JP6387895B2 - 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関する。   The present invention relates to a method for producing a silicon carbide single crystal.

近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化などを可能とするため、半導体装置を構成する材料としての炭化珪素の採用が進められている。   In recent years, in order to enable a semiconductor device to have a high breakdown voltage and a low loss, silicon carbide is being adopted as a material constituting the semiconductor device.

炭化珪素単結晶を製造する方法の一つとして昇華法が挙げられる。たとえば特開2009−120419号公報(特許文献1)には、黒鉛製の坩堝を用いて昇華法により炭化珪素単結晶を製造する方法が記載されている。   One of the methods for producing a silicon carbide single crystal is a sublimation method. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-120419 (Patent Document 1) describes a method of manufacturing a silicon carbide single crystal by a sublimation method using a graphite crucible.

特開2009−120419号公報JP 2009-120419 A

本発明の一態様の目的は、結晶欠陥の導入または伝搬を抑制可能な炭化珪素単結晶の製造方法を提供することである。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide single crystal capable of suppressing the introduction or propagation of crystal defects.

本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法は以下の工程を備えている。収容部内に設けられた炭化珪素原料と、炭化珪素原料に対面するように設けられ、かつ台座の第1の主面に固定された種結晶とが準備される。炭化珪素原料を昇華させることにより、種結晶上に炭化珪素単結晶が成長する。炭化珪素単結晶が成長した後、炭化珪素単結晶が冷却される。炭化珪素単結晶を成長させる工程は、台座の第1の主面とは反対側の第2の主面の温度が、炭化珪素原料に対面する炭化珪素単結晶の表面の温度よりも低い状態を維持しながら、炭化珪素単結晶を成長させる工程を含む。炭化珪素単結晶を冷却する工程は、台座の第2の主面の温度が、炭化珪素単結晶の表面の温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶が冷却される。   A method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the present invention includes the following steps. A silicon carbide raw material provided in the accommodating portion and a seed crystal provided to face the silicon carbide raw material and fixed to the first main surface of the pedestal are prepared. By sublimating the silicon carbide raw material, a silicon carbide single crystal grows on the seed crystal. After the silicon carbide single crystal is grown, the silicon carbide single crystal is cooled. The step of growing the silicon carbide single crystal is such that the temperature of the second main surface opposite to the first main surface of the pedestal is lower than the temperature of the surface of the silicon carbide single crystal facing the silicon carbide raw material. A step of growing a silicon carbide single crystal while maintaining. In the step of cooling the silicon carbide single crystal, the silicon carbide single crystal is cooled while maintaining the temperature of the second main surface of the pedestal at or above the surface temperature of the silicon carbide single crystal.

本発明の一形態によれば、炭化珪素単結晶における結晶欠陥の導入または伝搬を抑制可能な炭化珪素単結晶の製造方法を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a silicon carbide single crystal capable of suppressing the introduction or propagation of crystal defects in the silicon carbide single crystal.

本発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第1工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 1st process of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第2工程を概略的に示す断面模式図(左側)および温度分布(右側)である。It is a cross-sectional schematic diagram (left side) and temperature distribution (right side) which show schematically the 2nd process of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第3工程を概略的に示す断面模式図(左側)および温度分布(右側)である。It is a cross-sectional schematic diagram (left side) and temperature distribution (right side) which show schematically the 3rd process of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第2工程における、炭化珪素単結晶の表面および台座2の第2の主面の各々の温度の時間依存性の第1の例を示す図である。First example of time dependency of temperature of each of surface of silicon carbide single crystal and second main surface of pedestal 2 in the second step of the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the present invention FIG. 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第2工程における、収容部内の圧力の時間依存性を示す図である。It is a figure which shows the time dependence of the pressure in a accommodating part in the 2nd process of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which concerns on one embodiment of this invention. 発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第2工程における、炭化珪素単結晶の表面および台座2の第2の主面の各々の温度の時間依存性の第2の例を示す図である。Second example of time dependency of temperature of each surface of silicon carbide single crystal and second main surface of base 2 in the second step of the method for producing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the invention FIG. 発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第2工程における、炭化珪素単結晶の表面および台座2の第2の主面の各々の温度の時間依存性の第3の例を示す図である。Third example of time dependency of temperature of each surface of silicon carbide single crystal and second main surface of base 2 in the second step of the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the embodiment of the invention FIG. 発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第2工程における、炭化珪素単結晶の表面および台座2の第2の主面の各々の温度の時間依存性の第4の例を示す図である。Fourth Example of Temperature Dependence of Temperature on Each Surface of Silicon Carbide Single Crystal and Second Main Surface of Pedestal 2 in Second Step of Manufacturing Method of Silicon Carbide Single Crystal According to an Embodiment of the Invention FIG. 発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第2工程における、炭化珪素単結晶の表面および台座2の第2の主面の各々の温度の時間依存性の第5の例を示す図である。5th example of time dependency of temperature of each of surface of silicon carbide single crystal and second main surface of base 2 in second step of method for manufacturing silicon carbide single crystal according to one embodiment of the invention FIG.

[本発明の実施形態の説明]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In the crystallographic description in this specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. As for the negative index, “−” (bar) is attached on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number.

発明者らは、炭化珪素単結晶における結晶欠陥の導入または伝搬の原因について鋭意研究の結果、以下の知見を得て本発明を見出した。   As a result of intensive studies on the cause of the introduction or propagation of crystal defects in a silicon carbide single crystal, the inventors obtained the following knowledge and found the present invention.

昇華法による炭化珪素単結晶の結晶成長は以下のように行われる。図1に示されるように、炭化珪素原料3が収容部1内に配置される。収容部1の開口部を塞ぐように収容部1の上側に台座2が配置される。種結晶4は、炭化珪素原料3の表面3aに対面するように台座2の表面2aに取り付けられている。加熱源(図示せず)は、たとえば収容部1の周囲に配置されており、収容部1および台座2の各々の温度を所望の温度に調整できるように構成されている。炭化珪素単結晶を成長させる工程においては、炭化珪素原料3から種結晶4に向かう方向に沿って温度が低くなるように温度勾配が設けられている。そのため、加熱源により炭化珪素原料3を加熱して昇華させると、昇華した炭化珪素が種結晶4の表面4a上において再結晶する。以上のようにして、種結晶4の表面4a上に炭化珪素単結晶5が成長する(図2参照)。   Crystal growth of the silicon carbide single crystal by the sublimation method is performed as follows. As shown in FIG. 1, silicon carbide raw material 3 is arranged in housing portion 1. A pedestal 2 is arranged on the upper side of the housing portion 1 so as to close the opening of the housing portion 1. Seed crystal 4 is attached to surface 2 a of pedestal 2 so as to face surface 3 a of silicon carbide raw material 3. The heating source (not shown) is arranged, for example, around the housing part 1 and is configured so that the temperature of each of the housing part 1 and the base 2 can be adjusted to a desired temperature. In the step of growing the silicon carbide single crystal, a temperature gradient is provided so that the temperature decreases along the direction from the silicon carbide raw material 3 toward the seed crystal 4. Therefore, when silicon carbide raw material 3 is heated and sublimated by a heating source, the sublimated silicon carbide is recrystallized on surface 4a of seed crystal 4. As described above, silicon carbide single crystal 5 grows on surface 4a of seed crystal 4 (see FIG. 2).

炭化珪素単結晶5を成長させる工程が終了した後、加熱源の電源をオフにして成長した炭化珪素単結晶5を冷却する。加熱源の電源をオフにする直前においては、台座2の裏面2bの温度は、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度よりも低くなっている(図2参照)。   After the step of growing silicon carbide single crystal 5 is completed, the silicon carbide single crystal 5 grown is cooled by turning off the power source of the heating source. Immediately before the power source of the heating source is turned off, the temperature of the back surface 2b of the pedestal 2 is lower than the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 (see FIG. 2).

この状態で加熱を止め、炭化珪素単結晶5の冷却を始めると、台座2の裏面2bの温度は、炭化珪素単結晶5の温度よりも低い状態を維持しながら低下する。台座2は、たとえば炭素により構成されている。炭素の熱膨張係数は、炭化珪素の熱膨張係数よりも大きい。そのため、炭化珪素単結晶5を冷却する際、台座2の熱収縮量が、炭化珪素単結晶5の熱収縮量よりも大きくなると炭化珪素単結晶5に熱応力が生じる。   When heating is stopped in this state and cooling of the silicon carbide single crystal 5 is started, the temperature of the back surface 2b of the pedestal 2 decreases while maintaining a state lower than the temperature of the silicon carbide single crystal 5. The pedestal 2 is made of carbon, for example. The thermal expansion coefficient of carbon is larger than the thermal expansion coefficient of silicon carbide. Therefore, when the silicon carbide single crystal 5 is cooled, thermal stress is generated in the silicon carbide single crystal 5 when the thermal contraction amount of the base 2 becomes larger than the thermal contraction amount of the silicon carbide single crystal 5.

