JPH0455155B2 - - Google Patents
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- JPH0455155B2 JPH0455155B2 JP15409887A JP15409887A JPH0455155B2 JP H0455155 B2 JPH0455155 B2 JP H0455155B2 JP 15409887 A JP15409887 A JP 15409887A JP 15409887 A JP15409887 A JP 15409887A JP H0455155 B2 JPH0455155 B2 JP H0455155B2
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- silicon carbide
- silicon
- carbide single
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、炭化珪素単結晶基板の製造方法に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate.
(従来の技術)
炭化珪素半導体は、広い禁制帯幅(2.2〜
3.3eV)をもち、また熱的、化学的および機械的
に極めて安定で、放射線損傷にも強いという特徴
をもつている。従つて、炭化珪素を用いた半導体
素子は、従来の珪素等の他の半導体では使用が困
難であつた。高温、高出力、放射線損傷等の苛酷
な条件でも使用できる素子の材料として、広範な
分野での応用が期待されている。(Conventional technology) Silicon carbide semiconductors have a wide forbidden band width (2.2~
3.3 eV), and is extremely stable thermally, chemically, and mechanically, and is resistant to radiation damage. Therefore, it has been difficult to use semiconductor elements using silicon carbide with other conventional semiconductors such as silicon. It is expected to be applied in a wide range of fields as a material for devices that can be used under harsh conditions such as high temperatures, high output, and radiation damage.
このように、炭化珪素半導体は多くの利点、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、生産性の良好なことが必要
とされる工業的規模での量産に必要な、寸法、形
状等が制御された、大面積かつ高品質の単結晶を
安定して供給できる、結晶成長技術が確立されて
いなかつたところに原因がある。 As described above, although silicon carbide semiconductors are materials with many advantages and possibilities, the reason for their practical application is that they cannot be used on an industrial scale where good productivity is required. The reason for this is that crystal growth technology that can stably supply large-area, high-quality single crystals with controlled dimensions and shapes required for mass production has not yet been established.
最近本発明者らは、珪素単結晶基板上に、気相
成長法(CVD法)により良質な大面積の3C型炭
化珪素単結晶を成長させる方法を発明した(出願
番号特願昭58−76842)。この方法は、安価で入手
の容易な珪素単結晶基板上に、結晶構造,不純物
濃度,寸法、形状等を制御した、大面積で高品質
の炭化珪素単結晶を気相成長させる方法である。
また、珪素単結晶基板の表面を炭化水素ガス雰囲
気中で加熱し炭化することにより、炭化珪素の薄
膜を表面に形成し、この薄膜上にCVD法により
炭化珪素の単結晶を成長させる方法も開発されて
いる。 Recently, the present inventors have invented a method for growing high-quality, large-area 3C-type silicon carbide single crystals on silicon single-crystal substrates by vapor phase epitaxy (CVD) (application number: 76842/1983). ). This method is a method of vapor phase growth of a large-area, high-quality silicon carbide single crystal with controlled crystal structure, impurity concentration, size, shape, etc. on a cheap and easily available silicon single crystal substrate.
We have also developed a method in which a thin film of silicon carbide is formed on the surface of a silicon single crystal substrate by heating and carbonizing it in a hydrocarbon gas atmosphere, and a single crystal of silicon carbide is grown on this thin film using the CVD method. has been done.
(発明が解決しようとする問題点)
前記の方法は、いずれも一枚のウエーフアの上
に炭化珪素を成長させていたため、珪素単結晶基
板と成長した炭化珪素単結晶の間の格子定数の相
違に伴なう内部応力は、完全には除去することが
できず、反り、クラツク等が生じ、素子作製段階
では問題が発生する。(Problems to be Solved by the Invention) In all of the above methods, silicon carbide is grown on a single wafer, so there is a difference in lattice constant between the silicon single crystal substrate and the grown silicon carbide single crystal. The internal stress caused by this cannot be completely removed, causing warping, cracking, etc., which causes problems during the device fabrication stage.
