JPH10182296A - 単結晶炭化珪素インゴット及びその製造方法 - Google Patents
単結晶炭化珪素インゴット及びその製造方法Info
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- JPH10182296A JPH10182296A JP33976096A JP33976096A JPH10182296A JP H10182296 A JPH10182296 A JP H10182296A JP 33976096 A JP33976096 A JP 33976096A JP 33976096 A JP33976096 A JP 33976096A JP H10182296 A JPH10182296 A JP H10182296A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロパイプ欠陥が少なく単一結晶多形の
炭化珪素単結晶インゴットを作製する。 【解決手段】 種結晶を用いた昇華再結晶法で炭化珪素
単結晶を成長させる方法において、バッファー結晶層を
設け、その上に所望の本体となる結晶を成長してインゴ
ットを作製する。その際、バッファー結晶層成長時に、
成長結晶表面に多量の不純物を供給し、バッファー層中
に該不純物を固溶限界の１／２０以上、望ましくは１／
５以上含有させる。
炭化珪素単結晶インゴットを作製する。 【解決手段】 種結晶を用いた昇華再結晶法で炭化珪素
単結晶を成長させる方法において、バッファー結晶層を
設け、その上に所望の本体となる結晶を成長してインゴ
ットを作製する。その際、バッファー結晶層成長時に、
成長結晶表面に多量の不純物を供給し、バッファー層中
に該不純物を固溶限界の１／２０以上、望ましくは１／
５以上含有させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素単結晶の
製造方法に係わり、特に、青色発光ダイオードや電子デ
バイスなどの基板ウェハとなる良質で大型の炭化珪素単
結晶インゴットの成長方法に関するものである。
製造方法に係わり、特に、青色発光ダイオードや電子デ
バイスなどの基板ウェハとなる良質で大型の炭化珪素単
結晶インゴットの成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素（SiC）は耐熱性及び機械的強
度にすぐれ、物理的、化学的に安定なことから、耐環境
性半導体材料として注目されている。また近年、青色か
ら紫外にかけての短波長光デバイス、高周波高耐圧電子
デバイス等の基板ウエハとして炭化珪素単結晶ウエハの
需要が高まっている。
度にすぐれ、物理的、化学的に安定なことから、耐環境
性半導体材料として注目されている。また近年、青色か
ら紫外にかけての短波長光デバイス、高周波高耐圧電子
デバイス等の基板ウエハとして炭化珪素単結晶ウエハの
需要が高まっている。
【０００３】炭化珪素基板ウエハを用いて発光デバイ
ス、電力デバイスなどを作製する場合に、ウエハは良
質、均一でなければならず、且つ大口径のウエハが必要
である。大口径炭化珪素単結晶基板ウエハの作製方法と
して、1981年にTairovらは種結晶を用いた昇華再結晶法
を考案した（Yu.M. Tairov and V.F. Tsvetkov, Journa
lof Crystal Growth vol. 52 (1981) pp. 146-150）。
種結晶を用いた昇華再結晶法の原理を図１を用いて説明
する。種結晶となる炭化珪素単結晶と原料となる炭化珪
素結晶粉末は坩堝（黒鉛製等）の中に収納され、アルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気中（1〜100Torr）、摂氏2000〜
2400度に加熱される。この際、原料粉末に比べ種結晶が
やや低温になるように温度勾配が設定される。原料は昇
華後、濃度勾配（温度勾配により形成される）により種
結晶方向へ拡散、輸送される。単結晶成長は、種結晶に
到着した原料ガスが種結晶上で再結晶化することにより
実現される。この際、結晶の抵抗率は、不活性ガスから
なる雰囲気中に不純物ガスを添加する、あるいは炭化珪
素原料粉末中に不純物元素あるいはその化合物を混合す
ることにより、制御可能である。炭化珪素単結晶中の置
換型不純物として代表的なものに、窒素（n型）、ホウ
素、アルミニウム（p型）がある。
ス、電力デバイスなどを作製する場合に、ウエハは良
質、均一でなければならず、且つ大口径のウエハが必要
である。大口径炭化珪素単結晶基板ウエハの作製方法と
して、1981年にTairovらは種結晶を用いた昇華再結晶法
を考案した（Yu.M. Tairov and V.F. Tsvetkov, Journa
lof Crystal Growth vol. 52 (1981) pp. 146-150）。
種結晶を用いた昇華再結晶法の原理を図１を用いて説明
する。種結晶となる炭化珪素単結晶と原料となる炭化珪
素結晶粉末は坩堝（黒鉛製等）の中に収納され、アルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気中（1〜100Torr）、摂氏2000〜
