JPH01245513A

JPH01245513A - ＳｉＣ単結晶薄膜の成長法

Info

Publication number: JPH01245513A
Application number: JP7266988A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ikeda; 斉池田; Shigeo Kaneda; 金田　重男; Shinichi Motoyama; 慎一本山; Hiroyuki Nakano; 浩之中野; Kenichi Morikawa; 森川　憲一
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1988-03-26
Filing date: 1988-03-26
Publication date: 1989-09-29

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、良質なＳｉＣ単結晶薄膜の成長法に関する。

（従来の技術とその問題点）半導体工業の進展は、シリコン（Ｓｉ）の存在におう所
が多い。Ｓｉは地球上での存在比が極めて高い元素であ
ったのに加え、高純度化、単結晶化、プロセス技術の進
展といった材料の特性を引き出す新技術の開発があり、
半導体材料の主役の位置を占めている。しかしながら、
半導体デバイスに対して高速化、高１３頼化、高出力化
あるいは光米子化等、多様な要求が増え、Ｓｉだけては
対応に限界があり、新たにＧａＡ、、ＧａＰ、ｓｉＣ等
種々の単結晶材ＩＩＩの開発が行われてきた。

しかし、これらの新規な材料は、大きな単結晶の作成が
技術的に困難であり、例え出来たとしてもＳｉに比べ大
幅に高価となる不都合がある。

そこで、このような不都合を解決する手段として、基板
自体に安価なＳｉを用い、その表面にＧΔ　、Ｇ　　Ｐ
、ＳｉＣ等、目的に応した材わ１（７）ａ　　　　Ｓ　
　　　　　ａ単結晶薄膜を成長させ、そこに半導体素子を作るという
手法が一般的に行われている。

ＳｉＣ単結晶薄膜の成長法としてはＣＶＤ　（化学気相
堆積法）が主流であった。

このＣＶＤ装置の一例を図に示す。図において、ＩＺよ
真空容器、２ば８１基板、３はヒータ、４は排気ポンプ
、５は主バルブ、６は基台、７．８はそれぞれ異なるガ
スの導入口を示す。

いま、成膜しようとするＳｉ基板をヒータ３により加熱
し、ガス導入ロア、８からそれぞれ異なる反応ガスを送
入し、Ｓｉ基板２の表面でそれぞれの反応ガスの解離も
しくは相互の反応による生成物あるいは反応ガスとＳｉ
基板２どの反応生成物をＳｉ基板２上に堆積させるもの
である。

この時、真空度、ガスの導入条件、基板温度等を適当に
選択することにより、基板上に単結晶薄膜を成長させる
ことかできる。なお、ここでは成膜のための装置として
、熱ＣＶＤ装置の例で示したが、真空容器１内に電極を
設けて放電により解離反応を行うプラズマＣＶＤあるい
はＣＶＤより高真空領域での動作か主となるガスソース
ＭＩ３１Ｅ等でも原理的には同一である。

これらのＳｉ基板上へのＳｉＣ単結晶成長法は、主とし
て２つのプロセスから成る。即ち、第１のプロセスはＳ
ｉ基板上へのご（薄いＳｉＣの成膜で、炭化と呼ばれて
おり、Ｓｉと単結晶薄膜成長のための最も重要なプロセ
スである。この後に第２のプロセスとして本格的にＳｉ
Ｃ単結晶成長が行われる。

炭化プロセスか必要な理由は、ＳｉｃとＳｉの格子定数
（ＳｉＣ：４．３Ａ１Ｓｉ　：５，４Ａ）の差、即ち、
格子不整合か大きいためにＳｉ基板上に直接ＳｉＣを成
長させることが困難なことによる。炭化は、加熱したＳ
ｉ基板上に、ＣＨ４、Ｃ５１−１８等の炭化水素系ガス
を供給することによって行われているか、従来は、ＣＨ
４では１２５０６Ｃ，Ｃ３Ｈ８テｔｔ　ｌ　３６０’　
Ｃと、がなりの高温でないと結晶性の良い炭化ができず
、加熱源からのガス放出に起因する不具合、あるいは温
度が高いため反応速度か早く、炭化膜の結晶性の制御が
難しい。ざらには、Ｓｉ蒸発量が多いため、そのＳｉ蒸
気と反応ガスとの反応によるＳｉ黴籾粒子Ｓｉ基板上に
付着して良好な成ＭＩＪを妨げる等の欠点を有しており
、結果として次工程での単結晶成長が困難であった。こ
の場合のＳｉＣ成長の詳細は省略するが、Ｓｉ及びＣの
供給源となる反応ガスを供給し、炭化したＳｉ基板上で
、堆積することか多く、その際のＳｉＣ単結晶成長温度
も約ｌ３ｏｏ’　ｃ前後と非常に高温であった。

（問題点を解決するための手段）本発明は、従来のＳｉＣ単結晶薄膜成長法の有するこれ
らの欠点を除去し、良質なＳｉＣ単結晶薄膜成長法を提
供するもので、以下に本発明の詳細な説明する。

