JP2003226600A - Seed crystal for growing silicon carbide single crystal, silicon carbide single crystal ingot, and methods of producing them - Google Patents

Seed crystal for growing silicon carbide single crystal, silicon carbide single crystal ingot, and methods of producing them

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JP2003226600A JP2002027764A JP2002027764A JP2003226600A JP 2003226600 A JP2003226600 A JP 2003226600A JP 2002027764 A JP2002027764 A JP 2002027764A JP 2002027764 A JP2002027764 A JP 2002027764A JP 2003226600 A JP2003226600 A JP 2003226600A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a good protective film with a good reproducibility, and to provide a seed crystal for growing an SiC single crystal with which the deterioration of the crystal quality caused by the occurrence of voids is suppressed, an SiC single crystal ingot having a good appearance free from structural defects over the whole surface, and methods for producing them with good reproducibilities. <P>SOLUTION: When the silicon carbide single crystal is grown by a sublimation recrystallization method using the seed crystal, an organic thin film having a thickness within a predetermined range is formed at the rear surface of the growth surface of the seed crystal. Thereby, the departure of atoms from the rear surface is suppressed during growth, and a high quality silicon carbide single crystal ingot having extremely less structural defects can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、炭化珪素単結晶育
成用種結晶およびその製造方法、ならびに、該種結晶を
用いた炭化珪素単結晶の製造方法に関し、加えて、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
良質で大型の炭化珪素単結晶インゴットおよびその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a seed crystal for growing a silicon carbide single crystal, a method for producing the same, and a method for producing a silicon carbide single crystal using the seed crystal, as well as a blue light emitting diode and an electronic device. And a large-sized silicon carbide single crystal ingot to be a substrate wafer of the above and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化珪素(SiC)は、耐熱性及び機械
的強度に優れ、放射線に強い等の物理的、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取る
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、4H、15Rまたは3C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。例えば、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、4
H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 been attracting attention as an environment-resistant semiconductor material because of its excellent heat resistance and mechanical strength and physical and chemical properties such as resistance to radiation. SiC
Is a typical substance having a polymorphic (polytype) structure that has many different crystal structures even if 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 unit structure molecule has a different periodic structure when stacked in the c-axis direction ([0001] direction) of the crystal. Occurs. Representative polytypes include 6H, 4H, 15R or 3C. here,
The first number indicates the repetition cycle of stacking, 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 it is considered to be applied to various applications by utilizing the difference. For example, 6H has recently been used as a substrate for short wavelength optical devices in the blue to ultraviolet range.
H is considered to be applied 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
Despite its many advantages and potentials mentioned above, its practical use has been hindered.

【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)等の異種基板
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
の炭化珪素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、SiC単結晶
{0001}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,Journal of Crystal Growt
h, vol. 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100Pa〜15k
Pa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1と
原料となるSiC結晶粉末2は坩堝3(通常黒鉛製)の
中に収納され、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中(13
3Pa〜13.3kPa)、2000〜2400℃に加
熱される。この際、原料となるSiC結晶粉末2に比べ
種結晶1がやや低温になるように、温度勾配が設定され
る。SiC結晶粉末2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1方向へ拡散、輸送され
る。単結晶成長は、種結晶1に到着したSiC結晶粉末
2が昇華してなるガスが種結晶1上で再結晶化すること
により実現される。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結晶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、SiC単結晶構造中の珪素(Si)
又は炭素原子(C)の位置を不純物元素にて置換させる
(ドーピング)ことで制御可能である。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。
Conventionally, on a scale of a laboratory, for example, a SiC single crystal was grown by a sublimation recrystallization method (Rayleigh method) to obtain an SiC single crystal having a size capable of producing a semiconductor device. However, with this method, the area of the obtained single crystal is small, and it is difficult to control the size and shape with high accuracy. Moreover, it is not easy to control the crystal polymorphism and the impurity carrier concentration of SiC. Further, a cubic silicon carbide single crystal is also grown by performing heteroepitaxial growth on a heterogeneous substrate such as silicon (Si) using a chemical vapor deposition method (CVD method). With this method, a large-area single crystal can be obtained, but many defects (~) due to the lattice mismatch with the substrate of about 20%.
Only a SiC single crystal containing 10 7 cm −2 ) can be grown, and it is not easy to obtain a high quality SiC single crystal. In order to solve these problems, an improved Rayleigh method of sublimation recrystallization using a SiC single crystal {0001} wafer as a seed crystal has been proposed (Yu. M. T.
airov and VF Tsvetkov, Journal of Crystal Growt
h, vol. 52 (1981) pp.146-150). In this method, since the seed crystal is used, the nucleation process of the crystal can be controlled, and the atmosphere pressure is 100 Pa to 15 k due to the inert gas.
By controlling to about Pa, the crystal growth rate and the like can be controlled with good reproducibility. The principle of the modified Rayleigh method will be described with reference to FIG. The SiC single crystal 1 as a seed crystal and the SiC crystal powder 2 as a raw material are housed in a crucible 3 (usually made of graphite) and placed in an inert gas atmosphere such as argon (13).
3 Pa to 13.3 kPa) and 2000 to 2400 ° C. At this time, the temperature gradient is set so that the seed crystal 1 has a slightly lower temperature than the SiC crystal powder 2 as the raw material. After sublimation, the SiC crystal powder 2 is diffused and transported in the seed crystal 1 direction by a concentration gradient (formed by a temperature gradient). Single crystal growth is realized by recrystallizing on the seed crystal 1 the gas formed by sublimation of the SiC crystal powder 2 that has reached the seed crystal 1. At this time, the resistivity of the crystal is determined by adding an impurity gas into an atmosphere of an inert gas or mixing an impurity element or its compound into the SiC crystal powder to obtain silicon (Si) in the SiC single crystal structure.
Alternatively, it can be controlled by substituting (doping) the position of the carbon atom (C) with an impurity element. Nitrogen (n-type) is a typical substitution type impurity in a SiC single crystal.
There are boron and aluminum (p type). A SiC single crystal can be grown while controlling the carrier type and concentration.

【0005】現在、上記の改良レーリー法で作製したS
iC単結晶から口径1インチ(25mm)から3インチ
(75mm)のSiC単結晶ウエハが切り出され、エピ
タキシャル薄膜成長、デバイス作製に供されている。
Currently, the S produced by the improved Rayleigh method described above is used.
A SiC single crystal wafer having a diameter of 1 inch (25 mm) to 3 inches (75 mm) is cut out from an iC single crystal, and is used for epitaxial thin film growth and device fabrication.