2400度に加熱される。この際、原料粉末に比べ種結晶が
やや低温になるように温度勾配が設定される。原料は昇
華後、濃度勾配（温度勾配により形成される）により種
結晶方向へ拡散、輸送される。単結晶成長は、種結晶に
到着した原料ガスが種結晶上で再結晶化することにより
実現される。この際、結晶の抵抗率は、不活性ガスから
なる雰囲気中に不純物ガスを添加する、あるいは炭化珪
素原料粉末中に不純物元素あるいはその化合物を混合す
ることにより、制御可能である。炭化珪素単結晶中の置
換型不純物として代表的なものに、窒素（n型）、ホウ
素、アルミニウム（p型）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来方法で炭化珪
素単結晶を成長した場合、マイクロパイプ欠陥と呼ばれ
る結晶を成長方向に貫通する直径数ミクロンのピンホー
ルが102〜103cm-2程度成長結晶に含まれている。また、
これらのマイクロパイプ欠陥は、Koga et al., Technic
al Digest of International Conference of Silicon C
arbide and Related Materials 1995, p. 166-167に記
載されているように、そのほとんどが成長初期に発生し
ている。さらに、P.G. Neudeck et al., IEEE Electron
DeviceLetters vol.15 (1994) pp.63-65に記載されて
いるように、これらの欠陥は素子を作製した際に、漏れ
電流等を引き起こし、その低減は炭化珪素単結晶のデバ
イス応用における最重要課題とされている。
素単結晶を成長した場合、マイクロパイプ欠陥と呼ばれ
る結晶を成長方向に貫通する直径数ミクロンのピンホー
ルが102〜103cm-2程度成長結晶に含まれている。また、
これらのマイクロパイプ欠陥は、Koga et al., Technic
al Digest of International Conference of Silicon C
arbide and Related Materials 1995, p. 166-167に記
載されているように、そのほとんどが成長初期に発生し
ている。さらに、P.G. Neudeck et al., IEEE Electron
DeviceLetters vol.15 (1994) pp.63-65に記載されて
いるように、これらの欠陥は素子を作製した際に、漏れ
電流等を引き起こし、その低減は炭化珪素単結晶のデバ
イス応用における最重要課題とされている。
【０００５】このマイクロパイプ欠陥は、J. Takahashi
et al., Journal of Crystal Growth vol.135 (1994)
pp.61-70に示されているように、炭化珪素単結晶におい
て代表的な成長様式である渦巻成長に伴って発生してい
る。さらに、特願平7-324508には、この渦巻成長を表面
に多量の不純物を供給することにより抑制し、マイクロ
パイプ欠陥の低減を行う方法が開示されている。しかし
ながら、この方法では、多量の不純物を供給するため
に、キャリア濃度等のデバイス作製上重要な特性に大き
な制限を受けることになる。さらに、上記従来方法で
は、渦巻成長を抑制することによりマイクロパイプの低
減は可能となったが、そのことにより結晶多形の混在が
起きるという別の問題が生じている。
et al., Journal of Crystal Growth vol.135 (1994)
pp.61-70に示されているように、炭化珪素単結晶におい
て代表的な成長様式である渦巻成長に伴って発生してい
る。さらに、特願平7-324508には、この渦巻成長を表面
に多量の不純物を供給することにより抑制し、マイクロ
パイプ欠陥の低減を行う方法が開示されている。しかし
ながら、この方法では、多量の不純物を供給するため
に、キャリア濃度等のデバイス作製上重要な特性に大き
な制限を受けることになる。さらに、上記従来方法で
は、渦巻成長を抑制することによりマイクロパイプの低
減は可能となったが、そのことにより結晶多形の混在が
起きるという別の問題が生じている。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、キャリア濃度等に制限を受けることなく、しかも
単一結晶多形で大型のウェハを切り出せるマイクロパイ
プ欠陥の少ない単結晶インゴットを再現性良く製造し得
る炭化珪素単結晶の製造方法を提供するものである。
あり、キャリア濃度等に制限を受けることなく、しかも
単一結晶多形で大型のウェハを切り出せるマイクロパイ
プ欠陥の少ない単結晶インゴットを再現性良く製造し得
る炭化珪素単結晶の製造方法を提供するものである。
【０００７】
【問題を解決するための手段】本発明の単結晶炭化珪素
の製造方法は、炭化珪素からなる原材料を加熱昇華さ
せ、炭化珪素単結晶からなる種結晶上に供給し、この種
結晶上に炭化珪素単結晶を成長する方法において、成長
結晶表面に多量の不純物を供給し、該不純物を固溶限界
の１／２０以上、より望ましくは１／５以上添加したマ