比較的高温(たとえば1000℃以上)の状態で炭化珪素単結晶5に熱応力が生じると、炭化珪素単結晶5内に転位などの結晶欠陥が導入される場合や、既に炭化珪素単結晶5内に存在していた結晶欠陥が炭化珪素単結晶5中を伝搬する場合がある。また比較的低温(たとえば500℃以上1000℃未満)の状態で炭化珪素単結晶5に熱応力が生じると、炭化珪素単結晶5内にクラックが発生する場合や、炭化珪素単結晶5が割れる場合がある。これらの現象は、炭化珪素単結晶5の外周部においてより顕著に発生し、また炭化珪素単結晶5が大口径の場合により顕著に発生する。特に、台座2を構成する材料の熱膨張係数と炭化珪素単結晶の熱膨張係数との差が大きい場合に、台座2の熱収縮量と炭化珪素単結晶の熱収縮量との差はより顕著になる。   When thermal stress is generated in silicon carbide single crystal 5 at a relatively high temperature (for example, 1000 ° C. or higher), crystal defects such as dislocations are introduced into silicon carbide single crystal 5, or already in silicon carbide single crystal 5 In some cases, crystal defects existing in the silicon oxide propagate through the silicon carbide single crystal 5. Further, when thermal stress is generated in silicon carbide single crystal 5 at a relatively low temperature (for example, 500 ° C. or more and less than 1000 ° C.), cracks are generated in silicon carbide single crystal 5 or silicon carbide single crystal 5 is cracked. There is. These phenomena occur more remarkably in the outer peripheral portion of the silicon carbide single crystal 5, and more significantly occur when the silicon carbide single crystal 5 has a large diameter. In particular, when the difference between the thermal expansion coefficient of the material constituting the pedestal 2 and the thermal expansion coefficient of the silicon carbide single crystal is large, the difference between the thermal contraction amount of the pedestal 2 and the thermal contraction amount of the silicon carbide single crystal is more remarkable. become.

発明者は鋭意研究の結果、炭化珪素単結晶5の成長終了後における炭化珪素単結晶5の冷却工程において、台座2の裏面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら炭化珪素単結晶5を冷却することを考え出した。これにより、台座2の熱収縮量を、炭化珪素単結晶5の熱収縮量と同程度に維持しながら炭化珪素単結晶5を冷却することができる。結果として、炭化珪素単結晶5の冷却時における炭化珪素単結晶5内の熱応力を低減することができるので、結晶欠陥の導入または伝搬を抑制することができる。特に、台座2を構成する材料の熱膨張係数と炭化珪素単結晶5の熱膨張係数との差が大きい場合に、炭化珪素単結晶5内の熱応力をより低減することができる。   As a result of intensive studies, the inventors have found that the temperature of the back surface 2b of the pedestal 2 is equal to or higher than the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 in the cooling step of the silicon carbide single crystal 5 after the growth of the silicon carbide single crystal 5 is completed. It has been devised to cool the silicon carbide single crystal 5 while maintaining the state. Thereby, silicon carbide single crystal 5 can be cooled while maintaining the amount of thermal contraction of pedestal 2 at the same level as the amount of thermal contraction of silicon carbide single crystal 5. As a result, since the thermal stress in silicon carbide single crystal 5 at the time of cooling silicon carbide single crystal 5 can be reduced, introduction or propagation of crystal defects can be suppressed. In particular, when the difference between the thermal expansion coefficient of the material constituting base 2 and the thermal expansion coefficient of silicon carbide single crystal 5 is large, the thermal stress in silicon carbide single crystal 5 can be further reduced.

(1)本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法は以下の工程を備えている。収容部1内に設けられた炭化珪素原料3と、炭化珪素原料3に対面するように設けられ、かつ台座2の第1の主面2aに固定された種結晶4とが準備される。炭化珪素原料3を昇華させることにより、種結晶4上に炭化珪素単結晶5が成長する。炭化珪素単結晶5が成長した後、炭化珪素単結晶5が冷却される。炭化珪素単結晶5を成長させる工程は、台座2の第1の主面2aとは反対側の第2の主面2bの温度が、炭化珪素原料3に対面する炭化珪素単結晶5の表面5aの温度よりも低い状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5を成長させる工程を含む。炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、炭化珪素単結晶5の冷却時に、炭化珪素単結晶に対する結晶欠陥の導入または伝搬を抑制することができる。   (1) The manufacturing method of the silicon carbide single crystal which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with the following processes. A silicon carbide raw material 3 provided in the accommodating portion 1 and a seed crystal 4 provided so as to face the silicon carbide raw material 3 and fixed to the first main surface 2a of the base 2 are prepared. By sublimating silicon carbide raw material 3, silicon carbide single crystal 5 grows on seed crystal 4. After silicon carbide single crystal 5 is grown, silicon carbide single crystal 5 is cooled. In the step of growing silicon carbide single crystal 5, surface 5 a of silicon carbide single crystal 5 in which the temperature of second main surface 2 b opposite to first main surface 2 a of pedestal 2 faces silicon carbide raw material 3 is used. A step of growing silicon carbide single crystal 5 while maintaining a state lower than the temperature of. The step of cooling silicon carbide single crystal 5 is performed by cooling silicon carbide single crystal 5 while maintaining the temperature of second main surface 2b of base 2 equal to or higher than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. Is done. Thereby, at the time of cooling silicon carbide single crystal 5, introduction or propagation of crystal defects to silicon carbide single crystal can be suppressed.

(2)上記(1)に係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1800℃以上2000℃以下の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1800℃以上2000℃以下の温度域における炭化珪素単結晶5の冷却過程においては、炭化珪素単結晶5を構成している原子が動きやすい。そのため、当該温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却されることにより、冷却時における結晶欠陥の導入または伝搬をより抑制することができる。   (2) Preferably, in the method for producing a silicon carbide single crystal according to (1) above, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is a temperature of 1800 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. In the region, silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining the temperature of second main surface 2 b of pedestal 2 equal to or higher than the temperature of surface 5 a of silicon carbide single crystal 5. In the cooling process of silicon carbide single crystal 5 in the temperature range where the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is not lower than 1800 ° C. and not higher than 2000 ° C., the atoms constituting silicon carbide single crystal 5 tend to move. Therefore, in the temperature range, silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 at or above the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. In addition, introduction or propagation of crystal defects during cooling can be further suppressed.

(3)上記(2)に係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1000℃以上2000℃以下の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1000℃以上1800℃未満の温度領域においても炭化珪素単結晶5内の熱応力を小さくすることができる。そのため、特に熱応力に起因して1000℃以上で炭化珪素単結晶5に入ると考えられている基底面転位を抑制することができる。   (3) Preferably, in the method for producing a silicon carbide single crystal according to (2) above, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is a temperature of 1000 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. In the region, silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining the temperature of second main surface 2 b of pedestal 2 equal to or higher than the temperature of surface 5 a of silicon carbide single crystal 5. Thereby, the thermal stress in silicon carbide single crystal 5 can be reduced even in the temperature region where the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is 1000 ° C. or higher and lower than 1800 ° C. Therefore, basal plane dislocations that are considered to enter silicon carbide single crystal 5 at 1000 ° C. or higher due to thermal stress can be suppressed.

(4)上記(3)に係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が500℃以上2000℃以下の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が500℃以上1000℃未満の温度領域においても炭化珪素単結晶5内の熱応力を小さくすることができる。そのため、結晶欠陥のみならず熱応力に起因して炭化珪素単結晶5に入るクラックまたは炭化珪素単結晶5の割れを抑制することができる。   (4) Preferably, in the method for producing a silicon carbide single crystal according to (3) above, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is a temperature of 500 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. In the region, silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining the temperature of second main surface 2 b of pedestal 2 equal to or higher than the temperature of surface 5 a of silicon carbide single crystal 5. Thereby, the thermal stress in silicon carbide single crystal 5 can be reduced even in the temperature region where surface 5a of silicon carbide single crystal 5 has a temperature of 500 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. Therefore, cracks entering silicon carbide single crystal 5 or cracking of silicon carbide single crystal 5 due to thermal stress as well as crystal defects can be suppressed.