(問題点を解決するための手段)
本発明は、前記の問題を解決するため、炭化珪
素の膜を成長させるべき珪素単結晶基板の表面
に、予め複数の溝を交叉して設け、基板の表面を
多くの領域に分割することにより、個々の炭化珪
素単結晶の成長する領域を小さくするのである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a plurality of grooves that intersect with each other in advance on the surface of a silicon single crystal substrate on which a silicon carbide film is to be grown. By dividing the surface into many regions, the region in which each silicon carbide single crystal grows becomes smaller.
(作用)
このようにして、個々の炭化珪素単結晶の成長
領域は小さくなつているから、内部応力は低減さ
れ、良質の炭化珪素単結晶基板を得ることができ
る。(Function) In this way, since the growth region of each silicon carbide single crystal is reduced, internal stress is reduced, and a high quality silicon carbide single crystal substrate can be obtained.
(実施例)
第1図aに示される膜厚450μmの珪素単結晶基
板15には、ダイシング機により第1図b及び第
3図に示されるように、2mm×2mmの碁盤目状に
幅50μm、深さ150μmの複数の溝が交叉して設け
られる。溝の幅は100μm以下、深さは50μm以上
が好ましい。溝14を形成するには、化学エツチ
ングやドライエツチング等の他の方法を使用する
こともできる。(Example) A silicon single crystal substrate 15 having a film thickness of 450 μm as shown in FIG. , a plurality of grooves with a depth of 150 μm are provided in an intersecting manner. The width of the groove is preferably 100 μm or less, and the depth is preferably 50 μm or more. Other methods such as chemical etching or dry etching may also be used to form the grooves 14.
このように溝14を有する珪素単結晶基板15
を第2図に示されるCVD装置の黒鉛製試料台2
の上に載置する。第2図において、反応管1はワ
ツシヤー9、ボルト10、ナツト11によりフラ
ンジ8に固定され、パツキング12により気密に
保たれる。ガスは注入口の枝管5より排出口の枝
管13に流れる。反応管1を冷却するための容器
1′内には、注水口の枝管6から冷却水が注入さ
れ、排水口の枝管7から排出される。4は加熱用
の高周波電流を流すコイルであり、3は黒鉛製試
料台2を置くための支持台である。 A silicon single crystal substrate 15 having grooves 14 in this way
The graphite sample stage 2 of the CVD device shown in Figure 2
Place it on top. In FIG. 2, the reaction tube 1 is fixed to the flange 8 by washers 9, bolts 10, and nuts 11, and is kept airtight by packing 12. Gas flows from the inlet branch pipe 5 to the outlet branch pipe 13. Cooling water is injected into a container 1' for cooling the reaction tube 1 from a branch pipe 6 of a water inlet, and is discharged from a branch pipe 7 of a drain port. 4 is a coil through which a high frequency current for heating is passed, and 3 is a support stand on which the graphite sample stand 2 is placed.
キヤリヤガスとして水素(H2)ガスを毎分10
、又炭化用としてプロパン(C3H8)ガスを毎
分1.0c.c.程度流し、コイル4に高周波電流を供給
して、試料台2を誘導加熱し、溝14を有する珪
素単結晶基板15の温度を約1350℃まで上昇させ
る。この温度で珪素単結晶基板14の表面は炭化
され、炭化珪素単結晶の極く薄い膜が形成され
る。この温度を保持した状態で、炭化珪素単結晶
上に珪素の原料ガスのモノシラン(SiH4)と炭
素の原料ガスのプロパン(C3H8)をキヤリヤガ
スの水素(H2)と共に供給することにより、炭
化珪素単結晶膜16が、第1図cに示されるよう
に、CVD法により成長される。この場合のガス
の流量は、モノシラン及びプロパンがそれぞれ毎
分0.9c.c.であり、水素は毎分10である。 Hydrogen (H 2 ) gas as carrier gas at 10% per minute
In addition, propane (C 3 H 8 ) gas is flowed at about 1.0 cc per minute for carbonization, and a high frequency current is supplied to the coil 4 to induction heat the sample stage 2 to increase the temperature of the silicon single crystal substrate 15 having the grooves 14. Raise the temperature to approximately 1350℃. At this temperature, the surface of silicon single crystal substrate 14 is carbonized, and an extremely thin film of silicon carbide single crystal is formed. While maintaining this temperature, monosilane (SiH 4 ) as a silicon source gas and propane (C 3 H 8 ) as a carbon source gas are supplied onto the silicon carbide single crystal together with hydrogen (H 2 ) as a carrier gas. , a silicon carbide single crystal film 16 is grown by the CVD method, as shown in FIG. 1c. The gas flow rates in this case are 0.9 cc/min for each of monosilane and propane, and 10 cc/min for hydrogen.