イクロパイプの少ないバッファー結晶層を成長し、その
後本体となる不純物を故意に添加しないあるいは不純物
を必要量添加した単一結晶多形の炭化珪素単結晶層を成
長する。
の製造方法は、炭化珪素からなる原材料を加熱昇華さ
せ、炭化珪素単結晶からなる種結晶上に供給し、この種
結晶上に炭化珪素単結晶を成長する方法において、成長
結晶表面に多量の不純物を供給し、該不純物を固溶限界
の１／２０以上、より望ましくは１／５以上添加したマ
イクロパイプの少ないバッファー結晶層を成長し、その
後本体となる不純物を故意に添加しないあるいは不純物
を必要量添加した単一結晶多形の炭化珪素単結晶層を成
長する。
【０００８】
【発明の実施の形態】まず、渦巻成長と結晶多形の関係
について述べる。渦巻成長は、成長に寄与する分子種
が、螺旋転位により表面に形成されたステップに到達
し、結晶格子に取り込まれることによって起こる。これ
は、通常渦巻成長と呼ばれる結晶成長様式に相当する。
渦巻成長により結晶が成長する場合、下地結晶の情報で
ある原子の積層構造、すなわち結晶多形は成長結晶に完
全に引き継がれる。また、この渦巻成長は、不純物が多
量に成長表面に存在している場合には起こり難く、その
ような場合には核発生成長様式が支配的となる。核発生
成長様式においては、２次元的あるいは３次元的な結晶
核が成長表面に発生し、それらが拡大、合体を繰返して
いくことによって結晶成長が進行する。核発生成長様式
においては、成長結晶の多形は、表面にどの結晶多形の
結晶核が安定に発生し易いかに依って変化し、渦巻成長
のように下地結晶の結晶多形によって一義的に決定され
ることはない。その結果、この成長様式で結晶が成長し
た場合には、多形の混在が起こる。
について述べる。渦巻成長は、成長に寄与する分子種
が、螺旋転位により表面に形成されたステップに到達
し、結晶格子に取り込まれることによって起こる。これ
は、通常渦巻成長と呼ばれる結晶成長様式に相当する。
渦巻成長により結晶が成長する場合、下地結晶の情報で
ある原子の積層構造、すなわち結晶多形は成長結晶に完
全に引き継がれる。また、この渦巻成長は、不純物が多
量に成長表面に存在している場合には起こり難く、その
ような場合には核発生成長様式が支配的となる。核発生
成長様式においては、２次元的あるいは３次元的な結晶
核が成長表面に発生し、それらが拡大、合体を繰返して
いくことによって結晶成長が進行する。核発生成長様式
においては、成長結晶の多形は、表面にどの結晶多形の
結晶核が安定に発生し易いかに依って変化し、渦巻成長
のように下地結晶の結晶多形によって一義的に決定され
ることはない。その結果、この成長様式で結晶が成長し
た場合には、多形の混在が起こる。
【０００９】特願平7-324508に記載された方法では、マ
イクロパイプ欠陥を低減するために、渦巻成長を抑制し
ている。このため、この方法で単結晶インゴットを成長
した場合、結晶多形の混在が上記した理由により起こっ
てしまう。また、不純物を成長表面及び成長結晶中に多
量に供給する結果、成長結晶のキャリア濃度の制御が困
難になるという問題も発生する。
イクロパイプ欠陥を低減するために、渦巻成長を抑制し
ている。このため、この方法で単結晶インゴットを成長
した場合、結晶多形の混在が上記した理由により起こっ
てしまう。また、不純物を成長表面及び成長結晶中に多
量に供給する結果、成長結晶のキャリア濃度の制御が困
難になるという問題も発生する。
【００１０】本発明の製造方法では、種結晶を用いて昇
華再結晶法により炭化珪素単結晶を成長する際に、まず
成長初期に、結晶表面及び成長結晶中に多量の不純物を
供給しながらバッファー結晶層を成長し、その後本体と
なる炭化珪素単結晶層を成長する。本体となる炭化珪素
単結晶層を成長する際には、渦巻成長により結晶成長が
進行するよう、故意に不純物を添加しない、あるいは必
要量のみ不純物を添加して結晶成長を行う。
華再結晶法により炭化珪素単結晶を成長する際に、まず
成長初期に、結晶表面及び成長結晶中に多量の不純物を
供給しながらバッファー結晶層を成長し、その後本体と
なる炭化珪素単結晶層を成長する。本体となる炭化珪素
単結晶層を成長する際には、渦巻成長により結晶成長が
進行するよう、故意に不純物を添加しない、あるいは必
要量のみ不純物を添加して結晶成長を行う。
【００１１】このように成長初期だけに不純物を大量供
給すれば、成長初期に発生するマイクロパイプ欠陥を低
減でき、その後渦巻成長により結晶を成長してもマイク
ロパイプは増えない。さらに、本体となる炭化珪素単結
晶層を不純物の大量供給をせずに渦巻成長により成長す
れば、単一多形の炭化珪素単結晶を得ることができ、ま
たキャリア濃度等のデバイス作製上重要な特性に制限を
受けることもない。
給すれば、成長初期に発生するマイクロパイプ欠陥を低
減でき、その後渦巻成長により結晶を成長してもマイク
ロパイプは増えない。さらに、本体となる炭化珪素単結
晶層を不純物の大量供給をせずに渦巻成長により成長す
れば、単一多形の炭化珪素単結晶を得ることができ、ま
たキャリア濃度等のデバイス作製上重要な特性に制限を
受けることもない。
【００１２】制御すべき結晶多形は主には6H型と4H型
