JP5623071B2 - Method for producing uniformly doped SiC bulk single crystal and uniformly doped SiC substrate - Google Patents

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Description

本発明は、SiCバルク単結晶の製造のための方法および単結晶SiC基板に関する。   The present invention relates to a method for the production of a SiC bulk single crystal and a single crystal SiC substrate.

炭化珪素(SiC)なる半導体材料は、優れた物理学的、化学的および電気的特性に基づいて、とりわけ高周波構成要素のための基板材料としても使用される。この場合、損失を避けるべく、本来の構成要素と基板材料とのできるだけ少ない相互作用が重要である。これは、例えば単結晶SiC基板が高い結晶品質の他に、できるだけ高い電気抵抗も有することによって達成される。SiCバルク単結晶又はそれから作られる高抵抗特性を有するSiC基板の製造ため、結晶内部に不純物又は真性欠陥に基づいて存在する浅い欠陥の補償が必要である。このようにして作られたSiCバルク単結晶は、半絶縁性単結晶とも呼ばれる。   The semiconductor material silicon carbide (SiC) is also used as a substrate material for high frequency components, among other things, based on excellent physical, chemical and electrical properties. In this case, as little interaction as possible between the original component and the substrate material is important to avoid loss. This is achieved, for example, by having a single crystal SiC substrate as high as possible in addition to high crystal quality. In order to manufacture a SiC bulk single crystal or a SiC substrate having a high resistance characteristic made therefrom, it is necessary to compensate for shallow defects existing in the crystal based on impurities or intrinsic defects. The SiC bulk single crystal thus produced is also called a semi-insulating single crystal.

特に窒素不純物によってひき起こされる、特にドナー作用をする所謂浅い欠陥を補償すべく、付加的な真性欠陥を結晶成長中に狙いを定めて発生させる方法が公知である(例えば特許文献1および2参照)。それにより約105Ωcmから最大約1010Ωcm迄の比抵抗を達成できる。これに関して非常に敏感なプロセス制御の故に、しばしば約106Ωcmの値しか得られない。適切な真性欠陥の形成は結晶成長中のプロセスパラメータに強く依存するので、僅かなプロセス変動が既に不均一な欠陥分布およびそれにともなう不均一な抵抗分布をもたらす。更に、この種の狙いを定めてもたらした真性欠陥が熱的負荷の下で再び消え、このことが不均一な抵抗分布をもたらし、或いは高抵抗特性の完全な喪失さえも起きることがある。 In order to compensate for so-called shallow defects caused by nitrogen impurities, in particular, so-called shallow defects that are caused by nitrogen impurities, a method for generating additional intrinsic defects during crystal growth is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). ). Thereby, a specific resistance of about 10 5 Ωcm to a maximum of about 10 10 Ωcm can be achieved. Because of this very sensitive process control, values of only about 10 6 Ωcm are often obtained. Since the formation of proper intrinsic defects is strongly dependent on the process parameters during crystal growth, slight process variations already lead to non-uniform defect distribution and concomitant non-uniform resistance distribution. Furthermore, intrinsic defects brought about by this kind of aim may disappear again under thermal load, which can lead to a non-uniform resistance distribution or even a complete loss of high resistance properties.

浅い欠陥の補償のための他の方法として、外因性の深い欠陥をSiCバルク単結晶内に狙いを定めて注入する方法が公知である(例えば特許文献3参照)。窒素バックグランドドーピング(窒素不純物)の補償のために、狙いを定めて注入するドーパントとしてバナジウムが使用される。この方法で、1011Ωcmの比抵抗値が達成される。 As another method for compensating for a shallow defect, a method is known in which an exogenous deep defect is targeted and injected into a SiC bulk single crystal (see, for example, Patent Document 3). In order to compensate for nitrogen background doping (nitrogen impurities), vanadium is used as a targeted dopant. In this way, a resistivity value of 10 11 Ωcm is achieved.

他の公知のドーピング法においては、バナジウムが粉末状のSiC原料に添加され、SiC原料から、成長するSiCバルク単結晶に供給される(例えば特許文献4参照)。従って、バナジウムの狙いを定めた特に制御可能な供給は不可能である。更に、SiC原料中のバナジウム成分が時間に伴って乏しくなるので、成長するSiCバルク単結晶における均一の電気特性の調整が殆どできない。   In another known doping method, vanadium is added to a powdered SiC raw material and supplied from the SiC raw material to a growing SiC bulk single crystal (see, for example, Patent Document 4). Thus, a particularly controllable supply that targets vanadium is not possible. Furthermore, since the vanadium component in the SiC raw material becomes poor with time, it is almost impossible to adjust the uniform electrical characteristics in the growing SiC bulk single crystal.

他の公知のドーピング法では、バナジウムを充填したカプセルが成長坩堝内に置き、これはドーパントの欠乏を避けようとするものである(例えば特許文献5参照)。しかし、この方法によっても、特に少なくとも7.62cm(3インチ)の大きな直径を有するSiCバルク単結晶の場合には、均一な電気特性を調整することができない。   In another known doping method, a capsule filled with vanadium is placed in a growth crucible, which attempts to avoid dopant deficiency (see, for example, Patent Document 5). However, even with this method, uniform electrical properties cannot be adjusted, particularly in the case of a SiC bulk single crystal having a large diameter of at least 7 inches (7.62 cm).

公知の同時ドーピング法では、成長するSiCバルク単結晶およびそれから作られるSiC基板の比抵抗に関し特別に高い値を達成できる(例えば特許文献6参照)。この同時ドーピング法の場合、窒素バックグランドドーピングが、浅いドーパント準位を有する第1のドーパントの狙いを定めた添加によって補償される。ここでドーパント準位とは、当該半導体材料のバンドギャップ内の、ドーパントのエネルギー準位の位置である。第1のドーパントは特にアルミニウムであり、これはアクセプタとして作用する。アクセプタドーパントに由来するpキャリヤにおける残存した超過分が、同時にもたらされる第2のドーパントによって補償される。第2のドーパントは、深いところにあり、ドナー作用をするドーパント準位を持つバナジウムである。第2の異なったドーパントの添加の故に、この方法の場合、均一な電気特性および特に均一な抵抗分布を実現することが特に難しい。   With the known co-doping method, a particularly high value can be achieved with respect to the resistivity of the growing SiC bulk single crystal and the SiC substrate made therefrom (see, for example, Patent Document 6). In this co-doping method, nitrogen background doping is compensated by targeted addition of a first dopant having a shallow dopant level. Here, the dopant level is the position of the energy level of the dopant within the band gap of the semiconductor material. The first dopant is in particular aluminum, which acts as an acceptor. The remaining excess in the p-carrier derived from the acceptor dopant is compensated by the simultaneously provided second dopant. The second dopant is vanadium that is deep and has a dopant level that acts as a donor. Due to the addition of the second different dopant, it is particularly difficult for this method to achieve uniform electrical properties and in particular a uniform resistance distribution.

