JP2014123617A - Manufacturing method and manufacturing apparatus of silicon carbide substrate - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus of a silicon carbide substrate which can efficiently manufacture a silicon carbide substrate excellent in uniformity of an impurity concentration and excellent in crystallinity.SOLUTION: A silicon carbide substrate manufacturing method comprises: a process of preparing a base substrate 10 composed of a silicon carbide; and a process of forming an epitaxially grown film on the base substrate 10. In the process of forming the epitaxially grown film, the base substrate 10 is heated in a state where a reaction gas G3 obtained by mixture of a first gas G1 containing NHand a second gas G2 containing HCl and without containing NHis supplied toward the base substrate 10. The first gas G1 is mixed with the second gas G2 after being heated to a decomposition temperature of NH.

Description

本発明は、炭化珪素基板の製造方法および製造装置に関するものであり、より特定的には、不純物濃度の均一性および結晶性に優れる炭化珪素基板を効率的に製造することが可能な炭化珪素基板の製造方法および製造装置に関するものである。   The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a silicon carbide substrate, and more specifically, a silicon carbide substrate capable of efficiently manufacturing a silicon carbide substrate having excellent impurity concentration uniformity and crystallinity. The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus.

近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められている。炭化珪素は、従来より半導体装置を構成する材料として広く用いられている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。   In recent years, in order to enable a semiconductor device to have a high breakdown voltage and low loss, silicon carbide has been adopted as a material constituting the semiconductor device. Silicon carbide is a wide band gap semiconductor having a larger band gap than silicon that has been widely used as a material constituting a semiconductor device. Therefore, by adopting silicon carbide as a material constituting the semiconductor device, it is possible to achieve a high breakdown voltage and a low on-resistance of the semiconductor device. In addition, a semiconductor device that employs silicon carbide as a material has an advantage that a decrease in characteristics when used in a high temperature environment is small as compared with a semiconductor device that employs silicon as a material.

このような半導体装置に用いられる炭化珪素基板は、たとえば炭化珪素からなるベース基板上にエピタキシャル成長膜を形成することにより製造される。具体的には、シランやプロパンなどの原料ガスおよび窒素などのドーパントガスを熱分解させて反応させることにより、ベース基板上にエピタキシャル成長膜が形成された炭化珪素基板が製造される。また、より高品質な半導体装置を高効率に製造するためには、不純物濃度の均一性や結晶性に優れた炭化珪素基板を高効率に製造するための方法や装置が必要となる。たとえば特開2006−261612号公報(以下、特許文献1という)では、基板面内における窒素濃度を均一化することが可能な炭化珪素半導体の製造方法などが開示されている。また、たとえばF.La Via et al、”High growth rate process in a SiC horizontal CVD reactor using HCl”、MICRO ELECTRONIC ENGINEERING、2006年1月、Volume 83、Issue 1、p.48−50(以下、非特許文献1という)では、塩化水素を含む反応ガスを用いてエピタキシャル成長膜を形成することにより、エピタキシャル成長の速度を向上させることが開示されている。   A silicon carbide substrate used in such a semiconductor device is manufactured, for example, by forming an epitaxial growth film on a base substrate made of silicon carbide. Specifically, a silicon carbide substrate having an epitaxial growth film formed on a base substrate is manufactured by thermally decomposing and reacting a source gas such as silane or propane and a dopant gas such as nitrogen. In addition, in order to manufacture a higher-quality semiconductor device with high efficiency, a method and apparatus for manufacturing a silicon carbide substrate with excellent impurity concentration uniformity and crystallinity with high efficiency is required. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2006-261612 (hereinafter referred to as Patent Document 1) discloses a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor capable of making the nitrogen concentration uniform in the substrate surface. Also, for example, F.A. La Via et al, “High growth rate process in a SiC horizontal CVD reactor using HCl”, MICRO ELECTRONIC ENGINEERING, January 2006, Volume 83, Issue 1, p. 48-50 (hereinafter referred to as Non-Patent Document 1) discloses that the epitaxial growth rate is improved by forming an epitaxial growth film using a reaction gas containing hydrogen chloride.

特開2006−261612号公報JP 2006-261612 A

F.La Via et al、”High growth rate process in a SiC horizontal CVD reactor using HCl”、MICRO ELECTRONIC ENGINEERING、2006年1月、Volume 83、Issue 1、p.48−50F. La Via et al, “High growth rate process in a SiC horizontal CVD reactor using HCl”, MICRO ELECTRONIC ENGINEERING, January 2006, Volume 83, Issue 1, p. 48-50

ベース基板上にエピタキシャル成長膜を形成する際、窒素に代えてより熱分解が容易なアンモニアをドーパントガスとして採用した場合には、基板面内における不純物濃度をより均一化することができる。また、非特許文献1に開示されているように、塩化水素を含む反応ガスを用いてエピタキシャル成長膜を形成した場合には成長速度を向上させることができるため、炭化珪素基板をより効率的に製造することができる。しかし、アンモニアをドーパントガスとして採用し、かつ塩化水素を含む反応ガスを用いてエピタキシャル成長を行った場合には、不純物濃度が均一化された炭化珪素基板を効率的に製造することができる一方、炭化珪素基板の結晶性が低下するという問題があった。   When an epitaxially grown film is formed on the base substrate, if ammonia, which is easier to thermally decompose, is used as the dopant gas instead of nitrogen, the impurity concentration in the substrate surface can be made more uniform. Further, as disclosed in Non-Patent Document 1, when an epitaxial growth film is formed using a reaction gas containing hydrogen chloride, the growth rate can be improved, so that a silicon carbide substrate can be manufactured more efficiently. can do. However, when ammonia is used as a dopant gas and epitaxial growth is performed using a reaction gas containing hydrogen chloride, a silicon carbide substrate with a uniform impurity concentration can be efficiently produced, while carbonization is performed. There was a problem that the crystallinity of the silicon substrate was lowered.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、不純物濃度の均一性および結晶性に優れる炭化珪素基板を効率的に製造することが可能な炭化珪素基板の製造方法および製造装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a silicon carbide substrate manufacturing method and a manufacturing method capable of efficiently manufacturing a silicon carbide substrate having excellent impurity concentration uniformity and crystallinity. Is to provide a device.

本発明に従った炭化珪素基板の製造方法は、炭化珪素からなるベース基板を準備する工程と、ベース基板上にエピタキシャル成長膜を形成する工程とを備えている。エピタキシャル成長膜を形成する工程では、アンモニアを含む第1ガスと、塩化水素を含み、アンモニアを含まない第2ガスとを混合した反応ガスをベース基板に向けて供給した状態でベース基板が加熱される。第1ガスは、アンモニアの熱分解温度にまで加熱された後に第2ガスと混合される。   A method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention includes a step of preparing a base substrate made of silicon carbide and a step of forming an epitaxial growth film on the base substrate. In the step of forming the epitaxial growth film, the base substrate is heated in a state where a reaction gas in which a first gas containing ammonia and a second gas containing hydrogen chloride and not containing ammonia are supplied to the base substrate. . The first gas is heated to the thermal decomposition temperature of ammonia and then mixed with the second gas.

本発明者は、アンモニアをドーパントガスとして採用し、かつ塩化水素を含む反応ガスを用いてエピタキシャル成長を行った場合に炭化珪素基板の結晶性が低下する原因について詳細な検討を行った。その結果、アンモニアと塩化水素とを熱分解前に混合した場合にこれらが反応して固体状の副生成物を生成し、当該副生成物が成長中のエピタキシャル膜に異物として付着することにより結晶性の低下を招くことを見出し、本発明に想到した。   The present inventor has made a detailed study on the cause of the decrease in crystallinity of the silicon carbide substrate when ammonia is used as a dopant gas and epitaxial growth is performed using a reaction gas containing hydrogen chloride. As a result, when ammonia and hydrogen chloride are mixed before pyrolysis, they react to produce a solid by-product, and the by-product adheres to the growing epitaxial film as a foreign substance. As a result, the present invention was conceived.

