JP6105447B2

JP6105447B2 - Crystal production method

Info

Publication number: JP6105447B2
Application number: JP2013203024A
Authority: JP
Inventors: 和也柴田; 克明正木; 堂本　千秋; 千秋堂本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP2015067489A

Description

本発明は、炭化珪素の結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide crystal.

現在、トランジスタ等のデバイスを形成する基板材料として、炭素と珪素との化合物である炭化珪素（Silicon Carbide：ＳｉＣ）が注目されている。炭化珪素は、バンドギャ
ップがシリコンに比べて広く、絶縁破壊に至る電界強度が大きいこと等を理由に注目されている。炭化珪素の結晶は、炭素および珪素を含む溶液を用いて溶液成長法で製造される（例えば、特許文献１参照）。 Currently, silicon carbide (SiC), which is a compound of carbon and silicon, has attracted attention as a substrate material for forming devices such as transistors. Silicon carbide has attracted attention because of its wide band gap compared to silicon and high electric field strength that leads to dielectric breakdown. Crystals of silicon carbide are manufactured by a solution growth method using a solution containing carbon and silicon (see, for example, Patent Document 1).

特開２０００―２６４７９０号公報JP 2000-264790 A

特許文献１に記載された発明では、成長した結晶を溶液から引き離す際に、溶液が結晶の下面に付着する。そして、付着した溶液が冷めて固化するときに溶液の固化に伴って生じる収縮によって、成長した結晶に対して圧縮応力が平面方向に加わり、成長した結晶の表面に亀裂または転位等が発生するおそれがあった。 In the invention described in Patent Document 1, when the grown crystal is pulled away from the solution, the solution adheres to the lower surface of the crystal. Then, when the attached solution cools and solidifies, the shrinkage caused by the solidification of the solution applies a compressive stress to the grown crystal in the plane direction, and the surface of the grown crystal may be cracked or dislocated. was there.

本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法は、炭化珪素の種結晶の下面に炭化珪素の結晶を成長させる結晶の製造方法であって、前記種結晶の下面を、炭素および珪素を含む溶液に接触させる工程と、前記溶液に接触した前記種結晶を引き上げて、前記種結晶の下面と前記溶液との接触部を前記溶液の液面よりも上方に位置させることによって、前記種結晶の下面に前記溶液の液面よりも上方で炭化珪素の第１結晶を成長させる第１成長工程と、成長した前記第１結晶の下面を前記溶液に浸けることによって、前記第１結晶の下面から、前記溶液の液面よりも下方で炭化珪素の第２結晶を成長させる第２成長工程とを備えるとともに、少なくとも該第２成長工程の前に、前記溶液中における炭化珪素の下方への結晶成長を促進する促進材を前記溶液に添加することを特徴とする。 A crystal manufacturing method according to an embodiment of the present invention is a crystal manufacturing method for growing a silicon carbide crystal on a lower surface of a silicon carbide seed crystal, wherein the lower surface of the seed crystal is a solution containing carbon and silicon. A step of bringing the seed crystal into contact with the solution, and pulling up the seed crystal in contact with the solution so that a contact portion between the lower surface of the seed crystal and the solution is positioned above the liquid surface of the solution, A first growth step of growing a first crystal of silicon carbide above a liquid surface of the solution, and immersing a lower surface of the grown first crystal in the solution, whereby the lower surface of the first crystal is A second growth step of growing a second crystal of silicon carbide below the liquid level of the solution, and at least prior to the second growth step, promotes crystal growth of silicon carbide below the solution. Before promoting material It is characterized by adding to the solution.

本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法によれば、第２結晶を溶液の液面よりも下方で成長させつつ、溶液に添加された促進材によって下方への結晶成長が促進されていることから、第２結晶の平面方向への成長速度よりも下方への成長速度の方が大きくなるため、第２結晶の横断面積を第２結晶の成長につれて小さくすることができる。その結果、成長した結晶を溶液から引き離す際に、結晶に付着する溶液の量を少なくすることができる。したがって、付着した溶液の量が少なくなるので、この溶液が固化する時に成長した結晶の下面における亀裂または転位等を発生させることを抑えることができ、成長した結晶の品質を向上させることができる。 According to the crystal manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the second crystal is grown below the liquid surface of the solution, and the crystal growth downward is promoted by the promoting material added to the solution. Thus, the growth rate downward is higher than the growth rate in the planar direction of the second crystal, so that the cross-sectional area of the second crystal can be reduced as the second crystal grows. As a result, when the grown crystal is pulled away from the solution, the amount of the solution attached to the crystal can be reduced. Therefore, since the amount of the attached solution is reduced, it is possible to suppress the occurrence of cracks or dislocations on the lower surface of the grown crystal when the solution is solidified, and the quality of the grown crystal can be improved.

本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法に使用する結晶製造装置の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the crystal manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the crystal which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining 1 process of the manufacturing method of the crystal | crystallization which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining 1 process of the manufacturing method of the crystal | crystallization which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining 1 process of the manufacturing method of the crystal | crystallization which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining 1 process of the manufacturing method of the crystal | crystallization which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining 1 process of the manufacturing method of the crystal | crystallization which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining 1 process of the manufacturing method of the crystal | crystallization which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining 1 process of the manufacturing method of the crystal | crystallization which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の変形例に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining 1 process of the manufacturing method of the crystal | crystallization which concerns on the modification of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の変形例に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining 1 process of the manufacturing method of the crystal | crystallization which concerns on the modification of one Embodiment of this invention.

＜結晶製造装置＞
以下に、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法に使用する結晶製造装置の一例について、図１を参照しつつ説明する。図１は、本例の結晶製造装置の概略を示している。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。 <Crystal production equipment>
Hereinafter, an example of a crystal manufacturing apparatus used for a crystal manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an outline of the crystal manufacturing apparatus of this example. Note that the present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.

結晶製造装置１は、半導体部品等に使用される炭化珪素の結晶２を製造する装置であり、種結晶３の下面に結晶２を成長させて、結晶製造を行なう。結晶製造装置１は、図１に示すように、主に保持部材４、坩堝５、保持部材４に固定された種結晶３、および坩堝５内にある溶液６を含んでいる。結晶製造装置１は、種結晶３の下面を溶液６に接触させて、種結晶３の下面に結晶２を成長させる。 The crystal manufacturing apparatus 1 is an apparatus for manufacturing a silicon carbide crystal 2 used for semiconductor components and the like, and the crystal 2 is grown on the lower surface of the seed crystal 3 to manufacture the crystal. As shown in FIG. 1, the crystal manufacturing apparatus 1 mainly includes a holding member 4, a crucible 5, a seed crystal 3 fixed to the holding member 4, and a solution 6 in the crucible 5. The crystal manufacturing apparatus 1 causes the lower surface of the seed crystal 3 to contact the solution 6 to grow the crystal 2 on the lower surface of the seed crystal 3.

結晶２は、製造された後に加工されてウェハーになり、半導体部品製造プロセスを経て半導体部品の一部となる。結晶２は、炭化珪素からなる。結晶２は、種結晶３の下面に成長した炭化珪素の結晶の塊である。結晶２は、図１に示したように、種結晶３の下面に成長した第１結晶７と第１結晶７の下端に形成された第２結晶８とを含む。 The crystal 2 is processed into a wafer after being manufactured, and becomes a part of the semiconductor component through a semiconductor component manufacturing process. Crystal 2 is made of silicon carbide. Crystal 2 is a lump of silicon carbide crystals grown on the lower surface of seed crystal 3. As shown in FIG. 1, the crystal 2 includes a first crystal 7 grown on the lower surface of the seed crystal 3 and a second crystal 8 formed on the lower end of the first crystal 7.

