WO2019176446A1 - 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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松本　雄一
正人 海老原
高橋　亨
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    • C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape

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
  • Sublimation is a typical and practical growth method for crystals having a high melting point, such as SiC, and crystals that are difficult to undergo liquid phase growth.
  • 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.
  • the SiC sublimation growth method is performed using a silicon carbide single crystal growth apparatus 101 as shown in FIG. 9, and a silicon carbide solid raw material 103 is placed in a growth vessel 104 and a heater (high-frequency heating) is used.
  • the growth crystal 102a is crystal-grown on a plate-like seed substrate (just surface seed wafer) 102 disposed in the growth vessel 104 by heating with a coil) 108.
  • the growth vessel 104 is disposed in a vacuum quartz tube or a vacuum chamber and is once filled with a low activity gas, 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 the temperature with a pyrometer (temperature measurement sensor) 107.
  • the growth vessel 104 is mainly made of a carbon material, has air permeability, and the pressure inside and outside the vessel is equal.
  • a 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 (growth crystal) 102 a on an opposing seed crystal substrate (seed wafer) 102.
  • FIG. 10A a silicon carbide raw material 103 and a just surface seed substrate (just surface seed wafer) 102 having a certain thickness are placed in a growth vessel 104.
  • FIG. 10B the growth vessel 104 is placed in the heat insulation vessel 105.
  • FIG. 10C the heat insulating container 105 and the heat insulating container 105 are arranged in the outer container 109.
  • FIG. 10A a silicon carbide raw material 103 and a just surface seed substrate (just surface seed wafer) 102 having a certain thickness are placed in a growth vessel 104.
  • FIG. 10B the growth vessel 104 is placed in the heat insulation vessel 105.
  • FIG. 10C the heat insulating container 105 and the heat insulating container 105 are arranged in the outer container 109.
  • the inside of the external container 109 is evacuated and maintained at a predetermined pressure (for example, 1 to 20 Torr (1.3 to 26 hPa)), and the temperature is raised to 2000 to 2300 ° C.
  • a predetermined pressure for example, 1 to 20 Torr (1.3 to 26 hPa)
  • the temperature is raised to 2000 to 2300 ° C.
  • a silicon carbide single crystal (growth crystal) 102a is grown on the seed crystal substrate (seed wafer) 102 by a sublimation method.
  • the pressure is increased to stop sublimation, the growth is stopped, and the temperature is gradually lowered to perform cooling.
  • the SiC single crystal includes a cubic crystal, a hexagonal crystal, and the like, and among the hexagonal crystals, 4H, 6H, and the like 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. 11 shows the silicon carbide single crystal growth apparatus 101 ′ in the initial stage of growth.
  • FIG. 5 shows a state in which the 4H structure 12 and the 6H structure 13 are grown on the (0111) plane 4H structure just surface seed substrate 11.
  • the value as a semiconductor is completely lost. This is because the characteristics such as withstand voltage are greatly different. It also causes cracking during slicing.
  • FIG. 7 shows step growth when there is an off-angle.
  • FIG. 7 shows a state where the SiC source 15 enters the seed substrate 14 having an off-angle.
  • the carbon source and silicon source which are raw materials, enter the kink, so that the 4H structure of the substrate can be easily followed and not easily disturbed.
  • Hexagonal crystal has three sites, A, B, and C. This is because the position and axis where three atoms enter on the basal plane of the hexagonal crystal due to the twist of the bond of Si and C side in the following general formula (1). As shown in FIG. In the 6H structure, the layers are stacked in the order ABCACB.
  • the growth can be started without breaking the polytype even if it is flat. That is, even if the seed is a flat seed (seed crystal substrate), there are steps on the flat growth surface, so that the growth in which the polytype does not collapse by a mechanism called lateral growth or step growth is relatively easy.
  • the growth ingot does not become a point target, and the straight body ratio (straight body length / full length) deteriorates (that is, the straight body length). There is a problem that the wafer yield is reduced.