国際特許出願公開第02/097173号明細書International Patent Application Publication No. 02/097173 国際特許出願公開第2005/012601号明細書International Patent Application Publication No. 2005/012601 国際特許出願公開第98/34281号明細書International Patent Application Publication No. 98/34281 国際特許出願公開第2006/017074号明細書International Patent Application Publication No. 2006/017074 国際特許出願公開第2006/113657号明細書International Patent Application Publication No. 2006/113657 独国特許出願公開第4325804号明細書German Patent Application No. 4325804

従って、本発明の課題は、SiCバルク単結晶の製造のための改善された方法並びに改善された単結晶SiC基板を提供することにある。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved method for the production of SiC bulk single crystals as well as an improved single crystal SiC substrate.

当該課題を解決すべく、請求項1の特徴に従った方法を提案する。本発明による方法は少なくとも1011Ωcmの比抵抗および少なくとも7.62cmの直径を有するSiCバルク単結晶の製造のための方法であって、成長坩堝の結晶成長領域の内部でSiC成長気相が発生させられ、SiCバルク単結晶がSiC成長気相からの分離により成長し、SiC成長気相が成長坩堝の内部のSiC貯蔵領域内にあるSiC原料から供給され、SiCバンドエッジに対し少なくとも500meVの間隔の深いところにあるドーパント準位を持つドーパントが、成長坩堝の外部に配置されたドーパント貯蔵部からガス状にて結晶成長領域に供給され、ドーパントが、成長方向に対し垂直に向けられた成長坩堝の横断面に関して多数の隣り合う個所において成長坩堝の中に導入されることによって、成長坩堝の内部において分配される。 In order to solve the problem, a method according to the features of claim 1 is proposed. The method according to the invention is a method for the production of a SiC bulk single crystal having a resistivity of at least 10 11 Ωcm and a diameter of at least 7.62 cm, wherein a SiC growth gas phase is generated inside the crystal growth region of the growth crucible SiC bulk single crystal is grown by separation from the SiC growth vapor phase, the SiC growth vapor phase is supplied from the SiC source in the SiC storage region inside the growth crucible, and at least 500 meV spacing from the SiC band edge A growth crucible in which a dopant having a dopant level deep in the region is supplied to the crystal growth region in a gaseous state from a dopant reservoir disposed outside the growth crucible, and the dopant is directed perpendicular to the growth direction. Are introduced into the growth crucible at a number of adjacent locations with respect to the cross section of the growth crucible. It is distributed Te.

本発明による成長坩堝の外部におけるドーパント貯蔵部の配置と、同様に本発明による成長坩堝の中へのドーパントの分配供給とに基づき、SiC成長気相においてその中に含まれるドーパントに関し、特に均一な割合を調整できる。必要な場合には、成長過程中におけるドーパント供給を、変化する実際の状況に適合させるとよい。成長坩堝内部におけるドーパントの分配は、特にガス分配器により行なわれる。更に、導入は少なくとも2つの異なる個所において行うとよい。   Based on the arrangement of the dopant reservoir outside the growth crucible according to the invention and also the distribution of the dopant into the growth crucible according to the invention, with respect to the dopant contained therein in the SiC growth gas phase, particularly uniform The ratio can be adjusted. If necessary, the dopant supply during the growth process may be adapted to the changing actual situation. The distribution of the dopant inside the growth crucible is performed in particular by means of a gas distributor. Furthermore, the introduction may be performed at at least two different locations.

全体として、成長するSiCバルク単結晶が大々的に均一な電気特性を有することが達成される。何故ならば、これに対応するドーパントが成長過程中に制御され、特に成長するSiCバルク単結晶中に均一に分配されるからである。ドーパントの分配供給に伴い、上述の均一な電気特性、即ち殆どあらゆる所で等しい大きさの、特に高抵抗の比抵抗を持った7.62cm以上の非常に大きな直径を有するSiCバルク単結晶を作成できる。従って、公知の方法と違って、本発明による方法は、成長するバルク単結晶の内部で大々的に均一に与えられる高い、即ち少なくとも1011Ωcmの比抵抗と、非常に大きな、即ち少なくとも7.62cmの直径とを有するSiCバルク単結晶を成長形成させ得る。 Overall, it is achieved that the growing SiC bulk single crystal has largely uniform electrical properties. This is because the corresponding dopant is controlled during the growth process, and is particularly distributed uniformly in the growing SiC bulk single crystal. With the distribution of dopants, SiC bulk single crystals with a very large diameter of 7.62 cm or more with the above-mentioned uniform electrical properties, i.e., almost the same size, especially high resistance, are produced. it can. Thus, unlike the known methods, the method according to the present invention is very large, ie at least 7.62 cm, with a high, ie, at least 10 11 Ωcm, specific resistance given largely uniformly within the growing bulk single crystal. SiC bulk single crystals having a diameter of

特別な実施形態によれば、第1および第2のドーパントが結晶成長領域に次のように供給される。即ち、成長方向に対し垂直に向けられた成長坩堝の横断面の内部における各ドーパントの濃度が、濃度平均値を中心に高々5%変動するように供給される。この場合、局所的濃度は、成長坩堝の内部横断面全体の任意の4mm2の大きさの部分面に関してそれぞれ求められる。従って、ドーパントは、特にこの横断面内部において大々的に一様に分配されている。 According to a special embodiment, the first and second dopants are supplied to the crystal growth region as follows. That is, the concentration of each dopant inside the cross section of the growth crucible oriented perpendicular to the growth direction is supplied so as to vary by at most 5% around the concentration average value. In this case, the local concentration is determined for each partial surface of any 4 mm 2 size of the entire internal cross section of the growth crucible. Thus, the dopant is distributed in a largely uniform manner, especially within this cross section.

他の特別な実施形態では、ドーパント貯蔵部の温度がSiC原料温度に依存せずに調整される。ドーパント貯蔵部温度のこの制御可能性に基づき、ドーパント添加を、特に正確にかつ時間的にも可変に調整し得る。例えばドーピング供給が、現在のプロセス条件に適合させられ、特に必要ならば変化させられる。ドーパント供給におけるこの柔軟性は、粉末状のSiC原料へのドーパントの直接添加又は成長坩堝内部におけるドーパントを充填したカプセルの配置による従来の公知の方法の場合には不可能である。   In another special embodiment, the temperature of the dopant reservoir is adjusted independently of the SiC source temperature. Based on this controllability of the dopant reservoir temperature, the dopant addition can be adjusted to be particularly accurate and variable in time. For example, the doping supply can be adapted to the current process conditions and can be varied, especially if necessary. This flexibility in supplying the dopant is not possible in the case of the conventional known methods by adding the dopant directly to the powdered SiC raw material or by arranging the capsule filled with the dopant inside the growth crucible.

他の特別な実施形態では、ドーパント貯蔵部が成長坩堝の加熱と別個に加熱される。この結果ドーパント貯蔵部の温度を、特に簡単に狙いを定めて調整、特に変化させ得る。   In another particular embodiment, the dopant reservoir is heated separately from the growth crucible heating. As a result, the temperature of the dopant reservoir can be adjusted, in particular varied, with a particularly simple aim.

