JPH1160391A - Production of silicon carbide single crystal - Google Patents
Production of silicon carbide single crystalInfo
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- JPH1160391A JPH1160391A JP21504497A JP21504497A JPH1160391A JP H1160391 A JPH1160391 A JP H1160391A JP 21504497 A JP21504497 A JP 21504497A JP 21504497 A JP21504497 A JP 21504497A JP H1160391 A JPH1160391 A JP H1160391A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、バルク状の炭化珪
素単結晶を製造する方法に関する。[0001] The present invention relates to a method for producing a bulk silicon carbide single crystal.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、高耐圧電力用トランジスタや高耐
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
板として炭化珪素単結晶基板が開発されている。この炭
化珪素単結晶基板にはα型炭化珪素単結晶が用いられ
る。そして、このα型炭化珪素単結晶の製造方法として
特開平9−77595号公報に示されるように、シリコ
ンウェハの上に種結晶となる立方晶(3C)の炭化珪素
単結晶層を成長させ、この種結晶上に昇華再結晶法によ
てバルク状のα型(6H)炭化珪素単結晶を成長させる
方法が提案されている。2. Description of the Related Art In recent years, a silicon carbide single crystal substrate has been developed as a semiconductor substrate of a high-voltage high-power semiconductor device such as a high-voltage transistor or a high-voltage diode. An α-type silicon carbide single crystal is used for this silicon carbide single crystal substrate. As a method for producing this α-type silicon carbide single crystal, as shown in JP-A-9-77595, a cubic (3C) silicon carbide single crystal layer serving as a seed crystal is grown on a silicon wafer, A method of growing a bulk α-type (6H) silicon carbide single crystal on this seed crystal by a sublimation recrystallization method has been proposed.
【0003】つまり、3Cの炭化珪素単結晶を種結晶と
して昇華成長を行うと、3Cの炭化珪素単結晶から6H
の炭化珪素単結晶に固相転移することを利用して、バル
ク状のα型炭化珪素単結晶を成長させている(ジャーナ
ル オブ クリスタル グロース99(1990)27
8−283〔Journal of CrystalG
rowth99(1990)278−283〕参照)。[0003] That is, when sublimation growth is performed using a 3C silicon carbide single crystal as a seed crystal, 6H
The solid-state transition to a silicon carbide single crystal is used to grow a bulk α-type silicon carbide single crystal (Journal of Crystal Growth 99 (1990) 27
8-283 [Journal of Crystal G
row 99 (1990) 278-283]).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、昇華成
長期に3C炭化珪素単結晶から6H炭化珪素単結晶に固
相転移するに際し、3C炭化珪素単結晶や6H炭化珪素
単結晶における結晶欠陥を誘発してしまうことが判っ
た。つまり、成長と転移は同時に起こるため、固相転移
する際に種結晶に結晶欠陥が発生し、さらにこの種結晶
の欠陥が昇華成長した結晶中にも引き継がれてしまう。
このため、高品位のα型バルク炭化珪素単結晶を得るこ
とが困難である。However, during the solid phase transition from the 3C silicon carbide single crystal to the 6H silicon carbide single crystal during the sublimation growth period, crystal defects are induced in the 3C silicon carbide single crystal and the 6H silicon carbide single crystal. It turned out to be. That is, since the growth and the transition occur simultaneously, a crystal defect occurs in the seed crystal during the solid phase transition, and the defect of the seed crystal is inherited in the sublimated crystal.
For this reason, it is difficult to obtain a high-quality α-type bulk silicon carbide single crystal.
【0005】本発明は上記問題に鑑みてなされ、高品質
のα型バルク炭化珪素単結晶を的確に得ることができる
炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a method for producing a silicon carbide single crystal capable of accurately obtaining a high-quality α-type bulk silicon carbide single crystal.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を採用する。請求項1に記載の発
明によれば、サファイア基板(8)を用意し、珪素の融
点以上かつサファイアの融点未満の温度にて、サファイ
ア基板(8)の表面にα型炭化珪素単結晶層(5)を成
長させ、このα型炭化珪素単結晶層(5)を種結晶とし
て炭化珪素単結晶(7)を形成することを特徴としてい
る。In order to achieve the above object, the following technical means are employed. According to the first aspect of the present invention, a sapphire substrate (8) is prepared, and an α-type silicon carbide single crystal layer ( 5) is grown, and a silicon carbide single crystal (7) is formed using the α-type silicon carbide single crystal layer (5) as a seed crystal.
