JP2014024703A - 炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロパイプの発生を抑制することができる、炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】内壁ＥＷを有する成長室１０が準備される。内壁ＥＷは原料支持部Ｅ１と種結晶支持部Ｅ２と犠牲部Ｅ３とを有する。原料支持部Ｅ１の温度が炭化珪素の昇華温度よりも高いＴ₁となり、種結晶支持部Ｅ２の温度がＴ₂となり、犠牲部Ｅ３の温度がＴ₃となるように、成長室が加熱される。Ｔ₁＞Ｔ₂≧Ｔ₃が満たされる。種結晶７０上に質量Ｗ₁を有する炭化珪素単結晶８１が成長し、かつ犠牲部Ｅ３上に質量Ｗ₂を有する炭化珪素堆積物８２が堆積される。Ｗ₁／Ｗ₂＜５が満たされる。
【選択図】図２

Description

本発明は炭化珪素単結晶の製造方法に関するものであり、特に昇華法を用いた炭化珪素単結晶の製造方法に関するものである。

D. Hofmann et al., "Sublimation growth of silicon carbide bulk crystals: experimental and theoretical studies on defect formation and growth rate augmentation", Journal of Crystal Growth 198/199 (1999), pp. 1005-1010 によれば、マイクロパイプのないまたは低減されたシード上の炭化珪素（ＳｉＣ）結晶成長におけるマイクロパイプの原因は、主に、Ｃ（カーボン）インクルージョンの発生に関係している、と指摘されている。

特開平６−３３３８３０号公報によれば、種結晶の近傍に金属珪素が配置される。この公報には、炭化珪素単結晶の初期成長段階において種結晶が炭化されることがないため、炭化珪素単結晶のエピタキシャル成長が良好に行われる、と記載されている。

特開２０００−２６４７９３号公報によれば、上記特開平６−３３３８３０号公報の技術を用いると、過剰なＳｉリッチな雰囲気に起因したＳｉドロップレット（成長表面に付着したＳｉが気化した後、穴として残る状態）からマイクロパイプが生じる場合があることが指摘されている。特開２０００−２６４７９３号公報の技術によれば、珪素原料が仕切板で囲まれることで、過剰なＳｉリッチ雰囲気とならないようにすることができる、と記載されている。

特開平６−３３３８３０号公報 特開２０００−２６４７９３号公報

D. Hofmann et al., "Sublimation growth of silicon carbide bulk crystals: experimental and theoretical studies on defect formation and growth rate augmentation", Journal of Crystal Growth 198/199 (1999), pp. 1005-1010

しかしながら、成長室中に珪素原料を配置することのみによって雰囲気中のＳｉ量を精度よく調整するためには、炭化珪素原料から昇華するガスの量と、珪素原料から発生するＳｉ蒸気の量とのバランスを高い精度で維持する必要がある。しかしながら、炭化珪素の昇華と珪素の蒸発とは互いに異なる現象であり、よって両者の間のバランスを精度よく保つことは困難であった。この結果、ＣインクルージョンまたはＳｉドロップレットのいずれかに起因したマイクロパイプの発生を十分に抑制することが困難であった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロパイプの発生を抑制することができる、炭化珪素単結晶の製造方法を提供することである。

本発明の一の局面に従う炭化珪素単結晶の製造方法は、以下の工程を有する。
内壁を有する成長室が準備される。内壁は原料支持部と種結晶支持部と犠牲部とを有する。原料支持部は原料を支持するためのものである。種結晶支持部は種結晶を支持するためのものである。犠牲部は原料および種結晶の各々から離れて位置する。

