JP3491429B2 - Method for producing silicon carbide single crystal - Google Patents
Method for producing silicon carbide single crystalInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は炭化珪素単結晶の製
造方法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a silicon carbide single crystal.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、炭化珪素単結晶基板は高耐圧電力
用トランジスタ、高耐圧ダイオード等の高耐圧大電力用
半導体装置の半導体基板として開発されている。この炭
化珪素単結晶基板の製造方法としては、アチソン法、レ
ーリー法、昇華再結晶法(改良レーリー法)等が知られ
ている。このうち半導体基板の製造方法としては、大面
積かつ高品質の炭化珪素単結晶成長に有利な昇華再結晶
法が主に採用されている。昇華再結晶法は、特公昭63
−57400号公報に開示されているように黒鉛製ルツ
ボ内に配置された炭化珪素粉末からなる原料を加熱昇華
させ、同じく黒鉛製ルツボ内において炭化珪素粉末原料
と対向する位置に配置された炭化珪素単結晶からなる炭
化珪素種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させるものであ
る。2. Description of the Related Art In recent years, a silicon carbide single crystal substrate has been developed as a semiconductor substrate for a high breakdown voltage large power semiconductor device such as a high breakdown voltage power transistor and a high breakdown voltage diode. Known methods for producing this silicon carbide single crystal substrate include the Acheson method, Rayleigh method, sublimation recrystallization method (improved Rayleigh method), and the like. Among these, as a method for manufacturing a semiconductor substrate, a sublimation recrystallization method which is advantageous for growing a large area and high quality silicon carbide single crystal is mainly adopted. Sublimation recrystallization method
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57400, a raw material made of silicon carbide powder placed in a graphite crucible is heated and sublimated, and silicon carbide is also placed in a position facing the silicon carbide powder raw material in the graphite crucible. A silicon carbide single crystal is grown on a silicon carbide seed crystal composed of a single crystal.
【0003】この方法により得られた炭化珪素単結晶は
半導体基板に適した大面積かつ多形が制御された基板と
して供給されている。さらに、この炭化珪素単結晶基板
上に必要に応じ、液相エピタキシャル法(LPE)また
は化学的気相エピタキシャル法(CVD)により、導電
型もしくはキャリア濃度が基板とは異なる炭化珪素単結
晶層を成長させ、半導体素子作製用基板が製造される。The silicon carbide single crystal obtained by this method is supplied as a substrate having a large area and controlled polymorphism suitable for a semiconductor substrate. Further, if necessary, a silicon carbide single crystal layer having a conductivity type or a carrier concentration different from that of the substrate is grown on this silicon carbide single crystal substrate by liquid phase epitaxial method (LPE) or chemical vapor phase epitaxial method (CVD). Then, a substrate for producing a semiconductor element is manufactured.
【0004】しかし、現在の炭化珪素単結晶基板はその
大きさが直径1インチ強のものしか供給されておらず、
トランジスタ等の半導体装置を大量生産するためにはよ
り大口径化された炭化珪素単結晶基板が必要となる。However, the current silicon carbide single crystal substrate is supplied only with a size of a little over 1 inch in diameter,
In order to mass-produce semiconductor devices such as transistors, a silicon carbide single crystal substrate having a larger diameter is required.
【0005】又、前述した従来の方法により炭化珪素単
結晶を製造すると、マイクロパイプ欠陥と呼ばれる結晶
中を貫通する線状の欠陥が多数発生する場合がある。こ
のマイクロパイプ欠陥は導電性があり、マイクロパイプ
欠陥が生じた炭化珪素基板を用いて、例えば、縦型MO
SFETを製造した場合には、ソース・ドレイン間リー
クや、ゲート・ドレイン間リークが発生し、素子動作不
良を引き起こすことが実験により確認されている。When a silicon carbide single crystal is manufactured by the above-mentioned conventional method, a large number of linear defects called micropipe defects penetrating the crystal may occur. This micropipe defect has conductivity, and a silicon carbide substrate in which the micropipe defect has occurred is used, for example, in vertical MO.
It has been confirmed by experiments that when an SFET is manufactured, a leak between the source and the drain and a leak between the gate and the drain occur to cause a device operation failure.
【0006】大口径化を実現する従来技術として、前記
した昇華再結晶法による炭化珪素単結晶の製造におい
て、炭化珪素単結晶基板としてアチソン炉による炭化珪
素研磨材作製工程で偶発的に得られた炭化珪素単結晶を
整形、研磨したアチソン結晶を用いる方法がある。とこ
ろが、アチソン結晶はサイズの小さいものしか得られな
いので、特開平6−48898号公報に開示されている
ようにサイズの小さい種結晶から成長を始め、繰返し成
長することにより徐々にサイズを大きくすることが行わ
れている。As a conventional technique for realizing a large diameter, in the production of a silicon carbide single crystal by the above-mentioned sublimation recrystallization method, it was accidentally obtained as a silicon carbide single crystal substrate in a process for producing a silicon carbide abrasive by an Acheson furnace. There is a method of using an Acheson crystal obtained by shaping and polishing a silicon carbide single crystal. However, since only small size Acheson crystals can be obtained, the growth is started from a small seed crystal as disclosed in JP-A-6-48898, and the size is gradually increased by repeated growth. Is being done.
【0007】又、特公平1−38080号公報に開示さ
れているように珪素基板上にβ型炭化珪素単結晶層をエ
ピタキシャル成長させた後、珪素基板を除去し、β型炭
化珪素単結晶層上にCVD法により大口径のα型炭化珪
素単結晶層を成長させる方法がある。Further, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-308080, after a β-type silicon carbide single crystal layer is epitaxially grown on a silicon substrate, the silicon substrate is removed and the β-type silicon carbide single crystal layer is removed. There is a method of growing a large diameter α-type silicon carbide single crystal layer by the CVD method.
【0008】一方、マイクロパイプ欠陥を無くすための
従来技術としては、特開平5−262599号公報に開
示されているように、前記した昇華再結晶法において炭
化珪素単結晶の結晶面方位を(0001)面と直交する
面、即ち、角度が90°ずれた面を利用する方法があ
る。この方法はらせん転位欠陥に起因するマイクロパイ
プ欠陥の発生を防止することができる。On the other hand, as a conventional technique for eliminating the micropipe defect, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 262599/1993, the crystal plane orientation of the silicon carbide single crystal in the above-mentioned sublimation recrystallization method is (0001 ) There is a method of using a plane orthogonal to the plane, that is, a plane whose angle is shifted by 90 °. This method can prevent the generation of micropipe defects due to screw dislocation defects.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開平6−48898号公報に記載された方法は繰返
し成長の工程が繁雑であり、コストが高くなってしま
う。又、大口径化の大きさに限界があり、現在の研究レ
ベルでも2〜3インチが限界となっている。However, in the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-48898, the steps of repeated growth are complicated and the cost becomes high. Further, there is a limit to the size of the large diameter, and the current research level is limited to 2-3 inches.
