(57)【要約】【課題】安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。【解決手段】単結晶ＳｉＣ基板５の平面の面積に対して常に液相エピタキシャル成長させる部分の面積を小さく設定する。具体的には、少なくともＣを供給するためのカーボン供給基板３と、Ｓｉを供給するためのシリコン供給部４と、を有底の筒形状の坩堝１に収容して単結晶ＳｉＣ基板５に対して単結晶ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させる。この液相エピタキシャル成長方法は、カーボン供給基板配置工程と、閉鎖工程と、を含む。カーボン供給基板配置工程では、カーボン供給基板３を坩堝本体２の底に配置する。閉鎖工程では、単結晶ＳｉＣ基板５の単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成させる側の面を下側に向けて、当該単結晶ＳｉＣ基板５により坩堝本体２の上側を閉鎖する。カーボン供給基板３と、単結晶ＳｉＣ基板５と、の間にはシリコン供給部４が介在される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶炭化ケイ素基板の外周部に液相エピタキシャル成長させない領域を設け、前記単結晶炭化ケイ素基板の平面の面積に対して常に液相エピタキシャル成長させる部分の面積が小さくされていることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
少なくとも炭素原子を供給するためのカーボン供給基板と、ケイ素原子を供給するためのシリコン供給部と、を有底の筒形状の坩堝に収容して前記単結晶炭化ケイ素基板に対して単結晶炭化ケイ素を液相エピタキシャル成長させる液相エピタキシャル成長方法であり、
前記カーボン供給基板を前記坩堝の底に配置するカーボン供給基板配置工程と、
前記単結晶炭化ケイ素基板の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成させる側の面を下側に向けて、当該単結晶炭化ケイ素基板により前記坩堝の上側を閉鎖する閉鎖工程と、
を含み、
前記カーボン供給基板と、前記単結晶炭化ケイ素基板と、の間に前記シリコン供給部が介在されることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項３】
請求項２に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記坩堝内をシリコン融解温度以上に昇温して、前記シリコン供給部を融解させてシリコン融液層を形成し、前記シリコン融液層の表面張力によって、前記単結晶炭化ケイ素基板に対して前記カーボン供給基板を懸垂して保持するカーボン供給基板懸垂工程を更に含むことを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記坩堝の側壁部の内側表面は、熱分解炭素で被覆されていることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項５】
請求項２から４までの何れか一項に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記カーボン供給基板配置工程において、前記カーボン供給基板は、前記坩堝の側壁部の内面との間に空間を形成するように配置されることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項６】
