JP2013107786A - 炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 準安定溶媒エピタキシー法を用いた炭化珪素単結晶の製造方法において、炭化珪素単結晶の成長速度を制御し、炭化珪素単結晶を安定して製造できる方法を提供する。
【解決手段】
炭化珪素単結晶材料２０の表面上に炭化珪素単結晶を成長させる準安定溶媒エピタキシー法を用いた炭化珪素単結晶の製造方法であって、配置工程Ｓ２では、炭化珪素単結晶材料２０又は炭素珪素供給材料４０の何れか一方の材料を珪素材料６０の上側に配置し、一方の材料の位置を固定し、炭化珪素単結晶材料２０と炭素珪素供給材料４０との間に珪素材料６０を介在させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、準安定溶媒エピタキシー法を用いた炭化珪素単結晶の製造方法に関する。

炭化珪素単結晶の製造方法として、準安定溶媒エピタキシー法（Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｅｐｉｔａｘｙ Ｍｅｔｈｏｄ：ＭＳＥ法）を用いた方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＭＳＥ法を用いて炭化珪素単結晶を製造する場合、炭化珪素単結晶からなる単結晶基板と、炭化珪素多結晶からなる多結晶基板と、珪素からなる珪素基板とを準備する。耐熱性を有する容器の底部に、多結晶基板、珪素基板、単結晶基板を順に重ねて配置する。材料が配置された容器を珪素基板が溶融する温度以上の温度で加熱する。加熱により珪素基板が溶融して珪素溶融層へと変化する。この珪素溶融層に単結晶基板及び多結晶基板から炭素が溶解する。多結晶基板の方が単結晶基板よりも化学ポテンシャルが大きいため、珪素溶融層に炭素の濃度勾配が生じる。この濃度勾配を駆動力として、珪素溶融層に溶解した炭素は、多結晶基板側から単結晶基板側へ移動する。単結晶基板側へ移動した炭素は、単結晶基板上で珪素と結合する。これにより、単結晶基板の表面上に炭化珪素単結晶が析出し、炭化珪素単結晶が成長する。このようにして、炭化珪素単結晶が製造できる。

ＭＳＥ法によれば、炭化珪素単結晶の成長は、濃度勾配を駆動力とし、炭化珪素単結晶の成長が温度勾配に依存しない。従って、加熱温度を場所によって調整する必要がある昇華再結晶法に比べると、プロセス制御が容易になるとともに、品質の良好な炭化珪素単結晶が得られる。

特開２００８―２３０９４６号公報

しかしながら、上述の製造方法を用いて、炭化珪素単結晶を製造した場合、炭化珪素単結晶の成長速度が不安定であり、製造された炭化珪素単結晶の成長高さが、製造する度に異なることがあった。すなわち、炭化珪素単結晶の成長時間が一定であっても、炭化珪素単結晶の成長高さにばらつきが生じることがあった。成長高さにばらつきが生じる炭化珪素単結晶の製造方法は、実用上問題がある。このため、炭化珪素単結晶の成長速度を制御し、炭化珪素単結晶を安定的に製造できる方法が求められていた。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、準安定溶媒エピタキシー法を用いた炭化珪素単結晶の製造方法において、炭化珪素単結晶の成長速度を制御し、炭化珪素単結晶を安定して製造できる方法を提供することを目的とする。

本発明者が鋭意研究を行った結果、珪素溶融層の重力方向における上側に配置される材料の重量によって、珪素溶融層の厚みが変化し、成長速度が変化することが分かった。そこで、本発明者は、上述した課題を解決するため、以下の特徴を有する本発明を完成させた。

本発明の特徴は、炭化珪素単結晶からなる炭化珪素単結晶材料（炭化珪素単結晶材料２０）と、前記炭化珪素単結晶材料よりも化学ポテンシャルが大きく、炭化珪素からなる炭素珪素供給材料（炭素珪素供給材料４０）と、珪素からなる珪素材料（珪素材料６０）と、を準備する準備工程（準備工程Ｓ１）と、前記炭化珪素単結晶材料、前記炭素珪素供給材料及び前記珪素材料を容器に配置する配置工程（配置工程Ｓ２）と、前記珪素材料が溶融する温度以上かつ前記珪素材料が沸騰する温度未満の温度で前記容器を加熱する加熱工程（加熱工程Ｓ３）と、を備え、前記炭化珪素単結晶材料の表面上に炭化珪素単結晶を成長させる準安定溶媒エピタキシー法を用いた炭化珪素単結晶の製造方法であって、前記配置工程では、前記炭化珪素単結晶材料又は前記炭素珪素供給材料の何れか一方の材料を前記珪素材料の上側に配置し、前記一方の材料の位置を固定し、前記炭化珪素単結晶材料と前記炭素珪素供給材料との間に前記珪素材料を介在させることを要旨とする。