他の特別な実施形態では、ドーパント貯蔵部が、成長坩堝を取り囲む熱絶縁層の内部に設けられた空洞内に配置される。この結果成長装置のコンパクトな構造が得られる。   In another special embodiment, the dopant reservoir is placed in a cavity provided inside the thermal insulation layer surrounding the growth crucible. As a result, a compact structure of the growth apparatus is obtained.

他の特別な実施形態では、ドーパント貯蔵部の位置が成長坩堝に対し相対的に変化される。それによってもドーパント貯蔵部の温度を調整できる。その際ドーパント貯蔵部は、成長坩堝の加熱のための加熱装置の影響範囲内で、より離され、又はより近づけられる。   In another special embodiment, the position of the dopant reservoir is changed relative to the growth crucible. Thereby, the temperature of the dopant reservoir can be adjusted. In this case, the dopant reservoir is separated or brought closer within the influence range of the heating device for heating the growth crucible.

他の特別な実施形態によれば、ドーパント貯蔵部に不活性ガスが通流させられる。それによって成長坩堝へのガス状のドーパントの改善された輸送がもたらされる。更に、不活性ガス流の変化によって、もたらされるドーパント量の調節/制御のための付加的な可能性が提供される。更に、不活性ガスは、特に長い成長時間の場合、成長坩堝への供給路がSiCにより塞がれるのを防止する。SiCは成長坩堝の熱い内部空間から供給路の冷たい管の中に達することがある。   According to another particular embodiment, an inert gas is passed through the dopant reservoir. This results in improved transport of gaseous dopant to the growth crucible. Furthermore, the change in inert gas flow provides an additional possibility for adjusting / controlling the amount of dopant produced. Furthermore, the inert gas prevents the supply path to the growth crucible from being blocked by SiC, especially in the case of a long growth time. SiC can reach the cold tube of the feed line from the hot interior space of the growth crucible.

他の特別な実施形態では、ドーパントがSiC貯蔵領域に又は直接的に結晶成長領域に導入される。SiC貯蔵領域への導入時にドーパントはそこから結晶成長領域に達する。   In other special embodiments, the dopant is introduced into the SiC storage region or directly into the crystal growth region. Upon introduction into the SiC storage region, the dopant reaches the crystal growth region therefrom.

SiC基板に関係する課題の解決のため、請求項9の特徴に従ったSiC基板を提案する。本発明による単結晶SiC基板は、基板主表面を有し、基板主表面が少なくとも7.62cmの直径を持ち、ドーパントによるドーピングが設けられていて、ドーパントがSiCバンドエッジに対し少なくとも500meVの間隔の深いところにドーパント準位を持ち、任意の部分ボリュームについて求められるドーパントの局所的濃度がドーパントの全体的濃度から5%よりも少なくはずれ、部分ボリュームが基板主表面の任意の4mm2の大きさの部分表面と、それに対し垂直の基板厚みとによって定義されている。 In order to solve the problems related to the SiC substrate, a SiC substrate according to the features of claim 9 is proposed. The single crystal SiC substrate according to the present invention has a substrate main surface, the substrate main surface has a diameter of at least 7.62 cm, is provided with doping with a dopant, and the dopant is spaced at least 500 meV from the SiC band edge. Having a dopant level deep, the local concentration of the dopant required for any partial volume deviates from the overall concentration of the dopant by less than 5%, and the partial volume is any 4 mm 2 size on the substrate main surface. It is defined by the partial surface and the substrate thickness perpendicular thereto.

この際全体的濃度は、特に全体として、即ちSiC基板全体に関し求めた濃度である。更にドーパントの上述の均一な分配は横方向(放射方向)にも軸方向にも当てはまる。   In this case, the overall concentration is a concentration determined especially as a whole, that is, with respect to the entire SiC substrate. Furthermore, the above-described uniform distribution of dopant applies both in the lateral direction (radial direction) and in the axial direction.

従って、本発明によるSiC基板は、一方では異常に大きい直径を持ち、他方ではドーパントの非常に均一な組み込みによって特徴づけられ、それに付随してSiC基板の非常に均一な電気特性が生ずる。比抵抗は、基板主表面全体を見渡して、もしあったとしても非常に僅かな変動の余地しかない。従って、本発明によるSiC基板は、高い歩留りで、高周波構成要素の製造のための高抵抗又は半絶縁性の基板として使用可能である。大きな基板直径と、基板表面のあらゆる所で非常に均一に存在する高い比抵抗とに基づき、この種の高周波構成要素の製造は能率的であり、コスト効率がよい。このように大々的に均一なドーパント分布を有する有利な大面積SiC基板はこれ迄存在しなかった。そのようなSiC基板は、上述の本発明による方法により成長させられたSiCバルク単結晶により初めて製造可能である。   Thus, the SiC substrate according to the invention is characterized on the one hand by an unusually large diameter and on the other hand by a very uniform incorporation of dopants, resulting in the very uniform electrical properties of the SiC substrate. The specific resistance has little room for fluctuation, if any, over the entire main surface of the substrate. Therefore, the SiC substrate according to the present invention can be used as a high-resistance or semi-insulating substrate for manufacturing high-frequency components with a high yield. Based on the large substrate diameter and the high resistivity that exists very uniformly everywhere on the substrate surface, the production of this type of high-frequency component is efficient and cost-effective. Thus, there has been no advantageous large-area SiC substrate having such a large and uniform dopant distribution. Such a SiC substrate can be produced for the first time by a SiC bulk single crystal grown by the method according to the invention described above.

特別な実施形態によれば、ドーパントがアクセプタであり、ドナーの作用をする不純物と少なくとも等しくされている。   According to a special embodiment, the dopant is an acceptor and is at least equal to the impurity acting as a donor.

他の特別な実施形態によれば、ドーパントがバナジウム又はスカンジウムである。   According to another particular embodiment, the dopant is vanadium or scandium.

他の特別な実施形態によれば、ドーパントがバナジウムであって、1・1016cm-3から5・1017cm-3迄の間の濃度を持つ。 According to another particular embodiment, the dopant is vanadium and has a concentration between 1 · 10 16 cm −3 and 5 · 10 17 cm −3 .

他の特別な実施形態によれば、基板主表面の任意の4mm2の大きさの特に正方形の部分面について求めた比抵抗が少なくとも1011Ωcmである。従って、基板主表面において、特にあらゆる所で少なくとも1011Ωcmの比抵抗が得られる。従って、この有利なSiC基板は、非常に高い比抵抗を持つ。高い比抵抗の均一性に基づき、このSiC基板は、高周波構成要素の製造のために特に適している。 According to another particular embodiment, the specific resistance determined for any 4 mm 2 sized and particularly square partial surface of the main surface of the substrate is at least 10 11 Ωcm. Therefore, a specific resistance of at least 10 11 Ωcm can be obtained on the main surface of the substrate, particularly at any location. Therefore, this advantageous SiC substrate has a very high specific resistance. Based on the high resistivity uniformity, this SiC substrate is particularly suitable for the production of high-frequency components.

