JP2019019037A - Method for manufacturing silicon carbide single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書は、液相成長法による炭化ケイ素単結晶の製造方法について開示する。 This specification discloses the manufacturing method of the silicon carbide single crystal by a liquid phase growth method.
ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、熱的および化学的に非常に安定な半導体材料である。ＳｉＣは、電子デバイスなどの基板材料として現在広く利用されているＳｉ（ケイ素）と比較して、バンドギャップエネルギーが２〜３倍程度、絶縁破壊電圧が約１０倍である。さらに、ＳｉＣは不純物の添加による伝導型の制御も容易である。そのため、ＳｉＣ単結晶は、Ｓｉを用いたデバイスを超えるパワーデバイスの基板材料などとして期待されている。 SiC (silicon carbide) is a highly thermally and chemically stable semiconductor material. SiC has a band gap energy of about 2 to 3 times and a dielectric breakdown voltage of about 10 times that of Si (silicon), which is currently widely used as a substrate material for electronic devices and the like. Further, SiC can be easily controlled in conductivity type by adding impurities. Therefore, SiC single crystal is expected as a substrate material for power devices that exceeds devices using Si.
パワーデバイスを低損失化、耐高電圧化するためには、基板材料であるＳｉＣ単結晶を高品質化する必要がある。具体的には、現在広く流通しているＳｉＣ単結晶は、欠陥を高密度で含んでいる。欠陥のうち、特に貫通らせん転位はリーク電流の通路となる可能性があり、デバイス特性の向上を図るためには貫通らせん転位の数を低減する必要がある。 In order to reduce the loss and the high voltage resistance of the power device, it is necessary to improve the quality of the SiC single crystal as the substrate material. Specifically, SiC single crystals that are currently widely distributed contain defects at high density. Among the defects, threading screw dislocations in particular may become a leakage current path, and the number of threading screw dislocations needs to be reduced in order to improve device characteristics.
ＳｉＣ単結晶の成長方法としては、昇華法、化学気相成長法などの気相成長法や、液相成長法、アチソン法などの方法が知られているが、貫通らせん転位の密度を低減して高品質な結晶を得るためには液相成長法が適している。液相成長法は、ＳｉとＣ（炭素）を含む溶液を保持し、その溶液にＳｉＣからなる種結晶を浸漬して、種結晶にＳｉＣ単結晶を析出させる方法である。溶液にＣを溶解させる方法として、たとえば坩堝として黒鉛からなるものを用い、坩堝から溶液へ供給する方法が知られている。 Known SiC single crystal growth methods include vapor phase growth methods such as sublimation and chemical vapor deposition, and liquid phase growth and atchison methods. However, the density of threading screw dislocations is reduced. In order to obtain high quality crystals, the liquid phase growth method is suitable. The liquid phase growth method is a method in which a solution containing Si and C (carbon) is held, a seed crystal made of SiC is immersed in the solution, and a SiC single crystal is deposited on the seed crystal. As a method for dissolving C in a solution, for example, a method of using a crucible made of graphite and supplying the solution from a crucible is known.
液相成長法では、液相として用いる溶媒の炭素溶解度を向上させ、成長速度を増加させるために、金属元素を添加することが行われている。たとえば、特許文献１、２には、溶液にＣｒ（クロム）やＴｉ（チタン）を添加することが記載されている。 In the liquid phase growth method, a metal element is added in order to improve the carbon solubility of the solvent used as the liquid phase and increase the growth rate. For example, Patent Documents 1 and 2 describe adding Cr (chromium) or Ti (titanium) to a solution.
また、特許文献３−５には、溶液はＹ（イットリウム）などの希土類元素を含んでもよいことが記載されている。 Patent Documents 3 to 5 describe that the solution may contain a rare earth element such as Y (yttrium).
また、特許文献３には、ＳｉＣからなる種結晶を溶液に浸漬する前に、結晶成長温度よりも５０〜３００℃高い温度で１０分〜３時間保持した後、結晶成長温度まで降温し、ＳｉＣからなる種結晶を溶液に浸漬してＳｉＣを結晶成長させる方法が示されている。これによると、結晶中のボイドを低減できることが記載されている。 Further, in Patent Document 3, before immersing a seed crystal composed of SiC in a solution, it is held at a temperature 50 to 300 ° C. higher than the crystal growth temperature for 10 minutes to 3 hours, and then cooled to the crystal growth temperature. A method for crystal growth of SiC by immersing a seed crystal consisting of the above in a solution is shown. According to this, it is described that voids in the crystal can be reduced.
また、特許文献４には、種結晶の浸漬前に、溶液を所定の温度で一定時間保持し、Ｃが溶液に十分に供給されるようにすることが記載されている。 Patent Document 4 describes that before immersion of the seed crystal, the solution is held at a predetermined temperature for a certain period of time so that C is sufficiently supplied to the solution.
また、非特許文献１には、ＹはＣｒやＴｉに比べてＳｉＣ単結晶に不純物として取り込まれにくいことが記載されている。また、計算上、Ｙを添加するとＣｒを上回る炭素溶解度となることが記載されており、金属不純物取り込み抑制と成長速度向上とを両立できる可能性が示唆されている。 Non-Patent Document 1 describes that Y is less likely to be incorporated as an impurity in a SiC single crystal compared to Cr and Ti. In addition, it is described in the calculation that when Y is added, the carbon solubility is higher than that of Cr, suggesting the possibility of achieving both suppression of metal impurity uptake and improvement in growth rate.
しかし、特許文献１、２のように溶液にＣｒやＴｉを添加すると、ＳｉＣ単結晶にそれら金属が取り込まれやすくなってしまう。そのような金属が取り込まれたＳｉＣ単結晶を用いてデバイスを作製すると、デバイスの性能や信頼性を低下させてしまい、製造プロセスの汚染なども懸念される。すなわち、ＣｒやＴｉの添加では、炭素溶解度向上による成長速度向上と、結晶の金属不純物低減とを両立させることはできない。 However, when Cr or Ti is added to the solution as in Patent Documents 1 and 2, these metals are easily taken into the SiC single crystal. When a device is manufactured using a SiC single crystal in which such a metal is incorporated, the performance and reliability of the device are lowered, and there is a concern about contamination of the manufacturing process. That is, the addition of Cr and Ti cannot achieve both the growth rate improvement by the improvement of carbon solubility and the reduction of metal impurities in the crystal.