炭化珪素からなる種結晶と、炭化珪素を含有する原料との各々が、成長室の内壁によって支持される。

原料支持部の温度が炭化珪素の昇華温度よりも高いＴ₁となり、種結晶支持部の温度がＴ₂となり、犠牲部の温度がＴ₃となるように、成長室が加熱される。Ｔ₁＞Ｔ₂≧Ｔ₃が満たされる。成長室が加熱されることによって原料から昇華したガスが固化することによって、種結晶上に質量Ｗ₁を有する炭化珪素単結晶が成長し、かつ犠牲部上に質量Ｗ₂を有する炭化珪素堆積物が堆積される。Ｗ₁／Ｗ₂＜５が満たされる。

上記一の局面に従う炭化珪素単結晶の製造方法によれば、Ｗ₁／Ｗ₂＜５が満たされることにより、Ｃインクルージョンの発生が抑制される。よってマイクロパイプの発生が抑制される。

好ましくは、Ｗ₁／Ｗ₂≦３が満たされる。これにより、Ｃインクルージョンの発生がより抑制される。よってマイクロパイプの発生がより抑制される。

好ましくは、Ｗ₁／Ｗ₂≧２が満たされる。これにより、炭化珪素単結晶の成長速度が極端に小さくなることを避けることができる。

成長室は、炭化珪素単結晶が０．５ｍｍ／時以下で成長するように加熱されてもよい。このように成長速度が小さい場合にはＣインクルージョンが発生しやすかった。上記の炭化珪素単結晶の製造方法によれば、このＣインクルージョンの発生が効果的に抑制される。また成長速度が小さいことにより、転位の発生を抑制することができる。

本発明の他の局面に従う炭化珪素単結晶の製造方法は、以下の工程を有する。
内壁を有する成長室が準備される。内壁は原料支持部と種結晶支持部と犠牲部とを有する。原料支持部は原料を支持するためのものである。種結晶支持部は種結晶を支持するためのものである。原料支持部と種結晶支持部と犠牲部とは一の方向において順に配置されている。

炭化珪素からなる種結晶と、炭化珪素からなる原料との各々が、成長室の内壁によって支持される。

原料支持部の温度が炭化珪素の昇華温度よりも高いＴ₁となり、種結晶支持部の温度がＴ₂となり、犠牲部の温度がＴ₃となるように、成長室が加熱される。Ｔ₁＞Ｔ₂≧Ｔ₃が満たされる。成長室が加熱されることによって原料から昇華したガスが固化することによって、種結晶上に質量Ｗ₁を有する炭化珪素単結晶が成長し、かつ犠牲部上に質量Ｗ₂を有する炭化珪素堆積物が堆積される。

成長室を準備する工程は成長室の構造を決定する工程を含む。成長室の構造を決定する工程は、Ｗ₁およびＷ₂の間の比率が、炭化珪素単結晶中のＣインクルージョンを指標として定められた所定の範囲内の値となるように行われる。

上記他の局面に従う炭化珪素単結晶の製造方法によれば、Ｃインクルージョンの発生を抑制することにより、マイクロパイプの発生を抑制することができる。好ましくは、炭化珪素単結晶が成長する際に新たに生成されるマイクロパイプの密度が０．２／ｃｍ³以下である。

上述したように本発明によれば、マイクロパイプの発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における炭化珪素単結晶の製造装置を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における炭化珪素単結晶の製造装置が有する成長室の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における炭化珪素単結晶の製造方法の第１工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における炭化珪素単結晶の製造方法の第２工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２における炭化珪素単結晶の製造方法の一工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３における炭化珪素単結晶の製造装置が有する成長室の構成を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”−”（バー）を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。

（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態における炭化珪素単結晶の製造方法に用いる製造装置５０について説明する。製造装置５０は、成長室１０と、断熱材２１と、高周波加熱コイル２２とを有する。高周波加熱コイル２２は、高周波誘導加熱によって成長室１０を加熱するためのものであり、たとえば、成長室１０を収める炉に設けられたものである。成長室１０は、るつぼ１１および蓋１２を有する。本実施の形態においては、るつぼ１１および蓋１２の各々はグラファイトから作られている。

