(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ状に加工された炭化珪素単結晶よりなり、その上下表面の一方を炭化珪素単結晶を成長させるための主面とする種結晶であって、外形が略円形または多角形であり、側面が上記主面と垂直な面に対して傾斜しているとともに、少なくとも上記主面および上記傾斜する側面に、物理的エッチングを施し、上記物理的エッチングを施した表面に熱酸化膜を形成して該熱酸化膜を化学的エッチングによって除去してなることを特徴とする種結晶。
【請求項２】
上記物理的エッチングが反応性イオンエッチングであり、上記化学的エッチングがウェットエッチングである請求項１記載の種結晶。
【請求項３】
ウエハ状に加工された炭化珪素単結晶よりなり、その上下表面の一方を炭化珪素単結晶を成長させるための主面とする種結晶であって、外形が略円形または多角形であり、側面が上記主面と垂直な面に対して傾斜しているとともに、少なくとも上記主面および上記傾斜する側面に、化学的エッチングとして熱エッチングを施してなることを特徴とする種結晶。
【請求項４】
上記上下表面が略平行であり、上記上下表面のうち大径側の表面と上記側面とのなす角度が８０度以下である請求項１ないし３のいずれか記載の種結晶。
【請求項５】
上記大径側の表面と上記側面とのなす角度が３０度〜８０度である請求項４記載の種結晶。
【請求項６】
外形が多角形であり、上記側面が炭化珪素単結晶の晶壁面である１ないし５のいずれか記載の種結晶。
【請求項７】
上記主面が（０００１）面または（０００−１）面であり、上記晶壁面が型面｛１−１０ｎ｝または｛１１−２ｎ｝である請求項６記載の種結晶。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか記載の種結晶を使用し、上記種結晶に炭化珪素原料を供給することにより、上記主面側に炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項９】
請求項１または２記載の種結晶を使用し、上記主面を上記種結晶の小径側の表面として、上記小径側の表面および上記傾斜する側面に同時に上記エッチング処理を施し、その後、炭化珪素原料を供給することにより、上記小径側の表面および上記傾斜する側面上に炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項１０】
請求項３記載の種結晶を使用し、上記主面を上記種結晶の大径側の表面として上記熱エッチングを施し、引き続いて炭化珪素原料を供給することにより、上記大径側の表面上に炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれか記載の種結晶を炭化珪素の原料粉末を充填したるつぼ内に配置し、上記原料粉末の昇華ガスを上記種結晶上で再結晶させて炭化珪素単結晶を成長させる単結晶製造装置であって、上記るつぼ内を上下に区画する仕切壁を設けて、該仕切壁に形成した開口内に上記種結晶を配設するとともに、上記開口を、上記種結晶と相似形で上記種結晶よりわずかに大きく形成し、上記原料粉末を上記仕切壁より下側に配置したことを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項１２】
上記開口の内壁面を上記種結晶の上記傾斜する側面と平行な傾斜面とした請求項１１記載の単結晶製造装置。
【請求項１３】
上記種結晶を、上記主面が上記仕切壁の下面より下方に位置するように配置した請求項１１または１２記載の単結晶製造装置。
【請求項１４】
上記るつぼの上部内壁面に設けた台座に上記種結晶を固定するとともに、上記上部内壁面に設けた貫通孔と該貫通孔を開閉する弁部材からなる圧力調整弁を設け、上記弁部材が、上記貫通孔内に上下動自在に挿通配置される柱状部と上記貫通孔を上方より覆ってこれを閉鎖する大径の上端部を有し、上記るつぼ内外の圧力差に応じて上記弁部材が上下動することにより、上記貫通孔を開閉する請求項１１ないし１３のいずれか記載の単結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素単結晶を成長させるために用いられる種結晶と、この種結晶を用いた炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素単結晶体、さらに炭化珪素単結晶の製造に適した単結晶製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化珪素単結晶は、熱的・化学的特性に優れることから、パワーデバイス等の半導体デバイス用基板材料として有用であり、その代表的な製造方法として昇華法が知られている。昇華法は、黒鉛るつぼ内に種結晶と炭化珪素原料粉末を配し、不活性ガス雰囲気中で炭化珪素原料粉末を加熱、昇華させる方法で、昇華ガスが種結晶上で再結晶することにより、炭化珪素単結晶が成長する。種結晶としては、通常、アチソン法で製造された炭化珪素単結晶、または、アチソン結晶から昇華法で成長させた炭化珪素単結晶が使用され、所定形状のウェハ状に加工して種結晶としている。