本発明の特徴によれば、炭化珪素単結晶材料又は炭素珪素供給材料の何れか一方の材料を珪素材料の上側に配置し、一方の材料の位置を固定する。例えば、炭素珪素供給材料が珪素材料の上側に配置された場合、炭素珪素供給材料の位置を固定する。このため、重力によって、珪素溶融層側（すなわち、下側）に向かう力が炭素珪素供給材料に働いても、炭素珪素供給材料は、珪素溶融層側に移動しない。従って、加熱工程によって珪素材料が溶融して珪素溶融層になっても、炭素珪素供給材料から珪素溶融層に加わる圧力が抑制される。さらに、炭素珪素供給材料が珪素溶融層に炭素と珪素とを供給することにより炭素珪素供給材料の重量が減少しても、珪素溶融層に加わる圧力の変化が抑制される。従って、炭素珪素供給材料の重量に起因した珪素溶融層の厚みの変化を抑制できる。珪素溶融層の厚みは成長速度に依存するため、珪素溶融層の厚みの変化を抑制することにより、炭化珪素単結晶の成長速度を制御できる。その結果、従来よりも炭化珪素単結晶を安定して製造することができる。

炭化珪素単結晶材料を珪素材料の上側に配置した場合であっても同様に、炭化珪素単結晶材料から珪素溶融層に加わる圧力が抑制される。さらに、炭化珪素単結晶材料上に炭化珪素単結晶が成長することにより炭化珪素単結晶材料の重量が増加しても、珪素溶融層に加わる圧力の変化が抑制される。珪素溶融層に、炭化珪素単結晶材料の重量による圧力が加わることを抑制できる。従って、珪素溶融層の厚みの変化を抑制でき、炭化珪素単結晶の成長速度を制御できる。その結果、従来よりも炭化珪素単結晶を安定して製造することができる。

前記配置工程では、前記一方の材料を前記容器に固定し、前記炭化珪素単結晶材料又は前記炭素珪素供給材料の前記一方の材料とは異なる他方の材料を前記一方の材料よりも前記容器の底部側に配置してもよい。

前記炭素珪素供給材料は、炭化珪素多結晶からなってもよい。

前記炭素珪素供給材料の炭素に対する珪素のモル比率は、１．００以上であってもよい。

前記炭素珪素供給材料の相対密度は、９５％より大きくてもよい。

前記加熱工程において加熱した温度以上で前記容器を加熱し、前記珪素材料を蒸発させる珪素蒸発工程（珪素蒸発工程Ｓ４）を備えてもよい。

本発明によれば、準安定溶媒エピタキシー法を用いた炭化珪素単結晶の製造方法において、珪素溶融層の厚みの減少を抑制し、炭化珪素単結晶を継続して製造できる。

図１は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図２は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法に用いられる容器１０の概略断面図である。

本発明に係る炭化珪素単結晶の製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）炭化珪素単結晶の製造方法、（２）作用効果、（３）実施例、（４）その他実施形態、について説明する。

以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。

（１）炭化珪素単結晶の製造方法
本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法を説明するためのフローチャートである。図２は、本実施形態に係る容器１０の概略断面図である。

図１に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、準備工程Ｓ１、配置工程Ｓ２、加熱工程Ｓ３及び珪素蒸発工程Ｓ４を備える。

（１．１）準備工程Ｓ１
準備工程Ｓ１では、炭化珪素単結晶材料２０、炭素珪素供給材料４０及び珪素材料６０を準備する。

炭化珪素単結晶材料２０は、平面２０ａを有する。炭化珪素単結晶材料２０は、炭化珪素単結晶からなる。炭化珪素単結晶材料２０として、例えば、６Ｈ型炭化珪素単結晶（６Ｈ−ＳｉＣ単結晶）、４Ｈ型炭化珪素単結晶（４Ｈ−ＳｉＣ単結晶）、３Ｃ型炭化珪素単結晶（３Ｃ−ＳｉＣ単結晶）が挙げられる。炭化珪素単結晶材料２０の形状は、例えば、円板形状又は円柱形状である。

