WO2016117266A1 - SiC結晶製造方法 - Google Patents

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WO2016117266A1
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inert gas
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顕次 柴田
徹 宇治原
和明 関
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
国立大学法人名古屋大学
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B19/00Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/02Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
    • C30B19/04Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux the solvent being a component of the crystal composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides

Definitions

  • SiC crystal growth methods such as a sublimation recrystallization method, a CVD method, and a liquid phase growth method.
  • a SiC single crystal is epitaxially grown on a seed crystal using a SiC seed crystal.
  • a technique regarding the liquid phase growth method of SiC single crystal is disclosed in Japanese Patent Publication No. 2013-252979.
  • a seed crystal in which the (100) plane of a 3C—SiC crystal is exposed in an inert gas atmosphere, a silicon melt as a solvent, and A first growth step for contacting the SiC solution.
  • the inert gas contains nitrogen.
  • the inventors of the present application include nitrogen as an inert gas, It has been found that the surface roughness of the grown crystal can be suppressed. As a result, the surface roughness of the crystal grown 3C—SiC crystal can be brought close to the surface roughness of the seed crystal.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view after 3C—SiC crystal growth in an inert gas atmosphere containing nitrogen.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a 3C—SiC crystal before a second growth step.
  • the nitrogen content in the inert gas may be 0.2% or more in volume ratio. According to the above configuration, it is possible to suppress an increase in the surface roughness of the 3C-SiC crystal that has grown. As a result, the surface roughness of the crystal grown 3C—SiC crystal can be brought close to the surface roughness of the seed crystal.
  • the liquid phase growth method may include a second growth step in which the seed crystal is brought into contact with the SiC solution in an inert gas atmosphere containing no nitrogen.
  • the second growth step may be performed before the first growth step.
  • the growth rate of the 3C—SiC single crystal in the direction perpendicular to the ⁇ 111 ⁇ plane of 3C—SiC in the first growth step is perpendicular to the ⁇ 100 ⁇ plane of 3C—SiC in the first growth step. It may be larger than the growth rate of the 3C—SiC single crystal in any direction. According to the above configuration, it is possible to suppress an increase in the surface roughness of the 3C-SiC crystal that has grown. As a result, the surface roughness of the crystal grown 3C—SiC crystal can be brought close to the surface roughness of the seed crystal.
  • the growth rate of the 3C—SiC single crystal in the direction perpendicular to the ⁇ 100 ⁇ plane of 3C—SiC in the second growth step is perpendicular to the ⁇ 111 ⁇ plane of 3C—SiC in the second growth step. It may be larger than the growth rate of the 3C—SiC single crystal in any direction. According to the above configuration, the growth of the ⁇ 100 ⁇ plane of the 3C—SiC crystal is not inhibited.
  • the growth rate of the 3C—SiC single crystal in the direction perpendicular to the ⁇ 100 ⁇ plane of 3C—SiC in the second growth step is perpendicular to the ⁇ 100 ⁇ plane of 3C—SiC in the first growth step. It may be larger than the growth rate of the 3C—SiC single crystal in any direction. According to the above configuration, it is possible to suppress an increase in the surface roughness of the 3C-SiC crystal that has grown. As a result, the surface roughness of the crystal grown 3C—SiC crystal can be brought close to the surface roughness of the seed crystal.
  • an island-shaped 3C—SiC single unit comprising a ⁇ 100 ⁇ face of 3C—SiC as a top face and a ⁇ 111 ⁇ face of 3C—SiC as a side face on the surface of the seed crystal.
  • a plurality of crystals may grow.
  • the island-shaped 3C—SiC single crystal may be grown so that at least a part of the space formed between the plurality of island-shaped 3C—SiC single crystals disappears. According to the above configuration, it is possible to suppress an increase in the surface roughness of the 3C—SiC crystal that has grown by erasing part of the space formed between the 3C—SiC single crystals. As a result, the surface roughness of the crystal grown 3C—SiC crystal can be brought close to the surface roughness of the seed crystal.
  • FIG. 1 shows a 3C—SiC crystal manufacturing apparatus (hereinafter abbreviated as a crystal manufacturing apparatus) 1 according to this embodiment.
  • the crystal manufacturing apparatus 1 includes a crucible 10.
  • the crucible 10 is made of a material containing carbon. Examples of the material of the crucible 10 include graphite and SiC.
  • the crucible 10 is disposed on the crucible base 11. The crucible base 11 can be rotated.
  • the crucible 10 can be sealed with a crucible lid 14.
