(57)【要約】【課題】  格子欠陥の少ない高品質のＳｉＣ単結晶膜を形成する。【解決手段】  ＳｉおよびＣを含んだ原料ガスを用いて化学気相成長法によってＳｉＣ単結晶基板４上にＳｉＣ単結晶膜を形成する際、ＳｉＣ単結晶基板４を第１加熱部で加熱し、ＳｉＣ単結晶基板４とは別に原料ガス流通方向上流側に設けられた第２加熱部でＳｉ材料５を加熱する。Ｓｉ材料５は加熱によってその蒸気圧が変化するため、それによって成膜中の反応管２内のＳｉ分圧を制御する。これにより、ＳｉＣ単結晶基板４のマイクロパイプを高い率で閉塞し、格子欠陥の少ないＳｉＣ単結晶膜を形成することができるようになる。【選択図】  図１
2006021954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成に珪素を含むガスと組成に炭素を含むガスとを含む原料ガスを反応管内に流通させて前記反応管内に配置されている炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶膜を形成する炭化珪素単結晶膜製造方法において、
前記炭化珪素単結晶基板を加熱するとともに、前記反応管内に配置した珪素材料を前記炭化珪素単結晶基板とは別に加熱し前記反応管内の珪素分圧を制御して、前記炭化珪素単結晶基板上に前記炭化珪素単結晶膜を形成することを特徴とする炭化珪素単結晶膜の製造方法。
【請求項２】
前記珪素材料は、前記炭化珪素単結晶基板より原料ガス流通方向上流側に配置することを特徴とする請求項１記載の炭化珪素単結晶膜の製造方法。
【請求項３】
前記珪素材料は、温度１３００℃〜１９００℃の範囲で加熱することを特徴とする請求項１記載の炭化珪素単結晶膜の製造方法。
【請求項４】
前記珪素材料は、サセプタに配置して前記サセプタを加熱することによって加熱することを特徴とする請求項１記載の炭化珪素単結晶膜の製造方法。
【請求項５】
組成に珪素を含むガスと組成に炭素を含むガスとを含む原料ガスを反応管内に流通させて前記反応管内に配置されている炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶膜を形成する炭化珪素単結晶膜の製造装置において、
前記反応管内の前記炭化珪素単結晶基板を加熱する第１加熱部と、前記炭化珪素単結晶基板と共に前記反応管内に配置された珪素材料を加熱する第２加熱部と、を有することを特徴とする炭化珪素単結晶膜の製造装置。
【請求項６】
前記第２加熱部は、前記第１加熱部よりも原料ガス流通方向上流側に設けられることを特徴とする請求項５記載の炭化珪素単結晶膜の製造装置。
【請求項７】
前記第２加熱部は、前記珪素材料を温度１３００℃〜１９００℃の範囲で加熱できるように構成されていることを特徴とする請求項５記載の炭化珪素単結晶膜の製造装置。
【請求項８】
前記第１加熱部は、前記反応管内に前記炭化珪素単結晶基板が配置されるサセプタを有し、前記第２加熱部は、前記反応管内に前記珪素材料が配置されるサセプタを有し、前記第１加熱部のサセプタおよび前記第２加熱部のサセプタが加熱されることによって前記炭化珪素単結晶基板および前記珪素材料がそれぞれ加熱されることを特徴とする請求項５記載の炭化珪素単結晶膜の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素単結晶膜製造方法および炭化珪素単結晶膜製造装置に関し、特に半導体デバイスに用いる炭化珪素単結晶膜の製造方法およびその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、現在のモータの回転制御は半導体デバイスを用いて行われている。このような用途の半導体デバイスは、高耐圧と低オン抵抗の両立が要求される。従来、半導体デバイス材料には珪素（Ｓｉ）が広く用いられてきた。しかし、近年、その材料にＳｉに代えて炭化珪素（ＳｉＣ）を用いると一層高耐圧、低オン抵抗の半導体デバイスが実現できる可能性が見出され、ＳｉＣ半導体デバイスの研究開発が精力的に進められている。ＳｉＣ半導体デバイスは通常、ＳｉＣ単結晶基板上にその結晶性を引き継ぐＳｉＣ単結晶を成膜して形成される。