第１結晶７は、図１に示したように、結晶２のうち種結晶３の下端から柱状に形成される部分を指す。第１結晶７は、例えば円柱状または多角柱状に形成される。本実施形態では、第１結晶７は、円柱状に形成されている。第１結晶７の高さは、例えば２ｃｍ以上１０ｃｍ以下である。第１結晶７の幅は、例えば５ｃｍ以上１０ｃｍ以下である。なお、第１結晶７の「幅」とは、第１結晶７が円柱状に形成される場合は第１結晶７の下面の直径を指す。また、第１結晶７が多角柱状に形成される場合は第１結晶７の下面の最大の直線長さを指す。 As shown in FIG. 1, the first crystal 7 indicates a portion of the crystal 2 that is formed in a columnar shape from the lower end of the seed crystal 3. The first crystal 7 is formed in a columnar shape or a polygonal column shape, for example. In the present embodiment, the first crystal 7 is formed in a columnar shape. The height of the first crystal 7 is, for example, not less than 2 cm and not more than 10 cm. The width of the first crystal 7 is, for example, not less than 5 cm and not more than 10 cm. The “width” of the first crystal 7 indicates the diameter of the lower surface of the first crystal 7 when the first crystal 7 is formed in a columnar shape. Moreover, when the 1st crystal | crystallization 7 is formed in polygonal column shape, the maximum linear length of the lower surface of the 1st crystal | crystallization 7 is pointed out.

第２結晶８は、結晶２のうち第１結晶７の下面から横断面積が下端に向かって小さくなる形状に形成される部分を指す。第２結晶８は、下端部が先細りの形状に形成される。第２結晶８は、例えば円錐状または多角錐状に形成される。本実施形態では、第２結晶８は、六角錐状に形成されている。また、本実施形態では、第２結晶８は、縦断面視したときに、第１結晶７の下面の幅よりも高さの方が長い形状を有している。すなわち、本実施形態では、第２結晶８の縦断面の形状は、底辺が高さよりも大きい三角形状となっている。第２結晶８の高さは、例えば２ｃｍ以上９ｃｍ以下である。 The second crystal 8 refers to a portion of the crystal 2 that is formed in a shape in which the cross-sectional area decreases from the lower surface of the first crystal 7 toward the lower end. The second crystal 8 is formed in a tapered shape at the lower end. The second crystal 8 is formed in, for example, a conical shape or a polygonal pyramid shape. In the present embodiment, the second crystal 8 is formed in a hexagonal pyramid shape. In the present embodiment, the second crystal 8 has a shape in which the height is longer than the width of the lower surface of the first crystal 7 when viewed in a longitudinal section. That is, in the present embodiment, the shape of the longitudinal section of the second crystal 8 is a triangular shape whose base is larger than the height. The height of the second crystal 8 is, for example, not less than 2 cm and not more than 9 cm.

なお、結晶の「横断面」とは、例えば第２結晶８の場合は、第２結晶８を横方向すなわち平面方向（ＸＹ平面方向）に切断したときの断面を指す。また、結晶の「縦断面」とは、例えば第２結晶８の場合は、第２結晶８を縦方向すなわち上下方向（Ｚ軸方向）に切断したときの断面を指す。 For example, in the case of the second crystal 8, the “cross section” of the crystal refers to a cross section when the second crystal 8 is cut in the horizontal direction, that is, the plane direction (XY plane direction). In addition, for example, in the case of the second crystal 8, the “longitudinal section” of the crystal refers to a section when the second crystal 8 is cut in the vertical direction, that is, the vertical direction (Z-axis direction).

種結晶３は、結晶製造装置１で成長させる結晶２の種となる。種結晶３は、例えば円状または多角形状の平面形状を有する平板状に形成されている。種結晶３は、結晶２と同じ材料からなる結晶である。すなわち、本実施形態では、炭化珪素の結晶２を製造するため、炭化珪素の結晶からなる種結晶３を用いる。また、本実施形態では、種結晶３は単結晶からなる。 The seed crystal 3 becomes a seed of the crystal 2 grown by the crystal manufacturing apparatus 1. The seed crystal 3 is formed in a flat plate shape having, for example, a circular or polygonal planar shape. The seed crystal 3 is a crystal made of the same material as the crystal 2. That is, in the present embodiment, the seed crystal 3 made of a silicon carbide crystal is used to produce the silicon carbide crystal 2. In the present embodiment, the seed crystal 3 is a single crystal.

種結晶３は、炭化珪素の結晶を構成する珪素原子および炭素原子のうち、主に珪素原子が表面に並んだ珪素面および主に炭素原子が表面に並んだ炭素面を有している。本実施形態では、種結晶３の上面を珪素面とし、種結晶３の下面を炭素面としている。また、種結晶３の上面と下面を繋ぐ側面には、炭素原子および珪素原子が表面に並んでいる。本実施形態では、種結晶３の炭素面を種結晶３の下面としている。 The seed crystal 3 has a silicon surface in which silicon atoms are mainly arranged on the surface and a carbon surface in which mainly carbon atoms are arranged on the surface among silicon atoms and carbon atoms constituting the crystal of silicon carbide. In the present embodiment, the upper surface of the seed crystal 3 is a silicon surface, and the lower surface of the seed crystal 3 is a carbon surface. Further, carbon atoms and silicon atoms are lined up on the side surface connecting the upper surface and the lower surface of the seed crystal 3. In the present embodiment, the carbon surface of the seed crystal 3 is the lower surface of the seed crystal 3.

炭素面または珪素面の判別は、例えばＸ線光電子分光法または水酸化カリウムによるエッチング法等で行なうことができる。エッチング法を使用する場合であれば、種結晶３の表面を水酸化カリウムでエッチングした際に、例えば光学顕微鏡を用いて２０倍の倍率で種結晶３を観察したときに、平坦性を保っている表面は珪素面であると判別することができる。これに対して、上記と同様にして種結晶３を観察したときに、凹凸にエッチングされている表面は炭素面であると判別することができる。 The carbon surface or the silicon surface can be discriminated by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy or an etching method using potassium hydroxide. If the etching method is used, when the surface of the seed crystal 3 is etched with potassium hydroxide, the flatness is maintained when the seed crystal 3 is observed at a magnification of 20 times using an optical microscope, for example. It can be determined that the surface being a silicon surface. On the other hand, when the seed crystal 3 is observed in the same manner as described above, the surface etched into the unevenness can be determined to be a carbon surface.

種結晶３は、保持部材４の下面に固定されている。種結晶３は、例えば炭素を含んだ接着材（図示せず）によって、保持部材４に固定されている。また、種結晶３は、保持部材４によって、上下方向に移動可能となっている。 The seed crystal 3 is fixed to the lower surface of the holding member 4. The seed crystal 3 is fixed to the holding member 4 by, for example, an adhesive (not shown) containing carbon. The seed crystal 3 can be moved in the vertical direction by the holding member 4.

保持部材４は、種結晶３を保持して、溶液６に対して種結晶３の搬出入を行なう。具体的に、保持部材４は、種結晶３を溶液６に接触させたり、溶液６から結晶２を遠ざけたりする機能を有する。保持部材４は、図１に示すように、移動装置９の移動機構（図示せず）に固定されている。移動装置９は、移動装置９に固定されている保持部材４を例えばモータを利用して上下方向に移動させる移動機構を有している。その結果、移動装置９によって、保持部材４は上下方向に移動する。その結果、種結晶３は保持部材４の移動に伴って上下方向に移動する。 The holding member 4 holds the seed crystal 3 and carries the seed crystal 3 in and out of the solution 6. Specifically, the holding member 4 has a function of bringing the seed crystal 3 into contact with the solution 6 and keeping the crystal 2 away from the solution 6. As shown in FIG. 1, the holding member 4 is fixed to a moving mechanism (not shown) of the moving device 9. The moving device 9 has a moving mechanism that moves the holding member 4 fixed to the moving device 9 in the vertical direction using, for example, a motor. As a result, the holding member 4 moves up and down by the moving device 9. As a result, the seed crystal 3 moves in the vertical direction as the holding member 4 moves.

