JP5171571B2 - Method for producing silicon carbide single crystal - Google Patents
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Description
本発明は炭化珪素単結晶の製造方法に係り、特に、マイクロパイプや螺旋転位等の結晶欠陥が少なく、かつ異種多形結晶や異方位結晶の混入が殆どない炭化珪素単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide single crystal, and more particularly, to a method for manufacturing a silicon carbide single crystal that has few crystal defects such as micropipes and screw dislocations and that is hardly mixed with different polymorphic crystals and different orientation crystals.
炭化珪素は、珪素に比し、バンドギャップが大きく、絶縁破壊特性、耐熱性、耐放射線性等に優れることから、小型で高出力の半導体等の電子デバイス材料として注目されている。また、炭化珪素は、光学的特性に優れた他の化合物半導体との接合性に優れることから、光学デバイス材料としても注目されてきている。かかる炭化珪素の結晶の中でも、炭化珪素単結晶は、炭化珪素多結晶に比し、ウエハ等のデバイスに応用した際にウエハ内特性の均一性等に特に優れるという利点がある。 Silicon carbide is attracting attention as a small and high-power electronic device material such as a semiconductor because it has a larger band gap and is superior in dielectric breakdown characteristics, heat resistance, radiation resistance, and the like compared to silicon. In addition, silicon carbide has attracted attention as an optical device material because it has excellent bonding properties with other compound semiconductors having excellent optical characteristics. Among such silicon carbide crystals, a silicon carbide single crystal has an advantage that it is particularly excellent in uniformity of characteristics in a wafer when applied to a device such as a wafer, as compared with a silicon carbide polycrystal.
この炭化珪素単結晶を製造する方法としては、通常炭化珪素粉末を昇華用原料として高温下での昇華法が用いられている。炭化珪素単結晶の昇華法による製造においては、不活性ガス雰囲気中で炭化珪素原料粉末を充填した種結晶を設置した坩堝を減圧し、装置全体を1800〜2400℃に昇温する。加熱により炭化珪素粉末が分解、昇華することにより発生した昇華ガスは成長温度域に保持された種結晶表面に到達し、単結晶として成長させる。 As a method for producing this silicon carbide single crystal, a sublimation method at a high temperature is usually used by using silicon carbide powder as a raw material for sublimation. In the production of the silicon carbide single crystal by the sublimation method, the crucible in which the seed crystal filled with the silicon carbide raw material powder is placed in an inert gas atmosphere is decompressed, and the entire apparatus is heated to 1800 to 2400 ° C. The sublimation gas generated when the silicon carbide powder is decomposed and sublimated by heating reaches the surface of the seed crystal held in the growth temperature range and grows as a single crystal.
しかし昇温に伴い原料炭化珪素からは結晶成長に寄与するSi、Si2C、SiC2、SiCなどの蒸気が発生すると同時に、昇華用原料などに含まれる不純物の微粒子、結晶性の妨害微粒子等も坩堝内に浮遊することになる。坩堝内の昇華用原料に略対向させて設けた種結晶の成長する単結晶表面にこれら不純物微粒子などが付着することにより、成長した炭化珪素単結晶にマイクロパイプや転位が発生する原因になっているといわれている。 However, as the temperature rises, raw material silicon carbide generates vapors such as Si, Si 2 C, SiC 2 , and SiC that contribute to crystal growth, and at the same time, impurities fine particles contained in the sublimation raw materials, crystalline interfering fine particles, etc. Will also float in the crucible. These impurity fine particles adhere to the surface of the single crystal on which the seed crystal grows, which is provided substantially opposite to the sublimation raw material in the crucible, causing micropipes and dislocations in the grown silicon carbide single crystal. It is said that there is.
一方、炭化珪素単結晶から種結晶を作製するには、研削、研磨、洗浄、薬品処理などにより成形加工が行われるが、この種結晶表面には加工時に生じた変質層等の外乱が残存している。この加工変質層は炭化珪素が化学的に安定であるため適切なエッチャントが無く除去することが困難となっている。このため通常の昇華法では、種結晶表面の結晶欠陥によってマイクロパイプや螺旋転位等といった結晶欠陥が数多く発生してくる原因ともなっている。 On the other hand, in order to produce a seed crystal from a silicon carbide single crystal, a forming process is performed by grinding, polishing, cleaning, chemical treatment, etc., but disturbance such as a deteriorated layer generated during the processing remains on the surface of the seed crystal. ing. Since the silicon carbide is chemically stable, this work-affected layer is difficult to remove without an appropriate etchant. For this reason, in the normal sublimation method, crystal defects such as micropipes and screw dislocations are caused due to crystal defects on the surface of the seed crystal.
このマイクロパイプや螺旋転位等の結晶欠陥の発生を抑止する手法として、たとえば特開平5−262599号公報には、{0001}面に略垂直な面を持つ種結晶を用いて、<0001>方向と垂直な方向に炭化珪素単結晶を成長させる手法が提案されている。また、<0001>方向と垂直な方向に炭化珪素単結晶を成長させた場合には、成長結晶が種結晶のポリタイプ構造を完全に継承することも報告されている。
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、加工変質層を有しない成長端面種を用いて成長させることにより、マイクロパイプや螺旋転位等の結晶欠陥が少なく、かつ異種多形結晶や異方位結晶の混入が殆どない炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and by growing using a growth end face type that does not have a work-affected layer, there are few crystal defects such as micropipes and screw dislocations, and many different types. An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon carbide single crystal with almost no inclusion of shaped crystals or different orientation crystals.
特に、加工変質層を有しない成長端面種を用いた成長方法において、結晶欠陥が少なく、かつ異種多形結晶や異方位結晶の混入が殆どない炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的とする。 In particular, an object of the present invention is to provide a method for producing a silicon carbide single crystal with few crystal defects and almost no inclusion of different types of polymorphic crystals or different orientation crystals in a growth method using a growth end face type that does not have a work-affected layer. And
上記目的を達成するために、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、反応容器内の第一端部に昇華用原料を収容し、前記反応容器内の昇華用原料に略対向する第二端部に炭化珪素単結晶の種結晶を配置し、昇華させた昇華用原料を前記種結晶上に再結晶させて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であって、前記種結晶は、{0001}面より所定のオフ角を持つ面を成長端面として有し、かつ該成長端面が所定の曲率を持つ凸形状をなしており、前記炭化珪素単結晶の成長において、前記種結晶の成長端面の2次元核生成による成長または螺旋転位による渦巻き成長を行うc面ファセットの成長軸のずれが許容範囲内となる成長速度で結晶成長を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for producing a silicon carbide single crystal according to the present invention includes a second sublimation raw material that is substantially opposite to a sublimation raw material in the reaction container. A method for producing a silicon carbide single crystal in which a seed crystal of a silicon carbide single crystal is disposed at an end, and a sublimated raw material for sublimation is recrystallized on the seed crystal to grow a silicon carbide single crystal. The crystal has a surface having a predetermined off-angle from the {0001} plane as a growth end surface, and the growth end surface has a convex shape having a predetermined curvature. In the growth of the silicon carbide single crystal, the seed The crystal growth is performed at a growth rate at which the deviation of the growth axis of the c-plane facet that performs growth by two-dimensional nucleation of the growth end face of the crystal or spiral growth by screw dislocation is within an allowable range.
また、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、前記c面ファセットの成長軸がずれる速度は、0.04[mm/h]未満であることを特徴とする。 The method for producing a silicon carbide single crystal according to the present invention is characterized in that a speed at which the growth axis of the c-plane facet is shifted is less than 0.04 [mm / h].
また、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、反応容器内の第一端部に昇華用原料を収容し、前記反応容器内の昇華用原料に略対向する第二端部に炭化珪素単結晶の種結晶を配置し、昇華させた昇華用原料を前記種結晶上に再結晶化させて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であって、前記種結晶は、{0001}面より所定のオフ角を持つ面を成長端面として有し、かつ該成長端面が所定の曲率を持つ凸形状をなしており、前記炭化珪素単結晶の成長において、前記種結晶の成長端面の2次元核生成による成長または螺旋転位による渦巻き成長を行うc面ファセット領域とステップフロー成長を行うc面ファセット以外のステップフロー成長領域との境界のずれが許容範囲内となる成長速度で結晶成長を行うことを特徴とする。 In the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention, the sublimation raw material is accommodated in the first end portion in the reaction container, and the silicon carbide single crystal is disposed in the second end portion substantially opposed to the sublimation raw material in the reaction container. A method for producing a silicon carbide single crystal in which a seed crystal of crystal is arranged, and a sublimation raw material that has been sublimated is recrystallized on the seed crystal to grow a silicon carbide single crystal, wherein the seed crystal is {0001 } Has a surface having a predetermined off-angle from the surface as a growth end surface, and the growth end surface has a convex shape having a predetermined curvature, and in the growth of the silicon carbide single crystal, the growth end surface of the seed crystal Crystal growth is performed at a growth rate such that the deviation of the boundary between the c-face facet region that performs growth by two-dimensional nucleation or spiral growth by screw dislocation and the step flow growth region other than the c-face facet that performs step flow growth is within an allowable range. Features to do To.
また、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、前記炭化珪素単結晶の成長速度は、0.2[mm/h]未満であることを特徴とする。 The method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention is characterized in that the growth rate of the silicon carbide single crystal is less than 0.2 [mm / h].