【0010】又、上記した特公平1−38080号公報
による方法においては、大口径の炭化珪素単結晶層は成
長できるが、CVD法によるエピタキシャル膜のため膜
厚2μm程度のものしか得られず基板として必要な厚さ
である300μm以上の炭化珪素単結晶の作製は困難で
ある。In the method according to the above Japanese Patent Publication No. 1-308080, a large-diameter silicon carbide single crystal layer can be grown, but only an approximately 2 μm thick film is obtained because of the epitaxial film formed by the CVD method. It is difficult to manufacture a silicon carbide single crystal having a required thickness of 300 μm or more.
【0011】又、上記した特開平5−262599号公
報に記載された方法は、種結晶である炭化珪素単結晶の
面方位が(0001)面に対して直角方向のものが必要
となる。一方、上述した種結晶として利用されているア
チソン結晶は(0001)面を持つ板状結晶であるた
め、(0001)面に対して直角方向の面を得るために
整形すると非常に小さいものとなってしまう。したがっ
て、この方法は大口径かつマイクロパイプ欠陥の無い炭
化珪素単結晶を成長するのに好適しない。Further, the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-262599 mentioned above requires that the plane orientation of the silicon carbide single crystal as the seed crystal is perpendicular to the (0001) plane. On the other hand, since the Acheson crystal used as the seed crystal described above is a plate crystal having a (0001) plane, it is very small when shaped to obtain a plane in a direction perpendicular to the (0001) plane. Will end up. Therefore, this method is not suitable for growing a silicon carbide single crystal having a large diameter and no micropipe defects.
【0012】本発明の炭化珪素単結晶の製造方法はこの
ような課題に着目してなされたものであり、その目的と
するところは、マイクロパイプ欠陥の発生を防止し、大
口径の炭化珪素単結晶を効率よく、低コストで大量に製
造することができる炭化珪素単結晶の製造方法を提供す
ることにある。The method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to prevent the generation of micropipe defects and to make a large diameter silicon carbide single crystal. It is an object of the present invention to provide a method for producing a silicon carbide single crystal, which is capable of efficiently producing a large amount of crystals at low cost.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、第2の成長工程において、α型炭化珪素単結晶
を初期成長速度で成長させ、第3の成長工程において、
前記第2の成長工程で初期成長させたα型炭化珪素単結
晶上に、前記第2の成長工程での成長速度よりも大きい
成長速度でα型炭化珪素単結晶を成長させるようにす
る。これによって、成長初期において立方晶炭化珪素単
結晶層の種結晶上に核が多数発生することが防止されて
平坦な成長面となる。所定時間成長後は、成長速度をよ
り大きくしても良好な単結晶成長が可能になり、これに
よって生産性が高く、高品質の炭化珪素結晶が得られ
る。加えて、第1の成長工程において珪素単結晶基板の
面方位が(111)面と垂直面であり、種である立方晶
炭化珪素単結晶層の面方位が(111)面と垂直面とな
るため、第2の成長工程におけるα型炭化珪素単結晶の
成長面方位が(0001)面と垂直となり、マイクロパ
イプ欠陥の無いα型炭化珪素単結晶が得られる。According to the invention described in claim 1, in the second growth step, α-type silicon carbide single crystal is used.
Is grown at an initial growth rate, and in the third growth step,
Α-type silicon carbide single crystal initially grown in the second growth step
Higher than the growth rate in the second growth step above the crystal
The α-type silicon carbide single crystal is grown at the growth rate.
It As a result, the cubic silicon carbide single
It prevents generation of many nuclei on the seed crystal of the crystal layer.
It has a flat growth surface. After growing for a certain period of time,
Even if the size is increased, good single crystal growth is possible.
Therefore, high productivity and high quality silicon carbide crystals can be obtained.
It In addition, in the first growth step, the plane orientation of the silicon single crystal substrate is vertical to the (111) plane, and the plane orientation of the seed cubic silicon carbide single crystal layer is vertical to the (111) plane. Therefore, the growth plane orientation of the α-type silicon carbide single crystal in the second growth step becomes perpendicular to the (0001) plane, and an α-type silicon carbide single crystal having no micropipe defect can be obtained.
【0014】 また、請求項2に記載の発明によれば、
第1の成長工程において珪素単結晶基板の面方位が(1
10)面または(211)面であり、立方晶炭化珪素単
結晶層の面方位が(110)面または(211)面とな
るため、第2の成長工程におけるα型炭化珪素単結晶の
成長面方位が(112 * 0)面または(11 * 00)面
となり、マイクロパイプ欠陥の無いα型炭化珪素単結晶
が得られる。ここで、2 * は、2の上に横バーを付加し
たものを表し、1 * は、1の上に横バーを付加したもの
を表すものとする。 According to the invention of claim 2,
In the first growth step, the plane orientation of the silicon single crystal substrate is (1
10) plane or (211) plane, and since the plane orientation of the cubic silicon carbide single crystal layer is the (110) plane or the (211) plane, the growth plane of the α-type silicon carbide single crystal in the second growth step The orientation is the ( 112 * 0 ) plane or the ( 11 * 00 ) plane, and an α-type silicon carbide single crystal having no micropipe defect can be obtained. Where 2 * is a horizontal bar above 2
1 * is a horizontal bar added above 1.
Shall be represented.
【0015】また、請求項3に記載の発明によれば、第
1の成長工程において珪素単結晶基板の面方位が(11
1)面と70〜110度の角度をなす面であり、立方晶
炭化珪素単結晶層の面方位が(111)面と70〜11
0度の角度をなす面となるため、第2の成長工程におけ
るα型炭化珪素単結晶の成長面方位が(0001)面と
70〜110度の角度をなす面となり、マイクロパイプ
欠陥の無いα型炭化珪素単結晶が得られる。According to the invention described in claim 3, in the first growth step, the plane orientation of the silicon single crystal substrate is (11
1) is a plane that makes an angle of 70 to 110 degrees with the plane orientation of the cubic silicon carbide single crystal layer being (111) plane and 70 to 11
Since the surface forms an angle of 0 degree, the growth plane orientation of the α-type silicon carbide single crystal in the second growth step forms a surface that makes an angle of 70 to 110 degrees with the (0001) plane, and α that does not have micropipe defects. A type silicon carbide single crystal is obtained.
【0016】また、請求項4に記載の発明によれば、第
1の成長工程において珪素単結晶基板の面方位が(11
0)面または(211)面と−20〜20度の角度をな
す面であり、立方晶炭化珪素単結晶層の面方位が(11
0)面または(211)面と−20〜20度の角度をな
す面となり、マイクロパイプ欠陥の無いα型炭化珪素単
結晶が得られる。According to the invention described in claim 4, in the first growth step, the plane orientation of the silicon single crystal substrate is (11
It is a plane that makes an angle of −20 to 20 degrees with the (0) plane or the (211) plane, and the plane orientation of the cubic silicon carbide single crystal layer is (11
The surface forms an angle of −20 to 20 degrees with the (0) plane or the (211) plane, and an α-type silicon carbide single crystal having no micropipe defect can be obtained.