本発明に従った炭化珪素基板の製造方法では、熱分解が容易なアンモニアを含む反応ガスが用いられるため、不純物(窒素原子)濃度がより均一化された炭化珪素基板を製造することができる。また、上記炭化珪素基板の製造方法では、塩化水素を含む反応ガスが用いられるため、エピタキシャル成長の速度を向上させることができる。さらに、上記炭化珪素基板の製造方法では、アンモニアを含む第1ガスがアンモニアの熱分解温度にまで加熱された後に塩化水素を含む第2ガスと混合されることにより反応ガスが形成される。そのため、第1ガス中のアンモニアと第2ガス中の塩化水素とが熱分解前に反応し、固体状の副生成物(塩化アンモニウム)を生成することを抑制することができる。これにより、当該副生成物が成長中のエピタキシャル膜に付着し、炭化珪素基板の結晶性が低下することを抑制することができる。したがって、本発明に従った炭化珪素基板の製造方法によれば、不純物濃度の均一性および結晶性に優れる炭化珪素基板を効率的に製造することができる。   In the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention, a reaction gas containing ammonia that is easily pyrolyzed is used, so that a silicon carbide substrate having a more uniform impurity (nitrogen atom) concentration can be manufactured. Further, in the method for manufacturing the silicon carbide substrate, since a reactive gas containing hydrogen chloride is used, the speed of epitaxial growth can be improved. Further, in the method for manufacturing the silicon carbide substrate, the first gas containing ammonia is heated to the thermal decomposition temperature of ammonia and then mixed with the second gas containing hydrogen chloride to form a reaction gas. Therefore, it can suppress that ammonia in 1st gas and hydrogen chloride in 2nd gas react before thermal decomposition, and produce | generate a solid by-product (ammonium chloride). Thereby, it can suppress that the said by-product adheres to the growing epitaxial film, and the crystallinity of a silicon carbide substrate falls. Therefore, according to the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention, a silicon carbide substrate having excellent impurity concentration uniformity and crystallinity can be efficiently manufactured.

上記炭化珪素基板の製造方法において、エピタキシャル成長膜を形成する工程では、ベース基板は、反応管の内部に配置された状態で加熱されてもよい。そして、第1ガスは、反応管の外部において第2ガスと混合されてもよい。より具体的には、第1ガスは、反応管の外部に配置された予備加熱部により上記熱分解温度にまで加熱された後に第2ガスと混合されてもよい。   In the silicon carbide substrate manufacturing method, in the step of forming an epitaxially grown film, the base substrate may be heated while being disposed inside the reaction tube. The first gas may be mixed with the second gas outside the reaction tube. More specifically, the first gas may be mixed with the second gas after being heated to the thermal decomposition temperature by a preheating unit disposed outside the reaction tube.

これにより、第1ガスと第2ガスとがより均一に混合された反応ガスをベース基板に向けて供給することができる。その結果、より高品質な炭化珪素基板を製造することができる。   Thereby, the reaction gas in which the first gas and the second gas are more uniformly mixed can be supplied toward the base substrate. As a result, a higher quality silicon carbide substrate can be manufactured.

上記炭化珪素基板の製造方法において、エピタキシャル成長膜を形成する工程では、ベース基板は、反応管の内部に配置された状態で加熱されてもよい。そして、第1ガスは、反応管の内部において第2ガスと混合されてもよい。より具体的には、第1ガスは、ベース基板を加熱するための加熱部により上記熱分解温度にまで加熱された後に第2ガスと混合されてもよい。   In the silicon carbide substrate manufacturing method, in the step of forming an epitaxially grown film, the base substrate may be heated while being disposed inside the reaction tube. The first gas may be mixed with the second gas inside the reaction tube. More specifically, the first gas may be mixed with the second gas after being heated to the thermal decomposition temperature by a heating unit for heating the base substrate.

これにより、ベース基板を加熱するための機構とは別の、第1ガスを上記熱分解温度にまで加熱するための機構を省略することができる。その結果、炭化珪素基板の製造に用いられる装置の構成をより簡略化することができる。   Thereby, a mechanism for heating the first gas to the thermal decomposition temperature, which is different from the mechanism for heating the base substrate, can be omitted. As a result, the configuration of the apparatus used for manufacturing the silicon carbide substrate can be further simplified.

本発明に従った炭化珪素基板の製造装置は、炭化珪素からなるベース基板を内部に配置するための反応管と、ベース基板を加熱するための加熱部と、ベース基板上にエピタキシャル成長膜を形成するための反応ガスを、反応管の内部に供給するためのガス供給部とを備えている。ガス供給部は、アンモニアを含む第1ガスと、塩化水素を含み、アンモニアを含まない第2ガスとを混合した反応ガスを反応管の内部に供給することが可能に構成されている。また、ガス供給部は、第1ガスをアンモニアの熱分解温度にまで加熱した後に第2ガスと混合することが可能に構成されている。   An apparatus for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention forms a reaction tube for arranging a base substrate made of silicon carbide therein, a heating unit for heating the base substrate, and an epitaxially grown film on the base substrate. And a gas supply unit for supplying the reaction gas to the inside of the reaction tube. The gas supply unit is configured to be able to supply a reaction gas in which a first gas containing ammonia and a second gas containing hydrogen chloride and not ammonia are mixed into the reaction tube. The gas supply unit is configured to be capable of mixing with the second gas after heating the first gas to the thermal decomposition temperature of ammonia.

本発明に従った炭化珪素基板の製造装置は、熱分解が容易なアンモニアを含む反応ガスを反応管の内部に供給可能となっているため、不純物(窒素原子)濃度がより均一化された炭化珪素基板を製造することができる。また、上記炭化珪素基板の製造装置は、塩化水素を含む反応ガスを反応管の内部に供給可能となっているため、エピタキシャル成長の速度を向上させることができる。さらに、上記炭化珪素基板の製造装置は、アンモニアを含む第1ガスをアンモニアの熱分解温度にまで加熱した後に塩化水素を含む第2ガスと混合させて混合ガスを形成することが可能となっている。そのため、第1ガス中のアンモニアと第2ガス中の塩化水素とが熱分解前に反応し、固体状の副生成物(塩化アンモニウム)を生成することを抑制することができる。これにより、当該副生成物が成長中のエピタキシャル膜に付着し、炭化珪素基板の結晶性が低下することを抑制することができる。したがって、本発明に従った炭化珪素基板の製造装置によれば、不純物濃度の均一性および結晶性に優れる炭化珪素基板を効率的に製造することができる。   The silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to the present invention can supply a reaction gas containing ammonia, which is easily pyrolyzed, into the reaction tube, so that the impurity (nitrogen atom) concentration is made more uniform. A silicon substrate can be manufactured. Moreover, since the said manufacturing apparatus of a silicon carbide substrate can supply the reaction gas containing hydrogen chloride to the inside of a reaction tube, it can improve the speed | rate of epitaxial growth. Furthermore, the silicon carbide substrate manufacturing apparatus can form a mixed gas by heating the first gas containing ammonia to the thermal decomposition temperature of ammonia and then mixing with the second gas containing hydrogen chloride. Yes. Therefore, it can suppress that ammonia in 1st gas and hydrogen chloride in 2nd gas react before thermal decomposition, and produce | generate a solid by-product (ammonium chloride). Thereby, it can suppress that the said by-product adheres to the growing epitaxial film, and the crystallinity of a silicon carbide substrate falls. Therefore, the silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to the present invention can efficiently manufacture a silicon carbide substrate having excellent impurity concentration uniformity and crystallinity.

上記炭化珪素基板の製造装置では、ガス供給部は、反応管の外部に配置され、第1ガスを上記熱分解温度にまで加熱するための予備加熱部を含んでいてもよい。   In the silicon carbide substrate manufacturing apparatus, the gas supply unit may be disposed outside the reaction tube, and may include a preheating unit for heating the first gas to the thermal decomposition temperature.

これにより、第1ガスと第2ガスとがより均一に混合された反応ガスを、反応管の内部に配置されるベース基板に向けて供給することができる。その結果、より高品質な炭化珪素基板を製造することができる。   Thereby, the reaction gas in which the first gas and the second gas are mixed more uniformly can be supplied toward the base substrate disposed inside the reaction tube. As a result, a higher quality silicon carbide substrate can be manufactured.

上記炭化珪素基板の製造装置では、ガス供給部は、反応管の内部に位置する部分を有し、第1ガスを反応管の内部に供給するための第1ガス配管と、第2ガスを反応管の内部に供給するための第2ガス配管とを含んでいてもよい。   In the silicon carbide substrate manufacturing apparatus, the gas supply unit has a portion located inside the reaction tube, and reacts the first gas pipe for supplying the first gas into the reaction tube and the second gas. And a second gas pipe for supplying the inside of the pipe.

