WO2019171901A1 - 炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

炭化珪素単結晶の製造方法 Download PDF

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高橋　亨
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    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
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    • C30B23/066—Heating of the material to be evaporated
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing silicon carbide in which crystal growth of silicon carbide is performed by a sublimation method.
  • SiC silicon carbide
  • a sublimation method is a typical and practical growth method for crystals having a high melting point, such as SiC, and crystals that are difficult to grow in a liquid phase.
  • This is a method in which a solid raw material is sublimated at a high temperature of about 2000 ° C. or higher in a container and crystal is grown on an opposing seed crystal (Patent Document 1).
  • SiC crystal growth requires a high temperature for sublimation, and the growth apparatus requires temperature control at a high temperature.
  • stable control of the pressure in the container is required.
  • the crystal growth of SiC is based on the sublimation rate, and the growth rate is relatively slow compared to the Si Czochralski method and the LPE method such as GaAs. Therefore, it grows over a long time. Fortunately, with the recent development of control equipment, development of computers, personal computers, etc., it is possible to stably adjust the pressure and temperature for a long period of time.
  • FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of the SiC manufacturing apparatus. Specifically, the SiC sublimation growth method is performed using an SiC manufacturing apparatus 101 as shown in FIG. A solid silicon carbide raw material 103 is placed in a growth vessel 104 and heated by a heater (high frequency heating coil) 108 to grow crystals on a seed substrate (seed wafer) 102 disposed in the growth vessel 104.
  • a heater high frequency heating coil
  • the growth vessel 104 is disposed in a vacuum quartz tube or a vacuum chamber and is once filled with a gas having low activity, and the atmosphere is lower than atmospheric pressure in order to increase the sublimation rate of SiC.
  • a heat insulating material (heat insulating container) 105 is disposed outside the growth container 104.
  • a part of the heat insulating material 105 has at least one hole (upper temperature measurement hole) 106 for measuring temperature with a pyrometer. As a result, some heat escapes from the hole.
  • the growth vessel 104 is mainly made of a carbon material, has air permeability, and the pressure inside and outside the vessel is equal. However, by starting sublimation, the sublimated gas leaks to the outside of the container.
  • the solid silicon carbide raw material 103 is disposed below the growth vessel 104. It is a solid and sublimes under high temperature and reduced pressure.
  • the sublimated material grows as a single crystal on the opposing seed crystal 102.
  • single crystals include cubic and hexagonal crystals, and among hexagonal crystals, 4H and 6H are known as typical polytypes. In many cases, the same type of single crystal grows such that 4H grows on the 4H seed (Patent Document 2).
  • FIG. 8A a solid silicon carbide raw material 103 and a seed substrate (seed wafer) 102 are placed in a growth vessel 104.
  • the growth vessel 104 is placed in the heat insulation vessel 105.
  • FIG. 8C the heat insulating container 105 and the heat insulating container 105 are placed in an external container (made of SUS, quartz, etc.) 109.
  • FIG. 8D the inside of the external container 109 is evacuated, and the temperature is raised while maintaining a predetermined pressure.
  • FIG. 8E a SiC single crystal is grown by a sublimation method.
  • FIG. 8 (f) the decompression pressure is raised to stop sublimation, the growth is stopped, and the temperature is gradually lowered to cool.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a silicon carbide single crystal with reduced carbon inclusion.
  • the present invention provides a method for producing a silicon carbide single crystal in which a solid silicon carbide raw material is sublimated in a growth vessel to grow a silicon carbide single crystal on a seed crystal substrate. ) Powder together with carbon powder, adhered to the solid silicon carbide raw material in the growth vessel, heat-treated and sintered to form a tantalum carbide (TaC) film on the surface of the solid silicon carbide raw material.
  • a method for producing a silicon carbide single crystal characterized by growing a silicon carbide single crystal after or while forming.
  • TaC tantalum carbide
  • the growth vessel is made of carbon
  • the mixture of tantalum (Ta) powder and carbon powder is attached to the inner wall of the growth vessel in this way, so that the source gas and the carbon in the growth vessel react. It is possible to prevent carbon from entering the growing single crystal as inclusions.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an SiC manufacturing apparatus capable of implementing the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the first embodiment of the present invention.
