JPH0455155B2 - - Google Patents
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- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- silicon carbide
- silicon
- carbide single
- crystal substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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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、炭化珪素単結晶基板の製造方法に関
するものである。
するものである。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
しないが、炭化珪素の多結晶が成長することはあ
る。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- １ 珪素単結晶基板に交叉する複数の溝を形成し
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15409887A JPS63319294A (ja) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15409887A JPS63319294A (ja) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63319294A JPS63319294A (ja) | 1988-12-27 |
| JPH0455155B2 true JPH0455155B2 (ja) | 1992-09-02 |
Family
ID=15576870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15409887A Granted JPS63319294A (ja) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63319294A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5709745A (en) * | 1993-01-25 | 1998-01-20 | Ohio Aerospace Institute | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
| CA2113336C (en) * | 1993-01-25 | 2001-10-23 | David J. Larkin | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
| JP4720051B2 (ja) * | 2001-09-10 | 2011-07-13 | ソニー株式会社 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体発光素子の製造方法ならびに半導体装置の製造方法 |
| FR2854641B1 (fr) | 2003-05-05 | 2005-08-05 | Centre Nat Rech Scient | Procede de formation d'une couche de carbure de silicium sur une tranche de silicium |
| JP4690906B2 (ja) * | 2006-02-21 | 2011-06-01 | 新日本製鐵株式会社 | 炭化珪素単結晶育成用種結晶及びその製造方法並びに炭化珪素単結晶の製造方法 |
-
1987
- 1987-06-19 JP JP15409887A patent/JPS63319294A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63319294A (ja) | 1988-12-27 |
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