JPH11209198A - Synthesis of silicon carbide single crystal - Google Patents

Synthesis of silicon carbide single crystal

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JPH11209198A
JPH11209198A JP1264698A JP1264698A JPH11209198A JP H11209198 A JPH11209198 A JP H11209198A JP 1264698 A JP1264698 A JP 1264698A JP 1264698 A JP1264698 A JP 1264698A JP H11209198 A JPH11209198 A JP H11209198A
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JP
Japan
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sic
single crystal
temperature region
gas
carbon
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JP1264698A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Shiomi
弘 塩見
Shigehiro Nishino
茂弘 西野
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To grow a large-size high-quality SiC epitaxial film at a fast rate. SOLUTION: Two temps. regions T1 , T2 are formed in a gas containing carbon while the temps. of the regions are controlled to T1 <T2 . A solid Si source 8 and a substrate 13 of a SiC seed crystal or a SiC single crystal are arranged in the low temp. region T1 and the high temp. region T2 , respectively. Si is vaporized from the low temp. region T1 , and the vaporized Si is reacted with the carbon component in the gas to produce a SiC forming gas. The SiC forming gas is introduced onto the substrate 13 of a seed crystal or SiC single crystal in the high temp. region T2 to synthesize a SiC single crystal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、SiC単結晶の合
成方法に係り、特に半導体電子部品に適した高品質なS
iCを効率良く成長させるためのSiC単結晶の合成方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for synthesizing a SiC single crystal, and more particularly to a high-quality SC suitable for semiconductor electronic parts.
The present invention relates to a method for synthesizing an SiC single crystal for efficiently growing iC.

【0002】[0002]

【従来の技術】SiCは、酸およびアルカリ等の耐薬品
性に優れ、かつ高エネルギー線に対する損傷も受けにく
く、耐久性に優れた材料であり、半導体材料としても使
用されている。
2. Description of the Related Art SiC is a material which has excellent resistance to chemicals such as acids and alkalis, is hardly damaged by high energy rays, has excellent durability, and is also used as a semiconductor material.

【0003】ところで、SiCを半導体材料として使用
するためには、ある程度の大きさを有する高品質な単結
晶を得る必要がある。このため、従来から、アチェソン
法と呼ばれる化学反応を利用する方法、レーリー法と呼
ばれる昇華再結晶法を利用する方法、あるいはこれらの
方法によって得られたSiCの単結晶を基板として用
い、その基板上に気相エピタキシャル成長法または液相
エピタキシャル成長法によって目的規模のSiC単結晶
を成長させる方法が利用されている。
By the way, in order to use SiC as a semiconductor material, it is necessary to obtain a high-quality single crystal having a certain size. For this reason, conventionally, a method using a chemical reaction called the Acheson method, a method using a sublimation recrystallization method called the Rayleigh method, or using a single crystal of SiC obtained by these methods as a substrate, A method of growing a SiC single crystal of a target scale by a vapor phase epitaxial growth method or a liquid phase epitaxial growth method is used.

【0004】特に、エピタキシャル成長させる方法とし
ては、二重構造の水冷式石英反応炉内で、適当な大きさ
のSiC単結晶を基板とし、シランとプロパンを水素を
キャリアガスとして流して成長させる方法が一般的であ
る。
In particular, as a method of epitaxial growth, there is a method in which an SiC single crystal of an appropriate size is used as a substrate in a double-structure water-cooled quartz reaction furnace, and silane and propane are flowed using hydrogen as a carrier gas. General.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、例えば、西野
他、J.Crytal Grwoth Vol.45,p144(1978)に記載される
ように、上記従来のエピタキシャル成長法では、成長速
度が数μm/hと小さいことが知られている。これは、
Siの供給律速のためであり、昇華法の場合の1mm/
h程度の成長速度の早さと比べると大きな違いである。
そこで、成長速度を上げるため、WO9713013A
では、高温ホットウォール中において、シランガスの高
速ジェットをSiC基板に吹き付けることにより、大き
い成長速度を得ることが試みられている。しかし、本方
法では、ホットウォール内において、シランガスが気相
中でパーティクルを作り、装置を汚染するという問題が
ある。また、ガスによるSiの供給では、高温ホットウ
ォール内で、水素がSiCをエッチングするという問題
が発生する。
However, as described in, for example, Nishino et al., J. Crytal Grwoth Vol. 45, p. 144 (1978), the conventional epitaxial growth method has a growth rate of several μm / h. It is known to be small. this is,
It is for controlling the supply of Si, and 1 mm /
This is a great difference compared to the rapid growth rate of about h.
Therefore, in order to increase the growth rate, WO9713013A
Attempts have been made to obtain a high growth rate by blowing a high-speed jet of silane gas onto a SiC substrate in a high-temperature hot wall. However, this method has a problem that the silane gas forms particles in the gas phase in the hot wall and contaminates the device. Further, supply of Si by gas causes a problem that hydrogen etches SiC in a high-temperature hot wall.