【0007】このように、サファイア基板(8)上に珪
素の融点以上かつサファイアの融点未満の温度という高
温下で結晶成長を行えば、α型炭化珪素単結晶層(5)
が得られる。そして、このようなα型炭化珪素単結晶層
(5)を種結晶として炭化珪素単結晶(7)を形成すれ
ば、立方晶(3C)の炭化珪素単結晶から6Hの炭化珪
素単結晶に固相転移する場合のように、固相転移による
結晶欠陥を誘発することがないため、高品質なα型(6
H)炭化珪素単結晶(7)を的確に形成することができ
る。As described above, if the crystal is grown on the sapphire substrate (8) at a high temperature of not less than the melting point of silicon and less than the melting point of sapphire, the α-type silicon carbide single crystal layer (5)
Is obtained. Then, when silicon carbide single crystal (7) is formed using such α-type silicon carbide single crystal layer (5) as a seed crystal, solidification is changed from cubic (3C) silicon carbide single crystal to 6H silicon carbide single crystal. Unlike in the case of phase transition, crystal defects due to solid phase transition are not induced.
H) The silicon carbide single crystal (7) can be formed accurately.
【0008】また、珪素基板より炭化珪素単結晶層との
格子定数の差が小さいサファイア基板(8)を用いるこ
とで、炭化珪素単結晶層(5)の割れが防止される。即
ち、珪素基板上に成長させた炭化珪素単結晶層を用いる
と炭化珪素単結晶層に割れが発生することがあるが、サ
ファイア基板(8)を用いることで割れを防止すること
ができる。By using a sapphire substrate (8) having a smaller lattice constant difference from the silicon carbide single crystal layer than the silicon substrate, cracking of the silicon carbide single crystal layer (5) is prevented. That is, when a silicon carbide single crystal layer grown on a silicon substrate is used, a crack may occur in the silicon carbide single crystal layer. However, the use of the sapphire substrate (8) can prevent the crack.
【0009】請求項2に記載の発明によれば、サファイ
ア基板(8)の表面に成長させた珪素単結晶(10)を
炭化して立方晶炭化珪素単結晶層(11)を形成すると
共に、珪素の融点以上かつサファイアの融点未満の温度
にて、立方晶炭化珪素単結晶層(11)上にα型炭化珪
素単結晶層(5)を成長させ、このα型炭化珪素単結晶
層(5)を種結晶として炭化珪素単結晶(7)を形成し
ていることを特徴としている。According to the second aspect of the present invention, the silicon single crystal (10) grown on the surface of the sapphire substrate (8) is carbonized to form a cubic silicon carbide single crystal layer (11). An α-type silicon carbide single crystal layer (5) is grown on the cubic silicon carbide single crystal layer (11) at a temperature equal to or higher than the melting point of silicon and lower than the melting point of sapphire. ) As a seed crystal to form a silicon carbide single crystal (7).
【0010】このように、サファイア基板(8)に一
度、立方晶炭化珪素単結晶層(11)を形成しておき、
この立方晶炭化珪素単結晶層(11)上形成したα型炭
化珪素単結晶層(5)を種結晶としても請求項1と同様
の効果を得ることができる。なお、請求項1、2におけ
る炭化珪素単結晶(7)は、具体的には、炭化珪素単結
晶(7)の原料ガスを供給することによって形成するこ
とができる。In this way, the cubic silicon carbide single crystal layer (11) is formed once on the sapphire substrate (8),
The same effect as in claim 1 can be obtained by using the α-type silicon carbide single crystal layer (5) formed on the cubic silicon carbide single crystal layer (11) as a seed crystal. The silicon carbide single crystal (7) in claims 1 and 2 can be specifically formed by supplying a raw material gas for the silicon carbide single crystal (7).
【0011】請求項3に記載の発明によれば、珪素単結
晶(10)の厚さは、炭化時において珪素単結晶(1
0)の全てが炭化される厚さになっていることを特徴と
している。このように、珪素単結晶(10)の厚さを、
炭化時において珪素単結晶(10)の全てが炭化できる
程度の厚さにすることにより、炭化した後に珪素単結晶
(10)が存在しなくなるので、立方晶炭化珪素単結晶
層(11)上に珪素の融点以上という高温でα型炭化珪
素単結晶層(12)を成長させることができる。このた
め、高品質なα型炭化珪素単結晶層(12)が形成で
き、これを種結晶として高品質の炭化珪素単結晶(7)
を製造することができる。According to the third aspect of the present invention, the thickness of the silicon single crystal (10) during carbonization is
0) is characterized in that it has a thickness to be carbonized. Thus, the thickness of the silicon single crystal (10) is
By making the thickness of the silicon single crystal (10) such that all of the silicon single crystal (10) can be carbonized at the time of carbonization, the silicon single crystal (10) does not exist after carbonization, so that the cubic silicon carbide single crystal layer (11) The α-type silicon carbide single crystal layer (12) can be grown at a high temperature equal to or higher than the melting point of silicon. Therefore, a high-quality α-type silicon carbide single crystal layer (12) can be formed, and the high-quality α-type silicon carbide single crystal layer (7) is used as a seed crystal.
