WO2007094155A1 - ＳｉＣ単結晶の製造方法 - Google Patents

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WO2007094155A1
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Hidemitsu Sakamoto
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
    • C30B19/04—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux the solvent being a component of the crystal composition

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a SiC single crystal by a solution method.
  • S i C semiconductors have a lower energy band gap than S i semiconductors.
  • the Si C crystal system includes hexagonal crystals, cubic crystals, etc., but semiconductor materials such as 6 H type (hexagonal crystal with 6 molecules as one period) and 4 H type (hexagonal with 4 molecules as one period)
  • 6 H type hexagonal crystal with 6 molecules as one period
  • 4 H type hexagonal with 4 molecules as one period
  • Sublimation methods and solution methods are mainly known as methods for producing SiC single crystals.
  • the sublimation method is the most commonly used method for producing a S i C single crystal, in which a S i C raw material powder is sublimated and deposited on a low-temperature S i C seed crystal.
  • the (0 0 0 1) plane When grown on the (0 0 0 1) plane, screw dislocations occurred in the C-axis direction, which is the growth direction, and micropipes were generated.
  • the (1 1 1 2 0) plane stacking faults were observed. Arise.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 0-7-2 6 7 7 95 discloses a surface that is inclined from the (0 0 0 1) plane of the Si C seed crystal in the [0 0 0 — 1] direction
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-0 1 7 3 9 9 (1 1-2 0) surface of the growth surface discloses the off angle to the (1 1 1 2 0) surface of the Si C seed crystal.
  • a method has been proposed in which the assigned surface is used as the growth surface, and it is intended to suppress the occurrence of micropipes and stacking faults, but has not achieved a sufficiently high quality as a semiconductor material.
  • the solution method is a method in which C is dissolved in a Si melt from a graphite crucible, and a S i C single crystal is grown on a S i C seed crystal placed on the melt surface. It is suitable for obtaining high-quality SiC single crystals necessary for semiconductor materials without causing any micropipes or stacking faults, but it is difficult to stably maintain a flat crystal growth surface. There was a problem.
  • the solution method is a thermal equilibrium process, and in that respect, the growth conditions should be easier to control than the sublimation method.
  • the solution method is a thermal equilibrium process, and in that respect, the growth conditions should be easier to control than the sublimation method.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 0 6-2 2 7 8 8 6 discloses that when a SiC single crystal is grown by a sublimation method or a solution method, the side surface with respect to the growth surface of the seed crystal is (0 0 0 1 It has been proposed to use a seed crystal that is inclined from either the () plane or the (1-1 0 0) plane. However, even with this method, polycrystallization (multinucleation, facet formation) cannot be reliably prevented, and a large-diameter SiC single crystal can be stably produced with high growth surface flatness. There wasn't. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a method for producing a SiC single crystal by a solution method, which can grow a large-diameter SiC single crystal by stably maintaining the flatness of the growth surface and preventing polycrystallization. For the purpose.
  • the melt is directly below the melt surface.
  • the S i C single crystal is grown on a plane inclined by a predetermined off angle from the (0 0 0 1) plane of the S i C seed crystal in the [1 — 1 0 0] direction.
  • a method for producing an i C single crystal is provided.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a crystal growth surface of a seed crystal used in the method for producing a SiC single crystal of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the crystal growth surface of the seed crystal used in the conventional sublimation method.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a structural example of a SiC single crystal production furnace suitable for carrying out the SiC single crystal production method of the present invention.
  • Fig. 6 includes the growth axis from the graphite rod to the single crystal growth layer through the seed crystal when growing a SiC single crystal with the growth plane as the (0 0 0 1) plane. It is a photograph of a section.
  • Figure 7 shows the growth of a SiC single crystal when the growth surface is inclined at an off angle of 8 ° in the [1 1 1 2 0] direction with respect to the (0 0 0 1) plane. It is a photograph of the growth surface.
  • FIG. 8 shows the growth plane as the (1 1 1 2 0) plane (that is, the off angle 9 0 ° in the [1 1 1 2 0] direction with respect to the (0 0 0 1) plane).
  • the inventor has grown a SiC single crystal using a plane inclined by a predetermined off-angle in the [1 — 1 0 0] direction from the (0 0 0 1) plane of the hexagonal S i C seed crystal as a growth plane.
  • the growth surface is kept stable and flat, and there is no polycrystallization (multinucleation, facet formation), growth in the radial direction is promoted, and a large-diameter SiC single crystal with a high yield is obtained.
  • the (0 0 0 1) plane of the hexagonal S i C seed crystal is a regular hexagonal base plane (Al-B ⁇ C ⁇ D ⁇ E1-F1), and the hexagonal S
  • the other base plane (A2-B2-C2-D2-E2-F2) is also an equivalent (0 0 0 1) plane.