  • the outer periphery of the crucible 10 is covered with a heat insulating material 12 for heat insulation.
  • a normal coil 13 having a multiple spiral structure is disposed on the outer periphery of the heat insulating material 12.
  • the normal conducting coil 13 is a device for induction heating the crucible 10.
  • a high-frequency power source (not shown) is connected to the normal conducting coil 13.
  • the crucible 10, the heat insulating material 12, and the normal conductive coil 13 are disposed inside the chamber 15.
  • the chamber 15 includes an intake port 16 and an exhaust port 17.
  • a silicon solution 22 is held in the crucible 10.
  • the silicon solution 22 is a solution whose main component is a melt obtained by melting silicon.
  • a holding jig 18 is provided above the crucible 10.
  • a 3C—SiC seed crystal 25 is attached to the tip of the holding jig 18 so as to face the crucible 10.
  • the holding jig 18 can be moved up and down.
  • the holding jig 18 is made of graphite.
  • step S 2 the 3C—SiC seed crystal 25 is fixed to the tip of the holding jig 18 so that the (100) plane of the 3C—SiC crystal faces the crucible 10.
  • step S4 an inert gas containing nitrogen is supplied from the intake port 16 into the chamber 15.
  • An example of the inert gas is helium.
  • the nitrogen content in the inert gas is preferably 0.2% or more in volume ratio. More preferably, the nitrogen content is about 1%. In addition, when the content rate of nitrogen was 0.1%, the effect of the technique demonstrated in this specification was not able to be acquired.
  • step S6 a silicon solution 22 is generated.
  • the crucible 10 in which the raw material containing silicon is set is placed on the crucible base 11 of the crystal manufacturing apparatus 1.
  • the crucible 10 is induction-heated by sending the alternating current of a predetermined frequency to the normal conduction coil 13.
  • FIG. Further, the crucible base 11 is rotated at a predetermined rotational speed.
  • the heating temperature is set to be equal to or higher than the temperature at which the material to be melted melts.
  • carbon can be supplied into the silicon solution 22 by melting the crucible 10.
  • step S 8 a 3C—SiC crystal is grown on the surface of the 3C—SiC seed crystal 25.
  • the holding jig 18 is lowered from above the crucible 10 into the crucible 10 in an inert gas atmosphere containing nitrogen, and the surface on which the (100) plane of the 3C—SiC seed crystal 25 is exposed is exposed. It is immersed in the silicon solution 22.
  • a temperature difference is created in the crucible 10 by controlling the normal coil 13. Specifically, the temperature in the vicinity of the 3C—SiC seed crystal 25 is set to be lower than other spaces.
  • the SiC concentration in the vicinity of the 3C—SiC seed crystal 25 in the silicon solution 22 increases, and SiC becomes supersaturated.
  • the 3C—SiC crystal 26 grows on the surface of the 3C—SiC seed crystal 25.
  • the growth process in an inert gas atmosphere containing nitrogen may be referred to as a “first growth process”.
  • a crystal phase is the shape of the appearance of a crystal. Even crystals having the same crystal structure and number of crystal planes, crystals having different crystal phases are formed due to the difference in growth rate (anisotropy) of each crystal plane.
  • the crystal phase of the 3C—SiC crystal becomes a polyhedron.
  • the ⁇ 100 ⁇ plane of the 3C—SiC crystal is represented as A, and the 3C—SiC ⁇ 111 ⁇ plane is represented as B.
  • FIG. 4 shows a partial cross-sectional view of the 3C—SiC seed crystal 25 after the 3C—SiC crystal 26 is grown.
  • the 3C—SiC crystal is grown in an inert gas atmosphere not containing nitrogen, the (100) plane of the 3C—SiC crystal is formed on the top surface 26a on the 3C—SiC seed crystal 25.
  • a plurality of island-like 3C—SiC crystals 26 having ⁇ 111 ⁇ faces of 3C—SiC crystals as side surfaces 26b are grown. This is because the crystal phase of the 3C—SiC crystal has the polyhedral shape shown in FIG.
  • the crystal phase of the 3C—SiC crystal becomes a cube.
  • the ⁇ 100 ⁇ plane of the 3C—SiC crystal is represented as A. That is, the 3C—SiC crystal is composed only of the ⁇ 100 ⁇ plane of the 3C—SiC crystal.
  • FIG. 6 shows a partial cross-sectional view of the 3C—SiC seed crystal 25 after the 3C—SiC crystal 26 is grown.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view when a 3C—SiC crystal is grown (step S8) in an inert gas atmosphere containing a predetermined amount of nitrogen.