Can be manufactured.
【0012】請求項4に記載の発明によれば、サファイ
ア基板(8)の表面は、(0001)面で構成されてい
ることを特徴としている。サファイア基板(8)を元に
して形成する炭化珪素単結晶層(5)や最終的に形成す
る炭化珪素単結晶(7)は共に、(0001)面の結晶
面を有する結晶であるため、サファイア基板(8)の表
面をこれらと同一の原子配列とすれば、より欠陥のない
炭化珪素単結晶(7)を製造することができる。According to a fourth aspect of the present invention, the surface of the sapphire substrate (8) is constituted by a (0001) plane. Since the silicon carbide single crystal layer (5) formed based on the sapphire substrate (8) and the silicon carbide single crystal (7) finally formed are both crystals having a (0001) crystal plane, sapphire If the surface of the substrate (8) has the same atomic arrangement as these, a silicon carbide single crystal (7) having less defects can be manufactured.
【0013】なお、請求項5に示すように、第3工程
は、黒鉛製ルツボ(1)内において炭化珪素原料粉末
(2)を不活性ガス雰囲気中で加熱昇華させ、炭化珪素
原料粉末(2)より低温にした炭化珪素単結晶層(5)
の表面に炭化珪素単結晶(7)を成長させるようにすれ
ば、炭化珪素単結晶(7)の膜厚を厚くできるため有効
である。In the third step, the silicon carbide raw material powder (2) is heated and sublimated in an inert gas atmosphere in a graphite crucible (1), and the silicon carbide raw material powder (2) is heated. ) Lower temperature silicon carbide single crystal layer (5)
It is effective to grow the silicon carbide single crystal (7) on the surface of the substrate because the thickness of the silicon carbide single crystal (7) can be increased.
【0014】また、サファイア基板(8)上に形成され
た炭化珪素単結晶層(12)は下地のサファイア基板
(8)と同一の口径をもつこととなる。例えば、4〜6
インチのサファイア基板(8)を用いた場合には、4〜
6インチの大口径の炭化珪素単結晶(7)を得ることが
できる。The silicon carbide single crystal layer (12) formed on the sapphire substrate (8) has the same diameter as the underlying sapphire substrate (8). For example, 4-6
When an inch sapphire substrate (8) is used, 4 to
A 6-inch large-diameter silicon carbide single crystal (7) can be obtained.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。 (第1実施形態)図1に、本実施の形態において用いら
れる結晶成長装置としての黒鉛製ルツボ1を示す。この
黒鉛製ルツボ1は、黒鉛製ルツボ1内に備えられた炭化
珪素原料粉末2を熱処理によって昇華させ、種結晶であ
る炭化珪素単結晶層5上に炭化珪素単結晶7を結晶成長
させるものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows a graphite crucible 1 as a crystal growth apparatus used in the present embodiment. The graphite crucible 1 sublimates the silicon carbide raw material powder 2 provided in the graphite crucible 1 by heat treatment to grow a silicon carbide single crystal 7 on a silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal. is there.
【0016】この黒鉛製ルツボ1は、上面が開口してい
るルツボ本体1aと、ルツボ本体1aの開口部を塞ぐ蓋
材1bとから構成されている。そして、この黒鉛製ルツ
ボ1のうち、蓋材1bは種結晶である炭化珪素単結晶層
5を支持する台座となる。また、黒鉛製ルツボ1は、ア
ルコンガスが導入できる真空容器の中でヒータにより加
熱できるようになっており、このヒータのパワーを調節
することによって種結晶である炭化珪素単結晶層5の温
度が炭化珪素原料粉末2の温度よりも100℃程度低温
に保たれるようにしている。The graphite crucible 1 comprises a crucible body 1a having an open upper surface, and a lid 1b for closing the opening of the crucible body 1a. Then, in this graphite crucible 1, the lid 1b serves as a pedestal for supporting the silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal. The graphite crucible 1 can be heated by a heater in a vacuum vessel into which an arcon gas can be introduced. By adjusting the power of the heater, the temperature of the silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal can be reduced. The temperature is kept at about 100 ° C. lower than the temperature of silicon carbide raw material powder 2.
【0017】次に、炭化珪素単結晶の製造方法を図2
(a)〜(e)に基づいて説明する。まず、図2(a)
に示すように、(0001)面を基板表面とするサファ
イア基板8を用意する。炭化珪素単結晶層5や炭化珪素
単結晶7が(0001)面の結晶面を有しているため、
サファイア基板8の表面を(0001)面とすることに
より原子配列が同一となり、より効果的に欠陥のない炭
化珪素単結晶層5及び炭化珪素単結晶7を形成すること
ができるからである。Next, a method for producing a silicon carbide single crystal is shown in FIG.