炭素珪素供給材料４０は、平面４０ａを有する。炭素珪素供給材料４０は、炭化珪素単結晶材料２０よりも化学ポテンシャルが大きい。炭素珪素供給材料４０は、炭化珪素からなる。炭素珪素供給材料４０として、例えば、３Ｃ型炭化珪素多結晶（３Ｃ−ＳｉＣ多結晶）又は４Ｈ型炭化珪素多結晶（４Ｈ−ＳｉＣ多結晶）の炭化珪素多結晶、及び、３Ｃ型炭化珪素単結晶（３Ｃ−ＳｉＣ単結晶）又は４Ｈ型炭化珪素単結晶（４Ｈ−ＳｉＣ単結晶）の炭化珪素単結晶が挙げられる。なお、炭化珪素単結晶材料２０よりも化学ポテンシャルが大きくなるように、炭素珪素供給材料４０を選択する。炭化珪素単結晶材料２０の形状は、例えば、円板形状、円柱形状である。

炭素珪素供給材料４０は、炭化珪素単結晶の製造時において、珪素材料６０が溶融した珪素溶融層に炭素と珪素とを供給する。

炭素珪素供給材料４０は、炭化珪素多結晶からなることが好ましい。また、炭素珪素供給材料４０の炭素に対する珪素のモル比率（Ｓｉ／Ｃ）は、１．００以上であることが好ましい。また、炭素珪素供給材料４０の相対密度は、９５％より大きいことが好ましい。なお、相対密度とは、嵩密度の理論密度に対する比（嵩密度／理論密度）である。

珪素材料６０は、珪素からなる。珪素材料６０として、例えば、珪素基板（シリコン基板）又は珪素粉末が挙げられる。珪素材料６０が珪素基板である場合、珪素材料６０の形状は、例えば、円板形状である。珪素材料６０の厚さは、後述する平面距離ｄと同一であることが好ましい。

図２に示されるように、炭化珪素単結晶が成長する方向を成長方向ｚとする。成長方向ｚは、平面２０ａ及び平面４０ａに対して実質的に垂直な方向である。成長方向ｚに直交する方向を直交方向ｘとする。

本実施形態において、炭化珪素単結晶材料２０は、側面に突部が形成された円板形状である。突部は、成長方向ｚにおいて、平面２０ａとは反対側の端部に形成される。突部は、直交方向ｘに突出する。また、炭素珪素供給材料４０は、側面に突部が形成された円柱形状である。突部は、成長方向ｚにおいて、平面４０ａとは反対側の端部に形成される。突部は、直交方向ｘに突出する。

（１．２）配置工程Ｓ２
配置工程Ｓ２では、炭化珪素単結晶材料２０、炭素珪素供給材料４０及び珪素材料６０を容器１０に配置する。

本実施形態において、容器１０は、容器本体１５と蓋体１７とを有する。容器本体１５は、開口部を有する。開口部を通じて、炭化珪素単結晶材料２０、炭素珪素供給材料４０及び珪素材料６０が容器１０の内部に配置される。容器本体１５は、底部１５ａを有する。蓋体１７は、底部１５ａに対向する対向部１７ａを有する。容器本体１５の開口部に蓋体１７が取り付けられる。容器１０は、耐熱性を有する。容器１０として、例えば、黒鉛製の坩堝が挙げられる。

図２に示されるように、本実施形態では、蓋体１７から容器本体１５の方向へ重力ｇが働くように、容器１０は、設置される。従って、蓋体１７側が上側であり、容器本体の１７の底部１５ａ側が下側である。

図２に示されるように、底部１５ａには、炭化珪素単結晶材料２０の形状に対応した孔部が形成されている。平面２０ａが対向部１７ａに対向するように、炭化珪素単結晶材料２０を孔部に挿入する。すなわち、突部が形成された方の炭化珪素単結晶材料２０の端部を孔部に挿入する。炭化珪素単結晶材料２０の中心を通り、成長方向ｚに平行な軸を中心軸として、挿入された炭化珪素単結晶材料２０を回転させる。これにより、炭化珪素単結晶材料２０が容器本体１５に固定される。

対向部１７ａには、炭素珪素供給材料４０の形状に対応した孔部が形成されている。平面４０ａが底部１５ａに対向するように、炭素珪素供給材料４０を孔部に挿入する。すなわち、突部が形成された方の炭素珪素供給材料４０の端部を孔部に挿入する。炭素珪素供給材料４０の中心を通り、成長方向ｚに平行な軸を中心軸として、挿入された炭素珪素供給材料４０を回転させる。炭素珪素供給材料４０が蓋体１７に固定される。これにより、蓋体１７を容器本体１５に取り付けた場合に、炭素珪素供給材料４０の位置が固定される。なお、本実施形態において、蓋体１７が容器本体１５から取り外された状態で、炭素珪素供給材料４０が蓋体１７に固定される。