  • the six rectangular sides of the regular hexagonal column (E ⁇ Dl- D2- E2 etc.) are the (1 — 1 0 0) plane and the equivalent plane.
  • the S i C single crystal (0 0 0 1) plane is used for the fabrication of semiconductor devices, and the (0 0 0 1) plane is also commonly used as the basic growth plane in the manufacture of S i C single crystals. It has been.
  • the (0 0 0 1) plane is not used as the growth plane, but a plane inclined from the (0 0 0 1) plane in the [1 1 1 0 0] direction is used.
  • polycrystallization multinucleation, facet formation
  • high flatness of the crystal growth surface is maintained, growth in the radial direction proceeds well, and a large aperture is easily realized.
  • the best flat growth can be obtained.
  • the ratio of diameter expansion is particularly large, which is the most suitable orientation for increasing the diameter.
  • vapor phase epitaxy such as C VD method
  • (1 1-2 0) plane such as (A1- C ⁇ C2- A2) plane in Fig. 2) or (1 1-2 0)
  • a surface with an off-angle is used as the growth surface
  • the growth by the sublimation method has been performed using a surface having an off angle in the [1 1 ⁇ 2 0] direction with respect to the (0 0 0 1) surface as the growth surface.
  • flat growth cannot be obtained.
  • the optimum off-angle is 4 ° to 12 from the viewpoint of ensuring the flatness of the growth surface and promoting the enlargement of the diameter. It is.
  • Fig. 3 shows an example of the structure of a SiC single crystal manufacturing furnace suitable for carrying out the method of the present invention.
  • the S i C single crystal production furnace 10 0 shown in the figure has a melt surface S while maintaining a temperature gradient in the S i melt M in the graphite crucible 10 that decreases from the inside toward the melt surface S.
  • This is a furnace for growing a S i C single crystal starting from a S i C seed crystal 1 4 held by a graphite rod 1 2 directly underneath.
  • Insulating material 18 surrounds the entire graphite crucible 10. These are collectively accommodated in the quartz tube 20.
  • An induction coil 22 surrounds the outer periphery of the quartz tube 20.
  • the upper coil 2 2 A and the lower coil 2 2 B constituting the induction coil 22 can be independently controlled, thereby forming a necessary temperature gradient in the Si melt M.
  • the bottom temperature T b of the crucible 10 and the temperature T s of the melt surface S are measured with a pyrometer, respectively, and the output of the induction coil 22 is adjusted based on the measured temperature to adjust the temperature of the Si melt and The temperature gradient is controlled to a predetermined value.
  • a magnetic field is applied to the Si melt M by the magnetic field coil 24.
  • a general S i C single crystal manufacturing process using the S i C single crystal manufacturing furnace 100 proceeds as follows.
  • the Si raw material is charged into the graphite crucible 10 and the induction coil 22 is operated to form the Si melt M. Attach S i C seed crystal 14 to the lower end of graphite rod 1 2 and insert it directly under Si melt surface S.
  • the dissolved carbon (C) is transported upward in the Si melt by diffusion and convection, and arrives at the S i C seed crystal 14.
  • the vicinity of the seed crystal 14 is maintained at a lower temperature than the lower part of the melt by the output control of the upper / lower stages of the coil 2 2 and the heat radiation from the melt surface S.
  • Carbon (C) dissolved at the bottom of the melt which has a high solubility at high temperatures, becomes supersaturated when it reaches the vicinity of a seed crystal with low solubility at a low temperature. Grow. Example
  • the SiC single crystal was manufactured by the solution method.
  • the melt surface temperature T s is set to 180 ° C., and a temperature gradient of 20 ° C./cm is provided to decrease the temperature from the bottom of the crucible toward the melt surface S. It was.
  • the inside of the crucible was maintained at atmospheric pressure with an Ar gas atmosphere.
  • a 1 which is one of the additive elements already proposed by the applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 20 0 5-8 2 4 3 5, is added to the Si melt.
  • the melt composition was set to Si-10 at% A1.
  • Fig. 4 shows a photograph of the cross section including the growth axis from the graphite rod 12 to the single crystal growth layer G through the seed crystal 14.
  • a S i C single crystal was grown on the S i C seed crystal with extremely high flatness.
  • the ratio of the diameter expansion to the seed crystal was about 1.2 times.
  • Fig. 5 (1) shows a photograph of the cross section including the growth axis from the graphite rod 12 to the single crystal growth layer G through the seed crystal 14.
  • a S i C single crystal was grown on the S i C seed crystal with extremely high flatness.
  • a sketch of the contour of the growth surface shows that the SiC single crystal grown on the S i C seed crystal (the contour is indicated by a dashed rectangle) has a diameter of approximately Has expanded more than twice. Part of the expansion has stopped due to the multinucleated part N generated around the area, but this is resolved by considering the arrangement when the Si C seed crystal 14 is first attached to the graphite rod 12 it can. In addition, when further regrowth is performed on this, it is confirmed that if the nucleation portion N is removed and then regrowth is performed, the diameter further increases.