【０００３】
基板材料に利用される炭化珪素単結晶は、高品質でかつ大口径であることが要求される。昇華法による炭化珪素単結晶の成長では、成長時間を長くすることで結晶径の拡大が可能であり、拡大成長部分の品質をより高めて、利用できる結晶径を大きくすることが望ましい。成長結晶の品質を向上させるには、種結晶、特に周辺部および側面部の汚れや欠陥、加工ダメージを取り除くこと、また、周辺部からの多結晶の成長を防ぐことが重要となる。前者の種結晶の欠陥密度を減少させる方法に関する従来技術として、例えば、特表平５−５００８８３号公報には、種結晶となる炭化珪素単結晶の表面を研磨して平坦化した後、エッチングプラズマに曝露して、機械的加工によって生じた表面の損傷を除去する方法が開示されている。
【０００４】
また、後者に関し、特開平６−２２７８８６号公報には、周辺部分の多結晶の成長を防止するために、種結晶の成長主面に接する側面を（０００１）面および（１−１００）面のいずれからも傾いた面で形成することが記載されている。具体的には、成長主面を（０００１）面または（０００−１）面とし、側面を主面とのなす角度が４５°の逆テーパ状となるように傾けた種結晶を用いることで、凹面化による結晶径の広がりの阻害をなくし、周辺部の異常成長による転移、双晶等の発生を抑制することが可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特表平５−５００８８３号公報の方法は、炭化珪素単結晶の成長面となる表面を処理する方法であり、該成長面の欠陥は減少するものの、側面部の処理はできない。このため、側面部の欠陥、加工ダメージ等に基づく亀裂、ストリエーション欠陥といった結晶欠陥が発生してしまう。また、特開平６−２２７８８６号公報の方法によっても、テーパ処理によって種結晶側面に加工によるダメージが残るために、それを起点にして亀裂、ストリエーション欠陥等が発生してしまう問題がある。
【０００６】
このように、従来の方法では、種結晶の表面、特に側面部の欠陥や加工ダメージを取り除くことは困難であり、成長結晶の周辺部の品質が低下するために、基板として利用できる有効径が小さくなる不具合があった。本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、単結晶成長用の種結晶の表面、特に側面の欠陥や加工ダメージを除去して、成長する炭化珪素単結晶に亀裂、ストリエーション欠陥等の結晶欠陥が発生するのを防止すること、そして、欠陥のない、良質でしかも大口径の炭化珪素単結晶体を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の発明は、炭化珪素単結晶を成長させるための種結晶であって、ウエハ状に加工された炭化珪素単結晶よりなり、その上下表面の一方を炭化珪素単結晶を成長させるための主面とするものである。上記種結晶は、外形が略円形または多角形で、側面が上記主面と垂直な面に対して傾斜しており、さらに、少なくとも上記主面および上記傾斜する側面に、物理的エッチングを施し、上記物理的エッチングを施した表面に熱酸化膜を形成して該熱酸化膜を化学的エッチングによって除去してなる。
【０００８】
請求項１の種結晶は、側面が上記主面と垂直な面に対して傾斜しているので、側面のエッチング処理が容易にできる。例えば、エッチングプラズマを用いた物理的エッチングでは、エッチングイオンが垂直に照射されるために側面のエッチング処理は困難または速度が遅く効率的でなかったが、上記側面が傾斜しているため、上下表面のいずれか一方と同時にエッチング処理することが可能である。従って、上記主面のみならず、上記側面の欠陥や加工ダメージをエッチングにより除去することで、これに基づく亀裂、ストリエーション欠陥といった結晶欠陥の発生を防止できる。また、側面を傾斜させると、結晶径の拡大が阻害されにくく、周辺部における欠陥の発生や多結晶化が抑制される。よって、良質かつ大口径の炭化珪素単結晶体を得ることができる。
【０００９】
請求項２のように、具体的には、上記物理的エッチングとして反応性イオンエッチングを、上記化学的エッチングとしてウェットエッチングを用いることができる。
【００１０】
