(57)【要約】【課題】ＳｉＣ単結晶の結晶成長面に形成されているステップの高さを制御することが可能な結晶成長条件の決定方法を提供すること。【解決手段】ケイ素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）を含む原料溶液中で液相成長法によりＳｉＣ種結晶の結晶成長面にステップを進展させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる際の結晶成長条件の決定方法は、特定領域決定工程と、成長条件決定工程と、を備える。特定領域決定工程は、結晶成長面において、ステップバンチングにより形成されているマクロステップの平均高さが結晶成長面内の他の領域よりも高い領域である特定領域を決定する。成長条件決定工程は、特定領域の少なくとも一部を含むように第１領域を結晶成長面に形成する成長条件を決定する。第１領域は、結晶成長面における原料溶液の流動方向がマクロステップの平均高さを低減させるように結晶成長させることができる方向である領域である。【選択図】図１
2020033231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）を含む原料溶液中で液相成長法によりＳｉＣ種結晶の結晶成長面にステップを進展させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる際の結晶成長条件の決定方法であって、
前記結晶成長面において、ステップバンチングにより形成されているマクロステップの平均高さが前記結晶成長面内の他の領域よりも高い領域である特定領域を決定する特定領域決定工程と、
前記特定領域の少なくとも一部を含むように第１領域を前記結晶成長面に形成する成長条件を決定する成長条件決定工程であって、前記第１領域は、前記結晶成長面における前記原料溶液の流動方向が前記マクロステップの平均高さを低減させるように結晶成長させることができる方向である領域である、前記成長条件決定工程と、
を備える、結晶成長条件の決定方法。
【請求項２】
前記マクロステップの平均高さを低減させるように結晶成長させることができる前記原料溶液の流動方向は、前記ステップの進展方向に対向する方向である、請求項１に記載の結晶成長条件の決定方法。
【請求項３】
前記特定領域決定工程は、前記結晶成長面における前記原料溶液の流動方向が前記ステップの進展方向と略同一方向である領域である第２領域を、前記特定領域として決定する、請求項１または２に記載の結晶成長条件の決定方法。
【請求項４】
前記成長条件決定工程が決定する前記成長条件は、
前記特定領域の少なくとも一部を含む前記第１領域を前記結晶成長面に形成するための第１の条件と、
前記第１の条件で形成された前記第１領域の少なくとも一部を前記第２領域に変化させるための第２の条件と、
を交互に繰り返し実行する条件である、請求項３に記載の結晶成長条件の決定方法。
【請求項５】
前記成長条件は、前記原料溶液を収容する坩堝の回転向きを含んでおり、
前記第１の条件は、前記坩堝を第１の回転向きに回転させる条件であり、
前記第２の条件は、前記坩堝を前記第１の回転向きとは反対の第２の回転向きに回転させる条件である、請求項４に記載の結晶成長条件の決定方法。
【請求項６】
前記成長条件決定工程は、前記第１領域内において前記原料溶液の流動速度が高い領域である高速度領域を求め、前記高速度領域が前記特定領域の少なくとも一部を含むように前記成長条件を決定する、請求項１〜５の何れか１項に記載の結晶成長条件の決定方法。
【請求項７】
前記特定領域決定工程は、シミュレーション結果に基づいて前記第１領域を決定し、
前記成長条件決定工程は、シミュレーション結果に基づいて前記成長条件を決定する、請求項１〜６の何れか１項に記載の結晶成長条件の決定方法。
【請求項８】
前記特定領域決定工程は、前記結晶成長面の観察結果に基づいて前記第１領域を決定し、
前記成長条件決定工程は、シミュレーション結果に基づいて前記成長条件を決定する、請求項１〜６の何れか１項に記載の結晶成長条件の決定方法。