上記特徴の本発明の炭化珪素単結晶の製造方法によれば、昇華させた昇華用原料を種結晶上に再結晶させて炭化珪素単結晶を成長させる昇華法による炭化珪素単結晶の製造方法において、種結晶として、(0001)面より所定オフ角を持つ面を成長端面として有し、かつ該成長端面が所定曲率を持つ凸形状のものを使用し、炭化珪素単結晶の成長過程で、種結晶の成長端面の2次元核生成による成長または螺旋転位による渦巻き成長を行うc面ファセットの成長軸のずれが許容範囲内となる成長速度で結晶成長を行うこととしたので、c面ファセット領域内での新たな2次元核(成長軸)の発生を抑制すると共に、c面ファセットの移動を抑制してステップバンチングの発生を抑制し、結果として多形混入やマイクロパイプ等の欠陥の発生を抑制した高品質な炭化珪素単結晶を得ることができる。 According to the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention having the above characteristics, in a method for producing a silicon carbide single crystal by a sublimation method in which a sublimated raw material for sublimation is recrystallized on a seed crystal to grow a silicon carbide single crystal. A seed crystal having a surface having a predetermined off angle from the (0001) plane as a growth end surface and a convex shape having a predetermined curvature on the growth end surface is used as a seed crystal. Since crystal growth is performed at a growth rate in which the deviation of the growth axis of the c-plane facet that performs growth by two-dimensional nucleation of the growth end face of the crystal or spiral growth by screw dislocation is within an allowable range, In addition to suppressing the generation of new two-dimensional nuclei (growth axes) at the surface, the movement of c-plane facets is suppressed to suppress the occurrence of step bunching, resulting in the occurrence of defects such as polymorphs and micropipes. It is possible to obtain a high-quality silicon carbide single crystal which suppresses.
また、上記特徴の本発明の炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶の成長過程で、種結晶の成長端面の2次元核生成による成長または螺旋転位による渦巻き成長を行うc面ファセット領域とステップフロー成長を行うc面ファセット以外のステップフロー成長領域との境界のずれが許容範囲内となる成長速度で結晶成長を行うこととしたので、c面ファセット領域内での新たな2次元核(成長軸)の発生を抑制すると共に、成長モードの境界(c面ファセット領域とステップフロー成長領域の境界)位置の移動を抑制してステップバンチングの発生を抑制し、結果として、多形混入やマイクロパイプ等の欠陥の発生を抑制した高品質な炭化珪素単結晶を得ることができる。 Further, according to the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention having the above characteristics, the c-plane performs growth by two-dimensional nucleation of the growth end face of the seed crystal or spiral growth by screw dislocation in the growth process of the silicon carbide single crystal. Since the crystal growth is performed at a growth rate at which the boundary deviation between the facet region and the step flow growth region other than the c-plane facet that performs the step flow growth is within an allowable range, a new 2 in the c-plane facet region is obtained. In addition to suppressing the generation of dimensional nuclei (growth axis), the movement of the boundary of the growth mode (the boundary between the c-face facet region and the step flow growth region) is suppressed, thereby suppressing the occurrence of step bunching. A high-quality silicon carbide single crystal that suppresses the occurrence of defects such as contamination and micropipes can be obtained.
以下、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(炭化珪素単結晶の製造装置)
炭化珪素単結晶の製造に使用される製造装置の実施形態としては、図1に示すように、昇華用原料40を収容可能な反応容器本体12と、反応容器本体12に着脱自在に設けられる蓋部11と、を備える坩堝10と、昇華用原料40が収容された部分の外周に環巻された状態で配置され、昇華用原料40を昇華可能となるように昇華雰囲気を形成する第一加熱手段としての第一誘導加熱コイル20と、種結晶50が配置された部分の外周に環巻された状態で配置され、第一誘導加熱コイル20により昇華された昇華用原料40が炭化珪素単結晶の種結晶50近傍でのみ再結晶可能となるように再結晶雰囲気を形成し、昇華用原料40を炭化珪素単結晶の種結晶50上に再結晶化させる第二加熱手段としての第二誘導加熱コイル21と、第一誘導加熱コイル20と第二誘導加熱コイル21との間に、誘導電流を通電可能であり、誘導電流を通電することにより第一誘導加熱コイル20と第二誘導加熱コイル21との間における干渉を防止する干渉防止手段としての干渉防止コイル22と、を備える製造装置が挙げられる。
(Silicon carbide single crystal manufacturing equipment)
As shown in FIG. 1, as an embodiment of a manufacturing apparatus used for manufacturing a silicon carbide single crystal, a reaction vessel
坩堝10としては、特に制限はなく公知のものの中から適宜選択した少なくとも反応容器本体12と蓋部11とを備える坩堝10を用いることができる。蓋部11としては、反応容器本体12に対し着脱可能であるものが好ましい。昇華用原料40を投入しやすく、また成長した単結晶を取り出しやすいからである。反応容器本体12と蓋部11とは、嵌合、螺合等のいずれで着脱自在に設計されていてもよいが、螺合によるものが好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as the
坩堝10を構成する反応容器本体12と蓋部11の材質としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、黒鉛製であるものが特に好ましい。反応容器は、第二端部における蓋部11(または後に説明する封止部)の少なくとも内周側面部の表面が、ガラス状カーボンもしくはアモルファスカーボンであることが好ましい。これにより少なくとも内周側面部の表面で、炭化珪素の再結晶化が抑制されるからである。この場合、第二端部における種結晶50が設置される底部の縁部周縁を含む部分の表面を、ガラス状カーボンもしくはアモルファスカーボンとすることが更に好ましい。
The material of the reaction vessel
昇華用原料40が収容される部位としては特に制限はないが、炭化珪素単結晶の種結晶50を配置可能な端部に略対向する端部であることが好ましい。この場合、反応容器の内部は筒形状となるが、筒形状の軸としては、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。筒形状の軸方向に垂直な断面形状としては、円形であってもよいし、多角形であってもよい。円形状の好ましい例としては、その軸が直線状であり、かつ軸方向に垂直な断面形状が円形であるものが好適に挙げられる。
Although there is no restriction | limiting in particular as a site | part in which the sublimation
反応容器の内部に2つの端部が存在する場合、第一端部側に昇華用原料40が収容され、第二端部側に炭化珪素単結晶の種結晶50が配置される。第一端部の形状としては、特に制限はなく、平面形状であってもよいし、均熱化を促すための構造(例えば凸部等)を適宜設けてもよい。
When two ends exist in the reaction vessel, the sublimation
反応容器においては、第二端部側が着脱可能に設計されていることが好ましい。具体的には第二端部は、反応容器本体12に対し蓋部11が着脱可能に設計され、かつ後に説明する封止部が反応容器本体12と蓋部11の接合部を封止可能に配置されると共に蓋部11を反応容器に装着した際に封止部が反応容器内部に収納可能に設計されていることが好ましい。この場合、第二端部に装着された蓋部11を脱離するだけで、成長した炭化珪素単結晶を容易に反応容器から分離することができる点で有利である。
In the reaction vessel, the second end side is preferably designed to be detachable. Specifically, the second end portion is designed so that the
第一端部と第二端部との位置関係としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。この場合、第一端部が下端部であり、第二端部が上端部である形態、即ち、第一端部と第二端部とが重力方向に位置しているのが好ましい。昇華用原料40の昇華が円滑に行われ、また、炭化珪素単結晶の成長が、下方に向かって、即ち重力方向に向かって余分な負荷がかからない状態で行われるからである。
There is no restriction | limiting in particular as positional relationship of a 1st end part and a 2nd end part, According to the objective, it can select suitably. In this case, it is preferable that the first end portion is the lower end portion and the second end portion is the upper end portion, that is, the first end portion and the second end portion are positioned in the direction of gravity. This is because sublimation of the sublimation
なお、第一端部側には、例えば、昇華用原料40の昇華を効率よく行う目的で、伝熱性に優れた材料で形成した部材を配置してもよい。この部材としては、例えば、外周が反応容器内の周側面部と密接可能であり、内部が、第二端部に近づくにつれてその径が漸次増加するような逆錘形状もしくは逆錘台形状である部材、などが好適に挙げられる。なお、反応容器の外部に露出する部分には、目的に応じて、ねじ切り、測温用凹部等が設けられていてもよく、測温用凹部は、第一端部側および第二端部側の少なくとも一方の部分に設けられているのが好ましい。
In addition, you may arrange | position the member formed with the material excellent in heat conductivity in order to perform sublimation of the sublimation
反応容器の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。耐久性、耐熱性、伝熱性等に優れた材料で形成されているものが好ましい。これらの要件に加えて更に不純物の発生による多結晶や多型の混入等が少なく、昇華用原料40の昇華と再結晶の制御が容易である等の点で黒鉛製であるものが特に好ましい。また反応容器は、単独の部材で形成されていてもよいし、2以上の部材で形成されていてもよく、目的に応じて適宜選択することができる。2以上の部材で形成されている場合としては、第二端部が2以上の部材で形成されているものが好ましく、第二端部の中心部とその外周部とが別の部材で形成されているのが、温度差もしくは温度勾配を形成できる点でより好ましい。具体的には、反応容器は、第二端部における炭化珪素単結晶の成長が行われる領域に隣接する内側領域と、内側領域の外周に位置する外周領域とが別の部材で形成され、かつ内側領域を形成する部材の一端が反応容器内に設けられる封止部に接し、他端が反応容器の外部に露出していることが特に好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as a material of reaction container, According to the objective, it can select suitably. What is formed with the material excellent in durability, heat resistance, heat conductivity, etc. is preferable. In addition to these requirements, those made of graphite are particularly preferred from the viewpoints of less contamination of polycrystals and polymorphs due to generation of impurities, and easy control of sublimation and recrystallization of the sublimation
この場合、第二端部をその外側から加熱した場合、外側領域は容易に加熱されるものの、内側領域は、外側領域との接触抵抗により加熱され難くなる。そのため、外側領域と内側領域との間で温度差が生じ、内側領域の方が外側領域よりも若干温度が低く維持される。その結果、内側領域の方が外側領域よりも炭化珪素が再結晶し易くすることができる。更に、内側領域を形成する部材における他端が反応容器の外部に露出しているので、内側領域は反応容器の外部に熱を放熱し易いため、内側領域の方が外側領域よりも炭化珪素が再結晶を生じ易くさせることができる。なお、内側領域を形成する部材における他端が反応容器の外部に露出している形態としては、特に制限はなく、内側領域を底面とし反応容器の外側に向けて連続的または不連続的にその径が変化する形状、即ち大きくなるかまたは小さくなる形状などが挙げられる。 In this case, when the second end is heated from the outside, the outside region is easily heated, but the inside region is hardly heated due to contact resistance with the outside region. Therefore, a temperature difference occurs between the outer region and the inner region, and the temperature of the inner region is kept slightly lower than that of the outer region. As a result, silicon carbide can be recrystallized more easily in the inner region than in the outer region. Furthermore, since the other end of the member forming the inner region is exposed to the outside of the reaction vessel, the inner region is likely to dissipate heat to the outside of the reaction vessel, so that the inner region is more silicon carbide than the outer region. Recrystallization can easily occur. The form in which the other end of the member forming the inner region is exposed to the outside of the reaction vessel is not particularly limited, and the inner region is the bottom surface and is continuously or discontinuously toward the outside of the reaction vessel. Examples include a shape whose diameter changes, that is, a shape that increases or decreases.
