JP2001002499A

JP2001002499A - 種結晶とそれを用いた炭化珪素単結晶の製造方法、炭化珪素単結晶体および単結晶製造装置

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Publication number: JP2001002499A
Application number: JP11171134A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Onda; 正一恩田; Kazuto Hara; 一都原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2001-01-09
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: JP4457432B2

Abstract

(57)【要約】【課題】種結晶側面の欠陥、加工ダメージ等に基づく
亀裂、ストリエーションといった欠陥のない、良質で大
口径の炭化珪素単結晶体を得る。【解決手段】種結晶１は外形が略円形または多角形の
ウエハ状に加工した炭化珪素単結晶からなり、その上下
表面１２、１３の一方を炭化珪素単結晶を成長させるた
めの主面としたときに、側面１１が主面と垂直な面に対
して傾斜するものとする。傾斜する側面１１は小径側の
表面１２の物理的エッチング時に同時にエッチング処理
することが可能であり、さらに化学的エッチングを施す
ことで種結晶１の欠陥、加工ダメージ等を除去し、成長
結晶の品質を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素単結晶を
成長させるために用いられる種結晶と、この種結晶を用
いた炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素単結晶
体、さらに炭化珪素単結晶の製造に適した単結晶製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭化珪素単結晶は、熱的・化学的特性に
優れることから、パワーデバイス等の半導体デバイス用
基板材料として有用であり、その代表的な製造方法とし
て昇華法が知られている。昇華法は、黒鉛るつぼ内に種
結晶と炭化珪素原料粉末を配し、不活性ガス雰囲気中で
炭化珪素原料粉末を加熱、昇華させる方法で、昇華ガス
が種結晶上で再結晶することにより、炭化珪素単結晶が
成長する。種結晶としては、通常、アチソン法で製造さ
れた炭化珪素単結晶、または、アチソン結晶から昇華法
で成長させた炭化珪素単結晶が使用され、所定形状のウ
ェハ状に加工して種結晶としている。

【０００３】基板材料に利用される炭化珪素単結晶は、
高品質でかつ大口径であることが要求される。昇華法に
よる炭化珪素単結晶の成長では、成長時間を長くするこ
とで結晶径の拡大が可能であり、拡大成長部分の品質を
より高めて、利用できる結晶径を大きくすることが望ま
しい。成長結晶の品質を向上させるには、種結晶、特に
周辺部および側面部の汚れや欠陥、加工ダメージを取り
除くこと、また、周辺部からの多結晶の成長を防ぐこと
が重要となる。前者の種結晶の欠陥密度を減少させる方
法に関する従来技術として、例えば、特表平５−５００
８８３号公報には、種結晶となる炭化珪素単結晶の表面
を研磨して平坦化した後、エッチングプラズマに曝露し
て、機械的加工によって生じた表面の損傷を除去する方
法が開示されている。

【０００４】また、後者に関し、特開平６−２２７８８
６号公報には、周辺部分の多結晶の成長を防止するため
に、種結晶の成長主面に接する側面を（０００１）面お
よび（１−１００）面のいずれからも傾いた面で形成す
ることが記載されている。具体的には、成長主面を（０
００１）面または（０００−１）面とし、側面を主面と
のなす角度が４５°の逆テーパ状となるように傾けた種
結晶を用いることで、凹面化による結晶径の広がりの阻
害をなくし、周辺部の異常成長による転移、双晶等の発
生を抑制することが可能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特表平
５−５００８８３号公報の方法は、炭化珪素単結晶の成
長面となる表面を処理する方法であり、該成長面の欠陥
は減少するものの、側面部の処理はできない。このた
め、側面部の欠陥、加工ダメージ等に基づく亀裂、スト
リエーション欠陥といった結晶欠陥が発生してしまう。
また、特開平６−２２７８８６号公報の方法によって
も、テーパ処理によって種結晶側面に加工によるダメー
ジが残るために、それを起点にして亀裂、ストリエーシ
ョン欠陥等が発生してしまう問題がある。

【０００６】このように、従来の方法では、種結晶の表
面、特に側面部の欠陥や加工ダメージを取り除くことは
困難であり、成長結晶の周辺部の品質が低下するため
に、基板として利用できる有効径が小さくなる不具合が
あった。本発明は上記実情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、単結晶成長用の種結晶の表面、特に側
面の欠陥や加工ダメージを除去して、成長する炭化珪素
単結晶に亀裂、ストリエーション欠陥等の結晶欠陥が発
生するのを防止すること、そして、欠陥のない、良質で
しかも大口径の炭化珪素単結晶体を得ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の発明
は、炭化珪素単結晶を成長させるための種結晶であっ
て、ウエハ状に加工された炭化珪素単結晶よりなり、そ
の上下表面の一方を炭化珪素単結晶を成長させるための
主面とするものである。上記種結晶は、外形が略円形ま
たは多角形で、側面が上記主面と垂直な面に対して傾斜
しており、さらに、少なくとも上記主面および上記傾斜
する側面に、物理的エッチングおよび化学的エッチング
の一方または両方の処理を施してなる。

