JPH09221397A - 炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大口径かつマイクロパイプ欠陥の無い炭化珪素
単結晶を効率よく、低コストで大量に製造する。 【解決手段】（１１０）面方位のシリコンウエハ１４の
上に化学的気相成長法により（１１０）面立方晶炭化珪
素単結晶層１５を成長させる。フッ酸と硝酸の混液を用
いて（１１０）面方位のシリコンウエハ１４を除去し、
（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５を接着剤１６
により結晶成長装置の蓋材４ｂに接合して（１１０）面
立方晶炭化珪素単結晶層１５を蓋材４ｂに固定する。こ
の蓋材４ｂを単結晶成長装置に装着して昇華再結晶法に
より（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５を種とし
て（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５に（１１２
^* ０）面α型炭化珪素単結晶１９を成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炭化珪素単結晶の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭化珪素単結晶基板は高耐圧電力
用トランジスタ、高耐圧ダイオード等の高耐圧大電力用
半導体装置の半導体基板として開発されている。この炭
化珪素単結晶基板の製造方法としては、アチソン法、レ
ーリー法、昇華再結晶法（改良レーリー法）等が知られ
ている。このうち半導体基板の製造方法としては、大面
積かつ高品質の炭化珪素単結晶成長に有利な昇華再結晶
法が主に採用されている。昇華再結晶法は、特公昭６３
−５７４００号公報に開示されているように黒鉛製ルツ
ボ内に配置された炭化珪素粉末からなる原料を加熱昇華
させ、同じく黒鉛製ルツボ内において炭化珪素粉末原料
と対向する位置に配置された炭化珪素単結晶からなる炭
化珪素種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させるものであ
る。

【０００３】この方法により得られた炭化珪素単結晶は
半導体基板に適した大面積かつ多形が制御された基板と
して供給されている。さらに、この炭化珪素単結晶基板
上に必要に応じ、液相エピタキシャル法（ＬＰＥ）また
は化学的気相エピタキシャル法（ＣＶＤ）により、導電
型もしくはキャリア濃度が基板とは異なる炭化珪素単結
晶層を成長させ、半導体素子作製用基板が製造される。

【０００４】しかし、現在の炭化珪素単結晶基板はその
大きさが直径１インチ強のものしか供給されておらず、
トランジスタ等の半導体装置を大量生産するためにはよ
り大口径化された炭化珪素単結晶基板が必要となる。

【０００５】又、前述した従来の方法により炭化珪素単
結晶を製造すると、マイクロパイプ欠陥と呼ばれる結晶
中を貫通する線状の欠陥が多数発生する場合がある。こ
のマイクロパイプ欠陥は導電性があり、マイクロパイプ
欠陥が生じた炭化珪素基板を用いて、例えば、縦型ＭＯ
ＳＦＥＴを製造した場合には、ソース・ドレイン間リー
クや、ゲート・ドレイン間リークが発生し、素子動作不
良を引き起こすことが実験により確認されている。

【０００６】大口径化を実現する従来技術として、前記
した昇華再結晶法による炭化珪素単結晶の製造におい
て、炭化珪素単結晶基板としてアチソン炉による炭化珪
素研磨材作製工程で偶発的に得られた炭化珪素単結晶を
整形、研磨したアチソン結晶を用いる方法がある。とこ
ろが、アチソン結晶はサイズの小さいものしか得られな
いので、特開平６−４８８９８号公報に開示されている
ようにサイズの小さい種結晶から成長を始め、繰返し成
長することにより徐々にサイズを大きくすることが行わ
れている。

【０００７】又、特公平１−３８０８０号公報に開示さ
れているように珪素基板上にβ型炭化珪素単結晶層をエ
ピタキシャル成長させた後、珪素基板を除去し、β型炭
化珪素単結晶層上にＣＶＤ法により大口径のα型炭化珪
素単結晶層を成長させる方法がある。

【０００８】一方、マイクロパイプ欠陥を無くすための
従来技術としては、特開平５−２６２５９９号公報に開
示されているように、前記した昇華再結晶法において炭
化珪素単結晶の結晶面方位を（０００１）面と直交する
面、即ち、角度が９０°ずれた面を利用する方法があ
る。この方法はらせん転位欠陥に起因するマイクロパイ
プ欠陥の発生を防止することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開平６−４８８９８号公報に記載された方法は繰返
し成長の工程が繁雑であり、コストが高くなってしま
う。又、大口径化の大きさに限界があり、現在の研究レ
ベルでも２〜３インチが限界となっている。

