(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳｉＣ等の化合物半導体結晶を低コストで製造できる製造方法を提供する。【解決手段】ＳｉＣ結晶の製造方法であって、支持基板の主面にカーボン膜を成膜する工程Ｓ１、支持基板とカーボン膜とシリコン単結晶基板が積層された積層構造体を形成し、カーボン膜表面とシリコン単結晶基板表面を接触させる工程Ｓ２の後、シリコンの融点以上で支持基板の融点以下の温度に加熱Ｓ３、維持する工程Ｓ４において、シリコン単結晶基板が融解し、カーボン膜がシリコン融液に溶解する。つづいて、坩堝全体を徐々に冷却する第１冷却処理工程Ｓ５において３Ｃ−ＳｉＣ単結晶がエピタキシャル成長させる。この後、冷却時間を短縮するために第１冷却処理よりも早い降温速度で第２冷却処理するＳ６。以上の工程において、シリコン単結晶基板の面方位を制御することにより、結晶方位が揃った、３Ｃ−ＳｉＣ結晶の成長層を成長させることができる。【選択図】図２
2015086122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１元素と第２元素との２種類の元素を含む化合物半導体結晶の製造方法であって、
支持基板の主面に成膜されている第１元素を含む膜の表面に、第２元素の単結晶基板を接触させ、前記支持基板と前記第１の元素を含む膜と前記第２元素の単結晶基板とが順に積層されている積層構造体を形成する第１工程と、
前記積層構造体を前記第２元素の単結晶基板の融点以上に加熱した後に常温まで冷却する第２工程と、
を備え、
前記第２元素の単結晶基板の前記第１元素を含む膜との接触面の面方位を、前記第１元素を含む膜上または前記支持基板の前記主面上に成長させる化合物半導体結晶の面方位に応じた面方位に制御することを特徴とする化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項２】
前記第１元素を含む膜は、物理気相成長法（ＰＶＤ）によって成膜されていることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項３】
前記支持基板の融点は、前記第２元素の単結晶基板の融点よりも高いことを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項４】
前記支持基板は、前記第１元素と前記第２元素を含む化合物半導体の多結晶体であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程の加熱工程では、
前記支持基板および前記第１元素を含む膜を介して前記第２元素の単結晶基板に熱エネルギーが伝達されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項６】
前記第１元素はカーボンであり、
前記第２元素はシリコンであり、
前記化合物半導体結晶はＳｉＣであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項７】
シリコンの単結晶基板のカーボンを含む膜との接触面の面方位を、前記第１元素を含む膜上または前記支持基板の前記主面上に成長させる３Ｃ−ＳｉＣ結晶の面方位と同一になるように制御することを特徴とする請求項６に記載の化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項８】
前記第２工程を実施後の第１元素を含む膜上または支持基板の主面上に形成されている、前記第１元素と前記第２元素を含む化合物半導体の第１の結晶成長層の表面に、前記第１元素と前記第２元素を含む化合物半導体の第２の結晶成長層を、前記第１の結晶成長層の結晶面に揃えて成長させる第３工程をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の化合物半導体結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、化合物半導体結晶の製造方法に関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体の一つに、ＳｉＣがある。ＳｉＣの単結晶基板を生成するには、種結晶基板上にＳｉＣ結晶をエピタキシャル成長させる方法が知られている。また、種結晶基板には、ＳｉＣ単結晶やサファイア単結晶を使用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２４２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