【０００８】請求項１の種結晶は、側面が上記主面と垂
直な面に対して傾斜しているので、側面のエッチング処
理が容易にできる。例えば、エッチングプラズマを用い
た物理的エッチングでは、エッチングイオンが垂直に照
射されるために側面のエッチング処理は困難または速度
が遅く効率的でなかったが、上記側面が傾斜しているた
め、上下表面のいずれか一方と同時にエッチング処理す
ることが可能である。従って、上記主面のみならず、上
記側面の欠陥や加工ダメージをエッチングにより除去す
ることで、これに基づく亀裂、ストリエーション欠陥と
いった結晶欠陥の発生を防止できる。また、側面を傾斜
させると、結晶径の拡大が阻害されにくく、周辺部にお
ける欠陥の発生や多結晶化が抑制される。よって、良質
かつ大口径の炭化珪素単結晶体を得ることができる。

【０００９】請求項２において、上記種結晶は、少なく
とも上記主面および上記傾斜する側面に上記物理的エッ
チングを施し、上記物理的エッチングを施した表面に熱
酸化膜を形成して該熱酸化膜を上記化学的エッチングに
よって除去してなる。請求項３のように、具体的には、
上記物理的エッチングとして反応性イオンエッチング
を、上記化学的エッチングとしてウェットエッチングを
用いることができる。

【００１０】従来、反応性イオンエッチングのような異
方性エッチングで、種結晶の側面をエッチング処理する
ことは不可能であったが、本発明の種結晶は側面が傾斜
しているため、例えば、小径側の表面を上記主面とすれ
ば、上記主面のエッチング処理時に、上記側面を同時に
エッチングすることができる。また、物理的エッチング
後にさらに化学的エッチングを行うことで、物理的エッ
チングによるダメージを除去し、上記種結晶の品質をよ
り向上させることができる。ただし、炭化珪素は化学的
に安定で化学的エッチングが容易でないため、上記物理
的エッチングを施した表面を熱酸化して熱酸化膜を形成
し、この熱酸化膜を、例えば酸溶液により除去すると効
率よくエッチング処理できる。

【００１１】請求項４において、上記種結晶は、少なく
とも上記主面となる表面および上記傾斜する側面に上記
化学的エッチングとして熱エッチングを施してなる。化
学的エッチングとして、例えば、熱エッチングを採用す
ると、物理的エッチングを施すことなく、側面の欠陥や
加工ダメージを除去することができ、処理工程が簡略化
できる。また、熱エッチングはエッジ部で促進されるの
で、特に、上記種結晶の大径側の表面を上記主面とする
と、加工ダメージが残りやすい上記主面の周縁部のエッ
チングが促進され、加工変質層の除去が効果的になされ
る。また、熱エッチング後、同一装置内で引き続き結晶
成長を行うことができる利点がある。

【００１２】請求項５において、上記種結晶は、上記上
下表面が略平行であり、上記上下表面のうち大径側の表
面と上記側面とのなす角度が８０度以下であるものとす
る。好ましくは、請求項６のように、上記大径側の表面
と上記側面とのなす角度が３０度〜８０度とするのがよ
い。

【００１３】反応性イオンエッチング等を用いて上記種
結晶の側面のエッチングを良好に行うためには、大径側
の表面と上記側面とのなす角度、すなわち、上記側面の
傾斜角度を８０度以下とするのがよい。傾斜角度が小さ
いほどエッチングはしやすくなるが、加工が難しくなる
ため、３０度より小さくならないようにすることが望ま
しい。

【００１４】請求項７において、上記種結晶は、外形が
多角形であり、上記側面が炭化珪素単結晶の障壁面であ
るものとする。炭化珪素単結晶は結晶の形状が六方晶ま
たは立方晶等であるため、種結晶を結晶形状に近い形状
とすることで、成長結晶の周辺部における結晶性が向上
する。同様に、上記側面が結晶の障壁面となるようにす
ると、結晶のステップ成長を促進して良質な結晶が得ら
れる。

【００１５】請求項８において、上記種結晶は、上記主
面が（０００１）面または（０００−１）面であり、上
記障壁面が型面｛１−１０ｎ｝または｛１１−２ｎ｝で
あるものとする。例えば、六方晶系炭化珪素単結晶を得
ようとする場合には、上記主面を六方晶系炭化珪素単結
晶の（０００１）面または（０００−１）面とすること
が望ましい。この時、上記種結晶の側面を、型面｛１−
１０ｎ｝または｛１１−２ｎ｝で表される障壁面とする
と、上記主面に対し側面が傾斜する形状の種結晶が得ら
れる。

【００１６】請求項９の発明は、上記請求項１ないし８
のいずれか記載の種結晶を使用した炭化珪素単結晶の製
造方法であり、上記種結晶に炭化珪素原料を供給するこ
とにより、上記主面側に炭化珪素単結晶を成長させる。

【００１７】上記請求項１ないし８の種結晶は、上記主
面および側面をエッチングすることにより清浄化されて
おり、これを用いて炭化珪素単結晶を成長させること
で、上記種結晶に起因する亀裂やストリエーション欠陥
等を防止し、良質で大口径の炭化珪素単結晶体を得るこ
とができる。