【００１０】又、上記した特公平１−３８０８０号公報
による方法においては、大口径の炭化珪素単結晶層は成
長できるが、ＣＶＤ法によるエピタキシャル膜のため膜
厚２μｍ程度のものしか得られず基板として必要な厚さ
である３００μｍ以上の炭化珪素単結晶の作製は困難で
ある。

【００１１】又、上記した特開平５−２６２５９９号公
報に記載された方法は、種結晶である炭化珪素単結晶の
面方位が（０００１）面に対して直角方向のものが必要
となる。一方、上述した種結晶として利用されているア
チソン結晶は（０００１）面を持つ板状結晶であるた
め、（０００１）面に対して直角方向の面を得るために
整形すると非常に小さいものとなってしまう。したがっ
て、この方法は大口径かつマイクロパイプ欠陥の無い炭
化珪素単結晶を成長するのに好適しない。

【００１２】本発明の炭化珪素単結晶の製造方法はこの
ような課題に着目してなされたものであり、その目的と
するところは、マイクロパイプ欠陥の発生を防止し、大
口径の炭化珪素単結晶を効率よく、低コストで大量に製
造することができる炭化珪素単結晶の製造方法を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、第１の成長工程において珪素単結晶基板の面方
位が（１１１）面と垂直面であり、種である立方晶炭化
珪素単結晶層の面方位が（１１１）面と垂直面となるた
め、第２の成長工程におけるα型炭化珪素単結晶の成長
面方位が（０００１）面と垂直となり、マイクロパイプ
欠陥の無いα型炭化珪素単結晶が得られる。

【００１４】また、請求項２に記載の発明によれば、第
１の成長工程において珪素単結晶基板の面方位が（１１
０）面または（２１１）面であり、立方晶炭化珪素単結
晶層の面方位が（１１０）面または（２１１）面となる
ため、第２の成長工程におけるα型炭化珪素単結晶の成
長面方位が（１１２０）面または（１１００）面とな
り、マイクロパイプ欠陥の無いα型炭化珪素単結晶が得
られる。

【００１５】また、請求項３に記載の発明によれば、第
１の成長工程において珪素単結晶基板の面方位が（１１
１）面と７０〜１１０度の角度をなす面であり、立方晶
炭化珪素単結晶層の面方位が（１１１）面と７０〜１１
０度の角度をなす面となるため、第２の成長工程におけ
るα型炭化珪素単結晶の成長面方位が（０００１）面と
７０〜１１０度の角度をなす面となり、マイクロパイプ
欠陥の無いα型炭化珪素単結晶が得られる。

【００１６】また、請求項４に記載の発明によれば、第
１の成長工程において珪素単結晶基板の面方位が（１１
０）面または（２１１）面と−２０〜２０度の角度をな
す面であり、立方晶炭化珪素単結晶層の面方位が（１１
０）面または（２１１）面と−２０〜２０度の角度をな
す面となり、マイクロパイプ欠陥の無いα型炭化珪素単
結晶が得られる。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、第２の成
長工程において炭化珪素原料粉末温度が２３００〜２３
５０℃、立方晶炭化珪素単結晶層の温度が２０００〜２
３００℃であるため、α型炭化珪素単結晶に適した成長
条件となっている。

【００１８】請求項６に記載の発明によれば、第２の成
長工程においてα型炭化珪素単結晶の成長速度が０．２
ｍｍ／ｈｒ以下となることにより高品位に多結晶化せず
にα型炭化珪素単結晶が成長する。

【００１９】請求項７に記載の発明によれば、第２の成
長工程において成長速度が０．２ｍｍ／ｈｒ以下でα型
炭化珪素単結晶を成長させた後、成長速度が０．２〜２
ｍｍ／ｈｒである工程が連続的に実施され、高品位かつ
成長厚さの大きいα型炭化珪素単結晶が生産性良く成長
できる。

【００２０】請求項８に記載の発明によれば、第２の成
長工程において不活性ガスの圧力が０．１〜１００Ｔｏ
ｒｒであるため、α型炭化珪素単結晶成長に適した成長
条件となっている。