A description will be given based on (a) to (e). First, FIG.
As shown in (1), a sapphire substrate 8 having a (0001) plane as a substrate surface is prepared. Since silicon carbide single crystal layer 5 and silicon carbide single crystal 7 have a (0001) crystal plane,
By making the surface of the sapphire substrate 8 the (0001) plane, the atomic arrangement becomes the same, and the silicon carbide single crystal layer 5 and the silicon carbide single crystal 7 without defects can be formed more effectively.
【0018】そして、化学的気相エピキシャル成長法
(CVD)によりサファイア基板8の表面上に種結晶と
なる炭化珪素単結晶層5を成長させる。より詳しくは、
プロパ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
を用いており、炭化珪素単結晶層5の膜厚が20μm程
度になるようにしている。Then, a silicon carbide single crystal layer 5 serving as a seed crystal is grown on the surface of sapphire substrate 8 by chemical vapor epitaxy (CVD). More specifically,
A chemical vapor deposition method is used by a chemical reaction between a raw material gas for supplying carbon such as propane and a raw material gas for supplying silicon such as silane, so that the silicon carbide single crystal layer 5 has a thickness of about 20 μm. .
【0019】このとき、サファイア基板8は、炭化珪素
単結晶層5と格子定数の差が小さいため、サファイア基
板8を用いて炭化珪素単結晶層5を形成することにより
炭化珪素単結晶層5の割れを防止することができる。さ
らに、サファイアの融点は2053℃であり珪素の融点
(1414℃)よりも高いため、珪素単結晶基板(シリ
コンウェハ)を基板として用いた場合に比して高温下、
つまり珪素の融点以上の温度からサファイアの融点未満
の温度で炭化珪素単結晶層5を形成することができる。At this time, since the difference in lattice constant between sapphire substrate 8 and silicon carbide single crystal layer 5 is small, silicon carbide single crystal layer 5 is formed by using sapphire substrate 8 to form silicon carbide single crystal layer 5. Cracks can be prevented. Furthermore, since the melting point of sapphire is 2053 ° C. and higher than the melting point of silicon (1414 ° C.), the temperature is higher at a higher temperature than when a silicon single crystal substrate (silicon wafer) is used as a substrate.
That is, silicon carbide single crystal layer 5 can be formed at a temperature equal to or higher than the melting point of silicon and lower than the melting point of sapphire.
【0020】すなわち、炭化珪素単結晶層5を高温下で
形成すると高品質、かつ6Hの結晶構造を有する炭化珪
素単結晶を形成することができる。このため、サファイ
ア基板8を用いることにより、高品質な6Hの炭化珪素
単結晶層5をサファイア基板8上に直接形成することが
できる。次に、図2(b)に示すようにサファイア基板
8を除去し、続いて図2(c)に示すように炭化珪素単
結晶層5を黒鉛製ルツボ1の蓋材(台座)1bに接合剤
としての接着剤6で接合して炭化珪素単結晶層5を蓋材
1bに固定する。なお、炭化珪素単結晶層5を蓋材1b
に固定するに際し、炭化珪素単結晶層5に多結晶珪素や
多結晶炭化珪素を形成して補強してもよい。That is, when the silicon carbide single crystal layer 5 is formed at a high temperature, a high quality silicon carbide single crystal having a 6H crystal structure can be formed. Therefore, by using sapphire substrate 8, high-quality 6H silicon carbide single crystal layer 5 can be formed directly on sapphire substrate 8. Next, as shown in FIG. 2 (b), the sapphire substrate 8 is removed, and then, as shown in FIG. 2 (c), the silicon carbide single crystal layer 5 is joined to the lid (base) 1b of the graphite crucible 1. Silicon carbide single crystal layer 5 is fixed to lid 1b by bonding with adhesive 6 as an agent. Here, silicon carbide single crystal layer 5 is covered with lid material 1b.
When fixing to silicon carbide, polycrystalline silicon or polycrystalline silicon carbide may be formed in silicon carbide single crystal layer 5 to reinforce it.
【0021】さらに、炭化珪素単結晶層5が固定された
蓋材1bを黒鉛製ルツボ本体1aの開口部に配置する。
そして、黒鉛製ルツボ1内をアルゴンガス雰囲気で圧力
を1Torrにして、炭化珪素原料粉末2の温度が23
30℃、種結晶である炭化珪素単結晶層5の温度が22
10℃になるように保ち、炭化珪素単結晶層5上に炭化
珪素単結晶4を昇華再結晶成長させる。Further, lid material 1b to which silicon carbide single crystal layer 5 is fixed is arranged in the opening of graphite crucible body 1a.