種結晶基板に用いるＳｉＣ単結晶やサファイア単結晶は、高価であるため、ＳｉＣの単結晶基板の製造コストが増加する要因となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、第１元素と第２元素との２種類の元素を含む化合物半導体結晶の製造方法を開示する。この製造方法は、支持基板の主面に成膜されている第１元素を含む膜の表面に、第２元素の単結晶基板を接触させ、支持基板と第１の元素を含む膜と第２元素の単結晶基板とが順に積層されている積層構造体を形成する第１工程を備える。また、積層構造体を第２元素の単結晶基板の融点以上に加熱した後に常温まで冷却する第２工程を備える。また、第２元素の単結晶基板の第１元素を含む膜との接触面の面方位が、第１元素を含む膜上または支持基板の主面上に成長させる化合物半導体結晶の面方位に応じた面方位に制御される。
【０００６】
上記方法では、第２工程によって加熱される際に、第２元素の単結晶基板の少なくとも一部が融解して融液が生成される。よって、支持基板、第１の元素を含む膜、第２元素の融液、第２元素の単結晶基板の未融解部分、が順に積層した構造が形成される部分が存在する。また、第２元素の融液内に、第１元素を含む膜から第１元素が供給される。これにより、第２元素の単結晶基板の未融解部分と第２元素の融液が接触している部分を起点として、第２元素の単結晶基板の結晶面に揃うように、化合物半導体結晶を成長させることができる。また、第１元素を含む膜によって支持基板の主面を覆うことができるため、成長する化合物半導体結晶の結晶方位に対して支持基板の主面が及ぼす影響を遮断することができる。以上により、支持基板ではなく第２元素の単結晶基板によって結晶方位が制御された化合物半導体結晶を、成長させることが可能となる。従って、単結晶基板などの結晶方位が揃った高価な基板を支持基板に用いる必要がなくなるため、化合物半導体結晶の製造コストを低減することが可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
本明細書に開示の技術によれば、結晶方位が制御された化合物半導体結晶を成長させる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施例のＳｉＣ結晶製造装置の模式図である。
【図２】ＳｉＣ結晶の製造方法のフロー図である。
【図３】積層構造体を示す図である。
【図４】坩堝の温度プロファイルのグラフである。
【図５】ＳｉＣ結晶の成長過程の模式図である。
【図６】ＳｉＣ結晶の成長過程の模式図である。
【図７】ＳｉＣ結晶の成長過程の模式図である。
【図８】ＳｉＣ結晶の成長過程の模式図である。
【図９】ＳｉＣ結晶の成長過程の模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【００１０】
（特徴１）上記の化合物半導体結晶の製造方法では、第１元素を含む膜は、物理気相成長法（ＰＶＤ）によって成膜されていることが好ましい。これにより、第１元素を含む膜を効率よく形成することが可能となる。
【００１１】
（特徴２）上記の化合物半導体結晶の製造方法では、支持基板の融点は、第２元素の単結晶基板の融点よりも高いことが好ましい。これにより、第２工程において支持基板が融解してしまうことを防止することが可能となる。
【００１２】
（特徴３）上記の化合物半導体結晶の製造方法では、第１元素と第２元素を含む化合物半導体の多結晶体であることが好ましい。多結晶体は、単結晶体に比して安価であるため、化合物半導体結晶の製造コストを低減することが可能となる。また、支持基板上に成長させる化合物半導体結晶と支持基板とを同一組成にすることができるため、両者の熱膨張率を等しくすることができ、化合物半導体結晶の成長層に反りや割れなどが発生してしまう事態を防止できる。また、化合物半導体結晶の成長層に不純物が添加されてしまう事態を防止できる。
【００１３】
（特徴４）上記の化合物半導体結晶の製造方法では、第２工程の加熱工程では、支持基板および第１元素を含む膜を介して第２元素の単結晶基板に熱エネルギーが伝達されることが好ましい。これにより、第２工程での加熱時において、第１元素を含む膜との接触面側の温度が高くなるように、第２元素の単結晶基板に温度勾配を発生させることができる。これにより、支持基板、第１の元素を含む膜、第２元素の融液、第２元素の単結晶基板の未融解部分、が順に積層した構造を形成することができる。
【００１４】
（特徴５）上記の化合物半導体結晶の製造方法では、第１元素はカーボンであり、第２元素はシリコンであり、化合物半導体結晶はＳｉＣであってもよい。