【0006】図2は、SiCの熱CVDにおいて、Si
Cが成長する主要反応のSi分圧の温度依存性を示して
いる。この反応では、水素分圧が高くなると、SiC成
長の逆反応が進行して、SiCがエッチングされること
が判る。
FIG. 2 shows that the thermal CVD of SiC
It shows the temperature dependence of the Si partial pressure of the main reaction in which C grows. In this reaction, it can be seen that when the hydrogen partial pressure is increased, the reverse reaction of SiC growth proceeds, and SiC is etched.

【0007】また、WO9617112Aに示されてい
るように、液相エピタキシャル法(LPE法)により、
高速エピタキシャルを行い、厚膜エピタキシャル基板を
作製する試みがある。しかし、液相エピタキシャル法
は、膜厚の制御性、表面の残留ドロップレット等の問題
がある。
As shown in WO9617112A, a liquid phase epitaxial method (LPE method)
There is an attempt to produce a thick film epitaxial substrate by performing high-speed epitaxial. However, the liquid phase epitaxial method has problems such as controllability of film thickness and residual droplets on the surface.

【0008】一方、高速エピタキシャルを達成するため
に、SU913762では、鉛、錫、ゲルマニウム等を
輸送材料とし、SiC原料を昇華して、エピタキシャル
を行っている。しかし、この方法では、膜中に上記の輸
送材料が混入するという問題がある。
On the other hand, in order to achieve high-speed epitaxial growth, SU913762 performs epitaxial growth by sublimating a SiC raw material using lead, tin, germanium or the like as a transport material. However, this method has a problem that the above-mentioned transport material is mixed into the film.

【0009】また、昇華法を利用する高速エピタキシャ
ルとして、サンドイッチ法という手法が、Yu.A.Vodakov
and E.N.Mokhov,Patent GB No.1458445に記載されてい
る。この方法は、原料となるSiCと、種結晶となるS
iCの基板の距離を数mm以下の距離で配置して、原料
側の温度を種結晶側よりも温度を高くすることで、高温
部から低温部に向けて原料を輸送し、エピタキシャル成
長を進行させるものである。このサンドイッチ法では、
原料と基板との間の距離が短いため、拡散の駆動力が大
きく、大きな成長速度が期待できる。しかし、原料と基
板との間の距離が短いため、長時間成長を行うと、原料
と基板の間の距離が変化して、成長条件が一定しないと
いう問題がある。いずれにしても、数mm以下の距離で
原料と基板との間の距離を正確に一定とするは困難であ
る。
As a high-speed epitaxial utilizing the sublimation method, a method called a sandwich method has been proposed by Yu.A. Vodakov.
and ENMokhov, Patent GB No. 1458445. This method uses SiC as a raw material and S as a seed crystal.
By placing the iC substrate at a distance of several mm or less and raising the temperature on the raw material side to be higher than that on the seed crystal side, the raw material is transported from the high-temperature part to the low-temperature part, and epitaxial growth proceeds. Things. In this sandwich method,
Since the distance between the raw material and the substrate is short, the driving force for diffusion is large, and a high growth rate can be expected. However, since the distance between the raw material and the substrate is short, if the growth is performed for a long time, the distance between the raw material and the substrate changes, and there is a problem that the growth conditions are not constant. In any case, it is difficult to make the distance between the raw material and the substrate accurately constant at a distance of several mm or less.

【0010】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、大型で高品質なSiCエピタキシャル膜
を高速に成長させることができるSiC単結晶の合成方
法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for synthesizing a SiC single crystal capable of growing a large-sized, high-quality SiC epitaxial film at a high speed. .

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、SiC単結晶を合成するにあたり、炭素
を含むガス中に2つの温度領域T1、T2を形成するとと
もに、各領域の温度をT1<T2とし、低温領域T1に固
体のSi、高温領域T2にSiCの種結晶またはSiC
単結晶基板をそれぞれ設置して、低温領域T1からSi
を蒸発させ、その蒸発させたSiをガス中の炭素成分と
反応させてSiC形成ガスを形成し、SiC形成ガスを
高温領域T2の種結晶またはSiC単結晶基板に到達さ
せてSiC単結晶を合成することを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention provides a method of synthesizing a SiC single crystal by forming two temperature zones T 1 and T 2 in a gas containing carbon, The temperature of the region is set to T 1 <T 2 , solid Si is used for the low temperature region T 1 , and a seed crystal or SiC is used for the high temperature region T 2.
Set up a single crystal substrate, respectively, Si from the low temperature area T 1
Was evaporated, the Si obtained by its evaporation was reacted with carbon component in the gas to form a SiC-forming gas, the SiC forming gas to reach the seed crystal or the SiC single crystal substrate of the high-temperature region T 2 of the SiC single crystal It is characterized by combining.

