JP2019131440A - SiC SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING APPARATUS, AND SiC SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING METHOD - Google Patents

SiC SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING APPARATUS, AND SiC SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING METHOD Download PDF

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武志 三谷
Takeshi Mitani
武志 三谷
直佳 小松
Naoyoshi KOMATSU
直佳 小松
智久 加藤
Tomohisa Kato
智久 加藤
雄一郎 林
Yuichiro Hayashi
雄一郎 林
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Abstract

To provide a SiC single crystal manufacturing apparatus and a SiC single crystal manufacturing method capable of manufacturing stably a SiC single crystal not containing impurities.SOLUTION: A SiC single crystal manufacturing apparatus includes a crucible for holding a raw material solution containing Si, C and Al, and a seed crystal holding body for holding a SiC seed crystal for growing a SiC single crystal by being brought into contact with the raw material solution, in which the seed crystal holding body has a first Al penetration prevention film on the surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、SiC単結晶製造装置及びSiC単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to an SiC single crystal manufacturing apparatus and an SiC single crystal manufacturing method.

炭化珪素(SiC)は、シリコン(Si)に比べて絶縁破壊電界が1桁大きく、バンドギャップが3倍大きい。また、炭化珪素(SiC)は、シリコン(Si)に比べて熱伝導率が3倍程度高い等の特性を有する。そのため炭化珪素(SiC)は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。   Silicon carbide (SiC) has a dielectric breakdown electric field one order of magnitude larger than silicon (Si) and a band gap three times larger. Silicon carbide (SiC) has characteristics such as about three times higher thermal conductivity than silicon (Si). Therefore, silicon carbide (SiC) is expected to be applied to power devices, high frequency devices, high temperature operation devices, and the like.

特に4H−SiC単結晶は移動度が高くパワーデバイスへの利用が期待されている。例えば、特許文献1にはドナー元素とアクセプタ元素を共ドープさせたn型4H−SiC単結晶の比抵抗が小さいことが記載されている。   In particular, 4H—SiC single crystal has high mobility and is expected to be used for power devices. For example, Patent Document 1 describes that the specific resistance of an n-type 4H—SiC single crystal in which a donor element and an acceptor element are co-doped is small.

これに対し、p型4H−SiC単結晶の低抵抗化は十分に進んでいない。これは、p型のキャリアであるホールはn型のキャリアである電子に比べて移動度が小さいこと、p型SiCのアクセプタであるアルミニウムやボロンはn型SiCのドナーである窒素に比べてイオン化エネルギーが大きく活性化率が低いこと、アルミニウム等のドーピング量を増加させると多形が増え結晶性が低下すること等の問題を有しているためである。   On the other hand, the resistance reduction of the p-type 4H—SiC single crystal has not progressed sufficiently. This is because holes, which are p-type carriers, have a lower mobility than electrons, which are n-type carriers, and aluminum and boron, which are p-type SiC acceptors, are ionized compared to nitrogen, which is an n-type SiC donor. This is because there are problems such as high energy and low activation rate, and increasing the doping amount of aluminum or the like, resulting in increased polymorphism and decreased crystallinity.

ところで、高品質のSiC単結晶のバルクを成長させる主な方法として、昇華法(例えば、特許文献1、特許文献2)と溶液法(例えば、特許文献3)が知られている。   By the way, a sublimation method (for example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2) and a solution method (for example, Patent Literature 3) are known as main methods for growing a bulk of a high-quality SiC single crystal.

昇華法は、SiC原料であるSiC多結晶粉末を昇華させ、昇華再結晶化によってSiC種結晶上にSiC結晶層を結晶成長させる方法である。昇華法では、SiC原料であるSiC多結晶粉末と、ドーパントであるAlの原料であるAl粉末とを同時に或いは別々に昇華させて、p型4H−SiC単結晶を作製することができる。しかし、SiCとAlの昇華温度が極端に異なるため、Alを安定にドーピングすることが困難である。また、Alの高濃度ドーピングを昇華法で実施すると、高いAl蒸気圧が結晶成長面上での核生成などに悪影響を与えるため、多形不安定化や結晶欠陥が生じ、工業的に利用可能な低抵抗p型4H−SiC(ここで、低抵抗とは比抵抗が1Ωcm未満のことを指すこととする)の作製が容易でない(非特許文献1)。 The sublimation method is a method in which SiC polycrystalline powder, which is a SiC raw material, is sublimated, and a SiC crystal layer is grown on a SiC seed crystal by sublimation recrystallization. In the sublimation method, it is possible to produce a p-type 4H—SiC single crystal by simultaneously or separately sublimating SiC polycrystalline powder, which is a SiC raw material, and Al 4 C 3 powder, which is a raw material of Al, which is a dopant. . However, since the sublimation temperatures of SiC and Al 4 C 3 are extremely different, it is difficult to dope Al stably. In addition, when high-concentration doping of Al is performed by the sublimation method, high Al vapor pressure adversely affects nucleation on the crystal growth surface, resulting in polymorphic instability and crystal defects, which can be used industrially. Such a low resistance p-type 4H—SiC (herein, low resistance means that the specific resistance is less than 1 Ωcm) is not easy (Non-Patent Document 1).

溶液法では、少なくともSiとAl、Cを含む高温の原料溶液にSiC種結晶を浸漬し結晶成長させることで、低抵抗なp型4H−SiC単結晶を製造することができる(例えば、特許文献3)。一般に溶液法では、原料溶液中のC溶解度を高め成長速度を大きくする目的で、原料溶液にCrやTiなどの遷移金属元素を混合する方法が知られている。
しかしながら、CrやTiなどの遷移金属元素を混合した原料溶液でSiC単結晶を製造した場合、製造したSiC単結晶中に1.0×1017/cm程度の遷移金属元素が不純物として混入することが知られている。これらの不純物は半導体デバイス製造工程で問題を引き起こす可能性があるため、望ましくない。SiC単結晶がこれらの不純物を含まないためには、CrやTiなどの遷移金属元素を含有せず、Si、C、Alからなる原料溶液を用いてSiC単結晶を製造する必要がある(例えば、非特許文献2)。
In the solution method, a p-type 4H—SiC single crystal having low resistance can be produced by immersing and growing a SiC seed crystal in a high-temperature raw material solution containing at least Si, Al, and C (for example, Patent Documents). 3). In general, a solution method is known in which a transition metal element such as Cr or Ti is mixed with a raw material solution for the purpose of increasing the solubility of C in the raw material solution and increasing the growth rate.
However, when a SiC single crystal is manufactured with a raw material solution in which transition metal elements such as Cr and Ti are mixed, a transition metal element of about 1.0 × 10 17 / cm 3 is mixed as an impurity in the manufactured SiC single crystal. It is known. These impurities are undesirable because they can cause problems in the semiconductor device manufacturing process. In order for a SiC single crystal not to contain these impurities, it is necessary to produce a SiC single crystal using a raw material solution made of Si, C, and Al without containing a transition metal element such as Cr or Ti (for example, Non-Patent Document 2).

特開2014−187113号公報JP 2014-187113 A 特開2017−65959号公報JP 2017-65959 A 特開2016−172674号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-172675

Eto et al.、Journal of Crystal Growth 470(2017)154〜158Eto et al. Journal of Crystal Growth 470 (2017) 154-158. Mitani et al.、“Bulk Growth of p−type 4H−SiC Crystals from Si−C−Al solution”、Book of abstracts of the 11th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials(2016)、p117−118Mitani et al. , “Bulk Growth of p-type 4H-SiC Crystals from Si-C-Al solution”, Book of Abstracts of the 11th European Conference on Silicon 16

しかしながら、原料溶液がCr等の遷移金属元素を含まない場合には、遷移金属を含む場合に比べて、黒鉛製の種結晶保持体に破断が生じやすいという課題があることを本願発明者らは見出した。種結晶保持体が破断すると、SiC単結晶製造時の温度分布に変化が生じてしまうのみならず、SiC種結晶が落下してしまう場合があり、好ましくない。   However, the inventors of the present invention have a problem that when the raw material solution does not contain a transition metal element such as Cr, the graphite seed crystal holder is likely to be broken as compared with the case where the raw material solution contains a transition metal. I found it. If the seed crystal holder is broken, not only the temperature distribution during the production of the SiC single crystal changes, but also the SiC seed crystal may fall, which is not preferable.