で、これらは種結晶の面極性、成長温度、温度勾配等の
成長条件を変化させることにより成長初期に選択的に核
発生させることができる。その後、結晶多形は渦巻成長
により結晶全体にわたって単一化される。また本体の炭
化珪素単結晶部に求められる不純物濃度は、結晶が使用
されるデバイスによって異なる。例えば代表的なn型不
純物である窒素の結晶中濃度は、電力デバイス等に使用
される場合は低抵抗率が得られるように1×1018cm-3か
ら6×1020cm-3程度に制御され、また発光ダイオード等
に使用される場合は高い光透過率が得られるように1×1
017cm-3から1×1018cm-3程度に制御される。
で、これらは種結晶の面極性、成長温度、温度勾配等の
成長条件を変化させることにより成長初期に選択的に核
発生させることができる。その後、結晶多形は渦巻成長
により結晶全体にわたって単一化される。また本体の炭
化珪素単結晶部に求められる不純物濃度は、結晶が使用
されるデバイスによって異なる。例えば代表的なn型不
純物である窒素の結晶中濃度は、電力デバイス等に使用
される場合は低抵抗率が得られるように1×1018cm-3か
ら6×1020cm-3程度に制御され、また発光ダイオード等
に使用される場合は高い光透過率が得られるように1×1
017cm-3から1×1018cm-3程度に制御される。
【００１３】成長表面への不純物供給量としては、結晶
中の不純物濃度が固溶限界の１／２０以上、望ましく
は、１／５以上になるようにする必要がある。１／２０
以下では、成長表面の不純物量が低下し、渦巻成長が抑
制できない。炭化珪素半導体における代表的な不純物で
ある窒素、ホウ素、アルミニウム、チタン、スズの固溶
限界は、それぞれ6×1020cm-3、2.5×1020cm-3、2×10
21cm-3、3.3×1017cm-3、1×1016cm-3であるので、渦巻
成長を抑制するために必要な不純物量はそれぞれ3×10
19cm-3、1.25×1019cm-3、1×1020cm-3、1.65×1016cm
-3、5×1014cm-3となる。また、他の不純物元素の固溶
限界は、Properties of Silicon Crabide (EMIS Datare
views Series No. 13, Inspec, 1995), p. 189に記載さ
れているので，その値からマイクロパイプ欠陥抑制に必
要な不純物濃度が計算できる。
中の不純物濃度が固溶限界の１／２０以上、望ましく
は、１／５以上になるようにする必要がある。１／２０
以下では、成長表面の不純物量が低下し、渦巻成長が抑
制できない。炭化珪素半導体における代表的な不純物で
ある窒素、ホウ素、アルミニウム、チタン、スズの固溶
限界は、それぞれ6×1020cm-3、2.5×1020cm-3、2×10
21cm-3、3.3×1017cm-3、1×1016cm-3であるので、渦巻
成長を抑制するために必要な不純物量はそれぞれ3×10
19cm-3、1.25×1019cm-3、1×1020cm-3、1.65×1016cm
-3、5×1014cm-3となる。また、他の不純物元素の固溶
限界は、Properties of Silicon Crabide (EMIS Datare
views Series No. 13, Inspec, 1995), p. 189に記載さ
れているので，その値からマイクロパイプ欠陥抑制に必
要な不純物濃度が計算できる。
【００１４】不純物を添加することは、通常は結晶の導
電型、キャリア濃度を制御する目的でなされている。ま
た、特願平8-223986に記載されている方法では、結晶多
形（4H型と6H型）を制御する目的で、一つのインゴット
を成長する過程で不純物添加量を意図的に変化させるこ
とが行われているが、本発明のようにマイクロパイプ欠
陥の低減を目的としたものではない。
電型、キャリア濃度を制御する目的でなされている。ま
た、特願平8-223986に記載されている方法では、結晶多
形（4H型と6H型）を制御する目的で、一つのインゴット
を成長する過程で不純物添加量を意図的に変化させるこ
とが行われているが、本発明のようにマイクロパイプ欠
陥の低減を目的としたものではない。
【００１５】成長初期に不純物を大量に供給する方法と
しては、ガスとして不活性ガス共に反応槽に導入する方
法と、炭化珪素粉末原料中に予め含有させておく方法の
二つが考えられる。またバッファー層の厚さは、成長初
期のマイクロパイプ欠陥発生が充分に抑えられる厚さに
する必要がある。実用上は、2〜3mm程度あれば充分であ
る。
しては、ガスとして不活性ガス共に反応槽に導入する方
法と、炭化珪素粉末原料中に予め含有させておく方法の
二つが考えられる。またバッファー層の厚さは、成長初
期のマイクロパイプ欠陥発生が充分に抑えられる厚さに
する必要がある。実用上は、2〜3mm程度あれば充分であ
る。
【００１６】
（実施例１）図１は、種結晶を用いた改良型レーリー法
によって単結晶炭化珪素を成長させる本発明に用いられ
る製造装置の一例である。まず、この単結晶成長装置に
ついて簡単に説明する。結晶成長は、種結晶として用い
た炭化珪素単結晶基板１の上に、原料である炭化珪素粉
