JP2002293694A - Silicon carbide single crystal ingot and method of manufacturing for the same - Google Patents

Silicon carbide single crystal ingot and method of manufacturing for the same

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JP2002293694A JP2001104503A JP2001104503A JP2002293694A JP 2002293694 A JP2002293694 A JP 2002293694A JP 2001104503 A JP2001104503 A JP 2001104503A JP 2001104503 A JP2001104503 A JP 2001104503A JP 2002293694 A JP2002293694 A JP 2002293694A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide single crystal out of which a single crystal silicon carbide wafer of a low defect and large caliber can be taken. SOLUTION: In growing the silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method using a seed crystal, one or >=2 kinds of the gases selected from hydride of silicon, hydride of carbon or hydride containing silicon and carbon are incorporated into atmosphere inert gas and the silicon carbide single crystal is grown, by which the silicon carbide single crystal ingot having high quality is obtained.

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、炭化珪素単結晶及
びその製造方法に係わり、特に、青色発光ダイオードや
電子デバイスなどの基板ウエハとなる良質で大型の単結
晶インゴット及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon carbide single crystal and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a high-quality large-sized single crystal ingot to be used as a substrate wafer for a blue light emitting diode or an electronic device, and a method of manufacturing the same. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化珪素(SiC)は、耐熱性及び機械
的強度も優れ、放射線に強いなどの物理的、化学的性質
から耐環境性半導体材料として注目されている。SiC
は、化学組成が同じでも、多数の異なった結晶構造をと
る結晶多形(ポリタイプ)構造を持つ代表的物質であ
る。ポリタイプとは、結晶構造においてSiとCの結合
した分子を一単位として考えた場合、この単位構造分子
が、結晶のc軸方向([0001]方向)に積層する際
の周期構造が異なることにより生じる。代表的なポリタ
イプとしては6H型、4H型、15R型または3C型が
ある。ここで、最初の数字は積層の繰り返し周期を示
し、アルファベットは結晶系(Hは六方晶系、Rは菱面
体晶系、Cは立方晶系)を表わす。各ポリタイプは、そ
れぞれ物理的、電気的特性が異なり、その違いを利用し
て各種用途への応用が考えられている。たとえば、6H
は近年、青色から紫外にかけての短波長光デバイス用基
板として用いられ、4Hは高周波高耐圧電子デバイス等
の基板ウエハとしての応用が考えられている。
2. Description of the Related Art Silicon carbide (SiC) has attracted attention as an environment-resistant semiconductor material because of its physical and chemical properties such as excellent heat resistance and mechanical strength, and resistance to radiation. SiC
Is a representative substance having a polymorphic (polytype) structure having many different crystal structures even though the chemical composition is the same. Polytype means that when a molecule in which Si and C are bonded is considered as one unit in the crystal structure, the periodic structure when these unit structure molecules are stacked in the c-axis direction ([0001] direction) of the crystal is different. Caused by Typical polytypes include 6H type, 4H type, 15R type and 3C type. Here, the first number indicates the repetition period of the lamination, and the alphabet indicates a crystal system (H is a hexagonal system, R is a rhombohedral system, and C is a cubic system). Each polytype has different physical and electrical characteristics, and the application to various uses is considered by utilizing the difference. For example, 6H
In recent years, 4H has been used as a substrate for short wavelength optical devices from blue to ultraviolet, and 4H is considered to be used as a substrate wafer for high frequency high voltage electronic devices and the like.

【0003】しかしながら、大面積を有する高品質のS
iC単結晶を、工業的規模で安定に供給し得る結晶成長
技術は、いまだ確立されていない。それゆえ、SiC
は、上述のような多くの利点及び可能性を有する半導体
材料にもかかわらず、その実用化が阻まれていた。
However, high quality S having a large area
A crystal growth technique capable of stably supplying an iC single crystal on an industrial scale has not yet been established. Therefore, SiC
Has been hampered in practice despite the semiconductor materials having many advantages and possibilities as described above.

【0004】従来、研究室程度の規模では、例えば、昇
華再結晶法(レーリー法)でSiC単結晶を成長させ、
半導体素子の作製が可能なサイズのSiC単結晶を得て
いた。しかしながら、この方法では、得られた単結晶の
面積が小さく、その寸法及び形状を高精度に制御するこ
とは困難である。また、SiCが有する結晶多形及び不
純物キャリア濃度の制御も容易ではない。また、化学気
相成長法(CVD法)を用いて、珪素(Si)などの異
種基板上にヘテロエピタキシャル成長させることによ
り、立方晶のSiC単結晶を成長させることも行われて
いる。この方法では、大面積の単結晶は得られるが、基
板との格子不整合が約20%もあること等により、多く
の欠陥(〜107cm-2)を含むSiC単結晶しか成長
させることができず、高品質のSiC単結晶を得ること
は容易でない。これらの問題点を解決するために、Si
C単結晶ウエハを種結晶として用いて、昇華再結晶を行
う改良型のレーリー法が提案されている(Yu.M.T
airov and V.F.Tsvetkov,Jo
urnal of Crystal Growth,v
ol.52(1981)pp.146−150)。この
方法では、種結晶を用いているため、結晶の核形成過程
が制御でき、また、不活性ガスにより雰囲気圧力を10
0Paから15kPa程度に制御することにより、結晶
の成長速度等を再現性良くコントロールできる。改良レ
ーリー法の原理を図1を用いて説明する。種結晶となる
SiC単結晶と原料となるSiC結晶粉末は坩堝(通常
黒鉛)の中に収納され、アルゴン等の不活性ガス雰囲気
中(133Pa〜13.3kPa)、摂氏2000〜2
400度に加熱される。この際、原料粉末に比べ、種結
晶がやや低温になるように、温度勾配が設定される。原
料は、昇華後、濃度勾配(温度勾配により形成される)
により、種結晶方向へ拡散、輸送される。単結晶成長
は、種結晶に到着した原料ガスが種結晶上で再結晶化す
ることにより実現される。
Conventionally, on a laboratory scale, a SiC single crystal is grown by, for example, a sublimation recrystallization method (Rayleigh method).
An SiC single crystal of a size that allows the manufacture of a semiconductor device has been obtained. However, in this method, the area of the obtained single crystal is small, and it is difficult to control the size and shape with high precision. Further, it is not easy to control the crystal polymorphism and impurity carrier concentration of SiC. Further, a cubic SiC single crystal is also grown by heteroepitaxial growth on a heterogeneous substrate such as silicon (Si) using a chemical vapor deposition method (CVD method). In this method, a single crystal having a large area is obtained, by such lattice mismatch with the substrate is also about 20 percent, thereby only grown SiC single crystal containing a large amount of defects (~10 7 cm -2) And it is not easy to obtain a high quality SiC single crystal. To solve these problems, Si
An improved Rayleigh method for performing sublimation recrystallization using a C single crystal wafer as a seed crystal has been proposed (Yu. MT).
airov and V.A. F. Tsvetkov, Jo
urnal of Crystal Growth, v
ol. 52 (1981) pp. 146-150). In this method, since a seed crystal is used, the nucleation process of the crystal can be controlled, and the atmospheric pressure can be reduced by 10% with an inert gas.
By controlling the pressure from 0 Pa to about 15 kPa, the crystal growth rate and the like can be controlled with good reproducibility. The principle of the improved Rayleigh method will be described with reference to FIG. The SiC single crystal serving as a seed crystal and the SiC crystal powder serving as a raw material are housed in a crucible (usually graphite), and are placed in an inert gas atmosphere (133 Pa to 13.3 kPa) such as argon (2000 Pa to 2000 Pa).
Heated to 400 degrees. At this time, the temperature gradient is set so that the seed crystal is slightly lower in temperature than the raw material powder. Raw material, after sublimation, concentration gradient (formed by temperature gradient)
As a result, it is diffused and transported in the seed crystal direction. Single crystal growth is realized by recrystallization of the source gas that has reached the seed crystal on the seed crystal.