【0012】すなわち、本発明は、固体のSiを融点以
上に加熱して溶融させ、蒸発したSiをAr等の不活性
ガスにより基板まで輸送する。ここで、元素の供給バラ
ンスを調整することにより、ストイキオメトリを合わせ
ることができる。
That is, according to the present invention, solid Si is heated to a melting point or higher to be melted, and the evaporated Si is transported to the substrate by an inert gas such as Ar. Here, stoichiometry can be adjusted by adjusting the supply balance of the elements.

【0013】本発明では、Siの固体源を用いること
で、雰囲気中の水素分圧が下がり、膜のエッチングの問
題がなくなる。また、Si源としてシラン等の不安定な
ガスを用いないため、気相中でのガスの分解によるパー
ティクルの問題もなくなり、十分なSiを供給できる。
これにより、CVDにおけるSiの供給律速の問題を解
決でき、高速成長が可能となる。
In the present invention, by using a solid source of Si, the partial pressure of hydrogen in the atmosphere is reduced, and the problem of film etching is eliminated. Further, since an unstable gas such as silane is not used as the Si source, there is no problem of particles due to decomposition of the gas in the gas phase, and sufficient Si can be supplied.
As a result, the problem of controlling the supply of Si in CVD can be solved, and high-speed growth can be achieved.

【0014】以上のことから、図2のSiC成長の主反
応では、水素分圧が下がることで、反応はSiCが成長
する方向に進むことが判る。Siの分圧から、Siのフ
ラックス量(cm-1-1)が計算できるため、このフラ
ックスがすべて成長に寄与すると考えると、数百μm/
hの成長速度も期待できることが判る。
From the above, it can be seen that in the main reaction of the SiC growth shown in FIG. 2, the reaction proceeds in the direction in which the SiC grows as the hydrogen partial pressure decreases. Since the amount of Si flux (cm -1 s -1 ) can be calculated from the partial pressure of Si, if this flux is considered to all contribute to growth, several hundred μm /
It can be seen that the growth rate of h can also be expected.

【0015】炭素成分は、膜厚の均一性を増すため、ガ
スで供給する。
The carbon component is supplied as a gas in order to increase the uniformity of the film thickness.

【0016】原料の固体のSiおよび炭化水素などの炭
素源は、高純度な材料が安易に入手できるので、エピタ
キシャル成長膜の不純物濃度を大幅に低減できる。さら
に、固体Siは、Si系のガスに比べて安価であり、高
速成長を行っても、製造コストを抑えることができる。
Since high-purity materials such as solid Si and hydrocarbon as raw materials can be easily obtained, the impurity concentration of the epitaxially grown film can be greatly reduced. Further, solid Si is inexpensive as compared with Si-based gas, and the production cost can be suppressed even when high-speed growth is performed.

【0017】本発明においては、低温領域T1における
液相のSiと気相のSiとの界面に、炭素、石英または
SiCからなるシールドを設けてSiの蒸気圧を制御す
るとよい。ここで、炭素としては、特にガラス状炭素
(グラシーカーボン)が適しており、高温でもSiと反
応せず、優れたシールドとなる。
In the present invention, a shield made of carbon, quartz or SiC may be provided at the interface between liquid Si and gaseous Si in the low temperature region T 1 to control the vapor pressure of Si. Here, as the carbon, glassy carbon (glassy carbon) is particularly suitable, and does not react with Si even at a high temperature, and provides an excellent shield.

【0018】また、低温領域T1から蒸発したSiのキ
ャリアガスとして、アルゴンガスを用いることが好まし
い。アルゴンガスを用いれば、副生成物が発生しないか
らである。
Further, as the carrier gas of the Si evaporated from the low temperature region T 1, it is preferable to use an argon gas. This is because by-products are not generated when argon gas is used.

【0019】さらに、高温領域T2の種結晶またはSi
C単結晶基板を、100rpm以上で高速回転させなが
ら合成するとよい。このように、基板を高速で回転する
ことで、膜厚分布を少なくすることができ、さらに高速
成長を行うこともできる。これは、回転により、基板表
面の拡散層が薄くなり、拡散の駆動力が大きくなるため
である。これにより、サンドイッチ法のような近接法を
用いなくても成長速度を上げることができる。
Further, the seed crystal or Si in the high temperature region T 2
The C single crystal substrate may be synthesized while rotating at a high speed of 100 rpm or more. As described above, by rotating the substrate at high speed, the film thickness distribution can be reduced, and high-speed growth can be performed. This is because the rotation causes the diffusion layer on the surface of the substrate to become thinner and the driving force for diffusion to increase. Thus, the growth rate can be increased without using a proximity method such as a sandwich method.