【００１５】
（特徴６）上記の化合物半導体結晶の製造方法では、シリコンの単結晶基板のカーボンを含む膜との接触面の面方位を、第１元素を含む膜上または支持基板の主面上に成長させる３Ｃ−ＳｉＣ結晶の面方位と同一になるように制御することが好ましい。これにより、シリコンの単結晶基板の面方位を制御することによって、成長させる３Ｃ−ＳｉＣ結晶の面方位を制御することが可能となる。
【００１６】
（特徴７）上記の化合物半導体結晶の製造方法では、第２工程を実施後の第１元素を含む膜上または支持基板の主面上に形成されている、第１元素と第２元素を含む化合物半導体の第１の結晶成長層の表面に、第１元素と第２元素を含む化合物半導体の第２の結晶成長層を、第１の結晶成長層の結晶面に揃えて成長させる第３工程をさらに備えることが好ましい。これにより、第１および第２工程を実施することによって得られた化合物半導体結晶を種結晶基板として、さらに化合物半導体結晶を成長させることができる。よって、化合物半導体結晶層の厚さを所望の値に制御することが可能となる。
【実施例】
【００１７】
本願の実施例について図面を参照しながら説明する。図１に、本実施例に係るＳｉＣ結晶製造装置（以下では結晶製造装置と略称する）１を示す。結晶製造装置１は、坩堝１０を備える。坩堝１０は、炭素を含有する材質によって形成されている。坩堝１０の材質としては、黒鉛やＳｉＣが挙げられる。坩堝１０は坩堝台１１の上に配置されている。坩堝台１１は回転させることが可能である。坩堝１０は、坩堝蓋１４により密閉することができる。坩堝１０の外周は、保温のために断熱材１２で覆われている。断熱材１２の外周には、常伝導コイル１３が配置されている。常伝導コイル１３は、坩堝１０を誘導加熱するための装置である。常伝導コイル１３には、不図示の高周波電源が接続されている。坩堝１０、断熱材１２、常伝導コイル１３は、チャンバ１５の内部に配置される。チャンバ１５は、吸気口１６と排気口１７とを備える。坩堝１０の底部には、積層構造体２５が載置されている。積層構造体２５の構造については後述する。
【００１８】
本実施例に係るＳｉＣ結晶の製造方法を、図２のフローと、図５〜図９の模式図を用いて説明する。ステップＳ１において、支持基板２０の主面に、カーボンを含むカーボン膜２１を成膜する工程が行われる。支持基板２０は、ＳｉＣの多結晶体である。従って、支持基板２０の主面には、様々な結晶方位が表出している。また支持基板２０の融点は、シリコン単結晶基板２３の融点よりも高い。従って、後述する加熱処理において、支持基板２０が融解してしまうことがない。
【００１９】
カーボン膜２１は、ＰＶＤ（物理気相成長）法によって成膜される。ＰＶＤ法の具体例としては、スパッタリング法やイオンプレーティング法などが挙げられる。これらの方法では、ターゲットとなる黒鉛を真空中でイオンビーム、アーク放電及びグロー放電等に晒し、飛び散った炭素原子を支持基板の表面に付着させることが行われる。なお、ＰＶＤ法によるさらなる具体的な成膜方法については、周知の技術であるため、ここでは詳細な説明を省略する。ＰＶＤ法によって成膜されるカーボン膜２１は、ＣＶＤ（化学気相成長）法によって成膜されるカーボン膜に比して膜強度が高い。よって、後述する工程において、より効果的に支持基板２０を保護することができる。
【００２０】
次に、ステップＳ２において、図３に示すように、坩堝１０の底部に支持基板２０が載置される。また、支持基板２０上に、シリコン単結晶基板２３が載置される。これにより、支持基板２０とカーボン膜２１とシリコン単結晶基板２３が、下方から順に積層されている積層構造体２５を形成することができる。また、カーボン膜２１の表面２１ａと、シリコン単結晶基板２３の接触面２３ａとが、接触している状態が実現される。
【００２１】
シリコン単結晶基板２３の接触面２３ａの面方位は、後ほど成長させる３Ｃ−ＳｉＣ結晶の面方位に応じて決定される。具体的には、接触面２３ａの面方位は、後ほど成長させる３Ｃ−ＳｉＣ結晶の面方位と同一となるように決定される。本実施例では、接触面２３ａの面方位が（１００）である場合を説明する。
【００２２】
ステップＳ３において、加熱処理が行われる。具体的には、ステップＳ２において内部に支持基板２０とシリコン単結晶基板２３がセットされた坩堝１０を、結晶製造装置１の坩堝台１１に載置する。そして常伝導コイル１３へ所定周波数の交流電流を流すことにより、坩堝１０を誘導加熱する。またチャンバ１５内に吸気口１６から不活性ガスを供給するとともに、坩堝台１１を所定回転数で回転させる。坩堝１０の加熱温度は、シリコン単結晶基板２３が、シリコンの融点（約１４１０℃）以上で支持基板の融点（約２７３０℃）以下の温度に加熱されるような温度に設定すればよい。本実施例では、チャンバ１５内にアルゴンガスを供給し、チャンバ１５内の圧力を大気圧、坩堝１０の加熱温度を１５００℃に調整した。なお、本実施例で用いたこれらの条件は一例であり、他の条件を用いることも可能である。