【0017】 請求項5に記載の発明によれば、第2の
成長工程及び第3の成長工程において炭化珪素原料粉末
温度が2300℃〜2350℃、立方晶炭化珪素単結晶
層の温度が2000℃〜2300℃であるため、α型炭
化珪素単結晶に適した成長条件となっている。According to the invention of claim 5, in the second growth step and the third growth step , the temperature of the silicon carbide raw material powder is 2300 ° C. to 2350 ° C., and the temperature of the cubic silicon carbide single crystal layer is 2000 ° C. Since the temperature is ˜2300 ° C., the growth condition is suitable for α-type silicon carbide single crystal.
【0018】請求項6に記載の発明によれば、第2の成
長工程においてα型炭化珪素単結晶の成長速度が0.2
mm/hr以下となることにより高品位に多結晶化せず
にα型炭化珪素単結晶が成長する。According to the sixth aspect of the invention, the growth rate of the α-type silicon carbide single crystal is 0.2 in the second growth step.
When it is less than mm / hr, the α-type silicon carbide single crystal grows without being polycrystallized to high quality.
【0019】 請求項6に記載の発明によれば、前記第
2の成長工程において、前記α型炭化珪素単結晶を0.
2mm/hr以下の成長速度で成長させた後、前記第3
の成長工程を0.2〜2mm/hrの成長速度で連続的
に実施するので、高品位かつ成長厚さの大きいα型炭化
珪素単結晶が生産性良く成長できる。According to the invention of claim 6, in the second growth step, the α-type silicon carbide single crystal is made to have a grain size of 0.
After growing at a growth rate of 2 mm / hr or less, the third
Is continuously performed at a growth rate of 0.2 to 2 mm / hr, an α-type silicon carbide single crystal having a high quality and a large growth thickness can be grown with good productivity.
【0020】 請求項7に記載の発明によれば、第2の
成長工程及び第3の成長工程において不活性ガスの圧力
が13.3Pa〜13.3kPaであるため、α型炭化
珪素単結晶成長に適した成長条件となっている。According to the invention of claim 7, since the pressure of the inert gas is 13.3 Pa to 13.3 kPa in the second growth step and the third growth step , the α-type silicon carbide single crystal growth is performed. The growth conditions are suitable for.
【0021】[0021]
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。本実施の形態において用い
られる単結晶成長装置20を図1に示す。この単結晶成
長装置20は、昇華再結晶法により炭化珪素単結晶を形
成できるものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A single crystal growth apparatus 20 used in this embodiment is shown in FIG. This single crystal growth apparatus 20 can form a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method.
【0023】図1において真空容器(チャンバー)1内
には基台2が設けられ、この基台2の上には断熱材3に
覆われた黒鉛製ルツボ4が載置されている。黒鉛製ルツ
ボ4は、上面が開口するルツボ本体4aと、ルツボ本体
4aの開口部を塞ぐ蓋材4bとからなる。蓋材4bは、
種結晶である(110)面立方晶炭化珪素単結晶層を支
持する台座となる。又ルツボ本体4aの開口部よりルツ
ボ内部側には周辺部に穴をもった黒鉛製支持板が載置さ
れている。又、断熱材3は、黒鉛製ルツボ4の底面およ
び側面を覆う本体部3aと、黒鉛製ルツボ4の上部を覆
う断熱材3bとからなる。In FIG. 1, a base 2 is provided in a vacuum container (chamber) 1, and a graphite crucible 4 covered with a heat insulating material 3 is placed on the base 2. The graphite crucible 4 is composed of a crucible body 4a having an open top surface and a lid member 4b for closing the opening of the crucible body 4a. The lid material 4b is
It serves as a pedestal that supports the (110) face cubic silicon carbide single crystal layer that is a seed crystal. Further, a graphite support plate having holes in its peripheral portion is placed on the inner side of the crucible from the opening of the crucible body 4a. The heat insulating material 3 is composed of a main body portion 3a that covers the bottom surface and side surfaces of the graphite crucible 4 and a heat insulating material 3b that covers the upper portion of the graphite crucible 4.
【0024】真空容器1には排気管6を介して真空ポン
プ7が接続されている。又、排気管6には排気弁8が設
けられている。そして、真空ポンプ7により真空容器1
内を排気できるようになっている。さらに、真空容器1
には不活性ガス導入管9が設けられ、この不活性ガス導
入管9を通して不活性ガスであるアルゴンガスを真空容
器1に導入できるようになっている。A vacuum pump 7 is connected to the vacuum container 1 via an exhaust pipe 6. An exhaust valve 8 is provided in the exhaust pipe 6. Then, the vacuum container 1 is driven by the vacuum pump
The inside can be exhausted. Furthermore, the vacuum container 1
An inert gas introducing pipe 9 is provided in the chamber 1, and an argon gas, which is an inert gas, can be introduced into the vacuum container 1 through the inert gas introducing pipe 9.
【0025】真空容器1内における断熱材3の外周側に
は誘導コイル10が配置され、この誘導コイル10に対
し高周波電源から電力を供給することにより黒鉛製ルツ
ボ4を誘導加熱できるようになっている。An induction coil 10 is arranged on the outer peripheral side of the heat insulating material 3 in the vacuum container 1, and the graphite crucible 4 can be induction-heated by supplying power from the high frequency power source to the induction coil 10. There is.
【0026】蓋材4bと断熱材3bの間には黒鉛製の抵
抗加熱ヒータ11が配置され、電極12を介して電源ケ
ーブル、電源(図示せず)と接続されている。抵抗加熱
ヒータ11に対し電源から電力を供給することにより蓋
材4bに固定された種結晶である(110)面立方晶炭
化珪素単結晶層15の温度を調節できるようになってい
る。A resistance heater 11 made of graphite is arranged between the lid member 4b and the heat insulating member 3b, and is connected to a power cable and a power source (not shown) via the electrode 12. By supplying electric power to the resistance heater 11 from a power source, the temperature of the (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 which is a seed crystal fixed to the lid material 4b can be adjusted.
【0027】真空容器1の内部における断熱材3の底面
部および断熱材3bには温度測定穴13が設けられ、こ
の温度測定穴13を通して黒鉛製ルツボ4の底部および
抵抗加熱ヒータ11の光を取り出して光放射温度計にて
黒鉛製ルツボ4および抵抗加熱ヒータ11の温度を測定
できるようになっている。A temperature measuring hole 13 is provided in the bottom surface of the heat insulating material 3 and the heat insulating material 3b inside the vacuum container 1, and the light from the bottom of the graphite crucible 4 and the resistance heater 11 is taken out through the temperature measuring hole 13. The temperature of the graphite crucible 4 and the resistance heater 11 can be measured by an optical radiation thermometer.