このような形状としては、具体的には、内側領域を底面とする柱形状、例えば円柱状、角柱状等が挙げられ、円柱状が好ましく、内側領域を底面とする錘台形状、例えば円錐台状、角錐台状、逆円錐台状、逆角錐台状等が挙げられ、逆円錐台状が好ましい。また、内側領域を形成する部材の一端と反応容器内に設けられる封止部との熱接触をよくするため、接触部分を接着するか、または接触部分の片側あるいは両側に凸形状部や凹凸形状部等を設けることも、内側領域の放熱を高め炭化珪素が再結晶化し易くする点で好ましい。同様の工夫は第二端部が単独の部材で形成されているときにも有効であることは言うまでもない。 Specific examples of such a shape include a columnar shape having an inner region as a bottom surface, such as a columnar shape, a prismatic shape, etc., and a columnar shape is preferable, and a frustum shape having an inner region as a bottom surface, such as a truncated cone. Shape, truncated pyramid shape, inverted truncated cone shape, inverted truncated pyramid shape and the like, and the inverted truncated cone shape is preferable. In addition, in order to improve the thermal contact between one end of the member forming the inner region and the sealing portion provided in the reaction vessel, the contact portion is adhered, or the convex portion or the uneven shape is formed on one side or both sides of the contact portion. Providing a portion or the like is also preferable in terms of increasing heat dissipation in the inner region and facilitating recrystallization of silicon carbide. It goes without saying that the same idea is also effective when the second end is formed of a single member.
反応容器は、断熱材等で囲まれていることが好ましい。この場合、反応容器における第一端部(昇華用原料収容部)および第二端部(種結晶配置部)の略中央は、測温用窓を形成する目的で、断熱材等が設けられていないのが好ましい。また、第一端部(昇華用原料収容部)の略中央に測温用窓が設けられている場合には、断熱材粉等の落下を防ぐための黒鉛製カバー部材等が更に設けられているのが好ましい。 The reaction vessel is preferably surrounded by a heat insulating material or the like. In this case, a heat insulating material or the like is provided in the approximate center of the first end portion (sublimation raw material storage portion) and the second end portion (seed crystal placement portion) in the reaction vessel for the purpose of forming a temperature measurement window. Preferably not. In addition, when a temperature measuring window is provided in the approximate center of the first end (sublimation raw material container), a graphite cover member or the like is further provided to prevent the insulation powder from falling. It is preferable.
反応容器は、石英管内に配置されるのが好ましい。この場合、昇華用原料40の昇華および再結晶化のための加熱エネルギーの損失が少ない点で好ましい。なお、石英管は高純度品が入手可能であり、高純度品を用いると金属不純物の混入が少ない点で有利である。
The reaction vessel is preferably placed in a quartz tube. In this case, it is preferable in that the loss of heating energy for sublimation and recrystallization of the sublimation
第一誘導加熱コイル20は、通電により加熱し、昇華用原料40を昇華可能となるように昇華雰囲気を形成することができる限り特に制限はなく、誘導加熱可能なコイルなどが好適に挙げられる。第一誘導加熱コイル20は、坩堝10における、昇華用原料40が収容された部分の外周に環巻された状態で配置される。
The first
第二誘導加熱コイル21は、第一誘導加熱コイル20により昇華された昇華用原料40が炭化珪素の種結晶50近傍でのみ再結晶化可能となるように再結晶雰囲気を形成し、昇華用原料40を炭化珪素の種結晶50上に再結晶化させることができる限り特に制限はなく、誘導加熱可能なコイルなどが挙げられる。第二誘導加熱コイル21は、坩堝10における、炭化珪素の種結晶50が配置された部分の外周に環巻された状態で配置される。
The second
干渉防止コイル22は、炭化珪素単結晶の効率的な成長を行う目的で、第一誘導加熱コイル20と第二誘導加熱コイル21との間に配置される。第一誘導加熱コイル20および第二誘導加熱コイル21による誘導加熱を同時に行った際に、干渉防止コイル22に誘電電流が流れ、干渉防止コイル22が両者間における干渉を極小化し防止することができるからである。干渉防止コイル22としては、第一誘導加熱コイル20と第二誘導加熱コイル21との間における干渉を防止する機能を有するものであれば特に制限はない。干渉防止コイル22は、それ自身に流れる誘導電流により加熱されないように設計するのが好ましく、それ自身冷却可能なものがより好ましく、水等の冷却媒体を流通可能なものが特に好ましい。この場合、干渉防止コイル22に第一誘導加熱コイル20および第二誘導加熱コイル21における誘導電流が流れたとしても、干渉防止コイル22が加熱され破損や周辺部品の不具合等を起こすこともない点で好ましい。干渉防止コイル22の環巻された巻数としては、特に制限はなく、第一加熱手段および第二加熱手段の種類、これらに通電される電流の量等により異なり一概に規定することはできないが、一重程度であっても十分である。
The
本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置においては、第一誘導加熱コイル20が昇華用原料40を昇華可能となるように昇華雰囲気を形成し、昇華用原料40を昇華させる。そして、第二誘導加熱コイル21が、第一誘導加熱コイル20により昇華された昇華用原料40が種結晶50近傍でのみ再結晶化可能となるように再結晶雰囲気を形成し、昇華用原料40を種結晶50上に再結晶化させる。このため、成長する炭化珪素単結晶が、その全成長過程において、その成長面の全面がその成長方向に向かって凸形状が維持され、蓋部11側に陥没した凹部が輪状に形成されることがない。また、炭化珪素多結晶が、反応容器本体12内の周側面部に接触した状態で成長することもない。このため、成長した炭化珪素単結晶を室温まで冷却した際に、炭化珪素多結晶側から炭化珪素単結晶側に熱膨張差に基づく応力が集中して印加されることがなく、得られる炭化珪素単結晶に割れ等の破損が生じてしまうことがない。その結果、従来における諸問題、即ち、割れ等の破損がなく、多結晶や多型の混入やマイクロパイプ等の結晶欠陥が存在しない高品質の炭化珪素単結晶が効率よくかつ確実に製造することができる。
In the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment, a sublimation atmosphere is formed so that the first
なお、前述の第一および第二加熱手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、誘導加熱手段、抵抗加熱手段などが挙げられるが、温度制御が容易な点で誘導加熱手段が好ましく、誘導加熱手段の中でも、誘導加熱可能なコイルであるものが好ましい。 In addition, there is no restriction | limiting in particular as said 1st and 2nd heating means, According to the objective, it can select suitably. For example, induction heating means, resistance heating means and the like can be mentioned. Induction heating means are preferable from the viewpoint of easy temperature control, and among induction heating means, a coil capable of induction heating is preferable.
