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JPH0641400B2 - Method for producing silicon carbide single crystal - Google Patents

Method for producing silicon carbide single crystal

Info

Publication number
JPH0641400B2
JPH0641400B2 JP11508088A JP11508088A JPH0641400B2 JP H0641400 B2 JPH0641400 B2 JP H0641400B2 JP 11508088 A JP11508088 A JP 11508088A JP 11508088 A JP11508088 A JP 11508088A JP H0641400 B2 JPH0641400 B2 JP H0641400B2
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JP
Japan
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single crystal
silicon carbide
growth
substrate
carbide single
Prior art date
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JP11508088A
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光浩 繁田
彰 鈴木
勝紀 古川
良久 藤井
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP11508088A priority Critical patent/JPH0641400B2/en
Publication of JPH01286997A publication Critical patent/JPH01286997A/en
Priority to US07/933,964 priority patent/US5279701A/en
Publication of JPH0641400B2 publication Critical patent/JPH0641400B2/en
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は珪素基板上に積層欠陥が低減された炭化珪素単
結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a silicon carbide single crystal in which a silicon carbide single crystal with reduced stacking faults is grown on a silicon substrate.

(従来の技術) 炭化珪素は広い禁制帯幅(2.2〜3.3eV)を有する半導体
材料である。また,熱的,化学的,および機械的に極め
て安定であり,放射線損傷にも強いという優れた特徴を
持っている。珪素のような従来の半導体材料を用いた素
子は,特に高温,高出力駆動,放射線照射などの苛酷な
条件下では使用が困難である。従って,炭化珪素を用い
た半導体素子は,このような苛酷な条件下でも使用し得
る半導体素子として広範な分野での応用が期待されてい
る。
(Prior Art) Silicon carbide is a semiconductor material having a wide band gap (2.2 to 3.3 eV). In addition, it has the excellent characteristics that it is extremely stable thermally, chemically, and mechanically and is resistant to radiation damage. Devices using conventional semiconductor materials such as silicon are difficult to use, especially under severe conditions such as high temperature, high output drive, and radiation irradiation. Therefore, semiconductor devices using silicon carbide are expected to be applied in a wide range of fields as semiconductor devices that can be used even under such severe conditions.

しかしながら,大きな面積を有し、かつ高品質の炭化珪
素単結晶を,生産性を考慮した工業的規模で安定に供給
し得る結晶成長技術は確立されていない。それゆえ,炭
化珪素は,上述のような多くの利点および可能性を有す
る半導体材料であるにもかかわらず,その実用化が阻ま
れている。
However, a crystal growth technique that has a large area and is capable of stably supplying a high-quality silicon carbide single crystal on an industrial scale in consideration of productivity has not been established. Therefore, although silicon carbide is a semiconductor material having many advantages and possibilities as described above, its practical use is hindered.

従来,研究室規模では,例えば昇華再結晶法(レーリー
法)で炭化珪素単結晶を成長させたり,該方法で得られ
た炭化珪素単結晶を基板として,その上に気相成長法
(CVD法)や液相エピタキシャル成長法(LPE法)で炭化
珪素単結晶層をエピタキシャル成長させることにより,
半導体素子の試作が可能なサイズの炭化珪素単結晶を得
ている。しかしながら,これらの方法では,得られた単
結晶の面積が小さく,その寸法や形状を高精度に制御す
ることは困難である。また,炭化珪素が有する結晶多形
および不純物濃度の制御も容易ではない。
Conventionally, in a laboratory scale, for example, a silicon carbide single crystal is grown by a sublimation recrystallization method (Rayleigh method), or a silicon carbide single crystal obtained by the method is used as a substrate, and a vapor phase growth method (CVD method is applied thereto. ) Or a liquid phase epitaxial growth method (LPE method) to epitaxially grow a silicon carbide single crystal layer,
We have obtained a silicon carbide single crystal of a size that allows trial manufacture of semiconductor devices. However, with these methods, the area of the obtained single crystal is small, and it is difficult to control the size and shape with high accuracy. Further, it is not easy to control the crystal polymorphism and the impurity concentration of silicon carbide.

これらの問題点を解決するために、本発明者らは,安価
で入手の容易な珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶を気
相成長させる方法を提案した(特願昭58−76842号)。
また,珪素単結晶基板の表面を炭化水素ガス雰囲気下で
加熱して炭化することにより,該表面に炭化珪素の薄膜
を形成し,次いで該薄膜上に炭化珪素単結晶層を成長さ
せる気相成長法も開発されている。これらの方法は,単
結晶基板上に異種単結晶層を成長させることからヘテロ
エピタキシャル成長法と呼ばれている。
In order to solve these problems, the present inventors have proposed a method for vapor phase growing a silicon carbide single crystal on an inexpensive and easily available silicon single crystal substrate (Japanese Patent Application No. 58-76842). .
Further, the surface of the silicon single crystal substrate is heated and carbonized in a hydrocarbon gas atmosphere to form a silicon carbide thin film on the surface, and then a silicon carbide single crystal layer is grown on the thin film by vapor phase growth. Laws are also being developed. These methods are called heteroepitaxial growth methods because they grow heterogeneous single crystal layers on a single crystal substrate.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら,一般に,ヘテロエピタキシャル成長法で
は,成長層と基板単結晶との間に格子定数,熱膨張係
数,および化学結合の差があるので,成長層に結晶欠
陥,特に積層欠陥が発生しやすい。珪素単結晶と炭化珪
素単結晶との間には約20%の格子定数の相違がある。そ
れゆえ,珪素基板上に成長させた炭化珪素単結晶中に
は,{111}面上の積層欠陥が多数存在する。これらの積
層欠陥は,得られた炭化珪素単結晶の電気的特性に悪影
響を及ぼし,炭化珪素単結晶を各種電気材料として応用
する上で大きな問題点となる。上記いずれの方法を用い
ても,積層欠陥が低減された炭化珪素単結晶を再現性よ
く得ることは困難である。従って,このような結晶性に
優れた炭化珪素単結晶を工業的規模で安定に供給し得る
製造方法が必要とされている。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in general, in the heteroepitaxial growth method, there is a difference in lattice constant, thermal expansion coefficient, and chemical bond between the growth layer and the substrate single crystal. Particularly, stacking faults are likely to occur. There is a difference of about 20% in lattice constant between the silicon single crystal and the silicon carbide single crystal. Therefore, a large number of stacking faults on the {111} plane exist in the silicon carbide single crystal grown on the silicon substrate. These stacking faults adversely affect the electrical characteristics of the obtained silicon carbide single crystal, which is a serious problem in applying the silicon carbide single crystal as various electric materials. It is difficult to obtain a silicon carbide single crystal with reduced stacking faults with good reproducibility by using any of the above methods. Therefore, there is a need for a manufacturing method capable of stably supplying such a silicon carbide single crystal having excellent crystallinity on an industrial scale.

