JP2023072238A - Method for manufacturing silicon carbide single crystal, and silicon carbide single crystal - Google Patents

Method for manufacturing silicon carbide single crystal, and silicon carbide single crystal Download PDF

Info

Publication number
JP2023072238A
JP2023072238A JP2021184649A JP2021184649A JP2023072238A JP 2023072238 A JP2023072238 A JP 2023072238A JP 2021184649 A JP2021184649 A JP 2021184649A JP 2021184649 A JP2021184649 A JP 2021184649A JP 2023072238 A JP2023072238 A JP 2023072238A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
temperature
single crystal
crystal
carbide single
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021184649A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
俊策 上田
Shunsaku Ueta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2021184649A priority Critical patent/JP2023072238A/en
Publication of JP2023072238A publication Critical patent/JP2023072238A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide a method for manufacturing a silicon carbide single crystal, capable of preventing cracks from being generated while enhancing electrical resistivity, and the silicon carbide single crystal.SOLUTION: A method for manufacturing a silicon carbide single crystal comprises: heating a silicon carbide crystal to a first temperature; cooling the silicon carbide crystal at a first cooling rate from the first temperature to a second temperature after heating a silicon carbide crystal to a first temperature; and cooling the silicon carbide crystal at a second cooling rate from the second temperature to a third temperature. The first cooling rate is larger than 50°C/minute; the second cooling rate is 20°C/minute or less; the first temperature is 2000°C or more; the second temperature is 1300°C or more and 1500°C or less; the third temperature is 900°C or more and 1100°C or less; and the electrical resistivity of the silicon carbide crystal cooled from the third temperature to 27°C is 1×107 Ωcm.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本開示は、炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素単結晶に関する。 The present disclosure relates to a method for producing a silicon carbide single crystal and a silicon carbide single crystal.

特表2005-531145号公報(特許文献1)には、半絶縁性炭化珪素単結晶の製造方法が開示されている。半絶縁性炭化珪素単結晶の製造方法は、2000℃以上2400℃以下の温度まで炭化珪素結晶を加熱する工程と、30℃/分以上150℃/分以下の冷却速度で冷却する工程とを備えている。 Japanese National Publication of International Patent Application No. 2005-531145 (Patent Document 1) discloses a method for producing a semi-insulating silicon carbide single crystal. A method for manufacturing a semi-insulating silicon carbide single crystal includes the steps of heating the silicon carbide crystal to a temperature of 2000° C. or more and 2400° C. or less, and cooling the silicon carbide crystal at a cooling rate of 30° C./min or more and 150° C./min or less. ing.

特表2005-531145号公報Japanese Patent Publication No. 2005-531145

本開示の目的は、電気抵抗率を高めつつ、クラックの発生を抑制可能な炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素単結晶を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a silicon carbide single crystal and a silicon carbide single crystal capable of suppressing the occurrence of cracks while increasing electrical resistivity.

本開示に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、以下の工程を備えている。炭化珪素結晶は、第1温度まで加熱処理される。炭化珪素結晶は、第1温度まで加熱処理された後、第1温度から第2温度まで第1冷却速度で冷却される。炭化珪素結晶は、第2温度から第3温度まで第2冷却速度で冷却される。第1冷却速度は、50℃/分より大きい。第2冷却速度は、20℃/分以下である。第1温度は、2000℃以上である。第2温度は、1300℃以上1500℃以下である。第3温度は、900℃以上1100℃以下である。第3温度から27℃まで冷却された炭化珪素結晶の電気抵抗率は、1×107Ωcm以上である。 A method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present disclosure includes the following steps. A silicon carbide crystal is heat-treated to a first temperature. The silicon carbide crystal is heat-treated to a first temperature and then cooled from the first temperature to the second temperature at a first cooling rate. The silicon carbide crystal is cooled from the second temperature to the third temperature at the second cooling rate. The first cooling rate is greater than 50°C/min. The second cooling rate is 20° C./min or less. The first temperature is 2000° C. or higher. The second temperature is 1300° C. or higher and 1500° C. or lower. The third temperature is 900° C. or higher and 1100° C. or lower. The electrical resistivity of the silicon carbide crystal cooled from the third temperature to 27° C. is 1×10 7 Ωcm or more.

本開示に係る炭化珪素単結晶の直径は、100mm以上である。炭化珪素単結晶の厚みは、30mm以上である。炭化珪素単結晶の電気抵抗率は、1×107Ωcm以上である。炭化珪素単結晶は、長さが10mm以上であるクラックを含まない。 The diameter of the silicon carbide single crystal according to the present disclosure is 100 mm or more. The thickness of the silicon carbide single crystal is 30 mm or more. The electrical resistivity of the silicon carbide single crystal is 1×10 7 Ωcm or more. The silicon carbide single crystal does not contain cracks having a length of 10 mm or more.

本開示によれば、電気抵抗率を高めつつ、クラックの発生を抑制可能な炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素単結晶を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to provide a method for manufacturing a silicon carbide single crystal and a silicon carbide single crystal capable of suppressing the occurrence of cracks while increasing electrical resistivity.

図1は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の構成を示す側面模式図である。FIG. 1 is a schematic side view showing the configuration of a silicon carbide single crystal according to this embodiment. 図2は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の構成を示す平面模式図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing the configuration of the silicon carbide single crystal according to this embodiment. 図3は、不純物原子の濃度の測定位置を示す平面模式図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing measurement positions of impurity atom concentrations. 図4は、電気抵抗率の測定位置を示す平面模式図である。FIG. 4 is a schematic plan view showing measurement positions of electrical resistivity. 図5は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment. 図6は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法を概略的に示すフロー図である。FIG. 6 is a flow diagram schematically showing a method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to this embodiment. 図7は、温度と経過時間の関係を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between temperature and elapsed time. 図8は、電力と経過時間の関係を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing the relationship between power and elapsed time.

[本開示の実施形態の説明]
最初に、本開示の実施形態の概要について説明する。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, an outline of the embodiments of the present disclosure will be described.

(1)本開示に係る炭化珪素単結晶10の製造方法は、以下の工程を備えている。炭化珪素結晶20は、第1温度C1まで加熱処理される。炭化珪素結晶20は、第1温度C1まで加熱処理された後、第1温度C1から第2温度C2まで第1冷却速度で冷却される。炭化珪素結晶20は、第2温度C2から第3温度C3まで第2冷却速度で冷却される。第1冷却速度は、50℃/分より大きい。第2冷却速度は、20℃/分以下である。第1温度C1は、2000℃以上である。第2温度C2は、1300℃以上1500℃以下である。第3温度C3は、900℃以上1100℃以下である。第3温度C3から27℃まで冷却された炭化珪素結晶20の電気抵抗率は、1×107Ωcm以上である。 (1) A method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present disclosure includes the following steps. Silicon carbide crystal 20 is heat-treated to first temperature C1. Silicon carbide crystal 20 is heat-treated to first temperature C1 and then cooled from first temperature C1 to second temperature C2 at a first cooling rate. Silicon carbide crystal 20 is cooled from second temperature C2 to third temperature C3 at the second cooling rate. The first cooling rate is greater than 50°C/min. The second cooling rate is 20° C./min or less. The first temperature C1 is 2000° C. or higher. The second temperature C2 is 1300° C. or higher and 1500° C. or lower. The third temperature C3 is 900° C. or higher and 1100° C. or lower. Silicon carbide crystal 20 cooled from third temperature C3 to 27° C. has an electrical resistivity of 1×10 7 Ωcm or more.

(2)上記(1)に係る炭化珪素単結晶10の製造方法によれば、炭化珪素結晶20の直径は、100mm以上であってもよい。 (2) According to the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to (1) above, silicon carbide crystal 20 may have a diameter of 100 mm or more.

(3)上記(1)または(2)に係る炭化珪素単結晶10の製造方法によれば、炭化珪素結晶20の厚みは、30mm以上であってもよい。 (3) According to the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to (1) or (2) above, silicon carbide crystal 20 may have a thickness of 30 mm or more.

(4)上記(1)から(3)のいずれかに係る炭化珪素単結晶10の製造方法によれば、第1冷却速度は、80℃/分以上であってもよい。 (4) According to the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to any one of (1) to (3) above, the first cooling rate may be 80° C./min or more.

(5)上記(1)から(4)のいずれかに係る炭化珪素単結晶10の製造方法によれば、第2冷却速度は、10℃/分以下であってもよい。 (5) According to the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to any one of (1) to (4) above, the second cooling rate may be 10° C./min or less.

(6)本開示に係る炭化珪素単結晶10の直径は、100mm以上である。炭化珪素単結晶10の厚みは、30mm以上である。炭化珪素単結晶10の電気抵抗率は、1×107Ωcm以上である。炭化珪素単結晶10は、長さが10mm以上であるクラックを含まない。 (6) Silicon carbide single crystal 10 according to the present disclosure has a diameter of 100 mm or more. Silicon carbide single crystal 10 has a thickness of 30 mm or more. Silicon carbide single crystal 10 has an electrical resistivity of 1×10 7 Ωcm or more. Silicon carbide single crystal 10 does not include cracks having a length of 10 mm or more.

(7)上記(6)に係る炭化珪素単結晶10は、窒素を含んでいてもよい。炭化珪素単結晶10における窒素の濃度は、5×1015atoms/cm3以上1×1016atoms/cm3以下であってもよい。 (7) Silicon carbide single crystal 10 according to (6) above may contain nitrogen. The concentration of nitrogen in silicon carbide single crystal 10 may be 5×10 15 atoms/cm 3 or more and 1×10 16 atoms/cm 3 or less.

(8)上記(6)または(7)に係る炭化珪素単結晶10は、硼素を含んでいてもよい。炭化珪素単結晶10における硼素の濃度は、1×1015atoms/cm3以上5×1015atoms/cm3以下であってもよい。 (8) Silicon carbide single crystal 10 according to (6) or (7) above may contain boron. Silicon carbide single crystal 10 may have a boron concentration of 1×10 15 atoms/cm 3 or more and 5×10 15 atoms/cm 3 or less.

