JP6376027B2 - Silicon carbide single crystal manufacturing equipment - Google Patents

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Description

本開示は、炭化珪素単結晶の製造装置に関する。   The present disclosure relates to an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal.

特開2011−213563号公報(特許文献1)には、昇華法を用いて炭化珪素のバルク単結晶を成長させる方法が開示されている。   Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-213563 (Patent Document 1) discloses a method of growing a bulk single crystal of silicon carbide using a sublimation method.

特開2011−213563号公報JP 2011-213563 A

昇華法(「改良レーリー法」とも呼ばれる。)とは、固体原料を加熱することにより昇華ガスを得、該昇華ガスを種結晶上に再析出させることにより、バルク単結晶を成長させる方法である。   The sublimation method (also called “improved Rayleigh method”) is a method of growing a bulk single crystal by obtaining a sublimation gas by heating a solid raw material and reprecipitating the sublimation gas on a seed crystal. .

本開示の一目的は、昇華法によるバルク単結晶の製造において、昇華ガス組成の制御性を向上させることである。   One object of the present disclosure is to improve controllability of a sublimation gas composition in the production of a bulk single crystal by a sublimation method.

本開示の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、上面と、該上面に向き合う底面と、該上面および該底面の間に介在する筒状の内壁とを有する黒鉛製の坩堝を備える。内壁の少なくとも一部は、珪素を含有する。   An apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the present disclosure includes a graphite crucible having an upper surface, a bottom surface facing the upper surface, and a cylindrical inner wall interposed between the upper surface and the bottom surface. At least a part of the inner wall contains silicon.

上記によれば、昇華ガス組成の制御性が向上する。   According to the above, the controllability of the sublimation gas composition is improved.

本開示の実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing showing an example of the composition of the manufacture device of the silicon carbide single crystal concerning the embodiment of this indication. 坩堝の内壁の延在方向の一断面を示す概略図である。It is the schematic which shows one cross section of the extending direction of the inner wall of a crucible. 炭化珪素単結晶の製造方法の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing method of a silicon carbide single crystal.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of Present Disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.

〔1〕本開示の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、上面と、該上面に向き合う底面と、該上面および該底面の間に介在する筒状の内壁とを有する黒鉛製の坩堝を備える。内壁の少なくとも一部は、珪素を含有する。   [1] An apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to one aspect of the present disclosure includes a graphite crucible having an upper surface, a bottom surface facing the upper surface, and a cylindrical inner wall interposed between the upper surface and the bottom surface Is provided. At least a part of the inner wall contains silicon.

炭化珪素(SiC)単結晶の気相成長において、原料ガスの組成、すなわち原料ガス中の珪素(Si)成分の分圧と、炭素(C)成分の分圧との比(以下「C/Si比」と記す。)は、結晶品質を決める重要な因子である。そのため、たとえば化学気相成長(Chemical Vapor Deposition;CVD)法等のように、珪素成分ガスと炭素成分ガスとを個別に供給することができる結晶成長方法では、C/Si比の精緻な制御がなされている。しかし昇華法では、黒鉛製の坩堝内において、炭化珪素の固体原料を昇華させ、昇華ガスを原料ガスとしているために、C/Si比の制御は容易ではない。   In the vapor phase growth of silicon carbide (SiC) single crystal, the composition of the raw material gas, that is, the ratio of the partial pressure of the silicon (Si) component in the raw material gas to the partial pressure of the carbon (C) component (hereinafter referred to as “C / Si”). The “ratio” is an important factor in determining crystal quality. For this reason, in a crystal growth method in which a silicon component gas and a carbon component gas can be separately supplied, such as a chemical vapor deposition (CVD) method, precise control of the C / Si ratio is achieved. Has been made. However, in the sublimation method, since the solid raw material of silicon carbide is sublimated in the graphite crucible and the sublimation gas is used as the raw material gas, it is not easy to control the C / Si ratio.

