 반응용기에 실리콘 기판을 제공하는 단계와, 상기 반응용기 안의 입력을 대기압 아래의 레벨로 감소시키는 단계와, 반응용기로 수소가스를 흐르게 하는 단계와, 상기 실리콘 기판을 800-1000℃의 온도로 가열하여 상기 실리콘 기판의 표면을 세척하는 단계와, 아세틸렌을 함유하는 첫번째 혼합가스를 상기 반응용기도 흐르게 하는 단계와, 상기 실리콘 기판을 800-1000℃의 온도로 가열하여 탄화 실리콘의 버퍼층을 상기 실리콘 기판상에 성장시키는 단계와, 상기 첫번째 혼합가스를 중단하고, 탄화수소와 클로로실란 가스들을 함유하는 두번째 혼합가스를 상기 반응용기로 흐르게 하는 단계와, 상기 실리콘 기판을 1000℃보다 낮은 온도로 가열하여 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층을 상기 버퍼층위에 성장시키는 단계들로 이루어지는 실리콘 기판상에 단결정 실리콘 카바이드(β-sic)층을 성장시키는 방법.
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Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH067594B2 (ja) * 1987-11-20 1994-01-26 富士通株式会社 半導体基板の製造方法
JP2546696B2 (ja) * 1987-12-17 1996-10-23 富士通株式会社 シリコン炭化層構造
US5135885A (en) * 1989-03-27 1992-08-04 Sharp Corporation Method of manufacturing silicon carbide fets
US5230768A (en) * 1990-03-26 1993-07-27 Sharp Kabushiki Kaisha Method for the production of SiC single crystals by using a specific substrate crystal orientation
US5200022A (en) * 1990-10-03 1993-04-06 Cree Research, Inc. Method of improving mechanically prepared substrate surfaces of alpha silicon carbide for deposition of beta silicon carbide thereon and resulting product
WO1992022922A2 (en) * 1991-06-12 1992-12-23 Case Western Reserve University Process for the controlled growth of single-crystal films of silicon carbide polytypes on silicon carbide wafers
JP3214868B2 (ja) * 1991-07-19 2001-10-02 ローム株式会社 ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法
DE4135076A1 (de) * 1991-10-24 1993-04-29 Daimler Benz Ag Mehrschichtige, monokristallines siliziumkarbid enthaltende zusammensetzung
US5629531A (en) * 1992-06-05 1997-05-13 Cree Research, Inc. Method of obtaining high quality silicon dioxide passivation on silicon carbide and resulting passivated structures
DE4234508C2 (de) * 1992-10-13 1994-12-22 Cs Halbleiter Solartech Verfahren zur Herstellung eines Wafers mit einer monokristallinen Siliciumcarbidschicht
DE69421465T2 (de) * 1993-07-30 2000-02-10 Applied Materials Inc Verfahren zur Ablagerung von Silzium-Nitrid auf Siliziumoberflächen
US5458086A (en) * 1993-10-13 1995-10-17 Superconductor Technologies, Inc. Apparatus for growing metal oxides using organometallic vapor phase epitaxy
JPH07335562A (ja) * 1994-06-10 1995-12-22 Hoya Corp 炭化珪素の成膜方法
US5563428A (en) * 1995-01-30 1996-10-08 Ek; Bruce A. Layered structure of a substrate, a dielectric layer and a single crystal layer
US5972801A (en) * 1995-11-08 1999-10-26 Cree Research, Inc. Process for reducing defects in oxide layers on silicon carbide
JP3384242B2 (ja) * 1996-03-29 2003-03-10 株式会社豊田中央研究所 炭化珪素単結晶の製造方法
US5879450A (en) * 1997-08-13 1999-03-09 City University Of Hong Kong Method of heteroepitaxial growth of beta silicon carbide on silicon
US6094940A (en) 1997-10-09 2000-08-01 Nikon Corporation Manufacturing method of synthetic silica glass
US6225672B1 (en) * 1998-08-05 2001-05-01 National Science Council Of Republic Of China High-gain and high-temperature applicable phototransistor with multiple mono-crystalline silicon-carbide layers on a silicon substrate
US6494959B1 (en) 2000-01-28 2002-12-17 Applied Materials, Inc. Process and apparatus for cleaning a silicon surface
JP3650727B2 (ja) * 2000-08-10 2005-05-25 Ｈｏｙａ株式会社 炭化珪素製造方法
TW464977B (en) * 2000-11-03 2001-11-21 United Microelectronics Corp Method for peeling off silicon carbide layer
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
KR101027485B1 (ko) * 2001-02-12 2011-04-06 에이에스엠 아메리카, 인코포레이티드 반도체 박막 증착을 위한 개선된 공정
US7297641B2 (en) * 2002-07-19 2007-11-20 Asm America, Inc. Method to form ultra high quality silicon-containing compound layers
FR2850400B1 (fr) * 2003-01-29 2005-03-11 Soitec Silicon On Insulator Carburation de surfaces de silicium au moyen d'un faisceau d'ions d'amas gazeux
US7261919B2 (en) * 2003-11-18 2007-08-28 Flx Micro, Inc. Silicon carbide and other films and method of deposition
US7966969B2 (en) * 2004-09-22 2011-06-28 Asm International N.V. Deposition of TiN films in a batch reactor
FR2877140B1 (fr) * 2004-10-22 2007-02-23 Univ Claude Bernard Lyon Procede de croissance, sur substrat de silicium, de couches minces de carbure de silicium de faible courbure
JP2006179799A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Toshiba Ceramics Co Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体およびその製造方法
US7629267B2 (en) * 2005-03-07 2009-12-08 Asm International N.V. High stress nitride film and method for formation thereof