(種結晶)
次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法においては、炭化珪素単結晶の種結晶50として、(0001)面より所定のオフ角を持つ面を成長端面として有し、かつ該成長端面が所定の曲率を持つ凸形状をなしているものを用いる。従来の炭化珪素単結晶の製造では、種結晶として厚さ0.3〜1.0[mm]程度の炭化珪素単結晶ウエハを使用していたが、本実施形態では、成長後の端面側を所定の厚さ(3〜5[mm]程度)で切り出したものを炭化珪素単結晶端面種として使用する。
(Seed crystal)
Next, in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the silicon carbide single
ここで、図2において、オフ方向とは、図中nで示される〈0001〉軸(c軸)方向から傾斜する方向を指し、nを(0001)面に投影(射影)したベクトルの向きで示されるものである。なお、図2においてnのオフ方向は〈11−20〉軸方向に一致している。また、オフ方向が〈11−20〉方向からα又はα’度ずれた場合も図中に示されている。また、オフ角とは、図中βで示される〈0001〉軸(c軸)方向からnが傾斜する角度をいう。即ち、(0001)面からのオフ角を指すものである。 Here, in FIG. 2, the off direction refers to a direction inclined from the <0001> axis (c-axis) direction indicated by n in the figure, and is the direction of a vector in which n is projected (projected) onto the (0001) plane. It is shown. In FIG. 2, the n-off direction coincides with the <11-20> axis direction. Further, the case where the off direction is shifted by α or α ′ degrees from the <11-20> direction is also shown in the drawing. The off-angle is an angle at which n is inclined from the <0001> axis (c-axis) direction indicated by β in the figure. That is, it indicates the off angle from the (0001) plane.
成長面に所定のオフ角を持たせることで、ステップフロー成長を促すことが可能となり、ジャスト面成長時に問題になる二次元核発生によるポリタイプを防止し、バーカースペクトルが<0001>である螺旋転位、MPの低減効果が期待出来る。 By giving the growth surface a predetermined off-angle, it becomes possible to promote step flow growth, prevent polytypes due to the generation of two-dimensional nuclei, which is a problem during just surface growth, and a spiral whose Barker spectrum is <0001> Reduction effect of dislocation and MP can be expected.
また、坩堝内温度分布と同じ形状を持つ炭化珪素単結晶を種結晶50に使用することで、c面ファセット位置が成長に伴って移動することでc面ファセット領域とステップフロー成長領域の境界の質の劣化が発生することを防止している。
Further, by using a silicon carbide single crystal having the same shape as the temperature distribution in the crucible for the
したがって、炭化珪素単結晶の種結晶50の成長端面における凸形状は坩堝内温度分布に近い形状である必要があり、同一坩堝内で成長した成長端面を使用することがより好ましい。
Therefore, the convex shape on the growth end face of the
(昇華用原料)
次に、昇華用原料40としては、炭化珪素である限り、結晶の多型、使用量、純度、その製造方法等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。昇華用原料40の結晶の多型としては、例えば、4H,6H,15R,3Cなどが挙げられ、これらの中でも6Hなどが好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用されるのが好ましいが、2種以上併用されてもよい。
(Raw material for sublimation)
Next, as the sublimation
昇華用原料40の使用量としては、製造する炭化珪素単結晶の大きさ、反応容器の大きさ等に応じて適宜選択することができる。昇華用原料40の純度としては、製造する炭化珪素単結晶中への多結晶や多型の混入を可能な限り防止する観点からは、純度の高いことが好ましく、具体的には、不純物元素の各含有量が0.5[ppm]以下であるのが好ましい。ここで、不純物元素の含有量は、化学的な分析による不純物含有量であり、参考値としての意味を有するに過ぎず、実用的には、不純物元素が炭化珪素単結晶中に均一に分布しているか、局所的に偏在しているかによっても、評価が異なってくる。なお、ここで「不純物元素」とは、1989年IUPAC無機化学命名法改訂版の周期律表における1族から17族元素に属しかつ原子番号3以上(但し、炭素原子、酸素原子および珪素原子を除く)である元素をいう。また、成長する炭化珪素単結晶にn型あるいはp型の導電性を付与するため故意にそれぞれ窒素、アルミニウムなどのドーパント元素を添加した場合はそれらも除くこととする。
The amount of the sublimation
昇華用原料40としての炭化珪素粉末は、例えば、珪素源として、珪素化合物の少なくとも1種と、炭素源として、加熱により炭素を生ずる有機化合物の少なくとも1種と、重合触媒または架橋触媒とを溶媒中で溶解し乾燥して得られた粉末を非酸化性雰囲気下で焼成することにより得られる。
The silicon carbide powder as the sublimation
珪素化合物としては、液状のものと固体のものとを併用することができるが、少なくとも1種は液状のものから選択する。 As the silicon compound, a liquid one and a solid one can be used together, but at least one kind is selected from a liquid one.
液状のものとしては、アルコキシシランおよびアルコシシシラン重合体が好適に用いられる。アルコキシシランとしては、例えば、メトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラン、ブトキシシラン等が挙げられ、これらの中でもハンドリングの点でエトキシシランが好ましい。アルコキシシランとしては、モノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、テトラアルコキシシランのいずれであってもよいが、テトラアルコキシシランが好ましい。アルコキシシラン重合体としては、重合度が2〜15程度の低分子量重合体(オリゴマー)およびケイ酸ポリマーが挙げられる。例えば、テトラエトキシシランオリゴマーが挙げられる。 As the liquid, alkoxysilane and alkoxysilane polymers are preferably used. Examples of the alkoxysilane include methoxysilane, ethoxysilane, propoxysilane, butoxysilane and the like, and among these, ethoxysilane is preferable in terms of handling. The alkoxysilane may be any of monoalkoxysilane, dialkoxysilane, trialkoxysilane, and tetraalkoxysilane, but tetraalkoxysilane is preferable. Examples of the alkoxysilane polymer include a low molecular weight polymer (oligomer) having a polymerization degree of about 2 to 15 and a silicate polymer. An example is a tetraethoxysilane oligomer.
固体のものとしては、SiO、シリカゾル(コロイド状超微細シリカ含有液、内部にOH基やアルコキシル基を含む)、二酸化珪素(シリカゲル、微細シリカ、石英粉末)等の酸化珪素が挙げられる。 Examples of the solid material include silicon oxides such as SiO, silica sol (a colloidal ultrafine silica-containing liquid containing OH groups and alkoxyl groups inside), and silicon dioxide (silica gel, fine silica, quartz powder).
珪素化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。珪素化合物の中でも、均質性やハンドリング性が良好な点でテトラエトキシシランのオリゴマー、テトラエトキシシランのオリゴマーと微粉末シリカとの混合物、等が好ましい。珪素化合物は、高純度であるのが好ましく、初期における各不純物の含有量が20[ppm]以下であるので好ましく、5[ppm]以下であるのがより好ましい。 A silicon compound may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among the silicon compounds, an oligomer of tetraethoxysilane, a mixture of an oligomer of tetraethoxysilane and fine powder silica, and the like are preferable in terms of good homogeneity and handling properties. The silicon compound preferably has a high purity, and the content of each impurity in the initial stage is preferably 20 [ppm] or less, and more preferably 5 [ppm] or less.
加熱により炭素を生じる有機化合物としては、液状のものを単独で用いてもよいし、液状のものと固体のものとを併用してもよい。加熱により炭素を生ずる有機化合物としては、残炭率が高く、かつ触媒若しくは加熱により重合または架橋する有機化合物が好ましく、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリビニルアルコール等の樹脂のモノマーやプレポリマーが好ましく、その他、セルロース、蔗糖、ピッチ、タール等の液状物が挙げられる。これらの中でも、高純度のものが好ましく、フェノール樹脂がより好ましく、レゾール型フェノール樹脂が特に好ましい。 As an organic compound that generates carbon by heating, a liquid compound may be used alone, or a liquid compound and a solid compound may be used in combination. As the organic compound that generates carbon by heating, a residual carbon ratio is high, and an organic compound that is polymerized or cross-linked by a catalyst or heating is preferable, for example, a resin monomer such as phenol resin, furan resin, polyimide, polyurethane, polyvinyl alcohol, Prepolymers are preferred, and other liquid materials such as cellulose, sucrose, pitch, and tar can be used. Among these, high-purity ones are preferable, phenol resins are more preferable, and resol type phenol resins are particularly preferable.
加熱により炭素を生ずる有機化合物は、1種単独で用いてもよいし、2以上を併用してもよい。加熱により炭素を生ずる有機化合物の純度としては、目的に応じて適宜選択することができるが、高純度の炭化珪素粉末が必要な場合には各金属を5[ppm]以上含有していない有機化合物を用いることが好ましい。 The organic compound which produces carbon by heating may be used alone or in combination of two or more. The purity of the organic compound that generates carbon by heating can be appropriately selected according to the purpose, but when a high-purity silicon carbide powder is required, the organic compound does not contain 5 [ppm] or more of each metal. Is preferably used.
重合触媒および架橋触媒としては、加熱により炭素を生ずる有機化合物に応じて適宜選択できるが、加熱により炭素を生ずる有機化合物がフェノール樹脂やフラン樹脂の場合、トルエンスルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、マレイン酸、硫酸等の酸類が好ましく、マレイン酸が特に好ましい。 The polymerization catalyst and the crosslinking catalyst can be appropriately selected according to the organic compound that generates carbon by heating. When the organic compound that generates carbon by heating is a phenol resin or furan resin, toluenesulfonic acid, toluenecarboxylic acid, acetic acid, oxalic acid is used. Acids such as acid, maleic acid and sulfuric acid are preferred, and maleic acid is particularly preferred.