【００２１】請求項９に記載の発明によれば、第２の成
長工程において立方晶炭化珪素単結晶層の近傍に珪素が
配置されるので、高品位のα型炭化珪素単結晶が成長で
きる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。本実施の形態において用い
られる単結晶成長装置２０を図１に示す。この単結晶成
長装置２０は、昇華再結晶法により炭化珪素単結晶を形
成できるものである。

【００２３】図１において真空容器（チャンバー）１内
には基台２が設けられ、この基台２の上には断熱材３に
覆われた黒鉛製ルツボ４が載置されている。黒鉛製ルツ
ボ４は、上面が開口するルツボ本体４ａと、ルツボ本体
４ａの開口部を塞ぐ蓋材４ｂとからなる。蓋材４ｂは、
種結晶である（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層を支
持する台座となる。又ルツボ本体４ａの開口部よりルツ
ボ内部側には周辺部に穴をもった黒鉛製支持板が載置さ
れている。又、断熱材３は、黒鉛製ルツボ４の底面およ
び側面を覆う本体部３ａと、黒鉛製ルツボ４の上部を覆
う断熱材３ｂとからなる。

【００２４】真空容器１には排気管６を介して真空ポン
プ７が接続されている。又、排気管６には排気弁８が設
けられている。そして、真空ポンプ７により真空容器１
内を排気できるようになっている。さらに、真空容器１
には不活性ガス導入管９が設けられ、この不活性ガス導
入管９を通して不活性ガスであるアルゴンガスを真空容
器１に導入できるようになっている。

【００２５】真空容器１内における断熱材３の外周側に
は誘導コイル１０が配置され、この誘導コイル１０に対
し高周波電源から電力を供給することにより黒鉛製ルツ
ボ４を誘導加熱できるようになっている。

【００２６】蓋材４ｂと断熱材３ｂの間には黒鉛製の抵
抗加熱ヒータ１１が配置され、電極１２を介して電源ケ
ーブル、電源（図示せず）と接続されている。抵抗加熱
ヒータ１１に対し電源から電力を供給することにより蓋
材４ｂに固定された種結晶である（１１０）面立方晶炭
化珪素単結晶層１５の温度を調節できるようになってい
る。

【００２７】真空容器１の内部における断熱材３の底面
部および断熱材３ｂには温度測定穴１３が設けられ、こ
の温度測定穴１３を通して黒鉛製ルツボ４の底部および
抵抗加熱ヒータ１１の光を取り出して光放射温度計にて
黒鉛製ルツボ４および抵抗加熱ヒータ１１の温度を測定
できるようになっている。

【００２８】次に、炭化珪素バルク単結晶の製造方法を
説明する。まず、その概略を説明する。図２（Ａ）に示
すように、（１１１）面に垂直な面として、（１１０）
面方位のシリコンウエハ１４の上に化学的気相成長法に
より（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５を成長さ
せる。次に図２（Ｂ）に示すように、フッ酸と硝酸の混
液を用いて（１１０）面方位のシリコンウエハ１４を除
去し、図２（Ｃ）に示すように、（１１０）面立方晶炭
化珪素単結晶層１５を接着剤１６により結晶成長装置の
蓋材４ｂに接合して（１１０）、面立方晶炭化珪素単結
晶層１５を蓋材４ｂに固定する。次に、この蓋材４ｂを
単結晶成長装置に装着して昇華再結晶法により（１１
０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５を種として（１１
０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５に（１１２^* ０）面
α型炭化珪素単結晶１９を成長させる（図２（Ｄ））。
ここで、２^* は２の上に横バーを付加したものを表すも
のとする。

【００２９】以下に上記した概略をさらに詳細に説明す
る。まず、図２（Ａ）に示すように、立方晶型結晶であ
る珪素単結晶基板としての（１１０）面方位を基板表面
とする直径４インチのシリコンウエハ１４を用意し、そ
の上に種結晶となる、表面が（１１０）面方位である立
方晶炭化珪素単結晶層１５を化学的気相エピタキシャル
成長法（ＣＶＤ）により成長させる。成長にあたって
は、メタンなどの炭素供給用原料ガスおよびシランなど
の珪素供給用原料ガスの化学反応による化学的気相成長
法を用いる。図３に立方晶型結晶の（１１０）面を示
す。その後、図２（Ｂ）に示すように、フッ酸と硝酸の
混酸中に浸し、シリコンウエハ１４を溶解して除去す
る。

