JP2001158695A - 炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭化珪素基板結晶を覆う被覆材料の熱エッチ
ング及び炭化珪素基板結晶の炭化を防止する。 【解決手段】 熱処理時には、るつぼ１内が、該熱処理
時の熱処理温度における炭化珪素中の珪素の飽和蒸気圧
よりも高い珪素蒸気圧雰囲気となるようにする。例え
ば、るつぼ１内に珪素を含む材料６を配置することによ
って、熱処理時にるつぼ１内の珪素蒸気圧雰囲気を高く
することができる。このように、珪素飽和蒸気圧より高
い珪素蒸気圧雰囲気、つまり珪素リッチの状態になるよ
うにすれば、被覆材料５からの珪素の昇華を防止するこ
とができ、熱処理時に被覆材料５によってマイクロパイ
プ欠陥４ａが確実に覆われるようにすることができる。
これにより、被覆材料５が熱エッチングされることを防
止でき、また、炭化珪素基板結晶４が炭化されることを
防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロパイプ欠
陥が閉塞された炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の製造方法お
よびマイクロパイプ欠陥が閉塞された炭化珪素単結晶に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳｉＣ単結晶を種結晶として、改良レー
リー法（昇華法）にてＳｉＣ単結晶を製造する際、マイ
クロパイプ欠陥（中空貫通欠陥）と呼ばれる直径サブμ
ｍ乃至数μｍの中空貫通孔が略成長方向に沿って伸長
し、成長結晶中に内在される。マイクロパイプ欠陥はデ
バイスの電気的特性に悪影響を与えるため、マイクロパ
イプ欠陥があるＳｉＣ単結晶はデバイス形成用の基板に
適さない。このため、マイクロパイプ欠陥を低減するこ
とが重要な課題となっている。

【０００３】マイクロパイプ欠陥の低減方法として、米
国特許第５，６７９，１５３号明細書や特許第２８０４
８６０号公報や特許第２８７６１２２号公報に示される
方法が提案されている。

【０００４】米国特許第５，６７９，１５３号明細書に
示される方法は、シリコン中のＳｉＣ溶融を用いた液相
エピタキシー法によって結晶成長させると、エピタキシ
ャル成長途中でマイクロパイプ欠陥が閉塞されていくこ
とを利用して、マイクロパイプ欠陥を有する種結晶（欠
陥密度：５０〜４００ｃｍ^-2）上にマイクロパイプ欠陥
が低減されたエピタキシャル層（欠陥密度：０〜５０ｃ
ｍ^-2）を成長させている。

【０００５】特許第２８０４８６０号公報に示される方
法は、種結晶の成長面として（０００１）面に垂直な面
を使用することによって、アルカリエッチングに際し、
六角形エッチピットが全く観察されない単結晶、つまり
マイクロパイプ欠陥が存在しない単結晶を種結晶上に成
長させている。

【０００６】特許第２８７６１２２号公報に示されてい
る方法は、α（六方晶）−ＳｉＣ単結晶基板（種結晶）
の表面に、熱化学的蒸着（ＣＶＤ）法によりβ（立方
晶）−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣの多結晶膜の成膜と、
それによって得られた複合体に対する熱処理とを複数回
繰り返すことにより、複数層のβ−ＳｉＣもしくはα−
ＳｉＣ多結晶膜をα−ＳｉＣ単結晶基板（種結晶）の結
晶軸と同一方位に配向（ある種の固相エピタキシャル成
長）させることによって、種結晶上にマイクロパイプ欠
陥などの結晶欠陥のない高品質、かつ、高膜厚の単結晶
ＳｉＣを成長させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した３つの方法は
共に、種結晶上に新たな単結晶を成長させ、その成長層
においてマイクロパイプ欠陥密度を低減するようにして
いる。

【０００８】このため、第１の方法では、マイクロパイ
プ欠陥が無い部分を得るために、液相エピタキシー法に
て２０〜７５μｍ以上のエピタキシャル層を成長させな
ければならず、また、その範囲以下では、依然としてマ
イクロパイプ欠陥が存在するという問題がある。また、
このように形成されたエピタキシャル層を種結晶とし
て、再び昇華法によって単結晶成長を行うと、マイクロ
パイプ欠陥が閉塞された部分が薄いことから、その閉塞
された部分が昇華して再びマイクロパイプ欠陥の開口部
を生じる可能性があり、種結晶の試料調整や昇華法成長
条件の適正化が困難であるという問題もある。