【００１８】請求項１０の発明は、上記請求項２または
３記載の種結晶を使用した炭化珪素単結晶の製造方法で
あり、上記主面を上記種結晶の小径側の表面として、上
記小径側の表面および上記傾斜する側面に同時に上記エ
ッチング処理を施し、その後、炭化珪素原料を供給する
ことにより、上記小径側の表面および上記傾斜する側面
上に炭化珪素単結晶を成長させる。

【００１９】上記請求項２または３の種結晶は、反応性
イオンエッチング等の物理的エッチング後に、化学的エ
ッチングを行うものであり、小径側の表面を上記主面と
すれば、この小径側の表面に物理的エッチングを行う際
に、上記側面を同時にエッチング処理することができ
る。よって、エッチング処理の工程数を増加させること
なく、種結晶表面の清浄化を確実に行い、良質の炭化珪
素単結晶体を得ることができる。

【００２０】請求項１１の発明は、上記請求項４記載の
種結晶を使用した炭化珪素単結晶の製造方法であり、上
記主面を上記種結晶の大径側の表面として上記熱エッチ
ングを施し、引き続いて炭化珪素原料を供給することに
より、上記大径側の表面上に炭化珪素単結晶を成長させ
る。

【００２１】上記請求項４の種結晶は、化学的エッチン
グとして熱エッチングを行うものである。この時、大径
側の表面を上記主面とすると、鋭角のエッジ部（主面の
周縁部）で熱エッチングが促進されて加工ダメージが効
率よく除去される。次いで、この成長面に炭化珪素原料
を供給することにより、エッチング処理と単結晶成長を
連続的に行うことができ、製造工程が簡略化できる。

【００２２】請求項１２の発明は、上記請求項９ないし
１１のいずれか記載の炭化珪素単結晶の製造方法により
製造された炭化珪素単結晶体であり、このようにして得
られた炭化珪素単結晶体は、特に周辺部の欠陥が従来に
比し大幅に低減し、基板として利用できる有効径が大き
い良質の結晶となる。

【００２３】請求項１３の発明は、上記請求項１ないし
８のいずれか記載の種結晶を炭化珪素の原料粉末を充填
したるつぼ内に配置し、上記原料粉末の昇華ガスを上記
種結晶上で再結晶させて炭化珪素単結晶を成長させる単
結晶製造装置である。上記るつぼ内には、これを上下に
区画する仕切壁を設けて、該仕切壁に形成した開口内に
上記種結晶を配設しており、上記開口は、上記種結晶と
相似形で上記種結晶よりわずかに大きく形成してある。
そして、上記仕切壁より下側に上記原料粉末を配置す
る。

【００２４】上記請求項１ないし８のいずれか記載の種
結晶を使用し、昇華法にて炭化珪素単結晶を成長させる
際、上記種結晶の周囲に仕切壁を設けて、該仕切壁より
上記種結晶が低温となるようにすると、上記種結晶上へ
の炭化珪素単結晶の成長が促進される。また、上記開口
を上記種結晶と相似形とすると、上記開口内壁と上記種
結晶との距離を一定にして、上記種結晶の周縁部におけ
る成長条件を一定にすることができ、良質の結晶を得る
ことができる。

【００２５】請求項１４の単結晶製造装置では、上記開
口の内壁面を、上記種結晶の上記傾斜する側面と平行な
傾斜面とする。上記開口を上記種結晶と相似形とするこ
とで、上述の効果が得られるが、上記開口の内壁面を上
記種結晶の側面に合わせて傾斜面させると、上記効果を
より高めることができる。

【００２６】請求項１５の単結晶製造装置では、上記種
結晶の上記主面が上記仕切壁の下面より下方に位置する
ように配置する。上記主面を上記仕切壁より下方に突出
させることで、結晶径の広がりが容易になるので、大口
径の単結晶が得やすい。

【００２７】請求項１６の単結晶製造装置は、上記るつ
ぼの上部内壁面に設けた台座に上記種結晶を固定すると
ともに、上記上部内壁面に設けた貫通孔と該貫通孔を開
閉する弁部材からなる圧力調整弁を設ける。上記弁部材
は、上記貫通孔内に上下動自在に挿通配置される柱状部
と上記貫通孔を上方より覆ってこれを閉鎖する大径の上
端部を有し、上記るつぼ内外の圧力差に応じて上記弁部
材が上下動することにより、上記貫通孔を開閉する。

【００２８】上記るつぼに圧力調整弁を設けることで、
上記るつぼ内の圧力制御が容易になる。また、急激な排
気による原料粉末の巻き上げ等が防止でき、安定した結
晶成長が可能になるので、得られる炭化珪素単結晶の品
質が向上する。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。本発明では、炭化珪素単結
晶を成長させるための種結晶として、図１（ａ）のよう
な略円形、または図１（ｂ）のような多角形のウエハ状
に加工された炭化珪素単結晶からなる種結晶１を使用す
る。この種結晶１は、側面１１が、上下表面と垂直な面
に対して傾斜するように加工してあり、上下表面は、略
平行となしてある。例えば、図１（ａ）では、円錐体を
底面に平行にスライスした形状、図１（ｂ）では、多角
錐体を底面に平行にスライスした形状となっている。