本発明者らは、原料溶液が遷移金属元素を含む場合と含まない場合とで、なぜ黒鉛製の種結晶保持体の破断頻度が変化するかについて鋭意検討を重ねた。本発明者らは、遷移金属元素が含まれない場合には、Si、C、Alを含む原料溶液からそれぞれの元素が蒸発する割合が増大する現象があると推定した。つまり、遷移金属元素の添加は原料溶液からSi、C、Alの蒸発を抑制する作用がある。
さらに、本発明者らは、種結晶保持体の破断を引き起こすのはAl蒸気の増大が主たる原因であることを見出した。すなわち、黒鉛製の種結晶保持体の破断部には原料溶液から蒸発したAlが再凝集していること、再凝集したAlは種結晶保持体のCと反応して、種結晶保持体の表面で炭化アルミニウムに変化していることを知見した。さらに、本発明者らは、この反応箇所と種結晶保持体をなす黒鉛との密度差などが原因で種結晶保持体に変形や亀裂が生じ、最終的には破断してしまう場合があることを知見した。
さらに、遷移金属元素を含まない原料溶液を用いてSiC単結晶を製造する場合、原料溶液が遷移金属元素を含む場合と比べて、原料溶液中のC溶解度が極めて小さくなる(1/100程度)。遷移金属元素を含まない原料溶液を用いてSiC単結晶を製造する場合、原料溶液中のC溶解度を高めるため、原料溶液の温度を高くする場合がある。具体的に、原料溶液を2000℃〜2500℃程度に加熱して、SiC単結晶を製造する。この原料溶液の温度を高くする操作も、Alを含む原料溶液の蒸発を増大させ、黒鉛製の種結晶保持体の破断を生じやすくする原因であることを知見した。
The present inventors have intensively studied why the fracture frequency of the seed crystal holder made of graphite changes depending on whether the raw material solution contains a transition metal element or not. The present inventors estimated that there is a phenomenon in which the proportion of evaporation of each element from the raw material solution containing Si, C, and Al increases when the transition metal element is not included. That is, the addition of the transition metal element has an effect of suppressing evaporation of Si, C, and Al from the raw material solution.
Furthermore, the present inventors have found that the increase of Al vapor is the main cause of the breakage of the seed crystal holder. That is, Al that evaporated from the raw material solution is re-agglomerated at the fracture portion of the graphite seed crystal holder, and the re-agglomerated Al reacts with C of the seed crystal holder, and the surface of the seed crystal holder It was found that it changed to aluminum carbide. Furthermore, the present inventors may cause deformation or cracks in the seed crystal holder due to the density difference between the reaction site and the graphite forming the seed crystal holder, and may eventually break. I found out.
Further, when a SiC single crystal is produced using a raw material solution that does not contain a transition metal element, the C solubility in the raw material solution is extremely small (about 1/100) compared to the case where the raw material solution contains a transition metal element. . When a SiC single crystal is produced using a raw material solution that does not contain a transition metal element, the temperature of the raw material solution may be increased in order to increase the C solubility in the raw material solution. Specifically, the raw material solution is heated to about 2000 ° C. to 2500 ° C. to produce a SiC single crystal. It has been found that the operation of increasing the temperature of the raw material solution is also the cause of increasing the evaporation of the raw material solution containing Al and easily causing the fracture of the graphite seed crystal holder.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、遷移金属の不純物を含まないSiC単結晶を安定的に製造可能なSiC単結晶製造装置及びSiC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 the above circumstances, and provides an SiC single crystal manufacturing apparatus and an SiC single crystal manufacturing method capable of stably manufacturing an SiC single crystal that does not contain impurities of a transition metal. Objective.

上記課題を解決するための代表的な手段を示すと以下の通りである。   Representative means for solving the above problems are as follows.

(1)第1の態様に係るSiC単結晶製造装置は、Si,C及びAlを含む原料溶液を保持するための坩堝と、前記原料溶液に接触させてSiC単結晶を成長させるためのSiC種結晶を保持するための種結晶保持体と、を備え、前記種結晶保持体はその表面に第1のAl透過防止膜を有する。 (1) A SiC single crystal manufacturing apparatus according to a first aspect includes a crucible for holding a raw material solution containing Si, C and Al, and a SiC seed for growing a SiC single crystal in contact with the raw material solution. A seed crystal holder for holding crystals, and the seed crystal holder has a first Al permeation preventive film on the surface thereof.

(2)上記態様に係るSiC単結晶製造装置において、前記種結晶保持体は、SiC単結晶成長中にAlの融点以上でかつSiの融点以下になる部位に、前記第1のAl透過防止膜を有してもよい。 (2) In the SiC single crystal manufacturing apparatus according to the above aspect, the seed crystal holding body is provided with the first Al permeation preventive film at a site that is higher than the melting point of Al and lower than the melting point of Si during SiC single crystal growth. You may have.

(3)上記態様に係るSiC単結晶製造装置において、前記第1のAl透過防止膜が、Si,SiC,W,Ta,Moからなる群から選択された何れか1以上の材料からなってもよい。 (3) In the SiC single crystal manufacturing apparatus according to the above aspect, even if the first Al permeation prevention film is made of any one or more materials selected from the group consisting of Si, SiC, W, Ta, and Mo. Good.

(4)上記態様に係るSiC単結晶製造装置において、前記種結晶保持体の材質は、黒鉛であり、前記第1のAl透過防止膜の膜厚が、10μm〜1mmであってもよい。 (4) In the SiC single crystal manufacturing apparatus according to the above aspect, the material of the seed crystal holding body may be graphite, and the film thickness of the first Al permeation preventive film may be 10 μm to 1 mm.

(5)上記態様に係るSiC単結晶製造装置において、前記坩堝は、その内側表面に第2のAl透過防止膜を有してもよい。 (5) In the SiC single crystal manufacturing apparatus according to the above aspect, the crucible may have a second Al permeation preventive film on an inner surface thereof.

(6)本発明の第2の態様に係るSiC単結晶の製造方法では、坩堝内にSi,C及びAlを含む原料溶液を準備する工程と、種結晶保持体に保持されたSiC種結晶を前記原料溶液に接触させて前記SiC種結晶上に結晶成長を行う工程と、を有し、前記種結晶保持体として、表面に第1のAl透過防止膜を有するものを用いる。 (6) In the method for producing an SiC single crystal according to the second aspect of the present invention, a step of preparing a raw material solution containing Si, C and Al in a crucible, and an SiC seed crystal held in a seed crystal holder And a step of growing the crystal on the SiC seed crystal in contact with the raw material solution, and using the seed crystal holder having the first Al permeation preventive film on the surface.

(7)上記態様に係るSiC単結晶の製造方法では、前記原料溶液を準備する工程において、前記原料溶液に遷移金属元素を添加しなくてもよい。 (7) In the method for producing a SiC single crystal according to the above aspect, in the step of preparing the raw material solution, it is not necessary to add a transition metal element to the raw material solution.

上記各態様によれば、遷移金属の不純物を含まないSiC単結晶を安定的に製造可能なSiC単結晶製造装置及びSiC単結晶の製造方法を提供することができる。   According to each aspect described above, it is possible to provide an SiC single crystal manufacturing apparatus and an SiC single crystal manufacturing method capable of stably manufacturing an SiC single crystal that does not contain impurities of transition metals.

本実施形態に係るSiC単結晶製造装置の全体構造を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the whole structure of the SiC single crystal manufacturing apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る種結晶保持体の構造を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the seed crystal holding body which concerns on this embodiment. 従来技術に係る種結晶保持体を示す要部断面の写真である。It is a photograph of the principal part cross section which shows the seed crystal holding body which concerns on a prior art. 本実施形態に係る種結晶保持体を示す要部断面の写真である。It is a photograph of an important section showing a seed crystal holding object concerning this embodiment. 本実施形態に係るSiC単結晶製造装置を用いてSiC単結晶を製造する際に生じる温度分布のシミュレーションを行った結果である。It is the result of having performed the simulation of the temperature distribution produced when manufacturing a SiC single crystal using the SiC single crystal manufacturing apparatus which concerns on this embodiment.

本発明者らは、種結晶保持体に破断を引き起こすと考えられる要因について種々検討した。その結果、SiC単結晶の製造時における温度分布が、破断の要因の一つであることを知見した。   The present inventors have studied various factors that are considered to cause breakage in the seed crystal holder. As a result, it was found that the temperature distribution during the production of the SiC single crystal is one of the causes of fracture.

図5は、本実施形態に係るSiC単結晶製造装置を用いてSiC単結晶を製造する際に生じる温度分布のシミュレーションを行った結果である。図5に示す温度分布をAlの再凝集部位と照らし合わせて分析したところ、種結晶保持体30でAlの再凝集量が多い部位は、SiC単結晶の製造中にAlの融点(660℃)以上かつSiの融点(1414℃)以下の温度範囲(以下、特定温度範囲と呼称する場合がある)に加熱されていることが明らかになった。
なお、シミュレーションにおいては、坩堝10及び種結晶保持体30は黒鉛製のものとし、原料溶液の温度を2000℃とした。
FIG. 5 shows the result of a simulation of the temperature distribution generated when an SiC single crystal is manufactured using the SiC single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment. When the temperature distribution shown in FIG. 5 is analyzed by comparing with the reaggregation site of Al, the site where the amount of Al reaggregation is large in the seed crystal holder 30 is the melting point of Al (660 ° C.) during the production of the SiC single crystal. As described above, it has been clarified that the material is heated to a temperature range below the melting point (1414 ° C.) of Si (hereinafter sometimes referred to as a specific temperature range).
In the simulation, the crucible 10 and the seed crystal holder 30 were made of graphite, and the temperature of the raw material solution was 2000 ° C.

SiC単結晶の製造中にAlの融点以上かつSiの融点以下の温度に加熱されている部位で、Alが多く再凝集することの原因については次のように考えられる。
Si,C及びAlからなる原料溶液を2000℃〜2500℃程度に加熱すると、該加熱温度はSiやAlの融点よりもかなり高い温度(Alの沸点(2470℃)に近い)であるため、SiガスやAlガス、あるいはSi含有ガスやAl含有ガスなどのガスとして、原料溶液から蒸発する。
The cause of the reaggregation of a large amount of Al at a portion heated to a temperature higher than the melting point of Al and lower than the melting point of Si during the production of the SiC single crystal is considered as follows.
When a raw material solution composed of Si, C and Al is heated to about 2000 ° C. to 2500 ° C., the heating temperature is considerably higher than the melting point of Si or Al (close to the boiling point of Al (2470 ° C.)). It evaporates from the raw material solution as gas, Al gas, or gas such as Si-containing gas or Al-containing gas.

それらのガスあるいは蒸気は坩堝10内を上昇し、坩堝10と種結晶保持体30との間隙から低温部へ移動する。低温部に移動したガスあるいは蒸気は、冷却され、液体または固体状態となって特定温度範囲を含む低温部に凝集する。図5に示されているように、SiC単結晶の成長中に特定温度範囲となるのは、SiC単結晶製造装置の高さ方向の断面に沿って見たとき、坩堝10の上端部400(坩堝10が本体と上蓋とからなる場合には、上蓋)近傍から断熱材40の一部までを含む範囲である。   These gases or vapors rise in the crucible 10 and move from the gap between the crucible 10 and the seed crystal holder 30 to the low temperature part. The gas or vapor that has moved to the low temperature part is cooled and becomes a liquid or solid state and aggregates in the low temperature part including the specific temperature range. As shown in FIG. 5, the specific temperature range during the growth of the SiC single crystal is the upper end portion 400 (of the crucible 10 when viewed along the cross section in the height direction of the SiC single crystal manufacturing apparatus. In the case where the crucible 10 is composed of a main body and an upper lid, the range is from the vicinity of the upper lid) to part of the heat insulating material 40.