【０００９】一方、第２の方法では、マイクロパイプ欠
陥の発生を抑制する点では効果があるが、成長させた単
結晶に新たな積層欠陥が導入されるため、基板の電気的
特性に異方性を生じ、電子デバイス用基板としては適さ
ないという問題がある。

【００１０】他方、第３の方法では、α−ＳｉＣ単結晶
基板（種結晶）の表面にＣＶＤ法でβ−ＳｉＣもしくは
α−ＳｉＣ多結晶膜を形成するため、結晶粒界を内在し
たＳｉＣ複合体が得られる。この複合体を熱処理し、種
結晶上に固相エピタキシャル成長させると、β−ＳｉＣ
もしくはα−ＳｉＣ多結晶膜中の結晶子が派生成長（ov
er growth）して明確な結晶粒界は熱処理とともに減少
していくが、上記結晶粒界や不均一相変態に伴う結晶境
界などにおける内部歪みを原因とした結晶欠陥が導入さ
れる危惧がある。こうした欠陥はキャリアのトラップ源
となるため電子デバイス用基板としては適さないという
問題がある。

【００１１】本発明は上記問題に鑑みてなされ、新たな
成長層においてマイクロパイプ欠陥の発生、継承を抑制
するのではなく、炭化珪素単結晶に存在しているマイク
ロパイプ欠陥を炭化珪素単結晶の内部で閉塞させること
ができるようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明者らは、マイクロパイプ欠陥を有する炭化珪素単
結晶からなる炭化珪素基板結晶を被覆した状態で熱処理
を施すことにより、マイクロパイプ欠陥を炭化珪素基板
結晶の内部で閉塞させることができることを見出した。

【００１３】しかしながら、口径φ１５ｍｍ異常の炭化
珪素基板では、圧力６．７ｋＰａ未満での熱処理時に被
覆材料が熱エッチングされて消失してしまうためにマイ
クロパイプ欠陥閉塞率が著しく悪化（例えば、閉塞率３
０％程度）したり、炭化珪素基板結晶が炭化したりする
ということが判った。この様子を図４に示す。図４
（ａ）は熱処理前の様子を示しており、図４（ｂ）は熱
処理後の様子を示している。

【００１４】図４（ａ）に示されるように、熱処理に使
用される熱処理装置は、上部が開口したるつぼ５１とる
つぼ５１の開口部を覆う蓋体５２により構成されてい
る。これらるつぼ５１と蓋体５２はグラファイトで構成
されている。蓋体５２には台座５２ａが備えられてお
り、接着剤５３を介して、マイクロパイプ欠陥５３ａを
有する炭化珪素基板結晶５４が台座５２上に搭載され
る。この炭化珪素基板結晶５４の表面に、マイクロパイ
プ欠陥５４ａを塞ぐように被覆材料５５が備えられる。
また、るつぼ５１内には、炭化珪素材料５６が収容され
ている。

【００１５】このような状態で熱処理を行ったところ、
図４（ｂ）に示すように、被覆材料５５が消失してい
た。この傾向は、炭化珪素基板結晶５４の口径が大きく
なるほど（具体的にはφ１５ｍｍ以上）より顕著であっ
た。

【００１６】この被覆材料５５の熱エッチング及び炭化
珪素基板結晶５４の炭化の問題について本発明者らが検
討を行ったところ、この問題は、るつぼ５１内がカーボ
ンリッチ雰囲気となることによって発生しているという
ことが判った。

【００１７】そこで、上記目的を達成するため、請求項
１に記載の発明では、熱処理時には、熱処理装置内が、
該熱処理時の熱処理温度における炭化珪素中の珪素の飽
和蒸気圧よりも高い珪素蒸気圧雰囲気となるようにする
ことを特徴としている。

【００１８】このように、珪素飽和蒸気圧より高い珪素
蒸気圧雰囲気、つまり珪素リッチの状態になるようにす
れば、被覆材料（５）からの珪素の昇華を防止すること
ができ、熱処理時に被覆材料によってマイクロパイプ欠
陥（４ａ）が確実に覆われるようにすることができる。
これにより、被覆材料が熱エッチングされることを防止
でき、また、炭化珪素基板結晶が炭化されることを防止
することができる。