【００３０】種結晶１は、上下表面１２、１３のいずれ
かを、その表面上に炭化珪素単結晶を成長させる主面と
する。そして、単結晶の成長に先立ち、少なくともこの
主面となる表面および側面１１に、物理的エッチングお
よび化学的エッチングの一方、または両方のエッチング
処理を施して、表面の汚れや欠陥、加工ダメージを取り
除く。上記主面としては、上下表面１２、１３のいずれ
を用いることもでき、適当なエッチング方法を選択する
ことで効率よく清浄化を行うことができる。その具体的
方法について、以下に詳述する。

【００３１】物理的エッチングとしては、例えば、反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）が好適に用いられる。Ｒ
ＩＥは、一対の電極間に所定のプラズマ発生電位を印加
することによりプラズマガスを発生させるように構成さ
れた公知のエッチング装置を用いて行うことができる。
この時、図２のように、種結晶１の小径側の表面１２
（図１（ａ）、（ｂ）の上面）が反応性イオンプラズマ
に曝露されるようにして電極（図略）上に配置すると、
側面１１にイオンを衝突させることができ、側面１１表
面の変質層をエッチングすることが可能になる。従っ
て、上記小径側の表面１２を主面とすれば、主面のエッ
チング処理時に側面１１を同時にエッチング処理するこ
とができるため、好ましい。大径側の表面１３（図１
（ａ）、（ｂ）の下面）を主面とすることももちろんで
き、この場合には小径側および大径側の表面１２、１３
の両方の側から、２回のエッチング処理を行うことにな
る。なお、プラズマを発生させるためのガスとしては、
フッ素含有ガスと酸素含有ガスの混合ガス等、通常、使
用されるガスがいずれも好適に用いられる。エッチング
量は、表面の欠陥や加工による変質層がほぼ除去される
量、通常、約１μｍ程度とするのがよい。

【００３２】ＲＩＥ以外にも、プラズマエッチング等の
プラズマガスを利用したエッチング処理、その他のドラ
イエッチング処理を採用することができる。この場合
も、上記主面を、種結晶１の小径側の表面１２（図１
（ａ）、（ｂ）の上面）とすると、主面となる表面１２
と側面１１とを同時にエッチング処理することができ
る。異方性エッチングであるＲＩＥに対し、プラズマエ
ッチングは等方的に進行するため、大径側の表面１３
（図１（ａ）、（ｂ）の下面）が露出するように配置し
ても側面１１のエッチングは進行するが、小径側の表面
１２が露出する配置の方が側面１１がプラズマガスに曝
されやすく、より効率よいエッチングが可能である。

【００３３】上記物理的エッチングを施した種結晶１
は、さらに化学的エッチングによって、物理的エッチン
グによるダメージを取り除くことが望ましい。具体的に
は、反応性イオンエッチング等の物理的エッチングを行
った表面に、熱酸化膜を形成し、この熱酸化膜を化学的
エッチングによって除去する。熱酸化膜は、種結晶１を
酸化雰囲気中で高温に加熱することにより、例えば、約
１５〜１００ｎｍ程度の厚さに形成し、これを、化学的
エッチング、例えば、フッ酸やフッ硝酸等の溶液を用い
たウェットエッチングにて除去する。炭化珪素は化学的
に安定であるため、ウェットエッチングのみで表面の欠
陥や加工ダメージを除去することは困難であるが、熱酸
化膜である二酸化珪素膜は、ウェットエッチングで容易
に除去できる。これにより、種結晶１の主面および側面
１１の清浄化を確実に行うことができる。

【００３４】あるいは、物理的エッチングを施さずに、
化学的エッチングのみを行うこともできる。この場合に
は、化学的エッチングとして、例えば、熱エッチングが
好適に用いられ、種結晶１をるつぼ内に設けた台座に固
定し、主面となる表面および側面１１が露出するように
して、種結晶１を炭化珪素の昇華温度以上（通常、約１
５００〜２５００℃程度、雰囲気圧力によって異なる）
に加熱する。熱エッチングは等方的に進行するため、種
結晶１の上下表面１２、１３（図１（ａ）、（ｂ））の
いずれを露出させても側面１１のエッチングは可能であ
り、主面と側面１１のエッチングを同時に行うことがで
きる。

【００３５】ところで、本発明の種結晶１のように、側
面１１が傾斜する形状では、鋭角のエッジ部１４に加工
ダメージが発生しやすく、熱エッチングではこのような
鋭角のエッジ部１４のエッチングが促進される傾向にあ
る。そこで、鋭角のエッジ部１４側、すなわち、大径側
の表面１３を主面とすると、この加工による変質層の除
去が効果的にでき、周縁部および側面１１の結晶性を向
上させることができる。また、熱エッチングによる処理
を行った場合には、上記るつぼ内に炭化珪素原料を予め
充填しておくことにより、エッチング処理に引き続いて
炭化珪素単結晶の成長を行うことができる利点がある。