  • the SiC manufacturing apparatus 1 penetrates the growth container 4 that contains the seed substrate (seed wafer) 2 and the solid silicon carbide raw material 3, the heat insulation container 5 that surrounds the growth container 4, and the heat insulation container 5.
  • a temperature measuring sensor 7 for measuring the temperature in the growth vessel 4, a heater (high-frequency heating coil) 8 for heating the solid silicon carbide raw material 3, and an outer vessel for housing the heat insulating vessel 5. 9 and.
  • Ta powder, carbon powder, and the like are first formed on the surface of the solid silicon carbide raw material 3 in the growth vessel 4 as shown in FIG. Then, the phenolic resin is mixed and adhered, and the seed substrate (seed wafer) 2 is placed in the upper part of the growth vessel 4.
  • the phenol resin By mixing the phenol resin, Ta powder and carbon powder can be easily and uniformly attached to the surface of the solid raw material.
  • the solid silicon carbide raw material 3 melt
  • the growth vessel 4 is placed in the heat insulation vessel 5.
  • the outer container 9 is made of, for example, SUS, quartz, or the like.
  • the inside of the outer container 9 is evacuated, and the temperature is raised while maintaining a predetermined pressure.
  • the inside of the external container 9 can be an argon atmosphere, a nitrogen atmosphere, or the like.
  • the temperature is preferably 2000 ° C. or higher and the pressure is preferably 100 Torr (133 hPa) or lower.
  • a SiC single crystal (growth crystal) 2a is grown by a sublimation method.
  • the material attached to the surface of the solid silicon carbide raw material 3 is sintered, and a tantalum carbide (TaC) film 10 is formed on the surface of the solid silicon carbide raw material 3 (see FIG. 2).
  • the grown silicon carbide crystal can have a reduced carbon inclusion.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an SiC manufacturing apparatus that can implement the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the second embodiment of the present invention. 4 has the same configuration as that of SiC manufacturing apparatus 1 in FIG.
  • the method for producing a silicon carbide single crystal according to the second embodiment of the present invention first, as shown in FIG. 3A, on the surface of the solid silicon carbide raw material 3 in the growth vessel 4 and the side wall of the growth vessel 4, Ta powder, carbon powder, and phenol resin are mixed and adhered.
  • sintering is performed at a high temperature, and the deposited material is converted into a TaC film and cooled.
  • a tantalum carbide film 10 is formed on the surface of the solid silicon carbide raw material 3, and a tantalum carbide film 10 'is also formed on the side wall of the growth vessel 4 (see FIG. 4).
  • seed substrate (seed wafer) 2 is set on the growth vessel 4 as shown in FIG.
  • the growth vessel 4 is placed in the heat insulation vessel 5.
  • the heat insulating container 5 is placed in the outer container 9.
  • the inside of the outer container 9 is evacuated, and the temperature is raised while maintaining a predetermined pressure.
  • the inside of the external container 9 can be an argon atmosphere, a nitrogen atmosphere, or the like.
  • the temperature is preferably 2000 ° C. or higher and the pressure is preferably 100 Torr (133 hPa) or lower.
  • the SiC single crystal (growth crystal) 2a is grown by the sublimation method.
  • the silicon carbide single crystal is grown, so that a lump of carbon is formed from the solid raw material. Carbon is prevented from floating, and the carbon in the growth vessel reacts to prevent carbon from entering the growing single crystal.
  • the silicon crystal can have a more effectively reduced carbon inclusion.
  • a TaC film is also formed on the inner wall of the growth vessel. However, as long as the TaC film is formed on the surface of the solid silicon carbide raw material, it is not always necessary to form it on the surface of the forming vessel. Absent. However, carbon inclusion can be further suppressed by growing the growth vessel on the inner wall.
  • Example 1 A SiC single crystal having a diameter of 4 inches (100 mm) was grown under the following growth conditions. ⁇ Conditions> Seed crystal substrate: growth temperature of SiC single crystal substrate with a diameter of 4 inches (100 mm) inclined by 4 ° in the ⁇ 1120> direction from the ⁇ 0001 ⁇ plane: 2200 ° C. Pressure: 10 Torr (13 hPa) Atmosphere: Argon gas, Nitrogen gas A SiC single crystal was manufactured by the procedure shown in FIG. 1 (that is, the procedure described in the first embodiment).