反射電子線回折による検査の結果によると、珪
素単結晶基板15の表面の分割された領域には、
それぞれ単結晶の炭化珪素膜が成長していること
がわかる。また、これを透過電子顕微鏡により観
察すると、結晶欠陥の少ない良質な単結晶である
ことがわかる。 According to the results of an inspection using reflected electron beam diffraction, the divided regions on the surface of the silicon single crystal substrate 15 contain:
It can be seen that single-crystal silicon carbide films are grown in each case. Furthermore, when this is observed using a transmission electron microscope, it is found that it is a high-quality single crystal with few crystal defects.
なお、溝14の底には、炭化珪素単結晶は成長
しないが、炭化珪素の多結晶が成長することはあ
る。 Note that although a silicon carbide single crystal does not grow at the bottom of the groove 14, a silicon carbide polycrystal may grow.
上記の実施例によつて得られた炭化珪素単結晶
膜を用いた、炭化珪素半導体素子として、シヨツ
トキーバリア接合形電効果トランジスタ
(MESFET)の例について説明する。 An example of a Schottky barrier junction field effect transistor (MESFET) will be described as a silicon carbide semiconductor device using the silicon carbide single crystal film obtained in the above embodiment.
第4図aの溝14を有する珪素単結晶基板15
の表面に、モノシラン(SiH4)とプロパン
(C3H8)を用いたCJD法により、炭化珪素単結晶
膜を成長させる。その際、まず珪素単結晶基板1
5上にジボラン(B2H6)ガスを添加することに
より、第4図bに示されるように約5μmのp型炭
化珪素単結晶膜17を成長させ、次にジボラン
(B2H6)ガスの供給を絶ち、前記炭化珪素単結晶
膜17の表面にノンドープn型炭化珪素膜18を
0.5μm成長させる。更に、第4図cの如く、炭化
珪素膜18の表面にソース19及びドレイン21
の双方の電極用としてアルミニウム(Al)、ゲー
ト用シヨツトキー電極として金(Au)を真空蒸
着して、各電極を形成する。 Silicon single crystal substrate 15 having grooves 14 in FIG. 4a
A silicon carbide single crystal film is grown on the surface of the substrate by the CJD method using monosilane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ). At that time, first the silicon single crystal substrate 1
By adding diborane (B 2 H 6 ) gas onto 5, a p-type silicon carbide single crystal film 17 of about 5 μm is grown as shown in FIG. 4b, and then diborane (B 2 H 6 ) The gas supply is cut off, and a non-doped n-type silicon carbide film 18 is formed on the surface of the silicon carbide single crystal film 17.
Grow 0.5 μm. Furthermore, as shown in FIG. 4c, a source 19 and a drain 21 are formed on the surface of the silicon carbide film 18.
Each electrode is formed by vacuum evaporating aluminum (Al) for both electrodes and gold (Au) for the gate shot key electrode.