【0028】次に、炭化珪素バルク単結晶の製造方法を
説明する。まず、その概略を説明する。図2(A)に示
すように、(111)面に垂直な面として、(110)
面方位のシリコンウエハ14の上に化学的気相成長法に
より(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15を成長さ
せる。次に図2(B)に示すように、フッ酸と硝酸の混
液を用いて(110)面方位のシリコンウエハ14を除
去し、図2(C)に示すように、(110)面立方晶炭
化珪素単結晶層15を接着剤16により結晶成長装置の
蓋材4bに接合して(110)、面立方晶炭化珪素単結
晶層15を蓋材4bに固定する。次に、この蓋材4bを
単結晶成長装置に装着して昇華再結晶法により(11
0)面立方晶炭化珪素単結晶層15を種として(11
0)面立方晶炭化珪素単結晶層15に(112* 0)面
α型炭化珪素単結晶19を成長させる(図2(D))。
ここで、2* は2の上に横バーを付加したものを表すも
のとする。Next, a method for manufacturing a silicon carbide bulk single crystal will be described. First, the outline will be described. As shown in FIG. 2 (A), as a plane perpendicular to the (111) plane, (110)
A (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 is grown on the surface-oriented silicon wafer 14 by a chemical vapor deposition method. Next, as shown in FIG. 2B, the silicon wafer 14 having the (110) plane orientation is removed using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and as shown in FIG. The silicon carbide single crystal layer 15 is bonded to the lid member 4b of the crystal growth apparatus with the adhesive 16 (110), and the face cubic silicon carbide single crystal layer 15 is fixed to the lid member 4b. Next, this lid material 4b is attached to a single crystal growth apparatus and subjected to sublimation recrystallization (11
0) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 as a seed (11
A (112 * 0) plane α-type silicon carbide single crystal 19 is grown on the (0) plane cubic silicon carbide single crystal layer 15 (FIG. 2D).
Here, 2 * represents a horizontal bar added above 2.
【0029】以下に上記した概略をさらに詳細に説明す
る。まず、図2(A)に示すように、立方晶型結晶であ
る珪素単結晶基板としての(110)面方位を基板表面
とする直径4インチのシリコンウエハ14を用意し、そ
の上に種結晶となる、表面が(110)面方位である立
方晶炭化珪素単結晶層15を化学的気相エピタキシャル
成長法(CVD)により成長させる。成長にあたって
は、メタンなどの炭素供給用原料ガスおよびシランなど
の珪素供給用原料ガスの化学反応による化学的気相成長
法を用いる。図3に立方晶型結晶の(110)面を示
す。その後、図2(B)に示すように、フッ酸と硝酸の
混酸中に浸し、シリコンウエハ14を溶解して除去す
る。The above outline will be described in more detail below. First, as shown in FIG. 2 (A), a silicon wafer 14 having a diameter of 4 inches and having a (110) plane orientation as a substrate surface is prepared as a silicon single crystal substrate which is a cubic crystal, and a seed crystal is provided thereon. A cubic silicon carbide single crystal layer 15 having a (110) surface orientation is grown by chemical vapor deposition (CVD). For the growth, a chemical vapor deposition method is used in which a carbon supply source gas such as methane and a silicon supply source gas such as silane are chemically reacted. FIG. 3 shows the (110) plane of a cubic crystal. Then, as shown in FIG. 2B, the silicon wafer 14 is dissolved and removed by immersing it in a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid.
【0030】このように、珪素を溶解する薬液による化
学的方法にてシリコンウエハ14が除去される。ここ
で、シリコンウエハ14(珪素単結晶)を除去する方法
として、フッ酸と硝酸の混液を用いたが、機械的研磨に
よる方法でもよい。In this way, the silicon wafer 14 is removed by a chemical method using a chemical solution that dissolves silicon. Here, as a method for removing the silicon wafer 14 (silicon single crystal), a mixed liquid of hydrofluoric acid and nitric acid is used, but a method by mechanical polishing may be used.
【0031】次に、図1に示す黒鉛製ルツボの蓋材4b
を結晶成長装置20から取り外し、図2(C)に示すよ
うに、シリコンウエハ14の除去により露出した(11
0)面立方晶炭化珪素単結晶層15の表面を黒鉛製ルツ
ボの蓋材4bに接合剤としての接着剤16で接合して、
(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15を黒鉛製ルツ
ボの蓋材4bに固定する。Next, the lid member 4b for the graphite crucible shown in FIG.
2 was removed from the crystal growth apparatus 20, and was exposed by removing the silicon wafer 14 as shown in FIG.
0) The surface of the cubic cubic silicon carbide single crystal layer 15 is bonded to the lid member 4b of the graphite crucible with the adhesive 16 as a bonding agent,
The (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 is fixed to the lid member 4b of the graphite crucible.
【0032】ここで、シリコンウエハ14の除去により
露出した(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15の表
面を黒鉛製ルツボの蓋材4bに接着剤16で接合する代
わりに、接着剤を用いないで直接接合により固定しても
よい。Here, instead of bonding the surface of the (110) plane cubic silicon carbide single crystal layer 15 exposed by removing the silicon wafer 14 to the lid member 4b of the graphite crucible with the adhesive 16, an adhesive is used. Alternatively, it may be fixed by direct bonding.
【0033】そして、図1に示すように、黒鉛製ルツボ
の蓋材4bを結晶成長装置20に装着する。このように
して、(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15が黒鉛
製ルツボの蓋材4bの下面に配置される。Then, as shown in FIG. 1, the lid member 4b of the crucible made of graphite is attached to the crystal growth apparatus 20. In this way, the (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 is arranged on the lower surface of the lid member 4b of the graphite crucible.
【0034】一方、図1における黒鉛製ルツボ4には炭
化珪素原料粉末17が100g充填されている。炭化珪
素原料粉末17は、研磨材として市販されている平均粒
径500μmのものを予め真空中で1800〜2000
℃で熱処理して使用している。On the other hand, the graphite crucible 4 in FIG. 1 is filled with 100 g of silicon carbide raw material powder 17. The silicon carbide raw material powder 17 has an average particle size of 500 μm, which is commercially available as an abrasive, and is 1800 to 2000 in advance in vacuum.
It is used after heat treatment at ℃.
【0035】 この状態から、排気管6と排気弁8とを
通して真空ポンプ7により真空容器1内を排気する。こ
のときの真空度は1.3×10 −1 〜1.3×10 −2
Paとする。さらに、誘導コイル10に高周波電源より
電力を供給して黒鉛製ルツボ4を誘導加熱する。温度は
温度測定穴13を通して黒鉛製ルツボ4の底を光放射温
度計により測定する。温度を監視しながら1200℃ま
で温度を上昇した後、不活性ガス導入管9よりアルゴン
ガスを導入して真空容器1内の圧力を66.5kPaに
する。From this state, the inside of the vacuum container 1 is exhausted by the vacuum pump 7 through the exhaust pipe 6 and the exhaust valve 8. The degree of vacuum at this time is 1.3 × 10 −1 to 1.3 × 10 −2.
It is Pa . Further, the induction coil 10 is supplied with power from a high frequency power source to induction-heat the graphite crucible 4. The temperature is measured through the temperature measuring hole 13 on the bottom of the graphite crucible 4 by an optical radiation thermometer. After increasing the temperature to a temperature of 1200 ° C. while monitoring, to 66.5kPa pressure within the vacuum vessel 1 by introducing argon gas from the inert gas inlet pipe 9.