【請求項９】
前記ＳｉＣ種結晶は、（０００１）面または（０００−１）面にオフ角が形成された６Ｈ−ＳｉＣまたは４Ｈ−ＳｉＣである、請求項１〜８の何れか１項に記載の結晶成長条件の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、結晶成長条件の決定方法に関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ単結晶の製造方法として、ＳｉＣ種結晶を気相中で結晶成長させる方法（気相成長法ともいう）と、ＳｉＣ種結晶を液相中で結晶成長させる方法（液相成長法ともいう）とが知られている。液相成長法は、気相成長法に比べると熱平衡に近い状態で結晶成長を行うため、高品質なＳｉＣ単結晶が得られると考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
結晶成長の際には、ＳｉＣ単結晶の結晶成長面に多数のステップが形成される。このステップの高さを望み通りに制御するのは困難である。ステップが高くなると、インクルージョンと呼ばれる結晶の乱れを誘起する微細な異物（マクロ欠陥）が形成されてしまう場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６４７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書に記載されている技術は、ＳｉＣ単結晶の結晶成長面に形成されているステップの高さを制御することが可能な結晶成長条件の決定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書では、ケイ素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）を含む原料溶液中で液相成長法によりＳｉＣ種結晶の結晶成長面にステップを進展させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる際の結晶成長条件の決定方法を開示する。結晶成長面において、ステップバンチングにより形成されているマクロステップの平均高さが結晶成長面内の他の領域よりも高い領域である特定領域を決定する特定領域決定工程を備える。特定領域の少なくとも一部を含むように第１領域を結晶成長面に形成する成長条件を決定する成長条件決定工程を備える。第１領域は、結晶成長面における原料溶液の流動方向がマクロステップの平均高さを低減させるように結晶成長させることができる方向である領域である。
【０００７】
本明細書に記載されている結晶成長条件の決定方法では、特定領域決定工程によって、結晶成長面における特定領域を決定することができる。そして成長条件決定工程によって、特定領域の少なくとも一部を含むように第１領域を形成することができる。これにより、特定領域のマクロステップの平均高さを低減させるように結晶成長させることができる。ＳｉＣ単結晶の結晶成長面のステップの高さを制御することが可能になる。
【０００８】
マクロステップの平均高さを低減させるように結晶成長させることができる原料溶液の流動方向は、ステップの進展方向に対向する方向であってもよい。
【０００９】
特定領域決定工程は、結晶成長面における原料溶液の流動方向がステップの進展方向と略同一方向である領域である第２領域を、特定領域として決定してもよい。
【００１０】
成長条件決定工程が決定する成長条件は、特定領域の少なくとも一部を含む第１領域を結晶成長面に形成するための第１の条件と、第１の条件で形成された第１領域の少なくとも一部を第２領域に変化させるための第２の条件と、を交互に繰り返し実行する条件であってもよい。
【００１１】
成長条件は、原料溶液を収容する坩堝の回転向きを含んでいてもよい。第１の条件は、坩堝を第１の回転向きに回転させる条件であってもよい。第２の条件は、坩堝を第１の回転向きとは反対の第２の回転向きに回転させる条件であってもよい。