  • the 3C—SiC crystal 26 having the (100) plane of the 3C—SiC crystal as the surface 26c grows. This is because the crystal phase of the 3C—SiC crystal has a cubic shape shown in FIG. For this reason, the groove part 27 as shown in FIG. 4 is not formed.
  • the surface roughness of the 3C—SiC crystal 26 can be made comparable to the surface roughness of the 3C—SiC seed crystal 25.
  • Nitrogen in the inert gas dissolves in the silicon solution 22. Nitrogen dissolved in the silicon solution 22 may enter (dope) the position of carbon atoms in the 3C—SiC crystal 26. This is considered to change the ratio of the growth rate of the ⁇ 100 ⁇ plane and the growth rate of the ⁇ 111 ⁇ plane of the 3C—SiC crystal. As a result, the crystal phase of the 3C—SiC crystal is considered to change.
  • the inventors of the present application have found that the crystal phase of the 3C—SiC crystal becomes a cube formed only by the 3C—SiC ⁇ 100 ⁇ plane by containing a predetermined amount of nitrogen in the inert gas. Therefore, when 3C—SiC crystal growth is performed in an inert gas atmosphere containing a predetermined amount of nitrogen, the surface of the grown 3C—SiC crystal is formed by the ⁇ 100 ⁇ plane of the 3C—SiC crystal. As a result, it is possible to prevent the surface roughness of the grown 3C—SiC crystal from becoming larger than the surface roughness of the seed crystal.
  • step S22 the 3C—SiC seed crystal 25 is fixed to the tip of the holding jig 18 so as to face the crucible 10.
  • FIG. 8 shows a partial cross-sectional view of the vicinity of the surface of the 3C—SiC seed crystal 25.
  • the surface of the 3C—SiC seed crystal 25 is a (100) plane. Crystal defects D 1 to D 3 are exposed on the surface of the 3C—SiC seed crystal 25.
  • step S24 an inert gas containing no nitrogen is supplied into the chamber 15 from the intake port 16.
  • step S26 a silicon solution 22 is prepared.
  • step S26 the same process as step S6 of the first embodiment is performed.
  • step S28 a 3C—SiC crystal is grown on the surface of the 3C—SiC seed crystal 25 in an inert gas atmosphere not containing nitrogen (second growth step).
  • the processing content in step S28 is the same as the processing content in step S8 of the first embodiment except that an inert gas not containing nitrogen is used. Therefore, the description is omitted here.
  • the growth mode of the 3C—SiC crystal in step S28 (second growth step) will be described with reference to FIG.
  • the ⁇ 111 ⁇ plane of the 3C—SiC crystal 126 is more stable than the (100) plane of the 3C—SiC crystal 126. Therefore, the growth rate of the 3C—SiC crystal 126 in the direction perpendicular to the (100) plane of the 3C—SiC crystal 126 (hereinafter referred to as the first growth rate V1) is the same as the ⁇ 111 ⁇ plane of the 3C—SiC crystal 126. It is larger than the growth rate of the 3C—SiC crystal 126 in the vertical direction (hereinafter referred to as the second growth rate V2).
  • the 3C—SiC seed crystal 25 is an island having the (100) face of the 3C—SiC crystal as the top face 126a and the ⁇ 111 ⁇ face of the 3C—SiC crystal as the side face 126b.
  • a plurality of the 3C-SiC crystals 126 are grown. Therefore, a plurality of grooves 127 having ⁇ 111 ⁇ faces of 3C—SiC crystals as side walls are formed.
  • the surface roughness of the 3C—SiC crystal 126 is larger than the surface roughness of the 3C—SiC seed crystal 25.
  • the 3C—SiC crystal 126 grows so as to take over the crystal defects D1 to D3 that have been exposed on the surface of the 3C—SiC seed crystal 25. Therefore, crystal defects D 1 to D 3 are also formed in the 3C—SiC crystal 126.
  • step S30 an inert gas containing nitrogen is supplied into the chamber 15 from the intake port 16.
  • step S32 a 3C—SiC crystal is grown on the surface of the 3C—SiC seed crystal 25 in an inert gas atmosphere containing nitrogen (first growth step).
  • the processing content in step S32 is the same as the processing content in step S8 of the first embodiment. Therefore, the description is omitted here.
  • step S32 The growth mode of the 3C—SiC crystal 126 in step S32 (first growth process) will be described.
  • nitrogen is doped at the carbon atom position of the 3C—SiC crystal 126.
  • a change occurs in the first growth rate V1 and the second growth rate V2.