本実施形態において、炭化珪素単結晶材料２０及び炭素珪素供給材料４０の両方とも容器１０に固定される。

固定された炭化珪素単結晶材料２０の平面２０ａ上に、珪素材料６０を配置する。従って、炭化珪素単結晶材料２０は、珪素材料６０の下側に位置する。珪素材料６０を配置した後、蓋体１７を容器本体１５に取り付ける。これにより、炭素珪素供給材料４０を珪素材料６０の上側に配置する。炭素珪素供給材料４０は、蓋体１７に固定されているため、蓋体１７を容器本体１５に取り付けることによって、炭素珪素供給材料４０の位置を固定する。

蓋体１７を容器本体１５に取り付けると、炭素珪素供給材料４０の平面４０ａが炭素珪素供給材料４０と接する。これにより、炭化珪素単結晶材料２０の平面２０ａと炭素珪素供給材料４０の平面４０ａとによって、珪素材料６０が挟まれる。従って、炭化珪素単結晶材料２０と炭素珪素供給材料４０との間に珪素材料６０が介在する。

蓋体１７を容器本体１５に取り付けることによって、炭素珪素供給材料４０の位置を固定する。なお、炭化珪素単結晶材料２０と炭素珪素供給材料４０とは、容器１０に固定されるため、配置工程Ｓ２では、炭化珪素単結晶材料２０の平面２０ａと炭素珪素供給材料４０の平面４０ａとの距離である平面距離ｄは、固定される。

炭化珪素単結晶材料２０と炭素珪素供給材料４０との成長方向ｚにおける高さを調整することにより、平面距離ｄを調整できる。また、本実施形態では、蓋体１７は、容器本体１５に螺合により取り付けられる。このため、容器本体１５と蓋体１７との位置を調整して、平面距離ｄを調整してもよい。平面距離ｄは、５μｍ以上、１００μｍ以下の範囲にあることが好ましい。平面距離ｄが５μｍ以上であれば、炭化珪素単結晶の成長につれて、珪素溶融層の珪素が炭素と反応しても、珪素溶融層に含まれる珪素の量を十分に保つことができる。このため、炭化珪素単結晶を継続して成長させることができる。平面距離ｄが１００μｍ以下であれば、炭素の濃度勾配が急になるため、炭素の拡散速度が速くなる。従って、炭化珪素単結晶の成長速度を速くすることができるため、所定時間内に、一定の成長高さを有する炭化珪素単結晶を安定して製造できる。

（１．３）加熱工程Ｓ３
加熱工程Ｓ３では、珪素材料６０が溶融する温度以上かつ珪素材料６０が沸騰する温度未満の温度で容器１０を加熱する。

加熱部材を用いて、炭化珪素単結晶材料２０、炭素珪素供給材料４０及び珪素材料６０が配置された容器１０を加熱する。加熱部材としては、例えば、加熱ヒータ、誘導加熱コイルを用いることができる。

加熱温度は、珪素材料６０が溶融し、珪素溶融層が存在する温度であればよい。従って、例えば、１５００度以上、２３００度以下の温度で加熱することができる。炭化珪素単結晶をより安定して製造するために、１６００度以上、２１００度以下の温度で加熱することが好ましい。１７００度以上、１９００度以下の温度で加熱することがより好ましい。

加熱時間は、求める成長高さによって、適宜設定することができる。加熱時間が長い方が、炭化珪素単結晶が成長するため、例えば、２００時間以上加熱することが好ましい。

加熱によって、珪素材料６０が溶融する。このため、炭化珪素単結晶材料２０及び炭素珪素供給材料４０の間に珪素溶融層が存在する。炭素珪素供給材料４０は、炭化珪素単結晶材料２０よりも化学ポテンシャルが大きいため、珪素溶融層に炭素珪素供給材料４０に含まれる炭素が溶解する。珪素溶融層に溶解した炭素は、炭素濃度の低い炭化珪素単結晶材料２０側へ拡散する。従って、炭素珪素供給材料４０側にある炭素は、炭化珪素単結晶材料２０側に移動するため、炭化珪素単結晶材料２０側の炭素濃度が溶解度を超える。これにより、炭化珪素単結晶材料２０側の炭素は、炭化珪素単結晶材料２０上に炭化珪素単結晶として析出する。炭化珪素単結晶の析出が繰り返されることによって、炭化珪素単結晶が成長する。