  • Example 1 The produced single crystal was cut out, and the distribution and average number (density) of carbon inclusions in the wafer surface were examined with a microscope. The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 5, in Example 1, the carbon inclusion density is 2.4 / cm 2 , and it can be seen that the carbon inclusion is greatly improved as compared with the comparative example described later.
  • Example 2 A SiC single crystal having a diameter of 4 inches (100 mm) was grown under the following growth conditions. ⁇ Conditions> Seed crystal substrate: growth temperature of SiC single crystal substrate with a diameter of 4 inches (100 mm) inclined by 4 ° in the ⁇ 1120> direction from the ⁇ 0001 ⁇ plane: 2200 ° C. Pressure: 10 Torr (13 hPa) Atmosphere: Argon gas, Nitrogen gas A SiC single crystal was produced by the procedure shown in FIG. 3 (ie, the procedure described in the second embodiment).
  • Example 2 The produced single crystal was cut out, and the distribution and average number (density) of carbon inclusions in the wafer surface were examined with a microscope. The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 6, in Example 2, the carbon inclusion density is 0.73 / cm 2 , and it can be seen that the carbon inclusion is greatly improved as compared with the comparative example described later. Moreover, in Example 2, it turns out that the carbon inclusion is improved more compared with Example 1.
  • FIG. 6 the carbon inclusion density is 0.73 / cm 2 , and it can be seen that the carbon inclusion is greatly improved as compared with the comparative example described later. Moreover, in Example 2, it turns out that the carbon inclusion is improved more compared with Example 1.
  • SiC single crystal having a diameter of 4 inches (100 mm) was grown under the following growth conditions. ⁇ Conditions> Seed crystal substrate: growth temperature of SiC single crystal substrate with a diameter of 4 inches (100 mm) inclined by 4 ° in the ⁇ 1120> direction from the ⁇ 0001 ⁇ plane: 2200 ° C. Pressure: 10 Torr (13 hPa) Atmosphere: Argon gas, Nitrogen gas A SiC single crystal was produced according to the procedure shown in FIG.
  • the produced single crystal was cut out, and the distribution and average number (density) of carbon inclusions in the wafer surface were examined with a microscope. The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 7, in the comparative example, the carbon inclusion density is 25.6 / cm 2 , and it can be seen that carbon inclusions are generated much more than in Examples 1 and 2.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