図1は1つの外部のドーパント貯蔵部を有する高抵抗SiCバルク単結晶の製造のための成長装置の第1の実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a growth apparatus for manufacturing a high-resistance SiC bulk single crystal having one external dopant reservoir. 図2は2つの外部の個別に加熱可能なドーパント貯蔵部を有する高抵抗SiCバルク単結晶の製造のための成長装置の第2の実施例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a growth apparatus for the production of a high resistance SiC bulk single crystal having two external individually heatable dopant reservoirs. 図3は2つの外部の位置可変のドーパント貯蔵部を有する高抵抗SiCバルク単結晶の製造のための成長装置の第3の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a growth apparatus for the production of a high-resistance SiC bulk single crystal having two external position-changeable dopant reservoirs. 図4は2つの外部のドーパント貯蔵部とSiC原料へのドーパントの供給部を有する高抵抗SiCバルク単結晶の製造のための成長装置の第4の実施例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of a growth apparatus for manufacturing a high-resistance SiC bulk single crystal having two external dopant reservoirs and a dopant supplier to the SiC raw material. 図5は不活性ガスを通流される2つのドーパント貯蔵部を有する高抵抗SiCバルク単結晶の製造のための成長装置の第5の実施例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a fifth embodiment of a growth apparatus for manufacturing a high-resistance SiC bulk single crystal having two dopant reservoirs passed through an inert gas. 図6は不活性ガスを通流される2つのドーパント貯蔵部を有する高抵抗SiCバルク単結晶の製造のための成長装置の第6の実施例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a sixth embodiment of a growth apparatus for producing a high-resistance SiC bulk single crystal having two dopant reservoirs through which an inert gas is passed. 図7はガス分配器による成長坩堝へのドーパントの導入部を有する高抵抗SiCバルク単結晶の製造のための成長装置の第7の実施例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a seventh embodiment of a growth apparatus for manufacturing a high-resistance SiC bulk single crystal having a dopant introducing portion into a growth crucible by a gas distributor. 図8はガス分配器による成長坩堝へのドーパントの導入部を有する高抵抗SiCバルク単結晶の製造のための成長装置の第8の実施例を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing an eighth embodiment of a growth apparatus for producing a high-resistance SiC bulk single crystal having a dopant introducing portion into a growth crucible by a gas distributor. 図9は成長坩堝の熱絶縁部の外側に配置されたドーパント貯蔵部を有する高抵抗SiCバルク単結晶の製造のための成長装置の第9の実施例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a ninth embodiment of a growth apparatus for manufacturing a high-resistance SiC bulk single crystal having a dopant reservoir disposed outside the thermal insulation of the growth crucible.

以下における図面に基づく実施例の説明から、本発明の他の特徴、利点および詳細を明らかにする。   Other features, advantages and details of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings.

図1ないし図9において、互いに対応する部分には同じ参照符号が付されている。   In FIG. 1 to FIG. 9, the same reference numerals are assigned to the portions corresponding to each other.

図1は、高抵抗SiCバルク単結晶2製造用の成長装置1の第1の実施例を示す。成長装置1は黒鉛からなる成長坩堝3を含み、該坩堝3はSiC貯蔵領域4と結晶成長領域5を含む。SiC貯蔵領域4内に、例えば粉末状SiC原料6がある。SiC原料6は予め作られた初期材料として、成長過程前に成長坩堝3のSiC貯蔵領域4に詰め込まれる。   FIG. 1 shows a first embodiment of a growth apparatus 1 for producing a high-resistance SiC bulk single crystal 2. The growth apparatus 1 includes a growth crucible 3 made of graphite, and the crucible 3 includes an SiC storage region 4 and a crystal growth region 5. In the SiC storage area 4, for example, there is a powdery SiC raw material 6. The SiC raw material 6 is packed in the SiC storage region 4 of the growth crucible 3 as a pre-made initial material before the growth process.

SiC貯蔵領域4に対向する成長坩堝3の内壁の結晶成長領域5に、図示しない種結晶が付着させられている。この種結晶上に成長すべきSiCバルク単結晶2が、結晶成長領域5において形成されるSiC成長気相7からの分離により成長する。   A seed crystal (not shown) is attached to the crystal growth region 5 on the inner wall of the growth crucible 3 facing the SiC storage region 4. The SiC bulk single crystal 2 to be grown on the seed crystal is grown by separation from the SiC growth vapor phase 7 formed in the crystal growth region 5.

SiC成長気相7は、SiC原料6の昇華と、SiCバルク単結晶の成長面の方向へのSiC原料の昇華したガス状部分の輸送によって生じる。SiC成長気相7は、少なくともSi、Si2CおよびSiC2の形でのガス成分を含む。成長面へのSiC原料6の輸送は温度勾配に沿って行なわれる。成長坩堝3内の温度は、成長するSiCバルク単結晶2に向かって低下する。SiCバルク単結晶2は、図1に示す実施例では上から下に向かう成長方向8、従って成長坩堝3の上壁から下に配置されたSiC貯蔵領域4に向かう成長方向8に成長する。 The SiC growth vapor phase 7 is generated by sublimation of the SiC raw material 6 and transport of the sublimated gaseous portion of the SiC raw material in the direction of the growth surface of the SiC bulk single crystal. The SiC growth vapor phase 7 contains at least gas components in the form of Si, Si 2 C and SiC 2 . The SiC raw material 6 is transported along the temperature gradient to the growth surface. The temperature in the growth crucible 3 decreases toward the growing SiC bulk single crystal 2. In the embodiment shown in FIG. 1, the SiC bulk single crystal 2 grows in the growth direction 8 from the top to the bottom, and thus in the growth direction 8 from the upper wall of the growth crucible 3 toward the SiC storage region 4.

成長坩堝3の周りに、例えば多孔性黒鉛からなる熱絶縁層9が配置されている。熱絶縁された成長坩堝3は管状容器10内に配置されている。管状容器10は、本実施例では石英ガラス管製の加圧釜である。成長坩堝3の加熱のために容器10の周りに加熱コイル11が配置されている。特に成長坩堝3内部の温度又は温度経過を調整し、かつ必要なら変化させるべく、加熱コイル11と成長坩堝3の間の相対的位置を成長方向8において変化させ得る。成長坩堝3は、加熱コイル11により2000℃以上の温度に加熱される。   Around the growth crucible 3, a heat insulating layer 9 made of, for example, porous graphite is disposed. The thermally insulated growth crucible 3 is disposed in the tubular container 10. The tubular container 10 is a pressure kettle made of a quartz glass tube in this embodiment. A heating coil 11 is disposed around the vessel 10 for heating the growth crucible 3. In particular, the relative position between the heating coil 11 and the growth crucible 3 can be changed in the growth direction 8 in order to adjust the temperature inside the growth crucible 3 or the temperature course and to change it if necessary. The growth crucible 3 is heated to a temperature of 2000 ° C. or higher by the heating coil 11.

