JPH0463840B2 - - Google Patents
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- JPH0463840B2 JPH0463840B2 JP13538287A JP13538287A JPH0463840B2 JP H0463840 B2 JPH0463840 B2 JP H0463840B2 JP 13538287 A JP13538287 A JP 13538287A JP 13538287 A JP13538287 A JP 13538287A JP H0463840 B2 JPH0463840 B2 JP H0463840B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体素子の原料として用いられる炭
化珪素（SiC）単結晶膜の製造方法に関するもの
である。
化珪素（SiC）単結晶膜の製造方法に関するもの
である。
従来技術
炭化珪素半導体は、広い禁制帯幅をもち（2.2
〜3.3eV）、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有
している。したがつて炭化珪素（以下、SiCと記
す）を用いた半導体素子は、従来の珪素（以下、
Siと記す）等を用いた他の半導体では使用が困難
な高温・高出力、放射線損傷等の苛酷な条件下で
も使用することができる素子材料として広範な分
野での応用が期待されている。
〜3.3eV）、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有
している。したがつて炭化珪素（以下、SiCと記
す）を用いた半導体素子は、従来の珪素（以下、
Siと記す）等を用いた他の半導体では使用が困難
な高温・高出力、放射線損傷等の苛酷な条件下で
も使用することができる素子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SiC半導体は、多くの利点、可能性
を有する材料であるにも拘わらず、その実用化が
阻まれているのは、生産性を考慮した工業的規模
での量産に必要な寸法・形状を制御した大面積か
つ高品質の単結晶を安定に供給し得る結晶成長技
術が確立されていなかつたところに原因がある。
従来、研究室規模で昇華再結晶法（レーリ法とも
称される）等でSiC単結晶を成長させたり、この
レーリ法による単結晶上に気相成長や液相成長に
よりエビタキシヤル成長させることでSiC単結晶
を得ている。しかしながら、これらの単結晶は小
面積であり、寸法・形状を制御することは困難で
ある。また、SiCに存在する結晶多形の制御およ
び不純物濃度の制御も容易ではない。
を有する材料であるにも拘わらず、その実用化が
阻まれているのは、生産性を考慮した工業的規模
での量産に必要な寸法・形状を制御した大面積か
つ高品質の単結晶を安定に供給し得る結晶成長技
術が確立されていなかつたところに原因がある。
従来、研究室規模で昇華再結晶法（レーリ法とも
称される）等でSiC単結晶を成長させたり、この
レーリ法による単結晶上に気相成長や液相成長に
よりエビタキシヤル成長させることでSiC単結晶
を得ている。しかしながら、これらの単結晶は小
面積であり、寸法・形状を制御することは困難で
ある。また、SiCに存在する結晶多形の制御およ
び不純物濃度の制御も容易ではない。
最近になつて、Si単結晶基板上に化学的気相成
長法（CVD法）で良質かつ大面積の3C型のSiC
単結晶を成長させる方法が開発された（特願昭58
−76842号）「炭化珪素単結晶基板の製造方法」）。
また、Si基板表面を炭化水素ガス雰囲気下で加熱
して炭化することでSiCの薄膜を表面に形成し、
この薄膜上のCVD法によりSiC単結晶を成長させ
る方法も開発され、すでに公知の技術となつてい
る。
長法（CVD法）で良質かつ大面積の3C型のSiC
単結晶を成長させる方法が開発された（特願昭58
−76842号）「炭化珪素単結晶基板の製造方法」）。
また、Si基板表面を炭化水素ガス雰囲気下で加熱
して炭化することでSiCの薄膜を表面に形成し、
この薄膜上のCVD法によりSiC単結晶を成長させ
る方法も開発され、すでに公知の技術となつてい
る。
発明が解決しようとする問題点
上記の技術ではSi単結晶基板上にSiCを直接成
長させる方法であるため、SiとSiCとの20％もの
格子定数のちがい、あるいはSiとSiCの熱膨張係
数のちがいに起因する結晶欠陥が多数含まれてお