  • the S i C seed crystal 14 with the growth surface set to (0 0 0 1) is attached to the lower end of the graphite rod 1 2 and inserted directly under the Si melt surface S. Sic single crystals were grown under long conditions.
  • Figure 6 shows a photograph of the cross section including the growth axis from the graphite rod 12 to the single crystal growth layer G through the seed crystal 14.
  • the growth is generally flat, there are macro steps, and it can be seen that the growth pattern is sensitively affected by fluctuations in the growth conditions within the control range.
  • the diameter expansion was about 1.2 times that of the seed crystal.
  • the off-angle is 8 in the [1 1 1 2 0] direction with respect to the (0 0 0 1) plane.
  • An inclined S i C seed crystal was attached to the lower end of the graphite rod 12 and inserted immediately below the S i melt surface S, and a S i C single crystal was grown under the same growth conditions as in Example 1.
  • Figure 7 shows a photograph of the growth surface of the SiC single crystal. Growth proceeds separately in the off-angle direction, and as a whole, many steps occur, and flat growth cannot be obtained at all.
  • S i C seed crystal 14 is black with the growth surface set to the (1 1 1 2 0) plane (ie, the off angle 9 0 ° in the [1 1 — 2 0] direction with respect to the (0 0 0 1) plane) It was attached to the lower end of the lead bar 1 2 and inserted directly under the Si melt surface S, and an S i C single crystal was grown under the same growth conditions as in Example 1.
  • Figures 8 (1) and (2) show (1) a photograph of the cross section including the growth axis from the graphite rod 12 to the single crystal growth layer G through the seed crystal 14 and (2) growth of the SiC single crystal. A photograph of each surface is shown. As a whole, the growth surface is separated into a number of fine islands, and flat growth cannot be obtained at all.
  • Industrial applicability According to the present invention, there is provided a method for producing a SiC single crystal by a solution method capable of growing a large-diameter SiC single crystal while stably maintaining the flatness of the growth surface and preventing polycrystallization. Is done.

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Abstract

成長面の平坦性を安定に維持し多結晶化を防止して大口径のＳｉＣ単結晶を成長させることができる、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造方法を提供する。黒鉛るつぼ内のＳｉ融液内に内部から融液面に向けて温度低下する温度勾配を維持しつつ、該融液面の直下に保持した六方晶のＳｉＣ種結晶を起点として六方晶のＳｉＣ単結晶を成長させる方法において、上記ＳｉＣ種結晶の（０００１）面から〔１−１００〕方向へ所定のオフ角だけ傾斜した面に、上記ＳｉＣ単結晶を成長させる。上記オフ角が１～３０°であることが望ましく、上記オフ角が９０°である（１−１００）面に上記ＳｉＣ単結晶を成長させることが最も望ましい。

Description

S i c単結晶の製造方法
技術分野
本発明は、 溶液法による S i C単結晶の製造方法に関する。 明
背景技術
田
