JPH0472067A - 炭化珪素膜を有する物品の製造方法 - Google Patents

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】 イ）発明の目的 〔本発明の利用分野〕 本発明は半導体基板等に有用である炭化珪素膜を有する
物品の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 炭化珪素膜を有する物品、例えば半導体基板は、機械的
、化学的にきわめて安定で、放射線損傷にも強く、広い
禁制帯幅を有し、高温動作素子、高倍転性素子、耐放射
線素子用の基板として期待されている。また広い禁制帯
幅を有する事により、可視域での発光が可能であり、発
光素子としても注目され、またへテロバイポーラトラン
ジスタ（ＨＢＴ）の材料としても有用である。

炭化珪素は結晶多形型であり、半導体基板としてはα−
３ｉＣまたはβ−３ｉＣが主に用いられる。α−３ｉＣ
は高温で成長する結晶構造であり、β−３ｉＣはα−３
ｉＣに比べ低温で成長する結晶構造である。また成長に
用いる基板の種類や成長温度によって、多結晶となった
り、非晶質構造となることもあり、化学気相成長法（Ｃ
ＶＤ法）により炭化珪素膜を物品上に成長させる方法で
は、成長温度や基板である物品の種類により、結晶構造
の異なる炭化珪素膜が形成される。

従来、炭化珪素膜を有する物品の製造においては、珪素
原料（例えばＳｉＨ，，５ｉＨＣ１ｓ、５ｉＨｚＣ１□
、５ｉＣ１ａ等）と炭素原料（ＣＨａ　、Ｃｚ　ＨＡ　
、Ｃｓ　Ｈｅ等）を用いて物品上に気相成長を行う方法
が知られているが、この方法では、珪素源と炭素源を反
応系内へ供給する際、二種類の原料の供給条件を設定す
る必要がある。

また有機シランガス、例えば（ＣＨｘ）ｗＳｉＨ４−ｉ
ｎ、（Ｃｚ　Ｈｓ　）ｗ　Ｓ　ｉＨ４−ｗ　（ただし４
≧Ｗ≧１）等のモノシラン誘導体を用いてα−５ｉＣの
単結晶を基板上に成長させる方法が知られている（特開
昭６３−１０３８９３号公報）。

前記の従来技術も同様であるが、この従来技術では炭化
珪素の単結晶膜を形成させるた、めには１３００°Ｃ以
上の高温が必要であり、また多結晶膜の形成においても
、均一な結晶性のよい多結晶膜を成長させるには１１０
０℃以上の高温が必要で、その為、対象となる物品に熱
負荷がかかり、炭化珪素膜と物品の界面に熱的な歪が発
生して、結晶欠陥を生じる原因となっていた。

また従来の方法では膜の成長速度が遅（、例えばテトラ
メチルシランを用いて単結晶の炭化珪素膜を得ようとす
る場合、対象となる物品、例えば基板の温度を１３００
°Ｃ以上にする必要があるが、その様な高温においても
、良質の単結晶膜を得ようとする場合、成長速度は１０
０〜２５０人／　ｍ　ｉ　ｎ程度であり、工業的に充分
満足のいくものではなく、成長速度を上げるためには、
更に基板の温度を上げる必要があった。

また、シリコン等の、炭化珪素膜とは異種の素材からな
る物品上に炭化珪素単結晶膜等を形成する場合は、炭化
珪素膜を直接物品上に形成させることは困難であり、前
処理工程として、物品表面を炭化水素等で高温炭化処理
する必要があり、炭化珪素膜の製造工程が複雑となって
いた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者らは、炭化珪素膜の物品上への成長温度を大幅
に低下させ、物品と成長膜との間の歪みや結晶欠陥を無
くし、しかも成長速度が速く、更に物品の素材の種類に
係わらず炭化等の前処理工程を行わずして炭化珪素膜を
成長させ得る、効率的な炭化珪素膜を有する物品の製造
方法につき鋭意研究した結果、本発明を完成した。

口）発明の構成 〔課題を解決するための手段］ 本発明は、気体状の有機珪素化合物を用いて化学気相成
長法により炭化珪素膜を有する物品を製造する方法にお
いて、有機珪素化合物として一般式Ｒ７Ｓ　ｉ　−Ｈｘ
　Ｘ　ｙ　（ただし、Ｒは炭素数１〜６のアルキル基で
あり、Ｘはハロゲン原子を表す。

またｍ≧２であり、２ｍ＋２≧ｎ≧１であり、２ｍ＋２
−ｎ＝ｘ＋ｙ≧０である。）で表される化合物を用いる
ことを特徴とする炭化珪素膜を有する物品の製造方法で
ある。

本発明において、炭化珪素膜を気相成長させる為に用い
る物品としては、例えば、シリコン、炭化珪素、ガラス
等を素材とする各種基板や物品等が適用され、特に好ま
しくはシリコン単結晶基板、炭化珪素単結晶基板等であ
る。

