JP2011051869A - Method for producing silicon carbide single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素単結晶を昇華再結晶法により製造する炭化珪素単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon carbide single crystal in which a silicon carbide single crystal is produced by a sublimation recrystallization method.
一般に、窒化ガリウム系高周波デバイス等の半導体デバイス用基板として炭化珪素単結晶(以下、単結晶と適宜省略する)を用いる場合、1×105[Ω・cm]以上の抵抗率を持つ単結晶が求められる。この要求を満たす単結晶の製造方法として、従来から、昇華再結晶法による炭化珪素単結晶の製造方法が知られている。 In general, when a silicon carbide single crystal (hereinafter abbreviated as “single crystal”) is used as a substrate for a semiconductor device such as a gallium nitride high-frequency device, a single crystal having a resistivity of 1 × 10 5 [Ω · cm] or more is used. Desired. As a method for producing a single crystal that satisfies this requirement, a method for producing a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method has been conventionally known.
単結晶の成長過程において、坩堝の内部に窒素が存在している場合、単結晶は窒素を含んで成長する。特に、単結晶の成長初期において、窒素は、単結晶に含まれやすい。炭化珪素単結晶において、窒素はドナーとなるため、単結晶に窒素が含まれると、単結晶の抵抗率が低下する。このため、成長後の単結晶をウエハ状にスライス加工し、ウエハの抵抗率を測定すると、成長初期に形成されたウエハの抵抗率は低い。成長が進み、種結晶から離れて形成されたウエハになるにつれ、抵抗率は上昇し、やがて、ウエハの抵抗率は、1×105[Ω・cm]以上の値を示す。そのため、成長の初期段階に形成された単結晶領域は、抵抗率が低く、半導体デバイス用基板として用いることができなかった。 When nitrogen is present inside the crucible during the growth process of the single crystal, the single crystal grows containing nitrogen. In particular, in the initial stage of single crystal growth, nitrogen is easily contained in the single crystal. In a silicon carbide single crystal, nitrogen serves as a donor. Therefore, if the single crystal contains nitrogen, the resistivity of the single crystal decreases. For this reason, when the grown single crystal is sliced into a wafer and the resistivity of the wafer is measured, the resistivity of the wafer formed at the initial stage of growth is low. As the growth proceeds and the wafer is formed away from the seed crystal, the resistivity increases, and eventually the resistivity of the wafer shows a value of 1 × 10 5 [Ω · cm] or more. For this reason, the single crystal region formed in the initial stage of growth has a low resistivity and cannot be used as a substrate for a semiconductor device.
この問題を解決する方法として、坩堝の内部を水素雰囲気にして、炭化珪素原料を昇華させ、単結晶を成長させる方法が知られている(特許文献1)。坩堝の内部を水素雰囲気にして、単結晶を成長させることで、単結晶の成長表面に窒素が含まれるのを防いでいる。 As a method for solving this problem, a method is known in which the inside of a crucible is placed in a hydrogen atmosphere, a silicon carbide raw material is sublimated, and a single crystal is grown (Patent Document 1). By making the inside of the crucible a hydrogen atmosphere and growing the single crystal, the growth surface of the single crystal is prevented from containing nitrogen.
また、単結晶を成長させる前に、減圧雰囲気、昇華温度未満の温度という条件で、坩堝を所定時間保持する方法が知られている(特許文献2)。窒素が坩堝の内部に存在する原因として、大気に由来するものの他、坩堝及び炭化珪素原料に化学結合している窒素が、坩堝を加熱することにより、化学結合が切れることによるものがある。特許文献2の発明では、減圧雰囲気、昇華温度未満の温度という条件で、坩堝を所定時間保持することにより、窒素と坩堝及び炭化珪素原料との化学結合を切断し、窒素を除去している。 In addition, a method is known in which a crucible is held for a predetermined time under conditions of a reduced pressure atmosphere and a temperature lower than a sublimation temperature before growing a single crystal (Patent Document 2). Nitrogen is present in the crucible because it is derived from the atmosphere and nitrogen that is chemically bonded to the crucible and the silicon carbide raw material is broken by heating the crucible. In the invention of Patent Document 2, by holding the crucible for a predetermined time under the conditions of a reduced pressure atmosphere and a temperature lower than the sublimation temperature, the chemical bond between nitrogen, the crucible and the silicon carbide raw material is cut, and the nitrogen is removed.