【００１９】例えば、請求項２に示すように、熱処理装
置内に珪素を含む材料（６）を配置することによって、
熱処理時に熱処理装置内の珪素蒸気圧雰囲気を高くする
ことができる。珪素を含む材料として、例えば、請求項
３に示すように、固体珪素単体を用いたり、請求項４に
示すように、炭化珪素粉末を用いたり、請求項５に示す
ように、炭化珪素粉末と固体珪素単体とを用いることが
できる。

【００２０】なお、請求項６に示すように、珪素を含む
材料として炭化珪素粉末と珪素単体を用いる場合、珪素
単体と炭化珪素基板結晶との間の距離が、炭化珪素粉末
と炭化珪素基板結晶との間の距離よりも短くなるように
すれば、熱処理の初期段階において顕著に炭化珪素基板
結晶の近傍をより珪素リッチにすることができる。

【００２１】請求項７に記載の発明においては、熱処理
時には、熱処理装置内に珪素を含む材料を外部から導入
することを特徴としている。

【００２２】このように、熱処理装置の外部から材料を
供給できるようにすれば、材料供給量を制御することが
できるため、熱処理装置内の珪素の飽和蒸気圧雰囲気を
制御することができる。

【００２３】この場合、請求項８に示すように、珪素を
含む材料として、例えば、常温時に気体又は液体である
珪素を含んだ化合物を用いることができる。

【００２４】請求項９に記載の発明においては、熱処理
装置の壁面を部分的に突出させた台座上に炭化珪素基板
結晶を載置し、台座を囲む熱処理装置の壁面と炭化珪素
基板結晶との距離よりも、珪素を含む材料と炭化珪素基
板結晶との距離を短くすることを特徴としている。

【００２５】これにより、熱処理装置の壁面からの昇華
ガスよりも珪素を含む材料からの昇華ガスが炭化珪素基
板結晶に供給され、炭化珪素基板結晶や被覆材料の近傍
を熱処理の初期段階において顕著に珪素リッチにするこ
とができる。

【００２６】請求項１４に記載の発明においては、るつ
ぼ内には珪素材料（１２）と炭化珪素材料（１３）とを
分離する分別容器（１１）が備えられており、分別容器
によって珪素材料から炭化珪素基板結晶（４）までの距
離が、炭化珪素材料から炭化珪素基板結晶までの距離よ
りも短くなるように構成されていることを特徴としてい
る。

【００２７】このように構成することにより、珪素材料
からの昇華ガスが炭化珪素基板結晶に優先的に供給さ
れ、炭化珪素基板結晶や被覆材料の近傍が熱処理の初期
段階において顕著に珪素リッチになるようにできる。

【００２８】請求項１５に記載の発明においては、るつ
ぼ外部には、珪素を含む材料を供給するための材料供給
源が備えられており、該材料供給源よりるつぼ内へ珪素
を含む材料が導入できるように構成されていることを特
徴としている。

【００２９】このように、るつぼ外部から珪素を含む材
料を供給できるようにすれば、珪素を含む材料の導入量
をるつぼ内が珪素リッチとなる最適量に制御することが
できる。

【００３０】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００３１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、図に示す
実施形態について説明する。

【００３２】炭化珪素基板結晶（炭化珪素単結晶）をマ
イクロパイプ欠陥閉塞用の熱処理装置に配置したときの
概略断面図を図１に示す。

【００３３】熱処理装置は、上部が開口したるつぼ１
と、るつぼ１の開口部を覆う蓋体２により構成されてい
る。これらるつぼ１と蓋体２はグラファイトで構成され
ている。蓋体２には、部分的に突出させた台座２ａが備
えられている。この台座２ａの表面に、接着剤３を介し
てマイクロパイプ欠陥４ａを有する炭化珪素基板結晶４
が配置される。炭化珪素基板結晶４の口径は問わない
が、特に大口径のもの例えばφ１５ｍｍ以上のものを用
いると好適である。

【００３４】この炭化珪素基板結晶４の少なくとも一方
の表面には、マイクロパイプ欠陥４ａを塞ぐように被覆
材料５が備えられている。この被覆材料５は、後述する
マイクロパイプ欠陥閉塞のための熱処理に先立って、例
えば、化学蒸着（ＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法やスパッタ蒸着法や昇華法などの気相成長法、
液相エピタキシー（ＬＰＥ）法などの液相成長法によっ
て予め基板結晶１上に堆積させることによって形成され
る。被覆材料５には基板結晶１と同じ結晶形のＳｉＣ、
異種多形のＳｉＣいずれも適用可能であるが、基板結晶
１の材料が六方晶形炭化珪素単結晶の場合、立方晶（３
Ｃ多形）の炭化珪素エピタキシャル膜が適している。こ
の他、被覆材料５として、ＳｉＣ多結晶体、ＳｉＣ焼結
体、アモルファスＳｉＣ等を用いることができる。