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり,その
目的とするところは,積層欠陥が低減された炭化珪素単
結晶を再現性よく製造し得る炭化珪素単結晶の製造方法
を提供することにある。
The present invention solves the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a silicon carbide single crystal capable of producing a silicon carbide single crystal with reduced stacking faults with good reproducibility. It is in.

(課題を解決するための手段) 本発明は,珪素基板上に積層欠陥が低減された炭化珪素
単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法であっ
て,該基板上に炭化珪素単結晶の成長領域を設ける工程
と,該成長領域に炭化珪素単結晶をその厚さが該基板の
成長面方位に固有な厚さと同一またはそれ以上になるよ
うに成長させて,該炭化珪素単結晶の積層欠陥を低減さ
せる工程とを包含し、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
(Means for Solving the Problems) The present invention is a method for manufacturing a silicon carbide single crystal in which a stacking fault-reduced silicon carbide single crystal is grown on a silicon substrate. A step of providing a growth region, and growing a silicon carbide single crystal in the growth region so that the thickness thereof is equal to or more than the thickness peculiar to the growth plane orientation of the substrate, and stacking the silicon carbide single crystal. Reducing the defects, whereby the above object is achieved.

珪素基板上に成長させた炭化珪素単結晶には,{111}面
上の積層欠陥が多数分布している。このような積層欠陥
は,例えばSi(111)基板を用いた場合,該基板上に形成
された炭化珪素単結晶の成長層表面に,正三角形の欠陥
パターンとして現れる。この欠陥ターンは,以下のよう
に積層欠陥が集合した正四面体の成長層表面における断
面に相当する。この正四面体は,第2図に示すように,
点Oを原点とする成長層表面の(111)面を底面とし,基
板上に頂点Xを持ち,そして各面が{111}面からなる構
造を有する。これは積層欠陥正四面体と呼ばれている。
側面をなす{111}面は基板面と70゜32′をなしている。
Many stacking faults on the {111} plane are distributed in the silicon carbide single crystal grown on the silicon substrate. When a Si (111) substrate is used, such a stacking fault appears as a regular triangle defect pattern on the surface of the growth layer of the silicon carbide single crystal formed on the substrate. This defect turn corresponds to a cross section on the growth layer surface of a regular tetrahedron in which stacking faults are gathered as follows. This regular tetrahedron, as shown in FIG.
It has a structure in which the (111) plane of the growth layer surface with the point O as the origin is the bottom, the vertex X is on the substrate, and each plane is the {111} plane. This is called a stacking fault regular tetrahedron.
The {111} planes that form the sides form 70 ° 32 'with the substrate surface.

積層欠陥は上記正四面体の面に沿って伸びているため,
成長層の層厚が増すにつれて該成長層の表面に現れる欠
陥パターンは大きくなる。それゆえ,他の領域から伸び
てくる積層欠陥の影響がなければ,層厚の増加と共に積
層欠陥の存在しない領域が拡大する。珪素基板上におけ
る炭化珪素単結晶の成長領域を所定の大きさに限定すれ
ば、他の領域からの積層欠陥が成長層へ侵入することを
防止し得る。従って,この成長領域に炭化珪素単結晶を
ある厚さ以上に成長させれば,炭化珪素単結晶の成長層
表面から積層欠陥を排除することができる。成長層のこ
のような厚さは基板の成長面方位に依存しており、ここ
では基板の成長面方位に固有な厚さと呼ぶことにする。
成長層の層厚がこの厚さ以上になれば,それ以後,積層
欠陥は該成長層の表面には現れない。
Since stacking faults extend along the surface of the above tetrahedron,
As the layer thickness of the growth layer increases, the defect pattern appearing on the surface of the growth layer increases. Therefore, if there is no influence of stacking faults extending from other regions, the region where stacking faults do not exist expands as the layer thickness increases. By limiting the growth region of the silicon carbide single crystal on the silicon substrate to a predetermined size, stacking faults from other regions can be prevented from entering the growth layer. Therefore, if a silicon carbide single crystal is grown in this growth region to a certain thickness or more, stacking faults can be eliminated from the surface of the growth layer of the silicon carbide single crystal. Such a thickness of the growth layer depends on the growth plane orientation of the substrate, and will be referred to herein as a thickness specific to the growth plane orientation of the substrate.
If the layer thickness of the growth layer exceeds this thickness, stacking faults will not appear on the surface of the growth layer thereafter.

