JP2002012500A - Method of and device for producing silicon carbide single crystal, and silicon carbide single crystal - Google Patents

Method of and device for producing silicon carbide single crystal, and silicon carbide single crystal

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JP2002012500A
JP2002012500A JP2000186649A JP2000186649A JP2002012500A JP 2002012500 A JP2002012500 A JP 2002012500A JP 2000186649 A JP2000186649 A JP 2000186649A JP 2000186649 A JP2000186649 A JP 2000186649A JP 2002012500 A JP2002012500 A JP 2002012500A
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JP
Japan
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single crystal
silicon carbide
crucible
substrate
carbide single
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Application number
JP2000186649A
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Japanese (ja)
Inventor
Masashi Shigeto
雅司 繁戸
Nobuyuki Nagato
伸幸 永戸
Kotaro Yano
幸太郎 矢野
Yasuyuki Sakaguchi
泰之 坂口
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Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems that during the growth of a silicon carbide single crystal, many crystal defects known as micropipes occur near the boundary between the single crystal and polycrystal, a strain occurs in the single crystal and further, a penetration hole-like micropipe parallel to the growth direction of silicon carbide single crystal occurs in the crystal by the deposition of polycrystal around the single crystal. SOLUTION: A seed crystal is held on a substrate disposed so as to set a space between it and the inner wall of a crucible in the low temperature portion inside the crucible.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ハードエレクトロ
ニクスに用いる炭化珪素(SiC)単結晶の製造方法、
製造装置およびそれらを用いて製造された炭化珪素単結
晶に関し、特に結晶欠陥の少ない高品質の炭化珪素単結
晶を成長するための製造方法および製造装置に関する。
The present invention relates to a method for producing a silicon carbide (SiC) single crystal used for hard electronics,
The present invention relates to a manufacturing apparatus and a silicon carbide single crystal manufactured using the same, and more particularly to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for growing a high-quality silicon carbide single crystal with few crystal defects.

【0002】[0002]

【従来の技術】ハードエレクトロニクスとは、シリコン
(Si)を超える物性値を持つ炭化珪素やダイヤモンド
などのワイドバンドギャップ半導体の総称である。この
うち炭化珪素は、耐熱性や熱伝導性あるいは機械的強度
が高く、さらに絶縁破壊電界やキャリア飽和ドリフト速
度がシリコンより優れているため、パワーデバイスで代
表されるエネルギーエレクトロニクスや高周波領域の通
信を中心とした情報エレクトロニクス等の分野での利用
を目指した需要が高まっている。
2. Description of the Related Art Hard electronics is a general term for wide band gap semiconductors such as silicon carbide and diamond having physical properties exceeding silicon (Si). Among them, silicon carbide has high heat resistance, thermal conductivity or mechanical strength, and is superior to silicon in dielectric breakdown electric field and carrier saturation drift speed. Demand for use in fields such as information electronics, etc. is increasing.

【0003】従来、炭化珪素単結晶はその多くが昇華法
で製造されていた。従来の昇華法による炭化珪素単結晶
の製造に一般に用いられる装置を図6に示す。図6にお
いて、1はルツボ、2は炭化珪素粉末、5は種結晶、1
2はルツボの蓋である。従来の昇華法による炭化珪素単
結晶の製造は、原料となる炭化珪素粉末2を円筒形の黒
鉛製のルツボ1の下方に入れ、上方のルツボの蓋12に
平板状の炭化珪素単結晶からなる種結晶5を配置し、ア
ルゴン等の不活性ガスからなる減圧または常圧の雰囲気
中で、高周波誘導加熱もしくは抵抗加熱等の加熱手段に
よりルツボ1を1800℃から2500℃に加熱して行
われる。この際、原料の昇華と種結晶上への堆積を効率
よく行わせるために、原料の炭化珪素粉末2の温度より
種結晶5の温度が低くなるようルツボ1の加熱条件を設
定する。上記のようにして、ルツボ1の下方の高温部で
原料の炭化珪素粉末2を昇華させ、上方の低温部にある
ルツボの蓋12に保持した種結晶5の表面上にその原料
蒸気を堆積させることにより、炭化珪素単結晶が成長す
る。
Conventionally, most silicon carbide single crystals have been manufactured by a sublimation method. FIG. 6 shows an apparatus generally used for producing a silicon carbide single crystal by a conventional sublimation method. In FIG. 6, 1 is a crucible, 2 is a silicon carbide powder, 5 is a seed crystal, 1
2 is a crucible lid. In the production of a silicon carbide single crystal by a conventional sublimation method, a silicon carbide powder 2 as a raw material is placed below a cylindrical graphite crucible 1, and a flat silicon carbide single crystal is formed on an upper crucible lid 12. The seed crystal 5 is arranged, and the crucible 1 is heated from 1800 ° C. to 2500 ° C. in a reduced pressure or normal pressure atmosphere made of an inert gas such as argon by a heating means such as high-frequency induction heating or resistance heating. At this time, the heating condition of the crucible 1 is set such that the temperature of the seed crystal 5 is lower than the temperature of the silicon carbide powder 2 as a raw material in order to efficiently perform sublimation of the raw material and deposition on the seed crystal. As described above, silicon carbide powder 2 as a raw material is sublimated in the high temperature section below crucible 1, and the raw material vapor is deposited on the surface of seed crystal 5 held in crucible lid 12 in the upper low temperature section. Thereby, a silicon carbide single crystal grows.

【0004】しかし、上記の方法で炭化珪素単結晶を成
長させる場合、該単結晶の周囲に炭化珪素の多結晶が析
出し、単結晶の成長の妨害となることが多かった。すな
わち、単結晶の成長時に単結晶の周囲に多結晶が析出す
ると、単結晶内の多結晶との境界付近にマイクロパイプ
と呼ばれる結晶欠陥が多数発生したり、単結晶に歪みが
入るという不都合が生じた。また、上記の昇華法で成長
した炭化珪素単結晶には、結晶成長方向に平行な貫通穴
状のマイクロパイプが生成しやすく、デバイス作製時の
回路欠陥の原因となるという問題点があった。
However, when a silicon carbide single crystal is grown by the above-described method, a polycrystal of silicon carbide precipitates around the single crystal, which often hinders the growth of the single crystal. That is, when a polycrystal is deposited around the single crystal during the growth of the single crystal, there are disadvantages such as generation of many crystal defects called micropipes near the boundary with the polycrystal in the single crystal, or distortion of the single crystal. occured. In addition, the silicon carbide single crystal grown by the above-described sublimation method has a problem that a micropipe having a through-hole parallel to the crystal growth direction is easily generated, which causes a circuit defect at the time of device fabrication.

【0005】また従来の方法では、種結晶を保持したル
ツボの蓋の径方向の温度分布により、成長した単結晶の
面内で結晶に歪みを生じるという問題があった。一般に
大型の炭化珪素単結晶を欠陥の少ない状態で成長させる
ためには、比較的品質の良好なアチソン単結晶や、レー
リー法で得られたサイズの小さい単結晶を拡大し長尺化
していく必要がある。この場合単結晶の径を拡大するた
めには、径方向に温度分布がある方が望ましい。しかし
従来の方法では、単結晶の径を拡大する際のルツボの蓋
の径方向の温度分布のため、拡大した部分の結晶の品質
が劣化するという問題があった。そのため品質のよい大
型の単結晶を得るために、単結晶の径を拡大する際に結
晶の品質を劣化させない方法が望まれていた。
Further, the conventional method has a problem that the crystal is distorted in the plane of the grown single crystal due to the temperature distribution in the radial direction of the crucible lid holding the seed crystal. Generally, in order to grow a large silicon carbide single crystal with few defects, it is necessary to enlarge and lengthen a relatively good quality Acheson single crystal or a small single crystal obtained by the Rayleigh method. There is. In this case, in order to enlarge the diameter of the single crystal, it is desirable that there be a temperature distribution in the radial direction. However, the conventional method has a problem in that the quality of the crystal in the enlarged portion is deteriorated due to the temperature distribution in the radial direction of the crucible lid when the diameter of the single crystal is enlarged. Therefore, in order to obtain a large single crystal of good quality, there has been a demand for a method that does not degrade the quality of the crystal when the diameter of the single crystal is enlarged.

【0006】上記の問題点を解決し、炭化珪素単結晶の
品質を向上させ、あるいは径の拡大を効率的に行わせる
ことを目的として、従来より種々の炭化珪素単結晶の製
造方法が提案されていた。例えば、特開平2−3069
9号公報に記載の発明では、種結晶の径より若干小さい
仕切板を種結晶から数mm離して設置して単結晶を成長
させることにより、多結晶の混合成長を少なくしてい
る。特開平5−32496号公報に記載の発明では、
(000−1)面の結晶を種結晶に用い、前記とは逆に
種結晶の径の1〜3倍の開口部を持つ仕切板を取り付け
て多結晶の混合成長を避け、結晶径の拡大を目指してい
る。また、特開平8−295595号公報では、原料か
らの熱輻射を遮蔽し、かつ単結晶が十分成長できる空間
を持たせるよう種結晶の周囲を取り囲む遮蔽材を設置
し、単結晶を効率よく成長させる方法を開示している。
さらにこの方法の改良型として、特開2000−443
83号公報では、遮蔽材の形をコーン状に改良し、結晶
の径方向の成長を阻害しない方法を開示している。ま
た、特開平9−221389号公報に記載の発明では、
マイクロパイプ欠陥を防止するため、昇華した原料蒸気
を種結晶の表面に略平行に流すように種結晶の設置方向
を変え、かつ昇華した原料蒸気が黒鉛ルツボ内で流れを
形成するように黒鉛ルツボ上部に排気口、あるいは原料
蒸気を再結晶させるための空間を設置している方法が提
唱されている。この方法では径拡大を有効に行わせるた
め、径方向の温度差を付けて成長させている。さらに、
結晶成長の効率化を目的として、特公平7−88274
号公報や特開平8−325099号公報に記載の発明で
は、昇華した原料蒸気を種結晶に集中させるためのコー
ン型のガイドを設置し、さらに原料と単結晶成長面の距
離を一定に保つための単結晶引き上げ機構を設けてい
る。
For the purpose of solving the above problems and improving the quality of the silicon carbide single crystal or efficiently increasing the diameter, various methods of producing a silicon carbide single crystal have been proposed. I was For example, JP-A-2-3069
In the invention described in Japanese Patent Publication No. 9, the mixed growth of polycrystals is reduced by placing a partition plate slightly smaller than the diameter of the seed crystal at a distance of several mm from the seed crystal and growing the single crystal. In the invention described in JP-A-5-32496,
The crystal of the (000-1) plane is used as a seed crystal, and a partition plate having an opening of 1 to 3 times the diameter of the seed crystal is attached to avoid the mixed growth of the polycrystal, and the crystal diameter is enlarged. The aims. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-295595, a shielding material surrounding a seed crystal is provided so as to shield thermal radiation from a raw material and to provide a space where a single crystal can be sufficiently grown, thereby efficiently growing a single crystal. It discloses a method for causing this to occur.
Further, as an improved type of this method, JP-A-2000-443 is disclosed.
No. 83 discloses a method in which the shape of a shielding material is improved to a cone shape so as not to hinder the radial growth of crystals. In the invention described in JP-A-9-221389,
In order to prevent micropipe defects, the orientation of the seed crystal is changed so that the sublimated raw material vapor flows substantially parallel to the surface of the seed crystal, and the graphite crucible is formed so that the sublimated raw material vapor flows in the graphite crucible. A method has been proposed in which an exhaust port or a space for recrystallizing raw material vapor is provided at the top. In this method, growth is performed with a temperature difference in the radial direction in order to effectively increase the diameter. further,
To improve the efficiency of crystal growth, Japanese Patent Publication No. 7-88274
In the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-325099, a cone-shaped guide for concentrating the sublimated raw material vapor on the seed crystal is provided, and further, the distance between the raw material and the single crystal growth surface is kept constant. Is provided.