【０００３】
ＳｉＣ単結晶膜は、例えば、コールドウォール型化学気相成長装置を用い、シラン（ＳｉＨ4）等その組成にＳｉを含むガスとプロパン（Ｃ3Ｈ8）等その組成に炭素（Ｃ）を含むガスを水素（Ｈ2）等と一緒に反応管内に流し、反応管内で加熱しているＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させることによって形成される。ＳｉＣ単結晶基板は反応管内のサセプタに取り付けられており、このサセプタを加熱することによってＳｉＣ単結晶基板が加熱される。加熱は、反応管の周囲に加熱用コイルを設け、この加熱用コイルに高周波電流を流す高周波加熱で行うのが一般的である。成膜は、ＳｉＣ単結晶基板の加熱温度、原料ガスの流量やそのＣ／Ｓｉ比、成膜時のガス圧（成膜圧力）等を調整しながらできるだけ格子欠陥の少ないＳｉＣ単結晶膜が形成されるような条件で行う。例えば、ＳｉＣ単結晶基板を１５００℃に加熱し、反応管内にＳｉＨ4，Ｃ3Ｈ8と同時に多量のＨ2を流通させ、成膜圧力を２６００Ｐａ〜１０００００ＰａにしてＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させる。
【０００４】
しかしながら、これまでこのようにして形成されるＳｉＣ単結晶膜には、転移、空孔、格子間原子、積層欠陥等の格子欠陥が含まれてしまう場合があり、さらに、その膜表面には、キャロット欠陥や三角欠陥等の凹凸が生じてしまう場合もあった。このような膜で半導体デバイスを形成すると、耐圧が低い、リーク電流が大きい等、特性の良い半導体デバイスを得ることはできず、高性能な半導体デバイスを実現するためには、ＳｉＣ単結晶基板上に格子欠陥の少ない高品質のＳｉＣ単結晶膜を形成することが重要になる。
【０００５】
また、エピタキシャル成長時の種結晶となるＳｉＣ単結晶基板には、大抵マイクロパイプと呼ばれる欠陥が存在している。このマイクロパイプは、半導体デバイス特性を悪化させる一因となるとともに、このＳｉＣ単結晶基板上に形成されるＳｉＣ単結晶膜の品質にも影響を及ぼす。
【０００６】
そこで、従来、このようなマイクロパイプを閉塞するための方法が提案されている。例えば、マイクロパイプが存在するＳｉＣ単結晶基板の表面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等でＳｉＣ膜を形成し、これを裏側に貼り付けた蓋体で成膜原料のＳｉＣ材料が入ったるつぼの口を閉じ、熱処理を行う（昇華法）。これにより、熱処理時にはるつぼ内をＳｉリッチな状態にし、ＳｉＣ膜の熱エッチングを防いでマイクロパイプをＳｉＣ膜で塞ぐ（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
これに対し、反応管内に原料ガスを流通させて行うタイプの化学気相成長装置を用いた場合に、原料ガス中のＳｉ成分を増やしてＣ／Ｓｉ比を０．６以下等の小さい値にすることによってマイクロパイプを１００％に近い率で閉塞することができるといった報告もある（例えば非特許文献１参照）。
【０００８】
なお、ＳｉＣ単結晶膜の形成に関しては、上記のもののほか、昇華法でＳｉＣ単結晶膜を形成する際、珪化タングステン等遷移金属の珪素化合物や窒化珪素を成膜原料のＳｉＣ材料に添加してその融点を調整し、結晶成長とともに変化するるつぼ内のＳｉ分圧を制御しようとしたもの等が提案されている（例えば特許文献２，３参照）。
【０００９】