一般に,基板の成長面方位に固有な厚さは,使用した基
板の成長面方位と,炭化珪素単結晶の成長領域の代表的
な寸法とによって決まる。成長領域の形状は,使用する
基板の成長面方位に従って適宜に選択される。成長領域
の代表的な寸法は,該成長領域の形状によって定められ
る。例えば,Si(100)基板を用いた場合には、炭化珪素
単結晶の成長層表面には自然面である(100)面が現れや
すいため、成長領域の形状として典型的に正方形が選ば
れる。この場合,成長領域の代表的な寸法は該正方形の
一辺の長さである。あるいは,成長領域の形状として,
円形を用いることもできる。この場合には,該円の直径
が成長領域の代表的な寸法である。一般的には,成長領
域の形状は,円形,または三角形を含む多角形とされ
る。そして,基板の成長面方位に固有な厚さは,該成長
面方位と該成長領域の代表的な寸法との関数として表す
ことができる。
Generally, the thickness peculiar to the growth plane orientation of the substrate is determined by the growth plane orientation of the substrate used and the typical size of the growth region of the silicon carbide single crystal. The shape of the growth region is appropriately selected according to the growth plane orientation of the substrate used. Typical dimensions of the growth region are defined by the shape of the growth region. For example, when a Si (100) substrate is used, a (100) plane, which is a natural surface, is likely to appear on the surface of the growth layer of a silicon carbide single crystal, and thus a square is typically selected as the shape of the growth region. In this case, the typical dimension of the growth region is the length of one side of the square. Or, as the shape of the growth region,
A circular shape can also be used. In this case, the diameter of the circle is the typical size of the growth area. Generally, the shape of the growth region is a circle or a polygon including a triangle. Then, the thickness specific to the growth plane orientation of the substrate can be expressed as a function of the growth plane orientation and the typical dimension of the growth region.

炭化珪素単結晶の成長層から積層欠陥が排除される原理
を第1図を参照して説明する。まず、珪素基板A上に成
長領域Bが設けられる。珪素基板Aの成長面は(100)面
であるとする。次いで,該成長領域Bに炭化珪素単結晶
の成長層Cが形成される。この場合,積層欠陥は,基板
上に頂点Xを有し,該頂点Xのまわりの{111}面を側面
とする正四角錐を形成する。第1図の積層欠陥E1,E2
は,この正四角錐の側面に対応しており、成長層Cの層
厚が小さい場合、該成長層Cの表面には正方形の欠陥パ
ターンとして現れる。側面をなす{111}面は基板面と54
゜44′をなしている。
The principle of eliminating stacking faults from the growth layer of silicon carbide single crystal will be described with reference to FIG. First, the growth region B is provided on the silicon substrate A. The growth surface of the silicon substrate A is assumed to be the (100) surface. Then, a growth layer C of silicon carbide single crystal is formed in the growth region B. In this case, the stacking fault has an apex X on the substrate and forms a regular quadrangular pyramid having the {111} plane around the apex X as the side surface. Stacking faults E1 and E2 in Fig. 1
Corresponds to the side surface of this regular quadrangular pyramid, and when the layer thickness of the growth layer C is small, appears as a square defect pattern on the surface of the growth layer C. The {111} surface forming the side surface is 54
44 ° is formed.

上述したように,成長層Cの表面D1には自然面として(1
00)面が現れやすい。それゆえ、該表面D1の面方位は(10
0)である。従って,成長層表面D1から積層欠陥をすべて
排除するためには,成長領域Bの両端部から伸びてくる
別の積層欠陥F1,F2を排除すれば充分である。これは,
第2図から明らかなように,成長層Cの層厚を成長領域
Bの代表的な寸法dの▲√▼(≒tan(54゜44′))
倍とすることにより達成される。この場合、基板Aの成
長面方位に固有な厚さは▲√▼dである。成長層Cの
層厚がこの値を越えれば,それ以後,該成長層表面から
積層欠陥はすべて排除される。
As described above, the surface D1 of the growth layer C has a natural surface (1
00) The surface is likely to appear. Therefore, the plane orientation of the surface D1 is (10
0). Therefore, in order to eliminate all stacking faults from the growth layer surface D1, it is sufficient to eliminate the other stacking faults F1 and F2 extending from both ends of the growth region B. this is,
As is apparent from FIG. 2, the layer thickness of the growth layer C is represented by ▲ √ ▼ (≈tan (54 ° 44 ′)) of the typical dimension d of the growth region B.
It is achieved by doubling. In this case, the thickness peculiar to the growth plane orientation of the substrate A is ▲ √ ▼ d. When the layer thickness of the growth layer C exceeds this value, all stacking faults are eliminated from the surface of the growth layer thereafter.