(9)上記(6)から(8)のいずれかに係る炭化珪素単結晶10は、アルミニウムを含んでいてもよい。炭化珪素単結晶10におけるアルミニウムの濃度は、1×1014atoms/cm3以上5×1014atoms/cm3以下であってもよい。 (9) Silicon carbide single crystal 10 according to any one of (6) to (8) above may contain aluminum. The concentration of aluminum in silicon carbide single crystal 10 may be 1×10 14 atoms/cm 3 or more and 5×10 14 atoms/cm 3 or less.

[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本開示の実施形態(以降、本実施形態とも称する)の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”-”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
[Details of Embodiments of the Present Disclosure]
Hereinafter, details of an embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as the present embodiment) will be described based on the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. In the crystallographic descriptions in this specification, individual orientations are indicated by [], aggregated orientations by <>, individual planes by (), and aggregated planes by {}. Also, for negative exponents, a "-" (bar) is added above the number in terms of crystallography, but in this specification, a negative sign is added before the number.

(炭化珪素単結晶の構成)
まず、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の構成を示す側面模式図である。図1に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10は、第1主面1と、第2主面2と、第1外周面8とを主に有している。第2主面2は、第1主面1と反対側にある。第2主面2は、外側に凸となっている。第1主面1は、たとえば平面である。第1外周面8は、第1主面1および第2主面2の各々に連なっている。本実施形態に係る炭化珪素単結晶10は、略円柱形状である。炭化珪素単結晶10は、たとえば、窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ(GaN HEMT:Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor)等の高周波デバイスの基板として用いられる。
(Structure of silicon carbide single crystal)
First, the structure of the silicon carbide single crystal according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic side view showing the configuration of a silicon carbide single crystal according to this embodiment. As shown in FIG. 1 , silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment mainly has first main surface 1 , second main surface 2 , and first outer peripheral surface 8 . The second major surface 2 is opposite the first major surface 1 . The second main surface 2 is convex outward. First main surface 1 is, for example, a flat surface. The first outer peripheral surface 8 continues to each of the first main surface 1 and the second main surface 2 . Silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment has a substantially cylindrical shape. Silicon carbide single crystal 10 is used, for example, as a substrate of a high frequency device such as a gallium nitride high electron mobility transistor (GaN HEMT).

第1主面1に対して垂直な方向において、炭化珪素単結晶10の厚み(以下、第1厚みH1と称する)は、たとえば30mm以上60mm以下である。第1厚みH1の下限は、特に限定されないが、たとえば35mm以上であってもよいし、40mm以上であってもよい。第1厚みH1の上限は、特に限定されないが、たとえば55mm以下であってもよいし、50mm以下であってもよい。 In a direction perpendicular to first main surface 1, silicon carbide single crystal 10 has a thickness (hereinafter referred to as first thickness H1) of, for example, 30 mm or more and 60 mm or less. Although the lower limit of the first thickness H1 is not particularly limited, it may be, for example, 35 mm or more, or 40 mm or more. Although the upper limit of the first thickness H1 is not particularly limited, it may be, for example, 55 mm or less, or 50 mm or less.

炭化珪素単結晶は、たとえば六方晶炭化珪素により構成されている。六方晶炭化珪素のポリタイプは、たとえば4Hである。第1主面1は、たとえば{0001}面または{0001}面に対してオフ方向に傾斜した面である。具体的には、第1主面1は、たとえば(000-1)面または(000-1)面に対してオフ方向に傾斜した面であってもよい。オフ方向は、たとえば<11-20>方向である。{0001}面に対する傾斜角(オフ角)は、たとえば8°以下である。 A silicon carbide single crystal is made of, for example, hexagonal silicon carbide. A polytype of hexagonal silicon carbide is, for example, 4H. First main surface 1 is, for example, the {0001} plane or a plane inclined in the off direction with respect to the {0001} plane. Specifically, first main surface 1 may be, for example, the (000-1) plane or a plane inclined in the off direction with respect to the (000-1) plane. The off direction is, for example, the <11-20> direction. The tilt angle (off angle) with respect to the {0001} plane is, for example, 8° or less.

図2は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の構成を示す平面模式図である。図2に示されるように、第1主面1に対して垂直な方向に見て、炭化珪素単結晶10は略円形である。炭化珪素単結晶10の直径(以降、第1直径D1と称する)は、たとえば110mmである。第1直径D1は、たとえば100mm以上である。第1直径D1の下限は、特に限定されないが、たとえば125mm以上であってもよいし、150mm以上であってもよい。第1直径D1の上限は、たとえば200mm以下であってもよい。 FIG. 2 is a schematic plan view showing the configuration of the silicon carbide single crystal according to this embodiment. As shown in FIG. 2 , silicon carbide single crystal 10 has a substantially circular shape when viewed in a direction perpendicular to first main surface 1 . Silicon carbide single crystal 10 has a diameter (hereinafter referred to as first diameter D1) of, for example, 110 mm. The first diameter D1 is, for example, 100 mm or more. Although the lower limit of the first diameter D1 is not particularly limited, it may be, for example, 125 mm or more, or 150 mm or more. The upper limit of the first diameter D1 may be, for example, 200 mm or less.

炭化珪素単結晶10は、長さが10mm以上であるクラックを含まない。クラックが形成されている面に対して垂直な方向から見て、クラックは細長い形状である。クラックの長手方向の長さは、たとえばクラックの短手方向の長さの3倍以上である。クラックの長さの下限は、特に限定されないが、たとえば5mm以上であってもよいし、1mm以上であってもよい。なお、本明細書において、クラックの長さとは、クラックが形成されている面に対して垂直な方向から見た長手方向の長さを意味している。具体的には、クラックが第1主面に形成されている場合、クラックの長さは、第1主面1に垂直な方向から見たクラックの長手方向の長さである。クラックが第1外周面8に形成されている場合、クラックの長さは、第1外周面8の径方向に沿った方向から見た長さをクラックの長手方向の長さである。 Silicon carbide single crystal 10 does not include cracks having a length of 10 mm or more. The crack has an elongated shape when viewed in a direction perpendicular to the surface on which the crack is formed. The length of the crack in the longitudinal direction is, for example, at least three times the length of the crack in the lateral direction. The lower limit of the crack length is not particularly limited, but may be, for example, 5 mm or longer, or 1 mm or longer. In this specification, the length of the crack means the length in the longitudinal direction seen from the direction perpendicular to the surface on which the crack is formed. Specifically, when the crack is formed on the first main surface, the length of the crack is the length in the longitudinal direction of the crack as seen from the direction perpendicular to the first main surface 1 . When the crack is formed on the first outer peripheral surface 8 , the length of the crack is the length of the crack when viewed from the radial direction of the first outer peripheral surface 8 .

炭化珪素単結晶10は、深さが10mm以上であるクラックを含まない。クラックの深さの下限は、特に限定されないが、たとえば5mm以上であってもよいし、1mm以上であってもよい。なお、本明細書において、クラックの深さとは、クラックが形成されている面に対して垂直な方向におけるクラックの深さの最大値を意味している。具体的には、クラックが第1主面に形成されている場合、クラックの深さは、第1主面1に垂直な方向におけるクラックの深さの最大値である。クラックが第1外周面8に形成されている場合、クラックの深さは、第1外周面8の径方向におけるクラックの深さの最大値である。 Silicon carbide single crystal 10 does not include cracks having a depth of 10 mm or more. The lower limit of the crack depth is not particularly limited, but may be, for example, 5 mm or more, or 1 mm or more. In this specification, the crack depth means the maximum depth of the crack in the direction perpendicular to the surface on which the crack is formed. Specifically, when a crack is formed on the first main surface, the depth of the crack is the maximum depth of the crack in the direction perpendicular to the first main surface 1 . When a crack is formed on the first outer peripheral surface 8 , the depth of the crack is the maximum depth of the crack in the radial direction of the first outer peripheral surface 8 .

(炭化珪素単結晶の不純物原子の濃度)
炭化珪素単結晶10は、不純物原子を含んでいる。炭化珪素単結晶10は、たとえばn型不純物として窒素を含んでいる。炭化珪素単結晶10における窒素の濃度は、たとえば5×1015atoms/cm3以上1×1016atoms/cm3以下である。炭化珪素単結晶10における窒素の濃度の下限は、特に限定されないが、たとえば6×1015atoms/cm3以上であってもよいし、7×1015atoms/cm3以上であってもよい。炭化珪素単結晶10における窒素の濃度の上限は、特に限定されないが、たとえば9×1015atoms/cm3以下であってもよいし、8×1015atoms/cm3以下であってもよい。
(Concentration of impurity atoms in silicon carbide single crystal)
Silicon carbide single crystal 10 contains impurity atoms. Silicon carbide single crystal 10 contains nitrogen as an n-type impurity, for example. The concentration of nitrogen in silicon carbide single crystal 10 is, for example, 5×10 15 atoms/cm 3 or more and 1×10 16 atoms/cm 3 or less. The lower limit of the nitrogen concentration in silicon carbide single crystal 10 is not particularly limited, but may be, for example, 6×10 15 atoms/cm 3 or more, or may be 7×10 15 atoms/cm 3 or more. The upper limit of the nitrogen concentration in silicon carbide single crystal 10 is not particularly limited, but may be, for example, 9×10 15 atoms/cm 3 or less, or may be 8×10 15 atoms/cm 3 or less.

炭化珪素単結晶10は、たとえばp型不純物として硼素を含んでいる。炭化珪素単結晶10における硼素の濃度は、たとえば1×1015atoms/cm3以上5×1015atoms/cm3以下である。炭化珪素単結晶10における硼素の濃度の下限は、特に限定されないが、たとえば1.5×1015atoms/cm3以上であってもよいし、2×1015atoms/cm3以上であってもよい。炭化珪素単結晶10における硼素の濃度の上限は、特に限定されないが、たとえば4.5×1015atoms/cm3以下であってもよいし、4×1015atoms/cm3以下であってもよい。 Silicon carbide single crystal 10 contains, for example, boron as a p-type impurity. The concentration of boron in silicon carbide single crystal 10 is, for example, 1×10 15 atoms/cm 3 or more and 5×10 15 atoms/cm 3 or less. The lower limit of the boron concentration in silicon carbide single crystal 10 is not particularly limited . good. The upper limit of the boron concentration in silicon carbide single crystal 10 is not particularly limited . good.