末２を昇華再結晶させることにより行われる。種結晶の
炭化珪素結晶基板１は、黒鉛製坩堝３の蓋４の内面に取
り付けられる。原料の炭化珪素粉末２は、黒鉛製坩堝３
の内部に充填されている。このような黒鉛製坩堝３は、
二重石英管５の内部に、黒鉛の支持棒６により設置され
る。黒鉛製坩堝３の周囲には、断熱のための黒鉛製フェ
ルト７が設置されている。二重石英管５は、真空排気装
置により高真空排気（10-5Torr以下）でき、かつ内部雰
囲気をArとドーパントガスの混合ガスにより圧力制御す
ることができる。また、二重石英管５の外周には、ワー
クコイル８が設置されており、高周波電流を流すことに
より黒鉛製坩堝３を加熱し、原料及び種結晶を所望の温
度に加熱することができる。坩堝温度の計測は、坩堝上
部及び下部を覆うフェルトの中央部に直径2〜4mmの光路
を設け坩堝上部及び下部からの光を取りだし、二色温度
計を用いて行う。坩堝下部の温度を原料温度、坩堝上部
の温度を種温度とする。
によって単結晶炭化珪素を成長させる本発明に用いられ
る製造装置の一例である。まず、この単結晶成長装置に
ついて簡単に説明する。結晶成長は、種結晶として用い
た炭化珪素単結晶基板１の上に、原料である炭化珪素粉
末２を昇華再結晶させることにより行われる。種結晶の
炭化珪素結晶基板１は、黒鉛製坩堝３の蓋４の内面に取
り付けられる。原料の炭化珪素粉末２は、黒鉛製坩堝３
の内部に充填されている。このような黒鉛製坩堝３は、
二重石英管５の内部に、黒鉛の支持棒６により設置され
る。黒鉛製坩堝３の周囲には、断熱のための黒鉛製フェ
ルト７が設置されている。二重石英管５は、真空排気装
置により高真空排気（10-5Torr以下）でき、かつ内部雰
囲気をArとドーパントガスの混合ガスにより圧力制御す
ることができる。また、二重石英管５の外周には、ワー
クコイル８が設置されており、高周波電流を流すことに
より黒鉛製坩堝３を加熱し、原料及び種結晶を所望の温
度に加熱することができる。坩堝温度の計測は、坩堝上
部及び下部を覆うフェルトの中央部に直径2〜4mmの光路
を設け坩堝上部及び下部からの光を取りだし、二色温度
計を用いて行う。坩堝下部の温度を原料温度、坩堝上部
の温度を種温度とする。
【００１７】次に、この結晶成長装置を用いた炭化珪素
単結晶の製造について実施例を説明する。
単結晶の製造について実施例を説明する。
【００１８】まず、種結晶として、成長面方位が<0001>
方向である6H型の炭化珪素からなる基板１を用意した。
そして、この基板１を黒鉛製坩堝３の蓋４の内面に取り
付けた。また、黒鉛製坩堝３の内部には、原料２を充填
した。次いで、原料を充填した黒鉛製坩堝３を、種結晶
を取り付けた蓋４で閉じ、黒鉛製フェルト７で被覆した
後、黒鉛製支持棒６の上に乗せ、二重石英管５の内部に
設置した。そして、石英管の内部を真空排気した後、ワ
ークコイルに電流を流し原料温度を摂氏2000度まで上げ
た。その後、雰囲気ガスとしてArガスに窒素ガスを75％
含んだ混合ガスを流入させ、石英管内圧力を約600Torr
に保ちながら、原料温度を目標温度である摂氏2380度ま
で上昇させた。成長圧力である20Torrには約30分かけて
減圧し、まず多量の窒素を成長表面に供給しながらバッ
ファー結晶を3時間成長した。その後、成長を止めずに
窒素ガスの混合割合を低減し、Arガスに窒素ガスを7%含
有した混合ガス雰囲気中で本体となる炭化珪素単結晶を
さらに15時間成長した。この際の成長速度は約0.8mm毎
時であった。
方向である6H型の炭化珪素からなる基板１を用意した。
そして、この基板１を黒鉛製坩堝３の蓋４の内面に取り
付けた。また、黒鉛製坩堝３の内部には、原料２を充填
した。次いで、原料を充填した黒鉛製坩堝３を、種結晶
を取り付けた蓋４で閉じ、黒鉛製フェルト７で被覆した
後、黒鉛製支持棒６の上に乗せ、二重石英管５の内部に
設置した。そして、石英管の内部を真空排気した後、ワ
ークコイルに電流を流し原料温度を摂氏2000度まで上げ
た。その後、雰囲気ガスとしてArガスに窒素ガスを75％
含んだ混合ガスを流入させ、石英管内圧力を約600Torr
に保ちながら、原料温度を目標温度である摂氏2380度ま
で上昇させた。成長圧力である20Torrには約30分かけて
減圧し、まず多量の窒素を成長表面に供給しながらバッ
ファー結晶を3時間成長した。その後、成長を止めずに
窒素ガスの混合割合を低減し、Arガスに窒素ガスを7%含
有した混合ガス雰囲気中で本体となる炭化珪素単結晶を
さらに15時間成長した。この際の成長速度は約0.8mm毎
時であった。
【００１９】バッファー結晶層成長中の窒素ガスの割合
はArガス等の不活性ガスに対し、10〜100%の範囲に設定
する必要がある。これより低濃度では、表面への不純物
の供給が不十分であり渦巻成長様式を抑制できない。ま
た、窒素の反応槽内の分圧が40Torr以上になると、成長
表面上の窒素が結晶性に悪影響を及ぼすようになる。す
なわち、多結晶化等が起こるようになる。
はArガス等の不活性ガスに対し、10〜100%の範囲に設定
する必要がある。これより低濃度では、表面への不純物
の供給が不十分であり渦巻成長様式を抑制できない。ま