坩堝を構成する黒鉛は、多孔性物質である。そのため、坩堝の内壁には複数の細孔が含まれている。昇華ガス中の珪素成分の一部は、坩堝の内壁に吸着される。一度吸着された珪素成分は、内壁から脱離して、再び昇華ガスの一部となることもある。結晶成長の初期では、坩堝の内壁において珪素成分の吸着が起こり易い傾向にある。そのため結晶成長の初期では、昇華ガス中の珪素成分の分圧が不安定になると考えられる。   The graphite constituting the crucible is a porous material. Therefore, the inner wall of the crucible includes a plurality of pores. Part of the silicon component in the sublimation gas is adsorbed on the inner wall of the crucible. The silicon component once adsorbed may be detached from the inner wall and become part of the sublimation gas again. At the initial stage of crystal growth, adsorption of silicon components tends to occur on the inner wall of the crucible. Therefore, it is considered that the partial pressure of the silicon component in the sublimation gas becomes unstable at the initial stage of crystal growth.

さらに炭化珪素の固体原料を昇華させた場合、珪素成分の昇華が、炭素成分の昇華よりも先行する傾向にある。そのため結晶成長の後期では、固体原料からの珪素成分の昇華量が減少し、昇華ガス中の珪素成分の分圧が低下すると考えられる。   Further, when the silicon carbide solid material is sublimated, the sublimation of the silicon component tends to precede the sublimation of the carbon component. Therefore, in the latter stage of crystal growth, it is considered that the sublimation amount of the silicon component from the solid raw material decreases and the partial pressure of the silicon component in the sublimation gas decreases.

これらの要因が、昇華法におけるC/Si比の制御を困難にしていると考えられる。このように昇華ガス組成の制御性が低下すると、たとえば成長結晶に異種ポリタイプが混入する等の不具合が予想される。   These factors are considered to make it difficult to control the C / Si ratio in the sublimation method. Thus, when the controllability of the sublimation gas composition is lowered, a problem such as the mixing of different types of polytypes into the grown crystal is expected.

そこで上記〔1〕の炭化珪素単結晶の製造装置では、黒鉛製の坩堝において、内壁の少なくとも一部に珪素を含有させている。この炭化珪素単結晶の製造装置によれば、昇華ガス組成の制御性の向上が期待できる。すなわち、予め内壁に珪素を含有させておくことにより、結晶成長の初期において、珪素成分の内壁への吸着を抑制できると考えられる。これにより、結晶成長の初期からC/Si比が安定すると考えられる。   Therefore, in the silicon carbide single crystal production apparatus of [1], silicon is contained in at least a part of the inner wall of the graphite crucible. According to this silicon carbide single crystal manufacturing apparatus, an improvement in the controllability of the sublimation gas composition can be expected. In other words, it is considered that by containing silicon in the inner wall in advance, adsorption of the silicon component on the inner wall can be suppressed in the initial stage of crystal growth. This is considered to stabilize the C / Si ratio from the beginning of crystal growth.

さらに固体原料からの珪素成分の昇華量が減少する、結晶成長の後期においては、珪素が内壁から脱離して、昇華ガス中の珪素成分の分圧を補填すると考えられる。これにより、結晶成長の後期においても、C/Si比が安定すると考えられる。   Further, in the latter stage of crystal growth in which the sublimation amount of the silicon component from the solid raw material decreases, it is considered that silicon is desorbed from the inner wall and compensates for the partial pressure of the silicon component in the sublimation gas. Thereby, it is considered that the C / Si ratio is stable even in the latter stage of crystal growth.

ここで「制御性」とは、制御対象の目標値からのずれを許容範囲内に維持できる期間の長短を示している。制御性が向上するとは、かかる期間が長くなることを示す。上記〔1〕での制御対象はC/Si比である。制御性の向上により、たとえばバルク単結晶の長尺化が期待できる。   Here, the “controllability” indicates the length of the period during which the deviation from the target value of the control target can be maintained within the allowable range. An improvement in controllability indicates that this period becomes longer. The controlled object in [1] is the C / Si ratio. By improving the controllability, for example, the bulk single crystal can be expected to be elongated.

