JP2003104798A - 炭化珪素単結晶及びその製造方法並びに炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料 - Google Patents
炭化珪素単結晶及びその製造方法並びに炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高抵抗率で高品質の大口径炭化珪素単結晶イ
ンゴットの製造方法、その方法に用いる炭化珪素単結晶
育成用炭化珪素結晶原料、その方法より製造される炭化
珪素単結晶を提供する。 【解決手段】 昇華再結晶法により種結晶上に炭化珪素
単結晶を成長させる工程を包含する炭化珪素単結晶の製
造方法であって、原料としてバナジウムの濃度が１×１
０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、バナジウム
以外の不可避不純物の濃度が前記バナジウムの濃度未満
である炭化珪素結晶を用いて、炭化珪素単結晶を成長さ
せることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法、その
方法に用いる炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料、
その方法より製造される炭化珪素単結晶である。
ンゴットの製造方法、その方法に用いる炭化珪素単結晶
育成用炭化珪素結晶原料、その方法より製造される炭化
珪素単結晶を提供する。 【解決手段】 昇華再結晶法により種結晶上に炭化珪素
単結晶を成長させる工程を包含する炭化珪素単結晶の製
造方法であって、原料としてバナジウムの濃度が１×１
０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、バナジウム
以外の不可避不純物の濃度が前記バナジウムの濃度未満
である炭化珪素結晶を用いて、炭化珪素単結晶を成長さ
せることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法、その
方法に用いる炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料、
その方法より製造される炭化珪素単結晶である。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素単結晶及
びその製造方法に係わり、特に、高周波電子デバイスの
基板ウェハとなる良質で大型の単結晶インゴット及びそ
の製造方法に関するものである。
びその製造方法に係わり、特に、高周波電子デバイスの
基板ウェハとなる良質で大型の単結晶インゴット及びそ
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素（ＳｉＣ）は耐熱性及び機械的
強度も優れ、放射線に強いなどの物理的、化学的性質か
ら耐環境性半導体材料として注目されている。また近
年、青色から紫外にかけての短波長光デバイス、高周波
高耐圧電子デバイス等の基板ウェハとしてＳｉＣ単結晶
ウェハの需要が高まっている。しかしながら、大面積を
有する高品質のＳｉＣ単結晶を、工業的規模で安定に供
給し得る結晶成長技術は、いまだ確立されていない。そ
れゆえ、ＳｉＣは、上述のような多くの利点及び可能性
を有する半導体材料にもかかわらず、その実用化が阻ま
れていた。
強度も優れ、放射線に強いなどの物理的、化学的性質か
ら耐環境性半導体材料として注目されている。また近
年、青色から紫外にかけての短波長光デバイス、高周波
高耐圧電子デバイス等の基板ウェハとしてＳｉＣ単結晶
ウェハの需要が高まっている。しかしながら、大面積を
有する高品質のＳｉＣ単結晶を、工業的規模で安定に供
給し得る結晶成長技術は、いまだ確立されていない。そ
れゆえ、ＳｉＣは、上述のような多くの利点及び可能性
を有する半導体材料にもかかわらず、その実用化が阻ま
れていた。
【０００３】従来、研究室程度の規模では、例えば昇華
再結晶法（レーリー法）でＳｉＣ単結晶を成長させ、半
導体素子の作製が可能なサイズのＳｉＣ単結晶を得てい
た。しかしながら、この方法では、得られた単結晶の面
積が小さく、その寸法及び形状を高精度に制御すること
は困難である。また、ＳｉＣが有する結晶多形及び不純
物キャリア濃度の制御も容易ではない。また、化学気相
成長法（ＣＶＤ法）を用いて珪素（Ｓｉ）などの異種基
板上にヘテロエピタキシャル成長させることにより立方
晶の炭化珪素単結晶を成長させることも行われている。
この方法では、大面積の単結晶は得られるが、基板との
格子不整合が約２０％もあること等により多くの欠陥
（〜１０7ｃｍ-2）を含むＳｉＣ単結晶しか成長させる
ことができず、高品質のＳｉＣ単結晶を得ることは容易
でない。これらの問題点を解決するために、ＳｉＣ単結
晶ウェハを種結晶として用いて昇華再結晶を行う改良型
のレーリー法が提案されている（Ｙｕ．Ｍ．Ｔａｉｒｏ
ｖ ａｎｄ Ｖ．Ｆ．Ｔｓｖｅｔｋｏｖ，Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，ｖｏｌ．５
２（１９８１）ｐｐ．１４６−１５０）。この方法で
は、種結晶を用いているため結晶の核形成過程が制御で
き、また不活性ガスにより雰囲気圧力を１００Ｐａから
１５ｋＰａ程度に制御することにより結晶の成長速度等
を再現性良くコントロールできる。改良レーリー法の原
理を、図１を用いて説明する。種結晶となるＳｉＣ単結
晶と原料となるＳｉＣ結晶粉末（通常、Ａｃｈｅｓｏｎ
法で作製された研磨材を洗浄・前処理したものが使用さ
れる）は坩堝（通常黒鉛）の中に収納され、アルゴン等
の不活性ガス雰囲気中（１３３Ｐａ〜１３．３ｋＰ
ａ）、摂氏２０００〜２４００度に加熱される。この
際、原料粉末に比べ種結晶がやや低温になるように温度
勾配が設定される。原料は昇華後、濃度勾配（温度勾配
により形成される）により種結晶方向へ拡散、輸送され
る。単結晶成長は、種結晶に到着した原料ガスが種結晶
上で再結晶化することにより実現される。改良レーリー
法を用いれば、ＳｉＣ単結晶の結晶多形（６Ｈ型、４Ｈ
型、１５Ｒ型等）及び形状、キャリア型及び濃度を制御
しながら、ＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
再結晶法（レーリー法）でＳｉＣ単結晶を成長させ、半
導体素子の作製が可能なサイズのＳｉＣ単結晶を得てい
た。しかしながら、この方法では、得られた単結晶の面
積が小さく、その寸法及び形状を高精度に制御すること
は困難である。また、ＳｉＣが有する結晶多形及び不純
物キャリア濃度の制御も容易ではない。また、化学気相
成長法（ＣＶＤ法）を用いて珪素（Ｓｉ）などの異種基
板上にヘテロエピタキシャル成長させることにより立方
晶の炭化珪素単結晶を成長させることも行われている。
この方法では、大面積の単結晶は得られるが、基板との
格子不整合が約２０％もあること等により多くの欠陥
（〜１０7ｃｍ-2）を含むＳｉＣ単結晶しか成長させる
ことができず、高品質のＳｉＣ単結晶を得ることは容易
でない。これらの問題点を解決するために、ＳｉＣ単結
晶ウェハを種結晶として用いて昇華再結晶を行う改良型
のレーリー法が提案されている（Ｙｕ．Ｍ．Ｔａｉｒｏ
ｖ ａｎｄ Ｖ．Ｆ．Ｔｓｖｅｔｋｏｖ，Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，ｖｏｌ．５
２（１９８１）ｐｐ．１４６−１５０）。この方法で
は、種結晶を用いているため結晶の核形成過程が制御で
き、また不活性ガスにより雰囲気圧力を１００Ｐａから
１５ｋＰａ程度に制御することにより結晶の成長速度等
を再現性良くコントロールできる。改良レーリー法の原
理を、図１を用いて説明する。種結晶となるＳｉＣ単結
晶と原料となるＳｉＣ結晶粉末（通常、Ａｃｈｅｓｏｎ
法で作製された研磨材を洗浄・前処理したものが使用さ
れる）は坩堝（通常黒鉛）の中に収納され、アルゴン等
の不活性ガス雰囲気中（１３３Ｐａ〜１３．３ｋＰ
ａ）、摂氏２０００〜２４００度に加熱される。この
際、原料粉末に比べ種結晶がやや低温になるように温度
勾配が設定される。原料は昇華後、濃度勾配（温度勾配
により形成される）により種結晶方向へ拡散、輸送され
る。単結晶成長は、種結晶に到着した原料ガスが種結晶
上で再結晶化することにより実現される。改良レーリー
法を用いれば、ＳｉＣ単結晶の結晶多形（６Ｈ型、４Ｈ
型、１５Ｒ型等）及び形状、キャリア型及び濃度を制御
しながら、ＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【０００４】現在、上記の改良レーリー法で作製したＳ
ｉＣ単結晶から口径２インチ（５０ｍｍ）から３インチ