従来、反応性イオンエッチングのような異方性エッチングで、種結晶の側面をエッチング処理することは不可能であったが、本発明の種結晶は側面が傾斜しているため、例えば、小径側の表面を上記主面とすれば、上記主面のエッチング処理時に、上記側面を同時にエッチングすることができる。また、物理的エッチング後にさらに化学的エッチングを行うことで、物理的エッチングによるダメージを除去し、上記種結晶の品質をより向上させることができる。ただし、炭化珪素は化学的に安定で化学的エッチングが容易でないため、上記物理的エッチングを施した表面を熱酸化して熱酸化膜を形成し、この熱酸化膜を、例えば酸溶液により除去すると効率よくエッチング処理できる。
【００１１】
請求項３の発明は、ウエハ状に加工された炭化珪素単結晶よりなり、その上下表面の一方を炭化珪素単結晶を成長させるための主面とする種結晶であって、外形が略円形または多角形であり、側面が上記主面と垂直な面に対して傾斜しているとともに、少なくとも上記主面および上記傾斜する側面に、化学的エッチングとして熱エッチングを施してなることを特徴とする。化学的エッチングとして、例えば、熱エッチングを採用すると、物理的エッチングを施すことなく、側面の欠陥や加工ダメージを除去することができ、処理工程が簡略化できる。また、熱エッチングはエッジ部で促進されるので、特に、上記種結晶の大径側の表面を上記主面とすると、加工ダメージが残りやすい上記主面の周縁部のエッチングが促進され、加工変質層の除去が効果的になされる。また、熱エッチング後、同一装置内で引き続き結晶成長を行うことができる利点がある。
【００１２】
請求項４において、上記種結晶は、上記上下表面が略平行であり、上記上下表面のうち大径側の表面と上記側面とのなす角度が８０度以下であるものとする。好ましくは、請求項５のように、上記大径側の表面と上記側面とのなす角度が３０度〜８０度とするのがよい。
【００１３】
反応性イオンエッチング等を用いて上記種結晶の側面のエッチングを良好に行うためには、大径側の表面と上記側面とのなす角度、すなわち、上記側面の傾斜角度を８０度以下とするのがよい。傾斜角度が小さいほどエッチングはしやすくなるが、加工が難しくなるため、３０度より小さくならないようにすることが望ましい。
【００１４】
請求項６において、上記種結晶は、外形が多角形であり、上記側面が炭化珪素単結晶の晶壁面であるものとする。炭化珪素単結晶は結晶の形状が六方晶または立方晶等であるため、種結晶を結晶形状に近い形状とすることで、成長結晶の周辺部における結晶性が向上する。同様に、上記側面が結晶の晶壁面となるようにすると、結晶のステップ成長を促進して良質な結晶が得られる。
【００１５】
請求項７において、上記種結晶は、上記主面が（０００１）面または（０００−１）面であり、上記晶壁面が型面｛１−１０ｎ｝または｛１１−２ｎ｝であるものとする。例えば、六方晶系炭化珪素単結晶を得ようとする場合には、上記主面を六方晶系炭化珪素単結晶の（０００１）面または（０００−１）面とすることが望ましい。この時、上記種結晶の側面を、型面｛１−１０ｎ｝または｛１１−２ｎ｝で表される晶壁面とすると、上記主面に対し側面が傾斜する形状の種結晶が得られる。
【００１６】
請求項８の発明は、上記請求項１ないし７のいずれか記載の種結晶を使用した炭化珪素単結晶の製造方法であり、上記種結晶に炭化珪素原料を供給することにより、上記主面側に炭化珪素単結晶を成長させる。
【００１７】
上記請求項１ないし７の種結晶は、上記主面および側面をエッチングすることにより清浄化されており、これを用いて炭化珪素単結晶を成長させることで、上記種結晶に起因する亀裂やストリエーション欠陥等を防止し、良質で大口径の炭化珪素単結晶体を得ることができる。
【００１８】
請求項９の発明は、上記請求項１または２記載の種結晶を使用した炭化珪素単結晶の製造方法であり、上記主面を上記種結晶の小径側の表面として、上記小径側の表面および上記傾斜する側面に同時に上記エッチング処理を施し、その後、炭化珪素原料を供給することにより、上記小径側の表面および上記傾斜する側面上に炭化珪素単結晶を成長させる。
【００１９】
上記請求項１または２の種結晶は、反応性イオンエッチング等の物理的エッチング後に、化学的エッチングを行うものであり、小径側の表面を上記主面とすれば、この小径側の表面に物理的エッチングを行う際に、上記側面を同時にエッチング処理することができる。よって、エッチング処理の工程数を増加させることなく、種結晶表面の清浄化を確実に行い、良質の炭化珪素単結晶体を得ることができる。
【００２０】
請求項１０の発明は、上記請求項３記載の種結晶を使用した炭化珪素単結晶の製造方法であり、上記主面を上記種結晶の大径側の表面として上記熱エッチングを施し、引き続いて炭化珪素原料を供給することにより、上記大径側の表面上に炭化珪素単結晶を成長させる。