【００３５】また、るつぼ１内には、マイクロパイプ欠
陥４ａを閉塞するための熱処理を再現性良く安定に行う
ための材料となる珪素を含む材料６が収容されている。
この珪素を含む材料６としては、固体珪素単体、炭化珪
素粉末、炭化珪素粉末と固体珪素単体との混合物等を用
いることができる。特に、固体珪素単体を用いる場合に
は、熱処理容器内を最も珪素リッチにできる。また、炭
化珪素粉末を用いる場合、通常、炭化珪素粉末の平均粒
径が５００μｍ程度となっているが、炭化珪素粉末の昇
華量を考慮すると表面積を稼ぐために、平均粒径が５０
０μｍ以下のものを用いるのが望ましく、平均粒径が１
００μｍ以下のものであれば最適である。

【００３６】そして、るつぼ１の開口部を蓋体２で覆っ
たときに、炭化珪素基板結晶４が珪素を含む材料６に対
向配置され、珪素を含む材料６が炭化珪素基板結晶４の
近傍に位置するようになっている。このとき、図からも
判るように、台座２ａを囲む熱処理装置の壁面（るつぼ
１の壁面や蓋体２の壁面）と炭化珪素基板結晶４との距
離よりも、珪素を含む材料６と炭化珪素基板結晶４や被
覆材料５との距離が短くなるようにしている。このた
め、炭化珪素基板結晶４及び被覆材料５の付近を珪素リ
ッチにでき、被覆材料５の熱エッチングを防止してマイ
クロパイプ欠陥４ａの閉塞率を高くできると共に、炭化
珪素基板結晶４の炭化を防止することができる。

【００３７】なお、図１において図示していないが、る
つぼ２の外周には、グラファイト製の抵抗発熱体が配置
されており、この抵抗発熱体によってるつぼ２内の温
度、具体的には基板結晶１の温度や炭化珪素材料４の温
度が調整可能となっている。また、図示されていない
が、るつぼ２は雰囲気の圧力を調整できる容器内に入れ
られており、るつぼ２内への不活性ガス等の導入や、雰
囲気圧力の調整が可能となっている。

【００３８】このように被覆材料５で覆った炭化珪素基
板結晶４に対して、マイクロパイプ欠陥閉塞のための熱
処理を行う。このとき、るつぼ１内の雰囲気圧力が６．
７ｋＰａ以上となるようにしている。

【００３９】このような熱処理を行うと、上述したよう
に、珪素を含む材料６をるつぼ１内に収容しているた
め、熱処理時に炭化珪素基板結晶４及び被覆材料５に向
けて珪素ガスが供給され、炭化珪素基板結晶５や被覆材
料５の近傍がカーボンリッチな雰囲気にならず、珪素リ
ッチになる。すなわち、熱処理時の熱処理温度における
炭化珪素中の珪素の飽和蒸気圧よりも高い珪素蒸気圧雰
囲気となるようにすることができる。このため、被覆材
料５が熱エッチングにより昇華されることを防止できる
と共に、炭化珪素基板結晶４の炭化を防止することがで
きる。また、この熱処理時に雰囲気圧力が６．７ｋＰａ
以上になるように、つまり熱処理装置内の圧力ができる
だけ高圧となるようにしているため、被覆材料５からの
シリコンの昇華を防止することができ、より上記効果を
得ることができる。

【００４０】図１（ｂ）に、熱処理を行った後の様子を
示す。この図に示されるように、被覆材料５が消失して
おらず、被覆材料５によってマイクロパイプ欠陥４ａが
覆われた状態となっている。そして、マイクロパイプ欠
陥４ａは、炭化珪素基板結晶４の内部で確実に閉塞さ
れ、閉塞孔４ｂとなっている。

【００４１】このように、るつぼ１内に珪素を含む材料
を備えておくことにより、熱処理中にも被覆材料５によ
ってマイクロパイプ欠陥４ａを確実に覆うことができる
ため、マイクロパイプ欠陥４ａ内を過飽和状態にするこ
とができる。このため、マイクロパイプ欠陥４ａをより
確実に閉塞でき、マイクロパイプ欠陥４ａの閉塞率を高
くすることができる。