【0020】一方、低温領域T1および高温領域T2を形
成する、例えば炭素からなる容器の内面をダイヤモンド
ライクカーボンまたはガラス状炭素(グラシーカーボ
ン)により形成するとよい。容器内面をダイヤモンドラ
イクカーボンまたはグラシーカーボンでコーティングす
ることで、自然核発生を抑制することができ、高品質な
SiCエピタキシャル膜の合成が可能となる。
On the other hand, the inner surface of a container made of, for example, carbon, which forms the low temperature region T 1 and the high temperature region T 2, may be formed of diamond-like carbon or glassy carbon (glassy carbon). By coating the inner surface of the container with diamond-like carbon or glassy carbon, generation of natural nuclei can be suppressed, and a high-quality SiC epitaxial film can be synthesized.

【0021】一方、低温領域T1および高温領域T2を形
成する容器の外側に、グラファイトからなる熱シールド
を配置することにより、熱輻射による放熱を抑制するこ
とができる。
On the other hand, by disposing a heat shield made of graphite outside the container forming the low temperature region T 1 and the high temperature region T 2 , heat radiation due to heat radiation can be suppressed.

【0022】また、熱シールドを、複数の短冊状のグラ
ファイト板を隙間を設けて隣接配置して全体形状が略円
筒形状となるように形成すれば、高周波加熱を行う場
合、誘導電流を抑制でき、熱シールドを容器の径方向に
複数配置すると、放熱の抑制および誘導電流の抑制の点
でさらによい。
Further, if the heat shield is formed so that a plurality of strip-shaped graphite plates are arranged adjacent to each other with a gap therebetween so as to have a substantially cylindrical shape, an induction current can be suppressed when high-frequency heating is performed. Arranging a plurality of heat shields in the radial direction of the container is even better in terms of suppressing heat radiation and suppressing induced current.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本実施の形態で使用する合成装置
を図1に示す。この合成装置において、グラファイトか
らなる円筒状のホットウォール1は、それぞれ円筒状の
上部ホットウォール1aと下部ホットウォール1bとか
ら構成されている。また、上部ホットウォール1aの上
端は円板状の蓋2により閉塞されている。一方、下部ホ
ットウォール1bは、僅かな隙間をもって二つの円筒を
径方向に重ねた二重構造となっている。上部ホットウォ
ール1aおよび下部ホットウォール1bの各内周面は、
それぞれ平滑性の高いダイヤモンドライクカーボンまた
はガラス状炭素(グラシーカーボン)により形成されて
いる。上部ホットウォール1aおよび下部ホットウォー
ル1bの各内周面の表面粗さは、Rmax<10μmが好
ましい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a synthesizing apparatus used in this embodiment. In this synthesizing apparatus, the cylindrical hot wall 1 made of graphite includes a cylindrical upper hot wall 1a and a lower hot wall 1b. The upper end of the upper hot wall 1a is closed by a disc-shaped lid 2. On the other hand, the lower hot wall 1b has a double structure in which two cylinders are overlapped in the radial direction with a small gap. Each inner peripheral surface of the upper hot wall 1a and the lower hot wall 1b
Each is formed of diamond-like carbon or glassy carbon (glassy carbon) having high smoothness. The surface roughness of each inner peripheral surface of the upper hot wall 1a and the lower hot wall 1b is preferably Rmax <10 μm.

【0024】下部ホットウォール1bの内側には、グラ
ファイトからなる有底円筒状のSi収容用の坩堝3が下
部ホットウォール1bと隙間をもって軸方向に移動自在
に挿入されている。Si収容用の坩堝3の下部は、下部
ホットウォール1bの内周面に摺動自在の円板状の坩堝
支持台4の上面に固設されており、坩堝支持台4の下面
中心部には、図示を省略した駆動源に接続された円筒状
の支持軸5が固設されている。つまり、この支持軸5の
上下動に伴って、Si収容用の坩堝3は軸方向に移動可
能になっている。また、支持軸5は中空の円筒状である
ので、坩堝3の底面の温度を2温度パイロメータで測定
することができる。
Inside the lower hot wall 1b, a bottomed cylindrical crucible 3 made of graphite and containing Si is inserted movably in the axial direction with a gap from the lower hot wall 1b. The lower portion of the crucible 3 for accommodating Si is fixed on the upper surface of a disk-shaped crucible support 4 slidable on the inner peripheral surface of the lower hot wall 1b. A cylindrical support shaft 5 connected to a drive source (not shown) is fixedly provided. That is, as the support shaft 5 moves up and down, the crucible 3 for accommodating Si can move in the axial direction. Further, since the support shaft 5 has a hollow cylindrical shape, the temperature of the bottom surface of the crucible 3 can be measured with a two-temperature pyrometer.