炭化珪素単結晶10は、たとえばp型不純物としてアルミニウムを含んでいる。炭化珪素単結晶10におけるアルミニウムの濃度は、たとえば1×1014atoms/cm3以上5×1014atoms/cm3以下である。炭化珪素単結晶10におけるアルミニウムの濃度の下限は、特に限定されないが、たとえば1.5×1014atoms/cm3以上であってもよいし、2×1014atoms/cm3以上であってもよい。炭化珪素単結晶10におけるアルミニウムの濃度の上限は、特に限定されないが、たとえば4.5×1014atoms/cm3以下であってもよいし、4×1014atoms/cm3以下であってもよい。 Silicon carbide single crystal 10 contains, for example, aluminum as a p-type impurity. The concentration of aluminum in silicon carbide single crystal 10 is, for example, 1×10 14 atoms/cm 3 or more and 5×10 14 atoms/cm 3 or less. The lower limit of the aluminum concentration in silicon carbide single crystal 10 is not particularly limited, but may be, for example, 1.5×10 14 atoms/cm 3 or more, or may be 2×10 14 atoms/cm 3 or more. good. Although the upper limit of the aluminum concentration in silicon carbide single crystal 10 is not particularly limited, it may be, for example, 4.5×10 14 atoms/cm 3 or less, or 4×10 14 atoms/cm 3 or less. good.

炭化珪素単結晶10における、n型不純物の濃度とp型不純物の濃度の差の絶対値は、たとえば7×1015atoms/cm3以下である。n型不純物の濃度とp型不純物の濃度の差の絶対値の上限は、特に限定されないが、たとえば6×1015atoms/cm3以下であってもよいし、5×1015atoms/cm3以下であってもよい。なお、炭化珪素単結晶10が2種類以上のn型不純物を含んでいる場合、当該2種類以上のn型不純物の各々の濃度の合計を、n型不純物の濃度とする。同様に、炭化珪素単結晶10が2種類以上のp型不純物を含んでいる場合、当該2種類以上のp型不純物の各々の濃度の合計を、p型不純物の濃度とする。n型不純物の濃度とp型不純物の濃度の差の絶対値が小さくなるにつれて、炭化珪素単結晶10におけるキャリアの濃度が小さくなる。 In silicon carbide single crystal 10, the absolute value of the difference between the n-type impurity concentration and the p-type impurity concentration is, for example, 7×10 15 atoms/cm 3 or less. The upper limit of the absolute value of the difference between the n-type impurity concentration and the p-type impurity concentration is not particularly limited, but may be, for example, 6×10 15 atoms/cm 3 or less, or 5×10 15 atoms/cm 3 . It may be below. When silicon carbide single crystal 10 contains two or more types of n-type impurities, the sum of the concentrations of the two or more types of n-type impurities is taken as the n-type impurity concentration. Similarly, when silicon carbide single crystal 10 contains two or more types of p-type impurities, the sum of the concentrations of the two or more types of p-type impurities is taken as the p-type impurity concentration. As the absolute value of the difference between the n-type impurity concentration and the p-type impurity concentration decreases, the carrier concentration in silicon carbide single crystal 10 decreases.

次に、不純物原子の濃度の測定方法について説明する。不純物原子の濃度は、たとえば、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)によって測定される。SIMSにおいては、たとえばCameca社製の二次イオン質量分析装置であるIMS7fを使用することができる。SIMSにおける測定条件は、たとえば、一次イオンがO 、一次イオンエネルギーが8keVという測定条件を用いることができる。 Next, a method for measuring the concentration of impurity atoms will be described. The impurity atom concentration is measured, for example, by secondary ion mass spectrometry (SIMS). For SIMS, for example, IMS7f, which is a secondary ion mass spectrometer manufactured by Cameca, can be used. As the measurement conditions in SIMS, for example, the measurement conditions that the primary ions are O 2 + and the primary ion energy is 8 keV can be used.

図3は、不純物原子の濃度の測定位置を示す平面模式図である。炭化珪素単結晶10を第1主面1に平行な方向にスライスすることによって、炭化珪素ウェハ11を作製する。炭化珪素ウェハ11は、第3主面3と、第2外周面9とを有している。第2外周面9は、オリエンテーションフラット部6と、円弧状部7とを有している。円弧状部7は、オリエンテーションフラット部6に連なっている。オリエンテーションフラット部6が延在する方向は、たとえば<11-20>方向である。円弧状部7の中心に位置しており、かつ第3主面3上に位置している点は、中心点41とされる。SIMSによって、中心点41における不純物原子の濃度を測定する。以上のようにして測定した不純物原子の濃度を、炭化珪素単結晶10における不純物原子の濃度とする。 FIG. 3 is a schematic plan view showing measurement positions of impurity atom concentrations. Silicon carbide wafer 11 is manufactured by slicing silicon carbide single crystal 10 in a direction parallel to first main surface 1 . Silicon carbide wafer 11 has a third main surface 3 and a second outer peripheral surface 9 . The second outer peripheral surface 9 has an orientation flat portion 6 and an arcuate portion 7 . The arcuate portion 7 continues to the orientation flat portion 6 . The direction in which orientation flat portion 6 extends is, for example, the <11-20> direction. A point located at the center of the arcuate portion 7 and located on the third main surface 3 is defined as a center point 41 . The concentration of impurity atoms at the center point 41 is measured by SIMS. The concentration of impurity atoms measured as described above is defined as the concentration of impurity atoms in silicon carbide single crystal 10 .

(炭化珪素単結晶の電気抵抗率)
本実施形態に係る炭化珪素単結晶10は半絶縁性である。具体的には、炭化珪素単結晶10の電気抵抗率は、1×107Ωcm以上である。炭化珪素単結晶10の電気抵抗率の下限は、特に限定されないが、たとえば1×108Ωcm以上であってもよいし、1×109Ωcm以上であってもよいし、1×1010Ωcm以上であってもよい。炭化珪素単結晶10の電気抵抗率の上限は、たとえば1×1012Ωcm以下であってもよい。
(Electrical resistivity of silicon carbide single crystal)
Silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment is semi-insulating. Specifically, silicon carbide single crystal 10 has an electrical resistivity of 1×10 7 Ωcm or more. The lower limit of electrical resistivity of silicon carbide single crystal 10 is not particularly limited, but may be, for example, 1×10 8 Ωcm or more, 1×10 9 Ωcm or more, or 1×10 10 Ωcm. or more. The upper limit of electrical resistivity of silicon carbide single crystal 10 may be, for example, 1×10 12 Ωcm or less.

次に、電気抵抗率の測定方法について説明する。電気抵抗率は、たとえば、Semimap社製の電気抵抗率測定装置であるCOREMA-WTを用いて測定可能である。具体的には、電極を用いて、被測定物に接触することなく電圧を印加する。これによって、被測定物における電荷は、時間の経過とともに大きくなる。被測定物における電圧を印加された部分の電荷を測定する。具体的には、電圧を印加した直後における被測定物の電荷と、電圧を印加してから一定時間経過した時点における被測定物の電荷との各々を測定する。さらに、被測定物における電圧を印加された部分の電荷の緩和時間を測定する。これによって、被測定物の電気抵抗率が測定される。電気抵抗率の測定における測定条件は、たとえば被測定物に印加する電圧が5.0Vという測定条件を用いることができる。 Next, a method for measuring electrical resistivity will be described. The electrical resistivity can be measured using, for example, COREMA-WT, an electrical resistivity measuring device manufactured by Semimap. Specifically, an electrode is used to apply a voltage without contacting the object to be measured. As a result, the charge on the object to be measured increases over time. Measure the charge of the part to which the voltage is applied in the device under test. Specifically, the charge of the object to be measured immediately after the voltage is applied and the charge of the object to be measured after a certain period of time has passed since the voltage is applied are measured. Furthermore, the relaxation time of the electric charge of the part to which the voltage is applied in the object to be measured is measured. Thereby, the electrical resistivity of the object to be measured is measured. As the measurement condition for the measurement of electrical resistivity, for example, the measurement condition that the voltage applied to the object to be measured is 5.0 V can be used.

図4は、電気抵抗率の測定位置を示す平面模式図である。炭化珪素単結晶10を用いて作製された炭化珪素ウェハ11の第3主面3上において、電気抵抗率を計測する。図4に示されるように、複数の測定点42が第3主面3の上に位置している。複数の測定点42は、たとえば6mmの間隔で格子状に位置している。複数の測定点42の数は、たとえば200個である。複数の測定点42の各々における電気抵抗率の値の平均値を、炭化珪素単結晶10の電気抵抗率とする。 FIG. 4 is a schematic plan view showing measurement positions of electrical resistivity. Electrical resistivity is measured on third main surface 3 of silicon carbide wafer 11 manufactured using silicon carbide single crystal 10 . As shown in FIG. 4 , a plurality of measurement points 42 are located on the third main surface 3 . A plurality of measurement points 42 are positioned in a lattice at intervals of 6 mm, for example. The number of measurement points 42 is 200, for example. Let the average value of the electrical resistivity values at each of the plurality of measurement points 42 be the electrical resistivity of silicon carbide single crystal 10 .

(炭化珪素単結晶の製造装置)
次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成について説明する。
(Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus)
Next, the configuration of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment will be described.

図5は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。図5に示されるように、炭化珪素単結晶の製造装置100は、坩堝30と、誘導加熱コイル13とを主に有している。坩堝30は、収容部32と、蓋部31とを有している。蓋部31は、収容部32上に位置している。誘導加熱コイル13は、収容部32の外周を取り囲むように位置している。誘導加熱コイル13に電力が供給されることにより、坩堝30が加熱される。坩堝30内の雰囲気ガスの圧力はたとえば90kPa程度に維持される。雰囲気ガスは、たとえばアルゴンガス、ヘリウムガスまたは窒素ガスなどの不活性ガスを含んでいる。 FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 5 , silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 100 mainly includes crucible 30 and induction heating coil 13 . The crucible 30 has a housing portion 32 and a lid portion 31 . The lid portion 31 is positioned on the housing portion 32 . The induction heating coil 13 is positioned so as to surround the outer periphery of the housing portion 32 . The crucible 30 is heated by supplying power to the induction heating coil 13 . The atmospheric gas pressure in crucible 30 is maintained at, for example, about 90 kPa. Atmospheric gas includes inert gas such as argon gas, helium gas, or nitrogen gas.