(5)上記(1)〜(4)のいずれかに係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上になる前に、収容部1内の圧力を上げる工程を含む。これにより、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が炭化珪素原料3の表面3aの温度よりも高くなった場合に、成長した炭化珪素単結晶5が昇華することを抑制することができる。   (5) Preferably, in the method for producing a silicon carbide single crystal according to any one of (1) to (4) above, the step of cooling silicon carbide single crystal 5 is performed by adjusting the temperature of second main surface 2b of base 2. Before the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 becomes higher than the temperature. Thereby, when the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 becomes higher than the temperature of the surface 3a of the silicon carbide raw material 3, it can suppress that the grown silicon carbide single crystal 5 sublimates.

(6)上記(1)〜(5)のいずれかに係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、台座2を加熱しながら炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、台座2の第2の主面2bの温度を、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上に維持することができる。   (6) Preferably, in the method for producing a silicon carbide single crystal according to any one of (1) to (5), in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, silicon carbide single crystal 5 is heated while pedestal 2 is heated. To be cooled. Thereby, the temperature of the 2nd main surface 2b of the base 2 can be maintained more than the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5. FIG.

(7)上記(1)〜(6)のいずれかに係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、収容部1の底部1bの温度を、台座2の第2の主面2bの温度よりも低く維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、より確実に、台座2の第2の主面2bの温度を、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上に維持することができるので、冷却時における結晶欠陥の導入または伝搬をより抑制することができる。   (7) Preferably in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to any one of (1) to (6) above, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of bottom 1b of housing portion 1 is set to pedestal 2 The silicon carbide single crystal 5 is cooled while being kept lower than the temperature of the second main surface 2b. Thereby, the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 can be maintained more reliably than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5, so that the introduction or propagation of crystal defects during cooling can be further improved. Can be suppressed.

(8)上記(1)〜(7)のいずれかに係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bの温度を、炭化珪素単結晶5を成長させる工程における台座2の第2の主面2bの温度以上に維持しながら、炭化珪素単結晶5を冷却する工程を含む。これにより、より確実に、台座2の第2の主面2bの温度を、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上に維持することができるので、冷却時における結晶欠陥の導入または伝搬をより抑制することができる。   (8) Preferably, in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to any one of (1) to (7), the step of cooling silicon carbide single crystal 5 is performed by adjusting the temperature of second main surface 2b of base 2. And a step of cooling silicon carbide single crystal 5 while maintaining the temperature of second main surface 2b of base 2 in the step of growing silicon carbide single crystal 5 or higher. Thereby, the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 can be maintained more reliably than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5, so that the introduction or propagation of crystal defects during cooling can be further improved. Can be suppressed.

(9)上記(1)〜(8)のいずれかに係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、炭化珪素単結晶5を成長させる工程後であって、かつ炭化珪素単結晶5を冷却する工程前に、収容部1内の圧力を、炭化珪素単結晶5を成長させる工程における圧力よりも高く維持した状態で炭化珪素単結晶5をアニールする工程をさらに備える。これにより、炭化珪素単結晶5に対する結晶欠陥の導入または伝搬をより抑制することができる。
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成について説明する。
(9) In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to any one of (1) to (8) above, preferably, after the step of growing silicon carbide single crystal 5, and cooling silicon carbide single crystal 5 Before the step, the method further includes a step of annealing silicon carbide single crystal 5 in a state where the pressure in housing portion 1 is maintained higher than the pressure in the step of growing silicon carbide single crystal 5. Thereby, introduction or propagation of crystal defects to silicon carbide single crystal 5 can be further suppressed.
[Details of the embodiment of the present invention]
A configuration of a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

図1に示されるように、炭化珪素単結晶の製造装置10は、収容部1と、台座2と、加熱源(図示せず)と、温度計(図示せず)とを主に有している。収容部1は、内部に炭化珪素原料3を収容可能に構成されている。台座2は、炭化珪素単結晶からなる種結晶4を保持可能に構成されている。台座2は、たとえば円柱状の形状を有しており、第1の主面2aと、第1の主面2aの反対側の第2の主面2bとを有する。種結晶4は、台座2の第1の主面2aに、たとえば接着剤などによって固定されている。台座2は、収容部1の開口部を塞ぐように、収容部1の上部に配置される。収容部1および台座2は、たとえば多孔質のグラファイトを含む材料からなる。   As shown in FIG. 1, the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 10 mainly includes a housing 1, a pedestal 2, a heating source (not shown), and a thermometer (not shown). Yes. Accommodating portion 1 is configured to accommodate silicon carbide raw material 3 therein. Base 2 is configured to be able to hold seed crystal 4 made of a silicon carbide single crystal. The pedestal 2 has, for example, a cylindrical shape, and includes a first main surface 2a and a second main surface 2b opposite to the first main surface 2a. The seed crystal 4 is fixed to the first main surface 2a of the base 2 with, for example, an adhesive. The pedestal 2 is disposed on the upper portion of the housing portion 1 so as to close the opening of the housing portion 1. The accommodating part 1 and the base 2 are made of a material containing, for example, porous graphite.

加熱源は、たとえば収容部1を取り囲むように、収容部1の外部に配置されている。加熱源は、高周波誘導加熱型のコイルであってもよいし、抵抗加熱型のヒーターであってもよい。加熱源は、台座2の第2の主面2bに対面する位置に配置されていてもよい。加熱源は、収容部1の底部1bに対面する位置に配置されていてもよい。温度計は、たとえば放射温度計である。温度計は、たとえば、台座2の第2の主面2b、収容部1の側面1aおよび底部1bの各々の温度を測定可能に構成されていてもよい。温度計は、収容部1の内部の温度を測定可能に構成されていてもよい。   The heat source is arranged outside the housing part 1 so as to surround the housing part 1, for example. The heating source may be a high frequency induction heating type coil or a resistance heating type heater. The heat source may be arranged at a position facing the second main surface 2 b of the base 2. The heat source may be arranged at a position facing the bottom 1 b of the housing 1. The thermometer is, for example, a radiation thermometer. The thermometer may be configured to be able to measure the temperature of each of the second main surface 2b of the pedestal 2, the side surface 1a of the accommodating portion 1, and the bottom portion 1b, for example. The thermometer may be configured to be able to measure the temperature inside the housing unit 1.

次に、本発明の一実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。
図1に示されるように、炭化珪素原料3が、収容部1内に設けられる。炭化珪素原料3は、たとえば多結晶炭化珪素の粉末である。種結晶4は、たとえば接着剤を用いて台座2の第1の主面2aに固定される。種結晶4は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素単結晶からなる。種結晶4の表面の直径は、たとえば100mm以上であり、好ましくは150mm以上である。種結晶4の表面は、たとえば{0001}面から8°以下程度オフした面である。種結晶4は、種結晶4の表面が、炭化珪素原料3の表面3aに対面するように配置される。以上のように、収容部1内に設けられた炭化珪素原料3と、炭化珪素原料3に対面するように設けられ、かつ台座2の第1の主面2aに固定された種結晶4とが準備される。
Next, the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which concerns on one embodiment of this invention is demonstrated.
As shown in FIG. 1, silicon carbide raw material 3 is provided in housing portion 1. Silicon carbide raw material 3 is, for example, polycrystalline silicon carbide powder. Seed crystal 4 is fixed to first main surface 2a of pedestal 2 using, for example, an adhesive. Seed crystal 4 is made of, for example, a polytype 4H hexagonal silicon carbide single crystal. The diameter of the surface of seed crystal 4 is, for example, 100 mm or more, and preferably 150 mm or more. The surface of seed crystal 4 is, for example, a surface that is off by about 8 ° or less from the {0001} plane. Seed crystal 4 is arranged such that the surface of seed crystal 4 faces surface 3 a of silicon carbide raw material 3. As described above, silicon carbide raw material 3 provided in housing portion 1 and seed crystal 4 provided so as to face silicon carbide raw material 3 and fixed to first main surface 2a of pedestal 2 are provided. Be prepared.