【0006】前述したように、現在、SiC単結晶は、
原料からの昇華現象を利用した改良レーリー法により作
製されているが、図1を参照しながら説明すると、実際
に種結晶1を坩堝3に装着して成長する際に特有の問題
が発生する。そうした問題の一つとして、結晶成長時に
種結晶1の裏面より種結晶を装着した坩堝蓋4などの坩
堝材(黒鉛製)に向けても昇華現象が発生する、という
ことが挙げられる。通常、種結晶1は、機械的な装着方
法によって坩堝蓋4の内側(原料に対面した側)に装着
する。この際、機械的な装着方法であることから、厳密
に言えば、種結晶1と坩堝蓋4との間には非常に微小で
あるが間隙(ギャップ)が存在している。結晶成長で
は、SiC結晶粉末2を昇華させるために2000℃以
上の高温を必要とするが、SiC結晶粉末2と同様、種
結晶1もSiCであるため、種結晶1の裏面と坩堝蓋4
との間に上記したように極僅かでもギャップが存在する
と、種結晶1の裏面と坩堝蓋4との間の温度勾配(種結
晶裏面の方がより高温となる)の存在により、種結晶1
の裏面からSi原子が昇華し、より低温である坩堝蓋4
の表面に再結晶する。この結果として、種結晶1の裏面
から成長表面にかけて直径5〜100μm程度のSiが
抜けた穴(ボイド)が発生する。この穴は、Siが抜け
たことでCが残存するため、表面が炭化して黒色を呈す
る。成長表面に到達したボイドは、当然ながら結晶成長
に影響を及ぼし、特に、炭化した部分からはマイクロパ
イプ欠陥と呼ばれる直径0.1〜10μm程度の中空欠
陥がしばしば発生し、結晶品質を著しく劣化させるとい
う問題がある。また、ボイドは黒色を呈するために、ウ
エハ外観を著しく損ね、ボイドが存在する領域(成長結
晶インゴットの底部〜中間部にかけて)からサンプルと
して取り出せるウエハ枚数が減り、サンプル作製での歩
留まりが低下することが問題となっていた。
As mentioned above, at present, SiC single crystals are
Although it is produced by the modified Rayleigh method utilizing the sublimation phenomenon from the raw material, it will be described with reference to FIG. 1 that a specific problem occurs when the seed crystal 1 is actually mounted and grown on the crucible 3. One of such problems is that the sublimation phenomenon also occurs from the back surface of the seed crystal 1 toward the crucible material (made of graphite) such as the crucible lid 4 having the seed crystal mounted thereon during the crystal growth. Usually, the seed crystal 1 is mounted inside the crucible lid 4 (on the side facing the raw material) by a mechanical mounting method. At this time, since it is a mechanical mounting method, strictly speaking, there is a very small gap (gap) between the seed crystal 1 and the crucible lid 4. Crystal growth requires a high temperature of 2000 ° C. or higher in order to sublimate the SiC crystal powder 2. However, like the SiC crystal powder 2, the seed crystal 1 is also SiC, so the back surface of the seed crystal 1 and the crucible lid 4
If there is a very small gap between the seed crystal 1 and the seed crystal 1 due to the temperature gradient between the back surface of the seed crystal 1 and the crucible lid 4 (the back surface of the seed crystal has a higher temperature).
Si atoms sublimate from the backside of the crucible lid 4 at a lower temperature
Recrystallize on the surface of. As a result, holes (voids) having a diameter of about 5 to 100 μm and having Si removed are formed from the back surface of the seed crystal 1 to the growth surface. Since Si is removed and C remains in this hole, the surface thereof is carbonized and has a black color. The void reaching the growth surface naturally affects the crystal growth, and in particular, a hollow defect with a diameter of about 0.1 to 10 μm called a micropipe defect is often generated from the carbonized portion, which significantly deteriorates the crystal quality. There is a problem. Also, since the voids appear black, the appearance of the wafer is significantly impaired, and the number of wafers that can be taken out as samples from the region where the voids exist (from the bottom to the middle of the growth crystal ingot) decreases, and the yield in sample preparation decreases. Was a problem.

【0007】種結晶の坩堝材への装着方法としては、砂
糖を炭化させて接着材として使用する方法も存在する
が、同方法においても上記したボイド発生の問題が同様
に発生し、結晶品質劣化につながっていた。
As a method of mounting the seed crystal on the crucible material, there is a method of carbonizing sugar and using it as an adhesive material. However, in the same method, the above-mentioned problem of void generation similarly occurs and the crystal quality is deteriorated. Was connected to.

【0008】この問題に対して、E. K. Sanchez, T. Ku
hr, V. D. Heydemann, D. W. Snyder, G. S. Rohrer an
d M. Skowronski, Journal of Electronic Materials,
vol.29, No.3 (2000) pp.347-352に報告されているよう
に、種結晶裏面に有機膜である感光レジストを塗布した
後に炭化処理(以下、アニールともいう)することで保
護膜を形成する方法が提案されている。同報告によれ
ば、種結晶裏面に厚さにして約15μm程度の感光レジ
ストを塗布した後、120℃で5分間乾燥し、高真空下
(2×10-3Pa以下)にて1200℃(ランプ加熱法
により400℃/時の昇温速度で加熱)でアニールする
ことにより、光沢を有する黒鉛の保護膜が得られる。こ
の保護膜を付けた種結晶を用いて結晶成長を実施したと
ころ、前述した種結晶裏面からのSiの離脱が保護膜に
より抑制され、ボイド発生が防止された、と報告されて
いる。
In response to this problem, EK Sanchez, T. Ku
hr, VD Heydemann, DW Snyder, GS Rohrer an
d M. Skowronski, Journal of Electronic Materials,
As reported in vol.29, No.3 (2000) pp.347-352, it is protected by carbonizing (hereinafter also referred to as annealing) after applying a photosensitive resist that is an organic film on the back surface of the seed crystal. A method of forming a film has been proposed. According to the report, after applying a photosensitive resist having a thickness of about 15 μm on the back surface of the seed crystal, it is dried at 120 ° C. for 5 minutes, and then 1200 ° C. under high vacuum (2 × 10 −3 Pa or less). Annealing is performed by a lamp heating method at a heating rate of 400 ° C./hour) to obtain a graphite protective film having gloss. It has been reported that, when crystal growth was performed using this seed crystal provided with the protective film, the release of Si from the back surface of the seed crystal was suppressed by the protective film, and void generation was prevented.

【0009】しかしながら、このような手法にて実際に
保護膜作製を行ってみると、120℃で5分間乾燥さ
せ、その後の高真空下(2×10-3Pa以下)における
1200℃(ランプ加熱法により400℃/時の昇温速
度で加熱)でアニールした場合、種結晶裏面とレジスト
との界面ないしはレジスト内部に空洞が生じる現象が観
察された。この空洞発生の原因は、上述の乾燥工程およ
びアニール工程にてレジストから溶剤が揮発する際に、
レジスト内部で発生した有機溶剤ガスが表面に到達して
完全に揮発する前にレジストの固化が進行して、ガスが
抜け切らずに残留するためである。その結果として、種
結晶裏面全面に渡り均一な保護膜が形成されない問題が
生じた。このような現象において、発生した空洞が種結
晶裏面に接している場合は、結晶成長時に従来ギャップ
が存在した場合と全く同様の現象としてボイドが発生
し、結晶品質が劣化する。また、ガスが種結晶裏面に接
しておらずレジスト内部に空洞として残存した場合で
も、結晶成長時には、その空洞の存在により種結晶裏面
における熱の伝わり方が不均一になり、種結晶面内での
温度分布が乱れ、これが原因で結晶成長が良好に行われ
なくなる、という問題が生じる。このように、E. K. Sa
nchez等による手法でも、成長結晶の全面に渡り、ボイ
ド発生を抑制することは達成されていない。
However, when the protective film is actually formed by such a method, it is dried at 120 ° C. for 5 minutes, and then 1200 ° C. (lamp heating under high vacuum (2 × 10 −3 Pa or less)). When annealed at a temperature rising rate of 400 ° C./hour by the method), a phenomenon was observed that voids were formed at the interface between the seed crystal back surface and the resist or inside the resist. The cause of this void generation is that when the solvent volatilizes from the resist in the above-mentioned drying step and annealing step,
This is because the solidification of the resist proceeds before the organic solvent gas generated inside the resist reaches the surface and completely volatilizes, and the gas remains without being exhausted. As a result, there arises a problem that a uniform protective film is not formed on the entire back surface of the seed crystal. In such a phenomenon, when the generated cavity is in contact with the back surface of the seed crystal, a void is generated, which is the same phenomenon as when a conventional gap is present during crystal growth, and the crystal quality is deteriorated. Further, even if the gas does not contact the back surface of the seed crystal and remains as a cavity inside the resist, the presence of the cavity causes uneven heat transfer in the back surface of the seed crystal during crystal growth, resulting in a Has a problem that the crystal growth is disturbed and the crystal growth cannot be performed well. Thus, EK Sa
Even with the method by nchez et al., it has not been achieved to suppress the generation of voids over the entire surface of the grown crystal.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ボ
イド発生による結晶品質劣化が抑制されたSiC単結晶
育成用種結晶およびその製造方法、加えて、全面に渡り
構造欠陥の存在しない良好な外観を有するSiC単結晶
およびそれから製造されるインゴットならびにこれらを
再現性良く製造し得る製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a seed crystal for growing a SiC single crystal in which the deterioration of crystal quality due to the occurrence of voids is suppressed and the production thereof. It is another object of the present invention to provide a method, in addition, an SiC single crystal having a good appearance with no structural defects over the entire surface, an ingot produced from the same, and a production method capable of producing these with good reproducibility.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、種結晶の
保護膜について鋭意検討を加えた結果、上述した従来法
において、乾燥および炭化処理にて保護膜から溶剤が揮
発する際にガスが抜け切らずに残留する原因は、保護膜
の厚さが厚いためであるという知見に基づき、有機薄膜
の厚さを厳密に制御することによって、SiC単結晶成
長時に発生するボイドの抑制を達成した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made earnest studies on a protective film of a seed crystal, and as a result, in the conventional method described above, gas was generated when the solvent volatilized from the protective film during drying and carbonization. Based on the knowledge that the thickness of the protective film is not completely removed, it is because the thickness of the protective film is thick, and by strictly controlling the thickness of the organic thin film, it is possible to suppress the voids generated during the growth of the SiC single crystal. did.