(炭化珪素単結晶の製造方法)
次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法について説明する。
(Method for producing silicon carbide single crystal)
Next, a method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment will be described.

図5に示されるように、炭化珪素結晶20が収容部32に配置される。炭化珪素結晶20は、たとえば昇華法を用いて作製される。炭化珪素結晶20は、ドーパントが積極的に供給されることなく作製されてもよい。別の観点から言えば、炭化珪素結晶20は、不可避の不純物が含まれていてもよい。炭化珪素結晶20が収容部32に配置されるとき、炭化珪素結晶20の温度は室温(たとえば27℃)であってもよい。炭化珪素結晶20が収容部32に配置されるとき、炭化珪素結晶20の電気抵抗率は、たとえば1×104Ωcm以下である。言い換えれば、炭化珪素結晶20が収容部32に配置されるとき、炭化珪素結晶20は半絶縁性ではない。 As shown in FIG. 5 , silicon carbide crystal 20 is arranged in accommodating portion 32 . Silicon carbide crystal 20 is produced, for example, using a sublimation method. Silicon carbide crystal 20 may be produced without actively supplying a dopant. From another point of view, silicon carbide crystal 20 may contain unavoidable impurities. When silicon carbide crystal 20 is arranged in accommodating portion 32 , the temperature of silicon carbide crystal 20 may be room temperature (eg, 27° C.). When silicon carbide crystal 20 is arranged in accommodating portion 32, the electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 is, for example, 1×10 4 Ωcm or less. In other words, when silicon carbide crystal 20 is arranged in accommodating portion 32, silicon carbide crystal 20 is not semi-insulating.

炭化珪素結晶20は、第4主面4と、第5主面5とを有している。第5主面5は、第4主面4の反対側にある。第4主面4は、収容部32に接している。第4主面4は、たとえば{0001}面または{0001}面に対してオフ方向に傾斜した面である。第5主面5は、蓋部31に対向するように配置される。 Silicon carbide crystal 20 has a fourth main surface 4 and a fifth main surface 5 . The fifth major surface 5 is opposite the fourth major surface 4 . The fourth main surface 4 is in contact with the housing portion 32 . The fourth main surface 4 is, for example, the {0001} plane or a plane inclined in the off direction with respect to the {0001} plane. The fifth main surface 5 is arranged to face the lid portion 31 .

炭化珪素結晶20の直径(以降、第2直径D2と称する)は、たとえば110mmである。第2直径D2は、たとえば100mm以上である。第2直径D2の下限は、特に限定されないが、たとえば125mm以上であってもよいし、150mm以上であってもよい。第2直径D2の上限は、たとえば200mm以下であってもよい。 Silicon carbide crystal 20 has a diameter (hereinafter referred to as second diameter D2) of, for example, 110 mm. The second diameter D2 is, for example, 100 mm or more. Although the lower limit of the second diameter D2 is not particularly limited, it may be, for example, 125 mm or more, or 150 mm or more. The upper limit of the second diameter D2 may be, for example, 200 mm or less.

炭化珪素結晶20の厚み(以降、第2厚みH2と称する)は、たとえば30mmである。第2厚みH2は、たとえば30mm以上60mm以下である。第2厚みH2の下限は、特に限定されないが、たとえば35mm以上であってもよいし、40mm以上であってもよい。第2厚みH2の上限は、特に限定されないが、たとえば55mm以下であってもよいし、50mm以下であってもよい。 Silicon carbide crystal 20 has a thickness (hereinafter referred to as second thickness H2) of, for example, 30 mm. The second thickness H2 is, for example, 30 mm or more and 60 mm or less. Although the lower limit of the second thickness H2 is not particularly limited, it may be, for example, 35 mm or more, or 40 mm or more. Although the upper limit of the second thickness H2 is not particularly limited, it may be, for example, 55 mm or less, or 50 mm or less.

図6は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法を概略的に示すフロー図である。図6に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法は、加熱処理工程(S10)と、第1冷却工程(S20)と、第2冷却工程(S30)とを主に有している。 FIG. 6 is a flow diagram schematically showing a method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment mainly includes a heat treatment step (S10), a first cooling step (S20), and a second cooling step (S30). have in

図7は、温度と経過時間の関係を示す模式図である。図7において、縦軸は温度を示し、横軸は経過時間を示している。図7において、第1グラフG1および第2グラフG2の各々は、経過時間に対する炭化珪素結晶20の温度の変化を示している。第1グラフG1は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法における温度の変化を示している。第2グラフG2は、比較例に係る炭化珪素単結晶10の製造方法における温度の変化を示している。比較例に係る炭化珪素単結晶10の製造方法の詳細は後述する。 FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between temperature and elapsed time. In FIG. 7, the vertical axis indicates temperature and the horizontal axis indicates elapsed time. In FIG. 7, each of a first graph G1 and a second graph G2 shows changes in temperature of silicon carbide crystal 20 with respect to elapsed time. A first graph G1 shows changes in temperature in the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment. A second graph G2 shows changes in temperature in the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the comparative example. The details of the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the comparative example will be described later.

図8は、電力と経過時間の関係を示す模式図である。図8において、縦軸は電力を示し、横軸は経過時間を示している。図8において、第3グラフG3および第4グラフG4の各々は、経過時間に対する供給電力の変化を示している。なお、本明細書において供給電力とは、誘導加熱コイル13に供給される電力を意味している。第3グラフG3は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法における電力の変化を示している。図8において、第4グラフG4は、比較例に係る炭化珪素単結晶10の製造方法における電力の変化を示している。 FIG. 8 is a schematic diagram showing the relationship between power and elapsed time. In FIG. 8, the vertical axis indicates power and the horizontal axis indicates elapsed time. In FIG. 8, each of a third graph G3 and a fourth graph G4 shows changes in supplied power with respect to elapsed time. In this specification, the power supplied means the power supplied to the induction heating coil 13 . A third graph G3 shows changes in electric power in the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment. In FIG. 8, a fourth graph G4 shows changes in electric power in the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the comparative example.

図7中の第1グラフG1に示されるように、加熱処理工程(S10)において、第1時点T1から第2時点T2にかけて、坩堝30の内部において、炭化珪素結晶20の温度が第1温度C1まで上昇される。 As shown in the first graph G1 in FIG. 7, in the heat treatment step (S10), from the first time T1 to the second time T2, the temperature of the silicon carbide crystal 20 inside the crucible 30 rises to the first temperature C1 up to

第1温度C1は、たとえば2550℃である。第1温度C1は、2000℃以上である。第1温度C1の下限は、特に限定されないが、たとえば2300℃以上であってもよいし、2400℃以上であってもよいし、2500℃以上であってもよい。第1温度C1は、たとえば2600℃以下である。第1温度C1の上限は、特に限定されないが、たとえば2580℃以下であってもよいし、2560℃以下であってもよい。 The first temperature C1 is 2550° C., for example. The first temperature C1 is 2000° C. or higher. The lower limit of the first temperature C1 is not particularly limited, but may be, for example, 2300° C. or higher, 2400° C. or higher, or 2500° C. or higher. The first temperature C1 is, for example, 2600° C. or lower. Although the upper limit of the first temperature C1 is not particularly limited, it may be, for example, 2580° C. or lower or 2560° C. or lower.

図8中の第3グラフG3に示されるように、加熱処理工程(S10)において、第1時点T1から第2時点T2にかけて、誘導加熱コイル13に電力が供給される。第1時点T1以前において、誘導加熱コイル13に電力が供給されていてもよい。言い換えれば、第1時点T1以前において、炭化珪素結晶20が加熱されていても良い。加熱処理工程(S10)において、供給電力は、第1電力E1を中心にして時間経過とともに上下してもよい。言い換えれば、加熱処理工程(S10)において、供給電力は、実質的に第1電力E1である。第1電力E1は、たとえば28kWである。加熱処理工程(S10)において、供給電力は、たとえば20kW以上35kW以下の範囲内で上下する。 As shown in the third graph G3 in FIG. 8, in the heat treatment step (S10), power is supplied to the induction heating coil 13 from the first time point T1 to the second time point T2. Power may be supplied to the induction heating coil 13 before the first time T1. In other words, silicon carbide crystal 20 may be heated before first time point T1. In the heat treatment step (S10), the supplied power may fluctuate over time with the first power E1 as the center. In other words, in the heat treatment step (S10), the supplied power is substantially the first power E1. The first electric power E1 is, for example, 28 kW. In the heat treatment step (S10), the supplied power fluctuates, for example, within a range of 20 kW or more and 35 kW or less.

第1時点T1から第2時点T2までの時間は、たとえば5分である。言い換えれば、炭化珪素結晶20は、たとえば5分間、加熱処理される。以上のように、加熱処理工程(S10)において、炭化珪素結晶20は、第1温度C1まで加熱される。 The time from the first time point T1 to the second time point T2 is, for example, 5 minutes. In other words, silicon carbide crystal 20 is heat-treated, for example, for 5 minutes. As described above, in the heat treatment step (S10), silicon carbide crystal 20 is heated to first temperature C1.

次に、第1冷却工程(S20)が実施される。図7中の第1グラフG1に示されるように、第1冷却工程(S20)において、第2時点T2から第3時点T3にかけて炭化珪素結晶20が第1温度C1から第2温度C2まで冷却される。 Next, a first cooling step (S20) is performed. As shown in the first graph G1 in FIG. 7, in the first cooling step (S20), silicon carbide crystal 20 is cooled from first temperature C1 to second temperature C2 from second time point T2 to third time point T3. be.