しかしながら、特許文献1の発明では、昇華・単結晶成長の際に、坩堝を加熱することによって、坩堝及び炭化珪素原料に化学結合している窒素が切れ、坩堝の内部の窒素濃度が上昇する。水素雰囲気下で、昇華・単結晶成長を行っても、単結晶の成長表面に窒素が含まれるのを完全に防ぐことはできず、単結晶に窒素が含まれていた。従って、従来に比べると、成長の初期段階に形成された1×105[Ω・cm]以上の抵抗率を持たない単結晶領域を小さくできたものの、歩留まりを向上させるために、さらなる改善が求められていた。
However, in the invention of
さらに、特許文献1の発明では、水素雰囲気下において、坩堝を加熱する。炭化珪素原料を昇華・単結晶成長させるために2000℃より高温で長時間保持する必要がある。坩堝は、高温の水素に長時間曝されることになり、坩堝が腐食されるおそれがある。さらに、水素は可燃性ガスであるため、高温で長時間保持することによる危険性が懸念される。このように、特許文献1の発明では、装置の安全性にも問題があった。
Furthermore, in the invention of
特許文献2の発明では、坩堝に種結晶を取り付けた後、減圧雰囲気、昇華温度未満の温度という条件で、坩堝を所定時間保持している。昇華温度未満の温度であっても、炭化珪素原料が微量に昇華することがある。昇華した炭化珪素原料は、種結晶の表面に3C−SiCとして析出することがある。これにより、単結晶の品質が低下していた。 In the invention of Patent Document 2, after attaching the seed crystal to the crucible, the crucible is held for a predetermined time under the conditions of a reduced pressure atmosphere and a temperature lower than the sublimation temperature. Even at a temperature lower than the sublimation temperature, the silicon carbide raw material may sublimate in a small amount. The sublimated silicon carbide raw material may be precipitated as 3C-SiC on the surface of the seed crystal. Thereby, the quality of the single crystal was lowered.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、装置の安全性を高めるとともに、歩留まりを良くしつつも、単結晶の品質の低下を抑制する炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for producing a silicon carbide single crystal that increases the safety of the apparatus and improves the yield while suppressing the deterioration of the quality of the single crystal. The purpose is to do.
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。本発明の第1の特徴は、炭化珪素単結晶(炭化珪素単結晶70)を製造する装置(単結晶製造装置1)の内部に設置された坩堝(坩堝10)に炭化珪素原料(炭化珪素原料20)を配置する原料配置工程(原料配置工程S2)と、炭化珪素からなる種結晶(種結晶30)を坩堝に配置する種結晶配置工程(種結晶配置工程S4)と、炭化珪素原料を昇華させ、昇華した炭化珪素原料を種結晶に再結晶させることで、炭化珪素単結晶を成長させる昇華・成長工程(昇華・成長工程S5)とを含む炭化珪素単結晶の製造方法であって、坩堝の内部を還元雰囲気にして、坩堝と炭化珪素原料とを炭化珪素原料の昇華温度未満の温度で加熱する加熱工程(加熱工程S3)を有し、原料配置工程の後、種結晶配置工程の前に、加熱工程を行い、坩堝の内部を減圧雰囲気又は希ガス雰囲気にして、昇華・成長工程を行うことを要旨とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following features. A first feature of the present invention is that a silicon carbide raw material (silicon carbide raw material) is placed in a crucible (crucible 10) installed in an apparatus (single crystal manufacturing apparatus 1) for manufacturing a silicon carbide single crystal (silicon carbide single crystal 70). 20), a seed crystal placement step (seed crystal placement step S4) in which a seed crystal made of silicon carbide (seed crystal 30) is placed in a crucible, and a silicon carbide raw material is sublimated. And a sublimation / growth step (sublimation / growth step S5) for growing the silicon carbide single crystal by recrystallizing the sublimated silicon carbide raw material into a seed crystal, And a heating step (heating step S3) for heating the crucible and the silicon carbide raw material at a temperature lower than the sublimation temperature of the silicon carbide raw material, and after the raw material arranging step and before the seed crystal arranging step The heating process is performed on the inside of the crucible. The in the reduced pressure atmosphere or a rare gas atmosphere, and the gist to carry out sublimation-growth process.
