JPS61242999A - 炭化珪素単結晶基板の製造方法 - Google Patents

炭化珪素単結晶基板の製造方法

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JPS61242999A
JPS61242999A JP60084236A JP8423685A JPS61242999A JP S61242999 A JPS61242999 A JP S61242999A JP 60084236 A JP60084236 A JP 60084236A JP 8423685 A JP8423685 A JP 8423685A JP S61242999 A JPS61242999 A JP S61242999A
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JP
Japan
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silicon carbide
single crystal
carbide single
silicon
gas
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Pending
Application number
JP60084236A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Suzuki
彰 鈴木
Masaki Furukawa
勝紀 古川
Mitsuhiro Shigeta
光浩 繁田
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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】 く技術分野〉 本発明は炭化珪素(SiC)の単結晶基板を製造する方
法に関するものであり、特に大面積の炭化珪素単結晶基
板を作製する場合に生ずる内部応力をホウ素の微量添加
により緩和してそりやひび割れ等のない炭化珪素単結晶
を成長させる技術に関するものである。
〈従来技術〉 珪素(St)半導体を初めとして、砒化ガリウム(Ga
As)やリン化ガリウム(GaP)等の化合物半導体材
料を用いたダイオード、トランジスタ。
IC,LS1.発光ダイオード、半導体レーザ。
COD等の半導体素子がエレクトロニクスの各種分野で
広く実用に供せられている。一方、炭化珪素半導体はこ
れらの半導体材料に比べて禁制帯幅が広く(22〜&3
eV)また熱的、化学的及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っている。従って、炭
化珪素を用いた半導体素子は他の半導体材料を用いた素
子では使用困難な高温、大電力、放射線照射等の苛酷な
条件下で使用することができ、高い信頼性と安定性を呈
する素子として広範な分野での応用が期待される。
このように炭化珪素半導体素子は広範な応用分野が期待
されながら未だ実用化が阻まれている原因は、生産性を
考慮した工業的規模での量産に必要となる高品質で大面
積の炭化珪素単結晶を得るための結晶成長技術の確立が
遅れていることにある。従来、研究室規模で、昇華再結
晶法(レーリー法とも称される)等により成長させた炭
化珪素単結晶を用いであるいはこの単結晶上に気相成長
法や液相成長法でエピタキシャル成長させた炭化珪素単
結晶膜を用いてダイオードやトランジスタを製作するこ
とが試みられている。この技術はR,B 、Campb
ell  and H−−ClChang。
”5ilicon Carbide  Junctio
nDevices” 、in  ”5ernicond
uctors andSemfmetals”#eds
、R,に、Willardsonand A−C−Be
er(Academic  Press。
New York、1971)vow  7.Part
  BChap  9.P625〜P683  に記載
されている。
しかしながらこれによって作製された単結晶は小面積の
ものしか得られず、また、寸法、形状を制御することが
困難であり、炭化珪素結晶に存在する結晶多形の制御及
び不純物濃度の制御も容易でなく、従ってこれらの炭化
珪素単結晶を用いて半導体素子を製造する技術は工業的
規模での実用的製造方法にはほど遠い。
最近、本発明者らは、珪素単結晶基板上に気相成長法(
CVD法)で良質の大面積炭化珪素単結晶を成長させる
方法を確立し、特願昭58−76842号にて出願して
いる。この方法は珪素単結晶基板上に低温CVD法で炭
化珪素薄膜を形成した後昇温してCVD法で炭化珪素単
結晶を成長させる技術であり、安価で入手の容易な珪素
単結晶基板を用いて結晶多形、不純物濃度1寸法。
形状等が制御された大面積で高品質の炭化珪素単結晶膜
を供給することができるとともに貴意形態にも適し、高
い生産性が期待される製造方法である。さらに、上記発
明により可能となった珪素基板上の炭化珪素膜を用いて
ダイオード、トランジスタを初めとする各種半導体素子
を製作する方法についても特許出願がなされている(特
願昭58−246511号、同5g−249981号、
同58−252157号)。
上記発明で得た珪素基板上の炭化珪素膜を各種用途に使
用する場合、炭化珪素膜にそりやひび割れがあると実用
的見地から好ましくなく、その利用範囲も非常に限定さ
れたものとなる。従って、作製される炭化珪素膜にはそ
りやひび割れ等が生じないように管理することが必要と
なるが、珪素と炭化珪素の格子定数C単位結晶格子の大
きさ)には20%もの相違があり、また熱膨張係数も異
なるため、珪素基板上に作製される炭化珪素膜には特に
大面積のものにおいて反りやひび割れが生じ易い傾向に
あり、充分なる信頼性は確保されていないというのが実
情である。
〈発明の目的〉 本発明は上述の問題点に鑑み、珪素単結晶基板上にCV
D法により炭化珪素単結晶を製造する過程において、ボ
ロン田)元素を応力緩和材として利用することにより、
反りやひび割れのない炭化珪素単結晶膜を得ることので
きる製造方法を提供することを目的とする。
〈実施例〉 本発明は珪素基板上にCVD法で炭化珪素単結晶を結晶