【0036】 その後、誘導コイル10に電力を供給し
て再び温度を上昇させて黒鉛製ルツボ4の温度を230
0〜2350℃にして炭化珪素原料粉末17の昇華温度
にする。このときの(110)面立方晶炭化珪素単結晶
層15の温度は、温度測定穴13を通して抵抗加熱ヒー
タ11を光放射温度計により監視しながら黒鉛製ルツボ
4の温度すなわち炭化珪素原料粉末17の温度よりも1
20℃だけ低くなるように供給電力を調整して2210
℃とする。そして、炭化珪素原料粉末17と(110)
面立方晶炭化珪素単結晶層15の温度が安定した後、真
空ポンプにより真空容器1を減圧する。減圧とともに炭
化珪素原料粉末17から昇華が始まり結晶成長が開始さ
れる。この際、133Paまで減圧して成長圧力とす
る。又、結晶成長中はアルゴンガスを10リットル/m
inだけ流し、排気弁8の開度を調整しながら真空ポン
プ7により圧力を制御する。After that, electric power is supplied to the induction coil 10 to raise the temperature again to increase the temperature of the graphite crucible 4 to 230
The sublimation temperature of the silicon carbide raw material powder 17 is adjusted to 0 to 2350 ° C. At this time, the temperature of the (110) plane cubic silicon carbide single crystal layer 15 is the temperature of the graphite crucible 4, that is, the silicon carbide raw material powder 17 while monitoring the resistance heater 11 with an optical radiation thermometer through the temperature measuring hole 13. than the temperature 1
Adjust the power supply so that it drops by 20 ° C. 2210
℃. Then, the silicon carbide raw material powder 17 and (110)
After the temperature of the face cubic silicon carbide single crystal layer 15 is stabilized, the vacuum container 1 is depressurized by a vacuum pump. When the pressure is reduced, sublimation starts from the silicon carbide raw material powder 17 and crystal growth is started. At this time, the pressure is reduced to 133 Pa to obtain the growth pressure. Also, during the crystal growth, the argon gas is 10 liter / m 2.
The pressure is controlled by the vacuum pump 7 while adjusting the opening of the exhaust valve 8 by flowing only in.
【0037】炭化珪素原料粉末17から昇華したガスは
種結晶である炭化珪素単結晶層15との温度差を駆動力
として(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15まで到
達して、結晶成長が進行する。1時間の成長圧力維持の
後、抵抗加熱ヒータ11に供給される電力を調整して
(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15の温度を上昇
させ2250℃として5時間維持する。(110)面立
方晶炭化珪素単結晶層15の温度を変えることにより成
長速度が変わることが予備実験によりわかっており、本
実施形態では2210℃のときは0.16mm/hr、
2250℃のときは0.4mm/hrとなる。The gas sublimated from the silicon carbide raw material powder 17 reaches the (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 with the temperature difference from the silicon carbide single crystal layer 15 which is a seed crystal as a driving force, and crystal growth occurs. Progresses. After maintaining the growth pressure for 1 hour, the electric power supplied to the resistance heater 11 is adjusted to raise the temperature of the (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 and maintain it at 2250 ° C. for 5 hours. It is known from a preliminary experiment that the growth rate changes by changing the temperature of the (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15. In the present embodiment, 0.16 mm / hr at 2210 ° C.,
It becomes 0.4 mm / hr at 2250 ° C.
【0038】成長速度が0.16mm/hrである成長
開始から1時間は(110)面立方晶炭化珪素単結晶層
15の種結晶上に核が多数発生することを防止されて平
坦な成長面となり、単結晶が成長する。このとき初期成
長速度が0.2mm/hr以上であると多結晶となって
しまうので、0.2mm/hr以下の成長速度を用い
る。成長開始から1時間の成長により単結晶成長させた
後は成長速度を大きくしても良好な単結晶成長ができ
る。すなわち、(110)面立方晶炭化珪素単結晶層1
5の温度を2250℃に上昇させ、成長速度を0.4m
m/hrにすると成長厚さの大きい炭化珪素単結晶が得
られる。5時間の成長の後、アルゴンガスを真空容器1
に導入するとともに誘導コイル10および抵抗加熱ヒー
タ11への電力供給を停止し、温度を下げて成長終了と
する。For a period of 1 hour from the start of growth at a growth rate of 0.16 mm / hr, a large number of nuclei are prevented from being generated on the seed crystal of the (110) plane cubic silicon carbide single crystal layer 15 and a flat growth surface is obtained. And a single crystal grows. At this time, if the initial growth rate is 0.2 mm / hr or more, it becomes polycrystalline, so a growth rate of 0.2 mm / hr or less is used. After the single crystal is grown by growing for 1 hour from the start of growth, good single crystal can be grown even if the growth rate is increased. That is, the (110) plane cubic silicon carbide single crystal layer 1
The temperature of 5 was raised to 2250 ° C and the growth rate was 0.4m.
When it is set to m / hr, a silicon carbide single crystal having a large growth thickness can be obtained. After 5 hours of growth, argon gas was added to the vacuum vessel 1.
In addition, the power supply to the induction coil 10 and the resistance heater 11 is stopped and the temperature is lowered to complete the growth.
【0039】その結果、図2(D)に示すように、種結
晶である(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15上に
(112* 0)面α型炭化珪素単結晶(炭化珪素単結晶
インゴット)19が形成される。(112* 0)面α型
炭化珪素単結晶(炭化珪素単結晶インゴット)19はそ
の厚さが2mm、直径が4インチである。図4に六方晶
型結晶の(112* 0)面を示す。As a result, as shown in FIG. 2D, a (112 * 0) plane α-type silicon carbide single crystal (silicon carbide single crystal was formed on the (110) plane cubic silicon carbide single crystal layer 15 as a seed crystal. A crystal ingot 19 is formed. The (112 * 0) plane α-type silicon carbide single crystal (silicon carbide single crystal ingot) 19 has a thickness of 2 mm and a diameter of 4 inches. FIG. 4 shows the (112 * 0) plane of the hexagonal crystal.
【0040】さらに、図2(E)に示すように、(11
2* 0)面α型炭化珪素単結晶(炭化珪素単結晶インゴ
ット)19を黒鉛製ルツボの蓋材4bから取り外し、得
られた結晶をスライス、研磨して半導体基板とする。こ
の基板を500℃の溶解KOH中で10分間エッチング
して、エッチピット観察したところ、マイクロパイプ欠
陥の存在を示す六角形状の大エッチピットは観察されな
かった。このようにして、大口径かつマイクロパイプ欠
陥のない炭化珪素単結晶インゴットが得られる。Further, as shown in FIG.
The 2 * 0 plane α-type silicon carbide single crystal (silicon carbide single crystal ingot) 19 is removed from the lid 4b of the graphite crucible, and the obtained crystal is sliced and polished to obtain a semiconductor substrate. When this substrate was etched in dissolved KOH at 500 ° C. for 10 minutes and observed for etch pits, large hexagonal etch pits indicating the presence of micropipe defects were not observed. In this way, a silicon carbide single crystal ingot having a large diameter and no micropipe defects can be obtained.