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Abstract

本発明は、成長容器内で固体炭化珪素原材料を昇華させて種結晶基板上に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法であって、タンタル（Ｔａ）の粉末をカーボンの粉末とともに混合し、前記成長容器内の前記固体炭化珪素原材料に付着させ、熱処理を行い焼結し、前記固体炭化珪素原材料の表面に炭化タンタル（ＴａＣ）の皮膜を形成した後、または形成しながら炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。これにより、カーボンインクルージョンが低減化された炭化珪素単結晶の製造方法が提供される。

Description

炭化珪素単結晶の製造方法
　本発明は、昇華法によって炭化珪素の結晶成長を行う炭化珪素の製造方法に関する。
　近年、電気自動車や電気冷暖房器具にインバーター回路が多用されるにいたり、電力ロスが少なく、半導体Ｓｉ結晶を用いた素子より耐圧を高くとれるという特性から、炭化珪素（以後、ＳｉＣと言う場合もある）の半導体結晶が求められている。
　ＳｉＣなどの融点が高い結晶、液相成長がしにくい結晶の代表的かつ現実的な成長方法として昇華法がある。容器内で２０００℃前後ないしそれ以上の高温で固体原材料を昇華させて、対向する種結晶上に結晶成長させる方法である（特許文献１）。
　しかしながら、ＳｉＣの結晶成長は、昇華させるために高温が必要で、成長装置は高温での温度制御が必要とされる。また、昇華した物質の圧力を安定させるために、容器内の圧力の安定した制御が必要とされる。またＳｉＣの結晶成長は、昇華速度によるもので、Ｓｉのチョクラルスキー法やＧａＡｓなどのＬＰＥ製法などと比較して、相対的にかなり成長速度が遅い。したがって、長い時間をかけて成長する。幸いに、昨今の制御機器の発達、コンピュータ、パソコン等の発達で、圧力、温度の調節を長期間安定して行うことが可能である。
　図９にＳｉＣ製造装置の概略断面図を示す。ＳｉＣの昇華法成長方法は具体的には、図９に示すようなＳｉＣ製造装置１０１を用いて行う。成長容器１０４内に固体炭化珪素原材料１０３を入れ、ヒーター（高周波加熱コイル）１０８で加熱し、成長容器１０４内に配置された種基板（種ウェーハ）１０２に結晶成長させるものである。
　成長容器１０４は、真空の石英管内か真空のチャンバー内に配置されて、一度、活性の低いガスで満たされており、その雰囲気は、ＳｉＣの昇華速度を上げるために、大気圧より低い。
　成長容器１０４の外側には、断熱材（断熱容器）１０５が配置されている。断熱材１０５の一部には、パイロメーターで温度測定するための穴（上部温度測定孔）１０６が少なくともひとつある。それにより多少の熱が穴からもれる。
　成長容器１０４は、主にカーボン材料からなり、通気性があり、容器内外の圧力は等しくなる。しかし昇華を開始することで、容器の外部に昇華した気体が漏れる。
　実際には、成長容器１０４の下部に固体炭化珪素原材料１０３が配置されている。これは固体であり、高温下、減圧下で昇華する。昇華した材料は、対向する種結晶１０２上に単結晶として成長する。ＳｉＣの場合であれば単結晶というのは、立方晶、六方晶などがあり、更に六方晶の中でも、４Ｈ、６Ｈなどが、代表的なポリタイプとして知られている。
　多くの場合は、４Ｈ種上には４Ｈが成長するというように同じタイプの単結晶が成長する（特許文献２）。
　ここで、従来の炭化珪素単結晶の製造方法を図８のフローチャートを用いて説明する。
　図８（ａ）に示すように固体炭化珪素原材料１０３と種基板（種ウェーハ）１０２を成長容器１０４内に配置する。次に図８（ｂ）に示すように成長容器１０４を断熱容器１０５内に配置する。次に図８（ｃ）に示すように断熱容器１０５ごと外部容器（ＳＵＳ、石英等からなる）１０９に配置する。次に図８（ｄ）に示すように外部容器１０９内を真空引きし、所定の圧力に保ちつつ、昇温する。次に図８（ｅ）に示すように昇華法によりＳｉＣ単結晶の成長を行う。最後に図８（ｆ）に示すように減圧圧力を上げて昇華を止め、成長を停止し、温度を徐々に下げて冷却する。
特開２０００－１９１３９９号公報 特開２００５－２３９４６５号公報
　しかしながら、上記で説明した従来の炭化珪素単結晶の製造方法では、炭化珪素単結晶の成長中の単結晶の中にカーボンがインクルージョンとして入ってしまい、ウェーハ加工時にウェーハ表面にカーボンの塊が露出するとカーボンの塊が取れて、ピットとなり、そこに研磨剤や洗浄剤がたまり、そこからウェーハ表面の傷、汚染となる物質が出るという問題がある。このカーボンインクルージョンはウェーハの透過での顕微鏡検査で見つけることができる。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、カーボンインクルージョンが低減化された炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、成長容器内で固体炭化珪素原材料を昇華させて種結晶基板上に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法であって、タンタル（Ｔａ）の粉末をカーボンの粉末とともに混合し、前記成長容器内の前記固体炭化珪素原材料に付着させ、熱処理を行い焼結し、前記固体炭化珪素原材料の表面に炭化タンタル（ＴａＣ）の皮膜を形成した後、または形成しながら炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。