請求項２から５までの何れか一項に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記坩堝の側壁部には、前記坩堝の内部空間を外部と繋ぐ開放通路が形成されていることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載の液相エピタキシャル成長方法に用いられることを特徴とする坩堝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶炭化ケイ素基板（以下、単結晶ＳｉＣ基板）に対して単結晶炭化ケイ素（以下、単結晶ＳｉＣ）を液相エピタキシャル成長させる液相エピタキシャル成長方法及びそれに用いる坩堝に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（以下、ＳｉＣ）は、耐熱性や機械的強度に優れ、放射線に強く、不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御を容易に行うことができ、禁制帯幅が広い、といった特性を備えていることから、次世代のパワーデバイス、高周波デバイス用の半導体材料として期待されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、単結晶ＳｉＣ基板と、炭素原子（Ｃ）を供給するためのカーボン供給基板と、の間にケイ素原子（Ｓｉ）を供給するためのシリコン原料を挟み、加熱炉内で高温加熱することによりシリコン原料を融解させて、単結晶ＳｉＣ基板上に高速で良質な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成させる液相エピタキシャル技術（以下、ＭＳＥ法）が開示されている。
【０００４】
この特許文献１に記載の方法では、単結晶ＳｉＣ基板及びカーボン供給基板のうちの少なくとも一方の表面にスペーサとなる硬化性樹脂を塗布し、この硬化性樹脂を硬化させる工程を行うことにより、単結晶ＳｉＣ基板とカーボン供給基板との間に形成されるシリコン融液層の厚さを一定に保ち、単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚を制御することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の方法では、単結晶ＳｉＣ基板及びカーボン供給基板のうちの少なくとも一方の表面の、離間した複数の箇所に、スペーサとなる樹脂を均一な厚さに塗布する必要があるが、これには技術的な困難を伴う。また、このように単結晶ＳｉＣ基板とカーボン供給基板との間にスペーサ等を介在させると、当該スペーサを伝ってシリコン融液が単結晶ＳｉＣ基板とカーボン供給基板とに挟まれる領域の外に流出してしまい、十分な量のシリコン融液を確保できなくなる場合があった。更に、上記特許文献１の方法では、単結晶ＳｉＣ基板、カーボン供給基板、及びシリコン原料を合わせた構造体には、シリコン融液の蒸発を防ぐための手立てが講じられておらず、シリコン融液が蒸発することによっても、十分な量のシリコン融液を確保することができなくなる場合があった。そのため、上記特許文献１の方法では、安定した液相エピタキシャル成長を実現することができず、均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成できない場合があった。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成することができる液相エピタキシャル成長方法及びそれに用いる坩堝を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００９】
本発明の第１の観点によれば、単結晶炭化ケイ素基板の外周部に液相エピタキシャル成長させない領域を設け、前記単結晶炭化ケイ素基板の平面の面積に対して常に液相エピタキシャル成長させる部分の面積を小さくされている液相エピタキシャル成長方法が提供される。
【００１０】
これにより、単結晶炭化ケイ素基板の外周部を除いた部分に対して単結晶炭化ケイ素を液相エピタキシャル成長させることができる。よって、高品質の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。
【００１１】