ここで、SiC単結晶の成長中において、特定温度範囲はSiの融点よりも低い温度範囲であるため、特定温度範囲にはSiガスはAlガスに比べるとほとんど無いと言える。   Here, since the specific temperature range is a temperature range lower than the melting point of Si during the growth of the SiC single crystal, it can be said that there is almost no Si gas in the specific temperature range as compared with the Al gas.

SiC単結晶製造装置の高さ方向の断面に沿って見たとき、特定温度範囲は坩堝10の上端部400近傍から断熱材40の一部までを含む範囲に存在しており、該範囲では高さ方向に沿って種結晶支持部材300が設けられている。つまり、特定温度範囲に加熱された蒸気は、種結晶支持部材300の周囲を囲むように存在している。   When viewed along the cross section in the height direction of the SiC single crystal manufacturing apparatus, the specific temperature range exists in a range including the vicinity of the upper end portion 400 of the crucible 10 to a part of the heat insulating material 40, and in this range, the high temperature range is high. A seed crystal support member 300 is provided along the vertical direction. That is, the steam heated to the specific temperature range exists so as to surround the seed crystal support member 300.

上述のように、特定温度範囲に加熱された蒸気は、Alを主に含み、種結晶支持部材300の周囲を囲むように存在している。これにより、特定温度範囲に加熱された部位では、蒸気中のAlの一部が、種結晶支持部材300に再凝集すると考えられる。
この知見は、本発明で初めて明らかになったものである。
As described above, the steam heated to the specific temperature range mainly contains Al and exists so as to surround the seed crystal support member 300. Thereby, it is considered that a part of the Al in the vapor is re-aggregated on the seed crystal support member 300 at the portion heated to the specific temperature range.
This finding has been revealed for the first time in the present invention.

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものである。以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

[SiC単結晶成長製造装置]
図1は、本実施形態に係るSiC単結晶製造装置の全体構造を示す要部断面図である。
図1に示すように、SiC単結晶製造装置100は、坩堝10と、加熱手段20と、種結晶保持体30と、断熱材40と、石英管50と、温度測定装置60と、密閉容器本体90と、上部シャフト150と、下部シャフト160とを備える。
[SiC single crystal growth manufacturing equipment]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part showing the overall structure of the SiC single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the SiC single crystal manufacturing apparatus 100 includes a crucible 10, a heating means 20, a seed crystal holder 30, a heat insulating material 40, a quartz tube 50, a temperature measuring device 60, and a sealed container body. 90, an upper shaft 150, and a lower shaft 160.

(坩堝)
坩堝10には、SiC単結晶の成長前(加熱前)に原料70(以下では、加熱前の原料も加熱後の原料溶液にも同じ符号70を用いている)が充填される。
坩堝10の材料(材質)は加熱に耐え得る材料であれば特に制限されないが、原料を加熱して原料溶液70にC(炭素)を供給できるため、黒鉛を用いることが好ましい。
坩堝10の材料は、原料溶液70にCを供給しない材料であってもよい。原料溶液70にCを供給しない材料からなる容器を用いる場合には、固体のC源を容器中に投入する、又は気体のC源を原料溶液70に吹き込む若しくは雰囲気ガスに混入させる等によって、原料溶液70にCを供給することができる。固体のC源としては、ブロック状、棒状、顆粒状、粉体状等の黒鉛、金属の炭化物、SiCなどを用いることができる。また、気体のC源としては、CH等の炭化水素ガスを用いることができる。
(crucible)
The crucible 10 is filled with a raw material 70 (hereinafter, the same reference numeral 70 is used for both the raw material before heating and the raw material solution after heating) before the growth of the SiC single crystal (before heating).
The material (material) of the crucible 10 is not particularly limited as long as it can withstand heating. However, it is preferable to use graphite because the raw material can be heated to supply C (carbon) to the raw material solution 70.
The material of the crucible 10 may be a material that does not supply C to the raw material solution 70. When a container made of a material that does not supply C is used for the raw material solution 70, a raw material C source is introduced into the container, or a gaseous C source is blown into the raw material solution 70 or mixed with an atmospheric gas. C can be supplied to the solution 70. As the solid C source, graphite such as block, rod, granule and powder, metal carbide, SiC and the like can be used. As the C source gas may be a hydrocarbon gas such as CH 4.

坩堝10内の原料溶液70は、Si,C及びAlからなる。つまり、原料溶液70は、Cr,Ti,Fe,Ni,Mo,Mnなどの遷移金属元素を含有しない。これにより、SiC単結晶製造装置100を用いて製造されたSiC単結晶は、不純物として遷移金属元素を含まないので、半導体デバイス製造工程等で好適である。
なお、原料溶液70はSi,C及びAlの他に、調整工程等で不可避的に混入する不純物を、本発明の効果である低抵抗のp型SiC単結晶の特性に影響を及ぼさない範囲で含んでもよい。
The raw material solution 70 in the crucible 10 is made of Si, C, and Al. That is, the raw material solution 70 does not contain transition metal elements such as Cr, Ti, Fe, Ni, Mo, and Mn. Thereby, since the SiC single crystal manufactured using the SiC single crystal manufacturing apparatus 100 does not contain a transition metal element as an impurity, it is suitable in a semiconductor device manufacturing process or the like.
In addition, in the raw material solution 70, in addition to Si, C, and Al, impurities inevitably mixed in the adjustment process or the like are within a range that does not affect the characteristics of the low-resistance p-type SiC single crystal that is the effect of the present invention. May be included.

原料溶液70の調製に用いられる原材料(各元素源)としては、それぞれ例えば下記のものが挙げられる(各元素の炭化物、各元素のシリサイド等を使用できる)。
Si源:Si、SiC、アルミシリサイド。
Al源:金属Al、炭化アルミニウム、アルミシリサイド。
Examples of the raw material (each element source) used for the preparation of the raw material solution 70 include the following (for example, carbide of each element, silicide of each element, etc. can be used).
Si source: Si, SiC, aluminum silicide.
Al source: metal Al, aluminum carbide, aluminum silicide.

なお、原料溶液70中のCの供給源は、原料溶液70の調製に用いられる原材料でもよく、坩堝10でもよい。つまり、必ずしも原料溶液70の調製に用いられる原材料にCが含まれていなくてもよい。   The supply source of C in the raw material solution 70 may be a raw material used for preparing the raw material solution 70 or the crucible 10. That is, the raw material used for the preparation of the raw material solution 70 does not necessarily include C.

(加熱手段)
加熱手段20は、原料70が充填された坩堝10を加熱する。具体的には、加熱手段20は、原料溶液70を2000℃〜2500℃の温度範囲に加熱する。
(Heating means)
The heating means 20 heats the crucible 10 filled with the raw material 70. Specifically, the heating means 20 heats the raw material solution 70 to a temperature range of 2000 ° C to 2500 ° C.

加熱手段20は原料70を上記の温度範囲に加熱できれば、その加熱方式は特に限定されないが、例えば、誘導加熱方式や抵抗加熱方式などが挙げられる。   The heating unit 20 is not particularly limited as long as the raw material 70 can be heated to the above temperature range, and examples thereof include an induction heating method and a resistance heating method.

(種結晶保持体)
図2は、本実施形態に係る種結晶保持体の構造を示す概要図である。
図2に示すように、種結晶保持体30は、Al透過防止膜(第1のAl透過防止膜)350を有する種結晶支持部材300と、種結晶保持部材310とを備え、種結晶保持部材310の原料溶液側の面にSiC種結晶80が貼付できる。
ここで、「Al透過防止膜」とは、再凝集したAlがその膜を抜けて(透過して)、種結晶保持体の表面に達するのを防止する機能を有する膜である。
種結晶保持体30は、SiC種結晶80を保持する構造であれば、特に限定はないが、円筒棒状の部材を用いることが多いので一般には種結晶支持棒又は単に支持棒と呼ばれることがある。
図2に示す種結晶保持体30では、種結晶支持部材300と種結晶保持部材310とが別体のものの連結体としたが、それらが一体の構成であってもよい。
(Seed crystal holder)
FIG. 2 is a schematic view showing the structure of the seed crystal holder according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the seed crystal holding body 30 includes a seed crystal support member 300 having an Al permeation prevention film (first Al permeation prevention film) 350 and a seed crystal holding member 310, and includes a seed crystal holding member. SiC seed crystal 80 can be attached to the surface of 310 on the raw material solution side.
Here, the “Al permeation preventive film” is a film having a function of preventing re-aggregated Al from passing through (transmitting through) the film and reaching the surface of the seed crystal holder.
The seed crystal holding body 30 is not particularly limited as long as the seed crystal holding body 30 holds the SiC seed crystal 80. However, since it is often a cylindrical bar-like member, it is generally called a seed crystal support bar or simply a support bar. .
In the seed crystal holding body 30 shown in FIG. 2, the seed crystal support member 300 and the seed crystal holding member 310 are separately connected bodies, but they may be integrated.

(種結晶支持部材)
種結晶支持部材300は、母材部330とAl透過防止膜(第1のAl透過防止膜)350とを有し、結晶成長時にはSiC種結晶80を原料溶液70に適切な位置で接触させることができるように長手方向に移動可能となっている。
(Seed crystal support member)
The seed crystal support member 300 includes a base material portion 330 and an Al permeation preventive film (first Al permeation preventive film) 350, and the SiC seed crystal 80 is brought into contact with the raw material solution 70 at an appropriate position during crystal growth. It is possible to move in the longitudinal direction so that

「Al透過防止膜の位置」
種結晶支持部材300はAl透過防止膜350を有するが、Al透過防止膜350は種結晶支持部材300の全部に設けられていてもよく、一部に設けられていてもよい。一部に設けられている場合は、劣化や変形などにつながる程度の炭化アルミニウムを形成し得る範囲にAl透過防止膜350があれば足りる。
"Position of Al permeation prevention film"
Although the seed crystal support member 300 includes the Al permeation preventive film 350, the Al permeation preventive film 350 may be provided on all or part of the seed crystal support member 300. In the case where the Al permeation preventive film 350 is provided in part, it is sufficient if the Al permeation preventive film 350 is within a range where aluminum carbide can be formed to such a degree as to cause deterioration or deformation.

