JPWO2018062224A1 - SiC単結晶の製造方法及びSiC種結晶 - Google Patents
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Abstract
Description
ファセット領域及び非ファセット領域のいずれか一方のみからなる結晶成長面とは、次のとおり規定する窒素濃度ばらつきNcが15%以下である結晶成長面を意味する。
Nc=(ΔN/Nmin)×100
ここで、ΔN=Nmax−Nminである。
ファセット領域とは、他の領域と同じ結晶構造を持ち、他の領域と比較して螺旋転位密度及び窒素濃度が高い。
本実施形態によるSiC単結晶の製造方法は、準備工程と成長工程とを備える。
準備工程では、製造装置、SiC種結晶、及びSi‐C溶液を準備する。
図2は、本実施形態によるSiC単結晶の製造方法に用いられる製造装置1の一例の模式図である。
ファセット領域及び非ファセット領域のいずれか一方のみからなる結晶成長面を有するSiC種結晶8を準備する。SiC種結晶8は板状であり、SiC単結晶からなる。好ましくは、SiC種結晶8の結晶構造は、製造しようとするSiC単結晶の結晶構造と同じである。たとえば、4H多形のSiC単結晶を製造する場合、4H多形のSiC種結晶8を用いることが好ましい。
SiC種結晶8の表面のうち、Si‐C溶液7と接触し、その上にSiC単結晶が成長する面を結晶成長面という。好ましくは、結晶成長面は(000‐1)面(カーボン面)である。結晶成長面は、(000‐1)面から8°以下の角度で傾斜した面であってもよい。図3は、結晶成長面にファセット領域と非ファセット領域との両方を含む従来のSiC種結晶の底面図(結晶成長面の図)である。
SiC溶液成長において結晶成長面80からファセット領域81を完全に取り除いた結晶を種結晶として用いる。このようにして調整した種結晶は、結晶成長面80が非ファセット領域及びファセット領域81のいずれか一方のみからなる。これにより、結晶成長面80の全体において結晶成長速度の差が小さくなる。つまり、結晶成長厚さのばらつきが抑制される。これにより、ステップバンチング及びSiC単結晶の三次元的成長を抑制する。その結果、溶媒インクルージョンを抑制できる。
本実施形態のSiC種結晶8の結晶成長面80が非ファセット領域及びファセット領域81のいずれか一方のみからなることは、SiC種結晶8の結晶成長面80における窒素濃度ばらつきNcで確認できる。
原料を加熱して溶融し、Si‐C溶液7を生成する。初めに、坩堝5内に上述の組成を有するSi‐C溶液7の原料を収納する。原料が収納された坩堝5を、チャンバ2内の回転装置20の上面に配置する。坩堝5をチャンバ2内に収納した後、チャンバ2内に不活性ガス、たとえば、ヘリウムガスを充填する。さらに、誘導加熱装置3によって、坩堝5及びSi‐C溶液7の原料を、Si‐C溶液7の原料の融点以上に加熱する。炭素を含有する坩堝5を加熱すれば、坩堝5から炭素が融液に溶け込む。その結果、Si‐C溶液7が生成される。別の方法として、炭化水素ガスからSi‐C溶液7へ炭素を溶解させる気相経由の方法がある。さらに別の方法として、固相の炭素源をSi‐C溶液7に投入して溶解させる方法がある。固相の炭素源はたとえば、黒鉛、非晶質炭素原料、SiC及び添加元素の炭化物からなる群から選択される1種又は2種以上である。これらは、ブロック、棒、顆粒及び紛体等の形状でSi‐C溶液7に添加される。炭素を含む原料を加熱することでSi‐C溶液7が生成する。
成長工程では、Si‐C溶液7にSiC種結晶8の結晶成長面80を接触させ、SiC種結晶8の結晶成長面80上にSiC単結晶を成長させる。
図2では、坩堝5を用いる製造装置1の例を示している。しかしながら、坩堝5を用いず、電磁力により原料を浮揚させて溶解するレビテーション法を採用してもよい。他には、水冷された金属坩堝内で磁気反発により浮揚したSi‐C溶液7を生成するコールドクルーシブル法を採用してもよい。
図2に示す製造装置1を用いた。試験番号1において、坩堝5は黒鉛坩堝であり、誘導加熱装置3は高周波コイルであり、シードシャフト6は黒鉛であり、チャンバ2は水冷ステンレスチャンバであった。
試験番号2で用いたSiC種結晶は、昇華再結晶法により製造され、直径33.0mmの円形の結晶成長面を有した。SiC種結晶の結晶構造及び結晶成長面は4H‐SiC(000‐1)on axisであった。試験番号2では、種結晶の作製時に目視でファセット領域を確認し、当該ファセット領域のなかから結晶成長面の全面がSiC種結晶となるように結晶を切り出した以外は、試験番号1と同様に結晶成長を行った。