S i C半導体は S i 半導体に比べてエネルギーバンドギャップが 書
大きく、 耐電圧特性、 動作温度、 耐熱性に優れているため、 パワー デバイスゃ耐環境性デバイスとしての応用が期待されている。 S i Cの結晶系としては六方晶、 立方晶などがあるが、 特に半導体材料 としては 6 H型 （ 6分子を 1周期とする六方晶） 、 4 H型 （ 4分子 を 1周期とする六方晶） が有望視されており、 半導体材料に適した 高品位の S i C単結晶の製造技術が種々提案されている。
S i C単結晶の製造方法としては、 主として昇華法と溶液法が知 られている。 昇華法は、 S i C単結晶の製造方法として最も一般的 に行なわれている方法であり、 S i C原料粉末を昇華させて低温の S i C種結晶上に析出させる。 S i C種結晶の結晶面のうち、 S i C単結晶の成長面としては、 六方晶の （ 0 0 0 1 ) 面 （=基底面） または （ 1 1 — 2 0 ) 面が用いられる。 （ 0 0 0 1 ) 面に成長させ ると成長方向である C軸方向にらせん転位が発生してマイクロパイ プが発生してしまい、 （ 1 1 一 2 0 ) 面に成長させると積層欠陥が 生ずる。
昇華法については、 特開平 0 7— 2 6 7 7 9 5号公報に S i C種 結晶の （ 0 0 0 1 ) 面から 〔 0 0 0 — 1〕 方向に傾斜させた面を成 長面とする方法、 特開平 1 0 — 0 1 7 3 9 9号公報に S i C種結晶 の （ 1 1 — 2 0 ) 面を成長面とする方法、 特開 2 0 0 3 — 3 0 0 7 9 7号公報に S i C種結晶の （ 1 1 一 2 0 ) 面にオフ角度を付与し た面を成長面とする方法が提案されており、 マイクロパイプや積層 欠陥の発生を抑制することを意図しているが、 半導体材料として十 分な高品質は達成されていない。
一方、 溶液法は、 S i融液中に黒鉛るつぼから Cを溶解させ、 融 液面に配置した S i C種結晶上に S i C単結晶を成長させる方法で あり、 昇華法では不可避であるマイクロパイプや積層欠陥が発生せ ず、 半導体材料に必要な高品質の S i C単結晶を得るために適して いるが、 平坦な結晶成長面を安定して維持することが困難であると いう問題があった。
すなわち、 溶液法は熱的に平衡なプロセスであり、 その点では昇 華法に比べて成長条件の制御は容易になるはずである。 しかし、 平 坦な結晶成長面を安定して維持するためには溶媒の対流の制御、 温 度勾配の制御などを非常に緻密に行なうことが必要である。
しかし、 刻々と変化する環境条件に追随する制御は現実には不可 能であり、 例えば種結晶の表面の一部に結晶核が形成されると、 そ れが基点となって連鎖的に核発生が起きてしまい、 多結晶化 （多核 化、 ファセッ ト形成） が進行してしまい、 結果として平坦な 2次元 成長ではなく 3次元成長となり非常に荒れた成長面となるという問 題があった。 その上、 このように多結晶化 （多核化、 ファセッ ト形 成） が生ずると、 径方向への成長も阻害されるため、 歩留まりの高 ぃ大口径の S i C単結晶が得られないという問題もあった。
その対策として、 特開平 0 6 — 2 2 7 8 8 6号公報には、 昇華法 または溶液法により S i C単結晶を成長させる際に、 種結晶の成長 面に対する側面が （ 0 0 0 1 ) 面および （ 1 — 1 0 0 ) 面のいずれ の面からも傾いた面である種結晶を用いることが提案されている。 しかし、 この方法でも、 多結晶化 （多核化、 ファセッ ト形成） を確 実に防止することはできず、 高い成長面平坦性で大口径の S i C単 結晶を安定して製造することはできなかった。 発明の開示
本発明は、 成長面の平坦性を安定に維持し多結晶化を防止して大 口径の S i C単結晶を成長させることができる、 溶液法による S i C単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、 本発明によれば、 黒鉛るつぼ内の S i融液内に内部から融液面に向けて温度低下する温度勾配を維持 しつつ、 該融液面の直下に保持した六方晶の S i C種結晶を起点と して六方晶の S i C単結晶を成長させる方法において、
上記 S i C種結晶の （ 0 0 0 1 ) 面から 〔 1 — 1 0 0〕 方向へ所 定のオフ角だけ傾斜した面に、 上記 S i C単結晶を成長させること を特徴とする S i C単結晶の製造方法が提供される。
本発明においては、 S i C種結晶の （ 0 0 0 1 ) 面から 〔 1 一 1 0 0〕 方向へ所定のオフ角だけ傾斜した面に、 上記 S i C単結晶を 成長させることにより、 成長面の平坦性を安定に維持し多結晶化を 防止して大口径の S i C単結晶を成長させることができる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明の S i C単結晶の製造方法に用いる種結晶の結晶 成長面を示す斜視図である。
図 2は、 従来の昇華法に用いられていた種結晶の結晶成長面を示 す斜視図である。
図 3は、 本発明の S i C単結晶の製造方法を実施するのに適した S i C単結晶製造炉の構造例を示す縦断面図である。 図 4は、 本発明により、 成長面を （ 0 0 0 1 ) 面に対して 〔 1 — 1 0 0〕 方向へオフ角 = 4 ° 傾斜させて S i C単結晶を成長させ た際の、 黒鉛棒から種結晶を経て単結晶成長層までの成長軸を含む 断面の写真である。
図 5は、 本発明により、 成長面を （ 1 — 1 0 0 ) 面 （すなわち （ 0 0 0 1 ) 面に対して 〔 1 — 1 0 0〕 方向へのオフ角 0 = 9 0 ° ) として S i C単結晶を成長させた際の、 （ 1 ) 黒鉛棒から種結晶を 経て単結晶成長層までの成長軸を含む断面の写真および （ 2 ) 成長 表面の輪郭のスケッチである。
図 6は、 比較のために、 成長面を （ 0 0 0 1 ) 面にして S i C単 結晶を成長させた際の、 黒鉛棒から種結晶を経て単結晶成長層まで の成長軸を含む断面の写真である。