【0005】この際、結晶の抵抗率は、不活性ガスから
なる雰囲気中に不純物ガスを添加する、あるいはSiC
原料粉末中に不純物元素あるいはその化合物を混合する
ことにより、制御可能である。SiC単結晶中の置換型
不純物として代表的なものに、窒素(n型)、ホウ素、
アルミニウム(p型)がある。キャリア型及び濃度を制
御しながら、SiC単結晶を成長させることができる。
At this time, the resistivity of the crystal is determined by adding an impurity gas to an atmosphere of an inert gas,
It can be controlled by mixing the impurity element or its compound in the raw material powder. Typical examples of the substitutional impurities in the SiC single crystal include nitrogen (n-type), boron,
There is aluminum (p-type). The SiC single crystal can be grown while controlling the carrier type and the concentration.

【0006】改良レーリー法は、結晶成長速度が毎時1
mm以上と大きく、生産性の点でも優れているという長
所を有する。しかしながら、改良レーリー法でSiC単
結晶を製造した場合、昇華現象を利用しているために、
原料から昇華する各種ガス分子(主にSi、SiC2
Si2Cが発生する)の組成を任意に制御することは困
難であり、また、長時間の結晶成長中に、断熱材等の特
性変化により成長温度が変化すると、安定したガス組成
比を確保できないという問題があった。ガス中のSi/
C組成比が成長中に変化することは、成長の不安定性を
増加させ、多結晶発生等の結晶品質劣化を引き起こす要
因となる。さらに、昇華ガス中のSi/C組成比が変化
すると、発生し易いポリタイプの種類が変化し(Yu.
A.Vodakov,G.A.Lomakina an
d E.N.Mokhov,Soviet Physi
cs−Solid State vol.24(5)
(1982)pp.780−784)、基板として用い
たポリタイプ結晶と異なるポリタイプの結晶相が発生し
易くなる。この際に生じる異種ポリタイプの界面からは
マイクロパイプ欠陥が発生し、結晶品質劣化(マイクロ
パイプ欠陥密度にして100個/cm2以上)の原因と
なっていた。
In the modified Rayleigh method, the crystal growth rate is 1 hour / hour.
mm or more, which is advantageous in terms of productivity. However, when a SiC single crystal is manufactured by the improved Rayleigh method, since the sublimation phenomenon is used,
Various gas molecules sublimated from raw materials (mainly Si, SiC 2 ,
It is difficult to arbitrarily control the composition of Si 2 C), and if the growth temperature changes due to a change in characteristics of a heat insulating material or the like during long-term crystal growth, a stable gas composition ratio is secured. There was a problem that it was not possible. Si / in gas
A change in the C composition ratio during growth increases growth instability and causes deterioration of crystal quality such as polycrystal generation. Further, when the Si / C composition ratio in the sublimation gas changes, the type of polytype that is likely to be generated changes (Yu.
A. Vodakov, G .; A. Lomakina an
dE. N. Mokhov, Soviet Physi
cs-Solid State vol. 24 (5)
(1982) pp. 780-784), and a polytype crystal phase different from the polytype crystal used as the substrate is likely to be generated. At this time, micropipe defects were generated from the interface of the different polytypes, which caused crystal quality deterioration (micropipe defect density of 100 / cm 2 or more).

【0007】一方、上記したガス中のSi/C組成比を
制御できる成長法としては、単結晶薄膜作製法として用
いられる高温化学気相成長法(以下高温CVD法と記
す)が存在する。高温CVD法は、珪素及び炭素を含有
した組成を有する原料ガスを高温下で反応させる方法で
ある。高温CVD法は、ガス系全体のSi/C比を最適
化でき、且つ、成長時間中一定に保つことが出来るとい
う長所を持つ。これは、反応に用いるガスの分子構造が
選択可能であり、かつ、Si含有ガスとC含有ガスの流
量調節により、Si/C比が制御可能だからである。こ
れに対して、短所としては、毎時0.5mm以下と成長
速度が小さく、薄膜作製には使用できても、大型バルク
単結晶生産法としては、生産性が悪く適用できないこと
が挙げられる。高温CVD法にて成長速度を増加させる
ためには、原料ガスの流量を大きくすることが必要とな
る。しかし、この場合、原料ガスと断熱材との反応によ
り断熱特性が劣化し、長時間の結晶成長が困難となり、
やはり生産性が劣化する。
On the other hand, as a growth method capable of controlling the Si / C composition ratio in the gas described above, there is a high-temperature chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as a high-temperature CVD method) used as a method for producing a single crystal thin film. The high-temperature CVD method is a method in which a source gas having a composition containing silicon and carbon is reacted at a high temperature. The high-temperature CVD method has an advantage that the Si / C ratio of the entire gas system can be optimized and can be kept constant during the growth time. This is because the molecular structure of the gas used for the reaction can be selected, and the Si / C ratio can be controlled by adjusting the flow rates of the Si-containing gas and the C-containing gas. On the other hand, the disadvantage is that the growth rate is as low as 0.5 mm / hour or less, and the method cannot be applied to a large bulk single crystal production method because of low productivity even though it can be used for thin film production. In order to increase the growth rate by the high-temperature CVD method, it is necessary to increase the flow rate of the source gas. However, in this case, the heat insulating property deteriorates due to the reaction between the raw material gas and the heat insulating material, and it becomes difficult to grow crystals for a long time,
After all, productivity is deteriorated.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の単結晶成長技術(改良レーリー法)では、作られたS
iC単結晶には結晶中に異なるポリタイプ(6H型、4
H型、15R型等)が混在し易く、異種ポリタイプ同士
の界面から発生する多量のマイクロパイプ欠陥(密度に
して100個/cm2以上)が含まれていた。Tair
ov et al.,J.Cryst.Growth
43(1976)pp.209−211に記載されてい
るように、改良レーリー法による成長では、インゴット
中への異種ポリタイプの混在が抑制できていない。さら
に、このように異種ポリタイプが発生した場合に、その
界面で発生するマイクロパイプ欠陥は、P.G.Neu
deck et al.,IEEE Electron
Device Letters,vol.15(19
94)pp.63−65に記載されているように、素子
を作製した際に、漏れ電流等を引き起こすとされてい
る。
As described above, in the conventional single crystal growth technique (improved Rayleigh method), the S
In the iC single crystal, different polytypes (6H type, 4H
H-type, 15R-type, etc.) were easily mixed, and a large amount of micropipe defects (100 or more in density / cm 2 or more) generated from the interface between different polytypes was included. Tair
ov et al. , J. et al. Cryst. Growth
43 (1976) pp. As described in 209-211, in the growth by the improved Rayleigh method, the mixture of heterogeneous polytypes in an ingot cannot be suppressed. Further, when such heterogeneous polytypes are generated, the micropipe defects generated at the interface are the same as those described in P.I. G. FIG. Neu
deck et al. , IEEE Electron
Device Letters, vol. 15 (19
94) pp. As described in JP-A-63-65, it is said that a leakage current or the like is caused when an element is manufactured.