また、原料ガス流通タイプの化学気相成長装置を用いた場合に、サセプタ上に突起状の支持具を介してＳｉＣ単結晶基板を配置することで熱容量の異なる両者の接触面積を小さくし、さらに、基板上流側で原料ガスを予備的に加熱してその流れによる基板温度の低下を抑え、基板温度分布を均一化してスリップの発生を抑えるようにしたもの等が提案されている（例えば特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００１−１５８６９５号公報（段落番号〔００１２〕〜〔００１８〕、図４）
【特許文献２】特開平６−１６９８号公報（段落番号〔０００８〕〜〔００１１〕、図１）
【特許文献３】特開平６−５６５９６号公報（段落番号〔０００８〕〜〔００１１〕、図１）
【特許文献４】特開平９−７９５３号公報（段落番号〔０００８〕〜〔００１９〕、図３）
【非特許文献１】“ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Japanese Journal of Applied Physics）”，２００２年１０月，Ｖｏｌ．４１，ｐ．Ｌ１１３７−Ｌ１１３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、原料ガス流通タイプの化学気相成長装置を用いてＳｉＣ単結晶膜を形成する場合に、上記のように、原料ガスのＣ／Ｓｉ比を小さくするとＳｉＣ単結晶基板のマイクロパイプの閉塞率を向上させることができるようになる反面、他の格子欠陥がＳｉＣ単結晶膜に含まれてしまうようになるという問題点がある。
【００１１】
高品質のＳｉＣ単結晶膜を形成するためには、その結晶構造上、成膜面でのＣとＳｉの組成比が１：１に保たれていれば、格子欠陥を低減し、凹凸の少ない膜が形成されるようになるといえる。ところが、原料ガスのＣ／Ｓｉ比が１ではマイクロパイプを十分に閉塞することができず、マイクロパイプの閉塞率向上を目的としてＣ／Ｓｉ比を小さくするのみでは格子欠陥の少ない高品質のＳｉＣ単結晶膜を形成することは難しい。高性能な半導体デバイスの実現には、マイクロパイプの閉塞率向上とともに、他の格子欠陥も同時に低減することが重要である。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、マイクロパイプの閉塞率が高く、格子欠陥の少ない高品質のＳｉＣ単結晶膜の膜製造方法およびその製造装置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】
【００１３】
本発明では上記問題を解決するために、組成にＳｉを含むガスと組成にＣを含むガスとを含む原料ガスを反応管内に流通させて前記反応管内に配置されているＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣ単結晶膜を形成するＳｉＣ単結晶膜の製造方法において、前記ＳｉＣ単結晶基板を加熱するとともに、前記反応管内に配置したＳｉ材料を前記ＳｉＣ単結晶基板とは別に加熱し前記反応管内のＳｉ分圧を制御して、前記ＳｉＣ単結晶基板上に前記ＳｉＣ単結晶膜を形成することを特徴とするＳｉＣ単結晶膜の製造方法が提供される。
【００１４】
このようなＳｉＣ単結晶膜の製造方法によれば、ＳｉおよびＣを含んだ原料ガスを反応管内に流通させてＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣ単結晶膜を形成する際、反応管内にＳｉ材料を配置し、これをＳｉＣ単結晶基板とは別に加熱してその蒸気圧を変化させ、それによって反応管内のＳｉ分圧を制御する。これにより、成膜中のＳｉＣ単結晶膜表面のＣとＳｉの組成比をほぼ１：１に制御することが可能になり、ＳｉＣ単結晶基板のマイクロパイプが閉塞されるとともに、格子欠陥の少ないＳｉＣ単結晶膜が形成されるようになる。
【００１５】