【0025】さらに、支持軸5、坩堝支持台4および坩
堝3の中心部には、キャリアガスとしてのArガスを供
給するためのArガス供給パイプ6が設けられている。
また、坩堝支持台4の外周には、炭素を含むガスとして
の炭化水素を供給するための複数の炭化水素供給孔7が
軸方向に貫通して穿設されている。
Further, an Ar gas supply pipe 6 for supplying Ar gas as a carrier gas is provided at the center of the support shaft 5, the crucible support 4 and the crucible 3.
A plurality of hydrocarbon supply holes 7 for supplying hydrocarbons as a gas containing carbon are formed in the outer periphery of the crucible support 4 so as to penetrate in the axial direction.

【0026】また、坩堝3内には、固体のSi源8が収
容されている。そして、このSi源8の上面には、炭
素、石英またはSiCからなる円板状のSi蒸気圧制御
用のシールド9が載置されている。このSi蒸気圧制御
用のシールド9には、Siの蒸気が通過できるように、
軸方向に貫通する複数の通過孔9aが形成されている。
このシールド9は、Si源8からの蒸気圧を制御するた
め、溶融の液相のSiと気相のSiとの界面の面積を制
御するものである。
The crucible 3 contains a solid Si source 8. On the upper surface of the Si source 8, a disk-shaped shield 9 for controlling the Si vapor pressure made of carbon, quartz or SiC is mounted. The shield 9 for controlling the Si vapor pressure is made so that the Si vapor can pass through.
A plurality of passage holes 9a penetrating in the axial direction are formed.
The shield 9 controls the area of the interface between molten liquid phase Si and gas phase Si in order to control the vapor pressure from the Si source 8.

【0027】また、坩堝3の上部には、Siの蒸気を均
一供給するための円板状の制御板10が固設されてい
る。この制御板10は、シールド9と同一材料からな
り、坩堝3に立設した円筒の上端に円板を設け、この円
板に軸方向に貫通する複数の通過孔10aを設けて形成
されている。
A disk-shaped control plate 10 for uniformly supplying the vapor of Si is fixed on the upper part of the crucible 3. The control plate 10 is made of the same material as the shield 9 and is formed by providing a disk at the upper end of a cylinder erected in the crucible 3 and providing the disk with a plurality of through holes 10a penetrating in the axial direction. .

【0028】一方、ホットウォール1内には、その上部
に蓋2の中心部を貫通する円筒状の基板ホルダ支持棒1
1が軸方向に移動自在に挿入されている。そして、この
基板ホルダ支持棒11の下端には、その下端開口部を閉
塞するようにして円板状の基板ホルダ12が固設されて
いる。そして、この基板ホルダ12の下面には、SiC
の基板13がグルコースを高温融解させたペーストによ
り固着されている。基板ホルダ支持棒11は、中空の円
筒状であるので、基板13の温度を2温度パイロメータ
で測定することができる。また、基板ホルダ支持棒11
は、軸回りに1500rpmまで回転できるように設け
られている。さらに、蓋2の外周には、ガスを排気する
ための複数のガス排気孔14が軸方向に貫通して設けら
れている。
On the other hand, inside the hot wall 1, a cylindrical substrate holder support rod 1 penetrating through the center of the lid 2
1 is inserted movably in the axial direction. At the lower end of the substrate holder support rod 11, a disk-shaped substrate holder 12 is fixed so as to close the lower end opening. On the lower surface of the substrate holder 12, SiC
Is fixed by a paste obtained by melting glucose at a high temperature. Since the substrate holder supporting rod 11 has a hollow cylindrical shape, the temperature of the substrate 13 can be measured with a two-temperature pyrometer. Also, the substrate holder support rod 11
Is provided so as to be able to rotate up to 1500 rpm around the axis. Further, a plurality of gas exhaust holes 14 for exhausting gas are provided in the outer periphery of the lid 2 so as to penetrate in the axial direction.

【0029】ホットウォール1の外側には、3個の熱シ
ールド15がホットウォール1の径方向に同心状に配置
されている。各熱シールド15は、複数の短冊状のグラ
ファイト板を隙間を設けて隣接配置して全体形状がそれ
ぞれ略円筒状に形成されており、隣り合う熱シールド1
5はその隙間が径方向に重ならないように設けられてい
る。また、熱シールド15は、一般に良く用いられる不
純物汚染の原因となる炭素繊維や多孔質グラファイトに
より形成されていないので、不純物汚染の心配がない。
Outside the hot wall 1, three heat shields 15 are arranged concentrically in the radial direction of the hot wall 1. Each of the heat shields 15 has a plurality of strip-shaped graphite plates disposed adjacent to each other with a gap therebetween to form a substantially cylindrical shape.
5 is provided so that the gap does not overlap in the radial direction. Further, since the heat shield 15 is not formed of carbon fiber or porous graphite, which is a commonly used cause of impurity contamination, there is no concern about impurity contamination.