種結晶支持部材300の一部にAl透過防止膜350が設けられている場合には、種結晶支持部材300のうち、SiC単結晶成長中にAlの融点(約660℃)以上でかつSiの融点(約1414℃)以下に加熱される部位(以下、特定温度部位と呼称する)に、Al透過防止膜350が設けられていることが好ましい。種結晶支持部材300の特定温度部位では、SiC単結晶成長中にAlガスが再凝集しやすい。
特定温度部位にAl透過防止膜350が設けられていることにより、再凝集したAlと種結晶支持部材300中のCとが反応して炭化アルミニウムが形成されることを防ぐことが可能となり、Alの再凝集に起因する種結晶保持体30(種結晶支持部材300)の破断を防止することが可能である。
In the case where the Al permeation preventive film 350 is provided on a part of the seed crystal support member 300, among the seed crystal support member 300, during the growth of the SiC single crystal, the Al melting point (about 660 ° C.) or higher and Si It is preferable that an Al permeation preventive film 350 is provided in a portion heated to a melting point (about 1414 ° C.) or lower (hereinafter referred to as a specific temperature portion). In the specific temperature region of the seed crystal support member 300, the Al gas tends to re-aggregate during the growth of the SiC single crystal.
By providing the Al permeation preventive film 350 at a specific temperature site, it becomes possible to prevent the reaggregated Al from reacting with C in the seed crystal support member 300 to form aluminum carbide, and Al It is possible to prevent the seed crystal holding body 30 (seed crystal support member 300) from being broken due to the re-aggregation.

事前に特定温度部位の位置を確認することができない場合などは、結晶成長中(原料溶液70の液面にSiC種結晶80が接触した状態)において、原料溶液70の液面より上方50mmの位置から坩堝10の上端部400より上方60mmの位置に相当する範囲に保持される種結晶支持部材300をAl透過防止膜350で被覆することが好ましい。   When the position of the specific temperature region cannot be confirmed in advance, the position 50 mm above the liquid surface of the raw material solution 70 during crystal growth (in the state where the SiC seed crystal 80 is in contact with the liquid surface of the raw material solution 70). It is preferable to cover the seed crystal support member 300 held in a range corresponding to a position 60 mm above the upper end 400 of the crucible 10 with an Al permeation prevention film 350.

従来技術のように、種結晶支持部材300にAl透過防止膜350が設けられていないと、原料溶液70から蒸発したAlが種結晶支持部材300の母材に再凝集し、該母材に含まれるCがAlと反応し、Alの再凝集部位で炭化アルミニウムが形成される場合がある。炭化アルミニウムが形成されると、炭化アルミニウムと種結晶支持部材300の母材との間の密度差などが原因となり、種結晶支持部材300に亀裂が生じるなどして変形を生じ、最終的には破断してしまう場合がある。   If the Al permeation preventive film 350 is not provided on the seed crystal support member 300 as in the prior art, the Al evaporated from the raw material solution 70 re-aggregates in the base material of the seed crystal support member 300 and is contained in the base material. C reacts with Al, and aluminum carbide may be formed at the reaggregation site of Al. When aluminum carbide is formed, due to the density difference between the aluminum carbide and the base material of the seed crystal support member 300, the seed crystal support member 300 is deformed due to cracks and the like. It may break.

種結晶支持部材300が破断すると、破断した種結晶支持部材300や種結晶支持部材300よりも坩堝10側に設けられている種結晶保持部材310が、原料溶液70中に落下してしまうため好ましくない。また、種結晶支持部材300が変形すると、SiC単結晶製造時の温度分布に変化が生じてしまうのみならず、坩堝内壁とSiC単結晶が接触し、SiC単結晶の割れなどが生じてしまうなど好ましくない。さらに種結晶保持体が破断した場合には、SiC種結晶80が落下してしまい、種結晶及び成長結晶が利用できなくなってしまうため、好ましくない。   When the seed crystal support member 300 is broken, the broken seed crystal support member 300 or the seed crystal holding member 310 provided closer to the crucible 10 than the seed crystal support member 300 falls into the raw material solution 70, which is preferable. Absent. Further, when the seed crystal support member 300 is deformed, not only the temperature distribution during the production of the SiC single crystal is changed, but also the inner wall of the crucible and the SiC single crystal are in contact with each other, and the SiC single crystal is cracked. It is not preferable. Further, when the seed crystal holder is broken, the SiC seed crystal 80 falls and the seed crystal and the grown crystal cannot be used, which is not preferable.

「Al透過防止膜の材料」
Al透過防止膜350に用いられる材料はAl透過防止効果を奏する限り、特に限定されないが、できるだけ高融点を有する材料を用いることが好ましい。Al透過防止膜350の材料の融点が低いと、SiC単結晶成長中にAl透過防止膜350が容易に溶融及び劣化することにより、母材である種結晶支持部材300が露出し、再凝集したAlと母材のCとが結合し炭化アルミニウムが形成されてしまう。これにより、種結晶支持部材300が破断してしまう場合があるため、好ましくない。
また、Al透過防止効果を奏するためには、Al透過防止膜350に用いられる材料Al原子が膜中を通りにくい材料、例えば、緻密な膜になる材料が好ましい。
“Al Permeation Prevention Material”
The material used for the Al permeation preventive film 350 is not particularly limited as long as it has an Al permeation preventive effect, but it is preferable to use a material having a high melting point as much as possible. When the melting point of the material of the Al permeation preventive film 350 is low, the Al permeation preventive film 350 is easily melted and deteriorated during the growth of the SiC single crystal, so that the seed crystal support member 300 as a base material is exposed and re-aggregated. Al and the base material C combine to form aluminum carbide. This is not preferable because the seed crystal support member 300 may break.
In order to achieve the Al permeation preventive effect, the material used for the Al permeation preventive film 350 is preferably a material in which Al atoms hardly pass through the film, for example, a material that becomes a dense film.

高融点を有するとの条件を充足するために、Al透過防止膜350は、Si,SiC,W,Ta,Moからなる群から選択された何れか1以上の材料からなることが好ましい。これらの材料の中でも、Al透過防止機能や経済性などを鑑みると、Siが特に好ましい。   In order to satisfy the condition of having a high melting point, the Al permeation preventive film 350 is preferably made of any one or more materials selected from the group consisting of Si, SiC, W, Ta, and Mo. Among these materials, Si is particularly preferable in view of the Al permeation preventing function and economy.

「Al透過防止膜の膜厚」
Al透過防止膜350の膜厚は特に限定されないが、10μm〜1mmであることが好ましい。Al透過防止膜350の膜厚が10μm未満であると、Al透過防止膜350のAl透過防止効果が十分ではなく、再凝集したAlと種結晶支持部材300の母材中のCとが結合し、炭化アルミニウムが形成される場合があるため好ましくない。Al透過防止膜350の膜厚が1mm超であると、Al透過防止膜350のAl透過防止効果が飽和することに加え、付着量が過剰であることに起因してAl透過防止膜350の一部に割れが生じたり剥離する場合があり、Al透過防止膜としての緻密性が損なわれるため好ましくない。
"Thickness of Al permeation prevention film"
The thickness of the Al permeation preventive film 350 is not particularly limited, but is preferably 10 μm to 1 mm. If the thickness of the Al permeation preventive film 350 is less than 10 μm, the Al permeation preventive effect of the Al permeation preventive film 350 is not sufficient, and the reaggregated Al and C in the base material of the seed crystal support member 300 are combined. Since aluminum carbide may be formed, it is not preferable. If the film thickness of the Al permeation preventive film 350 exceeds 1 mm, the Al permeation preventive effect of the Al permeation preventive film 350 is saturated, and the amount of adhesion is excessive. Since cracks may be generated or peeled off at the portion, the denseness as the Al permeation preventive film is impaired.

「Al透過防止膜の形成方法」
種結晶支持部材300表面へのAl透過防止膜350の形成方法は特に限定されない。形成方法は、Al透過防止膜350の原料の溶液へ(Al透過防止膜350を有さない)種結晶支持部材300を浸漬する方法や、Al透過防止膜350の原料を加熱し蒸気を発生させ、該蒸気に種結晶支持部材300を曝す方法や、CVDコーティングを用いる方法等が例として挙げられる。これらの形成方法によって形成したAl透過防止膜は、Al透過防止融液ディップ膜、Al透過防止蒸着膜、あるいは、Al透過防止CVD膜と言える。
"Method of forming Al permeation preventive film"
The method for forming the Al permeation preventive film 350 on the surface of the seed crystal support member 300 is not particularly limited. The formation method includes a method of immersing the seed crystal support member 300 in a raw material solution of the Al permeation prevention film 350 (without the Al permeation prevention film 350), or heating the raw material of the Al permeation prevention film 350 to generate steam. Examples include a method of exposing the seed crystal support member 300 to the vapor, a method of using CVD coating, and the like. The Al permeation prevention film formed by these forming methods can be said to be an Al permeation prevention melt dip film, an Al permeation prevention vapor deposition film, or an Al permeation prevention CVD film.

上述の方法で表面にAl透過防止膜350を形成した種結晶支持部材300をそのまま用いてもよいが、表面にAl透過防止膜350を形成した種結晶支持部材300を、Al透過防止膜350を形成していない種結晶支持部材300(接合後に母材部330となる部位)と接合して、種結晶支持部材300として用いてもよい。
図1や図2に示した種結晶支持部材300は、表面にAl透過防止膜350を形成した種結晶支持部材300の長手方向両端部それぞれに、Al透過防止膜350を形成していない種結晶支持部材300を任意の方法で接合することにより形成されている。
Although the seed crystal support member 300 having the Al permeation preventive film 350 formed on the surface by the above-described method may be used as it is, the seed crystal support member 300 having the Al permeation preventive film 350 formed on the surface is used as the Al permeation preventive film 350. It may be used as seed crystal support member 300 by joining to seed crystal support member 300 that is not formed (site that becomes base material portion 330 after joining).
The seed crystal support member 300 shown in FIGS. 1 and 2 is a seed crystal in which the Al permeation preventive film 350 is not formed on each of both ends in the longitudinal direction of the seed crystal support member 300 having the Al permeation preventive film 350 formed on the surface. It is formed by joining the support member 300 by an arbitrary method.