【００２１】
上記請求項３の種結晶は、化学的エッチングとして熱エッチングを行うものである。この時、大径側の表面を上記主面とすると、鋭角のエッジ部（主面の周縁部）で熱エッチングが促進されて加工ダメージが効率よく除去される。次いで、この成長面に炭化珪素原料を供給することにより、エッチング処理と単結晶成長を連続的に行うことができ、製造工程が簡略化できる。
【００２３】
請求項１１の発明は、上記請求項１ないし７のいずれか記載の種結晶を炭化珪素の原料粉末を充填したるつぼ内に配置し、上記原料粉末の昇華ガスを上記種結晶上で再結晶させて炭化珪素単結晶を成長させる単結晶製造装置である。上記るつぼ内には、これを上下に区画する仕切壁を設けて、該仕切壁に形成した開口内に上記種結晶を配設しており、上記開口は、上記種結晶と相似形で上記種結晶よりわずかに大きく形成してある。そして、上記仕切壁より下側に上記原料粉末を配置する。
【００２４】
上記請求項１ないし７のいずれか記載の種結晶を使用し、昇華法にて炭化珪素単結晶を成長させる際、上記種結晶の周囲に仕切壁を設けて、該仕切壁より上記種結晶が低温となるようにすると、上記種結晶上への炭化珪素単結晶の成長が促進される。また、上記開口を上記種結晶と相似形とすると、上記開口内壁と上記種結晶との距離を一定にして、上記種結晶の周縁部における成長条件を一定にすることができ、良質の結晶を得ることができる。
【００２５】
請求項１２の単結晶製造装置では、上記開口の内壁面を、上記種結晶の上記傾斜する側面と平行な傾斜面とする。上記開口を上記種結晶と相似形とすることで、上述の効果が得られるが、上記開口の内壁面を上記種結晶の側面に合わせて傾斜面させると、上記効果をより高めることができる。
【００２６】
請求項１３の単結晶製造装置では、上記種結晶の上記主面が上記仕切壁の下面より下方に位置するように配置する。上記主面を上記仕切壁より下方に突出させることで、結晶径の広がりが容易になるので、大口径の単結晶が得やすい。
【００２７】
請求項１４の単結晶製造装置は、上記るつぼの上部内壁面に設けた台座に上記種結晶を固定するとともに、上記上部内壁面に設けた貫通孔と該貫通孔を開閉する弁部材からなる圧力調整弁を設ける。上記弁部材は、上記貫通孔内に上下動自在に挿通配置される柱状部と上記貫通孔を上方より覆ってこれを閉鎖する大径の上端部を有し、上記るつぼ内外の圧力差に応じて上記弁部材が上下動することにより、上記貫通孔を開閉する。
【００２８】
上記るつぼに圧力調整弁を設けることで、上記るつぼ内の圧力制御が容易になる。また、急激な排気による原料粉末の巻き上げ等が防止でき、安定した結晶成長が可能になるので、得られる炭化珪素単結晶の品質が向上する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明では、炭化珪素単結晶を成長させるための種結晶として、図１（ａ）のような略円形、または図１（ｂ）のような多角形のウエハ状に加工された炭化珪素単結晶からなる種結晶１を使用する。この種結晶１は、側面１１が、上下表面と垂直な面に対して傾斜するように加工してあり、上下表面は、略平行となしてある。例えば、図１（ａ）では、円錐体を底面に平行にスライスした形状、図１（ｂ）では、多角錐体を底面に平行にスライスした形状となっている。
【００３０】
種結晶１は、上下表面１２、１３のいずれかを、その表面上に炭化珪素単結晶を成長させる主面とする。そして、単結晶の成長に先立ち、少なくともこの主面となる表面および側面１１に、物理的エッチングおよび化学的エッチングの一方、または両方のエッチング処理を施して、表面の汚れや欠陥、加工ダメージを取り除く。上記主面としては、上下表面１２、１３のいずれを用いることもでき、適当なエッチング方法を選択することで効率よく清浄化を行うことができる。その具体的方法について、以下に詳述する。
【００３１】
物理的エッチングとしては、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が好適に用いられる。ＲＩＥは、一対の電極間に所定のプラズマ発生電位を印加することによりプラズマガスを発生させるように構成された公知のエッチング装置を用いて行うことができる。この時、図２のように、種結晶１の小径側の表面１２（図１（ａ）、（ｂ）の上面）が反応性イオンプラズマに曝露されるようにして電極（図略）上に配置すると、側面１１にイオンを衝突させることができ、側面１１表面の変質層をエッチングすることが可能になる。従って、上記小径側の表面１２を主面とすれば、主面のエッチング処理時に側面１１を同時にエッチング処理することができるため、好ましい。大径側の表面１３（図１（ａ）、（ｂ）の下面）を主面とすることももちろんでき、この場合には小径側および大径側の表面１２、１３の両方の側から、２回のエッチング処理を行うことになる。なお、プラズマを発生させるためのガスとしては、フッ素含有ガスと酸素含有ガスの混合ガス等、通常、使用されるガスがいずれも好適に用いられる。エッチング量は、表面の欠陥や加工による変質層がほぼ除去される量、通常、約１μｍ程度とするのがよい。