試験番号3で用いたSiC種結晶は、昇華再結晶法により製造され、直径50.8mmの円形の結晶成長面を有した。SiC種結晶の結晶構造及び結晶成長面は4H‐SiC(000‐1)on axisであった。試験番号3では、SiC種結晶近傍の温度勾配を約15℃/cm、成長時間を15時間とした以外は、試験番号1と同様に結晶成長を行った。
試験番号4で用いたSiC種結晶は、昇華再結晶法により製造され、直径50.8mmの円形の結晶成長面を有した。SiC種結晶の結晶構造及び結晶成長面は4H‐SiC(000‐1)on axisであった。試験番号4では、種結晶の作製時に目視でファセット領域を確認し、結晶成長面が当該ファセット領域及び非ファセット領域の両方を含むSiC種結晶となるように結晶を切り出した以外は、試験番号1と同様に結晶成長を行った。
試験番号5で用いたSiC種結晶は、昇華再結晶法により製造され、直径33.0mmの円形の結晶成長面を有した。SiC種結晶の結晶構造及び結晶成長面は4H‐SiC(000‐1)on axisであった。試験番号5では、種結晶の作製時に目視で非ファセット領域を確認し、結晶成長面が当該非ファセット領域とファセット領域とを含むSiC種結晶となるように結晶を切り出した以外は、試験番号2と同様に結晶成長を行った。
各試験番号のSiC単結晶において、インクルージョンフリー度を測定した。具体的には、次のとおり測定した。
インクルージョンフリー度=インクルージョンフリー厚さ(mm)/全結晶成長厚さ(mm)
試験番号1〜試験番号3では、適切なSiC種結晶を用いてSiC単結晶を製造した。具体的には、試験番号1〜試験番号3のSiC種結晶の結晶成長面は、ファセット領域及び非ファセット領域のいずれか一方のみからなる。そのため、試験番号1〜試験番号3のSiC単結晶はインクルージョンフリー度が1.0であった。
7 Si‐C溶液
8 SiC種結晶
80 結晶成長面
81 ファセット領域
82 ファセット領域と非ファセット領域との境界
84 結晶成長面の外周
C1 結晶成長面の中心位置
Claims (5)
- SiC種結晶の結晶成長面をSi‐C溶液に接触させてSiC単結晶を成長させる溶液成長法によるSiC単結晶の製造方法であって、
前記Si‐C溶液の原料を加熱して溶融し、前記Si‐C溶液を準備する工程と、
ファセット領域及び非ファセット領域のいずれか一方のみからなる前記結晶成長面を前記Si‐C溶液に接触させ、前記結晶成長面上に前記SiC単結晶を成長させる工程とを備え、
半径Rを有する前記SiC種結晶の前記結晶成長面の中心位置と、前記中心位置を中心とした半径1/3Rの仮想円上であって、中心角45°おきに配置される複数の第1測定位置と、前記中心位置を中心とした半径2/3Rの仮想円上であって、中心角45°おきに配置される複数の第2測定位置とにおける窒素濃度のうち、最小値に対する最大値と最小値との差分値の割合が15%以下である、SiC単結晶の製造方法。 - 請求項1に記載のSiC単結晶の製造方法であって、
前記SiC単結晶を成長させる工程では、前記中心位置を通る最長径が2インチ以上である前記結晶成長面を前記Si‐C溶液に接触させる、SiC単結晶の製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載のSiC単結晶の製造方法であって、
前記SiC単結晶を成長させる工程では、前記結晶成長面上に前記SiC単結晶を2mm以上成長させる、SiC単結晶の製造方法。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のSiC単結晶の製造方法であって、
前記SiC種結晶は4H多形の結晶構造を有し、
前記SiC単結晶を成長させる工程では、4H多形の結晶構造を有するSiC単結晶を成長させる、SiC単結晶の製造方法。 - SiC種結晶をSi‐C溶液に接触させて前記SiC種結晶上にSiC単結晶を成長させる溶液成長法に用いるSiC種結晶であって、
ファセット領域及び非ファセット領域のいずれか一方のみからなる結晶成長面を有し、
半径Rを有する前記SiC種結晶の前記結晶成長面の中心位置と、前記中心位置を中心とした半径1/3Rの仮想円上であって、中心角45°おきに配置される複数の第1測定位置と、前記中心位置を中心とした半径2/3Rの仮想円上であって、中心角45°おきに配置される複数の第2測定位置とにおける窒素濃度のうち、最小値に対する最大値と最小値との差分値の割合が15%以下である、SiC種結晶。
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