【0009】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、欠陥の少ない良質の大口径{0001}ウエハ
を、工業的に十分な成長速度を確保しながら、再現性良
く製造し得るSiC単結晶の製造方法及びこれから得ら
れるSiC単結晶インゴットを提供するものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in consideration of the above circumstances. It is an object of the present invention to provide a SiC capable of producing high-quality large-diameter {0001} wafers having few defects with good reproducibility while securing an industrially sufficient growth rate. An object of the present invention is to provide a method for producing a single crystal and a SiC single crystal ingot obtained from the method.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のSiC単結晶の
製造方法は、(1) 原料SiCを加熱して昇華再結晶
法により種結晶上に単結晶成長させる工程を包含するS
iC単結晶の製造方法であって、雰囲気不活性ガス中に
珪素及び/又は炭素を含有する反応性ガスを導入して、
種結晶上にSiC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) 前記反応性ガス
が、炭化水素、珪素の水素化物又は珪素と炭素の水素化
物から選ばれる1種又は2種以上のガスである(1)記
載のSiC単結晶の製造方法、(3) 前記珪素の水素
化物ガスがシラン(SiH4)であり、その分圧が1.
33〜66.5Paである(2)記載のSiC単結晶の
製造方法、(4) 前記炭化水素がプロパン(C38
及び/又はエチレン(C24)である(2)記載のSi
C単結晶の製造方法、(5) 前記珪素と炭素の水素化
物がテトラメチルシラン(Si(CH34)である
(2)記載のSiC単結晶の製造方法、(6) 前記炭
化水素または前記珪素と炭素の水素化物の分圧が0.1
33〜66.5Paの範囲である(4)又は(5)に記
載の炭化珪素単結晶の製造方法、(7) 上記(1)〜
(6)に記載のいずれかの製造方法で得られた炭化珪素
単結晶インゴットであって、該インゴットの口径が50
mm以上であり、インゴット全体が単一ポリタイプにて
構成され、かつマイクロパイプ欠陥密度が30個/cm
2以下であることを特徴とする炭化珪素単結晶インゴッ
ト、(8) 上記(7)に記載の炭化珪素単結晶インゴ
ットを切断、研磨してなる炭化珪素単結晶基板、(9)
上記(8)記載の炭化珪素単結晶基板にエピタキシャ
ル成長させてなる炭化珪素エピタキシャルウエハ、であ
る。
The method for producing a SiC single crystal according to the present invention comprises the steps of (1) heating a raw material SiC and growing a single crystal on a seed crystal by a sublimation recrystallization method.
A method for producing an iC single crystal, comprising introducing a reactive gas containing silicon and / or carbon into an inert gas atmosphere,
A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein a SiC single crystal is grown on a seed crystal; (2) the reactive gas is selected from hydrocarbons, hydrides of silicon or hydrides of silicon and carbon (1) The method for producing a SiC single crystal according to (1), which is a seed or two or more gases, (3) the hydride gas of silicon is silane (SiH 4 ), and the partial pressure thereof is 1.
(2) The method for producing a SiC single crystal according to (2), wherein the hydrocarbon is propane (C 3 H 8 ).
And / or Si as described in (2), which is ethylene (C 2 H 4 ).
(5) The method for producing a SiC single crystal according to (2), wherein the hydride of silicon and carbon is tetramethylsilane (Si (CH 3 ) 4 ), (6) the method for producing a hydrocarbon or The partial pressure of the hydride of silicon and carbon is 0.1
The method for producing a silicon carbide single crystal according to (4) or (5), wherein the method is in the range of 33 to 66.5 Pa;
A silicon carbide single crystal ingot obtained by any one of the production methods according to (6), wherein the diameter of the ingot is 50.
mm or more, the entire ingot is composed of a single polytype, and the micropipe defect density is 30 pieces / cm.
Silicon carbide single crystal ingot, characterized in that it is 2 or less, (8) (7) cutting the silicon carbide single crystal ingot according to, polished comprising silicon carbide single crystal substrate, (9)
A silicon carbide epitaxial wafer formed by epitaxial growth on the silicon carbide single crystal substrate according to the above (8).

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の製造方法は、成長時に珪
素を含む水素化物、炭素を含む水素化物または珪素、炭
素両者を含む水素化物のガスを導入することにより、反
応ガス中のSi/C比を最適化することで、高品質のS
iC単結晶を十分な成長速度を保持しつつ、安定して製
造することができるものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The manufacturing method of the present invention is characterized in that a hydride containing silicon, a hydride containing carbon, or a hydride containing both silicon and carbon is introduced during growth to thereby obtain Si / By optimizing the C ratio, high quality S
An iC single crystal can be stably manufactured while maintaining a sufficient growth rate.

【0012】図2を用いて、本発明の効果を説明する。The effect of the present invention will be described with reference to FIG.

【0013】導入するガスをガスボンベより配管を通し
て成長装置に導入する。実験に用いられる各種ガスの分
圧は、成長時の全圧(ガス排気側に設置した圧力調節バ
ルブにより調整)に対して、使用する各ガス種のガス流
量比を掛けた値となる。
The gas to be introduced is introduced into the growth apparatus from a gas cylinder through a pipe. The partial pressure of various gases used in the experiment is a value obtained by multiplying the total pressure during growth (adjusted by a pressure control valve provided on the gas exhaust side) by the gas flow ratio of each gas type used.