【００３２】
ＲＩＥ以外にも、プラズマエッチング等のプラズマガスを利用したエッチング処理、その他のドライエッチング処理を採用することができる。この場合も、上記主面を、種結晶１の小径側の表面１２（図１（ａ）、（ｂ）の上面）とすると、主面となる表面１２と側面１１とを同時にエッチング処理することができる。異方性エッチングであるＲＩＥに対し、プラズマエッチングは等方的に進行するため、大径側の表面１３（図１（ａ）、（ｂ）の下面）が露出するように配置しても側面１１のエッチングは進行するが、小径側の表面１２が露出する配置の方が側面１１がプラズマガスに曝されやすく、より効率よいエッチングが可能である。
【００３３】
上記物理的エッチングを施した種結晶１は、さらに化学的エッチングによって、物理的エッチングによるダメージを取り除くことが望ましい。具体的には、反応性イオンエッチング等の物理的エッチングを行った表面に、熱酸化膜を形成し、この熱酸化膜を化学的エッチングによって除去する。熱酸化膜は、種結晶１を酸化雰囲気中で高温に加熱することにより、例えば、約１５〜１００ｎｍ程度の厚さに形成し、これを、化学的エッチング、例えば、フッ酸やフッ硝酸等の溶液を用いたウェットエッチングにて除去する。炭化珪素は化学的に安定であるため、ウェットエッチングのみで表面の欠陥や加工ダメージを除去することは困難であるが、熱酸化膜である二酸化珪素膜は、ウェットエッチングで容易に除去できる。これにより、種結晶１の主面および側面１１の清浄化を確実に行うことができる。
【００３４】
あるいは、物理的エッチングを施さずに、化学的エッチングのみを行うこともできる。この場合には、化学的エッチングとして、例えば、熱エッチングが好適に用いられ、種結晶１をるつぼ内に設けた台座に固定し、主面となる表面および側面１１が露出するようにして、種結晶１を炭化珪素の昇華温度以上（通常、約１５００〜２５００℃程度、雰囲気圧力によって異なる）に加熱する。熱エッチングは等方的に進行するため、種結晶１の上下表面１２、１３（図１（ａ）、（ｂ））のいずれを露出させても側面１１のエッチングは可能であり、主面と側面１１のエッチングを同時に行うことができる。
【００３５】
ところで、本発明の種結晶１のように、側面１１が傾斜する形状では、鋭角のエッジ部１４に加工ダメージが発生しやすく、熱エッチングではこのような鋭角のエッジ部１４のエッチングが促進される傾向にある。そこで、鋭角のエッジ部１４側、すなわち、大径側の表面１３を主面とすると、この加工による変質層の除去が効果的にでき、周縁部および側面１１の結晶性を向上させることができる。また、熱エッチングによる処理を行った場合には、上記るつぼ内に炭化珪素原料を予め充填しておくことにより、エッチング処理に引き続いて炭化珪素単結晶の成長を行うことができる利点がある。
【００３６】
ここで、図２に示す側面１１の傾斜角度αは、ＲＩＥ等の物理的エッチングによる側面１１のエッチングが可能な角度、または熱エッチング等の化学的エッチングによるエッジ部１４の除去が効果的になされる角度であればよい。具体的には、大径側の表面１３と側面１１とのなす角度を傾斜角度αとした時に、傾斜角度αを、通常、８０度以下、好ましくは、３０度〜８０度の範囲とすることが望ましい。傾斜角度αが８０度より大きいとエッチングが良好になされず、３０度より小さいと加工が困難になる。
【００３７】
さらに、種結晶１の側面１１が結晶の晶壁面となるように傾斜角度αを設定すると、結晶のステップ成長が促進されるため好ましい。例えば、種結晶１が六方晶系炭化珪素であり、図１（ｂ）において、小径側の表面１２が（０００１）面（Ｓｉ面）または（０００−１）面（Ｃ面）である時、晶壁面は型面｛１−１０ｎ｝、｛１１−２ｎ｝で表わされる面（以下まとめて｛１１・ｎ｝面とする）であり、ｎ＝１〜６であることが望ましい。ここで、型面｛１１・ｎ｝面における晶壁角度θは、炭化珪素単結晶の多形によって異なり、これを図３で説明する。例えば、図３（ａ）において、６Ｈ型炭化珪素単結晶の（１−１０ｎ）面における晶壁角度θ（大径側の表面１３と側面１１とのなす角度）は、下記式（１）で表され、
ｔａｎθ＝２ｃ／（ｎ・ａ√３）・・・（１）
その格子定数（ａ＝３．０８、ｃ＝１５．１２）から、晶壁角度θはｎ値に応じて図中に示すように変化する。ｎ＝１〜６の時、晶壁角度θは８０度〜４３．６度となり、上述した側面１１の傾斜角度α＝３０度〜８０度の範囲となる。