【００３０】このように、珪素を溶解する薬液による化
学的方法にてシリコンウエハ１４が除去される。ここ
で、シリコンウエハ１４（珪素単結晶）を除去する方法
として、フッ酸と硝酸の混液を用いたが、機械的研磨に
よる方法でもよい。

【００３１】次に、図１に示す黒鉛製ルツボの蓋材４ｂ
を結晶成長装置２０から取り外し、図２（Ｃ）に示すよ
うに、シリコンウエハ１４の除去により露出した（１１
０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５の表面を黒鉛製ルツ
ボの蓋材４ｂに接合剤としての接着剤１６で接合して、
（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５を黒鉛製ルツ
ボの蓋材４ｂに固定する。

【００３２】ここで、シリコンウエハ１４の除去により
露出した（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５の表
面を黒鉛製ルツボの蓋材４ｂに接着剤１６で接合する代
わりに、接着剤を用いないで直接接合により固定しても
よい。

【００３３】そして、図１に示すように、黒鉛製ルツボ
の蓋材４ｂを結晶成長装置２０に装着する。このように
して、（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５が黒鉛
製ルツボの蓋材４ｂの下面に配置される。

【００３４】一方、図１における黒鉛製ルツボ４には炭
化珪素原料粉末１７が１００ｇ充填されている。炭化珪
素原料粉末１７は、研磨材として市販されている平均粒
径５００μｍのものを予め真空中で１８００〜２０００
℃で熱処理して使用している。

【００３５】この状態から、排気管６と排気弁８とを通
して真空ポンプ７により真空容器１内を排気する。この
ときの真空度は１０^-3〜１０^-4Ｔｏｒｒとする。さら
に、誘導コイル１０に高周波電源より電力を供給して黒
鉛製ルツボ４を誘導加熱する。温度は温度測定穴１３を
通して黒鉛製ルツボ４の底を光放射温度計により測定す
る。温度を監視ながら１２００℃まで温度を上昇した
後、不活性ガス導入管９よりアルゴンガスを導入して真
空容器１内の圧力を５００Ｔｏｒｒにする。

【００３６】その後、誘導コイル１０に電力を供給して
再び温度を上昇させて黒鉛製ルツボ４の温度を２３００
〜２３５０℃にして炭化珪素原料粉末１７の昇華温度に
する。このときの（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層
１５の温度は、温度測定穴１３を通して抵抗加熱ヒータ
１１を光放射温度計により監視しながら黒鉛製ルツボ４
の温度すなわち炭化珪素原料粉末１７の温度より１２０
℃だけ低くなるように供給電力を調整して２２１０℃と
する。そして、炭化珪素原料粉末１７と（１１０）面立
方晶炭化珪素単結晶層１５の温度が安定した後、真空ポ
ンプにより真空容器１を減圧する。減圧とともに炭化珪
素原料粉末１７から昇華が始まり結晶成長が開始され
る。この際、１Ｔｏｒｒまで減圧して成長圧力とする。
又、結晶成長中はアルゴンガスを１０リットル／ｍｉｎ
流し、排気弁８の開度を調整しながら真空ポンプ７によ
り圧力を制御する。

【００３７】炭化珪素原料粉末１７から昇華したガスは
種結晶である炭化珪素単結晶層１５との温度差を駆動力
として（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５まで到
達して、結晶成長が進行する。１時間の成長圧力維持の
後、抵抗加熱ヒータ１１に供給される電力を調整して
（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５の温度を上昇
させ２２５０℃として５時間維持する。（１１０）面立
方晶炭化珪素単結晶層１５の温度を変えることにより成
長速度が変わることが予備実験によりわかっており、本
実施形態では２２１０℃のときは０．１６ｍｍ／ｈｒ、
２２５０℃のときは０．４ｍｍ／ｈｒとなる。