上記の液相エピタキシャル成長方法においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この液相エピタキシャル成長方法は、少なくとも炭素原子を供給するためのカーボン供給基板と、ケイ素原子を供給するためのシリコン供給部と、を有底の筒形状の坩堝に収容して単結晶炭化ケイ素基板に対して単結晶炭化ケイ素を液相エピタキシャル成長させる。この液相エピタキシャル成長方法は、カーボン供給基板配置工程と、閉鎖工程と、を含む。前記カーボン供給基板配置工程では、前記カーボン供給基板を前記坩堝の底に配置する。前記閉鎖工程では、前記単結晶炭化ケイ素基板の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成させる側の面を下側に向けて、当該単結晶炭化ケイ素基板により前記坩堝の上側を閉鎖する。前記カーボン供給基板と、前記単結晶炭化ケイ素基板と、の間に前記シリコン供給部が介在される。
【００１２】
これにより、坩堝の中にシリコン供給部が保持されるので、坩堝内をシリコン融解温度以上に昇温したときにも、シリコン融液が蒸発することが抑制され、長時間にわたってシリコン融液を坩堝内に保持することができる。また、単結晶炭化ケイ素基板が坩堝蓋を兼ねる構成とすることで、坩堝の内部容積を、単結晶炭化ケイ素基板に対して単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成できる範囲で大幅に小さくすることができる。この結果、坩堝内で温度差が発生しにくくなるので、安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。
【００１３】
前記の液相エピタキシャル成長方法においては、前記坩堝内をシリコン融解温度以上に昇温して、前記シリコン供給部を融解させてシリコン融液層を形成し、前記シリコン融液層の表面張力によって、前記単結晶炭化ケイ素基板に対して前記カーボン供給基板を懸垂して保持するカーボン供給基板懸垂工程を更に含むことが好ましい。
【００１４】
これにより、シリコン融液層の表面張力によって、単結晶炭化ケイ素基板に対してカーボン供給基板を懸垂するので、単結晶炭化ケイ素基板とカーボン供給基板との間の距離をムラなく一定にすることができる。これにより、安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。
【００１５】
前記の液相エピタキシャル成長方法においては、前記坩堝の側壁部の内側表面は、熱分解炭素で被覆されていることが好ましい。
【００１６】
これにより、シリコン融液との濡れ性が低い熱分解炭素によって坩堝の側壁部の内側表面が覆われるので、シリコン融液が坩堝の側壁部の内側表面を伝い上ってくることを抑制することができ、坩堝と単結晶炭化ケイ素基板との隙間からシリコン融液が漏れることを抑制できる。これにより、十分な量のシリコン融液を坩堝内に確保することができ、安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。
【００１７】
前記の液相エピタキシャル成長方法においては、前記カーボン供給基板配置工程において、前記カーボン供給基板は、前記坩堝の側壁部の内面との間に空間を形成するように配置されることが好ましい。
【００１８】
これにより、カーボン供給基板の上に形成されるシリコン融液層から、前記単結晶炭化ケイ素基板の結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成させる側の面を伝って、坩堝と単結晶炭化ケイ素基板との隙間からシリコン融液が漏れることを抑制できる。これにより、十分な量のシリコン融液を坩堝内に確保することができ、安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。
【００１９】
前記の液相エピタキシャル成長方法においては、前記坩堝の側壁部には、前記坩堝の内部空間を外部と繋ぐ開放通路が形成されていることが好ましい。
【００２０】
これにより、例えば真空ポンプを用いて、シリコン融液中の気泡を除去することができる。これにより、シリコン融液中の気泡により液相エピタキシャル成長が阻害されることを抑制し、高品質な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。
【００２１】
本発明の第２の観点によれば、前記の液相エピタキシャル成長方法に用いられる坩堝が提供される。