【0030】最外周の熱シールド15の外側には、熱シ
ールド15と同心状にして石英からなる円筒状の石英筒
16が配置されている。この石英筒16の内部には、水
などの冷却水が流れるようになっており、石英筒16が
保護されるようになっている。さらに、石英筒16の外
側には、ホットウォール1などを高周波加熱できるよう
に、RFワークコイル17が配設されている。
Outside the outermost heat shield 15, a cylindrical quartz tube 16 made of quartz is disposed concentrically with the heat shield 15. Cooling water such as water flows inside the quartz tube 16, so that the quartz tube 16 is protected. Further, an RF work coil 17 is provided outside the quartz tube 16 so that the hot wall 1 and the like can be heated at a high frequency.

【0031】なお、ホットウォール1および熱シールド
15などの全体は、石英筒16の内壁に囲まれる範囲で
真空状態にできるように構成されている。
Incidentally, the whole of the hot wall 1 and the heat shield 15 and the like are configured to be able to be in a vacuum state within a range surrounded by the inner wall of the quartz tube 16.

【0032】このような構成の合成装置においては、R
Fワークコイル17により、Si源8の温度は1300
℃〜1600℃に、基板13の温度は1500℃〜22
00℃にそれぞれ加熱制御できるようになっている。す
なわち、この合成装置は、ホットウォール1内におい
て、Si源8の低温領域T1と、基板13の高温領域T2
との2つの領域が形成できるように構成されている。
In the synthesizing apparatus having such a configuration, R
The temperature of the Si source 8 is set to 1300 by the F work coil 17.
To 1600 ° C., and the temperature of the substrate 13 is 1500 to 22 ° C.
Heating can be controlled to 00 ° C. respectively. In other words, the synthesis apparatus includes a low-temperature region T 1 of the Si source 8 and a high-temperature region T 2 of the substrate 13 in the hot wall 1.
Are formed so that the two regions described above can be formed.

【0033】上記構成の合成装置を用いて、SiC単結
晶の合成する方法を以下に説明する。
A method for synthesizing a SiC single crystal using the synthesizing apparatus having the above configuration will be described below.

【0034】まず、Si源8およびSiC単結晶の基板
13などを所定位置にセットした後、基板ホルダ支持棒
11を上方に移動させて基板13を上昇させるととも
に、坩堝3とともにSi源8を下方に移動させた後、石
英筒16の内壁内側で形成される空間において真空排気
を1時間行った。次に、Arガスを装置内に流入して常
圧(760Torr)にし、石英筒16内に冷却水を流しな
がら、ホットウォール1を2800℃にして、1時間空
焼きを行い、ガス出しを行った。
First, after setting the Si source 8 and the SiC single crystal substrate 13 at predetermined positions, the substrate holder support rod 11 is moved upward to raise the substrate 13, and the Si source 8 together with the crucible 3 is moved downward. After that, vacuum evacuation was performed for 1 hour in a space formed inside the inner wall of the quartz tube 16. Next, Ar gas is flowed into the apparatus to normal pressure (760 Torr), the hot wall 1 is set to 2800 ° C. while cooling water is flown into the quartz tube 16, and air baking is performed for 1 hour to discharge gas. Was.

【0035】次に、坩堝3とともにSi源8を上方に移
動させて図1に示す状態とし、基板ホルダ支持棒11お
よび基板13を所定位置に下降させた後、基板ホルダ支
持棒11を1000rpmで回転させつつ、高周波加熱
用のRFワークコイル17を調整して、それぞれ基板1
3を2300℃、Si源8を1450℃とした。このよ
うな常圧で温度設定を行うことで、結晶性の悪い結晶が
成長することを防止できる。
Next, the Si source 8 is moved upward together with the crucible 3 to the state shown in FIG. 1, the substrate holder supporting rod 11 and the substrate 13 are lowered to predetermined positions, and then the substrate holder supporting rod 11 is moved at 1000 rpm. While rotating, the RF work coil 17 for high frequency heating was adjusted to
3 was 2300 ° C., and the Si source 8 was 1450 ° C. By setting the temperature at such normal pressure, it is possible to prevent the growth of crystals having poor crystallinity.