【0007】しかし、これらの方法は前述の問題につい
て個別に改善を試みているが、前述の問題を完全には解
決できていない。特開平2−30699号公報や特開平
5−32496号公報に記載の方法は、成長の途中で単
結晶が遮蔽板と接触する問題や多結晶成長を完全に防止
することができない問題がある。特開平8−29559
5号公報や特開2000−44383号公報に記載の方
法は、単結晶の径を効率的に拡大したり多結晶の成長を
防止する効果は高いが、種結晶を保持する基板の径方向
に温度差を設け結晶の径の拡大を行っているため、拡大
した単結晶に歪みが入りやすい。また特開平9−221
389号公報に記載の方法は、マイクロパイプ欠陥の防
止には有効と考えられるが、単結晶の径方向の温度分布
は避けられず、成長した結晶の形状はいびつであり、単
結晶径の拡大、長尺化には難点が多い。特公平7−88
274号公報や特開平8−325099号公報に記載の
方法では、単結晶を効率良く製造するために昇華した原
料蒸気の制御、結晶位置の制御を行っているが、多結晶
が基板に付着し単結晶周囲に成長してくる場合がある。
また、成長方向の温度分布については5〜20℃/cm
と規定しているが、この方法ではルツボ構造が複雑なた
め、基板の径方向の温度分布を制御するのが難しく面内
での結晶均一性に問題がある。
However, these methods individually attempt to improve the above-mentioned problems, but cannot completely solve the above-mentioned problems. The methods described in JP-A-2-30699 and JP-A-5-32496 have a problem that a single crystal comes in contact with a shielding plate during growth and a problem that polycrystal growth cannot be completely prevented. JP-A-8-29559
No. 5 and JP-A-2000-44383 have a high effect of efficiently expanding the diameter of a single crystal or preventing the growth of a polycrystal, but have a large effect in the radial direction of a substrate holding a seed crystal. Since the diameter of the crystal is enlarged by providing a temperature difference, the enlarged single crystal is likely to be distorted. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-221
Although the method described in Japanese Patent No. 389 is considered to be effective in preventing micropipe defects, the temperature distribution in the radial direction of the single crystal is inevitable, and the shape of the grown crystal is irregular, and the diameter of the single crystal is increased. However, there are many difficulties in lengthening. Tokuhei 7-88
In the methods described in Japanese Patent No. 274 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-325099, control of the sublimated raw material vapor and control of the crystal position are performed in order to efficiently produce a single crystal. It may grow around the single crystal.
The temperature distribution in the growth direction is 5 to 20 ° C./cm.
However, in this method, it is difficult to control the temperature distribution in the radial direction of the substrate due to the complicated crucible structure, and there is a problem in in-plane crystal uniformity.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、単結晶の成
長時に単結晶の周辺に多結晶が析出することにより、単
結晶内の多結晶との境界付近にマイクロパイプと呼ばれ
る結晶欠陥が多数発生したり、単結晶に歪みが入るとい
う問題点を解決することを目的とする。また本発明は、
炭化珪素単結晶の成長方向に平行な貫通穴状のマイクロ
パイプが単結晶内に生成するという問題点を解決するこ
とを目的とする。さらに本発明は、種結晶を保持したル
ツボの蓋の径方向の温度分布により、成長した単結晶の
面内で結晶に歪みを生じ、単結晶の径を拡大する際に拡
大した部分の結晶の品質が劣化すると言う問題点を解決
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a large number of crystal defects called micropipes are formed near the boundary between the single crystal and the polycrystal in the single crystal by growing the polycrystal around the single crystal. It is an object of the present invention to solve the problems of generation and distortion of a single crystal. The present invention also provides
An object of the present invention is to solve the problem that a micropipe having a through hole parallel to the growth direction of a silicon carbide single crystal is formed in the single crystal. Further, according to the present invention, due to the temperature distribution in the radial direction of the crucible lid holding the seed crystal, the crystal is distorted in the plane of the grown single crystal, and when the diameter of the single crystal is enlarged, The purpose is to solve the problem of quality deterioration.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、 (1)ルツボ内に高温部と低温部とを設け、高温部で炭
化珪素(SiC)の原料蒸気を生成し、低温部で該原料
蒸気を種結晶の表面上に堆積させて炭化珪素単結晶を成
長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、前記種結
晶を、ルツボ内の低温部にルツボの内壁との間に空間を
設けるようにして設置された基板上に保持し、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。 (2)前記基板が平板状であり、該基板の側面とルツボ
の内壁との間に隙間が設けられ、基板とルツボの内壁に
より区切られた前記空間は、原料蒸気が流通可能となっ
ていることを特徴とする(1)に記載の炭化珪素単結晶
の製造方法。 (3)前記種結晶の表面が前記ルツボの高温部から供給
される原料蒸気に対向するように、種結晶が前記基板の
一方の表面上に保持され、該基板の他方の表面とルツボ
の内壁との間に前記空間が設けられていることを特徴と
する(2)に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 (4)前記基板の側面とルツボの内壁との間の隙間の大
きさが、ルツボの内径の2〜40%であることを特徴と
する(2)または(3)に記載の炭化珪素単結晶の製造
方法。 (5)前記基板の側面とルツボの内壁との間の隙間の大
きさが、1〜10mmであることを特徴とする(4)に
記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 (6)前記空間を囲むルツボの内壁の温度を、基板の温
度と等しいかあるいは低くすることを特徴とする(2)
ないし(5)に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 (7)前記基板の側面と向かい合うルツボの内壁の形状
が、ルツボの高温部側に向かって広くなるコーン型の構
造であることを特徴とする(2)ないし(6)に記載の
炭化珪素単結晶の製造方法。 (8)前記コーン型の構造の広がり角度が30°以下で
あることを特徴とする(7)に記載の炭化珪素単結晶の
製造方法。 (9)前記炭化珪素の原料蒸気を、炭化珪素を昇華させ
て生成することを特徴とする(1)ないし(8)に記載
の炭化珪素単結晶の製造方法。 (10)前記炭化珪素の原料蒸気を炭素と珪素の反応に
より生成することを特徴とする(1)ないし(8)に記
載の炭化珪素単結晶の製造方法。 (11)炭化珪素単結晶を成長させる雰囲気が不活性ガ
ス雰囲気であることを特徴とする(1)ないし(10)
に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 (12)前記雰囲気の圧力が13〜93000Paであ
ることを特徴とする(11)に記載の炭化珪素単結晶の
製造方法。である。
The present invention provides: (1) a high-temperature part and a low-temperature part provided in a crucible; a raw material vapor of silicon carbide (SiC) is generated in the high-temperature part; Is deposited on the surface of the seed crystal to grow a silicon carbide single crystal, the seed crystal, the space between the crucible and the inner wall of the crucible at a low temperature portion in the crucible A method for producing a silicon carbide single crystal, comprising: holding a silicon carbide single crystal on an installed substrate. (2) The substrate is a flat plate, a gap is provided between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible, and the space separated by the substrate and the inner wall of the crucible allows the flow of raw material vapor. The method for producing a silicon carbide single crystal according to (1), wherein (3) The seed crystal is held on one surface of the substrate so that the surface of the seed crystal faces the raw material vapor supplied from the high temperature portion of the crucible, and the other surface of the substrate and the inner wall of the crucible are provided. Wherein the space is provided between the silicon carbide single crystal and the silicon carbide single crystal. (4) The silicon carbide single crystal according to (2) or (3), wherein the size of the gap between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible is 2 to 40% of the inner diameter of the crucible. Manufacturing method. (5) The method for producing a silicon carbide single crystal according to (4), wherein the size of the gap between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible is 1 to 10 mm. (6) The temperature of the inner wall of the crucible surrounding the space is equal to or lower than the temperature of the substrate.
Or a method for producing a silicon carbide single crystal according to (5). (7) The single piece of silicon carbide according to (2) to (6), wherein the shape of the inner wall of the crucible facing the side surface of the substrate is a cone-shaped structure that widens toward the high-temperature portion side of the crucible. Method for producing crystals. (8) The method for producing a silicon carbide single crystal according to (7), wherein a spread angle of the cone-shaped structure is 30 ° or less. (9) The method for producing a silicon carbide single crystal according to any one of (1) to (8), wherein the silicon carbide raw material vapor is generated by sublimating silicon carbide. (10) The method for producing a silicon carbide single crystal according to any one of (1) to (8), wherein the raw material vapor of the silicon carbide is generated by a reaction between carbon and silicon. (11) The atmosphere for growing a silicon carbide single crystal is an inert gas atmosphere (1) to (10).
3. The method for producing a silicon carbide single crystal according to item 1. (12) The method for producing a silicon carbide single crystal according to (11), wherein the pressure of the atmosphere is 13 to 93000 Pa. It is.

