JP4962074B2 - Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method - Google Patents

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本発明は、炭化珪素単結晶の製造装置および製造方法に関するものである。   The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a silicon carbide single crystal.

炭化珪素単結晶は、高耐圧、高電子移動度という特徴を有するため、パワーデバイス用半導体基板として期待されている。炭化珪素単結晶の成長には、一般に昇華法(改良レーリー法)と呼ばれる単結晶成長方法が用いられる。また、特許文献1に開示されているように、高品質な結晶を連続的に作製するために、昇華法で用いられる温度域において、CVD法により炭化珪素単結晶をエピタキシャル成長させる技術が用いられる。   Since silicon carbide single crystal has characteristics of high breakdown voltage and high electron mobility, it is expected as a semiconductor substrate for power devices. For the growth of a silicon carbide single crystal, a single crystal growth method generally called a sublimation method (improved Rayleigh method) is used. As disclosed in Patent Document 1, in order to continuously produce high-quality crystals, a technique of epitaxially growing a silicon carbide single crystal by a CVD method is used in a temperature range used in a sublimation method.

しかし、この成長方法においては、Siを含有するガスとCを含有するガスとが予め混合された原料ガスを、加熱されて高温となったサセプタ内に導入するため、サセプタ入口等のサセプタ近傍における原料ガスを導入するためのガス通路においても、混合された原料ガスが反応し、SiC結晶が生成して、ガス通路の内壁に堆積してしまう。このため、ガス通路が塞がってしまい、サセプタ内に原料ガスを導入できなくなり、炭化珪素単結晶を連続成長させることができないという問題があった。   However, in this growth method, since a raw material gas in which a gas containing Si and a gas containing C is mixed in advance is introduced into the susceptor that has been heated to a high temperature, the susceptor inlet or the like is in the vicinity of the susceptor. Also in the gas passage for introducing the raw material gas, the mixed raw material gas reacts to generate SiC crystals, which are deposited on the inner wall of the gas passage. For this reason, there is a problem that the gas passage is blocked, the raw material gas cannot be introduced into the susceptor, and the silicon carbide single crystal cannot be continuously grown.

そこで、この問題の解決を図る技術として、特許文献2に記載の技術や、非特許文献1に記載の技術が提案されている。   Therefore, as a technique for solving this problem, a technique described in Patent Document 2 and a technique described in Non-Patent Document 1 have been proposed.

特許文献2に記載の技術は、同軸状に導入管が配置された2重構造のガス導入管を設置し、内側の導入管からSiCを成長させるための原料ガス(シラン、クロロシラン、プロパン、メタン、エチレン等)を導入するとともに、外側の導入管からキャリアガス(ヘリウム、アルゴン等)を導入するものであり、原料ガスを、キャリアガスに囲まれた状態で、種結晶が設置してある室に導入することで、原料ガスとガス通路との接触を抑制して、ガス通路の内壁への生成物の堆積を抑制することを図っている。   In the technique described in Patent Document 2, a double-structure gas introduction pipe having coaxially arranged introduction pipes is installed, and a raw material gas (silane, chlorosilane, propane, methane) for growing SiC from the inner introduction pipe is used. , Ethylene, etc.) and a carrier gas (helium, argon, etc.) is introduced from the outer introduction pipe, and the source gas is surrounded by the carrier gas and the chamber in which the seed crystal is installed By introducing into the gas passage, the contact between the source gas and the gas passage is suppressed, and the deposition of the product on the inner wall of the gas passage is suppressed.

一方、非特許文献1に記載の技術は、同軸状に導入管が配置された2重構造のガス導入管を設置し、内側の導入管からCを含有するガスとしてのプロパン(C)と水素ガス(H)を導入し、外側の導入管からSiを含有するガスとしてのクロロシラン(SiCl)とアルゴンガス(Ar)を導入するものである。これは、Cを含有するガスと、Siを含有するガスとを分離して導入することで、ガス通路でのCを含有するガスとSiを含有するガスとの反応を防ぎ、堆積物の生成を防ぐことを図っている。
特表平11−508531号公報 特表2001−501161号公報 S. Nigam (Carnegie Mellon Univ.), Journal of Crystal Growth 284 (2005) 112-122
On the other hand, in the technique described in Non-Patent Document 1, a double structure gas introduction pipe in which introduction pipes are coaxially arranged is installed, and propane (C 3 H 8 as a gas containing C is introduced from the inner introduction pipe. ) And hydrogen gas (H 2 ) are introduced, and chlorosilane (SiCl 4 ) and argon gas (Ar) as gas containing Si are introduced from the outer introduction pipe. This is because the gas containing C and the gas containing Si are separately introduced to prevent the reaction between the gas containing C and the gas containing Si in the gas passage, and the generation of deposits. I try to prevent.
Japanese National Patent Publication No. 11-508531 JP-T-2001-501161 S. Nigam (Carnegie Mellon Univ.), Journal of Crystal Growth 284 (2005) 112-122

しかし、上記した特許文献2および非特許文献1に記載の技術では、以下に説明するように、炭化珪素単結晶の結晶成長速度が低いという問題が生じる。   However, the techniques described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 have a problem that the crystal growth rate of the silicon carbide single crystal is low as described below.

すなわち、特許文献2に記載の技術では、原料ガスがキャリアガスに囲まれた状態とすることで、原料ガスのガス通路への接触を十分に抑制するためには、多量のキャリアガスを導入する必要がある。このため、原料ガスに対してキャリアガスを過剰に供給することになり、種結晶に到達するガス全体における原料ガスの分圧が低くなってしまうので、炭化珪素単結晶の成長速度が低いという問題が生じる。   That is, in the technique described in Patent Document 2, a large amount of carrier gas is introduced in order to sufficiently suppress contact of the raw material gas with the gas passage by setting the raw material gas surrounded by the carrier gas. There is a need. For this reason, the carrier gas is excessively supplied with respect to the raw material gas, and the partial pressure of the raw material gas in the entire gas that reaches the seed crystal is lowered, so that the growth rate of the silicon carbide single crystal is low. Occurs.

また、非特許文献1に記載の技術では、Siを含有するガスとして、クロロシラン(SiCl)のみを採用しており、クロロシランは、2100℃以上の高温においても、SiClなどの状態で安定に存在するため、SiC成長に直接寄与すると考えられるSiC、SiC、Siなどのガスの生成が少なく、SiCの成長に寄与し難くいことから、種結晶に到達する原料ガス中のSi濃度が実質的に低い状態となってしまう。このため、炭化珪素単結晶の成長速度が低いという問題が生じる。 In the technique described in Non-Patent Document 1, only chlorosilane (SiCl 4 ) is used as a gas containing Si, and chlorosilane is stable in a state of SiCl 2 or the like even at a high temperature of 2100 ° C. or higher. Since there is little generation of gases such as SiC 2 , Si 2 C, and Si that are considered to contribute directly to SiC growth, it is difficult to contribute to SiC growth, so the Si concentration in the source gas that reaches the seed crystal Becomes substantially low. For this reason, the problem that the growth rate of a silicon carbide single crystal is low arises.

このように、従来では、ガス通路において詰まりを発生させず、かつ、連続的に高速成長が可能な方法にて炭化珪素単結晶を製造することの実現が困難であった。   Thus, conventionally, it has been difficult to produce a silicon carbide single crystal by a method that does not cause clogging in the gas passage and can be continuously grown at a high speed.

本発明は、上記点に鑑み、炭化珪素単結晶の連続成長中に生じるガス通路の閉塞を防ぎつつ、連続的に高速成長が可能な方法にて高品質な炭化珪素単結晶を製造することができる炭化珪素単結晶の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above points, the present invention is capable of producing a high-quality silicon carbide single crystal by a method capable of continuous high-speed growth while preventing clogging of gas passages that occur during continuous growth of the silicon carbide single crystal. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for producing a silicon carbide single crystal that can be produced.

上記目的を達成するため、本発明は、炭化珪素単結晶の製造装置において、原料ガスを反応容器に導入するためのガス導入管(30)を備え、ガス導入管は、内側に配置された内側導入管(31)と、内側導入管の外側に同軸状に配置された外側導入管(32)とを有しており、内側導入管からSiを含有するガスとしてのシランとCを有するガスもしくはそれらの希釈ガスを反応容器内に導入するとともに、外側導入管からSiを含有するガスとしてのクロロシランもしくはその希釈ガスを反応容器に導入するようになっていることを第1の特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus including a gas introduction pipe (30) for introducing a raw material gas into a reaction vessel, and the gas introduction pipe is arranged on the inner side. An introduction pipe (31) and an outer introduction pipe (32) arranged coaxially outside the inner introduction pipe, and a gas containing silane and C as a gas containing Si from the inner introduction pipe or The first feature is that these dilution gases are introduced into the reaction vessel, and chlorosilane as a gas containing Si or its dilution gas is introduced into the reaction vessel from the outer introduction pipe.

本発明の第1の特徴では、Siを含有するガスとして、シランとクロロシランを採用している。ここで、シランは比較的に低温で分解し、水素を発生するが、この水素はクロロシランの分解を促進する。そのため、シランとクロロシランを混合した状態で、Cを含有するガスと共に反応容器に導入した場合では、反応容器までのガス通路内で、クロロシランが分解されることでSiが多く生成し、これがCを含有するガスと反応してSiCが生成して、ガス通路の内壁に堆積する。これが継続して行われると、ガス通路が閉塞され、定常的な結晶成長が持続できなくなってしまう。   In the first feature of the present invention, silane and chlorosilane are employed as the gas containing Si. Here, silane decomposes at a relatively low temperature to generate hydrogen, which accelerates the decomposition of chlorosilane. Therefore, when silane and chlorosilane are mixed and introduced into the reaction vessel together with the gas containing C, chlorosilane is decomposed in the gas passage to the reaction vessel, so that a large amount of Si is generated, and this generates C. SiC reacts with the contained gas and is deposited on the inner wall of the gas passage. If this is continued, the gas passage is blocked, and steady crystal growth cannot be sustained.

これに対して、本発明の第1の特徴では、シランとクロロシランとをできるだけ分離させるように、ガス導入管(30)の内側導入管(31)からシランを導入し、外側導入管(32)からクロロシランを導入するようにしているので、反応容器までのガス通路でのクロロシランの分解を抑制できる。これにより、クロロシランの分解によるSiCの生成を抑制できる。   In contrast, in the first feature of the present invention, silane is introduced from the inner introduction pipe (31) of the gas introduction pipe (30) so as to separate silane and chlorosilane as much as possible, and the outer introduction pipe (32). Therefore, the decomposition of chlorosilane in the gas passage to the reaction vessel can be suppressed. Thereby, the production | generation of SiC by decomposition | disassembly of chlorosilane can be suppressed.