【００１２】
成長条件決定工程は、第１領域内において原料溶液の流動速度が高い領域である高速度領域を求めてもよい。成長条件決定工程は、高速度領域が特定領域の少なくとも一部を含むように成長条件を決定してもよい。
【００１３】
特定領域決定工程は、シミュレーション結果に基づいて第１領域を決定してもよい。成長条件決定工程は、シミュレーション結果に基づいて成長条件を決定してもよい。
【００１４】
特定領域決定工程は、結晶成長面の観察結果に基づいて第１領域を決定してもよい。成長条件決定工程は、シミュレーション結果に基づいて成長条件を決定してもよい。
【００１５】
ＳｉＣ種結晶は、（０００１）面または（０００−１）面にオフ角が形成された６Ｈ−ＳｉＣまたは４Ｈ−ＳｉＣであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】結晶成長システム１の概略構成図である。
【図２】種結晶のオフセット面を示す図である。
【図３】停止条件における、種結晶表面と原料溶液の流動方向との関係を示す図である。
【図４】ステップ高さの定義を説明する図である。
【図５】結晶成長条件の決定方法の具体例を説明するフローチャートである。
【図６】第１の回転条件においてシミュレーションされた原料溶液の流動方向を示す図である。
【図７】第１の回転条件で形成される対向流領域と停止条件で形成される同一流領域を重ねた図である。
【図８】停止条件で形成される対向流領域と第１の回転条件で形成される同一流領域を重ねた図である。
【図９】第２の回転条件においてシミュレーションされた原料溶液の流動方向を示す図である。
【図１０】ステップ高さの経時変化を表すグラフである。
【図１１】実施例２における結晶成長方法の具体例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１７】
＜結晶成長システム１の構成＞
図１に、結晶成長システム１の概略構成図を示す。結晶成長システム１は、制御装置２および結晶成長装置３を備えている。
【００１８】
結晶成長装置３は、ＳｉＣ結晶を液相成長させる装置である。結晶成長装置３は、筐体１０、坩堝収容部１１、回転軸１２、結晶支持部１３、高周波コイル１４、坩堝１５、回転部１９、駆動部２０を備える。筐体１０は、円筒外面の外壁面を有し、高周波コイル１４および坩堝収容部１１を格納している。坩堝収容部１１は、坩堝１５を収容している。坩堝１５は炭素素材（黒鉛）で形成されている。回転軸１２は、坩堝１５および坩堝収容部１１を回転可能に支持する軸である。回転部１９は、回転軸１２を回転させる部位である。結晶支持部１３は、種結晶１６および成長したＳｉＣ結晶１８を回転可能に支持する部材である。駆動部２０は、結晶支持部１３を回転させるとともに、上下方向（図１のＺ軸方向）に移動させる部位である。高周波コイル１４は、不図示の電源装置からの電源供給を受けて、坩堝１５を誘導加熱する。
【００１９】
坩堝１５には原料溶液１７が収容される。原料溶液１７は、Ｓｉの溶液である。坩堝１５から炭素原子が溶融する。従って、ＳｉＣテンプレートである種結晶１６を起点に、ＳｉＣ結晶１８を成長させることができる。
【００２０】
制御装置２は、動作制御部２１、演算部２２、記憶部２３、温度制御部２４、を備える。動作制御部２１は、回転部１９および駆動部２０の動作を制御するためのインターフェースである。動作制御部２１から回転部１９へは制御信号ＣＳ１が出力されている。動作制御部２１から駆動部２０へは制御信号ＣＳ２が出力されている。演算部２２は、例えばＣＰＵである。演算部２２は、後述するシミュレーションを実行する部位である。記憶部２３は、後述するシミュレーション結果や、演算部で用いる各種データを記憶する部位である。記憶部２３は、ＲＡＭやフラッシュメモリ、ＨＤＤなどの組み合わせであってもよい。温度制御部２４は、結晶成長装置３内に配置されている高周波コイル１４に流す電流を制御することで、坩堝１５の加熱状態を制御する部位である。温度制御部２４から高周波コイル１４には、制御信号ＣＳ３が出力されている。