図 7は、 比較のために、 成長面を （ 0 0 0 1 ) 面に対して 〔 1 1 一 2 0〕 方向へオフ角 8 ° 傾斜させて S i C単結晶を成長させた際 の、 成長表面の写真である。
図 8は、 比較のために、 成長面を （ 1 1 一 2 0 ) 面 （すなわち （ 0 0 0 1 ) 面に対して 〔 1 1 一 2 0〕 方向へのオフ角 9 0 ° ) とし て S i C単結晶を成長させた際の、 （ 1 ) 黒鉛棒から種結晶を経て 単結晶成長層までの成長軸を含む断面の写真および （ 2 ) S i C単 結晶の成長表面の写真である。 発明を実施するための最良の形態
本発明者は、 六方晶 S i C種結晶の （ 0 0 0 1 ) 面から 〔 1 — 1 0 0〕 方向へ所定のオフ角だけ傾斜した面を成長面として S i C単 結晶を成長させると、 成長面が安定して平坦に維持され、 多結晶化 (多核化、 ファセッ ト形成） も生ずることなく、 径方向への成長も 促進され、 歩留まりの高い大口径の S i C単結晶が得られることを 新規に知見し、 これに基づき本発明を完成させた。
図 1 に示すように、 六方晶 S i C種結晶の （ 0 0 0 1 ) 面は正六 角形の基面（Al- B卜 C卜 D卜 E1-F1)面であり、 図示した正六角柱のも う一つの基面（A2- B2- C2- D2- E2- F2)面も等価な （ 0 0 0 1 ) 面であ る。 また正六角柱の 6個の長方形側面（E卜 Dl- D2- E2など）は （ 1 — 1 0 0 ) 面およびこれと等価な面である。
本発明で用いる成長面は、 （ 0 0 0 1 ) 基面 （= (A1-B1-C1-D1-E 1-F1)面） に対して、 （ 1 — 1 0 0 ) 面 （=側面（E卜 D卜 D2- E2) ) の 方へすなわち 〔 1 — 1 0 0〕 方向へオフ角 Θ (図 1 ( 2 ) 参照） だ け傾けた面 （= (A卜 B卜 C'- D'- E'_F')面） である。
一般に S i C単結晶 （ 0 0 0 1 ) 面は半導体デパイスの作製に用 いられ、 S i C単結晶の製造においても （ 0 0 0 1 ) 面が基本的な 成長面として一般的に用いられている。
本発明においては、 成長面として （ 0 0 0 1 ) 面そのままではな く、 （ 0 0 0 1 ) 面から 〔 1 一 1 0 0〕 方向に傾斜させた面を用い る。 これにより、 多結晶化 （多核化、 ファセッ ト形成） が防止され 、 結晶成長面の高い平坦性が維持され、 径方向への成長も良好に進 行し大口径化が容易に実現される。
( 0 0 0 1 ) 面から 〔 1 — 1 0 0〕 方向への傾斜角 （オフ角 Θ ) を 1〜 3 0 ° にすると、 成長面の平坦化が最も良好である。
更に、 オフ角 Θ を 9 0 ° とし、 成長面を （ 1 — 1 0 0 ) 面 （= (E 1_D卜 D2-E2)面など） とすると、 最も良好な平坦成長が得られる。 この場合、 口径拡大の割合 （種結晶に対する径方向への成長割合） が特に大きく、 大口径化に最も適した方位である。
従来、 気相成長法のうち C VD法などによるェピタキシャル成長 では、 （ 1 1 — 2 0 ) 面 （図 2の（A1- C卜 C2- A2)面など） あるいは ( 1 1 - 2 0 ) 面にオフ角を設けた面を成長面として用いているが 、 これを溶液法に適用すると三次元成長が起きてしまい、 平坦成長 は得られない。 更に、 従来、 気相成長法のうち昇華法による成長で は （ 0 0 0 1 ) 面に対して 〔 1 1 — 2 0〕 方向にオフ角を設けた面 を成長面として用いることも行なわれているが、 これを溶液法に適 用しても平坦成長は得られない。
本発明において、 成長面の平坦性確保と口径拡大の促進の観点か ら最適なオフ角は 4 ° 〜 1 2 。 である。
図 3に、 本発明の方法を実施するのに適した S i C単結晶製造炉 の構造例を示す。
図示した S i C単結晶製造炉 1 0 0は、 黒鉛るつぼ 1 0内の S i 融液 M内に内部から融液面 Sへ向けて温度低下する温度勾配を維持 しつつ、 融液面 Sの直下に黒鉛棒 1 2により保持した S i C種結晶 1 4を起点として S i C単結晶を成長させる炉である。
黒鉛るつぼ 1 0の全体を断熱材 1 8が取り巻いている。 これらが 一括して石英管 2 0内に収容されている。 石英管 2 0 の外周には誘 導コイル 2 2が取り巻いている。 誘導コイル 2 2を構成する上段コ ィル 2 2 Aと下段コイル 2 2 Bは独立に制御可能であり、 それによ り S i融液 M内に必要な温度勾配を形成する。 るつぼ 1 0の底部温 度 T bおよび融液面 Sの温度 T s をそれぞれパイロメ一夕で測定し 、 測定した温度に基づいて誘導コイル 2 2の出力を調整して S i融 液の温度および温度勾配を所定値に制御する。 S i融液 Mの自然対 流を抑制する必要がある場合には、 磁場コイル 2 4により S i融液 Mに磁場を印加する。
S i C単結晶製造炉 1 0 0を用いた一般的な S i C単結晶製造過 程は次のように進行する。
先ず、 黒鉛るつぼ 1 0内に S i 原料を装入し誘導コイル 2 2を作 動させて S i 融液 Mを形成する。 黒鉛棒 1 2の下端に S i C種結晶 1 4を装着して、 S i融液面 S の直下に挿入する。
誘導コイル 2 2の出力を上げて融液 Mを昇温する。 その際、 上段 コイル 2 2 A出力/下段コイル 2 2 B出力 = 3 0〜 5 0 %程度にな るようにして、 S i融液内に下部から上部へかけて温度低下する温 度勾配を形成しつつ昇温する。 融液下部の温度が S i の融点 （ 1 4 1 0 °C) を超えた頃から、 黒鉛るつぼ 1 0より炭素 （C) が徐々に 下部の高温 S i融液中に溶解し始める。