【0010】また本発明は、 (13) マイクロパイプ密度が15個/cm2以下であ
ることを特徴とする(1)ないし(12)記載の炭化珪
素単結晶の製造方法により得られた炭化珪素単結晶。 (14)(13)に記載の炭化珪素単結晶を用いて製造
したエレクトロニクス用デバイス。である。
The present invention also provides: (13) a silicon carbide obtained by the method for producing a silicon carbide single crystal according to any one of (1) to (12), wherein the micropipe density is 15 / cm 2 or less. Single crystal. (14) An electronic device manufactured using the silicon carbide single crystal according to (13). It is.

【0011】また本発明は、(15)ルツボ内に、炭化
珪素の原料蒸気を生成する高温部と、該原料蒸気を種結
晶の表面上に堆積させて炭化珪素単結晶を成長させる低
温部とが設けられてなる炭化珪素単結晶の製造装置にお
いて、ルツボ内の低温部に、前記種結晶を保持する基板
が、ルツボの内壁との間に空間を設けるようにして設置
されていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装
置。 (16)前記基板が平板状であり、該基板の側面とルツ
ボの内壁との間に隙間が設けられ、前記空間が、基板と
ルツボの内壁により、原料蒸気が流通可能に区切られて
いることを特徴とする(15)に記載の炭化珪素単結晶
の製造装置。 (17)前記種結晶の表面が前記ルツボの高温部から供
給される原料蒸気に対向するように、種結晶が前記基板
の一方の表面上に保持され、該基板の他方の表面とルツ
ボの内壁との間に前記空間が設けられていることを特徴
とする(16)に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 (18)前記基板の側面とルツボの内壁との間の隙間の
大きさが、ルツボの内径の2〜40%であることを特徴
とする(16)または(17)に記載の炭化珪素単結晶
の製造装置。 (19) 前記基板の側面とルツボの内壁との間の隙間
の大きさが、1〜10mmであることを特徴とする(1
8)に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 (20)前記空間を囲むルツボの内壁の温度を、基板の
原料蒸気に対向する側の温度と等しいかあるいは低くす
ることを特徴とする(16)ないし(19)に記載の炭
化珪素単結晶の製造装置。 (21)前記基板の側面と向かい合うルツボの内壁の形
状が、ルツボの高温部側に向かって広くなるコーン型の
構造であることを特徴とする(16)ないし(20)に
記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 (22)前記コーン型の構造の広がり角度が30°以下
であることを特徴とする(21)に記載の炭化珪素単結
晶の製造装置。 (23)前記基板を回転させる機構および/または前記
基板とルツボの高温部との距離を調整する機構を有する
ことを特徴とする(15)ないし(22)に記載の炭化
珪素単結晶の製造装置。 である。
The present invention also provides (15) a high-temperature portion for producing a silicon carbide source vapor in a crucible, and a low-temperature portion for depositing the source vapor on the surface of a seed crystal to grow a silicon carbide single crystal. In the apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal provided with, a substrate holding the seed crystal is installed in a low temperature part in the crucible so as to provide a space between the substrate and the inner wall of the crucible. For producing silicon carbide single crystal. (16) The substrate is a flat plate, a gap is provided between a side surface of the substrate and an inner wall of the crucible, and the space is separated by the substrate and the inner wall of the crucible so that the raw material vapor can flow therethrough. (15) The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to (15). (17) The seed crystal is held on one surface of the substrate such that the surface of the seed crystal faces the raw material vapor supplied from the high-temperature portion of the crucible, and the other surface of the substrate and the inner wall of the crucible are provided. The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to (16), wherein the space is provided between the silicon carbide single crystal and the silicon carbide single crystal. (18) The silicon carbide single crystal according to (16) or (17), wherein the size of the gap between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible is 2 to 40% of the inner diameter of the crucible. Manufacturing equipment. (19) The size of the gap between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible is 1 to 10 mm.
An apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to 8). (20) The silicon carbide single crystal according to (16) to (19), wherein the temperature of the inner wall of the crucible surrounding the space is equal to or lower than the temperature of the substrate facing the raw material vapor. manufacturing device. (21) The silicon carbide single piece according to (16) to (20), wherein the shape of the inner wall of the crucible facing the side surface of the substrate is a cone-shaped structure that widens toward the high-temperature portion side of the crucible. Crystal manufacturing equipment. (22) The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to (21), wherein a spread angle of the cone-shaped structure is 30 ° or less. (23) The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to any one of (15) to (22), further comprising a mechanism for rotating the substrate and / or a mechanism for adjusting a distance between the substrate and a high-temperature portion of a crucible. . It is.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明者らは、まず炭化珪素単結
晶の成長方向に平行な貫通穴状のマイクロパイプが生成
するという問題について検討した。本発明者らは、種結
晶の裏面から炭化珪素が昇華を起こし、最終的に単結晶
の成長方向に平行な貫通穴状のマイクロパイプが発生す
るのは、従来の方法において種結晶を保持していたルツ
ボの蓋について種結晶の結晶成長面から種結晶の裏面に
向かう方向(単結晶の成長方向)の温度勾配が大きすぎ
ることが、原因の一つとなっていると考えた。そこでこ
のマイクロパイプを防止するため、種結晶を保持するル
ツボの蓋の温度勾配を小さくする方法について検討を行
った。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors first studied the problem of formation of a micropipe having a through hole parallel to the growth direction of a silicon carbide single crystal. The present inventors have found that silicon carbide undergoes sublimation from the back surface of the seed crystal, and eventually a through-hole-shaped micropipe parallel to the growth direction of the single crystal is generated by holding the seed crystal in the conventional method. It was considered that one of the causes was that the temperature gradient in the direction from the crystal growth surface of the seed crystal to the back surface of the seed crystal (growing direction of the single crystal) was too large for the crucible lid. Therefore, in order to prevent this micropipe, a method for reducing the temperature gradient of the crucible lid holding the seed crystal was studied.

【0013】また同時に本発明者らは、種結晶を保持す
るルツボの蓋の径方向の温度分布を小さくすることによ
り、成長した単結晶の面内の歪みを小さくすることが可
能となると考えたため、ルツボの蓋の径方向の温度分布
を小さくする方法についても検討を行った。
At the same time, the present inventors considered that by reducing the radial temperature distribution of the crucible lid holding the seed crystal, it was possible to reduce the in-plane distortion of the grown single crystal. Also, a method of reducing the temperature distribution in the radial direction of the crucible lid was studied.

【0014】その結果本発明者らは、従来のようにルツ
ボの蓋に種結晶を保持するのではなく、図1に示したよ
うに種結晶5を保持するための基板4をルツボ1内に設
置し、その基板4について単結晶の成長方向の温度勾配
および径方向の温度分布が小さくあるいはほとんどない
ようにするとよいことを見い出した。すなわち本発明に
よれば、種結晶5を従来の方法のようにルツボの蓋に直
接保持するのではなく、図1に示したように種結晶5を
保持するための基板4をルツボ1内にルツボの内壁との
間に空間8を設けるようにして設置し、該基板4に種結
晶5を保持するのである。なお、図1で1はルツボ、2
は炭化珪素単結晶の原料となる炭化珪素粉末、3は基板
を支持するための円柱、4は種結晶を保持する基板、5
は炭化珪素の種結晶、6は加熱用ルツボ、7は基板とル
ツボとの隙間、8は空間である。
As a result, instead of holding the seed crystal in the crucible lid as in the prior art, the present inventors put a substrate 4 for holding the seed crystal 5 in the crucible 1 as shown in FIG. It has been found that it is preferable to set the substrate 4 so that the temperature gradient in the growth direction of the single crystal and the temperature distribution in the radial direction are small or almost nonexistent. That is, according to the present invention, the seed crystal 5 is not directly held on the crucible lid as in the conventional method, but the substrate 4 for holding the seed crystal 5 is placed in the crucible 1 as shown in FIG. The space 8 is provided between the inner wall of the crucible and the seed crystal 5 is held on the substrate 4. 1 is a crucible, 2
Is a silicon carbide powder as a raw material of a silicon carbide single crystal, 3 is a column for supporting a substrate, 4 is a substrate holding a seed crystal, 5
Is a silicon carbide seed crystal, 6 is a heating crucible, 7 is a gap between the substrate and the crucible, and 8 is a space.

【0015】従来の方法で種結晶を保持していたルツボ
の蓋は、外側が外部と接していたため、外部への放熱に
より単結晶の成長方向の温度勾配が大きくなっていた。
しかし本発明によれば、図1に示したように種結晶5を
保持する基板4は、ルツボ内にルツボの内壁との間に空
間8を設けるようにして設置されるため、伝熱による外
部への放熱を小さくすることが出来ること、およびルツ
ボ内面からの熱輻射を受けることにより、単結晶の成長
方向の温度勾配が小さくあるいはほとんどない状態を達
成でき、また同様の理由により、径方向の温度分布も小
さくなると考えられる。
Since the outside of the crucible lid holding the seed crystal by the conventional method is in contact with the outside, the temperature gradient in the growth direction of the single crystal is increased due to heat radiation to the outside.
However, according to the present invention, as shown in FIG. 1, the substrate 4 holding the seed crystal 5 is installed in the crucible so as to provide the space 8 between the inner wall of the crucible and the outside. Heat radiation from the inner surface of the crucible can achieve a state in which the temperature gradient in the growth direction of the single crystal is small or almost nonexistent. It is considered that the temperature distribution also becomes smaller.