坩堝の内部を還元雰囲気にするとは、還元性のある気体を坩堝の内部に満たすことをいう。坩堝の内部を減圧雰囲気にするとは、坩堝の内部の気体を取り除くことで、坩堝の内部を減圧することをいう。坩堝の内部を希ガス雰囲気にするとは、希ガスを坩堝の内部に満たすことをいう。 Making the inside of the crucible a reducing atmosphere means filling the inside of the crucible with a reducing gas. Making the inside of the crucible into a reduced-pressure atmosphere means reducing the inside of the crucible by removing the gas inside the crucible. Making the inside of the crucible a rare gas atmosphere means filling the inside of the crucible with a rare gas.
本発明の第2の特徴は、加熱工程において、坩堝の内部に還元雰囲気にする気体を導入するとともに、坩堝の内部の気体を坩堝の外部へ導出することを要旨とする。 The gist of the second feature of the present invention is that, in the heating step, the gas for reducing atmosphere is introduced into the crucible and the gas inside the crucible is led out to the outside of the crucible.
本発明の第3の特徴は、還元雰囲気にする気体は、水素を含む気体であることを要旨とする。 The gist of the third feature of the present invention is that the gas to be reduced is a gas containing hydrogen.
本発明の第4の特徴は、昇華温度未満の温度とは、500℃以上、2000℃以下であることを要旨とする。 The gist of the fourth feature of the present invention is that the temperature below the sublimation temperature is 500 ° C. or more and 2000 ° C. or less.
本発明によれば、装置の安全性を高めるとともに、歩留まりを良くしつつも、単結晶の品質の低下を抑制する炭化珪素単結晶の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while improving the safety | security of an apparatus and improving a yield, the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which suppresses the fall of the quality of a single crystal can be provided.
本実施の形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
An example of a method for manufacturing silicon carbide
本実施形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法について、図1から図4を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法を説明する図である。図2から図4は、本実施形態に係る単結晶製造装置1の概略断面図である。
A method for manufacturing silicon carbide
(1)製造装置の概略構成
まず、本発明に係る単結晶製造装置1の構成について、図3を参照しながら説明する。
(1) Schematic Configuration of Manufacturing Apparatus First, the configuration of the single