【００３８】
同様に、図３（ｂ）に、４Ｈ型炭化珪素単結晶の（１−１０ｎ）面における晶壁角度θを示す。その格子定数（ａ＝３．０７、ｃ＝１０．０５）から、晶壁角度θはｎ値に応じて図中に示すように変化し、ｎ＝１〜６の時の晶壁角度θは７５．２度〜３２．２度と、上述した側面１１の傾斜角度α＝３０度〜８０度の範囲となる。このように、側面１１の傾斜角度αが結晶の晶壁面の角度となるようにすると、晶壁面成長が促進され、良質の単結晶が得られる。
【００３９】
また、結晶のステップ成長を促進するためには、種結晶１が、図１（ａ）のような円形よりも、図１（ｂ）のような多角形状であることが望ましく、より良質の単結晶が得られる。この場合、多角形の辺は、＜１１−２０＞方向となるのがよい。つまり、側面１１が型面｛１１・ｎ｝面で表される晶壁面であり、隣り合う２辺のなす角度が１８０度より小さい多角形であるのがよく、隣り合う２辺のなす角度が１８０度より大きいと、成長する結晶に亀裂が発生する原因となる。さらに好ましくは、成長させる炭化珪素の結晶構造と同じ形状とし、例えば６方晶形の６Ｈ型または４Ｈ型であれば、正６角形とすると最も効果的である。
【００４０】
図４は、上記種結晶１を用いて炭化珪素単結晶２を成長させるために使用される単結晶製造装置の概略構成図である。図中、黒鉛製のるつぼ３は、上端開口の容器体３２と蓋体３１からなり、この蓋体３１の下面中央を突出させて設けた台座３３に種結晶１が貼付けてある。ここでは、種結晶１の小径側の表面１２（図１（ａ）、（ｂ）における種結晶１の上面）を主面とし、大径側の表面１３（図１（ａ）、（ｂ）における種結晶１の下面）をカーボン接着剤等によって台座３３に接合している。容器体３２内空間に露出する上記小径側の表面１２および側面１１には、予めＲＩＥ等のエッチング処理が施してあるものとする。また、上記容器体３２の底部には、原料粉末４となる炭化珪素粉末が収容されている。
【００４１】
上記装置を用いて単結晶を成長させる場合には、るつぼ３をその周囲に配したヒータ６で加熱する。そして、上記原料粉末４が炭化珪素の昇華温度以上（通常、約２２００〜２３００℃程度）、上記種結晶１を原料粉末４より低い温度（約５〜１００℃程度）となるように、るつぼ３内に温度勾配を設けると、発生する炭化珪素の昇華ガスが上記種結晶１側へ拡散し、上記小径側の表面１２および側面１１上で再結晶する。この時、るつぼ３内の雰囲気は、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気とし、圧力は０．１〜１００Ｔｏｒｒ程度とするのがよい。
【００４２】
このようにして、種結晶１の小径側の表面１２および側面１１上に、炭化珪素単結晶２を成長させることができる。上記種結晶１は、小径側の表面１２に加えて側面１１を予めエッチング処理してあるため、成長する炭化珪素単結晶２に発生する亀裂やストリエーション欠陥が大幅に低減する。さらに、小径側の表面１２を主面とし、側面１１上にも炭化珪素単結晶２が成長するので有効径が増大し、ファセット面成長による拡大成長が可能である。また、側面１１が（０００１）面および（１−１００）面のいずれからも傾いているので、周辺部の異常成長による欠陥が抑制される。よって、良質でしかも大口径の炭化珪素単結晶２が得られる。
【００４３】
なお、種結晶１の大径側の表面１３を主面とした場合にも、側面１１を傾斜面としエッチング処理することにより、亀裂やストリエーション欠陥を抑制し、径を増大させる同様の効果が得られる。また、エッチング処理として熱エッチングを採用する場合には、上記るつぼ３の台座３３に上記種結晶１を固定して熱エッチングを行った後、引き続き炭化珪素単結晶２を成長させることで、製造工程の簡略化が可能である。
【００４４】
図５は、炭化珪素単結晶２を成長させるために使用される単結晶製造装置の他の例であり、上記図４の構成に加えて、るつぼ３内を上下に区画する黒鉛製の仕切壁５を設けてある。該仕切壁５の中央部には、種結晶１と相似形でこれよりわずかに大きい開口５１が形成され（図６（ａ）参照）、この開口５１内に上記種結晶１が位置するようにしてある。仕切壁５は、原料粉末４の輻射熱で、種結晶１よりも高温となるため、種結晶１上への炭化珪素の堆積を促進する効果がある。図６（ａ）〜（ｃ）に仕切壁５形状と配置の例を示し、ここでは、開口５１と種結晶１が同一面内に位置するように配している。また、主面となる図の下面側の表面１３と開口５１の内壁面との距離Ｌ（図６（ａ））が、所定の等間隔、例えば、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度となるようにするとよい。距離Ｌがこれより大きいと、仕切壁５を配置する効果が小さい。開口５１を種結晶１と相似形とし、種結晶１との距離が一定となるように配することで、種結晶１周囲の状態を一定とし、均一な成長が可能になる。