（７５ｍｍ）のＳｉＣ単結晶ウェハが切り出され、エピ
タキシャル薄膜成長、デバイス作製に供されている。こ
のようなＳｉＣ単結晶基板の高周波応用として、基板の
高抵抗率化（１０6Ｗｃｍ以上）が望まれている。基板
の高抵抗率化は、その上に作製される素子の寄生容量低
減と素子間分離において不可欠な技術となっている。現
在このような高抵抗率基板は、ＳｉＣ単結晶にバナジウ
ム元素を添加することによって、工業的に得られる。具
体的には上記した昇華再結晶法において、原料となるＳ
ｉＣ結晶粉末中に金属バナジウムあるいはバナジウム化
合物（酸化物、珪化物等）を含有させ、ＳｉＣ原料と共
に昇華させることにより、成長結晶中に添加している
（例えば、Ｓ．Ａ．Ｒｅｓｈａｎｏｖ ｅｔ ａｌ．，
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ，ｖ
ｏｌｓ．３５３−３５６（２００１）ｐｐ．５３−５
６）。しかしながら、このようにして作製したＳｉＣ単
結晶は高抵抗率を有するものの結晶品質が悪く、また高
抵抗率を有する結晶部位は成長結晶中の極めて限られた
部分となっていた。
ｉＣ単結晶から口径２インチ（５０ｍｍ）から３インチ
（７５ｍｍ）のＳｉＣ単結晶ウェハが切り出され、エピ
タキシャル薄膜成長、デバイス作製に供されている。こ
のようなＳｉＣ単結晶基板の高周波応用として、基板の
高抵抗率化（１０6Ｗｃｍ以上）が望まれている。基板
の高抵抗率化は、その上に作製される素子の寄生容量低
減と素子間分離において不可欠な技術となっている。現
在このような高抵抗率基板は、ＳｉＣ単結晶にバナジウ
ム元素を添加することによって、工業的に得られる。具
体的には上記した昇華再結晶法において、原料となるＳ
ｉＣ結晶粉末中に金属バナジウムあるいはバナジウム化
合物（酸化物、珪化物等）を含有させ、ＳｉＣ原料と共
に昇華させることにより、成長結晶中に添加している
（例えば、Ｓ．Ａ．Ｒｅｓｈａｎｏｖ ｅｔ ａｌ．，
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ，ｖ
ｏｌｓ．３５３−３５６（２００１）ｐｐ．５３−５
６）。しかしながら、このようにして作製したＳｉＣ単
結晶は高抵抗率を有するものの結晶品質が悪く、また高
抵抗率を有する結晶部位は成長結晶中の極めて限られた
部分となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
技術で作られたバナジウム添加の高抵抗率ＳｉＣ単結晶
は結晶品質が低く、また高抵抗率を有する結晶部位は成
長結晶の極めて限られた部分となっていた。このことは
ＳｉＣ原料の昇華速度に比べ、バナジウム原料の昇華あ
るいは蒸発速度が極めて大きいことに起因していた。バ
ナジウムの昇華あるいは蒸発速度がＳｉＣ原料の昇華速
度に比べ大きいために成長初期に多くのバナジウムが成
長結晶に取り込まれる（図２（ａ））。その結果、成長
結晶中のバナジウムの量が固溶限界（３×１０17ａｔｏ
ｍ／ｃｍ3）を超え、析出物の発生を伴って結晶性を劣
化させる（この成長初期部の結晶性劣化は、その後に成
長されるＳｉＣ単結晶の結晶性にも悪影響する）。ま
た、通常の研磨材を基にしたＳｉＣ結晶粉末を原料とし
て用いた場合、ＳｉＣ単結晶中に取り込まれる他の残留
不純物濃度が１×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3程度と高く、
その結果高抵抗率の単結晶が得られる部位が極めて限ら
れたものとなっていた。これは、図２（ａ）に示したよ
うに、バナジウム原料の昇華ガス圧が高いために成長開
始後数時間でバナジウム原料が枯渇してしまい、その結
果残留不純物濃度以上にバナジウムが添加される領域が
成長結晶の極めて限られた部位となっていたためであ
る。ＳｉＣ単結晶中のバナジウムの濃度が残留不純物濃
度以下であると、ＳｉＣ単結晶の電気的特性が他の不純
物によって決まってしまい高抵抗率の単結晶が得られな
い。
技術で作られたバナジウム添加の高抵抗率ＳｉＣ単結晶
は結晶品質が低く、また高抵抗率を有する結晶部位は成
長結晶の極めて限られた部分となっていた。このことは
ＳｉＣ原料の昇華速度に比べ、バナジウム原料の昇華あ
るいは蒸発速度が極めて大きいことに起因していた。バ
ナジウムの昇華あるいは蒸発速度がＳｉＣ原料の昇華速
度に比べ大きいために成長初期に多くのバナジウムが成
長結晶に取り込まれる（図２（ａ））。その結果、成長
結晶中のバナジウムの量が固溶限界（３×１０17ａｔｏ
ｍ／ｃｍ3）を超え、析出物の発生を伴って結晶性を劣
化させる（この成長初期部の結晶性劣化は、その後に成
長されるＳｉＣ単結晶の結晶性にも悪影響する）。ま
た、通常の研磨材を基にしたＳｉＣ結晶粉末を原料とし
て用いた場合、ＳｉＣ単結晶中に取り込まれる他の残留
不純物濃度が１×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3程度と高く、
その結果高抵抗率の単結晶が得られる部位が極めて限ら
れたものとなっていた。これは、図２（ａ）に示したよ
うに、バナジウム原料の昇華ガス圧が高いために成長開
始後数時間でバナジウム原料が枯渇してしまい、その結
果残留不純物濃度以上にバナジウムが添加される領域が
成長結晶の極めて限られた部位となっていたためであ
る。ＳｉＣ単結晶中のバナジウムの濃度が残留不純物濃
度以下であると、ＳｉＣ単結晶の電気的特性が他の不純
物によって決まってしまい高抵抗率の単結晶が得られな
い。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、高抵抗率で高品質な大口径インゴットと、それを
再現性良く製造し得るＳｉＣ単結晶の製造方法及び原料
を提供するものである。
あり、高抵抗率で高品質な大口径インゴットと、それを
再現性良く製造し得るＳｉＣ単結晶の製造方法及び原料
を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従って、本発明のＳｉＣ
単結晶の製造方法は、（１）昇華再結晶法により種結晶
上に炭化珪素単結晶を成長させる工程を包含する炭化珪
素単結晶の製造方法であって、原料としてバナジウムの
濃度が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であ
り、バナジウム以外の不可避不純物の濃度が前記バナジ
ウムの濃度未満である炭化珪素結晶を用いて、炭化珪素
単結晶を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、（２）前記バナジウムの濃度は１×１０18〜
６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、前記不可避不純物
の濃度は１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下である、
（１）に記載の製造方法、（３）前記バナジウムの濃度
は１×１０19〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、前
記不可避不純物の濃度は１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以
下である、（１）に記載の製造方法、（４）バナジウム
の濃度が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であ
り、バナジウム以外の不可避不純物の濃度が前記バナジ
ウムの濃度未満である、炭化珪素単結晶育成用炭化珪素
結晶原料、（５）バナジウムの濃度が１×１０18〜６×
１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、バナジウム以外の不可
避不純物の濃度が１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であ
る、炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料、（６）バ
ナジウムの濃度が１×１０19〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃ
ｍ3であり、バナジウム以外の不可避不純物の濃度が１
×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下である、炭化珪素単結晶
育成用炭化珪素結晶原料、（７）（１）〜（３）のいず
れか一項に記載の製造方法で得られた炭化珪素単結晶で
あって、５０ｍｍ以上の口径を有することを特徴とす
る、炭化珪素単結晶、（８）種結晶を除く炭化珪素単結
晶の全長に亘って、バナジウムの濃度が１×１０15〜３