【００３６】ここで、図２に示す側面１１の傾斜角度α
は、ＲＩＥ等の物理的エッチングによる側面１１のエッ
チングが可能な角度、または熱エッチング等の化学的エ
ッチングによるエッジ部１４の除去が効果的になされる
角度であればよい。具体的には、大径側の表面１３と側
面１１とのなす角度を傾斜角度αとした時に、傾斜角度
αを、通常、８０度以下、好ましくは、３０度〜８０度
の範囲とすることが望ましい。傾斜角度αが８０度より
大きいとエッチングが良好になされず、３０度より小さ
いと加工が困難になる。

【００３７】さらに、種結晶１の側面１１が結晶の晶壁
面となるように傾斜角度αを設定すると、結晶のステッ
プ成長が促進されるため好ましい。例えば、種結晶１が
六方晶系炭化珪素であり、図１（ｂ）において、小径側
の表面１２が（０００１）面（Ｓｉ面）または（０００
−１）面（Ｃ面）である時、晶壁面は型面｛１−１０
ｎ｝、｛１１−２ｎ｝で表わされる面（以下まとめて
｛１１・ｎ｝面とする）であり、ｎ＝１〜６であること
が望ましい。ここで、型面｛１１・ｎ｝面における晶壁
角度θは、炭化珪素単結晶の多形によって異なり、これ
を図３で説明する。例えば、図３（ａ）において、６Ｈ
型炭化珪素単結晶の（１−１０ｎ）面における晶壁角度
θ（大径側の表面１３と側面１１とのなす角度）は、下
記式（１）で表され、ｔａｎθ＝２ｃ／（ｎ・ａ√３）・・・（１）その格子定数（ａ＝３．０８、ｃ＝１５．１２）から、
晶壁角度θはｎ値に応じて図中に示すように変化する。
ｎ＝１〜６の時、晶壁角度θは８０度〜４３．６度とな
り、上述した側面１１の傾斜角度α＝３０度〜８０度の
範囲となる。

【００３８】同様に、図３（ｂ）に、４Ｈ型炭化珪素単
結晶の（１−１０ｎ）面における晶壁角度θを示す。そ
の格子定数（ａ＝３．０７、ｃ＝１０．０５）から、晶
壁角度θはｎ値に応じて図中に示すように変化し、ｎ＝
１〜６の時の晶壁角度θは７５．２度〜３２．２度と、
上述した側面１１の傾斜角度α＝３０度〜８０度の範囲
となる。このように、側面１１の傾斜角度αが結晶の晶
壁面の角度となるようにすると、晶壁面成長が促進さ
れ、良質の単結晶が得られる。

【００３９】また、結晶のステップ成長を促進するため
には、種結晶１が、図１（ａ）のような円形よりも、図
１（ｂ）のような多角形状であることが望ましく、より
良質の単結晶が得られる。この場合、多角形の辺は、＜
１１−２０＞方向となるのがよい。つまり、側面１１が
型面｛１１・ｎ｝面で表される晶壁面であり、隣り合う
２辺のなす角度が１８０度より小さい多角形であるのが
よく、隣り合う２辺のなす角度が１８０度より大きい
と、成長する結晶に亀裂が発生する原因となる。さらに
好ましくは、成長させる炭化珪素の結晶構造と同じ形状
とし、例えば６方晶形の６Ｈ型または４Ｈ型であれば、
正６角形とすると最も効果的である。

【００４０】図４は、上記種結晶１を用いて炭化珪素単
結晶２を成長させるために使用される単結晶製造装置の
概略構成図である。図中、黒鉛製のるつぼ３は、上端開
口の容器体３２と蓋体３１からなり、この蓋体３１の下
面中央を突出させて設けた台座３３に種結晶１が貼付け
てある。ここでは、種結晶１の小径側の表面１２（図１
（ａ）、（ｂ）における種結晶１の上面）を主面とし、
大径側の表面１３（図１（ａ）、（ｂ）における種結晶
１の下面）をカーボン接着剤等によって台座３３に接合
している。容器体３２内空間に露出する上記小径側の表
面１２および側面１１には、予めＲＩＥ等のエッチング
処理が施してあるものとする。また、上記容器体３２の
底部には、原料粉末４となる炭化珪素粉末が収容されて
いる。

【００４１】上記装置を用いて単結晶を成長させる場合
には、るつぼ３をその周囲に配したヒータ６で加熱す
る。そして、上記原料粉末４が炭化珪素の昇華温度以上
（通常、約２２００〜２３００℃程度）、上記種結晶１
を原料粉末４より低い温度（約５〜１００℃程度）とな
るように、るつぼ３内に温度勾配を設けると、発生する
炭化珪素の昇華ガスが上記種結晶１側へ拡散し、上記小
径側の表面１２および側面１１上で再結晶する。この
時、るつぼ３内の雰囲気は、アルゴンガス等の不活性ガ
ス雰囲気とし、圧力は０．１〜１００Ｔｏｒｒ程度とす
るのがよい。