成長する場合において、ホウ素(6)不純物を結晶成長
中に添加することにより、反りやひび割れのない炭化珪
素単結晶膜を得るもので、次に実施例を挙げて詳細に説
明する。
添付図面は以下の実施例に用いられる成長装置の構成図
である。水冷式横型二重石英反応管l内に、黒鉛製試料
台2が載置された石英製支持台3を設置し、反応管lの
外胴部に巻回されたワークコイル4に高周波電流を流し
てこの試料台2を誘導加熱する。試料台2は水平に設置
してもよく、適当に傾斜させてもよい。反応管lの片端
には、ガス流入口となる枝管5が設けられ、二重石英反
応管lの外側の石英管内には枝管6.7を介して冷却水
が供給される。反応管1の他端はステンレス鋼製の7ラ
ンジ8で閉塞されかつフランジ周縁に配設された止め板
9.ボルト10.ナツ)11゜0−リング12にてシー
ルされている。フランジ8の中央にはガスの出口となる
枝管13が設けら九ている。この成長装置を用いて以下
の様に結晶成長を行なった。
試料台2上に珪素単結晶基板14(大きさ15輯Xi 
5fi)を載置する、ワークコイル4に高周波電流を流
して黒鉛製試料台2を加熱し、珪素基板14の温度を9
00〜1200℃とする。原料ガスとしてモノシラン(
SiHi)ガスとプロパン(C3H8)  ガスを毎分
αl〜05cc、  キャリアガスとして水素(H2)
ガスを毎分1〜51!、枝管5より数分間供給し、珪素
単結晶基a4上に極ぐ薄い炭化珪素膜を成長させる。
次に原料ガスの供給を絶ち、ワークコイル4に流す高周
波電流を増加して珪素単結晶基板14の温度を1300
−1400℃に昇温し、毎分α05〜α3ccの流量の
モノシランガスおよびプロパンガスと、ホウ素の)添加
用ガスとして毎分αoO5〜α05ccの流量のジボラ
ン(B2H6)ガスを、毎分1〜51の流量の水素キャ
リアガスとともに流し、極ぐ薄い炭化珪素膜の付いた珪
素基板14上にCVD法で炭化珪素を成長させる。
1時間の成長で反りやひび割れのない厚さ05〜3)t
mの炭化珪素単結晶膜が得られた。モノシランとプロパ
ンからなる原料ガスを供給することにより、珪素単結晶
基板14上に炭化珪素の単結晶膜が堆積するが、微量の
ジボランを同時に流すごとにより炭化珪素単結晶膜中に
ホウ素が不純物として添加される・ホウ素は原子半径の
小さい元素であり、炭化珪素単結晶膜中に添加される場
合、その多くは侵入型原子として拡散導入され、応力に
対して炭化珪素の結晶格子を適当に歪ませる等して炭化
珪素膜に反りやひび割れを生じさせることなく応力を緩
和する作用を呈する。ホウ素は多量に添加すると炭化珪
素単結晶層が高抵抗化するので添加量は微量に制御設定
する。侵入型の拡散原子が微量であれば母体結晶の電気
的性質はほとんど変化しない。
尚以上の実施例においては、原料ガスとしてモノシラン
■i H4)及びプロパン(CaHa)を用いたが他の
原料ガスを用いてもよい。またキャリアガスとしてはH
2ガスを用いたが、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス
あるいは他のガスでもよい。
また、ホウ素不純物ガスもジボラン(B2H6)以外の
ホウ素不純物を含むガスを用いてもよい・CVD成長法
としては常圧CVD法を用いたが減圧CVD法を用いる
こともできる。
〈発明の効果〉 本発明を用いれば、結晶性1表面平坦性を損うことなく
反りやひび割れのない大面積の炭化珪素単結晶基板を製
造することが可能となる。このため、炭化珪素材料を用
いた半導体素子を工業的規模で実用化させる場合に極め
て有用である。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明の1実施例の説明に供する成長装置の
構成図である。 1・・・反応管、 2・・・試料台、 3・・・支持台
、4・・・ワークコイル、  5 、6 、7 、13
−・・枝管、8・・・7ランジ、 14・・・珪素単結
晶基板。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦(他2名)l/   
   9

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、珪素基板上に気相成長法により炭化珪素の単結晶を
    形成する過程で、微量のホウ素を応力緩和材として、前
    記単結晶中に添加することを特徴とする炭化珪素単結晶
    基板の製造方法。
JP60084236A 1985-04-18 1985-04-18 炭化珪素単結晶基板の製造方法 Pending JPS61242999A (ja)

Priority Applications (2)

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JP60084236A JPS61242999A (ja) 1985-04-18 1985-04-18 炭化珪素単結晶基板の製造方法
DE19863613047 DE3613047A1 (de) 1985-04-18 1986-04-17 Verfahren zur herstellung eines sic-einkristall-substrats

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62213251A (ja) * 1986-03-14 1987-09-19 Fujitsu Ltd SiC半導体膜の形成方法
JP2005508821A (ja) * 2001-05-25 2005-04-07 クリー インコーポレイテッド バナジウム優位でない半導体炭化ケイ素

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62213251A (ja) * 1986-03-14 1987-09-19 Fujitsu Ltd SiC半導体膜の形成方法
JP2005508821A (ja) * 2001-05-25 2005-04-07 クリー インコーポレイテッド バナジウム優位でない半導体炭化ケイ素

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