また、本発明の第1の特徴では、シランの外周側にクロロシランを流しているので、クロロシランが内側導入管から導入されたガスのガス通路内壁への接触を防止するとともに、クロロシランがSiCのエッチングガスとしての働くことにより、ガス通路内壁へのSiCの堆積の抑制を期待できる。   In the first feature of the present invention, since chlorosilane is allowed to flow on the outer peripheral side of the silane, the chlorosilane prevents the gas introduced from the inner introduction pipe from contacting the inner wall of the gas passage, and the chlorosilane is etched by SiC. By acting as a gas, it can be expected to suppress the deposition of SiC on the inner wall of the gas passage.

これらのことから、本発明の第1の特徴によれば、炭化珪素単結晶の連続成長中に生じるガス通路の閉塞を防ぐことができる。   From these facts, according to the first feature of the present invention, it is possible to prevent clogging of the gas passage that occurs during the continuous growth of the silicon carbide single crystal.

また、本発明の第1の特徴では、Siを含有するガスとしてのシランとCを有するガスとの混合ガスの外側に、Siを含有するガスとしてのクロロシランを流すようにしているので、上記のように原料ガスの外周に過剰のキャリアガスを流す必要のある特許文献2に記載の技術と比較して、種結晶に到達するガス全体における原料ガスの濃度(分圧)を高めることができる。   Further, in the first feature of the present invention, the chlorosilane as the gas containing Si is caused to flow outside the mixed gas of the gas containing silane and the gas containing C as the gas containing Si. As described above, the concentration (partial pressure) of the source gas in the entire gas reaching the seed crystal can be increased as compared with the technique described in Patent Document 2 in which an excessive carrier gas needs to flow on the outer periphery of the source gas.

また、本発明の第1の特徴では、外側導入管からクロロシランを反応容器に導入し、内側導入管からCを有するガスを導入するとともに、さらに、内側導入管からSi含有ガスとしてのシランを導入するようにしているので、上記のように、Siを含有するガスとして、SiCの成長に寄与し難いクロロシランのみを採用する非特許文献1に記載の技術と比較して、原料ガス中のSi濃度を高くすることができる。   In the first feature of the present invention, chlorosilane is introduced into the reaction vessel from the outer introduction pipe, a gas having C is introduced from the inner introduction pipe, and silane as a Si-containing gas is further introduced from the inner introduction pipe. Therefore, as described above, as compared with the technique described in Non-Patent Document 1, which employs only chlorosilane that does not easily contribute to the growth of SiC as the gas containing Si, the Si concentration in the source gas Can be high.

これらのことから、本発明の第1の特徴によれば、特許文献2、非特許文献1に記載の技術と比較して、炭化珪素単結晶の連続的な高速成長が可能となる。   From these facts, according to the first feature of the present invention, compared to the techniques described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, continuous high-speed growth of a silicon carbide single crystal is possible.

本発明の第1の特徴に関し、本発明者がガス通路の内壁への生成物の堆積量を調査した結果、ガス導入管の先端から反応容器までの距離が0mm以上500mm以下のときであって、内側導入管および外側導入管をそれぞれ流れるガスの流速比が1/3以上3以下のとき、生成物の堆積量が非常に少ないことがわかった。   Regarding the first feature of the present invention, as a result of investigation of the amount of product deposited on the inner wall of the gas passage by the present inventor, the distance from the tip of the gas introduction pipe to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less. It was found that when the flow rate ratio of the gas flowing through the inner introduction pipe and the outer introduction pipe was 1/3 or more and 3 or less, the amount of accumulated product was very small.

したがって、ガス導入管は、その先端から反応容器までの距離が0mm以上500mm以下の位置に配置され、内側導入管および外側導入管をそれぞれ流れるガスの流速比を1/3以上3以下とするようになっていることが好ましい。   Therefore, the gas introduction pipe is arranged at a position where the distance from the tip to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less, and the flow rate ratio of the gas flowing through the inner introduction pipe and the outer introduction pipe is 1/3 or more and 3 or less. It is preferable that

また、本発明では、炭化珪素単結晶の製造装置において、原料ガスを反応容器に導入するためのガス導入管(40)を備え、ガス導入管は、その内側から外側に向けて順に同軸状に配置された第1導入管(41)、第2導入管(42)および第3導入管(43)を有しており、第1導入管からCを有するガスを反応容器に導入し、第3導入管からSiを含有するガスを反応容器に導入するとともに、第1導入管と第3導入管の間に位置する第2導入管から不活性ガスを反応容器に導入するようになっていることを第2の特徴としている。   In the present invention, the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus further includes a gas introduction pipe (40) for introducing the raw material gas into the reaction vessel, and the gas introduction pipes are coaxial in order from the inside toward the outside. A first introduction pipe (41), a second introduction pipe (42), and a third introduction pipe (43), wherein a gas having C is introduced into the reaction vessel from the first introduction pipe; A gas containing Si is introduced into the reaction vessel from the introduction tube, and an inert gas is introduced into the reaction vessel from the second introduction tube located between the first introduction tube and the third introduction tube. Is the second feature.

これによれば、ガス通路での閉塞の原因となるSiCを生じさせないことを目的として、Siを含有するガスと、Cを含有するガスとを、できるだけ分離させるように、Siを含有するガスとCを含有するガスとの間に、不活性ガスを挿入した状態で、原料ガスを反応容器に導入させることができるので、ガス通路内でのSiを含有するガスとCを含有するガスとの反応を抑制し、SiCの生成を抑制することができる。   According to this, for the purpose of preventing generation of SiC that causes clogging in the gas passage, the gas containing Si is separated from the gas containing Si and the gas containing C as much as possible. Since the source gas can be introduced into the reaction vessel with an inert gas inserted between the gas containing C and the gas containing C, the gas containing Si and the gas containing C in the gas passage Reaction can be suppressed and the production | generation of SiC can be suppressed.

この場合、上記した非特許文献1に記載の技術では、ガス導入管から吹き出された直後に、Cを含有するガスとSiを含有するガスとが混合する恐れがあるのに対して、ガス導入管から吹き出された後でも、Cを含有するガスとSiを含有するガスとの間に不活性ガスが挿入された状態となるため、Cを含有するガスとSiを含有するガスとを分離させることが可能となる。   In this case, in the technique described in Non-Patent Document 1 described above, the gas containing C may be mixed with the gas containing Si immediately after being blown out from the gas introduction pipe. Even after being blown out from the tube, since an inert gas is inserted between the gas containing C and the gas containing Si, the gas containing C and the gas containing Si are separated. It becomes possible.

また、この場合では、上記した特許文献2に記載の技術と比較して、ガス通路内でのSiCの生成を抑制するために必要な不活性ガスの量は少なくて済むので、種結晶に到達するガス全体における原料ガスの濃度(分圧)を高めることができる。   Further, in this case, the amount of inert gas required to suppress the generation of SiC in the gas passage is small compared with the technique described in Patent Document 2 described above, and thus the seed crystal is reached. The concentration (partial pressure) of the source gas in the entire gas can be increased.

したがって、本発明の第2の特徴によれば、炭化珪素単結晶の連続成長中に生じるガス通路の閉塞を防ぐことができ、特許文献2に記載の技術と比較して、炭化珪素単結晶の連続的な高速成長が可能となる。   Therefore, according to the second feature of the present invention, it is possible to prevent the gas passage from being blocked during the continuous growth of the silicon carbide single crystal, and compared with the technique described in Patent Document 2, Continuous high-speed growth is possible.

本発明の第2の特徴に関し、不活性ガスとしてHeを採用することが好ましい。Heは、不活性ガスのなかで、整流性が高く、乱流になり難く、ガス導入管から吹き出されて反応容器に到達する間において、Siを含有するガスとCを含有するガスとを分離する効果が高いからである。   Regarding the second feature of the present invention, it is preferable to employ He as the inert gas. He is an inert gas that has a high rectification property and is less likely to be turbulent, and separates a gas containing Si and a gas containing C while being blown out of the gas introduction pipe and reaching the reaction vessel. It is because the effect to do is high.

また、本発明の第2の特徴に関し、本発明者がガス通路の内壁への生成物の堆積量を調査した結果、ガス導入管の先端から反応容器までの距離が0mm以上500mm以下のときであって、第1〜第3導入管をそれぞれ流れるガスの流速のうち、最も大きい流速と最も小さい流速の比が1以上3以下のとき、生成物の堆積量が非常に少ないことがわかった。   In addition, regarding the second feature of the present invention, as a result of the investigation of the amount of product deposited on the inner wall of the gas passage by the present inventor, the distance from the tip of the gas introduction pipe to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less. Thus, it was found that when the ratio of the largest flow rate to the smallest flow rate among the flow rates of the gas flowing through the first to third introduction pipes is 1 or more and 3 or less, the amount of product deposited is very small.

したがって、ガス導入管は、その先端から反応容器までの距離が0mm以上500mm以下の位置に配置され、第1〜第3導入管をそれぞれ流れるガスの流速のうち、最も大きい流速と最も小さい流速の比を1以上3以下とするようになっていることが好ましい。   Therefore, the gas introduction pipe is arranged at a position where the distance from the tip to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less, and has the largest flow velocity and the smallest flow velocity among the flow velocity of the gas flowing through each of the first to third introduction tubes. The ratio is preferably set to 1 or more and 3 or less.

また、本発明の第1、第2の特徴に関し、例えば、ガス導入管を、その先端から反応容器までの距離が20mm以上の位置に配置することが好ましい。この距離が20mmより小さい場合には、高温で過熱された状態の反応容器に近すぎるため、ガス導入管の温度が高くなり、ガス導入管内において炭素が生成し、ガス導入管が閉塞してしまうからである。   Moreover, regarding the first and second features of the present invention, for example, it is preferable to dispose the gas introduction tube at a position where the distance from the tip to the reaction vessel is 20 mm or more. If this distance is less than 20 mm, the temperature of the gas introduction pipe becomes too high because it is too close to the reaction vessel heated at a high temperature, and carbon is generated in the gas introduction pipe and the gas introduction pipe is blocked. Because.