これにより、反応管の内部において第1ガスを上記熱分解温度にまで加熱し、かつ加熱後に第2ガスと混合させることができる。その結果、ベース基板を加熱するための加熱部とは別に第1ガスを上記熱分解温度にまで加熱するための機構を別途設ける必要がなく、装置構成をより簡略化することができる。   Accordingly, the first gas can be heated to the above pyrolysis temperature inside the reaction tube and can be mixed with the second gas after the heating. As a result, it is not necessary to separately provide a mechanism for heating the first gas to the thermal decomposition temperature separately from the heating unit for heating the base substrate, and the apparatus configuration can be further simplified.

以上の説明から明らかなように、本発明に従った炭化珪素基板の製造方法および製造装置によれば、不純物濃度の均一性および結晶性に優れる炭化珪素基板を効率的に製造することが可能な炭化珪素基板の製造方法および製造装置を提供することができる。   As is apparent from the above description, according to the method and apparatus for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention, it is possible to efficiently manufacture a silicon carbide substrate having excellent impurity concentration uniformity and crystallinity. A method and apparatus for manufacturing a silicon carbide substrate can be provided.

炭化珪素基板の製造装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the manufacturing apparatus of a silicon carbide substrate. 炭化珪素基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。3 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a silicon carbide substrate. 炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the manufacturing method of a silicon carbide substrate. 炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the manufacturing method of a silicon carbide substrate. 実施の形態2に係る炭化珪素基板の製造装置の構成を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross sectional view showing a configuration of a silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to a second embodiment. 実施の形態2に係る炭化珪素基板の製造装置の構成を拡大して示す概略上面図である。FIG. 6 is a schematic top view showing an enlarged configuration of a silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to a second embodiment. ガス配管の構成を拡大して示す概略図である。It is the schematic which expands and shows the structure of gas piping. 他のガス配管の構成を拡大して示す概略図である。It is the schematic which expands and shows the structure of other gas piping. 実施の形態3に係る炭化珪素基板の製造装置の構成を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross sectional view showing a configuration of a silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to a third embodiment.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態1)
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態1に係る炭化珪素基板の製造装置の構成について説明する。図1を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造装置であるCVD(Chemical Vapor Deposition)装置1は、炭化珪素からなるベース基板10上にエピタキシャル成長膜を形成して炭化珪素基板を製造するための装置である。CVD装置1は、石英管8(反応管)と、RF(Radio Frequency)コイル9(加熱部)と、断熱材4と、発熱体5と、サセプタ6と、ガス供給部7とを主に備えている。
(Embodiment 1)
First, the structure of the silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to the first embodiment which is an embodiment of the present invention will be described. Referring to FIG. 1, a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus 1 which is a silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to the present embodiment forms an epitaxially grown film on a base substrate 10 made of silicon carbide to form a silicon carbide substrate. It is an apparatus for manufacturing. The CVD apparatus 1 mainly includes a quartz tube 8 (reaction tube), an RF (Radio Frequency) coil 9 (heating unit), a heat insulating material 4, a heating element 5, a susceptor 6, and a gas supply unit 7. ing.

石英管8は、たとえば円筒形状からなり、ベース基板10を配置するための反応室8aを内部に有している。石英管8は、一方の開口部(図中左側)からエピタキシャル成長のための反応ガスが反応室8a内に供給され、他方の開口部(図中右側)から当該反応ガスが排出されるように構成されている。   The quartz tube 8 has a cylindrical shape, for example, and has a reaction chamber 8a for placing the base substrate 10 therein. The quartz tube 8 is configured such that a reaction gas for epitaxial growth is supplied into the reaction chamber 8a from one opening (left side in the figure), and the reaction gas is discharged from the other opening (right side in the figure). Has been.

RFコイル9は、ベース基板10および反応室8a内に供給された反応ガスを加熱するための部材である。RFコイル9は、石英管8の外周面8cに沿って巻き付けられるように配置されており、高周波誘導加熱により石英管8の内部に配置された発熱体5を加熱する。より具体的には、電源(図示しない)からRFコイル9に高周波電流を供給することによりRFコイル9の周囲に変化する磁力線が発生し、当該磁力線の変化により発熱体5に渦電流が流れる。そして、渦電流が流れることにより抵抗熱が発生し、発熱体5が加熱される。これにより、サセプタ6上に配置されたベース基板10および石英管8の内部に供給された反応ガスを加熱することができる。   The RF coil 9 is a member for heating the reaction gas supplied into the base substrate 10 and the reaction chamber 8a. The RF coil 9 is disposed so as to be wound along the outer peripheral surface 8c of the quartz tube 8, and heats the heating element 5 disposed inside the quartz tube 8 by high frequency induction heating. More specifically, when a high frequency current is supplied from a power source (not shown) to the RF coil 9, magnetic lines of force that change around the RF coil 9 are generated, and an eddy current flows through the heating element 5 due to the change of the magnetic lines of force. And resistance heat | fever generate | occur | produces by an eddy current flowing, and the heat generating body 5 is heated. Thereby, the reaction gas supplied into the base substrate 10 and the quartz tube 8 arranged on the susceptor 6 can be heated.

断熱材4は、反応室8aと石英管8の外部とを断熱するための部材であって、石英管8の内周面8bに沿うように配置されている。断熱材4は、たとえばカーボン製である。   The heat insulating material 4 is a member for insulating the reaction chamber 8 a and the outside of the quartz tube 8, and is disposed along the inner peripheral surface 8 b of the quartz tube 8. The heat insulating material 4 is made of carbon, for example.

発熱体5は、RFコイル9を用いた誘導加熱により加熱することが可能な導電性材料からなっており、たとえばカーボンからなっている。発熱体5は、断熱材4の内周面4aに沿うように配置されている。このため、石英管8、断熱材4および発熱体5は、石英管8の径方向(中心部から外周部に向かう方向)において、発熱体5、断熱材4、石英管8の順に配置された状態となっている。また、発熱体5の内周面5aを含む部分には、サセプタ6を配置するための凹部5bが形成されている。   The heating element 5 is made of a conductive material that can be heated by induction heating using the RF coil 9, and is made of, for example, carbon. The heating element 5 is disposed along the inner peripheral surface 4 a of the heat insulating material 4. For this reason, the quartz tube 8, the heat insulating material 4, and the heating element 5 are arranged in the order of the heating element 5, the heat insulating material 4, and the quartz tube 8 in the radial direction of the quartz tube 8 (the direction from the center to the outer periphery). It is in a state. Further, a concave portion 5b for arranging the susceptor 6 is formed in a portion including the inner peripheral surface 5a of the heating element 5.

サセプタ6は、ベース基板10を接触して配置するための部材である。サセプタ6は、たとえばカーボンからなり、その表面は炭化珪素(SiC)やタンタルカーバイド(TaC)によりコーティングされている。サセプタ6は、発熱体5の一部に形成された凹部5b内に配置されている。   The susceptor 6 is a member for placing the base substrate 10 in contact therewith. The susceptor 6 is made of carbon, for example, and the surface thereof is coated with silicon carbide (SiC) or tantalum carbide (TaC). The susceptor 6 is disposed in a recess 5 b formed in a part of the heating element 5.

ガス供給部7は、ベース基板10上にエピタキシャル成長膜を形成するための反応ガスを石英管8の内部に供給するための部材である。ガス供給部7は、ガスボンベ71a〜71eと、ガス配管72a〜72cと、予備加熱部73とを主に有している。   The gas supply unit 7 is a member for supplying a reaction gas for forming an epitaxial growth film on the base substrate 10 into the quartz tube 8. The gas supply unit 7 mainly includes gas cylinders 71a to 71e, gas pipes 72a to 72c, and a preheating unit 73.

ガスボンベ71aには、キャリアガスである水素(H)ガスが充填されている。ガスボンベ71b,71cには、炭化珪素のエピタキシャル成長の原料となるシラン(SiH)ガスおよびプロパン(C)ガスが各々充填されている。ガスボンベ71dには、塩化水素(HCl)ガスが充填されている。ガスボンベ71eには、ドーパントガスであるアンモニア(NH)ガスが充填されている。 The gas cylinder 71a is filled with hydrogen (H 2 ) gas which is a carrier gas. The gas cylinders 71b and 71c are filled with silane (SiH 4 ) gas and propane (C 3 H 8 ) gas, respectively, which are raw materials for epitaxial growth of silicon carbide. The gas cylinder 71d is filled with hydrogen chloride (HCl) gas. The gas cylinder 71e is filled with ammonia (NH 3 ) gas which is a dopant gas.