図3に示すように、単結晶製造装置1は、坩堝10と、坩堝10の少なくとも側面を覆う石英管60とを有している。石英管60には、導入路80と導出路90が設けられている。導入路80は、単結晶製造装置1の外部から単結晶製造装置1の内部へと気体を導入する。導出路90は、単結晶製造装置1の内部から単結晶製造装置1の外部へと気体を導出する。これら導入路80と導出路90とから、気体を導出及び導入することによって、単結晶製造装置1の内部の雰囲気を調整する。石英管60の外周には、坩堝10を加熱する加熱コイル(不図示)が設けられている。坩堝10は、断熱材(不図示)で覆われている。坩堝10は、単結晶製造装置1の内部に設置されている。具体的にいうと、坩堝10は、支持棒50を介して石英管60の内部に固定されている。
As shown in FIG. 3, the single
坩堝10は、坩堝本体10aと坩堝蓋体(種結晶台座)10bとを有する。坩堝本体10aには、昇華用原料である炭化珪素原料20が収容されている。坩堝蓋体(種結晶台座)10bには、炭化珪素からなる種結晶30が固定されている。種結晶30は、炭化珪素原料20と略対向する位置に固定されている。種結晶30の炭化珪素原料20と略対向する面が、成長面35である。種結晶30の成長面35と反対側の面が、接着層40によって、坩堝蓋体(種結晶台座)10bと固定されている。
The
(2)炭化珪素単結晶の製造方法
次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法について、図1から図4を参照しながら説明する。図1に示すように、本実施形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法は、工程S1から工程S5を有する。
(2) Manufacturing method of silicon carbide single crystal Next, the manufacturing method of the silicon carbide
(2−1)原料準備工程
工程S1は、炭化珪素原料20が準備される工程である原料準備工程S1である。炭化珪素原料20は、どのような製造方法で製造されたものを準備しても構わない。例えば、化学気相成長法(CVD法)で製造された炭化珪素を炭化珪素原料20としてもよいし、珪素含有原料と炭素含有原料とから炭化珪素前駆体を生成し、生成された炭化珪素前駆体を焼成することで得られる炭化珪素を炭化珪素原料20としてもよい。
(2-1) Raw material preparatory process Process S1 is raw material preparatory process S1 which is the process by which the silicon carbide
(2−2)原料配置工程
工程S2は、単結晶製造装置1の内部に設置された坩堝10に炭化珪素原料20を配置する原料配置工程S2である。図2に示すように、原料準備工程S1で準備された炭化珪素原料20を坩堝本体10aに配置する。炭化珪素原料20を配置した後、坩堝蓋体10bは、坩堝本体10aに取り付けられる。
(2-2) Raw material arrangement | positioning process Process S2 is raw material arrangement | positioning process S2 which arrange | positions the silicon carbide
(2−3)加熱工程
工程S3は、坩堝10の内部を還元雰囲気にして、坩堝10と炭化珪素原料20とを炭化珪素原料20の昇華温度未満の温度で加熱する加熱工程S3である。
(2-3) Heating Step Step S3 is a heating step S3 in which the inside of the
図2に示すように、坩堝10の内部を還元雰囲気にするために、導入路80から単結晶製造装置1の内部へ還元性のある気体を導入する。導出路90から単結晶製造装置1の内部から単結晶製造装置1外部へ還元性のある気体を導出することで、単結晶製造装置1の内部が還元性のある気体に満たされる。坩堝本体10aには、坩堝蓋体10bが取り付けられているものの、坩堝は密閉されていないため、一定の通気性を有している。従って、単結晶製造装置1の内部が還元性のある気体に満たされると、坩堝10の内部も還元性のある気体に満たされる。坩堝10の内部は、還元雰囲気となる。
As shown in FIG. 2, a reducing gas is introduced from the
還元性のある気体としては、水素の他に、シラン(SiH4)、炭化水素系ガス等がある。可燃性ガスでない気体を使用すれば、坩堝10が腐食されるおそれは減少する。製造コスト、人体への影響等考えると、水素により、還元雰囲気にするのが好ましい。
Examples of the reducing gas include silane (SiH 4 ), hydrocarbon-based gas, and the like in addition to hydrogen. If a gas that is not a combustible gas is used, the risk of the