【００４２】このようにして、種結晶１の小径側の表面
１２および側面１１上に、炭化珪素単結晶２を成長させ
ることができる。上記種結晶１は、小径側の表面１２に
加えて側面１１を予めエッチング処理してあるため、成
長する炭化珪素単結晶２に発生する亀裂やストリエーシ
ョン欠陥が大幅に低減する。さらに、小径側の表面１２
を主面とし、側面１１上にも炭化珪素単結晶２が成長す
るので有効径が増大し、ファセット面成長による拡大成
長が可能である。また、側面１１が（０００１）面およ
び（１−１００）面のいずれからも傾いているので、周
辺部の異常成長による欠陥が抑制される。よって、良質
でしかも大口径の炭化珪素単結晶２が得られる。

【００４３】なお、種結晶１の大径側の表面１３を主面
とした場合にも、側面１１を傾斜面としエッチング処理
することにより、亀裂やストリエーション欠陥を抑制
し、径を増大させる同様の効果が得られる。また、エッ
チング処理として熱エッチングを採用する場合には、上
記るつぼ３の台座３３に上記種結晶１を固定して熱エッ
チングを行った後、引き続き炭化珪素単結晶２を成長さ
せることで、製造工程の簡略化が可能である。

【００４４】図５は、炭化珪素単結晶２を成長させるた
めに使用される単結晶製造装置の他の例であり、上記図
４の構成に加えて、るつぼ３内を上下に区画する黒鉛製
の仕切壁５を設けてある。該仕切壁５の中央部には、種
結晶１と相似形でこれよりわずかに大きい開口５１が形
成され（図６（ａ）参照）、この開口５１内に上記種結
晶１が位置するようにしてある。仕切壁５は、原料粉末
４の輻射熱で、種結晶１よりも高温となるため、種結晶
１上への炭化珪素の堆積を促進する効果がある。図６
（ａ）〜（ｃ）に仕切壁５形状と配置の例を示し、ここ
では、開口５１と種結晶１が同一面内に位置するように
配している。また、主面となる図の下面側の表面１３と
開口５１の内壁面との距離Ｌ（図６（ａ））が、所定の
等間隔、例えば、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度となるように
するとよい。距離Ｌがこれより大きいと、仕切壁５を配
置する効果が小さい。開口５１を種結晶１と相似形と
し、種結晶１との距離が一定となるように配すること
で、種結晶１周囲の状態を一定とし、均一な成長が可能
になる。

【００４５】図６（ａ）では、開口５１内壁面を垂直面
としているが、好ましくは、図６（ｂ）、（ｃ）のよう
に、開口５１の内壁面を上記種結晶１の側面１１と同様
に傾斜させるとよく、側面１１からの障壁面成長を促進
することができる。また、開口５１より、上記種結晶１
が原料粉末４側に突出するように配設することもでき、
径方向への広がりを容易にして大口径化が可能であるた
め、より好ましい。

【００４６】図７は、炭化珪素単結晶２を成長させるた
めの単結晶製造装置のさらに他の例であり、図中、るつ
ぼ３の上部内壁面としての蓋体３１には、圧力調整弁７
が設けてある。圧力調整弁７は、蓋体３１の外周部に設
けた貫通孔７１と該貫通孔７１を開閉する弁部材７２か
らなる。弁部材７２は、貫通孔７１内に上下動自在に挿
通配置される柱状部と貫通孔７１を上方より覆ってこれ
を閉鎖する大径の上端部を有し、るつぼ３内外の圧力差
が小さい時には、上端部が貫通孔７１上端縁に当接して
これを閉鎖している。るつぼ３外の圧力が低下し、内外
の圧力差が所定値を越えると、弁部材７２が上方へ移動
して開弁する。この時、上端部をテーパ状に形成したの
で、速やかに開弁して内外の圧力差を一定に保持し、原
料粉末の巻き上げ等を防止する。また、急激な排気によ
り弁体７２が欠落しないように、弁部材７２の下端部を
貫通孔７１より大径としストッパ機能を持たせている。
開弁圧力は、弁部材７２の重量を調整することによって
制御することができ、重量は貫通孔７１の断面積によっ
て決定される。

【００４７】従来の単結晶製造装置は、るつぼ３を収容
した密閉容器に真空装置を接続して排気する構成であ
り、通常、蓋体３１と容器体３２の間隙からるつぼ３内
の排気を行うようになしてある。ところが、このような
構成では、蓋体３１の急な動作で原料粉末４の巻き上げ
が生じたり、るつぼ３内の雰囲気ガスに乱れが生じるお
それがある。また、るつぼ３内外の圧力差がある程度大
きくならないと、蓋体３１が動作しないため、制御圧力
への追従性が小さい。これに対し、るつぼ３に圧力調整
弁７を設けた上記図７の装置では、初期の真空引き時の
急激な排気を抑制し、また、成長時のるつぼ３内の圧力
の制御性を大幅に向上させて、単結晶成長をより良好に
行うことができる。

【００４８】なお、図７の単結晶製造装置において、上
記圧力調整弁７を複数設けることもできる。この場合、
複数の圧力調整弁７を、上記台座３３の周りに均等に配
置するのがよく、るつぼ３内のガス流れの偏りをなくし
て、種結晶１表面の状態を一定に保持することができ
る。また、上記台座３３を通常より原料粉末４側（図の
下方）に大きく突出させて形成すると、ガス流れの影響
をより受けにくくなるため、好ましい。具体的には、こ
の突出量を、るつぼ３の高さ（図の上下方向の長さ）の
１／４〜１／２程度の範囲とすると、効果的である。

