日新技研株式会社は昇華法を利用したSiC単結晶成長装置を生産し、日本国内でも世界レベルのSiC生産技術を持つ大手企業をはじめ、数多くの企業から注文を受けています。

また、HT-CVD育成炉の取引先は日本の半導体メーカー及び国立研究機関、他にも日本国内のニーズにお応えするようにLPEのSiC育成炉も開発しました。世界的に一流のSiC育成炉装置メーカーであり、豊富なSiC装置実績を持っております。

  

単結晶SiCの育成方法

4インチ単結晶SiCの育成方法は昇華法(Physical Vapor Transport, PVT)、高温成長法(High Temperature Chemical Vapor Deposition, HT-CVD)及び液相法(Liquid Phase Epitaxy, LPE)が主流である。その中90%以上のメーカーは昇華法を量産化に実行している:

 

昇華法(PVT)

高温成長法 (HT-CVD)

液相法(LPE)

ポリタイプ

4H

4H

4H

成長温度 (oC)

2200-2500

1500-2200

1460-1800

成長速度(mm/hour)

0.2-0.4

0.3-1.0

0.5

 

PVT法が量産化に導入されてもう20年以上の歴史があり、故に結晶の品質管理にまだ技術問題が存在するものの、今もまだSiCウエハーのメイン生産法とされている。一方、HT-CVDの開発は遅いけれど、原料は高純度ガスを使うため、製品の多様性から見ればメリットが大である。LPE法で育成した結晶は品質が良い且欠陥密度が低いため、これからのさらなる発展を期待される。

 

 

 a,昇華法:

昇華法(physical vapor transport,PVT) 略称PVT法。SiC原料をカーボン製の坩堝に投入し、SiC種結晶をカーボン内壁の上端に粘着する、成長面は(0001)面である。坩堝の外はカーボン製断熱材で包み、石英管で構築された真空室に設置する。二層の石英管の間に常温の冷却水を循環させ、坩堝をコイルの中心部に設置する。コイル位置は上下に移動させ坩堝を加熱する、真空ポンプとターボ分子ポンプを起動し、育成室の真空度は10-3Paに達成する。温度測定システム(赤外線温度センサー)は装置の上下に設置されており、成長温度や圧力を制御し、SiC単結晶育成の安定性と再現を確保する。

 

 

 b.HT-CVD法:

HT-CVD法は1500-2200℃の高温下、チャンバーに高純度の特殊ガス(silane, SiH4、propane、及びH2など)を導入して反応させる。まずは温度の高い熱分解エリアで前駆体のSixCyを形成させ、ガスは低温の種結晶へ流れ先端に沈積して成長する。

反応ガスを供給し続けたことで、成長中のSi/C比率を上手く制御したため、化学量論の偏差による欠陥は少ない、またドープの効果を上げてドープする量を精密に制御できる、故にHT-CVD法で高品質のn型、p型SiC単結晶育成は既に検証された。そしてHT-CVD法の優勢は特殊ガスの高純度と不純物濃度は低い、よって高純度の半絶縁SiC単結晶育成に成功した。HT-CVDのホットゾーン設計、成長温度の制御、各種のガス流量と分配、及びチェインバーの内圧力設定は、結晶の成長速度と結晶品質の鍵となる。

 

 c.LPE法:

チョクラルスキー法の原理に似た育成炉構造を利用して、SiC種結晶をシードロッドの先端に固定する。カーボン製坩堝に原料のSiと少量のドーピング物質を添加し、Siの融点(1500-1700℃)まで加熱してSiを溶かし、種結晶を回転させて坩堝を逆方向に回させることで、熔液中のCとドーピング物質をバランス良く分布させる。徐々に温度を下げて熔液を過飽和したら、種結晶の前端にSiC単結晶が成長する。また、CはSi熔液中は溶け難いため、Si熔液に遷移元素を添加したことで、Cの濃度を上げ、結晶の成長速度を向上させる。

LPE法最大のメリットは他の育成方法より結晶欠陥の低い結晶を作り安いさらに成長温度も比較的に低い(1500-1700℃)もっと熱力学のバランス条件に寄り添うため、SiC単結晶の形状制御も良い。ドーピング物質の用量とバランスを制御し、さらに適性な遷移元素を選ぶのは、結晶の成長速度と品質管理の要である。