【００２２】
この坩堝を用いることによって、単結晶炭化ケイ素基板に対して均一な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】坩堝本体に、シリコン供給部付きのカーボン供給基板及び単結晶ＳｉＣ基板（坩堝蓋）を組み付けたときの様子を模式的に示す側面断面図。
【図２】坩堝本体の平面図。
【図３】坩堝本体の底部近辺の断面図。
【図４】坩堝内の温度がＳｉ融解温度以上となり、Ｓｉ融液層が形成されたときの坩堝内の様子を示す側面断面図。
【図５】単結晶ＳｉＣ基板に対して傾いて配置されたカーボン供給基板を、Ｓｉ融液層の表面張力によって引き上げることにより単結晶ＳｉＣ基板に対して平行な状態に補正する様子を示す模式図。
【図６】（ａ）実施例１で得られた単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の表面の状態を示す顕微鏡写真。（ｂ）比較例１で得られた単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の表面の状態を示す顕微鏡写真。
【図７】Ｓｉ融液膜の、加熱炉の炉内雰囲気への開放の度合いを異ならせたときの、Ｓｉ融液量の蒸発による経時変化を示すグラフ。
【図８】（ａ）実施例２において、Ｓｉ融液層の厚み及び単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の厚みをそれぞれ測定した結果を示す図。（ｂ）比較例２において、Ｓｉ融液層の厚み及び単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の厚みをそれぞれ測定した結果を示す図。（ｃ）実施例２及び比較例２において厚みの測定を行った単結晶ＳｉＣ基板上の位置（３点）を示す模式図。
【図９】比較例３で得られた単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を撮影した顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、図面を参照して、本発明の実施の一形態に係る液相エピタキシャル成長方法及びそれに用いる坩堝１について説明する。図１は、坩堝本体２に、シリコン供給部４付きのカーボン供給基板３及び単結晶ＳｉＣ基板５を組み付けたときの様子を模式的に示す側面断面図である。図２は、坩堝本体２の平面図である。図３は、坩堝本体２の底部近辺の断面図である。図４は、坩堝１内の温度がＳｉ融解温度以上となり、Ｓｉ融液層が形成されたときの坩堝１内の様子を示す側面断面図である。
【００２５】
初めに、坩堝１を用いて単結晶ＳｉＣ基板５に対して単結晶ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させる、本実施形態に係る液相エピタキシャル成長方法について説明する。また、この液相エピタキシャル成長方法に用いる坩堝１についても概略的に説明する。
【００２６】
図１及び図２に示す坩堝１は、単結晶ＳｉＣ基板５に対して単結晶ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させるために用いられる容器であって、図略の加熱炉にセットされ、例えば１６００〜２０００℃で加熱される。この坩堝１は、少なくともＣを供給するためのカーボン供給基板３と、Ｓｉを供給するためのシリコン供給部４と、を収容することができる。
【００２７】
坩堝１は、坩堝本体２を主要な構成として備える。坩堝本体２は、底を有する円筒状の部材として構成されており、上方が開放されている。この坩堝本体２の内底面には凹部２ａが形成されており、当該凹部２ａには、円板形状のカーボン供給基板３の底部を収容することができる。凹部２ａは、円板状の空間であり、その外径はカーボン供給基板３の外径よりも若干長くなっている。坩堝本体２の凹部２ａの外縁と、坩堝本体２の側壁部２ｂの内面と、の間には適宜の大きさの空間が確保されている。言い換えれば、坩堝本体２の側壁部２ｂは、坩堝本体２の凹部２ａの外縁から十分な距離を保って配置されている。