〔2〕上記〔1〕において、坩堝は、内壁の延在方向の一断面において、該内壁の中間点より上面側に位置する第一領域と、該内壁の該中間点より底面側に位置する第二領域とを含み、該第一領域および該第二領域のそれぞれは、珪素を含有していてもよい。   [2] In the above [1], the crucible is positioned on the upper surface side from the intermediate point of the inner wall and on the bottom surface side of the intermediate point of the inner wall in one cross section in the extending direction of the inner wall. A second region, and each of the first region and the second region may contain silicon.

〔3〕上記〔2〕において、第一領域における珪素濃度は、第二領域における珪素濃度より高くてもよい。   [3] In the above [2], the silicon concentration in the first region may be higher than the silicon concentration in the second region.

〔4〕上記〔2〕において、第一領域における珪素濃度は、第二領域における珪素濃度より低くてもよい。   [4] In the above [2], the silicon concentration in the first region may be lower than the silicon concentration in the second region.

〔5〕上記〔1〕〜〔4〕の炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝を加熱するための黒鉛製の抵抗ヒータをさらに備えていてもよい。この場合、抵抗ヒータの少なくとも一部は、珪素を含有していてもよい。   [5] The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to [1] to [4] may further include a graphite resistance heater for heating the crucible. In this case, at least a part of the resistance heater may contain silicon.

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態(以下「本実施形態」と記す。)について説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
[Details of Embodiment of the Present Disclosure]
Hereinafter, embodiments of the present disclosure (hereinafter referred to as “present embodiment”) will be described, but the present embodiment is not limited thereto.

〔炭化珪素単結晶の製造装置〕
図1は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成の一例を示す概略断面図である。図1に示されるように炭化珪素単結晶の製造装置100(以下、単に「製造装置100」とも記す。)は、チャンバ6を備える。チャンバ6には、ガス導入口7およびガス排気口8が設けられている。ガス排気口8には、排気ポンプ9が接続されている。
[Silicon carbide single crystal manufacturing equipment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 100 (hereinafter, also simply referred to as “manufacturing apparatus 100”) includes chamber 6. The chamber 6 is provided with a gas introduction port 7 and a gas exhaust port 8. An exhaust pump 9 is connected to the gas exhaust port 8.

チャンバ6内には、坩堝5、第1抵抗ヒータ2a、第2抵抗ヒータ2b、第3抵抗ヒータ2cおよび断熱材10が配置されている。すなわち製造装置100は、坩堝5を備える。坩堝5は黒鉛製である。坩堝5は、たとえば等方性黒鉛を切削加工することにより製造される。そのため坩堝5は、その内部と外部とを連通する細孔を有している。   In the chamber 6, a crucible 5, a first resistance heater 2a, a second resistance heater 2b, a third resistance heater 2c, and a heat insulating material 10 are arranged. That is, the manufacturing apparatus 100 includes the crucible 5. The crucible 5 is made of graphite. The crucible 5 is manufactured, for example, by cutting isotropic graphite. Therefore, the crucible 5 has pores that communicate the inside and the outside.

坩堝5は、台座3および収容部4から構成されている。台座3は、後述の種結晶11を保持できるように構成されている。台座3は、坩堝5の蓋としても機能する。坩堝5は、上面5aと、上面5aに向き合う底面5bと、上面5aおよび底面5bの間に介在する筒状の内壁5cとを有する。内壁5cは、たとえば円筒形を呈する。坩堝5の内径は、たとえば100mm以上1000mm以下である。   The crucible 5 is composed of a pedestal 3 and a housing part 4. The pedestal 3 is configured to hold a seed crystal 11 described later. The pedestal 3 also functions as a lid for the crucible 5. The crucible 5 has an upper surface 5a, a bottom surface 5b facing the upper surface 5a, and a cylindrical inner wall 5c interposed between the upper surface 5a and the bottom surface 5b. The inner wall 5c has, for example, a cylindrical shape. The inner diameter of the crucible 5 is, for example, 100 mm or more and 1000 mm or less.