成長坩堝3の外部、即ち成長坩堝3の下側、従って熱絶縁層9の内部にドーパント貯蔵部12が配置され、ドーパント貯蔵部12内に、例えば粉末状のドーパント材料13がある。ドーパント貯蔵部12は、導入管14により成長坩堝3の内部と接続されている。ドーパント貯蔵部12と反対側の導入管端部は、SiC貯蔵領域4の上側、即ち結晶成長領域5の内部で終端している。しかしこれは必須ではない。例えば図4から6に示す他の実施形態の場合、導入管14はSiC貯蔵領域4の内部で終端してもよい。ドーパント貯蔵部12は、熱絶縁層9内の空洞内部に配置された別個の坩堝として実施されている。   A dopant reservoir 12 is disposed outside the growth crucible 3, that is, below the growth crucible 3, and thus inside the thermal insulating layer 9. In the dopant reservoir 12, for example, a powdery dopant material 13 is present. The dopant reservoir 12 is connected to the inside of the growth crucible 3 by an introduction tube 14. The end of the introduction tube opposite to the dopant storage portion 12 terminates above the SiC storage region 4, that is, inside the crystal growth region 5. But this is not essential. For example, in the case of another embodiment shown in FIGS. 4 to 6, the introduction pipe 14 may be terminated inside the SiC storage region 4. The dopant reservoir 12 is implemented as a separate crucible placed inside a cavity in the thermal insulation layer 9.

ドーパント材料13は、実施例において唯一のドーパント、即ちバナジウムを含むか又は第1および第2のドーパントからなる混合ドーパントを含む。この場合、第1のドーパントはアルミニウム、第2のドーパントはバナジウムである。これらドーパントは、ドーパント貯蔵部12の内部で気化又は昇華させられ、ガス状にて成長坩堝3の内部に達するので、ドーパントは成長するSiCバルク単結晶2中に取り込まれる。バナジウムを唯一のドーパントとして用いる場合には、SiCバンドエッジに対し700meVの間隔の深
いところにあるドーパント準位を持つアクセプタとしてのドーパント原子の組み込みが行なわれる。第1又は第2のドーパントとしてのアルミニウムとバナジウムを用いた同時ドーピングが予定されている場合には、SiCバンドエッジに対して約250meVの間隔
のドーパント準位を有する浅いアクセプタとしてのアルミニウム原子の組み込みと、SiCバンドエッジに対して約1400meVの間隔のドーパント準位を有する深いところに
あるドナーとしてのバナジウム原子の組み込みとが行なわれる。
The dopant material 13 includes a unique dopant, i.e., vanadium, or a mixed dopant consisting of first and second dopants in the examples. In this case, the first dopant is aluminum and the second dopant is vanadium. These dopants are vaporized or sublimated inside the dopant reservoir 12 and reach the inside of the growth crucible 3 in a gaseous state, so that the dopant is taken into the growing SiC bulk single crystal 2. When vanadium is used as the sole dopant, incorporation of dopant atoms as acceptors having dopant levels at a depth of 700 meV with respect to the SiC band edge is performed. Incorporation of aluminum atoms as shallow acceptors with dopant levels spaced about 250 meV relative to the SiC band edge if co-doping with aluminum and vanadium as the first or second dopant is planned And incorporation of vanadium atoms as deep donors with dopant levels spaced about 1400 meV relative to the SiC band edge.

両者において、結果として単一ドーピングの場合には、少なくとも1011Ωcmの比抵抗を有する高抵抗SiCバルク単結晶が生じ、同時ドーピングの場合には少なくとも1012Ωcmの比抵抗を有する高抵抗SiCバルク単結晶が生じる。ドーパント貯蔵部12の外部配置に基づいてドーパントの組み込みの狙いを定めた調整が可能であり、特に可変調整できるので、成長するSiCバルク単結晶2の内部において大々的に均一な高抵抗の電気特性が得られる。 In both cases, the result is a high-resistance SiC bulk single crystal having a specific resistance of at least 10 11 Ωcm in the case of single doping, and a high-resistance SiC bulk having a specific resistance of at least 10 12 Ωcm in the case of simultaneous doping. A single crystal is formed. Based on the external arrangement of the dopant reservoir 12, it is possible to make adjustments aimed at incorporating dopants, and in particular, it can be variably adjusted, so that the electrical characteristics of a large and uniform high resistance within the growing SiC bulk single crystal 2 can be obtained. can get.

図2は成長装置15の代替実施例を示す。成長装置15は、図1の成長装置1と異なり2つの外部の、即ち成長坩堝の外側に配置されたドーパント貯蔵部16と17を含み、ドーパント貯蔵部16内に第1のドーパント材料18としてのアルミニウムが収容され、ドーパント貯蔵部17内に第2のドーパント材料19としてバナジウムが収容されている。両ドーパント貯蔵部16と17には、各々1つの専用の個別制御可能な加熱装置20又は21が割り当てられている。従って、ドーパント貯蔵部16と17の温度を、個別に、しかも加熱コイル11による成長坩堝3の加熱とは独立に、調節又は制御できる。特に、成長過程の経過中におけるドーパント貯蔵部16と17の加熱を変化させ得る。   FIG. 2 shows an alternative embodiment of the growth apparatus 15. The growth apparatus 15 differs from the growth apparatus 1 of FIG. 1 in that it includes two dopant reservoirs 16 and 17 arranged outside the growth crucible, and the dopant reservoir 16 has a first dopant material 18 as a first dopant material 18. Aluminum is accommodated, and vanadium is accommodated as the second dopant material 19 in the dopant reservoir 17. Both dopant stores 16 and 17 are each assigned one dedicated individually controllable heating device 20 or 21. Therefore, the temperature of the dopant storage parts 16 and 17 can be adjusted or controlled individually and independently of the heating of the growth crucible 3 by the heating coil 11. In particular, the heating of the dopant reservoirs 16 and 17 during the course of the growth process can be varied.

図3に示す成長装置22の他の実施例の場合、ドーピング貯蔵部16と17の内部温度の可変調整は、成長坩堝3および加熱コイル11に対するドーピング貯蔵部16又は17のその都度の相対的位置が可変であることによって達成される。このため、成長方向8におけるドーパント貯蔵部16と17の移動を可能にする図示しない位置決め手段が設けられている。それ故、熱絶縁層9の内部にドーパント貯蔵部16と17を収容するために設けられた空洞23と24は、軸方向、即ち成長方向8において、ドーピング貯蔵部16又は17の寸法よりも大きい。   In the case of another embodiment of the growth device 22 shown in FIG. Is achieved by being variable. For this reason, positioning means (not shown) is provided that enables the dopant storage parts 16 and 17 to move in the growth direction 8. Therefore, the cavities 23 and 24 provided for accommodating the dopant reservoirs 16 and 17 inside the thermal insulation layer 9 are larger than the dimensions of the doping reservoirs 16 or 17 in the axial direction, ie in the growth direction 8. .