また、本発明では上記問題を解決するために、組成にＳｉを含むガスと組成にＣを含むガスとを含む原料ガスを反応管内に流通させて前記反応管内に配置されているＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣ単結晶膜を形成するＳｉＣ単結晶膜の製造装置において、前記反応管内の前記ＳｉＣ単結晶基板を加熱する第１加熱部と、前記ＳｉＣ単結晶基板と共に前記反応管内に配置されたＳｉ材料を加熱する第２加熱部と、を有することを特徴とするＳｉＣ単結晶膜の製造装置が提供される。
【００１６】
このようなＳｉＣ単結晶膜の製造装置によれば、第１加熱部がＳｉＣ単結晶基板を加熱し、このＳｉＣ単結晶基板とは別に第２加熱部がＳｉ材料を加熱する。加熱によって変化するＳｉ材料の蒸気圧で反応管内のＳｉ分圧が制御され、成膜中のＳｉＣ単結晶膜表面のＣとＳｉの組成比をほぼ１：１に制御することが可能になるので、ＳｉＣ単結晶基板のマイクロパイプが閉塞されるとともに、格子欠陥の少ないＳｉＣ単結晶膜が形成されるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、ＳｉおよびＣを含んだ原料ガスを用いてＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣ単結晶膜を形成する場合に、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉ材料を別々に加熱し、反応管内のＳｉ分圧を制御するようにした。これにより、大きなＣ／Ｓｉ比の原料ガスでもＳｉＣ単結晶基板のマイクロパイプの閉塞率を向上させ、格子欠陥の少ない高品質のＳｉＣ単結晶膜を形成することができ、高性能なＳｉＣ半導体デバイスが製造可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、コールドウォール型の化学気相成長装置を用いてＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣ単結晶膜を形成する場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１はコールドウォール型の化学気相成長装置の要部断面図である。
【００１９】
ＳｉＣ単結晶膜製造装置として、ここではＳｉＣ単結晶膜を形成するＳｉＣ単結晶基板を集中的に加熱することができるコールドウォール型の化学気相成長装置１を用いる。この図１に示す化学気相成長装置１は、石英の横型の反応管２を有し、この反応管２内に、サセプタ３ａに取り付けられたＳｉＣ単結晶基板４が配置されている。さらに、この反応管２内には、Ｓｉ材料５がサセプタ３ｂ内に入れられて配置されている。
【００２０】
また、反応管２の周囲には、ＳｉＣ単結晶基板４に対応する部分とＳｉ材料５に対応する部分にそれぞれ加熱用コイル６ａ，６ｂが設けられている。これらの加熱用コイル６ａ，６ｂに高周波電流を流すことによって反応管２内のサセプタ３ａ，３ｂが加熱され、それによってＳｉＣ単結晶基板４、Ｓｉ材料５が加熱されるようになっている。加熱用コイル６ａ，６ｂにはそれぞれ別々に高周波電流を流せるようになっていて、ＳｉＣ単結晶基板４とＳｉ材料５の温度をそれぞれ制御できるようになっている。図１の化学気相成長装置１では、ＳｉＣ単結晶基板４を加熱するための加熱用コイル６ａおよびサセプタ３ａによって第１加熱部が構成されており、Ｓｉ材料５を加熱するための加熱用コイル６ｂおよびサセプタ３ｂによって第２加熱部が構成されている。
【００２１】
また、反応管２内に流通させる原料ガスは、図中矢印で示すようにＳｉ材料５の側からＳｉＣ単結晶基板４の側へ、すなわち第２加熱部側から第１加熱部側へ流れるようになっている。
【００２２】