図２に示すように、成長室１０は内壁ＥＷを有する。内壁ＥＷは原料支持部Ｅ１と種結晶支持部Ｅ２と犠牲部Ｅ３とを有する。

原料支持部Ｅ１は原料６０を支持するためのものである。原料支持部Ｅ１は、るつぼ１１によって構成されている。具体的には、原料支持部Ｅ１は、るつぼ１１の底によって構成されている底面部分Ｅ１ａと、るつぼ１１の側面によって構成されている側面部分Ｅ１ｂとを有する。

種結晶支持部Ｅ２は種結晶７０を支持するためのものである。種結晶支持部Ｅ２は、蓋１２の裏面の一部によって構成されている。具体的には、種結晶支持部Ｅ２は、蓋１２の裏面に設けられた突出部の、原料６０に面する面によって構成されている。

犠牲部Ｅ３は原料６０および種結晶７０の各々から離れて位置する。原料支持部Ｅ１と種結晶支持部Ｅ２と犠牲部Ｅ３とは一の方向（図２における縦方向）において順に配置されている。成長室１０の内部において、犠牲部Ｅ３に面する空間と、原料支持部Ｅ１および種結晶支持部Ｅ２の各々に面する空間との間は、幅ＷＧを有する隙間ＧＰによって狭窄されている。隙間ＧＰは、るつぼ１１と、蓋１２とが対向することによって構成されている。具体的には隙間ＧＰは、蓋１２の裏面に設けられた突出部の側面に向かって、るつぼ１１の側面が突出することによって構成されている。

次に本実施の形態における炭化珪素単結晶の製造方法について、以下に説明する。
上述した製造装置５０（図１）が準備される。また種結晶７０（図３）が準備される。種結晶７０の結晶構造は六方晶である。この結晶構造のポリタイプは４Ｈであることが好ましい。種結晶７０の表面（原料６０に面することになる面）は、たとえば、（０００−１）面から４°程度のオフ角を有する。またこの表面の形状は、１００ｍｍ以上の最大寸法を有することが好ましく、１００ｍｍ以上の直径を有する円形であることがより好ましく、たとえば１５０ｍｍ程度の直径を有する円形である。

また、炭化珪素を含有する原料６０（図３）が準備される。原料６０は、昇華法によって炭化珪素を成長させるための原料である。言い換えれば原料６０は、昇華法による炭化珪素の成長のための原料ガスを発生させるものである。原料ガスは、たとえば、ＳｉＣ₂ガスおよびＳｉ₂Ｃガスなどである。好ましくは、原料６０として炭化珪素の粉末が準備される。

図３に示すように、炭化珪素からなる種結晶７０が、成長室１０の内壁ＥＷの種結晶支持部Ｅ２によって支持される。具体的には、種結晶７０が種結晶支持部Ｅ２に取り付けられる。たとえば、種結晶７０が種結晶支持部Ｅ２に接着される。また原料６０が成長室１０の内壁ＥＷの原料支持部Ｅ１によって支持される。具体的には、原料６０が、るつぼ１１内に収容される。

次に成長室１０内に不活性ガスが導入される。不活性ガスは、たとえば、アルゴン、ヘリウム、または窒素である。

また高周波加熱コイル２２による高周波誘導加熱によって成長室１０が加熱される。具体的には、原料支持部Ｅ１の温度が炭化珪素の昇華温度よりも高いＴ₁となり、種結晶支持部Ｅ２の温度がＴ₂となり、犠牲部Ｅ３の温度がＴ₃となるように、成長室１０が加熱される。この加熱は、Ｔ₁＞Ｔ₂≧Ｔ₃が満たされるように行われる。好ましくはＴ₁は２０００℃程度以上２５００℃程度以下であり、たとえば２３５０℃程度である。また好ましくは、Ｔ₁に対するＴ₂およびＴ₃の各々の相違は数十℃程度以上２００℃程度以下であり、たとえば１５０℃程度である。