ドーパント貯蔵部16と17の変化可能な加熱と、それに伴って可変調整されるドーパント材料18と19の温度とに基づき、アルミニウムとバナジウムであるドーパントの供給を、非常に正確に調整し、変更されたプロセス条件に適合させ得る。このようにして、成長するSiCバルク単結晶2が軸方向において大々的に均一な電気特性を得ることができる。従って、成長方向8において、どの個所でも殆ど同じ高抵抗の比抵抗値が存在し、この比抵抗値はアルミニウムとバナジウムによる同時ドーピングの場合、少なくとも1012Ωcmの値をとる。このSiCバルク単結晶2から得られる単結晶SiC基板の全ては成長方向8に対し垂直な円板として、軸方向に相次いでカッター又は鋸で切断されることで、各々殆ど同じ電気特性を持つ。 Based on the variable heating of the dopant reservoirs 16 and 17 and the temperature of the dopant materials 18 and 19 variably adjusted accordingly, the supply of dopants, aluminum and vanadium, can be adjusted and modified very accurately. Can be adapted to different process conditions. In this way, the SiC bulk single crystal 2 to be grown can obtain largely uniform electrical characteristics in the axial direction. Therefore, there is almost the same high specific resistance value at any point in the growth direction 8, and this specific resistance value is at least 10 12 Ωcm in the case of simultaneous doping with aluminum and vanadium. All of the single crystal SiC substrates obtained from the SiC bulk single crystal 2 are substantially perpendicular to the growth direction 8 and are cut by a cutter or a saw one after another in the axial direction, so that each has almost the same electrical characteristics.

図4〜6による代替としての他の成長装置25、26、27の実施例においては、ガス状のドーパントをドーパント貯蔵部16と17から成長坩堝3の内部に導入する各導入管14が、結晶成長領域5の中迄達しておらず、SiC貯蔵領域4において既に終端している。それによって結果的に生じるSiC原料6を通したガス状のドーパントの通流は、成長坩堝3の成長方向8に対して垂直に向いた内部横断面の内部におけるガス状のドーパントの大々的に一様な有利な分布を生じさせる。   In another alternative growth apparatus 25, 26, 27 embodiment according to FIGS. 4-6, each inlet tube 14 for introducing gaseous dopant from the dopant reservoirs 16 and 17 into the inside of the growth crucible 3 comprises a crystal. It has not reached the middle of the growth region 5 and has already terminated in the SiC storage region 4. The resulting flow of gaseous dopant through the SiC raw material 6 is largely uniform in the interior of the internal cross section oriented perpendicular to the growth direction 8 of the growth crucible 3. This produces an advantageous distribution.

特に少なくとも7.62cmの直径を持つ非常に大きなSiCバルク単結晶2の成長の場合にも、ドーパントの組み込みが、横方向(放射方向)、即ち成長方向8に対して垂直な任意の方向において、大々的に一様に行われる。従って、SiCバルク単結晶2の電気特性は横方向において殆ど変動しない。特に比抵抗は、横方向において至る所で、2つのドーパントによる同時ドーピング法の場合に少なくとも1012Ωcm、又は1つのみのドーパントによる単一ドーピング法の場合に少なくとも1011Ωcmの殆ど同じ高い抵抗値を持つ。特にSiCバルク単結晶2から作られた円板状のSiC基板の任意の4mm2の大きさの正方形の部分面毎の比抵抗が、使用されるドーピング法に応じ、少なくとも1012Ωcm又は少なくとも1011Ωcmになる。このようなSiC基板の基板主表面は成長方向8に対し垂直に向けられている。成長方向8において、このSiC基板は、例えば約200μm〜500μm、特に350μmの基板厚みを持つ。 Especially in the case of the growth of very large SiC bulk single crystals 2 with a diameter of at least 7.62 cm, the incorporation of the dopant is in the lateral direction (radial direction), ie in any direction perpendicular to the growth direction 8, It is done in a very uniform manner. Therefore, the electrical characteristics of the SiC bulk single crystal 2 hardly change in the lateral direction. In particular, the specific resistance is almost the same high resistance everywhere in the lateral direction, at least 10 12 Ωcm for the co-doping method with two dopants, or at least 10 11 Ωcm for the single doping method with only one dopant. Has a value. In particular, the specific resistance per square partial surface of an arbitrary 4 mm 2 size of a disc-shaped SiC substrate made of SiC bulk single crystal 2 is at least 10 12 Ωcm or at least 10 depending on the doping method used. 11 Ωcm. The main surface of the SiC substrate is oriented perpendicular to the growth direction 8. In the growth direction 8, this SiC substrate has a substrate thickness of, for example, about 200 μm to 500 μm, in particular 350 μm.

成長装置26と27において、更に加熱装置20と21により狙いを定めて加熱し得るドーパント貯蔵部16と17を付加的に不活性ガスが通流する。不活性ガスは絶縁層9の外側からドーパント貯蔵部16と17の中へ導入される。そこから不活性ガスはガス状のドーパントと共に成長坩堝3の内部に達し、この結果成長坩堝3へのガス状ドーパントの改善された輸送と、ドーパント供給量調節の付加的な可能性とが生ずる。更に不活性ガス流は、導入管14がSiCにより塞がれるのを大々的に防止する。不活性ガス供給のためドーパント貯蔵部16と17は、外側に向けて通じた供給管28を備えている。   In the growth apparatuses 26 and 27, an inert gas is additionally passed through the dopant storage parts 16 and 17 which can be further heated by the heating apparatuses 20 and 21. An inert gas is introduced from outside the insulating layer 9 into the dopant reservoirs 16 and 17. From there the inert gas reaches the inside of the growth crucible 3 together with the gaseous dopant, resulting in improved transport of the gaseous dopant to the growth crucible 3 and the additional possibility of adjusting the dopant supply. Furthermore, the inert gas flow largely prevents the inlet tube 14 from being blocked by SiC. In order to supply an inert gas, the dopant reservoirs 16 and 17 are provided with a supply pipe 28 which leads to the outside.

ドーパント貯蔵部16と17は、図2〜5に示すように、互いに独立に、かつ特に並置されるとよい。しかし、図6に示す成長装置27に従って、ドーパント貯蔵部16と17が相前後して、即ち互いに直列に配置されていてもよい。   As shown in FIGS. 2 to 5, the dopant reservoirs 16 and 17 may be arranged independently of each other and particularly juxtaposed. However, according to the growth apparatus 27 shown in FIG. 6, the dopant reservoirs 16 and 17 may be arranged one after the other, that is, in series with each other.