【００２１】
種結晶１６としては、円盤のウエハ形状を有する、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を用いた。ウエハ径は２インチとした。図２に示すように、種結晶１６の結晶成長面である（０００１）面に、［１１−２０］方向に向けたオフセット面を切削形成した。これにより、種結晶１６上に成長するＳｉＣ単結晶のステップ進展方向ＳＦを、［１１−２０］方向に案内することができる。オフ角は１°であった。
【００２２】
＜ステップ進展方向と原料溶液の流動方向との関係＞
ステップ進展方向ＳＦと原料溶液１７の流動方向ＦＤとの組み合わせによる、結晶表面の成長状態について説明する。図３に、停止条件における、種結晶１６表面と原料溶液１７の流動方向ＦＤとの関係を示す。停止条件は、坩堝１５も結晶支持部１３も回転を停止している条件である。流動方向ＦＤは、演算部２２で行われるシミュレーションにより求められる。図３（Ａ）は、種結晶１６を垂直下方（Ｚ軸の負方向）から見たときの図である。図３（Ｂ）は、種結晶１６を横方向（Ｙ軸の負方向）から見たときの図である。図３（Ａ）および図３（Ｂ）では、、原料溶液１７の流動方向ＦＤを多数のベクトルで示している。なお図３（Ａ）では、説明の簡略化のために、種結晶１６を六等分する分割線上の流動方向ＦＤのみをベクトルで示している。図３（Ｂ）に示すように停止条件では、対流によって、流動方向ＦＤは、種結晶１６の中心ＣＰから外周へ向かう向きになる。対流は、原料溶液１７に温度勾配等が形成されているために発生するものである。
【００２３】
図３（Ａ）を用いて、種結晶１６の表面における流動方向ＦＤを説明する。上述したように、ステップ進展方向ＳＦは［１１−２０］方向である。ステップ進展方向ＳＦと流動方向ＦＤの組み合わせによって、対向流領域Ｒ１、同一流領域Ｒ２、直交流領域Ｒ３、の３つの領域が形成される。対向流領域Ｒ１は、ステップ進展方向ＳＦに対して流動方向ＦＤが略逆方向である領域である。同一流領域Ｒ２は、ステップ進展方向ＳＦに対して流動方向ＦＤが略同一方向である領域である。直交流領域Ｒ３は、ステップ進展方向ＳＦに対して流動方向ＦＤが略直交方向である領域である。図３（Ａ）では、対向流領域Ｒ１を薄いグレースケールで示し、同一流領域Ｒ２を濃いグレースケールで示している。また直交流領域Ｒ３にはグレースケールを示していない。種結晶１６は六方晶であるため、（０１−１０）面のステップ前縁ＳＰ１と、（１０−１０）面のステップ前縁ＳＰ２を備えている。
【００２４】
なお、本明細書において、ステップ進展方向ＳＦに対する流動方向ＦＤが「略同一方向である」、「略逆方向である」とは、交差角が±６０°以内となれば良い。好ましくは、交差角は±３０°以内であるのが好ましく、±１０°以内であるのがより好ましい。同様に、ステップ進展方向ＳＦに対する流動方向ＦＤが「略直交方向」とは、交差角が±３０°以内となれば良い。
【００２５】
図４を用いて、本明細書におけるステップ高さｈの定義を説明する。ステップ高さｈは、テラス面Ｐ１とＰ２との距離を指す。より詳しくは、ステップ高さｈは以下のように説明できる。任意のステップＳＴ１のテラス面（つまりＳｉＣ種結晶自体の結晶成長方向における先端面）をテラス面Ｐ１とし、当該テラス面Ｐ１を通る直線を直線Ｌ１とする。また、当該ステップＳＴ１のステップ進展方向の先側に隣接する他のステップＳＴ２のテラス面をＰ２とし、当該テラス面Ｐ２を通る直線を直線Ｌ２とする。この場合にステップＳＴ１の高さは直線Ｌ１と直線Ｌ２との距離に相当する。
【００２６】