　このように固体炭化珪素原材料の表面に炭化タンタル（ＴａＣ）の皮膜を形成した後、または形成しながら炭化珪素単結晶を成長させることで、固体原材料からカーボンの塊が浮遊するのを防ぐことができ、これにより、カーボンインクルージョンが低減化された炭化珪素単結晶を製造することができる。
　また、前記成長容器がカーボンからなる場合には、前記成長容器の内壁にもタンタル（Ｔａ）の粉末をカーボンの粉末とともに混合したものを付着させることが好ましい。
　このような
　成長容器がカーボンからなる場合には、このように成長容器の内壁にもタンタル（Ｔａ）の粉末をカーボンの粉末とともに混合したものを付着させることで、原料ガスと成長容器のカーボンが反応して、成長中の単結晶の中にカーボンがインクルージョンとして入ってしまうことを防止することができる。
　以上のように、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法によれば、固体原材料からカーボンの塊が浮遊するのを防ぐことができ、これにより、カーボンインクルージョンが低減化された炭化珪素単結晶を製造することができる。
本発明の第一の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第一の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法を実施することができるＳｉＣ製造装置を示す概略断面図である。 本発明の第二の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法を実施することができるＳｉＣ製造装置を示す概略断面図である。 実施例１のウェーハ面内のカーボンインクルージョンの分布及び平均個数（密度）である。 実施例２のウェーハ面内のカーボンインクルージョンの分布及び平均個数（密度）である。 比較例のウェーハ面内のカーボンインクルージョンの分布及び平均個数（密度）である。 従来の炭化珪素単結晶の製造方法を示すフローチャートである。 一般的な炭化珪素単結晶製造装置の概略断面図である。
　以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（第一の実施形態）
　以下に、本発明の第一の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法について、図１、２を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の第一の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法を示すフローチャートである。図２は本発明の第一の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法を実施することができるＳｉＣ製造装置の概略断面図である。
　図２に示すように、ＳｉＣ製造装置１は、種基板（種ウェーハ）２及び固体炭化珪素原材料３を収容する成長容器４と、成長容器４を囲う断熱容器５と、断熱容器５に貫通して設けた上部温度測定孔６を通して、成長容器４内の温度を測定する温度測定センサー７と、固体炭化珪素原材料３を加熱するヒーター（高周波加熱コイル）８と、断熱容器５を収容する外部容器９とを備えている。
　本発明の第一の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法は、最初に図１（ａ）に示すように成長容器４内の固体炭化珪素原材料３の表面にＴａの粉、カーボンの粉、及びフェノールの樹脂を混ぜて付着させ、種基板（種ウェーハ）２を成長容器４内の上部に配置する。フェノール樹脂を混ぜることでＴａの粉とカーボンの粉を容易に均一に固体原材料表面に付着させることができる。
　なお、固体炭化珪素原材料３は、ＳｉＣ粉末を溶かして冷却し、ブロック状になったものである。
　次に図１（ｂ）に示すように成長容器４を断熱容器５内に配置する。
　次に図１（ｃ）に示すように断熱容器５ごと外部容器９内に配置する。外部容器９は、例えば、ＳＵＳ、石英等からなる。
　次に図１（ｄ）に示すように外部容器９内を真空引きし、所定の圧力に保ちつつ、昇温する。ここで外部容器９内は、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気等にすることができる。このとき、温度は２０００℃以上、圧力は１００Ｔｏｒｒ（１３３ｈＰａ）以下とすることが好ましい。
　次に図１（ｅ）に示すように昇華法によりＳｉＣ単結晶（成長結晶）２ａの成長を行う。このとき、固体炭化珪素原材料３の表面に付着させたものは焼結され、固体炭化珪素原材料３の表面には、炭化タンタル（ＴａＣ）の皮膜１０が形成される（図２参照）。
　最後に図１（ｆ）に示すように減圧圧力を上げて昇華を止め、成長を停止し、温度を徐々に下げて冷却する。
　このような製造方法であれば、固体炭化珪素原材料３の表面に炭化タンタル（ＴａＣ）の皮膜１０を形成しながら炭化珪素単結晶を成長させることで、固体原材料からカーボンの塊が浮遊するのを防ぐことができるため、成長した炭化珪素結晶はカーボンインクルージョンが低減化したものとすることができる。
（第二の実施形態）
　次に、本発明の第二の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法について、図３、４を参照しながら説明する。