加熱により炭素を生ずる有機化合物に含まれる炭素と、珪素化合物に含まれる珪素との比(以下「C/Si比」と略記)は、両者の混合物を1000[℃]にて炭化して得られる炭化物中間体を、元素分析することにより定義される。化学量論的には、C/Si比が3.0の時に得られた炭化珪素粉末中の遊離炭素が0%となるはずであるが、実際には同時に生成するSiOガスの揮散により低C/Si比において遊離炭素が発生する。この得られた炭化珪素粉末中の遊離炭素量が適当な量となるように予め配合比を決定しておくのが好ましい。通常、1気圧近傍で1600[℃]以上での焼成では、C/Si比を2.0〜2.5にすると遊離炭素を抑制することができる。C/Si比が2.5を超えると、遊離炭素が顕著に増加する。但し、雰囲気の圧力を低圧または高圧で焼成する場合は、純粋な炭化珪素粉末を得るためのC/Si比は変動するので、この場合は必ずしもC/Si比の範囲に限定するものではない。 The ratio of carbon contained in the organic compound that produces carbon by heating and silicon contained in the silicon compound (hereinafter abbreviated as “C / Si ratio”) is obtained by carbonizing a mixture of both at 1000 [° C.]. Carbide intermediates are defined by elemental analysis. Stoichiometrically, the free carbon in the silicon carbide powder obtained when the C / Si ratio is 3.0 should be 0%. However, in practice, low C is caused by volatilization of the simultaneously generated SiO gas. Free carbon is generated at the / Si ratio. It is preferable to determine the blending ratio in advance so that the amount of free carbon in the obtained silicon carbide powder becomes an appropriate amount. Usually, in firing at 1600 [° C.] or higher near 1 atm, free carbon can be suppressed by setting the C / Si ratio to 2.0 to 2.5. When the C / Si ratio exceeds 2.5, free carbon increases remarkably. However, when the atmosphere pressure is fired at a low pressure or a high pressure, the C / Si ratio for obtaining pure silicon carbide powder varies, and in this case, it is not necessarily limited to the range of the C / Si ratio.
なお、炭化珪素粉末は、例えば、珪素化合物と加熱により炭素を生ずる有機化合物との混合物を硬化することによっても得られる。 The silicon carbide powder can also be obtained, for example, by curing a mixture of a silicon compound and an organic compound that generates carbon by heating.
硬化の方法としては、加熱により架橋する方法、硬化触媒により硬化する方法、電子線や放射線による方法、などが挙げられる。硬化触媒としては、加熱により炭素を生ずる有機化合物の種類等に応じて適宜選択することができ、フェノール樹脂やフラン樹脂の場合には、トルエンスルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、塩酸、硫酸、マレイン酸等の酸類、ヘキサミン等のアミン酸などが好適に挙げられる。これらの硬化触媒を用いる場合、硬化触媒は溶媒に溶解しまたは分散される。触媒としては、低級アルコール(例えばエチルアルコール等)、エチルエーテル、アセトンなどが挙げられる。 Examples of the curing method include a method of crosslinking by heating, a method of curing with a curing catalyst, a method of electron beam and radiation, and the like. The curing catalyst can be appropriately selected according to the type of organic compound that produces carbon by heating, and in the case of a phenol resin or furan resin, toluenesulfonic acid, toluenecarboxylic acid, acetic acid, oxalic acid, hydrochloric acid, Preferable examples include acids such as sulfuric acid and maleic acid, and amine acids such as hexamine. When these curing catalysts are used, the curing catalyst is dissolved or dispersed in a solvent. Examples of the catalyst include lower alcohols (eg, ethyl alcohol), ethyl ether, acetone and the like.
以上により得られた炭化珪素粉末は、窒素またはアルゴン等の非酸化性雰囲気中、800〜1000[℃]にて30〜120[分]間、焼成される。焼成により炭化珪素粉末が炭化物になり、炭化物を、アルゴン等の非酸化性雰囲気中、1350〜2000[℃]で焼成することにより、炭化珪素粉末が生成される。 The silicon carbide powder obtained as described above is baked for 30 to 120 [minutes] at 800 to 1000 [° C.] in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. The silicon carbide powder becomes a carbide by firing, and the carbide is fired at 1350 to 2000 [° C.] in a non-oxidizing atmosphere such as argon to produce a silicon carbide powder.
焼成の温度と時間とは、得ようとする炭化珪素粉末の粒径等に応じて適宜選択することができ、炭化珪素粉末のより効果的な生成の点で温度は1600〜1900[℃]が好ましい。なお、焼成の後に、不純物を除去し高純度の炭化珪素粉末を得る目的で、例えば、2000〜2400[℃]で3〜8[時間]加熱処理を行うのが好ましい。 The firing temperature and time can be appropriately selected according to the particle size of the silicon carbide powder to be obtained, and the temperature is 1600 to 1900 [° C.] in terms of more effective production of the silicon carbide powder. preferable. In addition, after baking, for the purpose of removing impurities and obtaining high-purity silicon carbide powder, for example, it is preferable to perform heat treatment at 2000 to 2400 [° C.] for 3 to 8 hours.
以上により得られた炭化珪素粉末は、大きさが不均一であるため、解粉、分級、等を行うことにより所望の粒度にすることができる。 Since the silicon carbide powder obtained as described above is non-uniform in size, it can be made into a desired particle size by pulverization, classification, and the like.
炭化珪素粉末の平均粒径としては、10〜300[μm]が好ましく、50〜200[μm]がより好ましい。平均粒径が10[μm]未満であると、炭化珪素単結晶を成長させるための炭化珪素の昇華温度、即ち1800〜2700[℃]で速やかに焼結を起こしてしまうため、昇華表面積が小さくなり、炭化珪素単結晶の成長が遅くなることがあり、また、炭化珪素粉末を反応容器内へ収容させる際や、成長速度調整のために再結晶雰囲気の圧力を変化させる際に、炭化珪素粉末が飛散し易くなる。一方、平均粒径が300[μm]を超えると、炭化珪素粉末自身の比表面積が小さくなるため、やはり炭化珪素単結晶の成長が遅くなることがある。 The average particle size of the silicon carbide powder is preferably 10 to 300 [μm], more preferably 50 to 200 [μm]. If the average particle size is less than 10 [μm], sintering occurs rapidly at the sublimation temperature of silicon carbide for growing a silicon carbide single crystal, that is, 1800 to 2700 [° C.], so the sublimation surface area is small. When the silicon carbide powder is accommodated in the reaction vessel or when the pressure of the recrystallization atmosphere is changed to adjust the growth rate, the silicon carbide powder may be slowed. It becomes easy to scatter. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 300 [μm], the specific surface area of the silicon carbide powder itself becomes small, so that the growth of the silicon carbide single crystal may also be slow.
炭化珪素粉末としては、例えば、4H,6H,15R,3Cなどが挙げられ、これらの中でも6Hなどが好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用されるのが好ましいが、2種以上併用されてもよい。 Examples of the silicon carbide powder include 4H, 6H, 15R, and 3C. Among these, 6H is preferable. These are preferably used alone, but may be used in combination of two or more.
なお、炭化珪素粉末を用いて成長させた炭化珪素単結晶にn型またはp型の導電性を付与する目的で窒素またはアルミニウムなどをそれぞれ導入することができ、窒素またはアルミニウムを炭化珪素粉末の製造時に導入する場合は、まず珪素源と、炭素源と、窒素源またはアルミニウム源からなる有機物質と、重合または架橋触媒とに均一に混合すればよい。このとき、例えば、フェノール樹脂等の炭素源と、ヘキサメチレンテトラミン等の窒素源からなる有機物質と、マレイン酸等の重合または架橋触媒とを、エタノール等の溶媒に溶解する際に、テトラエトキシシランのオリゴマー等の珪素源と十分に混合することが好ましい。 Note that nitrogen or aluminum can be introduced into the silicon carbide single crystal grown using the silicon carbide powder for the purpose of imparting n-type or p-type conductivity, respectively. In some cases, it may be uniformly mixed with a silicon source, a carbon source, an organic substance consisting of a nitrogen source or an aluminum source, and a polymerization or crosslinking catalyst. At this time, for example, when an organic substance composed of a carbon source such as a phenol resin and a nitrogen source such as hexamethylenetetramine and a polymerization or crosslinking catalyst such as maleic acid are dissolved in a solvent such as ethanol, tetraethoxysilane is dissolved. It is preferable to sufficiently mix with a silicon source such as an oligomer of
窒素源からなる有機物質としては、加熱により窒素を発生する物質が好ましく、例えば、高分子化合物(具体的には、ポリイミド樹脂、およびナイロン樹脂等);有機アミン(具体的には、ヘキサメチレンテトラミン、アンモニア、トリエチルアミン等、およびこれらの化合物、塩類)の各種アミン類が挙げられる。これらの中でも、ヘキサメチレンテトラミンが好ましい。また、ヘキサミンを触媒として合成され、その合成工程に由来する窒素を樹脂1gに対して2.0[mmol]以上含有するフェノール樹脂も、窒素源からなる有機物質として好適に用いることができる。こられの窒素源からなる有機物質は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、アルミニウム源からなる有機物質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。 As the organic substance composed of a nitrogen source, a substance that generates nitrogen by heating is preferable. For example, a polymer compound (specifically, polyimide resin, nylon resin, etc.); organic amine (specifically, hexamethylenetetramine) , Ammonia, triethylamine, and the like, and compounds and salts thereof). Among these, hexamethylenetetramine is preferable. Further, a phenol resin synthesized using hexamine as a catalyst and containing 2.0 [mmol] or more of nitrogen derived from the synthesis step with respect to 1 g of the resin can also be suitably used as an organic substance composed of a nitrogen source. These organic substances composed of a nitrogen source may be used alone or in combination of two or more. In addition, there is no restriction | limiting in particular as an organic substance which consists of aluminum sources, According to the objective, it can select suitably.