次に、坩堝10と炭化珪素原料20とを炭化珪素原料20の昇華温度未満の温度で加熱する。この加熱により、坩堝10又は炭化珪素原料20と窒素との化学結合が切断される。さらに、坩堝10の内部は、還元雰囲気であるため、坩堝10及び炭化珪素原料20の表面は、還元され、水素終端処理される。具体的には、坩堝10及び炭化珪素原料20の表面は、安定な炭素−水素結合(C−H結合)又は珪素−水素結合(Si−H結合)を有する。これにより、坩堝10及び炭化珪素原料20は、大気に曝されても、窒素が再結合しない。加熱工程S3の前に、原料配置工程S2を行うため、炭化珪素原料20の表面に結合した窒素を除去できる。また、炭化珪素原料20の表面を水素終端処理できる。
Next,
加熱温度は、炭化珪素原料20の昇華温度未満の温度である。これにより、安定な結合を有する表面の炭化珪素原料20は、昇華しない。従って、炭化珪素原料20の表面について、窒素除去及び水素終端処理を充分に行うことができる。加熱温度は、500℃以上、2000℃以下が好ましい。2000℃以下の温度で処理を行うため、水素雰囲気下において、2000℃より高温で保持する場合と比べて、単結晶製造装置1の安全性は高い。500℃未満になると、窒素の除去及び水素終端処理が起こりにくくなる。2000℃より高温になると、炭化珪素原料20が昇華する。炭化珪素原料20が昇華すると、坩堝10の内部に付着する。このため、単結晶70の成長に使用される炭化珪素原料20が減少する。また、坩堝蓋体10bが坩堝本体10aから容易に取り外せなくなる。さらに、昇華した炭化珪素原料20は、種結晶30を固定する坩堝蓋体(種結晶台座)10bにも付着するため、種結晶30が種結晶台座10bにしっかりと固定できなくなる。また、高温水素雰囲気下であるため、坩堝10が腐食されるおそれも生じる。
The heating temperature is a temperature lower than the sublimation temperature of silicon carbide
坩堝10の内部を還元雰囲気にする処理と、坩堝10と炭化珪素原料20とを加熱する処理を同時にしても良い。また、坩堝10の内部を還元雰囲気にした後も、導入路80から、還元雰囲気にする気体を導入し、導出路90から、装置内部の気体を装置外部へ導出するのが好ましい。すなわち、坩堝10の内部に還元雰囲気にする気体を導入するとともに、坩堝10の内部の気体を坩堝10の外部へ導出するのが好ましい。これにより、結合が切断された窒素は、坩堝10の外部へ排除されるため、結合が切断された窒素が再び坩堝10と炭化珪素原料20と結合しない。さらに、水素終端処理により消費された還元雰囲気にする気体は、導入路80から導入されるため、坩堝10と炭化珪素原料20とを充分に水素終端処理できる。
You may perform simultaneously the process which makes the inside of the
(2−4)種結晶配置工程
工程S4は、炭化珪素からなる種結晶30を坩堝10に配置する種結晶配置工程S4である。坩堝蓋体(種結晶台座)10bを坩堝本体10aから取り外す。炭化珪素からなる種結晶30は、取り外された坩堝蓋体(種結晶台座)10bに配置される。具体的には、接着剤が接着層40を構成することにより、種結晶30は、種結晶台座10bに固定される。接着剤には、例えば、フェノール樹脂が挙げられる。
(2-4) Seed Crystal Placement Step Step S4 is a seed crystal placement step S4 in which the
図3に示すように、種結晶30が固定された坩堝蓋体10bは、坩堝本体10aに取り付けられる。この際に、坩堝10の内部が大気に曝されても、坩堝10及び炭化珪素原料20の表面は、C−H結合、又は、Si−H結合を有するため、大気に含まれる窒素と坩堝10又は炭化珪素原料20とが再度化学結合することもない。従って、昇華・成長工程S5において、坩堝10及び炭化珪素原料20に由来する窒素は生じず、坩堝10の内部の窒素濃度が上昇するのを抑制できる。種結晶30は、坩堝10及び炭化珪素原料20と比べると極めて小さい。従って、坩堝10の内部の窒素濃度に影響を与えるほど、種結晶30から窒素は生じない。
As shown in FIG. 3, the
(2−5)昇華・成長工程
工程S5は、炭化珪素原料20を昇華させ、昇華した炭化珪素原料20を種結晶30に再結晶させることで、炭化珪素単結晶70を成長させる昇華・成長工程S5である。加熱コイルに電流を通電させて、炭化珪素原料20を加熱する。一般的に、加熱温度は、2000℃から2500℃である。炭化珪素原料20に比べて、種結晶30の温度がやや低温となるように加熱するのが好ましい。このようにして加熱された炭化珪素原料20は、昇華する。昇華した炭化珪素原料20は、種結晶台座10bに配置された種結晶30上に再結晶する。