また、本発明では、炭化珪素単結晶の製造方法において、原料ガスを反応容器に導入するためのガス導入管(30)として、内側に配置された内側導入管(31)と、内側導入管の外側に同軸状に配置された外側導入管(32)とを有するガス導入管(30)を用い、内側導入管からSiを含有するガスとしてのシランとCを有するガスもしくはそれらの希釈ガスを反応容器内に導入するとともに、外側導入管からSiを含有するガスとしてのクロロシランもしくはその希釈ガスを反応容器に導入することを第3の特徴としている。これによれば、本発明の第1の特徴と同様の効果を奏する。   Further, in the present invention, in the method for producing a silicon carbide single crystal, as the gas introduction pipe (30) for introducing the raw material gas into the reaction vessel, the inner introduction pipe (31) disposed on the inner side, and the inner introduction pipe A gas introduction pipe (30) having an outer introduction pipe (32) arranged coaxially on the outside is used, and silane and C-containing gas as Si-containing gas or their dilution gas is reacted from the inner introduction pipe. The third feature is that, while being introduced into the vessel, chlorosilane or a diluted gas thereof as a gas containing Si is introduced into the reaction vessel from the outer introduction pipe. According to this, there exists an effect similar to the 1st characteristic of this invention.

本発明の第3の特徴においても、第1の特徴と同様に、ガス導入管を、その先端から反応容器までの距離を0mm以上500mm以下として配置し、内側導入管および外側導入管をそれぞれ流れるガスの流速比を、1/3以上3以下とすることが好ましい。   Also in the third feature of the present invention, as in the first feature, the gas introduction tube is arranged such that the distance from the tip to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less, and flows through the inner introduction tube and the outer introduction tube, respectively. The gas flow rate ratio is preferably 1/3 or more and 3 or less.

また、本発明では、炭化珪素単結晶の製造方法において、原料ガスを反応容器に導入するためのガス導入管(40)として、その内側から外側に向けて同軸状に順に配置された第1導入管(41)、第2導入管(42)および第3導入管(43)を有するガス導入管(40)を用い、第1導入管からCを有するガスを反応容器に導入し、第3導入管からSiを含有するガスを反応容器に導入するとともに、第1導入管と第3導入管の間に位置する第2導入管から不活性ガスを反応容器に導入することを第4の特徴としている。これによれば、本発明の第2の特徴と同様の効果を奏する。   Moreover, in this invention, in the manufacturing method of a silicon carbide single crystal, it is the 1st introduction | transduction arrange | positioned in order coaxially from the inner side to the outer side as the gas introduction pipe | tube (40) for introduce | transducing source gas into a reaction container. Using the gas introduction pipe (40) having the pipe (41), the second introduction pipe (42) and the third introduction pipe (43), the gas having C is introduced into the reaction vessel from the first introduction pipe, and the third introduction A fourth feature is that a gas containing Si is introduced into the reaction vessel from the tube, and an inert gas is introduced into the reaction vessel from the second introduction tube located between the first introduction tube and the third introduction tube. Yes. According to this, the same effect as the second feature of the present invention can be obtained.

本発明の第4の特徴においても、第2の特徴と同様に、不活性ガスとしてHeを採用することが好ましく、ガス導入管を、その先端から反応容器までの距離を0mm以上500mm以下として配置し、第1〜第3導入管をそれぞれ流れるガスの流速のうち、最も大きい流速と最も小さい流速の比を1以上3以下とすることが好ましい。   In the fourth feature of the present invention, as in the second feature, it is preferable to use He as the inert gas, and the gas introduction pipe is arranged so that the distance from the tip to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less. Of the gas flow rates flowing through the first to third introduction pipes, the ratio of the largest flow rate to the smallest flow rate is preferably 1 or more and 3 or less.

また、本発明の第3、第4の特徴に関し、例えば、ガス導入管を、その先端から反応容器までの距離が20mm以上の位置に配置することが好ましい。   Further, regarding the third and fourth features of the present invention, for example, it is preferable to dispose the gas introduction tube at a position where the distance from the tip to the reaction vessel is 20 mm or more.

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の概略断面図を示す。
(First embodiment)
In FIG. 1, the schematic sectional drawing of the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal in 1st Embodiment of this invention is shown.

図1に示すように、炭化珪素単結晶の製造装置は、筒状であって、立設した状態で配置された真空容器10を備えている。真空容器10は、例えば石英で構成される。真空容器10の内部には、真空容器10の内壁を覆う円筒状の第1断熱材11が配置されており、さらに、第1断熱材11の内部に円筒状の反応容器12が立設した状態で配置されている。   As shown in FIG. 1, the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus includes a vacuum vessel 10 that is cylindrical and arranged in an upright state. The vacuum container 10 is made of, for example, quartz. A cylindrical first heat insulating material 11 covering the inner wall of the vacuum vessel 10 is disposed inside the vacuum vessel 10, and a cylindrical reaction vessel 12 is further erected inside the first heat insulating material 11. Is arranged in.

反応容器12は、供給される原料ガスが反応して単結晶が成長する空間を構成するものであり、例えば、側壁部をなす円筒状部13と、底部をなす円形状のプレート材14とによって構成されており、プレート材14の上に、円筒状部13が設置されている。なお、側壁部と底部とが一体に形成されていても良い。反応容器12は、例えば、黒鉛もしくは炭化タンタルもしくは炭化タンタルを被覆した黒鉛部材で構成される。   The reaction vessel 12 constitutes a space in which the supplied source gas reacts to grow a single crystal. For example, the reaction vessel 12 includes a cylindrical portion 13 forming a side wall portion and a circular plate material 14 forming a bottom portion. The cylindrical part 13 is installed on the plate material 14. Note that the side wall portion and the bottom portion may be integrally formed. The reaction vessel 12 is made of, for example, graphite, tantalum carbide, or a graphite member coated with tantalum carbide.

また、反応容器12の内部上方には黒鉛製台座15が設置されており、その下面には、種結晶となる炭化珪素単結晶基板16が取り付けられている。そして、この炭化珪素単結晶基板16が種結晶となって反応容器12の内部において炭化珪素単結晶17が成長することとなる。   A graphite pedestal 15 is installed above the reaction vessel 12, and a silicon carbide single crystal substrate 16 serving as a seed crystal is attached to the lower surface thereof. The silicon carbide single crystal substrate 16 becomes a seed crystal, and the silicon carbide single crystal 17 grows inside the reaction vessel 12.

また、台座15はパイプ材18に連結支持されている。パイプ材18は上下方向に延びている。このパイプ材18の上端部には回転・上下動機構(図示略)が設置され、この機構によりパイプ材18を回転および上下動(昇降)できるようになっている。   The pedestal 15 is connected and supported by the pipe material 18. The pipe material 18 extends in the vertical direction. A rotating / vertical moving mechanism (not shown) is installed at the upper end portion of the pipe material 18, and the pipe material 18 can be rotated and vertically moved (lifted / lowered) by this mechanism.

第1断熱材11の内部において、反応容器12の下方には、例えば、円柱形状の第2断熱材19が配置されている。第2断熱材19の内部には、プレート材14に設けられた開口部14aに通じるガス通路としての原料ガス供給通路19aが形成されており、ここから上方の反応容器12に向かって原料ガスが供給(導入)される。原料ガス供給通路19aの口径は、例えば、10mm〜100mmである。   Inside the first heat insulating material 11, for example, a cylindrical second heat insulating material 19 is disposed below the reaction vessel 12. Inside the second heat insulating material 19, a raw material gas supply passage 19 a is formed as a gas passage leading to the opening 14 a provided in the plate material 14, and the raw material gas flows from here toward the upper reaction vessel 12. Supplied (introduced). The diameter of the source gas supply passage 19a is, for example, 10 mm to 100 mm.

また、反応容器12の内部下方には、供給される原料ガスの撹拌および加熱を目的とした邪魔板20が水平方向に延びるように配置されている。炭化珪素単結晶基板(種結晶)13の中心と第2断熱材19の原料ガス供給通路19aの中心と邪魔板20の中心とは一致している。この邪魔板20に原料ガス供給通路19aから供給される原料ガスが当たることで、原料ガスが撹拌され、邪魔板20と熱交換され、原料ガスの混合および原料ガスへの熱の授受が促進される。邪魔板20は、例えば、炭化タンタルもしくは炭化タンタルを被覆した黒鉛部材で構成される。   Further, a baffle plate 20 for the purpose of stirring and heating the supplied raw material gas is disposed below the inside of the reaction vessel 12 so as to extend in the horizontal direction. The center of silicon carbide single crystal substrate (seed crystal) 13, the center of source gas supply passage 19 a of second heat insulating material 19, and the center of baffle plate 20 coincide. When the source gas supplied from the source gas supply passage 19a hits the baffle plate 20, the source gas is agitated and heat-exchanged with the baffle plate 20, thereby promoting the mixing of the source gas and the transfer of heat to the source gas. The The baffle plate 20 is made of, for example, tantalum carbide or a graphite member coated with tantalum carbide.

また、真空容器10の外周部には、高周波誘導コイル(RFコイル)21、22が巻回されている。高周波誘導コイルのうち、上側に位置する上側コイル21は、炭化珪素単結晶17の成長時において、炭化珪素単結晶基板(種結晶)13が高さ方向に移動する範囲に対向して概略配置されており、上側コイル21を通電することにより成長時において炭化珪素単結晶基板(種結晶)16を加熱することができるようになっている。   In addition, high frequency induction coils (RF coils) 21 and 22 are wound around the outer periphery of the vacuum vessel 10. Of the high-frequency induction coils, upper coil 21 located on the upper side is roughly arranged to face a range in which silicon carbide single crystal substrate (seed crystal) 13 moves in the height direction when silicon carbide single crystal 17 is grown. In addition, by energizing the upper coil 21, the silicon carbide single crystal substrate (seed crystal) 16 can be heated during growth.

また、高周波誘導コイルのうち、下側に位置する下側コイル22は、反応容器12の下半分側に対向して概略配置されており、下側コイル22を通電することにより、反応容器12および邪魔板20を加熱し、ここを通過する原料ガスを加熱することができるようになっている。上側、下側コイル21、22は独立した通電制御がされるようになっている。   Further, among the high frequency induction coils, the lower coil 22 positioned on the lower side is roughly arranged to face the lower half side of the reaction vessel 12, and by energizing the lower coil 22, the reaction vessel 12 and The baffle plate 20 is heated so that the raw material gas passing therethrough can be heated. The upper and lower coils 21 and 22 are controlled to be independently energized.

また、本実施形態の製造装置は、成長に寄与しなかった原料ガスを排出するための排気系を備えており、この排気系に設けられた図示しないポンプへの排出弁の開度を調整することにより、製造装置内の雰囲気圧力を一定に調整できるようになっている。   Further, the manufacturing apparatus of the present embodiment includes an exhaust system for discharging the raw material gas that has not contributed to the growth, and adjusts the opening degree of a discharge valve to a pump (not shown) provided in the exhaust system. Thus, the atmospheric pressure in the manufacturing apparatus can be adjusted to be constant.