  • Patent Document 3 discloses that the end face side after growth is cut out with a predetermined thickness and used as a silicon carbide single crystal end face seed. However, even when the above is used as a seed crystal substrate, when the diameter of the seed crystal substrate is smaller than the inner diameter of the storage container, the effect of suppressing the occurrence of different polytypes is reduced. It became clear by examination of the present inventors.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it is difficult for different polytypes to occur even in growth without off-angle, that is, in the growth direction on the basal plane having almost no inclination from the C-axis ⁇ 0001>.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a silicon carbide single crystal capable of producing a silicon carbide single crystal having a high straight body ratio.
  • the present invention provides a method for producing a silicon carbide single crystal in which a silicon carbide raw material is sublimated in a growth vessel to grow a silicon carbide single crystal on the seed crystal substrate.
  • a substrate having a ⁇ 0001 ⁇ surface with an off-angle of 1 ° or less and a crystal growth surface that is a convex growth ingot end surface is used, and the diameter of the seed crystal substrate is set to Provided is a method for producing a silicon carbide single crystal characterized by being 80% or more of the inner diameter.
  • silicon carbide is less likely to generate different polytypes and has a high straight body ratio. Single crystals can be produced.
  • the end surface of the growth ingot is used as a seed crystal substrate, and the diameter of the seed crystal substrate is set to 80% or more of the inner diameter of the growth vessel.
  • a silicon carbide single crystal having a high rate can be produced.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view (before growth of a silicon carbide single crystal) showing an example of a silicon carbide single crystal growth apparatus that can carry out the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention.
  • 1 is a schematic cross-sectional view (during silicon carbide single crystal growth) showing a silicon carbide single crystal growth apparatus that can carry out the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention.
  • It is a flowchart which shows the manufacturing method of the silicon carbide single crystal of this invention.
  • FIG. 3 is a top view showing a state in which a different polytype does not occur in the silicon carbide single crystal of Example 1. It is a schematic sectional drawing which shows the state in which a different polytype generate
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a silicon carbide single crystal growth apparatus that can carry out the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention.
  • a silicon carbide single crystal growth apparatus 1 capable of carrying out the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention shown in FIG. 1 is a growth container that contains a seed substrate (seed crystal substrate, seed wafer) 2 and a silicon carbide raw material 3. 4, a heat insulating material (heat insulating container) 5 surrounding the growth vessel 4, a temperature measurement sensor 7 for measuring the temperature in the growth vessel 4 through an upper temperature measurement hole 6 provided in the heat insulating material 5, and a silicon carbide raw material And a heater (high-frequency heating coil) 8 for heating 3.
  • the growth container 4 includes a growth chamber in which the seed substrate 2 is disposed and a sublimation chamber in which the silicon carbide raw material 3 is disposed, and is formed of, for example, heat-resistant graphite.
  • the growth vessel 4 is set in an external vessel 9 made of SUS or quartz, and an inert gas such as Ar is supplied while evacuating, thereby reducing the pressure of the inert gas atmosphere. Crystal growth is performed.
  • the heater 8 may be one that performs RH (resistance heating) or RF (high frequency) heating.
  • RH resistance heating
  • RF high frequency
  • the temperature measurement is accurately performed in a non-contact manner from the outside of the growth vessel 4 through the temperature measurement hole (upper temperature measurement hole) 6 of the heat insulating material 5. be able to.
  • the seed substrate 2 placed in the growth vessel 4 is a growth ingot end face (a top crystal of the top part) having a ⁇ 0001 ⁇ plane whose installation angle to the growth vessel 4 is an off angle of 1 ° or less and a single crystal growth surface. ) Is used.
  • the installation surface may be a ⁇ 0001 ⁇ surface with an off angle of 1 ° or less, and the lower limit of the off angle may be 0 °.
  • the diameter of the seed (seed crystal substrate) 2 is 80% or more of the growth vessel 4 and more preferably 90% or more. Note that the upper limit of the diameter of the seed 2 can be 100% of the inner diameter of the growth vessel 4. Further, the thickness can be 5 mm or more, preferably 1 cm or more at the thickest portion.
  • a top crystal fixed in the upper part of the growth vessel 4 is set in the growth vessel 4 with a just surface having the same size as the crystal to be obtained and having no off-angle.