た、窒素の反応槽内の分圧が40Torr以上になると、成長
表面上の窒素が結晶性に悪影響を及ぼすようになる。す
なわち、多結晶化等が起こるようになる。
【００２０】こうして得られた炭化珪素単結晶中の結晶
多形の変化を評価する目的で、成長した単結晶インゴッ
トを成長初期（0mm〜2mm）、中期（2mm〜10mm）、後期
（10mm〜15mm）に分けて切断した。それぞれの成長段階
に相当する部位の結晶を目視及び顕微鏡で観察したとこ
ろ、成長中期、後期は単一多形の6H型炭化珪素単結晶で
あった。また成長初期の部位には、4H型多形の混在が見
られた。さらに、二次イオン質量分析法により結晶中の
窒素濃度を調べたところ、成長初期の部位で2.3×1020c
m-3、成長中期、成長後期の部位で8.1×1018cm-3であっ
た。
多形の変化を評価する目的で、成長した単結晶インゴッ
トを成長初期（0mm〜2mm）、中期（2mm〜10mm）、後期
（10mm〜15mm）に分けて切断した。それぞれの成長段階
に相当する部位の結晶を目視及び顕微鏡で観察したとこ
ろ、成長中期、後期は単一多形の6H型炭化珪素単結晶で
あった。また成長初期の部位には、4H型多形の混在が見
られた。さらに、二次イオン質量分析法により結晶中の
窒素濃度を調べたところ、成長初期の部位で2.3×1020c
m-3、成長中期、成長後期の部位で8.1×1018cm-3であっ
た。
【００２１】また、マイクロパイプ欠陥を評価する目的
で、成長後期の部位から{0001}面ウェハを取り出し、研
磨した。その後、摂氏約530度の溶融KOHでウェハ表面を
エッチングし、顕微鏡によりマイクロパイプ欠陥に対応
する大型の正六角形エッチピットの数を調べたところ、
バッファー結晶層を成長しなかった場合に比べ、マイク
ロパイプ欠陥が半減していることがわかった。
で、成長後期の部位から{0001}面ウェハを取り出し、研
磨した。その後、摂氏約530度の溶融KOHでウェハ表面を
エッチングし、顕微鏡によりマイクロパイプ欠陥に対応
する大型の正六角形エッチピットの数を調べたところ、
バッファー結晶層を成長しなかった場合に比べ、マイク
ロパイプ欠陥が半減していることがわかった。
【００２２】（実施例２）実施例１と同じく、種結晶と
して、成長面方位が<0001>方向である6H型の炭化珪素単
結晶からなる基板１を用意し、種結晶を黒鉛製坩堝３の
蓋４の内面に取り付けた。次ぎに、黒鉛製坩堝３の内部
に、原料２を充填したが、この際、炭化珪素原料中にp
型の不純物であるホウ素の炭化物（B4C）を0.25重量%混
合させた。一般的に、不純物原子の炭化珪素原料への混
合の仕方としては、（１）不純物元素そのものを炭化珪
素原料に混合する、（２）（１）の混合物をさらに焼結
したものを原料に用いる、（３）不純物元素を含む化合
物を混合する（この実施例に相当）、（４）予め不純物
元素を添加した炭化珪素原料を用いる、の４つの方法が
考えられる。炭化珪素原料中のB4Cの仕込み量として
は、0.1〜1%の範囲に設定する必要がある。これより低
濃度では、表面への不純物の供給が不十分であり成長に
寄与する分子種の拡散防止効果が期待できず、またこれ
より高濃度では良質な単結晶成長が実現できない。
して、成長面方位が<0001>方向である6H型の炭化珪素単
結晶からなる基板１を用意し、種結晶を黒鉛製坩堝３の
蓋４の内面に取り付けた。次ぎに、黒鉛製坩堝３の内部
に、原料２を充填したが、この際、炭化珪素原料中にp
型の不純物であるホウ素の炭化物（B4C）を0.25重量%混
合させた。一般的に、不純物原子の炭化珪素原料への混
合の仕方としては、（１）不純物元素そのものを炭化珪
素原料に混合する、（２）（１）の混合物をさらに焼結
したものを原料に用いる、（３）不純物元素を含む化合
物を混合する（この実施例に相当）、（４）予め不純物
元素を添加した炭化珪素原料を用いる、の４つの方法が
考えられる。炭化珪素原料中のB4Cの仕込み量として
は、0.1〜1%の範囲に設定する必要がある。これより低
濃度では、表面への不純物の供給が不十分であり成長に
寄与する分子種の拡散防止効果が期待できず、またこれ
より高濃度では良質な単結晶成長が実現できない。
【００２３】蓋４をした黒鉛坩堝３を石英二重管内に設
置後、石英管の内部を真空排気した。その後、ワークコ
イルに電流を流し原料温度を摂氏2000度まで上げた。温
度上昇後、雰囲気ガスとしてArガスを流入させ、石英管
内圧力を約600Torrに保ちながら、原料温度を目標温度
である摂氏2380度まで上昇させた。成長圧力である20To
rrには約30分かけて減圧し、まずホウ素を成長表面に大
量に供給しながらバッファー結晶層の成長を約3時間行
った。その後、一旦成長を中止し、坩堝を冷却後、原料
の入れ換えを行った。今度は、原料として炭化珪素のみ
を坩堝３に充填し、坩堝蓋４には先程作製したバッファ
ー層が種結晶の上に付いているものを取り付けた。その
後、再度石英管の内部を真空排気した後、ワークコイル
に電流を流し原料温度を摂氏2000度まで上げた。温度上
昇後、雰囲気ガスとしてArガスを流入させ、石英管内圧
力を約600Torrに保ちながら、原料温度を目標温度であ