保持部材４は、例えば柱状に形成されている。保持部材４は、例えば炭素の多結晶体または炭素を焼成した焼成体等からなる。保持部材４は、上下方向の軸の周囲に回転可能な状態で移動装置９に固定されていてもよい。 The holding member 4 is formed in a columnar shape, for example. The holding member 4 is made of, for example, a polycrystal of carbon or a fired body obtained by firing carbon. The holding member 4 may be fixed to the moving device 9 so as to be rotatable around a vertical axis.

溶液６は、坩堝５の内部に溜められており、結晶２の原料を種結晶３に供給して結晶２を成長させるものである。溶液６は、結晶２と同じ材料を含む。すなわち、結晶２は炭化珪素の結晶であるから、溶液６は炭素と珪素とを含む。本実施形態では、溶液６は、炭素（溶質）を珪素の液体（溶媒）に溶かして溶液６としている。 The solution 6 is stored inside the crucible 5, and supplies the raw material of the crystal 2 to the seed crystal 3 to grow the crystal 2. Solution 6 contains the same material as crystal 2. That is, since the crystal 2 is a silicon carbide crystal, the solution 6 contains carbon and silicon. In this embodiment, the solution 6 is obtained by dissolving carbon (solute) in a silicon liquid (solvent).

なお、本実施形態では、溶液６には、炭化珪素の結晶成長を促進させる促進材が添加される。促進材は、例えばアルミニウム、タンタル、インジウム、鉄、スズ、チタン、ニッケルおよびゲルマニウム等で構成される群から選択される少なくとも１つを含んだものからなる。中でも、結晶２の品質を向上させる観点から、ニッケルまたはタンタルを添加す
ることが好ましい。なお、溶液６は、炭素の溶解度を向上させるために、例えばクロム等の金属材料を含んでいてもよい。 In the present embodiment, the solution 6 is added with a promoter for promoting the crystal growth of silicon carbide. The promoter is made of, for example, at least one selected from the group consisting of aluminum, tantalum, indium, iron, tin, titanium, nickel, germanium, and the like. Among these, nickel or tantalum is preferably added from the viewpoint of improving the quality of the crystal 2. The solution 6 may contain a metal material such as chromium, for example, in order to improve the solubility of carbon.

坩堝５は、溶液６を貯留するものである。また、坩堝５は、結晶２の原料を内部で融解させる器としての機能を担っている。坩堝５は、例えば黒鉛で形成されている。本実施形態では、坩堝５は、坩堝５の中で結晶２の原料のうち珪素を融解させて溶媒とし、珪素の溶媒に坩堝５の一部（炭素）が溶解することで、炭素と珪素とを含む溶液６となっている。坩堝５は、溶液６を貯留するために、例えば上面に開口を有する凹状に形成されている。 The crucible 5 stores the solution 6. The crucible 5 has a function as a vessel for melting the raw material of the crystal 2 inside. The crucible 5 is made of, for example, graphite. In the present embodiment, the crucible 5 is obtained by melting silicon out of the raw material of the crystal 2 in the crucible 5 to use as a solvent, and by dissolving a part of the crucible 5 (carbon) in the silicon solvent, Solution 6 containing The crucible 5 is formed in a concave shape having an opening on the upper surface, for example, in order to store the solution 6.

本実施形態では、炭化珪素の結晶２を成長させる方法として溶液成長法を用いている。溶液成長法では、溶液６を、種結晶３の下面において局所的に準安定状態（熱力学的に非平衡状態であるが、その状態で一時的に安定している状態）にすることによって、種結晶３の下面に結晶２として析出させている。すなわち、溶液６では、珪素（溶媒）に炭素（溶質）を溶解させており、炭素の溶解度は、溶媒の温度が高くなるほど大きくなる。ここで、加熱して高温になった溶液６が種結晶３への接触で冷えると、溶解した炭素が過飽和状態となって、溶液６が局所的に準安定状態となる。そして、溶液６が安定状態（熱力学的に平衡状態）に移行しようとして、種結晶３の下面に炭化珪素の結晶２として析出する。その結果、種結晶３の下面に結晶２が成長する。 In this embodiment, a solution growth method is used as a method for growing the silicon carbide crystal 2. In the solution growth method, the solution 6 is locally metastable on the lower surface of the seed crystal 3 (thermodynamically non-equilibrium, but temporarily stable in that state). The crystal 2 is deposited on the lower surface of the seed crystal 3. That is, in the solution 6, carbon (solute) is dissolved in silicon (solvent), and the solubility of carbon increases as the temperature of the solvent increases. Here, when the solution 6 heated to a high temperature is cooled by contact with the seed crystal 3, the dissolved carbon becomes supersaturated, and the solution 6 is locally metastable. Then, the solution 6 precipitates as a silicon carbide crystal 2 on the lower surface of the seed crystal 3 in an attempt to shift to a stable state (thermodynamic equilibrium state). As a result, the crystal 2 grows on the lower surface of the seed crystal 3.

坩堝５は、坩堝容器１０の内部に配置されている。坩堝容器１０は、坩堝５を保持する機能を担っている。この坩堝容器１０と坩堝５との間には、保温材１１が配置されている。この保温材１１は、坩堝５の周囲を囲んでいる。保温材１１は、坩堝５からの放熱を抑制し、坩堝５の温度を安定して保つ。坩堝５は、回転可能な状態で坩堝容器１０の内部に配置されていてもよい。 The crucible 5 is disposed inside the crucible container 10. The crucible container 10 has a function of holding the crucible 5. A heat insulating material 11 is disposed between the crucible container 10 and the crucible 5. The heat insulating material 11 surrounds the crucible 5. The heat insulating material 11 suppresses heat radiation from the crucible 5 and keeps the temperature of the crucible 5 stably. The crucible 5 may be arranged inside the crucible container 10 in a rotatable state.

坩堝５は、加熱装置１２によって、熱が加えられる。本実施形態の加熱装置１２は、コイル１３および交流電源１４を含んでおり、例えば電磁波を利用した電磁加熱方式によって坩堝５の加熱を行なう。なお、加熱装置１２は、例えば、カーボン等の発熱抵抗体で生じた熱を伝熱する方式等の他の方式を採用することができる。この伝熱方式の加熱装置を採用する場合は、（坩堝５と保温材１１との間に）発熱抵抗体が配置される。 The crucible 5 is heated by the heating device 12. The heating device 12 of the present embodiment includes a coil 13 and an AC power source 14, and heats the crucible 5 by an electromagnetic heating method using electromagnetic waves, for example. Note that the heating device 12 may employ other methods such as a method of transferring heat generated by a heating resistor such as carbon. When this heat transfer type heating device is employed, a heating resistor is disposed (between the crucible 5 and the heat insulating material 11).

コイル１３は、導体によって形成され、坩堝５の周囲を囲んでいる。コイル１３は、坩堝５を円筒状に囲むように、坩堝５の周囲に配されている。すなわち、コイル１３を有する加熱装置１２は、コイル１３による円筒状の加熱領域を有している。交流電源１４は、コイル１３に交流電流を流すためのものであり、交流電流の周波数が高いものを用いることによって、坩堝５内の設定温度までの加熱時間を短縮することができる。 The coil 13 is formed of a conductor and surrounds the crucible 5. The coil 13 is arranged around the crucible 5 so as to surround the crucible 5 in a cylindrical shape. That is, the heating device 12 having the coil 13 has a cylindrical heating region formed by the coil 13. The AC power supply 14 is for flowing an AC current through the coil 13, and the heating time up to the set temperature in the crucible 5 can be shortened by using an AC current having a high frequency.