なお、珪素溶融層には、炭素珪素供給材料４０に含まれる炭素だけでなく、珪素も溶解する。これにより、炭素珪素供給材料４０から珪素溶融層に珪素が供給される。

容器１０の内部の雰囲気は、炭化珪素単結晶の成長に影響を与えない雰囲気である。従って、容器１０の内部の雰囲気は、例えば、１０^−４Ｐａ以下の真空であってもよいし、希ガス等の不活性ガス雰囲気であってもよい。

（１．４）珪素蒸発工程Ｓ４
珪素蒸発工程Ｓ４では、加熱工程Ｓ３において加熱した温度以上で容器１０を加熱し、珪素材料６０を蒸発させる。

蒸発は、沸点以上でなくても起こるため、加熱温度は、珪素の沸点以上でなくてもよい。従って、例えば、２０００度以上、２３００度以下の温度で加熱できる。加熱温度を珪素の沸点以上の温度にした場合、珪素材料６０の蒸発時間を短くできる。

炭化珪素単結晶材料２０と炭素珪素供給材料４０とは、容器１０に固定されているため、珪素材料６０の蒸発によって、炭化珪素単結晶材料２０上に成長した炭化珪素単結晶と、炭素珪素供給材料４０との間には、空間が形成される。

珪素材料６０を蒸発させた後、容器１０の加熱を止める。これにより、容器１０の温度が下がる。容器１０の温度が下がった後に、容器１０から炭化珪素単結晶を取り出す。以上により、炭化珪素単結晶が製造できる。

（２）作用効果
本発明者が鋭意研究を行った結果、珪素溶融層の重力方向における上側に配置される材料の重量によって、珪素溶融層の厚みが変化し、成長速度が変化することが分かった。そこで、本発明者は、珪素溶融層の重力方向における上側に配置される材料の重力による珪素溶融層への影響を抑制すれば、成長速度を抑制できるという知見に基づき、本発明を完成させた。

本実施形態によれば、配置工程Ｓ２では、炭素珪素供給材料４０を珪素材料６０の上側に配置し、炭素珪素供給材料４０の位置を固定する。このため、重力によって、珪素溶融層側（すなわち、下側）に向かう力が炭素珪素供給材料４０に働いても、炭素珪素供給材料４０は、珪素溶融層側に移動しない。従って、加熱工程Ｓ３によって珪素材料６０が溶融して珪素溶融層になっても、炭素珪素供給材料４０から珪素溶融層に加わる圧力が抑制される。従って、炭素珪素供給材料４０の重量に起因して珪素溶融層の厚みが減少することを抑制できる。

炭素珪素供給材料４０が珪素溶融層に炭素と珪素とを供給することにより炭素珪素供給材料４０の重量が減少する。炭素珪素供給材料４０の位置が固定されていない場合、炭素珪素供給材料４０から珪素溶融層に加わる圧力は、減少する。本実施形態において、炭素珪素供給材料４０の位置は固定されているため、炭素珪素供給材料の重量に起因した珪素溶融層の厚みの変化を抑制できる。

珪素溶融層の厚みは、炭化珪素単結晶の成長速度に依存する。珪素溶融層の厚みの変化を抑制できるため、炭化珪素単結晶の成長速度の変化を抑制できる。その結果、従来よりも炭化珪素単結晶を安定して製造することができる。

本実施形態において、炭化珪素単結晶材料２０及び炭素珪素供給材料４０の両方とも容器１０に固定する。このため、調整した平面距離ｄがずれることが抑制できる。これより、珪素溶融層の厚みをより制御することができる。

炭素珪素供給材料４０は、炭化珪素多結晶からなることが好ましい。炭化珪素多結晶は、炭化珪素単結晶に比べて、化学ポテンシャルが大きいため、炭素の濃度勾配が急になる。これにより、炭化珪素単結晶の成長速度を速くすることができるため、所定時間内に、一定の成長高さを有する炭化珪素単結晶を安定して製造できる。