ステップ進展方向ＳＦと原料溶液１７の流動方向ＦＤとの関係は、ステップの進展挙動において非常に重要である。同一流領域Ｒ２では、結晶成長時間が経過することに伴い（つまり、結晶成長が進行することに伴い）、ステップ高さｈが高くなる。つまり、ステップバンチングが進行し、ステップ高さｈの高いステップ（マクロステップ）が形成される。これは、テラス上に原子が多く吸着してマクロステップが発達し、広がったテラス上に二次元核生成やらせん成長が発生するためである。そして、貫通らせん転位等の欠陥を基底面の欠陥が変換された単結晶を得ることができる。しかし同一流領域Ｒ２では、マクロステップの発達に従ってトレンチが形成されてしまい、表面が荒れていく。一方、対向流領域Ｒ１では、結晶成長時間が経過することに伴い、ステップ高さが低くなる。つまり、ステップバンチングが解け、結晶成長面が平滑化される。これは、対向流領域Ｒ１では、ステップ前縁ＳＰ１およびＳＰ２に原子が多く吸着することで、安定したステップフローとなるためである。また対向流領域Ｒ１では、対向流の速度が高いほど、平滑化する能力が高い。
【００２７】
＜結晶成長条件の決定方法の概要＞
演算部２２で実行されるシミュレーションを用いた、結晶成長条件の決定方法の概要を説明する。坩堝１５内における原料溶液１７の流動方向および流速は、例えば、坩堝１５の回転数や原料溶液の量、温度等に基づいてシミュレーションすることができる。そして、シミュレーションされた原料溶液の流動方向に基づいて、種結晶１６の位置を適宜調整することで、種結晶１６表面での原料溶液１７の流動方向ＦＤをシミュレーションすることができる。
【００２８】
シミュレーションによる結晶成長条件の決定方法は、特定領域決定工程と、成長条件決定工程と、を備える。
【００２９】
特定領域決定工程は、ある成長条件において、結晶成長面の特定領域を決定する工程である。特定領域は、ステップバンチングにより形成されているマクロステップの平均高さが、結晶成長面内の他の領域よりも高い領域である。すなわち特定領域は、表面が荒れている領域である。具体的には、前述した「同一流領域」が、特定領域として決定される。
【００３０】
成長条件決定工程は、決定された特定領域（すなわち同一流領域）の少なくとも一部を含むような「対向流領域」が結晶成長面に形成されるように、新たな成長条件を決定する工程である。前述したように、対向流領域は、結晶成長面を平滑化する能力を有する。よって、新たな成長条件によって対向流領域に含まれるようになった特定領域を、平滑化することができる。
【００３１】
さらに成長条件決定工程では、対向流領域内において原料溶液の流動速度が高い領域である高速度領域が求められる。そして、高速度領域が特定領域（すなわち同一流領域）の少なくとも一部を含むように、新たな成長条件が決定される。これは、対向流の速度が高いほど、結晶成長面を平滑化する能力が高いためである。よって、高速度領域に含まれるようになった特定領域を、さらに平滑化することができる。
【００３２】
そして、あるシミュレーションで決定された成長条件で形成される特定領域を、次のシミュレーションで決定された成長条件で形成される対向流領域によって平坦化する、という連鎖的なシミュレーションを行う。これにより、結晶成長面の全体を平坦化することが可能な、複数の結晶成長条件を決定することができる。
【００３３】
＜結晶成長条件の決定方法の具体例＞
図５のフローチャートを用いて、実施例１における結晶成長条件の決定方法の具体例を説明する。本具体例では、停止条件、第１の回転条件、第２の回転条件の３つの条件を含んだ結晶成長条件を決定する場合を説明する。
【００３４】
Ｓ１０において演算部２２は、１回目の特定領域決定工程を行う。実施例１では、前述した停止条件を用いて流動方向ＦＤをシミュレーションする場合を説明する。これにより、図３に示すような流動方向ＦＤが演算される。そして、図３（Ａ）の同一流領域Ｒ２（濃いグレースケール領域）が、特定領域として決定される。
【００３５】