【００４２】（第２実施形態）図２（ａ）に、本実施形
態における熱処理装置の該略図を示す。本実施形態で
は、第１実施形態に対して、珪素を含む材料の具体的配
置を変更したものである。なお、他の構成については第
１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ
説明する。

【００４３】図２（ａ）に示すように、本実施形態で
は、るつぼ１内に分別容器１１が備えられている。この
分別容器１１は、中央部が突出した突出部になっている
と共に、その突出部の先端には凹みが形成されている。
この分別容器１１の突出部は台座２ａと対向するように
なっている。そして、突出部の凹み内に珪素を含む材料
として固体珪素単体１２が収容され、突出部の周囲には
炭化珪素粉末１３が収容されている。このように構成す
ることで、固体珪素単体１２が炭化珪素粉末１３よりも
炭化珪素基板結晶４や被覆材料５までの距離が近くなる
ようにしている。これにより、熱処理中に炭化珪素基板
結晶４や被覆材料５へは主に固体珪素単体１２からの珪
素ガスが供給される。このため、熱処理中の初期段階に
顕著に炭化珪素基板結晶４や被覆材料５の近傍は、珪素
リッチな状態となる。

【００４４】図２（ｂ）に、熱処理を行った後の様子を
示す。この図に示されるように、被覆材料５が消失して
おらず、被覆材料５によってマイクロパイプ欠陥４ａが
覆われた状態となっている。そして、マイクロパイプ欠
陥４ａは、炭化珪素基板結晶４の内部で確実に閉塞さ
れ、閉塞孔４ｂとなっている。このように、本実施形態
のようにしても第１実施形態と同様の効果を得ることが
できる。

【００４５】（第３実施形態）図３（ａ）に、本実施形
態における熱処理装置の該略図を示す。本実施形態で
は、第１実施形態に対して、珪素を含む材料の供給方法
を変更したものである。

【００４６】図３（ａ）に示すように、本実施形態で
は、珪素を含む材料を熱処理装置の外部から供給できる
材料供給源２１を有している。この材料供給源２１から
は、例えば、常温時に気体又は液体である珪素を含んだ
化合物が供給されるようになっている。また、材料供給
源２１の供給路２１ａの先端部は、炭化珪素基板結晶４
及び被覆材料５の近傍に配置され、炭化珪素基板結晶４
及び被覆材料５の近傍が珪素リッチな状態になり易いよ
うになっている。

【００４７】このように、熱処理時に熱処理装置の外部
から熱処理装置内に珪素を含む材料を導入することで、
珪素を含む材料の導入量を制御できる。これにより、珪
素を含む材料の導入量が熱処理容器内を珪素リッチにす
る最適量となるようにすることができ、被覆材料５が熱
エッチングされないようにしてマイクロパイプ欠陥４ａ
の閉塞率が高くなるようにできると共に、炭化珪素基板
結晶４の炭化を防止することができる。

【００４８】また、図３（ｂ）に、熱処理を行った後の
様子を示す。この図に示されるように、被覆材料５が消
失しておらず、被覆材料５によってマイクロパイプ欠陥
４ａが覆われた状態となっている。そして、マイクロパ
イプ欠陥４ａは、炭化珪素基板結晶４の内部で確実に閉
塞され、閉塞孔４ｂとなっている。このように、本実施
形態のようにしても第１実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。

【００４９】

【実施例】以下、上記実施形態について具体的に実験を
行った実施例を以下に説明する。

【００５０】（実施例１）まず、欠陥密度が約１００ｃ
ｍ^-2、口径φ２０ｍｍのマイクロパイプ欠陥４ａを有す
る厚さ３００μｍの６Ｈ多形の炭化珪素単結晶で構成さ
れた炭化珪素基板結晶４を用意し、この基板結晶４の表
面に被覆材料５として３Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャ
ル膜をＣＶＤ法にて約２０μｍの厚さで形成した。

【００５１】微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥４
ａの開口部は３Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャル膜によ
って隙間なく塞がれていた。なお、炭化珪素基板結晶４
の表面として（０００１）ジャスト面を用いており、３
Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャル膜は（１１１）面を成
長面として成膜されている。