【0041】又、この基板をX線回折およびラマン分光
により結晶面方位、結晶構造(多形)を判定した結果、
6H型の(112* 0)面方位をもつものであることが
確認された。つまり、黒鉛製ルツボ4内において炭化珪
素原料粉末17を不活性ガス雰囲気中で加熱昇華させ、
原料よりやや低温になっている(110)面立方晶炭化
珪素単結晶層15の表面側に炭化珪素単結晶を成長させ
る昇華再結晶法にて(112* 0)面α型炭化珪素単結
晶(炭化珪素単結晶インゴット)19が得られる。この
基板を用いて、大電力用の縦型MOSFET、pnダイ
オード、ショットキーダイオード等の半導体装置が作製
される。The crystal plane orientation and crystal structure (polymorphism) of this substrate were determined by X-ray diffraction and Raman spectroscopy.
It was confirmed to have a 6H type (112 * 0) plane orientation. That is, the silicon carbide raw material powder 17 is heated and sublimated in the inert gas atmosphere in the graphite crucible 4,
By the sublimation recrystallization method in which a silicon carbide single crystal is grown on the surface side of the (110) plane cubic silicon carbide single crystal layer 15 which is slightly lower in temperature than the raw material, the (112 * 0) plane α-type silicon carbide single crystal ( A silicon carbide single crystal ingot) 19 is obtained. Using this substrate, semiconductor devices such as high power vertical MOSFETs, pn diodes, and Schottky diodes are manufactured.
【0042】このように、本実施の形態では、(112
* 0)面α型(6H型)炭化珪素単結晶19と同じ原子
配列をもつ(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15を
種結晶として用いたので、結晶欠陥のない(112*
0)面α型(6H型)炭化珪素単結晶19が成長でき
る。(112* 0)面成長ではらせん転位が存在せず、
らせん転位に起因するマイクロパイプが発生しない。As described above, in the present embodiment, (112
Since the (110) plane cubic silicon carbide single crystal layer 15 having the same atomic arrangement as that of the ( * 0) plane α-type (6H type) silicon carbide single crystal 19 was used as a seed crystal, there was no crystal defect (112 *
The 0) plane α-type (6H-type) silicon carbide single crystal 19 can be grown. There is no screw dislocation in (112 * 0) plane growth,
Micropipes due to screw dislocations do not occur.
【0043】 又、昇華再結晶法において炭化珪素原料
粉末17の温度が2330℃、種結晶である(110)
面立方晶炭化珪素単結晶層15の温度を2210〜22
50℃、不活性ガスの圧力を133Paとすることで、
α型(6H型)の炭化珪素単結晶19が成長する。さら
に、昇華再結晶法におけるα型(6H型)の炭化珪素単
結晶19の成長速度を0.16mm/hrとすると、立
方晶炭化珪素単結晶層15上に結晶構造の異なるα型
(6H型)の炭化珪素単結晶19が多結晶化せずに高品
位に成長できる。又、成長速度を0.16mm/hr以
下で初期成長させた後、成長速度を0.4mm/hrに
増加して連続的に成長させることにより、高品位を保っ
たまま短時間に成長厚さの大きいα型(6H型)の炭化
珪素単結晶19が成長できる。また、種結晶である(1
10)面立方晶炭化珪素単結晶層15の近傍に珪素18
(図1参照)を配置することにより、初期成長における
(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15の表面の炭化
を防止して高品位の(112* 0)α型(6H型)炭化
珪素単結晶19が成長できる。Further, in the sublimation recrystallization method, the temperature of the silicon carbide raw material powder 17 is 2330 ° C. and it is a seed crystal (110).
The temperature of the face cubic silicon carbide single crystal layer 15 is set to 2210-22.
By setting the pressure of the inert gas to 50 Pa at 133 Pa ,
The α-type (6H-type) silicon carbide single crystal 19 grows. Further, when the growth rate of the α-type (6H-type) silicon carbide single crystal 19 in the sublimation recrystallization method is 0.16 mm / hr, the α-type (6H-type) having a different crystal structure is formed on the cubic silicon carbide single-crystal layer 15. The silicon carbide single crystal 19 of 1) can be grown with high quality without being polycrystallized. In addition, after the initial growth at a growth rate of 0.16 mm / hr or less, the growth rate is increased to 0.4 mm / hr for continuous growth, so that the growth thickness can be kept in a short time while maintaining high quality. It is possible to grow an α-type (6H-type) silicon carbide single crystal 19 having a large value. It is also a seed crystal (1
10) Silicon 18 is formed in the vicinity of the face cubic silicon carbide single crystal layer 15.
(See FIG. 1) prevents carbonization of the surface of the (110) -face cubic silicon carbide single crystal layer 15 in the initial growth, thereby providing high-quality (112 * 0) α-type (6H-type) silicon carbide. The single crystal 19 can grow.
【0044】シリコンウエハ14上に形成させた(11
0)面立方晶炭化珪素単結晶層15は下地のシリコンウ
エハ14と同一の口径をもつこととなり、今日シリコン
ウエハ14は8〜10インチのものまで容易に入手でき
る技術水準にあるので、8〜10インチの(112*
0)面α型(6H型)炭化珪素単結晶19が得られる。
従って、大口径かつ高品位の(112* 0)面α型(6
H型)炭化珪素単結晶を効率よく、低コストで大量に製
造することができる。It was formed on the silicon wafer 14 (11
0) The cubic silicon carbide single crystal layer 15 has the same diameter as that of the underlying silicon wafer 14, and since the silicon wafer 14 is 8 to 10 inches in the technical level that is easily available today, 10 inches (112 *
A 0) plane α type (6H type) silicon carbide single crystal 19 is obtained.
Therefore, a large-diameter and high-quality (112 * 0) surface α type (6
(H-type) silicon carbide single crystal can be efficiently produced in large quantities at low cost.
【0045】又、種結晶に対し昇華再結晶法により(1
12* 0)面α型(6H型)炭化珪素単結晶19を成長
させたので、(112* 0)面α型(6H型)炭化珪素
単結晶19の成長厚さを厚くでき基板として好ましいも
のとなる。Further, the sublimation recrystallization method (1
Since the 12 * 0 plane α-type (6H type) silicon carbide single crystal 19 is grown, the growth thickness of the (112 * 0) plane α-type (6H type) silicon carbide single crystal 19 can be increased, which is preferable as a substrate. Becomes
【0046】なお、本実施形態では炭化珪素原料粉末1
7の温度を2330℃としたが、2300〜2350℃
の間の任意の温度でもよい。2300℃より低い温度で
あると原料からの昇華量が少なく成長速度が小さくな
り、生産性が悪くなる。2350℃より高い温度である
と原料からの昇華量が多く成長速度が大きくなり、多結
晶化する。また、種結晶である(110)面立方晶炭化
珪素単結晶層15の温度は2210〜2250℃とした
が、2000〜2300℃の間の温度であってもよい。In this embodiment, the silicon carbide raw material powder 1 is used.
The temperature of 7 was set to 2330 ° C, but 2300 to 2350 ° C
Any temperature between can be used. If the temperature is lower than 2300 ° C., the amount of sublimation from the raw material is small and the growth rate is low, resulting in poor productivity. If the temperature is higher than 2350 ° C., the amount of sublimation from the raw material is large and the growth rate is high, resulting in polycrystallization. Further, the temperature of the (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 which is a seed crystal is 2210 to 2250 ° C, but it may be a temperature between 2000 and 2300 ° C.