第2温度C2は、たとえば1370℃である。第2温度C2は、1300℃以上1500℃以下である。第2温度C2の下限は、特に限定されないが、たとえば1325℃以上であってもよいし、1350℃以上であってもよい。第2温度C2の上限は、特に限定されないが、たとえば1475℃以下であってもよいし、1450℃以下であってもよい。 The second temperature C2 is 1370° C., for example. The second temperature C2 is 1300° C. or higher and 1500° C. or lower. Although the lower limit of the second temperature C2 is not particularly limited, it may be, for example, 1325° C. or higher, or 1350° C. or higher. Although the upper limit of the second temperature C2 is not particularly limited, it may be, for example, 1475° C. or lower or 1450° C. or lower.

第2温度C2以上第1温度C1以下の温度域における炭化珪素結晶20の冷却速度を第1冷却速度とする。第1冷却速度は、たとえば91℃/分である。第1冷却速度は、50℃/分より大きい。言い換えれば、第1冷却工程(S20)における炭化珪素結晶20の冷却速度は、50℃/分より大きい。第1冷却速度は、第1温度C1から第2温度C2を差し引いた温度を、第2時点T2から第3時点T3までの時間で割った値とする。第1冷却速度の下限は、特に限定されないが、たとえば65℃/分以上であってもよいし、80℃/分以上であってもよい。第1冷却速度は、たとえば135℃/分以下である。第1冷却速度の上限は、特に限定されないが、たとえば120℃/分以下であってもよいし、105℃/分以下であってもよい。 A cooling rate of the silicon carbide crystal 20 in the temperature range from the second temperature C2 to the first temperature C1 is defined as a first cooling rate. The first cooling rate is, for example, 91°C/min. The first cooling rate is greater than 50°C/min. In other words, the cooling rate of silicon carbide crystal 20 in the first cooling step (S20) is higher than 50° C./min. The first cooling rate is a value obtained by dividing the temperature obtained by subtracting the second temperature C2 from the first temperature C1 by the time from the second time T2 to the third time T3. Although the lower limit of the first cooling rate is not particularly limited, it may be, for example, 65° C./min or higher, or 80° C./min or higher. The first cooling rate is, for example, 135° C./min or less. Although the upper limit of the first cooling rate is not particularly limited, it may be, for example, 120° C./min or less, or 105° C./min or less.

図8中の第3グラフG3に示されるように、第1冷却工程(S20)において、第2時点T2から第3時点T3にかけて、誘導加熱コイル13への電力の供給が停止される。このため、伝熱によって炭化珪素結晶20が冷却される。第1冷却工程(S20)において、供給電力は0kWであってもよい。 As shown in the third graph G3 in FIG. 8, the power supply to the induction heating coil 13 is stopped from the second time T2 to the third time T3 in the first cooling step (S20). Therefore, silicon carbide crystal 20 is cooled by heat transfer. In the first cooling step (S20), the supplied power may be 0 kW.

第2時点T2から第3時点T3までの時間は、たとえば13分である。言い換えれば、第1冷却工程(S20)において、炭化珪素結晶20は、たとえば13分間、第1冷却速度で冷却される。以上のように、第1冷却工程(S20)において、炭化珪素結晶20は、第1温度C1から第2温度C2まで第1冷却速度で冷却される。 The time from the second time T2 to the third time T3 is, for example, 13 minutes. In other words, in the first cooling step (S20), silicon carbide crystal 20 is cooled at the first cooling rate for 13 minutes, for example. As described above, in the first cooling step (S20), silicon carbide crystal 20 is cooled from first temperature C1 to second temperature C2 at the first cooling rate.

次に、第2冷却工程(S30)が実施される。図7中の第1グラフG1に示されるように、第2冷却工程(S30)において、第3時点T3から第4時点T4にかけて炭化珪素結晶20が第2温度C2から第3温度C3まで冷却される。第3温度C3は、たとえば1000℃である。第3温度C3は、900℃以上1100℃以下である。第3温度C3の下限は、特に限定されないが、たとえば925℃以上であってもよいし、950℃以上であってもよい。第3温度C3の上限は、特に限定されないが、たとえば1075℃以下であってもよいし、1050℃以下であってもよい。 Next, a second cooling step (S30) is performed. As shown in the first graph G1 in FIG. 7, in the second cooling step (S30), silicon carbide crystal 20 is cooled from second temperature C2 to third temperature C3 from third time point T3 to fourth time point T4. be. The third temperature C3 is 1000° C., for example. The third temperature C3 is 900° C. or higher and 1100° C. or lower. Although the lower limit of the third temperature C3 is not particularly limited, it may be, for example, 925° C. or higher, or 950° C. or higher. Although the upper limit of the third temperature C3 is not particularly limited, it may be, for example, 1075° C. or lower or 1050° C. or lower.

炭化珪素結晶20の温度が第3温度C3以上第2温度C2未満の温度域における炭化珪素結晶20の冷却速度を第2冷却速度とする。第2冷却速度は、たとえば6℃/分である。第2冷却速度は、20℃/分以下である。言い換えれば、第2冷却工程(S30)における炭化珪素結晶20の冷却速度は、20℃/分以下である。第2冷却速度は、第2温度C2から第3温度C3を差し引いた温度を、第3時点T3から第4時点T4までの時間で割った値とする。第2冷却速度の上限は、特に限定されないが、たとえば15℃/分以下であってもよいし、10℃/分以下であってもよい。 A cooling rate of silicon carbide crystal 20 in a temperature range in which the temperature of silicon carbide crystal 20 is equal to or higher than third temperature C3 and lower than second temperature C2 is defined as a second cooling rate. The second cooling rate is, for example, 6°C/min. The second cooling rate is 20° C./min or less. In other words, the cooling rate of silicon carbide crystal 20 in the second cooling step (S30) is 20° C./min or less. The second cooling rate is a value obtained by dividing the temperature obtained by subtracting the third temperature C3 from the second temperature C2 by the time from the third time T3 to the fourth time T4. The upper limit of the second cooling rate is not particularly limited, but may be, for example, 15° C./min or less, or 10° C./min or less.

図8中の第3グラフG3に示されるように、第2冷却工程(S30)において、第3時点T3から第4時点T4にかけて、誘導加熱コイル13へ電力が供給される。第2冷却工程(S30)において、誘導加熱コイル13は、炭化珪素結晶20を加熱することによって、炭化珪素結晶20の冷却速度を小さくする。 As shown in the third graph G3 in FIG. 8, electric power is supplied to the induction heating coil 13 from the third time point T3 to the fourth time point T4 in the second cooling step (S30). In the second cooling step ( S<b>30 ), induction heating coil 13 reduces the cooling rate of silicon carbide crystal 20 by heating silicon carbide crystal 20 .

供給電力は、炭化珪素結晶20の冷却速度が第2冷却速度となるように制御される。具体的には、製造装置100は、炭化珪素結晶20の温度を測定する。製造装置100は、測定した炭化珪素結晶20の温度を基に、供給電力を制御する。このため、供給電力は、時間経過とともに上下する。炭化珪素結晶20の温度が低くなるにつれて、供給電力は実質的に小さくなる。具体的には、第2冷却工程(S30)において、供給電力は、上下しつつ、実質的に第2電力E2から第3電力E3へ減少する。 Power supply is controlled such that the cooling rate of silicon carbide crystal 20 is the second cooling rate. Specifically, manufacturing apparatus 100 measures the temperature of silicon carbide crystal 20 . Manufacturing apparatus 100 controls power supply based on the measured temperature of silicon carbide crystal 20 . Therefore, the supplied power fluctuates over time. As the temperature of silicon carbide crystal 20 decreases, the supplied power substantially decreases. Specifically, in the second cooling step (S30), the supplied power substantially decreases from the second power E2 to the third power E3 while fluctuating.

第2電力E2はたとえば10kWである。第3電力E3はたとえば5kWである。第2電力E2は、たとえば第1電力E1の半分以下である。言い換えれば、第2冷却工程(S30)における供給電力は、加熱処理工程(S10)における供給電力と比較して、たとえば実質的に半分以下である。第2冷却工程(S30)において、供給電力は、たとえば1分ごとに実質的に0.1kWずつ減少する。第2冷却工程(S30)において、供給電力は、たとえば15kW以下である。 The second power E2 is, for example, 10 kW. The third electric power E3 is, for example, 5 kW. The second power E2 is, for example, less than half the first power E1. In other words, the power supplied in the second cooling step (S30) is, for example, substantially half or less of the power supplied in the heat treatment step (S10). In the second cooling step (S30), the supplied power is reduced substantially by 0.1 kW every minute, for example. In the second cooling step (S30), the supplied power is, for example, 15 kW or less.

第3時点T3から第4時点T4までの時間は、たとえば52分である。言い換えれば、第2冷却工程(S30)において、炭化珪素結晶20は、たとえば52分間、第2冷却速度で冷却される。第3時点T3から第4時点T4までの時間は、第2時点T2から第3時点T3までの時間よりも長い。言い換えれば、炭化珪素結晶20を第2冷却速度で冷却する時間は、炭化珪素結晶20を第1冷却速度で冷却する時間よりも長い。第3時点T3から第4時点T4までの時間は、第2時点T2から第3時点T3までの時間の、たとえば3倍以上である。以上のように、第2冷却工程(S30)において、炭化珪素結晶20は、第2温度C2から第3温度C3まで第2冷却速度で冷却される。 The time from the third time T3 to the fourth time T4 is, for example, 52 minutes. In other words, in the second cooling step (S30), silicon carbide crystal 20 is cooled at the second cooling rate for 52 minutes, for example. The time from the third time T3 to the fourth time T4 is longer than the time from the second time T2 to the third time T3. In other words, the time for cooling silicon carbide crystal 20 at the second cooling rate is longer than the time for cooling silicon carbide crystal 20 at the first cooling rate. The time from the third time T3 to the fourth time T4 is, for example, three times or more the time from the second time T2 to the third time T3. As described above, in the second cooling step (S30), silicon carbide crystal 20 is cooled from second temperature C2 to third temperature C3 at the second cooling rate.