【００４５】
図６（ａ）では、開口５１内壁面を垂直面としているが、好ましくは、図６（ｂ）、（ｃ）のように、開口５１の内壁面を上記種結晶１の側面１１と同様に傾斜させるとよく、側面１１からの障壁面成長を促進することができる。また、開口５１より、上記種結晶１が原料粉末４側に突出するように配設することもでき、径方向への広がりを容易にして大口径化が可能であるため、より好ましい。
【００４６】
図７は、炭化珪素単結晶２を成長させるための単結晶製造装置のさらに他の例であり、図中、るつぼ３の上部内壁面としての蓋体３１には、圧力調整弁７が設けてある。圧力調整弁７は、蓋体３１の外周部に設けた貫通孔７１と該貫通孔７１を開閉する弁部材７２からなる。弁部材７２は、貫通孔７１内に上下動自在に挿通配置される柱状部と貫通孔７１を上方より覆ってこれを閉鎖する大径の上端部を有し、るつぼ３内外の圧力差が小さい時には、上端部が貫通孔７１上端縁に当接してこれを閉鎖している。るつぼ３外の圧力が低下し、内外の圧力差が所定値を越えると、弁部材７２が上方へ移動して開弁する。この時、上端部をテーパ状に形成したので、速やかに開弁して内外の圧力差を一定に保持し、原料粉末の巻き上げ等を防止する。また、急激な排気により弁体７２が欠落しないように、弁部材７２の下端部を貫通孔７１より大径としストッパ機能を持たせている。開弁圧力は、弁部材７２の重量を調整することによって制御することができ、重量は貫通孔７１の断面積によって決定される。
【００４７】
従来の単結晶製造装置は、るつぼ３を収容した密閉容器に真空装置を接続して排気する構成であり、通常、蓋体３１と容器体３２の間隙からるつぼ３内の排気を行うようになしてある。ところが、このような構成では、蓋体３１の急な動作で原料粉末４の巻き上げが生じたり、るつぼ３内の雰囲気ガスに乱れが生じるおそれがある。また、るつぼ３内外の圧力差がある程度大きくならないと、蓋体３１が動作しないため、制御圧力への追従性が小さい。これに対し、るつぼ３に圧力調整弁７を設けた上記図７の装置では、初期の真空引き時の急激な排気を抑制し、また、成長時のるつぼ３内の圧力の制御性を大幅に向上させて、単結晶成長をより良好に行うことができる。
【００４８】
なお、図７の単結晶製造装置において、上記圧力調整弁７を複数設けることもできる。この場合、複数の圧力調整弁７を、上記台座３３の周りに均等に配置するのがよく、るつぼ３内のガス流れの偏りをなくして、種結晶１表面の状態を一定に保持することができる。また、上記台座３３を通常より原料粉末４側（図の下方）に大きく突出させて形成すると、ガス流れの影響をより受けにくくなるため、好ましい。具体的には、この突出量を、るつぼ３の高さ（図の上下方向の長さ）の１／４〜１／２程度の範囲とすると、効果的である。
【００４９】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、以下に示す方法で上記図１（ｂ）に示す形状の種結晶１を作成し、エッチング処理を行った後、図４の単結晶製造装置装置を用いて炭化珪素単結晶２を成長させた。まず、結晶厚さが１ｍｍ程度の６Ｈ型アチソン結晶を準備し、目視にて欠陥、キズ、ふくらみがなくなるまで研削した後、六角形に切り出した。切り出す方位は（０００１）面に対し垂直な（０−１００）面が側面となるようにする。次いで、結晶の両面を鏡面研磨した後、（０００１）Ｓｉ面が小径側の表面１２（図１（ｂ）の上面）となるようにして、側面１１の傾斜加工を行った。この時、側面１１の傾斜角度α（大径側の表面１３と側面１１のなす角度）が４４度、すなわち、側面１１が（１−１０６）となるように研削した。
【００５０】
このようにして上記図１（ｂ）形状とした種結晶１を、酸洗浄した後、主面となる小径側の表面１２および側面１１表面の加工変質層を、反応性イオンエッチングにより除去した。公知のエッチング装置内に、上記種結晶１を小径側の表面１２および側面１１が反応性イオンプラズマに曝されるように配置し（図２参照）、エッチングガスとしてＣＦ4 １０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ３ｓｃｃｍを導入した。カソードカップリングで高周波（ＲＦ）電力３００Ｗ、圧力０．６ｐａの条件で、１時間エッチングを行った。エッチング量は１μｍであった。
【００５１】
