JP2009184897A - 炭化ケイ素単結晶の製造方法 - Google Patents
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- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Abstract
【課題】不純物の含有量が低い炭化ケイ素単結晶を安価に製造し、且つ、炭化ケイ素原料を高密度に充填し、且つ、炭化ケイ素単結晶の成長を安定的に制御する。
【解決手段】低窒素フェノールをプリカーサー法により合成することにより製造されたホウ素含有量が0.5ppm以下又は窒素含有量が10ppm以下のα型炭化ケイ素粉末を炭化ケイ素原料2として開口部を有する坩堝3の内部に供給し、種結晶4と炭化ケイ素原料2とが対向するように裏面に種結晶4が取り付けられた蓋体5により坩堝3の開口部を覆い、坩堝3を加熱炉7内に配置し、不活性ガス雰囲気下で坩堝3を加熱することにより、炭化ケイ素原料2を昇華させて種結晶4の表面上に炭化ケイ素単結晶を結晶成長させる。
【選択図】図1
【解決手段】低窒素フェノールをプリカーサー法により合成することにより製造されたホウ素含有量が0.5ppm以下又は窒素含有量が10ppm以下のα型炭化ケイ素粉末を炭化ケイ素原料2として開口部を有する坩堝3の内部に供給し、種結晶4と炭化ケイ素原料2とが対向するように裏面に種結晶4が取り付けられた蓋体5により坩堝3の開口部を覆い、坩堝3を加熱炉7内に配置し、不活性ガス雰囲気下で坩堝3を加熱することにより、炭化ケイ素原料2を昇華させて種結晶4の表面上に炭化ケイ素単結晶を結晶成長させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、高周波半導体デバイスの基板として利用して好適な炭化ケイ素(SiC)単結晶の製造方法に関する。
一般に、高周波半導体デバイスの基板には105〜1012[Ω・cm]程度の抵抗率を示す半絶縁(高抵抗)特性が要求される。このような背景から近年、高周波半導体デバイスの基板としての利用が期待される炭化ケイ素単結晶については、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により製造されたホウ素と窒素の含有量が低いβ型(3C型)の炭化ケイ素粉末を用いて炭化ケイ素単結晶を製造することにより、単結晶内の不純物濃度を低減させる工夫がなされている。
特開2003−73194号公報
しかしながら、CVD法により製造される炭化ケイ素粉末は、非常に高価である上に、サブミクロンオーダー又はフレーク状の大きな粒径であるために単結晶成長用の坩堝の中に高密度で充填することができない。またCVD法により製造される炭化ケイ素粉末はβ型であるために、高温雰囲気では安定状態でなく、単結晶の成長温度に達する前に分解とα型(6H型)への再結晶が始まることから、単結晶の成長を安定的に制御することが困難であった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、不純物の含有量が低い炭化ケイ素単結晶を安価に製造し、且つ、炭化ケイ素原料を高密度に充填し、且つ、炭化ケイ素単結晶の成長を安定的に制御可能な炭化ケイ素単結晶の製造方法を提供することにある。
本発明に係る炭化ケイ素単結晶の製造方法は、低窒素フェノールをプリカーサー法により合成することにより製造されたホウ素含有量が0.5ppm以下又は窒素含有量が10ppm以下のα型炭化ケイ素粉末を炭化ケイ素原料として開口部を有する坩堝の内部に供給する工程と、種結晶と炭化ケイ素原料とが対向するように裏面に種結晶が取り付けられた蓋体により坩堝の開口部を覆う工程と、坩堝を加熱炉内に配置する工程と、不活性ガス雰囲気下で坩堝を加熱することにより、炭化ケイ素原料を昇華させて種結晶の表面上に炭化ケイ素単結晶を結晶成長させる工程とを有する。
本発明に係る炭化ケイ素単結晶の製造方法によれば、不純物の含有量が低い炭化ケイ素単結晶を安価に製造し、且つ、炭化ケイ素原料を高密度に充填し、且つ、炭化ケイ素単結晶の成長を安定的に制御することができる。
以下、本発明の実施形態となる炭化ケイ素単結晶の製造装置及びその製造方法について説明する。