【0016】基板4をルツボ内にルツボの内壁との間に
空間8を設けるようにして設置する方法として、図1に
示したようにルツボの蓋から円柱3で吊り下げる方法の
他に、図2および図3に示したように基板4の側面から
3カ所以上で細い棒11を出してルツボ1に固定する等
の方法を取ることができる。ここで、図2に示す基板4
の構造を示したのが図3である。なお本発明の実施のた
めには、ルツボ1や基板4あるいは基板を支持するため
の円柱3や棒11などの材料には、材料自体の耐熱性や
製品である炭化珪素単結晶の純度への影響の点から、黒
鉛を用いるのが望ましい。
As a method for installing the substrate 4 so as to provide a space 8 between the inner wall of the crucible and the inside of the crucible, in addition to the method of suspending the substrate 4 from the crucible lid as shown in FIG. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, a method of taking out a thin rod 11 at three or more places from the side surface of the substrate 4 and fixing it to the crucible 1 can be adopted. Here, the substrate 4 shown in FIG.
FIG. 3 shows the structure of FIG. In order to carry out the present invention, materials such as the crucible 1, the substrate 4, and the columns 3 and the rods 11 for supporting the substrate are required to have the heat resistance of the material itself and the purity of the silicon carbide single crystal as a product. From the point of influence, it is desirable to use graphite.

【0017】また、図1に示すように基板4を円柱3で
吊り下げる場合、基板4を回転させる機構や基板4とル
ツボの高温部との距離を調整する機構を同時に設けるこ
ともできる。この場合、基板4を回転させるためのモー
ターや基板4の位置を調整するための駆動装置等はルツ
ボ1の外部に設置し、モーターや駆動装置等からのシャ
フトと円柱3とを連結させて、基板を操作すればよい。
基板4を回転させながら炭化珪素単結晶を成長させる
と、結晶性が面内で均一な単結晶を成長することができ
る。また、基板4とルツボの高温部との距離を調整しな
がら炭化珪素単結晶を成長させ、成長中の炭化珪素単結
晶の表面の温度が一定になるようにすると、成長温度の
揺らぎを防ぎ安定した結晶成長を行うことができる。
When the substrate 4 is hung by the column 3 as shown in FIG. 1, a mechanism for rotating the substrate 4 and a mechanism for adjusting the distance between the substrate 4 and the high temperature portion of the crucible can be provided at the same time. In this case, a motor for rotating the substrate 4 and a driving device for adjusting the position of the substrate 4 are installed outside the crucible 1, and a shaft from the motor and the driving device are connected to the column 3. The substrate may be operated.
When the silicon carbide single crystal is grown while rotating the substrate 4, a single crystal having in-plane uniform crystallinity can be grown. In addition, when the silicon carbide single crystal is grown while adjusting the distance between the substrate 4 and the high temperature part of the crucible, and the temperature of the surface of the growing silicon carbide single crystal is kept constant, fluctuation of the growth temperature is prevented and stable. Crystal growth can be performed.

【0018】また本発明者らは、図1または図2に示す
ように、基板4が平板状であり、基板4の側面とルツボ
1の内壁との間に隙間7を設け、空間8が、基板4とル
ツボの内壁により、原料蒸気が流通可能に区切られてい
ると、単結晶の成長方向の温度勾配および径方向の温度
分布を小さくすると同時に、種結晶5の周囲に多結晶が
成長するのを抑制できることを見出した。この場合、種
結晶5の表面が前記ルツボの高温部に置かれた炭化珪素
粉末2から供給される原料蒸気に対向するように前記種
結晶が前記基板4の一方の表面上に保持され、該基板4
の他方の表面とルツボの内壁との間に空間8が設けられ
ているようにすると、原料蒸気が種結晶上へ効率良く堆
積するため、単結晶の成長速度を大きくすることができ
好ましい。
As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the present inventors provide that the substrate 4 has a flat plate shape, a gap 7 is provided between the side surface of the substrate 4 and the inner wall of the crucible 1, and the space 8 When the raw material vapor is separated by the substrate 4 and the inner wall of the crucible so as to be able to flow, the temperature gradient in the growth direction of the single crystal and the temperature distribution in the radial direction are reduced, and at the same time, the polycrystal grows around the seed crystal 5. Was found to be possible. In this case, the seed crystal is held on one surface of the substrate 4 such that the surface of the seed crystal 5 faces the raw material vapor supplied from the silicon carbide powder 2 placed in the high temperature part of the crucible. Substrate 4
If the space 8 is provided between the other surface of the crucible and the inner wall of the crucible, the raw material vapor is efficiently deposited on the seed crystal, so that the growth rate of the single crystal can be increased, which is preferable.

【0019】上記の発明では、図1または図2に示すよ
うに基板4の周囲に隙間7と空間8を設けることによ
り、原料側から基板5の裏側の空間8に向けた原料蒸気
の流れを作り、単結晶の成長に寄与しなかった過剰の原
料蒸気を空間8に凝縮させることが出来るようになる。
その結果、種結晶5の周囲に多結晶が成長するのを抑制
することができる。この場合、空間8を囲むルツボの内
壁の温度を、基板4の原料蒸気に対向する側の温度と等
しいかあるいは低くすると、単結晶の成長に寄与しなか
った原料蒸気を空間8に効率良く析出させることができ
るため、種結晶の周囲に多結晶が成長するのを抑制する
のに一層都合がよい。また、種結晶5の大きさは基板4
の大きさより小さくともよいが、種結晶5と基板4の大
きさをほぼ等しくし、基板の片方の表面全体を覆うよう
に基板4上に種結晶5を保持するのがより好ましい。
In the above invention, as shown in FIG. 1 or FIG. 2, by providing the gap 7 and the space 8 around the substrate 4, the flow of the raw material vapor from the raw material side to the space 8 on the back side of the substrate 5 is controlled. As a result, excess raw material vapor that has not contributed to the growth of the single crystal can be condensed in the space 8.
As a result, the growth of polycrystal around the seed crystal 5 can be suppressed. In this case, if the temperature of the inner wall of the crucible surrounding the space 8 is equal to or lower than the temperature of the substrate 4 on the side facing the material vapor, the material vapor that has not contributed to the growth of the single crystal is efficiently deposited in the space 8. Therefore, it is more convenient to suppress the growth of the polycrystal around the seed crystal. The size of the seed crystal 5 is
It is more preferable that the size of the seed crystal 5 and the substrate 4 be substantially equal, and the seed crystal 5 be held on the substrate 4 so as to cover one entire surface of the substrate.

【0020】上記のように隙間7と空間8を設ける場
合、隙間7を大きくしすぎると基板4の裏面側への原料
蒸気の流れが多くなり過ぎて、単結晶の成長効率が低下
する。また、この隙間7が小さくなりすぎると、成長し
た単結晶がルツボの内壁と接触してしまい、過剰な原料
蒸気が空間8への流れなくなる。前記基板の側面とルツ
ボの内壁との間の隙間の大きさは、およそルツボの内径
の2〜40%とするのが好ましい。
When the gap 7 and the space 8 are provided as described above, if the gap 7 is too large, the flow of the raw material vapor to the back side of the substrate 4 becomes too large, and the single crystal growth efficiency is reduced. Further, if the gap 7 is too small, the grown single crystal comes into contact with the inner wall of the crucible, so that excess raw material vapor does not flow into the space 8. The size of the gap between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible is preferably about 2 to 40% of the inner diameter of the crucible.

【0021】実際の単結晶成長装置では、この種結晶を
保持する基板4の側面とルツボ内壁との隙間7の大きさ
は、ルツボのサイズや温度分布あるいは成長の雰囲気な
どの条件により適宜調整する。隙間7の大きさは、ルツ
ボの内径の2〜40%の範囲で特に1〜10mm程度と
するのが好ましく、1〜5mmとするのがより好まし
い。この隙間7が1mm未満であると、成長した単結晶
がルツボの内壁と接触してしまい、過剰な原料蒸気が空
間8への流れなくなりやすい。一方、この隙間7が10
mmを越えると原料蒸気の空間8への流れが大きくな
り、原料蒸気が基板上の種結晶5に析出する効率が低下
するため、単結晶の成長速度が小さくなる。本発明で
は、隙間7の大きさを10mm以下で制御して、単結晶
の成長速度を0.5mm以上とするのが好ましい。
In an actual single crystal growth apparatus, the size of the gap 7 between the side surface of the substrate 4 holding the seed crystal and the inner wall of the crucible is appropriately adjusted according to conditions such as the size of the crucible, the temperature distribution, and the growth atmosphere. . The size of the gap 7 is preferably in the range of 2 to 40% of the inner diameter of the crucible, particularly preferably about 1 to 10 mm, and more preferably 1 to 5 mm. If the gap 7 is less than 1 mm, the grown single crystal comes into contact with the inner wall of the crucible, so that excess raw material vapor does not easily flow into the space 8. On the other hand, this gap 7 is 10
If it exceeds mm, the flow of the raw material vapor into the space 8 increases, and the efficiency of the raw material vapor depositing on the seed crystal 5 on the substrate decreases, so that the growth rate of the single crystal decreases. In the present invention, it is preferable that the size of the gap 7 is controlled at 10 mm or less, and the growth rate of the single crystal is 0.5 mm or more.

【0022】上記のように本発明によれば、種結晶を保
持する基板をルツボの内壁との間に空間を設けるように
して設置するため、種結晶を保持する基板の径方向の温
度分布も小さくなる。このため、成長した単結晶の径方
向の歪みは小さくなるが、単結晶の径が拡大しにくくな
るという問題が生じる。そこで本発明においては、成長
する単結晶の結晶の径を拡大させるために、図4に示す
ように平板状の基板4の側面に面するルツボ1の内壁の
形状を、ルツボの高温部側に向かって広くなるコーン型
の構造に加工するのが好ましい。ルツボの内壁の形状を
コーン型の構造にすることにより、品質の良い単結晶を
効率良く拡大することができる。
As described above, according to the present invention, since the substrate holding the seed crystal is installed so as to provide a space between the substrate and the inner wall of the crucible, the temperature distribution in the radial direction of the substrate holding the seed crystal is also reduced. Become smaller. For this reason, although the strain in the radial direction of the grown single crystal is small, there is a problem that the diameter of the single crystal is difficult to increase. Therefore, in the present invention, the shape of the inner wall of the crucible 1 facing the side surface of the plate-like substrate 4 as shown in FIG. It is preferred to work on a cone-shaped structure that widens toward the end. By making the shape of the inner wall of the crucible a cone-shaped structure, a high-quality single crystal can be efficiently expanded.