図４に示すように、成長室１０が加熱されることによって原料６０から昇華したガスが固化することによって、種結晶７０上に炭化珪素単結晶８１が成長し、かつ犠牲部Ｅ３上に炭化珪素堆積物８２が堆積される。炭化珪素単結晶８１は質量Ｗ₁を有し、炭化珪素堆積物８２は質量Ｗ₂を有する。炭化珪素単結晶８１の成長および炭化珪素堆積物８２の体積は、Ｗ₁／Ｗ₂＜５が満たされるように行われる。好ましくは、Ｗ₁／Ｗ₂≦３が満たされる。好ましくは、Ｗ₁／Ｗ₂≧２が満たされる。また成長室１０は、炭化珪素単結晶８１が０．５ｍｍ／時以下で成長するように加熱されることが好ましい。

以上により、炭化珪素単結晶８１が得られる。好ましくは、炭化珪素単結晶８１が成長する際に新たに生成されるマイクロパイプの密度が０．２／ｃｍ³以下である。

上述した成長室１０を準備する工程は、成長室１０を製造する工程であってもよい。成長室１０を製造する工程は、成長室１０を設計する工程、言い換えれば成長室１０の構造を決定する工程を含む。成長室１０の構造を決定する工程は、上述したＷ₁およびＷ₂の間の比率が、炭化珪素単結晶８１中のＣインクルージョンを指標として定められた所定の範囲内の値となるように行われる。この決定は、たとえば、隙間ＧＰの幅ＷＧ（図２）、隙間ＧＰの長さ（図２における縦方向の寸法）、および隙間ＧＰと犠牲部Ｅ３との間の深さ（図２における縦方向の寸法）の組み合わせを変更することによって行い得る。なおこのような決定の具体例は、後述する実施例において示す。

本実施の形態によれば、上述したようにＷ₁／Ｗ₂＜５が満たされる。すなわちＷ₂＞Ｗ₁／５が満たされる。これにより、形成される炭化珪素単結晶８１の質量Ｗ₁に応じて、十分な質量Ｗ₂を有する炭化珪素堆積物８２が犠牲部Ｅ３上に生成される。炭化珪素へと変化する原料ガスは、時間的ゆらぎはあるものの時間平均で考えればＳｉリッチなガスである。このため、おおよそ化学量論的なＳｉＣからなる炭化珪素堆積物８２が生成される際に、犠牲部Ｅ３の周辺の雰囲気は、よりＳｉリッチなものとなる。犠牲部Ｅ３近傍において生成されたＳｉリッチなガスの一部が成長中の炭化珪素単結晶８１へと拡散することで、炭化珪素単結晶８１の成長が生じている箇所の雰囲気がＳｉプアーとなることが抑制される。これによりＣインクルージョンの発生が抑制される。よってマイクロパイプの発生が抑制される。

原料６０から昇華する原料ガスは熱平衡においてＳｉリッチと考えられる。この原料ガスが、種結晶７０上まで拡散によって輸送された後、結晶化する。よって単純に考えれば炭化珪素単結晶８１中にＣインクルージョンが形成されることは想定されにくいが、それにも関らず従来Ｃインクルージョンが多く形成されていた。この原因は、成長環境の揺らぎである可能性がある。本実施の形態のように炭化珪素堆積物８２の生成によりＳｉリッチな雰囲気が形成されることで、このような揺らぎがあっても雰囲気がＳｉプアーとなることを避けることができる。

また本実施の形態においては、高周波加熱コイル２２がるつぼ１１を加熱し、この加熱されたるつぼ１１が原料６０を加熱する。原料６０の表面はるつぼ１１に接しておらず、原料６０の底はるつぼ１１に接している。よって原料６０の表面（図４における上面）の加熱が抑制されつつ、原料６０の底（図４における下側）の加熱が促進される。この結果、原料６０の表面における昇華が抑制されつつ、原料６０の底からの昇華が促進される。これにより、原料６０の表面を炭化されにくくすることができる。よってこの炭化によって原料６０の表面上にカーボン粉末が生じることを抑制し得る。よってこのカーボン粉末が成長室１０内で舞い上がることを防止することができるよって。よって舞い上がったカーボン粉末が成長中の炭化珪素単結晶８１に付着することを防止することができる。よってＣインクルージョンが発生することを防止することができる。