内壁5cの少なくとも一部は、珪素を含有する。内壁の珪素含有量は、たとえば原子吸光分析法(Atomic Absorption Spectrometry;AAS)、誘導結合プラズマ発光分析法(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy;ICP−AES)、蛍光X線分析法(X−Ray Fluorescence analysis;XRF)等によって測定することができる。測定試料は内壁の一部を削り落として採取すればよい。削る深さは、たとえば内壁から壁厚方向に1mm程度までの範囲でよい。坩堝5は、炭素および珪素以外の残部として、微量の不純物を含有することもある。そうした不純物としては、たとえば坩堝の製造時に使用された切削工具に由来する金属等が挙げられる。珪素は内壁5cの一部に局所的に分布していてもよいし、内壁5cの全体に分布していてもよい。また内壁5cのみならず、上面5aおよび底面5bの少なくとも一部も珪素を含有していてもよい。   At least a part of the inner wall 5c contains silicon. The silicon content of the inner wall is, for example, atomic absorption spectrometry (AAS), inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), XP-AES, X-ray fluorescence analysis (ICP-AES), X-ray fluorescence analysis (ICP-AES). XRF) and the like. The measurement sample may be collected by scraping off a part of the inner wall. The cutting depth may be, for example, in the range from the inner wall to about 1 mm in the wall thickness direction. The crucible 5 may contain a trace amount of impurities as the balance other than carbon and silicon. Examples of such impurities include metals derived from cutting tools used during crucible production. Silicon may be locally distributed on a part of the inner wall 5c, or may be distributed on the entire inner wall 5c. Further, not only the inner wall 5c but also at least a part of the upper surface 5a and the bottom surface 5b may contain silicon.

図2は、坩堝の内壁の延在方向の一断面を示す概略図である。ここでは内壁5cの延在方向Dにおいて、内壁5cの中間点より上面5a側に位置する領域を第一領域5c1、中間点より底面5b側に位置する領域を第二領域5c2とする。すなわち坩堝5は、第一領域5c1と第二領域5c2とを含む。第一領域5c1および第二領域5c2のそれぞれは、珪素を含有していてもよい。   FIG. 2 is a schematic view showing a cross section in the extending direction of the inner wall of the crucible. Here, in the extending direction D of the inner wall 5c, a region located on the upper surface 5a side from the middle point of the inner wall 5c is defined as a first region 5c1, and a region located on the bottom surface 5b side from the middle point is defined as a second region 5c2. That is, the crucible 5 includes a first region 5c1 and a second region 5c2. Each of first region 5c1 and second region 5c2 may contain silicon.

図2中のHは、上面5aと底面5bとの間の距離を示している。Hは、たとえば100〜500mm程度である。中間点は、内壁5cおいて上面5aおよび底面5bからそれぞれ0.5H離れた位置にある。   H in FIG. 2 indicates the distance between the top surface 5a and the bottom surface 5b. H is, for example, about 100 to 500 mm. The intermediate point is at a position 0.5H away from the top surface 5a and the bottom surface 5b on the inner wall 5c.

第一領域5c1における珪素濃度は、第二領域5c2における珪素濃度より高くてもよい。あるいは、第一領域5c1における珪素濃度は、第二領域5c2における珪素濃度よりも低くてもよい。   The silicon concentration in the first region 5c1 may be higher than the silicon concentration in the second region 5c2. Alternatively, the silicon concentration in the first region 5c1 may be lower than the silicon concentration in the second region 5c2.

このように、第一領域5c1における珪素濃度と、第二領域5c2における珪素濃度との間に差がある場合、珪素濃度は、延在方向Dにおいて、連続的に増加または減少していてもよいし、ステップ状に増加または減少していてもよい。   Thus, when there is a difference between the silicon concentration in the first region 5c1 and the silicon concentration in the second region 5c2, the silicon concentration may continuously increase or decrease in the extending direction D. However, it may increase or decrease stepwise.

第一領域5c1における珪素濃度と、第二領域5c2における珪素濃度との間には、実質的な差が無くてもよい。   There may be no substantial difference between the silicon concentration in the first region 5c1 and the silicon concentration in the second region 5c2.