また、特許文献３−５や非特許文献１のように、溶液にＹを添加すると、金属不純物の濃度低減と成長速度向上とを両立できる可能性がある。しかし、発明者らの検討によると、溶液にＹを添加して結晶成長温度まで加熱後、直ちに種結晶を浸漬するだけでは、十分な結晶成長速度を得られないことがわかった。 Moreover, like patent document 3-5 and nonpatent literature 1, when Y is added to a solution, there exists a possibility that the density | concentration reduction of a metal impurity and growth rate improvement can be made compatible. However, according to the study by the inventors, it has been found that a sufficient crystal growth rate cannot be obtained by simply immersing the seed crystal immediately after adding Y to the solution and heating it to the crystal growth temperature.
また、特許文献３では、結晶成長温度よりも高い温度で保持した後、結晶成長温度まで降温しているため、育成条件によっては降温時に溶液中にＳｉＣの微結晶が発生し、ＳｉＣ単結晶の成長を阻害してしまう。 Further, in Patent Document 3, since the temperature is lowered to the crystal growth temperature after being held at a temperature higher than the crystal growth temperature, depending on the growth conditions, SiC microcrystals are generated in the solution at the time of temperature drop, and the SiC single crystal It will inhibit growth.
そこで本明細書に開示する炭化ケイ素単結晶の製造方法は、結晶成長速度の向上と金属不純物の濃度低減を両立させることを目的とする。 Therefore, the method for producing a silicon carbide single crystal disclosed in the present specification aims to achieve both improvement of the crystal growth rate and reduction of the concentration of metal impurities.
本明細書は、ＳｉとＹとＣを含む溶液にＳｉＣからなる種結晶の結晶成長面を接触させ、種結晶の結晶成長面にＳｉＣを結晶成長させる炭化ケイ素単結晶の製造方法であって、種結晶の結晶成長面を溶液に接触させる前に、溶液を結晶成長温度で保持して溶液の炭素濃度を飽和させた後、溶液を結晶成長温度で保持したまま、溶液に種結晶の結晶成長面を接触させる、ことを特徴とする炭化ケイ素単結晶の製造方法を開示する。 The present specification is a method for producing a silicon carbide single crystal in which a crystal growth surface of a seed crystal made of SiC is brought into contact with a solution containing Si, Y, and C, and SiC is grown on the crystal growth surface of the seed crystal, Before contacting the crystal growth surface of the seed crystal with the solution, the solution is held at the crystal growth temperature to saturate the carbon concentration of the solution, and then the seed crystal is grown in the solution while the solution is held at the crystal growth temperature. Disclosed is a method for producing a silicon carbide single crystal, wherein the surfaces are brought into contact with each other.
本明細書に開示する炭化ケイ素結晶の製造方法によれば、種結晶を溶液に接触させる前に、溶液中の炭素濃度を十分に高めることができる。そのため、炭化ケイ素単結晶の成長速度を向上させることができる。また、Ｙの炭化ケイ素単結晶への取り込みは少なく、金属不純物の濃度を低減することができ、高品質な炭化ケイ素単結晶を得ることができる。このように、結晶成長速度の向上と金属不純物の濃度低減を両立させることができる。 According to the method for producing a silicon carbide crystal disclosed in the present specification, the carbon concentration in the solution can be sufficiently increased before the seed crystal is brought into contact with the solution. Therefore, the growth rate of the silicon carbide single crystal can be improved. Moreover, the incorporation of Y into the silicon carbide single crystal is small, the concentration of metal impurities can be reduced, and a high-quality silicon carbide single crystal can be obtained. Thus, it is possible to achieve both improvement of the crystal growth rate and reduction of the metal impurity concentration.
第１実施形態は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）単結晶の製造方法である。まず、ＳｉＣ単結晶の製造方法に用いる結晶製造装置１の構成について説明する。 1st Embodiment is a manufacturing method of a SiC (silicon carbide) single crystal. First, the structure of the crystal manufacturing apparatus 1 used for the manufacturing method of a SiC single crystal is demonstrated.
（結晶製造装置１の構成）
図１は、結晶製造装置１の構成を示した図である。図１のように、結晶製造装置１は、黒鉛坩堝１０と、高周波コイル１１と、断熱材１２と、ホットウォール１３と、サセプタ１４と、種結晶保持軸１５と、絶縁管１６とを有している。
(Configuration of crystal manufacturing apparatus 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the crystal manufacturing apparatus 1. As shown in FIG. 1, the crystal manufacturing apparatus 1 includes a graphite crucible 10, a high-frequency coil 11, a heat insulating material 12, a hot wall 13, a susceptor 14, a seed crystal holding shaft 15, and an insulating tube 16. ing.
絶縁管１６は、石英からなる円筒状の管であり、その内部に断熱材１２を介してホットウォール１３が配置される。また、絶縁管１６の外部には、その絶縁管１６の外周に沿ってらせん状に線が巻かれた高周波コイル１１が設けられている。 The insulating tube 16 is a cylindrical tube made of quartz, and a hot wall 13 is disposed inside the insulating tube 16 via a heat insulating material 12. In addition, a high frequency coil 11 in which a wire is spirally wound along the outer periphery of the insulating tube 16 is provided outside the insulating tube 16.
ホットウォール１３は黒鉛からなり、円筒状である。ホットウォール１３の内部には、黒鉛坩堝１０が配置されている。黒鉛坩堝１０は黒鉛からなり、溶液１００を保持するための円筒状の容器である。また、黒鉛坩堝１０は、保持する溶液１００にＣ（炭素）を供給する役割を兼ねる。黒鉛坩堝１０は、ホットウォール１３を介して高周波コイル１１により加熱される。つまり、高周波コイル１１によってホットウォール１３が誘導加熱され、ホットウォール１３から熱が放射される。この放射された赤外線が黒鉛坩堝１０に吸収されることで黒鉛坩堝１０が加熱される。このようにホットウォール１３を間に挟んで間接的に黒鉛坩堝１０を加熱することで、熱分布などの制御を適切に行うことができる。 The hot wall 13 is made of graphite and has a cylindrical shape. A graphite crucible 10 is disposed inside the hot wall 13. The graphite crucible 10 is made of graphite and is a cylindrical container for holding the solution 100. The graphite crucible 10 also serves to supply C (carbon) to the solution 100 to be held. The graphite crucible 10 is heated by the high frequency coil 11 through the hot wall 13. That is, the hot wall 13 is induction-heated by the high-frequency coil 11, and heat is radiated from the hot wall 13. The radiated infrared rays are absorbed by the graphite crucible 10 so that the graphite crucible 10 is heated. Thus, by indirectly heating the graphite crucible 10 with the hot wall 13 interposed therebetween, it is possible to appropriately control the heat distribution and the like.