好ましくは、成長室１０は、炭化珪素単結晶８１が０．５ｍｍ／時以下で成長するように加熱される。このように成長速度が小さい場合にはＣインクルージョンが発生しやすかった。本実施の形態によれば、このＣインクルージョンの発生が効果的に抑制される。また成長速度が小さいことにより、転位の発生を抑制することができる。

好ましくは、Ｗ₁／Ｗ₂≦３が満たされる。これにより、Ｃインクルージョンの発生がより抑制される。よってマイクロパイプの発生がより抑制される。

好ましくは、Ｗ₁／Ｗ₂≧２が満たされる。これにより、炭化珪素単結晶８１の成長速度が極端に小さくなることを避けることができる。

好ましくは、原料６０として炭化珪素の粉末が用いられる場合、粒径５０μｍ程度以下の微粒子が事前に除去される。これにより、このような微粒子が加熱されることで生じたカーボン粒子が成長中の炭化珪素単結晶８１に付着することを防止することができる。これによりＣインクルージョンの発生がより抑制される。

好ましくは、るつぼ１１は、１．８ｇ／ｃｍ³よりも高い密度を有するカーボン（高密度カーボンとも称する）によって作られる。これにより、雰囲気によってるつぼ１１がエッチングされる量が抑制される。よってこのエッチングに伴うるつぼ１１の内壁の表面荒れが抑制される。この結果、るつぼ１１の内壁からのカーボン粉末の発生が抑制される。このような高密度カーボンから作られたるつぼ１１を用いる代わりに、またはそれに加えて、るつぼ１１の内壁に、カーボン粉末の発生を抑制するためのコーティングが設けられてもよい。コーティングの材料としては、たとえば、ＴａＣまたはガラス状カーボンを用い得る。

好ましくは、炭化珪素単結晶８１の成長中、成長室１０内における粉末の舞い上がりを抑制するために、成長室１０内の圧力変動が抑制される。このためには、成長室１０を収める炉の容積に鑑みて、炉への導入流量と、炉からの排出流量との各々、すなわちガス流量が過度に大きくない必要がある。言い換えれば、炉内の雰囲気が単位時間当たり理論的に置換される回数（置換レート）が過度に大きくない必要がある。この観点で置換レートは好ましくは１回／分以下とされる。

好ましくは、炉内の雰囲気を所望のものとするために、炉の外部から内部への、意図しないガスのリークが抑制される。このためには、上記ガス流量が過度に小さくない必要がある。言い換えれば置換レートが過度に小さくない必要がある。この観点で置換レートは好ましくは０．０１回／分以上とされる。

（実施の形態２）
図５に示すように、本実施の形態においては、成長室１０が加熱される前に、原料６０上にリング３０が載置される。リング３０は、原料６０の種結晶７０に面する面のうち、外周部分を選択的に覆っている。原料６０の外周部分は、炭化珪素の昇華が特に生じやすく、その結果、炭化されやすい場所である。この炭化によってカーボン粉末が生じ得る。このカーボン粉末が成長室１０内で舞い上がって、成長中の炭化珪素単結晶８１に付着すると、Ｃインクルージョンが発生し得る。本実施の形態によれば、このような現象をリング３０によって防止することができる。

リング３０の材料は、るつぼ１１の材料と同様であってもよい。またコーティングについても同様である。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

