JPH0364480B2 - - Google Patents
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- JPH0364480B2 JPH0364480B2 JP20494086A JP20494086A JPH0364480B2 JP H0364480 B2 JPH0364480 B2 JP H0364480B2 JP 20494086 A JP20494086 A JP 20494086A JP 20494086 A JP20494086 A JP 20494086A JP H0364480 B2 JPH0364480 B2 JP H0364480B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞
本発明は炭化珪素（SiC）の単結晶基板を製造
する方法に関するものである。
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（eV）の禁制帯幅を有する。
またSiCは、熱的、化学的、機械的に極めて安定
で、放射線損傷にも強く、更にワイドギヤツプ半
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。従つて高温動作素子、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
ギーギヤツ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。他のワイドギヤツプ半導体が一般に
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て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。
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（eV）の禁制帯幅を有する。
またSiCは、熱的、化学的、機械的に極めて安定
で、放射線損傷にも強く、更にワイドギヤツプ半
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。従つて高温動作素子、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
ギーギヤツ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。他のワイドギヤツプ半導体が一般に
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て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SiC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。
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SiC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℃〜2600
℃で昇華させ、さらに再結晶させてSiC基板をい
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
混入したり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エソン法により
偶発的に得られるSiC基板を用いる方法等があ
る。
としては、黒鉛坩堝中でSiC粉末を2200℃〜2600
℃で昇華させ、さらに再結晶させてSiC基板をい
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
混入したり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エソン法により
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、アチエソン法に
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。
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、アチエソン法に
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、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ヤル技術により3C形SiC（立
方晶形に属する結晶構造を有するもので、そのエ
ネルギーギヤツプは〜2.2eV）単結晶薄膜が得ら
れるようになつた。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く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，SiCl4，SiH2Cl2，（CH3）3SiCl，
（CH3）2SiCl2また、炭素原料としてCCl4，CH4，
C3H8，C2H6、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1200℃〜1400℃に設
定し3C形SiC単結晶薄膜をエピタキシヤル成長さ
せている。
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ヤル技術により3C形SiC（立
方晶形に属する結晶構造を有するもので、そのエ
ネルギーギヤツプは〜2.2eV）単結晶薄膜が得ら
れるようになつた。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く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，SiCl4，SiH2Cl2，（CH3）3SiCl，
（CH3）2SiCl2また、炭素原料としてCCl4，CH4，
C3H8，C2H6、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1200℃〜1400℃に設
定し3C形SiC単結晶薄膜をエピタキシヤル成長さ
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。
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。
上記CVD法を改良したものの１つとして、最
近二温連続CVD法でSi単結晶基板上に良質で大
面積のSiC単結晶を成長させる方法が開発されて
いる（特願昭58−76842号）。また、他の方法とし
てはSi単結晶基板表面を一旦炭化水素ガスで炭化
した後、CVD法により炭化珪素単結晶を成長す
る方法であり、すでに公知の技術となつている
（Appl.phys.Lett42(5)、1March 1983P460〜
P462）。
近二温連続CVD法でSi単結晶基板上に良質で大
面積のSiC単結晶を成長させる方法が開発されて
いる（特願昭58−76842号）。また、他の方法とし
てはSi単結晶基板表面を一旦炭化水素ガスで炭化
した後、CVD法により炭化珪素単結晶を成長す
る方法であり、すでに公知の技術となつている
（Appl.phys.Lett42(5)、1March 1983P460〜
P462）。
しかしながら、上記いずれのCVD法もSi基板
上にSiC層を成長させているため、SiとSiCの熱
膨張率が２倍程度相違することに起因して結晶欠
陥を多く含むSiC単結晶になる。SiC単結晶を素
子製作用として用いるためには、結晶欠陥の少な
い結晶が必要となつてくる。
上にSiC層を成長させているため、SiとSiCの熱
膨張率が２倍程度相違することに起因して結晶欠
陥を多く含むSiC単結晶になる。SiC単結晶を素
子製作用として用いるためには、結晶欠陥の少な
い結晶が必要となつてくる。
＜発明の目的＞