  • step S30 the nitrogen content in the inert gas is adjusted so that the first growth rate V1 is smaller than the second growth rate V2.
  • step S32 the 3C—SiC crystal 126 grows so that the groove 127 disappears.
  • the 3C—SiC crystal 126 grows so that the side walls of the groove portion 127 are close to each other, and finally the side walls are bonded. As a result, as shown in FIG. 11, a 3C—SiC crystal 126 having a finally flat surface 126c can be grown.
  • the crystal defect D1 grows with the growth of the 3C—SiC crystal 126. Then, as shown in a region R1 in FIG. 10, the growth of the crystal defect D1 stops when the crystal defect D1 reaches the side wall facing the crystal defect D1. As a result, the tip portion of the crystal defect D1 can remain inside the 3C—SiC crystal 126 as shown in a region R2 in FIG. It is possible to prevent the crystal defect D1 from appearing on the surface 126c of the 3C—SiC crystal 126. Further, the crystal defects D2 and D3 can be prevented from appearing on the surface 126c of the 3C—SiC crystal 126 by the same principle as the crystal defect D1.
  • the content of nitrogen contained in the inert gas during the first growth process is constant.
  • the content rate of nitrogen contained in the inert gas may be changed during the first growth step. For example, as the 3C—SiC crystal grows, the nitrogen content in the inert gas may be gradually increased or decreased.
  • the 3C—SiC crystal exposed by the (100) plane of the 3C—SiC crystal is used as the 3C—SiC seed crystal 25.
  • a 3C—SiC crystal whose plane orientation equivalent to the (100) plane of the 3C—SiC crystal is exposed may be used as the 3C—SiC seed crystal 25.
  • a 3C—SiC crystal in which a (010) plane, a (001) plane, or the like of the 3C—SiC crystal is exposed may be used.

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Abstract

 液相成長方法は、不活性ガスの雰囲気中で、3C-SiC結晶の(100)面が表出している種結晶を、シリコンの融液を溶媒とするSiC溶液に接触させる第1の成長工程を備えている。不活性ガスは、窒素を含有している。

Description

SiC結晶製造方法
(関連出願の相互参照)
 本出願は、2015年1月23日に出願された日本特許出願特願2015-011281の関連出願であり、この日本特許出願に基づく優先権を主張するものであり、この日本特許出願に記載された全ての内容を、本明細書を構成するものとして援用する。
 本明細書では、炭化珪素(SiC)結晶の結晶製造方法に関する技術を開示する。
 SiC結晶の成長方法には、昇華再結晶化法、CVD法、液相成長法などの、各種の方法がある。これらの方法では、SiCの種結晶を用いて、種結晶上にSiC単結晶をエピタキシャル成長させる。なお、SiC単結晶の液相成長法についての技術が、日本特許公開第2013-252979号公報に開示されている。
 従来の液相成長法を用いて、3C-SiC結晶の(100)面が表出した種結晶を用いて結晶成長させた場合、成長した結晶の表面に大きな凹凸が発生してしまう。その結果、表面粗さが大きくなってしまう。このような課題は、液相成長法を用いて、3C-SiC結晶の(100)面が表出した種結晶を用いて結晶成長させたことで発生した新たな課題である。