黒鉛坩堝１０はサセプタ１４上に配置される。サセプタ１４はホットウォール１３内部であって鉛直下方に設けられている。サセプタ１４により黒鉛坩堝１０を回転させることで、溶液１００の攪拌が可能となっている。 The graphite crucible 10 is disposed on the susceptor 14. The susceptor 14 is provided vertically below the hot wall 13. By rotating the graphite crucible 10 by the susceptor 14, the solution 100 can be stirred.
種結晶保持軸１５は、長手方向が鉛直方向となるように支持された棒状体であり、その先端に結晶成長面が露出した状態で種結晶２００が取り付けられている。種結晶２００は平板状であり、一方の表面がＳｉＣ単結晶を成長させる結晶成長面である。種結晶保持軸１５は鉛直方向に移動が可能であり、これにより種結晶保持軸１５の先端に取り付けられた種結晶２００を、黒鉛坩堝１０中の溶液１００に浸漬して種結晶２００の結晶成長面を溶液１００に接触させることができ、また、溶液１００中での種結晶２００の位置を制御することができる。たとえば、溶液１００において種結晶２００を液面近傍の位置に保持することができる。また、種結晶保持軸１５は、その軸回りに回転可能であり、これにより種結晶２００を回転させることができる。 The seed crystal holding shaft 15 is a rod-like body that is supported so that the longitudinal direction is the vertical direction, and the seed crystal 200 is attached with the crystal growth surface exposed at the tip. Seed crystal 200 has a flat plate shape, and one surface is a crystal growth surface on which a SiC single crystal is grown. The seed crystal holding shaft 15 can be moved in the vertical direction, whereby the seed crystal 200 attached to the tip of the seed crystal holding shaft 15 is immersed in the solution 100 in the graphite crucible 10 to grow the crystal of the seed crystal 200. The surface can be brought into contact with the solution 100, and the position of the seed crystal 200 in the solution 100 can be controlled. For example, the seed crystal 200 can be held at a position near the liquid level in the solution 100. In addition, the seed crystal holding shaft 15 can be rotated around its axis, whereby the seed crystal 200 can be rotated.
種結晶保持軸１５は中空であり、その空洞を通して熱電対３００Ａが種結晶２００裏面に接触している。また、サセプタ１４には孔が設けられており、その孔を介して熱電対３００Ｂが黒鉛坩堝１０の底面に接触している。これら熱電対３００Ａ、Ｂによって種結晶２００および黒鉛坩堝１０の温度を計測可能としている。 The seed crystal holding shaft 15 is hollow, and the thermocouple 300A is in contact with the back surface of the seed crystal 200 through the cavity. The susceptor 14 is provided with a hole, and the thermocouple 300B is in contact with the bottom surface of the graphite crucible 10 through the hole. These thermocouples 300A and 300B can measure the temperature of the seed crystal 200 and the graphite crucible 10.
（製造方法の説明）
次に、第１実施形態のＳｉＣ単結晶の製造方法について、図２のフローチャートに基づき説明する。
(Description of manufacturing method)
Next, the manufacturing method of the SiC single crystal of 1st Embodiment is demonstrated based on the flowchart of FIG.
（ステップＳ１）
まず、黒鉛坩堝１０に、Ｓｉ（ケイ素）とＹ（イットリウム）とを含む溶液１００を用意する。たとえば、固体のＳｉあるいはＳｉを含む合金と、固体のＹあるいはＹを含む合金を黒鉛坩堝１０に投入する。そして、それらを融点以上に加熱して融解させ、攪拌することで溶液１００を用意する。こうして用意した溶液１００を、結晶成長温度まで加熱する。この時点ではまだ溶液１００に種結晶２００を浸漬させない点に留意する。
(Step S1)
First, a solution 100 containing Si (silicon) and Y (yttrium) is prepared in a graphite crucible 10. For example, solid Si or an alloy containing Si and solid Y or an alloy containing Y are put into the graphite crucible 10. Then, the solution 100 is prepared by heating them to the melting point or higher to melt them and stirring them. The solution 100 thus prepared is heated to the crystal growth temperature. Note that the seed crystal 200 is not yet immersed in the solution 100 at this point.
溶液１００にＹを添加するのは、育成するＳｉＣ単結晶の金属不純物の濃度低減と、溶液１００の炭素溶解度向上のためである。溶液１００のＳｉおよびＹの濃度は特に限定しないが、以下の範囲であることが望ましい。溶液１００のＳｉのモル濃度（ｍｏｌ／Ｌ）を［Ｓｉ］、Ｙのモル濃度を［Ｙ］として、［Ｙ］／（［Ｙ］＋［Ｓｉ］）が０．０５以上０．４０以下の範囲であることが望ましい。［Ｙ］／（［Ｙ］＋［Ｓｉ］）が０．０５未満では、炭素溶解度が十分に向上せず、ＳｉＣ単結晶の成長速度が十分に向上しない。また、［Ｙ］／（［Ｙ］＋［Ｓｉ］）が０．４０よりも大きいと、炭化イットリウム、珪化イットリウム、グラファイトのいずれかが溶液中に析出してしまい、ＳｉＣ単結晶の成長を阻害してしまう。より望ましくは、［Ｙ］／（［Ｙ］＋［Ｓｉ］）が０．２０以上０．３５以下であり、さらに望ましくは０．２５以上０．３２以下である。 The reason why Y is added to the solution 100 is to reduce the concentration of metal impurities in the SiC single crystal to be grown and to improve the carbon solubility of the solution 100. The concentration of Si and Y in the solution 100 is not particularly limited, but is preferably in the following range. When the Si molar concentration (mol / L) of the solution 100 is [Si] and the molar concentration of Y is [Y], [Y] / ([Y] + [Si]) is 0.05 to 0.40. A range is desirable. When [Y] / ([Y] + [Si]) is less than 0.05, the carbon solubility is not sufficiently improved, and the growth rate of the SiC single crystal is not sufficiently improved. Moreover, when [Y] / ([Y] + [Si]) is larger than 0.40, any of yttrium carbide, yttrium silicide, and graphite is precipitated in the solution, thereby inhibiting the growth of the SiC single crystal. Resulting in. More preferably, [Y] / ([Y] + [Si]) is 0.20 or more and 0.35 or less, and more preferably 0.25 or more and 0.32 or less.
また、結晶成長温度における溶液１００の炭素溶解度が０．０１以上となるように、Ｙの濃度を設定することが望ましい。より望ましくは０．０５以上、さらに望ましくは０．０８以上である。ここでの炭素溶解度は、Ｓｉのモル濃度（ｍｏｌ／Ｌ）を［Ｓｉ］、Ｙのモル濃度を［Ｙ］、Ｃのモル濃度を［Ｃ］として、［Ｃ］／（［Ｙ］＋［Ｓｉ］）で表される。 Moreover, it is desirable to set the concentration of Y so that the carbon solubility of the solution 100 at the crystal growth temperature is 0.01 or more. More desirably, it is 0.05 or more, and more desirably 0.08 or more. The carbon solubility here is [C] / ([Y] + [Y] with the Si molar concentration (mol / L) as [Si], the Y molar concentration as [Y], and the C molar concentration as [C]. Si]).