【００２８】
坩堝１は、単結晶ＳｉＣ基板５により、坩堝本体２の上側の開放部を閉鎖できるようになっている。言い換えれば、単結晶ＳｉＣ基板５が坩堝蓋（坩堝１の上蓋）を兼ねている。詳述すると、坩堝本体２の側壁部２ｂの上端には、外側の高さに対して内側の高さが低くなっている段差部２ｃが形成されている。段差部２ｃは、平面視でリング状に形成された平坦な支持面２ｄ（内側の低い方の面）を有しており、この平坦な支持面２ｄで単結晶ＳｉＣ基板５の外周部（外縁部）を支持することができる。
【００２９】
単結晶ＳｉＣ基板５を坩堝蓋として、坩堝本体２の側壁部２ｂが備える支持面２ｄでこの単結晶ＳｉＣ基板５を支持することにより、坩堝本体２の内部空間を閉鎖し、坩堝１内を準密閉状態とすることができる。なお、単結晶ＳｉＣ基板５は、坩堝本体２に対し、図４に示す単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成させたい側の面（本実施形態では、Ｓｉ面）を内側（下側）に向けた状態で配置される。坩堝１内の、カーボン供給基板３と、単結晶ＳｉＣ基板５と、の間には、シリコン供給部４が介在される。このように、本実施形態の坩堝１では、当該坩堝１の中にシリコン供給部４が保持される。
【００３０】
本実施形態に係る液相エピタキシャル成長方法においては、坩堝本体２内にカーボン供給基板３とシリコン供給部４とを収容し、坩堝本体２の上側を単結晶ＳｉＣ基板５で覆った状態で、坩堝１内がＳｉ融解温度以上となるように加熱する。そうすることによりシリコン供給部４のＳｉを融解させて、Ｓｉ融液を介して単結晶ＳｉＣ基板５のＳｉ面に対してＳｉとＣを供給して、図４に示すように、Ｓｉ面に単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成することができる。
【００３１】
次に、坩堝１及びこれに収容される部材を図１のように組み付ける前に、準備として行われる各部材の調製作業について、図３等を参照して説明する。
【００３２】
単結晶ＳｉＣ基板５は、ＳｉＣで作られた円柱形状のインゴットを薄くスライスして形成される円板形状のウエハである。より具体的には、単結晶ＳｉＣ基板５は、４Ｈ−ＳｉＣバルク結晶を（０００１）面から＜１１−２０＞方向に４度オフして切り出すことにより得られる。この単結晶ＳｉＣ基板５としては、例えば市販のウエハを用いることができる。
【００３３】
カーボン供給基板３は、黒鉛材、好ましくは等方性黒鉛材からなり、少なくとも坩堝本体２の内部空間に露出する表面には多結晶ＳｉＣの被膜（以下、多結晶ＳｉＣ被膜）が形成される。黒鉛材としては、熱膨張係数が、前記多結晶ＳｉＣ被膜と同程度のもの（具体的には、３５０〜４５０℃で４．２〜４．５×１０-6／Ｋの熱膨張係数のもの）が用いられる。
【００３４】
カーボン供給基板３の多結晶ＳｉＣ被膜の形成方法についてより具体的に説明すると、まず、前述した黒鉛材を加熱炉内に配置し、炉内温度を１４５０℃とし、炉内圧力を０．１Ｐａ未満まで減圧して４８時間保持する。これにより、カーボン供給基板３中に含有される窒素を除去する。その後、炉内温度を１４５０℃、炉内圧力を１ａｔｍとする。この状態で、メチルトリクロルシラン及び水素を１：７の比率になるように導入して炉内に充満させ、化学蒸着（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により被膜を形成する。更に、上記のコーティング処理後の黒鉛材を取り出して、表面を機械研磨で鏡面に仕上げる。なお、不純物の混入を抑制するために、機械研磨をした後に、アセトン及びエタノールを用いて超音波洗浄し、ハロゲンを用いてクリーニング処理を行うことが好ましい。
【００３５】
シリコン供給部４は、前述のカーボン供給基板３の、多結晶ＳｉＣ被膜の上に形成される。具体的には、多結晶ＳｉＣ被膜を施したカーボン供給基板３を加熱炉内に配置し、炉内温度を１０００℃、炉内圧力を６．６５ｋＰａとする。この状態で、ジクロルシランと水素を１：３の比率になるように導入して炉内に充満させ、化学蒸着させることで、シリコン供給部４を得ることができる。後に詳述するように、このシリコン供給部４が、坩堝１内がＳｉ融解温度以上に昇温されることで融解し、その一部がＳｉ融液層７として、単結晶ＳｉＣ基板５とカーボン供給基板３との間に保持される。