溶解した炭素 （C) は、 拡散および対流により S i融液内を上方 へ輸送され、 S i C種結晶 1 4に到着する。 種結晶 1 4の近傍は、 コイル 2 2の上段/下段の出力制御と融液面 Sからの放熱とによつ て融液下部よりも低温に維持されている。 高温で溶解度の大きい融 液下部に溶け込んだ炭素 （C) 、 低温度で溶解度の低い種結晶付 近に到達すると過飽和状態になり、 この過飽和度を駆動力として種 結晶上に S i C単結晶が成長する。 実施例
〔実施例 1〕
図 3の S i C単結晶製造炉 1 0 0 を用い、 本発明によるオフ角 0 を適用して、 溶液法による S i C単結晶の製造を行なった。
本実施例においては、 成長面を （ 0 0 0 1 ) 面に対して 〔 1 一 1 0 0〕 方向へオフ角 θ = 4 ° 傾斜させた S i C種結晶 1 4を黒鉛棒 1 2の下端に装着して、 S i融液面 Sの直下に挿入し、 下記成長条 件で S i C単結晶を成長させた。
<成長条件 >
S i融液温度は、 融液面温度 T s を 1 8 0 0 °Cとし、 るつぼ底部 から融液面 Sに向けて温度低下する温度勾配 2 0 °C / c mを付与し た。 るつぼ内は A rガス雰囲気とし常圧に維持した。 平坦成長をよ り安定化するために、 本出願人が既に特開 2 0 0 5 - 8 2 4 3 5で 提案した添加元素のうちの 1種である A 1 を S i融液に添加して融 液組成を S i - 1 0 at % A 1 とした。
図 4に、 黒鉛棒 1 2から種結晶 1 4を経て単結晶成長層 Gまでの 成長軸を含む断面の写真を示す。 S i C種結晶上に極めて高い平坦 性で S i C単結晶が成長した。 なお、 種結晶に対する口径拡大の割 合は約 1. 2倍であった。
〔実施例 2〕
成長面を （ 1 一 1 0 0 ) 面 （すなわち （ 0 0 0 1 ) 面に対して 〔 1 - 1 0 0〕 方向へのオフ角 0 = 9 0 ° ) とした S i C種結晶 1 4 を黒鉛棒 1 2の下端に装着して、 S i 融液面 Sの直下に挿入し、 実 施例 1 と同じ成長条件にて S i C単結晶を成長させた。
図 5 ( 1 ) に、 黒鉛棒 1 2から種結晶 1 4を経て単結晶成長層 G までの成長軸を含む断面の写真を示す。 S i C種結晶上に極めて高 い平坦性で S i C単結晶が成長した。
この場合、 更に図 5 ( 2 ) に成長表面の輪郭のスケッチを示すよ うに、 S i C種結晶 （輪郭を破線の長方形で表示） に対して成長し た S i C単結晶は口径がほぼ 2倍以上に拡大している。 一部周囲に 発生した多核化部分 Nにより拡大が止まっている部分もあるが、 こ れは最初に S i C種結晶 1 4を黒鉛棒 1 2に装着するときの配置を 考慮することにより解消できる。 また、 この上に更に再成長させる 場合、 多核化部分 Nを除去してから再成長させれば更に口径拡大が 進行することが確認されている。
〔比較例 1〕
成長面を （ 0 0 0 1 ) 面にした S i C種結晶 1 4を黒鉛棒 1 2の 下端に装着して、 S i融液面 Sの直下に挿入し、 実施例 1 と同じ成 長条件で S i c単結晶を成長させた。
図 6 に、 黒鉛棒 1 2から種結晶 1 4を経て単結晶成長層 Gまでの 成長軸を含む断面の写真を示す。 概ね平坦な成長が行なわれている が、 マクロなステップが発生しており、 制御範囲内での成長条件の 変動により成長形態が敏感に影響されたことが分かる。
なお、 この場合の口径拡大は種結晶に対して約 1. 2倍であった
〔比較例 2〕
成長面を （ 0 0 0 1 ) 面に対して 〔 1 1 一 2 0〕 方向へオフ角 8 。 傾斜させた S i C種結晶を黒鉛棒 1 2の下端に装着して、 S i融 液面 Sの直下に挿入し、 実施例 1 と同じ成長条件で S i C単結晶を 成長させた。
図 7 に、 S i C単結晶の成長表面の写真を示す。 オフ角方向に分 離して成長が進行し、 全体として多数のステップが発生しており、 平坦成長は全く得られない。
〔比較例 3〕
成長面を （ 1 1 一 2 0 ) 面 （すなわち （ 0 0 0 1 ) 面に対して 〔 1 1 — 2 0〕 方向へのオフ角 9 0 ° ) とした S i C種結晶 1 4を黒 鉛棒 1 2の下端に装着して、 S i融液面 Sの直下に挿入し、 実施例 1 と同じ成長条件にて S i C単結晶を成長させた。
図 8 ( 1 ) および （ 2 ) に、 （ 1 ) 黒鉛棒 1 2から種結晶 1 4を 経て単結晶成長層 Gまでの成長軸を含む断面の写真および （ 2 ) S i C単結晶の成長表面の写真をそれぞれ示す。 全体として多数の細 かい島状に分離した成長面となっており、 平坦成長は全く得られな い。 産業上の利用可能性 本発明によれば、 成長面の平坦性を安定に維持し多結晶化を防止 して大口径の S i C単結晶を成長させることができる溶液法による S i C単結晶の製造方法が提供される。

Claims

1. 黒鉛るつぼ内の S i融液内に内部から融液面に向けて温度低 下する温度勾配を維持しつつ、 該融液面の直下に保持した六方晶の S i C種結晶を起点として六方晶の S i C単結晶を成長させる方法 において、 請
上記 S i C種結晶の （ 0 0 0 1 ) 面から 〔 1 一 1 0 0〕 方向へ所 定のオフ角だけ傾斜した面に、 上記 S i C単結晶を成長させること を特徴とする S iC単結晶の製造方法。
2. 請求項 1 において、 上記オフ角が 1〜 3 0 ° であることを特 囲
徴とする方法。
3. 請求項 1 において、 上記オフ角が 9 0 ° である （ 1 一 1 0 0 ) 面に上記 S i C単結晶を成長させることを特徴とする方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120103251A1 (en) * 2009-07-21 2012-05-03 Hidemitsu Sakamoto Seed crystal axis for solution growth of single crystal