本発明の実施形態となる炭化ケイ素単結晶の製造装置1は、図1に示すように、内部に炭化ケイ素原料2が収容される黒鉛製の坩堝3と、裏面に種結晶4が取り付けられ、坩堝3の開口部を覆う蓋体5と、蓋体5を含む坩堝3全体を覆う多孔性の断熱材6と、坩堝3を含む断熱材6全体を収容する加熱炉7と、加熱炉7内にアルゴンガス(不活性ガス)を供給するアルゴンガスボンベ8とを備える。この製造装置1を用いて炭化ケイ素単結晶を製造する際は、始めに、坩堝3の内部に炭化ケイ素原料2を供給した後、種結晶4と炭化ケイ素原料2とが対向するように蓋体5により坩堝3の開口部を覆う。そして、アルゴンガスボンベ8内部のアルゴンガスを加熱炉7内に供給し、アルゴンガス雰囲気下で炭化ケイ素原料が昇華する温度(2500℃程度)に坩堝3を加熱することにより、炭化ケイ素原料粉2を昇華させて種結晶4の表面上に炭化ケイ素単結晶を結晶成長させる。
なお炭化ケイ素単結晶中におけるホウ素の含有量は単結晶成長により殆ど低減せず炭化ケイ素原料2中の含有量となるので、炭化珪素原料中におけるホウ素の含有量は半絶縁特性を得るために0.5ppm以下、好ましくは0.1ppm以下にする。また炭化ケイ素原料2中における窒素の含有量が10ppm以上であると、炭化ケイ素単結晶中における窒素の含有量を半絶縁特性になるまで低減できないので、炭化ケイ素原料2中における窒素の含有量は10ppm以下にする。また炭化ケイ素原料2は、低窒素フェノールをプリカーサー法により合成することにより製造されたα型の炭化ケイ素粉末である。α型の炭化ケイ素粉末によれば、CVD法により製造されたβ型の炭化ケイ素粉末のように4H型やα型(6H型)の単結晶の成長温度に達する前に不安定になり分解することがないので、炭化ケイ素単結晶の成長を安定的に制御できる。
〔実施例〕
以下、上記炭化ケイ素原料2の製造方法を実施例に基づき詳しく説明する。
以下、上記炭化ケイ素原料2の製造方法を実施例に基づき詳しく説明する。
〔実施例1〕
実施例1では、始めに、珪素源としてのエチルシリケート40(ES40)と、炭素源としての液状のフェノール樹脂PL−2818と、重合又は架橋触媒としてのマレイン酸とを含む液状混合物を容器内に供給し、容器を減圧雰囲気下に配置する。なお、フェノール樹脂PL−2818は、アミン系触媒を利用せずに合成されたものであるので内部に窒素(アミン)が含有されていない。従って、液状混合物内の窒素含有量は、アミン系触媒を利用して合成されたフェノール樹脂を炭素源として用いた場合と比較して大幅に低くなる。
実施例1では、始めに、珪素源としてのエチルシリケート40(ES40)と、炭素源としての液状のフェノール樹脂PL−2818と、重合又は架橋触媒としてのマレイン酸とを含む液状混合物を容器内に供給し、容器を減圧雰囲気下に配置する。なお、フェノール樹脂PL−2818は、アミン系触媒を利用せずに合成されたものであるので内部に窒素(アミン)が含有されていない。従って、液状混合物内の窒素含有量は、アミン系触媒を利用して合成されたフェノール樹脂を炭素源として用いた場合と比較して大幅に低くなる。
次に、液状混合物中でアルゴンガス等の不活性ガスをバブリングさせ、排出ガスを排気する。この工程によれば、液状混合物中の窒素が不活性ガス成分と置換され、排出ガスとして排気されることにより、液状混合物中の窒素含有量をさらに低減させることができる。次に、容器を減圧雰囲気下の乾燥室内に導入し、乾燥室内で液状混合物をマイクロウェーブ(電磁波)により硬化乾燥することにより固形物を生成する。次に、生成された固形物をホウ素の含有量が少ないカーボン部材を主要部材として構成された加熱炉内の坩堝に導入し、900[℃]程度の窒素以外の不活性ガス雰囲気下で固形物を加熱炭化することにより仮焼成粉末を生成し、仮焼成粉末をさらに1800〜2300[℃]程度の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより炭化珪素粉体を得た。
そして最後に、炭化ケイ素粉体をジェットミルにより粉砕して所定粒径にすることにより、ホウ素含有量が0.2ppm,窒素含有量が5ppm,その他の不純物元素の含有量が0.1ppm以下のα型の炭化ケイ素粉体を得た。なお、焼成により得られる炭化ケイ素粉体の粒径は数十〜数百μm程度であるために金属等の汚染を発生させずに、ジェットミルにより容易に数〜数十μmの粒径に粉砕することができる。これにより、坩堝3への充填密度を安定的に大きくし、充填高さの制御も可能になる。
