JPH05208897A - 炭化ケイ素単結晶基板製造方法 - Google Patents

炭化ケイ素単結晶基板製造方法

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JPH05208897A
JPH05208897A JP3720992A JP3720992A JPH05208897A JP H05208897 A JPH05208897 A JP H05208897A JP 3720992 A JP3720992 A JP 3720992A JP 3720992 A JP3720992 A JP 3720992A JP H05208897 A JPH05208897 A JP H05208897A
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JP
Japan
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silicon carbide
crystal
base
single crystal
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3720992A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Maeda
泰宏 前田
Seiichi Taniguchi
斉一 谷口
Momohachi Fukuda
百八 福田
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Original Assignee
Nisshin Steel Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 種結晶からの不純物拡散による単結晶成長部
分の汚染を防止し、高純度で結晶方位が揃った優れた品
質の炭化ケイ素単結晶を製造する。 【構成】 エピタキシャル成長によってSiベース11
の上に形成したSiC膜12を、炭化ケイ素単結晶成長
用の種結晶として使用する。成長用基板10は、黒鉛製
基体20に載置された状態で結晶成長炉に配置される。
炭化ケイ素原料の昇華温度域に到達する昇温過程で、S
iベース11が黒鉛製基体20と反応して融合反応部1
3となり、種結晶として働くSiC膜12だけが残留す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス等の機
能材料として有用な炭化ケイ素単結晶を製造するときに
使用される単結晶成長用基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】炭化ケイ素単結晶は、従来から昇華法で
製造されており、半導体デバイスを始めとする高機能材
料として各種分野での用途が期待されている。昇華法で
は、炭化ケイ素粉末原料を2000〜2500℃の高温
に加熱して昇華させることから、ルツボ,ヒータ等の結
晶成長に必要な部材を黒鉛製としている。
【0003】たとえば、炭化ケイ素粉末原料を収容した
黒鉛ルツボの蓋に原料粉末と対向させて種結晶を取り付
け、2000〜2500℃に加熱することにより黒鉛ル
ツボ内の原料粉末を昇華させる方式がある。昇華した炭
化ケイ素は、種結晶の結晶方位に揃った方位で凝縮・成
長し、単結晶となる。このとき、成長した単結晶に不純
物が混入することを防止するため、減圧から常圧までの
範囲で圧力が調節される真空槽内に黒鉛ルツボを配置
し、真空槽に高純度の不活性ガスを導入することによっ
て装置内部を浄化している。
【0004】また、底部に種結晶を取り付けた黒鉛ルツ
ボの内部に多孔質の黒鉛製中空円筒を配置し、黒鉛ルツ
ボの内壁面と中空円筒との間に炭化ケイ素粉末原料を充
填し、高温加熱によって炭化ケイ素粉末原料を昇華させ
る方式も採用されている。昇華した炭化ケイ素は、中空
円筒を透過し、ルツボ底部にある種結晶の上に凝縮・成
長する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】結晶成長した炭化ケイ
素単結晶には、格子欠陥や特性変化に影響を与える不純
物が混入し易い。混入不純物は、原料粉末に由来するも
の,黒鉛ルツボに由来するもの、種結晶に由来するもの
等がある。なかでも、種結晶に由来するものが最も大き
な影響を与える。
【0006】種結晶は、SiO2 をCで還元することに
よって従来から作製されており、数%以上の不純物を含
むことが通常である。このような種結晶から炭化ケイ素
単結晶を成長させるとき、結晶成長部分に種結晶の不純
物が熱拡散等によって混入する。混入した不純物は、炭
化ケイ素単結晶に格子欠陥を与え、また半導体デバイス