WO2012090951A1 (ja) * 2010-12-27 2012-07-05 住友金属工業株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造装置、製造装置に用いられる治具、及びＳｉＣ単結晶の製造方法
WO2019088221A1 (ja) * 2017-11-01 2019-05-09 セントラル硝子株式会社 炭化ケイ素単結晶の製造方法

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4853449B2 (ja) * 2007-10-11 2012-01-11 住友金属工業株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法、ＳｉＣ単結晶ウエハ及びＳｉＣ半導体デバイス
JP4998488B2 (ja) * 2009-02-12 2012-08-15 トヨタ自動車株式会社 溶液法によるＳｉＣ単結晶製造装置
WO2010140564A1 (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 三菱化学株式会社 窒化物半導体結晶およびその製造方法
JP5170127B2 (ja) * 2010-02-18 2013-03-27 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP5439353B2 (ja) * 2010-12-27 2014-03-12 新日鐵住金株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造装置及びそれに用いられる坩堝
JP5656623B2 (ja) * 2010-12-28 2015-01-21 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造装置および製造方法
US9631295B2 (en) 2011-03-23 2017-04-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing SiC single crystals by control of an angle formed by the meniscus and the side face of the seed crystal and production device for the method
CN103608497B (zh) * 2011-07-04 2016-10-12 丰田自动车株式会社 SiC单晶及其制造方法
JP5726035B2 (ja) * 2011-09-28 2015-05-27 京セラ株式会社 結晶育成装置
DE112013002107B4 (de) * 2012-04-20 2019-04-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha SiC-Einkristall-Herstellungsverfahren
US10100432B2 (en) * 2012-07-19 2018-10-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Apparatus for producing SiC single crystal and method for producing SiC single crystal
JP5936191B2 (ja) * 2012-08-26 2016-06-15 京セラ株式会社 結晶の製造方法
JP6296394B2 (ja) * 2012-08-26 2018-03-20 国立大学法人名古屋大学 ３Ｃ−ＳｉＣ単結晶およびその製造方法
WO2014167844A1 (ja) * 2013-04-09 2014-10-16 新日鐵住金株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP6040866B2 (ja) * 2013-05-29 2016-12-07 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP6136772B2 (ja) * 2013-08-30 2017-05-31 株式会社デンソー 炭化珪素単結晶の製造方法
JP6060863B2 (ja) * 2013-09-13 2017-01-18 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶及びその製造方法
JP5854013B2 (ja) 2013-09-13 2016-02-09 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
EP2881498B1 (en) 2013-12-06 2020-03-11 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for growing silicon carbide crystal
JP6129065B2 (ja) * 2013-12-06 2017-05-17 信越化学工業株式会社 炭化珪素の結晶成長方法
JP6533716B2 (ja) 2015-08-06 2019-06-19 信越化学工業株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP2018080063A (ja) * 2015-09-10 2018-05-24 新日鐵住金株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP6784220B2 (ja) * 2017-04-14 2020-11-11 信越化学工業株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP7002932B2 (ja) * 2017-12-22 2022-01-20 昭和電工株式会社 ＳｉＣインゴットの製造方法
CN108444284A (zh) * 2018-03-14 2018-08-24 马鞍山市万兴耐磨金属制造有限公司 一种基于多级节能调控的中频熔炼电炉装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05262599A (ja) * 1991-04-18 1993-10-12 Nippon Steel Corp ＳｉＣ単結晶およびその成長方法