り、またSiC成長層に反りやクラツクが発生しや
すいという問題がある。SiC半導体素子を実用化
するためには反り、クラツクがなく欠陥の少ない
高品質なSiC単結晶を作製することが必要であ
り、このための製造技術の開発が強く要望されて
いる。
長させる方法であるため、SiとSiCとの20％もの
格子定数のちがい、あるいはSiとSiCの熱膨張係
数のちがいに起因する結晶欠陥が多数含まれてお
り、またSiC成長層に反りやクラツクが発生しや
すいという問題がある。SiC半導体素子を実用化
するためには反り、クラツクがなく欠陥の少ない
高品質なSiC単結晶を作製することが必要であ
り、このための製造技術の開発が強く要望されて
いる。
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、結晶
欠陥が低減された高品質の炭化珪素単結晶膜の製
造方法を提供することである。
欠陥が低減された高品質の炭化珪素単結晶膜の製
造方法を提供することである。
問題点を解決するための手段
本発明は、珪素基板上に炭化チタン膜層を形成
した後、該炭化チタン膜上に炭化珪素単結晶を成
長させることを特徴とする炭化珪素単結晶膜の製
造方法である。
した後、該炭化チタン膜上に炭化珪素単結晶を成
長させることを特徴とする炭化珪素単結晶膜の製
造方法である。
作 用
本発明は上記の問題に鑑み、Si基板上に単結晶
炭化チタン（以下TiCと記す）膜を中間層として
導入し、その上にSiC単結晶を成長させることに
より反り、クラツクがなく結晶欠陥の少ないSiC
単結晶を得ることができる。
炭化チタン（以下TiCと記す）膜を中間層として
導入し、その上にSiC単結晶を成長させることに
より反り、クラツクがなく結晶欠陥の少ないSiC
単結晶を得ることができる。
実施例
第１図は本発明の基本原理を説明する模式図で
ある。従来技術（第１図１）では珪素基板１上に
直接SiC２を成長させていたため、Si（格子定数
ａ）と、SiC（格子定数ｂ）の格子定数あるは熱
膨張係数のちがいが、SiC成長層２の反り、クラ
ツクあるいは結晶欠陥の原因となつていた。本発
明はSi基板１上のチタン（以下、Tiと記す）膜
６全部あるいはその表面のみを、SiCと格子定数
や熱膨張係数の値の近い炭化チタン（以下、TiC
と記す）膜４（格子定数ｂ１）とし（第１図２ま
たは同図３）、そのTiC膜４上にSiC単結晶２を成
長させるものである。
ある。従来技術（第１図１）では珪素基板１上に
直接SiC２を成長させていたため、Si（格子定数
ａ）と、SiC（格子定数ｂ）の格子定数あるは熱
膨張係数のちがいが、SiC成長層２の反り、クラ
ツクあるいは結晶欠陥の原因となつていた。本発
明はSi基板１上のチタン（以下、Tiと記す）膜
６全部あるいはその表面のみを、SiCと格子定数
や熱膨張係数の値の近い炭化チタン（以下、TiC
と記す）膜４（格子定数ｂ１）とし（第１図２ま
たは同図３）、そのTiC膜４上にSiC単結晶２を成
長させるものである。
TiCはSiCと同様の結晶構造を持ち、格子定数
や熱膨張係数の値がSiCの値と近いものであり、
とくにTi膜４を炭化することによつて得られる
TiC薄膜は、Si基板１の結晶方位を引き継いだ単
結晶膜となつていると推定される。このような
TiC層はSiとSiCとの間の格子定数や熱膨張係数
のちがいを緩和する層として働き、良質のSiC単
結晶をエピタキシヤル成長させることができる。
や熱膨張係数の値がSiCの値と近いものであり、
とくにTi膜４を炭化することによつて得られる
TiC薄膜は、Si基板１の結晶方位を引き継いだ単
結晶膜となつていると推定される。このような
TiC層はSiとSiCとの間の格子定数や熱膨張係数
のちがいを緩和する層として働き、良質のSiC単
結晶をエピタキシヤル成長させることができる。
以下に本発明方法の具体的な実施について第１
図を参照して記載する。Si基板１上に形成される
TiC膜層４は、Si基板１上にTiC膜４が形成され
ている形であつてもよいし、Ti層６の表面のみ
が、TiC膜となつていてもよい。すなわちSi基板
１上にTi膜６を蒸着等の方法により形成したの
ち、炭化水素雰囲気中で高温で加熱することによ
り、該Ti膜の全部または表面のみをTiC化しても
よい。またSi基板上にたとえばスパツタ法などに
より、TiCを直接形成させてもよい。
図を参照して記載する。Si基板１上に形成される
TiC膜層４は、Si基板１上にTiC膜４が形成され
ている形であつてもよいし、Ti層６の表面のみ