次に、収容部1内に設けられている炭化珪素原料3が、たとえば2000℃以上2400℃以下程度の温度になるまで加熱される。炭化珪素原料3が昇温している間、収容部1内の雰囲気ガスの圧力はたとえば80kPa程度に維持される。雰囲気ガスは、たとえばアルゴンガス、ヘリウムガスまたは窒素ガスなどの不活性ガスを含んでいる。次に、収容部1内の雰囲気ガスの圧力が、たとえば1.7kPaにまで減圧される。これにより、収容部1内の炭化珪素原料3が昇華を開始し、炭化珪素原料3の表面に対面した位置に配置されている種結晶4の表面上に再結晶化することにより、種結晶4の表面上に炭化珪素単結晶5が成長し始める。炭化珪素単結晶が成長している間、収容部1内の圧力は、たとえば0.5kPa以上5kPa以下程度の圧力で約10時間程度維持される。以上のように、炭化珪素原料3を昇華させることにより、種結晶4上に炭化珪素単結晶5が成長する。   Next, silicon carbide raw material 3 provided in housing portion 1 is heated to a temperature of, for example, about 2000 ° C. or higher and 2400 ° C. or lower. While the temperature of the silicon carbide raw material 3 is increasing, the pressure of the atmospheric gas in the housing portion 1 is maintained at about 80 kPa, for example. The atmospheric gas contains an inert gas such as argon gas, helium gas or nitrogen gas. Next, the pressure of the atmospheric gas in the housing part 1 is reduced to, for example, 1.7 kPa. Thereby, the silicon carbide raw material 3 in the accommodating part 1 starts sublimation, and recrystallizes on the surface of the seed crystal 4 arrange | positioned in the position facing the surface of the silicon carbide raw material 3, and thereby seed crystal 4 The silicon carbide single crystal 5 begins to grow on the surface of. While the silicon carbide single crystal is growing, the pressure in housing portion 1 is maintained for about 10 hours at a pressure of about 0.5 kPa to 5 kPa, for example. As described above, silicon carbide single crystal 5 grows on seed crystal 4 by sublimating silicon carbide raw material 3.

図2に示されるように、炭化珪素単結晶を成長させる工程においては、種結晶4の表面の温度は、炭化珪素原料3の表面3aの温度よりも低くなるように維持される。具体的には、台座2の第2の主面2bに対して垂直な方向において、収容部1の底部1bの温度が最も高く、かつ台座2の第2の主面2bの温度が最も低くなるように、収容部1および台座2の各々の温度が制御される。収容部1の底部1bの温度は、炭化珪素原料3の底面の温度よりも高い。炭化珪素原料3の底面の温度は、炭化珪素原料3の表面3aの温度より高くてもよい。収容部1の底部1bと炭化珪素原料3の底面との間の温度勾配は、炭化珪素原料3の底面と表面3aとの温度勾配よりも大きくてもよい。炭化珪素原料3の表面3aの温度は、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度よりも高い。しかし、炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの間の温度分布は、特に規定されなくてもよい。炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの間に温度勾配を有する場合、炭化珪素原料3の底面と表面3aとの温度勾配は、炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの温度勾配よりも大きくてもよい。   As shown in FIG. 2, in the step of growing the silicon carbide single crystal, the surface temperature of seed crystal 4 is maintained to be lower than the temperature of surface 3 a of silicon carbide raw material 3. Specifically, in the direction perpendicular to the second main surface 2b of the pedestal 2, the temperature of the bottom 1b of the housing portion 1 is the highest and the temperature of the second main surface 2b of the pedestal 2 is the lowest. Thus, the temperature of each of the accommodating part 1 and the base 2 is controlled. The temperature of bottom portion 1 b of housing portion 1 is higher than the temperature of the bottom surface of silicon carbide raw material 3. The temperature of the bottom surface of silicon carbide raw material 3 may be higher than the temperature of surface 3 a of silicon carbide raw material 3. The temperature gradient between bottom portion 1b of housing portion 1 and the bottom surface of silicon carbide raw material 3 may be larger than the temperature gradient between the bottom surface of silicon carbide raw material 3 and surface 3a. The temperature of surface 3 a of silicon carbide raw material 3 is higher than the temperature of surface 5 a of silicon carbide single crystal 5. However, the temperature distribution between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5 may not be specified. When there is a temperature gradient between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5, the temperature gradient between the bottom surface of silicon carbide raw material 3 and surface 3a is the same as that of surface 3a of silicon carbide raw material 3 and carbonized. The temperature gradient with respect to the surface 5a of the silicon single crystal 5 may be larger.

図2に示されるように、炭化珪素単結晶を成長させる工程において、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度は、台座2の第1の主面2aの温度よりも高い。炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの間の温度分布は、特に規定されなくてもよい。炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの間に温度勾配を有する場合、炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの温度勾配は、炭化珪素単結晶5の表面5aと台座2の第1の主面2aとの温度勾配よりも小さくてもよい。台座2の第1の主面2aの温度は、台座2の第2の主面2bの温度よりも高い。炭化珪素単結晶5の表面5aと台座2の第1の主面2aとの間の温度勾配は、台座2の第1の主面2aと第2の主面2bとの温度勾配よりも大きくてもよい。以上のように、炭化珪素単結晶5を成長させる工程は、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素原料3の表面3aに対面する炭化珪素単結晶5の表面5aの温度よりも低い状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5を成長させる。   As shown in FIG. 2, in the step of growing the silicon carbide single crystal, the temperature of surface 5 a of silicon carbide single crystal 5 is higher than the temperature of first main surface 2 a of pedestal 2. The temperature distribution between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5 may not be particularly specified. When there is a temperature gradient between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5, the temperature gradient between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is silicon carbide. The temperature gradient between the surface 5a of the single crystal 5 and the first main surface 2a of the pedestal 2 may be smaller. The temperature of the first main surface 2a of the pedestal 2 is higher than the temperature of the second main surface 2b of the pedestal 2. The temperature gradient between surface 5a of silicon carbide single crystal 5 and first main surface 2a of pedestal 2 is greater than the temperature gradient between first main surface 2a and second main surface 2b of pedestal 2. Also good. As described above, in the step of growing silicon carbide single crystal 5, the temperature of second main surface 2 b of pedestal 2 is higher than the temperature of surface 5 a of silicon carbide single crystal 5 facing surface 3 a of silicon carbide raw material 3. The silicon carbide single crystal 5 is grown while maintaining a low state.

次に、炭化珪素単結晶5の結晶成長が終了した後、炭化珪素単結晶5が冷却される。炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される工程を含む。好ましくは、台座2を加熱しながら炭化珪素単結晶5が冷却される。たとえば、台座2の第2の主面2bに対面する加熱源をオンにした状態で、収容部1の側面1aに対面する加熱源をオフにすることで、台座2を加熱しながら炭化珪素単結晶5が冷却される。代替的には、台座2の第2の主面2bを加熱せずに、炭化珪素単結晶5を積極的に冷却することにより、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却されてもよい。   Next, after the crystal growth of silicon carbide single crystal 5 is completed, silicon carbide single crystal 5 is cooled. The step of cooling silicon carbide single crystal 5 is performed by cooling silicon carbide single crystal 5 while maintaining the temperature of second main surface 2b of base 2 equal to or higher than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. The process is included. Preferably, silicon carbide single crystal 5 is cooled while base 2 is heated. For example, with the heating source facing the second main surface 2b of the pedestal 2 turned on, the heating source facing the side surface 1a of the housing portion 1 is turned off to turn off the silicon carbide single unit while heating the pedestal 2. Crystal 5 is cooled. Alternatively, the silicon carbide single crystal 5 is actively cooled without heating the second main surface 2b of the pedestal 2, so that the temperature of the second main surface 2b of the pedestal 2 becomes the silicon carbide single crystal. Silicon carbide single crystal 5 may be cooled while maintaining a temperature equal to or higher than the temperature of surface 5a of crystal 5.

