JPS63277596A - 炭化珪素単結晶の成長方法 - 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】 く技術分野〉 本発明は炭化珪素単結晶の成長方法に関するものであり
、特に成長用基板として独特の珪素単結晶基板を用いた
結晶成長技術に関するものである。

〈従来技術〉 法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っている。従って、
炭化珪素を用いた半導体素子は従来珪素（Ｓｉ）等の他
の半導体では使用が困難な高温下、高出力駆動、放射線
照射下等の苛酷な条件下で使用できる素子材料として広
範な分野での応用が期待される。しかしながら、法化珪
素半導体はこのような多くの利点及び可能性を有する材
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
状を制御性良く規定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ったと
ころに原因がある。

従来、研究室規模では昇華再結晶法（レー１７　＋法と
も称される）等で炭化珪素単結晶を成長させたり、この
レーリー法で得られた単結晶片上に気相成長法や液相成
長法を用いてより大きな炭化珪素単結晶をエピタキシャ
ル成長させることで炭化珪素単結晶を得ている。しかし
ながら、これらの単結晶は実用性の観点からはいまだ小
面積であり、寸法や形状を高精度に制御することは困難
である。

また炭化珪素に存在する結晶多形（ポリタイプ）および
不純物濃度の制御も容易でない。

一方、最近本発明者らによって珪素単結晶基板上に気相
改良法（ＣＶＤ法）で良質かつ大面積の３０型炭化珪素
単結晶を成長させる方法が提案されている（特願昭５８
−７６８４２号）。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多形、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成長形成で
きる方法である。また珪素単結晶基板の表面を炭化水素
ガス雰囲気下で加熱し炭化することが炭化珪素の薄１１
’に表面に形成し、この薄膜上にＣＶＤ法により炭化珪
素単結晶を成長させる方法も開発されている。しかしな
がら、これらの方法を用いても、珪素単結晶基板と得ら
れた炭化珪素単結晶の間の格子定数の相違にともなう内
部応力は完全には除去することができず、反り、クラッ
クを生じ、素子作製段階では問題が生じる。

〈発明の目的〉 本発明は上述の問題点に鑑み、平坦かつ滑らかな表面を
有しかつこの平滑面に部分的に粗面全形設して平滑面を
この粗面で複数領域に分割Ｉ〜た珪素単結晶基板を成長
用基板として用いることで炭化珪素単結晶成長領域を分
割し、成長層内の内部応力を分散することにより各成長
層内で内部応力の低減された結晶性の良い炭化珪素単結
晶全作製することができる結晶成長技術を提供子ること
を目的とする。

〈実施例１〉 第１図は本発明の１実施例の説明に供する炭化珪素単結
晶の製作工程図である。溶２図は結晶成長に用いる成長
装置の１例を示す構成図である。

第１図（Ａ）に示す如く結晶成長される面が（１１１）
に設定された結晶成長用支持基板として珪素単結晶基板
１５を用いる。この結晶成長川面にアルミニウム（Ａｌ
　）’ｔマスク１６として第１図（Ｂ）に示す如く並設
した後、この結晶成長用面をフロンガス（ＣＦ４）と酸
素ガス（０□）を用いたりアクティブイオンエツチング
（ＲＩ　Ｅ　）法ニよりエツチングし、その後マスク１
６ｉ除去して処１図（Ｃ）に示すようにマスクされてい
た面を平滑面としエツチング面を粗面形状とした炭化珪
素単結晶成長用基板１４を得る。Ａｌのマスク１６は０
．１乃至ｉｏｓｍ角（径）程度とする。この平滑な表面
をもちかつ局部的に半月面形状が形成された珪素単結晶
基板１４ｉ第２図に示す成長装置の試料台２上に載置す
る。次に嘉２図の成長装置について説明する。水冷式横
型二重石英管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１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１０片端にはガス流入口となる枝
管５が設けられ、二重石英管１の外側の石英管には枝管
６，７を介して冷却水が供給される。反応管１の他端１
の他端はステンレス製フラン４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．ポ／Ｌ’）　１０．ナ
ツト１１，０−リング１２にてシールされている。フラ
ンジ８の中央にはガス出口となる枝管１３が設けられて
いる。

