JPH0521358A - 炭化珪素体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の炭化珪素層を同一基板上に形成した炭
化珪素体を得ることができ、しかも多形を制御性よく形
成できるようにする。 【構成】 第１工程にあっては、シリコン源、カーボン
源となるガスに、炭化珪素層３Ａ、３Ｂが形成されたと
きに第３元素が適当量ドーピングされるように第３元素
用のガスを添加したものを基板１の各領域上で反応させ
る。これにより、基板１の外周部に炭化珪素層３Ａが、
中央部に炭化珪素層３Ｂが成長する。第１工程で使用す
る第３元素のガス組成は、目的とする多形に応じて種々
選択される。その後に行う第２工程では、上述のように
して成長した炭化珪素層３Ａ、３Ｂを、目的とする多形
に応じた雰囲気、圧力又は温度を有する環境下に保持し
て結晶化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＥＤなどの半導体素
子に使用可能であり、基板上の複数の領域に多形の異な
る炭化珪素層が形成された炭化珪素体を製造する新規な
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭化珪素は、耐酸性、耐アルカリ性に優
れ、かつ、高エネルギー線に対する損傷も受け難いとい
った耐久性の高い材料であり、半導体材料としても使用
されている。半導体材料への炭化珪素の使用は、古く１
９６０年代以前から行われており、炭化珪素が後述する
多形という特色を有し、その多形に従って禁制帯幅を
２．２ｅＶから３．３ｅＶまで任意に選択できるからで
あり、またその動作可能な温度領域も他の材料に比べて
極めて範囲が広いからである。ここで、多形とは化学組
成が同一で結晶構造が異なる現象、又はその現象を示す
材料をいう。

【０００３】ところで、炭化珪素を産業上利用するため
には、ある程度の大きさを有する高品質な単結晶である
ことが必要である。このため、従来、アチェソン法と呼
ばれる化学反応を利用するか、又はレーリー法と呼ばれ
る昇華再結晶法を利用して目的規模の大きさに単結晶を
成長させる方法、或はこれらの方法により得られた炭化
珪素の単結晶を基板として用い、その基板上に気相エピ
タキシャル成長法、或は液相エピタキシャル成長法によ
り炭化珪素の単結晶層を成長させ、目的規模の単結晶を
得る方法が採用されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
方法による場合は、禁制帯幅の異なる炭化珪素の多形を
同一基板上に制御性よく形成できないでいた。また、同
一基板上に多形の異なる炭化珪素層を形成しようとする
場合において、上述した従来方法では細かい制御が困難
であった。

【０００５】本発明は、このような課題を解決すべくな
されたものであり、複数の炭化珪素層を同一基板上に形
成した炭化珪素体を得ることができ、しかも多形を制御
性よく形成できる炭化珪素体の製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の炭化珪素体の製
造方法は、基板上の複数の領域に多形の異なる炭化珪素
層が形成された炭化珪素体を製造する方法であって、各
領域に形成する炭化珪素層へ含有させる第３元素の組成
又は含有量を異ならせて炭化珪素層を各領域上に成長さ
せる第１工程と、第１工程で得られた各炭化珪素層を結
晶化させる第２工程とを含んでおり、そのことによって
上記目的が達成される。

【０００７】

【作用】本発明の第１工程にあっては、シリコン源、カ
ーボン源となるガスに、炭化珪素層が形成されたときに
第３元素が適当量ドーピングされるように第３元素用の
ガスを添加したものを基板の各領域上で反応させる。こ
れにより炭化珪素層が成長する。第１工程で使用する第
３元素のガス組成は、目的とする多形に応じて種々選択
される。その後に行う第２工程では、上述のようにして
成長した炭化珪素層を、目的とする多形に応じた雰囲
気、圧力又は温度を有する環境下に保持して結晶化させ
る。

【０００８】なお、多形の形成は、第１工程と第２工程
を繰り返して行ってもよいし、或は第１工程を複数回行
った後、第２工程を実施して行ってもよい。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。