×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3であることを特徴とする炭化
珪素単結晶、（９）前記バナジウムの濃度は１×１０16
〜３×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3である、（８）に記載の
炭化珪素単結晶、（１０）５０ｍｍ以上の口径を有する
ことを特徴とする、（８）または（９）に記載の炭化珪
素単結晶、（１１）（７）〜（１０）のいずれか一項に
記載の炭化珪素単結晶を切断、研磨してなる炭化珪素単
結晶基板、（１２）（１１）に記載の炭化珪素単結晶基
板に、炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長してなる炭化
珪素エピタキシャルウェハ、（１３）（１１）に記載の
炭化珪素単結晶基板に、窒化ガリウム、窒化アルミニウ
ム、窒化インジウムまたはこれらの混晶をエピタキシャ
ル成長してなる薄膜エピタキシャルウェハ、である。
単結晶の製造方法は、（１）昇華再結晶法により種結晶
上に炭化珪素単結晶を成長させる工程を包含する炭化珪
素単結晶の製造方法であって、原料としてバナジウムの
濃度が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であ
り、バナジウム以外の不可避不純物の濃度が前記バナジ
ウムの濃度未満である炭化珪素結晶を用いて、炭化珪素
単結晶を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、（２）前記バナジウムの濃度は１×１０18〜
６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、前記不可避不純物
の濃度は１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下である、
（１）に記載の製造方法、（３）前記バナジウムの濃度
は１×１０19〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、前
記不可避不純物の濃度は１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以
下である、（１）に記載の製造方法、（４）バナジウム
の濃度が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であ
り、バナジウム以外の不可避不純物の濃度が前記バナジ
ウムの濃度未満である、炭化珪素単結晶育成用炭化珪素
結晶原料、（５）バナジウムの濃度が１×１０18〜６×
１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、バナジウム以外の不可
避不純物の濃度が１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であ
る、炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料、（６）バ
ナジウムの濃度が１×１０19〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃ
ｍ3であり、バナジウム以外の不可避不純物の濃度が１
×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下である、炭化珪素単結晶
育成用炭化珪素結晶原料、（７）（１）〜（３）のいず
れか一項に記載の製造方法で得られた炭化珪素単結晶で
あって、５０ｍｍ以上の口径を有することを特徴とす
る、炭化珪素単結晶、（８）種結晶を除く炭化珪素単結
晶の全長に亘って、バナジウムの濃度が１×１０15〜３
×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3であることを特徴とする炭化
珪素単結晶、（９）前記バナジウムの濃度は１×１０16
〜３×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3である、（８）に記載の
炭化珪素単結晶、（１０）５０ｍｍ以上の口径を有する
ことを特徴とする、（８）または（９）に記載の炭化珪
素単結晶、（１１）（７）〜（１０）のいずれか一項に
記載の炭化珪素単結晶を切断、研磨してなる炭化珪素単
結晶基板、（１２）（１１）に記載の炭化珪素単結晶基
板に、炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長してなる炭化
珪素エピタキシャルウェハ、（１３）（１１）に記載の
炭化珪素単結晶基板に、窒化ガリウム、窒化アルミニウ
ム、窒化インジウムまたはこれらの混晶をエピタキシャ
ル成長してなる薄膜エピタキシャルウェハ、である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法では、炭化珪素
（以下、「ＳｉＣ」とも称する）原料として、予めバナ
ジウムの濃度が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ
3、好ましくは１×１０19〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3
であり、且つバナジウム以外の不可避不純物の濃度が前
記バナジウムの濃度未満、好ましくはバナジウムの濃度
が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3の場合には
１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下、バナジウムの濃度が
１×１０19〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3の場合には１
×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であるＳｉＣ単結晶を用
いることにより、高抵抗率（１０6Ｗｃｍ以上）で高品
質な大口径のＳｉＣ単結晶インゴットを得ることができ
る。
（以下、「ＳｉＣ」とも称する）原料として、予めバナ
ジウムの濃度が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ
3、好ましくは１×１０19〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3
であり、且つバナジウム以外の不可避不純物の濃度が前
記バナジウムの濃度未満、好ましくはバナジウムの濃度
が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3の場合には
１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下、バナジウムの濃度が
１×１０19〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3の場合には１
×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であるＳｉＣ単結晶を用
いることにより、高抵抗率（１０6Ｗｃｍ以上）で高品
質な大口径のＳｉＣ単結晶インゴットを得ることができ
る。
【０００９】図２（ｂ）を用いて、本発明の効果を説明
する。昇華再結晶法によるＳｉＣ単結晶の成長におい
て、バナジウムを予めＳｉＣ結晶に結晶内不純物として
含むＳｉＣ結晶原料を用いてバナジウムを成長結晶中に
添加した場合、原料からのバナジウムの昇華あるいは蒸
発はＳｉＣ結晶原料の分解（昇華）により律速されるこ
とになる。従ってこの場合バナジウムの昇華あるいは蒸
発速度は、従来法のように金属バナジウムあるいはバナ
ジウム化合物の昇華あるいは蒸発速度によって決定され
るのではなく、常にＳｉＣ結晶原料のそれと同じにな
り、従来法で問題となっていたバナジウムとＳｉＣ間の
昇華あるいは蒸発速度差は生じない。このように、バナ
ジウムの昇華あるいは蒸発速度がＳｉＣ結晶の昇華速度
と同じになった場合には、成長開始後数時間でバナジウ
ムが枯渇してしまうようなことはなく、成長中常に一定
量のバナジウムを昇華あるいは蒸発させることができ
る。その結果、バナジウムを成長結晶中に常に一定量添
加することが可能となる。また、ＳｉＣ結晶原料中への
バナジウムの添加量を予め調整しておけば、成長結晶中
への添加量も調整できる。例えば、ＳｉＣ結晶原料中の
バナジウム量を２×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3としておけ