【0023】平板状の基板の側面に面するルツボの内壁
の形状を、ルツボの高温部側に向かって広くなるコーン
型の構造にする場合、図4に示す基板4とルツボのコー
ン部9との隙間7を1〜10mmにするようにコーン部
9を設置するのが好ましい。また、図4に示すルツボの
内壁に対するコーン部分の広がり角度10(ルツボの内
壁と平行な線とコーン部9の傾斜とがなす角度)は30
°以下、さらに好ましくは15°以下とすると、単結晶
の径を拡大する場合に結晶性の良い単結晶を成長するの
に好都合となる。
When the shape of the inner wall of the crucible facing the side surface of the flat substrate is formed in a cone-type structure that becomes wider toward the high-temperature portion side of the crucible, the substrate 4 and the crucible cone 9 shown in FIG. It is preferable to set the cone portion 9 so that the gap 7 is set to 1 to 10 mm. In addition, the spread angle 10 of the cone portion with respect to the inner wall of the crucible shown in FIG. 4 (the angle between the line parallel to the inner wall of the crucible and the inclination of the cone portion 9) is 30.
When it is set to be equal to or less than 15 °, and more preferably equal to or less than 15 °, it becomes convenient to grow a single crystal having good crystallinity when the diameter of the single crystal is enlarged.

【0024】また種結晶5を保持した基板4とルツボの
コーン部9の位置関係は、種結晶5をコーンのテーパー
部分に合わせることが好ましい。種結晶5がテーパー部
分に入らないと、種結晶5上に結晶が成長した場合に成
長した結晶がコーン部9と接触してしまう問題がある。
また、種結晶5がコーン部9のテーパー部分の内部に入
り基板4がテーパー部分に入った場合は、この基板4に
多結晶が成長する問題がある。これに対して、種結晶5
をコーンのテーパー部分に合わせて単結晶を成長させる
と、単結晶はルツボのコーン部9の内壁に接することな
く隙間を一定に保ったまま、ほぼコーンの角度に沿って
拡大しながら成長していく。
The positional relationship between the substrate 4 holding the seed crystal 5 and the crucible cone 9 is preferably such that the seed crystal 5 matches the tapered portion of the cone. If the seed crystal 5 does not enter the tapered portion, there is a problem that when the crystal grows on the seed crystal 5, the grown crystal comes into contact with the cone portion 9.
Further, when the seed crystal 5 enters inside the tapered portion of the cone portion 9 and the substrate 4 enters the tapered portion, there is a problem that polycrystal grows on the substrate 4. On the other hand, seed crystal 5
When the single crystal is grown in accordance with the tapered portion of the cone, the single crystal grows almost along the cone angle while keeping the gap constant without contacting the inner wall of the crucible cone portion 9. Go.

【0025】本発明は、炭化珪素を昇華させて原料蒸気
を生成する昇華法による炭化珪素単結晶の製造方法だけ
でなく、炭素と珪素を反応させた反応ガスを原料蒸気に
用いる炭化珪素単結晶の製造方法にも適用することがで
きる。炭素と珪素を反応させた反応ガスを原料蒸気に用
いる炭化珪素単結晶の製造方法では、図5に示すような
炭化珪素単結晶の製造装置を用いる。図5で1はルツ
ボ、4は基板、5は種結晶であり、13はポーラスカー
ボン製内筒、14は原料カーボン粒、15はシリコン投
入器、16は原料シリコン粒である。また、ルツボ1の
18の側が高温に、17の側が低温になっている。この
場合、高温に保った原料カーボン粒14に原料シリコン
粒を投入することにより炭素と珪素を反応させ、原料蒸
気を生成することができる。
The present invention is not limited to a method for producing a silicon carbide single crystal by a sublimation method in which silicon carbide is sublimated to generate a raw material vapor, and a silicon carbide single crystal using a reaction gas obtained by reacting carbon and silicon as the raw material vapor. Can also be applied to the manufacturing method. In a method for producing a silicon carbide single crystal using a reaction gas obtained by reacting carbon and silicon as a raw material vapor, an apparatus for producing a silicon carbide single crystal as shown in FIG. 5 is used. In FIG. 5, 1 is a crucible, 4 is a substrate, 5 is a seed crystal, 13 is a porous carbon inner cylinder, 14 is a raw carbon particle, 15 is a silicon charging device, and 16 is a raw silicon particle. Also, the crucible 1 has a high temperature on the 18 side and a low temperature on the 17 side. In this case, carbon and silicon can be reacted by introducing raw silicon particles into raw carbon particles 14 kept at a high temperature to generate raw material vapor.

【0026】炭化珪素を昇華させて原料蒸気を生成する
昇華法による炭化珪素単結晶の製造方法、あるいは炭素
と珪素を反応させた反応ガスを原料蒸気に用いる炭化珪
素単結晶の製造方法のどちらの場合も、生成する原料蒸
気は、珪素単体やSi2C、SiC2などの珪素と炭素の
化合物の混合ガスである。すなわち本発明は、高温部で
珪素単体やSi2C、SiC2などの珪素と炭素の化合物
の混合ガスからなる原料蒸気を生成し、低温部でその原
料蒸気を種結晶の表面上に堆積させる炭化珪素単結晶の
製造方法、および製造装置に用いることができる。
Either a method for producing a silicon carbide single crystal by a sublimation method in which silicon carbide is sublimated to generate a raw material vapor, or a method for producing a silicon carbide single crystal using a reaction gas obtained by reacting carbon and silicon as a raw material vapor. Also in this case, the generated raw material vapor is a simple gas of silicon or a mixed gas of a compound of silicon and carbon such as Si 2 C and SiC 2 . That is, according to the present invention, a raw material vapor composed of silicon alone or a mixed gas of a compound of silicon and carbon such as Si 2 C or SiC 2 is generated in a high temperature part, and the raw material vapor is deposited on the surface of a seed crystal in a low temperature part. The present invention can be used for a method for manufacturing a silicon carbide single crystal and a manufacturing apparatus.

【0027】本発明に用いるルツボの設置方向は、種結
晶を設置する低温部と原料蒸気を生成する高温部の上下
の位置関係に特に限定されない。例えば昇華法による炭
化珪素単結晶の製造方法の場合、高温部をルツボの下方
に設け、種結晶を設置する低温部をルツボの上方にすれ
ば構造上簡単になる。また、炭素と珪素を反応させた反
応ガスを原料蒸気とする炭化珪素単結晶の製造方法の場
合は、炭素と珪素が反応する高温部を種結晶を設置する
低温部の上方に設けることもできる。いずれの場合も、
ルツボ内に高温部と低温部とを設け、高温部で炭化珪素
の原料蒸気を生成し、低温部で該原料蒸気を種結晶の表
面上に堆積させて炭化珪素単結晶を成長させるようにす
ればよい。
The installation direction of the crucible used in the present invention is not particularly limited to the vertical positional relationship between the low temperature section where the seed crystal is installed and the high temperature section where the raw material vapor is generated. For example, in the case of a method of manufacturing a silicon carbide single crystal by a sublimation method, the structure is simplified by providing a high temperature part below the crucible and setting a low temperature part where the seed crystal is installed above the crucible. Further, in the case of a method for producing a silicon carbide single crystal using a reaction gas obtained by reacting carbon and silicon as a raw material vapor, a high-temperature portion where carbon and silicon react can be provided above a low-temperature portion where a seed crystal is provided. . In either case,
A high-temperature part and a low-temperature part are provided in a crucible, a raw material vapor of silicon carbide is generated in the high-temperature part, and the raw material vapor is deposited on the surface of the seed crystal in the low-temperature part to grow a silicon carbide single crystal. I just need.

【0028】本発明において、ルツボの温度分布を適正
な状態に制御しながら加熱する方法としては、高周波誘
導加熱を用いるのが好ましい。この場合、ルツボを黒鉛
製とし、誘導コイルと該黒鉛ルツボの位置関係を調整す
ることで適正な温度分布を得ることができる。また、複
数の誘導コイルを用いて適正な温度分布を得ることもで
きる。更に黒鉛製の発熱体をルツボの外部に別に設置し
てもよい。例えば図1等に示したように、誘導コイルと
被加熱物であるルツボ1の間に発熱体となる加熱用黒鉛
ルツボ6を設置する方法でも適正な温度分布を達成でき
る。
In the present invention, high-frequency induction heating is preferably used as a method for heating while controlling the temperature distribution of the crucible to an appropriate state. In this case, the crucible is made of graphite, and an appropriate temperature distribution can be obtained by adjusting the positional relationship between the induction coil and the graphite crucible. Further, an appropriate temperature distribution can be obtained by using a plurality of induction coils. Further, a graphite heating element may be separately provided outside the crucible. For example, as shown in FIG. 1 and the like, an appropriate temperature distribution can also be achieved by a method in which a heating graphite crucible 6 serving as a heating element is provided between an induction coil and a crucible 1 serving as an object to be heated.

【0029】本発明における炭化珪素単結晶を製造する
ための温度条件としては、例えば昇華法を用いる場合
は、原料である炭化珪素粉末の温度を2000℃から2
500℃の範囲とし、成長する炭化珪素単結晶の温度を
1900℃から2400℃の範囲とし、さらに原料の温
度と成長する炭化珪素単結晶の温度の関係を、原料温度
が炭化珪素単結晶の温度より高くなるようにして、その
温度差が20℃から200℃の間にあるように設定する
のが好ましい。さらにルツボにおける原料と炭化珪素単
結晶との間の温度勾配は、5℃/cmから50℃/cm
の範囲とするのが好ましい。上記のような温度条件でル
ツボ内に炭化珪素の原料蒸気を生成する高温部と該原料
蒸気を種結晶の表面上に堆積させる低温部を設けると、
種結晶上に効率良く単結晶を成長できる。
As the temperature conditions for producing the silicon carbide single crystal in the present invention, for example, when the sublimation method is used, the temperature of the silicon carbide powder as a raw material is set to 2000 ° C. to 2 ° C.
The temperature of the growing silicon carbide single crystal is in the range of 1900 ° C. to 2400 ° C., and the relationship between the temperature of the raw material and the temperature of the growing silicon carbide single crystal is as follows. Preferably, the temperature difference is set to be higher than 20 ° C. to 200 ° C. Further, the temperature gradient between the raw material and the silicon carbide single crystal in the crucible is 5 ° C./cm to 50 ° C./cm.
It is preferable to set it in the range. Providing a high-temperature portion for generating a raw material vapor of silicon carbide in the crucible under the above temperature conditions and a low-temperature portion for depositing the raw material vapor on the surface of the seed crystal,
A single crystal can be efficiently grown on the seed crystal.