　図３は、本発明の第二の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法を示すフローチャートである。図４は、本発明の第二の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法を実施することができるＳｉＣ製造装置の概略断面図である。図４のＳｉＣ製造装置１’は、図２のＳｉＣ製造装置１と同様の構成を有している。
　本発明の第二の実施形態の炭化珪素単結晶の製造方法は、最初に図３（ａ）に示すように、成長容器４内の固体炭化珪素原材料３の表面と成長容器４の側壁に、Ｔａの粉、カーボンの粉、及びフェノールの樹脂を混ぜて付着させる。
　次に図３（ｂ）に示すように高温で焼結し、付着させたものをＴａＣ膜化し、冷却する。これにより、固体炭化珪素原材料３の表面に炭化タンタルの皮膜１０を形成するとともに、成長容器４の側壁にも、炭化タンタルの皮膜１０’を形成する（図４参照）。
　次に図３（ｃ）に示すように成長容器４の上部に種基板（種ウェーハ）２をセットする。
　次に図３（ｄ）に示すように成長容器４を断熱容器５内に配置する。
　次に図３（ｅ）に示すように断熱容器５ごと外部容器９内に配置する。
　次に図３（ｆ）に示すように外部容器９内を真空引きし、所定の圧力に保ちつつ、昇温する。ここで外部容器９内は、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気等にすることができる。このとき温度は２０００℃以上、圧力は１００Ｔｏｒｒ（１３３ｈＰａ）以下とすることが好ましい。
　次に図３（ｇ）に示すように昇華法によりＳｉＣ単結晶（成長結晶）２ａの成長を行う。
　最後に図３（ｈ）に示すように減圧圧力を上げて昇華を止め、成長を停止し、温度を徐々に下げて冷却する。
　このような製造方法であれば、固体炭化珪素原材料の表面及び成長容器の内壁に、炭化タンタル（ＴａＣ）の皮膜を形成した後に、炭化珪素単結晶を成長させることで、固体原材料からカーボンの塊が浮遊するのを防ぐことができるとともに、原料ガスと成長容器のカーボンが反応して、成長中の単結晶の中にカーボンがインクルージョンとして入ってしまうことを防止することができるため、成長した炭化珪素結晶はカーボンインクルージョンがより効果的に低減化したものとすることができる。
　なお、この第二の実施形態において、成長容器内壁にもＴａＣの皮膜を形成したが、固体炭化珪素原材料の表面にＴａＣの皮膜を形成しさえすれば、形成容器表面には必ずしも形成する必要はない。ただし、成長容器内壁にも成長させた方がよりカーボンのインクルージョンを抑制できる。
　以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
　以下の成長条件で直径４インチ（１００ｍｍ）のＳｉＣ単結晶を成長させた。
＜条件＞
種結晶基板・・・主面が｛０００１｝面から＜１１２０＞方向に４°傾いた直径４インチ（１００ｍｍ）のＳｉＣ単結晶基板
成長温度・・・２２００℃
圧力・・・１０Ｔｏｒｒ（１３ｈＰａ）
雰囲気・・・アルゴンガス、窒素ガス
　図１に示すような手順（すなわち、第一の実施形態で説明した手順）でＳｉＣ単結晶を製造した。
　製造した単結晶を切り出し、顕微鏡にてウェーハ面内のカーボンインクルージョンの分布及び平均個数（密度）を調べた。その結果を図５に示す。図５からわかるように、実施例１では、カーボンインクルージョン密度が２．４個／ｃｍ２であり、後述する比較例に比べて、カーボンインクルージョンが大幅に改善されているのが判る。
（実施例２）
　以下の成長条件で直径４インチ（１００ｍｍ）のＳｉＣ単結晶を成長させた。
＜条件＞
種結晶基板・・・主面が｛０００１｝面から＜１１２０＞方向に４°傾いた直径４インチ（１００ｍｍ）のＳｉＣ単結晶基板
成長温度・・・２２００℃
圧力・・・１０Ｔｏｒｒ（１３ｈＰａ）
雰囲気・・・アルゴンガス、窒素ガス
　図３に示すような手順（すなわち、第二の実施形態で説明した手順）でＳｉＣ単結晶を製造した。
　製造した単結晶を切り出し、顕微鏡にてウェーハ面内のカーボンインクルージョンの分布及び平均個数（密度）を調べた。その結果を図６に示す。図６からわかるように、実施例２では、カーボンインクルージョン密度が０．７３個／ｃｍ２であり、後述する比較例に比べて、カーボンインクルージョンが大幅に改善されているのが判る。また、実施例２では、実施例１と比べて、カーボンインクルージョンがより改善されているのが判る。
（比較例）
　以下の成長条件で直径４インチ（１００ｍｍ）のＳｉＣ単結晶を成長させた。
＜条件＞
種結晶基板・・・主面が｛０００１｝面から＜１１２０＞方向に４°傾いた直径４インチ（１００ｍｍ）のＳｉＣ単結晶基板
成長温度・・・２２００℃
圧力・・・１０Ｔｏｒｒ（１３ｈＰａ）
雰囲気・・・アルゴンガス、窒素ガス
　図８に示すような手順でＳｉＣ単結晶を製造した。
　製造した単結晶を切り出し、顕微鏡にてウェーハ面内のカーボンインクルージョンの分布及び平均個数（密度）を調べた。その結果を図７に示す。図７からわかるように、比較例では、カーボンインクルージョン密度が２５．６個／ｃｍ２であり、実施例１、２に比べて、カーボンインクルージョンが非常に多く発生しているのが判る。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (2)

  1. 　成長容器内で固体炭化珪素原材料を昇華させて種結晶基板上に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法であって、
    　タンタル（Ｔａ）の粉末をカーボンの粉末とともに混合し、前記成長容器内の前記固体炭化珪素原材料に付着させ、熱処理を行い焼結し、前記固体炭化珪素原材料の表面に炭化タンタル（ＴａＣ）の皮膜を形成した後、または形成しながら炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