本実施形態では、交流電源１４および移動装置９が制御装置１５に接続されて制御されている。つまり、この結晶製造装置１は、制御装置１５によって、溶液６の加熱および温度制御と、種結晶３の搬入出とが連動して制御されている。制御装置１５は、中央演算処理装置およびメモリ等の記憶装置を含んでおり、例えば公知のコンピュータからなる。 In the present embodiment, the AC power supply 14 and the moving device 9 are connected to the control device 15 and controlled. That is, in the crystal manufacturing apparatus 1, the heating and temperature control of the solution 6 and the carry-in / out of the seed crystal 3 are controlled by the control device 15 in conjunction with each other. The control device 15 includes a central processing unit and a storage device such as a memory, and is composed of, for example, a known computer.

＜結晶の製造方法＞
本発明の実施形態に係る結晶の製造方法について、図２から図６を参照しつつ説明する。結晶の製造方法は、準備工程、接触工程、第１成長工程、第２成長工程および引き離し工程を有する。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。 <Crystal production method>
A method for producing a crystal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The crystal manufacturing method includes a preparation step, a contact step, a first growth step, a second growth step, and a separation step. Note that the present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.

図２は、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図であり、
種結晶３を溶液６に接触させた様子を示している。図３は、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図であり、種結晶３の下面に第１結晶７が成長している様子を示している。図４は、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図であり、第１結晶７の下面が溶液６の液面１６よりも上方に位置している様子を示している。図５は、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図であり、第１結晶７の下面を溶液６に浸けた様子を示している。図６は、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図であり、第１結晶７の下面に第２結晶８が成長している様子を示している。図７は、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図であり、結晶２を溶液６から引き離している様子を示している。図８は、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図であり、引き離し工程において結晶２を一時停止させている様子を示している。図９は、本発明の一実施形態の変形例に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図であり、第２結晶８を成長させたときの様子を示している。図１０は、本発明の一実施形態の変形例に係る結晶の製造方法の一工程を説明する断面図であり、第２結晶８を成長させたときの様子を示している。 FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining one step of a method for producing a crystal according to an embodiment of the present invention.
A state in which the seed crystal 3 is brought into contact with the solution 6 is shown. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining one step of the method for producing a crystal according to one embodiment of the present invention, and shows a state in which the first crystal 7 is grown on the lower surface of the seed crystal 3. FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining one step of the crystal manufacturing method according to one embodiment of the present invention, in which the lower surface of the first crystal 7 is positioned above the liquid level 16 of the solution 6. Show. FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining one step of the method for producing a crystal according to one embodiment of the present invention, and shows a state in which the lower surface of the first crystal 7 is immersed in the solution 6. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating one step of the method for producing a crystal according to an embodiment of the present invention, and shows a state in which the second crystal 8 is growing on the lower surface of the first crystal 7. FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining one step of the method for producing a crystal according to an embodiment of the present invention, and shows a state where the crystal 2 is separated from the solution 6. FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining one step of the method for producing a crystal according to one embodiment of the present invention, and shows a state in which the crystal 2 is temporarily stopped in the separating step. FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining one step of the method for producing a crystal according to the modification of the embodiment of the present invention, and shows a state when the second crystal 8 is grown. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining one step of the method for producing a crystal according to the modification of the embodiment of the present invention, and shows a state when the second crystal 8 is grown.

（準備工程）
種結晶３を準備する。種結晶３は、例えば昇華法または溶液成長法等によって製造された炭化珪素の結晶の塊に切断等の加工を行なって平板状に形成したものを用いる。本実施形態では、種結晶３の下面を炭素面としている。 (Preparation process)
A seed crystal 3 is prepared. As the seed crystal 3, for example, a silicon carbide crystal lump manufactured by a sublimation method, a solution growth method, or the like is processed into a flat plate shape by cutting or the like. In the present embodiment, the lower surface of the seed crystal 3 is a carbon surface.

炭化珪素の結晶構造は、例えば、４つの珪素原子が三角錐の各頂点に位置しつつ、４つの珪素原子のそれぞれと結合した１つの炭素原子が三角錐の略中央に位置した三角錐状の単位格子を有している。そして、複数の単位格子が同じ向きで平面方向に並びつつ、ある単位格子の珪素原子が他の単位格子の炭素原子と結合することによって、種結晶３を形成している。ここで、単位格子において、ある１つの結合（第１結合）の距離は、他の３つの結合（複数の第２結合）の距離よりも長くなっており、第１結合は第２結合よりも切断され易くなっている。また、複数の単位格子の各第１結合の結合方向は、平面方向に直交している。それゆえ、結晶の塊を加工する際に、複数の単位格子の各第１結合を、平面方向に一様に切断することで、種結晶３の一主面を珪素面、他主面を炭素面にしやすくなる。 The crystal structure of silicon carbide is, for example, a triangular pyramid shape in which one silicon atom bonded to each of the four silicon atoms is located at the approximate center of the triangular pyramid while four silicon atoms are located at each vertex of the triangular pyramid. It has a unit cell. The seed crystal 3 is formed by bonding silicon atoms of one unit cell to carbon atoms of another unit cell while a plurality of unit cells are arranged in the same direction in the plane direction. Here, in the unit cell, the distance of one bond (first bond) is longer than the distance of the other three bonds (multiple second bonds), and the first bond is longer than the second bond. It is easy to be cut. Further, the coupling direction of each first coupling of the plurality of unit cells is orthogonal to the plane direction. Therefore, when processing the lump of crystal, each primary bond of the plurality of unit cells is uniformly cut in the plane direction, so that one main surface of the seed crystal 3 is a silicon surface and the other main surface is a carbon surface. It becomes easy to face.

保持部材４を準備し、保持部材４の下面に種結晶３を固定する。具体的には、保持部材４の下面に炭素を含有する接着材を塗布する。その後、接着材を挟んで保持部材４の下面上に種結晶３を配して、種結晶３を保持部材４に固定する。その結果、保持部材４の下面に固定された種結晶３を準備することができる。なお、本実施形態では、種結晶３を保持部材４に固定した後、保持部材４の上端を移動装置９に固定する。 The holding member 4 is prepared, and the seed crystal 3 is fixed to the lower surface of the holding member 4. Specifically, an adhesive containing carbon is applied to the lower surface of the holding member 4. Thereafter, the seed crystal 3 is arranged on the lower surface of the holding member 4 with the adhesive interposed therebetween, and the seed crystal 3 is fixed to the holding member 4. As a result, the seed crystal 3 fixed to the lower surface of the holding member 4 can be prepared. In this embodiment, after fixing the seed crystal 3 to the holding member 4, the upper end of the holding member 4 is fixed to the moving device 9.

坩堝５と、坩堝５内に溜まった、炭素および珪素を含む溶液６とを準備する。具体的には、まず、坩堝５を準備する。次いで、坩堝５内に、珪素の原料となる珪素粒子を入れて、坩堝５を珪素の融点（１４２０℃）以上に加熱する。このとき、液化した珪素（溶媒）内に坩堝５を形成している炭素（溶質）が溶解する。その結果、坩堝５内に炭素および珪素を含む溶液６を準備することができる。なお、溶液６に含まれる炭素は、予め原料として炭素粒子を加えることによって、珪素を融解させると同時に炭素を溶解させてもよい。 A crucible 5 and a solution 6 containing carbon and silicon accumulated in the crucible 5 are prepared. Specifically, first, the crucible 5 is prepared. Next, silicon particles as a raw material of silicon are placed in the crucible 5 and the crucible 5 is heated to a melting point of silicon (1420 ° C.) or higher. At this time, carbon (solute) forming the crucible 5 is dissolved in liquefied silicon (solvent). As a result, a solution 6 containing carbon and silicon can be prepared in the crucible 5. The carbon contained in the solution 6 may be dissolved at the same time as silicon is melted by adding carbon particles as a raw material in advance.