第2冷却工程(S30)後、炭化珪素結晶20は、第3温度C3から27℃まで冷却される。言い換えれば、第2冷却工程(S30)後、炭化珪素結晶20は、第3温度C3から室温まで冷却される。第3温度C3から27℃まで冷却された炭化珪素結晶20の電気抵抗率は、1×107Ωcm以上である。炭化珪素結晶20の電気抵抗率の下限は、特に限定されないが、たとえば1×108Ωcm以上であってもよいし、1×109Ωcm以上であってもよいし、1×1010Ωcm以上であってもよい。炭化珪素結晶20の電気抵抗率の上限は、たとえば1×1012Ωcm以下であってもよい。言い換えれば、第2冷却工程(S30)後、第3温度C3から27℃まで冷却された炭化珪素結晶20は半絶縁性である。 After the second cooling step (S30), silicon carbide crystal 20 is cooled from third temperature C3 to 27°C. In other words, after the second cooling step (S30), silicon carbide crystal 20 is cooled from third temperature C3 to room temperature. Silicon carbide crystal 20 cooled from third temperature C3 to 27° C. has an electrical resistivity of 1×10 7 Ωcm or more. The lower limit of the electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 is not particularly limited, but may be, for example, 1×10 8 Ωcm or more, 1×10 9 Ωcm or more, or 1×10 10 Ωcm or more. may be The upper limit of electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 may be, for example, 1×10 12 Ωcm or less. In other words, silicon carbide crystal 20 cooled from third temperature C3 to 27° C. after the second cooling step (S30) is semi-insulating.

以上のように、炭化珪素単結晶10が作製される。炭化珪素結晶20の第4主面4は、炭化珪素単結晶10の第1主面1に対応している。炭化珪素結晶20の第5主面5は、炭化珪素単結晶10の第2主面2に対応している。 As described above, silicon carbide single crystal 10 is produced. Fourth main surface 4 of silicon carbide crystal 20 corresponds to first main surface 1 of silicon carbide single crystal 10 . Fifth main surface 5 of silicon carbide crystal 20 corresponds to second main surface 2 of silicon carbide single crystal 10 .

(作用効果)
次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10および炭化珪素単結晶10の製造方法の作用効果について説明する。
(Effect)
Next, the effects of silicon carbide single crystal 10 and the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment will be described.

炭化珪素結晶20を2000℃以上の温度まで加熱した後に、炭化珪素結晶20を30℃/分以上150℃/分以下の冷却速度で冷却することにより、作製された炭化珪素単結晶10における電気抵抗率が高まる。しかしながら、炭化珪素結晶20を30℃/分以上150℃/分以下の冷却速度で冷却することによって、作製された炭化珪素単結晶10においてクラックが発生することがあった。具体的には、図7中の第2グラフG2および図8中の第4グラフG4に示されるように、加熱処理工程(S10)後において、誘導加熱コイル13への電力の供給を停止し、第1温度C1から第3温度C3にかけて炭化珪素結晶20を冷却することによって、作製された炭化珪素単結晶10においてクラックが発生することがあった。 Electric resistance in silicon carbide single crystal 10 produced by heating silicon carbide crystal 20 to a temperature of 2000° C. or more and then cooling silicon carbide crystal 20 at a cooling rate of 30° C./min or more and 150° C./min or less rate increases. However, by cooling silicon carbide crystal 20 at a cooling rate of 30° C./min or more and 150° C./min or less, cracks may occur in manufactured silicon carbide single crystal 10 . Specifically, as shown in the second graph G2 in FIG. 7 and the fourth graph G4 in FIG. 8, after the heat treatment step (S10), power supply to the induction heating coil 13 is stopped, Cooling silicon carbide crystal 20 from first temperature C1 to third temperature C3 sometimes caused cracks in manufactured silicon carbide single crystal 10 .

発明者は、上記現象の原因を詳細に調査した結果、たとえば第2直径D2が100mm以上である場合、または、第2厚みH2が30mm以上である場合に、炭化珪素結晶20を急冷すると、上記現象が発生することを見出した。なお、本明細書において、急冷とは、誘導加熱コイル13への電力の供給を停止して、伝熱によって炭化珪素結晶20を冷却することを意味している。炭化珪素結晶20が冷却される過程において、最初に炭化珪素結晶20の表面の温度が低下する。その後、炭化珪素結晶20の中心部の熱が表面に伝わって、炭化珪素結晶20の中心部の温度が低下する。このため、炭化珪素結晶20が冷却される過程において、炭化珪素結晶20の表面と中心部との間の温度差が生じる。第2直径D2または第2厚みH2が大きいほど、炭化珪素結晶20の中心部の熱が表面に伝わりにくくなる。このため、炭化珪素結晶20の表面と中心部との間における温度差は大きくなる。炭化珪素結晶20の表面と中心部との間における温度差が大きいほど、炭化珪素結晶20に生じる熱応力は大きくなる。このため、第2直径D2が100mm以上である場合、または第2厚みH2が30mm以上である場合に、急冷することによって炭化珪素結晶20に大きな熱応力が生じ、クラックが発生したと考えられる。 As a result of detailed investigation of the cause of the above phenomenon, the inventors found that, for example, when the second diameter D2 is 100 mm or more, or the second thickness H2 is 30 mm or more, if the silicon carbide crystal 20 is rapidly cooled, the above I found that the phenomenon occurs. In this specification, rapid cooling means stopping the supply of electric power to induction heating coil 13 and cooling silicon carbide crystal 20 by heat transfer. In the process of cooling silicon carbide crystal 20, the temperature of the surface of silicon carbide crystal 20 first decreases. Thereafter, the heat at the central portion of silicon carbide crystal 20 is transferred to the surface, and the temperature at the central portion of silicon carbide crystal 20 decreases. Therefore, in the process of cooling silicon carbide crystal 20 , a temperature difference is generated between the surface and the center of silicon carbide crystal 20 . As second diameter D2 or second thickness H2 increases, heat from the central portion of silicon carbide crystal 20 is less likely to be conducted to the surface. Therefore, the temperature difference between the surface and the central portion of silicon carbide crystal 20 increases. As the temperature difference between the surface and center of silicon carbide crystal 20 increases, the thermal stress generated in silicon carbide crystal 20 increases. Therefore, when second diameter D2 was 100 mm or more, or when second thickness H2 was 30 mm or more, it is believed that rapid cooling caused silicon carbide crystal 20 to generate a large thermal stress and cracks.

発明者は、クラックが発生する原因について鋭意検討を行った結果、以下の知見を得て、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法を見出した。具体的には、第3温度C3以上第2温度C2未満の温度域において、炭化珪素結晶20を急冷することによって、クラックが発生することが判明した。第2温度C2以上の温度域において、炭化珪素結晶20は熱応力によって塑性変形するため、クラックの発生は抑制される。一方で、第2温度C2未満の温度域において、炭化珪素結晶20はほとんど塑性変形しないため、クラックの発生が促進される。また、第3温度C3未満の温度域において、炭化珪素結晶20と外気との間の温度差は比較的小さくなる。これによって、炭化珪素結晶20を急冷する場合であっても、冷却速度は比較的小さくなるため、クラックの発生は抑制される。一方で、第3温度C3以上の温度域において、炭化珪素結晶20を急冷する場合における冷却速度は、比較的大きくなるため、クラックの発生が促進される。このため、第3温度C3以上第2温度C2未満の温度域において、炭化珪素結晶20を急冷することによって、クラックが発生したと考えられる。 As a result of intensive studies on the cause of crack generation, the inventor obtained the following knowledge and found a method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment. Specifically, it was found that rapid cooling of silicon carbide crystal 20 causes cracks in a temperature range equal to or higher than third temperature C3 and lower than second temperature C2. In the temperature range equal to or higher than second temperature C2, silicon carbide crystal 20 is plastically deformed by thermal stress, so crack generation is suppressed. On the other hand, since silicon carbide crystal 20 is hardly plastically deformed in a temperature range lower than second temperature C2, cracking is accelerated. In addition, in the temperature range below third temperature C3, the temperature difference between silicon carbide crystal 20 and the outside air is relatively small. As a result, even when silicon carbide crystal 20 is rapidly cooled, the cooling rate is relatively low, thereby suppressing the occurrence of cracks. On the other hand, in the temperature range equal to or higher than third temperature C3, the cooling rate in the case of rapidly cooling silicon carbide crystal 20 is relatively high, thus promoting crack generation. Therefore, it is considered that the cracks were generated by rapidly cooling the silicon carbide crystal 20 in the temperature range equal to or higher than the third temperature C3 and lower than the second temperature C2.

さらに、発明者は、第2温度C2以上第1温度C1以下の温度域において、炭化珪素結晶20を急冷することによって、炭化珪素結晶20の電気抵抗率が十分に上昇することを見出した。言い換えれば、第2温度C2未満の温度域における急冷は、炭化珪素結晶20の電気抵抗率への影響が小さいことを見出した。炭化珪素結晶20の温度が第1温度C1まで上昇すると、炭素空孔等の真性欠陥が形成される。真性欠陥は、炭化珪素結晶20中のキャリアを捕らえる。このため、炭化珪素結晶20の電気抵抗率が上昇する。第2温度C2以上第1温度C1以下の温度域においては、炭化珪素結晶20中の原子が高いエネルギーを有している。このため、第2温度C2以上第1温度C1以下の温度域において、炭化珪素結晶20をゆっくりと冷却する場合、真性欠陥の回復が促進される。真性欠陥が回復すると、炭化珪素結晶20の電気抵抗率は低下する。一方で、炭化珪素結晶20を急冷する場合、炭化珪素結晶20の温度が第2温度C2以上第1温度C1以下の温度域である時間が短くなる。このため、真性欠陥の回復が抑制される。この結果、炭化珪素結晶20を急冷していない場合と比較して、炭化珪素結晶20の電気抵抗率が上昇すると考えられる。一方で、第2温度C2未満の温度域においては、炭化珪素結晶20中の原子が有するエネルギーが低いため、真性欠陥の回復は抑制される。このため、第2温度C2未満の温度域においては、炭化珪素結晶20の電気抵抗率の低下は抑制される。この結果、第2温度C2未満の温度域においては、急冷が電気抵抗率へ与える影響は小さくなったと考えられる。 Furthermore, the inventors found that the electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 is sufficiently increased by rapidly cooling silicon carbide crystal 20 in the temperature range between second temperature C2 and first temperature C1. In other words, it was found that rapid cooling in a temperature range lower than second temperature C2 has little effect on the electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 . When the temperature of silicon carbide crystal 20 rises to first temperature C1, intrinsic defects such as carbon vacancies are formed. Intrinsic defects trap carriers in silicon carbide crystal 20 . Therefore, the electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 increases. In the temperature range from second temperature C2 to first temperature C1, atoms in silicon carbide crystal 20 have high energy. Therefore, when the silicon carbide crystal 20 is slowly cooled in the temperature range between the second temperature C2 and the first temperature C1, recovery of intrinsic defects is promoted. When the intrinsic defects are recovered, the electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 decreases. On the other hand, when the silicon carbide crystal 20 is rapidly cooled, the time during which the temperature of the silicon carbide crystal 20 is in the temperature range equal to or higher than the second temperature C2 and equal to or lower than the first temperature C1 is shortened. Therefore, recovery of intrinsic defects is suppressed. As a result, it is considered that the electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 increases as compared with the case where silicon carbide crystal 20 is not rapidly cooled. On the other hand, in the temperature range below the second temperature C2, since the energy possessed by the atoms in the silicon carbide crystal 20 is low, recovery of intrinsic defects is suppressed. Therefore, a decrease in electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 is suppressed in a temperature range lower than second temperature C2. As a result, in the temperature range below the second temperature C2, it is considered that the effect of rapid cooling on the electrical resistivity was reduced.

