JP4840841B2 - Method for producing single crystal silicon carbide substrate, and single crystal silicon carbide substrate produced by this method - Google Patents

Description

本発明は、シードの有するイクロパイプ等の欠陥の悪影響を低減させることができ、且つ低コストな単結晶炭化ケイ素基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a single-crystal silicon carbide substrate that can reduce the adverse effects of defects such as an icero pipe that a seed has and that is low in cost.

炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、耐熱性及び機械的強度に優れ、放射線にも強く、不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御も容易にできるとともに、広い禁制帯幅（６Ｈ型の単結晶ＳｉＣで約３．０ｅＶ、４Ｈ型の単結晶ＳｉＣで３．３ｅＶ）を有するという特徴を備えている。従って、ケイ素（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの既存の半導体材料では実現できない高温、高周波、耐電圧・耐環境性を実現することが可能であるとされ、次世代のパワーデバイス、高周波デバイス用半導体の材料として期待が高まっている。また、六方晶ＳｉＣは、窒化ガリウム（ＧａＮ）と格子定数が近く、ＧａＮの基板としても期待されている。   Silicon carbide (SiC) has excellent heat resistance and mechanical strength, is resistant to radiation, can easily control the valence electrons of electrons and holes by adding impurities, and has a wide band gap (6H-type single crystal SiC). About 3.0 eV and 3.3 eV for 4H type single crystal SiC. Therefore, it is said that it is possible to realize high temperature, high frequency, withstand voltage / environment resistance that cannot be realized with existing semiconductor materials such as silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs). Expectation is growing as a semiconductor material. Further, hexagonal SiC has a lattice constant close to that of gallium nitride (GaN), and is expected as a GaN substrate.

そして、この種の単結晶ＳｉＣを製造する方法としては、例えば特許文献１や特許文献２に示すような方法が提案されている。
特許文献１の方法は、単結晶ＳｉＣ基板とＳｉ原子及びＣ原子により構成された板材とを微小隙間を隔てて平行に対峙させ、その状態で、大気圧以下の不活性ガス雰囲気かつＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で、単結晶ＳｉＣ基板側が板材よりも低温となるように温度傾斜を持たせる。そして、熱処理することにより、微小隙間内でＳｉ原子及びＣ原子を昇華再結晶させ、単結晶ＳｉＣ基板上に単結晶を析出させるというものである。 And as a method of manufacturing this kind of single crystal SiC, the method as shown, for example in patent document 1 or patent document 2 is proposed.
In the method of Patent Document 1, a single crystal SiC substrate and a plate material composed of Si atoms and C atoms are faced in parallel with a minute gap therebetween, and in that state, an inert gas atmosphere and an SiC saturated vapor at atmospheric pressure or lower Under an atmosphere, a temperature gradient is provided so that the single crystal SiC substrate side is at a lower temperature than the plate material. Then, by performing heat treatment, Si atoms and C atoms are sublimated and recrystallized in a minute gap, and a single crystal is deposited on a single crystal SiC substrate.

しかしながら、特許文献１のような昇華再結晶法では、シードとしての単結晶ＳｉＣ基板が有する欠陥（特に、「マイクロパイプ欠陥」と呼ばれる直径数ミクロンから０．１ｍｍ程度の管状の空隙）が、析出する単結晶のエピタキシャル構造に伝播し易く、これが、製造される単結晶ＳｉＣを前述のパワーデバイス等として用いる際の大きな障害となっている。この点は特許文献２も指摘するところであり、これを解決する方法として特許文献２では、単結晶ＳｉＣ上に液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ）によって第１のエピタキシャル層を形成し、基板に現れたマイクロパイプ欠陥がエピタキシャル層でほぼ複製されなくなる厚さになるまでこのエピタキシャル層を成長させ続けることで、基板からエピタキシャル層に伝播したマイクロパイプ欠陥をふさぐとともに、その後に、気相法（ＣＶＤ）によって表面に第２のエピタキシャル層を形成する方法を提案している。特許文献２は、これにより、欠陥の少ない炭化ケイ素のエピタキシャル層を成長させることができるとする。
特開平１１−３１５０００号公報 特表平１０−５０９９４３号公報 However, in the sublimation recrystallization method as disclosed in Patent Document 1, defects (particularly, tubular voids having a diameter of several microns to about 0.1 mm called “micropipe defects”) that are present in the single crystal SiC substrate as a seed are precipitated. This easily propagates to a single crystal epitaxial structure, and this is a major obstacle when the manufactured single crystal SiC is used as the power device described above. This point is also pointed out by Patent Document 2, and as a method for solving this problem, in Patent Document 2, a first epitaxial layer is formed on a single crystal SiC by a liquid phase epitaxial growth method (LPE), and a micro-appeared on a substrate is formed. By continuing to grow this epitaxial layer until the pipe defect has a thickness that is almost not replicated in the epitaxial layer, the micropipe defect propagated from the substrate to the epitaxial layer is blocked, and then the surface is formed by vapor deposition (CVD). Proposed a method of forming a second epitaxial layer. According to Patent Document 2, it is possible to grow a silicon carbide epitaxial layer with few defects.
JP 11-315000 A Japanese National Patent Publication No. 10-509943

上記特許文献２の方法は、確かに液相エピタキシャル成長法を用いることでシードのマイクロパイプ欠陥の影響を実質的に減少させることができる。しかしながら、例えば単結晶ＳｉＣに大径のマイクロパイプが多数存在するような場合には、それを塞ぐのには、一般に液相エピタキシャル成長法が昇華再結晶法に比較して成長速度が非常に遅い（１時間につき１０μｓ以下）こととあいまって、非常に時間が掛かり、生産性が大きく低下してしまう。 The method of Patent Document 2 can substantially reduce the influence of micropipe defects in the seed by using the liquid phase epitaxial growth method. However, for example, when there are a large number of large-diameter micropipes in single- crystal SiC, generally the liquid phase epitaxial growth method is much slower than the sublimation recrystallization method in order to block it ( Coupled with that of 10 μs or less per hour), it takes a very long time and the productivity is greatly reduced.

また、上記マイクロパイプのほかにも、シードに存在するステップバンチング、モホロジー、研磨損傷などの欠陥が液相エピタキシャル成長層に悪影響し、これらによっても、単結晶ＳｉＣの品質の安定性が低下してしまっていた。結局、高品質な単結晶ＳｉＣを得るためには、欠陥の少ない高価な単結晶ＳｉＣをシードとして使用しなければならず、この意味でもコストアップの一因となっていた。 In addition to the above micropipes, defects such as step bunching, morphology, and polishing damage existing in the seed adversely affect the liquid phase epitaxial growth layer, which also deteriorates the quality stability of the single crystal SiC. It was. Eventually, in order to obtain high quality single crystal SiC, expensive single crystal SiC with few defects must be used as a seed , which also contributes to an increase in cost.

また、特許文献１も特許文献２も、シードとしての単結晶ＳｉＣ上に単結晶ＳｉＣを析出ないし成長させるものであって、シードとなる単結晶ＳｉＣは相当に高価である。従って、コストの低い単結晶ＳｉＣの成長方法の開発が望まれていた。 In both Patent Document 1 and Patent Document 2, single crystal SiC is deposited or grown on single crystal SiC as a seed , and the single crystal SiC as a seed is considerably expensive. Therefore, it has been desired to develop a method for growing single crystal SiC at a low cost.

課題を解決するための手段及び効果Means and effects for solving the problems

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。   The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.

◆本発明の第１の観点によれば、以下のような、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法が提供される。シードとなる単結晶炭化ケイ素をＣ原子供給基板に対向させつつ密閉容器内で均一に熱処理を行うことによって、前記単結晶炭化ケイ素と前記Ｃ原子供給基板との間に金属シリコン融液を介在させて単結晶炭化ケイ素基板を液相エピタキシャル成長させる。前記シードとなる単結晶炭化ケイ素のシード面は、前記Ｃ原子供給基板よりも小さい面積であり、前記金属シリコン融液が、前記シード面と前記Ｃ原子供給基板との間に存在すると共に、前記シード面の面方向外側の領域と前記Ｃ原子供給基板との間にも存在し、前記熱処理により、まず、前記シード面上に単結晶炭化ケイ素が液相エピタキシャル成長し、この成長結晶が、前記対向する方向と垂直な方向に液相エピタキシャル成長することにより、前記シード面の面積より大きな面積の単結晶炭化ケイ素基板が得られる。 ◆ According to the first aspect of the present invention, the following method for producing a single crystal silicon carbide substrate is provided. By uniformly heat-treating the single crystal silicon carbide serving as a seed to the C atom supply substrate in a sealed container, a metal silicon melt is interposed between the single crystal silicon carbide and the C atom supply substrate. A single crystal silicon carbide substrate is grown by liquid phase epitaxial growth. Seed plane of the single crystal silicon carbide serving as the seed, the a smaller area than the C atom supply substrate, together with the metal silicon melt is present between the C atoms supply substrate and the seed surface, wherein It exists also between the area | region outside the surface direction of a seed surface, and the said C atom supply board | substrate, and by the said heat processing, first, the single crystal silicon carbide grows on the said seed surface by liquid phase epitaxial, This growth crystal | crystallization is the said opposing surface. by growing a liquid phase epitaxial in a direction perpendicular to the direction in which the single crystal silicon carbide substrate of a larger area than the area of the seed surface is Ru obtained.