 本明細書に開示されているSiC結晶の液相成長方法は、不活性ガスの雰囲気中で、3C-SiC結晶の(100)面が表出している種結晶を、シリコンの融液を溶媒とするSiC溶液に接触させる第1の成長工程を備えている。不活性ガスは、窒素を含有している。
 本願発明者らは、3C-SiC結晶の(100)面が表出した種結晶を用いて、液相成長法を用いて結晶成長させる場合においては、不活性ガスが窒素を含有することで、成長した結晶の表面粗さが大きくなることを抑制できることを見出した。これにより、結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さを、種結晶の表面粗さに近づけることが可能となる。
3C-SiC結晶製造装置の模式図である。 第1実施例の3C-SiC結晶成長方法のフローチャート。 窒素を含有しない不活性ガス雰囲気中の3C-SiC結晶の晶相。 窒素を含有しない不活性ガス雰囲気中での3C-SiC結晶成長後の一部断面図。 窒素を含有する不活性ガス雰囲気中の3C-SiC結晶の晶相。 窒素を含有する不活性ガス雰囲気中での3C-SiC結晶成長後の一部断面図。 第2実施例の3C-SiC結晶成長方法のフローチャート。 第2の成長工程前の3C-SiC結晶の一部断面図。 第2の成長工程後の3C-SiC結晶の一部断面図。 第1の成長工程中の3C-SiC結晶の一部断面図。 第1の成長工程後の3C-SiC結晶の一部断面図。
 以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
(特徴1)不活性ガス中の窒素の含有率が、体積比率において0.2%以上であってもよい。上記の構成によると、結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さが大きくなることを抑制することができる。これにより、結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さを、種結晶の表面粗さに近づけることが可能となる。
(特徴2)液相成長方法は、窒素を含有しない不活性ガスの雰囲気中で種結晶をSiC溶液に接触させる第2の成長工程を備えていてもよい。第1の成長工程の前に前記第2の成長工程を実施してもよい。上記の構成によると、第2の成長工程後に第1の成長工程を実施することで、3C-SiC結晶の表面粗さが大きくなることを抑制することができる。これにより、第2の成長工程で結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さを、種結晶の表面粗さに近づけることが可能となる。
(特徴3)第1の成長工程における3C-SiCの{111}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度は、第1の成長工程における3C-SiCの{100}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度よりも大きくてもよい。上記の構成によると、結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さが大きくなることを抑制することができる。これにより、結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さを、種結晶の表面粗さに近づけることが可能となる。
(特徴4)第2の成長工程における3C-SiCの{100}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度は、第2の成長工程における3C-SiCの{111}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度よりも大きくてもよい。上記の構成によると、3C-SiC結晶の{100}面の成長を阻害することが無い。
(特徴5)第2の成長工程における3C-SiCの{100}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度は、第1の成長工程における3C-SiCの{100}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度よりも大きくてもよい。上記の構成によると、結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さが大きくなることを抑制することができる。これにより、結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さを、種結晶の表面粗さに近づけることが可能となる。
(特徴6)第2の成長工程では、種結晶の表面に、3C-SiCの{100}面を頂面として備え、3C-SiCの{111}面を側面として備える島状の3C-SiC単結晶が複数成長してもよい。第1の成長工程では、複数の島状の3C-SiC単結晶の間に形成されている空間の少なくとも一部が消失するように、島状の3C-SiC単結晶が成長してもよい。上記に構成によると、3C-SiC単結晶の間に形成される空間の一部が消失することで、結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さが大きくなることを抑制することができる。これにより、結晶成長した3C-SiC結晶の表面粗さを、種結晶の表面粗さに近づけることが可能となる。
(第1実施例)
 本願の実施例について図面を参照しながら説明する。図1に、本実施例に係る3C-SiC結晶製造装置(以下では結晶製造装置と略称する)1を示す。結晶製造装置1は、坩堝10を備える。坩堝10は、炭素を含有する材質によって形成されている。坩堝10の材質としては、黒鉛やSiCが挙げられる。坩堝10は坩堝台11の上に配置されている。坩堝台11は回転させることが可能である。坩堝10は、坩堝蓋14により密閉することができる。坩堝10の外周は、保温のために断熱材12で覆われている。断熱材12の外周には、多重螺旋構造を有する常伝導コイル13が配置されている。常伝導コイル13は、坩堝10を誘導加熱するための装置である。常伝導コイル13には、不図示の高周波電源が接続されている。坩堝10、断熱材12、常伝導コイル13は、チャンバ15の内部に配置される。チャンバ15は、吸気口16と排気口17とを備える。
