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SINGLE CRYSTAL SILICON CARBIDE SUBSTRATE

Patent code P130009737
File No. KG0047-JP02
Posted date Aug 5, 2013
Application number P2012-185253
Publication number P2012-224546A
Patent number P5376477
Date of filing Aug 24, 2012
Date of publication of application Nov 15, 2012
Date of registration Oct 4, 2013
Inventor
  • (In Japanese)金子 忠昭
Applicant
  • (In Japanese)学校法人関西学院
Title SINGLE CRYSTAL SILICON CARBIDE SUBSTRATE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single crystal silicon carbide substrate where the small piece of the seed crystal of the single crystal silicon carbide is grown in a horizontal direction by liquid phase epitaxial growth and which has a large area.
SOLUTION: The single crystal silicon carbide substrate 13b is produced such that: the composite of a polycrystalline silicon carbide substrate 5 where the polycrystalline silicon carbide substrate 5 whose surface is carbonized partially and the polycrystalline silicon carbide substrate 5 are arranged closely and oppositely via a metal silicon molten liquid 12 is stored in a storage container and heat-treated; the small piece 13a of the seed crystal of the single crystal silicon carbide is made by self-growing the single crystal silicon carbide in liquid phase growth on the carbonized surface 11 of the polycrystalline silicon carbide substrate 5; and the small piece 13a of the seed crystal of the single crystal silicon carbide is grown in a direction orthogonal to an opposite direction by continuing further liquid phase epitaxial growth and has a part where a crystal is grown to a plane direction on its outer periphery.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

炭化ケイ素(SiC)は、耐熱性及び機械的強度に優れ、放射線にも強く、不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御も容易にできるとともに、広い禁制帯幅(6H型の単結晶SiCで約3.0eV、4H型の単結晶SiCで3.3eV)を有するという特徴を備えている。従って、ケイ素(Si)やガリウムヒ素(GaAs)などの既存の半導体材料では実現できない高温、高周波、耐電圧・耐環境性を実現することが可能であるとされ、次世代のパワーデバイス、高周波デバイス用半導体の材料として期待が高まっている。

この単結晶SiC基板を製造する方法に関し、当該単結晶SiC基板を作る従来から良く知られている方法はアチソン法であり石油コ-クスとケイ石を電気炉で焼結してインゴットを造りスライスしてバルク基板を作る方法であるが基板の大きさが非常に小さく実用に供するものが得られていない。一方半導体に使用できるマイクロパイプ欠陥や結晶欠陥の少ない高品質の単結晶SiC基板を得る研究が昇華再析出法(改良レーリー法)やCVD(気相析出法)で行はれているが高品質の単結晶SiC基板の生成を実用に供することが出来る量産技術は今もって確立していない。高品質の単結晶SiC基板を実用に供する技術開発に関する研究の代表的な文献を以下に示す。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、主要には、単結晶炭化ケイ素(SiC)基板に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
表面を局部的に炭化処理した多結晶炭化ケイ素基板と多結晶炭化ケイ素基板とを金属シリコン融液を介して近接対向配置させた多結晶炭化ケイ素基板の複合体を、収納容器に収納するとともに、前記収納容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなるようにシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理して、前記多結晶炭化ケイ素基板の炭化処理面に単結晶炭化ケイ素を液相成長により自己成長させて単結晶炭化ケイ素種結晶小片を生成し、更に液相成長を継続することで、前記単結晶炭化ケイ素種結晶小片を前記対向方向と直交する方向に液相エピタキシャル成長させて生成されており、その外周部に面方向に結晶成長した部分を有することを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板。

【請求項2】
 
表面に単結晶炭化ケイ素種結晶小片が配置された多結晶炭化ケイ素基板と多結晶炭化ケイ素基板とを金属シリコン融液を介して近接対向配置させて、前記対向方向と直交する方向における前記単結晶炭化ケイ素種結晶小片の周囲に前記金属シリコン融液を存在させた多結晶炭化ケイ素基板の複合体を、収納容器に収納するとともに、前記収納容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなるようにシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理することで、前記単結晶炭化ケイ素種結晶小片を前記対向方向と直交する方向に液相エピタキシャル成長させて生成されており、その外周部に面方向に結晶成長した部分を有することを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板。

【請求項3】
 
前記単結晶炭化ケイ素種結晶小片が、表面を炭化処理した多結晶炭化ケイ素基板と多結晶炭化ケイ素基板とを金属シリコン融液を介して近接対向配置させた多結晶炭化ケイ素基板の複合体を、収納容器に収納するとともに、前記収納容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなるようにシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理することで、前記多結晶炭化ケイ素基板の炭化処理面に単結晶炭化ケイ素を液相成長により自己成長させて生成されたものであることを特徴とする請求項2に記載の単結晶炭化ケイ素基板。

【請求項4】
 
表面に単結晶炭化ケイ素種結晶板が配置された多結晶炭化ケイ素基板と多結晶炭化ケイ素基板とを金属シリコン融液を介して近接対向配置させて、前記対向方向と直交する方向における前記単結晶炭化ケイ素種結晶板の周囲に前記金属シリコン融液を存在させた多結晶炭化ケイ素基板の複合体を、収納容器に収納するとともに、前記収納容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなるようにシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理することで、前記単結晶炭化ケイ素種結晶板を前記対向方向と直交する方向に液相エピタキシャル成長させて生成されており、その外周部に面方向に結晶成長した部分を有することを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板。

【請求項5】
 
前記単結晶炭化ケイ素種結晶板が、表面を局部的に炭化処理した多結晶炭化ケイ素基板と多結晶炭化ケイ素基板とを金属シリコン融液を介して近接対向配置させた多結晶炭化ケイ素基板の複合体を、収納容器に収納するとともに、前記収納容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなるようにシリコンの飽和蒸気圧下の真空に保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理して、前記多結晶炭化ケイ素基板の炭化処理面に単結晶炭化ケイ素を液相成長により自己成長させて単結晶炭化ケイ素種結晶小片を生成し、更に液相成長を継続することで、前記単結晶炭化ケイ素種結晶小片を前記対向方向と直交する方向に液相エピタキシャル成長させて生成されたものであることを特徴とする請求項4に記載の単結晶炭化ケイ素基板。

【請求項6】
 
前記単結晶炭化ケイ素種結晶小片又は種結晶板が、前記多結晶炭化ケイ素基板の外周端に近い位置に配置されることを特徴とする請求項2又は4に記載の単結晶炭化ケイ素基板。

【請求項7】
 
前記炭化処理が、3C-SiC集合体の多結晶炭化ケイ素基板を真空又は不活性雰囲気に保った状態でレーザー光線や電子ビ-ムで基板表面を局部的に照射して、基板表面の3C-SiC集合体を4H-SiC集合体を含む結晶粒に成長させると同時に、基板表面のケイ素を選択的に蒸発除去させて炭素リッチな炭化ケイ素組成を作る処理であることを特徴とする請求項1又は3に記載の単結晶炭化ケイ素基板。

【請求項8】
 
前記収納容器は、タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるように構成された上下が嵌合した容器であることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の単結晶炭化ケイ素基板。

【請求項9】
 
前記単結晶炭化ケイ素種結晶小片又は種結晶板が配置される前記多結晶炭化ケイ素基板の代わりに、表面がタンタルカーバイド加工されたタンタル基板、或いは、1500℃以上2300℃以下の高真空中で耐熱性を有する材料で覆われた基板を用いることを特徴とする請求項2又は4に記載の単結晶炭化ケイ素基板。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2012185253thum.jpg
State of application right Registered
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