等として使用されるときの特性にも悪影響を与える。
【0007】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、エピタキシャル成長によって得ら
れたSiC堆積膜を種結晶とすることにより、種結晶か
ら熱拡散する不純物によって結晶成長部分が汚染される
ことを防止し、高純度,高品質の炭化ケイ素単結晶を製
造することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の炭化ケイ素単結
晶成長用基板製造方法は、その目的を達成するため、エ
ピタキシャル成長によってSiC膜をSi板の表面に形
成し、Siベース側が黒鉛製基体に接触するように前記
Si基板を前記黒鉛製基体に載置し、炭化ケイ素原料の
昇華温度域に至る昇温過程で前記Siベースを前記黒鉛
製基体と融合一体化し、前記SiC膜を種結晶として残
すことを特徴とする。
【0009】
【作 用】エピタキシャル成長法は、基板表面に結晶性
膜を成長させるのに適した方法であり、高純度の機能性
膜が形成される。本発明においては、このエピタキシャ
ル成長法を利用して基板にSiCの種結晶を作り込む。
形成された種結晶は、結晶方位が制御された高純度のも
のであり、その上に成長する炭化ケイ素単結晶に対し不
純物供給源となることがない。
【0010】しかも、エピタキシャル成長法で作り込ま
れるSiCの種結晶は、Si板と同一の形状にすること
ができる。そのため、大口径のSi板の広い面積にわた
りSiCの種結晶を作り込むとき、大口径の炭化ケイ素
単結晶を成長させるのに適した単結晶成長用基板が得ら
れる。
【0011】種結晶が作り込まれる基板としては、高純
度のSi板が使用される。Si板の純度は、不純物の影
響を排除する上から99.9999%以上のものが好ま
しい。このような高純度Si板は、たとえば半導体デバ
イス製造用として市販されている。
【0012】高純度Si板の上にCVD法等によってS
iCをエピタキシャル成長させ、SiC層を形成する。
たとえば、高純度プロパン,メタン等のシラン系ガスを
原料とし、Si板の結晶面に応じて立方晶又は六方晶の
SiC結晶が成長する。エピタキシャル成長自体は、従
来から知られている一般的な方法を採用することができ
る。
【0013】種結晶が作り込まれた基板10を、図1に
示すように、表面が平滑化された高純度黒鉛の基体20
上に載置する。このとき、Siベース11上にエピタキ
シャル成長によって堆積したSiC膜12が種結晶とな
るように、Siベース11を黒鉛製基体20に接触させ
る。そして、結晶成長炉30の内部に配置する。
【0014】結晶成長炉30は、炉内を不活性雰囲気に
維持するため、Arガスを導入する配管31が開口して
いる。また、真空装置(図示せず)に接続された排気管
32を介して真空引きされ、所定の真空度に維持され
る。更に、原料粉末を加熱昇華させる円筒状のヒータ3
3が、炉内に配置されている。
【0015】種結晶が作り込まれた基板10は、黒鉛製
基体20と共に、円筒状のヒータ33で取り囲まれた結
晶成長炉30の底部中央に配置される。そして、基板1
0の上部に、ルツボ40を配置する。ルツボ部40は、
多孔質の底壁41をもち、内部に粉末状又は粒状の炭化
ケイ素原料42を収容している。
【0016】結晶成長炉30の内部では、SiC膜12
の上に成長している単結晶の表面に清浄なArガスが常
に到達するように、Arガスが上方から下方に向けて流
される。これにより、種結晶及び成長過程にある単結晶
の表面は、常に清浄な状態に維持される。
【0017】炭化ケイ素原料42が昇華し、結晶成長す
る温度は、2200〜2500℃である。Siの融点が
1413℃であることから、基板10のSiベース11
は、結晶成長温度域に到達する過程で溶融し始める。こ
の過程で、基板10の周辺に、図2(a)に示すように
1 <T2 <T3 の温度差が付くように、結晶成長炉3
0内部の温度勾配を設定している。この温度差は、ルツ
ボ移動・回転軸34を上下動させて黒鉛製基体20の部
分をヒータ33の中央部分に移動することによって得ら
れる。そのため、Siベース11の溶融は、黒鉛製基体
20との接触部分から開始され、SiC膜12に向かっ
て進行する。
【0018】Siは、溶融し始めると同時に、下部に接
触している黒鉛製基体20と反応し、黒鉛製基体20の
内部に拡散・浸透する。その結果、Siベース11と黒
鉛製基体20との界面に、融合反応部13が形成され
る。Siベース11が完全に溶融すると、融合反応部1
3の上にSiC膜12が残る。その後、ルツボ移動・回
転軸34の操作でルツボ40及び黒鉛製基体20を下方
に移動し、残留したSiC膜12を炭化ケイ素原料42
から昇華したSiCを結晶成長させるときの種結晶とし