また、本実施形態の製造装置は、第2断熱材19の原料ガス供給通路19a内部に配置されたガス導入管30を備えている。このガス導入管30から原料ガス供給通路19aを介して反応容器12の内部に原料ガスが導入される。   In addition, the manufacturing apparatus according to the present embodiment includes a gas introduction pipe 30 disposed inside the source gas supply passage 19 a of the second heat insulating material 19. Source gas is introduced into the reaction vessel 12 from the gas introduction pipe 30 through the source gas supply passage 19a.

図2に、図1中のA−A線断面図を示す。図2に示すように、ガス導入管30は、内側に配置された内側導入管31と、内側導入管の外側に同軸状に配置された外側導入管32とを有しており、同軸状の2層からなる構造となっている。内側導入管31の内壁によって内側のガス通路が構成され、内側導入管31の外壁と外側導入管32の内壁とによって外側のガス通路が構成されている。本実施形態では、内側導入管31は円筒形状であり、外側導入管32が内側導入管31を同心状に囲む円筒形状となっている。   FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIG. 2, the gas introduction pipe 30 has an inner introduction pipe 31 arranged on the inner side and an outer introduction pipe 32 arranged coaxially on the outer side of the inner introduction pipe. It has a structure consisting of two layers. An inner gas passage is constituted by the inner wall of the inner introduction pipe 31, and an outer gas passage is constituted by the outer wall of the inner introduction pipe 31 and the inner wall of the outer introduction pipe 32. In the present embodiment, the inner introduction tube 31 has a cylindrical shape, and the outer introduction tube 32 has a cylindrical shape that concentrically surrounds the inner introduction tube 31.

内側導入管31および外側導入管32の開口径は、管の径および肉厚によって調整できる。管の開口径の最適値は、ガスの流量によって異なるが、例えば、内側導入管31の開口径=Φ1〜20mmであり、外側導入管32の開口径=(内側導入管31の外径)+1〜20mmである。   The opening diameters of the inner introduction pipe 31 and the outer introduction pipe 32 can be adjusted by the diameter and thickness of the pipe. The optimum value of the opening diameter of the pipe varies depending on the gas flow rate. For example, the opening diameter of the inner introduction pipe 31 = Φ1 to 20 mm, and the opening diameter of the outer introduction pipe 32 = (outer diameter of the inner introduction pipe 31) +1. ~ 20 mm.

また、ガス導入管30は、図1に示すように、ガス吹出口となる先端側(図1中の上端部)では、内側導入管31の先端と、外側導入管32の先端とは同じ位置であり、ガス導入管30の先端から反応容器12のプレート材14下端までの距離Lが、L=20〜500mmとなるように、配置されている。なお、内側導入管31および外側導入管32は、例えば、高融点金属等の耐熱性材料で構成されることが望ましい。   Further, as shown in FIG. 1, in the gas introduction pipe 30, the distal end of the inner introduction pipe 31 and the distal end of the outer introduction pipe 32 are at the same position on the distal end side (upper end portion in FIG. 1) serving as a gas outlet. And the distance L from the front end of the gas introduction pipe 30 to the lower end of the plate material 14 of the reaction vessel 12 is L = 20 to 500 mm. The inner introduction pipe 31 and the outer introduction pipe 32 are preferably made of a heat resistant material such as a refractory metal.

次に、上記した構成の製造装置を用いての炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a silicon carbide single crystal using the manufacturing apparatus having the above-described configuration will be described.

図1に示す構成の製造装置において、真空容器10内の圧力を1〜100Kpaの範囲で一定に制御して、上側、下側コイル21、22によって、炭化珪素単結晶17が生成する温度となるように種結晶16を加熱し、炭化珪素が堆積しない温度となるようにまで反応容器12および邪魔板20を加熱する。これらの温度は、供給する原料ガスの分圧等の条件によって変動するものであり、例えば、2000〜2700℃の範囲で設定される。なお、本実施形態では、反応容器12の温度が、図1中に示すように、反応容器12の上方から下方に向けて、すなわち、種結晶16から離れるに連れて、徐々に温度が高くなる温度勾配を持つように加熱する。   In the manufacturing apparatus having the configuration shown in FIG. 1, the pressure in the vacuum vessel 10 is controlled to be constant within a range of 1 to 100 Kpa, and the upper and lower coils 21 and 22 are set to a temperature at which the silicon carbide single crystal 17 is generated. Thus, the seed crystal 16 is heated, and the reaction vessel 12 and the baffle plate 20 are heated to a temperature at which silicon carbide is not deposited. These temperatures vary depending on conditions such as the partial pressure of the source gas to be supplied, and are set in the range of 2000 to 2700 ° C., for example. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the temperature of the reaction vessel 12 gradually increases from the upper side of the reaction vessel 12 to the lower side, that is, as it moves away from the seed crystal 16. Heat to have a temperature gradient.

そして、このように加熱された状態の反応容器12内に、ガス導入管30から原料ガス供給通路19aを介して、原料ガスとしてのSiを含有するガスおよびCを含有するガスを導入する。本実施形態では、Siを含有するガスとしてのシラン(例えば、SiH)と、Cを有するガスとしてのプロパン(C)と、キャリアガスとしての水素(H)との混合ガスを内側導入管31から導入する。また、それを取り囲む外側導入管32から、Siを含有するガスとしてのクロロシラン(例えば、SiCl)と、キャリアガスとしてのHeとを導入する。それぞれのガスの流量は、例えば、以下の通りである。 Then, a gas containing Si and a gas containing C as a raw material gas are introduced into the reaction vessel 12 in the heated state from the gas introduction pipe 30 through the raw material gas supply passage 19a. In this embodiment, a mixed gas of silane (for example, SiH 4 ) as a gas containing Si, propane (C 3 H 8 ) as a gas having C, and hydrogen (H 2 ) as a carrier gas is used. It introduces from the inner introduction pipe 31. In addition, chlorosilane (for example, SiCl 4 ) as a gas containing Si and He as a carrier gas are introduced from the outer introduction pipe 32 surrounding it. The flow rate of each gas is, for example, as follows.

SiH=0.1〜3slm(内側導入管31より導入)
=0.1〜2slm(内側導入管31より導入)
=0.1〜20slm(内側導入管31より導入)
SiCl=0.1〜3slm(外側導入管32より導入)
He=0.1〜20slm(外側導入管32より導入)
である。
SiH 4 = 0.1-3 slm (introduced from the inner introduction pipe 31)
C 3 H 8 = 0.1 to 2 slm (introduced from the inner introduction pipe 31)
H 2 = 0.1-20 slm (introduced from the inner introduction pipe 31)
SiCl 4 = 0.1-3 slm (introduced from the outer introduction pipe 32)
He = 0.1-20 slm (introduced from the outer introduction pipe 32)
It is.

ここで、シランは、Si2n+2(nは任意の数である)で示されるものであり、クロロシランは、シランのHをClで置換したものである。したがって、シランとしては、SiHの他に、Siを用いることができ、クロロシランとしては、SiClの他に、SiHClやSiHClを用いることもできる。 Here, silane is represented by Si n H 2n + 2 (n is an arbitrary number), and chlorosilane is obtained by substituting H of silane with Cl. Therefore, Si 2 H 6 can be used as the silane in addition to SiH 4 , and SiHCl 3 or SiH 2 Cl 2 can be used as the chlorosilane in addition to SiCl 4 .

また、これらのガスは原料ガス供給通路19aにおいて、層流を形成することが望ましいことから、本実施形態では、内側導入管31の流速と外側導入管32の流速の比を、1/3以上3以下とするように、予め配管の径および肉厚を調整したり、ガス流速を調整したりしている。   Further, since it is desirable that these gases form a laminar flow in the raw material gas supply passage 19a, in this embodiment, the ratio of the flow rate of the inner introduction pipe 31 and the flow rate of the outer introduction pipe 32 is 1/3 or more. The diameter and thickness of the pipe are adjusted in advance and the gas flow rate is adjusted so as to be 3 or less.

これにより、内側導入管31から吹き出された混合ガスと、外側導入管32から吹き出されたクロロシランとが、原料ガス供給通路19a内を、それぞれ層流となって流れ、その後、反応容器12の内部で、邪魔板20に当たることで、混合および加熱されて、反応が進行し、炭化珪素単結晶基板16上において、例えば、0.1〜10mm/hの成長速度で炭化珪素単結晶17が成長する。   Thereby, the mixed gas blown out from the inner introduction pipe 31 and the chlorosilane blown out from the outer introduction pipe 32 each flow in the raw material gas supply passage 19a as a laminar flow, and then the inside of the reaction vessel 12 Then, by contacting the baffle plate 20, the reaction proceeds by mixing and heating, and the silicon carbide single crystal 17 grows on the silicon carbide single crystal substrate 16 at a growth rate of, for example, 0.1 to 10 mm / h. .

なお、炭化珪素単結晶17の成長時では、種結晶としての炭化珪素単結晶基板16を、パイプ材18によって、炭化珪素単結晶17の成長方向とは逆の方向に、炭化珪素単結晶17の成長速度と同じ速度で移動させる。また、成長に寄与しなかった原料ガスは排気系に排気される。このようにして、優れた品質の炭化珪素単結晶17が連続的に成長する。   When silicon carbide single crystal 17 is grown, silicon carbide single crystal substrate 16 as a seed crystal is formed by pipe material 18 in a direction opposite to the growth direction of silicon carbide single crystal 17. Move at the same rate as the growth rate. Further, the source gas that has not contributed to the growth is exhausted to the exhaust system. In this way, the silicon carbide single crystal 17 having excellent quality is continuously grown.

次に、本実施形態の主な特徴について説明する。   Next, main features of the present embodiment will be described.

本実施形態では、同軸状の2層からなる構造のガス導入管30を用い、シラン(例えば、SiH)と、プロパン(C)と、水素(H)との混合ガスを内側導入管31から反応容器12の内部に導入するとともに、それを取り囲む外側導入管32から、クロロシラン(例えば、SiCl)と、Heとの混合ガスを反応容器12の内部に導入するようにしている。 In the present embodiment, a gas introduction tube 30 having a coaxial two-layer structure is used, and a mixed gas of silane (for example, SiH 4 ), propane (C 3 H 8 ), and hydrogen (H 2 ) is disposed on the inner side. While introducing into the reaction vessel 12 from the introduction tube 31, a mixed gas of chlorosilane (for example, SiCl 4 ) and He is introduced into the reaction vessel 12 from the outer introduction tube 32 surrounding the introduction vessel 31. .