【0012】従って本発明は、以下の手段を要旨とす
る。
Therefore, the gist of the present invention is the following means.

【0013】(1)種結晶の単結晶成長面の裏面側が有
機薄膜で被覆された炭化珪素単結晶育成用種結晶。
(1) A seed crystal for growing a silicon carbide single crystal, wherein the back surface side of the single crystal growth surface of the seed crystal is covered with an organic thin film.

【0014】(2)前記有機薄膜は有機樹脂からなる
(1)に記載の炭化珪素単結晶育成用種結晶。
(2) The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to (1), wherein the organic thin film is made of an organic resin.

【0015】(3)前記有機樹脂は感光性樹脂である
(2)に記載の炭化珪素単結晶育成用種結晶。
(3) The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to (2), wherein the organic resin is a photosensitive resin.

【0016】(4)前記有機薄膜の厚さが0.5〜5μ
mである(1)〜(3)のいずれか一項に記載の炭化珪
素単結晶育成用種結晶。
(4) The thickness of the organic thin film is 0.5 to 5 μm.
The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to any one of (1) to (3), wherein m is m.

【0017】(5)種結晶の単結晶成長面の裏面側が炭
素薄膜で被覆された炭化珪素単結晶育成用種結晶。
(5) A seed crystal for growing a silicon carbide single crystal, wherein the back surface side of the single crystal growth surface of the seed crystal is covered with a carbon thin film.

【0018】(6)前記炭素薄膜は、有機薄膜を炭化処
理することによって形成されるものである(5)に記載
の炭化珪素単結晶育成用種結晶。
(6) The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to (5), wherein the carbon thin film is formed by carbonizing an organic thin film.

【0019】(7)前記炭素薄膜の厚さが0.5〜5μ
mである(5)または(6)に記載の炭化珪素単結晶育
成用種結晶。
(7) The carbon thin film has a thickness of 0.5 to 5 μm.
The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to (5) or (6), wherein m is m.

【0020】(8)口径が25mm以上である(1)〜
(7)のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶育成用種
結晶。
(8) The diameter is 25 mm or more (1) to
A seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to any one of (7).

【0021】(9)種結晶の単結晶成長面の裏面側に有
機薄膜形成用組成物を塗布し、炭化処理する工程を少な
くとも1回行うことによって有機薄膜を形成することを
特徴とする炭化珪素単結晶育成用種結晶の製造方法。
(9) A silicon carbide characterized in that an organic thin film is formed by performing a carbonization treatment at least once by applying a composition for forming an organic thin film on the back surface side of a single crystal growth surface of a seed crystal. A method for producing a seed crystal for growing a single crystal.

【0022】(10)前記有機薄膜形成用組成物の塗布
方法がスピンコート法である(9)に記載の製造方法。
(10) The method according to (9), wherein the method for applying the composition for forming an organic thin film is spin coating.

【0023】(11)(9)または(10)に記載の製
造方法で作製した、単結晶成長面の裏面側に有機薄膜が
形成された種結晶を、前記有機薄膜が炭化する温度以上
炭化珪素の昇華温度未満に加熱することで、前記有機薄
膜を炭化処理して炭素薄膜にすることを特徴とする炭化
珪素単結晶育成用種結晶の製造方法。
(11) A seed crystal produced by the production method described in (9) or (10), in which an organic thin film is formed on the back surface side of the single crystal growth surface, is at a temperature equal to or higher than the temperature at which the organic thin film is carbonized. A method for producing a seed crystal for growing a silicon carbide single crystal, comprising heating the organic thin film to a carbon thin film by heating the organic thin film to a temperature lower than the sublimation temperature.

【0024】(12)昇華再結晶法により種結晶上に炭
化珪素単結晶を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、前記種結晶として(1)〜
(8)のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶育成用種
結晶を用いることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方
法。
(12) A method for producing a silicon carbide single crystal, which comprises a step of growing a silicon carbide single crystal on a seed crystal by a sublimation recrystallization method, wherein the seed crystal (1) to
A method for producing a silicon carbide single crystal, which comprises using the seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to any one of (8).

【0025】(13)(12)に記載の製造方法で得ら
れた炭化珪素単結晶よりなる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25mm以上であるこ
とを特徴とする炭化珪素単結晶インゴット。
(13) A silicon carbide single crystal ingot made of the silicon carbide single crystal obtained by the manufacturing method according to (12), characterized in that the diameter of the ingot is 25 mm or more. Crystal ingot.

【0026】(14)(13)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ウエ
ハ。
(14) A silicon carbide single crystal wafer obtained by cutting and polishing the silicon carbide single crystal ingot according to (13).

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】本発明は、種結晶の単結晶成長面
の裏面側が有機薄膜で被覆された炭化珪素単結晶育成用
種結晶、および、種結晶の単結晶成長面の裏面側が炭素
薄膜で被覆された炭化珪素単結晶育成用種結晶である。
本発明では、厚さを厳密に制御した良質の有機薄膜、ま
たは、該有機薄膜を炭化処理(以下、アニールともい
う)して形成される炭素薄膜を種結晶の単結晶成長面の
裏面側に作製することによって、結晶成長時に種結晶裏
面からのSi原子の昇華を抑制し、結晶成長時のボイド
発生を抑制することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to a seed crystal for growing a silicon carbide single crystal in which the back surface side of the seed crystal single crystal growth surface is covered with an organic thin film, and the back surface side of the seed crystal single crystal growth surface is a carbon thin film. It is a seed crystal for growing a silicon carbide single crystal coated with.
In the present invention, a high-quality organic thin film whose thickness is strictly controlled, or a carbon thin film formed by carbonizing the organic thin film (hereinafter also referred to as annealing) is formed on the back surface side of the single crystal growth surface of the seed crystal. By manufacturing, it is possible to suppress sublimation of Si atoms from the back surface of the seed crystal during crystal growth and suppress generation of voids during crystal growth.

【0028】以下、図2〜4を用いて、本発明における
有機薄膜を形成する効果を説明する。図2は、有機薄膜
によるボイド発生の抑制機構を説明するための概略図で
あって、(a)は種結晶成長坩堝の一部の断面図であ
り、(b)は成長結晶および種結晶と蓋との間部分の拡
大図であり、(c)はさらに有機薄膜を被覆した場合の
同部分の拡大図である。結晶成長は、図2(a)に示し
たように、黒鉛製坩堝蓋にネジ等により機械的に種結晶
を装着して行われる。この際、種結晶裏面と装着される
坩堝蓋との間には、図2(b)で示したように、実際に
はμm単位レベルの微小ギャップが存在する。このギャ
ップが存在することで、結晶成長時に種結晶裏面からS
i原子が昇華し、より低温である坩堝蓋表面に再結晶す
る。この結果として種結晶裏面から成長表面にかけて、
Si原子が抜けたことによって生じる直径5〜100m
m程度の穴(ボイド)が発生する。そこで図2(c)に
示すように種結晶裏面に有機薄膜を形成すると、昇華し
ようとするSi原子がブロックされて抜けなくなるため
に、ボイドの発生が抑制される。
The effects of forming the organic thin film in the present invention will be described below with reference to FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams for explaining the mechanism of suppressing the generation of voids by the organic thin film, where FIG. 2A is a sectional view of a part of the seed crystal growth crucible, and FIG. It is an enlarged view of a portion between the lid and (c) is an enlarged view of the same portion when further covered with an organic thin film. Crystal growth is carried out by mechanically attaching a seed crystal to a graphite crucible lid with screws or the like, as shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 2B, there is actually a minute gap of the μm unit level between the back surface of the seed crystal and the crucible lid to be mounted. Due to the existence of this gap, S is introduced from the back surface of the seed crystal during crystal growth.
The i atom sublimes and recrystallizes on the crucible lid surface at a lower temperature. As a result, from the seed crystal back surface to the growth surface,
Diameter 5-100m caused by the elimination of Si atoms
A hole (void) of about m is generated. Therefore, if an organic thin film is formed on the back surface of the seed crystal as shown in FIG. 2C, the Si atoms that are going to sublimate are blocked and cannot escape, so that the generation of voids is suppressed.