【００５２】次に、炭化珪素基板結晶３と珪素を含む材
料６としての珪素単体を図１に示した熱処理用装置に配
置した。マイクロパイプ欠陥閉塞工程として、雰囲気圧
力を６．７×１０⁴Ｐａ、炭化珪素基板結晶４の温度を
２２００℃程度、珪素単体の温度を２３００℃程度とし
て６時間の熱処理を行った。

【００５３】このような工程を経て得られた基板結晶を
＜０００１＞軸方向に平行に切断したのち切断面を研磨
し、透過明視野にて顕微鏡観察を行った。その結果、炭
化珪素基板結晶４の中に存在していたマイクロパイプ欠
陥の９０％が、炭化珪素基板結晶４の表面側から閉塞し
ていた。

【００５４】さらに、熱処理時に形成された炭化珪素の
結晶を除去すべく、炭化珪素基板結晶４を(０００１)面
に平行に研磨して、直交偏光顕微鏡観察をを行った。そ
の結果、マイクロパイプ欠陥４ａが閉塞した部分では、
もはやマイクロパイプ欠陥周辺に特徴的に観察される、
不均一な弾性ひずみに対応した複屈折干渉パターンを示
さなかった。このため、一旦閉塞したマイクロパイプ欠
陥４ａはエネルギー的に安定であるといえる。

【００５５】（実施例２）まず、欠陥密度が約１００ｃ
ｍ^-2、口径φ２０ｍｍのマイクロパイプ欠陥４ａを有す
る厚さ３００μｍの６Ｈ多形の炭化珪素単結晶で構成さ
れた炭化珪素基板結晶４を用意し、この基板結晶４の表
面に被覆材料５として３Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャ
ル膜をＣＶＤ法にて約２０μｍの厚さで形成した。

【００５６】微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥４
ａの開口部は３Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャル膜によ
って隙間なく塞がれていた。なお、炭化珪素基板結晶４
の表面として（０００１）ジャスト面を用いており、３
Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャル膜は（１１１）面を成
長面として成膜されている。

【００５７】次に、炭化珪素基板結晶４、珪素を含む材
料としての珪素単体１２および炭化珪素粉末１３を図２
に示した熱処理用装置に配置した。マイクロパイプ欠陥
閉塞工程として、雰囲気圧力を６．７×１０⁴Ｐａ、炭
化珪素基板結晶４の温度を２２００℃程度、珪素単体１
２および炭化珪素粉末１３の温度を２３００℃程度とし
て６時間の熱処理を行った。

【００５８】このような工程を経て得られた炭化珪素基
板結晶４を＜０００１＞軸方向に平行に切断したのち切
断面を研磨し、透過明視野にて顕微鏡観察を行った。そ
の結果、炭化珪素基板結晶４中に存在していたマイクロ
パイプ欠陥の９０％が、炭化珪素基板結晶４の表面側か
ら閉塞していた。

【００５９】さらに、熱処理時に形成された炭化珪素の
結晶を除去すべく、炭化珪素基板結晶４を(０００１)面
に平行に研磨して、直交偏光顕微鏡観察をを行った。そ
の結果、マイクロパイプ欠陥４ａが閉塞した部分では、
もはやマイクロパイプ欠陥周辺に特徴的に観察される、
不均一な弾性ひずみに対応した複屈折干渉パターンを示
さなかった。このため、一旦閉塞したマイクロパイプ欠
陥４ａはエネルギー的に安定であるといえる。

【００６０】（実施例３）まず、欠陥密度が約１００ｃ
ｍ^-2、口径φ２０ｍｍのマイクロパイプ欠陥４ａを有す
る厚さ３００μｍの６Ｈ多形の炭化珪素単結晶で構成さ
れた炭化珪素基板結晶４を用意し、この基板結晶４の表
面に炭化珪素被覆材料５として３Ｃ多形の炭化珪素エピ
タキシャル膜をＣＶＤ法にて約２０μｍの厚さで形成し
た。

【００６１】微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥４
ａの開口部は３Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャル膜によ
って隙間なく塞がれていた。なお、炭化珪素基板結晶４
の表面として（０００１）ジャスト面を用いており、３
Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャル膜は（１１１）面を成
長面として成膜されている。