ここで、シランは比較的に低温で分解し、水素を発生するが、この水素はクロロシランの分解を促進する。そのため、シランとクロロシランを混合した状態で、プロパンと共に反応容器12に導入した場合では、反応容器12までのガス通路、すなわち、ガス導入管30とガス供給通路19a内で、クロロシランが分解されることでSiが多く生成し、これがプロパンと反応することでSiCが生成し、ガス導入管30とガス供給通路19aの内壁にSiCが堆積する。これが継続して行われると、ガス導入管30とガス供給通路19aが閉塞され、定常的な結晶成長が持続できなくなってしまう。   Here, silane decomposes at a relatively low temperature to generate hydrogen, which accelerates the decomposition of chlorosilane. Therefore, when silane and chlorosilane are mixed and introduced into the reaction vessel 12 together with propane, chlorosilane is decomposed in the gas passage to the reaction vessel 12, that is, in the gas introduction pipe 30 and the gas supply passage 19a. As a result, a large amount of Si is generated, and SiC reacts with propane to generate SiC, and SiC is deposited on the inner walls of the gas introduction pipe 30 and the gas supply passage 19a. If this is continued, the gas introduction pipe 30 and the gas supply passage 19a are closed, and steady crystal growth cannot be maintained.

なお、この対策として、水素の発生源となるシランを導入せず、クロロシランのみを原料ガスとする方法も考えられるが、この場合、目的とするSiC結晶成長のために必要となるSiC、SiC、Siといったガス種が生成しにくくなり、成長速度を大きくできない欠点がある。 As a countermeasure, a method using only chlorosilane as a raw material gas without introducing silane as a hydrogen generation source is also conceivable, but in this case, SiC 2 , Si required for the desired SiC crystal growth There is a drawback that it is difficult to generate gas species such as 2 C and Si, and the growth rate cannot be increased.

これに対して、本実施形態によれば、ガス導入管30および原料ガス供給通路19a内を通過する際に、シランとクロロシランとが混合しないように、反応容器12に導入することができるので、クロロシランが分解され、プロパンと反応することによって、ガス導入管30とガス供給通路19aの内壁にSiCが堆積することを抑制できる。ただし、本実施形態であっても、原料ガスの導入時における原料ガス供給通路19a内でのシランとクロロシランとの完全な分離は難しく、多少の混同は生じる可能性がある。   On the other hand, according to this embodiment, when passing through the gas introduction pipe 30 and the raw material gas supply passage 19a, it can be introduced into the reaction vessel 12 so that silane and chlorosilane are not mixed. By decomposing chlorosilane and reacting with propane, it is possible to suppress the deposition of SiC on the inner walls of the gas introduction pipe 30 and the gas supply passage 19a. However, even in the present embodiment, it is difficult to completely separate silane and chlorosilane in the source gas supply passage 19a when the source gas is introduced, and there is a possibility that some confusion will occur.

また、本実施形態によれば、ガス導入管30から反応容器12に到達するまでの間、シランとプロパンとを含む混合ガスの外周側にクロロシランが配置された状態で、原料ガスを流すようにしているので、仮に、シランとプロパンとの反応によってSiCが生成したとしても、クロロシランがガス通路内壁への接触を防止するとともに、SiCのエッチングガスとしての働くことで、ガス通路内壁へのSiCの堆積を抑制するという効果を期待できる。   Further, according to the present embodiment, the raw material gas is allowed to flow in a state where chlorosilane is arranged on the outer peripheral side of the mixed gas containing silane and propane until reaching the reaction vessel 12 from the gas introduction pipe 30. Therefore, even if SiC is generated by the reaction between silane and propane, chlorosilane prevents contact with the inner wall of the gas passage and acts as an etching gas for SiC. The effect of suppressing deposition can be expected.

また、本実施形態では、シランとプロパンとを含む混合ガスの外周側にクロロシランを流すようにしているので、上記した特許文献2に記載の技術において、ガス通路の閉塞を防止するために、原料ガスの外周にキャリアガスを過剰に流すことで、種結晶に到達するガス全体における原料ガスの分圧が低くなることはない。むしろ、本実施形態は、特許文献2に記載の技術におけるSiを含有するガスとCを含有するガスとの混合ガスの外側を流れるキャリアガスの代わりに、クロロシランを流すようにしたので、ガス導入管の内側を流れる混合ガスの流量を同一とした場合では、特許文献2に記載の技術と比較して、原料ガス中のSiCの成長に寄与するSiC、SiCおよSiの濃度を高くすることができる。また、本実施形態によれば、Siを含有するガスとして、SiCの成長に寄与し難いクロロシランのみを採用する非特許文献1に記載の技術と比較して、原料ガス中のSi濃度を高くすることができる。したがって、本実施形態によれば、特許文献2、非特許文献1に記載の技術と比較して、炭化珪素単結晶の成長速度を大きくすることができる。 Moreover, in this embodiment, since chlorosilane is made to flow to the outer peripheral side of the mixed gas containing silane and propane, in the technique described in Patent Document 2, in order to prevent blockage of the gas passage, By causing the carrier gas to flow excessively on the outer periphery of the gas, the partial pressure of the raw material gas in the entire gas reaching the seed crystal is not lowered. Rather, in the present embodiment, since chlorosilane is caused to flow instead of the carrier gas flowing outside the mixed gas of the gas containing Si and the gas containing C in the technique described in Patent Document 2, gas introduction is performed. When the flow rate of the mixed gas flowing inside the tube is the same, the concentrations of SiC 2 , Si 2 C, and Si that contribute to the growth of SiC in the source gas are compared with the technique described in Patent Document 2. Can be high. In addition, according to the present embodiment, the Si concentration in the source gas is increased as compared with the technique described in Non-Patent Document 1 in which only chlorosilane that does not easily contribute to the growth of SiC is used as the Si-containing gas. be able to. Therefore, according to the present embodiment, the growth rate of the silicon carbide single crystal can be increased as compared with the techniques described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1.

また、本実施形態では、ガス導入管30の先端から反応容器12の下端までの距離Lを20〜500mmとしているので、原料ガス供給通路19aにおいて、シランとプロパンとを含む混合ガスと、クロロシランを含むガスとの層流を形成することができ、これらのガスの混合を抑制できる。   Moreover, in this embodiment, since the distance L from the tip of the gas introduction pipe 30 to the lower end of the reaction vessel 12 is 20 to 500 mm, in the source gas supply passage 19a, a mixed gas containing silane and propane, and chlorosilane are mixed. A laminar flow with the contained gas can be formed, and mixing of these gases can be suppressed.

ここで、図3に、ガス導入管30の先端から反応容器12までの距離Lを様々に変えた場合における原料ガス供給通路19aに付着するSiCの速度およびガス導入管の状態を調査した結果を示す。なお、図3は、ガス流量を、SiH=1slm、C=1slm、H=10slm(以上、内側導入管31より導入)、SiCl=1slm、He=0.1〜20slm(以上、外側導入管32より導入)として、内側導入管31の流速と外側導入管32の流速の比を1とし、雰囲気圧力=50kPa、反応容器温度=2500℃としたときの結果である。 Here, FIG. 3 shows the results of investigating the speed of SiC adhering to the source gas supply passage 19a and the state of the gas introduction pipe when the distance L from the tip of the gas introduction pipe 30 to the reaction vessel 12 is variously changed. Show. In FIG. 3, the gas flow rates are as follows: SiH 4 = 1 slm, C 3 H 8 = 1 slm, H 2 = 10 slm (hereinafter introduced from the inner introduction pipe 31), SiCl 4 = 1 slm, He = 0.1 to 20 slm ( As described above, the results are obtained when the ratio of the flow rate of the inner introduction tube 31 to the flow rate of the outer introduction tube 32 is 1, the atmospheric pressure is 50 kPa, and the reaction vessel temperature is 2500 ° C.

図3に示すように、距離Lが20mm以上500mm以下のとき、SiCの堆積速度が小さく、すなわち、SiCの原料ガス供給通路19aへの付着量が少なく、原料ガス供給通路19aを良好に原料ガスが通過することがわかった。これに対して、距離Lが500mmより大きい場合では、原料ガスの層流を保持することが難しく、原料ガス供給通路19aに付着するSiCが多く、この距離Lが20mmより小さい場合には、同軸状のガス導入管30の温度が、管最高温度≧1500℃というように、高温になるため、この管内においてSiCが生成し、ガス導入管30が閉塞することがわかった。   As shown in FIG. 3, when the distance L is 20 mm or more and 500 mm or less, the deposition rate of SiC is small, that is, the amount of SiC attached to the source gas supply passage 19a is small, and the source gas supply passage 19a is satisfactorily supplied to the source gas. Was found to pass. On the other hand, when the distance L is greater than 500 mm, it is difficult to maintain the laminar flow of the source gas, and much SiC adheres to the source gas supply passage 19a. It was found that the temperature of the gas introduction pipe 30 was high so that the maximum pipe temperature ≧ 1500 ° C., so that SiC was generated in the pipe and the gas introduction pipe 30 was blocked.

さらに、図4に、内側導入管31を流れるガスの流速と、外側導入管32を流れるガスの流速との比を様々に変化させた場合における原料ガス供給通路19aに付着するSiCの速度およびガス導入管の状態を調査した結果を示す。   Further, FIG. 4 shows the speed and gas of SiC adhering to the source gas supply passage 19a when the ratio of the flow rate of the gas flowing through the inner introduction pipe 31 and the flow rate of the gas flowing through the outer introduction pipe 32 is variously changed. The result of investigating the state of the introduction pipe is shown.

図4からわかるように、内側導入管31および外側導入管32をそれぞれ流れるガスの流速比を1/3以上3以下とすることで、生成物の堆積量が非常に少なくできた。図4の結果は、距離Lが20mm以上500mm以下の範囲で同様であった。   As can be seen from FIG. 4, by setting the flow rate ratio of the gas flowing through the inner introduction pipe 31 and the outer introduction pipe 32 to 1/3 or more and 3 or less, the amount of accumulated product can be reduced very much. The result of FIG. 4 was the same when the distance L was in the range of 20 mm to 500 mm.

以上説明したように、本実施形態によれば、炭化珪素単結晶の連続成長中に生じるガス通路の閉塞を防ぎつつ、高品質な炭化珪素単結晶を連続的に高速成長させることができる。   As described above, according to the present embodiment, a high-quality silicon carbide single crystal can be continuously grown at a high speed while preventing the gas passage from being blocked during the continuous growth of the silicon carbide single crystal.

(第2実施形態)
図5に、本発明の第2実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の概略断面図を示す。図5では、図1と同様の構成部に同一の符号を付している。また、図6に、図5中のB−B線断面図を示す。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
In FIG. 5, the schematic sectional drawing of the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal in 2nd Embodiment of this invention is shown. In FIG. 5, the same components as those in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.