ガスボンベ71a〜71dの各々は、ガス配管72bと接続されている。ガスボンベ71a〜71dに充填されたガスの各々は、各ガスボンベに設けられたバルブ(図示しない)の開閉により、ガス配管72b内に供給されるようになっている。ガスボンベ71eは、ガス配管72aと接続されている。ガスボンベ71eに充填されたNHガスは、ガス配管72aを通じて予備加熱部73に供給されるようになっている。 Each of the gas cylinders 71a to 71d is connected to a gas pipe 72b. Each of the gas filled in the gas cylinders 71a to 71d is supplied into the gas pipe 72b by opening and closing a valve (not shown) provided in each gas cylinder. The gas cylinder 71e is connected to the gas pipe 72a. The NH 3 gas filled in the gas cylinder 71e is supplied to the preheating unit 73 through the gas pipe 72a.

予備加熱部73は、石英管8の外部に配置されている。予備加熱部73には、たとえば誘導加熱コイルおよび発熱体(図示しない)が設けられており、ガス配管72aを通じて供給されたNHガス(第1ガスG1)を、NHの熱分解温度(800℃以上1000℃以下)にまで加熱する。 The preheating unit 73 is disposed outside the quartz tube 8. In the preheating section 73, for example, the induction heating coil and the heating element (not shown) is provided, NH 3 gas supplied through the gas pipe 72a (the first gas G1), the thermal decomposition temperature of the NH 3 (800 To 1000 ° C. or lower).

ガス配管72cは、一方の端部(図中左側)が予備加熱部73に接続され、かつ他方の端部(図中右側)が石英管8の端部に接続されている。また、ガス配管72cは、ガス配管72bと接続されている。これにより、H、SiH、CおよびHClを含み、NHを含まないガス(第2ガスG2)を、ガス配管72bとガス配管72cとの接続部において第1ガスG1と混合することが可能となっている。そして、第1ガスG1と第2ガスG2とが混合された反応ガスG3を、ガス配管72cを通じて石英管8の内部に供給することが可能となっている。 The gas pipe 72 c has one end (left side in the figure) connected to the preheating unit 73 and the other end (right side in the figure) connected to the end of the quartz tube 8. The gas pipe 72c is connected to the gas pipe 72b. Thereby, the gas (second gas G2) containing H 2 , SiH 4 , C 3 H 8 and HCl but not NH 3 is mixed with the first gas G1 at the connecting portion between the gas pipe 72b and the gas pipe 72c. It is possible to do. The reaction gas G3 in which the first gas G1 and the second gas G2 are mixed can be supplied into the quartz tube 8 through the gas pipe 72c.

以上のように、本実施の形態に係るCVD装置1は、炭化珪素からなるベース基板10を内部に配置するための石英管8と、ベース基板10を加熱するためのRFコイル9と、ベース基板10上にエピタキシャル成長膜を形成するための反応ガスG3を石英管8の内部に供給するガス供給部7とを備えている。そして、ガス供給部7は、NHを含む第1ガスG1と、HClを含み、NHを含まない第2ガスG2とを混合した反応ガスG3を石英管8の内部に供給することが可能に構成されている。また、ガス供給部7は、第1ガスG1を予備加熱部73によりNHの熱分解温度にまで加熱した後に第2ガスG2と混合することが可能に構成されている。 As described above, CVD apparatus 1 according to the present embodiment includes quartz tube 8 for placing base substrate 10 made of silicon carbide therein, RF coil 9 for heating base substrate 10, and base substrate. A gas supply unit 7 for supplying a reaction gas G3 for forming an epitaxially grown film on the quartz tube 8 is provided. Then, the gas supply unit 7, a first gas G1 containing NH 3, comprises HCl, and the reaction gas G3 mixed with a second gas G2 containing no NH 3 can be supplied into the quartz tube 8 It is configured. The gas supply unit 7 is configured to be able to mix the first gas G1 with the second gas G2 after heating the first gas G1 to the thermal decomposition temperature of NH 3 by the preheating unit 73.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法は、上記本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造装置であるCVD装置1を用いて実施される。図2を参照して、まず、工程(S10)として、ベース基板準備工程が実施される。この工程(S10)では、図3を参照して、たとえば4H型の六方晶炭化珪素からなるインゴット(図示しない)をスライスすることにより、炭化珪素からなり、表(おもて)面10aおよび裏面10bを有するベース基板10が準備される。   Next, a method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the present embodiment will be described. The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment is carried out using CVD apparatus 1 which is a silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to the present embodiment. Referring to FIG. 2, first, as a step (S10), a base substrate preparation step is performed. In this step (S10), referring to FIG. 3, for example, by slicing an ingot (not shown) made of 4H type hexagonal silicon carbide, it is made of silicon carbide, and has a front surface 10a and a back surface. A base substrate 10 having 10b is prepared.

次に、工程(S20)として、ベース基板配置工程が実施される。この工程(S20)では、図1を参照して、上記工程(S10)において準備されたベース基板10が、CVD装置1のサセプタ6上に配置される。   Next, a base substrate placement step is performed as a step (S20). In this step (S20), referring to FIG. 1, base substrate 10 prepared in step (S10) is placed on susceptor 6 of CVD apparatus 1.

次に、工程(S30)として、エピタキシャル成長膜形成工程が実施される。この工程(S30)では、以下に説明するようにしてベース基板10の表面10a上にエピタキシャル成長膜11が形成される(図4参照)。   Next, as a step (S30), an epitaxially grown film forming step is performed. In this step (S30), the epitaxial growth film 11 is formed on the surface 10a of the base substrate 10 as described below (see FIG. 4).

図1を参照して、まず、ガスボンベ71a〜71eの各々に設けられたバルブ(図示しない)が開状態とされる。これにより、H、SiH、CおよびHClを含み、NHを含まない第2ガスG2がガス配管72b内に供給され、またNHを含む第1ガスG1がガス配管72a内に供給される。 Referring to FIG. 1, first, valves (not shown) provided in each of gas cylinders 71a to 71e are opened. As a result, the second gas G2 containing H 2 , SiH 4 , C 3 H 8 and HCl and not containing NH 3 is supplied into the gas pipe 72b, and the first gas G1 containing NH 3 is supplied into the gas pipe 72a. To be supplied.

次に、第1ガスG1が、ガス配管72aを通じて予備加熱部73に供給される。そして、予備加熱部73により第1ガスG1がNHの熱分解温度(800℃以上1000℃以下)にまで加熱される。これにより、第1ガスG1に含まれるNHの少なくとも一部が、より好ましくは全てのNHが熱分解される。次に、熱分解後の第1ガスG1と第2ガスG2とがガス配管72cにおいて混合されて反応ガスG3が形成される。 Next, the first gas G1 is supplied to the preheating unit 73 through the gas pipe 72a. The first gas G1 by the preheating unit 73 is heated to the pyrolysis temperature of the NH 3 (800 ° C. or higher 1000 ° C. or less). Thereby, at least a part of NH 3 contained in the first gas G1, more preferably all NH 3 is thermally decomposed. Next, the first gas G1 and the second gas G2 after pyrolysis are mixed in the gas pipe 72c to form a reaction gas G3.

次に、反応ガスG3が、ガス配管72cを通じて石英管8の内部に供給される。このとき、石英管8の反応室8aおよび当該反応室8a内に配置されたベース基板10は、RFコイル9により加熱された発熱体5により予め所定の温度にまで加熱された状態となっている。そして、反応ガスG3が発熱体5により加熱されることにより、反応ガスG3中のSiHおよびCが熱分解される。この結果、図4に示すようにベース基板10の表面10a上に窒素(N)原子がドープされた炭化珪素からなるエピタキシャル成長膜11が形成される。このようにして、上記工程(S10)〜(S30)が実施されることにより、ベース基板10とエピタキシャル成長膜11とを有する炭化珪素基板20が製造され、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法が完了する。 Next, the reactive gas G3 is supplied into the quartz tube 8 through the gas pipe 72c. At this time, the reaction chamber 8a of the quartz tube 8 and the base substrate 10 disposed in the reaction chamber 8a are preheated to a predetermined temperature by the heating element 5 heated by the RF coil 9. . Then, when the reaction gas G3 is heated by the heating element 5, SiH 4 and C 3 H 8 in the reaction gas G3 are thermally decomposed. As a result, an epitaxially grown film 11 made of silicon carbide doped with nitrogen (N) atoms is formed on the surface 10a of the base substrate 10 as shown in FIG. Thus, silicon carbide substrate 20 having base substrate 10 and epitaxial growth film 11 is manufactured by performing steps (S10) to (S30) described above, and manufacture of the silicon carbide substrate according to the present embodiment. The method is complete.