種結晶支持部材300のうち、Al透過防止膜350が形成されていない部位が、母材部330である。母材部330では種結晶支持部材300の母材が露出していることを原則とするが、Al透過防止膜以外の被膜が形成されていてもよい。   Of the seed crystal support member 300, a portion where the Al permeation preventive film 350 is not formed is the base material portion 330. In principle, the base material portion 330 exposes the base material of the seed crystal support member 300, but a coating other than the Al permeation prevention film may be formed.

(種結晶保持部材)
種結晶保持部材310は、長手方向の一端面で種結晶支持部材300の坩堝10側の先端面に取り付けられており、長手方向の他端面でSiC種結晶80を保持する。
種結晶保持部材310を種結晶支持部材300へ取り付ける方法や、種結晶保持部材310によるSiC種結晶80の保持方法は特に限定されない。また、種結晶保持部材310の形状も特に限定されない。
(Seed crystal holding member)
The seed crystal holding member 310 is attached to the front end surface on the crucible 10 side of the seed crystal support member 300 at one end surface in the longitudinal direction, and holds the SiC seed crystal 80 at the other end surface in the longitudinal direction.
The method for attaching the seed crystal holding member 310 to the seed crystal support member 300 and the method for holding the SiC seed crystal 80 by the seed crystal holding member 310 are not particularly limited. Further, the shape of seed crystal holding member 310 is not particularly limited.

(SiC種結晶)
SiC種結晶80としては、例えば昇華法により作製されたものであり、表面研磨されているウエハを利用することができる。SiC種結晶80の形状は、円板形状、六角形平板形状、四角形平板形状等の板状でも、立方体状でもよいが、板状が好ましい。また、その大きさは、例えば円板形状であれば、直径0.1cm以上が好ましく、0.5cm以上がより好ましく、1cm以上がさらに好ましい。直径の好ましい上限は特に制限されるものでなく、結晶成長装置の容量に合わせて調整すればよく、例えば10cmでも構わない。
(SiC seed crystal)
As the SiC seed crystal 80, for example, a wafer manufactured by a sublimation method and having a surface polished can be used. The shape of the SiC seed crystal 80 may be a plate shape such as a disc shape, a hexagonal flat plate shape, or a quadrangular flat plate shape, or a cubic shape, but a plate shape is preferable. Moreover, if the magnitude | size is a disk shape, for example, a diameter of 0.1 cm or more is preferable, 0.5 cm or more is more preferable, and 1 cm or more is further more preferable. A preferable upper limit of the diameter is not particularly limited, and may be adjusted according to the capacity of the crystal growth apparatus, and may be, for example, 10 cm.

SiC種結晶80の結晶構造は、目的とするSiC単結晶の多形の種類に合わせて適宜選択でき、例えば2H型、3C型、4H型、6H型等を用いることができる。例えば、2H型のSiC単結晶を得ようとする場合には、2H型のSiC種結晶80を用いることが好ましい。なお、本実施形態においては、SiC種結晶80として、気相法等で作製された4H型のSiC種結晶80(4H−SiC単結晶ウエハ)を用いることが好ましい。   The crystal structure of the SiC seed crystal 80 can be appropriately selected in accordance with the type of polymorph of the target SiC single crystal, and for example, 2H type, 3C type, 4H type, 6H type and the like can be used. For example, in order to obtain a 2H type SiC single crystal, it is preferable to use a 2H type SiC seed crystal 80. In the present embodiment, it is preferable to use 4H-type SiC seed crystal 80 (4H—SiC single crystal wafer) manufactured by a vapor phase method or the like as SiC seed crystal 80.

SiC単結晶(不図示)はSiとCとが層状に積層した構造であるため、SiC種結晶80は、結晶表面にCが並んだC面が露出しているものと、Siが並んだSi面が露出しているものとが存在する。本実施形態において、どちらのSiC種結晶80も使用可能であるが、C面から結晶育成を開始することで、より表面モフォロジーの良好な結晶を作製することができる。   Since the SiC single crystal (not shown) has a structure in which Si and C are laminated in layers, the SiC seed crystal 80 has an exposed C surface where C is aligned on the crystal surface, and Si where Si is aligned. Some have exposed surfaces. In the present embodiment, either SiC seed crystal 80 can be used, but a crystal with better surface morphology can be produced by starting crystal growth from the C plane.

また、本実施形態において、SiC種結晶80の成長面としては、通常であれば(0001)面(C極性およびSi極性のオンアクシス(on−axis)面)を用いるが、(0001)面から傾いた面(C極性およびSi極性のオフアクシス(off−axis)面)を用いてもよい。   In the present embodiment, as a growth surface of the SiC seed crystal 80, a (0001) plane (C-polarity and Si-polar on-axis plane) is normally used, but from the (0001) plane, An inclined plane (C-polar and Si-polar off-axis plane) may be used.

(断熱材)
断熱材40は、保温のために、原料溶液70が充填された坩堝10及びSiC種結晶80を保持する種結晶保持体30を覆う。断熱材40は、所望の保温が実現できれば、特に素材等は限定されない。
(Insulation material)
The heat insulating material 40 covers the crucible 10 filled with the raw material solution 70 and the seed crystal holding body 30 holding the SiC seed crystal 80 for heat insulation. The material of the heat insulating material 40 is not particularly limited as long as desired heat insulation can be realized.

(石英管)
石英管50は、原料溶液70が充填された坩堝10及びSiC種結晶80を保持する種結晶保持体30を覆っている断熱材40と、加熱手段20とを電気的に絶縁している。
(Quartz tube)
The quartz tube 50 electrically insulates the heating means 20 from the heat insulating material 40 that covers the crucible 10 filled with the raw material solution 70 and the seed crystal holder 30 that holds the SiC seed crystal 80.

(密閉容器本体)
密閉容器本体90は、坩堝10、加熱手段20、種結晶保持体30、断熱材40、石英管50を内部に収容する。密閉容器本体90内外でガスを出入りさせるために、密閉容器本体90に不活性ガスの導入口(不図示)やガス排気口(不図示)を設けてもよい。
密閉容器本体90の素材は特に限定されないが、例えばステンレスが挙げられる。
(Sealed container body)
The sealed container main body 90 accommodates the crucible 10, the heating means 20, the seed crystal holder 30, the heat insulating material 40, and the quartz tube 50 therein. In order to allow gas to enter and exit from the inside and outside of the sealed container body 90, an inert gas inlet (not shown) and a gas exhaust port (not shown) may be provided in the sealed container body 90.
Although the raw material of the airtight container main body 90 is not specifically limited, For example, stainless steel is mentioned.

(上部シャフト)
上部シャフト150は、種結晶保持体30(母材部330)と接続されており、密閉容器本体90を貫くように設けられている。
上部シャフト150と種結晶保持体30(母材部330)とは、両者の軸が一致するように接続される。接続には接着剤などによる接着でも良いし、ネジ構造を形成するなどして機械的に保持しても良い。
上部シャフト150は、密閉容器本体90との間に間隙を有さない態様で密閉容器本体90を貫いており、回転や昇降する機能を備えている。上部シャフト150と密閉容器本体90の接続部は、Oリングシールや磁気シールなどの任意のシール構造(不図示)を用いて気密構造を保てる。これにより、密閉容器本体90の内部を所望の雰囲気に保つことができる。
(Upper shaft)
The upper shaft 150 is connected to the seed crystal holding body 30 (base material part 330), and is provided so as to penetrate the sealed container main body 90.
The upper shaft 150 and the seed crystal holding body 30 (base material part 330) are connected so that their axes coincide. The connection may be performed by bonding with an adhesive or the like, or may be mechanically held by forming a screw structure.
The upper shaft 150 penetrates the sealed container main body 90 in a form having no gap with the sealed container main body 90, and has a function of rotating and moving up and down. The connection portion between the upper shaft 150 and the sealed container body 90 can maintain an airtight structure by using an arbitrary seal structure (not shown) such as an O-ring seal or a magnetic seal. Thereby, the inside of the airtight container main body 90 can be maintained in a desired atmosphere.

(下部シャフト)
下部シャフト160は、密閉容器本体90を貫くように設けられており、原料溶液70を含む坩堝10や断熱材40を保持するとともに、回転や昇降する機能を備えている。下部シャフト160に関するその他の点は特に限定されない。
下部シャフト160は、上部シャフト150と同様に、密閉容器本体90との間に間隙を有さない態様で密閉容器本体90を貫いている。これにより、密閉容器本体90の内部を所望の雰囲気に保つことができる。
(Lower shaft)
The lower shaft 160 is provided so as to penetrate the sealed container main body 90, and has a function of rotating and moving up and down while holding the crucible 10 including the raw material solution 70 and the heat insulating material 40. Other points regarding the lower shaft 160 are not particularly limited.
Similar to the upper shaft 150, the lower shaft 160 penetrates the sealed container body 90 in a manner that there is no gap between the lower shaft 160 and the lower shaft 160. Thereby, the inside of the airtight container main body 90 can be maintained in a desired atmosphere.

上部シャフト150及び下部シャフト160は、中空部材であってもよいし、中実部材であってもよい。上部シャフト150及び/又は下部シャフト160が中空部材の場合は、密閉容器本体90の外側に位置する一端を、石英ガラス等の封止部材(不図示)で封止してもよい。
上部シャフト150及び下部シャフト160の素材は特に限定されないが、例えばステンレスが挙げられる。
The upper shaft 150 and the lower shaft 160 may be hollow members or solid members. When the upper shaft 150 and / or the lower shaft 160 are hollow members, one end located outside the sealed container main body 90 may be sealed with a sealing member (not shown) such as quartz glass.
The material of the upper shaft 150 and the lower shaft 160 is not particularly limited, and examples thereof include stainless steel.