(2-5) Sublimation / Growth Step Step S5 is a sublimation / growth step of growing silicon carbide
昇華・成長工程S5を行うときは、坩堝10の内部を減圧雰囲気又は希ガス雰囲気にするため、大気に由来する坩堝10の内部の窒素濃度が上昇するのを抑制できる。さらに、上述した通り、加熱工程S4により、昇華・成長工程S5において、坩堝10及び炭化珪素原料20に由来する坩堝10の内部の窒素濃度が上昇するのを抑制できる。
When the sublimation / growth step S5 is performed, since the inside of the
図4に示すように、種結晶30と単結晶70とが接している成長面35を基準として、成長面35から炭化珪素原料20に向かう方向を成長方向とすると、炭化珪素単結晶70(単結晶インゴットという)が時間とともに成長方向に沿って成長していく。
As shown in FIG. 4, when a growth direction is a direction from the
スライス加工したときに、ウエハの抵抗率が1×105[Ω・cm]となる単結晶70の位置を抵抗境界hとすると、図4に示すように、単結晶70の成長末端Hが、抵抗境界hを超えた単結晶70でないと半導体デバイスとして用いることができない。すなわち、種結晶30の成長面35から抵抗境界hまでの抵抗率が1×105[Ω・cm]未満の低抵抗領域Rよりも単結晶70を大きく成長させなければ、半導体デバイス用として供せない。本実施形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法では、この低抵抗領域Rを小さくすることで、半導体デバイス用基板として用いることのできる単結晶70の歩留まりを良くしている。
Assuming that the position of the
(3)実施例
坩堝10と炭化珪素原料20とを炭化珪素原料20の昇華温度未満の温度で加熱する加熱工程において、坩堝10の内部を還元雰囲気にする場合としない場合とで、ウエハの抵抗率に与える影響について比較した。
(3) Example In the heating process in which the
実施例では、炭化珪素原料20を黒鉛性の坩堝10に配置した。坩堝蓋体10bを坩堝本体10aに取り付けた後、単結晶製造装置1の内部を5×10−3Pa以下の圧力にし、1500℃の温度を30時間保持した。次に、1500℃に保ったまま、還元雰囲気にする気体として、水素を10%含むアルゴンガスを導入した。単結晶製造装置1の内部の圧力を90kPaとした後は、水素を10%含むアルゴンガスを一定の流量で導入し、圧力を90kPaに維持するように、導出する気体の流量を調整した。還元雰囲気、1500℃という条件を10時間保持した。その後、アルゴンガスを導入し、坩堝10を自然冷却した。
In the example, the silicon carbide
比較例では、実施例と同様に、炭化珪素原料20を黒鉛性の坩堝10に配置した。坩堝蓋体10bを坩堝本体10aに取り付けた後、単結晶製造装置1の内部を5×10−3Pa以下の圧力にし、1500℃の温度を30時間保持した。それから、アルゴンガスを導入し、坩堝10を自然冷却した。還元雰囲気、1500℃という条件を10時間保持する処理は行わなかった。
In the comparative example, the silicon carbide
実施例、比較例ともに、上記処理の後、坩堝本体10aから取り外した坩堝蓋体10bに炭化珪素からなる種結晶30を固定した。種結晶30が固定された坩堝蓋体10bを坩堝本体10aに取り付けた。アルゴン雰囲気において、坩堝10を加熱し、単結晶70を成長させた。
In both the example and the comparative example, after the above treatment, the
成長した単結晶70をウエハ状にスライス加工を行い、室温の下、各ウエハの抵抗率を測定した。ウエハの抵抗率と単結晶70の成長距離との関係を図5に示す。
The grown
図5から、実施例の単結晶70の方が、成長初期の段階から抵抗率が上昇しているのがわかる。成長方向における、実施例の低抵抗領域R1と比較例の低抵抗領域R2とを比較すると、実施例の低抵抗領域R1の方が、約30%小さいという結果が得られた。
FIG. 5 shows that the resistivity of the
以上より、本実施形態に係る単結晶70の製造方法によって、成長初期の段階から単結晶70の抵抗率は上昇し、低抵抗領域Rを小さくなることが確認できた。