が、TiC膜となつていてもよい。すなわちSi基板
１上にTi膜６を蒸着等の方法により形成したの
ち、炭化水素雰囲気中で高温で加熱することによ
り、該Ti膜の全部または表面のみをTiC化しても
よい。またSi基板上にたとえばスパツタ法などに
より、TiCを直接形成させてもよい。
TiC膜の厚さは５Å以上、好ましくは５Å〜
1000Å、より好ましくは約200Åである。形成さ
れたTiC膜４表面上にSiC単結晶膜２を形成する。
SiC単結晶膜２を形成させる方法としては、熱分
解CVD法が好ましい。すなわち、適当な炭素源
（たとえばプロパン、メタンエチレン、アセチレ
ン）と珪素源（たとえば、モノシラン、ジシラ
ン、トリシラン）等を用いて、約800〜1400℃、
好ましくは1300〜1350℃に加熱することにより、
TiC４上にSiC単結晶膜２が形成される。この場
合、Si基板１上にTiC４をエピタキシヤル成長さ
せると、形成されるSiC単結晶膜２もSi基板１の
面方位を受け継いでエピタキシヤル成長する。
1000Å、より好ましくは約200Åである。形成さ
れたTiC膜４表面上にSiC単結晶膜２を形成する。
SiC単結晶膜２を形成させる方法としては、熱分
解CVD法が好ましい。すなわち、適当な炭素源
（たとえばプロパン、メタンエチレン、アセチレ
ン）と珪素源（たとえば、モノシラン、ジシラ
ン、トリシラン）等を用いて、約800〜1400℃、
好ましくは1300〜1350℃に加熱することにより、
TiC４上にSiC単結晶膜２が形成される。この場
合、Si基板１上にTiC４をエピタキシヤル成長さ
せると、形成されるSiC単結晶膜２もSi基板１の
面方位を受け継いでエピタキシヤル成長する。
したがつてたとえばSi（111）基板１上にエピタ
キシヤル成長させてTiC層４を形成し、この上に
SiCを熱分解CVD法により形成すると得られた
SiC単結晶膜６の面方位も（111）である。なお、
CVD装置においてTi膜６を堆積させたSi基板１
を用いて、炭化水素ガスによりTiC層４を形成し
た場合は、同装置内で引き続いて、該TiC膜４上
にSiC単結晶膜２を成長させることができるた
め、製造工程が単純で有利である。
キシヤル成長させてTiC層４を形成し、この上に
SiCを熱分解CVD法により形成すると得られた
SiC単結晶膜６の面方位も（111）である。なお、
CVD装置においてTi膜６を堆積させたSi基板１
を用いて、炭化水素ガスによりTiC層４を形成し
た場合は、同装置内で引き続いて、該TiC膜４上
にSiC単結晶膜２を成長させることができるた
め、製造工程が単純で有利である。
次に具体例により本発明の実施態様を示す。
Si基板１上に形成したTi膜６の炭化にはプロ
パン（C3H8）を用い、炭化後のCVD成長の原料
ガスとしてはモノシラン（SiH4）とプロパン
（C3H8）とを用いて行なつた。
パン（C3H8）を用い、炭化後のCVD成長の原料
ガスとしてはモノシラン（SiH4）とプロパン
（C3H8）とを用いて行なつた。
第２図は実施例に用いられた成長装置の概略図
である。黒鉛試料台９上にTi膜を５〜1000Å、
一般的にはほぼ200Åに真空蒸着したSi（111）単
結晶基板１０を載置する。キヤリアガスとして水
素ガスを毎分３、原料ガスとしてプロパンガス
を毎分１c.c.程度流し、ワークコイル１１に高周波
電流を流して黒鉛試料台９を加熱して、該基板を
約1350℃まで加熱し、１〜５分程度保持すること
によりTi膜を炭化して、TiC膜を形成する。
である。黒鉛試料台９上にTi膜を５〜1000Å、
一般的にはほぼ200Åに真空蒸着したSi（111）単
結晶基板１０を載置する。キヤリアガスとして水
素ガスを毎分３、原料ガスとしてプロパンガス
を毎分１c.c.程度流し、ワークコイル１１に高周波
電流を流して黒鉛試料台９を加熱して、該基板を
約1350℃まで加熱し、１〜５分程度保持すること
によりTi膜を炭化して、TiC膜を形成する。
次いでモオシランとプロパンガスをそれぞれ毎
分0.1〜0.9c.c.、キヤリアガスの水素（毎分３）
とともに流してSiC単結晶膜を1300〜1350℃の温
度で成長させる、１時間で約3μｍの成長膜が得
られた。得られたSiC成長膜は反り、クラツクが
なくＸ線回析および電子線回析により（111）方
向にエピタキシヤル成長した単結晶膜であること
がわかつた。また電子顕微鏡観察の結果結晶欠陥
の少ない良質のSiC単結晶膜であることがわかつ
た。
分0.1〜0.9c.c.、キヤリアガスの水素（毎分３）