窒素源からなる有機物質の添加量としては、珪素源と炭素源とを同時に添加する場合には、珪素源1[g]当たり窒素が1[mmol]以上含有することが好ましく、珪素源1[g]に対して80〜1000[μg]が好ましい。 As the addition amount of the organic substance composed of the nitrogen source, when the silicon source and the carbon source are added simultaneously, it is preferable that 1 [mmol] or more of nitrogen is contained per 1 g of the silicon source. g]] is preferably 80 to 1000 [μg].
炭化珪素単結晶の製造におけるより具体的な昇華用原料40を列記すると以下の通りである。昇華用原料40として、高純度のアルコキシシランおよびアルコキシシラン重合体から選択される少なくとも1種を珪素源とし、加熱により炭素を生成する高純度の有機化合物を炭素源とし、これらを均一に混合して得た混合物を非酸化性雰囲気下で加熱焼成して得られた炭化珪素粉末を用いることが好ましい。昇華用原料40として、高純度のアルコキシシランを珪素源とし、加熱により炭素を生成する高純度の有機化合物を炭素源とし、これらを均一に混合して得た混合物を非酸化性雰囲気下で加熱焼成して得られた炭化珪素粉末を用いることが好ましい。また昇華用原料40として、高純度のアルコキシシランおよび高純度のアルコキシシランの重合体を珪素源とし、加熱により炭素を生成する高純度の有機化合物を炭素源とし、これらを均一に混合して得た混合物を非酸化性雰囲気下で加熱焼成して得られた炭化珪素粉末を用いることが好ましい。また昇華用原料40として、高純度のメトキシシラン、高純度のエトキシシラン、高純度のプロポキシシラン、高純度のブトキシシランからなる群から選択される少なくとも1種を珪素源とし、加熱により炭素を生成する高純度の有機化合物を炭素源とし、これらを均一に混合して得た混合物を非酸化性雰囲気下で加熱焼成して得られた炭化珪素粉末を用いることが好ましい。さらに昇華用原料40として、高純度のメトキシシラン、高純度のエトキシシラン、高純度のプロポキシシラン、高純度のブトキシシランおよび重合度が2〜15のそれらの重合体からなる群から選択される少なくとも1種を珪素源とし、加熱により炭素を生成する高純度の有機化合物を炭素源とし、これらを均一に混合して得た混合物を非酸化性雰囲気下で加熱焼成して得られた炭化珪素粉末を用いることが好ましい。昇華用原料40として、高純度のモノアルコキシシラン、高純度のジアルコキシシラン、高純度のトリアルコキシシラン、高純度のテトラアルコキシシランおよび重合度が2〜15のそれらの重合体からなる群から選択される少なくとも1種を珪素源とし、加熱により炭素を生成する高純度の有機化合物を炭素源とし、これらを均一に混合して得た混合物を非酸化性雰囲気下で加熱焼成して得られた炭化珪素粉末を用いることが好ましい。さらに、珪素源をテトラアルコキシシラン重合体とし、炭素源をフェノール樹脂とすることが好ましい。炭化珪素粉末の不純物元素の各含有量が0.5[ppm]以下であることが好ましい。
More specific sublimation
(炭化珪素単結晶の成長方法)
次に、図1の炭化珪素単結晶の製造装置を用いた炭化珪素単結晶の製造方法を説明する。
(Growth method of silicon carbide single crystal)
Next, a silicon carbide single crystal manufacturing method using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of FIG. 1 will be described.
(イ)まず、反応容器内の第一端部に前述の昇華用原料40を収容する。
(ロ)次に、反応容器内の昇華用原料40に略対向する第二端部に炭化珪素単結晶の種結晶50を配置する。炭化珪素単結晶の種結晶50としては、その結晶の多型、大きさ等については、目的に応じて適宜選択することができる。結晶の多型としては、通常、得ようとする炭化珪素単結晶の多型と同じ多型が選択される。
(ハ)昇華雰囲気を形成し、昇華させた昇華用原料40を種結晶50上に再結晶させて炭化珪素単結晶を成長させる。炭化珪素単結晶の成長は、反応容器の第二端部に装着された蓋部11(封止部)上に配置された炭化珪素単結晶の種結晶50上で行われる。炭化珪素単結晶を種結晶50上に再結晶化し、成長させるには、昇華用原料40が昇華する温度よりも低い温度にし、昇華した昇華用原料40が種結晶50近傍でのみ再結晶化可能となるような再結晶雰囲気を形成することが好ましい。換言すれば、種結晶50が配置される面の径方向において、中心部(内側領域の中心)に近づくほど温度が低くなるような温度分布となる雰囲気を形成することが好ましい。
(A) First, the above-mentioned sublimation
(B) Next, a
(C) A sublimation atmosphere is formed, and the sublimated
再結晶雰囲気の形成は、第二加熱手段としての第二誘導加熱コイル21により好適に行うことができる。このような第二誘導加熱コイル21は、反応容器の第二端部側に配置され、第一加熱手段により昇華された昇華用原料40が炭化珪素単結晶の種結晶50近傍でのみ再結晶可能となるように再結晶雰囲気を形成し、昇華用原料40を炭化珪素単結晶の種結晶50上に再結晶化させる。
The recrystallization atmosphere can be suitably formed by the second
第二誘導加熱コイル21の環巻された巻数としては、特に制限はなく、第一誘導加熱コイル20との距離、反応容器の材料等により加熱効率や温度効率が最適となるように決定することができる。第二誘導加熱コイル21に通電する誘導加熱電流の量は、第一加熱手段に通電する誘導加熱電流の量との関係で適宜決定することができる。両者の関係としては、第一加熱手段における誘導加熱電流の電流値が、第二誘導加熱コイル21における誘導加熱電流の電流値よりも大きくなるように設定するのが好ましい。この場合、昇華用原料40が昇華する雰囲気の温度よりも種結晶50上近傍での再結晶雰囲気の温度の方が低く維持され、再結晶化が容易に行われる点で有利である。また、第二誘導加熱コイル21における誘導加熱電流の電流値としては、成長する炭化珪素単結晶の径が大きくなるにつれて、連続的または段階的に小さくなるように制御することが好ましい。この場合、炭化珪素単結晶が成長するにつれて第二誘導加熱コイル21による加熱量が小さく制御されるので、成長を続ける炭化珪素単結晶の近傍でしか再結晶が行われず、炭化珪素単結晶の周囲に多結晶が生ずることが効果的に抑制される点で有利である。
The number of turns of the second
第二誘導加熱コイル21は、第一誘導加熱コイル20とは独立にその制御を行うことができるので、炭化珪素単結晶の成長速度に応じて、第二誘導加熱コイル21の加熱量を適宜調節することにより、炭化珪素単結晶の全成長過程を通して好ましい成長速度を維持することができる。第二誘導加熱コイル21により形成される再結晶雰囲気の温度としては、第一加熱手段により形成される昇華雰囲気の温度よりも、30〜300[℃]低いことが好ましく、30〜100[℃]低いことがより好ましい。第二誘導加熱コイル21により形成される再結晶雰囲気の圧力としては、1〜5[Torr](1330〜13300[Pa])が好ましい。なお、この圧力条件にする場合には、減圧にしたまま加熱するのではなく、設定温度にまで加熱をしてから減圧を行い、所定の数値範囲内になるように圧力条件を調整するのが好ましい。
Since the second
再結晶雰囲気は、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気にしておくのが好ましい。 The recrystallization atmosphere is preferably an inert gas atmosphere such as argon gas.
(炭化珪素単結晶の成長)
次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の成長について説明する。まず、炭化珪素単結晶は、以下の形態により再結晶化し成長する。炭化珪素単結晶をその全成長過程を通して、その成長面の全面を凸形状に保持したまま成長する。この場合、炭化珪素単結晶の成長面の全面において、単結晶内側に陥没した凹部が輪状に形成されることがない。
(Growth of silicon carbide single crystal)
Next, the growth of the silicon carbide single crystal according to this embodiment will be described. First, the silicon carbide single crystal is recrystallized and grown in the following form. A silicon carbide single crystal is grown through the entire growth process while keeping the entire growth surface in a convex shape. In this case, the concave portion recessed inside the single crystal is not formed in a ring shape over the entire growth surface of the silicon carbide single crystal.