る摂氏2380度まで上昇させた。成長圧力である20Torrに
は約30分かけて減圧し、その後故意に不純物を添加しな
い炭化珪素単結晶を15時間成長した。この際の成長速度
は約0.8mm毎時であった。
置後、石英管の内部を真空排気した。その後、ワークコ
イルに電流を流し原料温度を摂氏2000度まで上げた。温
度上昇後、雰囲気ガスとしてArガスを流入させ、石英管
内圧力を約600Torrに保ちながら、原料温度を目標温度
である摂氏2380度まで上昇させた。成長圧力である20To
rrには約30分かけて減圧し、まずホウ素を成長表面に大
量に供給しながらバッファー結晶層の成長を約3時間行
った。その後、一旦成長を中止し、坩堝を冷却後、原料
の入れ換えを行った。今度は、原料として炭化珪素のみ
を坩堝３に充填し、坩堝蓋４には先程作製したバッファ
ー層が種結晶の上に付いているものを取り付けた。その
後、再度石英管の内部を真空排気した後、ワークコイル
に電流を流し原料温度を摂氏2000度まで上げた。温度上
昇後、雰囲気ガスとしてArガスを流入させ、石英管内圧
力を約600Torrに保ちながら、原料温度を目標温度であ
る摂氏2380度まで上昇させた。成長圧力である20Torrに
は約30分かけて減圧し、その後故意に不純物を添加しな
い炭化珪素単結晶を15時間成長した。この際の成長速度
は約0.8mm毎時であった。
【００２４】こうして得られた炭化珪素単結晶中の結晶
多形の変化を評価する目的で、成長した単結晶インゴッ
トを、成長初期（0mm〜2mm）、中期（2mm〜10mm）、後
期（10mm〜15mm）に分けて切断した。それぞれの成長段
階に相当する部位の結晶をラマン散乱法により調べたと
ころ、成長後期に相当する部位で単一多形の6H型になっ
ていることを確認した。成長初期に相当する部位には、
6H型、15R型の混在がみられた。また、成長中期に相当
する部位には、下部のほうに15R型の混在がみられた
が、その上部では単一多形の6H型になっていることを確
認した。さらに、二次イオン質量分析法により結晶中の
ホウ素濃度を調べたところ、成長初期の部位で3×1019c
m-3、成長中期、後期の部位で1×1017cm-3程度のホウ素
が含有されていた。
多形の変化を評価する目的で、成長した単結晶インゴッ
トを、成長初期（0mm〜2mm）、中期（2mm〜10mm）、後
期（10mm〜15mm）に分けて切断した。それぞれの成長段
階に相当する部位の結晶をラマン散乱法により調べたと
ころ、成長後期に相当する部位で単一多形の6H型になっ
ていることを確認した。成長初期に相当する部位には、
6H型、15R型の混在がみられた。また、成長中期に相当
する部位には、下部のほうに15R型の混在がみられた
が、その上部では単一多形の6H型になっていることを確
認した。さらに、二次イオン質量分析法により結晶中の
ホウ素濃度を調べたところ、成長初期の部位で3×1019c
m-3、成長中期、後期の部位で1×1017cm-3程度のホウ素
が含有されていた。
【００２５】また、マイクロパイプ欠陥を評価する目的
で、成長後期の部位から{0001}ウエハを切出し、研磨し
た。その後、摂氏約530度の溶融KOHでウェハ表面をエッ
チングし、顕微鏡によりマイクロパイプ欠陥に対応する
大型の正六角形エッチピットの数を調べたところ、バッ
ファー結晶層を成長しなかった場合に比べ、マイクロパ
イプ欠陥が30〜40%減少していることがわかった。
で、成長後期の部位から{0001}ウエハを切出し、研磨し
た。その後、摂氏約530度の溶融KOHでウェハ表面をエッ
チングし、顕微鏡によりマイクロパイプ欠陥に対応する
大型の正六角形エッチピットの数を調べたところ、バッ
ファー結晶層を成長しなかった場合に比べ、マイクロパ
イプ欠陥が30〜40%減少していることがわかった。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、種結晶を用いた昇華再結晶法において、キャリア濃
度等のデバイス作製上重要な特性に制限を受けることな
く、単一多形でマイクロパイプ欠陥の少ない炭化珪素単
結晶を再現性、及び均質性良く成長させることができ
る。このような炭化珪素単結晶を成長用基板として用
い、気相エピタキシャル成長法により、この基板上に炭
化珪素単結晶薄膜を成長させれば、光学的特性の優れた
青色発光素子、電気的特性の優れた高耐圧・耐環境性電
子デバイスを製作することができる。
ば、種結晶を用いた昇華再結晶法において、キャリア濃
度等のデバイス作製上重要な特性に制限を受けることな
く、単一多形でマイクロパイプ欠陥の少ない炭化珪素単
結晶を再現性、及び均質性良く成長させることができ
る。このような炭化珪素単結晶を成長用基板として用
い、気相エピタキシャル成長法により、この基板上に炭
化珪素単結晶薄膜を成長させれば、光学的特性の優れた
青色発光素子、電気的特性の優れた高耐圧・耐環境性電
子デバイスを製作することができる。
【図１】本発明の製造方法に用いられる単結晶成長装置
の一例を示す構成図である。
の一例を示す構成図である。
