JPH0443879B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜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＞ 炭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つている。
従つて、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、炭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
いなかつ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（レーリー
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ヤ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つて珪素単結晶基板
上に気相成長法（CVD法）で良質かつ大面積の
３ｃ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膜を
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、クラツクを生じ、素子作製
段階では問題が生じる。

＜発明が解決しようとする課題＞ 本発明は上述の問題点に鑑み、成長層内の内部
応力を低減して結晶性の良い炭化珪素単結晶を作
製することができる結晶成長方法を提供すること
を目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明の炭化珪素単結晶の成長方法は、珪素単
結晶基板の結晶成長面に部分的に粗面を形成し、
該粗面領域で上記結晶成長面を複数の成長領域に
区画し、この珪素単結晶基板を成長用基板として
用いて炭化珪素単結晶をエピタキシヤル成長させ
ることを特徴とする。

炭化珪素単結晶のエピタキシヤル成長の方法と
しては、CVD法や分子線エピタキシヤル法等を
用いることができる。

＜作用＞ 部分的に粗面の形成された珪素単結晶基板の上
に炭化珪素単結晶をエピタキシヤル成長させる
と、粗面上には多結晶の炭化珪素が、粗面の形成
されていない平坦面上には単結晶の炭化珪素が成
長する。このため、単結晶の炭化珪素成長領域が
粗面により分割されることになり、また、多結晶
の炭化珪素膜が、単結晶の炭化珪素膜相互間に位
置して、単結晶炭化珪素膜の内部応力を緩和する
緩衝材として働く。

＜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。第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。この結晶成長用面にアルミ
ニウムAlをマスク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O₂を用いたリアクテイブイオンエ
ツチングRIE法によりエツチングし、その後マス
ク１６を除去して第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10mm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１４を第２図に示
す成長装置の試料台２上に載置する。次に第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１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１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，ナツト１
１，Ｏ−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。キヤリアガスとして水素H₂ガ
スを毎分10、また表面の炭化用としてプロパン
C₃H₈ガスを毎分1.0c.c.程度流し、ワークコイル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く薄い
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
SiH₄ガスと炭素原料のプロパンC₃H₈ガスを共に
毎分0.9c.c.の流量で供給しキヤリアガスとして水
素ガスを10／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をCVD法に
より成長させる。この工程でエツチングされた粗
面領域の珪素単結晶基板１４上とエツチングされ
ていない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膜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れ、この膜
には反り、クラツクは存在しない。即ち得られた
炭化珪素単結晶膜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
力が抑制され、良質の単結晶が得られる。炭化珪
素多結晶膜１８は炭化珪素単結晶膜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
リアクテイ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
素単結晶膜は素子を形成するためのウエハーとし
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
晶を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図は第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
単結晶膜、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、該結晶成長面上に炭化珪
   素単結晶をエピタキシヤル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 粗面領域をリアクテイブイオンエツチング法
   により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 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。