(温度測定装置)
温度測定装置60は任意の数だけ設けられ、坩堝10や種結晶保持体30などの任意の部位の温度を測定する。図1に示した例では、温度測定装置60として放射温度計を用い、合計で2つの放射温度計60が設けられており、種結晶保持体30の上方に設けられた放射温度計60は種結晶保持部材310付近の温度を測定し、断熱材40の下方に設けられた放射温度計60は坩堝10の外底底面の温度を測定している。
温度の測定方法は特に限定されず、温度測定装置としては、放射温度計や熱電対等を用いることができる。
(Temperature measuring device)
An arbitrary number of temperature measuring devices 60 are provided, and measure the temperature of arbitrary parts such as the crucible 10 and the seed crystal holder 30. In the example shown in FIG. 1, a radiation thermometer is used as the temperature measuring device 60, and two radiation thermometers 60 are provided in total, and the radiation thermometer 60 provided above the seed crystal holder 30 is a seed. A temperature near the crystal holding member 310 is measured, and a radiation thermometer 60 provided below the heat insulating material 40 measures the temperature of the bottom bottom of the crucible 10.
The temperature measurement method is not particularly limited, and a radiation thermometer, a thermocouple, or the like can be used as the temperature measurement device.

[SiC単結晶の製造方法]
次に、本実施形態に係るSiC単結晶の製造方法について説明する。
本実施形態に係るSiC単結晶の製造方法は、溶液法(溶液成長法)により、SiC単結晶を製造する方法である。ここで、「溶液法」あるいは「溶液成長法」とは、SiC種結晶を原料溶液に接触させてSiC種結晶上にSiC単結晶を成長させていく方法である。
本実施形態に係るSiC単結晶の製造方法は、公知の製造法を用いることができ、例えば、結晶育成準備を行う準備工程、原料溶液を生成する生成工程、SiC種結晶表面に残留している不純物や変質層を除去するメルトバック工程、及び、SiC単結晶を育成する成長工程を備える。
[Method for producing SiC single crystal]
Next, the manufacturing method of the SiC single crystal according to the present embodiment will be described.
The method for producing an SiC single crystal according to the present embodiment is a method for producing an SiC single crystal by a solution method (solution growth method). Here, the “solution method” or “solution growth method” is a method in which a SiC single crystal is grown on a SiC seed crystal by bringing the SiC seed crystal into contact with a raw material solution.
The manufacturing method of the SiC single crystal according to the present embodiment can use a known manufacturing method, for example, a preparation step for preparing crystal growth, a generation step for generating a raw material solution, and a surface remaining on the surface of the SiC seed crystal. A meltback process for removing impurities and a deteriorated layer, and a growth process for growing a SiC single crystal are provided.

(準備工程)
まず、坩堝10に原料を充填し、種結晶保持部材310の下方端面に保持されたSiC種結晶80を、原料の液面から上方に離間して配置する。
ここで、種結晶保持部材310がSiC種結晶80を保持する方法は特に限定されないが、種結晶保持部材310とSiC種結晶80との間に接着剤を介在させて保持させる方法が例として挙げられる。また、種結晶保持部材310に保持構造(不図示)を設け、保持構造(不図示)によってSiC種結晶80を保持してもよい。ただし、保持構造(不図示)は、種結晶保持部材310に熱的に接触し、かつ、SiC種結晶80における結晶成長を阻害しないように設けられていることが好ましい。
(Preparation process)
First, the crucible 10 is filled with the raw material, and the SiC seed crystal 80 held on the lower end face of the seed crystal holding member 310 is disposed away from the liquid surface of the raw material.
Here, the method for holding the SiC seed crystal 80 by the seed crystal holding member 310 is not particularly limited, but an example is a method of holding the seed crystal holding member 310 and the SiC seed crystal 80 with an adhesive interposed therebetween. It is done. Alternatively, the seed crystal holding member 310 may be provided with a holding structure (not shown), and the SiC seed crystal 80 may be held by the holding structure (not shown). However, the holding structure (not shown) is preferably provided so as to be in thermal contact with the seed crystal holding member 310 and not to inhibit crystal growth in the SiC seed crystal 80.

(生成工程)
次に、原料溶液70を生成する。つまり、坩堝10内にSi,C及びAlを含む原料溶液70を準備する。
加熱手段20により、坩堝10内の原料を2000℃以上に加熱する。坩堝10が黒鉛からなる場合、坩堝10を加熱すると、坩堝10からCが融液に溶け込み、原料溶液70が生成される。坩堝10のCが原料溶液70に溶け込むと、原料溶液70内のC濃度は飽和濃度に近づく。坩堝10がC供給源として利用できない場合、原料溶液70の原料はCを含有するものを用いる。
(Generation process)
Next, the raw material solution 70 is produced | generated. That is, a raw material solution 70 containing Si, C and Al is prepared in the crucible 10.
The raw material in the crucible 10 is heated to 2000 ° C. or higher by the heating means 20. When the crucible 10 is made of graphite, when the crucible 10 is heated, C dissolves in the melt from the crucible 10 and a raw material solution 70 is generated. When C in the crucible 10 is dissolved in the raw material solution 70, the C concentration in the raw material solution 70 approaches the saturated concentration. When the crucible 10 cannot be used as a C supply source, a material containing C is used as the raw material of the raw material solution 70.

(メルトバック工程)
次に、種結晶保持体30に保持されたSiC種結晶80を原料溶液70に接触させて、SiC種結晶80をメルトバックする。メルトバックの方法は特に限定されず、製造するSiC単結晶のサイズや原料溶液70中のSi,C,Alの組成比等に応じて適宜定めることができる。
(Meltback process)
Next, SiC seed crystal 80 held on seed crystal holder 30 is brought into contact with raw material solution 70 to melt back SiC seed crystal 80. The method of meltback is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the size of the SiC single crystal to be produced, the composition ratio of Si, C, Al in the raw material solution 70, and the like.

(成長工程)
次に、種結晶保持体30に保持されたSiC種結晶80上にSiC単結晶を成長させる。具体的には、以下のとおりである。
(Growth process)
Next, an SiC single crystal is grown on SiC seed crystal 80 held on seed crystal holder 30. Specifically, it is as follows.

まず、結晶成長温度において原料溶液70のC濃度を飽和させた状態で、原料溶液70におけるSiC種結晶80の近傍を冷却して、溶液中のCを過飽和状態にする。つまり、原料溶液70におけるSiC種結晶80の近傍部分のCが過飽和となったときには、SiC種結晶80のメルトバックは終了している。   First, in the state where the C concentration of the raw material solution 70 is saturated at the crystal growth temperature, the vicinity of the SiC seed crystal 80 in the raw material solution 70 is cooled to bring the C in the solution into a supersaturated state. That is, when C in the vicinity of the SiC seed crystal 80 in the raw material solution 70 becomes supersaturated, the meltback of the SiC seed crystal 80 is completed.

原料溶液70におけるSiC種結晶80の近傍を冷却するとき、原料溶液70のうちSiC種結晶80の直下の温度勾配は、SiC種結晶表面から坩堝底面に向かって0℃/cmよりも大きく、且つ、19℃/cm以下である。温度勾配が0℃/cmでは、結晶成長が始まらない。温度勾配が19℃/cmを超えると、過飽和度が大きくなりすぎる。そのため、テラス上に島状成長が生じてしまい、ステップフロー成長が阻害される。その結果、表面荒れが大きくなりボイドや溶媒の巻き込み等の欠陥が生じる可能性があり、好ましくない。温度勾配の上限は、好ましくは、5℃/cmである。   When the vicinity of the SiC seed crystal 80 in the raw material solution 70 is cooled, the temperature gradient immediately below the SiC seed crystal 80 in the raw material solution 70 is larger than 0 ° C./cm from the SiC seed crystal surface toward the crucible bottom, and 19 ° C./cm or less. When the temperature gradient is 0 ° C./cm, crystal growth does not start. When the temperature gradient exceeds 19 ° C./cm, the degree of supersaturation becomes too large. Therefore, island growth occurs on the terrace, and step flow growth is hindered. As a result, surface roughness increases and defects such as voids and solvent entrainment may occur, which is not preferable. The upper limit of the temperature gradient is preferably 5 ° C./cm.

原料溶液70におけるSiC種結晶80の近傍を冷却する方法は、特に限定されない。例えば、加熱手段20を制御して、原料溶液70におけるSiC種結晶80の近傍領域の温度を他の領域の温度よりも低くする。または、原料溶液70におけるSiC種結晶80の近傍を冷媒により冷却してもよい。   The method for cooling the vicinity of the SiC seed crystal 80 in the raw material solution 70 is not particularly limited. For example, the heating means 20 is controlled so that the temperature in the region near the SiC seed crystal 80 in the raw material solution 70 is lower than the temperature in other regions. Alternatively, the vicinity of the SiC seed crystal 80 in the raw material solution 70 may be cooled by a refrigerant.