【0014】改良レーリー法にてSiC単結晶を成長さ
せた場合、成長の初期段階においては、坩堝断熱材の断
熱特性が良好なために、原料と種結晶間において安定し
た温度分布が保たれている。しかし、成長時間が経過す
るにつれて、昇華ガスの影響により断熱材の断熱特性が
徐々に劣化していく。このため、坩堝の温度が下がる、
あるいは原料〜種結晶間の温度分布が変化することでガ
ス中のSi/C比が変化する。SiC原料から昇華する
各種ガス分子(主にSi、SiC2、Si2Cが発生す
る)の蒸気圧曲線は、A.O.Konstantino
v,EMIS Datareviews Series
13(1995)pp.170−203に報告されてお
り、1950℃〜2380℃の温度範囲では、温度が低
いほど、Si/Cが大きくなることが分っている。これ
より、成長中の断熱材劣化に伴う温度の低下により、ガ
ス中のSi/C比は変化し、これが原因となって成長条
件が変化して、種結晶と異なるポリタイプ相が発生しや
すくなる。ここで、断熱材劣化によるガス中のSi/C
比の増加、即ち、昇華ガス中のCの減少を補う形で、成
長途中より炭素の水素化物ガスを適量導入することで、
成長中のSi/C比変化を抑制して、安定したSi/C
比の条件下で結晶成長が持続でき、異種ポリタイプ相の
発生を抑制して、欠陥の少ない良質の単結晶が得られ
る。
When an SiC single crystal is grown by the improved Rayleigh method, a stable temperature distribution is maintained between the raw material and the seed crystal in the initial stage of growth because the heat insulating property of the crucible heat insulating material is good. I have. However, as the growth time elapses, the heat insulating properties of the heat insulating material gradually deteriorate due to the influence of the sublimation gas. For this reason, the temperature of the crucible drops,
Alternatively, the Si / C ratio in the gas changes as the temperature distribution between the raw material and the seed crystal changes. The vapor pressure curves of various gas molecules (mainly Si, SiC 2 , and Si 2 C are generated) sublimated from the SiC raw material are shown in FIG. O. Konstantino
v, EMIs Dataviews Series
13 (1995) pp. 170-203, it has been found that in a temperature range of 1950 ° C. to 2380 ° C., the lower the temperature, the higher the Si / C. As a result, the Si / C ratio in the gas changes due to a decrease in temperature due to the deterioration of the heat insulating material during growth, and the growth conditions change due to this, and a polytype phase different from the seed crystal is likely to be generated. Become. Here, Si / C in the gas due to deterioration of the heat insulating material
By increasing the ratio, that is, by introducing an appropriate amount of carbon hydride gas during the growth in a form to compensate for the decrease in C in the sublimation gas,
Stable Si / C by suppressing change of Si / C ratio during growth
Crystal growth can be sustained under the condition of the ratio, the generation of different polytype phases can be suppressed, and a high-quality single crystal with few defects can be obtained.

【0015】また、昇華ガス中のSi/C組成比が変化
すると、発生し易いポリタイプの種類が変化する(Y
u.A.Vodakov,G.A.Lomakina
andE.N.Mokhov,Soviet Phys
ics−Solid State vol.24(5)
(1982)pp.780−784)ということは、逆
にSi/C組成比を意図的に制御することで、ある特定
のポリタイプ相をより安定して得る手法として利用可能
である。具体的には、ガス中のSi/C比が、通常の成
長条件のそれよりもSiが多い状態になると、6Hポリ
タイプが安定に成長し易い条件となる。これと逆に、C
が多い状態にシフトした場合、4Hポリタイプ相が安定
して発生し易くなる。この効果を有効利用することで、
種結晶と同種あるいは全く異種のポリタイプを安定して
得ることができる。
When the Si / C composition ratio in the sublimation gas changes, the type of polytype which is likely to be generated changes (Y
u. A. Vodakov, G .; A. Lomakina
andE. N. Mokhov, Soviet Physs
ics-Solid State vol. 24 (5)
(1982) pp. 780-784), on the contrary, can be used as a technique for obtaining a certain polytype phase more stably by intentionally controlling the Si / C composition ratio. Specifically, when the Si / C ratio in the gas becomes larger than that of the normal growth condition, the condition is such that the 6H polytype easily grows stably. Conversely, C
When the phase shifts to a state with a large amount, the 4H polytype phase is easily generated stably. By taking advantage of this effect,
A polytype identical or completely different from the seed crystal can be stably obtained.

【0016】昇華ガス中のSi/C組成比の制御が可能
であることは、高温CVD法と同様の利点であるが、高
温CVD法は、珪素の水素化物、炭素の水素化物又は珪
素及び炭素を含む水素化物等のガスのみを導入する方法
である。この場合、導入されたガスのみでは、充分な原
料供給が行なわれずに、結晶成長速度が毎時0.5mm
以下と小さくなってしまう。また、ガスの流量増加によ
り成長速度を増加させようとした場合、ガスと断熱材と
の反応により断熱特性が劣化し、長時間に渡って安定し
た結晶成長が困難となる。これに対して、本方法は、固
体原料からの昇華ガスの利用により、まず毎時1mm以
上の大きな結晶成長速度を確保した上で、珪素の水素化
物、炭素の水素化物又は珪素及び炭素を含む水素化物の
ガスを微量に導入することにより、ガス中のSi/C組
成比を意図的に制御することが可能である。すなわち、
本発明では、工業的に十分な大きい成長速度を持ち、か
つ成長時の昇華ガス中のSi/C組成比の制御により、
異種ポリタイプ、それに伴うマイクロパイプ欠陥等の発
生を抑制でき、結晶全域に渡って良質なSiC単結晶を
得ることができる。
The ability to control the Si / C composition ratio in the sublimation gas has the same advantages as the high-temperature CVD method. However, the high-temperature CVD method uses a hydride of silicon, a hydride of carbon, or silicon and carbon. Is a method of introducing only a gas such as a hydride containing a. In this case, only the introduced gas does not supply a sufficient raw material, and the crystal growth rate is 0.5 mm / h.
It becomes smaller as follows. If the growth rate is to be increased by increasing the flow rate of the gas, the heat insulating property is degraded due to the reaction between the gas and the heat insulating material, and stable crystal growth over a long period of time becomes difficult. In contrast, the method uses a sublimation gas from a solid raw material to secure a large crystal growth rate of 1 mm / hour or more, and then obtains a hydride of silicon, a hydride of carbon, or a hydrogen containing silicon and carbon. By introducing a small amount of a compound gas, it is possible to intentionally control the Si / C composition ratio in the gas. That is,
In the present invention, by controlling the Si / C composition ratio in the sublimation gas at the time of growth, which has an industrially large growth rate,
It is possible to suppress the occurrence of different types of polytypes and the accompanying micropipe defects, and to obtain a high-quality SiC single crystal over the entire crystal area.