FR2888398B1 (fr) * 2005-07-05 2007-12-21 Commissariat Energie Atomique Couche de silicium tres sensible a l'oxygene et procede d'obtention de cette couche
US7718518B2 (en) * 2005-12-16 2010-05-18 Asm International N.V. Low temperature doped silicon layer formation
EP1842940A1 (en) * 2006-04-06 2007-10-10 Interuniversitair Microelektronica Centrum ( Imec) Method for forming a group III nitride material on a silicon substrate
US7691757B2 (en) 2006-06-22 2010-04-06 Asm International N.V. Deposition of complex nitride films
US7629256B2 (en) * 2007-05-14 2009-12-08 Asm International N.V. In situ silicon and titanium nitride deposition
TWI449087B (zh) * 2008-10-01 2014-08-11 Nat Univ Tsing Hua A method for growing a silicon carbide film on a (100) silicon substrate
JP2010095431A (ja) * 2008-10-20 2010-04-30 Toyota Motor Corp ＳｉＣ薄膜形成装置
US7833906B2 (en) 2008-12-11 2010-11-16 Asm International N.V. Titanium silicon nitride deposition
WO2011068884A2 (en) 2009-12-01 2011-06-09 University Of Massachusetts A system for producing patterned silicon carbide structures
JP5696543B2 (ja) * 2011-03-17 2015-04-08 セイコーエプソン株式会社 半導体基板の製造方法
SE536605C2 (sv) * 2012-01-30 2014-03-25 Odling av kiselkarbidkristall i en CVD-reaktor vid användning av klorineringskemi
US8860040B2 (en) * 2012-09-11 2014-10-14 Dow Corning Corporation High voltage power semiconductor devices on SiC
US9546420B1 (en) * 2012-10-08 2017-01-17 Sandia Corporation Methods of depositing an alpha-silicon-carbide-containing film at low temperature
US9018639B2 (en) * 2012-10-26 2015-04-28 Dow Corning Corporation Flat SiC semiconductor substrate
US9017804B2 (en) 2013-02-05 2015-04-28 Dow Corning Corporation Method to reduce dislocations in SiC crystal growth
US9738991B2 (en) 2013-02-05 2017-08-22 Dow Corning Corporation Method for growing a SiC crystal by vapor deposition onto a seed crystal provided on a supporting shelf which permits thermal expansion
US9797064B2 (en) 2013-02-05 2017-10-24 Dow Corning Corporation Method for growing a SiC crystal by vapor deposition onto a seed crystal provided on a support shelf which permits thermal expansion
US8940614B2 (en) 2013-03-15 2015-01-27 Dow Corning Corporation SiC substrate with SiC epitaxial film
US9279192B2 (en) 2014-07-29 2016-03-08 Dow Corning Corporation Method for manufacturing SiC wafer fit for integration with power device manufacturing technology
JP2015145536A (ja) * 2015-03-24 2015-08-13 セイコーエプソン株式会社 立方晶炭化珪素膜の製造方法
RU2578104C1 (ru) * 2015-04-07 2016-03-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100)
EP3503163A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-26 EpiGan NV A method for forming a silicon carbide film onto a silicon substrate
CN109599329B (zh) * 2018-12-05 2023-08-08 江西兆驰半导体有限公司 一种硅衬底上生长氮极性iii族氮化物半导体层的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1054519A (ko) * 1964-12-05 1900-01-01
US4000028A (en) * 1973-04-24 1976-12-28 Rohm And Haas Company Method of making absorbent pads
DE2364989C3 (de) * 1973-12-28 1979-10-18 Consortium Fuer Elektrochemische Industrie Gmbh, 8000 Muenchen Verfahren zur Herstellung von Schichten aus Siliciumcarbid auf einem Siliciumsubstrat
US3956032A (en) * 1974-09-24 1976-05-11 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Process for fabricating SiC semiconductor devices
US4459338A (en) * 1982-03-19 1984-07-10 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of deposition of silicon carbide layers on substrates and product
JPS59203799A (ja) * 1983-04-28 1984-11-17 Sharp Corp 炭化珪素単結晶基板の製造方法
US4865659A (en) * 1986-11-27 1989-09-12 Sharp Kabushiki Kaisha Heteroepitaxial growth of SiC on Si

Also Published As

Publication number Publication date
JP2534525B2 (ja) 1996-09-18
EP0322615B1 (en) 1993-03-10
US4855254A (en) 1989-08-08
KR890011028A (ko) 1989-08-12
EP0322615A1 (en) 1989-07-05
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DE3879143D1 (de) 1993-04-15
JPH01162326A (ja) 1989-06-26

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Hashim et al. CARBONIZATION LAYER GROWN BY ACETYLENE REACTION ON Si (100) AND (111) SURFACE USING LOW PRESSURE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION
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Furukawa et al. Defect Reduction of Cvd-Grown Cubic SiC Epitaxial Films on Off-Axis Si (100) Substrates with a Novel Off-Direction.

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