【0029】次に図3を参照しながら、本発明におい
て、厚さの薄い有機薄膜を形成することによる効果を説
明する。図3(a)は、従来の厚い保護膜(15μm)
を形成した場合の断面図であり、(b)は本発明の有機
薄膜(5μm以下)を形成した場合の断面図である。図
3(a)で示すように保護膜が厚い場合(15μm)、
乾燥中に膜内部で有機溶剤の揮発により発生したガスが
表面に達する過程で、ガスが抜けきらない間に保護膜の
表面固化が進行し、ガスが膜内部に残留する。この結果
として、ガスの残留した位置(種結晶裏面に接した部
分、あるいは、膜内部に存在し種結晶裏面には接してい
ない位置)で空洞が形成される。この空洞は、その後の
アニールによる有機薄膜の炭化処理を行っても残存して
しまい、これに加えてさらにアニールにおいても新たに
ガスが発生するため、さらに空洞が発生する。上述した
空洞が種結晶裏面に接している部分により種結晶裏面の
上に部分的に空間が提供され、結晶成長時にSi原子が
その空間へ向かって昇華し得るため、結果としてボイド
が発生し、結晶品質が劣化する。また、空洞が種結晶裏
面に接しておらず炭化薄膜内部に残存した場合でも、結
晶成長時には、空洞の存在により種結晶裏面における熱
伝導の状態が変化するため、種結晶面内での温度分布が
乱れる原因となる。さらに、空洞の熱膨張による影響
で、結晶成長表面に応力歪が印加される現象も重なり、
これらの原因で結晶成長条件が乱れ、結晶品質が低下す
る。
Next, referring to FIG. 3, the effect of forming the thin organic thin film in the present invention will be described. FIG. 3A shows a conventional thick protective film (15 μm).
FIG. 4B is a cross-sectional view of a case where the organic thin film (5 μm or less) of the present invention is formed. When the protective film is thick (15 μm) as shown in FIG.
During the process in which the gas generated by the volatilization of the organic solvent inside the film reaches the surface during drying, surface solidification of the protective film proceeds while the gas is not exhausted, and the gas remains inside the film. As a result, a cavity is formed at a position where the gas remains (a portion in contact with the back surface of the seed crystal or a position inside the film and not in contact with the back surface of the seed crystal). The cavities remain even after the carbonization treatment of the organic thin film by the subsequent annealing, and in addition to this, a new gas is generated in the annealing, so that further cavities are generated. A space is partially provided on the back surface of the seed crystal by the portion where the above-mentioned cavity is in contact with the back surface of the seed crystal, and Si atoms can be sublimated toward the space during crystal growth, resulting in a void, Crystal quality deteriorates. Even if the cavity does not contact the backside of the seed crystal and remains inside the carbonized thin film, the state of heat conduction on the backside of the seed crystal changes due to the presence of the cavity during crystal growth. Will be disturbed. Furthermore, due to the thermal expansion of the cavities, the phenomenon that stress strain is applied to the crystal growth surface also overlaps,
For these reasons, the crystal growth conditions are disturbed and the crystal quality is degraded.

【0030】これに対して、図3(b)に示すように本
発明で用いられる有機薄膜の場合、乾燥およびアニール
中に発生したガスは、有機薄膜の厚さが充分薄いため
に、有機薄膜が固化する前に全て表面に抜けていくた
め、空洞の発生に至らず、無孔の緻密な保護膜が得られ
る。この緻密な保護膜を形成した種結晶を用いた結晶成
長は、種結晶裏面全面が緻密な保護膜に覆われるため、
結晶全面に渡りボイドの発生が完全に抑えられる。同時
に、当該保護膜は、中に全く空洞がなく、厚さも均一で
あり、緻密であるため、熱伝導に関してもウエハ裏面の
全体で均一であり、結晶成長時の温度分布に悪影響を与
えることが無い。これらの結果として、成長時の結晶品
質劣化を防止できるとともに、インゴット当たりから取
り出せるウエハ枚数の歩留りも向上できる。このような
観点において、本発明で用いられる有機薄膜の厚さは、
上記効果を実現しうる厚さであれば特には限定されず、
有機薄膜の材料や反応条件等に合わせて適宜調節される
ことが好ましいが、具体的には、0.5〜5μmである
ことが好ましい。有機薄膜の厚さが5μm以下であれ
ば、従来薄膜内に空洞が生じる原因であった乾燥または
アニール中に有機溶剤が揮発することにより生じるガス
が、乾燥またはアニール中に有機薄膜が固化する前にほ
とんど揮発し膜中へ残留することを抑制するので、空洞
発生を防止することできるからである。また、有機薄膜
の厚さはより薄い方が有機溶剤を揮発させる時間が短縮
できるため好ましく、例えば2μm、または1μmであ
る。しかしながら、厚さを薄くし過ぎると、全面が完全
に被覆されず連続的な膜が得られなくなるため、少なく
とも厚さ0.5μmを確保することが好ましい。
On the other hand, in the case of the organic thin film used in the present invention as shown in FIG. 3B, the gas generated during the drying and annealing is a thin organic thin film, so that the organic thin film is thin. Since all of the solids escape to the surface before solidification, no voids are formed and a dense protective film without pores can be obtained. In the crystal growth using the seed crystal with the dense protective film formed, the entire back surface of the seed crystal is covered with the dense protective film.
Generation of voids can be completely suppressed over the entire surface of the crystal. At the same time, since the protective film has no cavities inside, has a uniform thickness, and is dense, it is uniform in terms of heat conduction over the entire back surface of the wafer, which may adversely affect the temperature distribution during crystal growth. There is no. As a result, deterioration of crystal quality during growth can be prevented, and the yield of the number of wafers that can be taken out from an ingot can be improved. From such a viewpoint, the thickness of the organic thin film used in the present invention is
The thickness is not particularly limited as long as the above effect can be achieved,
It is preferably adjusted appropriately according to the material of the organic thin film, reaction conditions and the like, but specifically, it is preferably 0.5 to 5 μm. If the thickness of the organic thin film is 5 μm or less, the gas generated by the evaporation of the organic solvent during the drying or annealing, which has conventionally been the cause of the voids in the thin film, can be generated before the organic thin film solidifies during the drying or annealing. The reason is that it is possible to prevent the generation of cavities, since it is possible to prevent almost all of them from volatilizing and remaining in the film. The thickness of the organic thin film is preferably thinner because the time for volatilizing the organic solvent can be shortened, and is, for example, 2 μm or 1 μm. However, if the thickness is too thin, the entire surface is not completely covered and a continuous film cannot be obtained. Therefore, it is preferable to secure at least 0.5 μm in thickness.

【0031】本発明における有機薄膜を構成する材料
は、薄膜を形成し得る有機物質(以下、「有機薄膜製造
用組成」と称する)であれば特には限定されないが、有
機樹脂からなることが好ましい。有機樹脂としては半導
体素子作製時に使用されているものであればいずれも使
用可能であるが、例えば、アクリル樹脂、フェノール樹
脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂など各種樹脂に加えて、感
光性樹脂が挙げられ、特に感光性樹脂がスピンコート法
による塗布条件が確立されており、厚さ制御が容易であ
るため好ましい。該感光性樹脂とは、光の作用で架橋ま
たは分解する樹脂であり、従来周知のものがいずれも使
用可能である。なかでも好ましくは半導体素子作製時に
使用されているフォトレジストであり、ポジ型、ネガ型
のいずれでも使用できる。
The material constituting the organic thin film in the present invention is not particularly limited as long as it is an organic substance capable of forming a thin film (hereinafter referred to as "composition for organic thin film production"), but is preferably made of an organic resin. . As the organic resin, any one can be used as long as it is used at the time of manufacturing a semiconductor element, and examples thereof include a photosensitive resin in addition to various resins such as an acrylic resin, a phenol resin, a urea resin, and an epoxy resin. In particular, the photosensitive resin is preferable because the coating conditions by the spin coating method have been established and the thickness control is easy. The photosensitive resin is a resin that is crosslinked or decomposed by the action of light, and any known resin can be used. Among them, a photoresist used at the time of manufacturing a semiconductor element is preferable, and either a positive type or a negative type can be used.