【００２３】
坩堝１０が加熱されると、熱エネルギーは、支持基板２０およびカーボン膜２１を介してシリコン単結晶基板２３の接触面２３ａへ伝達されるとともに、坩堝１０内のアルゴンガスを介してシリコン単結晶基板２３の側面および上面２３ｂに伝達される。このとき、接触面２３ａへ与えられる熱エネルギーの方が、側面および上面２３ｂに与えられる熱エネルギーよりも大きくなる。これは、熱伝導率が、気体よりも固体の方が非常に大きいためである。熱伝導率は、熱伝導において、媒質中に温度勾配がある場合に、温度勾配に沿って運ばれる熱流束の大きさを規定する物理量である。すなわち、支持基板２０およびカーボン膜２１の方が、アルゴンガスよりも、熱を伝えやすいためである。これにより、上面２３ｂ側（図３上側）よりも接触面２３ａ側（図３下側）の温度が高くなるように、シリコン単結晶基板２３に温度勾配を発生させることができる。
【００２４】
図４に、坩堝１０の温度プロファイルのグラフを示す。図４のグラフに示すように、ステップＳ３の実行期間中には、坩堝１０の温度が上昇していく。そして領域Ｒ１に示すように、坩堝１０の温度がシリコンの融点（約１４１０℃）を越える温度まで上昇すると、シリコン単結晶基板２３の接触面２３ａの温度がシリコンの融点を超えるタイミングが到来する。前述した温度勾配が存在するため、シリコン単結晶基板２３の接触面２３ａの温度がシリコンの融点を超えた時点においては、シリコン単結晶基板２３の上面２３ｂ側の温度は、シリコンの融点を超えていない。従って、シリコン単結晶基板２３の融解の初期段階では、接触面２３ａのごく近傍のシリコン単結晶基板２３のみが融解する。そして図５に示すように、接触面２３ａ近傍に極薄いシリコン融液層２３ｃが形成される。これにより、支持基板２０、カーボン膜２１、シリコン融液層２３ｃ、シリコン単結晶基板２３の未融解層２３ｄ、が順に積層した構造を形成することができる。そして、シリコン融液層２３ｃ内に、カーボン膜２１からカーボンが溶解する。
【００２５】
温度勾配が存在するために、シリコン融液層２３ｃは、カーボン膜２１側（図５下側）よりも未融解層２３ｄ側（図５上側）の方が温度が低い。そのため、未融解層２３ｄの表面に接触する部分のシリコン融液層２３ｃが、他の部分のシリコン融液層２３ｃよりも低温化される。よって、未融解層２３ｄの表面近傍のシリコン融液層２３ｃが過飽和状態となるため、未融解層２３ｄの表面上に、３Ｃ−ＳｉＣ結晶のエピタキシャル成長が行われる。これにより、図６に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の単結晶薄膜が形成される。また、未融解層２３ｄの表面が、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の成長の起点となるため、未融解層２３ｄの結晶面の（１００）面に揃うように、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６のヘテロエピタキシャル成長が行われる。従って、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の表面の面方位も（１００）になる。
【００２６】
また３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６は、未融解層２３ｄの表面の所々で形成される。従って、図６に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６が未融解層２３ｄの表面の所々で形成されておらず、その未形成部で未融解層２３ｄの表面が露出している形状を作成することができる。これにより、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の未形成部では、シリコン融液層２３ｃが未融解層２３ｄに直接接触することになる。
【００２７】
