炭化ケイ素は発見以来、広く注目を集めています。炭化ケイ素は、半分のSi原子と半分のC原子で構成されており、sp3混成軌道を共有する電子対を介して共有結合で接続されています。単結晶の基本構造単位では、4つのSi原子が正四面体構造に配置され、C原子は正四面体の中心に位置しています。逆に、Si原子は四面体の中心と見なすこともでき、それによってSiC4またはCSi4を形成します。四面体構造。SiCの共有結合は非常にイオン性であり、シリコン-炭素結合エネルギーは約4.47eVと非常に高くなります。スタッキングフォールトエネルギーが低いため、炭化ケイ素結晶は成長プロセス中にさまざまなポリタイプを容易に形成します。200を超えるポリタイプが知られており、立方晶、六方晶、三方晶の3つの主要なカテゴリに分類できます。
現在、SiC結晶の主な成長方法には、物理気相輸送法（PVT法）、高温化学気相成長法（HTCVD法）、液相法などがあります。その中でも、PVT法はより成熟しており、工業的な大量生産に適しています。
いわゆるPVT法とは、るつぼの上部にSiC種結晶を配置し、るつぼの底部に原料となるSiC粉末を配置する手法を指します。高温低圧の密閉環境下で、温度勾配と濃度差の作用によりSiC粉末は昇華し、上方に移動します。これを種結晶近傍まで輸送し、過飽和状態に達した後に再結晶させる方法です。この方法により、SiC結晶のサイズと特定の結晶形態を制御的に成長させることができます。
しかし、PVT法を用いてSiC結晶を成長させるには、長期にわたる成長プロセスにおいて常に適切な成長条件を維持する必要があります。適切な条件を維持しないと格子不整が生じ、結晶の品質に影響を与えます。しかし、SiC結晶の成長は密閉空間内で行われるため、効果的なモニタリング方法が少なく、変数が多いため、プロセス制御が困難です。
PVT 法による SiC 結晶の成長過程において、ステップフロー成長モード (Step Flow Growth) が単結晶形態の安定成長の主なメカニズムであると考えられています。
気化したSi原子とC原子は、キンクポイントで結晶表面原子と優先的に結合し、核生成・成長し、各ステップは平行に前進します。結晶表面のステップ幅が吸着原子の拡散自由行程をはるかに超える場合、多数の吸着原子が凝集し、形成された2次元の島状成長モードがステップフロー成長モードを破壊し、4H結晶構造情報の損失を引き起こし、多重欠陥を引き起こします。したがって、プロセスパラメータの調整により表面ステップ構造を制御し、多形欠陥の発生を抑制し、単一の結晶形態を得るという目的を達成し、最終的に高品質の結晶を作製する必要があります。
物理気相輸送法は、最も早く開発されたSiC結晶成長法であり、現在、SiC結晶を成長させる最も主流の成長法です。他の方法と比較して、この方法は成長装置に対する要件が低く、成長プロセスが簡単で、制御性が強く、開発研究が比較的徹底しており、すでに産業応用を実現しています。HTCVD法の利点は、導電性（n、p）および高純度の半絶縁性ウェーハを成長させ、ドーピング濃度を制御できるため、ウェーハ内のキャリア濃度を3×1013〜5×1019 / cm3の間で調整できることです。欠点は、技術的な敷居が高く、市場シェアが低いことです。液相SiC結晶成長技術が成熟し続けるにつれて、将来的にはSiC産業全体の発展に大きな可能性を示し、SiC結晶成長の新たなブレークスルーポイントになる可能性があります。
投稿日時: 2024年4月16日