  • the silicon carbide raw material 3 is set at the lower part of the growth vessel 4.
  • the growth vessel 4 is placed in the heat insulation vessel 5.
  • the heat insulating container 5 and the heat insulating container 5 are arranged in the outer container 9.
  • the inside of the outer container 9 is evacuated, maintained at a predetermined pressure (eg, 1 to 20 Torr (1.3 to 26 hPa)), and heated to 2000 to 2300 ° C.
  • a predetermined pressure eg, 1 to 20 Torr (1.3 to 26 hPa)
  • a silicon carbide single crystal (growth crystal) 2a is grown on the seed crystal (seed crystal substrate) 2 by a sublimation method (the silicon carbide single crystal growth apparatus 1 ′ in FIG. 2 is installed). reference).
  • the SiC single crystal manufactured as described above is used as a seed crystal substrate whose single crystal growth surface is a growth ingot end surface, and the diameter of the seed crystal substrate is set to 80% or more of the inner diameter of the growth vessel.
  • a silicon carbide single crystal that hardly occurs and has a high straight body ratio can be manufactured.
  • Example 1 A SiC single crystal having a diameter of 100 mm was grown according to the flow shown in FIG. 3 under the following growth conditions. ⁇ Conditions> Growth vessel inner diameter 105mm Seed crystal substrate: SiC single crystal substrate comprising a ⁇ 0001 ⁇ face and a diameter of 100 mm (the diameter of the seed crystal substrate / the inner diameter of the growth vessel is 95%) and a convex growth ingot end face having a maximum thickness of 8 mm Growth temperature: 2200 ° C Pressure: 10 Torr (13 hPa) Atmosphere: argon gas, nitrogen gas
  • the straight barrel ratio (straight barrel portion / full length) was examined and found to be 90%. Further, after the wafer was cut out with a multi-wire saw, and after grinding, mirror polishing and CMP polishing, the surface of the wafer was observed, it was found that no different polytype was generated as shown in FIG. In addition, a total of 5 batches were produced. The results are shown in Tables 1 and 2. As shown in Tables 1 and 2, the occurrence of different polytypes did not occur in all 5 batches (that is, the occurrence rate of different polytypes was 0%).
  • Example 2 A SiC single crystal was grown under the same conditions as in Example 1 except that a seed crystal substrate having a diameter of 84 mm (diameter of seed crystal substrate / inner diameter of growth vessel was 80%) was used.
  • the straight barrel ratio (straight barrel portion / full length) was examined and found to be 85%.
  • the wafer was cut out with a multi-wire saw, and after grinding, mirror polishing and CMP polishing, the surface of the wafer was observed, but it was found that no different polytypes were generated. In addition, a total of 5 batches were produced. The results are shown in Table 2. As shown in Table 2, there was no occurrence of different polytypes in all 5 batches (that is, the occurrence rate of different polytypes was 0%).
  • Example 1 A SiC single crystal was grown under the same conditions as in Example 1 except that a seed (seed crystal substrate) having a ⁇ 0001 ⁇ plane as the main surface and a thickness of 1 mm (constant) was used.
  • Example 2 A SiC single crystal was grown under the same conditions as in Example 1 except that a seed (seed crystal substrate) having a thickness of 1 mm (constant) with a main surface inclined 4 ° in the ⁇ 11-20> direction from the ⁇ 0001 ⁇ plane was used. I let you.
  • Example 3 A SiC single crystal was grown under the same conditions as in Example 1 except that a seed crystal substrate having a diameter of 79 mm (the diameter of the seed crystal substrate / the inner diameter of the growth vessel was 75%) was used.
  • the wafer was cut out with a multi-wire saw, ground, mirror polished, and CMP polished, and then the wafer surface was observed. In addition, a total of 10 batches were produced. The results are shown in Table 2. As shown in Table 2, occurrence of different polytypes was observed in 2 batches out of 10 batches (that is, the occurrence rate of different polytypes was 20%).
  • Example 4 A SiC single crystal was grown under the same conditions as in Example 1 except that a seed crystal substrate having a diameter of 52 mm (diameter of seed crystal substrate / inner diameter of growth vessel was 50%) was used.