本実施形態では、図5、6に示すように、ガス導入管40が、その内側から外側に向けて順に同軸状に配置された第1導入管41、第2導入管42および第3導入管43を有しており、同軸状の3層からなる構造となっている。第1導入管41の内壁によって内側のガス通路が構成され、第1導入管41の外壁と第2導入管42の内壁とによって外側のガス通路が構成され、さらに、第2導入管42の外壁と第3導入管43が内壁とによって最外周のガス通路が構成されている。本実施形態では、第1導入管41は円筒形状であり、第2導入管42が第1導入管41を同心状に囲む円筒形状であり、第3導入管43が第2導入管42を同心状に囲む円筒形状となっている。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, a gas introduction pipe 40 is arranged in a coaxial manner in order from the inside to the outside, a first introduction pipe 41, a second introduction pipe 42, and a third introduction pipe. 43, and has a structure composed of three coaxial layers. An inner gas passage is constituted by the inner wall of the first introduction pipe 41, an outer gas passage is constituted by the outer wall of the first introduction pipe 41 and the inner wall of the second introduction pipe 42, and the outer wall of the second introduction pipe 42 is further formed. The third introduction pipe 43 and the inner wall constitute an outermost gas passage. In the present embodiment, the first introduction tube 41 has a cylindrical shape, the second introduction tube 42 has a cylindrical shape that concentrically surrounds the first introduction tube 41, and the third introduction tube 43 concentrics the second introduction tube 42. It has a cylindrical shape surrounding the shape.

第1〜第3導入管41〜43の開口径の最適値は、ガスの流量によって異なるが、例えば、第1導入管41の開口径=Φ1〜20mm、第2導入管42の開口径=(第1導入管41の外径+1〜20mm)、第3導入管43の開口径=(第2導入管42の外径+1〜20mm)である。   The optimum values of the opening diameters of the first to third introduction pipes 41 to 43 differ depending on the gas flow rate. For example, the opening diameter of the first introduction pipe 41 = Φ1 to 20 mm, the opening diameter of the second introduction pipe 42 = ( The outer diameter of the first introduction pipe 41 + 1 to 20 mm), the opening diameter of the third introduction pipe 43 = (the outer diameter of the second introduction pipe 42 + 1 to 20 mm).

また、ガス導入管40は、図5に示すように、ガス吹出口となる先端側(図5中の上端部)では、第1〜第3導入管41〜43の先端は同じ位置であり、ガス導入管40の先端から反応容器12のプレート材14下端までの距離Lが、L=20〜500mmとなるように、配置されている。   Further, as shown in FIG. 5, the tip of the first to third inlet pipes 41 to 43 is the same position on the tip side (the upper end portion in FIG. 5) of the gas inlet pipe 40 as a gas outlet, It arrange | positions so that the distance L from the front-end | tip of the gas inlet tube 40 to the plate material 14 lower end of the reaction container 12 may be set to L = 20-500 mm.

そして、本実施形態では、第1導入管41からCを含有するガスおよびキャリアガスとしてプロパン(C)/Hを導入し、その外側の第2導入管42から不活性ガスとしてヘリウム(He)を導入する。さらにその外側の第3導入管43からSiを含有するガスおよびキャリアガスとしてシラン・クロロシラン(SiH/SiCl)/Heを導入するようになっている。それぞれのガスの流量は、例えば、以下の通りである。 In the present embodiment, propane (C 3 H 8 ) / H 2 is introduced from the first introduction pipe 41 as the gas containing C and the carrier gas, and helium as the inert gas from the second introduction pipe 42 outside the first introduction pipe 41. (He) is introduced. Furthermore, Si—chlorosilane (SiH 4 / SiCl 4 ) / He is introduced as a gas containing Si and a carrier gas from the third introduction pipe 43 on the outer side. The flow rate of each gas is, for example, as follows.

=0.1〜2slm(第1導入管41より導入)
=0.1〜20slm(第1導入管41より導入)
He=0.1〜20slm(第2導入管42より導入)
SiH=0.1〜3slm(第3導入管43より導入)
SiCl=0.1〜3slm(第3導入管43より導入)
He=0.1〜20slm(第3導入管43より導入)
である。
C 3 H 8 = 0.1 to 2 slm (introduced from the first introduction pipe 41)
H 2 = 0.1-20 slm (introduced from the first introduction pipe 41)
He = 0.1-20 slm (introduced from the second introduction pipe 42)
SiH 4 = 0.1 to 3 slm (introduced from the third introduction pipe 43)
SiCl 4 = 0.1-3 slm (introduced from the third introduction pipe 43)
He = 0.1-20 slm (introduced from the third introduction pipe 43)
It is.

これらのガスは原料ガス供給通路19aにおいて、層流を形成することが望ましいことから、本実施形態では、第1〜第3導入管41、42、43の流速のうち、最も大きな流速/最も小さな流速=1以上3以下としている。   Since it is desirable that these gases form a laminar flow in the raw material gas supply passage 19a, in the present embodiment, the largest flow velocity / the smallest flow velocity among the flow velocity of the first to third introduction pipes 41, 42, and 43. The flow rate is 1 or more and 3 or less.

以上の通り、本実施形態では、同軸状の3層からなる構造のガス導入管40を用い、中心に位置する第1導入管41からプロパンを反応容器12に導入し、最外周に位置する第3導入管43からシラン・クロロシランの混合ガスを反応容器12に導入し、第1導入管41と第3導入管43の間に位置する第2導入管42からヘリウムを反応容器12に導入するようになっている。   As described above, in the present embodiment, the gas introduction pipe 40 having a coaxial three-layer structure is used, and propane is introduced into the reaction vessel 12 from the first introduction pipe 41 located at the center, and the first is located on the outermost circumference. 3 A mixed gas of silane and chlorosilane is introduced into the reaction vessel 12 from the introduction tube 43, and helium is introduced into the reaction vessel 12 from the second introduction tube 42 located between the first introduction tube 41 and the third introduction tube 43. It has become.

これにより、ガス供給通路19aでは、プロパンと、シラン・クロロシランとの間にヘリウムを挿入した状態として、両者をヘリウムによって分離させることができる。この結果、ガス通路の閉塞の原因となるSiCの生成を抑制することができる。   As a result, in the gas supply passage 19a, helium can be separated between the propane and the silane / chlorosilane with helium inserted. As a result, it is possible to suppress the generation of SiC that causes the gas passage to be blocked.

また、上記した非特許文献1に記載の技術では、ガス導入管から吹き出された直後では、Cを含有するガスとSiを含有するガスとが混合する可能性が高いが、本実施形態では、ガス導入管から吹き出された後でも、Cを含有するガス(プロパン)とSiを含有するガス(シラン・クロロシラン)との間にヘリウムが層状に挿入された状態になる。したがって、本実施形態によれば、非特許文献1に記載の技術と比較して、原料ガス供給通路19aにおいて、Cを含有するガスとSiを含有するガスとを分離させる効果が高い。ただし、本実施形態であっても、シラン・クロロシランと、プロパンとを完全に分離することは難しく、両者の混同は多少生じる可能性がある。   Further, in the technique described in Non-Patent Document 1, there is a high possibility that a gas containing C and a gas containing Si are mixed immediately after being blown out from the gas introduction pipe. Even after being blown out from the gas introduction pipe, helium is inserted in layers between the gas containing C (propane) and the gas containing Si (silane / chlorosilane). Therefore, according to the present embodiment, the effect of separating the gas containing C and the gas containing Si is higher in the source gas supply passage 19a than the technique described in Non-Patent Document 1. However, even in this embodiment, it is difficult to completely separate silane / chlorosilane and propane, and there is a possibility that some confusion may occur between them.

また、本実施形態では、プロパンを内側に流し、シラン・クロロシランを外側に流すようにしているので、原料ガス供給通路19a内でSiが生成したとしても、原料ガス供給通路19aは反応容器12の近傍に位置するため、比較的高温であり、通常、そのような温度ではSiが溶融した状態となるので、原料ガス供給通路19aの内壁にSiが堆積することで、原料ガス供給通路19aが閉塞することはない。   Further, in this embodiment, since propane is flowed inward and silane / chlorosilane is flowed outward, even if Si is generated in the raw material gas supply passage 19a, the raw material gas supply passage 19a is provided in the reaction vessel 12. Since it is located in the vicinity, the temperature is relatively high. Usually, Si is in a molten state at such a temperature. Therefore, Si is deposited on the inner wall of the source gas supply passage 19a, so that the source gas supply passage 19a is blocked. Never do.

なお、内側と外側を入れ替えて、プロパンを外側に流した場合、原料ガス供給通路19a内で炭素が生成して、原料ガス供給通路19aの内壁に堆積して、原料ガス供給通路19aが閉塞する恐れがある。これは、炭素は、SiC単結晶を成長させるための反応容器12の加熱温度において固体として存在するためである。これに対して、本実施形態では、シラン・クロロシランを外側に流しているので、これを回避できる。   In addition, when the inside and the outside are switched and propane is flowed to the outside, carbon is generated in the source gas supply passage 19a and is deposited on the inner wall of the source gas supply passage 19a, and the source gas supply passage 19a is blocked. There is a fear. This is because carbon exists as a solid at the heating temperature of the reaction vessel 12 for growing a SiC single crystal. On the other hand, in this embodiment, since silane and chlorosilane are flowed outside, this can be avoided.

また、本実施形態によれば、上記した特許文献2に記載の技術と比較して、原料ガス供給通路19a内でのSiCの生成を抑制するために必要な不活性ガスの量が少なくて済むので、種結晶16に到達するガス全体における原料ガスの濃度(分圧)を高めることができる。   Further, according to the present embodiment, the amount of inert gas required to suppress the generation of SiC in the source gas supply passage 19a can be reduced as compared with the technique described in Patent Document 2 described above. Therefore, the concentration (partial pressure) of the source gas in the entire gas reaching the seed crystal 16 can be increased.

したがって、本実施形態によれば、炭化珪素単結晶17の連続成長中に生じる原料ガス供給通路19aの閉塞を防ぐことができ、特許文献2に記載の技術と比較して、炭化珪素単結晶の連続的な高速成長が可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, the clogging of the source gas supply passage 19a that occurs during the continuous growth of the silicon carbide single crystal 17 can be prevented, and compared with the technique described in Patent Document 2, Continuous high-speed growth is possible.