ここで、ＳｉＣ単結晶基板４は、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣ等いずれの結晶構造を有していてもよく、また、ＳｉＣ単結晶基板４上へのＳｉＣ単結晶の成膜は、いずれの結晶面への成膜でも、いずれのＯＦＦ角度の成膜でもよい。Ｓｉ材料には、塊状または粒状の固体のＳｉを用い、加熱温度は１３００℃〜１９００℃の範囲とする。加熱温度が１３００℃を下回るとＳｉ材料５からのＳｉの蒸発があまり起こらず、逆に１９００℃を上回るとＳｉの蒸発量が多すぎ、原料ガスや成膜圧力の制御が難しくなるためである。原料ガスには、ＳｉＨ4等その組成にＳｉを含んだガスとＣ3Ｈ8等その組成にＣを含んだガスを所定のＣ／Ｓｉ比で混合したガスが用いられ、通常はＨ2等を用いて希釈し、所定の流量で反応管２内に導入される。混合比は、例えば、マスフローコントローラ等を用いて各ガスの流量比から決定される。
【００２３】
このような化学気相成長装置１を用いてＳｉＣ単結晶基板４上にＳｉＣ単結晶を成膜する際には、まず、第１加熱部に配置されたサセプタ３ａ上にＳｉＣ単結晶基板４を取り付け、第２加熱部に配置されたサセプタ３ｂ内にＳｉ材料５を入れて、第１，第２加熱部をそれぞれ所定温度に加熱する。そして、この反応管２内に所定のＣ／Ｓｉ比の原料ガスを流通させる。
【００２４】
ＳｉＣ単結晶基板４上にＳｉＣ単結晶膜を形成する際には、成膜面のＣとＳｉの組成比が１：１になるようにすれば格子欠陥を低減することが可能である。しかし、原料ガスのＣ／Ｓｉ比を１にしても、基板加熱によって成膜中のＳｉＣ単結晶膜からＳｉが蒸発してしまったり、原料ガス中のＨ2によってＳｉＣ単結晶膜表面のＳｉがエッチングされてしまったりする。一方、原料ガスのＣ／Ｓｉ比を小さくするとマイクロパイプは閉塞されるがＳｉＣ単結晶膜には他の格子欠陥が含まれてしまうようになる。そこで、本実施の形態では、原料ガスのＣ／Ｓｉ比を１に近い値に制御するとともに、Ｓｉ材料５を加熱することによって反応管２内のＳｉ分圧を制御する。
【００２５】
化学気相成長装置１では、ＳｉＣ単結晶基板４の原料ガス流通方向上流側にＳｉ材料５を配置し、これをＳｉＣ単結晶基板４とは別に加熱用コイル６ｂで加熱する。Ｓｉ材料５は、加熱されることによりその加熱温度に応じた蒸気圧になり、それによって反応管２内のＳｉ分圧が変化するようになる。固体Ｓｉの蒸気圧は、１３４８℃で０．０１Ｐａ、１４７６℃で０．１Ｐａ、１６３６℃で１．０Ｐａ、１８３０℃で１０Ｐａになる。
【００２６】
Ｓｉ材料５を加熱してその蒸気圧を増大させると、反応管２内では、一部のＳｉが原料ガス中のＨ2と反応してＳｉＨ、ＳｉＨ2、ＳｉＨ3等のガスになってそれらのガスの分圧が増大するとともに、一部のＳｉは未反応のままその分圧が増大する。反応管２内のＳｉ分圧が増大すると、成膜中のＳｉＣ単結晶膜からのＳｉの蒸発やＳｉＣ単結晶膜表面のＨ2によるエッチングが抑えられ、成膜面でＳｉが不足する確率を大幅に低減することができるようになる。これにより、成膜面でＣとＳｉの組成比をほぼ１：１に保つことが可能になり、その結果、マイクロパイプを閉塞し、格子欠陥および凹凸の少ないＳｉＣ単結晶膜を形成することができるようになる。
【００２７】
Ｓｉ材料５を用いずにＳｉＣ単結晶基板４の加熱のみ行う従来法では、基板温度が１４００℃を超える高温になると、成膜中のＳｉＣ単結晶膜からのＳｉの蒸発が活発化し、成膜面でＳｉが不足してＣとＳｉの組成比が１：１にならない確率が高まり、格子欠陥が発生し易くなる。しかし、上記のように、Ｓｉ材料５を加熱して反応管２内のＳｉ分圧を制御することにより、ＳｉＣ単結晶膜からのＳｉの蒸発を抑えることができるようになり、さらに、ＳｉＣ単結晶膜表面のＨ2によるエッチングも抑えることができるようになる。
【００２８】
なお、Ｓｉ材料５は、ＳｉＣ単結晶基板４の原料ガス流通方向下流側に配置することも可能であるが、その場合、成膜条件の設定に当たっては、Ｓｉ材料５から蒸発したＳｉが原料ガスに流されてＳｉＣ単結晶基板４まで到達しない可能性等に留意する。
【００２９】