（実施の形態３）
図６に示すように本実施の形態の成長室１０Ｖは、実施の形態１のるつぼ１１（図２）の代わりにるつぼ１１Ｖを有している。これにより成長室１０Ｖは、実施の形態１の成長室１０（図２）と異なり隙間ＧＰ（図２）を有しない。このような形態であっても、成長室１０Ｖの構造が適切に決定されれば、Ｗ₁およびＷ₂の間の比率が、炭化珪素単結晶８１中のＣインクルージョンを指標として定められた所定の範囲内の値とされ得る。成長室１０Ｖの構造の調整され得る要素は、たとえば、種結晶支持部とるつぼ１１Ｖとの間隔としての長さＤＡおよびＤＣと、種結晶支持部の長さＤＢと、種結晶支持部の突出の長さＤＤとである。ＤＡ、ＤＣまたはＤＤが大きくされると、Ｃインクルージョンが減少し、かつＷ₁／Ｗ₂が小さくなる。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１または２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

種結晶７０が、次のように準備された。まず、炭化珪素の単結晶が準備された。単結晶の表面（図３において原料６０に面する面）は、（０００−１）面から４°のオフ角を有していた。単結晶の平面形状は直径１５０ｍｍ程度の円形であった。単結晶の厚さは６００μｍであった。単結晶の貫通転位密度は１×１０³／ｃｍ²であった。単結晶のマイクロパイプ数密度は１／ｃｍ²未満であった。単結晶の裏面（蓋１２に取り付けられることになる面）と表面（原料６０に対向することになる面）との各々がＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって研磨された。このようにして種結晶７０が準備された。種結晶７０の反りは１０μｍ以下であった。

原料６０が、次のように準備された。まず炭化珪素粉末が準備された。炭化珪素の純度は、窒素を考慮しないものとして９９．９９９％以上であった。粉末の平均粒径は約２００μｍであった。粉末の最大粒径は約５００μｍであった。粉末中には、５０μｍ程度以下の直径を有する微粒子も含まれていた。次にこの微粒子を除去するために、純水流水中で１００メッシュのふるいを用いた。次に、ふるいに残った粉末を乾燥させた。この乾燥された粉末を原料６０として用いた。

成長室１０（図２）は高密度カーボンから作られた。成長室１０として、内壁ＥＷの構造の異なる６種類のものが準備された。６種類の成長室１０のそれぞれは、隙間ＧＰの幅ＷＧとして、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、および５ｍｍを有していた。なお隙間ＧＰの長さは共通に５ｍｍとされた。隙間ＧＰと犠牲部Ｅ３との間の深さは共通に３０ｍｍとされた。成長室１０を収める炉（図示せず）の容積は１４０リットルとされた。次に各成長室１０を用いて炭化珪素単結晶８１を、以下のようにして製造した。

種結晶７０および原料６０が成長室１０の内壁ＥＷによって支持された。また原料６０上にリング３０（図５）が載置された。

次に成長室１０を収めた炉内が真空排気された。次に炉内へＡｒガスが供給されることで圧力が８００ｋＰａとされた。この圧力が維持されながら、高周波加熱コイル２２によって成長室１０が加熱された。この加熱は、内壁ＥＷの底面部分Ｅ１ａ（図２）が２４００℃となり、かつ種結晶支持部Ｅ２（図２）が２２００℃となるように行われた。

成長室１０の温度が安定した後、炉内の圧力を１ｋＰａへ下げることで、炭化珪素単結晶８１の成長が開始された。成長中のガス流量は、０．１ＳＬＭ（Standard Liter per Minute）とされた。すなわち置換レートが０．１／（１４０×０．０１）＝０．０７回／分とされた。成長中の炉内の圧力変動は±１Ｐａの範囲内であった。成長を１００時間行った後、炉内の圧力を８００ｋＰａに上げることで、炭化珪素単結晶８１の成長が停止された。次に成長室１０の温度を室温まで下げた。成長終了後に残存した原料６０のうちリング３０の開口において露出した部分は、炭化されておらず炭化珪素のままであり、その粒径が数ｍｍ程度にまで増大していた。

