SiC シングルクリスタル成長技術
普通の圧力下では Si のステキオメトリック比率を持つ液体相 SiC は存在しない
1 に等しい.1したがって,通常,シリコン結晶の成長に使用される原材料として溶融を使用する方法は,大量SiC結晶の成長には適用できません.代わりに,サブライメーション方法 (PVT,物理蒸気輸送) が使用されています.このプロセスでは,SiC粉末が原材料として使用され,シシシ基質が種子結晶として使用され,グラファイトのピグビルの中に置かれます.温度グラデーションが確立され,SiC粉末側が少し熱くなる.SiC種子結晶を用いたサブライマーション方法は,現在修正されたレリー方法と呼ばれています.SiC基板の製造に広く使用されている.
図1は,改変されたレリー方法を用いたSiC結晶成長の図式図を示しています. 2000°C以上加熱されたグラフィット・ティグビルでは,SiC粉末はSi2C,SiC2などの分子状態に浸透します.,供給された原子は,種子結晶の表面を移動し,結晶が形成される位置に組み込まれます.単一のSiC結晶を大量に増やして通常低圧アルゴンの惰性大気を使用し,n型ドーピング中に窒素が導入されます.
現在,シリコン酸塩単結の製造にはサブライメーション方法が広く使用されている.しかし,溶けた液体を原料として使用した方法と比較して質が徐々に改善しているものの,結晶にはまだ多くの外転や他の問題があります.
塩化剤の製造方法に加えてまた,溶液や高温化学蒸気堆積 (CVD) による液体相成長などの方法を使用して,大量にSiC単結を準備する試みも行われている.図2は,SiC単結の液相成長方法の図式図を示しています.
まず,液体相成長方法について,シリコン溶媒における炭素の溶解性は非常に低い.したがって,溶媒に Ti や Cr などの元素が加えられ,炭素の溶解性を高める炭素はグラフィット・ティグビルから供給され,SiC単結は少し低い温度で種子結晶の表面に成長します.成長温度は通常 1500°C から 2000°C の間で設定されます成長速度は1時間あたり数百マイクロメートルに達することが報告されている.
SiCの液相成長方法の利点は, [0001]方向に沿って結晶を育てるときに, [0001]方向に広がる逸脱が垂直方向に曲がることができるということです.,横壁を通って水晶から取り除きます[0001]方向に沿って拡張するスクリュー逸脱は,既存のSiC結晶に密集して存在し,デバイスの流出の源です液相成長法を用いて調製されたSiC結晶では,スクリューの外転の密度が著しく減少する.
溶液の成長における課題は,成長速度を増加させ,成長した結晶の長さを延長し,結晶の表面形状を改善することです.
SiC単結の高温化学蒸気堆積 (CVD) 増殖は,低圧水素大気の中でSiH4をシリコン源とC3H8を炭素源として使用する.SiC基板の表面で高温 (通常は2000°C以上) に維持された成長成長炉に入れた原気体は,熱壁に囲まれた分解ゾーンでSiC2やSi2Cなどの分子に分解し,これらは種子結晶表面に運ばれます.単結晶SiCが栽培されている場所.
高温CVD方法の利点は,高純度な原ガスを使用する能力であり,ガス流量制御により,ガス相におけるC/Si比を正確に制御することができる.欠陥密度に影響を与える重要な成長パラメータです散布式SiCの成長では,1mm/hを超える比較的速い成長速度を達成できます.高温CVD方法の欠点は,成長炉と排気管の内部に反応副産物が大量に蓄積することが挙げられますさらに,ガス相反応は,ガス流に粒子を生成し,それらは結晶内の不純物になり得ます.
高温CVD方法は,高品質の大量SiC結晶の製造方法として大きな可能性を秘めています.したがって,低コストを達成するために継続的な開発が行われています.より高い生産性低流位密度が,サブライメーション方法と比較して低い.
さらに,RAF (Repeated A-Face) メソッドは,より少ない欠陥で大量にSiC結晶を生成する,サブライメーションベースの技術として報告されています.[0001]方向に垂直切断された種子結晶が [0001]方向に育った結晶から採取される.この新しい成長方向に垂直に切り,さらにSiC単結が作られます.このサイクルを繰り返すことで,変形は水晶から掃き出されます欠陥が少ないシリコン晶体になりますRAF 方法を用いて調製された SiC 結晶の外位密度は,標準 SiC 結晶よりも 1〜 2 階位の低いと報告されている..
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