また、本実施形態では、第1実施形態と同様に、ガス導入管40の先端から反応容器12のプレート材14下端までの距離Lが、L=20〜500mmとなるように、ガス導入管40を配置しているので、原料ガス供給通路19aにおいて、プロパンを含むガスと、ヘリウムと、シラン・クロロシランを含むガスとの3層流を形成することができ、これらのガスの混合を抑制できる。   Further, in this embodiment, as in the first embodiment, the gas introduction tube 40 is set such that the distance L from the tip of the gas introduction tube 40 to the lower end of the plate material 14 of the reaction vessel 12 is L = 20 to 500 mm. Therefore, in the source gas supply passage 19a, a three-layer flow of a gas containing propane, helium, and a gas containing silane / chlorosilane can be formed, and mixing of these gases can be suppressed.

ここで、図7に、ガス導入管40の先端から反応容器12までの距離Lを様々に変えた場合における原料ガス供給通路19aに付着するSiCの速度およびガス導入管の状態を調査した結果を示す。なお、図7は、ガス流量を、C=1slm、H=10slm(以上、第1導入管41より導入)、He=5slm(第2導入管42より導入)、SiH=1slm、SiCl=1slm、He=5slm(以上、第3導入管43より導入)として、第1〜第3導入管41〜43をそれぞれ流れるガスの流速の比を1とし、雰囲気圧力=50kPa、反応容器温度=2500℃としたときの結果である。 Here, FIG. 7 shows the results of investigating the speed of SiC adhering to the source gas supply passage 19a and the state of the gas introduction pipe when the distance L from the tip of the gas introduction pipe 40 to the reaction vessel 12 is variously changed. Show. In FIG. 7, the gas flow rates are C 3 H 8 = 1 slm, H 2 = 10 slm (hereinafter introduced from the first introduction pipe 41), He = 5 slm (introduction from the second introduction pipe 42), SiH 4 = 1 slm. , SiCl 4 = 1 slm, He = 5 slm (hereinafter introduced from the third introduction pipe 43), the ratio of the flow velocities of the gas flowing through the first to third introduction pipes 41 to 43 is 1, the atmospheric pressure is 50 kPa, the reaction This is the result when the container temperature is 2500 ° C.

図7からわかるように、距離Lが20mm以上500mm以下のとき、SiCの堆積速度が小さく、すなわち、原料ガス供給通路19aへのSiCの付着量が少なく、原料ガス供給通路19aを良好に原料ガスを通過させることができる。これに対して、距離Lが500mmより大きい場合では、原料ガスの層流を保持できないことから、原料ガス供給通路19aに付着するSiCが多くなり、この距離Lが20mmより小さい場合には、同軸状のガス導入管40の温度が、管最高温度≧1500℃というように、高温になるため、この管内において炭素が生成し、ガス導入管40(特に導入管41)が閉塞してしまう。   As can be seen from FIG. 7, when the distance L is 20 mm or more and 500 mm or less, the deposition rate of SiC is low, that is, the amount of SiC attached to the source gas supply passage 19a is small, and the source gas supply passage 19a is satisfactorily supplied to the source gas. Can be passed. On the other hand, when the distance L is greater than 500 mm, the laminar flow of the source gas cannot be maintained, so that more SiC adheres to the source gas supply passage 19a. Since the temperature of the gas-introducing gas introduction pipe 40 becomes a high temperature such that the maximum pipe temperature ≧ 1500 ° C., carbon is generated in the pipe and the gas introduction pipe 40 (particularly the introduction pipe 41) is blocked.

さらに、図8に、第1〜第3導入管41〜43をそれぞれ流れるガスの流速のうち、最も大きなガス流速と、最も小さなガス流速との比を様々に変化させた場合における原料ガス供給通路19aに付着するSiCの速度およびガス導入管の状態を調査した結果を示す。なお、図8の結果は、距離Lが20mm以上500mm以下の範囲で同様であった。図8からわかるように、最も大きなガス流速と最も小さなガス流速との比を1以上3以下とすることで、生成物の堆積量が非常に少なくできた。なお、最も大きなガス流速と最も小さなガス流速との比が1のときとは、第1〜第3導入管41〜43をそれぞれ流れるガスの流速がすべて同じときを意味する。   Further, in FIG. 8, the raw material gas supply passage when the ratio of the largest gas flow rate to the smallest gas flow rate among the flow rates of the gases flowing through the first to third introduction pipes 41 to 43 is variously changed. The result of investigating the speed of SiC adhering to 19a and the state of the gas introduction pipe is shown. In addition, the result of FIG. 8 was the same when the distance L was 20 mm or more and 500 mm or less. As can be seen from FIG. 8, by setting the ratio of the largest gas flow rate to the smallest gas flow rate to be 1 or more and 3 or less, the amount of accumulated product can be very small. When the ratio of the largest gas flow rate to the smallest gas flow rate is 1, it means that the flow rates of the gases flowing through the first to third introduction pipes 41 to 43 are all the same.

なお、本実施形態では、不活性ガスとしてヘリウム(He)を採用していたが、他の不活性ガスを採用しても良い。ただし、Heは、不活性ガスの中で、整流性が高く、乱流になり難く、ガス導入管40から吹き出されて反応容器12に到達する間において、プロパンを含むガスと、シラン・クロロシランとの混合ガスと分離する効果が高いので、不活性ガスとしてHeを採用することが好ましい。   In this embodiment, helium (He) is employed as the inert gas, but other inert gases may be employed. However, He is highly inert in an inert gas, hardly turbulent, and is blown out from the gas introduction pipe 40 and reaches the reaction vessel 12, and gas containing propane, silane / chlorosilane, Therefore, it is preferable to use He as an inert gas.

(他の実施形態)
(1)第1実施形態では、内側導入管31から混合ガスを導入し、外側導入管32からクロロシランを導入していたが、混合ガス、クロロシランをそれぞれ、ヘリウム、アルゴン等に代表される不活性ガスで希釈した希釈ガスとして導入しても良い。
(Other embodiments)
(1) In the first embodiment, the mixed gas is introduced from the inner introduction pipe 31 and the chlorosilane is introduced from the outer introduction pipe 32. However, the mixed gas and the chlorosilane are inert, represented by helium, argon, etc., respectively. You may introduce | transduce as dilution gas diluted with gas.

(2)第1、第2実施形態では、邪魔板20を用いていたが、原料ガスの混合および加熱が十分に確保できれば、省略しても良い。   (2) In the first and second embodiments, the baffle plate 20 is used. However, the baffle plate 20 may be omitted if the mixing and heating of the source gas can be sufficiently ensured.

(3)第1実施形態では、内側導入管31からシランとプロパンとの混合ガスを導入していたが、内側導入管31を同心円状に分割して、内側導入管31内の内側と外側からそれぞれシランとプロパンとを別々に導入させるようにしてもよい。すなわち、図2に示されるガス導入管30に対して、内側導入管31の内側に、同心状に導入管を配置した構成としても良い。   (3) In the first embodiment, the mixed gas of silane and propane is introduced from the inner introduction pipe 31, but the inner introduction pipe 31 is divided into concentric circles from the inner side and the outer side in the inner introduction pipe 31. In each case, silane and propane may be introduced separately. That is, it is good also as a structure which has arrange | positioned the introduction pipe concentrically inside the inner introduction pipe 31 with respect to the gas introduction pipe 30 shown by FIG.

(4)第2実施形態では、第3導入管43からシランとクロロシランとの混合ガスを導入していたが、第3導入管43を同心円状にさらに分割して、内側と外側からそれぞれシランとクロロシランとを別々に導入させるようにしてもよい。   (4) In the second embodiment, the mixed gas of silane and chlorosilane is introduced from the third introduction pipe 43. However, the third introduction pipe 43 is further divided into concentric circles so that silane and You may make it introduce | transduce chlorosilane separately.

(5)第1、第2実施形態では、Cを含有するガスとしてプロパンを採用していたが、SiC単結晶の原料ガスとなりうるガスであれば、他のガスを採用しても良い。例えば、メタン、エチレン等の炭化水素ガスを、Cを含有するガスとして採用できる。   (5) In the first and second embodiments, propane is employed as the gas containing C. However, other gases may be employed as long as they can be a raw material gas for the SiC single crystal. For example, a hydrocarbon gas such as methane or ethylene can be used as the gas containing C.

(6)第2実施形態では、Siを含有するガスとして、シランとクロロシランの混合ガスを採用していたが、シランのみを採用しても良い。また、SiC単結晶の原料ガスとなりうるガスであれば、他のSiを含有するガスを採用しても良い。   (6) In the second embodiment, a mixed gas of silane and chlorosilane is adopted as the gas containing Si. However, only silane may be adopted. Further, other gas containing Si may be adopted as long as it can be a raw material gas for the SiC single crystal.

なお、上記した各実施形態は、実施可能な範囲で、任意に組み合わせが可能である。   In addition, each above-mentioned embodiment is arbitrarily combinable in the range which can be implemented.

本発明の第1実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal in 1st Embodiment of this invention. 図1中のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line in FIG. 図1に示される製造装置において、ガス導入管30の先端から反応容器12までの距離Lと原料ガス供給通路19aに堆積するSiCの堆積速度との関係を示す図である。In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, it is a figure which shows the relationship between the distance L from the front-end | tip of the gas introduction pipe | tube 30 to the reaction container 12, and the deposition rate of SiC deposited on the raw material gas supply channel 19a. 図1に示される製造装置において、内側導入管31を流れるガスの流速と外側導入管32を流れるガスの流速との比と、原料ガス供給通路19aに堆積するSiCの堆積速度との関係を示す図である。In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the relationship between the ratio of the flow rate of the gas flowing through the inner introduction pipe 31 and the flow rate of the gas flowing through the outer introduction pipe 32 and the deposition rate of SiC deposited in the source gas supply passage 19a is shown. FIG. 本発明の第2実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal in 2nd Embodiment of this invention. 図5中のB−B線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG. 5. 図5に示される製造装置において、ガス導入管40の先端から反応容器12までの距離Lと原料ガス供給通路19aに堆積するSiCの堆積速度との関係を示す図である。In the manufacturing apparatus shown in FIG. 5, it is a figure which shows the relationship between the distance L from the front-end | tip of the gas introduction pipe | tube 40 to the reaction container 12, and the deposition rate of SiC deposited in the raw material gas supply channel 19a. 図5に示される製造装置において、第1〜第3導入管41〜43をそれぞれ流れるガスの流速のうちの最も大きなガス流速と最も小さなガス流速との比と、原料ガス供給通路19aに堆積するSiCの堆積速度との関係を示す図である。In the manufacturing apparatus shown in FIG. 5, the ratio of the largest gas flow rate to the smallest gas flow rate among the flow rates of the gases flowing through the first to third introduction pipes 41 to 43 and the source gas supply passage 19a are deposited. It is a figure which shows the relationship with the deposition rate of SiC.