【００３６】
なお、本実施形態では、シリコン供給部４は事前にカーボン供給基板３の上に被膜として形成されるものとしたが、シリコン供給部４の構成はこれに限るものではない。例えば、上記の構成に代えて、シリコン供給部４をカーボン供給基板３とは別で（一体的ではなく）構成し、坩堝本体２に対して組み付けるときに、カーボン供給基板３の上にシリコン供給部４を載せることとしてもよい。
【００３７】
坩堝本体２は、好ましくは等方性黒鉛材で作成される。図３に示すように、当該坩堝本体２の少なくとも側壁部２ｂの内側表面、好ましくは坩堝本体２の内部空間に露出する面の全面には、熱分解炭素からなる被膜（熱分解炭素被膜９）が形成されている。この熱分解炭素被膜９は、好ましくは４０μｍの厚みに形成される。この熱分解炭素被膜９も、化学蒸着により形成される。具体的には、まず、坩堝本体２を加熱炉内に配置し、炉内温度を１４５０℃とし、炉内圧力を０．１Ｐａ未満まで減圧して４８時間保持することで、坩堝本体２の内部に含有される窒素を除去する。その後、炉内温度を１３００℃、炉内圧力を１ａｔｍとする。この状態で、プロパンと水素を１：４．５の比率になるように導入して炉内に充満させ、熱分解炭素を化学蒸着させる。
【００３８】
また図２に示すように、この坩堝本体２には、開放通路２ｅが形成されることが好ましい。開放通路２ｅは、平面視で、坩堝本体２の側壁部２ｂの段差部２ｃの内側の平坦な支持面２ｄから外側の平坦な面２ｆの中途部にまで至るように、溝状に形成される。この開放通路２ｅは、坩堝本体２の外周に沿って等間隔に複数設けられることが好ましい。この開放通路２ｅは、坩堝１の内部空間を外部と繋ぐことができるように構成されており、後の工程で坩堝本体２内に収容されるＳｉ融液に含まれる気泡を除去するために用いられる。
【００３９】
本実施形態に係る液相エピタキシャル成長方法に利用する、坩堝１を昇温させるために用いる加熱炉についても、当該加熱炉内の温度を１４５０℃とし、加熱炉内の圧力を０．１Ｐａ未満まで減圧した状態を４８時間保持することにより、結晶成長を行う前に、予め脱ガス処理を行っておく。このように、窒素を除去するための脱ガス処理が、カーボン供給基板３、坩堝本体２、及び加熱炉について適宜に行われているため、単結晶ＳｉＣ基板５に対して形成される単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜に意図しない窒素が取り込まれることを回避することができる。
【００４０】
次に、坩堝１を用いて単結晶ＳｉＣ基板５に対して単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する、液相エピタキシャル成長方法の処理工程について、図１、図４及び図５を参照して説明する。図５は、単結晶ＳｉＣ基板５に対して傾いて配置されたカーボン供給基板３を、Ｓｉ融液層７の表面張力によって引き上げることにより単結晶ＳｉＣ基板５に対して平行な状態に補正する様子を示す模式図である。
【００４１】
上述のようにして、被膜を形成したり、脱ガス処理をしたりして予め調製した坩堝本体２、単結晶ＳｉＣ基板５、カーボン供給基板３、及びシリコン供給部４を、図１に示すように組み付ける。具体的には、まず、前述のようにカーボン供給基板３の上にシリコン供給部４を形成し、あるいはカーボン供給基板３の上にシリコン供給部４を載せて、このカーボン供給基板３及びシリコン供給部４を、カーボン供給基板３が坩堝１の底の凹部２ａに収容されるように配置する（カーボン供給基板配置工程）。続いて、単結晶ＳｉＣ基板５を、シリコン供給部４の上に重ねるようにして、かつ、坩堝１の側壁部２ｂの段差部２ｃに収容するようにして、坩堝本体２の上端部に配置する（閉鎖工程）。
【００４２】