【0047】又、初期成長の後の成長速度は0.4mm
/hrとしたが、0.2〜2mm/hrの間の任意の成
長速度でもよい。0.2mm/hr以下であると生産性
が悪く、2mm/hrより大きいと多結晶化する。The growth rate after the initial growth is 0.4 mm.
/ Hr, but may be any growth rate between 0.2 and 2 mm / hr. If it is 0.2 mm / hr or less, the productivity is poor, and if it is more than 2 mm / hr, polycrystallization occurs.
【0048】 又、成長圧力は133Paとしたが、1
3.3Pa〜13.3kPaでも良い。13.3Paよ
り低いと原料からの昇華量が多く成長速度が大きくな
り、多結晶化する。13.3kPaより高いと原料から
の昇華量が少なく成長速度が小さくなり、生産性が悪く
なる。[0048] In addition, although the growth pressure was 133Pa, 1
It may be 3.3 Pa to 13.3 kPa . If it is lower than 13.3 Pa , the amount of sublimation from the raw material is large and the growth rate is high, resulting in polycrystallization. If it is higher than 13.3 kPa , the amount of sublimation from the raw material is small and the growth rate is small, resulting in poor productivity.
【0049】本実施形態では種結晶である(110)面
立方晶炭化珪素単結晶層15の温度により成長速度を調
整したが、炭化珪素原料粉末17の温度、成長圧力によ
っても調整できる。又、黒鉛製ルツボ4の内部構造によ
っても成長速度は変化する。In the present embodiment, the growth rate was adjusted by the temperature of the (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15, which is a seed crystal, but it can also be adjusted by the temperature of the silicon carbide raw material powder 17 and the growth pressure. The growth rate also changes depending on the internal structure of the graphite crucible 4.
【0050】本実施形態では6H型の炭化珪素単結晶を
成長させたが、他のα型結晶である4H型などの結晶も
成長条件の変更により同様に成長できる。さらに、上述
した実施形態では化学的気相成長法を用いてシリコンウ
エハ14上に(110)面立方晶炭化珪素単結晶層15
を形成したが、他にも、固体炭素および固体珪素あるい
は固体炭化珪素を物理的に蒸発させて成長させる分子線
エピタキシャル法を用いてもよい。又、スパッタリング
法に代表される物理的蒸着法を用いて(110)面立方
晶炭化珪素単結晶層15をシリコンウエハ14上に形成
してもよい。さらに、シリコンウエハ14の材料である
珪素単結晶表面に炭素イオンを注入した後、熱処理によ
り固相成長させて(110)面立方晶炭化珪素単結晶層
15をシリコンウエハ14上に形成してもよい。In the present embodiment, a 6H type silicon carbide single crystal was grown, but other α type crystals such as 4H type crystals can be similarly grown by changing the growth conditions. Further, in the above-described embodiment, the (110) plane cubic silicon carbide single crystal layer 15 is formed on the silicon wafer 14 by using the chemical vapor deposition method.
Alternatively, a molecular beam epitaxial method in which solid carbon and solid silicon or solid silicon carbide are physically evaporated to grow may be used. Alternatively, the (110) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 may be formed on the silicon wafer 14 using a physical vapor deposition method typified by a sputtering method. Further, carbon ions are implanted into the surface of the silicon single crystal, which is the material of the silicon wafer 14, and then solid phase growth is performed by heat treatment to form the (110) plane cubic silicon carbide single crystal layer 15 on the silicon wafer 14. Good.
【0051】また、上述した例では種結晶として(11
0)面立方晶炭化珪素単結晶層15を用いたが、(11
2* 0)面α型炭化珪素単結晶と垂直な成長面が得られ
る面があれば他の面を持つ立方晶炭化珪素単結晶層を種
結晶として用いても良い。すなわち、珪素単結晶基板の
面方位が(211)面に代表される(111)面と垂直
な面であり、立方晶炭化珪素単結晶層の面方位が(21
1)面に代表される(111)面と垂直な面であっても
上述した実施形態と同様にマイクロパイプ欠陥の無いα
型炭化珪素単結晶が成長できる。In the above example, the seed crystal (11
The (0) face cubic silicon carbide single crystal layer 15 was used, but (11
A cubic silicon carbide single crystal layer having another surface may be used as a seed crystal if a growth surface perpendicular to the 2 * 0) α-type silicon carbide single crystal is obtained. That is, the plane orientation of the silicon single crystal substrate is a plane perpendicular to the (111) plane represented by the (211) plane, and the plane orientation of the cubic silicon carbide single crystal layer is (21
Even if it is a plane perpendicular to the (111) plane represented by the 1) plane, there is no micropipe defect α as in the above-described embodiment.
Type silicon carbide single crystal can be grown.
【0052】又、種結晶である立方晶炭化珪素単結晶層
の面方位は(111)面と厳密に垂直な面方位に限定さ
れるものではなく、略(111)面と垂直な面方位であ
ればよい。すなわち、珪素単結晶基板の面方位が(11
1)面と70〜110度の角度をなす面であり、立方晶
炭化珪素単結晶層の面方位が(111)面と70〜11
0度の角度をなす面であってもよい。The plane orientation of the cubic crystal silicon carbide single crystal layer which is a seed crystal is not limited to the plane orientation that is strictly perpendicular to the (111) plane, but may be a plane orientation that is substantially perpendicular to the (111) plane. I wish I had it. That is, the plane orientation of the silicon single crystal substrate is (11
1) is a plane that makes an angle of 70 to 110 degrees with the plane orientation of the cubic silicon carbide single crystal layer being (111) plane and 70 to 11
It may be a surface forming an angle of 0 degree.
【0053】又、種結晶である立方晶炭化珪素単結晶層
の面方位は(110)面または(211)面に限定され
るものではなく、略(110)面または(211)面で
あればよい。すなわち、珪素単結晶基板の面方位が(1
10)面または(211)面と−20〜20度の角度を
なす面であり、立方晶炭化珪素単結晶層の面方位が(1
10)面または(211)面と−20〜20度の角度を
なす面であってもよい。The plane orientation of the cubic silicon carbide single crystal layer which is a seed crystal is not limited to the (110) plane or the (211) plane, and may be any of the (110) plane or the (211) plane. Good. That is, the plane orientation of the silicon single crystal substrate is (1
It is a plane that makes an angle of −20 to 20 degrees with the (10) plane or the (211) plane, and the plane orientation of the cubic silicon carbide single crystal layer is (1
It may be a surface forming an angle of −20 to 20 degrees with the 10) plane or the (211) plane.
【図1】(112* 0)面α型炭化珪素単結晶の成長装
置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an apparatus for growing a (112 * 0) plane α-type silicon carbide single crystal.
【図2】(A)〜(E)は(112* 0)面α型炭化珪
素単結晶の製造工程を説明するための断面図である。2A to 2E are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a (112 * 0) plane α-type silicon carbide single crystal.
【図3】立方晶型結晶の(110)面を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a (110) plane of a cubic crystal.
【図4】六方晶型結晶の(112* 0)面を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a (112 * 0) plane of a hexagonal crystal.