【0032】次に、本発明の炭化珪素単結晶育成用種結
晶の具体的な作製方法を示す。種結晶として使用される
単結晶基板の口径としては、成長結晶から切り出したウ
エハとしてその後の半導体素子作製プロセスに適した十
分な大きさを有するものであればよいが、好ましくは結
晶口径が25mm以上のSiC種結晶を用いる。
Next, a specific method for producing the seed crystal for growing a silicon carbide single crystal of the present invention will be described. The diameter of the single crystal substrate used as the seed crystal may be a wafer cut out from the growth crystal and has a size suitable for the subsequent semiconductor element manufacturing process, but preferably the crystal diameter is 25 mm or more. The following SiC seed crystal is used.

【0033】次に該種結晶裏面側に上記有機薄膜製造用
組成物を塗布し有機薄膜を形成する。塗布方法は、従来
周知の方法が用いられ得るが、特に、十分に薄くかつ均
一な薄膜を形成することのできるスピンコート法が好ま
しい。以下、スピンコート法を用いて該組成物を塗布す
る実施形態について詳述する。
Then, the composition for producing an organic thin film is applied to the back surface of the seed crystal to form an organic thin film. As a coating method, a conventionally known method can be used, but a spin coating method is particularly preferable because it can form a sufficiently thin and uniform thin film. Hereinafter, an embodiment in which the composition is applied using a spin coating method will be described in detail.

【0034】まず種結晶をホルダーに吸着させ、所定の
回転速度にて回転させながら有機薄膜製造用組成物を滴
下し、所定時間保つことにより、厚さを薄くかつ均一に
制御した薄膜が形成される。薄膜形成の回転速度として
は、種結晶全面に渡る均一性を確保するために、一次の
回転速度を50〜500回転/分として、時間にして5
〜30秒間、二次の回転速度を1000〜10000回
転/分として、時間にして15〜60秒間の範囲内で調
節して行なうことが望ましく、このような条件におい
て、十分に薄くかつ均一な薄膜を形成することができ
る。
First, the seed crystal is adsorbed to the holder, the composition for producing an organic thin film is dropped while rotating at a predetermined rotation speed, and the composition is kept for a predetermined time to form a thin film having a thin and uniform control. It Regarding the rotation speed of the thin film formation, in order to secure the uniformity over the entire surface of the seed crystal, the primary rotation speed is set to 50 to 500 rotations / minute, and the rotation speed is set to 5 hours.
It is desirable that the secondary rotation speed is 1000 to 10,000 rotations / minute for 30 seconds, and the time is adjusted within the range of 15 to 60 seconds. Under such conditions, a sufficiently thin and uniform thin film can be obtained. Can be formed.

【0035】続いて、得られた有機薄膜を乾燥すること
によって固化させる。ここで乾燥の温度および時間は、
有機薄膜の材料や厚さによって適切に選択することが好
ましい。具体例を挙げれば、通常、120℃にて乾燥す
る場合、揮発に要する時間は、厚さ5μmで15分間、
厚さ2μmで8分間、厚さ1μmで3分間であるが、こ
の限りではない。
Subsequently, the obtained organic thin film is dried to be solidified. Here, the drying temperature and time are
It is preferable to select appropriately depending on the material and thickness of the organic thin film. To give a specific example, normally, when drying at 120 ° C., the time required for volatilization is 5 μm in thickness for 15 minutes,
The thickness is 2 μm for 8 minutes, and the thickness is 1 μm for 3 minutes, but it is not limited to this.

【0036】本発明において、上述したように有機薄膜
形成用組成物を塗布し、形成された有機薄膜を乾燥する
工程は少なくとも1回行われるが、この工程(すなわち
塗布および乾燥)を複数回繰り返して有機薄膜を所定の
膜厚に調整しても良い。しかしながらあまり回数を増や
すと種結晶の準備に時間がかかり過ぎるため、通常は2
〜3回程度の繰り返しに留めるのが好ましい。
In the present invention, the step of applying the composition for forming an organic thin film and drying the formed organic thin film as described above is performed at least once, but this step (that is, coating and drying) is repeated a plurality of times. The organic thin film may be adjusted to have a predetermined film thickness. However, if the number of times is increased too much, it takes too much time to prepare the seed crystal.
It is preferable to keep repeating up to about 3 times.

【0037】さらに本発明は、上述したように形成され
た有機薄膜を、さらに炭化処理(アニール)することに
よって、有機薄膜を炭化し、炭素薄膜を形成することを
特徴とする。上記有機薄膜をアニールして炭化薄膜を形
成する工程は、通常、単結晶成長を行う坩堝に、上記有
機薄膜が形成されている種結晶をセットした状態で行わ
れることが効率がよい。この状態でアニールを行う場
合、単結晶成長工程前に行っても良いし、単結晶成長工
程における昇温工程と同時に行っても良い。以下、単結
晶成長工程前にアニール処理する場合を具体的に説明す
る。まず上述したように裏面側に有機薄膜が形成された
種結晶を、黒鉛製坩堝中に装着し、該坩堝を断熱材で被
覆した後、真空装置内で真空排気する。続いて、該種結
晶をアニールすることで、前記有機薄膜を炭化処理して
炭素薄膜にする。上記したアニールは、種結晶を、好ま
しくは前記有機薄膜が炭化する温度以上炭化珪素の昇華
温度以下、具体的には、1200〜2000℃の範囲の
温度まで上昇させることによってなされることが好まし
い。なお上記アニールにおける温度の上昇速度は、特に
は限定されないが、15分から90分の範囲内で室温か
ら2000℃まで上昇させることが良好な炭素薄膜を形
成するために好ましい。このアニールにより、種結晶裏
面を被覆する有機薄膜は炭化して、保護膜としての炭素
薄膜が形成される。アニールにおける圧力は、特には限
定されないが、高真空排気下(10-3Pa以下)〜1
3.3kPaの範囲内であることが好ましく、この範囲
で安定した炭化処理が可能である。
The present invention is further characterized in that the organic thin film formed as described above is further carbonized (annealed) to carbonize the organic thin film to form a carbon thin film. The step of annealing the organic thin film to form the carbonized thin film is usually performed efficiently with the seed crystal on which the organic thin film is formed set in a crucible for single crystal growth. When annealing is performed in this state, it may be performed before the single crystal growth step or at the same time as the temperature raising step in the single crystal growth step. Hereinafter, the case where the annealing treatment is performed before the single crystal growth step will be specifically described. First, as described above, the seed crystal having the organic thin film formed on the back surface side is mounted in a graphite crucible, the crucible is covered with a heat insulating material, and then the chamber is evacuated in a vacuum apparatus. Subsequently, the seed crystal is annealed to carbonize the organic thin film to form a carbon thin film. The annealing described above is preferably performed by raising the seed crystal to a temperature not lower than the temperature at which the organic thin film is carbonized but not higher than the sublimation temperature of silicon carbide, specifically, a temperature in the range of 1200 to 2000 ° C. The rate of temperature rise in the annealing is not particularly limited, but it is preferable to raise the temperature from room temperature to 2000 ° C. within a range of 15 minutes to 90 minutes in order to form a good carbon thin film. By this annealing, the organic thin film covering the back surface of the seed crystal is carbonized to form a carbon thin film as a protective film. The pressure in annealing is not particularly limited, but under high vacuum exhaust (10 −3 Pa or less) to 1
It is preferably in the range of 3.3 kPa, and stable carbonization treatment is possible in this range.