溶液１００は、ＳｉとＣとＹを含むものであればよく、他の金属元素が含まれていてもよい。たとえば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、などの元素を含んでいてもよい。特に、Ｔｉ、Ｃｒは、Ｙに比べて炭素溶解速度が速いため、Ｙに加えてそれらの金属元素を添加することで、炭素溶解速度の向上を図ることができる。 The solution 100 only needs to contain Si, C, and Y, and may contain other metal elements. For example, elements such as Ti, Cr, Zr, Mo, W, Co, Mn, and Al may be included. In particular, since Ti and Cr have a higher carbon dissolution rate than Y, the addition of these metal elements in addition to Y can improve the carbon dissolution rate.
ただし、それら金属元素の添加量が多いとＳｉＣ結晶に取り込まれて金属不純物の濃度も高くなってしまうので、［Ｘ］／（［Ｙ］＋［Ｓｉ］＋［Ｘ］）が０．０５以下となるようにすることが好ましい。ここで［Ｘ］は、溶液中のＳｉ、Ｃ、Ｙ以外の元素のモル濃度である。 However, if the amount of these metal elements added is large, the concentration of metal impurities is increased by incorporation into the SiC crystal, so [X] / ([Y] + [Si] + [X]) is 0.05 or less. It is preferable that Here, [X] is the molar concentration of elements other than Si, C, and Y in the solution.
また、溶液１００には、ＳｉＣ単結晶の伝導型などを制御するための不純物を添加してもよい。ｎ型不純物としては、たとえば、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）などである。また、ｐ型不純物としては、たとえば、Ａｌ（アルミウム）、Ｂ（ホウ素）などである。 In addition, an impurity for controlling the conductivity type of the SiC single crystal may be added to the solution 100. Examples of the n-type impurity include N (nitrogen) and P (phosphorus). Examples of the p-type impurity include Al (aluminum) and B (boron).
結晶成長温度（種結晶２００と溶液１００が接する付近での溶液１００の温度）は、１５００〜２３００℃とすることが望ましい。この温度範囲であれば、高品質なＳｉＣ単結晶を成長させることができる。より望ましくは１６００〜２０００℃、さらに望ましくは１７００〜１９００℃である。 The crystal growth temperature (the temperature of the solution 100 in the vicinity of the contact between the seed crystal 200 and the solution 100) is preferably 1500 to 2300 ° C. Within this temperature range, a high-quality SiC single crystal can be grown. More preferably, it is 1600-2000 degreeC, More preferably, it is 1700-1900 degreeC.
種結晶２００は、ＳｉＣからなる単結晶であれば、任意の結晶構造のものを採用することができる。たとえば、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、８Ｈなどの六方晶、立方晶（３Ｃ）、１５Ｒなどの菱面体晶であってよい。また、種結晶２００の形状、大きさは任意であり、円形、四角形、六角形の基板を用いることができる。また、種結晶２００は任意の方法によって成長させたものであってよい。 The seed crystal 200 may be of any crystal structure as long as it is a single crystal made of SiC. For example, hexagonal crystals such as 2H, 4H, 6H, and 8H, rhombohedral crystals such as cubic (3C), and 15R may be used. In addition, the shape and size of the seed crystal 200 are arbitrary, and a circular, square, or hexagonal substrate can be used. The seed crystal 200 may be grown by any method.
炉内の雰囲気は、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒなどの希ガス、Ｎ2 などの不活性ガスを用いるとよい。ＳｉＣ結晶や溶液１００の酸化を防止することができる。また、炉内の圧力は０．０５ＭＰａ以上とすることが望ましい。圧力がこれよりも低いと、溶液１００の蒸発が激しくなり好ましくない。もちろん、常圧としてもよい。より望ましい圧力は０．０５〜１．００ＭＰａ、さらに望ましくは０．０８〜０．２ＭＰａである。 As the atmosphere in the furnace, a rare gas such as He, Ne, or Ar, or an inert gas such as N 2 may be used. Oxidation of the SiC crystal and the solution 100 can be prevented. The pressure in the furnace is preferably 0.05 MPa or more. When the pressure is lower than this, evaporation of the solution 100 becomes intense, which is not preferable. Of course, it may be normal pressure. A more desirable pressure is 0.05 to 1.00 MPa, and further desirably 0.08 to 0.2 MPa.
（ステップＳ２）
次に、溶液１００を結晶成長温度で所定時間保持する。これにより、黒鉛坩堝１０からＣを溶液１００へと供給し、溶液１００の炭素濃度の向上を図る。第１実施形態では、溶液１００にＹを添加しているため、溶液１００の炭素溶解度は向上しているものの、炭素の溶解速度が遅いため、溶液１００が結晶成長温度に達した直後では溶液１００の炭素濃度が飽和しておらずＳｉＣ単結晶の成長が生じにくくなる。そこで、種結晶２００を溶液１００に浸漬する前に、結晶成長温度で一定時間保持することにより、溶液１００の炭素濃度を飽和炭素溶解度まで高めている。なお、その後のステップＳ３での種結晶２００の浸漬時に、種結晶２００表面（結晶成長面）が位置する領域の溶液１００の炭素濃度が飽和していれば十分であり、溶液１００の他の領域は飽和していなくともよい。
(Step S2)
Next, the solution 100 is held at the crystal growth temperature for a predetermined time. Thereby, C is supplied from the graphite crucible 10 to the solution 100, and the carbon concentration of the solution 100 is improved. In the first embodiment, since Y is added to the solution 100, the carbon solubility of the solution 100 is improved. However, since the dissolution rate of carbon is slow, the solution 100 immediately after the solution 100 reaches the crystal growth temperature. The carbon concentration is not saturated, and the growth of the SiC single crystal is difficult to occur. Therefore, before the seed crystal 200 is immersed in the solution 100, the carbon concentration of the solution 100 is increased to the saturation carbon solubility by holding the seed crystal 200 at a crystal growth temperature for a certain time. It is sufficient that the carbon concentration of the solution 100 in the region where the surface of the seed crystal 200 (crystal growth surface) is located is saturated during the subsequent immersion of the seed crystal 200 in step S3. May not be saturated.