さらに、反応性イオンエッチングによるダメージを除去するために、上記種結晶１を酸洗浄した後、酸化雰囲気中、１０８０℃で、４時間熱酸化を行い、約１５〜１００ｎｍの熱酸化膜を形成した。この熱酸化膜を、１０％フッ酸を用いたウェットエッチングにより除去した。
【００５２】
この種結晶１の、大径側の表面１３をカーボン接着剤を用いてるつぼ３の台座３３に貼り付け、小径側の表面１２および側面１１が露出するようにして、るつぼ３の上部に設置した。るつぼ３内には原料粉末４として十分な量の炭化珪素粉末を充填してあり、このるつぼ３内を、図略の真空排気系にてアルゴンガス雰囲気に置換した後、ヒータ６で原料粉末４を約２３００℃、種結晶１が約２２８０℃となるように加熱した。その後、雰囲気圧を５００Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒに減圧して、原料粉末４を昇華させ、種結晶１上に炭化珪素単結晶２を成長させた。
【００５３】
得られた炭化珪素単結晶２から切り出したウェハについて、亀裂、サブグレイン、ストリエーション欠陥の発生の有無を調べ、結果を表１に示した（実施例１）。また、比較のため、円板状で側面の傾斜加工を行わない従来の種結晶を用い、同様の方法で主面のＲＩＥおよびウェットエッチングによる処理を行った。その後、同様の方法で炭化珪素単結晶２を成長させ、亀裂、サブグレイン、ストリエーション欠陥の発生の有無を調べた。結果を表１に併記する（比較例１）。
【００５４】
表１に明らかなように、従来の種結晶を用いた場合に比べ、六角形状とし、側面１１を傾斜させた実施例では、亀裂、サブグレイン、ストリエーション欠陥のいずれも大幅に低減している。これは、側面が主面に垂直である比較例１では、ＲＩＥが良好に行われず、欠陥や加工ダメージの除去が不十分であること、側面が（０−１００）面であり異常成長による欠陥が生じやすいこと等によるものと思われ、本発明の種結晶を用いることにより、高品質で大口径の炭化珪素単結晶が得られることがわかる。
【００５５】
【表１】
0004457432.tif 000002
【００５６】
また、上記実施例１で用いたのと同じ種結晶１を、ＲＩＥおよびウェットエッチングを施す代わりに、上記図４のるつぼ３内に配置し、熱エッチングを行った後、引き続き炭化珪素単結晶２を成長させた（実施例２）。実施例２では、種結晶１の小径側の表面１２をるつぼ３の台座３３に貼り付けて、大径側の表面１３が原料粉末４側を向くようにし、原料温度を２３００℃で一定温度に保ちながらヒータ６で種結晶１が２３１０℃となるように昇温して、１時間、熱エッチングを行った。その後、種結晶１の温度を２２８０℃に低下させ、上記実施例と同様の条件で、炭化珪素単結晶２を成長させた。得られた炭化珪素単結晶２の亀裂、サブグレイン、ストリエーション欠陥の発生の有無を調べたところ、表１に併記するように上記実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
【００５７】
なお、上記実施の形態では、上記種結晶１から昇華法により炭化珪素単結晶を成長させる方法について説明したが、上記種結晶１を、昇華法以外の気相成長法、あるいは液相成長法等の他の方法に適用してももちろんよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の種結晶の形状を示す全体斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明における種結晶表面のエッチング処理方法を説明するための図である。
【図３】（ａ）は６Ｈ型炭化珪素単結晶の晶壁角度θを示す図であり、（ｂ）は４Ｈ型炭化珪素単結晶の晶壁角度θを示す図である。
【図４】本発明で使用する単結晶成長装置の構成を示す概略断面図である。
【図５】単結晶成長装置の他の例を示す概略断面図である。
【図６】（ａ）ないし（ｄ）は図５の部分拡大断面図である。
【図７】単結晶成長装置のさらに他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  種結晶
１１  側面
１２  小径側の表面
１３  大径側の表面
１４  エッジ部
２  単結晶
３  るつぼ
３１  蓋体
３２  容器体
４  原料粉末
５  仕切壁
５１  開口
６  ヒータ
７  圧力調整弁
【図１】
0004457432.tif 000003
【図２】
0004457432.tif 000004
【図３】
0004457432.tif 000005
【図４】
0004457432.tif 000006
【図５】
0004457432.tif 000007
【図６】
0004457432.tif 000008
【図７】
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