JP2001080997A (ja) * 1999-09-06 2001-03-27 Shikusuon:Kk ＳｉＣ単結晶およびその成長方法
JP2003342099A (ja) * 2002-05-27 2003-12-03 Nippon Steel Corp ４ｈ型炭化珪素単結晶育成用種結晶と４ｈ型炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法
JP2004262709A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Shikusuon:Kk ＳｉＣ単結晶の成長方法
JP2005082435A (ja) * 2003-09-08 2005-03-31 Toyota Motor Corp ＳｉＣ単結晶の製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10247017B4 (de) * 2001-10-12 2009-06-10 Denso Corp., Kariya-shi SiC-Einkristall, Verfahren zur Herstellung eines SiC-Einkristalls, SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm und Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers, der einen Epitaxiefilm aufweist
JP3750622B2 (ja) * 2002-03-22 2006-03-01 株式会社デンソー エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハ及びその製造方法並びにＳｉＣ電子デバイス
JP4593099B2 (ja) * 2003-03-10 2010-12-08 学校法人関西学院 単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長法及びそれに用いられる熱処理装置
JP3764462B2 (ja) * 2003-04-10 2006-04-05 株式会社豊田中央研究所 炭化ケイ素単結晶の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05262599A (ja) * 1991-04-18 1993-10-12 Nippon Steel Corp ＳｉＣ単結晶およびその成長方法
JP2001080997A (ja) * 1999-09-06 2001-03-27 Shikusuon:Kk ＳｉＣ単結晶およびその成長方法
JP2003342099A (ja) * 2002-05-27 2003-12-03 Nippon Steel Corp ４ｈ型炭化珪素単結晶育成用種結晶と４ｈ型炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法
JP2004262709A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Shikusuon:Kk ＳｉＣ単結晶の成長方法
JP2005082435A (ja) * 2003-09-08 2005-03-31 Toyota Motor Corp ＳｉＣ単結晶の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1978137A4 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120103251A1 (en) * 2009-07-21 2012-05-03 Hidemitsu Sakamoto Seed crystal axis for solution growth of single crystal
US8328937B2 (en) * 2009-07-21 2012-12-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Seed crystal axis for solution growth of single crystal
WO2012090951A1 (ja) * 2010-12-27 2012-07-05 住友金属工業株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造装置、製造装置に用いられる治具、及びＳｉＣ単結晶の製造方法
JP2012136386A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Sumitomo Metal Ind Ltd ＳｉＣ単結晶の製造装置、製造装置に用いられる治具、及びＳｉＣ単結晶の製造方法
US9388508B2 (en) 2010-12-27 2016-07-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Manufacturing apparatus of SiC single crystal, jig for use in the manufacturing apparatus, and method for manufacturing SiC single crystal
WO2019088221A1 (ja) * 2017-11-01 2019-05-09 セントラル硝子株式会社 炭化ケイ素単結晶の製造方法
JP2019085328A (ja) * 2017-11-01 2019-06-06 セントラル硝子株式会社 炭化ケイ素単結晶の製造方法
JP7352058B2 (ja) 2017-11-01 2023-09-28 セントラル硝子株式会社 炭化ケイ素単結晶の製造方法

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