得られた炭化珪素単結晶８１の厚さを成長時間である１００時間で除すことにより「成長速度」を算出した。また炭化珪素単結晶８１の質量Ｗ₁と、炭化珪素堆積物８２の質量Ｗ₂とを測定することで、比「Ｗ₁／Ｗ₂」を算出した（以下の表１参照）。

また炭化珪素単結晶８１の各々が種結晶７０と平行にピッチ１０００μｍでスライスされた。すなわち、炭化珪素単結晶８１の各々から第１〜第１１基板が切り出された。第１基板は種結晶７０のほぼ直上に位置していた部分に対応し、第２〜第１１基板のそれぞれはこの第１基板となる部分の上に順に位置していた部分である。次に基板の両面が研磨された。これにより、直径１５０ｍｍ、厚さ６００μｍの第１〜第１１基板を得た。

各基板について、Ｃインクルージョンを起点として発生したマイクロパイプの数、すなわち「マイクロパイプ発生数」が計測された。またこの「マイクロパイプ発生数」を基板の体積で除した値である「マイクロパイプ発生数密度」が算出された（以下の表１参照）。

次に各基板の１７７個の領域における、５μｍを超える寸法を有するＣインクルージョンの個数、すなわち「カーボンインクルージョン個数」が計測された（以下の表１参照）。５μｍを超える寸法を有するＣインクルージョンにのみ着目したのは、これよりも小さいＣインクルージョンはマイクロパイプの起点となる可能性が小さいためである。各基板において上記領域は、面内１０ｍｍ間隔で位置する１ｍｍ四方のものとされた。

成長室１０の隙間ＧＰの幅ＷＧが０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍおよび５ｍｍの各々の場合についての結果を以下の表１に示す。

この結果から、隙間ＧＰの幅ＷＧが２ｍｍよりも大きくされた場合、第１、第６および第１１基板のすべてについて、マイクロパイプ発生数密度を０．２／ｃｍ³以下とし得ることがわかった。これは、隙間ＧＰの幅ＷＧが２ｍｍよりも大きくされたことで、Ｗ₁／Ｗ₂＜５となったことによると考えられる。Ｗ₁／Ｗ₂＜５の場合、形成される炭化珪素単結晶８１の質量Ｗ₁に応じて、十分な質量Ｗ₂を有する炭化珪素堆積物８２が犠牲部Ｅ３上に生成されたと考えられる。

特に隙間ＧＰの幅ＷＧが３ｍｍ以上の場合、第１、第６および第１１基板のすべてについて、マイクロパイプ発生数密度が０．２／ｃｍ³以下であった。これは、隙間ＧＰの幅ＷＧが３ｍｍ以上とされたことで、Ｗ₁／Ｗ₂≦３となったことによると考えられる。Ｗ₁／Ｗ₂≦３の場合、形成される炭化珪素単結晶８１の質量Ｗ₁に応じて、十分な質量Ｗ₂を有する炭化珪素堆積物８２が犠牲部Ｅ３上に生成されたと考えられる。

実施の形態１において述べたように、炭化珪素へと変化する原料ガスは、時間的ゆらぎはあるものの時間平均で考えればＳｉリッチなガスである。このため、おおよそ化学量論的なＳｉＣからなる炭化珪素堆積物８２が生成される際に、犠牲部Ｅ３の周辺の雰囲気は、よりＳｉリッチなものとなる。犠牲部Ｅ３近傍において生成されたＳｉリッチなガスの一部が成長中の炭化珪素単結晶８１へと拡散することで、炭化珪素単結晶８１の成長が生じている箇所の雰囲気がＳｉプアーとなることが抑制される。これによりＣインクルージョンの発生が抑制される。よってマイクロパイプの発生が抑制される。

また隙間ＧＰの幅ＷＧが４ｍｍ以下の場合、Ｗ₁／Ｗ₂≧２となり、炭化珪素堆積物８２の質量Ｗ₂は過度に大きくはなかった。これにより、炭化珪素単結晶８１の成長速度が極端に小さくなることを避けることができたと考えられる。