この方法では、シードとなる単結晶炭化ケイ素のシード面から周囲に広がるように液相エピタキシャル成長するので、シード面上の部分においてはシード面の有するマイクロパイプ等の欠陥が伝播するにしても、広がるように成長した部分に対してはシードの欠陥の悪影響は殆どない。従って、少なくともシード面上に相当する部分以外の部分においては、欠点の殆どない単結晶炭化ケイ素基板を提供できる。 In this way, since the liquid phase epitaxial growth so as to spread around the seed surface of the single crystal silicon carbide serving as a seed, even if the defects such as micropipe having the seed surface propagating in part on the seed surface, spread Thus, there is almost no adverse effect of seed defects on the grown portion. Therefore, a single crystal silicon carbide substrate having almost no defects can be provided at least in a portion other than the portion corresponding to the seed surface .

◆前記の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法においては、前記シード面は、一つのＣ原子供給基板に対し複数設置されることが好ましい。 In the method for producing a single crystal silicon carbide substrate, it is preferable that a plurality of seed surfaces are provided for one C atom supply substrate.

これにより、一回の成長処理で単結晶の基板を複数得られることになるから、製造効率を一層向上でき、製造コストを低減できる。   As a result, a plurality of single crystal substrates can be obtained by a single growth process, so that the production efficiency can be further improved and the production cost can be reduced.

◆前記の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法においては、単結晶炭化ケイ素基板を面積比で前記シード面の２倍以上に成長させることが好ましい。 ◆ In the production method of the monocrystalline silicon carbide substrate, it is preferable to grow more than 2 times the seed surface single crystal silicon carbide substrate in Area Ratio.

これにより、大面積の基板を得ることができるとともに、製造効率の向上を一層図ることができる。   As a result, a large-area substrate can be obtained, and the manufacturing efficiency can be further improved.

◆前記の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法においては、前記シード面は、単結晶炭化ケイ素からなる板部材の前記Ｃ原子供給基板と対向する表面に設けられている凹凸のうち、相対的な凸の部分の先端面であることが好ましい。 In the method for manufacturing a single crystal silicon carbide substrate, the seed surface is a relative protrusion among the unevenness provided on the surface of the plate member made of single crystal silicon carbide facing the C atom supply substrate. It is preferable that it is the front end surface of this part.

これにより、板部材に適宜の凹凸を施すことで、シード面を、短時間で多数作ることができる。従って、大量生産によるコスト削減に一層良好に適合させることができる。 Thereby, many seed surfaces can be made in a short time by giving an appropriate unevenness | corrugation to a board member. Therefore, it can be better adapted to cost reduction by mass production.

◆前記の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法においては、前記単結晶炭化ケイ素基板を液相エピタキシャル成長させる工程の前に、前記板部材の表面に前記凹凸を設ける凹凸形成工程を有しており、前記凹凸形成工程は、表面に突出部を有するＣ原子供給基板と、平坦状の前記板部材とを金属シリコン融液を介して対向させつつ熱処理を行うことにより、前記板部材の、前記突出部に対向する部分に、単結晶炭化ケイ素を液相エピタキシャル成長させて、前記凸の部分を形成することが好ましい。 The method for producing a single crystal silicon carbide substrate includes a concavo-convex forming step of providing the concavo-convex on the surface of the plate member before the liquid phase epitaxial growth of the single crystal silicon carbide substrate, irregularities forming step, by performing the C atom supply substrate having protrusions on the surface, a heat treatment while the flat of the plate member is opposed to via metals silicon melt, said plate member, said protrusion Preferably, the convex portion is formed by liquid phase epitaxial growth of single crystal silicon carbide on the portion facing the portion.

これにより、表面に突出部を有するＣ原子供給基板を平坦状の板部材に対向させ、板部材の、Ｃ原子供給基板の突出部に対向する部分に液相エピタキシャル成長させることで、シード面を構成する凸の部分を形成できる。従って、単結晶炭化ケイ素からなる板部材を直接加工して凸の部分を形成しなくて済むので、上記凸の部分の形成コストを低減できる。 Configuration Thus, the C atom supply substrate having a projecting portion on a surface to face the flat plate member, the plate member, by the liquid phase epitaxial growth at a portion facing to the projecting portion of the C atoms supply substrate, a seed surface a convex portion which can be formed. Accordingly, it is not necessary to directly process the plate member made of single crystal silicon carbide to form the convex portion, so that the formation cost of the convex portion can be reduced.

◆前記の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法においては、前記シードとなる単結晶炭化ケイ素は、タンタルカーバイド加工された表面を有するタンタル基板の表面に薄板状の部材として設置されていることが好ましい。 In the method for producing a single crystal silicon carbide substrate, it is preferable that the single crystal silicon carbide serving as the seed is installed as a thin plate-like member on the surface of the tantalum substrate having a tantalum carbide processed surface.

これにより、シードとしての単結晶炭化ケイ素を小面積の部材として設置するだけで形成できるから、製造コストを極めて大きく低減できる。 Thus, because the single crystal silicon carbide as a seed can be formed by simply Installation as a member of the small area, it may very greatly reduced manufacturing cost.

◆前記の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法においては、前記シード面は、円形状に構成されていることが好ましい。In the method for manufacturing a single crystal silicon carbide substrate, the seed surface is preferably formed in a circular shape.

これにより、単結晶炭化ケイ素を均等に液相エピタキシャル成長させることができ、製造される単結晶の基板の品質を向上させることができるほか、基板の製造効率を向上させ、製造に要する時間を低減できる。また、シード面の面積を小さくできるから、シードとなる単結晶炭化ケイ素のコストを低減することも容易である。Thereby, the single crystal silicon carbide can be uniformly liquid phase epitaxially grown, the quality of the produced single crystal substrate can be improved, the production efficiency of the substrate can be improved, and the time required for the production can be reduced. . Further, since the area of the seed surface can be reduced, it is easy to reduce the cost of the single crystal silicon carbide used as a seed.

次に、発明の実施の形態を説明する。先ず最初に、本発明の単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を実施するために好適な熱処理装置の一例を、図１の模式断面図を参照して説明する。   Next, embodiments of the invention will be described. First, an example of a heat treatment apparatus suitable for carrying out the method for producing a single crystal SiC substrate of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG.

図１において、熱処理装置１は、本加熱室２と、予備加熱室３と、この予備加熱室３から前記本加熱室２に続く部分にある前室４とを主要部分として構成されている。この構成で、後述の単結晶ＳｉＣ保持板５等が収納された密閉容器１６が予備加熱室３から前室４、本加熱室２へと順次移動することで、単結晶ＳｉＣ保持板５を短時間で所定の温度（例えば、約１２００℃〜約２３００℃）で加熱できるようになっている。   In FIG. 1, the heat treatment apparatus 1 is mainly composed of a main heating chamber 2, a preheating chamber 3, and a front chamber 4 in a portion following the preheating chamber 3 to the main heating chamber 2. With this configuration, the hermetically sealed container 16 in which a single crystal SiC holding plate 5 or the like to be described later is moved sequentially from the preheating chamber 3 to the front chamber 4 and the main heating chamber 2, thereby shortening the single crystal SiC holding plate 5. It can be heated at a predetermined temperature (for example, about 1200 ° C. to about 2300 ° C.) over time.

この熱処理装置１は、図１に示すように、本加熱室２と前室４との接続部分、及び、前室４と予備加熱室３との接続部分が、それぞれ連通部を有して仕切られている。このため、上記の各室２・３・４は予め所定の圧力下に制御することが可能である。また必要な場合には、各室毎にゲートバルブ７を設けることによって、各室２・３・４毎に圧力調整を行うようにすることもできる。これによって、単結晶ＳｉＣ保持板５等を収納した密閉容器１６の移動時において、外気に触れることなく、所定圧力下の炉内を適宜の移動手段（図略）によって移動させることができ、不純物の混入を抑制することができる。   As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 1 has a connecting portion between the main heating chamber 2 and the front chamber 4 and a connecting portion between the front chamber 4 and the preheating chamber 3 each having a communication portion. It has been. For this reason, each of the chambers 2, 3, and 4 can be controlled in advance under a predetermined pressure. If necessary, the pressure can be adjusted for each of the chambers 2, 3, and 4 by providing a gate valve 7 for each chamber. As a result, when the closed container 16 containing the single crystal SiC holding plate 5 or the like is moved, the inside of the furnace under a predetermined pressure can be moved by an appropriate moving means (not shown) without touching the outside air. Can be prevented.