結晶成長温度で保持する保持時間は、１５分以上であればよい。溶液１００の炭素濃度が飽和するまで十分に高めることができ、ＳｉＣ単結晶の成長速度を十分に速くすることができる。また、保持時間は３時間以下とすることが望ましい。これよりも長く保持しても、溶液１００の炭素濃度はすでに飽和しているか、もしくは炭素濃度の増加は微量なためである。より望ましい保持時間は、１〜３時間、さらに望ましくは２〜３時間である。 The holding time held at the crystal growth temperature may be 15 minutes or longer. It can be sufficiently increased until the carbon concentration of solution 100 is saturated, and the growth rate of the SiC single crystal can be sufficiently increased. The holding time is desirably 3 hours or less. This is because the carbon concentration of the solution 100 is already saturated or the increase in the carbon concentration is insignificant even if kept longer than this. A more desirable holding time is 1 to 3 hours, and more desirably 2 to 3 hours.
なお、このステップＳ２における結晶成長温度は、溶液１００に温度勾配がある場合には、その後のステップＳ３での種結晶２００の浸漬時に、種結晶２００表面（結晶成長面）が位置する領域の溶液１００の温度が、結晶成長温度であればよい。また、このステップＳ２の保持温度は、ステップＳ３での実際の結晶成長温度と−２０〜２０℃程度の誤差があっても許容される。 The crystal growth temperature in this step S2 is the solution in the region where the seed crystal 200 surface (crystal growth surface) is located when the seed crystal 200 is immersed in the subsequent step S3 when the solution 100 has a temperature gradient. The temperature of 100 may be the crystal growth temperature. The holding temperature in step S2 is allowed even if there is an error of about −20 to 20 ° C. from the actual crystal growth temperature in step S3.
また、結晶成長温度で保持している間、黒鉛坩堝１０を回転させることで溶液１００を攪拌し、溶液１００へのＣの溶解を促進してもよい。 Further, while maintaining the crystal growth temperature, the solution 100 may be stirred by rotating the graphite crucible 10 to promote the dissolution of C in the solution 100.
（ステップＳ３）
次に、溶液の温度を結晶成長温度に保持したまま、溶液１００に種結晶２００を浸漬させ、種結晶２００の結晶成長面を溶液１００に接触させる。そして、種結晶２００の結晶成長面にＳｉＣの単結晶を析出させ、成長させる。この際、黒鉛坩堝１０および種結晶２００を回転させることで、均一にＳｉＣ単結晶を成長させることができる。黒鉛坩堝１０の回転方向と種結晶２００の回転方向は同一方向であってもよいし、逆方向でもよい。また、黒鉛坩堝１０と種結晶２００の一方のみを回転させてもよい。
(Step S3)
Next, the seed crystal 200 is immersed in the solution 100 while keeping the temperature of the solution at the crystal growth temperature, and the crystal growth surface of the seed crystal 200 is brought into contact with the solution 100. Then, a SiC single crystal is deposited on the crystal growth surface of the seed crystal 200 and grown. At this time, the SiC single crystal can be uniformly grown by rotating the graphite crucible 10 and the seed crystal 200. The rotation direction of the graphite crucible 10 and the rotation direction of the seed crystal 200 may be the same direction or may be opposite directions. Further, only one of the graphite crucible 10 and the seed crystal 200 may be rotated.
ここで、溶液１００に添加されているＹは、ＣｒやＴｉなどに比べてＳｉＣ単結晶に取り込まれにくい。そのため、種結晶２００に成長するＳｉＣ単結晶はＹ濃度が低く、高品質な結晶を得ることができる。たとえば、Ｙ濃度が、１×１０14／ｃｍ3 以上５×１０15／ｃｍ3 以下の結晶を得ることができる。このように、第１実施形態のＳｉＣ（炭化ケイ素）単結晶の製造方法により得られるＳｉＣ単結晶は、金属不純物の濃度が低いため、半導体デバイスの基板として利用した場合、その半導体デバイスの性能や信頼性の向上を図ることができる。 Here, Y added to the solution 100 is less likely to be taken into the SiC single crystal compared to Cr, Ti, or the like. Therefore, the SiC single crystal grown on the seed crystal 200 has a low Y concentration, and a high-quality crystal can be obtained. For example, a crystal having a Y concentration of 1 × 10 14 / cm 3 or more and 5 × 10 15 / cm 3 or less can be obtained. Thus, since the SiC single crystal obtained by the method for producing a SiC (silicon carbide) single crystal according to the first embodiment has a low concentration of metal impurities, when used as a substrate of a semiconductor device, the performance of the semiconductor device Reliability can be improved.
また、ステップＳ２により、溶液１００中の炭素濃度が十分に向上してから、ステップＳ３により、種結晶２００を溶液１００に浸漬してＳｉＣの結晶成長を開始している。そのため、ＳｉＣの結晶成長速度は速く、短時間で厚いＳｉＣ単結晶を得ることができる。たとえば、結晶成長速度を１５０μｍ／ｈ以上とすることができ、Ｃｒを添加した場合と同等もしくはそれ以上の成長速度とすることができる。 Further, after the carbon concentration in the solution 100 is sufficiently improved by step S2, the seed crystal 200 is immersed in the solution 100 and the crystal growth of SiC is started by step S3. Therefore, the SiC crystal growth rate is fast, and a thick SiC single crystal can be obtained in a short time. For example, the crystal growth rate can be 150 μm / h or more, and the growth rate can be equal to or higher than that when Cr is added.
また、ステップＳ３では、ステップＳ２での結晶成長温度をそのまま保持して溶液１００に種結晶２００を浸漬させている。このように溶液１００に温度低下が生じないようにしているため、溶液１００中にＳｉＣの微結晶が発生してＳｉＣ単結晶の成長を阻害してしまうことがない。そのため、ＳｉＣ単結晶を速い成長速度で安定して育成することができる。 In step S3, the seed crystal 200 is immersed in the solution 100 while maintaining the crystal growth temperature in step S2. As described above, since the temperature does not decrease in the solution 100, SiC microcrystals are not generated in the solution 100, and the growth of the SiC single crystal is not hindered. Therefore, the SiC single crystal can be stably grown at a high growth rate.
なお、ＳｉＣ単結晶を析出させるためには、溶液１００中の種結晶２００表面（ＳｉＣを結晶成長させる面）近傍でＳｉＣを過飽和状態とする必要があるが、その方法として温度勾配法、冷却法、蒸発法など、従来知られる任意の方法を用いることができる。 In order to precipitate the SiC single crystal, it is necessary to make SiC supersaturated near the surface of the seed crystal 200 (surface on which SiC is grown) in the solution 100. Any conventionally known method such as an evaporation method can be used.