図7と図8は、異なった成長装置29と30の他の実施例を示す。これらの図には、簡略化のためにドーパント貯蔵部12又は16と17を一緒に示していない。ドーパント貯蔵部は、図1〜6による実施例におけると同様に存在する。これらの明示していないドーパント貯蔵部12又は16と17に接続されている導入管14は成長坩堝内部において多数の出口管32を有するガス分配器31に流入している。出口管32は、更になおもSiC貯蔵領域4の内部で終端するか(図7参照)、結晶成長領域5の内部で終端する(図8参照)。何れの場合にも、出口管32が成長方向8に対し垂直に向けられている内部横断面の内部において配分されて配置されているので、供給されるドーパントがこの横断面内部において一様に分布する。   7 and 8 show other embodiments of different growth devices 29 and 30. FIG. In these figures, the dopant reservoirs 12 or 16 and 17 are not shown together for simplicity. The dopant reservoir is present as in the embodiment according to FIGS. The introduction pipe 14 connected to these dopant reservoirs 12 or 16 and 17 not shown flows into a gas distributor 31 having a number of outlet pipes 32 inside the growth crucible. The outlet tube 32 still terminates inside the SiC storage region 4 (see FIG. 7) or terminates inside the crystal growth region 5 (see FIG. 8). In any case, since the outlet tubes 32 are distributed and arranged within the internal cross section oriented perpendicular to the growth direction 8, the supplied dopant is uniformly distributed within this cross section. To do.

この結果、横方向においてドーパントの特別に均一な分布が、SiC成長気相7内においても、それから成長するSiCバルク単結晶2内においても生ずる。成長するSiCバルク単結晶2からなるSiC基板において、成長方向8において完全な基板厚みを含みかつこれ対して垂直に4mm2の大きさである任意の部分ボリュームに関して組み込まれたドーパントの局所的濃度は、SiC基板全体について求められたこのドーパントの全体的濃度の5%以下の偏差しか示さない。従って、横方向においてドーパントの濃度が当該濃度平均値を中心に高々5%だけ変動し、これは少なくとも7.62のSiC基板又はSiCバルク単結晶2の直径の場合においてそうである。 As a result, a particularly uniform distribution of the dopant in the lateral direction occurs both in the SiC growth vapor phase 7 and in the SiC bulk single crystal 2 grown from it. In a SiC substrate consisting of a growing SiC bulk single crystal 2, the local concentration of dopant incorporated for any partial volume that includes the full substrate thickness in the growth direction 8 and is perpendicular to this is 4 mm 2 is Only a deviation of 5% or less of the overall concentration of this dopant determined for the entire SiC substrate is shown. Accordingly, in the lateral direction, the dopant concentration varies by at most 5% around the concentration average value, which is the case with a SiC substrate or SiC bulk single crystal 2 diameter of at least 7.62.

従って、前述の措置に基づき、たとえ成長するSiCバルク単結晶2の直径が異常に大きい場合にも、その都度組み込まれるドーパントの横方向にも軸方向にも良好な均一性を有するSiCバルク単結晶2を製造できる。   Therefore, based on the above measures, even if the SiC bulk single crystal 2 to be grown has an abnormally large diameter, the SiC bulk single crystal having good uniformity both in the lateral direction and in the axial direction of the dopant incorporated each time. 2 can be manufactured.

図9に成長装置33の他の実施例を示す。この場合、ドーパント貯蔵部34が成長坩堝3の外部に相当するだけでなく付属の熱絶縁層9の外部にも相当する場所に配置されている。この実施形態の場合も、ドーパント貯蔵部34内に配置されたドーパント材料13の温度が別個に調整可能である。ガス状ドーパントの供給は、ここでも、成長坩堝3の内部への、図示の実施例では直接的に結晶成長領域5への導入管35により行なわれる。   FIG. 9 shows another embodiment of the growth apparatus 33. In this case, the dopant storage part 34 is disposed not only at the outside of the growth crucible 3 but also at the place corresponding to the outside of the attached thermal insulating layer 9. Also in this embodiment, the temperature of the dopant material 13 disposed in the dopant reservoir 34 can be adjusted separately. The supply of gaseous dopant is again effected by the introduction pipe 35 into the growth crucible 3, in the illustrated embodiment directly into the crystal growth region 5.

上述の成長装置1、15、22、25〜27、29、30、33並びに高抵抗SiCバルク単結晶2の製造のための付属の成長方法は、少なくとも2つのドーパントによる同時ドーピング法にも、唯一のドーパントによる単一ドーピング法にも使用可能である。ドーパントの特別に均一な組み込みとそれから結果的に生じる同様に特別に均一な高抵抗の比抵抗の利点が、両ドーピング法において同様にもたらされる。   The above-described growth apparatus 1, 15, 22, 25-27, 29, 30, 33 and the accompanying growth method for the production of the high-resistance SiC bulk single crystal 2 are the only ones for the simultaneous doping method with at least two dopants. It can also be used for the single doping method with the above dopants. The advantages of a particularly uniform incorporation of the dopant and the resulting particularly uniform high resistance resistivity resulting therefrom are likewise provided in both doping methods.

1 成長装置、2 SiCバルク単結晶、3 成長坩堝、4 SiC貯蔵領域、5 結晶成長領域、6 SiC原料、7 SiC成長気相、9 熱絶縁層、10 管状容器、11 加熱コイル、12、16、17 ドーパント貯蔵部、13、18、19 ドーパント材料、14 導入管、15、22、25〜27、29、30、33 成長装置、20、21 加熱装置、23、24 空洞、28 供給管、31 分配器、32 出口管、34 ドーパント貯蔵部、35 導入管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Growth apparatus, 2 SiC bulk single crystal, 3 Growth crucible, 4 SiC storage area, 5 Crystal growth area, 6 SiC raw material, 7 SiC growth gas phase, 9 Thermal insulation layer, 10 Tubular container, 11 Heating coil, 12, 16 , 17 Dopant reservoir, 13, 18, 19 Dopant material, 14 Introductory tube, 15, 22, 25-27, 29, 30, 33 Growth device, 20, 21 Heating device, 23, 24 Cavity, 28 Feed tube, 31 Distributor, 32 outlet tube, 34 dopant reservoir, 35 inlet tube

Claims (7)