本実施形態では、坩堝５は加熱装置１２のコイル１３に囲われた坩堝容器１０内に設置される。そして、加熱装置１２によって坩堝５を加熱することで、溶液６を形成することができる。なお、予め、坩堝５を結晶製造装置１の外で加熱して溶液６を形成した後に、坩堝５を坩堝容器１０内に配置してもよい。また、溶液６を坩堝５以外の他の容器等で形成した後、坩堝容器１０内に設置された坩堝５に溶液６を注ぎ込んでもよい。 In this embodiment, the crucible 5 is installed in the crucible container 10 surrounded by the coil 13 of the heating device 12. And the solution 6 can be formed by heating the crucible 5 with the heating apparatus 12. FIG. Note that the crucible 5 may be placed in the crucible container 10 after the crucible 5 is heated outside the crystal production apparatus 1 to form the solution 6 in advance. Alternatively, after the solution 6 is formed in a container other than the crucible 5, the solution 6 may be poured into the crucible 5 installed in the crucible container 10.

（接触工程）
種結晶３の下面を溶液６に接触させる。種結晶３は、図２に示すように、保持部材４を下方に移動させることで溶液６に接触させる。なお、本実施形態では、種結晶３を下方向へ移動させることで種結晶３を溶液６に接触させているが、坩堝５を上方向へ移動させることで種結晶３を溶液６に接触させてもよい。 (Contact process)
The lower surface of the seed crystal 3 is brought into contact with the solution 6. As shown in FIG. 2, the seed crystal 3 is brought into contact with the solution 6 by moving the holding member 4 downward. In this embodiment, the seed crystal 3 is brought into contact with the solution 6 by moving the seed crystal 3 downward. However, the seed crystal 3 is brought into contact with the solution 6 by moving the crucible 5 upward. May be.

種結晶３は、下面の少なくとも一部が溶液６の液面１６に接触していればよい。それゆえ、種結晶３の下面全体が溶液６に接触するようにしてもよいし、種結晶３の側面または上面が浸かるように溶液６に接触させてもよい。種結晶３の側面または上面が浸かるように溶液６に入れた場合には、種結晶３の下面全体を確実に溶液６に接触させることができ、生産性を向上させることができる。 It suffices that at least a part of the lower surface of the seed crystal 3 is in contact with the liquid surface 16 of the solution 6. Therefore, the entire lower surface of the seed crystal 3 may be in contact with the solution 6, or the seed crystal 3 may be in contact with the solution 6 so that the side surface or the upper surface of the seed crystal 3 is immersed. In the case where the seed crystal 3 is immersed in the solution 6 so that the side surface or the upper surface thereof is immersed, the entire lower surface of the seed crystal 3 can be reliably brought into contact with the solution 6 and the productivity can be improved.

（第１成長工程）
接触工程で溶液６に接触させた種結晶３の下面に、溶液６から第１結晶７（結晶２）を成長させる。第１結晶７は、種結晶３の下面に炭化珪素の結晶が層状に積み重なるように成長する。第１結晶７の成長は、上記の接触工程にて、種結晶３の下面を溶液６に接触させたときから始まる。すなわち、種結晶３の下面を溶液６に接触させることによって、種結晶３の下面と種結晶３の下面付近の溶液６との間に温度差ができる。そして、その温度差によって、炭素が過飽和状態になり、溶液６中の炭素および珪素が第１結晶７として種結晶３の下面に析出し始める。 (First growth process)
A first crystal 7 (crystal 2) is grown from the solution 6 on the lower surface of the seed crystal 3 brought into contact with the solution 6 in the contact step. First crystal 7 grows so that silicon carbide crystals are stacked in layers on the lower surface of seed crystal 3. The growth of the first crystal 7 starts when the lower surface of the seed crystal 3 is brought into contact with the solution 6 in the above contact step. That is, by bringing the lower surface of the seed crystal 3 into contact with the solution 6, a temperature difference can be created between the lower surface of the seed crystal 3 and the solution 6 near the lower surface of the seed crystal 3. Then, due to the temperature difference, the carbon is supersaturated, and carbon and silicon in the solution 6 begin to precipitate on the lower surface of the seed crystal 3 as the first crystal 7.

図３に示すように、種結晶３を引き上げることによって、第１結晶７を柱状に成長させることができる。種結晶３の引き上げは、第１結晶７が溶液６の液面１６よりも上方で成長するように行なう。なお、「液面１６よりも上方で成長する」とは、図４に示すように、第１結晶７の下面と溶液６との間で、溶液６の一部が第１結晶７に向かって盛り上がるように第１結晶７の周囲の液面１６にメニスカス１７が形成された状態を維持しつつ、第１結晶７を成長させることを指す。 As shown in FIG. 3, the first crystal 7 can be grown in a columnar shape by pulling up the seed crystal 3. The seed crystal 3 is pulled up so that the first crystal 7 grows above the liquid level 16 of the solution 6. Note that “grow above the liquid surface 16” means that a part of the solution 6 is directed toward the first crystal 7 between the lower surface of the first crystal 7 and the solution 6 as shown in FIG. 4. It refers to growing the first crystal 7 while maintaining the state in which the meniscus 17 is formed on the liquid surface 16 around the first crystal 7 so as to rise.

第１結晶７の成長は以下のように行なう。まず、種結晶３を溶液６に接触させた状態を維持しつつ引き上げる。具体的には、溶液６の表面張力によって、溶液６が種結晶３に引き寄せられて、種結晶３の下面と溶液６との接触部を溶液６の液面１６よりも上方に位置させるように種結晶３を引き上げる。次いで、種結晶３の下面に成長する第１結晶７の下面が、溶液６の液面１６よりも上方で溶液６と接触した状態を保つように、種結晶３を引き上げ続ける。その結果、第１結晶７の下面の表面温度が溶液６よりも低い温度で維持され、第１結晶７を連続的に成長させて長尺化させることができる。 The growth of the first crystal 7 is performed as follows. First, the seed crystal 3 is pulled up while being kept in contact with the solution 6. Specifically, the solution 6 is attracted to the seed crystal 3 by the surface tension of the solution 6, and the contact portion between the lower surface of the seed crystal 3 and the solution 6 is positioned above the liquid level 16 of the solution 6. The seed crystal 3 is pulled up. Next, the seed crystal 3 is continuously pulled up so that the lower surface of the first crystal 7 growing on the lower surface of the seed crystal 3 is kept in contact with the solution 6 above the liquid surface 16 of the solution 6. As a result, the surface temperature of the lower surface of the first crystal 7 is maintained at a temperature lower than that of the solution 6, and the first crystal 7 can be continuously grown and elongated.

種結晶３の引き上げは、第１結晶７が柱状に成長するように行なう。すなわち、第１結晶７の平面方向および下方への成長速度を調整しながら種結晶３を上方向に少しずつ引き上げることによって、一定の径を保った状態で第１結晶７を成長させることができる。なお、種結晶３の引き上げの速度は、例えば５０μｍ／ｈ以上１５０μｍ／ｈ以下に設定することができる。 The seed crystal 3 is pulled up so that the first crystal 7 grows in a columnar shape. That is, the first crystal 7 can be grown while maintaining a constant diameter by gradually pulling the seed crystal 3 upward while adjusting the growth rate of the first crystal 7 in the planar direction and downward. . The pulling speed of the seed crystal 3 can be set to, for example, 50 μm / h or more and 150 μm / h or less.

溶液６の温度は、例えば１４００℃以上２０００℃以下となるように設定されている。溶液６の温度が変動する場合には、溶液６の温度として、例えば一定時間において複数回測定した温度を平均した温度を用いることができる。溶液６の温度を測定する方法としては、例えば熱電対で直接的に測定する方法、または放射温度計を用いて間接的に測定する方法等を用いることができる。 The temperature of the solution 6 is set to be 1400 ° C. or more and 2000 ° C. or less, for example. When the temperature of the solution 6 fluctuates, as the temperature of the solution 6, for example, a temperature obtained by averaging temperatures measured a plurality of times in a certain time can be used. As a method of measuring the temperature of the solution 6, for example, a method of directly measuring with a thermocouple or a method of measuring indirectly with a radiation thermometer can be used.