【００１０】（実施例１）図１は本発明方法により製造
された炭化珪素体を示す断面図である。この炭化珪素体
は、例えば円形をした基板１の中央部の上にホウ素を含
んだ炭化珪素層３Ｂが、基板１の外周部の上にアルミニ
ウムを含んだ炭化珪素層３Ａが形成された構造となって
いる。

【００１１】上記炭化珪素体に適用した場合の本発明方
法を説明する。先ず、図２に示すように、基板１の中央
部の上に例えば窒化珪素からなるマスク層２を形成し、
これを図示しない反応炉、例えば高周波誘導コイルが外
周に設けられた反応炉の内部にセットした。基板１とし
ては、例えば前述したアチェソン法と呼ばれる化学反応
法により得られた６Ｈ構造を有する炭化珪素の単結晶を
用いた。

【００１２】次いで、マスク層２を除く基板１の上に選
択的にエピタキシャル成長させるために、例えば１％程
度の塩化水素ガスを含んだプロパンとシランとトリメチ
ルアルミニウムとを混合したガスを、前記反応炉内に給
送して１４００°Ｃの温度で反応させ、図３に示すよう
にアルミニウムを原子比で約３％含んだ炭化珪素層３Ａ
を基板１の外周部上に成長させた。

【００１３】次いで、図４に示すようにマスク層２を除
去した後、上述のアルミニウムを含んだ炭化珪素層３Ａ
を覆い隠すように、例えば窒化珪素からなるマスク層４
を形成した（図５参照）。

【００１４】続いて、例えば１％程度の塩化水素ガスを
含んだプロパンとシランとジボランの混合ガスを、前記
反応炉内に給送して１４００°Ｃの温度で反応させ、図
６に示すように炭化珪素層３Ａが形成されていない基板
１の中央部上にホウ素を原子比で約１％含んだ炭化珪素
層３Ｂを成長させた。

【００１５】次いで、図７に示すようにマスク層４を除
去した。以上の第１工程により、基板１の中央部とその
外周部の異なる領域に２種類の炭化珪素層３Ａと炭化珪
素層３Ｂとを成長させた、結晶化前の炭化珪素体を得
た。

【００１６】次いで、第２工程を行う。この工程では、
図８に示すように反応炉の内部Ｃを０．２ＭＰａの窒素
雰囲気とし、かつ温度を２５００°Ｃとし、上記結晶化
前の炭化珪素体を１００時間反応させた。この第２工程
により、前記炭化珪素層３Ａと炭化珪素層３Ｂとが結晶
化されて図１に示す炭化珪素体が得られる。

【００１７】その後、得られた炭化珪素体をＸ線回折法
により炭化珪素層３Ａと炭化珪素層３Ｂの多形を調べた
ところ、アルミニウムを含んだ炭化珪素層３Ａの領域は
４Ｈ構造となっており、ホウ素を含んだ炭化珪素層３Ｂ
の領域は６Ｈ構造となっていることが確認された。

【００１８】（実施例２）上述した実施例１における第
１工程で得られた結晶化前の炭化珪素体を、１．０ＭＰ
ａの窒素雰囲気で２５００°Ｃの温度にした反応炉内で
１００時間反応させたところ、アルミニウムを含んだ炭
化珪素層３Ａの領域は４Ｈ構造となり、ホウ素を含んだ
炭化珪素層３Ｂの領域は３Ｃ構造となっていることが確
認された。即ち、反応炉の窒素雰囲気の状態を変えるこ
とにより、炭化珪素層３Ａの領域を実施例１と同様に４
Ｈ構造としたまま、炭化珪素層３Ｂの領域を実施例１の
６Ｈ構造から３Ｃ構造と変化させることができる。