【００３８】成長速度が０．１６ｍｍ／ｈｒである成長
開始から１時間は（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層
１５の種結晶上に核が多数発生することを防止されて平
坦な成長面となり、単結晶が成長する。このとき初期成
長速度が０．２ｍｍ／ｈｒ以上であると多結晶となって
しまうので、０．２ｍｍ／ｈｒ以下の成長速度を用い
る。成長開始から１時間の成長により単結晶成長させた
後は成長速度を大きくしても良好な単結晶成長ができ
る。すなわち、（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１
５の温度を２２５０℃に上昇させ、成長速度を０．４ｍ
ｍ／ｈｒにすると成長厚さの大きい炭化珪素単結晶が得
られる。５時間の成長の後、アルゴンガスを真空容器１
に導入するとともに誘導コイル１０および抵抗加熱ヒー
タ１１への電力供給を停止し、温度を下げて成長終了と
する。

【００３９】その結果、図２（Ｄ）に示すように、種結
晶である（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５上に
（１１２^* ０）面α型炭化珪素単結晶（炭化珪素単結晶
インゴット）１９が形成される。（１１２^* ０）面α型
炭化珪素単結晶（炭化珪素単結晶インゴット）１９はそ
の厚さが２ｍｍ、直径が４インチである。図４に六方晶
型結晶の（１１２^* ０）面を示す。

【００４０】さらに、図２（Ｅ）に示すように、（１１
２^* ０）面α型炭化珪素単結晶（炭化珪素単結晶インゴ
ット）１９を黒鉛製ルツボの蓋材４ｂから取り外し、得
られた結晶をスライス、研磨して半導体基板とする。こ
の基板を５００℃の溶解ＫＯＨ中で１０分間エッチング
して、エッチピット観察したところ、マイクロパイプ欠
陥の存在を示す六角形状の大エッチピットは観察されな
かった。このようにして、大口径かつマイクロパイプ欠
陥のない炭化珪素単結晶インゴットが得られる。

【００４１】又、この基板をＸ線回折およびラマン分光
により結晶面方位、結晶構造（多形）を判定した結果、
６Ｈ型の（１１２^* ０）面方位をもつものであることが
確認された。つまり、黒鉛製ルツボ４内において炭化珪
素原料粉末１７を不活性ガス雰囲気中で加熱昇華させ、
原料よりやや低温になっている（１１０）面立方晶炭化
珪素単結晶層１５の表面側に炭化珪素単結晶を成長させ
る昇華再結晶法にて（１１２^* ０）面α型炭化珪素単結
晶（炭化珪素単結晶インゴット）１９が得られる。この
基板を用いて、大電力用の縦型ＭＯＳＦＥＴ、ｐｎダイ
オード、ショットキーダイオード等の半導体装置が作製
される。

【００４２】このように、本実施の形態では、（１１２
^* ０）面α型（６Ｈ型）炭化珪素単結晶１９と同じ原子
配列をもつ（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５を
種結晶として用いたので、結晶欠陥のない（１１２^*
０）面α型（６Ｈ型）炭化珪素単結晶１９が成長でき
る。（１１２^* ０）面成長ではらせん転位が存在せず、
らせん転位に起因するマイクロパイプが発生しない。

【００４３】又、昇華再結晶法において炭化珪素原料粉
末１７の温度が２３３０℃、種結晶である（１１０）面
立方晶炭化珪素単結晶層１５の温度が２２１０〜２２５
０℃、不活性ガスの圧力が１Ｔｏｒｒとすることで、α
型（６Ｈ型）の炭化珪素単結晶１９が成長する。さら
に、昇華再結晶法におけるα型（６Ｈ型）の炭化珪素単
結晶１９の成長速度を０．１６ｍｍ／ｈｒとすると、立
方晶炭化珪素単結晶層１５上に結晶構造の異なるα型
（６Ｈ型）の炭化珪素単結晶１９が多結晶化せずに高品
位に成長できる。又、成長速度を０．１６ｍｍ／ｈｒ以
下で初期成長させた後、成長速度を０．４ｍｍ／ｈｒに
増加して連続的に成長させることにより、高品位を保っ
たまま短時間に成長厚さの大きいα型（６Ｈ型）の炭化
珪素単結晶１９が成長できる。また、種結晶である（１
１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５の近傍に珪素１８
（図１参照）を配置することにより、初期成長における
（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５の表面の炭化
を防止して高品位の（１１２^*０）α型（６Ｈ型）炭化
珪素単結晶１９が成長できる。