（第２成長工程）
第１結晶７の下面に第２結晶８を成長させる。第２結晶８は、溶液６の液面１６よりも下方で成長させる。具体的に、図５および図６に示すように、第１結晶７の下面を溶液６に浸け、第１結晶７の下面から第２結晶８を成長させる。このとき、第１結晶７の下面に成長する第２結晶８の下面が溶液６の液面１６よりも下方に位置した状態を維持して成長させる。なお、少なくとも第２成長工程の前に、溶液６中における炭化珪素の下方への結晶成長を促進する促進材を溶液６に添加しておく。 (Second growth process)
A second crystal 8 is grown on the lower surface of the first crystal 7. The second crystal 8 is grown below the liquid level 16 of the solution 6. Specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, the lower surface of the first crystal 7 is immersed in the solution 6, and the second crystal 8 is grown from the lower surface of the first crystal 7. At this time, the second crystal 8 growing on the lower surface of the first crystal 7 is grown while maintaining the lower surface positioned below the liquid surface 16 of the solution 6. At least before the second growth step, a promoter that promotes the downward crystal growth of silicon carbide in the solution 6 is added to the solution 6.

ここで、成長した結晶２を溶液６から引き離す際に、溶液６が結晶２の下面に付着する。従来は付着した溶液６が冷めて固化するときに溶液６の固化に伴って生じる平面方向への収縮によって、結晶２に圧縮応力が加わり、結晶２の表面に亀裂または転位等が発生するおそれがあった。 Here, when the grown crystal 2 is pulled away from the solution 6, the solution 6 adheres to the lower surface of the crystal 2. Conventionally, when the adhering solution 6 is cooled and solidified, there is a possibility that compressive stress is applied to the crystal 2 due to the shrinkage in the plane direction caused by the solidification of the solution 6 and cracks or dislocations are generated on the surface of the crystal 2. there were.

これに対して、本実施形態では、促進材の添加によって、第２結晶８の下方への結晶の成長速度を向上させることができる。そして、第２結晶８を液面１６よりも下方で成長させることによって、液面１６よりも上方で成長させる場合と比較して、成長する第２結晶８の下面の縁部において温度を低下しにくくすることができる。その結果、第２結晶８の平面方向への成長速度よりも下方への成長速度の方が大きくなるため、平面方向への成長よりも下方への成長が大きくなる。すなわち、第２結晶８の横断面積は成長するにつれて小さくなり、結晶２の下端部を先細りの形状にすることができる。 On the other hand, in this embodiment, the growth rate of the crystal below the second crystal 8 can be improved by adding the promoter. Then, by growing the second crystal 8 below the liquid surface 16, the temperature is lowered at the edge of the lower surface of the growing second crystal 8 as compared with the case where the second crystal 8 is grown above the liquid surface 16. Can be difficult. As a result, since the downward growth rate is higher than the growth rate in the planar direction of the second crystal 8, the downward growth is greater than the growth in the planar direction. That is, the cross-sectional area of the second crystal 8 becomes smaller as it grows, and the lower end of the crystal 2 can be tapered.

よって、後述する引き離し工程で、成長した結晶２を溶液６から引き離す際に結晶２に付着した溶液６を、先細りの形状を形成する斜面を伝って横断面積の小さい結晶２（第２結晶８）の下面に集中させることができる。その結果、結晶２に付着する溶液６の量が低減し、溶液６の固化時に結晶２の下面に生じる圧縮応力が低減するため、成長した結晶２の下面に亀裂または転位等が発生することを低減することができる。したがって、成長した結晶２の品質を向上させることができる。 Therefore, the crystal 2 having a small cross-sectional area (second crystal 8) is transferred along the slope forming the tapered shape when the crystal 6 grown when the crystal 2 grown is separated from the solution 6 in the pulling process described later. It can be concentrated on the lower surface of the. As a result, the amount of the solution 6 adhering to the crystal 2 is reduced, and the compressive stress generated on the lower surface of the crystal 2 when the solution 6 is solidified is reduced, so that cracks or dislocations are generated on the lower surface of the grown crystal 2. Can be reduced. Therefore, the quality of the grown crystal 2 can be improved.

なお、第２結晶８は、第２結晶８の上面側にある第１結晶７、種結晶３および保持部材４等を介して放熱している。すなわち、第２結晶８の下面の熱は、溶液６より引き上げられることで雰囲気中に位置した種結晶３または第１結晶７、あるいは保持部材４を介して放出される。それゆえ、第２結晶８の下面は溶液６よりも低い温度になり、溶液６の液面１６よりも下方においても、良好に第２結晶８を成長させることができる。 The second crystal 8 radiates heat through the first crystal 7, the seed crystal 3, the holding member 4, and the like on the upper surface side of the second crystal 8. That is, the heat of the lower surface of the second crystal 8 is released through the seed crystal 3 or the first crystal 7 or the holding member 4 located in the atmosphere by being pulled up from the solution 6. Therefore, the lower surface of the second crystal 8 is at a lower temperature than the solution 6, and the second crystal 8 can be grown well even below the liquid surface 16 of the solution 6.

第１結晶７の下面は、図５に示すように、第１成長工程で成長した第１結晶７を下方に移動させることによって溶液６に浸ける。その結果、第１結晶７の下面からの第２結晶８の成長を迅速に開始させることができ、結晶２の成長時間を短縮することができる。なお、第１結晶７の下面は、溶液６を追加して溶液６の液面１６を上昇させることによって、溶液６に浸けてもよい。 As shown in FIG. 5, the lower surface of the first crystal 7 is immersed in the solution 6 by moving the first crystal 7 grown in the first growth step downward. As a result, the growth of the second crystal 8 from the lower surface of the first crystal 7 can be started quickly, and the growth time of the crystal 2 can be shortened. Note that the lower surface of the first crystal 7 may be immersed in the solution 6 by adding the solution 6 and raising the liquid level 16 of the solution 6.

上述した通り、種結晶３の下面を炭素面としている場合には、第１結晶７の下面を炭素面とすることができる。すなわち、炭化珪素の結晶は、炭素原子および珪素原子の集合を１つの塊として１層ずつ成長する。それゆえ、種結晶３の下面が炭素面の場合は、種結晶３の下面には珪素原子が引き寄せられ、成長する第１結晶７の下面には炭素原子が並び、第１結晶７の下面は炭素面となる。そして、促進材は、炭素面からの炭化珪素の結晶成長を促す材料からなるものを用いる。その結果、第２結晶８を、第１結晶７の下面の縁に特定の角度で内側に傾く特定の結晶面（ファセット面）を形成しつつ成長させることができ、容易に第２結晶８を先細りの形状に形成することができる。 As described above, when the lower surface of the seed crystal 3 is a carbon surface, the lower surface of the first crystal 7 can be a carbon surface. That is, the silicon carbide crystal grows one layer at a time with a set of carbon atoms and silicon atoms as one lump. Therefore, when the lower surface of the seed crystal 3 is a carbon surface, silicon atoms are attracted to the lower surface of the seed crystal 3, carbon atoms are arranged on the lower surface of the growing first crystal 7, and the lower surface of the first crystal 7 is It becomes a carbon surface. And a promoter made of a material that promotes crystal growth of silicon carbide from the carbon surface is used. As a result, the second crystal 8 can be grown while forming a specific crystal face (facet plane) inclined inward at a specific angle at the edge of the lower surface of the first crystal 7. It can be formed into a tapered shape.

すなわち、炭素面からの結晶成長が促進されるため、炭素面である下面からの成長速度は、側面からの成長速度よりも大きくなる。このとき、下方への成長が平面方向への成長
に比べて大きくなり、結晶構造上、安定状態にあるファセット面が形成されやすくなる。そして、ファセット面を保ったまま第２結晶８が下方に向かって成長するため、第２結晶８を先細りの形状にすることができる。 That is, since the crystal growth from the carbon surface is promoted, the growth rate from the lower surface which is the carbon surface becomes larger than the growth rate from the side surface. At this time, the downward growth becomes larger than the growth in the plane direction, and a facet surface in a stable state is easily formed in the crystal structure. Since the second crystal 8 grows downward while maintaining the facet plane, the second crystal 8 can be tapered.