Then, the pressure in the graphite crucible 1 was set to 1 Torr in an argon gas atmosphere, and the temperature of the silicon carbide raw material powder 2 was set to 23.
30 ° C., the temperature of the silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal is 22
While maintaining the temperature at 10 ° C., silicon carbide single crystal 4 is sublimated and recrystallized on silicon carbide single crystal layer 5.
【0022】このとき、上述したように炭化珪素単結晶
層5は6Hの結晶構造を有しているため、同様の結晶構
造である炭化珪素単結晶7が容易に形成される。つま
り、上述したように立方晶(3C)の炭化珪素単結晶か
ら6Hの炭化珪素単結晶に固相転移するときには結晶欠
陥を誘発してしまうが、種結晶となる炭化珪素単結晶層
5が6Hの結晶構造を有しているため、固相転移による
結晶欠陥を誘発することなく6Hの炭化珪素単結晶7を
形成することができる。At this time, since silicon carbide single crystal layer 5 has a 6H crystal structure as described above, silicon carbide single crystal 7 having a similar crystal structure is easily formed. In other words, as described above, when a solid phase transition is performed from the cubic (3C) silicon carbide single crystal to the 6H silicon carbide single crystal, crystal defects are induced. Therefore, 6H silicon carbide single crystal 7 can be formed without inducing crystal defects due to solid phase transition.
【0023】その結果、図2(d)に示すように、種結
晶である炭化珪素単結晶層5上にサファイア基板8と略
同一の口径を有する直径4インチ、厚さが2mmのバル
ク状の炭化珪素単結晶(炭化珪素単結晶インゴット)7
が形成される。なお、サファイア基板8を4〜6インチ
のものを用いた場合には、炭化珪素単結晶8も4〜6イ
ンチという大口径のものが得られる。As a result, as shown in FIG. 2 (d), a bulk-shaped silicon carbide single crystal layer 5 having a diameter of 4 inches and a thickness of 2 mm having substantially the same diameter as the sapphire substrate 8 is formed on the silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal. Silicon carbide single crystal (silicon carbide single crystal ingot) 7
Is formed. When sapphire substrate 8 having a diameter of 4 to 6 inches is used, silicon carbide single crystal 8 having a large diameter of 4 to 6 inches can be obtained.
【0024】さらに、図2(e)に示すように、炭化珪
素単結晶(炭化珪素単結晶インゴット)7を黒鉛製ルツ
ボの蓋材1bから取り外し、得られた結晶をスライス、
研磨することにより半導体基板が完成する。なお、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、炭化珪素単結晶7は6
H型の(0001)面方位を有していることが確認され
た。このように、種結晶となる炭化珪素単結晶層5を形
成するためにサファイア基板8を用いることにより、固
相転移による結晶欠陥の誘発を防止することができ、高
品質な炭化珪素単結晶7を形成することができる。Further, as shown in FIG. 2 (e), the silicon carbide single crystal (silicon carbide single crystal ingot) 7 is removed from the lid 1b of the graphite crucible, and the obtained crystal is sliced.
The semiconductor substrate is completed by polishing. The crystal plane orientation and the crystal structure (polymorphism) of this substrate were determined by X-ray diffraction and Raman spectroscopy.
It was confirmed that it had an H-type (0001) plane orientation. As described above, by using sapphire substrate 8 to form silicon carbide single crystal layer 5 serving as a seed crystal, induction of crystal defects due to solid phase transition can be prevented, and high quality silicon carbide single crystal 7 can be formed. Can be formed.
【0025】なお、このように完成した基板を用いて、
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を作製することができ
る。 (第2実施形態)第1実施形態では、サファイア基板8
上に直接結晶成長させることで炭化珪素単結晶層5を形
成していたが、図3に示すようにサファイア基板8上に
まず珪素単結晶10を成長させて、さらにこの珪素単結
晶10を炭化して立方晶炭化珪素単結晶層11を形成
し、この立方晶炭化珪素単結晶層11上に6Hの炭化珪
素単結晶層3を形成する。Incidentally, using the substrate thus completed,
A semiconductor device such as a vertical MOSFET, a pn diode, and a Schottky diode for high power can be manufactured. (Second Embodiment) In the first embodiment, the sapphire substrate 8
The silicon carbide single crystal layer 5 was formed by directly growing a crystal thereon. However, as shown in FIG. 3, a silicon single crystal 10 was first grown on a sapphire substrate 8, and this silicon single crystal 10 was further carbonized. Thus, cubic silicon carbide single crystal layer 11 is formed, and 6H silicon carbide single crystal layer 3 is formed on cubic silicon carbide single crystal layer 11.