(発明の効果)
表面を複数の領域に分割された炭化珪素単結晶
を用いることにより、内部応力が低減し、結晶欠
陥の少ない結晶特性の良い炭化珪素単結晶上に電
界効果トランジスタ(FET)が形成できる。相
互コンダクタンス(gm)は、表面が分割されて
いない炭化珪素単結晶を用いた場合、0.5mS/mm
であるのに対し、表面が分割された炭化珪素単結
晶を用いると、2mS/mmと大きくなり、特性の向
上が見られる。なお、上記実施例では、分割され
た表面の一つの領域に一つのFETを形成させた
が、一つの領域にダイオード、トランジスタ等の
他の素子を複数形成することも可能である。ま
た、隣接する各領域の素子を配線により接続する
ことも可能である。このようにして、素子の特性
を大幅に改善でき、炭化珪素半導体の広範な応用
分野の開拓に貢献する。(Effects of the invention) By using a silicon carbide single crystal whose surface is divided into multiple regions, internal stress is reduced, and a field effect transistor (FET) can be built on a silicon carbide single crystal with few crystal defects and good crystal properties. Can be formed. The mutual conductance (gm) is 0.5 mS/mm when using a silicon carbide single crystal with an undivided surface.
On the other hand, when a silicon carbide single crystal with a segmented surface is used, it increases to 2 mS/mm, which shows an improvement in the characteristics. In the above embodiment, one FET was formed in one region of the divided surface, but it is also possible to form a plurality of other elements such as diodes and transistors in one region. Furthermore, it is also possible to connect elements in adjacent regions by wiring. In this way, the characteristics of the device can be significantly improved, contributing to the development of a wide range of application fields for silicon carbide semiconductors.
第1図a,b及びcは本発明による工程の各段
階における素子の状態、第2図はCVD装置の概
略、第3図は本発明を実施する場合の素子の表
面、第4図a,b及びcは本発明によるFETの
製造工程中の各段階における素子の状態を示す。
14…溝、15…珪素単結晶基板、16…炭化
珪素単結晶膜、17…p型炭化珪素単結晶膜、1
8…n型炭化珪素単結晶膜、19…ソース、20
…シヨツトキーゲート、21…ドレイン。
Figures 1a, b, and c show the state of the device at each stage of the process according to the present invention, Figure 2 is a schematic of the CVD equipment, Figure 3 is the surface of the device when the present invention is carried out, and Figures 4a, b and c show the state of the device at each stage during the manufacturing process of the FET according to the present invention. 14... Groove, 15... Silicon single crystal substrate, 16... Silicon carbide single crystal film, 17... P-type silicon carbide single crystal film, 1
8... N-type silicon carbide single crystal film, 19... Source, 20
...Shotkey Gate, 21...Drain.
Claims (1)
て前記珪素単結晶基板表面を複数の領域に分割
し、各々の領域上にCVD法により炭化珪素単結
晶薄膜を形成することを特徴とする炭化珪素単結
晶基板の製造方法。1. A plurality of intersecting grooves are formed in a silicon single crystal substrate to divide the surface of the silicon single crystal substrate into a plurality of regions, and a silicon carbide single crystal thin film is formed on each region by a CVD method. A method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15409887A JPS63319294A (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Production of silicon carbide single crystal substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15409887A JPS63319294A (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Production of silicon carbide single crystal substrate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63319294A JPS63319294A (en) | 1988-12-27 |
| JPH0455155B2 true JPH0455155B2 (en) | 1992-09-02 |
Family
ID=15576870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15409887A Granted JPS63319294A (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Production of silicon carbide single crystal substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63319294A (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2113336C (en) * | 1993-01-25 | 2001-10-23 | David J. Larkin | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
| US5709745A (en) * | 1993-01-25 | 1998-01-20 | Ohio Aerospace Institute | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
| JP4720051B2 (en) * | 2001-09-10 | 2011-07-13 | ソニー株式会社 | Nitride III-V compound semiconductor substrate, method for manufacturing the same, method for manufacturing semiconductor light emitting element, and method for manufacturing semiconductor device |
| FR2854641B1 (en) * | 2003-05-05 | 2005-08-05 | Centre Nat Rech Scient | PROCESS FOR FORMING A SILICON CARBIDE LAYER ON A SILICON WAFER |
| JP4690906B2 (en) * | 2006-02-21 | 2011-06-01 | 新日本製鐵株式会社 | Seed crystal for growing silicon carbide single crystal, method for producing the same, and method for producing silicon carbide single crystal |
-
1987
- 1987-06-19 JP JP15409887A patent/JPS63319294A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63319294A (en) | 1988-12-27 |
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