符号の説明Explanation of symbols

12…反応容器、16…炭化珪素単結晶基板、17…炭化珪素単結晶、
20…邪魔板、21、22…高周波誘導コイル、
30、40…ガス導入管、31…内側導入管、32…外側導入管、
41…第1導入管、42…第2導入管、43…第3導入管。
12 ... Reaction vessel, 16 ... Silicon carbide single crystal substrate, 17 ... Silicon carbide single crystal,
20 ... baffle plate, 21, 22 ... high frequency induction coil,
30, 40 ... gas introduction pipe, 31 ... inner introduction pipe, 32 ... outer introduction pipe,
41 ... 1st introduction pipe, 42 ... 2nd introduction pipe, 43 ... 3rd introduction pipe.

Claims (12)

反応容器(12)内に種結晶となる炭化珪素単結晶基板(16)を配置し、加熱された状態の前記反応容器内に、少なくともSi(シリコン)を含有するガスとC(カーボン)を含有するガスとを含む原料ガスを前記反応容器の外部から導入することにより、前記炭化珪素単結晶基板から炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、
前記原料ガスを前記反応容器に導入するためのガス導入管(30)を備え、
前記ガス導入管は、内側に配置された内側導入管(31)と、前記内側導入管の外側に同軸状に配置された外側導入管(32)とを有しており、
前記内側導入管から前記Siを含有するガスとしてのシランと前記Cを有するガスもしくはそれらの希釈ガスを前記反応容器内に導入するとともに、前記外側導入管から前記Siを含有するガスとしてのクロロシランもしくはその希釈ガスを前記反応容器に導入するようになっていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
A silicon carbide single crystal substrate (16) serving as a seed crystal is disposed in the reaction vessel (12), and at least the gas containing Si (silicon) and C (carbon) are contained in the heated reaction vessel. In a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus for growing a silicon carbide single crystal from the silicon carbide single crystal substrate by introducing a source gas containing a gas to be produced from outside the reaction vessel,
A gas introduction pipe (30) for introducing the source gas into the reaction vessel;
The gas introduction pipe has an inner introduction pipe (31) arranged inside, and an outer introduction pipe (32) arranged coaxially outside the inner introduction pipe,
The silane and the gas containing C or the diluted gas as the gas containing Si from the inner introduction pipe are introduced into the reaction vessel, and the chlorosilane as the gas containing Si from the outer introduction pipe or An apparatus for producing a silicon carbide single crystal, wherein the dilution gas is introduced into the reaction vessel.
前記ガス導入管は、その先端から前記反応容器までの距離が0mm以上500mm以下の位置に配置されており、
前記内側導入管および前記外側導入管をそれぞれ流れるガスの流速比を1/3以上3以下とするようになっていることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
The gas introduction pipe is arranged at a position where the distance from the tip to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less,
2. The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein a flow rate ratio of a gas flowing through each of the inner introduction pipe and the outer introduction pipe is set to 1/3 or more and 3 or less.
反応容器(12)内に種結晶となる炭化珪素単結晶基板(16)を配置し、加熱された状態の前記反応容器内に、少なくともSi(シリコン)を含有するガスとC(カーボン)を含有するガスとを含む原料ガスを前記反応容器の外部から導入することにより、前記炭化珪素単結晶基板から炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、
前記原料ガスを前記反応容器に導入するためのガス導入管(40)を備え、
前記ガス導入管は、その内側から外側に向けて順に同軸状に配置された第1導入管(41)、第2導入管(42)および第3導入管(43)を有しており、
前記第1導入管からCを有するガスを前記反応容器に導入し、前記第3導入管からSiを含有するガスを前記反応容器に導入するとともに、前記第1導入管と前記第3導入管の間に位置する前記第2導入管から不活性ガスを前記反応容器に導入するようになっていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
A silicon carbide single crystal substrate (16) serving as a seed crystal is disposed in the reaction vessel (12), and at least the gas containing Si (silicon) and C (carbon) are contained in the heated reaction vessel. In a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus for growing a silicon carbide single crystal from the silicon carbide single crystal substrate by introducing a source gas containing a gas to be produced from outside the reaction vessel,
A gas introduction pipe (40) for introducing the source gas into the reaction vessel;
The gas introduction pipe has a first introduction pipe (41), a second introduction pipe (42) and a third introduction pipe (43) arranged coaxially in order from the inside to the outside,
A gas having C is introduced into the reaction vessel from the first introduction tube, a gas containing Si is introduced into the reaction vessel from the third introduction tube, and the first introduction tube and the third introduction tube An apparatus for producing a silicon carbide single crystal, wherein an inert gas is introduced into the reaction vessel from the second introduction pipe positioned therebetween.
前記第2導入管から不活性ガスとしてのHeを前記反応容器に導入するようになっていることを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to claim 3, wherein He as an inert gas is introduced into the reaction vessel from the second introduction pipe. 前記ガス導入管は、その先端から前記反応容器までの距離が0mm以上500mm以下の位置に配置されており、
前記第1〜第3導入管をそれぞれ流れるガスの流速のうち、最も大きい流速と最も小さい流速の比を1以上3以下とするようになっていることを特徴とする請求項3または4に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
The gas introduction pipe is arranged at a position where the distance from the tip to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less,
5. The ratio of the largest flow rate to the smallest flow rate among the flow rates of the gas flowing through each of the first to third introduction pipes is set to 1 or more and 3 or less. An apparatus for producing a silicon carbide single crystal.
前記ガス導入管は、その先端から前記反応容器までの距離が20mm以上の位置に配置されていることを特徴とする請求項2または5に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 6. The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to claim 2, wherein the gas introduction pipe is disposed at a position where a distance from a tip of the gas introduction pipe to the reaction vessel is 20 mm or more. 反応容器(12)内に種結晶となる炭化珪素単結晶基板(16)を配置し、加熱された状態の前記反応容器内に、少なくともSi(シリコン)を含有するガスとC(カーボン)を含有するガスとを含む原料ガスを前記反応容器の外部から導入することにより、前記炭化珪素単結晶基板から炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記原料ガスを前記反応容器に導入するためのガス導入管(30)として、内側に配置された内側導入管(31)と、前記内側導入管の外側に同軸状に配置された外側導入管(32)とを有する前記ガス導入管(30)を用い、
前記内側導入管から前記Siを含有するガスとしてのシランと前記Cを有するガスもしくはそれらの希釈ガスを前記反応容器内に導入するとともに、前記外側導入管から前記Siを含有するガスとしてのクロロシランもしくはその希釈ガスを前記反応容器に導入することを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
A silicon carbide single crystal substrate (16) serving as a seed crystal is disposed in the reaction vessel (12), and at least the gas containing Si (silicon) and C (carbon) are contained in the heated reaction vessel. In the method for producing a silicon carbide single crystal, a silicon carbide single crystal is grown from the silicon carbide single crystal substrate by introducing a source gas containing a gas to be produced from outside the reaction vessel,
As a gas introduction pipe (30) for introducing the source gas into the reaction vessel, an inner introduction pipe (31) arranged inside, and an outer introduction pipe (coaxially arranged outside the inner introduction pipe) ( 32) using the gas inlet pipe (30)
The silane and the gas containing C or the diluted gas as the gas containing Si from the inner introduction pipe are introduced into the reaction vessel, and the chlorosilane as the gas containing Si from the outer introduction pipe or A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein the dilution gas is introduced into the reaction vessel.
前記ガス導入管を、その先端から前記反応容器までの距離を0mm以上500mm以下として配置し、
前記内側導入管および前記外側導入管をそれぞれ流れるガスの流速比を、1/3以上3以下とすることを特徴とする請求項7に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
The gas introduction pipe is arranged such that the distance from the tip to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less,
8. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 7, wherein a flow rate ratio of a gas flowing through each of the inner introduction pipe and the outer introduction pipe is set to 1/3 or more and 3 or less.
反応容器(12)内に種結晶となる炭化珪素単結晶基板(16)を配置し、加熱された状態の前記反応容器内に、少なくともSi(シリコン)を含有するガスとC(カーボン)を含有するガスとを含む原料ガスを前記反応容器の外部から導入することにより、前記炭化珪素単結晶基板から炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記原料ガスを前記反応容器に導入するためのガス導入管(40)として、その内側から外側に向けて同軸状に順に配置された第1導入管(41)、第2導入管(42)および第3導入管(43)を有するガス導入管(40)を用い、
前記第1導入管からCを有するガスを前記反応容器に導入し、前記第3導入管からSiを含有するガスを前記反応容器に導入するとともに、前記第1導入管と前記第3導入管の間に位置する前記第2導入管から不活性ガスを前記反応容器に導入することを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
A silicon carbide single crystal substrate (16) serving as a seed crystal is disposed in the reaction vessel (12), and at least the gas containing Si (silicon) and C (carbon) are contained in the heated reaction vessel. In the method for producing a silicon carbide single crystal, a silicon carbide single crystal is grown from the silicon carbide single crystal substrate by introducing a source gas containing a gas to be produced from outside the reaction vessel,
As a gas introduction pipe (40) for introducing the source gas into the reaction vessel, a first introduction pipe (41), a second introduction pipe (42), and a second introduction pipe (42), which are coaxially arranged in order from the inside to the outside. Using a gas introduction pipe (40) having a third introduction pipe (43),
A gas having C is introduced into the reaction vessel from the first introduction tube, a gas containing Si is introduced into the reaction vessel from the third introduction tube, and the first introduction tube and the third introduction tube A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein an inert gas is introduced into the reaction vessel from the second introduction pipe positioned therebetween.
前記不活性ガスとしてのHeを用いることを特徴とする請求項9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 claim 9, wherein He is used as the inert gas. 前記ガス導入管を、その先端から前記反応容器までの距離を0mm以上500mm以下として配置し、
前記第1〜第3導入管をそれぞれ流れるガスの流速のうち、最も大きい流速と最も小さい流速の比を1以上3以下とすることを特徴とする請求項9または10に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
The gas introduction pipe is arranged such that the distance from the tip to the reaction vessel is 0 mm or more and 500 mm or less,
11. The silicon carbide single crystal according to claim 9, wherein a ratio of the largest flow rate to the smallest flow rate among the flow rates of the gas flowing through the first to third introduction pipes is 1 or more and 3 or less. Manufacturing method.
前記ガス導入管を、その先端から前記反応容器までの距離を20mm以上として配置することを特徴とする請求項8または11に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
12. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 8, wherein the gas introduction pipe is disposed so that a distance from a tip of the gas introduction pipe to the reaction vessel is 20 mm or more.
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