【００６２】次に、炭化珪素基板結晶４を図３に示した
熱処理用装置に配置した。マイクロパイプ欠陥閉塞工程
として、雰囲気圧力を６．７×１０⁴Ｐａ、炭化珪素基
板結晶４の温度を２２００℃程度として６時間の熱処理
を行った。この熱処理中、材料供給源２１からＳｉＨ４
ガスを導入し続けた。

【００６３】このような工程を経て得られた炭化珪素基
板結晶４を＜０００１＞軸方向に平行に切断したのち切
断面を研磨し、透過明視野にて顕微鏡観察を行った。そ
の結果、炭化珪素基板結晶４中に存在していたマイクロ
パイプ欠陥の９０％が、炭化珪素基板結晶４の表面側か
ら閉塞していた。

【００６４】さらに、熱処理時に形成された炭化珪素の
結晶を除去すべく、炭化珪素基板結晶４を(０００１)面
に平行に研磨して、直交偏光顕微鏡観察をを行った。そ
の結果、マイクロパイプ欠陥４ａが閉塞した部分では、
もはやマイクロパイプ欠陥周辺に特徴的に観察される、
不均一な弾性ひずみに対応した複屈折干渉パターンを示
さなかった。このため、一旦閉塞したマイクロパイプ欠
陥４ａはエネルギー的に安定であるといえる。

【００６５】（比較例）まず、欠陥密度が約１００ｃｍ
^-2、口径φ２０ｍｍのマイクロパイプ欠陥５４ａを有す
る厚さ３００μｍの６Ｈ多形の炭化珪素単結晶で構成さ
れた炭化珪素基板結晶５４を用意し、この基板結晶４の
表面に被覆材料５５として３Ｃ多形の炭化珪素エピタキ
シャル膜をＣＶＤ法にて約２０μｍの厚さで形成した。

【００６６】微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥５
４ａの開口部は３Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャル膜に
よって隙間なく塞がれていた。なお、炭化珪素基板結晶
５４の表面として（０００１）ジャスト面を用いてお
り、３Ｃ多形の炭化珪素エピタキシャル膜は（１１１）
面を成長面として成膜されている。

【００６７】次に、炭化珪素基板結晶５４と平均粒径５
００μｍの炭化珪素粉末５６を図４に示した熱処理用装
置に配置した。マイクロパイプ欠陥閉塞工程として、雰
囲気圧力６．７×１０⁴Ｐａ、炭化珪素基板結晶５４の
温度を２２００℃程度、炭化珪素粉末５６の温度を２３
００℃程度として６時間の熱処理を行った。

【００６８】このような工程を経て得られた炭化珪素基
板結晶５４を＜０００１＞軸方向に平行に切断したのち
切断面を研磨し、透過明視野にて顕微鏡観察を行った。
その結果、炭化珪素基板結晶５４中に存在していたマイ
クロパイプ欠陥５４ａの２０％しか、炭化珪素基板結晶
５４の表面側から閉塞していなかった。なおかつ、基板
表面のところどころには熱エッチングの跡の光沢が観察
された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態におけるマイクロパイプ
欠陥閉塞の様子を示す図である。

【図２】本発明の第２実施形態におけるマイクロパイプ
欠陥閉塞の様子を示す図である。

【図３】本発明の第３実施形態におけるマイクロパイプ
欠陥閉塞の様子を示す図である。

【図４】本発明者らの実験によるマイクロパイプ欠陥閉
塞の様子を示す図である。

【符号の説明】

１…るつぼ、２…蓋体、２ａ…蓋体、４…炭化珪素基板
結晶、４ａ…マイクロパイプ欠陥、５…被覆材料、６…
珪素を含む材料、１２…珪素単体、１３…炭化珪素粉
末。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 富佐雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 岡本 篤人 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BE08 FE06 FE07