少なくとも1011Ωcmの比抵抗および少なくとも7.62cmの直径を有するSiCバルク単結晶の製造のための方法であって、
a)成長坩堝(3)の結晶成長領域(5)の内部においてSiC成長気相(7)が発生させられ、SiCバルク単結晶(2)がSiC成長気相(7)からの分離により成長し、
b)SiC成長気相(7)が、成長坩堝(3)の内部のSiC貯蔵領域(4)内にあるSiC原料(6)から供給され、
c)SiCバンドエッジに対して少なくとも500meVの間隔の深いところにあるドーパント準位を持つドーパント(13、19)が、成長坩堝(3)の外部に配置されたドーパント貯蔵部(12、17)からガス状にて結晶成長領域(5)に供給され、その際、ドーパント貯蔵部(12、17)の温度が、SiC原料(6)の温度に依存せずに調整され、そのドーパント貯蔵部(12、17)から供給されるドーパント(13、19)が、成長方向(8)に対して垂直に向けられた成長坩堝(3)の横断面に関して多数の隣り合う個所(32)において成長坩堝(3)の中に導入されることによって、成長坩堝(3)の内部において分配される
ことを特徴とする、SiCバルク単結晶の製造のための方法。
A method for the production of a SiC bulk single crystal having a resistivity of at least 10 11 Ωcm and a diameter of at least 7.62 cm,
a) A SiC growth vapor phase (7) is generated inside the crystal growth region (5) of the growth crucible (3), and a SiC bulk single crystal (2) is grown by separation from the SiC growth vapor phase (7). ,
b) a SiC growth vapor phase (7) is supplied from the SiC source (6) in the SiC storage region (4) inside the growth crucible (3);
c) A dopant (13, 19) having a dopant level at a depth of at least 500 meV with respect to the SiC band edge is extracted from a dopant reservoir (12, 17) disposed outside the growth crucible (3). It is supplied to the crystal growth region (5) in a gaseous state, and the temperature of the dopant reservoir (12, 17) is adjusted without depending on the temperature of the SiC raw material (6), and the dopant reservoir (12 , 17) is supplied from the growth crucible (3, 19) in a number of adjacent locations (32) with respect to the cross-section of the growth crucible (3) oriented perpendicular to the growth direction (8). For the production of SiC bulk single crystals, characterized in that they are distributed inside the growth crucible (3).
ドーパント(13、19)が結晶成長領域(5)に次のように供給されること、即ち、成長方向(8)に対して垂直に向けられた成長坩堝(3)の横断面の内部におけるドーパント濃度が濃度平均値を中心に高々5%変動するように供給されることを特徴とする請求項1記載の方法。   The dopant (13, 19) is supplied to the crystal growth region (5) as follows: the dopant inside the cross section of the growth crucible (3) oriented perpendicular to the growth direction (8) 2. The method according to claim 1, wherein the concentration is supplied so as to vary by at most 5% around the concentration average value. ドーパント貯蔵部(17)が成長坩堝(3)の加熱とは別個に加熱される
ことを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
The method according to claim 1 or 2, characterized in that the dopant reservoir (17) is heated separately from the heating of the growth crucible (3).
ドーパント貯蔵部(17)が、成長坩堝(3)を取り囲む熱絶縁層(9)の内部に設けられている空洞内に配置される
ことを特徴とする請求項1乃至3の1つに記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the dopant reservoir is arranged in a cavity provided inside the thermal insulation layer surrounding the growth crucible. Method.
ドーパント貯蔵部(17)の位置が成長坩堝(3)に対して相対的に変化される
ことを特徴とする請求項1乃至4の1つに記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the position of the dopant reservoir (17) is changed relative to the growth crucible (3).
ドーパント貯蔵部(17)に不活性ガスが通流させられる
ことを特徴とする請求項1乃至5の1つに記載の方法。
6. The method according to claim 1, wherein an inert gas is passed through the dopant reservoir.
ドーパント(13、19)がSiC貯蔵領域(4)に又は直接的に結晶成長領域(5)に導入される
ことを特徴とする請求項1乃至6の1つに記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the dopant (13, 19) is introduced into the SiC storage region (4) or directly into the crystal growth region (5).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5659381B2 (en) * 2010-07-29 2015-01-28 株式会社デンソー Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method
WO2014041736A1 (en) 2012-09-13 2014-03-20 パナソニック株式会社 Nitride semiconductor structure
US9322110B2 (en) * 2013-02-21 2016-04-26 Ii-Vi Incorporated Vanadium doped SiC single crystals and method thereof
DE102014217956B4 (en) 2014-09-09 2018-05-09 Sicrystal Ag A method of producing a vanadium-doped SiC bulk single crystal and a vanadium-doped SiC substrate
DE102015116068A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-23 Forschungsverbund Berlin E.V. (Sc, Y): AIN single crystals for lattice-matched AlGaN systems
EP3382068B1 (en) * 2017-03-29 2022-05-18 SiCrystal GmbH Silicon carbide substrate and method of growing sic single crystal boules
EP3382067B1 (en) 2017-03-29 2021-08-18 SiCrystal GmbH Silicon carbide substrate and method of growing sic single crystal boules
JP6952098B2 (en) * 2019-12-20 2021-10-20 國家中山科學研究院 Equipment for producing uniform silicon carbide crystals
US11072871B2 (en) 2019-12-20 2021-07-27 National Chung-Shan Institute Of Science And Technology Preparation apparatus for silicon carbide crystals comprising a circular cylinder, a doping tablet, and a plate
DE102020131840A1 (en) 2020-12-01 2022-06-02 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Körperschaft des öffentlichen Rechts PROCESS FOR PRODUCTION OF A SINGLE CRYSTAL IN A GROWTH CRUCIBLE
CN114438588B (en) * 2022-02-15 2023-04-07 合肥世纪金芯半导体有限公司 Preparation method of silicon carbide single crystal, silicon carbide supporting system and single crystal growth furnace
WO2023157514A1 (en) * 2022-02-17 2023-08-24 住友電気工業株式会社 Silicon carbide substrate, method for manufacturing silicon carbide substrate, and apparatus for manufacturing silicon carbide substrate
JP7214032B1 (en) 2022-06-02 2023-01-27 昭和電工株式会社 SiC device manufacturing method
JP7214034B1 (en) 2022-06-02 2023-01-27 昭和電工株式会社 SiC device manufacturing method
JP7185088B1 (en) 2022-06-02 2022-12-06 昭和電工株式会社 SiC substrate and SiC ingot
JP7185089B1 (en) 2022-06-02 2022-12-06 昭和電工株式会社 SiC substrate and SiC ingot

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4325804C3 (en) * 1993-07-31 2001-08-09 Daimler Chrysler Ag Process for the production of high-resistance silicon carbide
US5611955A (en) 1993-10-18 1997-03-18 Northrop Grumman Corp. High resistivity silicon carbide substrates for high power microwave devices
JPH0977594A (en) * 1995-09-11 1997-03-25 Nippon Steel Corp Production of low resistance single crystal silicon carbide
JP2001509768A (en) * 1997-01-31 2001-07-24 ノースロップ グラマン コーポレーション High-resistance silicon carbide substrate for high-power microwave equipment
US6396080B2 (en) 1999-05-18 2002-05-28 Cree, Inc Semi-insulating silicon carbide without vanadium domination
US7220313B2 (en) 2003-07-28 2007-05-22 Cree, Inc. Reducing nitrogen content in silicon carbide crystals by sublimation growth in a hydrogen-containing ambient
US20080190355A1 (en) * 2004-07-07 2008-08-14 Ii-Vi Incorporated Low-Doped Semi-Insulating Sic Crystals and Method
JP5068423B2 (en) * 2004-10-13 2012-11-07 新日本製鐵株式会社 Silicon carbide single crystal ingot, silicon carbide single crystal wafer, and manufacturing method thereof
JP2006124246A (en) * 2004-10-29 2006-05-18 Shikusuon:Kk Method of manufacturing silicon carbide single crystal and silicon carbide single crystal substrate
US7608524B2 (en) * 2005-04-19 2009-10-27 Ii-Vi Incorporated Method of and system for forming SiC crystals having spatially uniform doping impurities

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