ば、成長結晶に取り込まれるバナジウム量は、２×１０
16ａｔｏｍ／ｃｍ3〜１×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3とな
る。バナジウムの濃度が原料中よりも成長結晶中で低く
なるのは、原料からのＳｉＣ単結晶中へのバナジウム取
り込み率（成長結晶中のバナジウム濃度÷結晶原料中の
バナジウム濃度）が０．００１〜０．００５と低いため
である。この取り込み率はＳｉＣ単結晶の成長条件に依
存し、ＳｉＣ結晶原料中に仕込むバナジウム濃度は、こ
のことを考慮した上で決定されなければならない。この
ように、成長結晶への取り込み率を考慮に入れながら、
ＳｉＣ結晶原料中のバナジウム濃度を決定し、この原料
を用いて昇華再結晶法によりＳｉＣ単結晶を成長すれ
ば、成長されたＳｉＣ単結晶全体に渡って一定且つ固溶
限界量以下のバナジウムを再現性良く添加することがで
き、その結果高品質のＳｉＣ単結晶を得ることができ
る。
する。昇華再結晶法によるＳｉＣ単結晶の成長におい
て、バナジウムを予めＳｉＣ結晶に結晶内不純物として
含むＳｉＣ結晶原料を用いてバナジウムを成長結晶中に
添加した場合、原料からのバナジウムの昇華あるいは蒸
発はＳｉＣ結晶原料の分解（昇華）により律速されるこ
とになる。従ってこの場合バナジウムの昇華あるいは蒸
発速度は、従来法のように金属バナジウムあるいはバナ
ジウム化合物の昇華あるいは蒸発速度によって決定され
るのではなく、常にＳｉＣ結晶原料のそれと同じにな
り、従来法で問題となっていたバナジウムとＳｉＣ間の
昇華あるいは蒸発速度差は生じない。このように、バナ
ジウムの昇華あるいは蒸発速度がＳｉＣ結晶の昇華速度
と同じになった場合には、成長開始後数時間でバナジウ
ムが枯渇してしまうようなことはなく、成長中常に一定
量のバナジウムを昇華あるいは蒸発させることができ
る。その結果、バナジウムを成長結晶中に常に一定量添
加することが可能となる。また、ＳｉＣ結晶原料中への
バナジウムの添加量を予め調整しておけば、成長結晶中
への添加量も調整できる。例えば、ＳｉＣ結晶原料中の
バナジウム量を２×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3としておけ
ば、成長結晶に取り込まれるバナジウム量は、２×１０
16ａｔｏｍ／ｃｍ3〜１×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3とな
る。バナジウムの濃度が原料中よりも成長結晶中で低く
なるのは、原料からのＳｉＣ単結晶中へのバナジウム取
り込み率（成長結晶中のバナジウム濃度÷結晶原料中の
バナジウム濃度）が０．００１〜０．００５と低いため
である。この取り込み率はＳｉＣ単結晶の成長条件に依
存し、ＳｉＣ結晶原料中に仕込むバナジウム濃度は、こ
のことを考慮した上で決定されなければならない。この
ように、成長結晶への取り込み率を考慮に入れながら、
ＳｉＣ結晶原料中のバナジウム濃度を決定し、この原料
を用いて昇華再結晶法によりＳｉＣ単結晶を成長すれ
ば、成長されたＳｉＣ単結晶全体に渡って一定且つ固溶
限界量以下のバナジウムを再現性良く添加することがで
き、その結果高品質のＳｉＣ単結晶を得ることができ
る。
【００１０】本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法では、Ｓ
ｉＣ結晶原料中のバナジウム以外の不可避不純物濃度を
バナジウムの濃度未満であるＳｉＣ結晶原料を用いるこ
とを特徴とする。当該不可避不純物の濃度はバナジウム
の濃度未満であればよく、好ましくは、バナジウムの濃
度が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3の場合に
は１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下、あるいは、バナジ
ウムの濃度が１×１０1 9〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3
の場合には１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下である。こ
れら濃度範囲の条件は、成長したＳｉＣ単結晶中のバナ
ジウム濃度が常に不可避不純物濃度以上になるようにす
るためであり、上記具体例の濃度条件において特に好ま
しいＳｉＣ単結晶を製造することが出来る。バナジウム
を添加したＳｉＣ単結晶で高抵抗率を得るためには、添
加したバナジウムの量を上回る量の不可避不純物がＳｉ
Ｃ単結晶中に存在してはならない。成長結晶中のバナジ
ウム濃度よりも不可避不純物濃度が高くなってしまった
場合には、単結晶の電気的特性は、その不可避不純物に
より決定されてしまい、高抵抗率（１０6Ｗｃｍ以上）
にはなり得ない。バナジウム以外の不純物の取り込み率
は、高いものではほぼ１．０となるので、ＳｉＣ結晶原
料中のバナジウム以外の不純物濃度は、成長結晶中で許
容される濃度と同程度、あるいはそれ以下にしておかな
ければならない。
ｉＣ結晶原料中のバナジウム以外の不可避不純物濃度を
バナジウムの濃度未満であるＳｉＣ結晶原料を用いるこ
とを特徴とする。当該不可避不純物の濃度はバナジウム
の濃度未満であればよく、好ましくは、バナジウムの濃
度が１×１０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3の場合に
は１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下、あるいは、バナジ
ウムの濃度が１×１０1 9〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3
の場合には１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下である。こ
れら濃度範囲の条件は、成長したＳｉＣ単結晶中のバナ
ジウム濃度が常に不可避不純物濃度以上になるようにす
るためであり、上記具体例の濃度条件において特に好ま
しいＳｉＣ単結晶を製造することが出来る。バナジウム
を添加したＳｉＣ単結晶で高抵抗率を得るためには、添
加したバナジウムの量を上回る量の不可避不純物がＳｉ
Ｃ単結晶中に存在してはならない。成長結晶中のバナジ
ウム濃度よりも不可避不純物濃度が高くなってしまった
場合には、単結晶の電気的特性は、その不可避不純物に
より決定されてしまい、高抵抗率（１０6Ｗｃｍ以上）
にはなり得ない。バナジウム以外の不純物の取り込み率
は、高いものではほぼ１．０となるので、ＳｉＣ結晶原
料中のバナジウム以外の不純物濃度は、成長結晶中で許
容される濃度と同程度、あるいはそれ以下にしておかな
ければならない。
【００１１】昇華再結晶法の原料として用いるＳｉＣ結
晶中のバナジウム及びバナジウム以外の不可避不純物濃
度を本発明の範囲に設定すれば、再現性良く高抵抗率
（１０ 6Ｗｃｍ以上）のＳｉＣ単結晶が得られること
は、発明者らが数多くの実験から見出したものである。
晶中のバナジウム及びバナジウム以外の不可避不純物濃
度を本発明の範囲に設定すれば、再現性良く高抵抗率
（１０ 6Ｗｃｍ以上）のＳｉＣ単結晶が得られること
は、発明者らが数多くの実験から見出したものである。
【００１２】本発明に用いられるＳｉＣ単結晶育成用Ｓ
ｉＣ結晶原料は、例えば、高純度の二酸化珪素（ＳｉＯ
2）と黒鉛を高温で反応させることにより製造される。
ＳｉＯ2に含まれている酸素は、高温（摂氏２０００度
以上）での反応では、一酸化炭素として系外に排出さ
れ、ＳｉＣ結晶には残らない。バナジウムは上記ＳｉＯ
2＋黒鉛に高純度金属バナジウムの形で添加され、上記
反応中にＳｉＣ結晶中に取り込まれる。ＳｉＣ結晶中の
バナジウム濃度は、成長部位によって異なるが、成長
後、結晶を粉砕・粒度調節（粉末化）する際に均一化さ
れる。ＳｉＣ結晶原料中のバナジウム濃度を１×１０19
〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3、あるいは１×１０18〜
６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3の範囲とするには、モル比
で１：１に調合されたＳｉＯ2＋黒鉛中に、Ｓｉに対す
るモル比で４〜２４％、あるいは０．４〜２４％の高純
度バナジウムを添加すればよい。ただしこの際、製造さ
れた結晶粒の周囲には、ＳｉＣ結晶に取り込まれず残存
した金属バナジウムが付着しているので、所望のバナジ
ウム濃度のＳｉＣ結晶原料を得るためには、結晶を粉砕
・粒度調節する前に、酸洗浄によりこの付着層を取り除
く必要がある。また、このように製造されるＳｉＣ結晶
原料中の不可避不純物濃度を前記バナジウム濃度未満、
