JP2020189779A - 炭化珪素の製造方法 - Google Patents
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Description
[1] 固体原料(原料)から炭化珪素を昇華させ、これを近接する単結晶炭化珪素(種結晶)上に再結晶化させて炭化珪素を製造する炭化珪素の製造方法において、原料と種結晶はそれぞれ異なる極性の平坦な表面を有しており、原料表面と種結晶表面が対向するように保持され、かつ、原料表面における炭化珪素の飽和蒸気圧は種結晶表面における飽和蒸気圧よりも高いことを特長とする炭化珪素の製造方法。
[2] 上記記載の炭化珪素の製造方法であり、原料表面に対向する種結晶表面の極性は珪素極性であり、種結晶表面に対向する原料表面の極性は炭素極性であることを特長とする炭化珪素の製造方法。
[3] [1]または[2]に記載の炭化珪素の製造方法であり、種結晶と原料は密着しており(原料兼種結晶)、2枚以上の原料兼種結晶がそれぞれの異なる極性面同士を対向するように近接して配置され、原料兼種結晶を構成する種結晶の表面上には再結晶化炭化珪素が形成され、原料の表面は炭化珪素を昇華させることを特長とする炭化珪素の製造方法。
[4] [1]〜[3]のいずれか記載の炭化珪素の製造方法であり、原料と種結晶、そして原料表面から隣接する種結晶表面に至る空間の温度は1600℃以上、かつ2600℃以下の範囲の同一の温度であることを特長とする炭化珪素の製造方法。
[5] [1]〜[4]のいずれか記載の炭化珪素の製造方法であり、種結晶表面上の任意の点において、その極性面と異なる極性面を露出する炭化珪素表面を見込む立体角が2π(πは円周率)ステラジアンであることを特長とする炭化珪素の製造方法。
本発明の第1実施形態を図3と図4を用いて説明する。はじめに、図2が示す炭化珪素被膜19で被覆されたコンテナ11内に、多結晶炭化珪素の単体からなる原料21と単結晶炭化珪素からなる種結晶22を交互に並べる。ただし、種結晶の珪素面22sが原料の炭素面21cに面するように極性面の方向をそろえる。この配置により、種結晶の珪素面からなる表面22s上ではいかなる場所においても原料の炭素面21cまたは炭化珪素被膜19を見込む立体角が2πステラジアンとなる。
本発明の第2実施形態を図5と図6を用いて説明する。図5が示すように、炭化珪素被膜19で被覆されたコンテナ11内に積層原料24と種結晶22を交互に並べる。積層原料24は原料保持基板23と原料21が密着して積層した構造であり、原料21は炭素面21cを露出する。また、種結晶の珪素面22sが積層原料の炭素面21cに面するように極性面の配向方向がそろえられる。この配置により、種結晶の珪素面22s上では任意の場所において炭素面21cまたは炭化珪素被膜19表面を見込む立体角が2πステラジアンとなる。
本発明の第3実施形態を図7〜10を用いて説明する。はじめに、図7に示すように、炭化珪素被膜で被覆されていないコンテナ11内に、原料保持基板23を平行に設置する。
本発明の第4実施形態を図11と図12を用いて説明する。はじめに、図11が示す炭化珪素被膜19で被覆されたコンテナ11内に、原料兼種結晶26を平行に並べる。ただし、ある原料兼種結晶26の珪素面22sは、これと隣接する原料兼種結晶26の炭素面21cに平行に対向しなければならない。この配置により、原料兼種結晶の珪素面からなる表面22s上ではいかなる場所においても炭化珪素の炭素面21cまたは炭化珪素被膜19表面を見込む立体角が2πステラジアンとなる。
本発明の第5実施形態を図13と図14を用いて説明する。はじめに、図13が示すように、炭化珪素被膜19で覆われたコンテナ11内に、複数の種結晶22を平行に並べる。ただし、ある種結晶の珪素面22sは、隣接する種結晶の炭素面22cに平行に対向しなければならない。この配置により、種結晶の珪素面22s上ではいかなる場所においても炭化珪素の炭素面22cまたは炭化珪素被膜19表面を見込む立体角が2πステラジアンとなる。
本比較例では、実施例1と同様の条件で炭化珪素被膜に覆われたコンテナを用いた。コンテナ内部には、炭素面を表面に露出させた多結晶の立方晶炭化珪素ウエハを10枚と単結晶4H−SiCウエハ10枚を交互にボートのスロットに平行に載置した。ただし、単結晶4H−SiCウエハの表面は(000―1)炭素面に略平行である。多結晶の立方晶炭化珪素ウエハは原料であり、単結晶4H−SiCウエハは種結晶である。各ウエハの口径と厚さはそれぞれ6インチと0.5mmであり、それぞれの炭素面同士を対向させて種結晶と原料基板を5.5mmの等間隔で縦に載置した。
実施例2に対する比較として、以下のようにして炭化珪素の昇華再結晶化を実施した。昇華再結晶化には実施例1と同様の条件で炭化珪素被膜に覆われたコンテナを用いた。コンテナ内には珪素面を表面に露出させた11枚の積層原料と10枚の単結晶4H−SiCウエハを交互にボートのスロットに平行に並べて設置した。ただし、種結晶である単結晶4H−SiCウエハの表面は(0001)珪素面から[11−20]方位に4度偏向している。一方、積層原料は厚さ0.5mmの高純度炭素ウエハの片面に多結晶立方晶炭化珪素ウエハの炭素面側を接合することにより作成した。すなわち、接合後の多結晶立方晶炭化珪素(原料)は実施例1とは異なり、表面に珪素面を露出する。積層原料の口径は6インチであり、厚さは1mmである。一方、種結晶の口径と板厚はそれぞれ6インチと0.5mmである。積層原料と種結晶はそれぞれの珪素面同士を対向させてボート上に5.5mmの等間隔で縦に並べ、これをコンテナ内に載置した。