Ｓ２０において演算部２２は、１回目の成長条件決定工程を行う。具体的には、坩堝１５および結晶支持部１３の回転向きや回転数などを様々に変化させた候補条件を複数準備する。複数の候補条件のそれぞれを用いてシミュレーションを実行する。そして、複数のシミュレーション結果を比較して選択した条件を、新たな成長条件として決定する。実施例１では、新たな成長条件として「第１の回転条件」が決定される場合を説明する。第１の回転条件は、結晶成長装置３の上方（図１のＺ軸正方向）から見たときに、坩堝１５を反時計回りに４０ｒｐｍで回転させるとともに、結晶支持部１３を時計回りに２０ｒｐｍで回転させる条件である。図６に、第１の回転条件においてシミュレーションされた、原料溶液１７の流動方向ＦＤを示す。図６（Ａ）および（Ｂ）の内容は、前述した図３（Ａ）および（Ｂ）と同様であるため、説明を省略する。図６（Ｂ）に示すように、第１の回転条件では、対流を打ち消すように原料溶液を強制流動させることができる。これにより、原料溶液の流動方向が、種結晶１６の外周から中心ＣＰへ向かう向きに変化する。
【００３６】
図６（Ａ）を用いて、種結晶１６の表面における流動方向ＦＤを説明する。ステップ進展方向ＳＦと流動方向ＦＤの組み合わせによって、対向流領域Ｒ１ｂ、同一流領域Ｒ２ｂ、直交流領域Ｒ３ｂ、の３つの領域が形成される。それぞれの領域の定義は、図３（Ａ）で説明済みであるため省略する。また、対向流領域Ｒ１ｂには、対向流の成分の流動速度が高い領域である高速度領域Ｒ１ｂＨが含まれている。流動方向ＦＤを示すベクトルの大きさが所定値以上の領域を、高速度領域Ｒ１ｂＨとしてもよい。
【００３７】
図７に、第１の回転条件（Ｓ２０）で形成される対向流領域Ｒ１ｂおよび高速度領域Ｒ１ｂＨと、停止条件（Ｓ１０）で形成される同一流領域Ｒ２（図３（Ａ））を重ねた図を示す。図７に示すように、対向流領域Ｒ１ｂおよび高速度領域Ｒ１ｂＨが、同一流領域Ｒ２の一部を含んでいることが分かる。
【００３８】
Ｓ３０において演算部２２は、２回目の特定領域決定工程を行う。これにより、第１の回転条件における同一流領域Ｒ２ｂ（図６（Ａ））が、特定領域として決定される。
【００３９】
Ｓ４０において演算部２２は、２回目の成長条件決定工程を行う。具体的な内容は、Ｓ２０で説明した内容と同様である。実施例１では、新たな成長条件として「停止条件」が決定される場合を説明する。これにより、図３に示す対向流領域Ｒ１が形成されることが計算される。また、対向流領域Ｒ１は、対向流の成分の流動速度が高い領域である高速度領域Ｒ１ｂＨが含まれている。
【００４０】
図８に、停止条件（Ｓ４０）で形成される対向流領域Ｒ１および高速度領域Ｒ１Ｈと、第１の回転条件（Ｓ３０）で形成される同一流領域Ｒ２ｂ（図６（Ａ））を重ねた図を示す。図８に示すように、対向流領域Ｒ１および高速度領域Ｒ１Ｈが、同一流領域Ｒ２ｂの一部を含んでいることが分かる。
【００４１】
Ｓ５０において演算部２２は、３回目の特定領域決定工程を行う。これにより、停止条件における同一流領域Ｒ２（図３（Ａ））が、特定領域として決定される。
【００４２】
Ｓ６０において演算部２２は、３回目の成長条件決定工程を行う。具体的な内容は、Ｓ２０で説明した内容と同様である。実施例１では、新たな成長条件として「第２の回転条件」が決定される場合を説明する。第２の回転条件は、結晶成長装置３の上方（図１のＺ軸正方向）から見たときに、坩堝１５を時計回りに４０ｒｐｍで回転させるとともに、結晶支持部１３を反時計回りに２０ｒｐｍで回転させる条件である。図９に、第２の回転条件においてシミュレーションされた、原料溶液１７の流動方向ＦＤを示す。図９（Ａ）および（Ｂ）の内容は、前述した図３（Ａ）および（Ｂ）と同様であるため、説明を省略する。図９（Ｂ）に示すように第２の回転条件では、原料溶液の流動方向は、種結晶１６の外周から中心ＣＰへ向かう向きになる。これは前述した第１の回転条件と同様である。
【００４３】
図９（Ａ）を用いて、種結晶１６の表面における流動方向ＦＤを説明する。ステップ進展方向ＳＦと流動方向ＦＤの組み合わせによって、対向流領域Ｒ１ｃ、同一流領域Ｒ２ｃ、直交流領域Ｒ３ｃ、の３つの領域が形成される。それぞれの領域の定義は、図３（Ａ）で説明済みであるため省略する。また、対向流領域Ｒ１ｃには、対向流の成分の流動速度が高い領域である高速度領域Ｒ１ｃＨが含まれている。そして、Ｓ６０で決定した第２の回転条件で形成される対向流領域Ｒ１ｃおよび高速度領域Ｒ１ｃＨは、Ｓ５０で決定した特定領域（図３（Ａ）の同一流領域Ｒ２）の一部を含んでいる。詳しい内容は、Ｓ２０で説明済みであるため、ここでは説明を省略する。