【0017】本発明における反応系の全圧については、
665Pa〜66.5kPaの範囲が望ましい。この圧
力範囲外での成長は、結晶成長速度が大きすぎて、反応
系の制御が困難(より低圧)であったり、成長速度が小
さすぎる(より高圧)ため、工業的に有用とならない
等、実用的見地からみて有用でない。本発明に使用する
炭素の水素化物としては、C24、C38、C22が利
用可能なガスとして挙げられる。また、珪素の水素化物
としては、SiH4、Si26が挙げられる。さらに、
珪素及び炭素を含む水素化物としては、SiH2(C
32、SiH(CH33、Si(CH34が挙げられ
る。これらの内でも、ガスの取り扱い易さ(安定性、生
産性)という点から考えると、炭素の水素化物ではC2
4及びC38、珪素の水素化物ではSiH4、珪素及び
炭素を含む水素化物ではSi(CH3 4が、最も実用に
適している。導入するガスの成長時の分圧としては、珪
素の水素化物ガスでは1.33〜66.5Pa、炭素の
水素化物ガス、珪素及び炭素を含む水素化物ガスの分圧
としては0.133〜66.5Paの範囲が望ましい。
珪素の水素化物のガス分圧が66.5Pa以上になる
と、昇華ガス中のSi/C組成比がSi過剰に成りす
ぎ、結晶成長表面にSiの液滴が発生して、マイクロパ
イプ欠陥、多結晶相の発生原因となる。また、炭素の水
素化物ガスの分圧が66.5Pa以上となった場合に
は、逆にC過剰に成りすぎることで、結晶成長表面に炭
化物が形成され、やはりマイクロパイプ欠陥や多結晶相
の発生原因となる。珪素及び炭素を含む水素化物ガスの
場合も、炭素の水素化物ガスと同様に66.5Pa以上
の分圧において、炭化物発生を起こし易く、欠陥発生の
原因となる。また、上記ガス分圧が規定値より小さい場
合は、これらガス成分の導入効果が得られない恐れがあ
る。
Regarding the total pressure of the reaction system in the present invention,
A range of 665 Pa to 66.5 kPa is desirable. This pressure
Growth outside the force range is too fast for crystal growth
The system is difficult to control (lower pressure) or the growth rate is low.
Not useful industrially because it is too low (higher pressure)
It is not useful from a practical point of view. Used in the present invention
As the hydride of carbon, CTwoHFour, CThreeH8, CTwoHTwoBut profit
It is mentioned as a usable gas. Also, hydrides of silicon
As SiHFour, SiTwoH6Is mentioned. further,
Examples of hydrides containing silicon and carbon include SiHTwo(C
HThree)Two, SiH (CHThree)Three, Si (CHThree)FourIs mentioned
You. Among these, the ease of gas handling (stability, raw
From the point of view of productivity)Two
HFourAnd CThreeH8, Silicon hydride is SiHFour, Silicon and
For hydrides containing carbon, Si (CHThree) FourBut most practical
Are suitable. The partial pressure during the growth of the introduced gas
1.33 to 66.5 Pa for hydrogen hydride gas,
Partial pressure of hydride gas, hydride gas containing silicon and carbon
Is preferably in the range of 0.133 to 66.5 Pa.
The gas partial pressure of silicon hydride becomes 66.5 Pa or more
And the Si / C composition ratio in the sublimation gas becomes excessive Si.
When Si droplets are generated on the crystal growth surface,
This causes the formation of ip defects and polycrystalline phases. Also carbon water
When the partial pressure of the iodide gas becomes 66.5 Pa or more
On the other hand, if the carbon content becomes too large,
Oxides, micropipe defects and polycrystalline phase
It causes the occurrence of. Of hydride gas containing silicon and carbon
In this case, the same as in the case of the hydride gas of carbon, 66.5 Pa or more
At the partial pressure of
Cause. If the gas partial pressure is smaller than the specified value,
In this case, there is a possibility that the effect of introducing these gas components may not be obtained.
You.

【0018】本発明の製造方法を用いることにより、5
0mm以上の大口径を有し、且つインゴット全体に渡り
単一ポリタイプにて構成されたSiC単結晶インゴット
を作製することが可能となる。また、デバイスに悪影響
を及ぼすマイクロパイプ欠陥が30個/cm2以下と極
めて少ない、という特徴を有する。
By using the manufacturing method of the present invention, 5
It is possible to produce a SiC single crystal ingot having a large diameter of 0 mm or more and composed of a single polytype over the entire ingot. Further, it has a feature that micropipe defects adversely affecting the device are extremely small at 30 / cm 2 or less.

【0019】このようにして製造したSiC単結晶イン
ゴットを切断、研磨してなるSiC単結晶ウエハは、5
0mm以上の口径を有しているので、このウエハを用い
て各種デバイスを製造する際、工業的に確立されている
従来の半導体(Si、GaAs等)ウエハ用の製造ライ
ンを使用することができ、量産に適している。
The SiC single crystal wafer obtained by cutting and polishing the SiC single crystal ingot thus manufactured is 5
Since it has a diameter of 0 mm or more, when manufacturing various devices using this wafer, it is possible to use an industrially established conventional production line for semiconductor (Si, GaAs, etc.) wafers. Suitable for mass production.

【0020】さらに、このSiC単結晶ウエハ上にCV
D法等によりエピタキシャル薄膜を成長して、作製され
るSiC単結晶エピタキシャルウエハは、その基板とな
るSiC単結晶ウエハ中にマイクロパイプ欠陥が極めて
少ないために、良好な特性(エピタキシャル薄膜の表面
モフォロジー、電気特性、等)を有するようになる。
Further, CV is placed on the SiC single crystal wafer.
An SiC single crystal epitaxial wafer produced by growing an epitaxial thin film by the D method or the like has excellent characteristics (surface morphology of the epitaxial thin film, Electrical characteristics, etc.).

【0021】[0021]

【実施例】以下に、本発明の実施例を述べる。Embodiments of the present invention will be described below.