図3に示されるように、炭化珪素単結晶を冷却する工程においては、台座2の第2の主面2bに対して垂直な方向において、収容部1の底部1bの温度が最も低く、かつ台座2の第2の主面2bの温度が最も高くなるように、収容部1および台座2の各々の温度が制御される。つまり、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、収容部1の底部1bの温度を、台座2の第2の主面2bの温度よりも低く維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。収容部1の底部1bの温度は、炭化珪素原料3の底面の温度よりも低い。炭化珪素原料3 の底面の温度は、炭化珪素原料3の表面3aの温度よりも低い。収容部1の底部1bと炭化珪素原料3の底面との間の温度勾配は、炭化珪素原料3の底面と表面3aとの温度勾配よりも大きくてもよい。炭化珪素原料3の表面3aの温度は、炭化珪素単結晶5の表面5 aの温度よりも低くてもよい。炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの間の温度分布は、特に規定されなくてもよい。炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの間に温度勾配を有する場合、炭化珪素原料3の底面と表面3aとの温度勾配は、炭化珪素原料3 の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの温度勾配よりも大きくてもよい。   As shown in FIG. 3, in the step of cooling the silicon carbide single crystal, the temperature of the bottom portion 1 b of the housing portion 1 is the lowest in the direction perpendicular to the second main surface 2 b of the pedestal 2, and the pedestal The temperature of each of the accommodating portion 1 and the base 2 is controlled so that the temperature of the second second main surface 2b is the highest. That is, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining the temperature of bottom portion 1 b of housing portion 1 lower than the temperature of second main surface 2 b of pedestal 2. . The temperature of bottom portion 1 b of housing portion 1 is lower than the temperature of the bottom surface of silicon carbide raw material 3. The temperature of the bottom surface of silicon carbide raw material 3 is lower than the temperature of surface 3 a of silicon carbide raw material 3. The temperature gradient between bottom portion 1b of housing portion 1 and the bottom surface of silicon carbide raw material 3 may be larger than the temperature gradient between the bottom surface of silicon carbide raw material 3 and surface 3a. The temperature of surface 3 a of silicon carbide raw material 3 may be lower than the temperature of surface 5 a of silicon carbide single crystal 5. The temperature distribution between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5 may not be particularly specified. When there is a temperature gradient between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5, the temperature gradient between the bottom surface of silicon carbide raw material 3 and surface 3a is the same as that of surface 3a of silicon carbide raw material 3 and carbonized. The temperature gradient with respect to the surface 5a of the silicon single crystal 5 may be larger.

図3に示されるように、炭化珪素単結晶を冷却する工程において、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度は、台座2の第1の主面2aの温度よりも低い。炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの間の温度分布は、特に規定されなくてもよい。炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの間に温度勾配を有する場合、炭化珪素原料3の表面3aと炭化珪素単結晶5の表面5aとの温度勾配は、炭化珪素単結晶5の表面5aと台座2の第1の主面2aとの温度勾配よりも小さくてもよい。台座2の第1の主面2aの温度は、台座2の第2の主面2bの温度よりも低い。炭化珪素単結晶5の表面5aと台座2の第1の主面2aとの間の温度勾配は、台座2の第1の主面2aと第2の主面2bとの温度勾配よりも大きくてもよい。以上のように、炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素原料3の表面3aに対面する炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上の状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5を冷却する工程を含む。なお、炭化珪素単結晶5を冷却する工程のある一部の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの未満になってもよい。   As shown in FIG. 3, in the step of cooling the silicon carbide single crystal, the temperature of surface 5 a of silicon carbide single crystal 5 is lower than the temperature of first main surface 2 a of pedestal 2. The temperature distribution between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5 may not be particularly specified. When there is a temperature gradient between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5, the temperature gradient between surface 3a of silicon carbide raw material 3 and surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is silicon carbide. The temperature gradient between the surface 5a of the single crystal 5 and the first main surface 2a of the pedestal 2 may be smaller. The temperature of the first main surface 2a of the pedestal 2 is lower than the temperature of the second main surface 2b of the pedestal 2. The temperature gradient between surface 5a of silicon carbide single crystal 5 and first main surface 2a of pedestal 2 is greater than the temperature gradient between first main surface 2a and second main surface 2b of pedestal 2. Also good. As described above, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of second main surface 2b of base 2 is equal to or higher than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 facing surface 3a of silicon carbide raw material 3. The process of cooling the silicon carbide single crystal 5 is included, maintaining this state. It should be noted that the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 may be lower than surface 5a of silicon carbide single crystal 5 in a part of the temperature range in which there is a step of cooling silicon carbide single crystal 5.

なお、上記各面における温度とは、各面の中心の温度である。たとえば、台座2の第2の主面2bの温度とは、台座2の第2の主面2bの中心の温度のことである。好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bの温度の平均値が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度の平均値以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。より好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、収容部1の底部1bの温度の平均値を、台座2の第2の主面2bの温度の平均値よりも低く維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。なお、上記各面における温度の平均値とは、各面の異なる複数の位置(たとえば中心を含む5箇所の位置)を測定した場合における、全ての測定点の温度の平均値である。さらに好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bにおける複数の測定位置の温度の最大値が、炭化珪素単結晶5の表面5aにおける複数の測定位置の温度の最小値以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。さらに好ましくは、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、収容部1の底部1bの複数の測定位置の温度の最大値を、台座2の第2の主面2bの複数の測定位置の温度の最小値よりも低く維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。   The temperature at each surface is the temperature at the center of each surface. For example, the temperature of the second main surface 2 b of the pedestal 2 is the temperature at the center of the second main surface 2 b of the pedestal 2. Preferably, the step of cooling silicon carbide single crystal 5 maintains a state where the average value of the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 is equal to or higher than the average value of the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. However, the silicon carbide single crystal 5 is cooled. More preferably, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, carbonization is performed while maintaining the average value of the temperature of bottom portion 1 b of housing portion 1 lower than the average value of the temperature of second main surface 2 b of pedestal 2. The silicon single crystal 5 is cooled. In addition, the average value of the temperature in each said surface is an average value of the temperature of all the measurement points at the time of measuring several different positions (for example, five positions including a center) of each surface. More preferably, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the maximum value of the temperature at the plurality of measurement positions on second main surface 2 b of pedestal 2 is set at a plurality of measurement positions on surface 5 a of silicon carbide single crystal 5. Silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining a state of not less than the minimum value of temperature. More preferably, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the maximum value of the temperatures at the plurality of measurement positions on bottom 1 b of housing portion 1 is set to the temperature at the plurality of measurement positions on second main surface 2 b of pedestal 2. The silicon carbide single crystal 5 is cooled while being kept lower than the minimum value.

なお、各面における温度は、たとえば放射温度計により測定することができる。収容部1内に成長する炭化珪素単結晶5の表面5aの温度を直接測定することが困難である場合は、炭化珪素単結晶5が接する種結晶4の表面に沿った平面における収容部1の側面1aの位置1a1の温度を基準にすることができる(図1参照)。位置1a1の温度は、炭化珪素単結晶5の表面5aの中心の温度よりも高いので、台座2の第2の主面2bの中心の温度が、位置1a1の温度よりも高い場合は、台座2の第2の主面2bの中心の温度は、炭化珪素単結晶5の表面5aの中心の温度よりも高いと推定することができる。つまり、炭化珪素単結晶5の表面5aの中心の温度を位置1a1の温度と読み替えて冷却時の条件を決めることができる。   In addition, the temperature in each surface can be measured, for example with a radiation thermometer. When it is difficult to directly measure the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 growing in the housing portion 1, the surface of the housing portion 1 in a plane along the surface of the seed crystal 4 in contact with the silicon carbide single crystal 5 The temperature at the position 1a1 of the side surface 1a can be used as a reference (see FIG. 1). Since the temperature at the position 1a1 is higher than the temperature at the center of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5, if the temperature at the center of the second main surface 2b of the pedestal 2 is higher than the temperature at the position 1a1, the pedestal 2 It can be estimated that the temperature at the center of the second main surface 2 b is higher than the temperature at the center of the surface 5 a of the silicon carbide single crystal 5. That is, the temperature at the center of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 can be read as the temperature at the position 1a1 to determine the cooling conditions.

図4および図6〜9に示されるように、炭化珪素単結晶5の表面5aおよび台座2の第2の主面2bの各々の温度の時間変化について説明する。図4および図6〜9において、破線11が炭化珪素単結晶5の表面5aの温度を示しており、実線12が台座2の第2の主面2bの温度を示している。図4および図6〜9において、時間T0から時間T1までが、実質的に炭化珪素単結晶を成長させる工程である。   As shown in FIG. 4 and FIGS. 6 to 9, the time change of the temperatures of the surface 5 a of the silicon carbide single crystal 5 and the second main surface 2 b of the base 2 will be described. 4 and 6 to 9, the broken line 11 indicates the temperature of the surface 5 a of the silicon carbide single crystal 5, and the solid line 12 indicates the temperature of the second main surface 2 b of the pedestal 2. 4 and 6 to 9, the period from time T0 to time T1 is a step of substantially growing the silicon carbide single crystal.