このとき、図１に示すように、カーボン供給基板３の（上下方向の）厚みＣと、シリコン供給部４の（上下方向の）厚みＳと、を合わせた高さは、坩堝本体２の凹部２ａの底面から段差部２ｃの平坦な支持面２ｄまでの高さＸよりも高くなるように設計されている（Ｃ＋Ｓ＞Ｘ）。即ち、坩堝１内の温度がＳｉ融解温度よりも低い状態において、坩堝本体２、カーボン供給基板３、シリコン供給部４、及び単結晶ＳｉＣ基板５を図１に示すように組み付けた場合、単結晶ＳｉＣ基板５の下面（の外縁部）が坩堝本体２の段差部２ｃの平坦な支持面２ｄに対して浮いた状態となっている。このような状態にセットした後、加熱炉内をいったん減圧する。その後、炉内圧力を１０Ｐａ程度とし、１２℃／ｍｉｎの昇温速度で室温から１４５０℃まで昇温する。
【００４３】
炉内温度がＳｉの融点（約１４２０℃）を超えて、坩堝１内の温度もＳｉ融解温度以上となった時点で、シリコン供給部４が溶融し、単結晶ＳｉＣ基板５と、カーボン供給基板３と、の間にＳｉ融液層７が形成される。シリコン供給部４には過剰量のＳｉが含まれているので、余剰のＳｉ融液は、単結晶ＳｉＣ基板５が重力によって下へ沈み込むのに伴って、カーボン供給基板３の表面（側面）を伝って坩堝本体２の底に流れ落ちる。これにより、単結晶ＳｉＣ基板５の下面の周縁部が、坩堝本体２の支持面２ｄに接触した状態となり、上述の準密閉状態が実現される。
【００４４】
このとき、単結晶ＳｉＣ基板５と、カーボン供給基板３と、の間にＳｉ融液層７が挟まれて、当該Ｓｉ融液層７に表面張力が働いて、Ｓｉ融液層７の体積が一定の体積に保持される。Ｓｉ融液層７の（上下方向の）厚みＭは、２００μｍ以下であることが好ましい。このＳｉ融液層７に働く表面張力により、Ｓｉ融液層７が単結晶ＳｉＣ基板５のＳｉ面（底面）に密着した状態で保持されるとともに、Ｓｉ融液層７の表面張力によりカーボン供給基板３が上方に引き上げられる。即ち、カーボン供給基板３は、図５に示すように、坩堝本体２の底から浮いた状態で、Ｓｉ融液層７の表面張力に引っ張られて当該Ｓｉ融液層７に懸垂される（カーボン供給基板懸垂工程）。
【００４５】
上述のように、Ｓｉ融液層７の（上下方向の）厚みＭは２００μｍ以下であることが好ましいが、具体的な厚さは、各部材を図１のように組み付ける前に、いったん坩堝本体２の凹部２ａにカーボン供給基板３を収容して、坩堝本体２の側壁部２ｂの段差部２ｃの内側の支持面２ｄと、カーボン供給基板３の上面と、の高低差を３次元測定器で実測することにより、適宜の値となるように決定することが好ましい。その後に、決定したＳｉ融液層７の厚みを実現できる適宜の厚みのシリコン供給部４（過剰量のシリコン供給部４）を形成する。Ｓｉ融液層７の厚みは、坩堝本体２の底の凹部２ａにカーボン供給基板３を嵌め合わせたときに、凹部２ａの底面が水平に対して若干傾いていたり、カーボン供給基板３の厚みが均一でなかったりすることに起因して、カーボン供給基板３の上面が水平に対して若干傾いていたとしても、カーボン供給基板３を表面張力によって引き上げることができるような適宜の厚みとされる。これにより、水平に配置された単結晶ＳｉＣ基板５に対してカーボン供給基板３の上面が傾いていたとしても、図５に示すように、カーボン供給基板３が表面張力により引き上げられることで、単結晶ＳｉＣ基板５と平行な状態となるように補正することができる。
【００４６】
なお、前述のようにカーボン供給基板３の多結晶ＳｉＣ被膜の表面は鏡面に仕上げられているので、Ｓｉ融液の一部がＳｉ融液層７として表面張力により前記鏡面上に安定的に保持される。また、カーボン供給基板３の多結晶ＳｉＣ被膜の表面が鏡面に仕上げられていることにより、この鏡面がＳｉ融液層７と密着し、カーボン供給基板３からＳｉ融液層７にＣが均質に溶け出す。
【００４７】
また、前述したように、坩堝本体２の少なくとも側壁部２ｂの内側表面は熱分解炭素被膜９により覆われているので、坩堝本体２の底に流れ落ちたＳｉ融液（図略）が坩堝本体２を構成する等方性黒鉛材に浸み込んで坩堝本体２が変形してしまうことを抑制することができる。また、坩堝本体２の側壁部２ｂの内側表面は、一般的にＳｉ融液との濡れ性が低い熱分解炭素被膜９により覆われているので、Ｓｉ融液が坩堝１の側壁部２ｂの内側表面を伝い上ってくることを抑制することができる。
【００４８】