予備加熱室３には、加熱手段としてのハロゲンランプ６が設けられており、この構成により、約１０^-5Ｐａ以下の減圧下で所定の範囲の温度（例えば、約８００℃〜１０００℃の範囲内）に急速に加熱することができる。また前述したように、予備加熱室３と前室４との接続部分にはゲートバルブ７が設けられて、予備加熱室３及び前室４の圧力制御を容易なものにしている。 The preheating chamber 3 is provided with a halogen lamp 6 as a heating means. With this configuration, a temperature within a predetermined range (for example, a range of about 800 ° C. to 1000 ° C.) under a reduced pressure of about 10 ⁻⁵ Pa or less. Inner) can be heated rapidly. As described above, the gate valve 7 is provided at the connecting portion between the preheating chamber 3 and the front chamber 4 to facilitate the pressure control of the preheating chamber 3 and the front chamber 4.

液相エピタキシャル成長のための単結晶ＳｉＣ保持板５等が収納された密閉容器１６は、この予備加熱室３で、テーブル８に載置された状態で約８００℃以上に予め加熱される。その後、予備加熱室３と前室４との圧力調整が行われ、調整完了後、前室４に設けられている昇降式のサセプタ９に載置されるように移動する。   The sealed container 16 in which the single crystal SiC holding plate 5 or the like for liquid phase epitaxial growth is accommodated is preheated to about 800 ° C. or more in the state of being placed on the table 8 in the preheating chamber 3. Thereafter, pressure adjustment between the preheating chamber 3 and the front chamber 4 is performed, and after the adjustment is completed, the preheating chamber 3 and the front chamber 4 are moved so as to be placed on a liftable susceptor 9 provided in the front chamber 4.

前室４に移動した密閉容器１６は、一部図示している昇降式の移動手段１０によって、サセプタ９とともに前室４から本加熱室２へ移動する。本加熱室２は、図示しない真空ポンプによって予め所定の減圧下に調整され、また、加熱ヒータ１１によって所定の範囲の温度（例えば、約１２００℃〜約２３００℃）となるように温度調節されている。なお、前記本加熱室２の圧力環境は、例えば約１０^-2Ｐａ以下の真空、好ましくは１０^-5Ｐａ以下の真空の環境か、又は例えば約１０^-2Ｐａ以下の真空、好ましくは１０^-5Ｐａ以下の真空にした後に若干の不活性ガスが導入された希薄ガス雰囲気下であることが好ましい。 The sealed container 16 that has moved to the front chamber 4 is moved from the front chamber 4 to the main heating chamber 2 together with the susceptor 9 by the lifting and lowering moving means 10 partially shown. The main heating chamber 2 is preliminarily adjusted under a predetermined reduced pressure by a vacuum pump (not shown), and the temperature of the main heating chamber 2 is adjusted by the heater 11 so that the temperature is within a predetermined range (for example, about 1200 ° C. to about 2300 ° C.) Yes. The pressure environment of the main heating chamber 2 is, for example, a vacuum of about 10 ⁻² Pa or less, preferably 10 ⁻⁵ Pa or less, or a vacuum of about 10 ⁻² Pa or less, preferably 10 ^−. It is preferable to be in a dilute gas atmosphere in which some inert gas is introduced after the vacuum of ⁵ Pa or less.

上記本加熱室２の状態をこのように設定しておき、密閉容器１６を前室４から本加熱室２内へ移動すると、密閉容器１６を例えば約１４００℃〜２３００以下の範囲に急速に短時間で加熱することができる。本加熱室２内には、加熱ヒータ１１の周囲に反射鏡１２が設置されており、加熱ヒータ１１からの熱を反射して、加熱ヒータ１１の内部に位置する単結晶ＳｉＣ保持板５側に熱が集中するようにしている。   When the state of the main heating chamber 2 is set in this way and the sealed container 16 is moved from the front chamber 4 into the main heating chamber 2, the closed container 16 is rapidly shortened to a range of about 1400 ° C. to 2300 or less, for example. Can be heated in time. In the main heating chamber 2, a reflecting mirror 12 is installed around the heater 11, and reflects the heat from the heater 11 to the single crystal SiC holding plate 5 side located inside the heater 11. The heat is concentrated.

また、移動手段１０と本加熱室２との嵌合部２５は、移動手段１０に設けられている凸状の段付き部２１と、本加熱室２に形成されている凹状の段付き部２２とで構成されている。また、本加熱室２の密閉のために、移動手段１０の段付き部２１の各段部には図略のシール部材（例えば、Ｏリング）が設けられている。   The fitting portion 25 between the moving means 10 and the main heating chamber 2 includes a convex stepped portion 21 provided in the moving means 10 and a concave stepped portion 22 formed in the main heating chamber 2. It consists of and. Further, in order to seal the heating chamber 2, an unillustrated seal member (for example, an O-ring) is provided at each step portion of the stepped portion 21 of the moving means 10.

本加熱室２内の加熱ヒータ１１の内側には、汚染物除去機構２９が設けられている。この汚染物除去機構２９は、単結晶ＳｉＣ保持板５等から熱処理中に排出される不純物を、加熱ヒータ１１と接触しないように除去する。これによって、加熱ヒータ１１が単結晶ＳｉＣ保持板５等から排出される不純物と反応し劣化することを防止できる。なお、この汚染物除去機構２９は、単結晶ＳｉＣ保持板５等から排出する不純物を吸着するものであれば、特に限定されるものではない。   A contaminant removal mechanism 29 is provided inside the heater 11 in the main heating chamber 2. The contaminant removal mechanism 29 removes impurities discharged from the single crystal SiC holding plate 5 or the like during the heat treatment so as not to come into contact with the heater 11. Thereby, it is possible to prevent the heater 11 from reacting and deteriorating with impurities discharged from the single crystal SiC holding plate 5 or the like. The contaminant removal mechanism 29 is not particularly limited as long as it can adsorb impurities discharged from the single crystal SiC holding plate 5 or the like.

加熱ヒータ１１は、タンタル等の金属製の抵抗加熱ヒータであり、前記サセプタ９側に設置されたベースヒータ１１ａと、本加熱室２側に設けられた上部ヒータ１１ｂとで構成されている。前記移動手段１０によって密閉容器１６がベースヒータ１１ａとともに本加熱室２側へ上昇移動すると、密閉容器１６が加熱ヒータ１１によって取り囲まれる形となる。このような加熱ヒータ１１のレイアウトにより、前述の反射鏡１２ともあいまって、密閉容器１６を均一に加熱することが可能となる。なお、本加熱室２の加熱方式としては、抵抗加熱ヒータに限定せず、例えば高周波誘導加熱式のものを採用することができる。   The heater 11 is a resistance heater made of metal such as tantalum, and includes a base heater 11 a installed on the susceptor 9 side and an upper heater 11 b provided on the main heating chamber 2 side. When the closed container 16 is moved upward together with the base heater 11 a to the main heating chamber 2 by the moving means 10, the closed container 16 is surrounded by the heater 11. Such a layout of the heater 11 makes it possible to uniformly heat the sealed container 16 together with the above-described reflecting mirror 12. Note that the heating method of the main heating chamber 2 is not limited to the resistance heater, and for example, a high frequency induction heating type can be adopted.

次に、図２と図３を参照しつつ、ＳｉＣの液相エピタキシャル成長に用いられる前記密閉容器１６及びその内部に配置される基板等について説明する。図２は密閉容器の上容器と下容器とを取り外した図である。図３は、熱処理前の密閉容器の様子を示す模式断面図である。   Next, the sealed container 16 used for SiC liquid phase epitaxial growth and the substrate disposed therein will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a view in which the upper container and the lower container are removed. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the state of the sealed container before the heat treatment.

前述の密閉容器１６は、図２や図３に示すような上容器１６ａと下容器１６ｂとを嵌め合わせることにより構成されている。密閉容器１６の形状は図２に示すようにほぼ六面体状とされているが、これは一例であって、例えば円筒状に構成されていても良い。密閉容器１６の素材としては適宜のものを採用できるが、例えば、タンタル又はタンタルカーバイドで形成されていることが好ましい。   The above-described sealed container 16 is configured by fitting an upper container 16a and a lower container 16b as shown in FIGS. Although the shape of the airtight container 16 is substantially hexahedral as shown in FIG. 2, this is an example, and may be configured in a cylindrical shape, for example. An appropriate material can be adopted as the material of the sealed container 16, but it is preferably formed of, for example, tantalum or tantalum carbide.

また、上容器１６ａと下容器１６ｂとを図３に示すように嵌め合わせたときの嵌合部分の遊びは、約２ｍｍ以下であることが好ましい。これによって、密閉容器１６内への不純物の混入を抑制することができるし、更には前記本加熱室２での熱処理時に密閉容器１６内のＳｉ分圧を約１０Ｐａ以下とならないように制御することができる。このため、密閉容器１６内のＳｉＣ分圧及びＳｉ分圧を高め、密閉容器１６に収納される単結晶ＳｉＣ保持板５や、Ｃ原子供給基板１７、金属Ｓｉ融液１８等（詳細は後述）の昇華が抑制される。逆に言えば、上記の嵌合部の遊びが約２ｍｍより大きい場合には、密閉容器１６内のＳｉ分圧を所定圧に制御することが困難になり、また、不純物がこの嵌合部を介して密閉容器１６内に侵入するおそれが大きくなるため、好ましくない。   Moreover, it is preferable that the play of a fitting part when the upper container 16a and the lower container 16b are fitted as shown in FIG. 3 is about 2 mm or less. Thereby, mixing of impurities into the sealed container 16 can be suppressed, and furthermore, the Si partial pressure in the sealed container 16 is controlled not to be about 10 Pa or less during the heat treatment in the main heating chamber 2. Can do. For this reason, the SiC partial pressure and the Si partial pressure in the sealed container 16 are increased, the single crystal SiC holding plate 5 accommodated in the sealed container 16, the C atom supply substrate 17, the metal Si melt 18 and the like (details will be described later). Is suppressed. In other words, if the play of the fitting part is larger than about 2 mm, it becomes difficult to control the Si partial pressure in the sealed container 16 to a predetermined pressure, and impurities can cause the fitting part to move. This is not preferable because the risk of entering the sealed container 16 increases.