炭素珪素供給材料４０の炭素に対する珪素のモル比率（Ｓｉ／Ｃ）は、１．００以上であることが好ましい。炭素に対する珪素のモル比率（Ｓｉ／Ｃ）が、１．００以上であれば、炭素珪素供給材料４０中に含まれる珪素の量が炭素の量以上になる。このため、珪素溶融層に充分な珪素を供給することができる。従って、炭素が珪素溶融層の珪素と反応して、珪素溶融層の体積が少なくなることによる珪素溶融層の厚みの減少を抑制できるため、従来よりも炭化珪素単結晶をより安定して成長させることができる。

炭素珪素供給材料４０の相対密度は、９５％より大きいことが好ましい。炭素珪素供給材料４０の相対密度が成長させた炭化珪素単結晶の相対密度より小さすぎると成長中の珪素溶融層の厚みが増加しやすくなり、成長速度が遅くなってしまう。成長させた炭化珪素単結晶の相対密度は高い程、望ましく、一般的には、成長させた炭化珪素単結晶の相対密度は、９９％以上が望まれる。このため、成長させた炭化珪素単結晶の相対密度が９９％以上の場合、炭素珪素供給材料４０の相対密度は９５％より小さいと、成長速度が遅くなりやすい。炭素珪素供給材料４０の相対密度が９５％より大きいことにより、成長速度が遅くなることを抑制できる。さらに、炭素珪素供給材料４０の相対密度が９５％より大きければ、炭素珪素供給材料４０の空隙が少なくなる。このため、炭素珪素供給材料４０から珪素溶融層へ炭素及び珪素を安定して供給することができるため、炭化珪素単結晶の成長速度の変化が抑えられる。従って、炭化珪素単結晶を安定して製造することができる。

珪素溶融層が存在したまま、容器１０の温度を下げた場合、液体の珪素溶融層は、固体の珪素固体層へと相変化する。珪素の熱膨張係数と炭化珪素単結晶の熱膨張係数とは異なるため、成長した炭化珪素単結晶と珪素固体層との界面に応力が発生する。その結果、炭化珪素単結晶に割れが生じるおそれがある。

本実施形態において、加熱工程Ｓ３において加熱した温度以上で容器１０を加熱し、珪素材料６０である珪素溶融層を蒸発させる。珪素溶融層を蒸発させることによって、成長した炭化珪素単結晶上には、珪素固体層が存在しないため、炭化珪素単結晶に割れが生じるおそれがなくなる。その結果、品質の良好な炭化珪素単結晶を製造できる。

さらに、炭化珪素単結晶材料２０と炭素珪素供給材料４０とは、容器１０に固定されているため、珪素材料６０の蒸発によって、炭化珪素単結晶材料２０上に成長した炭化珪素単結晶と、炭素珪素供給材料４０との間には、空間が形成される。このため、製造した炭化珪素単結晶を取り外す際に、炭化珪素単結晶を傷つけるおそれもなくなる。

（３）実施例
炭化珪素単結晶材料として、６Ｈ型炭化珪素単結晶（６Ｈ−ＳｉＣ単結晶）を準備した。炭素珪素供給材料として、モル比率（Ｓｉ／Ｃ）が１．２０であり、相対密度が９８％である３Ｃ型炭化珪素多結晶（３Ｃ−ＳｉＣ多結晶）を準備した。珪素材料として、シリコン基板を準備した。容器には、等方性黒鉛が用いられた坩堝を用いた。

上述した実施形態と同様に、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶、３Ｃ−ＳｉＣ多結晶及びシリコン基板を坩堝に配置した（図２参照）。具体的には、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶を坩堝の底部に固定した。６Ｈ−ＳｉＣ単結晶上にシリコン基板を配置した。３Ｃ−ＳｉＣ多結晶を坩堝の蓋体に固定した。坩堝の蓋体を坩堝に取り付けることにより、３Ｃ−ＳｉＣ多結晶は、シリコン基板の上側に配置するとともに、３Ｃ−ＳｉＣ多結晶の位置を固定した。６Ｈ−ＳｉＣ単結晶と３Ｃ−ＳｉＣ多結晶との間にシリコン基板を介在させた。６Ｈ−ＳｉＣ単結晶の平面と３Ｃ−ＳｉＣ多結晶の平面との平面距離を調整して、平面距離を２０μｍにした。シリコン基板は、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶と３Ｃ−ＳｉＣ多結晶とに接していた。

アルゴン雰囲気下において、１８００度で、１０００時間、坩堝を加熱した。次に、２０００度で、１時間、坩堝を加熱した。その後、坩堝の温度を室温まで冷却した。坩堝から炭化珪素単結晶を取り出した。