好ましくは１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下、あるい
は、１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下とするには、出発
原料となるＳｉＯ2、黒鉛、バナジウム中の不可避不純
物濃度を原子濃度で０．２ｐｐｍ以下、あるいは０．０
２ｐｐｍ以下とする必要がある。
ｉＣ結晶原料は、例えば、高純度の二酸化珪素（ＳｉＯ
2）と黒鉛を高温で反応させることにより製造される。
ＳｉＯ2に含まれている酸素は、高温（摂氏２０００度
以上）での反応では、一酸化炭素として系外に排出さ
れ、ＳｉＣ結晶には残らない。バナジウムは上記ＳｉＯ
2＋黒鉛に高純度金属バナジウムの形で添加され、上記
反応中にＳｉＣ結晶中に取り込まれる。ＳｉＣ結晶中の
バナジウム濃度は、成長部位によって異なるが、成長
後、結晶を粉砕・粒度調節（粉末化）する際に均一化さ
れる。ＳｉＣ結晶原料中のバナジウム濃度を１×１０19
〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3、あるいは１×１０18〜
６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3の範囲とするには、モル比
で１：１に調合されたＳｉＯ2＋黒鉛中に、Ｓｉに対す
るモル比で４〜２４％、あるいは０．４〜２４％の高純
度バナジウムを添加すればよい。ただしこの際、製造さ
れた結晶粒の周囲には、ＳｉＣ結晶に取り込まれず残存
した金属バナジウムが付着しているので、所望のバナジ
ウム濃度のＳｉＣ結晶原料を得るためには、結晶を粉砕
・粒度調節する前に、酸洗浄によりこの付着層を取り除
く必要がある。また、このように製造されるＳｉＣ結晶
原料中の不可避不純物濃度を前記バナジウム濃度未満、
好ましくは１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下、あるい
は、１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下とするには、出発
原料となるＳｉＯ2、黒鉛、バナジウム中の不可避不純
物濃度を原子濃度で０．２ｐｐｍ以下、あるいは０．０
２ｐｐｍ以下とする必要がある。
【００１３】本発明の製造方法で作製されたＳｉＣ単結
晶インゴットは、５０ｍｍ以上の大口径を有し、且つ高
抵抗率で、さらにバナジウムの析出物に起因した結晶欠
陥が少ないという特徴を有し得る。また、種結晶を除く
炭化珪素単結晶の全長に亘って、バナジウム濃度が１×
１０15〜３×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3、好ましくは１×
１０16〜３×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3であれば、不可避
不純物の影響を受けずに、１０6Ｗｃｍ以上の高抵抗率
を示す。３×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3を超えるバナジウ
ム濃度ではＳｉＣ単結晶中にバナジウムが析出するので
好ましくない。
晶インゴットは、５０ｍｍ以上の大口径を有し、且つ高
抵抗率で、さらにバナジウムの析出物に起因した結晶欠
陥が少ないという特徴を有し得る。また、種結晶を除く
炭化珪素単結晶の全長に亘って、バナジウム濃度が１×
１０15〜３×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3、好ましくは１×
１０16〜３×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3であれば、不可避
不純物の影響を受けずに、１０6Ｗｃｍ以上の高抵抗率
を示す。３×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3を超えるバナジウ
ム濃度ではＳｉＣ単結晶中にバナジウムが析出するので
好ましくない。
【００１４】このようにして製造したＳｉＣ単結晶イン
ゴットを切断、研磨してなるＳｉＣ単結晶基板は、５０
ｍｍ以上の口径を有しているので、この基板を用いて各
種デバイスを製造する際、工業的に確立されている従来
の半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ等）ウェハ用の製造ラインを
使用することができ、量産に適している。特に、当該基
板の抵抗率は高いので、動作周波数の高いデバイスへの
適用が可能である。さらに、このＳｉＣ単結晶基板上に
ＣＶＤ法等によりエピタキシャル薄膜を成長して作製さ
れるＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハ、あるいはＧａ
Ｎ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びこららの混晶をエピタキシャル
成長してなる薄膜エピタキシャルウェハは、その基板と
なるＳｉＣ単結晶基板中にバナジウム析出物に起因した
結晶欠陥が極めて少ないために、良好な特性（エピタキ
シャル薄膜の表面モフォロジー、電気特性等）を有する
ようになる。
ゴットを切断、研磨してなるＳｉＣ単結晶基板は、５０
ｍｍ以上の口径を有しているので、この基板を用いて各
種デバイスを製造する際、工業的に確立されている従来
の半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ等）ウェハ用の製造ラインを
使用することができ、量産に適している。特に、当該基
板の抵抗率は高いので、動作周波数の高いデバイスへの
適用が可能である。さらに、このＳｉＣ単結晶基板上に
ＣＶＤ法等によりエピタキシャル薄膜を成長して作製さ
れるＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハ、あるいはＧａ
Ｎ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びこららの混晶をエピタキシャル
成長してなる薄膜エピタキシャルウェハは、その基板と
なるＳｉＣ単結晶基板中にバナジウム析出物に起因した
結晶欠陥が極めて少ないために、良好な特性（エピタキ
シャル薄膜の表面モフォロジー、電気特性等）を有する
ようになる。
【００１５】
【実施例】（実施例）以下に、本発明の実施例を図３を
用いて述べる。まず、この単結晶成長装置について簡単
に説明する。結晶成長は、ＳｉＣ結晶粉末原料２を昇華
させ、種結晶として用いたＳｉＣ単結晶１上で再結晶化
させることによりに行われる。種結晶のＳｉＣ単結晶１
は、高純度黒鉛製の坩堝３の黒鉛製坩堝蓋４の内面に取
り付けられる。ＳｉＣ結晶粉末原料２は、坩堝３の内部
に充填されている。このような坩堝３は、二重石英管５
の内部に、黒鉛の支持棒６により設置される。坩堝３の
周囲には、熱シールドのための黒鉛製フェルト７が設置
されている。二重石英管５は、真空排気装置１１により
高真空排気（１０-3Ｐａ以下）することができ、かつ内
部雰囲気をＡｒガスにより圧力制御することができる。
また、二重石英管５の外周には、ワークコイル８が設置
されており、高周波電流を流すことにより坩堝３を加熱
し、原料及び種結晶を所望の温度に加熱することができ
る。坩堝温度の計測は、坩堝上部及び下部を覆うフェル
トの中央部に直径２〜４ｍｍの光路を設け坩堝上部及び
下部からの光を取りだし、二色温度計を用いて行う。坩
堝下部の温度を原料温度、坩堝上部の温度を種温度とす
る。
用いて述べる。まず、この単結晶成長装置について簡単
に説明する。結晶成長は、ＳｉＣ結晶粉末原料２を昇華
させ、種結晶として用いたＳｉＣ単結晶１上で再結晶化
させることによりに行われる。種結晶のＳｉＣ単結晶１
は、高純度黒鉛製の坩堝３の黒鉛製坩堝蓋４の内面に取
り付けられる。ＳｉＣ結晶粉末原料２は、坩堝３の内部
に充填されている。このような坩堝３は、二重石英管５
の内部に、黒鉛の支持棒６により設置される。坩堝３の
周囲には、熱シールドのための黒鉛製フェルト７が設置
されている。二重石英管５は、真空排気装置１１により
高真空排気（１０-3Ｐａ以下）することができ、かつ内
部雰囲気をＡｒガスにより圧力制御することができる。
また、二重石英管５の外周には、ワークコイル８が設置
されており、高周波電流を流すことにより坩堝３を加熱
し、原料及び種結晶を所望の温度に加熱することができ
る。坩堝温度の計測は、坩堝上部及び下部を覆うフェル
トの中央部に直径２〜４ｍｍの光路を設け坩堝上部及び
下部からの光を取りだし、二色温度計を用いて行う。坩
堝下部の温度を原料温度、坩堝上部の温度を種温度とす