【0026】以下、炭化珪素単結晶の製造方法を図3
(a)〜(f)に基づいて説明する。まず、(000
1)面を基板表面とするサファイア基板8を用意し、図
3(a)に示すようにサファイア基板8上に珪素単結晶
10を結晶成長させる。そして、この珪素単結晶10を
プロパン等の炭素供給用原料ガス雰囲気で炭化して図3
(b)に示すように立方晶炭化珪素単結晶層11を形成
する。なお、上記珪素単結晶10の厚さをこの炭化時に
該珪素単結晶10の全てが炭化される程度の厚さにして
いる。すなわち、融点が比較的低い珪素単結晶10が残
留していると、高温下で炭化珪素単結晶層5を形成する
ことができないからである。従って、このような厚さに
することにより、後工程にて高品質な炭化珪素単結晶層
5を形成することができる。Hereinafter, a method for producing a silicon carbide single crystal will be described with reference to FIG.
A description will be given based on (a) to (f). First, (000
1) A sapphire substrate 8 having a surface as a substrate surface is prepared, and a silicon single crystal 10 is grown on the sapphire substrate 8 as shown in FIG. Then, the silicon single crystal 10 is carbonized in an atmosphere of a raw material gas for carbon supply such as propane, and FIG.
A cubic silicon carbide single crystal layer 11 is formed as shown in FIG. The thickness of the silicon single crystal 10 is set to such a thickness that the entire silicon single crystal 10 is carbonized during the carbonization. That is, if silicon single crystal 10 having a relatively low melting point remains, silicon carbide single crystal layer 5 cannot be formed at a high temperature. Therefore, with such a thickness, high-quality silicon carbide single crystal layer 5 can be formed in a later step.
【0027】次に、図3(c)に示すように、CVD法
によって立方晶炭化珪素単結晶層11上に種結晶となる
炭化珪素単結晶層5を成長させる。このとき、炭化珪素
単結晶層5は珪素の融点よりも高く、かつサファイアの
融点未満の温度下で形成する。つまり、このような高温
下で、かつ安定な結晶成長が行えるCVD法にて炭化珪
素単結晶層5を形成することにより6Hの結晶構造で炭
化珪素単結晶層5を形成することができる。Next, as shown in FIG. 3C, a silicon carbide single crystal layer 5 serving as a seed crystal is grown on the cubic silicon carbide single crystal layer 11 by a CVD method. At this time, silicon carbide single crystal layer 5 is formed at a temperature higher than the melting point of silicon and lower than the melting point of sapphire. In other words, silicon carbide single crystal layer 5 can be formed with a 6H crystal structure by forming silicon carbide single crystal layer 5 by a CVD method capable of performing stable crystal growth at such a high temperature.
【0028】そして、図3(d)に示すようにサファイ
ア基板8を除去したのち、図3(e)に示すように接着
剤6によって立方晶炭化珪素単結晶層11側を蓋材1b
に接着する。この後は、第1実施形態と同様に昇華再結
晶法にて図3(f)に示すようにバルク状の炭化珪素単
結晶(炭化珪素単結晶インゴット)7を形成したのち、
図3(g)に示すように炭化珪素単結晶7を黒鉛製ルツ
ボの蓋材1bから取り外してバルク状の炭化珪素単結晶
7が得られる。After removing the sapphire substrate 8 as shown in FIG. 3D, the cubic silicon carbide single crystal layer 11 is covered with the adhesive 6 as shown in FIG.
Glue to Thereafter, a bulk silicon carbide single crystal (silicon carbide single crystal ingot) 7 is formed by a sublimation recrystallization method as shown in FIG.
As shown in FIG. 3 (g), bulk silicon carbide single crystal 7 is obtained by removing silicon carbide single crystal 7 from graphite crucible lid 1b.
【0029】このように、サファイア基板8上にまず珪
素単結晶10を成長させて、さらにこの珪素単結晶10
を炭化して立方晶炭化珪素単結晶層11を形成し、この
立方晶炭化珪素単結晶層11上に6Hの炭化珪素単結晶
層5を形成するようにしても、6Hの炭化珪素単結晶層
5を形成することができるため、この炭化珪素単結晶層
5を種結晶として炭化珪素単結晶7を形成しても第1実
施形態と同様、固相転移による結晶欠陥を誘発すること
なく6Hの炭化珪素単結晶7を形成することができる。As described above, the silicon single crystal 10 is first grown on the sapphire substrate 8, and
To form a cubic silicon carbide single crystal layer 11 and a 6H silicon carbide single crystal layer 5 formed on cubic silicon carbide single crystal layer 11. Since silicon carbide single crystal 5 can be formed, silicon carbide single crystal 7 can be formed using silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal, as in the first embodiment, without causing crystal defects due to solid phase transition. Silicon carbide single crystal 7 can be formed.