て使用する。
【0019】Siベース11を黒鉛製基体20と融合さ
せた融合反応部13は、基本的にはSiCであり、融合
反応過程で種結晶となるSiC膜12を固持する。ま
た、黒鉛製基体20からSiC膜12への不純物の混入
は、融合反応部13によって阻止される。
【0020】結晶成長炉30の炉内温度が結晶成長温度
域2200〜2500℃に到達すると、炭化ケイ素原料
42の昇華が始まる。昇華したSiCが種結晶部分に接
触すると、図2(c)に示すようにSiC膜12を種結
晶として炭化ケイ素単結晶14が成長する。SiC膜1
2は、エピタキシャル成長によって作られたものである
から、結晶方位が揃っている。そのため、SiC膜12
の上に形成された炭化ケイ素単結晶14も、優れた結晶
構造,結晶方位をもつものとなる。また、種結晶である
SiC膜12が高純度のものであるため、不純物による
汚染がなく、結晶方位や格子定数等が安定した高純度の
炭化ケイ素単結晶14が得られる。
【0021】
【実施例】直径4インチのSi板(純度99.9999
%)上に、エピタキシャル成長によって厚み20μmの
SiC膜12を形成した。このとき、水素をキャリアガ
スとしてモノシランガス及びプロパンガスを使用したC
VDによってSiC膜12をエピタキシャル成長させ
た。最初、(100)の結晶面を持つSi板をCVD反
応管内に配置し、1500℃の温度に加熱した後、水素
をキャリアガスとしてモノシランガス及びプロパンガス
を3リットル/分の流量で導入し、5〜10時間にわた
り蒸着反応を継続させた。
【0022】SiC膜12が形成された基板10を、S
iベース11が黒鉛製基体20に接するように、黒鉛製
基体20に重ねた。そして、炭化ケイ素原料42が収容
されたルツボ40を基板10の上方に配置し、結晶成長
炉30の内部にセットした。雰囲気圧10トールに維持
しながら、結晶成長炉30に流量500ml/分でAr
ガスを供給した。そして、ルツボ40周辺を温度230
0℃に加熱させて炭化ケイ素の昇華を行わせ、温度22
00℃に維持したSiC膜12を種結晶とする結晶成長
を行わせた。
【0023】得られた炭化ケイ素単結晶14は、当初の
Si板11と同じ径をもっていた。また、不純物による
汚染がなく、結晶構造,結晶方位等に優れた高純度,高
品質のものであった。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によると
き、エピタキシャル成長によって結晶方位が制御された
SiC膜を種結晶として使用することにより、欠陥のな
い高純度炭化ケイ素単結晶が得られる。また、種結晶の
形状,大きさ等は使用するSi板,エピタキシャル成長
条件等によって自由に調整することができるため、大口
径の炭化ケイ素単結晶も容易に製造される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を具体的に説明するための図
【図2】 種結晶を作り込んだSiベースが黒鉛製基体
と反応する過程を示す図
【符号の説明】
10 基板 11 Siベース 1
2 SiC膜 13 融合反応部 14 炭化ケイ素単結晶 2
0 黒鉛製基体 30 結晶成長炉 34 ルツボ移動・回転軸 4
0 ルツボ 42 炭化ケイ素原料

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エピタキシャル成長によってSiC膜を
    Si板の表面に形成し、Siベース側が黒鉛製基体に接
    触するように前記Si基板を前記黒鉛製基体に載置し、
    炭化ケイ素原料の昇華温度域に至る昇温過程で前記Si
    ベースを前記黒鉛製基体と融合一体化し、前記SiC膜
    を種結晶として残すことを特徴とする炭化ケイ素単結晶
    成長用基板の製造方法。
JP3720992A 1992-01-28 1992-01-28 炭化ケイ素単結晶基板製造方法 Withdrawn JPH05208897A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6110279A (en) * 1996-03-29 2000-08-29 Denso Corporation Method of producing single-crystal silicon carbide
JP2008019166A (ja) * 2004-02-04 2008-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 種結晶の固定方法及びその固定方法を用いた単結晶の製造方法

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Effective date: 19990408