【００４４】
Ｓ７０において演算部２２は、４回目の特定領域決定工程を行う。これにより、第２の回転条件における同一流領域Ｒ２ｃ（図９（Ａ））が、特定領域として決定される。
【００４５】
Ｓ８０において演算部２２は、４回目の成長条件決定工程を行う。実施例１では、新たな成長条件として「停止条件」が決定される場合を説明する。これにより、図３で前述したように、対向流領域Ｒ１が形成されることが計算される。そして、Ｓ８０で決定した停止条件で形成される対向流領域Ｒ１および高速度領域Ｒ１Ｈは、Ｓ７０で決定した特定領域（図９（Ａ）の同一流領域Ｒ２ｃ）の一部を含んでいる。詳しい内容は、Ｓ４０で説明済みであるため、ここでは説明を省略する。
【００４６】
以上により、停止条件、第１の回転条件、停止条件、第２の回転条件、．．．を順番に繰り返すという結晶成長条件を決定することができた。
【００４７】
＜結晶成長の具体例＞
上述したシミュレーションで決定された結晶成長条件を用いて、結晶成長装置３でＳｉＣ結晶を成長させる場合の具体例を説明する。実施例１では、停止条件（期間Ｔ１）、第１の回転条件（期間Ｔ２）、停止条件（期間Ｔ３）、第２の回転条件（期間Ｔ４）、を順番に実行し、期間Ｔ４が終了すると期間Ｔ１に戻る成長条件を用いた。各期間の長さは２分である。成長温度は約１９００℃である。図１０に、ステップ高さの経時変化を表すグラフを示す。縦軸は、図３、図６（Ａ）、図９（Ａ）の領域Ａ１における、ステップ高さｈの平均値を示している。横軸は、結晶成長時間を示している。
【００４８】
期間Ｔ１の停止条件では、領域Ａ１（図３）は同一流領域となるため、ステップ高さｈが高くなる。期間Ｔ２の第１の回転条件では、領域Ａ１（図６（Ａ））は対向流領域となるため、ステップ高さｈが低くなる。期間Ｔ３の停止条件では、領域Ａ１（図３）は同一流領域となるため、ステップ高さｈが高くなる。期間Ｔ４の第２の回転条件では、領域Ａ１（図９（Ａ））は対向流領域となるため、ステップ高さｈが低くなる。このように、マクロステップが形成される停止条件と、結晶成長面を平滑化することができる第１または第２の回転条件と、を交互に行うことで、領域Ａ１のステップ高さｈを一定値ＣＶに維持することができる。
【実施例２】
【００４９】
実施例１の結晶成長システム１は、シミュレーションによって結晶成長面の特定領域を決定する、特定領域決定工程を備えていた。実施例２の結晶成長システムは、結晶成長面の観察結果に基づいて結晶成長面の特定領域を決定する、特定領域決定工程を備える。以下では、実施例２に特有の構成について説明する。実施例１と２とで共通の内容については、説明を省略する。
【００５０】
実施例２の結晶成長システム１は、図１の構成に加えて、ＳｉＣ結晶１８の結晶成長面を観察する不図示の観察部を備えている。観察部は様々な態様をとることができる。例えば観察部は、光学的に成長面を観察したり、Ｘ線などによって透過的に成長面を観察してもよい。観察部による観察結果は、定期的にまたはリアルタイムに、演算部２２で受信される。
【００５１】
＜結晶成長条件の決定方法の具体例＞
図１１のフローチャートを用いて、実施例２における結晶成長方法の具体例を説明する。Ｓ１１０において演算部２２は、ＳｉＣ結晶１８の結晶成長面の観察結果を、観察部から受信する。Ｓ１２０において演算部２２は、受信した観察結果に基づいて、特定領域決定工程を実行する。具体的には、観察結果を解析し、マクロステップの平均高さが結晶成長面内の他の領域よりも高い領域を検出する。そして検出した領域を、特定領域として決定する。
【００５２】
Ｓ１３０において演算部２２は、シミュレーションによって成長条件決定工程を実行する。具体的な内容は、実施例１のＳ２０の内容と同様である。これにより、Ｓ１２０で決定された特定領域（すなわち同一流領域）の少なくとも一部を含むような「対向流領域」が結晶成長面に形成されるように、新たな成長条件を決定することができる。