ステップＳ４において、図４に示すように、坩堝１０の温度が１５００℃に維持される。これにより、シリコン単結晶基板２３の未融解層２３ｄが全て融解し、シリコン融液が生成される。一方、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６は融点が約２７３０℃であるため、融解しない。生成されたシリコン融液の一部は、支持基板２０の側壁を伝って坩堝１０内に流出する。支持基板２０上に残存したシリコン融液は、シリコン融液層２３ｃと混合し、シリコン融液２３ｅとなる。これにより、図７に示す状態となる。図７に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の未形成部では、カーボン膜２１がシリコン融液２３ｅに溶解することで、カーボン膜２１が消失している。
【００２８】
ステップＳ５において、第１冷却処理が実行される。第１冷却処理では、図７に示す状態を維持しながら坩堝１０の全体が除々に冷却される。これにより、３Ｃ−ＳｉＣの単結晶が、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の表面や支持基板２０の主面２０ａに成長する。ステップＳ５における、３Ｃ−ＳｉＣ結晶の成長メカニズムを説明する。ステップＳ５の第１冷却処理では、坩堝１０の表面から熱が放出される。また、支持基板２０は坩堝１０に接触している。すると、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の表面近傍や支持基板２０の主面２０ａ近傍に存在するシリコン融液２２ｅは、他の場所に存在するシリコン融液２２ｅに比して低温化され過飽和状態となる。よって、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の表面や支持基板２０の主面２０ａ上に、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶がエピタキシャル成長する。また、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の表面が、主として、３Ｃ−ＳｉＣ結晶の成長の起点となる。よって、下地の３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の結晶面の（１００）面に揃うように、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶のヘテロエピタキシャル成長が行われる。成長した３Ｃ−ＳｉＣ単結晶は、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６と一体化し、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７となる。これにより、図８の模式図に示すように、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６よりも厚膜化された３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７が形成される。３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７の表面の面方位は、（１００）である。なお、カーボン膜２１が３Ｃ−ＳｉＣ結晶で覆われた後においても、坩堝１０の溶解によってシリコン融液２２ｅ中にカーボンを供給することができるため、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７を成長させることが可能である。
【００２９】
図４に示すように、ステップＳ５での坩堝１０の温度低下傾きは、ステップＳ３での温度上昇傾きよりも小さくされている。温度低下傾きを小さくすることにより、ＳｉＣ結晶を成長しやすくすることができるため、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７の厚さを厚くすることができる。ステップＳ５での温度低下傾きの調整は、例えば、常伝導コイル１３に流す交流電流の電流量を除々に小さくすることによって行われても良い。
【００３０】
ステップＳ６において、第２冷却処理が実行される。図４に示すように、ステップＳ６の第２冷却処理の温度低下傾きは、ステップＳ５の第１冷却処理の温度低下傾きよりも大きくされている。これにより、第１冷却処理のみを用いて坩堝１０を常温まで冷却する場合に比して、冷却時間を短縮化することができる。ステップＳ５からＳ６への切り替えは、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７の成長が行われなくなる所定温度まで坩堝１０の温度が低下することに応じて、行われても良い。本実施例では、所定温度として７００℃を使用している。