次に、同一の材料及び同一の条件の下、新たに炭化珪素単結晶を製造した。具体的には、平面距離を２０μｍにして、炭化珪素単結晶を製造した。

得られた炭化珪素単結晶の成長高さは、両方とも３０ｍｍであった。目視観察にて、両方の炭化珪素単結晶に割れがないことが確認した。珪素材料の上側に配置された３Ｃ−ＳｉＣ多結晶の位置を固定することにより、成長高さを一定にすることができた。すなわち、炭化珪素単結晶の成長速度の変化を抑制し、炭化珪素単結晶を安定して製造できることが確認できた。

（４）その他実施形態
本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。

具体的には、上述した実施形態では、炭化珪素単結晶材料２０を容器本体１５の底部１５ａ側に配置し、炭素珪素供給材料４０を蓋体１７の対向部１７ａ側に配置したが、これに限られない。炭素珪素供給材料４０を容器本体１５の底部１５ａ側に配置し、炭化珪素単結晶材料２０を蓋体１７の対向部１７ａ側に配置してもよい。この場合、炭化珪素単結晶は、底部１５ａ側に向かって成長する。少なくとも炭化珪素単結晶材料２０の位置は、固定されている。炭素珪素供給材料４０の位置も固定することが好ましい。

炭化珪素単結晶材料２０の位置は、固定されているため、加熱工程Ｓ３によって珪素材料６０が溶融して珪素溶融層になっても、炭化珪素単結晶材料２０から珪素溶融層に加わる圧力が抑制される。従って、炭化珪素単結晶材料２０の重量に起因して珪素溶融層の厚みが減少することを抑制できる。

炭化珪素単結晶材料２０上に炭化珪素単結晶が成長することにより炭化珪素単結晶材料２０の重量が増加する。炭化珪素単結晶材料２０の位置が固定されていない場合、炭化珪素単結晶材料２０から珪素溶融層に加わる圧力は、増加する。本実施形態において、少なくとも炭化珪素単結晶材料２０の位置は固定されているため、炭化珪素単結晶材料２０の重量に起因した珪素溶融層の厚みの変化を抑制できる。従って、炭化珪素単結晶の成長速度の変化を抑制できる。その結果、従来よりも炭化珪素単結晶を安定して製造することができる。

また、上述した実施形態では、容器本体１５に炭化珪素単結晶材料２０を配置し、珪素材料６０を配置した後に、炭素珪素供給材料４０を配置したが、これに限られない。例えば、炭化珪素単結晶材料２０と珪素材料６０とを同時に配置しても良い。他の順番であってもよい。

また、上述した実施形態では、炭化珪素単結晶材料２０及び炭素珪素供給材料４０の両方とも容器１０に固定していたが、必ずしもこれに限られない。炭化珪素単結晶材料２０及び炭素珪素供給材料４０の一方を容器１０に固定し、炭化珪素単結晶材料２０及び炭素珪素供給材料４０の他方を容器１０の底部１５ａ側に固定せずに配置してもよい。具体的には、例えば、円板形状の炭化珪素単結晶材料２０を容器１０の底部１５ａに配置する。このとき、炭化珪素単結晶材料２０の一方の主面が底部１５ａに接し、他方の主面である平面２０ａが対向部１７ａに対向するように、炭化珪素単結晶材料２０を容器本体１５に配置する。この場合、炭化珪素単結晶材料２０は、容器１０に固定しなくても安定している。炭素珪素供給材料４０及び珪素材料６０の配置は、上述した実施形態と同様にする。底部１５ａ側に位置する炭化珪素単結晶材料２０は、容器１０に固定しなくても安定しているため、配置工程Ｓ２において、炭化珪素単結晶材料２０の平面２０ａと炭素珪素供給材料４０の平面４０ａとの平面距離ｄを固定できる。

また、上述した実施形態では、炭化珪素単結晶材料２０及び炭素珪素供給材料４０を容器１０に形成された孔部に挿入して固定していたが、これに限られない。

例えば、固定部材を容器１０に取り付けて、炭化珪素単結晶材料２０及び炭素珪素供給材料４０を容器１０に固定してもよい。固定部材は、容器本体１５の底部１５ａ、側面、又は／及び蓋体１７の対向部１７ａに取り付ける。この固定部材により炭化珪素単結晶材料２０等を保持することによって、炭化珪素単結晶材料２０等を容器１０に固定してもよい。固定部材としては、例えば、クランプが挙げられる。他にも、炭化珪素単結晶材料２０等をボルトによって炭化珪素単結晶材料２０等を容器１０に固定してもよい。なお、ボルトを挿入する孔は、炭化珪素単結晶の成長に影響しない位置に形成することが好ましい。