【0038】以上述べた、乾燥による有機溶媒の揮発お
よびアニールによる炭化工程において、あらかじめ塗布
した有機薄膜の厚さ自体は変化しないため、上記アニー
ル後の炭素薄膜の厚さは、上述した有機薄膜形成組成物
の好ましい塗布厚さ同様に0.5〜5μmでありうる。
以上の方法により、ガスによる空洞発生を抑制すること
によって、所定の厚さを有し且つ厚さ均一性の優れた炭
素薄膜が得られる。
In the above-described evaporation of the organic solvent and carbonization by annealing, the thickness of the previously applied organic thin film does not change. Therefore, the thickness of the carbon thin film after the annealing is the same as the above-mentioned organic thin film formation. It may be 0.5 to 5 μm as well as the preferred coating thickness of the composition.
By the above method, by suppressing the generation of cavities due to gas, a carbon thin film having a predetermined thickness and excellent thickness uniformity can be obtained.

【0039】またアニール処理は、単結晶成長工程にお
ける昇温工程と有機薄膜のアニール処理とを兼ねてもよ
い。この場合、有機薄膜を有する種結晶を炭化処理をし
ないでそのまま用いることができるために、プロセス時
間が短縮できる利点がある。
The annealing treatment may be combined with the temperature raising step in the single crystal growth step and the annealing treatment of the organic thin film. In this case, since the seed crystal having the organic thin film can be used as it is without being carbonized, there is an advantage that the process time can be shortened.

【0040】また本発明は、昇華再結晶法により種結晶
上にSiC単結晶を成長させる工程を包含するSiC単
結晶の製造方法であって、前記種結晶として前述したS
iC単結晶育成用種結晶を用いることを特徴とするSi
C単結晶の製造方法である。以下、詳細に説明する。上
記の方法によって得られた有機薄膜または炭素薄膜を有
する種結晶(SiC単結晶)を用いて、従来の技術にて
詳述した改良レーリー法にて単結晶成長を行なう。種結
晶となるSiC単結晶と原料となるSiC結晶粉末を黒
鉛製坩堝中に配置する。その後、高真空排気(10-3
a以下)した後、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中(1
33Pa〜13.3kPa)にして、2000〜240
0℃まで昇温させ、SiC結晶粉末を昇華させる。Si
C結晶粉末が昇華してなるガス(以下、原料ガス)は、
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。単結晶の成長は、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。このとき、種結晶の裏面は保護膜である有機
薄膜または炭素薄膜に覆われていて、裏面側からのSi
原子の昇華が防止されるので、高品質のSiC単結晶が
製造される。
Further, the present invention is a method for producing a SiC single crystal including a step of growing a SiC single crystal on a seed crystal by a sublimation recrystallization method, wherein the S crystal described above is used as the seed crystal.
Si using an iC single crystal growing seed crystal
This is a method for producing a C single crystal. The details will be described below. Using the seed crystal (SiC single crystal) having the organic thin film or the carbon thin film obtained by the above method, single crystal growth is performed by the improved Rayleigh method described in detail in the related art. A SiC single crystal as a seed crystal and a SiC crystal powder as a raw material are placed in a graphite crucible. After that, high vacuum exhaust (10 -3 P
a) or less) and then in an atmosphere of an inert gas such as argon (1
33 Pa to 13.3 kPa) and 2000 to 240
The temperature is raised to 0 ° C. to sublimate the SiC crystal powder. Si
The gas formed by sublimation of C crystal powder (hereinafter referred to as raw material gas) is
A concentration gradient (formed by a temperature gradient) causes diffusion and transport in the seed crystal direction. The growth of the single crystal is realized by recrystallizing the source gas that has reached the seed crystal on the seed crystal. At this time, the back surface of the seed crystal is covered with an organic thin film or a carbon thin film as a protective film, and Si from the back surface side is
Since sublimation of atoms is prevented, a high quality SiC single crystal is produced.

【0041】また本発明は、上記製造方法で得られたS
iC単結晶よりなるSiC単結晶インゴットであって、
該インゴットの口径が25mm以上であることを特徴と
する。当該SiC単結晶インゴットは、全面に渡りボイ
ド(直径5〜100μmの大型孔欠陥)発生が無く、結
晶品質が良好であるという特徴を有する。そのため、こ
のインゴットから切り出せるウエハの良品割合を高める
ことができ、SiC単結晶ウエハの生産性を大幅に向上
できる。そして、このインゴットを切断、研磨して得ら
れるSiC単結晶ウエハにもボイドが無く、このウエハ
上に作製される半導体素子の歩留まりを向上することが
できる。
The present invention also provides the S obtained by the above manufacturing method.
A SiC single crystal ingot made of iC single crystal,
The ingot has a diameter of 25 mm or more. The SiC single crystal ingot has a feature that voids (large hole defects with a diameter of 5 to 100 μm) are not generated over the entire surface and the crystal quality is good. Therefore, the ratio of non-defective wafers that can be cut out from this ingot can be increased, and the productivity of SiC single crystal wafers can be significantly improved. The SiC single crystal wafer obtained by cutting and polishing this ingot also has no voids, and the yield of semiconductor elements fabricated on this wafer can be improved.

【0042】次に図4を用いて本発明のSiC単結晶を
成長させ、SiC単結晶を製造する方法を説明する。図
4は、本発明で用いる単結晶成長装置であり、種結晶を
用いた改良型レーリー法によってSiC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(ここではS
iC単結晶)1の上にSiC結晶粉末2を昇華再結晶化
させることにより行われる。種結晶1は、黒鉛製の坩堝
3の坩堝蓋4の内面に取り付けられる。SiC結晶粉末
2は、坩堝3の内部に充填されている。このような坩堝
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。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11により高真空排気(10-3Pa以下)する
ことができ、かつ内部雰囲気をガス流量調節計10によ
りArガス等で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坩堝3を加熱し、Si
C結晶粉末2及び種結晶1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
黒鉛製フェルト7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出し、二色温度計
を用いて行う。坩堝下部の温度を原料温度(ここではS
iC結晶粉末の温度)、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へは、内部雰囲気制御用の
Arガスのほかに各種ドーピング用ガスが、ガス流量調
節計10を通って導入される。導入ガスは、11の真空
排気装置にて排気され、ガス圧力調整は、同排気装置で
の排気量を排気量可変バルブ(図示せず)により調節す
ることで行われる。
Next, a method for producing a SiC single crystal by growing the SiC single crystal of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a single crystal growth apparatus used in the present invention, which is an example of an apparatus for growing an SiC single crystal by an improved Rayleigh method using a seed crystal. First, the single crystal growth apparatus will be briefly described. Seed crystals (here, S
It is performed by subliming and recrystallizing SiC crystal powder 2 on iC single crystal 1. Seed crystal 1 is attached to the inner surface of crucible lid 4 of graphite crucible 3. The SiC crystal powder 2 is filled in the crucible 3. Such a crucible 3 is installed inside a double quartz tube 5 by a graphite support rod 6. Around the crucible 3, a graphite felt 7 for heat shield is installed. The double quartz tube 5 can be evacuated to high vacuum (10 −3 Pa or less) by the vacuum exhaust device 11, and the internal atmosphere can be pressure-controlled by Ar gas or the like by the gas flow controller 10. Further, a work coil 8 is installed on the outer periphery of the double quartz tube 5, and a high-frequency current is passed to heat the crucible 3 and
C crystal powder 2 and seed crystal 1 can be heated to a desired temperature. The crucible temperature is measured by providing a light path having a diameter of 2 to 4 mm in the center of the graphite felt 7 covering the upper and lower portions of the crucible, taking out light from the upper and lower portions of the crucible, and using a two-color thermometer. The temperature of the lower part of the crucible is set to the raw material temperature (here, S
The temperature of the iC crystal powder) and the temperature of the upper part of the crucible are used as the seed temperature. In addition to Ar gas for controlling the internal atmosphere, various doping gases are introduced into the gas pipe 9 to the manufacturing apparatus through the gas flow rate controller 10. The introduced gas is exhausted by the vacuum exhaust device 11 and the gas pressure is adjusted by adjusting the exhaust amount of the exhaust device by an exhaust amount variable valve (not shown).

【0043】[0043]

【実施例】以下、本発明の炭化珪素単結晶育成用種結晶
と炭化珪素単結晶インゴット及びこれらの製造方法につ
いて、実施例をあげて説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the seed crystal for growing a silicon carbide single crystal, the silicon carbide single crystal ingot of the present invention, and a method for producing them will be described with reference to examples.