【００４９】

【実施例】本発明の効果を確認するために、以下に示す
方法で上記図１（ｂ）に示す形状の種結晶１を作成し、
エッチング処理を行った後、図４の単結晶製造装置装置
を用いて炭化珪素単結晶２を成長させた。まず、結晶厚
さが１ｍｍ程度の６Ｈ型アチソン結晶を準備し、目視に
て欠陥、キズ、ふくらみがなくなるまで研削した後、六
角形に切り出した。切り出す方位は（０００１）面に対
し垂直な（０−１００）面が側面となるようにする。次
いで、結晶の両面を鏡面研磨した後、（０００１）Ｓｉ
面が小径側の表面１２（図１（ｂ）の上面）となるよう
にして、側面１１の傾斜加工を行った。この時、側面１
１の傾斜角度α（大径側の表面１３と側面１１のなす角
度）が４４度、すなわち、側面１１が（１−１０６）と
なるように研削した。

【００５０】このようにして上記図１（ｂ）形状とした
種結晶１を、酸洗浄した後、主面となる小径側の表面１
２および側面１１表面の加工変質層を、反応性イオンエ
ッチングにより除去した。公知のエッチング装置内に、
上記種結晶１を小径側の表面１２および側面１１が反応
性イオンプラズマに曝されるように配置し（図２参
照）、エッチングガスとしてＣＦ₄１０ｓｃｃｍ、Ｏ₂
３ｓｃｃｍを導入した。カソードカップリングで高周波
（ＲＦ）電力３００Ｗ、圧力０．６ｐａの条件で、１時
間エッチングを行った。エッチング量は１μｍであっ
た。

【００５１】さらに、反応性イオンエッチングによるダ
メージを除去するために、上記種結晶１を酸洗浄した
後、酸化雰囲気中、１０８０℃で、４時間熱酸化を行
い、約１５〜１００ｎｍの熱酸化膜を形成した。この熱
酸化膜を、１０％フッ酸を用いたウェットエッチングに
より除去した。

【００５２】この種結晶１の、大径側の表面１３をカー
ボン接着剤を用いてるつぼ３の台座３３に貼り付け、小
径側の表面１２および側面１１が露出するようにして、
るつぼ３の上部に設置した。るつぼ３内には原料粉末４
として十分な量の炭化珪素粉末を充填してあり、このる
つぼ３内を、図略の真空排気系にてアルゴンガス雰囲気
に置換した後、ヒータ６で原料粉末４を約２３００℃、
種結晶１が約２２８０℃となるように加熱した。その
後、雰囲気圧を５００Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒに減圧
して、原料粉末４を昇華させ、種結晶１上に炭化珪素単
結晶２を成長させた。

【００５３】得られた炭化珪素単結晶２から切り出した
ウェハについて、亀裂、サブグレイン、ストリエーショ
ン欠陥の発生の有無を調べ、結果を表１に示した（実施
例１）。また、比較のため、円板状で側面の傾斜加工を
行わない従来の種結晶を用い、同様の方法で主面のＲＩ
Ｅおよびウェットエッチングによる処理を行った。その
後、同様の方法で炭化珪素単結晶２を成長させ、亀裂、
サブグレイン、ストリエーション欠陥の発生の有無を調
べた。結果を表１に併記する（比較例１）。

【００５４】表１に明らかなように、従来の種結晶を用
いた場合に比べ、六角形状とし、側面１１を傾斜させた
実施例では、亀裂、サブグレイン、ストリエーション欠
陥のいずれも大幅に低減している。これは、側面が主面
に垂直である比較例１では、ＲＩＥが良好に行われず、
欠陥や加工ダメージの除去が不十分であること、側面が
（０−１００）面であり異常成長による欠陥が生じやす
いこと等によるものと思われ、本発明の種結晶を用いる
ことにより、高品質で大口径の炭化珪素単結晶が得られ
ることがわかる。

【００５５】

【表１】

【００５６】また、上記実施例１で用いたのと同じ種結
晶１を、ＲＩＥおよびウェットエッチングを施す代わり
に、上記図４のるつぼ３内に配置し、熱エッチングを行
った後、引き続き炭化珪素単結晶２を成長させた（実施
例２）。実施例２では、種結晶１の小径側の表面１２を
るつぼ３の台座３３に貼り付けて、大径側の表面１３が
原料粉末４側を向くようにし、原料温度を２３００℃で
一定温度に保ちながらヒータ６で種結晶１が２３１０℃
となるように昇温して、１時間、熱エッチングを行っ
た。その後、種結晶１の温度を２２８０℃に低下させ、
上記実施例と同様の条件で、炭化珪素単結晶２を成長さ
せた。得られた炭化珪素単結晶２の亀裂、サブグレイ
ン、ストリエーション欠陥の発生の有無を調べたとこ
ろ、表１に併記するように上記実施例１とほぼ同様の結
果が得られた。