【0022】(実施例1)図2は、本発明の製造装置で
あり、種結晶を用いた改良型レーリー法によって、Si
C単結晶を成長させる装置の一例である。まず、この単
結晶成長装置について、簡単に説明する。結晶成長は、
種結晶として用いたSiC単結晶1の上に、SiC粉末
原料2を昇華再結晶化させることによって行われる。種
結晶のSiC単結晶1は、黒鉛製坩堝3の黒鉛製坩堝蓋
4の内面に取り付けられる。SiC粉末原料2は、黒鉛
製坩堝3の内部に充填されている。このような黒鉛製坩
堝3は、二重石英管5の内部に、黒鉛の支持棒6により
設置される。黒鉛製坩堝3の周囲には、熱シールドのた
めの黒鉛製フェルト7が設置されている。二重石英管5
は、真空排気装置により高真空排気(10-3Pa以下)
することができ、かつ内部雰囲気をArガスにより圧力
制御することができる。また、二重石英管5の外周に
は、ワークコイル8が設置されており、高周波電流を流
すことにより黒鉛製坩堝3を加熱し、原料及び種結晶を
所望の温度に加熱することができる。坩堝温度の計測
は、坩堝上部及び下部を覆うフェルトの中央部に直径2
〜4mmの光路を設け、坩堝上部及び下部からの光を取
りだし、二色温度計を用いて行う。坩堝下部の温度を原
料温度、坩堝上部の温度を種温度とする。製造装置への
ガス配管9には、内部雰囲気制御用のArガスのほかに
各種ガス(珪素水素化物、炭素水素化物、珪素および炭
素を含んだ水素化物)が、ガス流量調節計10を通って
導入される。
(Example 1) FIG. 2 shows a manufacturing apparatus according to the present invention, in which Si is formed by an improved Rayleigh method using a seed crystal.
It is an example of an apparatus for growing a C single crystal. First, the single crystal growth apparatus will be briefly described. Crystal growth is
It is performed by sublimating and recrystallizing the SiC powder raw material 2 on the SiC single crystal 1 used as the seed crystal. The seed crystal SiC single crystal 1 is attached to the inner surface of the graphite crucible lid 4 of the graphite crucible 3. The SiC powder raw material 2 is filled in a graphite crucible 3. Such a graphite crucible 3 is installed inside a double quartz tube 5 by a graphite support rod 6. Around the graphite crucible 3, a graphite felt 7 for heat shielding is provided. Double quartz tube 5
Is high vacuum evacuation (less than 10 -3 Pa) by vacuum evacuation device
And the internal atmosphere can be pressure-controlled by Ar gas. A work coil 8 is provided on the outer periphery of the double quartz tube 5, and the graphite crucible 3 can be heated by flowing a high-frequency current to heat the raw material and the seed crystal to desired temperatures. The temperature of the crucible was measured at the center of the felt covering the top and bottom of the crucible with a diameter of 2
An optical path of 44 mm is provided, light is taken out from the upper and lower portions of the crucible, and a two-color thermometer is used. The temperature at the bottom of the crucible is the raw material temperature, and the temperature at the top of the crucible is the seed temperature. Various gases (silicon hydride, carbon hydride, hydride containing silicon and carbon) in addition to Ar gas for controlling the internal atmosphere are passed through a gas flow controller 10 to a gas pipe 9 to the manufacturing apparatus. be introduced.

【0023】次に、この結晶成長装置を用いたSiC単
結晶の製造について、実施例を説明する。まず、種結晶
として、口径50mmの(000−1)C面を有した六
方晶系、4Hポリタイプを有するSiC単結晶ウエハを
用意した。次に、種結晶1を黒鉛製坩堝3の黒鉛製坩堝
蓋4の内面に取り付けた。黒鉛製坩堝3の内部には、S
iC粉末原料2を充填した。次いで、原料を充填した黒
鉛製坩堝3を、種結晶を取り付けた黒鉛製坩堝蓋4で閉
じ、黒鉛製フェルト7で被覆した後、黒鉛製支持棒6の
上に乗せ、二重石英管5の内部に設置した。そして、石
英管の内部を真空排気した後、ワークコイルに電流を流
し、原料温度を摂氏2000度まで上げた。その後、雰
囲気ガスとしてArガスを流量2.34×10-63
sec、昇華ガス組成比制御用ガス(この場合は、組成
比をよりCリッチな方向に振る目的のため、炭化水素化
物ガスを使用)としてエチレン(C24)を8.35×
10-93/sec(成長時の分圧として4.73P
a)流入させ、石英管内圧力を約80kPaに保ちなが
ら、原料温度を目標温度である摂氏2400度まで上昇
させた。成長圧力である1.3kPaには約30分かけ
て減圧し、その後約20時間成長を続けた。この際の坩
堝内の温度勾配は摂氏15度/cmで、成長速度は約1
mm/時であった。得られた結晶の口径は51mmで、
高さは20mm程度であった。
Next, an example of the production of a SiC single crystal using this crystal growth apparatus will be described. First, as a seed crystal, a SiC single crystal wafer having a hexagonal system and a 4H polytype having a (000-1) C plane having a diameter of 50 mm was prepared. Next, the seed crystal 1 was attached to the inner surface of the graphite crucible lid 4 of the graphite crucible 3. S inside graphite crucible 3
iC powder raw material 2 was charged. Next, the graphite crucible 3 filled with the raw material is closed with a graphite crucible lid 4 fitted with a seed crystal, covered with a graphite felt 7, placed on a graphite support rod 6, and placed in a double quartz tube 5. Installed inside. Then, after evacuating the inside of the quartz tube, an electric current was applied to the work coil to raise the temperature of the raw material to 2000 degrees Celsius. Then, Ar gas was used as an atmosphere gas at a flow rate of 2.34 × 10 −6 m 3 /
Ethylene (C 2 H 4 ) was 8.35 × as a sublimation gas composition ratio control gas (in this case, a hydrocarbon gas was used for the purpose of changing the composition ratio in a C-rich direction).
10 −9 m 3 / sec (4.73 P as the partial pressure during growth)
a) The raw material temperature was raised to 2400 degrees Celsius, which is the target temperature, while maintaining the pressure inside the quartz tube at about 80 kPa. The pressure was reduced to a growth pressure of 1.3 kPa over about 30 minutes, and then growth was continued for about 20 hours. At this time, the temperature gradient in the crucible was 15 degrees Celsius / cm, and the growth rate was about 1 degree.
mm / hr. The diameter of the obtained crystal is 51 mm,
The height was about 20 mm.

【0024】こうして得られた炭化珪素単結晶をX線回
折及びラマン散乱により分析したところ、種結晶のポリ
タイプと同種のポリタイプのみを有し、異種ポリタイプ
混在の抑制された4H単一ポリタイプの炭化珪素単結晶
が成長したことを確認できた。
The silicon carbide single crystal thus obtained was analyzed by X-ray diffraction and Raman scattering. As a result, it was confirmed that the single crystal of 4H had only the same polytype as that of the seed crystal, and the mixture of different polytypes was suppressed. It was confirmed that a silicon carbide single crystal of the type grew.

【0025】次に、このようにして製造したSiC単結
晶インゴットを切断、研磨して、厚さ300μm、口径
51mmのSiC単結晶ウエハを作製した。ウエハの面
方位は、(0001)面から<11−20>方向に3.
5度オフとした。マイクロパイプ欠陥を評価する目的
で、摂氏約530度の溶融KOHでウェハ表面をエッチ
ングし、顕微鏡によりマイクロパイプ欠陥に対応する大
型の六角形エッチピットの数を調べたところ、種結晶よ
り引き継いだマイクロパイプ欠陥以外の同欠陥発生が完
全に抑えられ、かつ一部は成長中に消滅しており、結果
として、同欠陥密度が30個/cm2以下に減少してい
ることがわかった。
Next, the SiC single crystal ingot manufactured as described above was cut and polished to produce a SiC single crystal wafer having a thickness of 300 μm and a diameter of 51 mm. The plane orientation of the wafer is 3. in the <11-20> direction from the (0001) plane.
It was turned off five times. In order to evaluate micropipe defects, the wafer surface was etched with molten KOH at about 530 degrees Celsius, and the number of large hexagonal etch pits corresponding to the micropipe defects was examined with a microscope. It was found that the occurrence of defects other than pipe defects was completely suppressed, and some of them disappeared during the growth, and as a result, the defect density was reduced to 30 defects / cm 2 or less.