延在方向Dにおいて、珪素濃度は極大値または極小値を有していてもよい。また延在方向Dにおいて、珪素濃度は周期的または非周期的に増減を繰り返していてもよい。   In the extending direction D, the silicon concentration may have a maximum value or a minimum value. In the extending direction D, the silicon concentration may be repeatedly increased or decreased periodically or aperiodically.

図2では坩堝5の壁厚をTと記している。Tは、たとえば5〜50mm程度である。内壁5cから、壁厚方向に一定の範囲に亘って、珪素濃度の濃度勾配が形成されていてもよい。一定の範囲は、たとえば内壁5cから壁厚方向に数十μmまでの範囲でもよい。こうした濃度勾配は、たとえば二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry;SIMS)によって測定することができる。SIMSの一次イオンは、たとえばセシウム(Cs)イオン等でよい。   In FIG. 2, the wall thickness of the crucible 5 is denoted as T. T is, for example, about 5 to 50 mm. A concentration gradient of silicon concentration may be formed from the inner wall 5c over a certain range in the wall thickness direction. The certain range may be, for example, a range from the inner wall 5c to several tens of μm in the wall thickness direction. Such a concentration gradient can be measured by, for example, Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS). The primary ion of SIMS may be, for example, a cesium (Cs) ion.

また壁厚方向の濃度勾配は、内壁から外壁に至る壁厚方向の全域に及んでいてもよい。こうした濃度勾配は、たとえば内壁側および外壁側からそれぞれ測定試料を採取し、前述のようにAAS等の分析手法を用いて、珪素濃度を測定することにより、確認することができる。   The concentration gradient in the wall thickness direction may extend over the entire region in the wall thickness direction from the inner wall to the outer wall. Such a concentration gradient can be confirmed, for example, by collecting measurement samples from the inner wall side and the outer wall side and measuring the silicon concentration using an analytical method such as AAS as described above.

図1に示されるように製造装置100は、上面5aを加熱するための第1抵抗ヒータ2a、底面5bを加熱するための第2抵抗ヒータ2b、および内壁5cを加熱するための第3抵抗ヒータ2cを備える。すなわち製造装置100は、坩堝5を加熱するための抵抗ヒータを備える。第3抵抗ヒータ2cは、たとえば筒状の外形を呈する。第3抵抗ヒータ2cは、坩堝5の外周を取り囲むように配置されている。各抵抗ヒータは、いずれも黒鉛製である。このように黒鉛製の抵抗ヒータを用いる場合、各抵抗ヒータの少なくとも一部は、珪素を含有していてもよい。たとえば、内壁5cを加熱するための第3抵抗ヒータ2cの少なくとも一部は、珪素を含有していてもよい。前述のように、坩堝および抵抗ヒータを構成する黒鉛は、多孔性物質である。したがって、坩堝に近接する抵抗ヒータに珪素を含有させておくことにより、該珪素が坩堝内の珪素成分の分圧に寄与することが期待できる。抵抗ヒータの珪素含有量も、坩堝と同様にして測定することができる。   As shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus 100 includes a first resistance heater 2a for heating the upper surface 5a, a second resistance heater 2b for heating the bottom surface 5b, and a third resistance heater for heating the inner wall 5c. 2c. That is, the manufacturing apparatus 100 includes a resistance heater for heating the crucible 5. The third resistance heater 2c has, for example, a cylindrical outer shape. The third resistance heater 2 c is arranged so as to surround the outer periphery of the crucible 5. Each resistance heater is made of graphite. Thus, when using a graphite resistance heater, at least a part of each resistance heater may contain silicon. For example, at least a part of the third resistance heater 2c for heating the inner wall 5c may contain silicon. As described above, the graphite constituting the crucible and the resistance heater is a porous material. Therefore, it can be expected that the silicon contributes to the partial pressure of the silicon component in the crucible by containing silicon in the resistance heater adjacent to the crucible. The silicon content of the resistance heater can also be measured in the same manner as the crucible.

なお本実施形態の炭化珪素単結晶の製造装置は、抵抗ヒータに代えて、誘導加熱方式のヒータを備えていてもよい。   Note that the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of the present embodiment may include an induction heating type heater instead of the resistance heater.