この成長装置を用いて以下の如く結晶成長を行なう。キ
ャリアガスとして水素（Ｈ２）ガスを毎分１０１、また
表面の炭化用としてプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスを毎分１
．０ｃｃ程度流し、ワークコイ／ｌ／　４に高周波電流
を供給して黒鉛試料台２を誘導加熱し、珪素単結晶基板
１４の温度を約１３５０℃まで昇温する。この温度で珪
素単結晶基板１４の表面は炭化され、表面には、炭化珪
素単結晶の極〈薄い膜が形成される。次にこの温度を保
持した状態で炭化珪素単結晶薄膜上に珪素原料のモノシ
ラン（ＳｉＨ，）ガスと炭素原料のプロパン（Ｃ３Ｈｇ
）ガスを共に毎分０．９ｃｃの流量で供給しキャリアガ
スとして水素ガスｆｔ１０ｅ／分の流量で流すことによ
り第１図（Ｄ）に示す如く炭化珪素単結晶膜１７’１Ｃ
ＶＤ法により成長させる。この工程で工フランジされた
粗面領域の珪素単結晶基板１４上とエツチングされてい
なめ平滑面領域の珪素単結晶基板１４上にともに炭化珪
素膜が成長する。平滑面領域に成長された炭化珪素膜は
炭化珪素単結晶、喚１７となり、一方粗面領域に成長さ
れた炭化珪素膜は粒径の不均一な炭化珪素多結晶膜１８
となる。これらは反射電子線回折の結果より判明した。

１時間の成長で厚さ約２μｍの炭化珪素単結晶膜１７が
平滑面領域に対応して分割された膜として得らｎ、この
膜には反り、クラックは存在しない。即ち得られた炭化
珪素膜結晶膜１７は珪素単結晶基板１４上で分断されて
成長するので熱歪等に起因する内部応力が抑制さｎ、良
質の単結晶が得られる。炭化珪素多結晶膜１８は炭化珪
素膜結晶膜１７相互間で歪を緩和する緩衝材として作用
し、成長完了後は除去されるものである。

上記各実施例においては珪素基板の粗面加工にリアクテ
ィブイオンエツチングを用いたが他のエツチング法やイ
オン照射法、機械的表面処理技術その他を用いてもよい
。分断された個々の炭化珪素膜ｉは素子を形成するだめ
のウェノ・−としては充分な面積を有するように成長さ
れるので量産性は阻害されない。

〈発明の効果〉 本発明によれば、珪素単結晶基板上に内部応力の少ない
良質の炭化珪素単結晶膜を成長させることができ、量産
形態に適するため、炭化珪素単結晶？用いた半導体素子
を工業的規模で実用化させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す炭化珪素単結晶の製造
工程図である。 第２図は嘉１図に示す実施例に用いられる成長装置の構
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
・・・フランジ　１４・・・珪素単結晶基板　１６・・
・アルミニウムマスク　１７・・・炭化珪素膜結晶膜　
１８・・・炭化珪素多結晶膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、珪素単結晶基板の結晶成長面を粗面領域で複数の成
   長領域に区画し、該成長領域の各々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の成長方法
   。 ２、粗面領域をエッチングによって形成する特許請求の
   範囲第１項記載の炭化珪素単結晶の成長方法。 ３、エッチングとしてリアクティブイオンエッチング法
   を用いる特許請求の範囲第２項記載の炭化珪素単結晶の
   成長方法。 ４、珪素単結晶基板面として（１１１）面を用いる特許
   請求の範囲第１項記載の炭化珪素単結晶の成長方法。