隙間ＧＰの幅ＷＧが３ｍｍ程度の場合、Ｗ₁／Ｗ₂＝３となった。この場合、マイクロパイプ発生数密度を０．２／ｃｍ³以下としつつ、隙間ＧＰの幅ＷＧが極端に小さい０．５ｍｍの場合の成長速度の８０％程度の成長速度を確保することができた。よってＷ₁／Ｗ₂は３程度が最適であることがわかった。この最適と思われる条件で上記の実験を３回繰り返した。その結果、いずれの実験においても、マイクロパイプ発生密度は０．２／ｃｍ³以下であった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ｖ 成長室、１２ 蓋、２１ 断熱材、２２ 高周波加熱コイル、３０ リング、５０ 製造装置、６０ 原料、７０ 種結晶、８１ 炭化珪素単結晶、８２ 炭化珪素堆積物、Ｅ１ 原料支持部、Ｅ１ａ 底面部分、Ｅ１ｂ 側面部分、Ｅ２ 種結晶支持部、Ｅ３ 犠牲部、ＥＷ 内壁、ＧＰ 隙間。

Claims (6)

1. 内壁を有する成長室を準備する工程を備え、前記内壁は、原料を支持するための原料支持部と、種結晶を支持するための種結晶支持部と、前記原料および前記種結晶の各々から離れて位置する犠牲部とを有し、さらに
   炭化珪素からなる前記種結晶と、炭化珪素を含有する前記原料との各々を前記成長室の前記内壁によって支持する工程と、
   前記原料支持部の温度が炭化珪素の昇華温度よりも高いＴ₁となり前記種結晶支持部の温度がＴ₂となり前記犠牲部の温度がＴ₃となるように前記成長室を加熱する工程とを備え、Ｔ₁＞Ｔ₂≧Ｔ₃が満たされ、前記成長室が加熱されることによって前記原料から昇華したガスが固化することによって、前記種結晶上に質量Ｗ₁を有する炭化珪素単結晶が成長しかつ前記犠牲部上に質量Ｗ₂を有する炭化珪素堆積物が堆積され、Ｗ₁／Ｗ₂＜５が満たされる、炭化珪素単結晶の製造方法。
2. Ｗ₁／Ｗ₂≦３が満たされる、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
3. Ｗ₁／Ｗ₂≧２が満たされる、請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
4. 前記成長室を加熱する工程は、前記炭化珪素単結晶が０．５ｍｍ／時以下で成長するように行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
5. 内壁を有する成長室を準備する工程を備え、前記内壁は、原料を支持するための原料支持部と、種結晶を支持するための種結晶支持部と、犠牲部とを有し、前記原料支持部と前記種結晶支持部と前記犠牲部とは一の方向において順に配置されており、さらに
   炭化珪素からなる前記種結晶と、炭化珪素からなる前記原料との各々を前記成長室の前記内壁によって支持する工程と、
   前記原料支持部の温度が炭化珪素の昇華温度よりも高いＴ₁となり前記種結晶支持部の温度がＴ₂となり前記犠牲部の温度がＴ₃となるように前記成長室を加熱する工程とを備え、Ｔ₁＞Ｔ₂≧Ｔ₃が満たされ、前記成長室が加熱されることによって前記原料から昇華したガスが固化することによって、前記種結晶上に質量Ｗ₁を有する炭化珪素単結晶が成長しかつ前記犠牲部上に質量Ｗ₂を有する炭化珪素堆積物が堆積され、
   前記成長室を準備する工程は前記成長室の構造を決定する工程を含み、前記成長室の構造を決定する工程は、Ｗ₁およびＷ₂の間の比率が、前記炭化珪素単結晶中のカーボンインクルージョンを指標として定められた所定の範囲内の値となるように行われる、炭化珪素単結晶の製造方法。
6. 前記炭化珪素単結晶が成長する際に新たに生成されるマイクロパイプの密度が０．２／ｃｍ³以下である、請求項５に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。

Images