From the above, it was confirmed that the resistivity of the
(4)作用・効果
以上説明した本実施形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法によれば、坩堝10の内部を還元雰囲気にして、坩堝10と炭化珪素原料20とを炭化珪素原料20の昇華温度未満の温度で加熱する加熱工程S3を有する。これにより、坩堝10又は炭化珪素原料20の表面に化学結合している窒素を切断するとともに、坩堝10及び炭化珪素原料20の表面が水素終端処理される。水素終端処理により、坩堝10及び炭化珪素原料20の表面は、安定な炭素−水素結合(C−H結合)又は珪素−水素結合(Si−H結合)を有する。炭化珪素原料20の昇華温度未満の温度で加熱するため、安定な結合を有する表面の炭化珪素原料20は、昇華しない。従って、炭化珪素原料20の表面について、窒素除去及び水素終端処理を充分に行うことができる。
(4) Action / Effect According to the method for manufacturing silicon carbide
原料配置工程S2の後、加熱工程S3を行うため、炭化珪素原料20の表面に結合している窒素を、加熱工程S3によって、除去することができる。また、炭化珪素原料20の表面を水素終端処理できる。
In order to perform heating process S3 after raw material arrangement | positioning process S2, the nitrogen couple | bonded with the surface of the silicon carbide
種結晶配置工程S4の前に、加熱工程S3を行うため、加熱工程S3を行う際には、種結晶30は、種結晶台座10bに固定されていない。そのため、加熱工程S3の際に、炭化珪素原料20が微量に昇華したとしても、種結晶30の表面に3C−SiCとして析出することがない。従って、単結晶70の品質が低下するのを抑制することができる。
Since the heating step S3 is performed before the seed crystal arrangement step S4, the
種結晶配置工程S4において、坩堝10の内部が大気に曝されても、坩堝10及び炭化珪素原料20の表面は、C−H結合、又は、Si−H結合を有するため、大気に含まれる窒素と坩堝10又は炭化珪素原料20とが再度化学結合することもない。従って、昇華・成長工程S5において、坩堝10及び炭化珪素原料20に由来する坩堝10の内部の窒素濃度が上昇するのを抑制できる。
Even if the inside of the
坩堝10の内部を減圧雰囲気又は希ガス雰囲気にして、昇華・成長工程S5を行うため、大気に由来する坩堝10の内部の窒素濃度が上昇するのを抑制できる。
Since the sublimation / growth step S5 is performed by setting the inside of the
単結晶製造装置1の内部を還元雰囲気にして、坩堝10と炭化珪素原料20とを炭化珪素原料20の昇華温度未満の温度で加熱する。還元雰囲気は、必ずしも水素に限らないため、坩堝10が腐食されるおそれは減少する。
The inside of single
水素によって還元雰囲気にする場合であっても、昇華温度未満の温度で加熱するため、坩堝10が腐食されるおそれも可燃性ガスによる危険性も減少する。このため、水素雰囲気下で、昇華・成長工程S5を行う場合と比べて、単結晶製造装置1の安全性が高い。
Even in a reducing atmosphere with hydrogen, the
本実施形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法によれば、加熱工程において、坩堝10の内部に還元雰囲気にする気体を導入するとともに、坩堝10の内部の気体を坩堝10の外部へ導出する。これにより、坩堝10又は炭化珪素原料20との結合が切断された窒素は、坩堝10の外部へ排除されるため、結合が切断された窒素が再び坩堝10と炭化珪素原料20と結合しない。従って、坩堝10及び炭化珪素原料20の窒素の除去を充分にできる。また、還元雰囲気にする気体の導入により、水素終端処理も充分になされる。
According to the method for manufacturing silicon carbide
本実施形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法によれば、還元雰囲気にする気体は、水素を含む気体である。製造コスト及び人体への影響等を考慮すると、水素により、還元雰囲気にするのが好ましい。