そして、この密閉容器１６の内部では図３に示すように、単結晶ＳｉＣ保持板５、Ｓｉ基板１４、Ｃ原子供給基板１７の順に下から上へと順に積層されている。単結晶ＳｉＣ保持板５は、前記Ｓｉ基板１４を挟むようにして、Ｃ原子供給基板１７に対向させて設置している。なお、必要に応じて、前記Ｓｉ基板１４の上に重石を載置することとしても良い。   In the sealed container 16, as shown in FIG. 3, the single crystal SiC holding plate 5, the Si substrate 14, and the C atom supply substrate 17 are sequentially stacked from the bottom to the top. The single crystal SiC holding plate 5 is disposed so as to face the C atom supply substrate 17 with the Si substrate 14 interposed therebetween. If necessary, a weight may be placed on the Si substrate 14.

本実施形態において単結晶ＳｉＣ保持板５は、それ全体が単結晶ＳｉＣからなる円形板状の部材からなり、その一側の面（上側、即ち前述のＣ原子供給基板１７側を向く面）には、適宜の間隔で凹加工が施されて、凹部５ａが形成される。また、凹部５ａ以外の部分は、平坦面５ｂ（相対的な凸の部分の先端面）とされている。本実施形態においては、この平坦面５ｂが、単結晶ＳｉＣを生成させるためのシード面としての役割を果たす。 In the present embodiment, the single crystal SiC holding plate 5 is made of a circular plate-like member that is entirely made of single crystal SiC, and has a surface on one side thereof (ie, a surface facing the C atom supply substrate 17 side). Are recessed at appropriate intervals to form the recesses 5a. Moreover, parts of the non-recessed portion 5a is a flat surface 5b (the distal end surface of a portion of the relative convex). In the present embodiment, the flat surface 5b serves as a seed surface for generating single crystal SiC .

この単結晶ＳｉＣ保持板５としては、例えば、昇華法で作製された単結晶６Ｈ−ＳｉＣのウェハより所望の大きさに切り出されたものを使用することができる。あるいは、熱処理によって表面改良が行われた単結晶６Ｈ若しくは４Ｈ−ＳｉＣ基板を使用することもできる。また、上記の凹部５ａを形成するための表面加工の方法としては、例えば機械加工など、適宜の方法を採用できる。   As the single crystal SiC holding plate 5, for example, a single crystal 6H—SiC wafer cut by a sublimation method and cut into a desired size can be used. Alternatively, a single crystal 6H or 4H—SiC substrate whose surface has been improved by heat treatment can also be used. In addition, as a surface processing method for forming the concave portion 5a, an appropriate method such as machining can be employed.

本実施形態では、上側のＣ原子供給基板１７として多結晶ＳｉＣ基板を用いているが、このほかにも、例えば、異種単結晶のＳｉＣ基板、カーボン基板、ポーラスＳｉＣ基板、焼結ＳｉＣ基板、非晶質ＳｉＣ基板からなる群から選ばれた少なくとも一種の基板を用いることができる。カーボン基板、ポーラスＳｉＣ基板、焼結ＳｉＣ基板、非晶質ＳｉＣ基板は、表面エネルギーが大きく、中でもカーボン基板はＣ原子供給量を増やせるために、成長速度を増大させ、スループットを良好とできる点で好ましい。更に、カーボン基板、ポーラスＳｉＣ基板、焼結ＳｉＣ基板、非晶質ＳｉＣ基板は、加工性に優れており、またコストの点でも有利である。 In the present embodiment, a polycrystalline SiC substrate is used as the upper C atom supply substrate 17, but, for example, a different single crystal SiC substrate, a carbon substrate, a porous SiC substrate, a sintered SiC substrate, At least one substrate selected from the group consisting of crystalline SiC substrates can be used. Carbon substrate, a porous SiC substrate, a sintered SiC substrate, an amorphous SiC substrate has a large front surface energy, in order inter alia carbon substrate is Fuyaseru the C atom supply amount, to increase the growth rate, that it can throughput and good Is preferable. Furthermore, a carbon substrate, a porous SiC substrate, a sintered SiC substrate, an amorphous SiC substrate is excellent in Workability, also is advantageous in terms of cost.

なお、本実施形態のように多結晶ＳｉＣ基板を前記Ｃ原子供給基板１７として用いる場合、例えば、ＣＶＤ法で作製されたＳｉ半導体製造工程でダミーウェハとして使用されるＳｉＣから所望の大きさに切り出されたものを使用することができる。また、この多結晶ＳｉＣ基板は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下で、粒子径が揃っているものが好ましい。また、その多結晶ＳｉＣ基板の結晶構造としては、３Ｃ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣのいずれも使用することができる。   When a polycrystalline SiC substrate is used as the C atom supply substrate 17 as in the present embodiment, for example, it is cut out to a desired size from SiC used as a dummy wafer in a Si semiconductor manufacturing process manufactured by a CVD method. Can be used. The polycrystalline SiC substrate preferably has an average particle diameter of 1 μm to 10 μm and a uniform particle diameter. As the crystal structure of the polycrystalline SiC substrate, any of 3C—SiC, 4H—SiC, and 6H—SiC can be used.

単結晶ＳｉＣ保持板５の少なくとも前記平坦面５ｂや、Ｃ原子供給基板１７のＳｉＣ側を向く面は、いずれも鏡面に研磨加工されるとともに、その表面に付着した油類、酸化膜、金属等が洗浄等によって除去されている。   At least the flat surface 5b of the single crystal SiC holding plate 5 and the surface facing the SiC side of the C atom supply substrate 17 are all polished to a mirror surface, and oils, oxide films, metals, etc. attached to the surface Has been removed by washing or the like.

そして、以上に説明した積層構造を収容した密閉容器１６が、図１の熱処理装置１の予備加熱室３内に設置された後、上述のように１０^-5Ｐａ以下で８００℃以上（好ましくは１０００℃以上）に加熱される。このとき、本加熱室２内も同様に、１０^-2Ｐａ以下に設定された後、１４００℃〜２３００℃に予め加熱しておく。 And after the airtight container 16 which accommodated the laminated structure ^demonstrated above was installed in the preheating chamber 3 of the heat processing apparatus 1 of FIG. 1, as above-mentioned, it is ^800-5 degreeC or less (preferably ^10-5 Pa or less) 1000 ° C. or higher). At this time, the inside of the main heating chamber 2 is similarly set to 10 ⁻² Pa or less and then preheated to 1400 ° C. to 2300 ° C.

上記の予備加熱工程の後、ゲートバルブ７が開かれるとともに、密閉容器１６は前室４のサセプタ９上へ移動した後、移動手段１０によって、１４００℃〜２３００℃に加熱されている本加熱室２内へ上昇移動される。これによって、密閉容器１６は、３０分以内の短時間で急速に１４００℃〜２３００℃に加熱され、前述のＳｉ基板１４が溶融して、図４に示すように、単結晶ＳｉＣ保持板５とＣ原子供給基板１７との間に極薄の金属Ｓｉ融液層１８が形成される。   After the above preheating step, the gate valve 7 is opened, and the sealed container 16 is moved onto the susceptor 9 in the front chamber 4 and then heated to 1400 ° C. to 2300 ° C. by the moving means 10. 2 is moved up into 2. As a result, the sealed container 16 is rapidly heated to 1400 ° C. to 2300 ° C. in a short time within 30 minutes, and the above-described Si substrate 14 is melted, and as shown in FIG. An ultrathin metal Si melt layer 18 is formed between the C atom supply substrate 17.

本加熱室２での熱処理温度は、理論上は密閉容器１６内に設置していたＳｉ基板１４が溶融する温度であれば良いが、１４００℃〜２３００℃といった高温とすることが好ましい。これは、処理温度を高温で行うほど、Ｓｉ基板１４が溶融してできる金属Ｓｉ融液とＳｉＣとの濡れ性が向上し、金属Ｓｉ融液層１８が毛細管現象によって、単結晶ＳｉＣ保持板５とＣ原子供給基板１７との間に浸透し易くなるからである。これによって、単結晶ＳｉＣ保持板５（前述の平坦面５ｂ）とＣ原子供給基板１７との間に、厚み５０μｍ以下の極薄の金属Ｓｉ融液層１８を介在させることができる。   The heat treatment temperature in the main heating chamber 2 may theoretically be a temperature at which the Si substrate 14 installed in the sealed container 16 is melted, but is preferably set to a high temperature of 1400 ° C. to 2300 ° C. This is because the higher the processing temperature is, the better the wettability between the Si Si melt formed by melting the Si substrate 14 and SiC, and the metal Si melt layer 18 becomes a single crystal SiC holding plate 5 by capillary action. This is because it easily penetrates between the C atom supply substrate 17 and the C atom supply substrate 17. As a result, an extremely thin metal Si melt layer 18 having a thickness of 50 μm or less can be interposed between the single crystal SiC holding plate 5 (the above-described flat surface 5 b) and the C atom supply substrate 17.