【0026】さらに、この51mm口径のSiC単結晶
ウエハを基板として用いて、SiCのエピタキシャル成
長を行った。SiCエピタキシャル薄膜の成長条件は、
成長温度摂氏1500度、シラン(SiH4)、プロパ
ン(C38)、水素(H2)の流量が、それぞれ5.0
×10-93/sec、3.3×10-93/sec、
5.0×10-53/secであった。成長圧力は、大
気圧とした。成長時間は2時間で、膜厚としては約5m
m成長した。
Further, SiC was epitaxially grown by using the 51 mm diameter SiC single crystal wafer as a substrate. The growth conditions for the SiC epitaxial thin film are as follows:
The growth temperature was 1500 degrees Celsius, and the flow rates of silane (SiH 4 ), propane (C 3 H 8 ), and hydrogen (H 2 ) were each 5.0.
× 10 -9 m 3 /sec,3.3×10 -9 m 3 / sec,
It was 5.0 × 10 −5 m 3 / sec. The growth pressure was atmospheric pressure. The growth time is 2 hours and the film thickness is about 5m
m.

【0027】エピタキシャル薄膜成長後、ノマルスキー
光学顕微鏡により、得られたエピタキシャル薄膜の表面
モフォロジーを観察したところ、ウエハ全面に渡って非
常に平坦で、ピット等の表面欠陥の非常に少ない良好な
表面モフォロジーを有するSiCエピタキシャル薄膜が
成長しているのが分かった。
After the growth of the epitaxial thin film, the surface morphology of the obtained epitaxial thin film was observed with a Nomarski optical microscope. It was found that a SiC epitaxial thin film having the same had grown.

【0028】(実施例2)この例では、種結晶として、
口径50mmの(0001)Si面を有した六方晶系、
6Hポリタイプを有するSiC単結晶ウエハを用意し
た。次に、種結晶1を黒鉛製坩堝3の黒鉛製坩堝蓋4の
内面に取り付けた。黒鉛製坩堝3の内部には、SiC粉
末原料2を充填した。次いで、原料を充填した黒鉛製坩
堝3を、種結晶を取り付けた黒鉛製坩堝蓋4で閉じ、黒
鉛製フェルト7で被覆した後、黒鉛製支持棒6の上に乗
せ、二重石英管5の内部に設置した。そして、石英管の
内部を真空排気した後、ワークコイルに電流を流し、原
料温度を摂氏2000度まで上げた。その後、雰囲気ガ
スとしてArガスを流量2.34×10-63/se
c、昇華ガス組成比制御用ガス(この場合は、組成比を
よりSiリッチな方向に振る目的のため、珪素水素化物
ガスを使用)としてシラン(SiH4)を1.67×1
-83/sec(成長時の分圧として9.43Pa)
流入させ、石英管内圧力を約80kPaに保ちながら、
原料温度を目標温度である摂氏2400度まで上昇させ
た。成長圧力である1.3kPaには約30分かけて減
圧し、その後約8時間成長を続けた。この際の坩堝内の
温度勾配は摂氏15度/cmで、成長速度は約1mm/
時であった。得られた結晶の口径は51mmで、高さは
8mm程度であった。
(Example 2) In this example, as a seed crystal,
A hexagonal system having a (0001) Si plane with a diameter of 50 mm,
A SiC single crystal wafer having a 6H polytype was prepared. Next, the seed crystal 1 was attached to the inner surface of the graphite crucible lid 4 of the graphite crucible 3. The inside of the graphite crucible 3 was filled with the SiC powder raw material 2. Next, the graphite crucible 3 filled with the raw material is closed with a graphite crucible lid 4 fitted with a seed crystal, covered with a graphite felt 7, placed on a graphite support rod 6, and placed in a double quartz tube 5. Installed inside. Then, after evacuating the inside of the quartz tube, an electric current was applied to the work coil to raise the temperature of the raw material to 2000 degrees Celsius. Thereafter, Ar gas was supplied as an atmosphere gas at a flow rate of 2.34 × 10 −6 m 3 / sec.
c, 1.67 × 1 silane (SiH 4 ) as a sublimation gas composition ratio control gas (in this case, silicon hydride gas is used for the purpose of changing the composition ratio in a Si-rich direction).
0 -8 m 3 / sec (9.43 Pa as partial pressure during growth)
While maintaining the pressure inside the quartz tube at about 80 kPa,
The raw material temperature was increased to the target temperature of 2400 degrees Celsius. The pressure was reduced to the growth pressure of 1.3 kPa over about 30 minutes, and then growth was continued for about 8 hours. At this time, the temperature gradient in the crucible was 15 degrees Celsius / cm, and the growth rate was about 1 mm / cm.
It was time. The diameter of the obtained crystal was 51 mm, and the height was about 8 mm.

【0029】こうして得られた炭化珪素単結晶をX線回
折及びラマン散乱により分析したところ、種結晶のポリ
タイプと同種のポリタイプのみを有し、異種ポリタイプ
混在の抑制された6H単一ポリタイプの炭化珪素単結晶
が成長したことを確認できた。
When the silicon carbide single crystal thus obtained was analyzed by X-ray diffraction and Raman scattering, it was found that the silicon carbide single crystal had only the same polytype as that of the seed crystal, and that the 6H single poly in which different types of polytype were mixed was suppressed. It was confirmed that a silicon carbide single crystal of the type grew.

【0030】次に、このようにして製造したSiC単結
晶インゴットを切断、研磨して、厚さ300μm、口径
51mmのSiC単結晶ウエハを作製した。ウエハの面
方位は、(0001)面から<11−20>方向に3.
5度オフとした。マイクロパイプ欠陥を評価する目的
で、摂氏約530度の溶融KOHでウェハ表面をエッチ
ングし、顕微鏡によりマイクロパイプ欠陥に対応する大
型の六角形エッチピットの数を調べたところ、種結晶よ
り引き継いだマイクロパイプ欠陥以外の同欠陥発生が完
全に抑えられ、かつ一部は成長中に消滅しており、結果
として、同欠陥密度が30個/cm2以下に減少してい
ることがわかった。
Next, the SiC single crystal ingot thus manufactured was cut and polished to produce a 300 μm thick, 51 mm diameter SiC single crystal wafer. The plane orientation of the wafer is 3. in the <11-20> direction from the (0001) plane.
It was turned off five times. In order to evaluate micropipe defects, the wafer surface was etched with molten KOH at about 530 degrees Celsius, and the number of large hexagonal etch pits corresponding to the micropipe defects was examined with a microscope. It was found that the occurrence of defects other than pipe defects was completely suppressed, and some of them disappeared during the growth, and as a result, the defect density was reduced to 30 defects / cm 2 or less.