【0030】なお、本実施形態ではサファイア基板上に
珪素単結晶10を成長させたものを用いたが、サファイ
ア基板上に予め珪素単結晶が形成されているSOS(シ
リコン・オン・サファイア)基板を用いてもよい。 (他の実施形態)第1、第2実施形態では、炭化珪素単
結晶層5をCVD法により形成していたが、この他の方
法により形成してもよい。In this embodiment, a silicon single crystal 10 is grown on a sapphire substrate. However, an SOS (silicon-on-sapphire) substrate in which a silicon single crystal is formed in advance on a sapphire substrate is used. May be used. (Other Embodiments) In the first and second embodiments, the silicon carbide single crystal layer 5 is formed by the CVD method, but may be formed by another method.
【0031】また、第1、第2実施形態では、炭化珪素
単結晶を昇華再結晶法によって形成したが、この他の方
法を用いて形成してもよい。すなわち、上記供給する原
料ガスは、単結晶となる原料を加熱昇華させる方法(昇
華法)により生成した昇華ガスに限らず、昇華法以外の
方法で調整した単結晶となる原料のガスでもよい。ただ
し、昇華再結晶法によって炭化珪素単結晶を形成する場
合には、炭化珪素単結晶を成長させやすいため、昇華再
結晶法を用いて炭化珪素単結晶を形成することが好まし
い。Further, in the first and second embodiments, the silicon carbide single crystal is formed by the sublimation recrystallization method, but may be formed by other methods. That is, the source gas to be supplied is not limited to a sublimation gas generated by a method of sublimating a material to be a single crystal by heating and sublimation (sublimation method), and may be a gas of a raw material to be a single crystal adjusted by a method other than the sublimation method. However, when a silicon carbide single crystal is formed by the sublimation recrystallization method, it is preferable to form the silicon carbide single crystal using the sublimation recrystallization method because the silicon carbide single crystal is easily grown.
【0032】また、黒鉛製のルツボを用いたが、ルツボ
の材料として黒鉛以外のもの例えばタングステンやタン
タル等の高融点金属を用いてもよい。さらに、第1、第
2実施形態では、炭化珪素原料として、粉末状の炭化珪
素原料粉末2を用いたが、炭化珪素原料として粉末に代
えて焼結体等の他の形態のものを用いてもよい。Although a crucible made of graphite is used, a material other than graphite, such as a refractory metal such as tungsten or tantalum, may be used as the material of the crucible. Further, in the first and second embodiments, powdered silicon carbide raw material powder 2 was used as the silicon carbide raw material, but other forms such as a sintered body were used instead of powder as the silicon carbide raw material. Is also good.
【図1】本発明の実施形態に用いる黒鉛製ルツボの模式
図である。FIG. 1 is a schematic view of a graphite crucible used in an embodiment of the present invention.
【図2】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。FIG. 2 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing process of a silicon carbide single crystal.
【図3】第2実施形態における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。FIG. 3 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing process of a silicon carbide single crystal in a second embodiment.
1…黒鉛製ルツボ、1a…ルツボ本体、1b…蓋部材、
2…炭化珪素原料粉末、5…6Hの結晶構造を有する炭
化珪素単結晶層、7…炭化珪素単結晶、8…サファイア
基板、10…珪素単結晶、11…炭化珪素単結晶層。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Graphite crucible, 1a ... Crucible body, 1b ... Lid member,
2 silicon carbide raw material powder, 5 silicon carbide single crystal layer having a 6H crystal structure, 7 silicon carbide single crystal, 8 sapphire substrate, 10 silicon single crystal, 11 silicon carbide single crystal layer.
Claims (5)
融点以上かつサファイアの融点未満の温度にて、前記サ
ファイア基板(8)の表面に炭化珪素単結晶層(5)を
成長させる工程と、 前記サファイア基板(8)を除去すると共に、前記炭化
珪素単結晶層(5)を台座(1b)に固定して、この台
座(1b)を結晶成長装置(1)に装着する工程と、 前記炭化珪素単結晶層(5)を種結晶として、この炭化
珪素単結晶層(5)上に炭化珪素単結晶(7)を成長さ
せる工程とを備えたことを特徴とする炭化珪素単結晶の
製造方法。1. A step of preparing a sapphire substrate (8) and growing a silicon carbide single crystal layer (5) on the surface of the sapphire substrate (8) at a temperature equal to or higher than the melting point of silicon and lower than the melting point of sapphire. Removing the sapphire substrate (8), fixing the silicon carbide single crystal layer (5) to a pedestal (1b), and mounting the pedestal (1b) to a crystal growth apparatus (1); Producing a silicon carbide single crystal (7) on the silicon carbide single crystal layer (5) using the silicon carbide single crystal layer (5) as a seed crystal. Method.