  • the wafer was cut out with a multi-wire saw, ground, mirror polished, and CMP polished, and then the wafer surface was observed. In addition, a total of 10 batches were produced. The results are shown in Table 2. As shown in Table 2, the occurrence of different polytypes was observed in 3 batches out of 10 (that is, the occurrence rate of different polytypes was 30%).
  • Example 5 A SiC single crystal was grown under the same conditions as in Example 1 except that a seed crystal substrate having a diameter of 21 mm (the diameter of the seed crystal substrate / the inner diameter of the growth vessel was 20%) was used.
  • the wafer was cut out with a multi-wire saw, ground, mirror polished, and CMP polished, and then the wafer surface was observed. In addition, a total of 10 batches were produced. The results are shown in Table 2. As shown in Table 2, the occurrence of different polytypes was observed in 5 batches out of 10 (that is, the occurrence rate of different polytypes was 50%).
  • 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、前記種結晶基板として、前記成長容器への設置面がオフアングル１°以下の｛０００１｝面であり、結晶成長面が凸形状の成長インゴット端面である基板を用い、前記種結晶基板の直径を前記成長容器の内径の８０％以上とす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、オフアングルの無い成長、つまりＣ軸＜０００１＞から傾きの無い基底面上の成長方向においても、異ポリタイプが発生しにくく、かつ直胴率の高い炭化珪素単結晶を製造することができる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。
　ＳｉＣの昇華法成長方法は具体的には、図９に示すように炭化珪素単結晶成長装置１０１を用いて行うものであり、成長容器１０４内に炭化珪素固体原材料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内に配置された板状の種基板（ジャスト面種ウェーハ）１０２に成長結晶１０２ａを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（温度測定センサー）１０７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。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。成長容器１０４の下部に炭化珪素原材料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、対向する種結晶基板（種ウェーハ）１０２上に単結晶（成長結晶）１０２ａとして成長する。
　ここで上述した製造装置を用いた従来の炭化珪素単結晶の製造方法について図１０を用いて説明する。まず、図１０（ａ）に示すように炭化珪素原材料１０３と、一定の厚さを持つジャスト面種基板（ジャスト面種ウェーハ）１０２を成長容器１０４内に配置する。次に図１０（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１０（ｃ）に示すように断熱容器１０５ごと外部容器１０９内に配置する。次に図１０（ｄ）に示すように外部容器１０９内を真空引きし、所定の圧力（例えば１～２０Ｔｏｒｒ（１．３～２６ｈＰａ））に保ち、２０００～２３００℃に昇温する。次に図１０（ｅ）に示すように昇華法により種結晶基板（種ウェーハ）１０２上に炭化珪素単結晶（成長結晶）１０２ａを成長させる。最後に図１０（ｆ）に示すように圧力を上げて昇華を止め、成長を停止させ温度を徐々に下げて冷却を行う。