Si(nll)基板(ここで,nは2以上の整数)を用いた場
合,成長層表面D2の面方位は(nll)となる。積層欠陥F
1,F2は,やはり{111}面上に沿って伸びている。第1図
に示すように,積層欠陥F1は積層欠陥F2よりも表面D2と
のなす角度が大きい。それゆえ,限られた成長領域で炭
化珪素単結晶の成長を行うと,積層欠陥F1の方が成長層
表面D2に現れやすい。これに対し,積層欠陥F2は容易に
成長層Cから排除される。この場合,成長層表面D2に現
れる欠陥パターンは台形である。該台形の上辺は積層欠
陥F1に,下辺は積層欠陥F2にそれぞれ対応している。そ
して,該台形のこれらの辺は[011]軸に平行である。
従って,成長領域の形状を多角形とし,その一辺を[01
1]方向に一致させれば、該方向に長く伸びた形状の成
長領域に無欠陥の炭化珪素単結晶を成長させることがで
きる。ここでは,Si(n11)基板を用いた場合について説
明したが,一般に,使用した基板の成長面方位により定
まる特定方向に長く伸びた成長領域に無欠陥の炭化珪素
単結晶を成長させることができる。
When a Si (nll) substrate (where n is an integer of 2 or more) is used, the plane orientation of the growth layer surface D2 is (nll). Stacking fault F
1 and F2 also extend along the {111} plane. As shown in FIG. 1, the stacking fault F1 forms a larger angle with the surface D2 than the stacking fault F2. Therefore, when the silicon carbide single crystal is grown in the limited growth region, the stacking fault F1 is more likely to appear on the growth layer surface D2. On the other hand, the stacking fault F2 is easily eliminated from the growth layer C. In this case, the defect pattern appearing on the growth layer surface D2 is trapezoidal. The upper side of the trapezoid corresponds to the stacking fault F1 and the lower side corresponds to the stacking fault F2. And these sides of the trapezoid are parallel to the [011] axis.
Therefore, the shape of the growth region is polygonal, and one side of it is [01
By aligning with the [1] direction, a defect-free silicon carbide single crystal can be grown in a growth region having a shape elongated in the direction. Although the case of using a Si (n11) substrate has been described here, in general, a defect-free silicon carbide single crystal can be grown in a growth region elongated in a specific direction determined by the growth plane orientation of the substrate used. .

本発明の製造方法は、上述の原理に基づき,例えば次の
ように実施される。
The manufacturing method of the present invention is carried out based on the above-mentioned principle, for example, as follows.

まず、珪素基板の成長面方位を選択し,それに適する成
長領域の形状を決定する。基板としては,例えばSi(10
0)基板,Si(n11)基板(ただし,nは1以上の整数),
またはこれらのオフアングル基板を用いることができ
る。成長領域の形状は上述のとおりである。また,成長
領域の代表的な寸法は0.1〜100μm程度の範囲とするの
が好ましい。成長領域の代表的な寸法は微細加工の方法
により精細化が可能である。しかし,その大きさは,後
に作成される半導体素子の寸法等に応じて適宜に決定さ
れる。
First, the growth plane orientation of the silicon substrate is selected, and the shape of the growth region suitable for it is determined. As the substrate, for example, Si (10
0) substrate, Si (n11) substrate (where n is an integer of 1 or more),
Alternatively, these off-angle substrates can be used. The shape of the growth region is as described above. The typical size of the growth region is preferably within the range of 0.1 to 100 μm. The typical size of the growth region can be refined by a fine processing method. However, the size thereof is appropriately determined according to the dimensions of a semiconductor element to be created later.

次いで,基板上に炭化珪素単結晶の成長領域を設ける。
この際,成長領域以外の領域からの積層欠陥を排除する
ために,例えば,成長領域と隣接する成長領域との間に
段差を設けるか、あるいは成長領域を離散的に配置する
ことにより、成長領域の大きさを限定する。成長領域は
珪素基板上に直接設けてもよいが、珪素基板上に形成し
た炭化珪素単結晶膜上に設けてもよい。以下,特に断ら
ない限り,基板とは珪素基板または珪素基板上に形成さ
れた炭化珪素単結晶膜を意味するものとする。なお、珪
素基板のエッチングによるダメージに伴う影響を低減化
するためには,エッチング後の珪素基板上に珪素単結晶
膜を形成させることが有効である。
Next, a growth region of silicon carbide single crystal is provided on the substrate.
At this time, in order to eliminate stacking faults from the regions other than the growth region, for example, a step is provided between the growth region and an adjacent growth region, or the growth regions are arranged discretely to form a growth region. Limit the size of. The growth region may be provided directly on the silicon substrate, or may be provided on the silicon carbide single crystal film formed on the silicon substrate. Hereinafter, unless otherwise specified, the substrate means a silicon substrate or a silicon carbide single crystal film formed on a silicon substrate. It is effective to form a silicon single crystal film on the silicon substrate after etching in order to reduce the influence of damage on the silicon substrate due to etching.

成長領域間に段差を設ける方法としては,プラズマエッ
チング,反応性イオンエッチング,化学エッチングなど
がある。成長領域の寸法が精細化すると,無欠陥になる
成長層の層厚が小さくなる。それゆえ,基板に段差構造
を設ける場合には,段差の大きさを小さくすることがで
きる。また,段差構造の谷間の成長領域においても,積
層欠陥を低減化することができる。従って,引き続き成
長を行えば,基板面全体において無欠陥の炭化珪素単結
晶が得られる。この結果,得られた無欠陥の炭化珪素単
結晶を基板として,電気的特性に優れた半導体素子を該
基板上に自由に形成させ得る。
Methods for providing a step between the growth regions include plasma etching, reactive ion etching, and chemical etching. As the size of the growth region becomes finer, the layer thickness of the growth layer without defects becomes smaller. Therefore, when a step structure is provided on the substrate, the size of the step can be reduced. Further, stacking faults can be reduced also in the valley growth region of the step structure. Therefore, if growth is continued, a defect-free silicon carbide single crystal can be obtained over the entire surface of the substrate. As a result, using the obtained defect-free silicon carbide single crystal as a substrate, a semiconductor element having excellent electrical characteristics can be freely formed on the substrate.