【0044】まず、種結晶として、口径50mmのSi
C単結晶ウエハを用意した。種結晶は、有機薄膜製造用
組成物をむら無く均一に塗布できるように、エタノール
中にて5分間十分に超音波印加下で洗浄した。このウエ
ハを、成長時に裏面となる側を上にしてスピンコーター
の回転ホルダー(真空チャック吸着式)にセットした。
有機薄膜を形成するための感光性樹脂として、ポジ型お
よびネガ型の感光性樹脂をそれぞれ用いた。上記感光性
樹脂は、スポイトにて必要量を吸い取って準備した。次
に、スピンコーターの回転速度及び時間は、一次回転が
200回転/分にて10秒間、二次回転が7500回転
/分にて30秒間とした。この設定により、ウエハ全面
に渡り厚さ約1μmの有機薄膜製造用組成物が塗布され
た。スポイトによる上記感光性樹脂の滴下は、二次回転
に入った後でウエハ中央部分に滴下した。回転終了後、
光照射下における目視確認により、ウエハ全面に渡りむ
ら無く有機薄膜が形成されていることが確認できた。次
に、この有機薄膜が形成されたウエハを恒温加熱炉中に
て120℃で3分間加熱し、有機薄膜を乾燥した。同工
程により感光性樹脂中に含まれる有機溶剤を揮発させ
る、いわゆる脱ガスが行なわれるが、この際に感光性樹
脂厚さが1μmと十分薄いため、ガスの離脱中に感光性
樹脂の固化が完了してしまうことによる有機薄膜中の空
洞発生は抑制され、ウエハ裏面全面に渡り均一かつ緻密
な保護膜が形成された。乾燥後、ウエハは自然冷却し
た。
First, as a seed crystal, Si having a diameter of 50 mm was used.
A C single crystal wafer was prepared. The seed crystal was sufficiently washed in ethanol for 5 minutes under application of ultrasonic waves so that the composition for producing an organic thin film could be uniformly applied. This wafer was set on a rotary holder (vacuum chuck adsorption type) of a spin coater with the side that would be the back surface during growth facing up.
Positive-type and negative-type photosensitive resins were used as the photosensitive resins for forming the organic thin film. The photosensitive resin was prepared by absorbing a required amount with a dropper. Next, the rotation speed and time of the spin coater were such that the primary rotation was 200 rpm for 10 seconds, and the secondary rotation was 7500 rpm for 30 seconds. With this setting, the composition for producing an organic thin film having a thickness of about 1 μm was applied over the entire surface of the wafer. The dropping of the above-mentioned photosensitive resin with a dropper was performed after the secondary rotation, and was dropped onto the central portion of the wafer. After the rotation,
By visual confirmation under light irradiation, it was confirmed that the organic thin film was formed evenly over the entire surface of the wafer. Next, the wafer having the organic thin film formed thereon was heated in a constant temperature heating furnace at 120 ° C. for 3 minutes to dry the organic thin film. In the same step, so-called degassing is carried out, in which the organic solvent contained in the photosensitive resin is volatilized. At this time, since the photosensitive resin thickness is sufficiently thin as 1 μm, the photosensitive resin does not solidify during the desorption of the gas. Generation of cavities in the organic thin film due to completion was suppressed, and a uniform and dense protective film was formed over the entire back surface of the wafer. After drying, the wafer was naturally cooled.

【0045】以下、図4を参照しながら続きの工程を説
明する。上記で得られたウエハを種結晶とした。該種結
晶1を、黒鉛製の坩堝3の蓋4の内面に機械的な装着方
法にて取り付けた。坩堝3の内部には、SiC結晶粉末
2を充填した。次いで、SiC結晶粉末2を充填した坩
堝3を、種結晶1を取り付けた蓋4で閉じ、黒鉛製フェ
ルト7で被覆した後、黒鉛製の支持棒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
真空排気装置11で真空排気した後、ワークコイル8に
電流を流し、30分間かけてSiC結晶粉末2の温度を
2000℃まで上げた。この工程において有機薄膜の炭
化が行なわれた。その後、ガス流量調節計10によって
雰囲気ガスとしてArガスを流量2.33×10-63
/secで流入させ、石英管内圧力を約80kPaに保
ちながら、原料温度(ここではSiC結晶粉末の温度)
を目標温度である2400℃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
15℃/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20mm程度で
あった。
The following steps will be described below with reference to FIG. The wafer obtained above was used as a seed crystal. The seed crystal 1 was attached to the inner surface of the lid 4 of the graphite crucible 3 by a mechanical attachment method. Inside the crucible 3, SiC crystal powder 2 was filled. Next, the crucible 3 filled with the SiC crystal powder 2 is closed with the lid 4 having the seed crystal 1 attached thereto, covered with the graphite felt 7, and then placed on the graphite support rod 6 to form the double quartz tube 5. Installed inside. Then, after the inside of the quartz tube was evacuated by the vacuum exhaust device 11, a current was passed through the work coil 8 to raise the temperature of the SiC crystal powder 2 to 2000 ° C. over 30 minutes. Carbonization of the organic thin film was performed in this step. After that, Ar gas was used as the atmospheric gas by the gas flow controller 10 and the flow rate was 2.33 × 10 −6 m 3.
/ Sec, while keeping the pressure in the quartz tube at about 80 kPa, the raw material temperature (here, the temperature of the SiC crystal powder)
Was raised to the target temperature of 2400 ° C. The growth pressure was reduced to 1.3 kPa over about 30 minutes, and then the growth was continued for about 20 hours. The temperature gradient in the crucible at this time was 15 ° C./cm, and the growth rate was about 1 mm / hour. The obtained crystal had a diameter of 51 mm and a height of about 20 mm.

【0046】こうして得られた、種結晶裏面に保護膜と
してポジ型およびネガ型感光性樹脂を用いたSiC単結
晶インゴット両方からウエハを切り出して観察したとこ
ろ、いずれのインゴットからも、種結晶の直上からボイ
ドが全く発生していない、目視にて非常に透明である結
晶品質良好なウエハが得られることが確認できた。
Wafers were cut out from both the SiC single crystal ingots using the positive type and negative type photosensitive resins as protective films on the backsides of the seed crystals thus obtained, and observed. From this, it was confirmed that a wafer with very good crystal quality, which was very transparent and had no voids, was obtained.

【0047】これに対して、保護膜の無い種結晶により
成長した場合は、ウエハ全面に渡りほぼ均一に高い密度
(約100個/cm2)にてボイドが発生した。また、
比較として、スプレーや刷け等を用いて塗布した厚さ1
5μmの有機薄膜から形成した保護膜を形成した種結晶
を用いて成長した場合、保護膜無しの場合と比較してボ
イド発生密度は低減するが、保護膜内部に生成した空洞
の影響により局所的にボイドが発生する個所が存在し、
ウエハ全面に換算した場合約10個/cm2程度のボイ
ド発生が観察された。すなわち有機薄膜形成用組成物を
塗布するにはスピンコート法が好ましいことがわかっ
た。以上の結果より、厚さを薄く制御した有機薄膜また
は炭素薄膜からなる保護膜を用いた種結晶により得られ
たSiC単結晶インゴットは、高品質であることが確認
できた。
On the other hand, when the seed crystal having no protective film was used for the growth, voids were generated at a high density (about 100 / cm 2 ) almost uniformly over the entire surface of the wafer. Also,
For comparison, thickness 1 applied using spray or brush
When grown using a seed crystal with a protective film formed of an organic thin film of 5 μm, the void generation density is reduced as compared with the case without the protective film, but the voids generated inside the protective film cause local voids. There are places where voids occur,
When converted to the entire surface of the wafer, about 10 voids / cm 2 were observed. That is, it was found that the spin coating method is preferable for applying the composition for forming an organic thin film. From the above results, it was confirmed that the SiC single crystal ingot obtained by the seed crystal using the protective film made of the organic thin film or the carbon thin film whose thickness was controlled to be thin was of high quality.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、種結晶を用いた改良型レーリー法において、結晶成
長時に種結晶裏面に成長時の裏面からのSi原子の昇華
を防止できる保護膜(厚さ5μm以下)を形成すること
で結晶中でのボイド生成を抑制することができる。形成
する有機薄膜の厚さを薄く制御することで、塗布後のア
ニール処理中にガス発生による種結晶裏面での空洞発生
を防止することができ、同種結晶による結晶成長時にボ
イド発生が完全に抑えられる。また本手法では、有機薄
膜塗布後のアニ−ル処理は恒温炉中120℃、15分の
みで十分であり、その後高真空下における特別な処理は
不要であるため、非常に簡便な方法である。この様にし
て得られた結晶は、結晶全体に渡り混入欠陥の無い高品
質SiC単結晶であり、同インゴットから高品質単結晶
ウエハを多数枚取り出すことができるため、生産性にも
非常に優れた手法と言える。
As described above, according to the present invention, in the improved Rayleigh method using a seed crystal, a protective film capable of preventing sublimation of Si atoms from the back surface of the seed crystal at the time of growing the crystal in the seed crystal rear surface at the time of crystal growth. By forming (thickness of 5 μm or less), void formation in the crystal can be suppressed. By controlling the thickness of the organic thin film to be formed thinly, it is possible to prevent the generation of cavities on the back surface of the seed crystal due to gas generation during the annealing process after coating, and to completely suppress the void generation during crystal growth by the same seed crystal. To be Further, this method is a very simple method because the annealing treatment after coating the organic thin film is sufficient only at 120 ° C. for 15 minutes in a constant temperature oven, and no special treatment under high vacuum is required thereafter. . The crystal obtained in this way is a high-quality SiC single crystal with no mixed defects throughout the entire crystal, and a large number of high-quality single-crystal wafers can be taken out from the same ingot, so it is also extremely productive. It can be said that the method.