断熱材10は、坩堝5、第1抵抗ヒータ2a、第2抵抗ヒータ2bおよび第3抵抗ヒータ2cを覆うように配置されている。断熱材10は、たとえば黒鉛製である。断熱材10も珪素を含有していてもよい。しかし図1から分かるように、断熱材10と後述の種結晶11が配置されるべき位置との間には、少なからず距離があり、なおかつその間には、坩堝、抵抗ヒータ等の遮蔽物も存在する。したがって断熱材10に珪素を含有させても、該珪素が坩堝内の珪素成分の分圧に寄与することは、まず期待できない。   The heat insulating material 10 is arrange | positioned so that the crucible 5, the 1st resistance heater 2a, the 2nd resistance heater 2b, and the 3rd resistance heater 2c may be covered. The heat insulating material 10 is made of, for example, graphite. The heat insulating material 10 may also contain silicon. However, as can be seen from FIG. 1, there is a considerable distance between the heat insulating material 10 and a position where a seed crystal 11 to be described later is to be disposed, and there are also shielding objects such as crucibles and resistance heaters between them. To do. Therefore, even if silicon is contained in the heat insulating material 10, it cannot be expected that the silicon contributes to the partial pressure of the silicon component in the crucible.

〔炭化珪素単結晶の製造方法〕
次に上記の炭化珪素単結晶の製造装置を用いたバルク単結晶の製造方法について説明する。図3は、当該製造方法の概略を示すフローチャートである。図3に示されるように、当該製造方法は、準備工程(S01)および結晶成長工程(S02)を備える。各工程はこの順序で実行される。以下、各工程について説明する。
[Method for producing silicon carbide single crystal]
Next, a bulk single crystal manufacturing method using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an outline of the manufacturing method. As shown in FIG. 3, the manufacturing method includes a preparation step (S01) and a crystal growth step (S02). Each process is performed in this order. Hereinafter, each step will be described.

〔準備工程(S01)〕
準備工程では、先ず上記で説明した炭化珪素単結晶の製造装置100が準備される。すなわち図1に示されるように、上面5aと、上面5aに向き合う底面5bと、上面5aおよび底面5bの間に介在する筒状の内壁5cとを有する黒鉛製の坩堝5を備え、内壁5cの少なくとも一部が珪素を含有する、炭化珪素単結晶の製造装置100が準備される。内壁に珪素を含有させる方法は特に限定されない。一例として、たとえば珪素を含有するガスを内壁に接触させることが考えられる。この場合、内壁近傍の細孔に珪素が吸着し、内壁が珪素を含有することになる。珪素を含有するガスとしては、たとえばシラン(SiH4)ガス等が挙げられる。
[Preparation process (S01)]
In the preparation step, first, the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 100 described above is prepared. That is, as shown in FIG. 1, a graphite crucible 5 having a top surface 5a, a bottom surface 5b facing the top surface 5a, and a cylindrical inner wall 5c interposed between the top surface 5a and the bottom surface 5b is provided. A silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 100 containing at least a part of silicon is prepared. The method for incorporating silicon into the inner wall is not particularly limited. As an example, for example, a gas containing silicon may be brought into contact with the inner wall. In this case, silicon is adsorbed in the pores near the inner wall, and the inner wall contains silicon. Examples of the gas containing silicon include silane (SiH 4 ) gas.

次いで坩堝5内に種結晶11および固体原料12が配置される。坩堝5内において、種結晶11および固体原料12は互いに向き合うように配置される。種結晶11は、たとえばポリタイプ4H−SiCからなる炭化珪素単結晶基板である。種結晶11は、たとえばカーボン接着剤等によって台座3に固定される。種結晶11の直径は、たとえば100〜300mm程度である。固体原料12は、たとえば炭化珪素多結晶を粉砕した粉末である。固体原料12は、収容部4に充填される。   Next, seed crystal 11 and solid raw material 12 are placed in crucible 5. In the crucible 5, the seed crystal 11 and the solid raw material 12 are arranged so as to face each other. Seed crystal 11 is a silicon carbide single crystal substrate made of, for example, polytype 4H—SiC. The seed crystal 11 is fixed to the pedestal 3 with, for example, a carbon adhesive. The diameter of the seed crystal 11 is, for example, about 100 to 300 mm. Solid raw material 12 is, for example, powder obtained by pulverizing silicon carbide polycrystal. The solid raw material 12 is filled in the storage unit 4.