本発明は上述の問題点に鑑み、SiC単結晶の
CVD成長において、成長用下地基板としてSiCと
熱膨張率の近いSOS（シリコン・オン・サフアイ
ヤSilicon on Sapphire）を利用することにより
格子欠陥の少ないSiC単結晶を得ることのできる
新規なSiC単結晶の製造方法を提供することを目
的とする。
CVD成長において、成長用下地基板としてSiCと
熱膨張率の近いSOS（シリコン・オン・サフアイ
ヤSilicon on Sapphire）を利用することにより
格子欠陥の少ないSiC単結晶を得ることのできる
新規なSiC単結晶の製造方法を提供することを目
的とする。
＜実施例＞
SOS基板上のSi単結晶表面を一旦プロパン
（C3H8）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、原料ガスとしてモノシラ
ン（SiH4）とプロパン（C3H8）を用いたCVD法
で炭化珪素単結晶を成長させる方法を例にとつて
以下本発明の１実施例について説明する。
（C3H8）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、原料ガスとしてモノシラ
ン（SiH4）とプロパン（C3H8）を用いたCVD法
で炭化珪素単結晶を成長させる方法を例にとつて
以下本発明の１実施例について説明する。
添付図面は本発明の１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管１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、二重石英管１の
外側の石英管には枝管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製フラン
ジ８で閉塞されかつフランジ周縁に配設された止
め板９、ボルト１０、ナツト１１、ローリング１
２にてシールされている。フランジ８の中央には
ガス出口となる枝管１３が設けられている。この
成長装置を用いて以下の様な結晶成長を行なつ
た。
装置の構成図である。水冷式横型二重石英管１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、二重石英管１の
外側の石英管には枝管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製フラン
ジ８で閉塞されかつフランジ周縁に配設された止
め板９、ボルト１０、ナツト１１、ローリング１
２にてシールされている。フランジ８の中央には
ガス出口となる枝管１３が設けられている。この
成長装置を用いて以下の様な結晶成長を行なつ
た。
試料台２にSOS基板１４を載置する。キヤリア
ガスとして水素（H2）ガスを毎分3.0、SOS上
の珪素表面を炭化珪素化するための炭化用の原料
ガスとしてプロパン（C3H8）ガスを毎分1.0c.c.程
度流し、ワークコイル４に高周波電流を流して黒
鉛製試料台２を加熱し、SOS基板１４の温度を約
1350℃まで加熱し、SOS上の珪素単結晶表面に炭
化珪素単結晶薄膜を形成する。次に、プロパンの
供給を断ち、プロパンとモノシラン（SiH4）ガ
スの流量を毎分0.4〜0.9c.c.に調節し、１時間流す
ことで、上記薄膜上に約3μmの炭化珪素単結晶薄
膜が形成できる。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炭化珪素単結
晶薄膜がSOS基板１４全面に得られた。
ガスとして水素（H2）ガスを毎分3.0、SOS上
の珪素表面を炭化珪素化するための炭化用の原料
ガスとしてプロパン（C3H8）ガスを毎分1.0c.c.程
度流し、ワークコイル４に高周波電流を流して黒
鉛製試料台２を加熱し、SOS基板１４の温度を約
1350℃まで加熱し、SOS上の珪素単結晶表面に炭
化珪素単結晶薄膜を形成する。次に、プロパンの
供給を断ち、プロパンとモノシラン（SiH4）ガ
スの流量を毎分0.4〜0.9c.c.に調節し、１時間流す
ことで、上記薄膜上に約3μmの炭化珪素単結晶薄
膜が形成できる。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炭化珪素単結
晶薄膜がSOS基板１４全面に得られた。
格子欠陥が減少した原因としては、SOSを下地
基板として使うことで熱膨張率の相違により発生
していた格子欠陥が減少した結果、成長した単結
晶膜に格子欠陥が少なくなつたと考えられる。
基板として使うことで熱膨張率の相違により発生
していた格子欠陥が減少した結果、成長した単結
晶膜に格子欠陥が少なくなつたと考えられる。
以上の実施例においては成長法として常圧
CVD法を用いたが減圧CVD法を用いてもよい。
CVD法を用いたが減圧CVD法を用いてもよい。
＜発明の効果＞
本発明によれば、SOS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。
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。
添付図面は本発明の１実施例の説明に供する成
長装置の構成図である。 １……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……SOS基板。
長装置の構成図である。 １……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……SOS基板。
Claims (1)
- １ 気相成長法で炭化珪素単結晶薄膜を成長させ
る際の下地基板としてシリコン・オン・サフアイ
ア基板を用いることを特徴とする炭化珪素単結晶
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20494086A JPS6360199A (ja) | 1986-08-30 | 1986-08-30 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20494086A JPS6360199A (ja) | 1986-08-30 | 1986-08-30 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6360199A JPS6360199A (ja) | 1988-03-16 |
| JPH0364480B2 true JPH0364480B2 (ja) | 1991-10-07 |
Family
ID=16498865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20494086A Granted JPS6360199A (ja) | 1986-08-30 | 1986-08-30 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6360199A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100416738B1 (ko) * | 1996-12-30 | 2004-04-21 | 삼성전기주식회사 | 기상결정성장법에의한ZnSe단결정제조장치 |
| JP3631366B2 (ja) * | 1998-03-11 | 2005-03-23 | 株式会社神戸製鋼所 | 単結晶ダイヤモンド合成用基板 |
| JP5051875B2 (ja) * | 2006-12-25 | 2012-10-17 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置および成膜方法 |
-
1986
- 1986-08-30 JP JP20494086A patent/JPS6360199A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6360199A (ja) | 1988-03-16 |
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