　また、ＳｉＣ単結晶には、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）。
特開２０００－１９１３９９号公報 特開２００５－２３９４６５号公報 特開２０１０－１２６３８０号公報
　しかしながら、オフアングルをもたない｛０００１｝面（オフアングル１°以下の所謂ジャスト面）の結晶方位の種基板を用いた場合、結晶成長を開始する際に乱れ（晶子、異ポリタイプ化）易いという問題がある（図１１参照）。図１１は成長初期の状態の炭化珪素単結晶成長装置１０１’を示している。
　また、オフアングルを持たないジャスト面の種基板、例えば六方晶の基底面（Ｂａｓａｌ　Ｐｌａｎｅ）に平行な面を表面に持つ種基板にＳｉＣの六方晶の結晶を成長させる際に、成長初期の二次元核のランダムな発生からもともとの種のポリタイプ、例えば４Ｈ構造のみでなく６Ｈ構造が発生することが良くある（図５，６参照）。なお、図５は（０１１１）面の４Ｈ構造のジャスト面種基板１１上に４Ｈ構造１２、６Ｈ構造１３が成長する状態を示している。
　この例のように４Ｈ構造へ６Ｈ構造の異ポリタイプが混入した場合、全く半導体としての価値はなくなる。それは耐圧等の特性が大きく違うためである。また、スライス時に割れの原因ともなる。
　オフアングルを持つ基板を用いた時には、ステップ成長のメカニズムで成長するため比較的乱れにくい。図７はオフアングルがある場合のステップ成長を示している。図７は、オフアングルを有する種基板１４上にＳｉＣ源１５が入る状態を示している。
　結晶成長の教科書にも良くあるように、原料である炭素源と珪素源がキンクに入ることで、基板の持つ４Ｈ構造を踏襲しやすく、乱れにくい。
　六方晶にはＡ，Ｂ，Ｃの３つのサイトがある。これは下記一般式（１）のＳｉとＣ側のボンドのねじれにより六方晶の基底面上に３つの原子の入る位置や軸が発生することによるもので、図８に示すように４Ｈ構造ではＡＢＣＢの順に積層されていて、６Ｈ構造ではＡＢＣＡＣＢの順に積層される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　したがって、オフアングルをつけた種（種結晶基板）の場合は平坦であってもポリタイプが崩れることなく成長を開始できる。つまり平坦な種（種結晶基板）であっても、その平坦な成長表面にステップが存在するため、ラテラル成長またはステップ成長と呼ばれるメカニズムでポリタイプが崩れることがない成長は比較的容易である。
　これに対し、ジャスト面つまり、基底面上に成長させる場合は、２次元核のランダムな発生と、ＳｉＣ特有のらせん成長が面内の多くの箇所で起こり、ポリタイプもその層構造の露出が無いことから、ポリタイプの積層順が守られず、異ポリタイプの種結晶の核というべき小さい領域が発生し、拡張伝播していく。
　しかしながら、オフアングルをつけた種（種結晶基板）を用いた場合には、成長インゴットが点対象とはならず、直胴率（直胴長さ／全長）が悪化する（すなわち、直胴長さが短くなる）ことでウェーハ歩留まりが低下するという問題がある。
　また、特許文献３には、成長後の端面側を所定の厚さで切り出したものを炭化珪素単結晶端面種として使用することが開示されている。
　しかしながら、上記のようなものを種結晶基板として用いた場合でも、種結晶基板の直径が収納容器の内径に対して小さい場合には、異なるポリタイプの発生を抑制する効果が小さくなることが、本発明者らの検討により判明した。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、オフアングルの無い成長、つまりＣ軸＜０００１＞から傾きのほとんど無い基底面上の成長方向においても、異ポリタイプが発生しにくく、かつ直胴率の高い炭化珪素単結晶を製造することができる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、前記種結晶基板として、前記成長容器への設置面がオフアングル１°以下の｛０００１｝面であり、結晶成長面が凸形状の成長インゴット端面である基板を用い、前記種結晶基板の直径を前記成長容器の内径の８０％以上とす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。
　このような成長インゴット端面を種（種結晶基板）として用い、種結晶基板の直径を成長容器の内径の８０％以上とすることで異ポリタイプが発生しにくく、かつ直胴率の高い炭化珪素単結晶を製造することができる。
　以上のように、本発明によれば、成長インゴット端面を種結晶基板として用い、種結晶基板の直径を成長容器の内径の８０％以上とすることで異ポリタイプが発生しにくく、かつ直胴率の高い炭化珪素単結晶を製造することができる。