【0036】この後、石英筒16の内壁内側の圧力をA
rガス雰囲気で5Torrまで下げて、この状態を維持する
ことにより、キャリアガスとしてArガスをArガス供
給パイプ6から流して、Siの蒸気を、シールド9の通
過孔9aを通過させるとともに制御板10の通過孔10
aを通過させ、基板13の近傍で炭化水素供給孔7から
供給した炭化水素と反応させた。そして、SiC形成ガ
スを基板13に到達させて、基板13の表面に100μ
m/hの速度でSiC単結晶を成長させ、最終的に2イ
ンチφ、厚さ0.5mmのSiC単結晶のエピタキシャ
ル膜を成膜した。
Thereafter, the pressure inside the inner wall of the quartz cylinder 16 is increased to A
By lowering the pressure to 5 Torr in an r gas atmosphere and maintaining this state, Ar gas as a carrier gas flows from the Ar gas supply pipe 6 so that Si vapor passes through the passage hole 9 a of the shield 9 and the control plate 10. Passing hole 10
a, and reacted with the hydrocarbon supplied from the hydrocarbon supply hole 7 near the substrate 13. Then, the SiC forming gas is allowed to reach the substrate 13 so that 100 μm
An SiC single crystal was grown at a speed of m / h, and finally an epitaxial film of a 2 inch φ and 0.5 mm thick SiC single crystal was formed.

【0037】このようにして得られたエピタキシャル膜
のフォトルミネッセンス特性を調べたところ、そのピー
ク波長は約490nmであり、6HタイプのSiCエピ
タキシャル膜であることが判明した。また、ホール測定
を行ったところ、電気特性は、比抵抗が1000Ωc
m、キャリア密度が約3×1014cmー3、導電型n型と
高抵抗、低キャリア密度のエピタキシャル膜を合成でき
たことが判った。また、裏面の基板を削り落としてこの
エピタキシャル膜の光透過性を調べたところ、2〜5μ
mの波長に対して良好であり、このエピタキシャル膜は
不純物の取込みの少ない、良好な結晶であることが判明
した。
When the photoluminescence characteristics of the epitaxial film thus obtained were examined, it was found that the peak wavelength was about 490 nm, and it was a 6H type SiC epitaxial film. In addition, when the Hall measurement was performed, the electrical characteristics were as follows.
m, the carrier density was about 3 × 10 14 cm −3 , and it was found that an epitaxial film having n-type conductivity and high resistance and low carrier density could be synthesized. When the substrate on the back side was scraped off and the light transmittance of this epitaxial film was examined,
It was good for the wavelength of m, and it was found that this epitaxial film was a good crystal with little incorporation of impurities.

【0038】以上のように、本実施形態によれば、原料
として固体のSi源8を用いているので、雰囲気中の水
素分圧が下がり、膜のエッチングの問題がなくなる。ま
た、Si源8として不安定なガスを用いていないので、
気相中でのガスの分解によるパーティクルの問題もな
く、十分なSiを供給することができ、高速成長が可能
となる。
As described above, according to this embodiment, since the solid Si source 8 is used as a raw material, the partial pressure of hydrogen in the atmosphere is reduced, and the problem of film etching is eliminated. In addition, since an unstable gas is not used as the Si source 8,
Sufficient Si can be supplied without the problem of particles due to gas decomposition in the gas phase, and high-speed growth can be achieved.

【0039】また、原料のSiおよび炭化水素などは、
高純度な材料が安価に入手でき、エピタキシャル成長膜
の不純物濃度を大幅に低減できる。
The raw materials Si and hydrocarbons are
High-purity materials can be obtained at low cost, and the impurity concentration of the epitaxially grown film can be significantly reduced.

【0040】さらに、基板ホルダ支持棒11および基板
13を100rpm以上で回転させるので、膜厚分布を
均一にし、面内均一性を高めることができるとともに、
拡散を促進して成長速度を上げることができる。
Further, since the substrate holder support rod 11 and the substrate 13 are rotated at 100 rpm or more, the film thickness distribution can be made uniform, and the in-plane uniformity can be improved.
Diffusion can be promoted to increase the growth rate.

【0041】ホットウォール1の内周面は、ダイヤモン
ドライクカーボンまたはグラシーカーボンからなるの
で、自然核発生を抑制することができ、高品質なSiC
単結晶を得ることができる。
Since the inner peripheral surface of the hot wall 1 is made of diamond-like carbon or glassy carbon, natural nucleation can be suppressed and high quality SiC
A single crystal can be obtained.