上記知見に基づき、発明者は、第2温度C2において炭化珪素結晶20の冷却速度を切り替えることにより、炭化珪素結晶20の電気抵抗率を上昇させつつ、クラックの発生を抑制することに着想した。 Based on the above findings, the inventor has conceived of suppressing the occurrence of cracks while increasing the electrical resistivity of silicon carbide crystal 20 by switching the cooling rate of silicon carbide crystal 20 at second temperature C2.

本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法によれば、炭化珪素結晶20は、第1温度C1まで加熱処理された後、第1温度C1から第2温度C2まで第1冷却速度で冷却される。炭化珪素結晶20は、第2温度C2から第3温度C3まで第2冷却速度で冷却される。第1冷却速度は、50℃/分より大きい。第2冷却速度は、20℃/分以下である。第1温度C1は、2000℃以上である。第2温度C2は、1300℃以上1500℃以下である。第3温度C3は、900℃以上1100℃以下である。これにより、炭化珪素単結晶10の電気抵抗率を高めつつ、炭化珪素単結晶10におけるクラックの発生を抑制することができる。 According to the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment, silicon carbide crystal 20 is heat-treated to first temperature C1 and then cooled from first temperature C1 to second temperature C2 at the first cooling rate. be done. Silicon carbide crystal 20 is cooled from second temperature C2 to third temperature C3 at the second cooling rate. The first cooling rate is greater than 50°C/min. The second cooling rate is 20° C./min or less. The first temperature C1 is 2000° C. or higher. The second temperature C2 is 1300° C. or higher and 1500° C. or lower. The third temperature C3 is 900° C. or higher and 1100° C. or lower. Thereby, generation of cracks in silicon carbide single crystal 10 can be suppressed while increasing the electric resistivity of silicon carbide single crystal 10 .

さらに本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法によれば、第1冷却速度は、80℃/分以上であってもよい。これによって、より効果的に炭化珪素単結晶10の電気抵抗率を高めることができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment, the first cooling rate may be 80° C./min or more. Thereby, the electrical resistivity of silicon carbide single crystal 10 can be increased more effectively.

さらに本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法によれば、第2冷却速度は、10℃/分以下であってもよい。これによって、より効果的に炭化珪素単結晶10におけるクラックの発生を抑制することができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment, the second cooling rate may be 10° C./min or less. Thereby, generation of cracks in silicon carbide single crystal 10 can be suppressed more effectively.

さらに本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法によれば、炭化珪素結晶20の直径は、100mm以上である。また、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の直径は、100mm以上である。このように、大口径である炭化珪素単結晶10においても、クラックの発生を抑制することができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment, silicon carbide crystal 20 has a diameter of 100 mm or more. Further, the diameter of silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment is 100 mm or more. Thus, crack generation can be suppressed even in silicon carbide single crystal 10 having a large diameter.

さらに本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の製造方法によれば、炭化珪素結晶20の厚みは、30mm以上である。また、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10の厚みは、30mm以上である。このように、厚い炭化珪素単結晶10においても、クラックの発生を抑制することができる。 Further, according to the method for manufacturing silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment, silicon carbide crystal 20 has a thickness of 30 mm or more. Moreover, the thickness of silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment is 30 mm or more. Thus, crack generation can be suppressed even in thick silicon carbide single crystal 10 .

さらに本実施形態に係る炭化珪素単結晶10は、長さが10mm以上のクラックを含まない。これにより、本実施形態に係る炭化珪素単結晶10を用いて作成される炭化珪素半導体デバイスの信頼性を向上することができる。 Furthermore, silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment does not include cracks having a length of 10 mm or more. Thereby, the reliability of a silicon carbide semiconductor device produced using silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment can be improved.

さらに本実施形態に係る炭化珪素単結晶10によれば、n型不純物の濃度とp型不純物の濃度の差の絶対値は、たとえば7×1015atoms/cm3以下である。このため、炭化珪素単結晶10における自由電子または正孔の濃度は小さくなる。これによって、炭化珪素単結晶10の電気抵抗率をより効果的に高めることができる。 Furthermore, according to silicon carbide single crystal 10 according to the present embodiment, the absolute value of the difference between the n-type impurity concentration and the p-type impurity concentration is, for example, 7×10 15 atoms/cm 3 or less. Therefore, the concentration of free electrons or holes in silicon carbide single crystal 10 is reduced. Thereby, the electrical resistivity of silicon carbide single crystal 10 can be increased more effectively.

(実施例)
(サンプル準備)
次に、サンプルを用いた試験について説明する。まず、サンプル1からサンプル10に係る炭化珪素単結晶10が準備された。サンプル1、サンプル6、サンプル8およびサンプル10は、比較例である。サンプル2からサンプル5、サンプル7およびサンプル9は、実施例である。サンプル1からサンプル10に係る炭化珪素単結晶10は、上記の本実施形態に係る製造方法を用いて作製された。サンプル1からサンプル10に係る炭化珪素単結晶10の作製において、第1温度C1は2550℃とされた。第3温度C3は1000℃とされた。第2直径D2は110mmとされた。第2厚みH2は30mmとされた。坩堝30内の雰囲気ガスの圧力は90kPaとされた。
(Example)
(Sample preparation)
Next, a test using samples will be described. First, silicon carbide single crystals 10 according to samples 1 to 10 were prepared. Samples 1, 6, 8 and 10 are comparative examples. Samples 2 through 5, 7 and 9 are examples. Silicon carbide single crystals 10 according to samples 1 to 10 were produced using the manufacturing method according to the present embodiment described above. In the production of silicon carbide single crystals 10 according to samples 1 to 10, first temperature C1 was set to 2550.degree. The third temperature C3 was set to 1000°C. The second diameter D2 was set to 110 mm. The second thickness H2 was set to 30 mm. The atmospheric gas pressure in the crucible 30 was set to 90 kPa.

表1に示されるように、サンプル1からサンプル6に係る炭化珪素単結晶10の作製においては、第2温度C2が1600℃から1200℃の間で変化された。第1冷却工程(S20)において、炭化珪素結晶20の温度が低くなるにつれて、冷却速度は遅くなる。このため、サンプル1からサンプル6において、第2温度C2が変化されたことによって、第1冷却速度も変化された。言い換えれば、サンプル1からサンプル6において、第1冷却工程(S20)における供給電力は0kWとされた。サンプル4、サンプル7およびサンプル8に係る炭化珪素単結晶10の作製においては、第1冷却工程(S20)における供給電力を制御することによって、第1冷却速度が91℃/分から50℃/分の間で変化された。サンプル4、サンプル9およびサンプル10に係る炭化珪素単結晶10の作製においては、第2冷却速度が6℃/分から25℃/分の間で変化された。 As shown in Table 1, in manufacturing silicon carbide single crystals 10 according to samples 1 to 6, second temperature C2 was varied between 1600°C and 1200°C. In the first cooling step (S20), the cooling rate becomes slower as the temperature of silicon carbide crystal 20 becomes lower. Therefore, in samples 1 to 6, when the second temperature C2 was changed, the first cooling rate was also changed. In other words, in Samples 1 to 6, the power supplied in the first cooling step (S20) was 0 kW. In the production of silicon carbide single crystals 10 according to samples 4, 7, and 8, the power supplied in the first cooling step (S20) was controlled to set the first cooling rate from 91°C/min to 50°C/min. changed between In producing silicon carbide single crystals 10 according to samples 4, 9, and 10, the second cooling rate was varied between 6° C./min and 25° C./min.

(測定方法)
全てのサンプルにおいて、電気抵抗率が測定され、クラックの有無が確認された。具体的には、全てのサンプルにおいて炭化珪素ウェハ11が作製され、電気抵抗率が測定された。図4に示されるように、炭化珪素ウェハ11の第3主面3上に位置している複数の測定点42において、電気抵抗率が測定された。複数の測定点42の数は200個である。隣り合う測定点42の間隔は6mmとされた。複数の測定点42における電気抵抗率の平均値が炭化珪素ウェハ11の電気抵抗率とされた。クラックの特定は、目視によって行われた。クラックが形成されている面に対して垂直な方向から見た長さが10mm以上である亀裂がクラックとして特定された。
(Measuring method)
All the samples were measured for electrical resistivity and checked for cracks. Specifically, silicon carbide wafers 11 were produced for all samples, and the electrical resistivity was measured. As shown in FIG. 4 , electrical resistivity was measured at a plurality of measurement points 42 located on third main surface 3 of silicon carbide wafer 11 . The number of measurement points 42 is 200. The interval between adjacent measurement points 42 was 6 mm. An average value of electrical resistivities at a plurality of measurement points 42 was taken as the electrical resistivity of silicon carbide wafer 11 . Cracks were identified visually. Cracks having a length of 10 mm or more when viewed in a direction perpendicular to the surface on which the crack is formed were identified as cracks.