種結晶３の下面を炭素面とした場合、促進材としては、アルミニウム、タンタル、インジウム、鉄、スズ、チタン、ニッケルまたはゲルマニウムで構成される群から選択される少なくとも１つを含むものを用いるとよい。これらの材料は、炭素面からの炭化珪素の結晶成長を促す効果を有しているからである。 In the case where the lower surface of the seed crystal 3 is a carbon surface, the promoter includes at least one selected from the group consisting of aluminum, tantalum, indium, iron, tin, titanium, nickel, or germanium. Good. This is because these materials have an effect of promoting crystal growth of silicon carbide from the carbon surface.

第２結晶８は、図６に示すように、第１結晶７を引き上げつつ、溶液６の液面１６よりも下方で成長させてもよい。その結果、成長する第２結晶８の下面と加熱された坩堝５との距離を大きくすることができ、第２結晶８の下面の温度上昇を低減することができる。したがって、第２結晶８の成長時間を短縮することができる。なお、第１結晶７の引き上げは、保持部材４を上方へ移動させて種結晶３を引き上げることによって行なう。 As shown in FIG. 6, the second crystal 8 may be grown below the liquid level 16 of the solution 6 while pulling up the first crystal 7. As a result, the distance between the lower surface of the growing second crystal 8 and the heated crucible 5 can be increased, and the temperature rise on the lower surface of the second crystal 8 can be reduced. Therefore, the growth time of the second crystal 8 can be shortened. The first crystal 7 is pulled up by moving the holding member 4 upward and pulling up the seed crystal 3.

また、上記の製法によれば、第２結晶８の先端を尖らせることができる。すなわち、成長した第２結晶８を縦断面視したときに、第２結晶８の一対の側辺同士が交わって第２結晶８の先端を形成している。その結果、第２結晶８の先端に溶液６が集まり易くなるので、第２結晶８から溶液６が容易に除去され、結晶２に付着する溶液６の量を低減することができる。 Moreover, according to said manufacturing method, the front-end | tip of the 2nd crystal | crystallization 8 can be sharpened. That is, when the grown second crystal 8 is viewed in a longitudinal section, the pair of side edges of the second crystal 8 intersect to form the tip of the second crystal 8. As a result, the solution 6 is easily collected at the tip of the second crystal 8, so that the solution 6 is easily removed from the second crystal 8, and the amount of the solution 6 attached to the crystal 2 can be reduced.

第２結晶８は、坩堝５の上端部を加熱装置１２の加熱領域外に位置させた状態で成長させてもよい。その結果、坩堝５内にある溶液６の上側の温度を溶液６の下側の温度と比較して低くすることができ、第２結晶８の下面の温度上昇を抑制することができる。したがって、第２結晶８の成長速度を向上させることができる。 The second crystal 8 may be grown in a state where the upper end portion of the crucible 5 is located outside the heating region of the heating device 12. As a result, the temperature on the upper side of the solution 6 in the crucible 5 can be made lower than the temperature on the lower side of the solution 6, and the temperature rise on the lower surface of the second crystal 8 can be suppressed. Therefore, the growth rate of the second crystal 8 can be improved.

本実施形態では、坩堝５を引き上げることによって、坩堝５の上端部を加熱装置１２の加熱領域外に位置させることができる。一方、坩堝５の周囲にある加熱装置１２の位置を坩堝５に対して下げることによって、坩堝５の上端部を加熱装置１２の加熱領域外に位置させてもよい。 In the present embodiment, the upper end of the crucible 5 can be positioned outside the heating region of the heating device 12 by pulling up the crucible 5. On the other hand, the upper end portion of the crucible 5 may be positioned outside the heating region of the heating device 12 by lowering the position of the heating device 12 around the crucible 5 with respect to the crucible 5.

（引き離し工程）
第２結晶８を成長させた後、図７に示すように、成長した第２結晶８（結晶２）を溶液６から引き離し、結晶成長を終了する。このとき、第２成長工程で第２結晶８を先細りの形状に形成していることから、成長した結晶２の下面に対する溶液６の付着量を少なくすることができる。これにより、結晶２に亀裂が生じることを抑えることができる。 (Separation process)
After the second crystal 8 is grown, as shown in FIG. 7, the grown second crystal 8 (crystal 2) is pulled away from the solution 6 to finish the crystal growth. At this time, since the second crystal 8 is formed in a tapered shape in the second growth step, the amount of the solution 6 attached to the lower surface of the grown crystal 2 can be reduced. Thereby, it can suppress that a crack arises in crystal 2.

第２結晶８を溶液６から引き離す際に、図８に示すように、第２結晶８の引き上げを、第２結晶８の先端が溶液６の液面１６よりも上方で溶液６と接触した状態で一時停止させてもよい。その結果、第２結晶８に付着した溶液６を、坩堝５に溜まった溶液６の表面張力によって坩堝５内に引き戻すことができ、第２結晶８に付着する溶液６の量を低減することできる。 When the second crystal 8 is pulled away from the solution 6, as shown in FIG. 8, the second crystal 8 is pulled up so that the tip of the second crystal 8 is in contact with the solution 6 above the liquid level 16 of the solution 6. You may pause at. As a result, the solution 6 attached to the second crystal 8 can be pulled back into the crucible 5 by the surface tension of the solution 6 accumulated in the crucible 5, and the amount of the solution 6 attached to the second crystal 8 can be reduced. .

（結晶の製造方法の変形例１）
第２成長工程において、第１結晶７の下面を溶液６に浸けたまま、溶液６の下面よりも下方で第２結晶８を成長させてもよい。すなわち、第１結晶７の下面を浸けた後、第１結晶７の移動を止めた状態で第２結晶８を成長させてもよい。その結果、第１結晶７を引き上げつつ第２結晶８を成長させる場合と比較して、第１結晶７の引き上げ速度と第２結晶８の成長速度とを調整する必要がなく、結晶２の製造効率を向上させることができる。 (Variation 1 of crystal manufacturing method)
In the second growth step, the second crystal 8 may be grown below the lower surface of the solution 6 while the lower surface of the first crystal 7 is immersed in the solution 6. That is, after immersing the lower surface of the first crystal 7, the second crystal 8 may be grown in a state where the movement of the first crystal 7 is stopped. As a result, compared with the case where the second crystal 8 is grown while pulling up the first crystal 7, it is not necessary to adjust the pulling rate of the first crystal 7 and the growth rate of the second crystal 8. Efficiency can be improved.

なお、上記の製法によれば、第２結晶８は成長するにつれて加熱された坩堝５に近づき、徐々に第２結晶８は成長しなくなる。すなわち、図９に示すように、成長した第２結晶８を縦断面視したときに、第２結晶８の下部に向かって幅が狭くなった台形状に形成される。 In addition, according to said manufacturing method, the 2nd crystal | crystallization 8 approaches the heated crucible 5 as it grows, and the 2nd crystal | crystallization 8 stops growing gradually. That is, as shown in FIG. 9, when the grown second crystal 8 is viewed in a longitudinal section, it is formed in a trapezoidal shape whose width becomes narrower toward the lower portion of the second crystal 8.

（結晶の製造方法の変形例２）
第１成長工程において、第１結晶７の引き上げ速度を第１結晶７の結晶成長速度よりも小さくして、第１結晶７の下面が溶液６の液面１６よりも下方に達するまで第１結晶７を成長させ続けることによって、第２成長工程における第１結晶７の下面の溶液６への浸漬を行なってもよい。 (Variation 2 of crystal production method)
In the first growth step, the pulling rate of the first crystal 7 is made lower than the crystal growth rate of the first crystal 7, and the first crystal 7 is lowered until the lower surface of the first crystal 7 reaches below the liquid level 16 of the solution 6. By continuing the growth of 7, the lower surface of the first crystal 7 may be immersed in the solution 6 in the second growth step.