上述した方法は、機械的に固定する方法であったが、化学的に固定する方法を用いてもよい。具体的には、炭化珪素単結晶材料２０等を接着剤により、容器１０に固定してもよい。例えば、フェノール樹脂性の接着剤を用いて、円柱形状の炭素珪素供給材料４０を蓋体１７の対向部１７ａに固定してもよい。平面４０ａと反対側の面に接着剤を塗布し、平面４０ａと反対側の面を蓋体１７の対向部１７ａに接着する。これにより、炭化珪素単結晶材料２０等を容器１０に固定する。

他にも、例えば、炭化珪素単結晶材料２０と炭素珪素供給材料４０とを連結する連結部材によって、炭化珪素単結晶材料２０と炭素珪素供給材料４０とを固定してもよい。例えば、連結部材として、長手方向を有し、長手方向の両端部が曲げられた形状のものが挙げられる。具体的には、連結部材として、いわゆる鎹形状又はコの字形状であるものが挙げられる。炭化珪素単結晶材料２０の側面に連結部材の一方の端部を固定し、炭素珪素供給材料４０の側面に連結部材の他方の端部を固定する。これにより、珪素材料６０の上側に配置される炭化珪素単結晶材料２０又は炭素珪素供給材料４０の位置を固定できる。なお、連結部材の端部を固定する位置は、炭化珪素単結晶の成長に影響しない位置に形成することが好ましい。

また、上述した実施形態では、蓋体１７から容器本体１５の方向へ重力ｇが働くように、容器１０は設置されていたが、これに限られない。例えば、容器本体１５から蓋体１７の方向へ重力ｇが働くように、容器１０が設置されていてもよい。この場合、炭化珪素単結晶材料２０又は炭素珪素供給材料４０のうち、少なくとも珪素材料６０上に配置される方は、容器１０に固定されることが好ましい。すなわち、珪素材料６０よりも、容器本体１５側に配置される材料は、容器１０に固定されることが好ましい。

なお、上述した実施形態及びその他実施形態は、本発明の効果を損なわない範囲で、適宜組み合わせることができる。

上述の通り、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１０…容器、 １５…容器本体、 １５ａ…底部、 １７…蓋体、 １７ａ…対向部、 ２０…炭化珪素単結晶材料、 ２０ａ…（炭化珪素単結晶材料の）平面、 ４０…炭素珪素供給材料、 ４０ａ…（炭素珪素供給材料）の平面、 ６０…珪素材料

Claims (6)

1. 炭化珪素単結晶からなる炭化珪素単結晶材料と、
   前記炭化珪素単結晶材料よりも化学ポテンシャルが大きく、炭化珪素からなる炭素珪素供給材料と、
   珪素からなる珪素材料と、を準備する準備工程と、
   前記炭化珪素単結晶材料、前記炭素珪素供給材料及び前記珪素材料を容器に配置する配置工程と、
   前記珪素材料が溶融する温度以上かつ前記珪素材料が沸騰する温度未満の温度で前記容器を加熱する加熱工程と、を備え、
   前記炭化珪素単結晶材料の表面上に炭化珪素単結晶を成長させる準安定溶媒エピタキシー法を用いた炭化珪素単結晶の製造方法であって、
   前記配置工程では、
   前記炭化珪素単結晶材料又は前記炭素珪素供給材料の何れか一方の材料を前記珪素材料の上側に配置し、
   前記一方の材料の位置を固定し、
   前記炭化珪素単結晶材料と前記炭素珪素供給材料との間に前記珪素材料を介在させる炭化珪素単結晶の製造方法。
2. 前記配置工程では、
   前記一方の材料を前記容器に固定し、
   前記炭化珪素単結晶材料又は前記炭素珪素供給材料の前記一方の材料とは異なる他方の材料を前記一方の材料よりも前記容器の底部側に配置する請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
3. 前記炭素珪素供給材料は、炭化珪素多結晶からなる請求項１又は２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
4. 前記炭素珪素供給材料の炭素に対する珪素のモル比率は、１．００以上である請求項１から３の何れか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
5. 前記炭素珪素供給材料の相対密度は、９５％より大きい請求項１から４の何れか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
6. 前記加熱工程において加熱した温度以上で前記容器を加熱し、前記珪素材料を蒸発させる珪素蒸発工程を備える請求項１から５の何れか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。

Images