ＳｉＣ単結晶を厚く成長させてバルク単結晶を得るには、温度勾配法が適している。温度勾配法は、種結晶２００表面から離れるにしたがって温度が上昇するような温度勾配（逆に言えば種結晶２００表面に近づくにつれて温度が低下するような温度勾配）を設ける方法である。このような温度勾配は、たとえばホットウォール１３の位置などによって黒鉛坩堝１０の加熱位置を制御することで得られる。温度勾配は、５〜１００℃／ｃｍとすることが望ましい。この範囲とすることで、ＳｉＣ単結晶を均一かつ速く成長させることができる。また、温度勾配法の場合、種結晶２００は溶液１００の液面すれすれの位置に保持するのがよい。効率的にＳｉＣ単結晶を成長させることができる。 In order to obtain a bulk single crystal by growing a SiC single crystal thick, a temperature gradient method is suitable. The temperature gradient method is a method of providing a temperature gradient that increases as the distance from the surface of the seed crystal 200 increases (in other words, a temperature gradient that decreases as the surface approaches the surface of the seed crystal 200). Such a temperature gradient can be obtained, for example, by controlling the heating position of the graphite crucible 10 by the position of the hot wall 13 or the like. The temperature gradient is desirably 5 to 100 ° C./cm. By setting this range, the SiC single crystal can be grown uniformly and quickly. Further, in the case of the temperature gradient method, the seed crystal 200 is preferably held at the position where the liquid surface of the solution 100 passes. A SiC single crystal can be efficiently grown.
また、第１実施形態のＳｉＣ単結晶の製造方法では、溶液１００にＣを溶解させる方法として、溶液１００を保持する坩堝として黒鉛坩堝１０を採用し、黒鉛坩堝１０からＣを溶解させる方法を採用している。この方法は、溶液中に未溶解のＣが残らないことや、Ｃが継続的に供給されるためＳｉＣ単結晶を厚く成長させることができる、という利点がある。しかし、Ｃの溶解方法はこれに限るものではない。たとえば、固体のＣ、あるいはＣ含む化合物を溶液に直接投入してＣを溶解させる方法や、炭化水素などの炭素を含むガスを供給し、そのガスからＣを溶解させる方法を用いることができる。もちろん、これらの方法を組み合わせて用いてもよい。 Moreover, in the manufacturing method of the SiC single crystal of 1st Embodiment, the graphite crucible 10 is employ | adopted as a crucible holding the solution 100 as a method of melt | dissolving C in the solution 100, and the method of melt | dissolving C from the graphite crucible 10 is employ | adopted. doing. This method has an advantage that undissolved C does not remain in the solution and that the SiC single crystal can be grown thick because C is continuously supplied. However, the dissolution method of C is not limited to this. For example, a method of dissolving solid C or a compound containing C directly into the solution to dissolve C, or a method of supplying a gas containing carbon such as hydrocarbon and dissolving C from the gas can be used. Of course, these methods may be used in combination.
また、第１実施形態では、種結晶２００を溶液１００に浸漬することで、種結晶２００の結晶成長面を溶液１００に接触させているが、浸漬以外の方法によって種結晶２００の結晶成長面を溶液１００に接触させてもよい。 In the first embodiment, the seed crystal 200 is immersed in the solution 100 to bring the crystal growth surface of the seed crystal 200 into contact with the solution 100. However, the crystal growth surface of the seed crystal 200 is formed by a method other than immersion. The solution 100 may be contacted.
以上、第１実施形態のＳｉＣ単結晶の製造方法によれば、ＳｉＣ単結晶の金属不純物の濃度低減と、ＳｉＣ単結晶の結晶成長速度の向上の両立を図ることができる。 As described above, according to the SiC single crystal manufacturing method of the first embodiment, it is possible to achieve both reduction in the concentration of metal impurities in the SiC single crystal and improvement in the crystal growth rate of the SiC single crystal.
以下、本開示に係る具体的な実施例について、図を参照に説明するが、本開示は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. However, the present disclosure is not limited to the embodiments.
結晶製造装置１を用いて、以下のようにＳｉＣ単結晶を育成した。まず、ＳｉとＹを秤量し、ＳｉとＹの合計に対してＳｉが７０ｍｏｌ％、Ｙが３０ｍｏｌ％となるようにし、黒鉛坩堝１０に入れた。また、４Ｈ−ＳｉＣからなる１０ｍｍ×１０ｍｍ角の種結晶２００（種基板）を用意し、種結晶２００を種結晶保持軸１５に取り付けた。 Using the crystal manufacturing apparatus 1, a SiC single crystal was grown as follows. First, Si and Y were weighed so that Si was 70 mol% and Y was 30 mol% with respect to the total of Si and Y, and were put in the graphite crucible 10. A 10 mm × 10 mm square seed crystal 200 (seed substrate) made of 4H—SiC was prepared, and the seed crystal 200 was attached to the seed crystal holding shaft 15.
次に、黒鉛坩堝１０をサセプタ１４に配置し、種結晶保持軸１５を結晶製造装置１に取り付けた。結晶製造装置１内を真空引きした後、Ｈｅを導入し、結晶製造装置１内をＨｅ雰囲気とした。圧力は常圧とした。 Next, the graphite crucible 10 was placed on the susceptor 14, and the seed crystal holding shaft 15 was attached to the crystal manufacturing apparatus 1. After the inside of the crystal manufacturing apparatus 1 was evacuated, He was introduced to make the inside of the crystal manufacturing apparatus 1 a He atmosphere. The pressure was normal pressure.
次に、高周波コイル１１によって加熱し、種結晶２００の温度が結晶成長温度である１８００℃になるまで加熱した。加熱速度は１０℃／ｍｉｎとした。これによりＳｉとＹを溶解させ、ＳｉとＹを含む溶液１００とした。溶液１００の温度が１８００℃に達したら、その温度のまま２時間保持した。また、溶液１００に種結晶２００表面に近づくにつれて温度が低下するような温度勾配を設け、その温度勾配が１２℃／ｃｍとなるようにした。この保持により、黒鉛坩堝１０からのＣが十分に溶液１００に溶解するようにした。 Next, it heated with the high frequency coil 11, and it heated until the temperature of the seed crystal 200 became 1800 degreeC which is crystal growth temperature. The heating rate was 10 ° C./min. Thus, Si and Y were dissolved to obtain a solution 100 containing Si and Y. When the temperature of the solution 100 reached 1800 ° C., the temperature was maintained for 2 hours. In addition, a temperature gradient was provided in the solution 100 such that the temperature decreased as it approached the surface of the seed crystal 200, and the temperature gradient was set to 12 ° C./cm. By this holding, C from the graphite crucible 10 was sufficiently dissolved in the solution 100.