成長領域を離散的に配置させるには,例えば次のような
方法がある。基板に電子ビームまたはイオンビームを照
射し、照射領域の結晶性を低下させることにより,非照
射の成長領域と照射領域とを結晶性の相違によって分離
する。あるいは,基板を珪素の酸化物や窒化物などの単
結晶でない膜で被覆した後、成長領域だけを開口する。
成長領域以外の領域は結晶性が低下しているため,該領
域に成長する炭化珪素は単結晶ではない。これに対し,
成長領域には炭化珪素単結晶が成長する。従って,これ
ら成長領域は離散的に配置されたことになる。
For example, the following method can be used to arrange the growth regions discretely. By irradiating the substrate with an electron beam or an ion beam to reduce the crystallinity of the irradiation region, the non-irradiation growth region and the irradiation region are separated by the difference in crystallinity. Alternatively, after covering the substrate with a film that is not a single crystal such as silicon oxide or nitride, only the growth region is opened.
Since the crystallinity of the region other than the growth region is lowered, the silicon carbide grown in the region is not a single crystal. On the other hand,
A silicon carbide single crystal grows in the growth region. Therefore, these growth regions are arranged discretely.

所定の大きさの成長領域が設けられた基板は,次いで炭
化珪素の成長が行われる。炭化珪素を成長させる方法と
しては,気相成長法(CVD法),液相エピタキシャル成
長法(LPE法),分子線エピタキシャル成長法(MBE法)
などがある。これらの方法のいずれを用いても,上述の
原理に基づいて炭化珪素の成長を行うことにより,積層
欠陥が低減された炭化珪素単結晶を得ることができる。
Silicon carbide is then grown on the substrate provided with the growth region of a predetermined size. As a method for growing silicon carbide, vapor phase epitaxy method (CVD method), liquid phase epitaxy method (LPE method), molecular beam epitaxy method (MBE method)
and so on. By using any of these methods, a silicon carbide single crystal with reduced stacking faults can be obtained by growing silicon carbide based on the above-mentioned principle.

ここでは,気相成長法について説明する。第3図は本発
明の実施例で用いられる気相成長装置の一例である。二
重石英反応管1の内部に,炭化珪素で被覆された黒鉛製
試料台2が黒鉛製支持棒3により設置されている。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の外周囲にはワークコイル4が巻回され、
高周波電流を流すことにより試料台2を所望の温度に加
熱することができる。反応管1の片側には,ガス流入口
となる枝管5が設けられ,二重石英反応管1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,ステンレス鋼製のフランジ8で閉塞さ
れ、かつフランジ8の周縁部に配設された止め板9,ボ
ルト10,ナット11,O−リング12によりシールされてい
る。フランジ8の中央にはガスの出口になる枝管13が設
けられている。
Here, the vapor phase growth method will be described. FIG. 3 is an example of a vapor phase growth apparatus used in the embodiment of the present invention. Inside the double quartz reaction tube 1, a graphite sample stand 2 coated with silicon carbide is installed by a graphite support rod 3. The sample table 2 may be installed horizontally or may be tilted appropriately. A work coil 4 is wound around the outer periphery of the reaction tube 1,
The sample stage 2 can be heated to a desired temperature by passing a high frequency current. A branch pipe 5 serving as a gas inlet is provided on one side of the reaction tube 1, and cooling water is supplied into the quartz tube outside the double quartz reaction tube 1 through the branch pipes 6 and 7. The other end of the reaction tube 1 is closed by a flange 8 made of stainless steel, and is sealed by a stopper plate 9, a bolt 10, a nut 11, and an O-ring 12 arranged on the peripheral portion of the flange 8. A branch pipe 13 serving as a gas outlet is provided at the center of the flange 8.

成長領域を設けられた珪素基板は、必要に応じて該珪素
基板の表面を極く薄い炭化珪素単結晶膜に変えてもよ
い。これは第3図の気相成長装置を用いて次のように行
われる。まず,試料台2上に珪素単結晶基板15を載置す
る。炭素原料ガスおよびキャリアガスを枝管5から反応
管1の内部へ流しながら,ワークコイル4に高周波電流
を流して試料台2を加熱し、珪素基板15を所定温度に加
熱する。この温度を所定時間にわたって保持することに
より,珪素基板の表面が炭化されて炭化珪素単結晶膜が
形成される。
In the silicon substrate provided with the growth region, the surface of the silicon substrate may be changed to an extremely thin silicon carbide single crystal film if necessary. This is performed as follows using the vapor phase growth apparatus of FIG. First, the silicon single crystal substrate 15 is placed on the sample table 2. While flowing the carbon source gas and the carrier gas from the branch pipe 5 into the reaction tube 1, a high-frequency current is passed through the work coil 4 to heat the sample table 2 and the silicon substrate 15 to a predetermined temperature. By maintaining this temperature for a predetermined time, the surface of the silicon substrate is carbonized and a silicon carbide single crystal film is formed.

炭素原料ガスとしては,CH4,C2H6,C3H8などが、そし
てキャリアガスとしては,水素,アルゴンなどが用いら
れる。単結晶膜の形成時間は,基板の加熱温度と,炭素
原料ガスおよびキャリアガスの流量とに依存して変動す
る。通常,炭素原料ガスおよびキャリアガスの流量は,
それぞれ毎分0.1〜1.0ccおよび毎分1〜5である。基
板の加熱温度は約1,200〜1,400℃の範囲であり,単結晶
膜は約1〜5分間で形成される。
CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 and the like are used as the carbon source gas, and hydrogen, argon and the like are used as the carrier gas. The time for forming the single crystal film varies depending on the heating temperature of the substrate and the flow rates of the carbon source gas and the carrier gas. Normally, the flow rates of carbon source gas and carrier gas are
0.1-1.0 cc / min and 1-5 / min, respectively. The heating temperature of the substrate is in the range of about 1,200 to 1,400 ° C., and the single crystal film is formed in about 1 to 5 minutes.