本発明の炭化珪素単結晶の製造方法を実施することができる炭化珪素単結晶成長装置の一例を示す概略断面図（炭化珪素単結晶の成長前）である。 本発明の炭化珪素単結晶の製造方法を実施することができる炭化珪素単結晶成長装置を示す概略断面図（炭化珪素単結晶成長中）である。 本発明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。 実施例１の炭化珪素単結晶において異ポリタイプが発生しない状態を示す上面図である。 ジャスト面種上に異ポリタイプが発生する状態を示す概略断面図である。 ジャスト面種上に異ポリタイプが発生する状態を示す上面図である。 オフアングルを持つ基板を種結晶基板として用いた場合の単結晶成長初期状態を示す概略断面図である。 オフアングルを持つ基板を種結晶基板として用いた場合の４Ｈ構造の単結晶が成長する状態を示す概略断面図である。 従来の炭化珪素単結晶成長装置を示す概略断面図である。 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。 従来の炭化珪素単結晶成長装置を示す概略断面図（炭化珪素単結晶の成長初期）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。
　以下に、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法について、図１～３を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の炭化珪素単結晶の製造方法を実施することができる炭化珪素単結晶成長装置の一例を示す概略断面図である。
　図１に示す本発明の炭化珪素単結晶の製造方法を実施することができる炭化珪素単結晶成長装置１は、種基板（種結晶基板、種ウェーハ）２及び炭化珪素原材料３を収容する成長容器４と、該成長容器４を囲う断熱材（断熱容器）５と、該断熱材５に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、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とを備えている。
　成長容器４は、種基板２を配置する成長室と、炭化珪素原材料３を配置する昇華室とからなり、例えば耐熱性のあるグラファイトで形成される。また、結晶成長の際には、ＳＵＳや石英からなる外部容器９内に成長容器４をセットして、真空排気しながらＡｒ等の不活性ガスを供給することにより、不活性ガス雰囲気の減圧下で結晶成長を行う。
　ヒーター８は、ＲＨ（抵抗加熱）又はＲＦ（高周波）加熱を行うものを用いることができる。また、温度測定センサー７としては、パイロメーターを用いることで、成長容器４の外部から、断熱材５の温度測定用の穴（上部温度測定孔）６を通して、非接触で温度測定を精度良く行うことができる。本発明では成長容器４に配置する種基板２を、成長容器４への設置面がオフアングル１°以下の｛０００１｝面であり、単結晶成長面が凸形状の成長インゴット端面（頭頂部結晶）である基板を用いる。なお、この設置面は、オフアングル１°以下の｛０００１｝面であればよく、オフアングルの下限としては０°とすることができる。また、種（種結晶基板）２の直径は成長容器４の８０％以上とし、９０％以上とするのがより好ましい。なお、種２の直径の上限としては成長容器４の内径の１００％とすることができる。また、厚さは最も厚い箇所で５ｍｍ以上好ましくは１ｃｍ以上とすることができる。
　次に図３を用いて本発明の炭化珪素単結晶の製造方法を説明する。
　まず、図３（ａ）に示すように、得ようとする結晶と同サイズの直径をもち、オフアングルを持たないジャスト面で成長容器４上部に固定する頭頂部結晶を成長容器４内にセットし、成長容器４の下部には炭化珪素原材料３をセットする。
　次に図３（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３（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。
　次に図３（ｄ）に示すように、外部容器９内を真空引きし、所定の圧力（例えば１～２０Ｔｏｒｒ（１．３～２６ｈＰａ））に保ち、２０００～２３００℃に昇温する。
　次に図３（ｅ）に示すように、昇華法により種結晶（種結晶基板）２上に炭化珪素単結晶（成長結晶）２ａを成長させる（図２の炭化珪素単結晶成長装置１’を参照）。
　最後に図３（ｆ）に示すように、圧力を上げて昇華を止め、成長を停止させ、温度を徐々に下げて冷却を行う。
　上記のようにして製造したＳｉＣ単結晶は、単結晶成長面が成長インゴット端面である種結晶基板として用い、種結晶基板の直径を成長容器の内径の８０％以上とすることで異ポリタイプが発生しにくく、かつ直胴率の高い炭化珪素単結晶を製造することができる。