次に実施例3の比較として、炭化珪素の昇華再結晶化を実施した。本比較例でも実施例3と同様に原料保持基板をコンテナ内に設置したのちに炭化珪素被膜を形成したがその形成条件は実施例3とは異なる。すなわち、コンテナ内部の圧力を外部に対して50hPa高めつつ1300℃まで昇温し、5slmの水素と200sccmのジクロルシランを導入したが、アセチレンの導入量は実施例3の67sccmよりも低い54sccmである。この状態を3時間34分保ち、コンテナ内壁とボート、そして原料保持基板の周囲を1mmの厚さの炭化珪素被膜で一様に被覆した。
実施例4の比較として、原料兼種結晶を用いて炭化珪素の昇華再結晶化を実施した。原料兼種結晶は実施例4と同様にして作成した。この原料兼種結晶を21枚準備し、これらを5mm間隔でボートに平行に並べてコンテナ内部に載置した。ただし、コンテナとボートは実施例4とは異なり、炭化珪素被膜に覆われていない。
実施例5の比較として、以下のようにして炭化珪素の昇華再結晶化を実施した。昇華再結晶化には実施例1と同様の条件で炭化珪素被膜に覆われたコンテナを用いた。コンテナ内には、種結晶として、珪素面と炭素面に略平行な面を表裏とする口径6インチの単結晶4H−SiCウエハを用いた。0.5mmの厚さを有する21枚の種結晶を5.5mmの間隔を隔てて平行にボートのスロットに縦に並べてコンテナ内に設置した。ただし、隣接する種結晶同士は同じ極性面同士を対向するようにした。すなわち、種結晶の炭素面に対し、隣接する種結晶は炭素面を対向し、その裏面側の珪素面に隣接する種結晶は珪素面を対向する。
12 ガス導入口
13 排出口
14 圧力調整弁
15 圧力計
16 ヒーター
17 熱電対
18 ボート
19 炭化珪素被膜
21 原料
21c 原料の炭素面
22 種結晶
22s 種結晶の珪素面
22c 種結晶の炭素面
22g 再結晶化炭化珪素
23 原料保持基板
24 積層原料
25 両面積層原料
26 原料兼種結晶
[1] 固体原料(原料)から炭化珪素を昇華させ、これを近接する単結晶炭化珪素(種結晶)上に再結晶化させて炭化珪素を製造する炭化珪素の製造方法において、原料と種結晶はそれぞれ異なる極性の平坦な表面を有しており、原料表面と種結晶表面が対向するように保持され、原料表面に対向する種結晶表面の極性は珪素極性であり、種結晶表面に対向する原料表面の極性は炭素極性であり、かつ原料表面の炭化珪素の飽和蒸気圧は種結晶表面の飽和蒸気圧よりも高いことを特長とする炭化珪素の製造方法。
[2] [1]に記載の炭化珪素の製造方法であり、種結晶と原料は密着しており(原料兼種結晶)、2枚以上の原料兼種結晶がそれぞれの異なる極性面同士を対向するように近接して配置され、原料兼種結晶を構成する種結晶の表面上には再結晶化炭化珪素が形成され、原料の表面は炭化珪素を昇華させることを特長とする炭化珪素の製造方法。
[3] [1]〜[2]に記載の炭化珪素の製造方法であり、原料と種結晶、そして原料表面から隣接する種結晶表面に至る空間の温度は1600℃以上、かつ2600℃以下の範囲の同一の温度であることを特長とする炭化珪素の製造方法。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載の炭化珪素の製造方法であり、種結晶表面上の任意の点において、その極性面と異なる極性面を露出する炭化珪素表面を見込む立体角が2π(πは円周率)ステラジアンであることを特長とする炭化珪素の製造方法。
Claims (5)
- 固体原料(原料)から炭化珪素を昇華させ、これを近接する単結晶炭化珪素(種結晶)上に再結晶化させて炭化珪素を製造する炭化珪素の製造方法において、原料と種結晶はそれぞれ異なる極性の平坦な表面を有しており、原料表面と種結晶表面が対向するように保持され、かつ、原料表面の炭化珪素の飽和蒸気圧は種結晶表面の飽和蒸気圧よりも高いことを特長とする炭化珪素の製造方法。
- 請求項1記載の炭化珪素の製造方法であり、原料表面に対向する種結晶表面の極性は珪素極性であり、種結晶表面に対向する原料表面の極性は炭素極性であることを特長とする炭化珪素の製造方法。
- 請求項1または2に記載の炭化珪素の製造方法であり、種結晶と原料は密着しており(原料兼種結晶)、2枚以上の原料兼種結晶がそれぞれの異なる極性面同士を対向するように近接して配置され、原料兼種結晶を構成する種結晶の表面上には再結晶化炭化珪素が形成され、原料の表面は炭化珪素を昇華させることを特長とする炭化珪素の製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれか記載の炭化珪素の製造方法であり、原料と種結晶、そして原料表面から隣接する種結晶表面に至る空間の温度は1600℃以上、かつ2600℃以下の範囲の同一の温度であることを特長とする炭化珪素の製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれか記載の炭化珪素の製造方法であり、種結晶表面上の任意の点において、その極性面と異なる極性面を露出する炭化珪素表面を見込む立体角が2π(πは円周率)ステラジアンであることを特長とする炭化珪素の製造方法。
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