る。
【００１６】次に、この結晶成長装置を用いたＳｉＣ単
結晶の製造について実施例を説明する。まず、種結晶と
して、口径５０ｍｍの（０００１）面を有した六方晶系
のＳｉＣ単結晶ウェハを用意した。次に、種結晶１を坩
堝３の黒鉛製坩堝蓋４の内面に取り付けた。坩堝３の内
部には、ＳｉＣ結晶原料粉末２を充填した。原料粉末と
なるＳｉＣ結晶は、モル比で１：１に調合されたＳｉＯ
2＋黒鉛中に、高純度バナジウムをＳｉに対するモル比
で８％添加して、高温炉で反応させて作製した。この際
用いたＳｉＯ2、黒鉛、バナジウム中の不可避不純物濃
度は１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であった。得られ
たＳｉＣ結晶粉末中のバナジウム濃度は２×１０19ａｔ
ｏｍ／ｃｍ3であった。また、バナジウム以外の不可避
不純物濃度は、１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であっ
た。次いで、原料を充填した坩堝３を、黒鉛製坩堝蓋４
で閉じ、黒鉛製フェルト７で被覆した後、黒鉛製支持棒
６の上に乗せ、二重石英管５の内部に設置した。そし
て、石英管の内部を真空排気した後、ワークコイルに電
流を流し原料温度を摂氏２０００度まで上げた。その
後、雰囲気ガスとして高純度Ａｒガスを、高純度Ａｒガ
ス配管９を介し、高純度Ａｒガス用マスフローコントロ
ーラ１０で制御しながら流入させ、石英管内圧力を約８
０ｋＰａに保ちながら、原料温度を目標温度である摂氏
２４００度まで上昇させた。成長圧力である１．３ｋＰ
ａには約３０分かけて減圧し、その後約２０時間成長を
続けた。この際の坩堝内の温度勾配は摂氏１５度／ｃｍ
で、成長速度は約０．８ｍｍ／時であった。得られた結
晶の口径は５１ｍｍで、高さは１６ｍｍ程度であった。
結晶の製造について実施例を説明する。まず、種結晶と
して、口径５０ｍｍの（０００１）面を有した六方晶系
のＳｉＣ単結晶ウェハを用意した。次に、種結晶１を坩
堝３の黒鉛製坩堝蓋４の内面に取り付けた。坩堝３の内
部には、ＳｉＣ結晶原料粉末２を充填した。原料粉末と
なるＳｉＣ結晶は、モル比で１：１に調合されたＳｉＯ
2＋黒鉛中に、高純度バナジウムをＳｉに対するモル比
で８％添加して、高温炉で反応させて作製した。この際
用いたＳｉＯ2、黒鉛、バナジウム中の不可避不純物濃
度は１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であった。得られ
たＳｉＣ結晶粉末中のバナジウム濃度は２×１０19ａｔ
ｏｍ／ｃｍ3であった。また、バナジウム以外の不可避
不純物濃度は、１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であっ
た。次いで、原料を充填した坩堝３を、黒鉛製坩堝蓋４
で閉じ、黒鉛製フェルト７で被覆した後、黒鉛製支持棒
６の上に乗せ、二重石英管５の内部に設置した。そし
て、石英管の内部を真空排気した後、ワークコイルに電
流を流し原料温度を摂氏２０００度まで上げた。その
後、雰囲気ガスとして高純度Ａｒガスを、高純度Ａｒガ
ス配管９を介し、高純度Ａｒガス用マスフローコントロ
ーラ１０で制御しながら流入させ、石英管内圧力を約８
０ｋＰａに保ちながら、原料温度を目標温度である摂氏
２４００度まで上昇させた。成長圧力である１．３ｋＰ
ａには約３０分かけて減圧し、その後約２０時間成長を
続けた。この際の坩堝内の温度勾配は摂氏１５度／ｃｍ
で、成長速度は約０．８ｍｍ／時であった。得られた結
晶の口径は５１ｍｍで、高さは１６ｍｍ程度であった。
【００１７】こうして得られた炭化珪素単結晶をＸ線回
折及びラマン散乱により分析したところ、六方晶系のＳ
ｉＣ単結晶が成長したことを確認できた。結晶の不純物
濃度を測定する目的で、成長した単結晶インゴットから
厚さ１ｍｍのウェハを９枚切り出した。ウェハの面方位
は（０００１）面から＜１１−２０＞方向に３．５度オ
フとした。成長結晶の上部、中部、下部（種結晶近傍）
に相当するウェハ（それぞれ種結晶から数えて９枚目、
５枚目、２枚目）中の不純物濃度をしらべたところ、バ
ナジウムの濃度は、どのウェハにおいても６×１０16ａ
ｔｏｍ／ｃｍ3程度で、それ以外の不可避不純物の濃度
は全て１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であった。ま
た、得られたウェハを顕微鏡で観察したところ、バナジ
ウムの析出物に起因すると思われる欠陥は観察されなか
った。また、電気測定により各ウェハの抵抗率を調べた
ところ、どのウェハも１０6Ｗｃｍ以上という高い抵抗
率を示した。
折及びラマン散乱により分析したところ、六方晶系のＳ
ｉＣ単結晶が成長したことを確認できた。結晶の不純物
濃度を測定する目的で、成長した単結晶インゴットから
厚さ１ｍｍのウェハを９枚切り出した。ウェハの面方位
は（０００１）面から＜１１−２０＞方向に３．５度オ
フとした。成長結晶の上部、中部、下部（種結晶近傍）
に相当するウェハ（それぞれ種結晶から数えて９枚目、
５枚目、２枚目）中の不純物濃度をしらべたところ、バ
ナジウムの濃度は、どのウェハにおいても６×１０16ａ
ｔｏｍ／ｃｍ3程度で、それ以外の不可避不純物の濃度
は全て１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であった。ま
た、得られたウェハを顕微鏡で観察したところ、バナジ
ウムの析出物に起因すると思われる欠陥は観察されなか
った。また、電気測定により各ウェハの抵抗率を調べた
ところ、どのウェハも１０6Ｗｃｍ以上という高い抵抗
率を示した。
【００１８】次に、このようにして製造したＳｉＣ単結
晶ウェハを研磨して、厚さ３００ミクロン、口径５１ｍ
ｍのＳｉＣ単結晶鏡面ウェハを作製した。
晶ウェハを研磨して、厚さ３００ミクロン、口径５１ｍ
ｍのＳｉＣ単結晶鏡面ウェハを作製した。
【００１９】さらに、この５１ｍｍ口径のＳｉＣ単結晶
鏡面ウェハを基板として用いて、ＳｉＣのエピタキシャ
ル成長を行った。ＳｉＣエピタキシャル薄膜の成長条件
は、成長温度摂氏１５００度、シラン（ＳｉＨ4）、プ
ロパン（Ｃ3Ｈ8）、水素（Ｈ2）の流量が、それぞれ
５．０×１０-9ｍ3／ｓｅｃ、３．３×１０-9ｍ3／ｓｅ
ｃ、５．０×１０-5ｍ3／ｓｅｃであった。成長圧力は
大気圧とした。成長時間は２時間で、膜厚としては約５
μｍ成長した。
鏡面ウェハを基板として用いて、ＳｉＣのエピタキシャ
ル成長を行った。ＳｉＣエピタキシャル薄膜の成長条件
は、成長温度摂氏１５００度、シラン（ＳｉＨ4）、プ
ロパン（Ｃ3Ｈ8）、水素（Ｈ2）の流量が、それぞれ
５．０×１０-9ｍ3／ｓｅｃ、３．３×１０-9ｍ3／ｓｅ
ｃ、５．０×１０-5ｍ3／ｓｅｃであった。成長圧力は
大気圧とした。成長時間は２時間で、膜厚としては約５
μｍ成長した。
【００２０】エピタキシャル薄膜成長後、ノマルスキー
光学顕微鏡により、得られたエピタキシャル薄膜の表面
モフォロジーを観察したところ、ウェハ全面に渡って非
常に平坦で、ピット等の表面欠陥の非常に少ない良好な
表面モフォロジーを有するＳｉＣエピタキシャル薄膜が
成長されているのが分かった。
光学顕微鏡により、得られたエピタキシャル薄膜の表面
モフォロジーを観察したところ、ウェハ全面に渡って非
常に平坦で、ピット等の表面欠陥の非常に少ない良好な
表面モフォロジーを有するＳｉＣエピタキシャル薄膜が
成長されているのが分かった。
【００２１】また、同様にして作製した別のＳｉＣ単結
晶インゴットからオフ角度が０度の（０００１）面ウェ
ハを切り出し、鏡面研磨した後、その上にＧａＮ薄膜を
有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりエピタキ
シャル成長させた。成長条件は、成長温度摂氏１０５０
度、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ
3）、シラン（ＳｉＨ4）をそれぞれ、５４×１０-6モル
／ｍｉｎ、４リットル／ｍｉｎ、２２×１０-11モル／
ｍｉｎ流した。また、成長圧力は大気圧とした。成長時
間は６０分間で、ｎ型の窒化ガリウムを３μｍの膜厚で
成長させた。
晶インゴットからオフ角度が０度の（０００１）面ウェ
ハを切り出し、鏡面研磨した後、その上にＧａＮ薄膜を
有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりエピタキ
シャル成長させた。成長条件は、成長温度摂氏１０５０
度、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ
3）、シラン（ＳｉＨ4）をそれぞれ、５４×１０-6モル