なお、上記の熱処理は、できるだけ短時間に１４００℃〜２３００℃に昇温することが好ましい。結晶成長を短時間で終了でき、結晶成長の効率化を図ることができるからである。   In addition, it is preferable to heat up said heat processing to 1400 degreeC-2300 degreeC in as short time as possible. This is because crystal growth can be completed in a short time and the efficiency of crystal growth can be improved.

ここで単結晶ＳｉＣの成長メカニズムを概観すると、上記の熱処理に伴い、単結晶ＳｉＣ保持板５と上側のＣ原子供給基板１７との間に、溶融したＳｉが侵入して、両基板５・１７の界面に、厚さ約３０μｍ〜５０μｍの金属Ｓｉ融液層１８が形成される。この金属Ｓｉ融液層１８は、熱処理温度が高温になるに従って薄くなり、例えば３０μｍ程度となる。そして、Ｃ原子供給基板１７から流れ出したＣ原子は金属Ｓｉ融液層１８を通して単結晶ＳｉＣ保持板５の前記平坦面５ｂに供給され、この平坦面上に４Ｈ−ＳｉＣ単結晶２０として液相エピタキシャル成長する。   Here, when the growth mechanism of the single crystal SiC is overviewed, the melted Si enters between the single crystal SiC holding plate 5 and the upper C atom supply substrate 17 in accordance with the heat treatment, and both the substrates 5, 17. A metal Si melt layer 18 having a thickness of about 30 μm to 50 μm is formed at the interface. The metal Si melt layer 18 becomes thinner as the heat treatment temperature becomes higher, for example, about 30 μm. Then, the C atoms flowing out from the C atom supply substrate 17 are supplied to the flat surface 5b of the single crystal SiC holding plate 5 through the metal Si melt layer 18, and liquid phase epitaxial growth is performed on the flat surface as 4H-SiC single crystal 20. To do.

そして本実施形態の構成では、単結晶ＳｉＣ保持板５の表面に前述のように凹加工を施したことにより、前記金属Ｓｉ融液層１８の厚みが、前述の平坦面５ｂの部分において最小となるが、それ以外の部分（凹部５ａの部分）においては大きくなっている。従って、Ｃ原子供給基板１７から放出されたＣ原子は、その大部分が平坦面５ｂの部分に供給され、ＳｉＣ単結晶２０は、先ず平坦面５ｂの部分に成長する。換言すれば、Ｃ原子供給基板１７からのＣ原子が前述の平坦面５ｂに供給され、凹部５ａの部分には殆ど供給されないように、前述の凹部５ａの深さや形状を適宜設定しておくのである。   In the configuration of the present embodiment, the surface of the single crystal SiC holding plate 5 is recessed as described above, so that the thickness of the metal Si melt layer 18 is minimized at the flat surface 5b. However, it is large in the other part (the part of the recess 5a). Therefore, most of the C atoms released from the C atom supply substrate 17 are supplied to the flat surface 5b, and the SiC single crystal 20 first grows to the flat surface 5b. In other words, the depth and shape of the recess 5a are set as appropriate so that C atoms from the C atom supply substrate 17 are supplied to the flat surface 5b and hardly supplied to the recess 5a. is there.

上記の平坦面５ｂ上に図４のように現れたＳｉＣ単結晶２０は、Ｃ原子供給基板１７へ向かう方向（厚み方向）へエピタキシャル成長する。しかしながら本実施形態では、成長過程の初期において平坦面５ｂの部分にのみ成長結晶２０が現れることから、その成長結晶２０の周囲（厚み方向と垂直な方向の周囲）にも、金属Ｓｉ融液層１８の融液が回り込んで存在している。従ってＳｉＣ単結晶２０は、図５に示すように、前記Ｃ原子供給基板１７に対向する方向（金属Ｓｉ融液層１８の厚み方向）とほぼ垂直な方向にもエピタキシャル成長する。   The SiC single crystal 20 appearing on the flat surface 5b as shown in FIG. 4 is epitaxially grown in the direction toward the C atom supply substrate 17 (thickness direction). However, in this embodiment, since the growth crystal 20 appears only in the flat surface 5b at the initial stage of the growth process, the metal Si melt layer is also present around the growth crystal 20 (periphery in the direction perpendicular to the thickness direction). There are 18 melts around. Accordingly, the SiC single crystal 20 is epitaxially grown in a direction substantially perpendicular to the direction (the thickness direction of the metal Si melt layer 18) facing the C atom supply substrate 17, as shown in FIG.

なお、このエピタキシャル成長に伴い、上側のＣ原子供給基板１７は、前述の平坦面５ｂに対向する部分が溶解するように削り取られて凹部１９が形成される（図４）。この凹部１９は、ＳｉＣ単結晶２０が横方向に成長するに従い、図５に示すように、その形成領域も大きくなっていく。 With this epitaxial growth, the upper C atom supply substrate 17 is scraped off so that the portion facing the flat surface 5b is dissolved to form a recess 19 (FIG. 4 ). The recess 19 is, in accordance with the SiC single crystal 20 is grown in the lateral direction, as shown in FIG. 5, it becomes larger also the formation region.

このように本実施形態では、Ｃ原子供給基板１７が金属Ｓｉ融液層１８に面している面積よりも、（単結晶ＳｉＣ保持板５のうちシードとして機能する部分である）前記平坦面５ｂの面積が、小さくなっている。言い換えれば、前記平坦面５ｂの周囲（前記Ｃ原子供給基板１７と対向する方向と垂直な方向における周囲）に凹部５ａを形成して、この凹部５ａの部分に金属Ｓｉ融液１８を存在させるようにしている。そして、図４→図５に示すように、ＳｉＣ単結晶２０を、Ｃ原子供給基板１７に対向する方向と垂直な方向に液相エピタキシャル成長させ、上記平坦面５ｂの当初の面積より大きな面積の単結晶ＳｉＣ基板２７を得るように構成されている。 Thus, in the present embodiment, the flat surface 5b (which is a portion functioning as a seed in the single crystal SiC holding plate 5) is larger than the area where the C atom supply substrate 17 faces the metal Si melt layer 18. The area of is smaller. In other words, the recess 5a is formed around the flat surface 5b (periphery in the direction perpendicular to the direction facing the C atom supply substrate 17), and the metal Si melt 18 is present in the recess 5a. I have to. Then, as shown in FIGS. 4 to 5, the SiC single crystal 20 is grown by liquid phase epitaxial growth in a direction perpendicular to the direction facing the C atom supply substrate 17, and a single crystal having an area larger than the initial area of the flat surface 5b is obtained. A crystalline SiC substrate 27 is configured to be obtained.

従って、この方法で得られた単結晶ＳｉＣ基板２７は、シード面上の部分（平坦面５ｂ上の部分）においては、そのシード面に存在するマイクロパイプ等の欠陥がある程度伝播するにしても、それ以外の横方向に成長した部分は、上記のような欠陥が殆どない高品質の単結晶ＳｉＣ基板が得られる。この効果は、生成される単結晶ＳｉＣがシード面（平坦面５ｂ）よりも面積比で２倍以上となるよう成長させることにより、高品質の単結晶ＳｉＣが広面積で得られることとなって、いっそう顕著となる。 Therefore, in the single crystal SiC substrate 27 obtained by this method, in the portion on the seed surface ( the portion on the flat surface 5b), even if defects such as micropipes existing on the seed surface propagate to some extent. The other portions grown in the lateral direction can provide a high-quality single crystal SiC substrate having almost no defects as described above. This effect is that high-quality single-crystal SiC can be obtained in a wide area by growing the generated single-crystal SiC so that the area ratio is twice or more than the seed surface (flat surface 5b). It becomes even more prominent.

また、本実施形態では図３に示すように、単結晶ＳｉＣ保持板５のうちシード面となる前記平坦面５ｂは、一枚のＣ原子供給基板１７に対し複数となるように形成されている。従って、一度の熱処理で図５のように複数の単結晶ＳｉＣ基板２７を製造できるから、製造効率が向上し、製造コストを低減できる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the flat surface 5 b serving as the seed surface of the single crystal SiC holding plate 5 is formed to be plural with respect to one C atom supply substrate 17. . Therefore, since a plurality of single crystal SiC substrates 27 can be manufactured as shown in FIG. 5 by a single heat treatment, the manufacturing efficiency can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

本実施形態では特に、シード面は、その全体が単結晶ＳｉＣからなる単結晶ＳｉＣ保持板５の前記Ｃ原子供給基板１７と対向する表面に設けられている凹凸のうち、相対的に凸の部分の先端面（前記平坦面５ｂ）として構成されている。従って、シード面としての平坦面５ｂを機械加工等を利用して一度に多数形成することが容易で、単結晶ＳｉＣ基板２７の大量生産に好適である。 In the present embodiment, in particular, the seed surface is a relatively convex portion among the concavo-convex portions provided on the surface of the single crystal SiC holding plate 5 made of single crystal SiC and facing the C atom supply substrate 17. It is comprised as a front end surface (the said flat surface 5b). Therefore, it is easy to form a large number of flat surfaces 5b as seed surfaces at a time using machining or the like, which is suitable for mass production of the single crystal SiC substrate 27.