図4に示されるように、炭化珪素単結晶を成長させる工程において、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度は、台座2の第2の主面2bの温度よりも高い状態を維持している。炭化珪素単結晶を成長させる工程において、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度A1は、たとえば2100℃以上2400℃以下であり、台座2の第2の主面2bの温度A2は、たとえば2000℃以上2300℃以下である。時間T1以降において、炭化珪素単結晶5および台座2が冷却される。炭化珪素単結晶5の冷却速度は、台座2の冷却速度よりも大きくてもよい。時間T2において、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度は、台座2の第2の主面2bの温度と等しくなる。時間T2以降において、台座2の第2の主面2bの温度は、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上に維持される。   As shown in FIG. 4, in the step of growing the silicon carbide single crystal, the temperature of surface 5 a of silicon carbide single crystal 5 is maintained higher than the temperature of second main surface 2 b of pedestal 2. . In the step of growing the silicon carbide single crystal, the temperature A1 of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 is not less than 2100 ° C. and not more than 2400 ° C., for example, and the temperature A2 of the second main surface 2b of the base 2 is, for example, 2000 ° C. The temperature is 2300 ° C. or lower. After time T1, silicon carbide single crystal 5 and pedestal 2 are cooled. The cooling rate of silicon carbide single crystal 5 may be larger than the cooling rate of pedestal 2. At time T2, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 becomes equal to the temperature of second main surface 2b of pedestal 2. After time T2, the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 is maintained at or above the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5.

好ましくは、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1800℃以上2000℃以下の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。たとえば、図4において温度A3は2000℃であり、温度A4は1800℃である。なお、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が2000℃よりも高い場合および1800℃よりも低い場合において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度よりも低くなっても構わない。   Preferably, in the temperature region where the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is not lower than 1800 ° C. and not higher than 2000 ° C., the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 is equal to or higher than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. While maintaining a certain state, silicon carbide single crystal 5 is cooled. For example, in FIG. 4, the temperature A3 is 2000 ° C., and the temperature A4 is 1800 ° C. When the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is higher than 2000 ° C. and lower than 1800 ° C., the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 is the same as that of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. It may be lower than the temperature.

好ましくは、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1000℃以上2000℃以下の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。より好ましくは、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が500℃以上2000℃以下の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。   Preferably, in the temperature range where surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is not lower than 1000 ° C. and not higher than 2000 ° C., the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 is equal to or higher than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. While maintaining a certain state, silicon carbide single crystal 5 is cooled. More preferably, the temperature of the second main surface 2b of the pedestal 2 is equal to or higher than the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 in the temperature range where the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 is 500 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. While maintaining this state, silicon carbide single crystal 5 is cooled.

図5に示されるように、収容部1の圧力の時間変化について説明する。図5に示されるように、炭化珪素単結晶5を実質的に成長させている時間T0〜時間T1の間における圧力P2は、たとえば0.5kPa以上5kPa以下である。炭化珪素単結晶5の結晶成長が実質的に終了した後の時間T1に、炭化珪素単結晶5の冷却が開始される。好ましくは、炭化珪素単結晶5の冷却を開始した時間T1以降であって、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上になる時間T2よりも前に、収容部1内の圧力が上げられる。具体的には、たとえば時間T2における収容部1内の圧力P1は30kPaである。たとえば収容部1内にアルゴンなどの不活性ガスが導入されることにより、収容部1内の圧力が上げられる。炭化珪素単結晶5の冷却を開始する前に、収容部1内の圧力が、結晶成長中の圧力よりも上げられてもよい。   As FIG. 5 shows, the time change of the pressure of the accommodating part 1 is demonstrated. As shown in FIG. 5, pressure P2 between time T0 and time T1 during which silicon carbide single crystal 5 is substantially grown is, for example, not less than 0.5 kPa and not more than 5 kPa. Cooling of the silicon carbide single crystal 5 is started at time T1 after the crystal growth of the silicon carbide single crystal 5 is substantially finished. Preferably, after the time T1 when the cooling of the silicon carbide single crystal 5 is started, the time is higher than the time T2 when the temperature of the second main surface 2b of the base 2 is equal to or higher than the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5. Before, the pressure in the accommodating part 1 is raised. Specifically, for example, the pressure P1 in the housing part 1 at time T2 is 30 kPa. For example, by introducing an inert gas such as argon into the storage unit 1, the pressure in the storage unit 1 is increased. Before the cooling of the silicon carbide single crystal 5 is started, the pressure in the housing portion 1 may be raised above the pressure during crystal growth.

図6に示されるように、炭化珪素単結晶5の冷却を開始した後、一定時間経過後、台座2の第2の主面2bの温度を一定時間維持した後に、再度、台座2の第2の主面2bを冷却してもよい。図6に示すように、炭化珪素単結晶5の結晶成長が実質的に終了した時間T1の後、炭化珪素単結晶5および台座2の各々が冷却される。時間T2から時間T4まで、台座2の第2の主面2bを温度A3に維持する。一方、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度は、時間T2から時間T4の間、単調に減少する。時間T3において、台座2の第2の主面2bの温度は、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度と等しくなる。時間T3から時間T4の間において、台座2の第2の主面2bの温度は、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上に維持される。 As shown in FIG. 6, after the cooling of the silicon carbide single crystal 5 is started, after a predetermined time has elapsed, the temperature of the second main surface 2 b of the base 2 is maintained for a predetermined time, and then the second of the base 2 is again formed. The main surface 2b may be cooled. As shown in FIG. 6, each of silicon carbide single crystal 5 and pedestal 2 is cooled after time T1 when crystal growth of silicon carbide single crystal 5 is substantially completed. From time T2 to time T4, the second main surface 2b of the base 2 is maintained at the temperature A3. On the other hand, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 monotonously decreases from time T2 to time T4. At time T3, the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 becomes equal to the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. Between time T3 and time T4, the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 is maintained at or above the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5.

図7に示されるように、炭化珪素単結晶5を冷却する工程において、台座2の第2の主面2bの温度を、炭化珪素単結晶5を成長させる工程における台座2の第2の主面2bの温度以上に維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却されてもよい。図7に示すように、炭化珪素単結晶5の結晶成長が実質的に終了した時間T1の後、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度は、単調に減少する。一方、台座2の第2の主面2bは、時間T1以降時間T3まで、結晶成長時の温度A2を維持する。時間T2において、台座2の第2の主面2bの温度は、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度と等しくなる。時間T2から時間T3の間において、台座2の第2の主面2bの温度は、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上に維持される。   As shown in FIG. 7, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of second main surface 2 b of pedestal 2 is set to the second main surface of pedestal 2 in the step of growing silicon carbide single crystal 5. Silicon carbide single crystal 5 may be cooled while maintaining the temperature at 2b or higher. As shown in FIG. 7, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 monotonously decreases after time T1 when the crystal growth of silicon carbide single crystal 5 is substantially completed. On the other hand, the second main surface 2b of the pedestal 2 maintains the temperature A2 during crystal growth from time T1 to time T3. At time T2, the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 becomes equal to the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. Between time T2 and time T3, the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 is maintained at or above the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5.

図8に示されるように、炭化珪素単結晶5の結晶成長が実質的に終了した時間T1以降、炭化珪素単結晶5を冷却しつつ、台座2が加熱されてもよい。この場合、時間T1以降、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度は、単調に減少する。一方、台座2の第2の主面2bの温度は、時間T1以降、一度結晶成長時の温度よりも高くなり、時間T2において、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度と等しくなる。時間T2における、台座2の第2の主面2bの温度A3は、結晶成長中の台座2の第2の主面2bの温度よりも高く、かつ結晶成長中の炭化珪素単結晶5の表面5aの温度よりも低くてもよい。台座2の第2の主面2bの温度は、時間T2以降さらに上昇して最大値を示した後、減少を開始してもよい。   As shown in FIG. 8, pedestal 2 may be heated while cooling silicon carbide single crystal 5 after time T <b> 1 when crystal growth of silicon carbide single crystal 5 is substantially completed. In this case, after time T1, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 decreases monotonously. On the other hand, the temperature of second main surface 2b of base 2 becomes higher than the temperature at the time of crystal growth once after time T1, and becomes equal to the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 at time T2. At time T2, temperature A3 of second main surface 2b of pedestal 2 is higher than the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 during crystal growth, and surface 5a of silicon carbide single crystal 5 during crystal growth. The temperature may be lower. The temperature of the second main surface 2b of the pedestal 2 may further increase after the time T2 and shows a maximum value, and then start to decrease.