【００４４】シリコンウエハ１４上に形成させた（１１
０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５は下地のシリコンウ
エハ１４と同一の口径をもつこととなり、今日シリコン
ウエハ１４は８〜１０インチのものまで容易に入手でき
る技術水準にあるので、８〜１０インチの（１１２^*
０）面α型（６Ｈ型）炭化珪素単結晶１９が得られる。
従って、大口径かつ高品位の（１１２^* ０）面α型（６
Ｈ型）炭化珪素単結晶を効率よく、低コストで大量に製
造することができる。

【００４５】又、種結晶に対し昇華再結晶法により（１
１２^* ０）面α型（６Ｈ型）炭化珪素単結晶１９を成長
させたので、（１１２^* ０）面α型（６Ｈ型）炭化珪素
単結晶１９の成長厚さを厚くでき基板として好ましいも
のとなる。

【００４６】なお、本実施形態では炭化珪素原料粉末１
７の温度を２３３０℃としたが、２３００〜２３５０℃
の間の任意の温度でもよい。２３００℃より低い温度で
あると原料からの昇華量が少なく成長速度が小さくな
り、生産性が悪くなる。２３５０℃より高い温度である
と原料からの昇華量が多く成長速度が大きくなり、多結
晶化する。また、種結晶である（１１０）面立方晶炭化
珪素単結晶層１５の温度は２２１０〜２２５０℃とした
が、２０００〜２３００℃の間の温度であってもよい。

【００４７】又、初期成長の後の成長速度は０．４ｍｍ
／ｈｒとしたが、０．２〜２ｍｍ／ｈｒの間の任意の成
長速度でもよい。０．２ｍｍ／ｈｒ以下であると生産性
が悪く、２ｍｍ／ｈｒより大きいと多結晶化する。

【００４８】又、成長圧力は１Ｔｏｒｒとしたが、０．
１〜１００Ｔｏｒｒでも良い。０．１Ｔｏｒｒより低い
と原料からの昇華量が多く成長速度が大きくなり、多結
晶化する。１００Ｔｏｒｒより高いと原料からの昇華量
が少なく成長速度が小さくなり、生産性が悪くなる。

【００４９】本実施形態では種結晶である（１１０）面
立方晶炭化珪素単結晶層１５の温度により成長速度を調
整したが、炭化珪素原料粉末１７の温度、成長圧力によ
っても調整できる。又、黒鉛製ルツボ４の内部構造によ
っても成長速度は変化する。

【００５０】本実施形態では６Ｈ型の炭化珪素単結晶を
成長させたが、他のα型結晶である４Ｈ型などの結晶も
成長条件の変更により同様に成長できる。さらに、上述
した実施形態では化学的気相成長法を用いてシリコンウ
エハ１４上に（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５
を形成したが、他にも、固体炭素および固体珪素あるい
は固体炭化珪素を物理的に蒸発させて成長させる分子線
エピタキシャル法を用いてもよい。又、スパッタリング
法に代表される物理的蒸着法を用いて（１１０）面立方
晶炭化珪素単結晶層１５をシリコンウエハ１４上に形成
してもよい。さらに、シリコンウエハ１４の材料である
珪素単結晶表面に炭素イオンを注入した後、熱処理によ
り固相成長させて（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶層
１５をシリコンウエハ１４上に形成してもよい。

【００５１】また、上述した例では種結晶として（１１
０）面立方晶炭化珪素単結晶層１５を用いたが、（１１
２^* ０）面α型炭化珪素単結晶と垂直な成長面が得られ
る面があれば他の面を持つ立方晶炭化珪素単結晶層を種
結晶として用いても良い。すなわち、珪素単結晶基板の
面方位が（２１１）面に代表される（１１１）面と垂直
な面であり、立方晶炭化珪素単結晶層の面方位が（２１
１）面に代表される（１１１）面と垂直な面であっても
上述した実施形態と同様にマイクロパイプ欠陥の無いα
型炭化珪素単結晶が成長できる。

【００５２】又、種結晶である立方晶炭化珪素単結晶層
の面方位は（１１１）面と厳密に垂直な面方位に限定さ
れるものではなく、略（１１１）面と垂直な面方位であ
ればよい。すなわち、珪素単結晶基板の面方位が（１１
１）面と７０〜１１０度の角度をなす面であり、立方晶
炭化珪素単結晶層の面方位が（１１１）面と７０〜１１
０度の角度をなす面であってもよい。