【0042】なお、熱シールド15により、熱輻射によ
る放熱が抑制されるとともに、高周波加熱による誘導電
流が抑制される。
The heat shield 15 suppresses heat radiation due to heat radiation and suppresses induced current due to high-frequency heating.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように、本発明のSiC単結晶の
合成方法によれば、SiCの構成元素である炭素とSi
を別々に炭素原子を含むガスおよび固体Siで供給する
ことにより、大型、高品質のSiCエピタキシャル膜を
高速に合成するすることができる。
As described above, according to the method for synthesizing a SiC single crystal of the present invention, carbon, which is a constituent element of SiC, and Si
Is separately supplied as a gas containing carbon atoms and solid Si, whereby a large-sized, high-quality SiC epitaxial film can be synthesized at a high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態で使用した合成装置を示す
概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a synthesizing apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図2】SiCの熱CVDにおいてSiCが成長する主
要反応のSi分圧の温度依存性を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing temperature dependence of Si partial pressure of a main reaction for growing SiC in SiC thermal CVD.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ホットウォール、3…坩堝、6…Arガス供給パイ
プ、7…炭化水素供給孔、8…Si源、9…シールド、
10…制御板、11…基板ホルダ支持棒、13…基板、
15…熱シールド、17…RFワークコイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hot wall, 3 ... Crucible, 6 ... Ar gas supply pipe, 7 ... Hydrocarbon supply hole, 8 ... Si source, 9 ... Shield,
10: control plate, 11: substrate holder support rod, 13: substrate,
15: heat shield, 17: RF work coil

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭素を含むガス中に2つの温度領域
1、T2を形成するとともに、各領域の温度をT1<T2
とし、低温領域T1に固体のSi、高温領域T2にSiC
の種結晶またはSiC単結晶基板をそれぞれ設置して、
前記低温領域T1からSiを蒸発させ、その蒸発させた
Siを前記ガス中の炭素成分と反応させてSiC形成ガ
スを形成し、前記SiC形成ガスを前記高温領域T2
種結晶またはSiC単結晶基板に到達させてSiC単結
晶を合成することを特徴とするSiC単結晶の合成方
法。
1. Two temperature regions T 1 and T 2 are formed in a gas containing carbon, and the temperature of each region is set to T 1 <T 2.
Solid Si in the low temperature region T 1 and SiC in the high temperature region T 2
The seed crystal or SiC single crystal substrate is installed, respectively,
The low temperature region to evaporate the Si from T 1, its evaporated Si was reacted with carbon component in said gas to form a SiC-forming gas, said SiC-forming gas in the high temperature region T 2 seed crystal or the SiC single A method for synthesizing a SiC single crystal, wherein the method reaches a crystal substrate and synthesizes a SiC single crystal.
【請求項2】 前記低温領域T1における液相のSiと
気相のSiとの界面に、炭素、石英またはSiCからな
るシールドを設けて前記Siの蒸気圧を制御することを
特徴とするSiC単結晶の合成方法。
Wherein the interface between the Si of the Si and the gas phase of the liquid phase in the low temperature region T 1, SiC, characterized by controlling the vapor pressure of the Si is provided a shield made of carbon, quartz, or SiC A method for synthesizing a single crystal.
【請求項3】 前記低温領域T1から蒸発したSiのキ
ャリアガスとして、アルゴンガスを用いることを特徴と
する請求項1または2記載のSiC単結晶の合成方法。
3. The method for synthesizing a SiC single crystal according to claim 1, wherein an argon gas is used as a carrier gas of Si evaporated from the low-temperature region T 1 .
【請求項4】 前記高温領域T2の種結晶またはSiC
単結晶基板を、100rpm以上で高速回転させながら
合成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項
記載のSiC単結晶の合成方法。
Wherein the species of the high temperature region T 2 crystal or SiC
The method for synthesizing a SiC single crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the single crystal substrate is synthesized while rotating at a high speed of 100 rpm or more.
【請求項5】 前記低温領域T1および高温領域T2を形
成する容器の内面がダイヤモンドライクカーボンまたは
ガラス状炭素からなることを特徴とする請求項1〜4の
いずれか一項記載のSiC単結晶の合成方法。
5. The SiC unit according to claim 1, wherein an inner surface of the container forming the low temperature region T 1 and the high temperature region T 2 is made of diamond-like carbon or glassy carbon. Crystal synthesis method.
【請求項6】 前記低温領域T1および高温領域T2を形
成する容器の外側に、グラファイトからなる熱シールド
を配置したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一
項記載のSiC単結晶の合成方法。
6. The SiC unit according to claim 1, wherein a heat shield made of graphite is arranged outside a container forming the low temperature region T 1 and the high temperature region T 2. Crystal synthesis method.
【請求項7】 前記熱シールドを、複数の短冊状のグラ
ファイト板を隙間を設けて隣接配置して全体形状が略円
筒形状となるように形成し、前記容器の径方向に複数配
置したことを特徴とする請求項6記載のSiC単結晶の
合成方法。
7. The heat shield, wherein a plurality of strip-shaped graphite plates are arranged adjacent to each other with a gap provided therebetween so as to form a substantially cylindrical shape, and a plurality of the heat shields are arranged in a radial direction of the container. The method for synthesizing a SiC single crystal according to claim 6.
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