〔結晶成長工程(S02)〕
結晶成長工程では、坩堝5内で炭化珪素のバルク単結晶13を成長させる。
[Crystal growth step (S02)]
In the crystal growth step, a bulk single crystal 13 of silicon carbide is grown in the crucible 5.

坩堝5は、第1抵抗ヒータ2a、第2抵抗ヒータ2bおよび第3抵抗ヒータ2cによって加熱される。坩堝5の各部位の温度は、図示しない放射温度計によって監視される。坩堝5内には、底面5bから上面5aに向かうにつれて温度が低くなる、温度勾配が形成される。このとき固体原料12の周辺の温度は、たとえば2300〜2500℃程度である。また種結晶11の周辺の温度は、たとえば2000〜2300℃程度である。   The crucible 5 is heated by the first resistance heater 2a, the second resistance heater 2b, and the third resistance heater 2c. The temperature of each part of the crucible 5 is monitored by a radiation thermometer (not shown). A temperature gradient is formed in the crucible 5 such that the temperature decreases from the bottom surface 5b toward the top surface 5a. At this time, the temperature around the solid raw material 12 is, for example, about 2300 to 2500 ° C. The temperature around the seed crystal 11 is, for example, about 2000 to 2300 ° C.

ガス導入口7からは、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスが導入される。導入された不活性ガスは、排気ポンプ9によってガス排気口8から排気される。チャンバ6内の圧力は、不活性ガスの導入量および排気量によって調整される。坩堝5内に上記の温度勾配が形成された状態で、チャンバ6内の圧力が所定の圧力以下となると、固体原料12の昇華が開始される。固体原料12より生じた昇華ガスは、底面5bから上面5aに向かう方向に輸送され、種結晶11に到達する。昇華ガスは、種結晶11上に再析出し、バルク単結晶13となって成長する。結晶成長中、チャンバ6内の圧力は、たとえば5kPa以下に調整される。   An inert gas such as argon (Ar) gas is introduced from the gas inlet 7. The introduced inert gas is exhausted from the gas exhaust port 8 by the exhaust pump 9. The pressure in the chamber 6 is adjusted by the amount of inert gas introduced and the amount of exhaust. When the temperature gradient in the crucible 5 is formed and the pressure in the chamber 6 falls below a predetermined pressure, sublimation of the solid material 12 is started. The sublimation gas generated from the solid raw material 12 is transported in the direction from the bottom surface 5 b to the top surface 5 a and reaches the seed crystal 11. The sublimation gas reprecipitates on the seed crystal 11 and grows as a bulk single crystal 13. During crystal growth, the pressure in the chamber 6 is adjusted to 5 kPa or less, for example.

結晶成長の初期では、細孔を含む内壁5cにおいて、珪素成分の吸着が起こり易く、昇華ガス中の珪素成分の分圧が不安定になると考えられる。しかし本実施形態では、予め内壁5cに珪素を含有させているために、結晶成長の初期において、珪素成分の内壁5cへの吸着を抑制できると考えられる。これにより、結晶成長の初期からC/Si比が安定すると考えられる。   In the initial stage of crystal growth, it is considered that the silicon component is easily adsorbed on the inner wall 5c including the pores, and the partial pressure of the silicon component in the sublimation gas becomes unstable. However, in this embodiment, since silicon is previously contained in the inner wall 5c, it is considered that the adsorption of the silicon component to the inner wall 5c can be suppressed at the initial stage of crystal growth. This is considered to stabilize the C / Si ratio from the beginning of crystal growth.