〔第２実施形態〕
第２実施形態では、シードとなるＳｉＣ単結晶２８は、図６（ａ）に示すように、前記Ｃ原子供給基板１７に対し全面にわたって対向するように設けた平板状のタンタル基板１５に配置されている。このタンタル基板１５のＣ原子供給基板１７側の面は、タンタルカーバイド加工された表面１５ａとされており、その表面１５ａ上には、シードとしてのＳｉＣ単結晶２８が予め形成されている。このＳｉＣ単結晶２８としては、上記タンタルカーバイドの表面１５ａに例えば気相法（ＣＶＤ）で薄板状に形成したものを採用することができる。上記ＳｉＣ単結晶２８は図６（ｂ）で示すように、平面視で周方向に等間隔をおいて４箇所設けられており、それぞれ円形に形成されている。それ以外の構成については、前述の第１実施形態とほぼ同様であるので、対応する部材には同じ符号を付して、説明を省略する。 [Second Embodiment]
In the second embodiment, the SiC single crystal 28 serving as a seed is disposed on a flat tantalum substrate 15 provided so as to face the C atom supply substrate 17 over the entire surface, as shown in FIG. ing. The surface of the tantalum substrate 15 on the C atom supply substrate 17 side is a surface tantalum carbide processed surface 15a, and a SiC single crystal 28 as a seed is formed in advance on the surface 15a. As the SiC single crystal 28, a tantalum carbide surface 15a formed in a thin plate shape by, for example, a vapor phase method (CVD) can be employed. As shown in FIG. 6B, the SiC single crystal 28 is provided at four locations at equal intervals in the circumferential direction in plan view, and each is formed in a circular shape. Since other configurations are substantially the same as those of the first embodiment described above, the corresponding members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図６（ａ）に示す密閉容器１６を前述の熱処理装置１で熱処理した場合、Ｃ原子供給基板１７のＣ原子はＳｉＣ単結晶２８の上面に供給され、成長結晶は、先ずＳｉＣ単結晶２８の上面（シード面）に現れる。そして、その現れたＳｉＣ成長結晶の周囲（金属Ｓｉ融液層１８の厚み方向に垂直な方向での周囲）に、Ｓｉ基板１４が溶融した結果としての金属Ｓｉ融液が回り込んで存在するので、ＳｉＣ単結晶２８上に生成した成長結晶２０は、その厚み方向のみならず横方向へも成長することになる。これにより得られる単結晶ＳｉＣ基板２７も第１実施形態と同様に、少なくともシード面上（ＳｉＣ単結晶２８上）以外の部分においては、マイクロパイプ等の欠陥の殆どない極めて高品質な単結晶ＳｉＣとできる。また本実施形態では特に、単結晶２８をタンタル基板１５の表面に配置するだけで良いから、単結晶ＳｉＣ基板２７の製造コストを大幅に低減することができる。 When the sealed container 16 shown in FIG. 6A is heat-treated by the heat treatment apparatus 1 described above, C atoms of the C atom supply substrate 17 are supplied to the upper surface of the SiC single crystal 28, and the grown crystal is first formed of the SiC single crystal 28. Appears on the upper surface (seed surface) . Then, the metal Si melt as a result of melting the Si substrate 14 wraps around the appearing SiC growth crystal (periphery in the direction perpendicular to the thickness direction of the metal Si melt layer 18). , grown crystal 20 produced on the SiC single crystal 2 8 would also grow laterally as well the thickness direction only. Similarly to the first embodiment, the single crystal SiC substrate 27 obtained in this way also has an extremely high quality single crystal SiC having almost no defects such as micropipes at least in the portion other than the seed surface (on the SiC single crystal 28 ). And can. In this embodiment, in particular, the single crystal 28 only needs to be disposed on the surface of the tantalum substrate 15, so that the manufacturing cost of the single crystal SiC substrate 27 can be greatly reduced.

また、本実施形態では図６（ａ）に示すように、シードとなるＳｉＣ単結晶２８は、一枚のＣ原子供給基板１７に対し複数となるように設置されている。従って、一度の熱処理で複数の単結晶ＳｉＣ基板２７を製造できるから、製造効率が向上し、製造コストを低減できる。更には、各ＳｉＣ単結晶２８の平面視の形状（シード面の形状）が図６に示すように円形状とされているので、図７に示すようにＳｉＣ単結晶２０を横方向に均等にエピタキシャル成長させることができ、単結晶ＳｉＣ基板２７の品質を向上させることができるほか、単結晶ＳｉＣ基板２７の製造に要する時間を低減できる。また、シードとしてのＳｉＣ単結晶２８をより小さくすることができ、シードのコストを大幅に低減できる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, a plurality of SiC single crystals 28 serving as seeds are installed on one C atom supply substrate 17. Therefore, since a plurality of single crystal SiC substrates 27 can be manufactured by a single heat treatment, the manufacturing efficiency can be improved and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore , since the shape of each SiC single crystal 28 in plan view (the shape of the seed surface ) is circular as shown in FIG. 6 , the SiC single crystal 20 is evenly distributed in the lateral direction as shown in FIG. The epitaxial growth can be performed, the quality of the single crystal SiC substrate 27 can be improved, and the time required for manufacturing the single crystal SiC substrate 27 can be reduced. Further, it is possible to further reduce the SiC single crystal 28 as a seed, it is possible to significantly reduce the cost of the seed.

〔第３実施形態〕
図８に示す第３実施形態において、単結晶ＳｉＣ保持板５’は、前記第１実施形態と同様に、全体が単結晶ＳｉＣからなる円形板状の部材からなる。そして、単結晶ＳｉＣ保持板５’と対向するようにＣ原子供給基板３０が設置される。 [Third Embodiment]
In the third embodiment shown in FIG. 8, the single crystal SiC holding plate 5 ′ is made of a circular plate-like member that is entirely made of single crystal SiC, as in the first embodiment. And C atom supply board | substrate 30 is installed so that single crystal SiC holding | maintenance board 5 'may be opposed.

単結晶ＳｉＣ保持板５’のＣ原子供給基板３０側を向く面は、単なる平坦面に構成されている。一方、Ｃ原子供給基板３０においては、単結晶ＳｉＣ保持板５’側を向く面に、予め凹凸を凹部３０ａ、凸部（突出部）３０ｂのように設けている。そして、図８のように両板５’，３０の間にＳｉ基板１４を挟んだ状態で密閉容器１６に収納して、図１の熱処理装置１で高温熱処理を行うことによって、前記単結晶ＳｉＣ保持板５’と前記Ｃ原子供給基板３０との間に金属Ｓｉ融液１８を介在させる。すると図９に示すように、単結晶ＳｉＣ保持板５’の平坦面上には、上記Ｃ原子供給基板３０の前記凸部３０ｂに対向する部分にのみ単結晶ＳｉＣが液相エピタキシャル成長し、この結果、単結晶ＳｉＣ保持板５’に凸部５ｃが形成される。なお、この凸部５ｃの先端面５ｂは、次の熱処理における水平方向の液相エピタキシャル成長の際のシード面として機能する。 The surface of the single crystal SiC holding plate 5 ′ facing the C atom supply substrate 30 side is configured as a simple flat surface. On the other hand , in the C atom supply substrate 30, unevenness is provided in advance on the surface facing the single crystal SiC holding plate 5 ′ side, such as a concave portion 30a and a convex portion (protruding portion) 30b. Then, as shown in FIG. 8, the Si substrate 14 is sandwiched between the two plates 5 'and 30, and then stored in the sealed container 16, and high-temperature heat treatment is performed by the heat treatment apparatus 1 of FIG. interposing the metal Si melt 18 between the retaining plate 5 'and the pre-Symbol C atoms supply substrate 30. Then, as shown in FIG. 9, on the flat surface of the single crystal SiC holding plate 5 'is in a portion opposed to the convex portion 30b of the upper Symbol C atoms supply substrate 30 only the single crystal SiC liquid phase epitaxial growth, the As a result, the convex portion 5c is formed on the single crystal SiC holding plate 5 ′. Incidentally, the distal end surface 5 b of the convex portion 5c functions as a seed surface when in the horizontal direction of the liquid phase epitaxial growth in the subsequent heat treatment.