1…真空容器、2…基台、3…断熱材、4…黒鉛製ルツ
ボ、4b…台座としての蓋材、5…黒鉛製支持板、6…
排気管、7…真空ポンプ、8…排気弁、9…不活性ガス
導入管、10…誘導コイル、11…抵抗加熱ヒータ、1
2…電極、13…温度測定穴、14…(110)面珪素
単結晶基板、15…(110)面立方晶炭化珪素単結晶
層(種結晶)、16…接着剤、17…炭化珪素原料粉
末、19…(112* 0)面α型炭化珪素単結晶インゴ
ット、20…単結晶成長装置。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container, 2 ... Base, 3 ... Thermal insulation material, 4 ... Graphite crucible, 4b ... Lid material as a base, 5 ... Graphite support plate, 6 ...
Exhaust pipe, 7 ... Vacuum pump, 8 ... Exhaust valve, 9 ... Inert gas introduction pipe, 10 ... Induction coil, 11 ... Resistance heating heater, 1
2 ... Electrode, 13 ... Temperature measurement hole, 14 ... (110) face silicon single crystal substrate, 15 ... (110) face cubic silicon carbide single crystal layer (seed crystal), 16 ... Adhesive agent, 17 ... Silicon carbide raw material powder , 1 9 ... (112 * 0) plane α-type silicon carbide single crystal ingot, 20 ... single crystal growing apparatus.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−145992(JP,A) 特開 昭63−139096(JP,A) 特開 平6−333830(JP,A) 特開 昭53−146300(JP,A) 特開 昭53−147700(JP,A) 特開 昭62−66000(JP,A) 特開 昭63−103893(JP,A) 特開 平4−12096(JP,A) 特開 平4−55397(JP,A) 特公 昭63−57400(JP,B2) 特公 平1−38080(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 Continuation of front page (56) Reference JP-A-60-145992 (JP, A) JP-A-63-139096 (JP, A) JP-A-6-333830 (JP, A) JP-A-53-146300 (JP , A) JP 53-147700 (JP, A) JP 62-66000 (JP, A) JP 63-103893 (JP, A) JP 4-12096 (JP, A) JP 4-55397 (JP, A) JP-B 63-57400 (JP, B2) JP-B 1-338080 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C30B 1/00 -35/00
Claims (7)
化珪素単結晶層を成長させる第1の成長工程と、 前記珪素単結晶基板を除去する除去工程と、 黒鉛製ルツボ内において炭化珪素原料粉末を不活性ガス
の雰囲気中で加熱昇華させ、この炭化珪素原料粉末より
やや低温状態にある前記立方晶炭化珪素単結晶層上にα
型炭化珪素単結晶を初期成長速度で成長させる第2の成
長工程と、前記第2の成長工程で初期成長させたα型炭化珪素単結
晶上に、前記第2の成長工程での成長速度よりも大きい
成長速度でα型炭化珪素単結晶を成長させる第3の成長
工程と、 を具備する炭化珪素単結晶の製造方法であって、 前記第1の成長工程における前記珪素単結晶基板の面方
位が略(111)面と垂直な面であり、前記立方晶炭化
珪素単結晶層の面方位が略(111)面と垂直な面であ
ることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。1. A first growth step of growing a cubic silicon carbide single crystal layer as a seed on a silicon single crystal substrate, a removal step of removing the silicon single crystal substrate, and a carbonization in a graphite crucible. The silicon raw material powder is heated and sublimated in an atmosphere of an inert gas, and α is formed on the cubic silicon carbide single crystal layer at a temperature slightly lower than that of the silicon carbide raw material powder.
Growth step of growing a type silicon carbide single crystal at an initial growth rate, and α-type silicon carbide single crystal initially grown in the second growth step
Higher than the growth rate in the second growth step above the crystal
Third growth for growing α-type silicon carbide single crystal at a growth rate
A method of manufacturing a silicon carbide single crystal comprising the steps, wherein the plane orientation of the silicon single crystal substrate in the first growth step is approximately (111) plane and a plane perpendicular, the cubic silicon carbide A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein the plane orientation of the single crystal layer is a plane perpendicular to the (111) plane.
単結晶基板の面方位が(110)面または(211)面
であり、前記立方晶炭化珪素単結晶の面方位が(11
0)面または(211)面であることを特徴とする請求
項1記載の炭化珪素単結晶の製造方法。2. In the first growth step, the plane orientation of the silicon single crystal substrate is the (110) plane or the (211) plane, and the plane orientation of the cubic silicon carbide single crystal is (11).
The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, which is a 0) plane or a (211) plane.
単結晶基板の面方位が(111)面と70〜110度の
角度をなす面であり、前記立方晶炭化珪素単結晶層の面
方位が(111)面と70〜110度の角度をなす面で
あることを特徴とする請求項1記載の炭化珪素単結晶の
製造方法。3. In the first growth step, the plane orientation of the silicon single crystal substrate is a plane that makes an angle of 70 to 110 degrees with the (111) plane, and the plane orientation of the cubic silicon carbide single crystal layer. Is a plane that makes an angle of 70 to 110 degrees with the (111) plane. 3. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein
単結晶基板の面方位が(111)面または(211)面
と−20度〜+20度の角度をなす面であり、前記立方
晶炭化珪素単結晶層の面方位が(110)面または(2
11)面と−20度〜+20度の角度をなす面であるこ
とを特徴とする請求項1記載の炭化珪素単結晶の製造方
法。4. In the first growth step, a plane orientation of the silicon single crystal substrate is a plane forming an angle of −20 degrees to +20 degrees with a (111) plane or a (211) plane, and the cubic crystal. The plane orientation of the silicon carbide single crystal layer is (110) plane or (2
11) The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, which is a surface that makes an angle of -20 to +20 degrees with the surface.
工程において、前記炭化珪素原料粉末の温度が2300
℃〜2350℃であり、前記立方晶炭化珪素単結晶層の
温度が2000℃〜2300℃であることを特徴とする
請求項1記載の炭化珪素単結晶の製造方法。5. The second growth step and the third growth
In the step , the temperature of the silicon carbide raw material powder is 2300
C. to 2350.degree. C., and the temperature of the cubic silicon carbide single crystal layer is 2000.degree. C. to 2300.degree. C., The method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to claim 1.
炭化珪素単結晶を0.2mm/hr以下の成長速度で成
長させた後、前記第3の成長工程を0.2〜2mm/h
rの成長速度で連続的に実施することを特徴とする請求
項1〜5のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造
方法。6. In the second growth step, after growing the α-type silicon carbide single crystal at a growth rate of 0.2 mm / hr or less, the third growth step is performed in the range of 0.2 to 2 mm / h.
The method for producing a silicon carbide single crystal according to any one of claims 1 to 5, wherein the method is continuously performed at a growth rate of r .
工程において、前記不活性ガスの圧力が13.3Pa〜
13.3kPaであることを特徴とする請求項1〜6の
いずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。7. The second growth step and the third growth
In the step , the pressure of the inert gas is 13.3 Pa to
It is 13.3 kPa , The manufacturing method of the silicon carbide single crystal as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
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