【００１９】（実施例３）上述した実施例１における第
１工程で使用したガスに代えて、炭化珪素層となったと
きにアルミニウムの濃度が原子比で１％、ホウ素の濃度
が原子比で１％になるように各々組成を調整したガスを
使用した。これにより、基板外周部上に形成した炭化珪
素層３Ａのアルミニウム濃度を３％から１％に変え、基
板中央部上に形成した炭化珪素層３Ｂは同様とした。

【００２０】その後、この炭化珪素体を、実施例１と同
一条件の０．２ＭＰａの窒素雰囲気で２５００°Ｃの温
度にした反応炉内で反応させたところ、アルミニウムを
１％含んだ領域は３Ｃ構造となり、ホウ素を１％含んだ
領域は、６Ｈ構造となっていることが確認された。即
ち、濃度を変えたアルミニウムを含む領域を、実施例１
の４Ｈ構造から３Ｃ構造に変化させることが可能であ
る。

【００２１】（実施例４）実施例１における第１工程で
使用したガスに代えて、炭化珪素層となったときにアル
ミニウムの濃度が原子比で１％、アルミニウムの濃度が
原子比で３％となるように各々組成を調整したガスを使
用した。これにより、基板外周部上に形成した炭化珪素
層３Ａのアルミニウム濃度を３％から１％にし、基板中
央部上に形成した炭化珪素層３Ｂの第３元素をホウ素か
らアルミニウムに変えると共に、濃度を１％から３％に
変化させた。

【００２２】その後、このようにして得た炭化珪素体
を、０．５ＭＰａの窒素雰囲気で２５００°Ｃの温度に
した反応炉で１００時間反応させたところ、１％のアル
ミニウム濃度の領域は３Ｃ構造となり、３％のアルミニ
ウム濃度の領域は４Ｈ構造となっていることが確認され
た。即ち、２つの領域の多形を各々実施例１とは異なら
せることが可能である。

【００２３】したがって、本実施例にあっては、基板上
の２つの領域に多形の異なる炭化珪素層を形成でき、ま
た、その形成に要する制御条件の変更が容易であり、制
御性よく多形を形成することができる。

【００２４】なお、上述した実施例１から４は本発明方
法の実施態様の一部であり、本発明方法は第１工程で使
用するガス組成、第２工程での反応炉の雰囲気、圧力又
は温度等を変えることにより、上述した数種の炭化珪素
体とは異なるものを製造することができる。

【００２５】また、上記説明では基板上の領域を２に区
分し、２種類の炭化珪素層を形成する構成としている
が、本発明はこのような構成に限らず、基板上を３つ以
上に区分し、各領域で多形を異ならせて、或はそのうち
の一部を同じ多形として、炭化珪素体を製造する場合に
も適用できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明による場合には、禁制帯幅の異な
る炭化珪素の多形を同一基板上に制御性よく製造するこ
とが可能であり、従来による方法では見られることがで
きなかった半導体素子構造を提供することが可能とな
り、これにより高密度の機能素子化、三次元構造を有す
る機能素子化の開発に寄与することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１により得られた炭化珪素層を示す断面
図。

【図２】第１工程の製造工程を示す断面図。

【図３】第１工程の製造工程を示す断面図。

【図４】第１工程の製造工程を示す断面図。

【図５】第１工程の製造工程を示す断面図。

【図６】第１工程の製造工程を示す断面図。

【図７】第１工程の製造工程を示す断面図。

【図８】第２工程の製造工程を示す断面図。

【符号の説明】

１ 基板 ２ マスク材 ４ マスク材 ３Ａ 炭化珪素層 ３Ｂ 炭化珪素層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】基板上の複数の領域に多形の異なる炭化珪
   素層が形成された炭化珪素体を製造する方法であって、 各領域に形成する炭化珪素層へ含有させる第３元素の組
   成又は含有量を異ならせて炭化珪素層を各領域上に成長
   させる第１工程と、 第１工程で得られた各炭化珪素層を結晶化させる第２工
   程とを含む炭化珪素体の製造方法。