以上のように、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法は、炭化珪素からなるベース基板10を準備する工程(S10)と、準備されたベース基板10を配置する工程(S20)と、ベース基板10上にエピタキシャル成長膜11を形成する工程(S30)とを備えている。そして、工程(S30)では、NHを含む第1ガスG1と、HClを含み、NHを含まない第2ガスG2とを混合した反応ガスG3をベース基板10に向けて供給した状態でベース基板10が加熱される。また、第1ガスG1は、予備加熱部73によりNHの熱分解温度にまで加熱された後に、ガス配管72cにおいて第2ガスG2と混合される。 As described above, the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment includes a step of preparing base substrate 10 made of silicon carbide (S10), a step of arranging prepared base substrate 10 (S20), Forming an epitaxial growth film 11 on the base substrate 10 (S30). Then, in step (S30), a first gas G1 containing NH 3, include HCl, based on the reaction gas G3 mixed with a second gas G2 containing no NH 3 while supplying toward the base substrate 10 The substrate 10 is heated. The first gas G1 is heated to the thermal decomposition temperature of NH 3 by the preheating unit 73 and then mixed with the second gas G2 in the gas pipe 72c.

このように、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法では、熱分解が容易なNHを含む反応ガスG3が用いられるため、窒素原子濃度がより均一化された炭化珪素基板20を製造することができる。また、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法では、HClを含む反応ガスG3が用いられるため、エピタキシャル成長の速度を向上させることができる。さらに、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法では、NHを含む第1ガスG1がNHの熱分解温度にまで加熱された後にHClを含む第2ガスG2と混合されることにより反応ガスG3が形成される。そのため、第1ガスG1中のNHと第2ガスG2中のHClとが熱分解前に反応し、固体状の副生成物であるNHClを生成することを抑制することができる。これにより、当該副生成物が成長中のエピタキシャル膜に付着し、炭化珪素基板の結晶性が低下することを抑制することができる。したがって、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、不純物濃度の均一性および結晶性に優れる炭化珪素基板20を効率的に製造することができる。 Thus, in the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment, reaction gas G3 containing NH 3 that is easily pyrolyzed is used, and therefore silicon carbide substrate 20 with a more uniform nitrogen atom concentration is manufactured. can do. Moreover, in the method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the present embodiment, since the reaction gas G3 containing HCl is used, the speed of epitaxial growth can be improved. Furthermore, in the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment, the first gas G1 containing NH 3 is heated to the thermal decomposition temperature of NH 3 and then mixed with the second gas G2 containing HCl. A reaction gas G3 is formed. Therefore, it is possible to suppress the NH 3 in the first gas G1 and the HCl in the second gas G2 from reacting before thermal decomposition and generating NH 4 Cl, which is a solid byproduct. Thereby, it can suppress that the said by-product adheres to the growing epitaxial film, and the crystallinity of a silicon carbide substrate falls. Therefore, according to the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment, silicon carbide substrate 20 having excellent impurity concentration uniformity and crystallinity can be efficiently manufactured.

また、上記工程(S30)において、ベース基板10は、石英管8の内部に配置された状態で加熱されてもよい。そして、第1ガスG1は、石英管8の外部において第2ガスG2と混合されてもよい。より具体的には、第1ガスG1は、石英管8の外部に配置された予備加熱部73によりNHの熱分解温度にまで加熱された後、図1に示すようにガス配管72bとガス配管72cとの接続部において第2ガスG2と混合されてもよい。 Further, in the step (S30), the base substrate 10 may be heated in a state of being disposed inside the quartz tube 8. The first gas G1 may be mixed with the second gas G2 outside the quartz tube 8. More specifically, the first gas G1 is heated to the thermal decomposition temperature of NH 3 by the preheating unit 73 disposed outside the quartz tube 8, and then, as shown in FIG. You may mix with 2nd gas G2 in a connection part with the piping 72c.

これにより、第1ガスG1と第2ガスG2とを石英管8の内部において混合する場合に比べて、第1ガスG1と第2ガスG2とがより均一に混合された反応ガスG3をベース基板10に向けて供給することができる。その結果、より高品質な炭化珪素基板20を製造することができる。   Thereby, compared with the case where the first gas G1 and the second gas G2 are mixed in the quartz tube 8, the reaction gas G3 in which the first gas G1 and the second gas G2 are mixed more uniformly is used as the base substrate. 10 can be supplied. As a result, higher quality silicon carbide substrate 20 can be manufactured.

(実施の形態2)
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態2に係る炭化珪素基板の製造装置であるCVD装置2の構成について説明する。本実施の形態に係るCVD装置2は、基本的には上記実施の形態1に係るCVD装置1と同様の構成を備え、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態に係るCVD装置2は、ガス供給部7の構成において上記実施の形態1に係るCVD装置1とは異なっている。
(Embodiment 2)
Next, the configuration of CVD apparatus 2 which is a silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to Embodiment 2, which is another embodiment of the present invention, will be described. The CVD apparatus 2 according to the present embodiment basically has the same configuration as the CVD apparatus 1 according to the first embodiment and has the same effects. However, the CVD apparatus 2 according to the present embodiment is different from the CVD apparatus 1 according to the first embodiment in the configuration of the gas supply unit 7.

図5を参照して、CVD装置2では、ガス供給部7は、ガスボンベ71a〜71eと、第1ガス配管74と、第2ガス配管75とを主に有している。ガスボンベ71a〜71eには、上記実施の形態1と同様にHガス、SiHガス、Cガス、HClガスおよびNHガスが各々充填されている。ガスボンベ71a〜71dの各々は、第2ガス配管75と接続され、かつガスボンベ71eは、第1ガス配管74と接続されている。これにより、第2ガス配管75内にH、SiH、CおよびHClを含み、NHを含まない第2ガスG2を供給し、かつ第1ガス配管74内にNHを含む第1ガスG1を供給することが可能となっている。 With reference to FIG. 5, in the CVD apparatus 2, the gas supply unit 7 mainly includes gas cylinders 71 a to 71 e, a first gas pipe 74, and a second gas pipe 75. The gas cylinders 71a to 71e are filled with H 2 gas, SiH 4 gas, C 3 H 8 gas, HCl gas and NH 3 gas, respectively, as in the first embodiment. Each of the gas cylinders 71 a to 71 d is connected to the second gas pipe 75, and the gas cylinder 71 e is connected to the first gas pipe 74. Thus, the second gas pipe 75 comprises H 2, SiH 4, C 3 H 8 and HCl, supplying a second gas G2 containing no NH 3, and including a NH 3 into the first gas pipe 74 It is possible to supply the first gas G1.

第1ガス配管74は、第1ガスG1を石英管8の内部に供給するための部材であって、一方の端部(図中右側)において石英管8の端部に接続されている。また、第1ガス配管74は、石英管8(石英管8のうち発熱体5と対向する部分)の内部に位置する部分である挿入部74aを有している。すなわち、第1ガス配管74は、図5に示すように一方の端部(図中右側)が石英管8の内部に挿入された状態となっている。これにより、挿入部74aを流れる第1ガスG1を、RFコイル9および発熱体5によりNHの熱分解温度にまで加熱することが可能となっている。第2ガス配管75は、第2ガスG2を石英管8の内部に供給するための部材であって、一方の端部(図中右側)が石英管8の端部に接続されている。 The first gas pipe 74 is a member for supplying the first gas G1 to the inside of the quartz tube 8, and is connected to the end of the quartz tube 8 at one end (right side in the drawing). The first gas pipe 74 has an insertion portion 74a that is a portion located inside the quartz tube 8 (a portion of the quartz tube 8 facing the heating element 5). That is, the first gas pipe 74 is in a state where one end (right side in the figure) is inserted into the quartz tube 8 as shown in FIG. Thus, the first gas G1 flowing through the insertion portion 74a can be heated to the thermal decomposition temperature of NH 3 by the RF coil 9 and the heating element 5. The second gas pipe 75 is a member for supplying the second gas G <b> 2 to the inside of the quartz tube 8, and one end (right side in the drawing) is connected to the end of the quartz tube 8.