また、第１成長工程において、第１結晶７の引き上げを停止して、第１結晶７の下面が溶液６の液面１６よりも下方に達するまで第１結晶７を成長させることによって、第２成長工程における第１結晶７の下面の溶液６への浸漬を行なってもよい。 Further, in the first growth step, the pulling up of the first crystal 7 is stopped, and the first crystal 7 is grown until the lower surface of the first crystal 7 reaches below the liquid level 16 of the solution 6, so that the second You may immerse the lower surface of the 1st crystal | crystallization 7 in the solution 6 in a growth process.

上記の製法によれば、図１０に示すように、第１結晶７の下面が液面１６よりも下方に達するまでメニスカス１７が形成されていることになる。その結果、第１結晶７の下面の縁部が冷やされ、第１結晶７の下端部は幅広になるように成長する。したがって、第１結晶７の下面に成長する第２結晶８の体積を大きくすることができ、結晶２への後のウェハー加工においてウェハーの生産量を増やすことができる。 According to the above manufacturing method, as shown in FIG. 10, the meniscus 17 is formed until the lower surface of the first crystal 7 reaches below the liquid surface 16. As a result, the edge of the lower surface of the first crystal 7 is cooled, and the lower end of the first crystal 7 grows so as to be wide. Therefore, the volume of the second crystal 8 growing on the lower surface of the first crystal 7 can be increased, and the amount of wafer production can be increased in subsequent wafer processing to the crystal 2.

（結晶の製造方法の変形例３）
第１成長工程において、第１結晶７の結晶成長速度を第１結晶７の引き上げ速度よりも大きくして、第１結晶７の下面が溶液６の液面１６よりも下方に達するまで第１結晶７を成長させることによって、第２成長工程における第１結晶７の下面の溶液６への浸漬を行なってもよい。その結果、結晶２への後のウェハー加工においてウェハーの生産量を増やすことができる。なお、第１結晶７の結晶成長速度の向上は、例えば第１結晶７の引き上げ速度を第１成長工程の条件のまま、促進材を添加することによって行なう。 (Modification 3 of crystal manufacturing method)
In the first growth step, the crystal growth rate of the first crystal 7 is made larger than the pulling rate of the first crystal 7, and the first crystal 7 is lowered until the lower surface of the first crystal 7 reaches below the liquid level 16 of the solution 6 By growing 7, the lower surface of the first crystal 7 may be immersed in the solution 6 in the second growth step. As a result, the amount of wafer production can be increased in subsequent wafer processing to the crystal 2. The crystal growth rate of the first crystal 7 is improved, for example, by adding a promoter while keeping the pulling rate of the first crystal 7 under the conditions of the first growth step.

（結晶の製造方法の変形例４）
促進材は、溶液６の準備工程において添加されていてもよい。また、促進材は、第１成長工程の前に含まれていてもよい。上記の製造方法によれば、第１結晶７の下方への成長を促すことができ、結晶２の成長時間を短縮することができる。 (Modification 4 of crystal manufacturing method)
The accelerator may be added in the preparation step of the solution 6. Further, the promoter may be included before the first growth step. According to the above manufacturing method, the first crystal 7 can be promoted to grow downward, and the growth time of the crystal 2 can be shortened.

なお、この場合、第１結晶７を溶液６の液面１６よりも上方で成長させて、成長する第１結晶７の下面の縁部の温度を低下させることができる。その結果、第１結晶７の平面方向への成長速度を向上させて、第１結晶７の横断面積が成長するにつれて小さくなることを低減することができ、第１結晶７を柱状に形成することが可能となる。なお、促進材を準備工程時または第１成長工程時に溶液６に添加した場合は、促進材を第２成長工程の前にさらに添加してもよい。 In this case, the first crystal 7 can be grown above the liquid level 16 of the solution 6, and the temperature of the edge of the lower surface of the growing first crystal 7 can be lowered. As a result, the growth rate in the planar direction of the first crystal 7 can be improved, and the reduction in the cross sectional area of the first crystal 7 can be reduced, and the first crystal 7 can be formed in a columnar shape. Is possible. In addition, when a promoter is added to the solution 6 at the time of a preparatory process or a 1st growth process, you may further add a promoter before a 2nd growth process.

（結晶の製造方法の変形例６）
炭化珪素の結晶成長を促進させるために、溶液６に酸素を溶かしてもよい。上記の製造方法によれば、溶液６中に投入された酸素が溶液６を含んでいる珪素と化学反応を起こして酸化珪素を形成する。その結果、溶液６中の珪素を消費することができ、溶液６中の炭素が過飽和となり、第２結晶８の成長を促進させることができる。酸素の投入は、例えばシリカなどの酸化物を溶液６中に投入することによって行なう。 (Modification 6 of manufacturing method of crystal)
In order to promote the crystal growth of silicon carbide, oxygen may be dissolved in the solution 6. According to the above manufacturing method, oxygen introduced into the solution 6 chemically reacts with silicon containing the solution 6 to form silicon oxide. As a result, silicon in the solution 6 can be consumed, the carbon in the solution 6 becomes supersaturated, and the growth of the second crystal 8 can be promoted. The introduction of oxygen is performed, for example, by introducing an oxide such as silica into the solution 6.

１結晶製造装置
２結晶
３種結晶
４保持部材
５坩堝
６溶液
７第１結晶
８第２結晶
９移動装置
１０坩堝容器
１１保温材
１２加熱装置
１３コイル
１４交流電源
１５制御装置
１６液面
１７メニスカス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal manufacturing apparatus 2 Crystal 3 Seed crystal 4 Holding member 5 Crucible 6 Solution 7 1st crystal 8 2nd crystal 9 Moving apparatus 10 Crucible container 11 Insulating material 12 Heating apparatus 13 Coil 14 AC power supply 15 Control apparatus 16 Liquid level 17 Meniscus

Claims

A method for producing a crystal in which a silicon carbide crystal is grown on a lower surface of a silicon carbide seed crystal,
Contacting the lower surface of the seed crystal with a solution containing carbon and silicon;
The seed crystal in contact with the solution is pulled up, and a contact portion between the lower surface of the seed crystal and the solution is positioned above the liquid surface of the solution, whereby the liquid surface of the solution is placed on the lower surface of the seed crystal. A first growth step of growing a first crystal of silicon carbide above
A second growth step of growing a second crystal of silicon carbide from the lower surface of the first crystal below the liquid surface of the solution by immersing the lower surface of the grown first crystal in the solution. ,
At least before the second growth step, a method for producing a crystal is characterized in that an accelerating material that promotes the downward crystal growth of silicon carbide in the solution is added to the solution.

In the manufacturing method of the crystal according to claim 1,
The method for producing a crystal, wherein, in the second growth step, the second crystal is grown below the liquid surface of the solution while pulling up the first crystal.

In the manufacturing method of the crystal according to claim 1,
The method for producing a crystal, wherein, in the second growth step, the second crystal is grown below the liquid surface of the solution while the lower surface of the first crystal is immersed in the solution.

In the manufacturing method of the crystal | crystallization in any one of Claim 1 thru | or 3,
By making the lower surface of the seed crystal a carbon surface in which mainly carbon atoms are arranged on the surface among silicon atoms and carbon atoms constituting the silicon carbide crystal, the lower surface of the first crystal is a carbon surface,
A method for producing a crystal, wherein the promoter is made of a material that promotes crystal growth of silicon carbide from the carbon surface of the first crystal.

In the manufacturing method of the crystal according to claim 4,
A method for producing a crystal, wherein the promoter includes at least one selected from the group consisting of aluminum, tantalum, indium, iron, tin, titanium, nickel, and germanium.