次に、種結晶保持軸１５を鉛直下方に移動させ、種結晶２００を溶液１００に浸漬させた。種結晶２００の温度は１８００℃で一定に保持した。種結晶２００を溶液１００に浸漬させた後、黒鉛坩堝１０と種結晶２００は、ＡＣＲＴ法により回転させた。ＡＣＲＴ法は、種結晶２００の回転と、黒鉛坩堝１０の回転とに対して、回転速度の加速と減速を繰り返すことにより溶液１００を攪拌し、種結晶２００に効率的にＣを供給する方法であり、ＡＣＲＴ法により高速成長かつ高品質結晶成長が可能である。より具体的なＡＣＲＴパターンは、次の通りである。ある方向に加速的に回転して１５０ｒｐｍとし、１５０ｒｐｍで一定時間保持した後、回転速度を減速し、一定時間停止した。その後、逆方向に加速的に回転させて１５０ｒｐｍとし、１５０ｒｐｍで一定時間保持した後、回転速度を減速し、一定時間停止した。この回転と停止のパターンを繰り返した。この状態でさらに５時間保持し、種結晶２００にＳｉＣ単結晶を成長させた。５時間経過後、種結晶２００を溶液１００から引き上げ、高周波コイル１１による加熱を停止して室温まで低下させた。そして結晶製造装置１から種結晶２００を取り出した。 Next, the seed crystal holding shaft 15 was moved vertically downward, and the seed crystal 200 was immersed in the solution 100. The temperature of the seed crystal 200 was kept constant at 1800 ° C. After immersing seed crystal 200 in solution 100, graphite crucible 10 and seed crystal 200 were rotated by the ACRT method. The ACRT method is a method in which the solution 100 is stirred by repeating acceleration and deceleration of the rotation speed with respect to the rotation of the seed crystal 200 and the rotation of the graphite crucible 10, and C is efficiently supplied to the seed crystal 200. Yes, high-speed crystal growth and high-quality crystal growth are possible by the ACRT method. A more specific ACRT pattern is as follows. After rotating in a certain direction to 150 rpm and holding at 150 rpm for a certain time, the rotation speed was reduced and stopped for a certain time. After that, the rotation was accelerated in the reverse direction to 150 rpm, and the rotation speed was reduced to 150 rpm and held for a certain time, and then stopped for a certain time. This rotation and stop pattern was repeated. This state was further maintained for 5 hours, and a SiC single crystal was grown on the seed crystal 200. After 5 hours, the seed crystal 200 was pulled up from the solution 100, heating by the high frequency coil 11 was stopped, and the temperature was lowered to room temperature. Then, the seed crystal 200 was taken out from the crystal manufacturing apparatus 1.
（比較例１）
溶液として、ＳｉとＹに替えてＳｉとＣｒを用い、実施例１と同様にして種結晶にＳｉＣ単結晶を成長させた。ＳｉとＣｒの合計に対してＳｉが６０ｍｏｌ％、Ｃｒが４０ｍｏｌ％となるようにし、結晶成長温度は１９００℃とした。それ以外の条件は実施例１と同様とした。
(Comparative Example 1)
As a solution, Si and Cr were used instead of Si and Y, and a SiC single crystal was grown on the seed crystal in the same manner as in Example 1. Si was 60 mol% and Cr was 40 mol% with respect to the total of Si and Cr, and the crystal growth temperature was 1900 ° C. The other conditions were the same as in Example 1.
取り出した実施例１の種結晶２００を切断して断面を透過光により観察した。図３は、その断面を示した写真である。種結晶２００表面にはおよそ８５０μｍのＳｉＣ単結晶が成長しており、結晶成長速度は１７０μｍ／ｈであった。一方、比較例の種結晶を観察したところ、結晶成長速度は１２０μｍ／ｈであった。したがって、溶液にＹを添加する実施例１の方が、溶液にＣｒを添加する比較例１に比べて結晶成長速度が速いことがわかった。この結果は、Ｙを添加した方がＣｒを添加した場合に比べて炭素溶解度が高いことを示しており、下記の計算結果とも一致している。 The taken out seed crystal 200 of Example 1 was cut and the cross section was observed with transmitted light. FIG. 3 is a photograph showing the cross section. An SiC single crystal of about 850 μm was grown on the surface of the seed crystal 200, and the crystal growth rate was 170 μm / h. On the other hand, when the seed crystal of the comparative example was observed, the crystal growth rate was 120 μm / h. Therefore, it was found that Example 1 in which Y was added to the solution had a faster crystal growth rate than Comparative Example 1 in which Cr was added to the solution. This result shows that the carbon solubility is higher when Y is added than when Cr is added, and is consistent with the following calculation results.
図４は、Ｓｉに各種元素を添加した場合の、１８００℃における溶媒への炭素溶解度を計算により求めた結果を示すグラフである。横軸は添加する元素の割合を示し、縦軸は炭素溶解度（モル分率）を示している。 FIG. 4 is a graph showing the results of calculating the carbon solubility in a solvent at 1800 ° C. when various elements are added to Si. The horizontal axis indicates the ratio of elements to be added, and the vertical axis indicates carbon solubility (molar fraction).
図４から、Ｙが３０ｍｏｌ％の場合、炭素溶解度は０．０８、Ｃｒが４０ｍｏｌ％の場合、炭素溶解度は０．０５であると予測され、Ｙが３０ｍｏｌ％の方が炭素溶解度が高いと予測される。この結果は、実施例１の結晶成長速度の方が、比較例１に比べて速いという実験結果と合致している。なお、図４から、Ｃｒが４０ｍｏｌ％である場合、Ｙを２５ｍｏｌ％以上とすれば、炭素溶解度が同等以上となることがわかり、結晶成長速度も同等以上となることが推察される。 From FIG. 4, it is predicted that when Y is 30 mol%, the carbon solubility is 0.08, and when Cr is 40 mol%, the carbon solubility is 0.05, and when Y is 30 mol%, the carbon solubility is predicted to be higher. Is done. This result agrees with the experimental result that the crystal growth rate of Example 1 is faster than that of Comparative Example 1. From FIG. 4, when Cr is 40 mol%, it can be inferred that if Y is 25 mol% or more, the carbon solubility will be equivalent or higher, and the crystal growth rate will be equivalent or higher.
図５は、取り出した実施例１の種結晶２００の断面について、結晶構造の分布を示した図である。結晶構造はラマン分光法により特定した。黒の領域は、４Ｈ−ＳｉＣ、白の領域は、６Ｈ−ＳｉＣ、グレーの領域は、１５Ｒ−ＳｉＣを示している。 FIG. 5 is a diagram showing the distribution of the crystal structure with respect to the cross section of the seed crystal 200 of Example 1 taken out. The crystal structure was identified by Raman spectroscopy. The black area represents 4H—SiC, the white area represents 6H—SiC, and the gray area represents 15R—SiC.