原料溶液70におけるSiC種結晶80の近傍領域のSiCを過飽和状態にしたまま、SiC種結晶80と原料溶液70(坩堝10)とを回転する。種結晶支持部材300に接続する上部シャフト150を回転することにより、SiC種結晶80が回転する。また、下部シャフト160を回転することにより、坩堝10が回転する。SiC種結晶80の回転方向は、坩堝10の回転方向と逆方向でも良いし、同じ方向でも良い。回転速度は、一定であっても良いし、変動しても良い。種結晶支持部材300と接続する上部シャフト150と、坩堝10と接続する下部シャフト160は、回転しながら、任意の速度で上昇あるいは下降しても良い。このとき、原料溶液70に接触しているSiC種結晶80上に、SiC単結晶が成長する。なお、種結晶支持部材300と接続する上部シャフト150と、坩堝10と接続する下部シャフト160は、上昇せずに回転しても良いし、上昇も回転もしなくても良い。
その回転数は、例えば2〜300rpm程度の範囲で一定にしてもよく、周期的に変化させてもよい。
The SiC seed crystal 80 and the raw material solution 70 (the crucible 10) are rotated while SiC in a region near the SiC seed crystal 80 in the raw material solution 70 is in a supersaturated state. By rotating the upper shaft 150 connected to the seed crystal support member 300, the SiC seed crystal 80 rotates. Moreover, the crucible 10 rotates by rotating the lower shaft 160. The rotation direction of SiC seed crystal 80 may be the opposite direction to the rotation direction of crucible 10 or the same direction. The rotation speed may be constant or may vary. The upper shaft 150 connected to the seed crystal support member 300 and the lower shaft 160 connected to the crucible 10 may be raised or lowered at an arbitrary speed while rotating. At this time, a SiC single crystal grows on the SiC seed crystal 80 in contact with the raw material solution 70. Note that the upper shaft 150 connected to the seed crystal support member 300 and the lower shaft 160 connected to the crucible 10 may rotate without being raised, and may not be raised or rotated.
The rotation speed may be constant, for example, in the range of about 2 to 300 rpm, or may be changed periodically.

成長工程に要する時間は特に制限されないが、例えば50時間〜100時間程度が挙げられる。   The time required for the growth step is not particularly limited, and examples include about 50 hours to 100 hours.

上述したように、本実施形態で用いる原料溶液70は、Si,C及びAlからなり、CrやTiなどの遷移金属元素を原料溶液70に添加しない。   As described above, the raw material solution 70 used in the present embodiment is made of Si, C, and Al, and no transition metal element such as Cr or Ti is added to the raw material solution 70.

一般的な溶液成長法では、成長工程で原料溶液を1800℃〜2200℃に加熱するが、原料溶液70に対するCの溶解度を高めるため、本実施形態の成長工程では、加熱手段20によって原料溶液70を2000℃〜2500℃程度に加熱する。   In a general solution growth method, the raw material solution is heated to 1800 ° C. to 2200 ° C. in the growth step. However, in order to increase the solubility of C in the raw material solution 70, in the growth step of this embodiment, the raw material solution 70 is heated by the heating means 20. Is heated to about 2000 ° C to 2500 ° C.

成長工程で原料溶液70を2000℃〜2500℃程度に加熱することにより、原料溶液70中のSiやAlが蒸発する。原料溶液70から蒸発したSiやAlは、坩堝10内を上昇する。   By heating the raw material solution 70 to about 2000 ° C. to 2500 ° C. in the growth process, Si and Al in the raw material solution 70 are evaporated. Si or Al evaporated from the raw material solution 70 rises in the crucible 10.

同様にして、加熱手段20による加熱により種結晶保持体30も加熱される。加熱された種結晶保持体30のうち、温度がAlの融点以上かつSiの融点以下である特定温度部位には、Alが再凝集する。   Similarly, the seed crystal holder 30 is also heated by the heating means 20. In the heated seed crystal holding body 30, Al reaggregates at a specific temperature portion where the temperature is higher than the melting point of Al and lower than the melting point of Si.

種結晶保持体30の特定温度部位の周囲の蒸気は、Alを多く含んでいる。特に、温度が1100℃〜1300℃である蒸気は、Alを多く含んでいる。そのため、特定温度部位ではAlあるいはAlを多く含んだSiAlの再凝集が生じる。
一方、種結晶保持体30の特定温度部位よりも坩堝10側の部位の周囲の蒸気や、坩堝10内の蒸気は、Siを多く含んでいる。
The vapor around the specific temperature region of the seed crystal holder 30 contains a large amount of Al. In particular, steam having a temperature of 1100 ° C. to 1300 ° C. contains a large amount of Al. Therefore, reaggregation of Al or SiAl containing a large amount of Al occurs at a specific temperature region.
On the other hand, the steam around the part closer to the crucible 10 than the specific temperature part of the seed crystal holder 30 and the steam in the crucible 10 contain a large amount of Si.

なお、種結晶保持体30は、種結晶支持部材300と種結晶保持部材310とを備えるが、図5に示した温度分布との関係から、Alは種結晶支持部材300の特定温度部位で再凝集することが多い。種結晶保持部材310は原料溶液70表面と近い距離にあるため、温度が比較的高温であり、Alの再凝集は生じにくい。また、種結晶支持部材300の特定温度部位よりも原料溶液70側の部位では、Alを含んだ蒸気が周囲に存在するが、蒸気はより上方へ飛散するため、種結晶支持部材300の特定温度部位よりも原料溶液70側の部位への再凝集は生じにくい。   The seed crystal holding body 30 includes a seed crystal support member 300 and a seed crystal support member 310, but Al is regenerated at a specific temperature portion of the seed crystal support member 300 from the relationship with the temperature distribution shown in FIG. Often aggregates. Since the seed crystal holding member 310 is at a distance close to the surface of the raw material solution 70, the temperature is relatively high and Al re-aggregation hardly occurs. In addition, in the part closer to the raw material solution 70 than the specific temperature part of the seed crystal support member 300, vapor containing Al is present in the surroundings, but the vapor scatters further upward, so that the specific temperature of the seed crystal support member 300 is increased. Reaggregation to a site closer to the raw material solution 70 than the site hardly occurs.

ここで、本実施形態の種結晶保持体30(種結晶支持部材300)はAl透過防止膜350を有する。これにより、再凝集したAlが種結晶保持体30(種結晶支持部材300)の母材と直接接触することを防ぐことができ、破断の原因となる炭化アルミニウムの形成を防止することができる。
上述の通り、Al透過防止膜350は種結晶保持体30(種結晶支持部材300)の特定温度部位に設けられていることが好ましい。Al透過防止膜350は、SiC単結晶の製造時に、温度が1100℃〜1300℃に加熱される種結晶保持体30(種結晶支持部材300)の部位に設けられていることがより好ましい。
Here, the seed crystal holding body 30 (seed crystal support member 300) of the present embodiment has an Al permeation preventive film 350. As a result, the re-aggregated Al can be prevented from coming into direct contact with the base material of the seed crystal holding body 30 (seed crystal support member 300), and the formation of aluminum carbide that causes breakage can be prevented.
As described above, the Al permeation preventive film 350 is preferably provided at a specific temperature portion of the seed crystal holder 30 (seed crystal support member 300). More preferably, the Al permeation preventive film 350 is provided at a site of the seed crystal holding body 30 (seed crystal support member 300) that is heated to 1100 ° C. to 1300 ° C. during the production of the SiC single crystal.

[SiC単結晶]
本発明のSiC単結晶の製造方法によっては、SiC種結晶の結晶多形(ポリタイプ)の選択により、種々の結晶多形、例えば2H型、3C型、4H型、6H型等のSiC単結晶を得ることができる。これらの中でも、電力制御用デバイス基板等に好適に用いることができることから、本実施形態のSiC単結晶は4H型のSiC単結晶であることが好ましい。
[SiC single crystal]
Depending on the method for producing the SiC single crystal of the present invention, various crystal polymorphisms such as 2H, 3C, 4H, and 6H SiC single crystals can be selected by selecting the crystal polymorph (polytype) of the SiC seed crystal. Can be obtained. Among these, since it can be suitably used for a power control device substrate or the like, the SiC single crystal of the present embodiment is preferably a 4H type SiC single crystal.

本発明のSiC単結晶の製造方法によって製造されるSiC単結晶は、遷移金属元素を含有しない原料溶液70を用いて製造される。そのため、得られるSiC単結晶は、Cr,Ti,Fe,Ni,Mo,Mnなどの遷移金属元素を含有しない。ただし、「遷移金属元素を含有しない」とは、製造工程において坩堝10などから不可避的に混入する遷移金属元素は除かれる。   The SiC single crystal produced by the method for producing an SiC single crystal of the present invention is produced using a raw material solution 70 that does not contain a transition metal element. Therefore, the obtained SiC single crystal does not contain transition metal elements such as Cr, Ti, Fe, Ni, Mo, and Mn. However, “not containing a transition metal element” excludes a transition metal element inevitably mixed from the crucible 10 or the like in the manufacturing process.

SiC単結晶中のAl濃度、CrやTiなどの遷移金属元素の濃度は、二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry;SIMS)やグロー放電質量分析法(Glow Discharge Mass Spectrometry)により測定することができる。   The concentration of Al in the SiC single crystal and the concentration of transition metal elements such as Cr and Ti should be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) and glow discharge mass spectrometry (Glow Discharge Mass Spectrometry). Can do.

不可避的に混入し得るSiC単結晶中の遷移金属元素の含有量が二次イオン質量分析法やグロー放電質量分析法の検出下限濃度以下(0.05〜0.001ppm以下)であることにより、本実施形態のSiC単結晶を半導体デバイスの材料等として好適に用いることができる。   The content of the transition metal element in the SiC single crystal that can inevitably be mixed is below the lower detection limit concentration (0.05 to 0.001 ppm or less) of secondary ion mass spectrometry or glow discharge mass spectrometry, The SiC single crystal of this embodiment can be suitably used as a semiconductor device material or the like.

本発明のSiC単結晶の製造方法によって、アルミニウム濃度(Al濃度)が3.0×1018atoms/cm以上のp型SiC単結晶を製造することができる。 By the method for producing a SiC single crystal of the present invention, a p-type SiC single crystal having an aluminum concentration (Al concentration) of 3.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more can be produced.

本実施形態のSiC単結晶において、Al濃度の制御は、上述のSiC単結晶の製造法において使用する原料70において、Al源の配合量を調整することにより行うことができる。   In the SiC single crystal of the present embodiment, the Al concentration can be controlled by adjusting the blending amount of the Al source in the raw material 70 used in the above-described SiC single crystal manufacturing method.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、実施形態における各構成及びそれらの組合せ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, but each configuration in the embodiment and combinations thereof are examples, and additions, omissions, and configurations of the configuration are within the scope of the present invention. Substitutions and other changes are possible.