固体原料12において、珪素成分は、炭素成分よりも先行して昇華する傾向にある。そのため結晶成長の後期では、固体原料からの珪素成分の昇華量が減少し、昇華ガス中の珪素成分の分圧が低下すると考えられる。しかし本実施形態では、昇華ガス中の珪素成分の分圧がある程度低下すると、珪素が内壁5cから脱離して、昇華ガス中の珪素成分の分圧を補填すると考えられる。これにより、結晶成長の後期においても、C/Si比が安定すると考えられる。   In the solid raw material 12, the silicon component tends to sublime prior to the carbon component. Therefore, in the latter stage of crystal growth, it is considered that the sublimation amount of the silicon component from the solid raw material decreases and the partial pressure of the silicon component in the sublimation gas decreases. However, in this embodiment, when the partial pressure of the silicon component in the sublimation gas is reduced to some extent, it is considered that silicon is desorbed from the inner wall 5c and compensates for the partial pressure of the silicon component in the sublimation gas. Thereby, it is considered that the C / Si ratio is stable even in the latter stage of crystal growth.

以上より、本実施形態では、長期に亘ってC/Si比を所望の範囲内に制御できると考えられる。   From the above, in this embodiment, it is considered that the C / Si ratio can be controlled within a desired range over a long period of time.

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present disclosure is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

2a 第1抵抗ヒータ
2b 第2抵抗ヒータ
2c 第3抵抗ヒータ
3 台座
4 収容部
5 坩堝
5a 上面
5b 底面
5c 内壁
5c1 第一領域
5c2 第二領域
6 チャンバ
7 ガス導入口
8 ガス排気口
9 排気ポンプ
10 断熱材
11 種結晶
12 固体原料
13 バルク単結晶
100 製造装置
D 延在方向
2a 1st resistance heater 2b 2nd resistance heater 2c 3rd resistance heater 3 Base 4 Accommodating part 5 Crucible 5a Upper surface 5b Bottom surface 5c Inner wall 5c1 1st area | region 5c2 2nd area | region 6 Gas chamber 8 Gas exhaust port 9 Exhaust pump 10 Heat insulating material 11 Seed crystal 12 Solid raw material 13 Bulk single crystal 100 Manufacturing apparatus D Extension direction

Claims (5)

上面と、前記上面に向き合う底面と、前記上面および前記底面の間に介在する筒状の内壁とを有する黒鉛製の坩堝を備え、
前記内壁の少なくとも一部は、珪素を含有し、
前記坩堝を加熱するための黒鉛製の抵抗ヒータをさらに備え、
前記抵抗ヒータの少なくとも一部は、珪素を含有する、炭化珪素単結晶の製造装置。
A graphite crucible having an upper surface, a bottom surface facing the upper surface, and a cylindrical inner wall interposed between the upper surface and the bottom surface;
At least a part of the inner wall contains silicon ,
It further comprises a graphite resistance heater for heating the crucible,
An apparatus for producing a silicon carbide single crystal, wherein at least a part of the resistance heater contains silicon.
前記坩堝は、前記内壁の延在方向の一断面において、前記内壁の中間点より前記上面側に位置する第一領域と、前記内壁の前記中間点より前記底面側に位置する第二領域とを含み、
前記第一領域および前記第二領域のそれぞれは、珪素を含有する、請求項1に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
The crucible includes, in one cross section in the extending direction of the inner wall, a first region located on the upper surface side from an intermediate point of the inner wall and a second region located on the bottom surface side from the intermediate point of the inner wall. Including
The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein each of the first region and the second region contains silicon.
前記第一領域における珪素濃度は、前記第二領域における珪素濃度より高い、請求項2に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。   The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to claim 2, wherein a silicon concentration in the first region is higher than a silicon concentration in the second region. 前記第一領域における珪素濃度は、前記第二領域における珪素濃度より低い、請求項2に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。   The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to claim 2, wherein a silicon concentration in the first region is lower than a silicon concentration in the second region. 断熱材をさらに備え、
前記抵抗ヒータは、前記坩堝と前記断熱材との間に配置されている、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
Further comprising thermal insulation,
The said resistance heater is a manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal of any one of Claims 1-4 arrange | positioned between the said crucible and the said heat insulating material .
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