成長する炭化珪素単結晶の形状としては、その成長面の全面がその成長方向側に凸形状となり、第一端部(昇華用原料40収容部)と第二端部とが対向している場合には、昇華用原料40側、即ち第一端部側に向かってその成長面の全面が凸形状となる。この場合、多結晶や多型の混入が多く、熱膨張差による応力が集中し易いと考えられるところの、第二端部側に陥没した凹部が存在しない点で好ましい。
As the shape of the growing silicon carbide single crystal, the entire growth surface is convex in the growth direction side, and the first end (sublimation
また、炭化珪素単結晶を含む炭化珪素の結晶の形状としては、昇華用原料40側、即ち第一端部側に向かって略山形であるのが好ましく、その径が漸次小さくなる略山形であるのがより好ましい。換言すると、炭化珪素単結晶を含む炭化珪素の結晶を、その全成長過程を通して、昇華用原料40側に近づくほど径が漸次小さくなる略山形を保持したまま成長させることとなる。なお、略山形である炭化珪素の結晶における裾野部分、即ち外周部分においては、炭化珪素多結晶や多型が混入することがあるが、この混入は、種結晶50の厚み、大きさ、形状等と、第二誘導加熱コイル21による加熱量との条件の組み合わせにより、その発生を防止することができる。炭化珪素多結晶や多型の混入を防止すると、炭化珪素を含む炭化珪素の結晶が、炭化珪素単結晶のみからなるものとすることができるので好ましい。
Further, the shape of the silicon carbide crystal including the silicon carbide single crystal is preferably substantially chevron toward the sublimation
次に、炭化珪素単結晶の成長は、以下のような成長速度で行われる。即ち、炭化珪素単結晶の成長において、炭化珪素単結晶の種結晶50の成長端面の2次元核生成による成長または螺旋転位による渦巻き成長を行うc面ファセットの成長軸のずれが許容範囲内となる成長速度で結晶成長を行う。ここで、c面ファセットの成長軸がずれる速度は、0.04[mm/h]未満であることが好ましい。
Next, the growth of the silicon carbide single crystal is performed at the following growth rate. That is, in the growth of the silicon carbide single crystal, the deviation of the growth axis of the c-plane facet that performs growth by two-dimensional nucleation of the growth end face of the
或いは、炭化珪素単結晶の種結晶50の成長端面の2次元核生成による成長または螺旋転位による渦巻き成長を行うc面ファセット領域とステップフロー成長を行うc面ファセット以外のステップフロー成長領域との境界のずれが許容範囲内となる成長速度で結晶成長を行う。ここで、c面ファセット領域とステップフロー成長領域との境界のずれの許容範囲は、5[mm]未満であることが好ましい。より具体的には、炭化珪素単結晶の成長速度は、0.2[mm/h]未満であることが好ましい。
Alternatively, the boundary between the c-face facet region in which the growth end face of the
ここで、図3、図4および図5の説明図を参照して、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の成長を概念的に説明する。図3は(a)c面ファセットの形成を模式的に説明する説明図、および(b)炭化珪素単結晶の種結晶50の成長端面におけるc面ファセット領域とステップフロー成長領域を概念的に説明する説明図であり、図4は(a)c面ファセット領域における螺旋転位による渦巻き成長を模式的に説明する説明図、および(b)ステップフロー成長領域におけるステップフロー成長を模式的に説明する説明図であり、図5は(a)本発明および(b)従来の成長端面におけるステップバンチングの発生を概念的に説明する説明図である。
Here, the growth of the silicon carbide single crystal according to the present embodiment will be conceptually described with reference to the explanatory views of FIGS. 3, 4, and 5. FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams schematically illustrating the formation of c-plane facets, and FIG. 3B conceptually illustrating the c-plane facet region and the step flow growth region on the growth end face of the
炭化珪素単結晶の種結晶50の(0001)面(c面)よりオフ角βを持つ端面を成長端面とする場合には、図3(a)に示すように、端面の形状と種結晶のオフ角が合致した部分で2次元核生成による成長または螺旋転位による渦巻き成長が始まり、c面ファセットが形成される。ここで、螺旋転位による渦巻き成長は、図4(a)に示すように、螺旋転位が発生したところからステップが生じ、これが渦巻き状に回転して成長するものをいう。したがって、c面ファセット領域(図3(b)参照)では、略c軸方向(即ち、〈0001〉軸からオフ方向(〈11−20〉軸方向)にオフ角βだけ傾いた方向)に、螺旋転位による渦巻き成長が進行することとなる。
When an end face having an off angle β from the (0001) face (c face) of the silicon carbide single
一方、C面ファセット以外の領域では、a軸方向(図3(a)において水平方向)から上向きにオフ角βだけ傾いたステップが形成されているから、テラス・ステップ・キンク(TSK)モデル(図4(b)参照)でいうところのステップフロー成長(テラス上の拡散原子がキンクに結合されて行くことによるステップの横方向への成長)が行われる。つまり、ステップフロー成長領域(図3(b)参照)では、略a軸方向(即ち、a軸から上向きにオフ角βだけ傾いた方向)に、ステップフロー成長が進行することとなる。 On the other hand, in a region other than the C-plane facet, a step inclined by an off-angle β from the a-axis direction (horizontal direction in FIG. 3A) is formed, so that the terrace step kink (TSK) model ( Step flow growth (refer to FIG. 4B) is performed (growth in the lateral direction of steps by diffusion atoms on the terrace being bonded to the kink). That is, in the step flow growth region (see FIG. 3B), step flow growth proceeds in a substantially a-axis direction (that is, a direction tilted upward from the a-axis by the off angle β).
つまり、図4(a)に示すように、炭化珪素単結晶の種結晶50の成長端面に所定のオフ角を持たせた場合には、成長端面において2つの異なる成長モード領域、即ち、2次元核生成による成長または螺旋転位による渦巻き成長を行うc面ファセット領域とステップフロー成長を行うステップフロー成長領域が形成されると考えられる。
That is, as shown in FIG. 4A, when the growth end face of the
従来、炭化珪素単結晶の製造方法として、{0001}面(c面)からオフ角10[度]未満の面を種結晶の成長面として露出させた炭化珪素種結晶を用いて、昇華法で該成長面上に炭化珪素単結晶を成長させることが行われてきた。この場合、結晶成長が進み、成長端面が凸形状になるにつれてc軸成長箇所(ファセット箇所)が端側から中心側に移動する。そのため、成長モードの境界(c面ファセット領域とステップフロー成長領域の境界)の移動は多形混入の原因となると共に、成長モードの境界にステップバンチングが多数発生してしまい、結果として結晶欠陥が多数発生してしまうと考えられる。 Conventionally, as a method for producing a silicon carbide single crystal, a silicon carbide seed crystal in which a surface having an off angle of less than 10 degrees from the {0001} plane (c-plane) is exposed as a seed crystal growth surface is sublimated. A silicon carbide single crystal has been grown on the growth surface. In this case, as the crystal growth proceeds and the growth end face becomes convex, the c-axis growth location (facet location) moves from the end side to the center side. For this reason, movement of the growth mode boundary (the boundary between the c-plane facet region and the step flow growth region) causes polymorphic contamination, and many step bunchings occur at the growth mode boundary, resulting in crystal defects. Many will occur.
これに対して、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法では、成長後の端面側を切り出したものを炭化珪素単結晶端面種とし、成長モードの境界位置が決定している成長端面を種結晶に使用することに加えて、従来よりも相対的に成長速度を遅くして、c面ファセットの成長軸のずれが許容範囲内となる成長速度、あるいは、c面ファセット領域とステップフロー成長領域の境界のずれが許容範囲内となる成長速度で結晶成長を行うこととした。これにより、c面ファセット領域内での新たな2次元核の発生を抑制すると共に、図5(a)に示すように、成長モードの境界位置の移動を抑制してステップバンチングの発生を抑制し、結果として多形混入やマイクロパイプ等の欠陥の発生を抑制した高品質な炭化珪素単結晶を得ることができた。 In contrast, in the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention, a silicon carbide single crystal end face seed is obtained by cutting the end face after growth, and the growth end face whose growth mode boundary position is determined is a seed crystal. In addition to the above, the growth rate is relatively slower than in the prior art, and the growth rate at which the deviation of the growth axis of the c-plane facet is within an allowable range, or between the c-plane facet region and the step flow growth region Crystal growth was performed at a growth rate at which the boundary deviation was within an allowable range. This suppresses the generation of new two-dimensional nuclei in the c-plane facet region, and suppresses the generation of step bunching by suppressing the movement of the growth mode boundary position, as shown in FIG. As a result, it was possible to obtain a high-quality silicon carbide single crystal that suppressed the occurrence of defects such as polymorphism and micropipes.
(炭化珪素単結晶)
炭化珪素単結晶は非破壊で光学的に画像検出した結晶欠陥(パイプ欠陥)は100[個/cm2]以下が好ましく、さらに好ましくは50[個/cm2]以下であり、より好ましくは10[個/cm2]以下である。結晶欠陥は、例えば、以下のようにして検出することができる。炭化珪素単結晶に対し、反射照明に適当量の透過照明を加えた照明を当て、炭化珪素単結晶の表面の結晶欠陥(パイプ欠陥)の開口部に顕微鏡焦点を合わせた際に、パイプ欠陥の内部へと続く部分が開口部の像よりも弱い影として開口部につながって観察することができる条件下で、炭化珪素単結晶の全面を走査して顕微鏡画像を得た後、顕微鏡画像を画像処理することにより、パイプ欠陥に特徴的な形状のみを抽出してその数を計測することにより、パイプ欠陥を検出することができる。
(Silicon carbide single crystal)
The silicon carbide single crystal has a crystal defect (pipe defect) optically detected nondestructively and is preferably 100 [piece / cm 2 ] or less, more preferably 50 [piece / cm 2 ] or less, more preferably 10 [Pieces / cm 2 ] or less. The crystal defect can be detected as follows, for example. When the silicon carbide single crystal is illuminated with an appropriate amount of transmitted illumination in addition to reflected illumination, and the microscope focus is focused on the crystal defect (pipe defect) opening on the surface of the silicon carbide single crystal, Scanning the entire surface of the silicon carbide single crystal to obtain a microscopic image under conditions where the portion leading to the inside can be observed as a shadow that is weaker than the image of the aperture and connected to the aperture, By processing, it is possible to detect the pipe defect by extracting only the shape characteristic of the pipe defect and measuring the number thereof.