ステップＳ６での温度低下傾きの調整は、例えば、常伝導コイル１３への電流供給を停止し、自然冷却することによって行われても良い。ステップＳ７において、ＳｉＣ結晶成長工程が行われる。ＳｉＣ結晶成長工程は、図８に示す３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７の表面２７ａに、ＳｉＣ結晶の成長層をホモエピタキシャル成長させる工程である。例として、熱ＣＶＤ法を用いる場合を説明する。３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７が成膜された支持基板２０を、不図示のＣＶＤ装置のチャンバ内にセットする。支持基板２０を加熱し、原料ガスであるＳｉを含む原料ガス及びＣを含む原料ガスを、チャンバ内に供給する。Ｓｉを含む原料ガスの一例としては、シラン（ＳｉＨ４）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）などが挙げられる。Ｃを含む原料ガスの一例としては、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）などが挙げられる。エピタキシャル成長では、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７の結晶面の（１００）面に結晶方位が揃った、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶の成長層２８を成長させることができる。従って、成長層２８の表面の面方位も（１００）となる。これにより、図９の模式図に示す半導体ウェハ３０が完成する。
【００３１】
＜比較例１＞
比較例１では、ステップＳ３の加熱処理において、坩堝１０の加熱温度を、シリコンの融点以下であってシリコンの融点近傍の温度である、１３５０℃に設定した。使用した装置や、その他の条件は、実施例と同一である。この場合、シリコン単結晶基板２３とカーボン膜２１は反応しなかった。また、実験後のシリコン単結晶基板２３の接触面２３ａをＸＲＤ（X-ray Diffraction）測定したが、接触面２３ａにＳｉＣを確認することができなかった。
【００３２】
＜効果＞
本実施例に係るＳｉＣ結晶の製造方法では、カーボン膜２１によって支持基板２０の主面２０ａを覆っている。これにより、ステップＳ３および図５で説明したように、カーボン膜２１からシリコン融液層２３ｃ内にカーボンを供給することができる。従って、ＳｉＣ結晶を成長させることが可能となる。また、カーボン膜２１によって、シリコン融液層２３ｃが支持基板２０の主面２０ａに接触することを防止できる。従って、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の成長が行われる際に（図６参照）、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６の結晶方位に対して主面２０ａが及ぼす影響を、カーボン膜２１によって遮断することができる。これにより、シリコン単結晶基板２３の結晶面の（１００）面に揃うように、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６を成長させることができる。以上により、支持基板２０ではなくシリコン単結晶基板２３によって結晶方位が制御された３Ｃ−ＳｉＣ結晶を、成長させることが可能となる。従って、ＳｉＣ単結晶基板やサファイア単結晶基板などの、結晶方位が揃った高価な基板を支持基板に用いる必要がなくなるため、ＳｉＣ結晶基板の製造コストを低減することが可能となる。
【００３３】
本実施例に係るＳｉＣ結晶の製造方法では、シリコン単結晶基板２３の接触面２３ａの面方位と同一の面方位を有するように、支持基板２０の主面２０ａ上やカーボン膜２１上に、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７（図８参照）を成長させることができる。従って、シリコン単結晶基板２３の接触面２３ａの面方位を（１００）、（１１０）、（１１１）などの各種の方位に設定することに応じて、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７の面方位を（１００）、（１１０）、（１１１）などの各種の方位に制御することが可能となる。
【００３４】