【0049】このようなSiC単結晶ウエハを用いれ
ば、電気的特性の優れた高耐圧・耐環境性電子デバイ
ス、光学的特性の優れた青色発光素子、を製作すること
ができる。
By using such a SiC single crystal wafer, it is possible to manufacture a high voltage / environment resistant electronic device having excellent electrical characteristics and a blue light emitting element having excellent optical characteristics.

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

【図1】 改良レーリー法の原理を説明するための概略
図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle of an improved Rayleigh method.

【図2】 種結晶裏面からのSi原子の昇華によるボイ
ド形成機構、及び保護膜によるボイド形勢防止機構の説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a void formation mechanism by sublimation of Si atoms from the back surface of the seed crystal and a void formation prevention mechanism by a protective film.

【図3】 有機薄膜形成後乾燥する段階で生じるガス発
生及びそれによる空洞形成の、有機薄膜の厚さが及ぼす
影響を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the influence of the thickness of the organic thin film on the generation of gas and the formation of cavities due to the generation of gas at the stage of drying after forming the organic thin film.

【図4】 本発明の炭化珪素単結晶の製造方法に用いら
れる単結晶成長装置の一例を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing an example of a single crystal growth apparatus used in the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 種結晶 2 SiC結晶粉末 3 坩堝 4 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 11 真空排気装置 1 seed crystal 2 SiC crystal powder 3 crucible 4 Crucible lid 5 Double quartz tube 6 Support rod 7 Graphite felt 8 work coil 9 gas piping 10 Gas flow controller 11 Vacuum exhaust device

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 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 DA02 DA18 DA19 EA02 ED01 ED04 HA02 HA06 HA12 SA04 Continued front page    (72) Inventor Tatsuo Fujimoto             20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel shares             Company Technology Development Division (72) Inventor Hirokatsu Yashiro             20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel shares             Company Technology Development Division F-term (reference) 4G077 AA02 BE08 DA02 DA18 DA19                       EA02 ED01 ED04 HA02 HA06                       HA12 SA04

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 種結晶の単結晶成長面の裏面側が有機薄
膜で被覆された炭化珪素単結晶育成用種結晶。
1. A seed crystal for growing a silicon carbide single crystal, wherein the rear surface side of the single crystal growth surface of the seed crystal is covered with an organic thin film.
【請求項2】 前記有機薄膜は有機樹脂からなる請求項
1に記載の炭化珪素単結晶育成用種結晶。
2. The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein the organic thin film is made of an organic resin.
【請求項3】 前記有機樹脂は感光性樹脂である請求項
2に記載の炭化珪素単結晶育成用種結晶。
3. The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to claim 2, wherein the organic resin is a photosensitive resin.
【請求項4】 前記有機薄膜の厚さが0.5〜5μmで
ある請求項1〜3のいずれか一項に記載の炭化珪素単結
晶育成用種結晶。
4. The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein the organic thin film has a thickness of 0.5 to 5 μm.
【請求項5】 種結晶の単結晶成長面の裏面側が炭素薄
膜で被覆された炭化珪素単結晶育成用種結晶。
5. A seed crystal for growing a silicon carbide single crystal, wherein the back surface side of the single crystal growth surface of the seed crystal is covered with a carbon thin film.
【請求項6】 前記炭素薄膜は、有機薄膜を炭化処理す
ることによって形成されるものである請求項5に記載の
炭化珪素単結晶育成用種結晶。
6. The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to claim 5, wherein the carbon thin film is formed by carbonizing an organic thin film.
【請求項7】 前記炭素薄膜の厚さが0.5〜5μmで
ある請求項5または6に記載の炭化珪素単結晶育成用種
結晶。
7. The seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to claim 5, wherein the carbon thin film has a thickness of 0.5 to 5 μm.
【請求項8】 口径が25mm以上である請求項1〜7
のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶育成用種結晶。
8. A caliber having a diameter of 25 mm or more.
A seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to any one of 1.
【請求項9】 種結晶の単結晶成長面の裏面側に有機薄
膜形成用組成物を塗布し、炭化処理する工程を少なくと
も1回行うことによって有機薄膜を形成することを特徴
とする炭化珪素単結晶育成用種結晶の製造方法。
9. An organic thin film is formed by applying a composition for forming an organic thin film to the back surface side of a single crystal growth surface of a seed crystal and performing a carbonization treatment at least once. A method for producing a seed crystal for growing a crystal.
【請求項10】 前記有機薄膜形成用組成物の塗布方法
がスピンコート法である請求項9に記載の製造方法。
10. The manufacturing method according to claim 9, wherein the coating method of the composition for forming an organic thin film is a spin coating method.
【請求項11】 請求項9または10に記載の製造方法
で作製した、単結晶成長面の裏面側に有機薄膜が形成さ
れた種結晶を、前記有機薄膜が炭化する温度以上炭化珪
素の昇華温度未満に加熱することで、前記有機薄膜を炭
化処理して炭素薄膜にすることを特徴とする炭化珪素単
結晶育成用種結晶の製造方法。
11. A sublimation temperature of silicon carbide, which is equal to or higher than a temperature at which the organic thin film carbonizes a seed crystal produced by the manufacturing method according to claim 9 or having an organic thin film formed on a back surface side of a single crystal growth surface. A method for producing a seed crystal for growing a silicon carbide single crystal, which comprises subjecting the organic thin film to a carbon thin film by carbonizing the organic thin film by heating the organic thin film to a temperature lower than below.
【請求項12】 昇華再結晶法により種結晶上に炭化珪
素単結晶を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、前記種結晶として請求項1〜8のい
ずれか一項に記載の炭化珪素単結晶育成用種結晶を用い
ることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
12. A method for producing a silicon carbide single crystal, which comprises a step of growing a silicon carbide single crystal on a seed crystal by a sublimation recrystallization method, wherein the seed crystal is any one of claims 1 to 8. A method for producing a silicon carbide single crystal, which comprises using the seed crystal for growing a silicon carbide single crystal according to 1.
【請求項13】 請求項12に記載の製造方法で得られ
た炭化珪素単結晶よりなる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25mm以上であること
を特徴とする炭化珪素単結晶インゴット。
13. A silicon carbide single crystal ingot made of the silicon carbide single crystal obtained by the manufacturing method according to claim 12, wherein the ingot has a diameter of 25 mm or more. ingot.
【請求項14】 請求項13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ウエハ。
14. A silicon carbide single crystal wafer obtained by cutting and polishing the silicon carbide single crystal ingot according to claim 13.
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