なお、上記の検出によると、炭化珪素単結晶の表面に付着した異物や研磨傷、空隙欠陥などのパイプ欠陥以外の欠陥が混在する中から、パイプ欠陥のみを非破壊で正確に検出することができ、しかも、例えば0.35[μm]程度の微小なパイプ欠陥までも正確に検出することができる。一方、従来から、溶融アルカリによりパイプ欠陥部分を選択的にエッチングし、拡大して検出する方法が行われているが、この方法の場合には、隣接するパイプ欠陥同士がエッチングにより互いに合一し、結果としてパイプ欠陥の数が少なく検出されてしまうという問題がある。 In addition, according to the above detection, it is possible to accurately detect only pipe defects in a non-destructive manner from the presence of foreign matters adhering to the surface of the silicon carbide single crystal, and defects other than pipe defects such as polishing scratches and void defects. Moreover, even a minute pipe defect of, for example, about 0.35 [μm] can be accurately detected. On the other hand, conventionally, a method has been used in which a pipe defect portion is selectively etched by molten alkali and enlarged and detected. In this method, adjacent pipe defects are joined together by etching. As a result, there is a problem that a small number of pipe defects are detected.
炭化珪素単結晶における不純物元素の総含有量としては、10[ppm]以下であるのが好ましい。 The total content of impurity elements in the silicon carbide single crystal is preferably 10 [ppm] or less.
(用途)
このようにして得られた炭化珪素単結晶は、多結晶や多型の混入やマイクロパイプ等の結晶欠陥がなく、極めて高品質である。そのため、絶縁破壊特性、耐熱性、耐放射線性等に優れ、半導体ウエハ等の電子デバイス、発光ダイオード等の光学デバイス、パワーデバイスなどに特に好適に用いられる。
(Use)
The silicon carbide single crystal obtained in this way has no crystal defects such as polycrystals, polymorphs, and micropipes, and is extremely high quality. Therefore, it has excellent dielectric breakdown characteristics, heat resistance, radiation resistance and the like, and is particularly preferably used for electronic devices such as semiconductor wafers, optical devices such as light emitting diodes, and power devices.
以下に実施例および比較例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明が以下の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。なお、以下の説明では、(0001)面からオフ角10[度]未満の面を種結晶の成長面として露出させた炭化珪素種結晶を用いて炭化珪素単結晶を成長させる従来の炭化珪素単結晶の製造をウエハ種を用いたウエハ成長と呼び、成長後の端面側を切り出したものを炭化珪素単結晶端面種とし、成長モードの境界位置が決定している成長端面を種結晶に使用し、従来よりも相対的に成長速度を遅くして成長させる本発明の炭化珪素単結晶の製造を端面種を用いた端面成長と呼ぶこととする。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples. In the following description, a conventional silicon carbide single crystal is grown by using a silicon carbide seed crystal in which a surface having an off angle of less than 10 degrees from the (0001) plane is exposed as a seed crystal growth surface. The crystal production is called wafer growth using a wafer seed, the end face side after the growth is cut out as the silicon carbide single crystal end face seed, and the growth end face where the growth mode boundary position is determined is used as the seed crystal. The production of the silicon carbide single crystal according to the present invention, which is grown at a relatively slower growth rate than before, will be referred to as end face growth using end face seeds.
(実施例1)
図1に示す炭化珪素単結晶の製造装置1を用いて炭化珪素単結晶を製造した。
Example 1
A silicon carbide single crystal was manufactured using a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 1 shown in FIG.
昇華用原料40は、上述した高純度のテトラエトキシシラン重合体を珪素源とし、レゾール型フェノール樹脂を炭素源とし、これらを均一に混合して得た混合物をアルゴン雰囲気下で加熱焼成して得られた炭化珪素粉末(6H(一部3Cを含む)、平均粒径が100[μm])であった。
The sublimation
炭化珪素単結晶の種結晶50は、ウエハ種を用いたウエハ成長により得られた炭化珪素単結晶の端面側を切り出したものを使用し、該種結晶50の成長端面における成長モードの境界近傍のステップバンチングは11[本]であった。(つまり、ステップバンチングの無かったウエハ種を用いたウエハ成長によりステップバンチングが11[本]となり、品質が低下したことを意味する。)また種結晶50は、(0001)面よりオフ角8[度]を持つ面を成長端面として有し、種結晶厚が約3[mm]、直径が51[mm]の凸形状をなしているものであった。
The silicon carbide single
炭化珪素単結晶の製造装置1において、第一誘導加熱コイル20に電流を通電させこれを加熱し、その熱で昇華用原料40を2112[℃]にまで加熱した後、アルゴンガス雰囲気で圧力を1[Torr](133.32[Pa])に維持した。昇華用原料40は、所定の温度(2112[℃])にまで加熱されて昇華した。
In the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 1, a current is passed through the first
ここで、蓋部11側は、第二誘導加熱コイル21により加熱されており、第二誘導加熱コイル21による蓋部11の設定温度は、昇華用原料40側よりも低い2012[℃]とした。昇華した昇華用原料40が再結晶化し得る雰囲気(1[Torr])に維持されているため、炭化珪素単結晶の種結晶50上近傍にのみ炭化珪素が再結晶化し、成長速度約0.2[mm/h]未満で炭化珪素単結晶が成長した。
Here, the
このとき、炭化珪素単結晶の成長は、その全成長過程において昇華用原料40側に向かって凸形状が維持され、また、炭化珪素多結晶が発生することもなかった。
At this time, the growth of the silicon carbide single crystal was maintained in a convex shape toward the sublimation
その結果、得られた炭化珪素単結晶について評価したところ、マイクロパイプ密度(MPD)は12.0[cm−2]で、またステップバンチングの発生が見られず、種結晶50と比較して結晶品質の改善が確認された。
As a result, when the obtained silicon carbide single crystal was evaluated, the micropipe density (MPD) was 12.0 [cm −2 ], no step bunching was observed, and the crystal compared with the
(実施例2)
炭化珪素単結晶の種結晶50としては、実施例1とは異なる他のウエハ種を用いたウエハ成長により得られた炭化珪素単結晶の端面側を切り出したものを使用して、実施例1と同様の端面種を用いた端面成長を行った。なお、種結晶50の成長端面における成長モードの境界近傍のステップバンチングは6[本]であった。得られた炭化珪素単結晶について評価したところ、ステップバンチングの発生は2[本]に減少し、種結晶50と比較して結晶品質の改善が確認された。
(Example 2)
As the
実施例1および実施例2の評価結果から、端面種を用いた端面成長により得られた炭化珪素単結晶の端面側を切り出したものを、次の端面種を用いた端面成長における種結晶として使用するという具合に、端面種を用いた端面成長を繰り返し行うことにより、段階的により高品質の炭化珪素単結晶を得ることができることは容易に想定できる。 From the evaluation results of Example 1 and Example 2, the end face side of the silicon carbide single crystal obtained by the end face growth using the end face seed was cut out and used as the seed crystal in the end face growth using the following end face seed It can be easily assumed that a silicon carbide single crystal of higher quality can be obtained stepwise by repeatedly performing end face growth using end face seeds.
以上説明したように、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法によると、絶縁破壊特性、耐熱性、耐放射線性等に優れ、半導体ウエハ等の電子デバイス、発光ダイオード等の光学デバイス、パワーデバイスなどに特に好適であり、多結晶や多型の混入やマイクロパイプ等の欠陥の発生を抑制した高品質な炭化珪素単結晶を効率よく、しかも容易に製造し得る方法を提供することができる。 As described above, according to the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention, it has excellent dielectric breakdown characteristics, heat resistance, radiation resistance, etc., electronic devices such as semiconductor wafers, optical devices such as light emitting diodes, power devices, etc. In particular, it is possible to provide a method capable of efficiently and easily manufacturing a high-quality silicon carbide single crystal that suppresses the occurrence of defects such as polycrystals, polymorphs, and micropipes.
1…炭化珪素単結晶の製造装置
10…坩堝
11…蓋部
12…反応容器本体
13…周側面部
20…第一誘導加熱コイル(第一加熱手段)
21…第二誘導加熱コイル(第二加熱手段)
22…干渉防止コイル(干渉防止手段)
25…誘導加熱コイル
30…石英管
31…支持棒
40…昇華用原料
50…炭化珪素単結晶の種結晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
21 ... Second induction heating coil (second heating means)
22 ... Interference prevention coil (interference prevention means)
25 ...
Claims (2)
前記種結晶は、(0001)面より所定のオフ角を持つ面を成長端面として有し、かつ該成長端面が所定の曲率を持つ凸形状をなしており、
前記炭化珪素単結晶の成長において、前記種結晶の成長端面の2次元核生成による成長または螺旋転位による渦巻き成長を行うc面ファセットの成長軸がずれる速度が0.04[mm/h]未満となる成長速度で結晶成長を行うことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。 A sublimation raw material in which a sublimation raw material is contained in a first end portion in a reaction vessel and a seed crystal of a silicon carbide single crystal is disposed in a second end portion substantially opposite to the sublimation raw material in the reaction vessel, and is sublimated. A method for producing a silicon carbide single crystal in which a silicon carbide single crystal is grown by recrystallizing the seed crystal on the seed crystal ,
The seed crystal has a surface having a predetermined off angle from the (0001) plane as a growth end surface, and the growth end surface has a convex shape having a predetermined curvature,
In the growth of the silicon carbide single crystal, the rate at which the growth axis of the c-plane facet performing growth by two-dimensional nucleation of the growth end face of the seed crystal or spiral growth by screw dislocation is less than 0.04 [mm / h] A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein crystal growth is performed at a growth rate of
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