本発明の有機珪素化合物は上記の通りであり、一般式Ｒ
１１Ｓｉ、ＨＩＩＸｙにおいて、Ｒは好ましくは炭素数
１〜４、更に好ましくは１〜２の飽和アルキル基であり
、Ｘは好ましくは塩素原子である。また２ｒｎ＋２−ｎ
＝χ＋ｙであることを前提として、ｍは好ましくは２〜
３、更に好ましくは２であり、ｎは好ましくは１〜８、
更に好ましくは５〜６であり、Ｘは０〜１が好ましく、
ｙは０〜３が好ましい。

本発明の有機珪素化合物の具体例としては、（ＣＨｓ）
＊Ｓｔｚ、（ＣＩ　Ｈｓ　）ｈ　Ｓ　ｉｔ、（ＣＨｓ）
ｓｓｉ３、（Ｃ２Ｈｓ　）ｓ　Ｓｉｓ、（ＣＨ。

）、Ｓｔ！Ｈ１（Ｃｚ　Ｈｓ　）　ｓ　Ｓ　ｉｔ　Ｈｌ
（ＣＨ３）、Ｓｉ、ＣＩ、（Ｃｔ　Ｈｓ　）　ｓ　Ｓ　
ｉｔ　ＣＩ、（ＣＨｓ　）　ａ　Ｓ　ｉｔ　ｅ　Ｉｇ、
（Ｃｚ　Ｈｓ　）ａ　５ｉｔＣｔ、、（ＣＨ３）ｓ　Ｓ
ｉｘ　Ｃ１３、（ｃｚ　Ｈａ）３Ｓ！ｘｃ７等が挙げら
れ、特に好ましくは（ＣＨ３）　ｂ　Ｓ　ｉｔ、（Ｃｚ
　Ｈ５）６　Ｓｉｘ、（ＣＨｘ　）ｓ　Ｓｉｚ　Ｃ１、
（Ｃｚ　Ｈ３）ｓ　Ｓｉｚ　Ｃ１等である。

有機珪素化合物は単独で、あるいは希釈ガスと共に反応
系内へ供給する事が出来るが、有機珪素化合物が液体の
場合は、キャリアガスと共にその飽和蒸気として供給す
ることが工業的に有利である、キャリアガスとしては水
素、あるいは窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス
が挙げられ、それらの中で好ましくは水素が用いられる
０反応系への有機珪素化合物の供給量の制御は、キャリ
アガスに対するを機珪素化合物の飽和茶気圧と温度の関
係を利用して、温度を適宜変化させることにより供給量
を制御する方法が一般的に用いられる。

有機珪素化合物をキャリアガスと共に反応系に供給する
ときの混合ガスの濃度は、有機珪素化合物とキャリアガ
スの合計容量に対し、有機珪素化合物が珪素原子換算で
好ましくは０．０５ｖｏｌχ〜１０ｖｏｌχ、更に好ま
しくは０．１〜５νｏｌχであり、混合ガスの温度は混
合ガスの組成が上記の組成となるよう維持される。

有機珪素化合物を希釈ガスと共に反応系に供給する場合
の希釈ガスとしては、水素、あるいは窒素、アルゴン、
ヘリウム等の不活性ガスが挙げられ、好ましくは水素が
用いられる。希釈ガスを用いた場合の有機珪素化合物と
希釈ガスの割合は、有機珪素化合物と希釈ガスの合計量
基準で、有機珪素化合物の珪素原子換算で０．０００１
ｖｏｌχ〜１０ｖｏｌχとすることが好ましい。

また、目的とする炭化珪素膜の珪素と炭素の組成を所望
の割合とするために、反応系に珪素原料（例えば５ｉＨ
４）や炭素原料（例えばアセチレン）等の有機化合物を
導入してもよい。

本発明は、単結晶膜、多結晶膜、非晶質膜のいずれの種
類の炭化珪素膜を成長させる場合でも適用可能であるが
、その選択を可能とする第一要因は成長温度である。

炭化珪素膜の成長において、単結晶膜、多結晶膜、非晶
質膜のいずれを目的とする場合も、成長温度の上限は物
品の融点以下であるが、例えばシリコン基板上に炭化珪
素膜を単結晶膜として成長させる場合、成長温度は１０
５０℃〜１２５０　’Ｃが望ましい、１２５０°Ｃを越
えると基板との界面に熱的歪みが発生し易くなる他、成
長速度が温度に比例して速くならないので、有利とは言
えない。

多結晶膜を所望する場合は８００〜１０５０　’Ｃが望
ましく、非晶質膜を所望する場合はそれを下回る温度が
望ましい。

反応系の加熱方法は、高周波加熱、抵抗加熱、直接加熱
、プラズマ等の、通常採用される加熱方法をいずれも用
いることが出来る。

反応系内の圧力は特に問わないが、装置の構造及び膜厚
の均−性等を考えると、Ｑ　、ｌ　Ｔｏｒｒ〜常圧が望
ましい。

本発明における膜の成長速度は、有機珪素化合物の流量
によって制御することが可能である。しかも本発明にお
いては、非常に速い速度で炭化珪素膜を成長させ得るこ
とが特長の一つである０例えば炭化珪素の単結晶膜を基
板上に成長させる場合、基板温度が１１００°Ｃの場合
を例にとると、有機珪素化合物の流量を０．２から１．
　２ｃｃ／ｓｉｎに変化させることにより、膜の成長速
度を流量に比例して２００人／１．いから２０００人／
９１．に変化させる事が可能である。