図5および図6を参照して、第1ガス配管74は、上記一方の端部がサセプタ6の上方に位置しないように石英管8の内部に挿入されている。つまり、第1ガス配管74は、反応ガスG3が流れる方向において、上記一方の端部がサセプタ6より上流側に位置するように配置されている。これにより、第1ガスG1の供給口を含む第1ガス配管74の上記一方の端部と、ベース基板10との間において所定の間隔を保持することができる。この結果、第1ガスG1をより均一に拡散させた状態でベース基板10側へ供給することができる(図6中矢印)。   Referring to FIGS. 5 and 6, the first gas pipe 74 is inserted into the quartz tube 8 so that the one end portion is not located above the susceptor 6. That is, the first gas pipe 74 is arranged so that the one end is located upstream of the susceptor 6 in the direction in which the reaction gas G3 flows. Accordingly, a predetermined interval can be maintained between the one end of the first gas pipe 74 including the supply port of the first gas G1 and the base substrate 10. As a result, the first gas G1 can be supplied to the base substrate 10 side in a more uniformly diffused state (arrow in FIG. 6).

また、図7を参照して、挿入部74aは、第1ガスの流路を構成するガス流路74bと、先端部に向かうに従い徐々に広がる形状を有するガス供給口74cとを有していてもよい。そして、ガス供給口74cにおける挿入部74aの断面積は、ガス流路74bにおける挿入部74aの断面積よりも大きくなっていてもよい。これにより、石英管の内部において第1ガスを均一に拡散させることがより容易になる。なお、ガス供給口74cにおける挿入部74aの断面形状は、図7に示すような長方形状に限定されるものではなく、他の任意の形状(たとえば、円形状、正方形状その他多角形状など)とすることができる。   Referring to FIG. 7, the insertion portion 74 a has a gas flow path 74 b that constitutes the flow path of the first gas, and a gas supply port 74 c that has a shape that gradually expands toward the distal end. Also good. And the cross-sectional area of the insertion part 74a in the gas supply port 74c may be larger than the cross-sectional area of the insertion part 74a in the gas flow path 74b. This makes it easier to uniformly diffuse the first gas inside the quartz tube. In addition, the cross-sectional shape of the insertion part 74a in the gas supply port 74c is not limited to the rectangular shape as shown in FIG. 7, and other arbitrary shapes (for example, circular shape, square shape, other polygonal shapes, etc.) can do.

また、図8を参照して、挿入部74aは、第1ガスの流路を構成するガス流路74bと、複数の分岐部74eを含むガス供給口74dとを有していてもよい。これにより、図7を参照して説明した場合と同様に、石英管8の内部において第1ガスを均一に拡散させることがより容易になる。なお、分岐部74eの数は、図8に示すように3つであってもよいがこれに限定されるものではなく、適宜選択することが可能である。また、各分岐部74eにおける挿入部74aの断面形状は、図8に示すような円形状に限定されるものではなく、たとえば長方形状など他の任意の形状とすることができる。また、各分岐部74eは、図8に示すように互いに沿うように形成されていてもよいが、第1ガスをより均一に拡散させるように分岐部74eの各々の向きを適宜選択することも可能である。   Referring to FIG. 8, the insertion portion 74a may have a gas flow path 74b that forms the flow path of the first gas, and a gas supply port 74d that includes a plurality of branch portions 74e. Accordingly, as in the case described with reference to FIG. 7, it becomes easier to uniformly diffuse the first gas inside the quartz tube 8. The number of branching parts 74e may be three as shown in FIG. 8, but is not limited to this, and can be selected as appropriate. Moreover, the cross-sectional shape of the insertion part 74a in each branch part 74e is not limited to a circular shape as shown in FIG. 8, For example, it can be set as other arbitrary shapes, such as a rectangular shape. Further, the branch portions 74e may be formed along each other as shown in FIG. 8, but the direction of each of the branch portions 74e may be appropriately selected so as to diffuse the first gas more uniformly. Is possible.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法について説明する。図2を参照して、まず、上記実施の形態1と同様にベース基板準備工程(S10)およびベース基板配置工程(S20)が実施される。これにより、炭化珪素からなるベース基板10がCVD装置2のサセプタ6上に配置される(図5参照)。   Next, a method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the present embodiment will be described. Referring to FIG. 2, first, a base substrate preparation step (S10) and a base substrate arrangement step (S20) are performed as in the first embodiment. Thereby, base substrate 10 made of silicon carbide is arranged on susceptor 6 of CVD apparatus 2 (see FIG. 5).

次に、工程(S30)として、エピタキシャル成長膜形成工程が実施される。この工程(S30)では、以下に説明するようにして上記実施の形態1と同様にベース基板10上にエピタキシャル成長膜11が形成される(図4参照)。   Next, as a step (S30), an epitaxially grown film forming step is performed. In this step (S30), the epitaxial growth film 11 is formed on the base substrate 10 as described in the first embodiment as described below (see FIG. 4).

図5を参照して、まず、ガスボンベ71a〜71eの各々に設けられたバルブ(図示しない)が開状態とされる。これにより、H、SiH、CおよびHClを含み、NHを含まない第2ガスG2が第2ガス配管75内に供給され、かつNHを含む第1ガスG1が第1ガス配管74内に供給される。 Referring to FIG. 5, first, valves (not shown) provided in each of gas cylinders 71a to 71e are opened. As a result, the second gas G2 containing H 2 , SiH 4 , C 3 H 8 and HCl and not containing NH 3 is supplied into the second gas pipe 75, and the first gas G1 containing NH 3 is the first gas G1. It is supplied into the gas pipe 74.

次に、第1ガス配管74の挿入部74aに供給された第1ガスG1は、RFコイル9および発熱体5によりNHの熱分解温度以上にまで加熱される。これにより、第1ガスG1に含まれるNHの少なくとも一部、より好ましくは全部のNHが熱分解される。また、第2ガス配管75を通じて反応室8a内に供給された第2ガスG2は、同様にRFコイル9および発熱体5により加熱される。これにより、第2ガスG2中のSiH、Cが熱分解される。次に、熱分解後の第1ガスG1および第2ガスG2が反応室8aにおいて混合されることにより反応ガスG3が形成され、当該反応ガスG3がベース基板10に向けて供給される。そして、加熱されたベース基板10の表面10a上に窒素原子がドープされたエピタキシャル成長膜11が形成される(図4参照)。このようにして、上記工程(S10)〜(S30)が実施されることにより、上記実施の形態1と同様にベース基板10とエピタキシャル成長膜11とを有する炭化珪素基板20が製造され、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法が完了する。 Next, the first gas G1 supplied to the insertion portion 74a of the first gas pipe 74 is heated by the RF coil 9 and the heating element 5 to more than the thermal decomposition temperature of the NH 3. Thereby, at least a part of NH 3 contained in the first gas G1 and more preferably all NH 3 is thermally decomposed. Similarly, the second gas G2 supplied into the reaction chamber 8a through the second gas pipe 75 is heated by the RF coil 9 and the heating element 5. Thereby, SiH 4 and C 3 H 8 in the second gas G2 are thermally decomposed. Next, the first gas G1 and the second gas G2 after pyrolysis are mixed in the reaction chamber 8a to form the reaction gas G3, and the reaction gas G3 is supplied toward the base substrate 10. Then, an epitaxial growth film 11 doped with nitrogen atoms is formed on the heated surface 10a of the base substrate 10 (see FIG. 4). Thus, by performing the above steps (S10) to (S30), silicon carbide substrate 20 having base substrate 10 and epitaxial growth film 11 is manufactured in the same manner as in the first embodiment. The manufacturing method of the silicon carbide substrate which concerns on a form is completed.

以上のように、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法では、上記実施の形態1と同様に、第1ガスG1がNHの熱分解温度にまで加熱された後に第2ガスG2と混合される。そのため、第1ガスG1に含まれるNHと第2ガスG2に含まれるHClとの反応による副生成物(NHCl)の生成が抑制され、これに起因した炭化珪素基板の結晶性の低下を抑制することができる。 As described above, in the method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the present embodiment, the second gas G2 is heated after the first gas G1 is heated to the thermal decomposition temperature of NH 3 as in the first embodiment. Mixed. Therefore, the production of a byproduct (NH 4 Cl) due to the reaction between NH 3 contained in the first gas G1 and HCl contained in the second gas G2 is suppressed, and the crystallinity of the silicon carbide substrate due to this is reduced. Can be suppressed.