【0030】炭化珪素単結晶を成長する際の雰囲気は、
アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気とし、その圧力は常
圧以下とするのがよい。特に単結晶の成長速度を大きく
し、また単結晶への不純物の取り込みを低減するために
は、雰囲気の圧力は13Paから93000Paの範囲
とするのが好ましい。
The atmosphere for growing the silicon carbide single crystal is as follows:
It is preferable to use an atmosphere of an inert gas such as an argon gas or the like, and to set the pressure to normal pressure or less. In particular, in order to increase the growth rate of the single crystal and to reduce the incorporation of impurities into the single crystal, the pressure of the atmosphere is preferably in the range of 13 Pa to 93000 Pa.

【0031】本発明において、高温部から低温部への原
料蒸気の移動は、原料蒸気の拡散あるいは対流により生
じる。原料蒸気の拡散あるいは対流は、雰囲気ガスの種
類や圧力、雰囲気ガスの流し方や、ルツボ内の構造、温
度分布などにより制御することができる。
In the present invention, the movement of the raw material vapor from the high temperature part to the low temperature part is caused by the diffusion or convection of the raw material vapor. The diffusion or convection of the raw material vapor can be controlled by the type and pressure of the atmospheric gas, the flow of the atmospheric gas, the structure in the crucible, the temperature distribution, and the like.

【0032】本発明において用いる種結晶は、成長させ
たい結晶と同じ結晶構造のものを用いることが望まし
い。種結晶の成長面は、どのような面方位でも利用でき
る。例えばC軸({0001}面)やC軸と平行な面あ
るいはそれらの面についてオフ角を導入した面などを用
いることができる。種結晶の表面には、面出し加工後研
磨し、場合によってはエッチングや犠牲酸化により加工
歪みを除去したものを使用することが望ましい。またア
チソン結晶やレーリー結晶の自然成長面を利用すること
もできる。
The seed crystal used in the present invention preferably has the same crystal structure as the crystal to be grown. The seed crystal growth surface can be used in any plane orientation. For example, a C-axis ({0001} plane), a plane parallel to the C-axis, or a plane in which an off-angle is introduced for those planes can be used. The surface of the seed crystal is desirably polished after surface processing and, in some cases, used after removal of processing strain by etching or sacrificial oxidation. Also, a naturally grown surface of Acheson crystal or Rayleigh crystal can be used.

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明を実施例をもとに説明する。 (実施例1)本実施例1では、図1に示した装置を用い
て炭化珪素単結晶の成長を行った。単結晶の成長は、昇
華法により以下の手順で行った。まず、高純度黒鉛製の
ルツボ1の下部に、炭化珪素単結晶の原料であるあらか
じめ弗酸等の酸で洗浄した100メッシュの炭化珪素粉
末2を設置した。またルツボの上部には、黒鉛製の円柱
3で黒鉛製の基板4を吊り下げて、ルツボ内にルツボの
内壁との間に空間を設けるように平板状の基板4を設置
した。基板4の厚みは5mm、直径は22mmとした。
この基板4の原料蒸気に対向する面に、直径22mm、
厚み0.8mmのC軸成長面を持つ炭化珪素単結晶の種
結晶5を樹脂を使って貼り付けた。また、ルツボの内径
は25mmであり、基板4とルツボ1の隙間7の大きさ
は1.5mmとした。ルツボ1の外部には加熱用黒鉛ル
ツボ6を設置し、高周波誘導加熱でルツボ1の下部を効
率よく加熱する構造とした。この加熱用黒鉛ルツボは、
長さを調節することによってルツボの最適な温度分布を
得ることができるようになっている。また、ルツボ1内
の基板4の上部側には高さ20mmの空間8を設け、種
結晶5の表面で堆積しなかった過剰の原料蒸気が再結晶
化するようにした。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on embodiments. Example 1 In Example 1, a silicon carbide single crystal was grown using the apparatus shown in FIG. The single crystal was grown according to the following procedure by a sublimation method. First, a 100-mesh silicon carbide powder 2 that was previously washed with an acid such as hydrofluoric acid, which is a raw material of a silicon carbide single crystal, was placed under a crucible 1 made of high-purity graphite. In addition, a graphite substrate 4 was hung by a graphite cylinder 3 above the crucible, and a flat substrate 4 was set in the crucible so as to provide a space between the crucible and the inner wall of the crucible. The thickness of the substrate 4 was 5 mm, and the diameter was 22 mm.
A surface of the substrate 4 facing the raw material vapor has a diameter of 22 mm,
A seed crystal 5 of a silicon carbide single crystal having a C-axis growth surface having a thickness of 0.8 mm was attached using a resin. The inner diameter of the crucible was 25 mm, and the size of the gap 7 between the substrate 4 and the crucible 1 was 1.5 mm. A graphite crucible 6 for heating was installed outside the crucible 1 so that the lower portion of the crucible 1 was efficiently heated by high-frequency induction heating. This graphite crucible for heating
By adjusting the length, an optimum temperature distribution of the crucible can be obtained. Further, a space 8 having a height of 20 mm was provided on the upper side of the substrate 4 in the crucible 1 so that excess raw material vapor not deposited on the surface of the seed crystal 5 was recrystallized.

【0034】上記の単結晶成長装置を炭素繊維製の断熱
材で覆い、高周波誘導加熱装置内に設置した。そして原
料温度および基板温度が所定の温度になるよう、高周波
誘導加熱装置の出力やルツボ上部の断熱材の厚み等を調
整した。本実施例1では、原料である炭化珪素粉末2を
収めたルツボの高温部の温度を2300℃とし、基板を
設置したルツボの低温部の温度を2200℃として、炭
化珪素単結晶の成長を行った。また、単結晶の成長雰囲
気は200Torrの圧力のアルゴンガス雰囲気とし
た。
The above single crystal growing apparatus was covered with a heat insulating material made of carbon fiber and installed in a high frequency induction heating apparatus. Then, the output of the high-frequency induction heating device, the thickness of the heat insulating material above the crucible, and the like were adjusted so that the raw material temperature and the substrate temperature became predetermined temperatures. In Example 1, the temperature of the high-temperature portion of the crucible containing the silicon carbide powder 2 as the raw material was set to 2300 ° C., and the temperature of the low-temperature portion of the crucible on which the substrate was set was set to 2200 ° C., to grow a silicon carbide single crystal. Was. The single crystal growth atmosphere was an argon gas atmosphere at a pressure of 200 Torr.

【0035】このようにして約30時間の成長を行い、
約20mmの炭化珪素単結晶を成長させた。成長した単
結晶の直径は約23.5mmとなり若干直径が増加して
いたが、成長した単結晶とルツボ内壁とは接触していな
かった。また、基板上の種結晶の周囲には多結晶の析出
が見られなかった。成長した単結晶には多結晶の混入が
認められなかった。また、該単結晶を約0.7mmの厚
みに切断し研磨を行った後、KOH融液中で530℃の
温度で10分間エッチングを行ってマイクロパイプ密度
を測定したところ、結晶成長方向に平行な貫通穴状のマ
イクロパイプ密度は面内平均で10個/cm2以下であ
った。さらにこの単結晶では、基板上の種結晶の周囲に
多結晶の析出が見られなかったため、単結晶の外周部で
マイクロパイプ密度が増加することもなく、マイクロパ
イプの面内分布はほぼ均一であった。さらにこの単結晶
を偏光を利用した歪み検査機で検査したところ、歪みは
ほとんど見られなかった。
In this manner, the growth is performed for about 30 hours.
A silicon carbide single crystal of about 20 mm was grown. The diameter of the grown single crystal was about 23.5 mm, and the diameter was slightly increased, but the grown single crystal was not in contact with the inner wall of the crucible. No polycrystal was found around the seed crystal on the substrate. No polycrystal was mixed into the grown single crystal. Further, the single crystal was cut into a thickness of about 0.7 mm, polished, and then etched in a KOH melt at 530 ° C. for 10 minutes to measure the micropipe density. The average density of the through-hole-shaped micropipes was 10 or less / cm 2 in the plane. Furthermore, in this single crystal, since no polycrystal was deposited around the seed crystal on the substrate, the micropipe density did not increase at the outer periphery of the single crystal, and the in-plane distribution of the micropipes was almost uniform. there were. Further, when this single crystal was inspected by a distortion inspection machine using polarized light, almost no distortion was observed.

【0036】(比較例1)比較のため、図5に示した従
来の単結晶成長装置を用い、昇華法で炭化珪素単結晶の
成長を行った。本比較例1では、内径25mmの黒鉛製
のルツボ1の上部の蓋12に直径20mmで厚みが0.
8mmのC軸成長面を持つ単結晶炭化珪素の種結晶5を
直接貼り付けた。ルツボ1の下部には実施例1と同様に
原料の炭化珪素粉末2を設置した。
Comparative Example 1 For comparison, a silicon carbide single crystal was grown by a sublimation method using the conventional single crystal growth apparatus shown in FIG. In Comparative Example 1, the lid 12 on the upper part of the graphite crucible 1 having an inner diameter of 25 mm had a diameter of 20 mm and a thickness of 0.3 mm.
Single crystal silicon carbide seed crystal 5 having a C-axis growth surface of 8 mm was directly attached. Silicon carbide powder 2 as a raw material was placed below crucible 1 in the same manner as in Example 1.

【0037】この装置を炭素繊維製の断熱材で覆い、高
周波誘導加熱装置内に設置して加熱を行った。そして原
料の炭化珪素粉末2の温度を2300℃、単結晶を貼り
付けたルツボの蓋12の温度を2200℃に保って、炭
化珪素単結晶の成長を行った。なお成長中は、雰囲気ガ
スにアルゴンガスを用い200Torrの圧力に保っ
た。
This device was covered with a heat insulating material made of carbon fiber and placed in a high-frequency induction heating device to perform heating. The temperature of the raw material silicon carbide powder 2 was kept at 2300 ° C., and the temperature of the crucible lid 12 to which the single crystal was attached was kept at 2200 ° C., to grow a silicon carbide single crystal. During the growth, the pressure was kept at 200 Torr by using argon gas as the atmosphere gas.