また、本発明は、炭化珪素膜を成長させる為の物品の素
材が炭化珪素と同種であるか異種であるかを問わず、従
来のように物品の表面を炭化する等の前処理を行う必要
はないが、シリコンのような異種素材の物品上に成長さ
せる場合、更に結晶性を良くする為に、必要に応して表
面の炭化処理等の前処理することは何ら差支えない。

本発明におけるその他の操作方法および操作条件などは
、化学蒸着の技術分野において知られているところに従
えばよい。

［実施例および比較例］ 以下１本発明の好ましい実施態様を具体例によって詳し
く説明する。

なお、以下の各側で用いたＣＶＤ装置は、石英で出来た
炭化珪素膜の成長を行う横型反応管と、原料の反応部へ
の供給量を制御する部分によって構成される。基板は石
英反応管内に設置されたサセプター上に置かれ、高周波
加熱により加熱され、基板温度の制御は高周波電力の制
御で行われる。

実施例ｌ ＣＶＤ装置サセプター上に洗浄後の単結晶珪素基板二面
方位（１００）と（１１１）を載置した。

反応器内を水素で置換した後、基板を１１００℃まで加
熱し、塩化水素を流量１５ｃｃ／ｓｉｎで１０分間流し
、基板表面のエツチングを行った。

塩化水素の供給を停止し、５分間放置した後、基板の温
度を１１００°Ｃに維持しつつ、希釈原料ガスを１０分
間供給した。この希釈原料ガスは、２０°Ｃの恒温槽に
貯蔵された液体へキサメチルジシラン中に、水素ガスを
吹き込んでヘキサメチルジシランの飽和蒸気となし、ヘ
キサメチルジシラン自体の流量が第１表のごとく０．２
〜１．２ｃｃ／ｓｉｎとなるよう飽和ガスの流量を変化
させると共に、前記飽和ガス中の水素ガスとの合計量で
３０００ｃｃ／■ｉｎとなる量の水素ガスで希釈するこ
とにより調製した。

炭化珪素膜の成長速度は、ヘキサメチルジシランの流量
の変化に応じ、第１表の如くとなった。

第１表 堆積した炭化珪素膜の表面は、ヘキサメチルジシランの
流量の変化とは無関係に鏡面であり、反射電子回折の結
果、β−５ｊＣのスポットパターンが見られ、完全な単
結晶であることが判った。

ヘキサメチルジシランの流量０．６ｃｃ／ｗｉｎにおけ
る炭化珪素単結晶膜の反射電子回折は第１１ｇの通りで
ある。

比較例１ ヘキサメチルジシランに替えてテトラメチルシランとし
た以外は、実施例１と同様にして単結晶の炭化珪素膜を
形成さた。

膜の成長速度はテトラメチルシランの流量を１゜２　Ｃ
Ｃ／■ｉｎとした場合でも１００人／■ｉｎ程度と非常
に遅く、また堆積した膜の表面は鏡面であったが、結晶
状態は実施例１と異なり、多結晶であった。

実施例２ ヘキサメチルジシランの流量を０．６ｃｃ／醜ｉｎと一
定とし、基板の温度を８００℃〜１２００℃に変化させ
た以外は、実施例１と同様にして炭化珪素膜の気相成長
を行った。

膜の成長速度および結晶状態の変化は第２図の通りであ
り、成長速度は十分満足出来るものであり、低温で単結
晶膜を得ることが出来た。

ハ）発明の効果 本発明によれば、化学気相成長法により炭化珪素膜を有
する物品を製造する際、特定の有機珪素化合物を原料と
することにより、物品上への炭化珪素膜の成長温度を大
幅に低下させ、物品と成長膜との間の歪みをなくし、均
一で結晶欠陥のない膜を成長させることが可能である。

また膜の成長速度が非常に速く、かつ、物品の素材が炭
化珪素と同種であると異種であるとを問わず、前処理工
程を行うことなく所望とする結晶の種類の炭化珪素膜を
物品上に形成させることが出来、工業的に非常に有利な
炭化珪素膜を有する物品の製造方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例工におけるヘキサメチルジシランの流量
０．６ｃｃ／ｓｉｎにおいて得られた炭化珪素単結晶膜
の反射電子回折であり、第２図は実施例２における基板
の温度変化に伴う炭化珪素膜の成長速度および結晶状態
の変化を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．気体状の有機珪素化合物を用いて化学気相成長法に
   より炭化珪素膜を有する物品を製造する方法において、
   有機珪素化合物として一般式Ｒ＿ｎＳｉ＿ｍＨ＿ｘＸ＿
   ｙ（ただし、Ｒは炭素数１〜６のアルキル基であり、Ｘ
   はハロゲン原子を表す。またｍ≧２であり、２ｍ＋２≧
   ｎ≧１であり、２ｍ＋２−ｎ＝ｘ＋ｙ≧０である。）で
   表される化合物を用いることを特徴とする炭化珪素膜を
   有する物品の製造方法。