また、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法では、上記実施の形態1とは異なり、ベース基板10が石英管8の内部に配置された状態で加熱され、かつ第1ガスG1が石英管8の内部において加熱された後に第2ガスG2と混合される。より具体的には、第1ガスG1が、ベース基板10を加熱するためのRFコイル9および発熱体5によりNHの熱分解温度にまで加熱された後に第2ガスG2と混合される。そのため、上記実施の形態1のような第1ガスG1を加熱するための機構(予備加熱部73)を別途設ける必要がなく、装置構成をより簡略化することができる。 In addition, in the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment, unlike the first embodiment, the base substrate 10 is heated in a state of being disposed inside the quartz tube 8 and the first gas G1 is quartz. After being heated inside the tube 8, it is mixed with the second gas G2. More specifically, the first gas G1 is heated to the thermal decomposition temperature of NH 3 by the RF coil 9 and the heating element 5 for heating the base substrate 10, and then mixed with the second gas G2. Therefore, it is not necessary to separately provide a mechanism (preheating section 73) for heating the first gas G1 as in the first embodiment, and the apparatus configuration can be further simplified.

(実施の形態3)
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態3に係る炭化珪素基板の製造装置であるCVD装置3の構成について説明する。本実施の形態に係るCVD装置3は、基本的には上記実施の形態1および2に係るCVD装置1,2と同様の構成を備え、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態に係るCVD装置3は、発熱体5およびガス供給部7の構成において上記実施の形態1および2に係るCVD装置1,2とは異なっている。
(Embodiment 3)
Next, the configuration of CVD apparatus 3 which is a silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to Embodiment 3 which is still another embodiment of the present invention will be described. The CVD apparatus 3 according to the present embodiment basically has the same configuration as the CVD apparatuses 1 and 2 according to the first and second embodiments and has the same effects. However, the CVD apparatus 3 according to the present embodiment is different from the CVD apparatuses 1 and 2 according to the first and second embodiments in the configuration of the heating element 5 and the gas supply unit 7.

図9を参照して、CVD装置3において、ガス供給部7は基本的に上記実施の形態2の場合と同様の構成を有している。すなわち、ガス配管77内にH、SiH、CおよびHClを含み、NHを含まない第2ガスG2を供給し、ガス配管76内にNHを含む第1ガスG1を供給することが可能となっている。そして、ガス配管76,77は、一方の端部(図中右側)において石英管8の端部に接続されている。ここで、本実施の形態では、ガス配管76は、石英管8(石英管8のうち発熱体本体5cと対向する部分)の内部に挿入されることなく石英管8に接続されている。 Referring to FIG. 9, in CVD apparatus 3, gas supply unit 7 basically has the same configuration as in the second embodiment. That is, the second gas G2 containing H 2 , SiH 4 , C 3 H 8 and HCl and not containing NH 3 is supplied into the gas pipe 77, and the first gas G 1 containing NH 3 is supplied into the gas pipe 76. It is possible to do. The gas pipes 76 and 77 are connected to the end of the quartz tube 8 at one end (right side in the figure). Here, in the present embodiment, the gas pipe 76 is connected to the quartz tube 8 without being inserted into the quartz tube 8 (the portion of the quartz tube 8 facing the heating element body 5c).

発熱体5は、発熱体本体5cと、当該発熱体本体5cの一方の端部(ガス配管76,77側の端部)において軸方向に突出するように形成された円環状の突出部(ガイド部)5dとを含んでいる。ガイド部5dの内周側には予備加熱領域5eが形成されており、当該予備加熱領域5eにガス配管76,77が配置されている。そのため、RFコイル9を用いてガイド部5dの内周側に位置する予備加熱領域5eを加熱することにより、当該予備加熱領域5eに位置するガス配管76,77を加熱することができる。これにより、ガス配管76に供給された第1ガスG1を予備加熱領域5eにおいてNHの熱分解温度にまで加熱することができる。つまり、上記実施の形態2の場合と異なり、石英管8のうち発熱体本体5cと対向する部分の内部ではなく当該部分の外部(予備加熱領域5e)において第1ガスG1を予備加熱することができる。 The heating element 5 includes a heating element main body 5c and an annular protrusion (guide) formed so as to protrude in the axial direction at one end of the heating element main body 5c (the end on the gas pipes 76 and 77 side). Part) 5d. A preheating region 5e is formed on the inner peripheral side of the guide portion 5d, and gas pipes 76 and 77 are arranged in the preheating region 5e. Therefore, by heating the preheating region 5e located on the inner peripheral side of the guide portion 5d using the RF coil 9, the gas pipes 76 and 77 located in the preheating region 5e can be heated. Thus, the first gas G1 supplied to the gas pipe 76 can be heated to the thermal decomposition temperature of NH 3 in the preheating region 5e. That is, unlike the case of the second embodiment, the first gas G1 may be preheated not in the portion of the quartz tube 8 facing the heating element body 5c but outside the portion (preheating region 5e). it can.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法について説明する。図2を参照して、まず、上記実施の形態1および2と同様にベース基板準備工程(S10)およびベース基板配置工程(S20)が実施される。これにより、炭化珪素からなるベース基板10がCVD装置3のサセプタ6上に配置される(図9参照)。   Next, a method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the present embodiment will be described. Referring to FIG. 2, first, a base substrate preparation step (S10) and a base substrate arrangement step (S20) are performed as in the first and second embodiments. Thereby, base substrate 10 made of silicon carbide is arranged on susceptor 6 of CVD apparatus 3 (see FIG. 9).

次に、工程(S30)として、エピタキシャル成長膜形成工程が実施される。この工程(S30)では、以下に説明するようにして上記実施の形態1および2と同様にベース基板10上にエピタキシャル成長膜11が形成される(図4参照)。   Next, as a step (S30), an epitaxially grown film forming step is performed. In this step (S30), epitaxial growth film 11 is formed on base substrate 10 as described in the first and second embodiments as described below (see FIG. 4).

図9を参照して、まず、ガスボンベ71a〜71eの各々に設けられたバルブ(図示しない)が開状態とされる。これにより、H、SiH、CおよびHClを含み、NHを含まない第2ガスG2がガス配管77内に供給され、かつNHを含む第1ガスG1がガス配管76内に供給される。 Referring to FIG. 9, first, valves (not shown) provided in each of gas cylinders 71a to 71e are opened. As a result, the second gas G2 containing H 2 , SiH 4 , C 3 H 8 and HCl and not containing NH 3 is supplied into the gas pipe 77, and the first gas G 1 containing NH 3 is contained in the gas pipe 76. To be supplied.

次に、ガス配管76内に供給された第1ガスG1は、予備加熱領域5eを通過する際にRFコイル9および発熱体5のガイド部5dによりNHの熱分解温度以上にまで加熱される。これにより、予備加熱領域5eにおいて第1ガスG1に含まれるNHの少なくとも一部、より好ましくは全部のNHが熱分解される。また、ガス配管77内に供給された第2ガスG2も同様に予備加熱領域5eにおいて加熱されることにより、第2ガスG2中のSiH、Cなどの少なくとも一部が熱分解される。次に、第1ガスG1および第2ガスG2が反応室8aにおいて混合されることにより反応ガスG3が形成され、当該反応ガスG3がベース基板10に向けて供給される。そして、加熱されたベース基板10の表面10a上に窒素原子がドープされたエピタキシャル成長膜11が形成される(図4参照)。このようにして、上記工程(S10)〜(S30)が実施されることにより、上記実施の形態1および2と同様にベース基板10とエピタキシャル成長膜11とを有する炭化珪素基板20が製造され、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法が完了する。 Next, the first gas G1 supplied into the gas pipe 76 is heated to a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of NH 3 by the RF coil 9 and the guide portion 5d of the heating element 5 when passing through the preheating region 5e. . Thus, at least part of the NH 3 contained in the pre-heating area 5e in the first gas G1, and more preferably NH 3 in total are thermally decomposed. Similarly, the second gas G2 supplied into the gas pipe 77 is also heated in the preheating region 5e, so that at least a part of SiH 4 , C 3 H 8 and the like in the second gas G2 is thermally decomposed. The Next, the reaction gas G3 is formed by mixing the first gas G1 and the second gas G2 in the reaction chamber 8a, and the reaction gas G3 is supplied toward the base substrate 10. Then, an epitaxial growth film 11 doped with nitrogen atoms is formed on the heated surface 10a of the base substrate 10 (see FIG. 4). Thus, by performing the steps (S10) to (S30), silicon carbide substrate 20 having base substrate 10 and epitaxial growth film 11 is manufactured in the same manner as in the first and second embodiments. The method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the embodiment is completed.