とともに流してSiC単結晶膜を1300〜1350℃の温
度で成長させる、１時間で約3μｍの成長膜が得
られた。得られたSiC成長膜は反り、クラツクが
なくＸ線回析および電子線回析により（111）方
向にエピタキシヤル成長した単結晶膜であること
がわかつた。また電子顕微鏡観察の結果結晶欠陥
の少ない良質のSiC単結晶膜であることがわかつ
た。
効 果
本発明によれば、Si基板上に反り、クラツクが
なく結晶欠陥の少ない高品質のSiC単結晶を得る
ことができるため、SiCを用いた半導体素子の実
用化を急速に促進する。
なく結晶欠陥の少ない高品質のSiC単結晶を得る
ことができるため、SiCを用いた半導体素子の実
用化を急速に促進する。
第１図は本発明によるSiC成長を説明するため
の結晶格子を示す図である。第２図は本発明の実
施例に用いたCVD装置の概略図である。 １……Si基板、２……SiC成長膜、３，５……
界面、４……TiC膜、６……TiまたはTiとTiCの
混合した膜、９……試料台、１０……Ti薄膜付
Si単結晶基板、１１……ワークコイル、ａ……Si
の格子定数、ｂ……SiCの格子定数、ｂ１……
TiCの格子定数。
の結晶格子を示す図である。第２図は本発明の実
施例に用いたCVD装置の概略図である。 １……Si基板、２……SiC成長膜、３，５……
界面、４……TiC膜、６……TiまたはTiとTiCの
混合した膜、９……試料台、１０……Ti薄膜付
Si単結晶基板、１１……ワークコイル、ａ……Si
の格子定数、ｂ……SiCの格子定数、ｂ１……
TiCの格子定数。
Claims (1)
- １ 珪素基板上に炭化チタン膜層を形成した後、
該炭化チタン膜上に炭化珪素単結晶を成長させる
ことを特徴とする炭化珪素単結晶膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13538287A JPS63303896A (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 炭化珪素単結晶膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13538287A JPS63303896A (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 炭化珪素単結晶膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63303896A JPS63303896A (ja) | 1988-12-12 |
| JPH0463840B2 true JPH0463840B2 (ja) | 1992-10-13 |
Family
ID=15150400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13538287A Granted JPS63303896A (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 炭化珪素単結晶膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63303896A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5010035A (en) * | 1985-05-23 | 1991-04-23 | The Regents Of The University Of California | Wafer base for silicon carbide semiconductor device |
| EP3239100A4 (en) | 2014-12-22 | 2018-07-11 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Composite substrate, method for forming nanocarbon film, and nanocarbon film |
-
1987
- 1987-05-30 JP JP13538287A patent/JPS63303896A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63303896A (ja) | 1988-12-12 |
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