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロパイプ欠陥（４ａ）を有する炭
   化珪素基板結晶（４）の表面の少なくとも一面に被覆材
   料（５）を形成する工程と、 前記炭化珪素基板結晶を熱処理装置（１、２）内に配置
   する工程と、 前記熱処理装置によって熱処理を行い、前記炭化珪素基
   板結晶内でマイクロパイプ欠陥を閉塞させて閉塞孔（４
   ｂ）とする工程と、を含んでおり、 前記熱処理時には、前記熱処理装置内が、該熱処理時の
   熱処理温度における炭化珪素中の珪素の飽和蒸気圧より
   も高い珪素蒸気圧雰囲気となるようにすることを特徴と
   する炭化珪素単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 マイクロパイプ欠陥（４ａ）を有する炭
   化珪素単結晶基板（４）の表面の少なくとも一面に被覆
   材料（５）を形成する工程と、 前記炭化珪素基板結晶を熱処理装置（１、２）内に配置
   する工程と、 前記熱処理装置によって熱処理を行い、前記炭化珪素基
   板結晶内でマイクロパイプ欠陥を閉塞させて閉塞孔（４
   ｂ）とする工程と、を含んでおり、 前記熱処理装置内に珪素を含む材料（６）を配置するこ
   とによって、前記熱処理時に前記熱処理装置内の珪素蒸
   気圧雰囲気を高くすることを特徴とする炭化珪素単結晶
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記珪素を含む材料として固体珪素単体
   を用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。
4. 【請求項４】 前記珪素を含む材料として炭化珪素粉末
   を用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。
5. 【請求項５】 前記珪素を含む材料として、炭化珪素粉
   末と固体珪素単体とを用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。
6. 【請求項６】 前記珪素を含む材料として、炭化珪素粉
   末と珪素単体を用い、かつ、前記珪素単体と前記炭化珪
   素基板結晶との間の距離が、前記炭化珪素粉末と前記炭
   化珪素基板結晶との間の距離よりも短くなるようにする
   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。
7. 【請求項７】 マイクロパイプ欠陥（４ａ）を有する炭
   化珪素単結晶基板（４）の表面の少なくとも一面に被覆
   材料（５）を形成する工程と、 前記炭化珪素基板結晶を熱処理装置（１、２）内に配置
   する工程と、 前記熱処理装置によって熱処理を行い、前記炭化珪素基
   板結晶内でマイクロパイプ欠陥を閉塞させて閉塞孔（４
   ｂ）とする工程と、を含んでおり、 前記熱処理時には、前記熱処理装置内に珪素を含む材料
   を外部から導入することを特徴とする炭化珪素単結晶の
   製造方法。
8. 【請求項８】 前記珪素を含む材料として、常温時に気
   体又は液体である珪素を含んだ化合物を用いることを特
   徴とする請求項７に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
9. 【請求項９】 前記熱処理装置の壁面を部分的に突出さ
   せた台座上に前記炭化珪素基板結晶を載置し、前記台座
   を囲む前記熱処理装置の壁面と前記炭化珪素基板結晶と
   の距離よりも、前記珪素を含む材料と前記炭化珪素基板
   結晶との距離を短くすることを特徴とする請求項２乃至
   ６のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記熱処理時において、前記熱処理装
    置内の雰囲気圧力を６．７ｋＰａ以上とすることを特徴
    とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の炭化珪素
    単結晶の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記被覆材料として、立方晶炭化珪素
    を用いることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
    １つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記炭化珪素基板結晶として、口径が
    φ１５ｍｍ以上のものを用いることを特徴とする請求項
    １乃至１１のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製
    造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれか１つに記
    載の炭化珪素単結晶の製造方法によって形成された前記
    閉塞孔を有する炭化珪素基板結晶を種結晶として、新た
    な炭化珪素単結晶を結晶成長させることを特徴とする炭
    化珪素単結晶の製造方法。
14. 【請求項１４】 炭化珪素単結晶からなる炭化珪素基板
    結晶（４）が収容されるるつぼ（１）を有し、前記炭化
    珪素基板結晶への材料供給源となる珪素材料（１２）と
    炭化珪素材料（１３）とが前記るつぼ内に配置される炭
    化珪素単結晶の製造装置であって、 前記るつぼ内には前記珪素材料と前記炭化珪素材料とを
    分離する分別容器（１１）が備えられており、前記分別
    容器によって前記珪素材料から前記炭化珪素基板結晶ま
    での距離が、前記炭化珪素材料から前記炭化珪素基板結
    晶までの距離よりも近くなるように構成されていること
    を特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
15. 【請求項１５】 炭化珪素単結晶からなる炭化珪素基板
    結晶（４）が収容されるるつぼ（１）を有し、前記炭化
    珪素基板結晶への材料供給源となる珪素材料（１２）と
    炭化珪素材料（１３）とが前記るつぼ内に配置される炭
    化珪素単結晶の製造装置であって、 前記るつぼ外部には、珪素を含む材料を供給するための
    材料供給源が備えられており、該材料供給源より前記る
    つぼ内へ前記珪素を含む材料が導入できるように構成さ
    れていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。