上記凸部５ｃは、図１０（ｂ）で示すように、平面視で周方向に等間隔をおいて４箇所設けられており、それぞれ円形に形成されている。言い換えれば、このような凸部５ｃの配置及び形状となるように、前記Ｃ原子供給基板３０の凹凸形状（具体的には、前記凸部３０ｂの配置及び形状）を定めるのである。 As shown in FIG. 10 (b), the convex portions 5c are provided at four positions at equal intervals in the circumferential direction in a plan view, and are each formed in a circular shape. In other words, so that the arrangement and shape of such protrusions 5c, (specifically, the arrangement and shape of the convex portion 30b) before Symbol C atoms irregularities of supply substrate 30 is to determine the.

そして、図１０（ａ）に示すように、上記の凸部５ｃを形成した単結晶ＳｉＣ保持板５’に対し新しいＣ原子供給基板１７をＳｉ基板１４を挟んで対向させた状態で密閉容器１６に収納し、再び図１の熱処理装置で高温熱処理を行う。すると図１１に示すように、凸部５ｃの先端面５ｂ上に生成したＳｉＣ単結晶２０は、前記Ｃ原子供給基板１７に対向する方向（金属Ｓｉ融液層１８の厚み方向）とほぼ垂直な方向にもエピタキシャル成長し、単結晶ＳｉＣ基板２７が得られる。このＳｉＣ単結晶基板２７は、第１実施形態や第２実施形態と同様に、シード面上の部分（凸部５ｃの先端面５ｂ上の部分）以外の横方向に成長した部分においては欠陥が殆どない、極めて高品質のものとできる。 Then, as shown in FIG. 10A, the sealed container 16 is placed in a state in which a new C atom supply substrate 17 is opposed to the single crystal SiC holding plate 5 ′ formed with the convex portion 5c with the Si substrate 14 interposed therebetween. The high temperature heat treatment is again performed with the heat treatment apparatus of FIG. Then, as shown in FIG. 11, the SiC single crystal 20 formed on the tip surface 5b of the protrusion 5c is substantially perpendicular to the direction facing the C atom supply substrate 17 (the thickness direction of the metal Si melt layer 18). The single crystal SiC substrate 27 is obtained by epitaxial growth in the direction. As in the first and second embodiments, this SiC single crystal substrate 27 has defects in the laterally grown portion other than the portion on the seed surface ( the portion on the tip surface 5b of the convex portion 5c). It can be of very high quality with little.

特に本実施形態では、図８のようにＣ原子供給基板３０に凹凸を形成して単結晶ＳｉＣ保持板５’に対向させて熱処理することにより、図９に示すように、Ｃ原子供給基板３０の凸部（突出部）３０ｂに相当する部分において、単結晶ＳｉＣ保持板５’上にエピタキシャル成長により凸部５ｃや先端面５ｂを形成できる。従って、単結晶ＳｉＣ保持板５’を直接加工して凸部５ｃ等を形成しなくて済むので、凸部５ｃや先端面５ｂの形成コストを低減できる。また、例えばＣ原子供給基板３０として多結晶ＳｉＣ基板を用いた場合は、単結晶ＳｉＣで構成される保持板５’に比べて、凹凸加工が相当に容易である。従って、シード面の形成コストを大きく低減でき、この効果はシード面を一度に多数形成したい場合に特に顕著である。 In particular, in this embodiment, by applying a heat treatment to face the C atom supply substrate 30 to form the uneven single-crystal SiC holding plate 5 'as shown in FIG. 8, as shown in FIG. 9, C atoms supply substrate 30 In the portion corresponding to the convex portion (projecting portion) 30b, the convex portion 5c and the tip surface 5b can be formed on the single crystal SiC holding plate 5 ′ by epitaxial growth. Therefore, since it is not necessary to directly process the single crystal SiC holding plate 5 ′ to form the convex portions 5c and the like, the formation cost of the convex portions 5c and the tip surface 5b can be reduced. In the case of using a polycrystalline SiC substrate as C atom supply substrate 30 For example, as compared with the holding plate 5 'consists of single-crystal SiC, the roughened is considerably easier. Therefore, the formation cost of the seed surface can be greatly reduced, and this effect is particularly remarkable when it is desired to form a large number of seed surfaces at once.

また、本実施形態では図１０（ａ）に示すように、シード面（言い換えれば上記凸部５ｃの先端面５ｂ）は、一枚のＣ原子供給基板１７に対し複数となるように形成されている。従って、一度の熱処理で複数の単結晶ＳｉＣ基板２０を製造できるから、製造効率が向上し、製造コストを低減できる。更には、シード面（凸部５ｃの先端面５ｂ）が図１０（ｂ）に示すように円形状とされているので、図１１に示すようにＳｉＣ単結晶２０を横方向に均等にエピタキシャル成長させることができ、単結晶ＳｉＣ基板２７の品質を向上させることができるほか、単結晶ＳｉＣ基板２７の製造に要する時間を低減できる。また、シード面（凸部５ｃの先端面５ｂ）をより小さくすることができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 10A, the seed surface (in other words, the tip surface 5 b of the convex portion 5 c) is formed to be plural with respect to one C atom supply substrate 17. Yes. Accordingly, since a plurality of single crystal SiC substrates 20 can be manufactured by a single heat treatment, the manufacturing efficiency can be improved and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, since the seed surface (tip surface 5b of the convex portion 5c) is circular as shown in FIG. 10B, the SiC single crystal 20 is epitaxially grown evenly in the lateral direction as shown in FIG. The quality of the single crystal SiC substrate 27 can be improved, and the time required for manufacturing the single crystal SiC substrate 27 can be reduced. In addition, the seed surface (tip surface 5b of the convex portion 5c) can be made smaller.

以上に本発明の好適な複数の実施形態を示したが、上記の実施形態は例えば以下のように変更して実施することができる。   A plurality of preferred embodiments of the present invention have been described above, but the above embodiments can be implemented with the following modifications, for example.

（１）シードとなる単結晶ＳｉＣのシード面の平面形状（具体的には、第１実施形態の平坦面５ｂの平面形状、第２実施形態の単結晶ＳｉＣ２８の平面形状、第３実施形態の凸部５ｃの先端面５ｂの平面形状）は、得たい単結晶ＳｉＣの大きさ等に応じて、例えば第２実施形態や第３実施形態のように円形状とすることに限らず、適宜選択して良い。また、本加熱室２での熱処理時間についても、生成される単結晶ＳｉＣが所望の大きさ（面積）或いは厚みとなるように、適宜選択することができる。 (1) The planar shape (specifically seed face of the single crystal SiC as a seed, the planar shape of the flat surface 5b of the first embodiment, the planar shape of the single crystal SiC28 the second embodiment, the third embodiment The planar shape of the front end surface 5b of the convex portion 5c is not limited to the circular shape as in the second embodiment or the third embodiment, for example, depending on the size of the single crystal SiC to be obtained. You can do it. Also, the heat treatment time in the main heating chamber 2 can be appropriately selected so that the generated single crystal SiC has a desired size (area) or thickness.

（２）金属Ｓｉ融液層１８に対するＳｉ材料の供給源としては、図３や図６、図８や図１０に例示したＳｉ基板１４を用いることに代えて、前記単結晶ＳｉＣ保持板５等の表面に予め気相法（ＣＶＤ）で形成された厚さ５０〜２００μｍ程度の金属Ｓｉ膜や、単結晶ＳｉＣ保持板５等の表面に配置されたＳｉ粉末等を使用してもよい。 (2) Instead of using the Si substrate 14 illustrated in FIGS. 3, 6, 8, or 10 as the Si material supply source for the metal Si melt layer 18, the single crystal SiC holding plate 5 or the like Alternatively, a metal Si film having a thickness of about 50 to 200 μm formed on the surface in advance by the vapor phase method (CVD), a Si powder disposed on the surface of the single crystal SiC holding plate 5 or the like may be used.

（３）上記の実施形態では、密閉容器１６の内部で単結晶ＳｉＣ保持板５，５’やタンタル基板１５を下側に、Ｃ原子供給基板１７を上側に配置することとしたが、互いが対向するように配置する限りはその位置関係は任意に変更することができ、例えば上下を逆に配置したり、両基板を水平に対向するように配置しても構わない。 (3) In the above embodiment, the single crystal SiC holding plates 5 and 5 ′ and the tantalum substrate 15 are disposed on the lower side and the C atom supply substrate 17 is disposed on the upper side in the sealed container 16. As long as they are arranged so as to face each other, the positional relationship can be arbitrarily changed. For example, they may be arranged upside down, or both substrates may be arranged to face each other horizontally.

（４）また、単結晶ＳｉＣ保持板５とＣ原子供給基板１７との間に介在させる金属Ｓｉ融液層１８の厚みを調整するために、単結晶ＳｉＣ保持板５，５’とＣ原子供給基板１７との間に、例えば３０〜５０μｍ程度の適宜の厚みのスペーサを設置しても良い。このスペーサの数や形状や配置個数は特に限定せず、シード面のレイアウト等の事情に応じて適宜選択して使うことができる。このスペーサとしては、例えば、単結晶ＳｉＣ保持板５，５’やタンタル基板１５に機械加工で設けた凸部や、固相反応によって接着した凸部を採用することができる。 (4) In order to adjust the thickness of the metal Si melt layer 18 interposed between the single crystal SiC holding plate 5 and the C atom supply substrate 17, the single crystal SiC holding plates 5 and 5 ′ and the C atom supply are provided. For example, a spacer having an appropriate thickness of about 30 to 50 μm may be provided between the substrate 17 and the substrate 17. The number, shape, and arrangement number of the spacers are not particularly limited, and can be appropriately selected and used according to circumstances such as the layout of the seed surface . As the spacer, for example, a convex portion provided by machining on the single crystal SiC holding plates 5 and 5 ′ or the tantalum substrate 15, or a convex portion bonded by a solid phase reaction can be employed.