【0031】さらに、この51mm口径のSiC単結晶
ウエハを基板として用いて、SiCのエピタキシャル成
長を行った。SiCエピタキシャル薄膜の成長条件は、
成長温度摂氏1500度、シラン(SiH4)、プロパ
ン(C38)、水素(H2)の流量が、それぞれ5.0
×10-93/sec、3.3×10-93/sec、
5.0×10-53/secであった。成長圧力は大気
圧とした。成長時間は2時間で、膜厚としては約5mm
成長した。
Further, SiC was epitaxially grown by using the 51 mm diameter SiC single crystal wafer as a substrate. The growth conditions for the SiC epitaxial thin film are as follows:
The growth temperature was 1500 degrees Celsius, and the flow rates of silane (SiH 4 ), propane (C 3 H 8 ), and hydrogen (H 2 ) were 5.0, respectively.
× 10 -9 m 3 /sec,3.3×10 -9 m 3 / sec,
It was 5.0 × 10 −5 m 3 / sec. The growth pressure was atmospheric pressure. The growth time is 2 hours and the film thickness is about 5 mm
grown.

【0032】エピタキシャル薄膜成長後、ノマルスキー
光学顕微鏡により、得られたエピタキシャル薄膜の表面
モフォロジーを観察したところ、ウエハ全面に渡って非
常に平坦で、ピット等の表面欠陥の非常に少ない良好な
表面モフォロジーを有するSiCエピタキシャル薄膜が
成長しているのが分かった。
After the epitaxial thin film was grown, the surface morphology of the obtained epitaxial thin film was observed with a Nomarski optical microscope. It was found that a SiC epitaxial thin film having the same had grown.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
種結晶を用いた改良型レーリー法において、珪素の水素
化物、炭素の水素化物または珪素、炭素両方を含む水素
化物系ガスの導入により、昇華ガス中のSi/C組成比
を制御することによって、欠陥の少ない良質の炭化珪素
単結晶を適度な成長速度を維持しつつ、再現性、及び均
質性良く成長させることができる。このような炭化珪素
単結晶ウエハを用いれば、光学的特性の優れた青色発光
素子、電気的特性の優れた高耐圧・耐環境性電子デバイ
スを製作することができる。
As described above, according to the present invention,
In the improved Rayleigh method using a seed crystal, by introducing a hydride gas containing silicon hydride, carbon hydride or silicon and carbon, the Si / C composition ratio in the sublimation gas is controlled. A good quality silicon carbide single crystal with few defects can be grown with good reproducibility and uniformity while maintaining an appropriate growth rate. By using such a silicon carbide single crystal wafer, a blue light emitting element having excellent optical characteristics and a high withstand voltage / environmentally resistant electronic device having excellent electrical characteristics can be manufactured.

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

【図1】 改良レーリー法の原理を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the improved Rayleigh method.

【図2】 本発明の製造方法に用いられる単結晶成長装
置の一例を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a single crystal growth apparatus used in the manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 種結晶(SiC単結晶) 2 SiC粉末原料 3 黒鉛製坩堝 4 黒鉛製坩堝蓋 5 二重石英管 6 支持棒 7 黒鉛製フェルト 8 ワークコイル 9 ガス配管 10 ガス流量調節計 Reference Signs List 1 seed crystal (SiC single crystal) 2 SiC powder raw material 3 graphite crucible 4 graphite crucible lid 5 double quartz tube 6 support rod 7 graphite felt 8 work coil 9 gas pipe 10 gas flow controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 辰雄 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 藍郷 崇 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 矢代 弘克 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Fターム(参考) 4G077 AA02 BE08 DA18 EA08 SA01 SA07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tatsuo Fujimoto 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel Corporation Technology Development Division (72) Inventor Takashi Aigo 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba New Japan (72) Inventor Hirokatsu Yashiro 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba F-term in the Technology Development Division of Nippon Steel Corporation (reference) 4G077 AA02 BE08 DA18 EA08 SA01 SA07

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料炭化珪素を加熱して昇華再結晶法に
より種結晶上に単結晶成長させる工程を包含する炭化珪
素単結晶の製造方法であって、雰囲気不活性ガス中に珪
素及び/又は炭素を含有する反応性ガスを導入して、種
結晶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。
1. A method for producing a silicon carbide single crystal, comprising a step of heating a raw silicon carbide and growing a single crystal on a seed crystal by a sublimation recrystallization method, wherein silicon and / or silicon and / or A method for producing a silicon carbide single crystal, comprising introducing a reactive gas containing carbon to grow a silicon carbide single crystal on a seed crystal.
【請求項2】 前記反応性ガスが、炭化水素、珪素の水
素化物又は珪素と炭素の水素化物から選ばれる1種又は
2種以上のガスである請求項1記載の炭化珪素単結晶の
製造方法。
2. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein said reactive gas is one or more gases selected from hydrocarbons, hydrides of silicon or hydrides of silicon and carbon. .
【請求項3】 前記珪素の水素化物ガスがシラン(Si
4)であり、その分圧が1.33〜66.5Paであ
る請求項2記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
3. The hydride gas of silicon is silane (Si)
3. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 2, wherein H 4 ) has a partial pressure of 1.33 to 66.5 Pa. 4.
【請求項4】 前記炭化水素がプロパン(C38)及び
/又はエチレン(C 24)である請求項2記載の炭化珪
素単結晶の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the hydrocarbon is propane (CThreeH8)as well as
/ Or ethylene (C TwoHFour3. The silicon carbide according to claim 2, wherein
Method for producing elementary single crystal.
【請求項5】 前記珪素と炭素の水素化物がテトラメチ
ルシラン(Si(CH34)である請求項2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 2, wherein the hydride of silicon and carbon is tetramethylsilane (Si (CH 3 ) 4 ).
【請求項6】 前記炭化水素または前記珪素と炭素の水
素化物の分圧が0.133〜66.5Paである請求項
4又は5に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
6. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 4, wherein a partial pressure of the hydrocarbon or the hydride of silicon and carbon is 0.133 to 66.5 Pa.
【請求項7】 請求項1〜6に記載のいずれかの製造方
法で得られた炭化珪素単結晶インゴットであって、該イ
ンゴットの口径が50mm以上であり、インゴット全体
が単一ポリタイプにて構成され、かつマイクロパイプ欠
陥密度が30個/cm2以下であることを特徴とする炭
化珪素単結晶インゴット。
7. A silicon carbide single crystal ingot obtained by any one of the production methods according to claim 1, wherein the ingot has a diameter of 50 mm or more, and the entire ingot is a single polytype. A silicon carbide single crystal ingot, which is constituted and has a micropipe defect density of 30 / cm 2 or less.
【請求項8】 請求項7に記載の炭化珪素単結晶インゴ
ットを切断、研磨してなる炭化珪素単結晶基板。
8. A silicon carbide single crystal substrate obtained by cutting and polishing the silicon carbide single crystal ingot according to claim 7.
【請求項9】 請求項8記載の炭化珪素単結晶基板にエ
ピタキシャル成長させてなる炭化珪素エピタキシャルウ
エハ。
9. A silicon carbide epitaxial wafer formed by epitaxial growth on the silicon carbide single crystal substrate according to claim 8.
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