（実施例）本発明では反応ガスとしてＣ２Ｈ４を用い、ガス分圧を
２　Ｘ　１０−５〜２　Ｘ　１０−７Ｔ　ｏ　ｗとした
もので、この時に極めて低温度で炭化か起り、−旦炭化
したあとの本格的なＳｉＣ成長も従来の方法よりも大幅
に低い温度で実現したちのである。

即ち、Ｃ２Ｈ４は熱分解によりｃ　　　　）（＝ＣＨ＋Ｈ・・　・・　　・　・・　・
　・　・・　（１）２２　　　２２　　　２　　　　。

となって、中間生成物Ｃ２Ｈ２を生じる。

この時Ｓｉ基板上では、その温度に相当するＳｉ蒸気が
存在するため、先の中間生成物との反応が生じる。即ち
、Ｃ２Ｈ２＋　２　Ｓ　ｉ→２　Ｓ　ｉ　Ｃ＋Ｈ２・・・
・（２）なる反応か生じ、Ｓｉ基板表面が炭化される。

Ｓｉは比較的徐々にすでに生成したＳｉＣ層を拡散し、
表面に移動してきて、（２）式の反応が継続する。

又、単結晶化のためには、これらの中間生成物が直接基
板上に付着すると不都合であるが、　Ｃ２１−１４の中
間生成物０２Ｈ２は、Ｓｉとの反応性が高いこと、及び
Ｓｉが存在しない場合ｃ２Ｈ２の蒸気圧が高いので、周
辺のガス分圧を一定以下にしておけば、Ｓｉ基板への付
着が生じないといった利点を有している。

成膜のための装置としてガスソース型ＭＢＥ装置を用い
たか、これば、炭化後のＳｉＣ成長時に反応ガスの化学
量論的な組成比の制御を容易にするためと、高真空度領
域で安定な反応ガス供給を目的として使用したちのであ
る。

炭化時の反応ガスとして、Ｃ２１−１４を用い、ガス分
圧を５Ｘ　１０’Ｔｏ　ｒ　ｒ一定とした時、Ｓｉ基板
温度７２０°Ｃ〜７５０°Ｃにおいて良好な炭化膜か得
られた。

その後Ｓｉ基板温度を１０００°Ｃとし、ガス導入口よ
りＳｉ供給ガスとしてＳ　ｉ　ＩＩ　Ｃｌ　３．Ｃ供給
ガスとしてＣ２Ｈ４、全圧４Ｘ　１０−”Ｔｏ　ｒ　ｒ
以下において、ＳｉＣ単結晶薄膜を成長させる。このＳ
ｉＣ成長温度の低下は、炭化膜の質の良さに起因してい
る。炭化及びＳｉＣ成長温度のいずれ乙、従来より大Φ
Ｍに低下しており、短時間で良質なＳｉＣ単結晶薄膜の
成長か可能となった。

以上か、炭化時の反応ガスとしてＣ２１−（４かＪ　−
４−ることを述べたか、それ以外にＣ２Ｈ２ち同様に低
温炭化の働きのあることが確認できた。

（発明の効果）以上述べたように、８１基板上へのＳｉＣ単結晶１１※
膜成長の過程の中で特に本格的なＳｉＣ成長の前工程に
あたる炭化工程で反応ガス及び導入圧力を適切に選択す
ることにより、極めて低温度での炭化か可能となり、そ
の後工程のＳｉＣ成長温度も低くなり、良質なＳｉＣ単
結晶薄膜が安価に実現できる。

又、本発明で対象としているＳｉＣは化学的に安定で、
耐放射線性も良く、また高電界領域での移動度が大きく
、ざらには破壊電圧も高く、高ｆＷでの移動度の低下も
小ざいといった多（の特徴を有するため、マイクロ波や
ミリ波領域での中電力用発振もしくは増幅用材Ｔ４ある
いは自動車や製鉄産業等での高温場所での機能素子材料
として有効である。

【図面の簡単な説明】

図はＣＶＤ装置の基本構成を説明するための概略構成図
である。 ■・・・真空容器、２・・・Ｓｉ基板、３・・・ヒータ
、４・・・排気ポンプ、５・・・主バルブ、６・・・基
台、７．８・・・ガス導入口。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空装置の真空容器内にＳｉ基板を配し、該Ｓｉ
基板を加熱するヒータと、前記真空容器内に炭化水素系
の反応性ガスを導入するガス導入管とを備え、前記ヒー
タにより加熱されたＳｉ基板の熱により反応性ガスと反
応せしめてＳｉ基板表面を炭化する薄膜の成長法におい
て、前記反応性ガスとしてＣ＿２Ｈ＿４を用い、その時
のガス分圧を２×１０＾−＾５〜２×１０＾−＾７Ｔｏ
ｒｒとしたことを特徴とするＳｉＣ単結晶薄膜の成長法
。
（２）請求項第１項記載の反応性ガスをＣ＿２Ｈ＿２と
したことを特徴とするＳｉＣ単結晶薄膜の成長法。
（３）請求項第１項記載の真空装置として、ガスソース
型ＭＢＥ装置を用いたことを特徴とするＳｉＣ単結晶薄
膜の成長法。