 坩堝10内にはシリコン溶液22が保持されている。シリコン溶液22は、シリコンを融解して得られた融液を主成分とする溶液である。坩堝10の上方には、保持治具18が備えられている。保持治具18の先端部には、坩堝10と対向するように、3C-SiC種結晶25が取付けられている。保持治具18は、昇降させることが可能である。また保持治具18は、黒鉛によって形成されている。
 本実施例に係る3C-SiC結晶の成長方法を説明する。本実施例では、3C-SiC結晶の(100)面が表出している3C-SiC結晶を、3C-SiC種結晶25として用いる。まず、ステップS2において、3C-SiC結晶の(100)面が坩堝10と対向するように、3C-SiC種結晶25を保持治具18の先端部に固定する。
 次いで、ステップS4において、窒素を含有する不活性ガスを、吸気口16からチャンバ15内に供給する。不活性ガスの一例としては、ヘリウムが挙げられる。不活性ガス中の窒素の含有率は、体積比率において0.2%以上であることが好ましい。さらに好ましくは、窒素の含有率は、1%程度がよい。なお、窒素の含有率が0.1%の場合には、本明細書で説明している技術の効果を得ることができなかった。
 次いで、ステップS6において、シリコン溶液22を生成する。具体的には、内部にシリコンを含む原料がセットされた坩堝10を、結晶製造装置1の坩堝台11に載置する。そして常伝導コイル13へ所定周波数の交流電流を流すことにより、坩堝10を誘導加熱する。また、坩堝台11を所定回転数で回転させる。加熱温度は、融液となる材料が融解する温度以上とされる。これにより、シリコン原料が溶解し、シリコン溶液22が生成される。また、坩堝10の溶解によって、シリコン溶液22中にカーボンを供給することができる。
 次いで、ステップS8において、3C-SiC結晶を3C-SiC種結晶25の表面上に成長させる。ステップS8では、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中で、保持治具18を坩堝10の上方から坩堝10内部へ降下させ、3C-SiC種結晶25の(100)面が表出している面をシリコン溶液22に浸漬させる。このとき、常伝導コイル13を制御することで、坩堝10内に温度差を作る。具体的には、3C-SiC種結晶25近傍の温度を、他の空間よりも低温にする。これにより、シリコン溶液22内の3C-SiC種結晶25近傍のSiC濃度が上がり、SiCが過飽和状態になる。この結果、3C-SiC種結晶25の表面に3C-SiC結晶26が成長する。なお、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中での成長工程を、「第1の成長工程」と呼ぶ場合がある。
 3C-SiC結晶の晶相について、図3~6を用いて説明する。晶相とは、結晶の外観の形状のことである。同じ結晶構造・結晶面数を持つ結晶であっても、それぞれの結晶面の成長速度の違い(異方性)によって、晶相の異なった結晶が形成される。図3に示すように、窒素を含有しない不活性ガス雰囲気中では、3C-SiC結晶の晶相は、多面体になる。なお、図3では、3C-SiC結晶の{100}面をA、3C-SiC{111}面をBとして表している。
 図4に、3C-SiC結晶26を成長させた後の3C-SiC種結晶25の、一部断面図を示す。図4に示すように、窒素を含有しない不活性ガス雰囲気中で3C-SiC結晶を成長させた場合、3C-SiC種結晶25上には、3C-SiC結晶の(100)面を頂面26aとして備え、3C-SiC結晶の{111}面を側面26bとして備える島状の3C-SiC結晶26が、複数成長する。これは、3C-SiC結晶の晶相が、図3に示す多面体の形状を有するためである。このため、3C-SiC結晶の{111}面を側壁として有する溝部27が、複数形成されてしまう。その結果、3C-SiC結晶26の表面粗さは、3C-SiC種結晶25の表面粗さよりも大きくなる。
 一方、図5に示すように、所定量の窒素を含有する不活性ガス雰囲気中では、3C-SiC結晶の晶相は、立方体になる。なお、図5では、3C-SiC結晶の{100}面をAとして表している。即ち、3C-SiC結晶は、3C-SiC結晶の{100}面のみで構成される。
 図6に、3C-SiC結晶26を成長させた後の3C-SiC種結晶25の、一部断面図を示す。図6は、所定量の窒素を含有する不活性ガス雰囲気中で、3C-SiC結晶を成長(ステップS8)させた場合の断面図である。3C-SiC種結晶25上には、3C-SiC結晶の(100)面を表面26cとして備える3C-SiC結晶26が成長する。これは、3C-SiC結晶の晶相が、図5に示す立方体の形状を有するためである。このため、図4に示すような溝部27が形成されてしまうことがない。その結果、3C-SiC結晶26の表面粗さを、3C-SiC種結晶25の表面粗さと同程度にすることができる。
 不活性ガス中の窒素の有無による3C-SiC結晶の晶相の変化について説明する。不活性ガス中の窒素は、シリコン溶液22に溶け込む。シリコン溶液22に溶け込んだ窒素は、3C-SiC結晶26の炭素原子の位置に入り込む(ドープする)場合がある。これにより、3C-SiC結晶の{100}面の成長速度と{111}面の成長速度との比率が変化すると考えられる。この結果、3C-SiC結晶の晶相が変化すると考えられる。
(第1実施例の効果)