  2. 　前記成長容器はカーボンからなり、
    　前記成長容器の内壁にもタンタル（Ｔａ）の粉末をカーボンの粉末とともに混合したものを付着させることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11111599B2 (en) * 2018-09-06 2021-09-07 Showa Denko K.K. Single crystal growth method which includes covering a part of a surface of a raw material for sublimation with a metal carbide powder
US11814749B2 (en) 2018-09-06 2023-11-14 Resonac Corporation Single crystal growth crucible and single crystal growth method

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7258273B2 (ja) * 2018-09-06 2023-04-17 株式会社レゾナック ＳｉＣ単結晶の製造方法及び被覆部材
KR102523343B1 (ko) * 2021-11-05 2023-04-19 주식회사 쎄닉 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법
CN114657632B (zh) * 2022-02-24 2023-12-12 北京粤海金半导体技术有限公司 钽制结构、测温孔结构、坩埚组件、测温孔防堵方法
CN115787077A (zh) * 2022-12-12 2023-03-14 湖南三安半导体有限责任公司 用于坩埚的过滤材料、坩埚及过滤材料制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11116399A (ja) * 1997-10-16 1999-04-27 Denso Corp 炭化タンタルのコーティング方法及びこの方法を用いて製造した単結晶製造装置
JP2000191399A (ja) 1998-12-25 2000-07-11 Showa Denko Kk 炭化珪素単結晶およびその製造方法
JP2005239465A (ja) 2004-02-25 2005-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 炭化珪素単結晶製造装置
CN105734671A (zh) * 2014-12-10 2016-07-06 北京天科合达半导体股份有限公司 一种高质量碳化硅晶体生长的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09268096A (ja) * 1996-03-29 1997-10-14 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 単結晶の製造方法及び種結晶
CN104246023B (zh) * 2012-04-20 2019-02-01 贰陆股份公司 大直径高品质的SiC单晶、方法和设备
WO2016133220A1 (ja) * 2015-02-18 2016-08-25 キリン株式会社 発熱体及びその製造方法
CN107815683A (zh) * 2016-04-22 2018-03-20 宁波高新区夏远科技有限公司 一种不粘锅及其制备方法
CN106699228A (zh) * 2016-12-19 2017-05-24 北京世纪金光半导体有限公司 一种低成本碳化钽涂层的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11116399A (ja) * 1997-10-16 1999-04-27 Denso Corp 炭化タンタルのコーティング方法及びこの方法を用いて製造した単結晶製造装置
JP2000191399A (ja) 1998-12-25 2000-07-11 Showa Denko Kk 炭化珪素単結晶およびその製造方法
JP2005239465A (ja) 2004-02-25 2005-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 炭化珪素単結晶製造装置
CN105734671A (zh) * 2014-12-10 2016-07-06 北京天科合达半导体股份有限公司 一种高质量碳化硅晶体生长的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3763853A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11111599B2 (en) * 2018-09-06 2021-09-07 Showa Denko K.K. Single crystal growth method which includes covering a part of a surface of a raw material for sublimation with a metal carbide powder
US11814749B2 (en) 2018-09-06 2023-11-14 Resonac Corporation Single crystal growth crucible and single crystal growth method

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