珪素基板,または炭化珪素単結晶膜が形成された珪素基
板に,所定の大きさの成長領域を設けた後,上記と同様
にして炭化珪素を成長させる。この際,珪素原料ガス
を,炭素原料ガスおよびキャリアガスと共に反応管1内
へ供給する。珪素原料ガスとしては,SiH4,SiCl4,SiH
2Cl2,(CH3)3SiCl,(CH3)2SiCl2などが用いられる。通
常,珪素原料ガスの流量は,毎分0.1〜1.0ccである。炭
素原料ガスおよびキャリアガスの種類および流量,なら
びに基板の加熱温度は上記と同様とすることができる。
成長時間は炭化珪素単結晶層が所望の層厚になるように
設定される。
After providing a growth region of a predetermined size on a silicon substrate or a silicon substrate on which a silicon carbide single crystal film is formed, silicon carbide is grown in the same manner as above. At this time, the silicon source gas is supplied into the reaction tube 1 together with the carbon source gas and the carrier gas. Silicon source gas includes SiH 4 , SiCl 4 , SiH
2 Cl 2 , (CH 3 ) 3 SiCl, (CH 3 ) 2 SiCl 2, etc. are used. Normally, the flow rate of silicon source gas is 0.1 to 1.0 cc per minute. The types and flow rates of the carbon source gas and the carrier gas, and the substrate heating temperature can be the same as above.
The growth time is set so that the silicon carbide single crystal layer has a desired layer thickness.

得られた炭化珪素単結晶は,珪素基板と共に,あるいは
珪素基板を必要に応じてエッチングなどにより除去した
後に,半導体材料として用いられる。
The obtained silicon carbide single crystal is used as a semiconductor material together with the silicon substrate or after removing the silicon substrate by etching or the like as necessary.

本発明の製造方法によれば,基板上に設けられた所定の
大きさの成長領域に炭化珪素単結晶が成長するため,該
領域の炭化珪素単結晶は積層欠陥が低減される。このよ
うな炭化珪素単結晶は,例えば電界効果トランジスター
(FET),相補性MOS(C-MOS)などの半導体素子を作成する
のに用いることができる。炭化珪素単結晶の成長領域を
半導体素子として使用し,他の領域は主として給電のた
めの領域とすることにより,電気的特性に優れた半導体
装置が製造される。超微細加工の方法により超微細パタ
ーンの成長領域を設け,複数の該成長領域にわたって1
個の素子を形成した半導体装置を製造することもでき
る。この場合,成長後に炭化珪素の表面を研磨エッチン
グするとさらに良好な結果が得られる。
According to the manufacturing method of the present invention, since the silicon carbide single crystal grows in the growth region of a predetermined size provided on the substrate, stacking faults of the silicon carbide single crystal in the region are reduced. Such a silicon carbide single crystal is used, for example, in a field effect transistor.
It can be used to create semiconductor devices such as (FET) and complementary MOS (C-MOS). By using the growth region of the silicon carbide single crystal as a semiconductor element and using the other region mainly as a power supply region, a semiconductor device having excellent electrical characteristics is manufactured. The growth region of the ultrafine pattern is provided by the method of ultrafine processing, and 1 is applied to the plurality of growth regions.
It is also possible to manufacture a semiconductor device in which individual elements are formed. In this case, even better results can be obtained by polishing and etching the surface of silicon carbide after growth.

(実施例) 以下に本発明を実施例について述べる。(Examples) The present invention will be described below with reference to Examples.

実施例1 基板としてSi(100)基板を用いた。該基板上に代表的な
寸法が0.1μmであるような成長領域を,電子ビームを
用いて0.1μmの間隔で描いた。使用した珪素基板の成
長面方位に固有の厚さは,約0.14μmである。そこで,
反応性イオンエッチングにより,互いに隣接する成長領
域間に0.14μmの段差を設けた。
Example 1 A Si (100) substrate was used as the substrate. A growth region having a typical size of 0.1 μm was drawn on the substrate with an electron beam at intervals of 0.1 μm. The thickness peculiar to the growth plane orientation of the silicon substrate used is about 0.14 μm. Therefore,
A step of 0.14 μm was formed between adjacent growth regions by reactive ion etching.

次いで,成長領域の設けられた珪素基板の表面を,第3
図に示された気相装置を用いて,上述ように極く薄い炭
化珪素単結晶膜に変えた。炭素原料ガスとしてプロパン
ガス,キャリアガスとして水素ガスを用い,流量はそれ
ぞれ毎分0.5ccおよび毎分3とした。基板の加熱温度
は1,300℃であった。
Then, the surface of the silicon substrate provided with the growth region is
The vapor phase apparatus shown in the figure was used to change to an extremely thin silicon carbide single crystal film as described above. Propane gas was used as the carbon source gas, hydrogen gas was used as the carrier gas, and the flow rates were 0.5 cc / min and 3 / min, respectively. The substrate heating temperature was 1,300 ° C.

炭化珪素単結晶膜を形成した後,引き続き炭化珪素単結
晶の気相成長を行った。プロパンガスおよび水素ガスに
加えて,珪素原料ガスとしてモノシランガスを毎分0.5c
cの流量で供給した。基板の加熱温度は1,300℃であっ
た。炭化珪素単結晶の層厚が0.14μmとなる成長時間は
3分間必要であった。得られた炭化珪素単結晶を透過電
子顕微鏡で観察したところ,成長層の全面にわたって積
層欠陥が低減していた。
After forming the silicon carbide single crystal film, vapor phase growth of the silicon carbide single crystal was continued. In addition to propane gas and hydrogen gas, monosilane gas as a silicon source gas is added at 0.5 c / min.
It was supplied at a flow rate of c. The substrate heating temperature was 1,300 ° C. The growth time required for the layer thickness of the silicon carbide single crystal to be 0.14 μm was 3 minutes. When the obtained silicon carbide single crystal was observed with a transmission electron microscope, stacking faults were reduced over the entire growth layer.