図9に示されるように、炭化珪素単結晶5を成長させる工程後であって、かつ炭化珪素単結晶5を冷却する工程前に、炭化珪素単結晶5をアニールする工程が実施されてもよい。たとえば、時間T0以降時間T1までが炭化珪素単結晶5の結晶成長工程であり、時間T1以降時間T3までが炭化珪素単結晶5のアニール工程であり、時間T3以降が炭化珪素単結晶5の冷却工程である。炭化珪素単結晶5の結晶成長が実質的に終了した時間T1の後、収容部1内の圧力を、炭化珪素単結晶5を成長させる工程における圧力よりも高く維持した状態で、炭化珪素単結晶5がアニールされる。具体的には、時間T1以降において、収容部1内にたとえばアルゴンなど不活性ガスが導入された状態で、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が、温度A1から温度A5にまで上昇する。時間T2以降時間T3までの間、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が温度A5に維持される。台座2の第2の主面2bは、たとえば温度A1よりも高い温度に維持される。時間T3以降、炭化珪素単結晶5および台座2の各々が冷却される。結晶成長時における、炭化珪素単結晶5の表面と台座2の第2の主面2bとの温度差は、アニール時における温度差よりも大きくてもよい。   As shown in FIG. 9, the step of annealing silicon carbide single crystal 5 may be performed after the step of growing silicon carbide single crystal 5 and before the step of cooling silicon carbide single crystal 5. . For example, the time from time T0 to time T1 is the crystal growth process of silicon carbide single crystal 5, the time from time T1 to time T3 is the annealing process for silicon carbide single crystal 5, and the time after time T3 is the cooling of silicon carbide single crystal 5. It is a process. After the time T1 when the crystal growth of the silicon carbide single crystal 5 is substantially completed, the silicon carbide single crystal is maintained in a state where the pressure in the housing portion 1 is maintained higher than the pressure in the step of growing the silicon carbide single crystal 5. 5 is annealed. Specifically, after time T1, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 rises from temperature A1 to temperature A5 in a state where an inert gas such as argon is introduced into housing portion 1. Between time T2 and time T3, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is maintained at temperature A5. Second main surface 2b of base 2 is maintained at a temperature higher than temperature A1, for example. After time T3, each of silicon carbide single crystal 5 and pedestal 2 is cooled. The temperature difference between the surface of silicon carbide single crystal 5 and second main surface 2b of pedestal 2 during crystal growth may be larger than the temperature difference during annealing.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、収容部1内に設けられた炭化珪素原料3と、炭化珪素原料3に対面するように設けられ、かつ台座2の第1の主面2aに固定された種結晶4とが準備される。炭化珪素原料3を昇華させることにより、種結晶4上に炭化珪素単結晶5が成長する。炭化珪素単結晶5が成長した後、炭化珪素単結晶5が冷却される。炭化珪素単結晶5を成長させる工程は、台座2の第1の主面2aとは反対側の第2の主面2bの温度が、炭化珪素原料3に対面する炭化珪素単結晶5の表面5aの温度よりも低い状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5を成長させる工程を含む。炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、炭化珪素単結晶5の冷却時に、炭化珪素単結晶5に対する結晶欠陥の導入または伝搬を抑制することができる。
Next, the effect of the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment will be described.
According to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, silicon carbide raw material 3 provided in housing portion 1, provided so as to face silicon carbide raw material 3, and the first of pedestal 2 is provided. A seed crystal 4 fixed to the main surface 2a is prepared. By sublimating silicon carbide raw material 3, silicon carbide single crystal 5 grows on seed crystal 4. After silicon carbide single crystal 5 is grown, silicon carbide single crystal 5 is cooled. In the step of growing silicon carbide single crystal 5, surface 5 a of silicon carbide single crystal 5 in which the temperature of second main surface 2 b opposite to first main surface 2 a of pedestal 2 faces silicon carbide raw material 3 is used. A step of growing silicon carbide single crystal 5 while maintaining a state lower than the temperature of. The step of cooling silicon carbide single crystal 5 is performed by cooling silicon carbide single crystal 5 while maintaining the temperature of second main surface 2b of base 2 equal to or higher than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. Is done. Thereby, when silicon carbide single crystal 5 is cooled, introduction or propagation of crystal defects to silicon carbide single crystal 5 can be suppressed.

また本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1800℃以上2000℃以下の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1800℃以上2000℃以下の温度域における炭化珪素単結晶5の冷却過程においては、炭化珪素単結晶5を構成している原子が動きやすい。そのため、当該温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却されることにより、冷却時における結晶欠陥の導入または伝搬を抑制することができる。   According to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is in the temperature range of 1800 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. The silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining the temperature of the second main surface 2b of the base 2 equal to or higher than the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5. In the cooling process of silicon carbide single crystal 5 in the temperature range where the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is not lower than 1800 ° C. and not higher than 2000 ° C., the atoms constituting silicon carbide single crystal 5 tend to move. Therefore, in the temperature range, silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 at or above the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5. The introduction or propagation of crystal defects during cooling can be suppressed.

さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1000℃以上2000℃以下の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が1000℃以上1800℃未満の温度領域においても炭化珪素単結晶5内の熱応力を小さくすることができる。そのため、特に熱応力に起因して1000℃以上で炭化珪素単結晶5に入ると考えられている基底面転位を抑制することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing silicon carbide single crystal according to the present embodiment, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is in the temperature range of 1000 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. The silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining the temperature of the second main surface 2b of the base 2 equal to or higher than the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5. Thereby, the thermal stress in silicon carbide single crystal 5 can be reduced even in the temperature region where the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is 1000 ° C. or higher and lower than 1800 ° C. Therefore, basal plane dislocations that are considered to enter silicon carbide single crystal 5 at 1000 ° C. or higher due to thermal stress can be suppressed.

さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が500℃以上2000℃以下の温度域において、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上である状態を維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が500℃以上1000℃未満の温度領域においても炭化珪素単結晶5内の熱応力を小さくすることができる。そのため、結晶欠陥のみならず熱応力に起因して炭化珪素単結晶5に入るクラックまたは炭化珪素単結晶5の割れを抑制することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5 is in the temperature range of 500 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. The silicon carbide single crystal 5 is cooled while maintaining the temperature of the second main surface 2b of the base 2 equal to or higher than the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5. Thereby, the thermal stress in silicon carbide single crystal 5 can be reduced even in the temperature region where surface 5a of silicon carbide single crystal 5 has a temperature of 500 ° C. or higher and lower than 1000 ° C. Therefore, cracks entering silicon carbide single crystal 5 or cracking of silicon carbide single crystal 5 due to thermal stress as well as crystal defects can be suppressed.

さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bの温度が、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上になる前に、収容部1内の圧力を上げる工程を含む。これにより、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度が炭化珪素原料3の表面3aの温度よりも高くなった場合に、成長した炭化珪素単結晶5が昇華することを抑制することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the step of cooling silicon carbide single crystal 5 is performed such that the temperature of second main surface 2b of base 2 is the surface 5a of silicon carbide single crystal 5. A step of increasing the pressure in the accommodating portion 1 before the temperature becomes equal to or higher than the temperature. Thereby, when the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5 becomes higher than the temperature of the surface 3a of the silicon carbide raw material 3, it can suppress that the grown silicon carbide single crystal 5 sublimates.

さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、台座2を加熱しながら炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、台座2の第2の主面2bの温度を、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上に維持することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, silicon carbide single crystal 5 is cooled while pedestal 2 is heated. Thereby, the temperature of the 2nd main surface 2b of the base 2 can be maintained more than the temperature of the surface 5a of the silicon carbide single crystal 5. FIG.

さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶5を冷却する工程では、収容部1の底部1bの温度を、台座2の第2の主面2bの温度よりも低く維持しながら、炭化珪素単結晶5が冷却される。これにより、より確実に、台座2の第2の主面2bの温度を、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上に維持することができるので、冷却時における結晶欠陥の導入または伝搬をより抑制することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, in the step of cooling silicon carbide single crystal 5, the temperature of bottom portion 1b of housing portion 1 is set to the temperature of second main surface 2b of pedestal 2. The silicon carbide single crystal 5 is cooled while being kept lower. Thereby, the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 can be maintained more reliably than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5, so that the introduction or propagation of crystal defects during cooling can be further improved. Can be suppressed.

さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶5を冷却する工程は、台座2の第2の主面2bの温度を、炭化珪素単結晶5を成長させる工程における台座2の第2の主面2bの温度以上に維持しながら、炭化珪素単結晶5を冷却する工程を含む。これにより、より確実に、台座2の第2の主面2bの温度を、炭化珪素単結晶5の表面5aの温度以上に維持することができるので、冷却時における結晶欠陥の導入または伝搬をより抑制することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the step of cooling silicon carbide single crystal 5 causes the temperature of second main surface 2b of base 2 to grow silicon carbide single crystal 5. The process includes cooling the silicon carbide single crystal 5 while maintaining the temperature of the second main surface 2b of the base 2 of the pedestal 2 in the process. Thereby, the temperature of second main surface 2b of pedestal 2 can be maintained more reliably than the temperature of surface 5a of silicon carbide single crystal 5, so that the introduction or propagation of crystal defects during cooling can be further improved. Can be suppressed.

さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶5を成長させる工程後であって、かつ炭化珪素単結晶5を冷却する工程前に、収容部1内の圧力を、炭化珪素単結晶5を成長させる工程における圧力よりも高く維持した状態で炭化珪素単結晶5をアニールする工程をさらに備える。これにより、炭化珪素単結晶5に対する結晶欠陥の導入または伝搬をより抑制することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, after the step of growing silicon carbide single crystal 5 and before the step of cooling silicon carbide single crystal 5, The method further includes the step of annealing the silicon carbide single crystal 5 in a state where the pressure is maintained higher than the pressure in the step of growing the silicon carbide single crystal 5. Thereby, introduction or propagation of crystal defects to silicon carbide single crystal 5 can be further suppressed.

今回開示された実施の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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。   The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 収容部
1a 側面
1a1 位置
1b 底部
2 台座
2a 第1の主面(表面)
2b 第2の主面(裏面)
3 炭化珪素原料
3a,4a,5a 表面
4 種結晶
5 炭化珪素単結晶
10 炭化珪素単結晶の製造装置
11 炭化珪素単結晶の表面の温度
12 台座の第2の主面の温度
A1,A2,A3,A4,A5 温度
P1,P2 圧力
T0,T1,T2,T3,T4 時間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Storage part 1a Side surface 1a1 Position 1b Bottom part 2 Base 2a 1st main surface (surface)
2b Second main surface (back surface)
3 Silicon carbide raw material 3a, 4a, 5a Surface 4 Seed crystal 5 Silicon carbide single crystal 10 Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 11 Temperature of surface of silicon carbide single crystal 12 Temperature of second main surface of pedestal A1, A2, A3 , A4, A5 Temperature P1, P2 Pressure T0, T1, T2, T3, T4 Time

Claims (9)

収容部内に設けられた炭化珪素原料と、前記炭化珪素原料に対面するように設けられ、かつ台座の第1の主面に固定された種結晶とを準備する工程と、
前記炭化珪素原料を昇華させることにより、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、
前記炭化珪素単結晶を成長させる工程の後、前記炭化珪素単結晶を冷却する工程とを備え、
前記炭化珪素単結晶を成長させる工程は、前記台座の前記第1の主面とは反対側の第2の主面の温度が、前記炭化珪素原料に対面する前記炭化珪素単結晶の表面の温度よりも低い状態を維持しながら、前記炭化珪素単結晶を成長させる工程を含み、
前記炭化珪素単結晶を冷却する工程は、前記台座の前記第2の主面の温度が、前記炭化珪素単結晶の前記表面の温度以上である状態を維持しながら、前記炭化珪素単結晶を冷却する工程を含む、炭化珪素単結晶の製造方法。
Preparing a silicon carbide raw material provided in the housing portion and a seed crystal provided to face the silicon carbide raw material and fixed to the first main surface of the pedestal;
Growing a silicon carbide single crystal on the seed crystal by sublimating the silicon carbide raw material;
After the step of growing the silicon carbide single crystal, the step of cooling the silicon carbide single crystal,
In the step of growing the silicon carbide single crystal, the temperature of the second main surface opposite to the first main surface of the pedestal is the temperature of the surface of the silicon carbide single crystal facing the silicon carbide raw material. A step of growing the silicon carbide single crystal while maintaining a lower state,
The step of cooling the silicon carbide single crystal includes cooling the silicon carbide single crystal while maintaining the temperature of the second main surface of the pedestal at or above the temperature of the surface of the silicon carbide single crystal. The manufacturing method of the silicon carbide single crystal including the process to do.
前記炭化珪素単結晶を冷却する工程では、前記炭化珪素単結晶の前記表面の温度が1800℃以上2000℃以下の温度域において、前記台座の前記第2の主面の温度が、前記炭化珪素単結晶の前記表面の温度以上である状態を維持しながら、前記炭化珪素単結晶が冷却される、請求項1に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   In the step of cooling the silicon carbide single crystal, the temperature of the second main surface of the pedestal is set in the temperature range of the surface of the silicon carbide single crystal of 1800 ° C. or more and 2000 ° C. or less. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein the silicon carbide single crystal is cooled while maintaining a temperature equal to or higher than the temperature of the surface of the crystal. 前記炭化珪素単結晶を冷却する工程では、前記炭化珪素単結晶の前記表面の温度が1000℃以上2000℃以下の温度域において、前記台座の前記第2の主面の温度が、前記炭化珪素単結晶の前記表面の温度以上である状態を維持しながら、前記炭化珪素単結晶が冷却される、請求項2に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   In the step of cooling the silicon carbide single crystal, the temperature of the second main surface of the pedestal is set in the temperature range where the surface temperature of the silicon carbide single crystal is 1000 ° C. or more and 2000 ° C. or less. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 2, wherein the silicon carbide single crystal is cooled while maintaining a temperature equal to or higher than the temperature of the surface of the crystal. 前記炭化珪素単結晶を冷却する工程では、前記炭化珪素単結晶の前記表面の温度が500℃以上2000℃以下の温度域において、前記台座の前記第2の主面の温度が、前記炭化珪素単結晶の前記表面の温度以上である状態を維持しながら、前記炭化珪素単結晶が冷却される、請求項3に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   In the step of cooling the silicon carbide single crystal, the temperature of the second main surface of the pedestal is set in the temperature range of the surface of the silicon carbide single crystal of 500 ° C. or more and 2000 ° C. or less. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 3, wherein the silicon carbide single crystal is cooled while maintaining a temperature equal to or higher than the temperature of the surface of the crystal. 前記炭化珪素単結晶を冷却する工程は、前記台座の前記第2の主面の温度が、前記炭化珪素単結晶の前記表面の温度以上になる前に、前記収容部内の圧力を上げる工程を含む、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方法。   The step of cooling the silicon carbide single crystal includes the step of increasing the pressure in the housing portion before the temperature of the second main surface of the pedestal becomes equal to or higher than the temperature of the surface of the silicon carbide single crystal. The manufacturing method of the silicon carbide single crystal of any one of Claims 1-4. 前記炭化珪素単結晶を冷却する工程では、前記台座を加熱しながら前記炭化珪素単結晶が冷却される、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein in the step of cooling the silicon carbide single crystal, the silicon carbide single crystal is cooled while heating the pedestal. 前記炭化珪素単結晶を冷却する工程では、前記収容部の底部の温度を、前記台座の前記第2の主面の温度よりも低く維持しながら、前記炭化珪素単結晶が冷却される、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The silicon carbide single crystal is cooled in the step of cooling the silicon carbide single crystal while maintaining the temperature of the bottom of the housing portion lower than the temperature of the second main surface of the pedestal. The manufacturing method of the silicon carbide single crystal of any one of Claims 1-6. 前記炭化珪素単結晶を冷却する工程は、前記台座の前記第2の主面の温度を、前記炭化珪素単結晶を成長させる工程における前記台座の前記第2の主面の温度以上に維持しながら、前記炭化珪素単結晶を冷却する工程を含む、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The step of cooling the silicon carbide single crystal is performed while maintaining the temperature of the second main surface of the pedestal at or above the temperature of the second main surface of the pedestal in the step of growing the silicon carbide single crystal. The manufacturing method of the silicon carbide single crystal of any one of Claims 1-7 including the process of cooling the said silicon carbide single crystal. 前記炭化珪素単結晶を成長させる工程後であって、かつ前記炭化珪素単結晶を冷却する工程前に、前記収容部内の圧力を、前記炭化珪素単結晶を成長させる工程における圧力よりも高く維持した状態で前記炭化珪素単結晶をアニールする工程をさらに備える、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   After the step of growing the silicon carbide single crystal and before the step of cooling the silicon carbide single crystal, the pressure in the housing portion is maintained higher than the pressure in the step of growing the silicon carbide single crystal. The method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to claim 1, further comprising a step of annealing the silicon carbide single crystal in a state.
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US7323052B2 (en) * 2005-03-24 2008-01-29 Cree, Inc. Apparatus and method for the production of bulk silicon carbide single crystals
US8449671B2 (en) * 2007-06-27 2013-05-28 Ii-Vi Incorporated Fabrication of SiC substrates with low warp and bow
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