 本実施例の液相成長法では、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中で、3C-SiC結晶の結晶成長を実施している。上述のように、不活性ガス中の窒素は、SiC結晶の炭素原子の位置にドープする場合がある。窒素原子は炭素原子に比べて原子半径が小さい。このため、SiC結晶に窒素をドープさせると格子定数が縮むことになる。これにより、種結晶の格子定数と成長結晶の格子定数との間に差異が生じる。この結果、結晶の歪みが生じるため、成長結晶に貫通転位が発生してしまう場合がある。このため、通常は、窒素を含有する不活性ガスを、液相成長法での雰囲気ガスとしては使用しない。しかしながら本願発明者らは、不活性ガスに所定量の窒素を含有することで、3C-SiC結晶の晶相が、3C-SiC{100}面のみで形成される立方体になることを発見した。このため、所定量の窒素を含有する不活性ガス雰囲気中で3C-SiC結晶成長を実施すると、成長した3C-SiC結晶の表面は、3C-SiC結晶の{100}面で形成される。この結果、成長させた3C-SiC結晶の表面粗さが種結晶の表面粗さよりも大きくなってしまうことを抑制することができる。
(第2実施例)
 第2実施例の3C-SiC結晶の結晶成長方法を説明する。なお、結晶製造装置1は、第1実施例と共通するため、説明を省略する。第2実施例では、窒素を含有していない不活性ガス雰囲気中で3C-SiC結晶を成長させる工程が、追加されている。窒素を含有しない不活性ガス雰囲気中での成長工程を、「第2の成長工程」と呼ぶ場合がある。
 図7に示すように、まずステップS22において、坩堝10と対向するように、3C-SiC種結晶25を保持治具18の先端部に固定する。図8に、3C-SiC種結晶25の表面近傍の一部断面図を示す。3C-SiC種結晶25の表面は、(100)面である。3C-SiC種結晶25の表面には、結晶欠陥D1~D3が表出している。
 次いでステップS24において、窒素を含有しない不活性ガスを、吸気口16からチャンバ15内に供給する。
 ステップS26において、シリコン溶液22を作成する。ステップS26では、第1実施例のステップS6と同一の処理を実施する。次いで、ステップS28において、窒素を含有しない不活性ガス雰囲気中で、3C-SiC結晶を3C-SiC種結晶25の表面上に成長させる(第2の成長工程)。ステップS28での処理内容は、窒素を含有しない不活性ガスを用いる点を除いて、第1実施例のステップS8の処理内容と同様である。よって、ここでは説明を省略する。
 図9を用いて、ステップS28(第2の成長工程)における3C-SiC結晶の成長態様について説明する。窒素を含有しない不活性ガス雰囲気中では、3C-SiC結晶126の{111}面は、3C-SiC結晶126の(100)面よりも安定している。このため、3C-SiC結晶126の(100)面と垂直方向への3C-SiC結晶126の成長速度(以下、第1成長速度V1とする)は、3C-SiC結晶126の{111}面と垂直方向への3C-SiC結晶126の成長速度(以下、第2成長速度V2とする)よりも大きい。この結果、図9に示すように、3C-SiC種結晶25には、3C-SiC結晶の(100)面を頂面126aとして備え、3C-SiC結晶の{111}面を側面126bとして備える島状の3C-SiC結晶126が、複数成長する。このため、3C-SiC結晶の{111}面を側壁として有する溝部127が、複数形成されてしまう。その結果、3C-SiC結晶126の表面粗さは、3C-SiC種結晶25の表面粗さよりも大きくなる。
 また第2の成長工程では、3C-SiC種結晶25の表面に表出していた結晶欠陥D1~D3を引き継ぐように、3C-SiC結晶126が成長する。よって、3C-SiC結晶126中にも結晶欠陥D1~D3が形成される。
 ステップS30において、吸気口16から窒素を含有した不活性ガスをチャンバ15内に供給する。ステップS32において、窒素を含有した不活性ガス雰囲気中で、3C-SiC結晶を3C-SiC種結晶25の表面上に成長させる(第1の成長工程)。ステップS32での処理内容は、第1実施例のステップS8の処理内容と同様である。よって、ここでは説明を省略する。
 ステップS32(第1の成長工程)における、3C-SiC結晶126の成長態様について説明する。上述のように、窒素を含有する不活性ガス雰囲気中では、3C-SiC結晶126の炭素原子の位置に窒素がドープする。これにより、第1成長速度V1と第2成長速度V2に変化が生じる。ここでステップS30では、第1成長速度V1が第2成長速度V2よりも小さくなるように、不活性ガス中の窒素の含有率を調整している。このため、図10に示すように、ステップS32では、溝部127が消失するように、3C-SiC結晶126が成長する。即ち、溝部127の側壁同士が互いに近づくように3C-SiC結晶126が成長し、最終的には側壁同士が結合する。この結果、図11に示すように、最終的に平坦な表面126cを有する3C-SiC結晶126を成長させることができる。
 また第1の成長工程では、結晶欠陥D1は、3C-SiC結晶126の成長とともに伸びていく。そして図10の領域R1に示すように、結晶欠陥D1の成長は、結晶欠陥D1に対向する側壁に結晶欠陥D1が到達することで、停止する。この結果、図11の領域R2に示すように、結晶欠陥D1の先端部分を、3C-SiC結晶126の内部に留まらせることができる。3C-SiC結晶126の表面126cに、結晶欠陥D1が表出してしまうことを防止できる。また結晶欠陥D2およびD3についても、結晶欠陥D1と同様の原理によって、3C-SiC結晶126の表面126cに表出してしまうことを防止できる。
 以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