１ 炭化珪素単結晶基板（種結晶） ２ 炭化珪素粉末原料 ３ 黒鉛製坩堝 ４ 黒鉛製坩堝蓋 ５ 二重石英管 ６ 支持棒 ７ 黒鉛製フェルト ８ ワークコイル ９ Arガス配管 １０ Arガス用マスフローコントローラ １１ 不純物ガス配管 １２ 不純物ガス用マスフローコントローラ １３ 真空排気装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 淳 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者 矢代 弘克 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者 金谷 正敏 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社技術開発本部内
Claims (4)
- 【請求項１】炭化珪素単結晶において、種結晶部と、不
純物を固溶限界の１／２０以上添加しマイクロパイプ欠
陥発生を抑制したバッファー層部と、結晶多形と不純物
濃度を所望のものに制御した本体部を有することを特徴
とする炭化珪素単結晶インゴット。 - 【請求項２】炭化珪素単結晶において、種結晶部と、不
純物を固溶限界の１／５以上添加しマイクロパイプ欠陥
発生を抑制したバッファー層部と、結晶多形と不純物濃
度を所望のものに制御した本体部を有することを特徴と
する炭化珪素単結晶インゴット。 - 【請求項３】昇華法による炭化珪素単結晶の製造方法に
おいて、炭化珪素単結晶基板上に、成長結晶表面に多量
の不純物を供給し該不純物を固溶限界の１／２０以上含
有したバッファー結晶層を成長し、該バッファー結晶層
上に、さらに不純物を故意に添加せずにあるいは不純物
を必要量添加して炭化珪素単結晶層を成長することを特
徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。 - 【請求項４】昇華法による炭化珪素単結晶の製造方法に
おいて、炭化珪素単結晶基板上に、成長結晶表面に多量
の不純物を供給し該不純物を固溶限界の１／５以上含有
したバッファー結晶層を成長し、該バッファー結晶層上
に、さらに不純物を故意に添加せずにあるいは不純物を
必要量添加して炭化珪素単結晶層を成長することを特徴
とする炭化珪素単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33976096A JP3662694B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 単結晶炭化珪素インゴットの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33976096A JP3662694B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 単結晶炭化珪素インゴットの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10182296A true JPH10182296A (ja) | 1998-07-07 |
| JP3662694B2 JP3662694B2 (ja) | 2005-06-22 |
Family
ID=18330554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33976096A Expired - Lifetime JP3662694B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 単結晶炭化珪素インゴットの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3662694B2 (ja) |
Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
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| US6773505B2 (en) | 1999-07-07 | 2004-08-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for the sublimation growth of an SiC single crystal, involving heating under growth pressure |
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-
1996
- 1996-12-19 JP JP33976096A patent/JP3662694B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US6734461B1 (en) | 1999-09-07 | 2004-05-11 | Sixon Inc. | SiC wafer, SiC semiconductor device, and production method of SiC wafer |
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