以上の説明では、ＳｉＣ単結晶基板４やＳｉ材料５を集中的に加熱するコールドウォール型の化学気相成長装置１を例にして述べたが、反応管内をより広範囲にわたって加熱するホットウォール型の化学気相成長装置の場合にも同様に適用可能である。その場合、反応管内を広範囲に加熱する部分を第１加熱部とし、これとは別にＳｉ材料加熱用の第２加熱部を設け、第１加熱部と第２加熱部とを別々に温度制御できるように構成すればよい。ただし、Ｓｉ材料は、成膜を行うＳｉＣ単結晶基板よりも原料ガス流通方向上流側（反応室内にＳｉＣ単結晶基板が複数配置される場合には最上流側のＳｉＣ単結晶基板よりも上流側）に配置するようにすることが好ましい。
【００３０】
また、上記の化学気相成長装置１では、加熱用コイル６ａ，６ｂに高周波電流を流すことによって加熱を行う構成としたが、コールドウォール型とホットウォール型とを問わず、化学気相成長装置の加熱部にはコイルのほか、抵抗、赤外線ランプ、レーザ等を用いることもできる。
【００３１】
また、ここでは横型の化学気相成長装置１を例にして述べたが、反応管が垂直方向に立った縦型の化学気相成長装置でも同様である。
以下、ＳｉＣ単結晶膜の形成方法を具体例を挙げて説明する。
【００３２】
まず第１の例について述べる。
ここではＳｉＣ単結晶基板４として４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面８°ＯＦＦ基板を用い、まず、これをコールドウォール型の化学気相成長装置１の第１加熱部のサセプタ３ａ上に載せ、また、Ｓｉ材料５を第２加熱部のサセプタ３ｂ内に入れる。そして、４Ｈ−ＳｉＣ基板を加熱用コイル６ａによって温度１５００℃に加熱し、Ｓｉ材料５を加熱用コイル６ｂによって温度１４３０℃に加熱する。次いで、反応管２内にＳｉＨ4ガスを流量２０ｍＬ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）、Ｃ3Ｈ8ガスを流量６ｍＬ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）、Ｈ2ガスを流量１５Ｌ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）で混合して流す。このとき、原料ガスのＣ／Ｓｉ比は０．９、成膜圧力は６６５０Ｐａである。このような条件で成膜を３時間行い、４Ｈ−ＳｉＣ基板上に厚さ約２４μｍの４Ｈ−ＳｉＣ膜を形成した。
【００３３】
このように原料ガスのＣ／Ｓｉ比を０．９と１よりも若干小さくするとともに、第２加熱部でＳｉ材料５を所定温度で加熱し反応管２内のＳｉ分圧を制御して４Ｈ−ＳｉＣ膜を形成することにより、４Ｈ−ＳｉＣ基板のマイクロパイプの閉塞率は７０％と高い値を示した。
【００３４】
同様に、ＳｉＣ単結晶基板４としてｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面８°ＯＦＦ基板を用い、その上にｎ型４Ｈ−ＳｉＣ膜をドナー密度４×１０15ｃｍ-3で形成し、ＤＬＴＳ（Deep Level Transient Spectroscopy）測定を行った。ＤＬＴＳ測定により得られた深い準位（Ｚ1/2センター）の密度は、２×１０13ｃｍ-3であった。このＺ1/2センターの密度は、格子欠陥密度を表す指標のひとつであり、この値が小さいほど格子欠陥が少ないということができる。
【００３５】
比較のため、原料ガスのＣ／Ｓｉ比は１とし、Ｓｉ材料５を第２加熱部に置かずにその他の加熱温度等の条件は同じにして、４Ｈ−ＳｉＣ基板上に４Ｈ−ＳｉＣ膜を形成した場合には、マイクロパイプの閉塞率は２０％と低く、また、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上にｎ型４Ｈ−ＳｉＣ膜を形成した場合には、Ｚ1/2センターの密度は３×１０13ｃｍ-3とＳｉ分圧を制御した場合に比べ大きな値を示した。
【００３６】