 上記の各実施例では、第1の成長工程中に不活性ガスに含まれる窒素の含有率は一定である。しかしながら、第1の成長工程中に不活性ガスに含まれる窒素の含有率を変化させてもよい。例えば、3C-SiC結晶が成長するにつれて、不活性ガス中の窒素の含有率を徐々に高く変化させる、または低く変化させてもよい。
 上記の各実施例では、3C-SiC結晶の(100)面が表出している3C-SiC結晶を、3C-SiC種結晶25として用いている。しかしながら、3C-SiC結晶の(100)面と等価な面方位が表出している3C-SiC結晶を3C-SiC種結晶25として用いてもよい。例えば、3C-SiC結晶の(010)面や(001)面などが表出している3C-SiC結晶である。即ち、3C-SiC結晶の{100}面が表出する3C-SiC結晶であってもよい。
 本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (7)

  1.  SiC結晶の液相成長方法であって、
     不活性ガスの雰囲気中で、3C-SiC結晶の{100}面が表出している種結晶を、シリコンの融液を溶媒とするSiC溶液に接触させる第1の成長工程を備えており、
     前記不活性ガスは、窒素を含有していることを特徴とする液相成長方法。
  2.  前記不活性ガス中の前記窒素の含有率が、体積比率において0.2%以上であることを特徴とする請求項1に記載の液相成長方法。
  3.  窒素を含有しない不活性ガスの雰囲気中で前記種結晶を前記SiC溶液に接触させる第2の成長工程をさらに備え、
     前記第1の成長工程の前に前記第2の成長工程を実施することを特徴とする請求項1または2に記載の液相成長方法。
  4.  前記第1の成長工程における3C-SiC結晶の{111}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度は、前記第1の成長工程における3C-SiC結晶の{100}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の液相成長方法。
  5.  前記第2の成長工程における3C-SiC結晶の{100}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度は、前記第2の成長工程における3C-SiC結晶の{111}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度よりも大きいことを特徴とする請求項3または4に記載の液相成長方法。
  6.  前記第2の成長工程における3C-SiC結晶の{100}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度は、前記第1の成長工程における3C-SiC結晶の{100}面に垂直な方向への3C-SiC単結晶の成長速度よりも大きいことを特徴とする請求項3~5の何れか一項に記載の液相成長方法。
  7.  前記第2の成長工程では、前記種結晶の表面に、3C-SiC結晶の{100}面を頂面として備え、3C-SiC結晶の{111}面を側面として備える島状の3C-SiC単結晶が複数成長し、
     前記第1の成長工程では、前記複数の島状の3C-SiC単結晶の間に形成されている空間の少なくとも一部が消失するように、前記島状の3C-SiC単結晶が成長することを特徴とする請求項3~6の何れか一項に記載の液相成長方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011068515A (ja) * 2009-09-25 2011-04-07 Toyota Motor Corp SiC単結晶の製造方法
WO2011135669A1 (ja) * 2010-04-27 2011-11-03 株式会社エコトロン SiC基板の作製方法
JP2013056807A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology SiC単結晶の製造方法およびこれにより得られたSiC単結晶

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011068515A (ja) * 2009-09-25 2011-04-07 Toyota Motor Corp SiC単結晶の製造方法
WO2011135669A1 (ja) * 2010-04-27 2011-11-03 株式会社エコトロン SiC基板の作製方法
JP2013056807A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology SiC単結晶の製造方法およびこれにより得られたSiC単結晶

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RYO TANAKA ET AL.: "001)3C-SiC Jiritsu Kessho- jo eno Yoeki Seicho ni Okeru Takei Henka", DAI 69 KAI EXTENDED ABSTRACTS;, 2 September 2008 (2008-09-02) *
RYO TANAKA ET AL.: "3C-SiC Tanekessho-jo eno Yoeki Seicho to Seichomen ni yoru Kessho Takei Henka", ABSTRACTS OF THE JAPAN INSTITUTE OF METALS, DAI 140 KAI, 27 March 2007 (2007-03-27) *

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