以上のように、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法では、上記実施の形態1および2と同様に、第1ガスG1がNHの熱分解温度にまで加熱された後に第2ガスG2と混合される。そのため、第1ガスG1に含まれるNHと第2ガスG2に含まれるHClとの反応による副生成物(NHCl)の生成が抑制され、これに起因した炭化珪素基板の結晶性の低下を抑制することができる。 As described above, in the method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the present embodiment, the second gas is heated after the first gas G1 is heated to the thermal decomposition temperature of NH 3 as in the first and second embodiments. Mixed with G2. Therefore, the production of a byproduct (NH 4 Cl) due to the reaction between NH 3 contained in the first gas G1 and HCl contained in the second gas G2 is suppressed, and the crystallinity of the silicon carbide substrate due to this is reduced. Can be suppressed.

また、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法では、第1ガスG1が予備加熱領域5eにおいて発熱体5に形成されたガイド部5dによりNHの熱分解温度にまで加熱され、その後石英管8の内部において第2ガスG2と混合される。そのため、上記実施の形態1のように予備加熱部73を別途設ける必要がなく、また、上記実施の形態2のようにガス配管を石英管8の内部に挿入することなく第1ガスG1を第2ガスG2との混合前に予熱加熱することができる。これにより、ガス配管を石英管8の内部に挿入することにより当該ガス配管が石英管8内の熱で溶けることを防止することができる。 Further, in the method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the present embodiment, the first gas G1 is heated to the thermal decomposition temperature of NH 3 by the guide portion 5d formed on the heating element 5 in the preheating region 5e, and then quartz. Inside the tube 8, it is mixed with the second gas G2. For this reason, it is not necessary to separately provide the preheating unit 73 as in the first embodiment, and the first gas G1 is not inserted into the quartz tube 8 as in the second embodiment. Preheating heating can be performed before mixing with the two gases G2. Thereby, it is possible to prevent the gas pipe from being melted by the heat in the quartz pipe 8 by inserting the gas pipe into the quartz pipe 8.

今回開示された実施の形態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。   The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の炭化珪素基板の製造方法および製造装置は、不純物濃度の均一性および結晶性に優れる炭化珪素基板を効率的に製造することが要求される炭化珪素基板の製造方法および製造装置において、特に有利に適用され得る。   The method and apparatus for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention are particularly applicable to a method and apparatus for manufacturing a silicon carbide substrate that is required to efficiently manufacture a silicon carbide substrate having excellent impurity concentration uniformity and crystallinity. It can be advantageously applied.

1,2,3 CVD装置、4 断熱材、4a,5a,8b 内周面、5 発熱体、5b 凹部、5c 発熱体本体、5d 突出部(ガイド部)、5e 予備加熱領域、6 サセプタ、7 ガス供給部、8 石英管、8a 反応室、8c 外周面、9 RFコイル、10 ベース基板、10a 表面、10b 裏面、11 エピタキシャル成長膜、20 炭化珪素基板、71a,71b,71c,71d,71e ガスボンベ、72a,72b,72c,76,77 ガス配管、73 予備加熱部、74 第1ガス配管、74a 挿入部、74b ガス流路、74c,74d ガス供給口、74e 分岐部、75 第2ガス配管、G1 第1ガス、G2 第2ガス、G3 反応ガス。   1, 2, 3 CVD apparatus, 4 heat insulating material, 4a, 5a, 8b inner peripheral surface, 5 heating element, 5b recess, 5c heating element body, 5d protrusion (guide part), 5e preheating region, 6 susceptor, 7 Gas supply unit, 8 quartz tube, 8a reaction chamber, 8c outer peripheral surface, 9 RF coil, 10 base substrate, 10a surface, 10b back surface, 11 epitaxial growth film, 20 silicon carbide substrate, 71a, 71b, 71c, 71d, 71e gas cylinder, 72a, 72b, 72c, 76, 77 Gas piping, 73 Preheating section, 74 First gas piping, 74a Insertion section, 74b Gas flow path, 74c, 74d Gas supply port, 74e Branching section, 75 Second gas piping, G1 First gas, G2 second gas, G3 reaction gas.

Claims (8)

炭化珪素からなるベース基板を準備する工程と、
前記ベース基板上にエピタキシャル成長膜を形成する工程とを備え、
前記エピタキシャル成長膜を形成する工程では、
アンモニアを含む第1ガスと、塩化水素を含み、アンモニアを含まない第2ガスとを混合した反応ガスを前記ベース基板に向けて供給した状態で前記ベース基板が加熱され、
前記第1ガスは、アンモニアの熱分解温度にまで加熱された後に前記第2ガスと混合される、炭化珪素基板の製造方法。
Preparing a base substrate made of silicon carbide;
Forming an epitaxial growth film on the base substrate,
In the step of forming the epitaxial growth film,
The base substrate is heated in a state where a reaction gas obtained by mixing a first gas containing ammonia and a second gas containing hydrogen chloride and not containing ammonia is supplied toward the base substrate,
The method for manufacturing a silicon carbide substrate, wherein the first gas is heated to a thermal decomposition temperature of ammonia and then mixed with the second gas.
前記エピタキシャル成長膜を形成する工程では、
前記ベース基板は、反応管の内部に配置された状態で加熱され、
前記第1ガスは、前記反応管の外部において前記第2ガスと混合される、請求項1に記載の炭化珪素基板の製造方法。
In the step of forming the epitaxial growth film,
The base substrate is heated in a state of being disposed inside the reaction tube,
The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to claim 1, wherein the first gas is mixed with the second gas outside the reaction tube.
前記第1ガスは、前記反応管の外部に配置された予備加熱部により前記熱分解温度にまで加熱される、請求項2に記載の炭化珪素基板の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to claim 2, wherein the first gas is heated to the pyrolysis temperature by a preheating unit disposed outside the reaction tube. 前記エピタキシャル成長膜を形成する工程では、
前記ベース基板は、反応管の内部に配置された状態で加熱され、
前記第1ガスは、前記反応管の内部において前記第2ガスと混合される、請求項1に記載の炭化珪素基板の製造方法。
In the step of forming the epitaxial growth film,
The base substrate is heated in a state of being disposed inside the reaction tube,
The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to claim 1, wherein the first gas is mixed with the second gas inside the reaction tube.
前記第1ガスは、前記ベース基板を加熱するための加熱部により前記熱分解温度にまで加熱される、請求項4に記載の炭化珪素基板の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to claim 4, wherein the first gas is heated to the pyrolysis temperature by a heating unit for heating the base substrate. 炭化珪素からなるベース基板を内部に配置するための反応管と、
前記ベース基板を加熱するための加熱部と、
前記ベース基板上にエピタキシャル成長膜を形成するための反応ガスを、前記反応管の内部に供給するためのガス供給部とを備え、
前記ガス供給部は、
アンモニアを含む第1ガスと、塩化水素を含み、アンモニアを含まない第2ガスとを混合した前記反応ガスを前記反応管の内部に供給することが可能に構成され、かつ、
前記第1ガスをアンモニアの熱分解温度にまで加熱した後に前記第2ガスと混合することが可能に構成されている、炭化珪素基板の製造装置。
A reaction tube for disposing a base substrate made of silicon carbide inside;
A heating unit for heating the base substrate;
A gas supply unit for supplying a reaction gas for forming an epitaxially grown film on the base substrate into the reaction tube;
The gas supply unit
Configured to be able to supply the reaction gas obtained by mixing the first gas containing ammonia and the second gas containing hydrogen chloride and not containing ammonia into the reaction tube; and
An apparatus for manufacturing a silicon carbide substrate, wherein the first gas is heated to a thermal decomposition temperature of ammonia and then mixed with the second gas.
前記ガス供給部は、前記反応管の外部に配置され、前記第1ガスを前記熱分解温度にまで加熱するための予備加熱部を含む、請求項6に記載の炭化珪素基板の製造装置。   The said carbide | carbonized_material supply part is an exterior of the said reaction tube, The manufacturing apparatus of the silicon carbide substrate of Claim 6 containing the preheating part for heating the said 1st gas to the said thermal decomposition temperature. 前記ガス供給部は、
前記反応管の内部に位置する部分を有し、前記第1ガスを前記反応管の内部に供給するための第1ガス配管と、
前記第2ガスを前記反応管の内部に供給するための第2ガス配管とを含む、請求項6に記載の炭化珪素基板の製造装置。
The gas supply unit
A first gas pipe having a portion located inside the reaction tube and supplying the first gas into the reaction tube;
The apparatus for manufacturing a silicon carbide substrate according to claim 6, further comprising a second gas pipe for supplying the second gas into the reaction tube.
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