／ｍｉｎ、４リットル／ｍｉｎ、２２×１０-11モル／
ｍｉｎ流した。また、成長圧力は大気圧とした。成長時
間は６０分間で、ｎ型の窒化ガリウムを３μｍの膜厚で
成長させた。
【００２２】得られたＧａＮ薄膜の表面状態を調べる目
的で、成長表面をノマルスキー光学顕微鏡により観察し
た。ウェハ全面に渡って非常に平坦なモフォロジーが得
られ、全面に渡って高品質なＧａＮ薄膜が形成されてい
るのが分かった。
的で、成長表面をノマルスキー光学顕微鏡により観察し
た。ウェハ全面に渡って非常に平坦なモフォロジーが得
られ、全面に渡って高品質なＧａＮ薄膜が形成されてい
るのが分かった。
【００２３】（比較例）比較例として、従来法による高
抵抗率ＳｉＣ単結晶の製造について述べる。上記実施例
と同じく、種結晶として、口径５０ｍｍの（０００１）
面を有した六方晶系のＳｉＣ単結晶ウェハを用意した。
次に、種結晶１を黒鉛製の坩堝３の黒鉛製坩堝蓋４の内
面に取り付け、坩堝３の内部に、研磨材を洗浄処理した
ＳｉＣ結晶原料粉末２を充填した。さらに、この原料粉
末に金属バナジウムをＳｉに対するモル比で０．４％添
加した。原料を充填した坩堝３を、黒鉛製坩堝蓋４で閉
じ、黒鉛製フェルト７で被覆した後、黒鉛製支持棒６の
上に乗せ、二重石英管５の内部に設置した。そして、石
英管の内部を真空排気した後、ワークコイルに電流を流
し原料温度を摂氏２０００度まで上げた。その後、雰囲
気ガスとして高純度Ａｒガスを流入させ、石英管内圧力
を約８０ｋＰａに保ちながら、原料温度を目標温度であ
る摂氏２４００度まで上昇させた。成長圧力である１．
３ｋＰａには約３０分かけて減圧し、その後約２０時間
成長を続けた。この際の坩堝内の温度勾配は摂氏１５度
／ｃｍで、成長速度は約０．８ｍｍ／時であった。得ら
れた結晶の口径は５１ｍｍで、高さは１７ｍｍ程度であ
った。
抵抗率ＳｉＣ単結晶の製造について述べる。上記実施例
と同じく、種結晶として、口径５０ｍｍの（０００１）
面を有した六方晶系のＳｉＣ単結晶ウェハを用意した。
次に、種結晶１を黒鉛製の坩堝３の黒鉛製坩堝蓋４の内
面に取り付け、坩堝３の内部に、研磨材を洗浄処理した
ＳｉＣ結晶原料粉末２を充填した。さらに、この原料粉
末に金属バナジウムをＳｉに対するモル比で０．４％添
加した。原料を充填した坩堝３を、黒鉛製坩堝蓋４で閉
じ、黒鉛製フェルト７で被覆した後、黒鉛製支持棒６の
上に乗せ、二重石英管５の内部に設置した。そして、石
英管の内部を真空排気した後、ワークコイルに電流を流
し原料温度を摂氏２０００度まで上げた。その後、雰囲
気ガスとして高純度Ａｒガスを流入させ、石英管内圧力
を約８０ｋＰａに保ちながら、原料温度を目標温度であ
る摂氏２４００度まで上昇させた。成長圧力である１．
３ｋＰａには約３０分かけて減圧し、その後約２０時間
成長を続けた。この際の坩堝内の温度勾配は摂氏１５度
／ｃｍで、成長速度は約０．８ｍｍ／時であった。得ら
れた結晶の口径は５１ｍｍで、高さは１７ｍｍ程度であ
った。
【００２４】こうして得られた炭化珪素単結晶をＸ線回
折及びラマン散乱により分析したところ、六方晶系のＳ
ｉＣ単結晶が成長したことを確認できた。結晶の不純物
濃度を測定する目的で、成長した単結晶インゴットから
厚さ１ｍｍのウェハを９枚切り出した。ウェハの面方位
は（０００１）面から＜１１−２０＞方向に３．５度オ
フとした。成長結晶の上部、中部、下部（種結晶近傍）
に相当するウェハ（それぞれ種結晶から数えて９枚目、
５枚目、２枚目）中の不純物濃度をしらべたところ、バ
ナジウムの濃度は、成長結晶の下部に相当するウェハで
５×１０18ａｔｏｍ／ｃｍ3で、中部、上部に相当する
ウェハでは５×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であった。
また、全てのウェハにおいてバナジウム以外の不可避不
純物の濃度は２×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3程度であっ
た。得られたウェハを顕微鏡で観察したところ、成長結
晶の下部に相当するウェハでバナジウムの析出物に起因
すると思われる結晶欠陥が観察された。また、電気測定
により各ウェハの抵抗率を調べたところ、成長結晶の下
部に相当するウェハは１０6Ｗｃｍ以上という高い抵抗
率を示したが、中部、上部に相当するウェハは、０．４
Ｗｃｍと低い抵抗率を示した。
折及びラマン散乱により分析したところ、六方晶系のＳ
ｉＣ単結晶が成長したことを確認できた。結晶の不純物
濃度を測定する目的で、成長した単結晶インゴットから
厚さ１ｍｍのウェハを９枚切り出した。ウェハの面方位
は（０００１）面から＜１１−２０＞方向に３．５度オ
フとした。成長結晶の上部、中部、下部（種結晶近傍）
に相当するウェハ（それぞれ種結晶から数えて９枚目、
５枚目、２枚目）中の不純物濃度をしらべたところ、バ
ナジウムの濃度は、成長結晶の下部に相当するウェハで
５×１０18ａｔｏｍ／ｃｍ3で、中部、上部に相当する
ウェハでは５×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であった。
また、全てのウェハにおいてバナジウム以外の不可避不
純物の濃度は２×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3程度であっ
た。得られたウェハを顕微鏡で観察したところ、成長結
晶の下部に相当するウェハでバナジウムの析出物に起因
すると思われる結晶欠陥が観察された。また、電気測定
により各ウェハの抵抗率を調べたところ、成長結晶の下
部に相当するウェハは１０6Ｗｃｍ以上という高い抵抗
率を示したが、中部、上部に相当するウェハは、０．４
Ｗｃｍと低い抵抗率を示した。
【００２５】次に、このようにして製造したＳｉＣ単結
晶ウェハの内、高抵抗率のもの（成長結晶の下部に相当
するウェハ）を研磨して、厚さ３００ミクロン、口径５
１ｍｍのＳｉＣ単結晶鏡面ウェハを作製した。
晶ウェハの内、高抵抗率のもの（成長結晶の下部に相当
するウェハ）を研磨して、厚さ３００ミクロン、口径５
１ｍｍのＳｉＣ単結晶鏡面ウェハを作製した。
【００２６】さらに、この５１ｍｍ口径のＳｉＣ単結晶
鏡面ウェハを基板として用いて、ＳｉＣのエピタキシャ
ル成長を行った。ＳｉＣエピタキシャル薄膜の成長条件
は、成長温度摂氏１５００度、シラン（ＳｉＨ4）、プ
ロパン（Ｃ3Ｈ8）、水素（Ｈ2）の流量が、それぞれ
５．０×１０-9ｍ3／ｓｅｃ、３．３×１０-9ｍ3／ｓｅ
ｃ、５．０×１０-5ｍ3／ｓｅｃであった。成長圧力は
大気圧とした。成長時間は２時間で、膜厚としては約５
μｍ成長した。
鏡面ウェハを基板として用いて、ＳｉＣのエピタキシャ
ル成長を行った。ＳｉＣエピタキシャル薄膜の成長条件
は、成長温度摂氏１５００度、シラン（ＳｉＨ4）、プ
ロパン（Ｃ3Ｈ8）、水素（Ｈ2）の流量が、それぞれ
５．０×１０-9ｍ3／ｓｅｃ、３．３×１０-9ｍ3／ｓｅ
ｃ、５．０×１０-5ｍ3／ｓｅｃであった。成長圧力は
大気圧とした。成長時間は２時間で、膜厚としては約５
μｍ成長した。
【００２７】エピタキシャル薄膜成長後、ノマルスキー
光学顕微鏡により、得られたエピタキシャル薄膜の表面
モフォロジーを観察したところ、基板ウェハ中にバナジ
ウム析出物に起因する欠陥が存在する場所上に成長した
部位には、ピット状の表面欠陥が現れていた。
光学顕微鏡により、得られたエピタキシャル薄膜の表面
モフォロジーを観察したところ、基板ウェハ中にバナジ
ウム析出物に起因する欠陥が存在する場所上に成長した
部位には、ピット状の表面欠陥が現れていた。
【００２８】また、同様にして作製した別のＳｉＣ単結
晶インゴットからオフ角度が０度の高抵抗率（０００
１）面ウェハを切り出し（種結晶近傍の領域から切り出
した）、鏡面研磨した後、その上にＧａＮ薄膜を有機金
属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりエピタキシャル
成長させた。成長条件は、成長温度摂氏１０５０度、ト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）、
シラン（ＳｉＨ4）をそれぞれ、５４×１０-6モル／ｍ
ｉｎ、４リットル／ｍｉｎ、２２×１０-11モル／ｍｉ
ｎ流した。また、成長圧力は大気圧とした。成長時間は
６０分間で、ｎ型の窒化ガリウムを３μｍの膜厚で成長
させた。
晶インゴットからオフ角度が０度の高抵抗率（０００
１）面ウェハを切り出し（種結晶近傍の領域から切り出
した）、鏡面研磨した後、その上にＧａＮ薄膜を有機金
属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりエピタキシャル
成長させた。成長条件は、成長温度摂氏１０５０度、ト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）、
シラン（ＳｉＨ4）をそれぞれ、５４×１０-6モル／ｍ
ｉｎ、４リットル／ｍｉｎ、２２×１０-11モル／ｍｉ
ｎ流した。また、成長圧力は大気圧とした。成長時間は
６０分間で、ｎ型の窒化ガリウムを３μｍの膜厚で成長
させた。
【００２９】得られたＧａＮ薄膜の表面状態を調べる目
的で、成長表面をノマルスキー光学顕微鏡により観察し
たところ、やはりウェハ中にバナジウム析出物に起因し
た欠陥が存在する場所上に成長した部位には、ピット状
の表面欠陥が発生していた。
的で、成長表面をノマルスキー光学顕微鏡により観察し
たところ、やはりウェハ中にバナジウム析出物に起因し
た欠陥が存在する場所上に成長した部位には、ピット状
の表面欠陥が発生していた。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
種結晶を用いた改良型昇華再結晶法（レーリー法）によ
り、高抵抗率で且つ良質のＳｉＣ単結晶を再現性良く成
長させることができる。このような結晶から切り出した
ＳｉＣ単結晶ウェハを用いれば、特性の優れた高周波電
子デバイスを低価格で製作することができる。
種結晶を用いた改良型昇華再結晶法（レーリー法）によ
り、高抵抗率で且つ良質のＳｉＣ単結晶を再現性良く成
長させることができる。このような結晶から切り出した
ＳｉＣ単結晶ウェハを用いれば、特性の優れた高周波電
子デバイスを低価格で製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 改良レーリー法の原理を説明する図である。
【図２】 本発明の効果を説明する図であって、（ａ）
は従来法によって製造されたＳｉＣ単結晶中のバナジウ
ムおよび残留不純物濃度分布を、および、（ｂ）は本発
明によって製造されたＳｉＣ単結晶中のバナジウムおよ
び残留不純物濃度分布を示す。
は従来法によって製造されたＳｉＣ単結晶中のバナジウ
ムおよび残留不純物濃度分布を、および、（ｂ）は本発
明によって製造されたＳｉＣ単結晶中のバナジウムおよ
び残留不純物濃度分布を示す。
【図３】 本発明の製造方法に用いられる単結晶成長装
置の一例を示す構成図である。
置の一例を示す構成図である。
１ 種結晶（ＳｉＣ単結晶）
２ ＳｉＣ結晶粉末原料
３ 坩堝（黒鉛あるいはタンタル等の高融点金属）
４ 黒鉛製坩堝蓋
５ 二重石英管
６ 支持棒
７ 黒鉛製フェルト（断熱材）
８ ワークコイル
９ 高純度Ａｒガス配管
１０ 高純度Ａｒガス用マスフローコントローラ
１１ 真空排気装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 藤本 辰雄
千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式
会社技術開発本部内
(72)発明者 矢代 弘克
千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式
会社技術開発本部内
Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BE08 DA02 EB01 HA06
SA04
Claims (13)
- 【請求項１】 昇華再結晶法により種結晶上に炭化珪素
単結晶を成長させる工程を包含する炭化珪素単結晶の製
造方法であって、原料としてバナジウムの濃度が１×１
０18〜６×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、バナジウム
以外の不可避不純物の濃度が前記バナジウムの濃度未満
である炭化珪素結晶を用いて、炭化珪素単結晶を成長さ
せることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記バナジウムの濃度は１×１０18〜６
×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、前記不可避不純物の
濃度は１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下である、請求項
１に記載の製造方法。 - 【請求項３】 前記バナジウムの濃度は１×１０19〜６
×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3であり、前記不可避不純物の
濃度は１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下である、請求項
１に記載の製造方法。 - 【請求項４】 バナジウムの濃度が１×１０18〜６×１
０19ａｔｏｍ／ｃｍ 3であり、バナジウム以外の不可避
不純物の濃度が前記バナジウムの濃度未満である、炭化
珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料。 - 【請求項５】 バナジウムの濃度が１×１０18〜６×１
０19ａｔｏｍ／ｃｍ 3であり、バナジウム以外の不可避
不純物の濃度が１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であ
る、炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料。 - 【請求項６】 バナジウムの濃度が１×１０19〜６×１
０19ａｔｏｍ／ｃｍ 3であり、バナジウム以外の不可避
不純物の濃度が１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であ
る、炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料。 - 【請求項７】 請求項１〜３のいずれか一項に記載の製
造方法で得られた炭化珪素単結晶であって、５０ｍｍ以
上の口径を有することを特徴とする、炭化珪素単結晶。 - 【請求項８】 種結晶を除く炭化珪素単結晶の全長に亘
って、バナジウムの濃度が１×１０15〜３×１０17ａｔ
ｏｍ／ｃｍ3であることを特徴とする炭化珪素単結晶。 - 【請求項９】 前記バナジウムの濃度は１×１０16〜３
×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3である、請求項８に記載の炭
化珪素単結晶。 - 【請求項１０】 ５０ｍｍ以上の口径を有することを特
徴とする、請求項８または９に記載の炭化珪素単結晶。 - 【請求項１１】 請求項７〜１０のいずれか一項に記載
の炭化珪素単結晶を切断、研磨してなる炭化珪素単結晶
基板。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の炭化珪素単結晶基
板に、炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長してなる炭化
珪素エピタキシャルウェハ。 - 【請求項１３】 請求項１１に記載の炭化珪素単結晶基
板に、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウ
ムまたはこれらの混晶をエピタキシャル成長してなる薄
膜エピタキシャルウェハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001301935A JP4733882B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 炭化珪素単結晶及びその製造方法並びに炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001301935A JP4733882B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 炭化珪素単結晶及びその製造方法並びに炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003104798A true JP2003104798A (ja) | 2003-04-09 |
| JP4733882B2 JP4733882B2 (ja) | 2011-07-27 |
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-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001301935A patent/JP4733882B2/ja not_active Expired - Fee Related
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