上記と同様の条件下でさらに30分間気相成長を行った
後,得られた炭化珪素単結晶を用いてゲート長3μmの
相補性MOSを作成したところ,優れた電気的特性を示し
た。
After performing vapor phase growth for another 30 minutes under the same conditions as above, a complementary MOS having a gate length of 3 μm was prepared using the obtained silicon carbide single crystal, and showed excellent electrical characteristics.

実施例2 基板としてSi(100)基板を用いた。該基板上に代表的な
寸法が20μmであるような八角形または円形の成長領域
を,フォトリソグラフィにより形成した。成長領域が八
角形の場合,代表的な寸法は該八角形の対向する二辺間
の間隔である。そして,イオン注入法を用いて,成長領
域の周辺領域にPオンを注入することにより,これら
周辺領域の結晶性を低下させた。注入条件としては,加
速電圧が100keV,およびPイオンの注入量が1×10
15cm-2であった。
Example 2 A Si (100) substrate was used as the substrate. An octagonal or circular growth region having a typical dimension of 20 μm was formed on the substrate by photolithography. If the growth region is octagonal, a typical dimension is the spacing between two opposite sides of the octagon. Then, by using the ion implantation method, P + on was implanted into the peripheral regions of the growth region to reduce the crystallinity of these peripheral regions. As the implantation conditions, an acceleration voltage of 100 keV and a P + ion implantation amount of 1 × 10
It was 15 cm -2 .

このように成長領域が離散的に設けられた珪素基板に,
実施例1と同様にして炭化珪素単結晶を成長させた。こ
の場合,基板の成長面方位に固有な厚さは28μmであ
る。このような層厚の炭化珪素単結晶を得るための成長
時間は8時間が必要であった。
In this way, on the silicon substrate where the growth regions are discretely provided,
A silicon carbide single crystal was grown in the same manner as in Example 1. In this case, the thickness peculiar to the growth plane orientation of the substrate is 28 μm. The growth time required to obtain a silicon carbide single crystal having such a layer thickness was 8 hours.

成長した炭化珪素を透過電子顕微鏡で観察したところ,
成長領域に成長した炭化珪素だけが単結晶であり,周辺
領域の炭化珪素は結晶性が低下していた。また,成長領
域における炭化珪素単結晶層の表面の積層欠隔は低減し
ており,周辺領域からの積層欠陥の侵入が起こらないこ
とがわかった。
When the grown silicon carbide was observed with a transmission electron microscope,
Only the silicon carbide grown in the growth region was a single crystal, and the silicon carbide in the peripheral region had poor crystallinity. It was also found that the stacking gap on the surface of the silicon carbide single crystal layer in the growth region was reduced, and stacking faults did not enter from the peripheral region.

実施例3 KOH水溶液を用いた化学エッチングにより,互いに隣接
する成長領域間に1μmの段差を設けたこと以外は,実
施例2と同様にして炭化珪素単結晶を成長させた。
Example 3 A silicon carbide single crystal was grown in the same manner as in Example 2 except that a step of 1 μm was provided between adjacent growth regions by chemical etching using a KOH aqueous solution.

得られた炭化珪素単結晶を透過電子顕微鏡で観察したと
ころ,成長層の全面にわたって積層欠陥が低減してい
た。
When the obtained silicon carbide single crystal was observed with a transmission electron microscope, stacking faults were reduced over the entire growth layer.

実施例4 基板としてSi(100)基板を用いた。プラズマを用いた化
学的気相成長法により,該基板上に0.5μmの窒化珪素
膜を形成した。次いで,実施例2と同様の成長領域を,
フォトリソグラフィにより形成した。そして,化学エッ
チングにより,成長領域部分を開口し,周辺領域との間
に段差を設けた。
Example 4 A Si (100) substrate was used as the substrate. A 0.5 μm silicon nitride film was formed on the substrate by a chemical vapor deposition method using plasma. Then, a growth region similar to that in Example 2 was formed.
It was formed by photolithography. Then, the growth region was opened by chemical etching, and a step was provided between the growth region and the peripheral region.

このように成長領域が離散的に設けられ,周辺領域との
間に段差を有する珪素基板に,実施例2と同様にして炭
化珪素単結晶を成長させた。
In this manner, a silicon carbide single crystal was grown in the same manner as in Example 2 on the silicon substrate having the growth regions discretely provided and having a step between the growth region and the peripheral region.

成長した炭化珪素を透過電子顕微鏡で観察したところ,
成長領域に成長した炭化珪素だけが単結晶であり,周辺
領域の炭化珪素は結晶性が低下していた。また,成長領
域における炭化珪素単結晶層の表面の積層欠陥は低減し
ており,周辺領域からの積層欠陥の侵入が起こらないこ
とがわかった。
When the grown silicon carbide was observed with a transmission electron microscope,
Only the silicon carbide grown in the growth region was a single crystal, and the silicon carbide in the peripheral region had poor crystallinity. It was also found that the stacking faults on the surface of the silicon carbide single crystal layer in the growth region were reduced, and the stacking faults did not enter from the peripheral region.