〔実施例2〕
実施例2では、真空引きしながら4時間加熱炉を加熱処理した後に焼成処理を行った以外は実施例1と同じ処理を行うことにより、ホウ素含有量が0.5ppm,窒素含有量が1ppm,その他の不純物元素の含有量が0.1ppm以下のα型の炭化ケイ素粉体を得た。
実施例2では、真空引きしながら4時間加熱炉を加熱処理した後に焼成処理を行った以外は実施例1と同じ処理を行うことにより、ホウ素含有量が0.5ppm,窒素含有量が1ppm,その他の不純物元素の含有量が0.1ppm以下のα型の炭化ケイ素粉体を得た。
〔比較例1〕
比較例1では、フェノール樹脂としてSR−101(住金エアウォーターケミカル(株)製)を使用した以外は実施例1と同じ処理を行うことにより、ホウ素含有量が2ppm,窒素含有量が50ppm,その他の不純物元素の含有量が0.1ppm以下のα型の炭化ケイ素粉体を得た。
比較例1では、フェノール樹脂としてSR−101(住金エアウォーターケミカル(株)製)を使用した以外は実施例1と同じ処理を行うことにより、ホウ素含有量が2ppm,窒素含有量が50ppm,その他の不純物元素の含有量が0.1ppm以下のα型の炭化ケイ素粉体を得た。
〔比較例2〕
比較例2では、ホウ素の含有量が少ないカーボン部材を主要部材として構成された加熱炉を使用しなかった以外は実施例1と同じ処理を行うことにより、ホウ素含有量が0.15ppm,窒素含有量が1ppmのα型の炭化ケイ素粉体を得た。
比較例2では、ホウ素の含有量が少ないカーボン部材を主要部材として構成された加熱炉を使用しなかった以外は実施例1と同じ処理を行うことにより、ホウ素含有量が0.15ppm,窒素含有量が1ppmのα型の炭化ケイ素粉体を得た。
〔比抵抗の評価〕
上記実施例1,2及び比較例1,2の炭化ケイ素粉体を用いて炭化ケイ素単結晶を製造した。製造の際、実施例1,2の炭化ケイ素単結晶の坩堝内における充填密度は2.0g/cm3であった。また比較例1,2の炭化ケイ素単結晶の坩堝内における充填密度はそれぞれ1.98,1.78g/cm3であった。製造された炭化ケイ素単結晶の比抵抗を評価した所、表1に示すように、実施例1,2の炭化ケイ素粉体により製造された炭化ケイ素単結晶は半絶縁特性を示したが、比較例1,2の炭化ケイ素粉体により製造された炭化ケイ素単結晶は半絶縁特性を示さなかった。
上記実施例1,2及び比較例1,2の炭化ケイ素粉体を用いて炭化ケイ素単結晶を製造した。製造の際、実施例1,2の炭化ケイ素単結晶の坩堝内における充填密度は2.0g/cm3であった。また比較例1,2の炭化ケイ素単結晶の坩堝内における充填密度はそれぞれ1.98,1.78g/cm3であった。製造された炭化ケイ素単結晶の比抵抗を評価した所、表1に示すように、実施例1,2の炭化ケイ素粉体により製造された炭化ケイ素単結晶は半絶縁特性を示したが、比較例1,2の炭化ケイ素粉体により製造された炭化ケイ素単結晶は半絶縁特性を示さなかった。
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。
1:炭化ケイ素単結晶製造装置
2:炭化ケイ素原料
3:坩堝
4:種結晶
5:蓋体
6:断熱材
7:加熱炉
8:アルゴンガスボンベ
2:炭化ケイ素原料
3:坩堝
4:種結晶
5:蓋体
6:断熱材
7:加熱炉
8:アルゴンガスボンベ
Claims (1)
- 低窒素フェノールをプリカーサー法により合成することにより製造されたホウ素含有量が0.5ppm以下又は窒素含有量が10ppm以下のα型炭化ケイ素粉末を炭化ケイ素原料として開口部を有する坩堝の内部に供給する工程と、
種結晶と前記炭化ケイ素原料とが対向するように裏面に種結晶が取り付けられた蓋体により坩堝の開口部を覆う工程と、
坩堝を加熱炉内に配置する工程と、
不活性ガス雰囲気下で坩堝を加熱することにより、前記炭化ケイ素原料を昇華させて種結晶の表面上に炭化ケイ素単結晶を結晶成長させる工程と
を有することを特徴とする炭化ケイ素単結晶の製造方法。
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