【００５３】
Ｓ１４０において動作制御部２１は、Ｓ１３０で決定された成長条件に基づいて、回転軸１２および結晶支持部１３を制御する。これにより、Ｓ１２０で決定された特定領域を平滑化することができる。そしてＳ１１０に戻る。
【００５４】
以上により、結晶成長面の表面状態を観察し、観察結果に基づいて成長条件を変更するフィードバックシステムを実現することができる。マクロステップが実際に形成されている部分を探し出して平滑化することができるため、結晶成長面の全体を平坦化することが可能となる。
【００５５】
＜変形例＞
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５６】
成長条件決定工程で決定される成長条件に含まれるパラメータは、坩堝１５および結晶支持部１３の回転向きや回転数に限られず、各種のパラメータであってよい。例えば、高周波コイル１４の電流値、坩堝１５の加熱状態、原料溶液１７の温度分布、などを含んでもよい。
【００５７】
なお、原料溶液の材料は特に限定されず、一般的なものを使用することができる。例えば、原料溶液のＳｉ源としては、ＳｉまたはＳｉ合金を用いることができる。原料溶液のＣ源としては、黒鉛、グラッシーカーボン、ＳｉＣ、メタン、エタン、プロパン、アセチレンなどの炭化水素ガス、などを用いることができる。
【００５８】
種結晶１６としては、４Ｈ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣに代表される種々の結晶多形を用いることができる。
【００５９】
種結晶１６の結晶成長面は（０００１）面に限られず、様々な面を用いることができる。例えば、（０００−１）面を用いてもよい。オフセット面の形成方向は［１１−２０］方向に限られず、様々な方向を用いることができる。例えば、［１−１００］方向を用いてもよい。オフ角は１°に限られず、自由に設定することが可能である。また種結晶１６のウエハ径は２インチに限られず、例えば、１〜８インチ径の範囲内で任意の径を用いることができる。
【００６０】
原料溶液１７の強制流動方法は、坩堝１５の回転による方法に限られない。例えば、坩堝等の容器内に収容された原料溶液中で結晶成長を行う場合には、容器に外力を加え、容器を回転または振動させることで、容器内の原料溶液に間接的に外力を作用させ、強制流動を生じさせても良い。或いは、原料溶液に直接磁場を印加することで、原料溶液を強制流動させても良い。また、種結晶自体を位置変化させることで原料溶液と種結晶とを相対的に位置変化させつつ、結晶成長を行うことも可能である。
【００６１】
結晶成長装置３で成長させる結晶は、ＳｉＣに限られない。ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、などの各種の半導体結晶を成長させることができる。
【００６２】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６３】
１：結晶成長システム    ２：制御装置    ３：結晶成長装置    １２：回転部  １３：結晶支持部    １４：高周波コイル    １５：坩堝    １６：種結晶    １７：原料溶液  １８：ＳｉＣ結晶    １９：回転部    ２０：駆動部    ２１：動作制御部  ２２：演算部    ＦＤ：流動方向    Ｒ１、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ：対向流領域    Ｒ２、Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ：同一流領域    ＳＦ：ステップ進展方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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