【0038】上記のようにして約10mmの炭化珪素単
結晶を成長させたところ、成長させた単結晶の外周部に
は多結晶が析出して単結晶を覆い始めていた。そのた
め、成長先端部の単結晶の直径は約15mmまで小さく
なっていた。また成長した単結晶内の外周部に析出した
多結晶との境界付近では、歪みが原因と考えられるマイ
クロパイプが多数発生しているのが観察された。
When a silicon carbide single crystal having a thickness of about 10 mm was grown as described above, polycrystal was deposited on the outer peripheral portion of the grown single crystal and began to cover the single crystal. Therefore, the diameter of the single crystal at the tip of the growth was reduced to about 15 mm. In the vicinity of the boundary between the grown single crystal and the polycrystal deposited on the outer periphery, it was observed that a large number of micropipes, which are considered to be caused by distortion, were generated.

【0039】得られた炭化珪素単結晶について、実施例
1と同様にしてマイクロパイプ密度を測定したところ、
結晶の中心部(直径およそ12mmの範囲)ではマイク
ロパイプ密度は平均で約200個/cm2であり、さら
に単結晶の外側に近づくにつれマイクロパイプ密度が増
加しているのが確認できた。またこの単結晶を偏光を利
用した歪み検査機で検査したところ、多結晶との境界部
から単結晶の内部に向かって歪みが分布しているのが観
察された。
The micropipe density of the obtained silicon carbide single crystal was measured in the same manner as in Example 1.
At the center of the crystal (range of about 12 mm in diameter), the micropipe density was about 200 / cm 2 on average, and it was confirmed that the micropipe density increased further toward the outside of the single crystal. When this single crystal was inspected with a distortion inspection machine using polarized light, it was observed that the strain was distributed from the boundary with the polycrystal toward the inside of the single crystal.

【0040】(実施例2)本実施例2では、図4に示し
た装置を用いて炭化珪素単結晶の成長を行った。この実
施例2では、炭化珪素単結晶の直径を拡大することを目
的として単結晶の成長を行った。
Example 2 In Example 2, a silicon carbide single crystal was grown using the apparatus shown in FIG. In Example 2, a single crystal was grown for the purpose of enlarging the diameter of the silicon carbide single crystal.

【0041】図4に示した装置で、種結晶5を貼り付け
る黒鉛製の基板4は、実施例1と同様に高純度黒鉛製の
ルツボ1の上部から黒鉛製の円柱3で吊り下げて設置し
た。この基板4の直径は30mmとし、直径30mmの
種結晶5を基板4の原料である炭化珪素粉末2と対向す
る面に貼り付けた。さらに本実施例2では、基板の側面
と向かい合うルツボの内壁に、種結晶5を拡大するため
のコーン部9を設けた。このコーン部の広がり角度10
は15°とした。また基板4とコーン部9との隙間7
は、単結晶が成長していない状態で2mmとなるように
調整した。
In the apparatus shown in FIG. 4, the graphite substrate 4 to which the seed crystal 5 is to be attached is suspended from the upper part of the high-purity graphite crucible 1 with the graphite column 3 in the same manner as in the first embodiment. did. The diameter of the substrate 4 was 30 mm, and a seed crystal 5 having a diameter of 30 mm was attached to a surface facing the silicon carbide powder 2 as a raw material of the substrate 4. Further, in the second embodiment, a cone portion 9 for enlarging the seed crystal 5 is provided on the inner wall of the crucible facing the side surface of the substrate. Spread angle of this cone part 10
Was 15 °. Also, a gap 7 between the substrate 4 and the cone 9
Was adjusted to be 2 mm when no single crystal was grown.

【0042】上記以外の成長条件は実施例1と同様に設
定し、本実施例2の炭化珪素単結晶の成長を行った。そ
の結果、炭化珪素単結晶は、黒鉛製のコーン部9に接触
することなくほぼ15°の角度で単結晶の状態で拡大し
ながら成長した。本実施例2で約15mmの長さの炭化
珪素単結晶を成長したところ、単結晶の最大径は約3
8.5mmとなった。
The other growth conditions were set in the same manner as in Example 1, and the silicon carbide single crystal of Example 2 was grown. As a result, the silicon carbide single crystal grew while expanding in a single crystal state at an angle of about 15 ° without contacting the graphite cone 9. When a silicon carbide single crystal having a length of about 15 mm was grown in Example 2, the maximum diameter of the single crystal was about 3 mm.
8.5 mm.

【0043】本実施例2で成長した単結晶について、実
施例1と同様にしてマイクロパイプ密度を測定したとこ
ろ、マイクロパイプ密度は面内平均で15個/cm2
下であった。さらにこの単結晶を偏光を利用した歪み検
査機で検査したところ、径方向の歪みはほとんど見られ
なかった。
The micropipe density of the single crystal grown in the second embodiment was measured in the same manner as in the first embodiment. The micropipe density was 15 / cm 2 or less on average in the plane. Further, when this single crystal was inspected by a distortion inspection machine using polarized light, almost no radial distortion was observed.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、種結晶を保持する基板
を、ルツボ内にルツボの内壁との間に空間を設けるよう
にして設置されるため、単結晶の成長方向の温度勾配が
小さくあるいはほとんどない状態を達成でき、また径方
向の温度分布も小さくすることができる。さらに、基板
を平板状とし、基板の側面とルツボの内壁との間に隙間
を設け、基板の種結晶を保持しない面とルツボの内壁と
の間に空間が設けられるようにすることにより、種結晶
の周囲に多結晶が成長するのを抑制することができる。
その結果、単結晶の成長時に単結晶の周辺に多結晶が析
出することにより、単結晶内の多結晶との境界付近にマ
イクロパイプと呼ばれる結晶欠陥が多数発生したり、単
結晶に歪みが入るという問題点を解決することができ
る。また、炭化珪素単結晶の成長方向に平行な貫通穴状
のマイクロパイプが単結晶内に生成するという問題点を
解決することができる。さらに本発明は、種結晶を保持
したルツボの蓋の径方向の温度分布により、成長した単
結晶の面内で結晶に歪みを生じるという問題点を解決す
ることができる。
According to the present invention, since the substrate holding the seed crystal is set in the crucible so as to provide a space between the substrate and the inner wall of the crucible, the temperature gradient in the growth direction of the single crystal is small. Alternatively, almost no state can be achieved, and the temperature distribution in the radial direction can be reduced. Further, the substrate is formed in a flat plate shape, a gap is provided between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible, and a space is provided between the surface of the substrate not holding the seed crystal and the inner wall of the crucible, so that the seed is formed. It is possible to suppress the growth of polycrystal around the crystal.
As a result, during the growth of the single crystal, polycrystals are precipitated around the single crystal, so that many crystal defects called micropipes occur near the boundary with the polycrystal in the single crystal, or the single crystal is distorted Problem can be solved. Further, the problem that a micropipe having a through hole parallel to the growth direction of a silicon carbide single crystal is formed in the single crystal can be solved. Further, the present invention can solve the problem that the crystal is distorted in the plane of the grown single crystal due to the temperature distribution in the radial direction of the lid of the crucible holding the seed crystal.

【0045】さらに本発明によれば、平板状の基板の側
面に面するルツボの内壁の形状を、ルツボの高温部側に
向かって広くなるコーン型の構造に加工することによ
り、基板の径方向の温度分布を小さくしても、結晶の品
質を良好に保ちつつ単結晶の径を効率良く拡大すること
ができる。
Further, according to the present invention, the shape of the inner wall of the crucible facing the side surface of the flat substrate is processed into a cone-shaped structure that becomes wider toward the high-temperature portion side of the crucible, so that the radial direction of the substrate can be improved. Even if the temperature distribution is reduced, the diameter of the single crystal can be efficiently enlarged while maintaining good crystal quality.

【0046】その結果、本発明の炭化珪素単結晶の製造
方法をもちいて製造した炭化珪素単結晶は、マイクロパ
イプ密度を面内平均で15個/cm2以下とすることが
できた。さらにこの炭化珪素単結晶を用いて製造したダ
イオードやトランジスタなどのエレクトロニクス用デバ
イスは、結晶の欠陥密度が低いため、電気的特性等や信
頼性が改善されたものとなった。
As a result, the silicon carbide single crystal manufactured using the method for manufacturing a silicon carbide single crystal of the present invention could have a micropipe density of 15 / cm 2 or less on the average in-plane. Furthermore, electronic devices such as diodes and transistors manufactured using the silicon carbide single crystal have low crystal defect density, and thus have improved electrical characteristics and reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に関わる炭化珪素単結晶の製造装置の断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to the present invention.

【図2】本発明に関わる別の炭化珪素単結晶の製造装置
の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of another apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to the present invention.

【図3】図2に示す基板の構造を示す図である。FIG. 3 is a view showing a structure of the substrate shown in FIG. 2;

【図4】本発明に関わるルツボの内壁にコーン部を設け
た炭化珪素単結晶の製造装置の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus provided with a cone on the inner wall of a crucible according to the present invention.

【図5】本発明に関わる炭素と珪素を反応させた反応ガ
スを原料蒸気に用いる炭化珪素単結晶の製造装置の断面
図である。
FIG. 5 is a sectional view of an apparatus for producing a silicon carbide single crystal using a reaction gas obtained by reacting carbon and silicon according to the present invention as a raw material vapor.