【００５７】なお、上記実施の形態では、上記種結晶１
から昇華法により炭化珪素単結晶を成長させる方法につ
いて説明したが、上記種結晶１を、昇華法以外の気相成
長法、あるいは液相成長法等の他の方法に適用してもも
ちろんよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の種結晶の形状を示す
全体斜視図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明における種結晶表面の
エッチング処理方法を説明するための図である。

【図３】（ａ）は６Ｈ型炭化珪素単結晶の晶壁角度θを
示す図であり、（ｂ）は４Ｈ型炭化珪素単結晶の晶壁角
度θを示す図である。

【図４】本発明で使用する単結晶成長装置の構成を示す
概略断面図である。

【図５】単結晶成長装置の他の例を示す概略断面図であ
る。

【図６】（ａ）ないし（ｄ）は図５の部分拡大断面図で
ある。

【図７】単結晶成長装置のさらに他の例を示す概略断面
図である。

【符号の説明】

１種結晶１１側面１２小径側の表面１３大径側の表面１４エッジ部２単結晶３るつぼ３１蓋体３２容器体４原料粉末５仕切壁５１開口６ヒータ７圧力調整弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハ状に加工された炭化珪素単結晶よ
りなり、その上下表面の一方を炭化珪素単結晶を成長さ
せるための主面とする種結晶であって、外形が略円形ま
たは多角形であり、側面が上記主面と垂直な面に対して
傾斜しているとともに、少なくとも上記主面および上記
傾斜する側面に、物理的エッチングおよび化学的エッチ
ングの一方または両方の処理を施してなることを特徴と
する種結晶。
【請求項２】少なくとも上記主面および上記傾斜する
側面に上記物理的エッチングを施し、上記物理的エッチ
ングを施した表面に熱酸化膜を形成して該熱酸化膜を上
記化学的エッチングによって除去してなる請求項１記載
の種結晶。
【請求項３】上記物理的エッチングが反応性イオンエ
ッチングであり、上記化学的エッチングがウェットエッ
チングである請求項２記載の種結晶。
【請求項４】少なくとも上記主面および上記傾斜する
側面に上記化学的エッチングとして熱エッチングを施し
てなる請求項１記載の種結晶。
【請求項５】上記上下表面が略平行であり、上記上下
表面のうち大径側の表面と上記側面とのなす角度が８０
度以下である請求項１ないし４のいずれか記載の種結
晶。
【請求項６】上記大径側の表面と上記側面とのなす角
度が３０度〜８０度である請求項５記載の種結晶。
【請求項７】外形が多角形であり、上記側面が炭化珪
素単結晶の障壁面である請求項１ないし６のいずれか記
載の種結晶。
【請求項８】上記主面が（０００１）面または（００
０−１）面であり、上記障壁面が型面｛１−１０ｎ｝ま
たは｛１１−２ｎ｝である請求項７記載の種結晶。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれか記載の種結
晶を使用し、上記種結晶に炭化珪素原料を供給すること
により、上記主面側に炭化珪素単結晶を成長させること
を特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項１０】請求項２または３記載の種結晶を使用
し、上記主面を上記種結晶の小径側の表面として、上記
小径側の表面および上記傾斜する側面に同時に上記エッ
チング処理を施し、その後、炭化珪素原料を供給するこ
とにより、上記小径側の表面および上記傾斜する側面上
に炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪
素単結晶の製造方法。
【請求項１１】請求項４記載の種結晶を使用し、上記
主面を上記種結晶の大径側の表面として上記熱エッチン
グを施し、引き続いて炭化珪素原料を供給することによ
り、上記大径側の表面上に炭化珪素単結晶を成長させる
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項１２】請求項９ないし１１のいずれか記載の
炭化珪素単結晶の製造方法により製造された炭化珪素単
結晶体。
【請求項１３】請求項１ないし８のいずれか記載の種
結晶を炭化珪素の原料粉末を充填したるつぼ内に配置
し、上記原料粉末の昇華ガスを上記種結晶上で再結晶さ
せて炭化珪素単結晶を成長させる単結晶製造装置であっ
て、上記るつぼ内を上下に区画する仕切壁を設けて、該
仕切壁に形成した開口内に上記種結晶を配設するととも
に、上記開口を、上記種結晶と相似形で上記種結晶より
わずかに大きく形成し、上記原料粉末を上記仕切壁より
下側に配置したことを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項１４】上記開口の内壁面を上記種結晶の上記
傾斜する側面と平行な傾斜面とした請求項１３記載の単
結晶製造装置。
【請求項１５】上記種結晶を、上記主面が上記仕切壁
の下面より下方に位置するように配置した請求項１３ま
たは１４記載の単結晶製造装置。
【請求項１６】上記るつぼの上部内壁面に設けた台座
に上記種結晶を固定するとともに、上記上部内壁面に設
けた貫通孔と該貫通孔を開閉する弁部材からなる圧力調
整弁を設け、上記弁部材が、上記貫通孔内に上下動自在
に挿通配置される柱状部と上記貫通孔を上方より覆って
これを閉鎖する大径の上端部を有し、上記るつぼ内外の
圧力差に応じて上記弁部材が上下動することにより、上
記貫通孔を開閉する請求項１３ないし１５のいずれか記
載の単結晶製造装置。