この第１の例ように、コールドウォール型の化学気相成長装置１を用い、Ｓｉ材料５をＳｉＣ単結晶基板４とは別に加熱して反応管２内のＳｉ分圧を制御することにより、原料ガスのＣ／Ｓｉ比を０．９と大きな値にしたままマイクロパイプの閉塞率を向上させ、さらに、Ｚ1/2センターの密度を小さくすることができる。
【００３７】
次に第２の例について述べる。
ここでは４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面８°ＯＦＦ基板を用い、まず、これをホットウォール型の化学気相成長装置の第１加熱部のサセプタ上に載せ、また、Ｓｉ材料を第２加熱部のサセプタ内に入れる。そして、それぞれ加熱用コイルによって、４Ｈ−ＳｉＣ基板を温度１５５０℃に加熱し、Ｓｉ材料を温度１４５０℃に加熱する。次いで、反応管内にＳｉＨ4ガスを流量２０ｍＬ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）、Ｃ3Ｈ8ガスを流量６ｍＬ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）、Ｈ2ガスを流量１５Ｌ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）で混合して流す。このとき、原料ガスのＣ／Ｓｉ比は０．９、成膜圧力は６６５０Ｐａである。このような条件で成膜を２時間行い、４Ｈ−ＳｉＣ基板上に厚さ約２８μｍの４Ｈ−ＳｉＣ膜を形成した。
【００３８】
このように原料ガスのＣ／Ｓｉ比を０．９とするとともに、第２加熱部でＳｉ材料を加熱して反応管内のＳｉ分圧を制御して４Ｈ−ＳｉＣ膜を形成することにより、４Ｈ−ＳｉＣ基板のマイクロパイプの閉塞率は８０％と高い値を示した。
【００３９】
同様に、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面８°ＯＦＦ基板を用い、その上にｎ型４Ｈ−ＳｉＣ膜をドナー密度５×１０15ｃｍ-3で形成し、ＤＬＴＳ測定を行った。ＤＬＴＳ測定により得られたＺ1/2センターの密度は、３×１０13ｃｍ-3であった。
【００４０】
比較のため、原料ガスのＣ／Ｓｉ比は１とし、Ｓｉ材料を第２加熱部に置かずにその他の加熱温度等の条件は同じにして、４Ｈ−ＳｉＣ基板上に４Ｈ−ＳｉＣ膜を形成した場合には、マイクロパイプの閉塞率は２５％と低く、また、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上にｎ型４Ｈ−ＳｉＣ膜を形成した場合には、Ｚ1/2センターの密度は４×１０13ｃｍ-3とＳｉ分圧を制御した場合に比べ大きな値を示した。
【００４１】
この第２の例ように、ホットウォール型の化学気相成長装置を用い、Ｓｉ材料をＳｉＣ単結晶基板と別に加熱して反応管内のＳｉ分圧を制御することにより、原料ガスのＣ／Ｓｉ比を０．９と大きな値にしたままマイクロパイプの閉塞率を向上させ、さらに、Ｚ1/2センターの密度を小さくすることができる。
【００４２】
以上説明したように、成膜を行うＳｉＣ単結晶基板とは別にＳｉ材料を加熱し、反応管内のＳｉ分圧を制御することにより、原料ガスのＣ／Ｓｉ比が１に近い値でもＳｉＣ単結晶基板のマイクロパイプの閉塞率を向上させることができるとともに、Ｚ1/2センターの密度を小さくすることができる。したがって、ＳｉＣ単結晶膜の格子欠陥を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】コールドウォール型の化学気相成長装置の要部断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  化学気相成長装置
２  反応管
３ａ，３ｂ  サセプタ
４  ＳｉＣ単結晶基板
５  Ｓｉ材料
６ａ，６ｂ  加熱用コイル
【図１】
2006021954.tif 000003