実施例5 基板としてSi(611)基板を用いた。この炭化珪素単結晶
の[111]軸に対し,平行方向に30μm,垂直方向に10μ
mの矩形の成長領域を,反応性イオンエッチングにより
設けた。この場合,成長領域の代表的な法法は10μmで
ある。
Example 5 A Si (611) substrate was used as the substrate. This silicon carbide single crystal is parallel to the [111] axis by 30 μm in the parallel direction and 10 μm in the vertical direction.
A rectangular growth region of m was provided by reactive ion etching. In this case, the typical method for the growth region is 10 μm.

このように成長領域が離散的に設けられた珪素基板に,
実施例1と同様にして,50μmの厚さの炭化珪素単結晶
を成長させた。
In this way, on the silicon substrate where the growth regions are discretely provided,
In the same manner as in Example 1, a silicon carbide single crystal having a thickness of 50 μm was grown.

得られた炭化珪素単結晶の表面を熱酸化してSiO2膜を形
成した後,イオン注入を行い,そしてフォトリソグラフ
ィにより開口して電極を形成することにより,成長領域
にC-MOSを作成した。炭化珪素の熱酸化は,1,100℃にて
3時間行い,0.05μmのSiO2膜を得た。N型FETのチャ
ンネル,ならびにP型FETのソースおよびドレインは,
イオンを加速電圧100keVおよび30keVで注入するこ
とにより作成した。その後、N型FETのソースおよびド
レインをPのイオン注入により形成した。電極は適当
なマスクパターンを用いて開口した状態でアルミニウム
金属を蒸着した。
C-MOS was created in the growth region by thermally oxidizing the surface of the obtained silicon carbide single crystal to form a SiO 2 film, then performing ion implantation, and forming an electrode by opening by photolithography. . The thermal oxidation of silicon carbide was performed at 1,100 ° C. for 3 hours to obtain a 0.05 μm SiO 2 film. The channel of N-type FET and the source and drain of P-type FET are
It was prepared by implanting B + ions at acceleration voltages of 100 keV and 30 keV. After that, the source and drain of the N-type FET were formed by ion implantation of P + . Aluminum metal was vapor-deposited while the electrodes were opened using an appropriate mask pattern.

このようにして作成した各成長領域上のC-MOSを,アル
ミニウム金属で順次接続することにより,11段のリング
オシレータを構成した。このリングオシレータの発振周
波数を測定したところ,5.0MHzであった。従って、この
C-MOSの伝搬遅延時間は約10nsecであり,上記の炭化珪
素単結晶で作成された半導体素子が優れた電気的特性を
示すことがわかった。
An 11-stage ring oscillator was constructed by sequentially connecting the C-MOS on each growth region thus created with aluminum metal. The oscillation frequency of this ring oscillator was measured and found to be 5.0 MHz. Therefore, this
The propagation delay time of C-MOS was about 10 nsec, and it was found that the semiconductor device made of the above silicon carbide single crystal exhibited excellent electrical characteristics.

(発明の効果) 本発明によれば,このように,珪素基板上に設けられた
多数の成長領域に,積層欠陥が低減された炭化珪素単結
晶を形成させ得る。このような炭化珪素単結晶を使用し
た半導体素子は優れた電気的特性を有している。さら
に,積層欠陥が低減された炭化珪素単結晶は再現性よく
得られるため,結晶性に優れた炭化珪素単結晶を安定に
供給し得ると共に,それを使用した大規模集積回路を工
業的規模で生産することが可能となる。
(Effect of the Invention) According to the present invention, a silicon carbide single crystal with reduced stacking faults can thus be formed in a large number of growth regions provided on a silicon substrate. A semiconductor device using such a silicon carbide single crystal has excellent electrical characteristics. Furthermore, since a silicon carbide single crystal with reduced stacking faults can be obtained with good reproducibility, a silicon carbide single crystal with excellent crystallinity can be stably supplied, and a large-scale integrated circuit using the same can be produced on an industrial scale. It becomes possible to produce.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は成長領域において炭化珪素単結晶の成長層から
積層欠陥が排除される原理を示す概念図,第2図は炭化
珪素単結晶の{111}面上の積層欠陥が形成する正四面体
を表す模式図,第3図は本発明の製造方法において用い
られる気相成長装置の一例を示す構成断面図である。 A……珪素基板,B……成長領域,C……炭化珪素単結
晶の成長層,E1,E2,F1,F2……積層欠陥。
Fig. 1 is a conceptual diagram showing the principle of stacking fault elimination from the growth layer of a silicon carbide single crystal in the growth region, and Fig. 2 is a tetrahedron formed by stacking faults on the {111} plane of a silicon carbide single crystal. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a vapor phase growth apparatus used in the manufacturing method of the present invention. A ... Silicon substrate, B ... Growth region, C ... Growth layer of silicon carbide single crystal, E1, E2, F1, F2 ... Stacking fault.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】珪素基板上に炭化珪素単結晶を成長させる
炭化珪素単結晶の製造方法であって, 該基板上に炭化珪素単結晶の成長領域を設ける工程と, 該成長領域に炭化珪素単結晶をその厚さが該基板の成長
面方位に固有な厚さと同一またはそれ以上になるように
成長させる工程と, を包含する炭化珪素単結晶の製造方法。
1. A method of manufacturing a silicon carbide single crystal in which a silicon carbide single crystal is grown on a silicon substrate, comprising a step of providing a growth region of the silicon carbide single crystal on the substrate, and a silicon carbide single crystal in the growth region. And a step of growing the crystal so that its thickness is equal to or more than the thickness peculiar to the growth plane direction of the substrate, and a method for producing a silicon carbide single crystal.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013035731A (en) * 2011-08-10 2013-02-21 Seiko Epson Corp Manufacturing method for single crystal silicon carbide film and manufacturing method for substrate with single crystal silicon carbide film

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