晶(10)を成長させた基板を用意し、この基板のうち
前記珪素単結晶(10)を炭化して立方晶炭化珪素単結
晶層(11)を形成する工程と、 珪素の融点以上かつサファイアの融点未満の温度にて、
前記立方晶炭化珪素単結晶層(11)上にα型炭化珪素
単結晶層(5)を成長させる工程と、 前記サファイア基板(8)を除去すると共に、前記立方
晶炭化珪素単結晶層(11)を介して前記α型炭化珪素
単結晶層(5)を台座(1b)に固定して、この台座
(1b)を結晶成長装置(1)に装着する工程と、 前記α型炭化珪素単結晶層(5)を種結晶として、この
α型炭化珪素単結晶層(5)上に炭化珪素単結晶(7)
を成長させる工程とを備えたことを特徴とする炭化珪素
単結晶の製造方法。2. A cubic silicon carbide single crystal layer is prepared by preparing a substrate on which a silicon single crystal (10) is grown on the surface of a sapphire substrate (8) and carbonizing the silicon single crystal (10). Forming (11) at a temperature equal to or higher than the melting point of silicon and lower than the melting point of sapphire;
Growing an α-type silicon carbide single crystal layer (5) on the cubic silicon carbide single crystal layer (11); removing the sapphire substrate (8); A) fixing the α-type silicon carbide single crystal layer (5) to a pedestal (1b) through the above-mentioned method, and mounting the pedestal (1b) on a crystal growth apparatus (1); Using layer (5) as a seed crystal, silicon carbide single crystal (7) is formed on α-type silicon carbide single crystal layer (5).
And a step of growing a silicon carbide single crystal.
炭化時において該珪素単結晶(10)の全てが炭化され
る厚さになっていることを特徴とする請求項2に記載の
炭化珪素単結晶の製造方法。3. The silicon single crystal (10) has a thickness such that all of the silicon single crystal (10) is carbonized during the carbonization. Of producing a silicon carbide single crystal.
(0001)面で構成されていることを特徴とする請求
項1乃至3のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製
造方法。4. The surface of the sapphire substrate (8)
The method for producing a silicon carbide single crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the method is constituted by a (0001) plane.
であり、前記α型炭化珪素単結晶層(5)上に炭化珪素
単結晶(7)を形成する工程では、黒鉛製ルツボ(1)
内において炭化珪素原料粉末(2)を不活性ガス雰囲気
中で加熱昇華させ、前記炭化珪素原料粉末(2)よりも
低温にした前記炭化珪素単結晶層(5)の表面に前記炭
化珪素単結晶(7)を成長させていることを特徴とする
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶
の製造方法。5. The apparatus for growing a crystal according to claim 1, wherein the crystal growing apparatus comprises
In the step of forming the silicon carbide single crystal (7) on the α-type silicon carbide single crystal layer (5), the graphite crucible (1)
The silicon carbide raw material powder (2) is heated and sublimated in an inert gas atmosphere in the inside thereof, and the silicon carbide single crystal layer is formed on the surface of the silicon carbide single crystal layer (5) at a lower temperature than the silicon carbide raw material powder (2). 5. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein (7) is grown.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21504497A JPH1160391A (en) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | Production of silicon carbide single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP21504497A JPH1160391A (en) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | Production of silicon carbide single crystal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1160391A true JPH1160391A (en) | 1999-03-02 |
Family
ID=16665835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21504497A Pending JPH1160391A (en) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | Production of silicon carbide single crystal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1160391A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010026069A (en) * | 1999-09-02 | 2001-04-06 | 남기석 | Growth of large-area silicon carbide crystal with interfacial modifacation with silicon nitrides |
JP2013107788A (en) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Method for manufacturing silicon carbide wafer, silicon carbide wafer, silicon carbide semiconductor element, and power converting device |
JP2014133701A (en) * | 2004-06-25 | 2014-07-24 | Cree Inc | One hundred millimeter high purity semi-insulating single crystal silicon carbide wafer |
US9059118B2 (en) | 2002-06-24 | 2015-06-16 | Cree, Inc. | Method for producing semi-insulating resistivity in high purity silicon carbide crystals |
-
1997
- 1997-08-08 JP JP21504497A patent/JPH1160391A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20010026069A (en) * | 1999-09-02 | 2001-04-06 | 남기석 | Growth of large-area silicon carbide crystal with interfacial modifacation with silicon nitrides |
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