　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）
　以下の成長条件で図３に示すフローに従い、直径１００ｍｍのＳｉＣ単結晶を成長させた。
＜条件＞
成長容器内径・・・１０５ｍｍ
種結晶基板・・・主面が{０００１}面で直径１００ｍｍ（種結晶基板の直径／成長容器の内径は、９５％）最大厚さが８ｍｍの凸形状の成長インゴット端面からなる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
　ＳｉＣ単結晶成長後、直胴率（直胴部／全長）を調べたところ９０％であった。また、マルチワイヤーソーにてウェーハを切り出し研削、鏡面研磨およびＣＭＰ研磨後に、ウェーハの表面を観察したが、図４に示すように異ポリタイプは発生していないことが判った。また、全部で５バッチの製造を行った。その結果を表１、２に示す。表１、２に示すように５バッチとも異ポリタイプの発生は無かった（すなわち、異ポリタイプ発生率は、０％）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
（実施例２）
　直径が８４ｍｍの種結晶基板（種結晶基板の直径／成長容器の内径は、８０％）を用いた以外は実施例１と同じ条件でＳｉＣ単結晶を成長させた。
　ＳｉＣ単結晶成長後、直胴率（直胴部／全長）を調べたところ８５％であった。ＳｉＣ単結晶成長後、マルチワイヤーソーにてウェーハを切り出し研削、鏡面研磨およびＣＭＰ研磨後に、ウェーハの表面を観察したが、異ポリタイプは発生していないことが判った。また、全部で５バッチの製造を行った。その結果を表２に示す。表２に示すように５バッチとも異ポリタイプの発生は無かった（すなわち、異ポリタイプ発生率は、０％）。
（比較例１）
　主面が{０００１}面で厚さが１ｍｍ（一定）の種（種結晶基板）を用いた以外は実施例１と同じ条件でＳｉＣ単結晶を成長させた。
　全部で１０バッチの製造を行った。その結果を表１に示す。表１に示すように１０バッチとも異ポリタイプが発生して乱れた。
（比較例２）
　主面が｛０００１｝面から＜１１－２０＞方向に４°傾いた厚さが１ｍｍ（一定）の種（種結晶基板）を用いた以外は実施例１と同じ条件でＳｉＣ単結晶を成長させた。
　ＳｉＣ単結晶成長後、直胴率（直胴部／全長）を調べたところ４０％であった。全部で５バッチの製造を行った。その結果を表１に示す。表１に示すように５バッチとも異ポリタイプの発生は無かった。
（比較例３）
　直径が７９ｍｍの種結晶基板（種結晶基板の直径／成長容器の内径は、７５％）を用いた以外は実施例１と同じ条件でＳｉＣ単結晶を成長させた。
　ＳｉＣ単結晶成長後、マルチワイヤーソーにてウェーハを切り出し研削、鏡面研磨およびＣＭＰ研磨後に、ウェーハの表面を観察した。また、全部で１０バッチの製造を行った。その結果を表２に示す。表２に示すように１０バッチ中２バッチで異ポリタイプの発生が見られた（すなわち、異ポリタイプ発生率は、２０％）。
（比較例４）
　直径が５２ｍｍの種結晶基板（種結晶基板の直径／成長容器の内径は、５０％）を用いた以外は実施例１と同じ条件でＳｉＣ単結晶を成長させた。
　ＳｉＣ単結晶成長後、マルチワイヤーソーにてウェーハを切り出し研削、鏡面研磨およびＣＭＰ研磨後に、ウェーハの表面を観察した。また、全部で１０バッチの製造を行った。その結果を表２に示す。表２に示すように１０バッチ中３バッチで異ポリタイプの発生が見られた（すなわち、異ポリタイプ発生率は、３０％）。
（比較例５）
　直径が２１ｍｍの種結晶基板（種結晶基板の直径／成長容器の内径は、２０％）を用いた以外は実施例１と同じ条件でＳｉＣ単結晶を成長させた。
　ＳｉＣ単結晶成長後、マルチワイヤーソーにてウェーハを切り出し研削、鏡面研磨およびＣＭＰ研磨後に、ウェーハの表面を観察した。また、全部で１０バッチの製造を行った。その結果を表２に示す。表２に示すように１０バッチ中５バッチで異ポリタイプの発生が見られた（すなわち、異ポリタイプ発生率は、５０％）。
　表２より、種結晶基板の直径を成長容器の内径の８０％以上とすれば、異ポリタイプの発生が十分抑えられることがわかる。
　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 (1)

  1. 　成長容器内で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、
    　前記種結晶基板として、前記成長容器への設置面がオフアングル１°以下の｛０００１｝面であり、結晶成長面が凸形状の成長インゴット端面である基板を用い、
    　前記種結晶基板の直径を前記成長容器の内径の８０％以上とすることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
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