図５によると、成長したＳｉＣ単結晶の大部分は４Ｈ−ＳｉＣであり、６Ｈ−ＳｉＣや１５Ｒ−ＳｉＣは端部に極一部存在するだけであった。このことから、種結晶２００の結晶構造を引き継いで安定に４Ｈ−ＳｉＣの単結晶が成長したことがわかった。つまり、Ｙを添加しても結晶成長の安定性には問題なく、多種の結晶構造の混在がない高品質なＳｉＣ単結晶が得られることが確認できた。 According to FIG. 5, most of the grown SiC single crystal was 4H—SiC, and 6H—SiC and 15R—SiC were only partially present at the ends. From this, it was found that 4H—SiC single crystals were stably grown by taking over the crystal structure of the seed crystal 200. In other words, it was confirmed that even if Y was added, there was no problem in the stability of crystal growth, and a high-quality SiC single crystal without a mixture of various crystal structures could be obtained.
図６は、実施例１により成長させたＳｉＣ単結晶中のＹ濃度の測定結果を示したグラフである。また、比較のため、比較例１により成長させたＳｉＣ単結晶のＣｒ濃度の測定結果も示している。Ｙ濃度、およびＣｒ濃度は、二次イオン質量分析法により測定した。グラフの横軸は成長させたＳｉＣ単結晶表面（種結晶２００側の面とは反対側の面）からの深さ（μｍ）であり、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）である。 FIG. 6 is a graph showing the measurement results of the Y concentration in the SiC single crystal grown according to Example 1. For comparison, the measurement result of the Cr concentration of the SiC single crystal grown in Comparative Example 1 is also shown. Y concentration and Cr concentration were measured by secondary ion mass spectrometry. The horizontal axis of the graph is the depth (μm) from the surface of the grown SiC single crystal (the surface opposite to the surface on the seed crystal 200 side), and the vertical axis is the impurity concentration (cm −3 ).
図６のグラフによると、Ｙ濃度はＳｉＣ単結晶表面から深さ方向に深くなるにつれて次第に低くなり、表面から１．０μｍ以上の深さでほぼ一定のＹ濃度となり、その一定となったＹ濃度はおよそ１．１×１０15／ｃｍ3 であった。一方、Ｃｒ濃度はＳｉＣ単結晶表面から０．２μｍ以上の深さでほぼ一定であり、およそ１．１×１０16／ｃｍ3 であった。この結果、ＳｉＣ単結晶のＹの取り込みは、Ｃｒの取り込みに比べて小さく、１／１０以下であることがわかった。 According to the graph of FIG. 6, the Y concentration gradually decreases with increasing depth from the surface of the SiC single crystal, and becomes a substantially constant Y concentration at a depth of 1.0 μm or more from the surface. Was approximately 1.1 × 10 15 / cm 3 . On the other hand, the Cr concentration was substantially constant at a depth of 0.2 μm or more from the surface of the SiC single crystal, and was approximately 1.1 × 10 16 / cm 3 . As a result, it was found that the Y uptake of the SiC single crystal was smaller than that of the Cr uptake and 1/10 or less.
実施例１と比較例１との比較結果をまとめると次の通りである。溶液にＹを添加する実施例１のＳｉＣ単結晶製造方法によれば、Ｃｒを添加する比較例１に比べて炭素溶解度を高くすることができ、結晶成長速度を速くできることがわかった。また、実施例１のＳｉＣ単結晶製造方法によれば、種結晶２００の結晶構造を引き継いで安定した高品質の結晶成長が可能であることがわかった。また、ＹはＣｒに比べてＳｉＣ単結晶への結晶取り込みが少ないことがわかり、ＳｉＣ単結晶の金属不純物の濃度を低減できることがわかった。すなわち、実施例１のＳｉＣ単結晶製造方法によれば、成長速度の向上と金属不純物の濃度の低減の両立を図ることが可能であり、高品質なＳｉＣ単結晶を得られることがわかった。 The results of comparison between Example 1 and Comparative Example 1 are summarized as follows. According to the SiC single crystal manufacturing method of Example 1 in which Y is added to the solution, it was found that the carbon solubility can be increased and the crystal growth rate can be increased as compared with Comparative Example 1 in which Cr is added. Moreover, according to the SiC single-crystal manufacturing method of Example 1, it turned out that the crystal structure of the seed crystal 200 was succeeded and the crystal growth of the stable high quality was possible. It was also found that Y had less crystal uptake into the SiC single crystal than Cr, and that the concentration of metal impurities in the SiC single crystal could be reduced. That is, according to the SiC single crystal manufacturing method of Example 1, it was possible to achieve both an improvement in growth rate and a reduction in the concentration of metal impurities, and a high-quality SiC single crystal could be obtained.
本明細書に開示するＳｉＣ単結晶の製造方法によって得られるＳｉＣ単結晶は、パワーデバイスなどの半導体装置の基板として利用することができる。 The SiC single crystal obtained by the method for producing an SiC single crystal disclosed in this specification can be used as a substrate of a semiconductor device such as a power device.
１：結晶製造装置
１０：黒鉛坩堝
１１：高周波コイル
１２：断熱材
１３：ホットウォール
１４：サセプタ
１５：種結晶保持軸
１６：絶縁管
１００：溶液
２００：種結晶
３００Ａ、Ｂ：熱電対
1: Crystal production apparatus 10: Graphite crucible 11: High-frequency coil 12: Heat insulating material 13: Hot wall 14: Susceptor 15: Seed crystal holding shaft 16: Insulating tube 100: Solution 200: Seed crystal 300A, B: Thermocouple
Claims (6)
前記種結晶の結晶成長面を前記溶液に接触させる前に、前記溶液を結晶成長温度で所定時間保持して前記溶液の炭素濃度を飽和させた後、前記溶液を前記結晶成長温度で保持したまま、前記溶液に前記種結晶の結晶成長面を接触させる、
ことを特徴とする炭化ケイ素単結晶の製造方法。 A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein a crystal growth surface of a seed crystal made of SiC is brought into contact with a solution containing Si, Y and C, and SiC is grown on the crystal growth surface of the seed crystal,
Before bringing the crystal growth surface of the seed crystal into contact with the solution, the solution is held at the crystal growth temperature for a predetermined time to saturate the carbon concentration of the solution, and then the solution is held at the crystal growth temperature. Bringing the crystal growth surface of the seed crystal into contact with the solution;
The manufacturing method of the silicon carbide single crystal characterized by the above-mentioned.
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| JP6968408B2 (en) | 2021-11-17 |
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