本実施例に係るＳｉＣ結晶の製造方法では、支持基板２０に、ＳｉＣの多結晶体を使用することができる。多結晶体は、単結晶体に比して安価であるため、支持基板２０にＳｉＣ単結晶基板を用いる場合に比して、ＳｉＣ結晶基板の製造コストを低減することが可能となる。また、支持基板２０上に成長させるＳｉＣ結晶と支持基板２０とを同一組成にすることができるため、両者の熱膨張率を等しくすることができる。よって、完成した半導体ウェハ３０（図９参照）に反りや割れなどが発生してしまう事態を防止できる。また、両者が同一組成であるため、成長させた３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７内に不純物が添加されてしまう事態を防止できる。
【００３５】
本実施例に係るＳｉＣ結晶の製造方法では、ステップＳ１〜Ｓ６を実施することによって得られた３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７を、種結晶として使用することができる。そして、ステップＳ７において、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２７の結晶面の（１００）面に結晶方位が揃った、３Ｃ−ＳｉＣ結晶の成長層２８を成長させることができる（図９参照）。これにより、支持基板２０上の３Ｃ−ＳｉＣ結晶の厚さを、所望の値に制御することが可能となる。
【００３６】
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。
【００３７】
＜変形例＞
支持基板２０の材料は、ステップＳ３の加熱処理で融解しない材料であれば、何れの材料を用いても良い。サファイア単結晶や、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶を用いても良い。また支持基板２０の材料は半導体に限られず、例えばタングステンなどの金属であってもよいし、ＳｉＯ２などの絶縁体であってもよい。
【００３８】
本実施例に記載の製造方法では、第１元素と第２元素との２種類の元素を含む化合物半導体結晶を製造することが可能である。この場合、ステップＳ１において、支持基板２０の主面に、第１元素を含む膜を成膜すればよい。ステップＳ２において、支持基板２０上に、第２元素の単結晶基板を載置すればよい。第２元素の単結晶基板の、第１元素を含む膜との接触面の面方位は、成長させる化合物半導体結晶の面方位に応じて決定すればよい。例えば、炭化アルミニウム（ＡｌＣ）の結晶を製造する場合には、支持基板２０の主面にカーボン膜を成膜し、支持基板２０上に単結晶アルミニウムを載置すればよい。同様にして、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）、などの化合物半導体結晶を製造することが可能である。
【００３９】
積層構造体２５を加熱する方法は、常伝導コイル１３を用いる方法に限られない。例えば、積層構造体２５をホットプレート上に載置し、支持基板２０の底面を加熱する方法を用いてもよい。この方法によっても、シリコン単結晶基板２３に温度勾配を発生させることができる。
【００４０】
ステップＳ４において、坩堝１０の温度を維持する際の温度プロファイルは、一定温度に限られず、様々なプロファイルであってもよい。例えば、坩堝１０の温度が１５００℃に到達した場合には、すぐに冷却を開始し、坩堝１０の温度をシリコンの融点（約１４１０℃）以下に低下させてもよい。その後、坩堝１０の温度を再び１５００℃まで上昇させ、以後は１５００℃を維持するとしてもよい。これにより、シリコン単結晶基板２３の温度がシリコン融点を超えてからシリコン融点以下に低下するポイントを、ステップＳ３の直後に発生させることができる。よって、３Ｃ−ＳｉＣ結晶２６（図６参照）を形成しやすくすることができる。
【００４１】
ステップＳ４において、生成されたシリコン融液が支持基板２０上から流出しないように、支持基板２０の側面の全周を覆うとともに、主面２０ａの垂直上方へ伸延しているカバーを利用するとしてもよい。
【００４２】
ステップＳ１において、カーボン膜２１を成膜する工程はＰＶＤ法に限られず、例えばＣＶＤ法を用いて成膜してもよい。
【００４３】
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】
【００４４】
１：結晶製造装置、１０：坩堝、１３：常伝導コイル、２０：支持基板、２０ａ：主面、
２１：カーボン膜、２３：シリコン単結晶基板、２３ｃ：シリコン融液層、２３ｄ：未融解層、２３ｅ：シリコン融液、２６および２７：３Ｃ−ＳｉＣ結晶、２８：成長層
【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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