例えば、上述では種結晶支持部材300にAl透過防止膜350を設ける例を説明したが、断熱材40とは接しない坩堝10の内側表面にAl透過防止膜(第2のAl透過防止膜、不図示)を設けてもよい。これにより、蒸気中に含まれるAlと坩堝10母材中のCとが炭化アルミニウムを形成することを防止することができる。
坩堝10が破断すると、原料溶液70が坩堝10外へ漏れてしまう場合などがあり、所望とするSiC単結晶を得られないばかりか、断熱材40等の部材が原料溶液70と反応し変質してしまうため装置の故障などを引き起こしてしまう可能性があるが、坩堝10の内側表面にAl透過防止膜が設けられていることにより、坩堝10の破断を防止することができる。
For example, the example in which the Al permeation prevention film 350 is provided on the seed crystal support member 300 has been described above, but the Al permeation prevention film (second Al permeation prevention film, non-permeability film) is not formed on the inner surface of the crucible 10 that does not contact the heat insulating material 40. (Shown) may be provided. Thereby, it is possible to prevent aluminum contained in the steam and C in the crucible 10 base material from forming aluminum carbide.
If the crucible 10 breaks, the raw material solution 70 may leak out of the crucible 10, and not only the desired SiC single crystal cannot be obtained, but the members such as the heat insulating material 40 react with the raw material solution 70 and change in quality. Therefore, there is a possibility of causing a failure of the apparatus. However, since the Al permeation preventive film is provided on the inner surface of the crucible 10, the crucible 10 can be prevented from being broken.

(実施例1)
本実施形態に係る種結晶保持体30を用いてSiC単結晶を製造した。製造条件は以下に示すとおりである。
SiC種結晶80の温度:2250℃
温度勾配:5℃/cm以下
原料溶液70:Si0.93Al0.07溶液
坩堝:黒鉛製
種結晶保持体:黒鉛製、Siコーティング膜あり(膜厚20μm)
Al透過防止膜350の組成:Si(100%)
Al透過防止膜350を有する種結晶支持部材300の製造方法:種結晶支持部材300をSi溶液に浸漬することにより製造
Example 1
A SiC single crystal was manufactured using the seed crystal holder 30 according to the present embodiment. The manufacturing conditions are as shown below.
Temperature of SiC seed crystal 80: 2250 ° C.
Temperature gradient: 5 ° C./cm or less Raw material solution 70: Si 0.93 Al 0.07 solution crucible: Graphite seed crystal holder: Graphite, with Si coating film (film thickness 20 μm)
Composition of Al permeation preventive film 350: Si (100%)
Method for manufacturing seed crystal support member 300 having Al permeation prevention film 350: manufactured by immersing seed crystal support member 300 in an Si solution

図4は、上記成長条件において、結晶成長を100時間行った際の種結晶保持体30の長手方向の断面の写真である。図4に示すように、本実施形態に係る種結晶保持体30を用いてSiC単結晶を製造した場合には、結晶成長を100時間行った後でも種結晶保持体30に特段の変質は見られなかった。
これは、Al透過防止膜350上にAlが再凝集するので、種結晶保持体30の母材上にAlが再凝集することを防止することができ、破断の原因となる炭化アルミニウムの形成を防止することができたためであると考えられる。
FIG. 4 is a photograph of a cross section in the longitudinal direction of the seed crystal holder 30 when the crystal growth is performed for 100 hours under the above growth conditions. As shown in FIG. 4, when the SiC single crystal is manufactured using the seed crystal holder 30 according to the present embodiment, no special alteration is observed in the seed crystal holder 30 even after the crystal growth is performed for 100 hours. I couldn't
This is because Al re-aggregates on the Al permeation preventive film 350, so that Al can be prevented from re-aggregating on the base material of the seed crystal holder 30, and the formation of aluminum carbide that causes breakage can be prevented. This is thought to be because it was able to be prevented.

(比較例1)
Al透過防止膜350を有さない種結晶保持体30を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてSiC単結晶を製造した。
図3は、比較例1の条件の下、結晶成長を45時間行った際の従来技術に係る種結晶保持体500の長手方向の断面の写真である。図3に示すように、従来技術に係る種結晶保持体500を用いた場合、種結晶保持体500に亀裂520が生じており、破断寸前だったことが分かった。このような状況では、結晶成長時の種結晶支持部材300の回転運動に変動が生じる結果、坩堝10の内壁とSiC種結晶80とが接触し、振動が発生する場合があるため好ましくない。
また、亀裂520の表面には、炭化アルミニウム510が形成されていた。これらの結果から、再凝集したAlが母材中のCと結合して炭化アルミニウム510を形成し、母材と炭化アルミニウム510との密度差等に起因して亀裂520が生じたものと考えられる。
(Comparative Example 1)
A SiC single crystal was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the seed crystal holder 30 having no Al permeation preventive film 350 was used.
FIG. 3 is a photograph of a cross section in the longitudinal direction of a seed crystal holding body 500 according to the prior art when crystal growth is performed for 45 hours under the conditions of Comparative Example 1. As shown in FIG. 3, it was found that when the seed crystal holding body 500 according to the prior art was used, the seed crystal holding body 500 had a crack 520 and was about to break. In such a situation, fluctuations occur in the rotational movement of the seed crystal support member 300 during crystal growth, and as a result, the inner wall of the crucible 10 and the SiC seed crystal 80 may come into contact with each other and vibration may occur, which is not preferable.
In addition, aluminum carbide 510 was formed on the surface of the crack 520. From these results, it is considered that the re-agglomerated Al is combined with C in the base material to form aluminum carbide 510, and cracks 520 are caused due to the density difference between the base material and aluminum carbide 510. .

なお、比較例1では、SiC単結晶の製造開始から約20〜30時間後には、炭化アルミニウムの形成が観察された。   In Comparative Example 1, formation of aluminum carbide was observed after about 20 to 30 hours from the start of production of the SiC single crystal.

10…坩堝、20…加熱手段、30…種結晶保持体、40…断熱材、50…石英管、60…温度測定装置(放射温度計)、70…原料溶液、80…SiC種結晶、90…密閉容器本体、100…SiC単結晶製造装置、150…上部シャフト、160…下部シャフト、300…種結晶支持部材、310…種結晶保持部材、330…母材部、350…Al透過防止膜(第1のAl透過防止膜)、400…坩堝の上端部、500…従来技術に係る種結晶保持体、510…炭化アルミニウム、520…亀裂   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Crucible, 20 ... Heating means, 30 ... Seed crystal holder, 40 ... Insulating material, 50 ... Quartz tube, 60 ... Temperature measuring device (radiation thermometer), 70 ... Raw material solution, 80 ... SiC seed crystal, 90 ... Sealed container body, 100 ... SiC single crystal manufacturing apparatus, 150 ... Upper shaft, 160 ... Lower shaft, 300 ... Seed crystal support member, 310 ... Seed crystal holding member, 330 ... Base material part, 350 ... Al permeation prevention film (No. 1) 1 ... Al permeation preventive film), 400 ... upper end of crucible, 500 ... seed crystal support according to prior art, 510 ... aluminum carbide, 520 ... crack

Claims (7)

Si,C及びAlを含む原料溶液を保持するための坩堝と、
前記原料溶液に接触させてSiC単結晶を成長させるためのSiC種結晶を保持するための種結晶保持体と、
を備え
前記種結晶保持体はその表面に第1のAl透過防止膜を有する
ことを特徴とするSiC単結晶製造装置。
A crucible for holding a raw material solution containing Si, C and Al;
A seed crystal holder for holding a SiC seed crystal for growing a SiC single crystal in contact with the raw material solution;
The SiC seed crystal holding apparatus has a first Al permeation preventive film on a surface thereof.
前記種結晶保持体は、SiC単結晶成長中にAlの融点以上でかつSiの融点以下になる部位に、前記第1のAl透過防止膜を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のSiC単結晶製造装置。
2. The SiC according to claim 1, wherein the seed crystal holding body has the first Al permeation preventive film at a portion that is higher than the melting point of Al and lower than the melting point of Si during SiC single crystal growth. Single crystal manufacturing equipment.
前記第1のAl透過防止膜が、Si,SiC,W,Ta,Moからなる群から選択された何れか1以上の材料からなる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のSiC単結晶製造装置。
3. The SiC single crystal according to claim 1, wherein the first Al permeation preventive film is made of one or more materials selected from the group consisting of Si, SiC, W, Ta, and Mo. 4. manufacturing device.
前記種結晶保持体の材質は、黒鉛であり、
前記第1のAl透過防止膜の膜厚が、10μm〜1mmである
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のSiC単結晶製造装置。
The seed crystal holder is made of graphite,
4. The SiC single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a thickness of the first Al permeation preventive film is 10 μm to 1 mm. 5.
前記坩堝は、その内側表面に第2のAl透過防止膜を有する
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のSiC単結晶製造装置。
The SiC single crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the crucible has a second Al permeation preventive film on an inner surface thereof.
坩堝内にSi,C及びAlを含む原料溶液を準備する工程と、
種結晶保持体に保持されたSiC種結晶を前記原料溶液に接触させて前記SiC種結晶上に結晶成長を行う工程と、を有し、
前記種結晶保持体として、表面に第1のAl透過防止膜を有するものを用いる
ことを特徴とするSiC単結晶の製造方法。
Preparing a raw material solution containing Si, C and Al in the crucible;
A step of bringing the SiC seed crystal held by the seed crystal holder into contact with the raw material solution and performing crystal growth on the SiC seed crystal,
A method for producing a SiC single crystal, wherein the seed crystal holding body has a first Al permeation preventive film on its surface.
前記原料溶液を準備する工程において、前記原料溶液に遷移金属元素を添加しない
ことを特徴とする、請求項6に記載のSiC単結晶の製造方法。
The method for producing a SiC single crystal according to claim 6, wherein a transition metal element is not added to the raw material solution in the step of preparing the raw material solution.
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