本発明のＳｉＣ単結晶基板の製造方法に好適な熱処理装置の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the heat processing apparatus suitable for the manufacturing method of the SiC single crystal substrate of this invention. 密閉容器の上容器と下容器とを取り外した図。The figure which removed the upper container and the lower container of the airtight container. 第１実施形態において、熱処理前の密閉容器の様子を示す模式断面図。In 1st Embodiment, the schematic cross section which shows the mode of the airtight container before heat processing. シード面上にＳｉＣ単結晶が液相エピタキシャル成長した状態を示す模式断面図。 The schematic cross section which shows the state which the liquid crystal epitaxial growth of the SiC single crystal grew on the seed surface . 図４の状態からＳｉＣ単結晶が横方向に液相エピタキシャル成長し、ＳｉＣ単結晶基板が製造された状態を示す模式断面図。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a SiC single crystal substrate is manufactured by liquid phase epitaxial growth of a SiC single crystal in the lateral direction from the state of FIG. 4. （ａ）は第２実施形態において、熱処理前の密閉容器の様子を示す模式断面図、（ｂ）は模式平面図。(A) is a schematic cross section which shows the state of the airtight container before heat processing in 2nd Embodiment, (b) is a schematic top view. （ａ）は図６の状態から熱処理を行い、ＳｉＣ単結晶基板が製造された状態を示す模式断面図、（ｂ）は模式平面図。(A) is a schematic cross section which shows the state which heat-processed from the state of FIG. 6, and the SiC single crystal substrate was manufactured, (b) is a schematic top view. 第３実施形態において、熱処理前の密閉容器の様子を示す模式断面図。In 3rd Embodiment, the schematic cross section which shows the mode of the airtight container before heat processing. 図８の状態から熱処理を行い単結晶ＳｉＣ保持板の表面に部分的にＳｉＣ単結晶の島（凸部）が液相エピタキシャル成長した状態を示す模式断面図。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state where an island (convex portion) of SiC single crystal is partially grown on the surface of a single crystal SiC holding plate by heat treatment from the state of FIG. （ａ）は第３実施形態において、熱処理前の密閉容器の様子を示す模式断面図、（ｂ）は模式平面図。(A) is a schematic cross section which shows the mode of the airtight container before heat processing in 3rd Embodiment, (b) is a schematic top view. （ａ）は図１０の状態から熱処理を行い、ＳｉＣ単結晶基板が製造された状態を示す模式断面図、（ｂ）は模式平面図。(A) is a schematic cross section which shows the state which heat-processed from the state of FIG. 10, and the SiC single crystal substrate was manufactured, (b) is a schematic top view.

１ 熱処理装置
５，５’ 単結晶ＳｉＣ保持板（板部材）
５ａ 凹部
５ｂ 平坦面、凸部の先端面（シード面）
５ｃ 凸部（凸の部分）
１４ 金属Ｓｉ板
１５ タンタル基板
１５ａ タンタルカーバイド加工された表面
１６ 密閉容器
１７ Ｃ原子供給基板
１８ 金属Ｓｉ融液
２０ 成長結晶
２７ 単結晶ＳｉＣ基板
３０ Ｃ原子供給基板
３０ａ 凹部
３０ｂ 凸部（突出部） 1 Heat treatment apparatus 5, 5 ′ single crystal SiC holding plate (plate member)
5a Concave portion 5b Flat surface, tip surface of convex portion ( seed surface )
5c Convex part ( convex part )
14 Metal Si Plate 15 Tantalum Substrate 15a Tantalum Carbide Surface 16 Sealed Container 17 C Atom Supply Substrate 18 Metal Si Melt
20 Grown crystal 27 Single crystal SiC substrate 30 C atom supply substrate 30a Recessed portion 30b Convex portion (protruding portion)

Claims (7)

シードとなる単結晶炭化ケイ素をＣ原子供給基板に対向させつつ密閉容器内で均一に熱処理を行うことによって、前記単結晶炭化ケイ素と前記Ｃ原子供給基板との間に金属シリコン融液を介在させて単結晶炭化ケイ素基板を液相エピタキシャル成長させる、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、
前記シードとなる単結晶炭化ケイ素のシード面は、前記Ｃ原子供給基板よりも小さい面積であり、
前記金属シリコン融液が、前記シード面と前記Ｃ原子供給基板との間に存在すると共に、前記シード面の面方向外側の領域と前記Ｃ原子供給基板との間にも存在し、
前記熱処理により、まず、前記シード面上に単結晶炭化ケイ素が液相エピタキシャル成長し、この成長結晶が、前記対向する方向と垂直な方向に液相エピタキシャル成長することにより、前記シード面の面積より大きな面積の単結晶炭化ケイ素基板が得られることを特徴とする、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法。 By uniformly heat-treating the single crystal silicon carbide serving as a seed to the C atom supply substrate in a sealed container, a metal silicon melt is interposed between the single crystal silicon carbide and the C atom supply substrate. A method for producing a single crystal silicon carbide substrate, wherein the single crystal silicon carbide substrate is subjected to liquid phase epitaxial growth.
The seed surface of the single crystal silicon carbide serving as the seed is smaller in area than the C atom supply substrate,
The metal silicon melt exists between the seed surface and the C atom supply substrate, and also exists between a region outside the seed surface in the surface direction and the C atom supply substrate,
By the heat treatment, first, single crystal silicon carbide is grown on the seed surface by liquid phase epitaxial growth, and the grown crystal is grown by liquid phase epitaxial growth in a direction perpendicular to the opposing direction, so that the area larger than the area of the seed surface. A method for producing a single crystal silicon carbide substrate, characterized in that a single crystal silicon carbide substrate is obtained. 請求項１に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、
前記シード面は、一つのＣ原子供給基板に対し複数設置されることを特徴とする、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法。 A method for producing a single crystal silicon carbide substrate according to claim 1,
A method for producing a single crystal silicon carbide substrate, wherein a plurality of seed surfaces are provided for one C atom supply substrate. 請求項１又は請求項２に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、
単結晶炭化ケイ素基板を面積比で前記シード面の２倍以上に成長させることを特徴とする、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法。 A method for producing a single crystal silicon carbide substrate according to claim 1 or 2,
A method for producing a single-crystal silicon carbide substrate, comprising growing a single-crystal silicon carbide substrate at an area ratio twice or more of the seed surface. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、
前記シード面は、単結晶炭化ケイ素からなる板部材の前記Ｃ原子供給基板と対向する表面に設けられている凹凸のうち、相対的な凸の部分の先端面であることを特徴とする、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法。 A method for producing a single crystal silicon carbide substrate according to any one of claims 1 to 3,
The seed surface is a tip surface of a relative convex portion among the concave and convex portions provided on the surface of the plate member made of single crystal silicon carbide facing the C atom supply substrate. A method for producing a crystalline silicon carbide substrate. 請求項４に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、
前記単結晶炭化ケイ素基板を液相エピタキシャル成長させる工程の前に、前記板部材の表面に前記凹凸を設ける凹凸形成工程を有しており、
前記凹凸形成工程は、
表面に突出部を有するＣ原子供給基板と、平坦状の前記板部材とを金属シリコン融液を介して対向させつつ熱処理を行うことにより、前記板部材の、前記突出部に対向する部分に、単結晶炭化ケイ素を液相エピタキシャル成長させて、前記凸の部分を形成することを特徴とする、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法。 A method for producing a single crystal silicon carbide substrate according to claim 4,
Before the step of liquid phase epitaxial growth of the single crystal silicon carbide substrate, has a concavo-convex formation step of providing the concavo-convex on the surface of the plate member,
The unevenness forming step includes
By performing heat treatment with the C atom supply substrate having a protrusion on the surface and the flat plate member facing each other through a metal silicon melt, the portion of the plate member facing the protrusion is A method for producing a single crystal silicon carbide substrate, wherein the convex portion is formed by liquid phase epitaxial growth of single crystal silicon carbide. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、
前記シードとなる単結晶炭化ケイ素は、タンタルカーバイド加工された表面を有するタンタル基板の表面に薄板状の部材として設置されていることを特徴とする、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法。 A method for producing a single crystal silicon carbide substrate according to any one of claims 1 to 3,
The method for producing a single-crystal silicon carbide substrate, wherein the single-crystal silicon carbide serving as a seed is disposed as a thin plate-like member on a surface of a tantalum substrate having a tantalum carbide-processed surface. 請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、
前記シード面は、円形状に構成されていることを特徴とする、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法。 A method for producing a single crystal silicon carbide substrate according to any one of claims 1 to 6,
The method for manufacturing a single crystal silicon carbide substrate, wherein the seed surface is formed in a circular shape.

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