【図6】従来の炭化珪素単結晶の製造装置の断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional silicon carbide single crystal manufacturing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ルツボ 2 炭化珪素粉末 3 円柱 4 基板 5 種結晶 6 加熱用ルツボ 7 隙間 8 空間 9 コーン部分 10 コーン部分の広がり角度 11 棒 12 ルツボの蓋 13 ポーラスカーボン製内筒 14 原料カーボン粒 15 シリコン投入器 16 原料シリコン粒 17 ルツボの低温側 18 ルツボの高温側 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crucible 2 Silicon carbide powder 3 Column 4 Substrate 5 Seed crystal 6 Heating crucible 7 Gap 8 Space 9 Cone part 10 Cone part spread angle 11 Rod 12 Crucible lid 13 Porous carbon inner cylinder 14 Raw material carbon particles 15 Silicon injection device 16 Raw silicon particles 17 Low temperature side of crucible 18 High temperature side of crucible

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 幸太郎 千葉県千葉市緑区大野台1丁目1番1号 昭和電工株式会社総合研究所内 (72)発明者 坂口 泰之 千葉県千葉市緑区大野台1丁目1番1号 昭和電工株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 4G077 AA02 BE08 DA01 ED04 SA11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kotaro Yano 1-1-1, Onodai, Midori-ku, Chiba-shi, Chiba Prefecture Inside Showa Denko KK (72) Inventor Yasuyuki Sakaguchi 1-chome Onodai, Midori-ku, Chiba-shi, Chiba No.1-1 F-term in Showa Denko KK R4 (reference) 4G077 AA02 BE08 DA01 ED04 SA11

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ルツボ内に高温部と低温部とを設け、高温
部で炭化珪素(SiC)の原料蒸気を生成し、低温部で
該原料蒸気を種結晶の表面上に堆積させて炭化珪素単結
晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、前
記種結晶を、ルツボ内の低温部にルツボの内壁との間に
空間を設けるようにして設置された基板上に保持し、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。
A high temperature part and a low temperature part are provided in a crucible, a raw material vapor of silicon carbide (SiC) is generated in the high temperature part, and the raw material vapor is deposited on a surface of a seed crystal in the low temperature part to produce silicon carbide. In the method for producing a silicon carbide single crystal for growing a single crystal, the seed crystal is held on a substrate provided so as to provide a space between the inner wall of the crucible at a low temperature part in the crucible and the silicon carbide single crystal. A method for producing a silicon carbide single crystal, comprising growing a crystal.
【請求項2】前記基板が平板状であり、該基板の側面と
ルツボの内壁との間に隙間が設けられ、基板とルツボの
内壁により区切られた前記空間は、原料蒸気が流通可能
となっていることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪
素単結晶の製造方法。
2. The substrate has a flat plate shape, a gap is provided between a side surface of the substrate and an inner wall of the crucible, and the space separated by the substrate and the inner wall of the crucible allows a source vapor to flow therethrough. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein
【請求項3】前記種結晶の表面が前記ルツボの高温部か
ら供給される原料蒸気に対向するように、種結晶が前記
基板の一方の表面上に保持され、該基板の他方の表面と
ルツボの内壁との間に前記空間が設けられていることを
特徴とする請求項2に記載の炭化珪素単結晶の製造方
法。
3. The seed crystal is held on one surface of the substrate such that the surface of the seed crystal faces the raw material vapor supplied from the high temperature portion of the crucible, and the other surface of the substrate is in contact with the crucible. 3. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 2, wherein said space is provided between said silicon carbide single crystal and said inner wall.
【請求項4】前記基板の側面とルツボの内壁との間の隙
間の大きさが、ルツボの内径の2〜40%であることを
特徴とする請求項2または3に記載の炭化珪素単結晶の
製造方法。
4. The silicon carbide single crystal according to claim 2, wherein the size of the gap between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible is 2 to 40% of the inner diameter of the crucible. Manufacturing method.
【請求項5】前記基板の側面とルツボの内壁との間の隙
間の大きさが、1〜10mmであることを特徴とする請
求項4に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
5. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 4, wherein the size of the gap between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible is 1 to 10 mm.
【請求項6】前記空間を囲むルツボの内壁の温度を、基
板の温度と等しいかあるいは低くすることを特徴とする
請求項2ないし5に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
6. The method according to claim 2, wherein the temperature of the inner wall of the crucible surrounding the space is equal to or lower than the temperature of the substrate.
【請求項7】前記基板の側面と向かい合うルツボの内壁
の形状が、ルツボの高温部側に向かって広くなるコーン
型の構造であることを特徴とする請求項2ないし6に記
載の炭化珪素単結晶の製造方法。
7. The silicon carbide monolith according to claim 2, wherein the shape of the inner wall of the crucible facing the side surface of the substrate is a cone-shaped structure that widens toward the high temperature portion side of the crucible. Method for producing crystals.
【請求項8】前記コーン型の構造の広がり角度が30°
以下であることを特徴とする請求項7に記載の炭化珪素
単結晶の製造方法。
8. The cone type structure has a spread angle of 30 °.
The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 7, wherein:
【請求項9】前記炭化珪素の原料蒸気を、炭化珪素を昇
華させて生成することを特徴とする請求項1ないし8に
記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
9. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein said silicon carbide raw material vapor is generated by sublimating silicon carbide.
【請求項10】前記炭化珪素の原料蒸気を炭素と珪素の
反応により生成することを特徴とする請求項1ないし8
に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
10. A method according to claim 1, wherein said silicon carbide raw material vapor is produced by a reaction between carbon and silicon.
3. The method for producing a silicon carbide single crystal according to item 1.
【請求項11】炭化珪素単結晶を成長させる雰囲気が不
活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項1ないし
10に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
11. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein the atmosphere for growing the silicon carbide single crystal is an inert gas atmosphere.
【請求項12】前記雰囲気の圧力が13〜93000P
aであることを特徴とする請求項11に記載の炭化珪素
単結晶の製造方法。
12. The pressure of the atmosphere is 13 to 93000P.
The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 11, wherein: a.
【請求項13】マイクロパイプ密度が15個/cm2
下であることを特徴とする請求項1乃至12記載の炭化
珪素単結晶の製造方法により得られた炭化珪素単結晶。
13. A silicon carbide single crystal obtained by the method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein the micropipe density is 15 / cm 2 or less.
【請求項14】請求項13に記載の炭化珪素単結晶を用
いて製造したエレクトロニクス用デバイス。
14. An electronic device manufactured using the silicon carbide single crystal according to claim 13.
【請求項15】ルツボ内に、炭化珪素の原料蒸気を生成
する高温部と、該原料蒸気を種結晶の表面上に堆積させ
て炭化珪素単結晶を成長させる低温部とが設けられてな
る炭化珪素単結晶の製造装置において、ルツボ内の低温
部に、前記種結晶を保持する基板が、ルツボの内壁との
間に空間を設けるようにして設置されていることを特徴
とする炭化珪素単結晶の製造装置。
15. A carbonization apparatus comprising a crucible provided with a high-temperature portion for producing a silicon carbide source vapor and a low-temperature portion for depositing the source vapor on the surface of a seed crystal to grow a silicon carbide single crystal. In a silicon single crystal manufacturing apparatus, a silicon carbide single crystal characterized in that a substrate holding the seed crystal is provided in a low-temperature portion in a crucible so as to provide a space between the substrate and an inner wall of the crucible. Manufacturing equipment.
【請求項16】前記基板が平板状であり、該基板の側面
とルツボの内壁との間に隙間が設けられ、前記空間が、
基板とルツボの内壁により、原料蒸気が流通可能に区切
られていることを特徴とする請求項15に記載の炭化珪
素単結晶の製造装置。
16. The substrate has a flat plate shape, a gap is provided between a side surface of the substrate and an inner wall of the crucible, and the space is
The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to claim 15, wherein the raw material vapor is divided so as to be circulated by the inner wall of the substrate and the crucible.
【請求項17】前記種結晶の表面が前記ルツボの高温部
から供給される原料蒸気に対向するように、種結晶が前
記基板の一方の表面上に保持され、該基板の他方の表面
とルツボの内壁との間に前記空間が設けられていること
を特徴とする請求項16に記載の炭化珪素単結晶の製造
装置。
17. The seed crystal is held on one surface of the substrate such that the surface of the seed crystal faces the raw material vapor supplied from the high temperature portion of the crucible, and the other surface of the substrate is in contact with the crucible. 17. The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to claim 16, wherein the space is provided between the silicon carbide single crystal and an inner wall of the silicon carbide single crystal.
【請求項18】前記基板の側面とルツボの内壁との間の
隙間の大きさが、ルツボの内径の2〜40%であること
を特徴とする請求項16または17に記載の炭化珪素単
結晶の製造装置。
18. The silicon carbide single crystal according to claim 16, wherein the size of the gap between the side surface of the substrate and the inner wall of the crucible is 2 to 40% of the inner diameter of the crucible. Manufacturing equipment.
【請求項19】前記基板の側面とルツボの内壁との間の
隙間の大きさが、1〜10mmであることを特徴とする
請求項18に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
19. The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to claim 18, wherein the size of the gap between the side surface of said substrate and the inner wall of the crucible is 1 to 10 mm.
【請求項20】前記空間を囲むルツボの内壁の温度を、
基板の原料蒸気に対向する側の温度と等しいかあるいは
低くすることを特徴とする請求項16ないし19に記載
の炭化珪素単結晶の製造装置。
20. A temperature of an inner wall of a crucible surrounding the space,
20. The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to claim 16, wherein the temperature is equal to or lower than the temperature of the substrate facing the raw material vapor.
【請求項21】前記基板の側面と向かい合うルツボの内
壁の形状が、ルツボの高温部側に向かって広くなるコー
ン型の構造であることを特徴とする請求項16ないし2
0に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
21. The crucible according to claim 16, wherein the shape of the inner wall of the crucible facing the side surface of the substrate is a cone-shaped structure which becomes wider toward the high temperature portion side of the crucible.
0. An apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to 0.
【請求項22】前記コーン型の構造の広がり角度が30
°以下であることを特徴とする請求項21に記載の炭化
珪素単結晶の製造装置。
22. The cone-shaped structure has a spread angle of 30.
22. The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to claim 21, wherein the angle is equal to or less than °.
【請求項23】前記基板を回転させる機構および/また
は前記基板とルツボの高温部との距離を調整する機構を
有することを特徴とする請求項15ないし22に記載の
炭化珪素単結晶の製造装置。
23. A silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to claim 15, further comprising a mechanism for rotating said substrate and / or a mechanism for adjusting a distance between said substrate and a high-temperature portion of a crucible. .
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