(測定結果) (Measurement result)

Figure 2023072238000002
Figure 2023072238000002

サンプル1からサンプル6において、電気抵抗率を比較すると、第2温度C2が1500℃を超える場合において、電気抵抗率が1×107Ωcmより小さくなることが確かめられた。一方で、サンプル1からサンプル6において、クラックの有無を比較すると、第2温度C2が1300℃より小さい場合において、クラックの発生が確かめられた。 Comparing the electrical resistivities of samples 1 to 6, it was confirmed that the electrical resistivity was less than 1×10 7 Ωcm when the second temperature C2 exceeded 1500°C. On the other hand, when comparing the presence or absence of cracks in samples 1 to 6, it was confirmed that cracks occurred when the second temperature C2 was lower than 1300°C.

サンプル4、サンプル7およびサンプル8において、電気抵抗率を比較すると、第1冷却速度が50℃/分以下の場合において、電気抵抗率が1×107Ωcmより小さくなることが認められた。 Comparing the electrical resistivities of samples 4, 7 and 8, it was found that the electrical resistivity was less than 1×10 7 Ωcm when the first cooling rate was 50° C./min or less.

サンプル4、サンプル9およびサンプル10において、クラックの有無を比較すると、第2冷却速度が20℃/分を超える場合において、クラックの発生が確かめられた。 Comparing the presence or absence of cracks in samples 4, 9 and 10, it was confirmed that cracks occurred when the second cooling rate exceeded 20°C/min.

電気抵抗率を1×107Ωcm以上に高めつつ、クラックの発生を抑制するためには、第2温度は1300℃以上1500℃以下とし、かつ、第1冷却速度は50℃/分より大きくし、かつ、第2冷却速度は20℃/分以下とすることが望ましいことが確認された。 In order to suppress the occurrence of cracks while increasing the electrical resistivity to 1×10 7 Ωcm or more, the second temperature should be 1300° C. or higher and 1500° C. or lower, and the first cooling rate should be higher than 50° C./min. Moreover, it was confirmed that the second cooling rate is preferably 20° C./min or less.

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなく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 embodiments and examples disclosed this time are illustrative in all respects and should not be considered restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above-described embodiments, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

1 第1主面
2 第2主面
3 第3主面
4 第4主面
5 第5主面
6 オリエンテーションフラット部
7 円弧状部
8 第1外周面
9 第2外周面
10 炭化珪素単結晶
11 炭化珪素ウェハ
13 誘導加熱コイル
20 炭化珪素結晶
30 坩堝
31 蓋部
32 収容部
41 中心点
42 測定点
100 製造装置
C1 第1温度
C2 第2温度
C3 第3温度
D1 第1直径
D2 第2直径
E1 第1電力
E2 第2電力
E3 第3電力
G1 第1グラフ
G2 第2グラフ
G3 第3グラフ
G4 第4グラフ
H1 第1厚み
H2 第2厚み
T1 第1時点
T2 第2時点
T3 第3時点
T4 第4時点
1 First main surface 2 Second main surface 3 Third main surface 4 Fourth main surface 5 Fifth main surface 6 Orientation flat portion 7 Circular portion 8 First outer peripheral surface 9 Second outer peripheral surface 10 Silicon carbide single crystal 11 Carbonization Silicon wafer 13 Induction heating coil 20 Silicon carbide crystal 30 Crucible 31 Lid 32 Housing 41 Center point 42 Measuring point 100 Manufacturing equipment C1 First temperature C2 Second temperature C3 Third temperature D1 First diameter D2 Second diameter E1 First Power E2 Second power E3 Third power G1 First graph G2 Second graph G3 Third graph G4 Fourth graph H1 First thickness H2 Second thickness T1 First time point T2 Second time point T3 Third time point T4 Fourth time point

Claims (9)

第1温度まで炭化珪素結晶を加熱処理する工程と、
前記第1温度まで炭化珪素結晶を加熱処理する工程後、前記第1温度から第2温度まで第1冷却速度で前記炭化珪素結晶を冷却する工程と、
前記第2温度から第3温度まで第2冷却速度で前記炭化珪素結晶を冷却する工程とを備え、
前記第1冷却速度は、50℃/分より大きく、
前記第2冷却速度は、20℃/分以下であり、
前記第1温度は、2000℃以上であり、
前記第2温度は、1300℃以上1500℃以下であり、
前記第3温度は、900℃以上1100℃以下であり、
前記第3温度から27℃まで冷却された前記炭化珪素結晶の電気抵抗率は、1×107Ωcm以上である、炭化珪素単結晶の製造方法。
heat-treating the silicon carbide crystal to a first temperature;
cooling the silicon carbide crystal from the first temperature to the second temperature at a first cooling rate after the step of heat-treating the silicon carbide crystal to the first temperature;
cooling the silicon carbide crystal from the second temperature to the third temperature at a second cooling rate;
wherein the first cooling rate is greater than 50°C/min;
The second cooling rate is 20° C./min or less,
The first temperature is 2000° C. or higher,
the second temperature is 1300° C. or higher and 1500° C. or lower;
the third temperature is 900° C. or higher and 1100° C. or lower;
The method for producing a silicon carbide single crystal, wherein the silicon carbide crystal cooled from the third temperature to 27° C. has an electrical resistivity of 1×10 7 Ωcm or more.
前記炭化珪素結晶の直径は、100mm以上である、請求項1に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 2. The method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein said silicon carbide crystal has a diameter of 100 mm or more. 前記炭化珪素結晶の厚みは、30mm以上である、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 3. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein said silicon carbide crystal has a thickness of 30 mm or more. 前記第1冷却速度は、80℃/分以上である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon carbide single crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein said first cooling rate is 80°C/min or higher. 前記第2冷却速度は、10℃/分以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 5. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein said second cooling rate is 10[deg.] C./min or less. 直径は、100mm以上であり、
厚みは、30mm以上であり、
電気抵抗率は、1×107Ωcm以上であり、
長さが10mm以上であるクラックを含まない、炭化珪素単結晶。
The diameter is 100 mm or more,
The thickness is 30 mm or more,
The electrical resistivity is 1×10 7 Ωcm or more,
A silicon carbide single crystal containing no cracks having a length of 10 mm or more.
窒素を含み、
窒素の濃度は、5×1015atoms/cm3以上1×1016atoms/cm3以下である、請求項6に記載の炭化珪素単結晶。
containing nitrogen,
The silicon carbide single crystal according to claim 6, wherein the concentration of nitrogen is 5 x 1015 atoms/cm3 or more and 1 x 1016 atoms/ cm3 or less.
硼素を含み、
硼素の濃度は、1×1015atoms/cm3以上5×1015atoms/cm3以下である、請求項6または請求項7に記載の炭化珪素単結晶。
containing boron,
8. The silicon carbide single crystal according to claim 6, wherein the concentration of boron is 1×10 15 atoms/cm 3 or more and 5×10 15 atoms/cm 3 or less.
アルミニウムを含み、
アルミニウムの濃度は、1×1014atoms/cm3以上5×1014atoms/cm3以下である、請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶。
contains aluminium,
The silicon carbide single crystal according to any one of claims 6 to 8, wherein the concentration of aluminum is 1 x 1014 atoms/ cm3 or more and 5 x 1014 atoms/ cm3 or less.
JP2021184649A 2021-11-12 2021-11-12 Method for manufacturing silicon carbide single crystal, and silicon carbide single crystal Pending JP2023072238A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021184649A JP2023072238A (en) 2021-11-12 2021-11-12 Method for manufacturing silicon carbide single crystal, and silicon carbide single crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021184649A JP2023072238A (en) 2021-11-12 2021-11-12 Method for manufacturing silicon carbide single crystal, and silicon carbide single crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023072238A true JP2023072238A (en) 2023-05-24

Family

ID=86424586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021184649A Pending JP2023072238A (en) 2021-11-12 2021-11-12 Method for manufacturing silicon carbide single crystal, and silicon carbide single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023072238A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170179236A1 (en) Method of producing silicon carbide epitaxial substrate, silicon carbide epitaxial substrate, and silicon carbide semiconductor device
EP2432002A1 (en) Silicon carbide substrate and semiconductor device
US20160197155A1 (en) Silicon carbide substrate, silicon carbide semiconductor device, and method for manufacturing silicon carbide substrate
US8367510B2 (en) Process for producing silicon carbide semiconductor device
US8435866B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide substrate
JPWO2008120469A1 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor element
WO2015064256A1 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method for same
JP6239097B2 (en) SiC epitaxial wafer
JP2020142985A (en) Silicon carbide epitaxial substrate and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2017065955A (en) P-type silicon carbide single crystal substrate having low resistivity
US8455269B2 (en) Method for recovering an on-state forward voltage and, shrinking stacking faults in bipolar semiconductor devices, and the bipolar semiconductor devices
US20220028688A1 (en) Method of manufacturing silicon carbide epitaxial wafer
JP2023072238A (en) Method for manufacturing silicon carbide single crystal, and silicon carbide single crystal
JP2018145042A (en) Method for manufacturing nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor substrate
JP7415558B2 (en) Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
US11094835B2 (en) Silicon carbide substrate, method for manufacturing silicon carbide substrate, and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP5921089B2 (en) Epitaxial wafer manufacturing method and semiconductor device manufacturing method
JP4307913B2 (en) Method for producing high-purity silicon carbide single crystal
US20120126251A1 (en) Method for manufacturing silicon carbide substrate, method for manufacturing semiconductor device, silicon carbide substrate, and semiconductor device
JP2017220653A (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
WO2023119755A1 (en) Silicon carbide substrate, silicon carbide semiconductor device manufacturing method, and silicon carbide substrate manufacturing method
US20110284872A1 (en) Method for manufacturing silicon carbide substrate, method for manufacturing semiconductor device, silicon carbide substrate, and semiconductor device
JP6472016B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
WO2024014358A1 (en) Silicon carbide substrate, silicon carbide epitaxial substrate and method for producing silicon carbide semiconductor device
US20130102141A1 (en) Method for manufacturing semiconductor device