According to the method for manufacturing silicon carbide
本実施形態に係る炭化珪素単結晶70の製造方法によれば、昇華温度未満の温度とは、500℃以上、2000℃以下である。2000℃以下の温度で処理を行うため、水素雰囲気下において、2000℃より高温で保持する場合と比べて、単結晶製造装置1の安全性は高い。500℃未満になると、窒素の除去及び水素終端処理が起こりにくくなる。2000℃より高温になると、炭化珪素原料20が昇華する。炭化珪素原料20が昇華すると、坩堝10の内部に付着する。このため、単結晶70の成長に使用される炭化珪素原料20が減少する。また、坩堝蓋体10bが坩堝本体10aから容易に取り外せなくなる。さらに、昇華した炭化珪素原料20は、種結晶30を固定する坩堝蓋体(種結晶台座)10bにも付着するため、種結晶30が種結晶台座10bにしっかりと固定できなくなる。また、高温水素雰囲気下であるため、坩堝10が腐食されるおそれも生じる。
According to the method for manufacturing silicon carbide
1…単結晶製造装置、10…坩堝、10a…坩堝本体、10b…坩堝蓋体(種結晶台座)、20…炭化珪素原料、30…種結晶、40…接着層、50…支持棒、60…石英管、70…炭化珪素単結晶(単結晶)、80…導入路、90…導出路、H…成長末端、h…抵抗境界値、R…低抵抗領域、R1…実施例の低抵抗領域、R2…比較例の低抵抗領域、S1…原料準備工程、S2…原料配置工程、S3…加熱工程、S4…種結晶配置工程、S5…昇華・成長工程
DESCRIPTION OF
Claims (4)
炭化珪素からなる種結晶を前記坩堝に配置する種結晶配置工程と、
前記炭化珪素原料を昇華させ、昇華した前記炭化珪素原料を前記種結晶に再結晶させることで、炭化珪素単結晶を成長させる昇華・成長工程とを含む炭化珪素単結晶の製造方法であって、
前記坩堝の内部を還元雰囲気にして、前記坩堝と前記炭化珪素原料とを前記炭化珪素原料の昇華温度未満の温度で加熱する加熱工程を有し、
前記原料配置工程の後、前記種結晶配置工程の前に、前記加熱工程を行い、
前記坩堝の内部を減圧雰囲気又は希ガス雰囲気にして、前記昇華・成長工程を行う炭化珪素単結晶の製造方法。 A raw material arranging step of arranging a silicon carbide raw material in a crucible installed inside an apparatus for producing a silicon carbide single crystal;
A seed crystal placement step of placing a seed crystal made of silicon carbide in the crucible;
Sublimation of the silicon carbide raw material, and recrystallization of the sublimated silicon carbide raw material into the seed crystal, thereby producing a silicon carbide single crystal comprising a sublimation / growth step of growing a silicon carbide single crystal,
A heating step of heating the crucible and the silicon carbide raw material at a temperature lower than the sublimation temperature of the silicon carbide raw material with the inside of the crucible in a reducing atmosphere;
After the raw material placement step, before the seed crystal placement step, perform the heating step,
A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein the sublimation / growth step is carried out under a reduced pressure atmosphere or a rare gas atmosphere inside the crucible.
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