【００５３】又、種結晶である立方晶炭化珪素単結晶層
の面方位は（１１０）面または（２１１）面に限定され
るものではなく、略（１１０）面または（２１１）面で
あればよい。すなわち、珪素単結晶基板の面方位が（１
１０）面または（２１１）面と−２０〜２０度の角度を
なす面であり、立方晶炭化珪素単結晶層の面方位が（１
１０）面または（２１１）面と−２０〜２０度の角度を
なす面であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（１１２^* ０）面α型炭化珪素単結晶の成長装
置の断面図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は（１１２^* ０）面α型炭化珪
素単結晶の製造工程を説明するための断面図である。

【図３】立方晶型結晶の（１１０）面を示す図である。

【図４】六方晶型結晶の（１１２^* ０）面を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…真空容器、２…基台、３…断熱材、４…黒鉛製ルツ
ボ、４ｂ…台座としての蓋材、５…黒鉛製支持板、６…
排気管、７…真空ポンプ、８…排気弁、９…不活性ガス
導入管、１０…誘導コイル、１１…抵抗加熱ヒータ、１
２…電極、１３…温度測定穴、１４…（１１０）面珪素
単結晶基板、１５…（１１０）面立方晶炭化珪素単結晶
層（種結晶）、１６…接着剤、１７…炭化珪素原料粉
末、１８…珪素、１９…（１１２^* ０）面α型炭化珪素
単結晶インゴット、２０…単結晶成長装置。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 珪素単結晶基板の上に種である立方晶炭
   化珪素単結晶層を成長させる第１の成長工程と、 前記珪素単結晶基板を除去する除去工程と、 黒鉛製ルツボ内において炭化珪素原料粉末を不活性ガス
   の雰囲気中で加熱昇華させ、この炭化珪素原料粉末より
   やや低温状態にある前記立方晶炭化珪素単結晶層上にα
   型炭化珪素単結晶を成長させる第２の成長工程と、 を具備する炭化珪素単結晶の製造方法において、前述第
   １の成長工程における前記珪素単結晶基板の面方位が略
   （１１１）面と垂直な面であり、前記立方晶炭化珪素単
   結晶層の面方位が略（１１１）面と垂直な面であること
   を特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１の成長工程において、前記珪素
   単結晶基板の面方位が（１１０）面または（２１１）面
   であり、前記立方晶炭化珪素単結晶層の面方位が（１１
   ０）面または（２１１）面であることを特徴とする請求
   項１記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第１の成長工程において、前記珪素
   単結晶基板の面方位が（１１１）面と７０〜１１０度の
   角度をなす面であり、前記立方晶炭化珪素単結晶層の面
   方位が（１１１）面と７０〜１１０度の角度をなす面で
   あることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素単結晶の
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記第１の成長工程において、前記珪素
   単結晶基板の面方位が（１１０）面または（２１１）面
   と−２０〜２０度の角度をなす面であり、前記立方晶炭
   化珪素単結晶層の面方位が（１１０）面または（２１
   １）面と−２０〜２０度の角度をなす面であることを特
   徴とする請求項１記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第２の成長工程において、前記炭化
   珪素原料粉末の温度が２３００〜２３５０℃であり、前
   記立方晶炭化珪素単結晶層の温度が２０００〜２３００
   ℃であることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素単結
   晶の製造方法。
6. 【請求項６】 前記第２の成長工程において、前記α型
   炭化珪素単結晶の初期成長速度が０．２ｍｍ／ｈｒ以下
   であることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素単結晶
   の製造方法。
7. 【請求項７】 前記第２の成長工程において、前記α型
   炭化珪素単結晶を０．２ｍｍ／ｈｒ以下の成長速度で成
   長させた後、成長速度が０．２〜２ｍｍ／ｈｒである工
   程を連続的に実施することを特徴とする請求項１記載の
   炭化珪素単結晶の製造方法。
8. 【請求項８】 前記第２の成長工程において、前記不活
   性ガスの圧力が０．１〜１００Ｔｏｒｒであることを特
   徴とする請求項１記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
9. 【請求項９】 前記第２の成長工程において、前記立方
   晶炭化珪素単結晶層の近傍に珪素を配置したことを特徴
   とする請求項１記載の炭化珪素単結晶の製造方法。