Ｓｉ融液層７が形成された後は、坩堝１内の温度が１４５０℃である状態で適宜の時間保持し、Ｓｉ融液中の気泡の除去を行う。具体的には、図略の真空ポンプを加熱炉の加熱室に接続して、Ｓｉ融液中の気泡を、坩堝本体２に形成された開放通路２ｅを通じて取り除く。なお、開放通路２ｅの数及び形状等は、単結晶ＳｉＣ基板５の大きさや、真空ポンプの排気能力に応じて適宜定めることが望ましい。
【００４９】
次に、炉内温度を、７℃／ｍｉｎの昇温速度で１４５０℃からエピ成長温度（液相エピタキシャル成長により単結晶ＳｉＣ基板５に対して単結晶ＳｉＣ膜を形成するのに適した温度をいい、以下同じ。）にまで昇温する。なお、エピ成長温度は、通常は、１６００〜２０００℃である。この工程から、Ｓｉ融液の蒸発を抑制するために、加熱炉内にヘリウム又はアルゴンを導入して充満させ、炉内を大気圧より低い減圧環境とする。この状態の加熱炉をエピ成長温度に任意の時間にわたって保持することにより、単結晶ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させ、単結晶ＳｉＣ基板５に対して任意の厚みの単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成することができる。即ち、エピ成長温度を調整することにより、また、坩堝１内をエピ成長温度に保つ時間を調整することにより、単結晶ＳｉＣ基板５に形成される単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６の厚みを制御することができる。
【００５０】
坩堝１内をエピ成長温度に昇温するとき、Ｓｉ融液層７は準密閉構造の坩堝１の中に保持されるので、Ｓｉ融液の蒸発は抑制され、長時間にわたってＳｉ融液を坩堝１内に保持することができる。これにより、成長する結晶へのＳｉの安定した供給が可能となる。
【００５１】
更に、本実施形態に係る液相エピタキシャル成長方法では、坩堝１内においてカーボン供給基板３が単結晶ＳｉＣ基板５に対して下方に配置されている。このように、（一般的にＳｉ融液との濡れ性が単結晶ＳｉＣ基板５よりも高くなっている）カーボン供給基板３を単結晶ＳｉＣ基板５よりも下方に配置することで、坩堝本体２の上端部と単結晶ＳｉＣ基板５（坩堝蓋）との隙間からＳｉ溶液が漏れることを抑制できる。これによっても、成長する結晶へのＳｉの安定した供給が可能となる。
【００５２】
更に、前述したように、坩堝本体２の凹部２ａの外縁と、坩堝本体２の側壁部２ｂの内面と、の間には十分なスペースが形成されている。そのため、カーボン供給基板３の全周にわたって側壁部２ｂとの間に隙間が形成されるので、Ｓｉ融液が、Ｓｉ融液層７と単結晶ＳｉＣ基板５との接触部から単結晶ＳｉＣ基板５の下面（本実施形態では、Ｓｉ面）を伝って、坩堝本体２の上端部と単結晶ＳｉＣ基板５（坩堝蓋）との隙間から外部に漏れることを抑制できる。従って、この意味でも、単結晶ＳｉＣ基板５のＳｉ面へのＳｉの安定した供給が可能となる。
【００５３】
また、本実施形態に係る液相エピタキシャル成長方法では、単結晶ＳｉＣ基板５が坩堝蓋を兼ねる構成となっている。従って、坩堝１の内部容積を、単結晶ＳｉＣ基板５に対して単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成できる範囲でなるべく小さくすることができるので、坩堝１内で温度差が発生しにくい。そのため、安定した液相エピタキシャル成長を実現することができる。更に、坩堝１の構成を簡素化することができる。
【００５４】
一般的に、単結晶ＳｉＣ基板５に対して均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成するためには、単結晶ＳｉＣ基板５と、カーボン供給基板３と、の間の距離をムラなく一定にする必要がある。言い換えれば、単結晶ＳｉＣ基板５の結晶が形成される側の面と、カーボン供給基板３の前記単結晶ＳｉＣ基板５に対向する面と、を厳密に平行な状態に保つことが重要である。ところが、従来からあるＭＳＥ法では、単結晶ＳｉＣ基板５及びカーボン供給基板３の両方をそれぞれ、坩堝１等に対してハンドリングで固定していたため、組付け誤差等により、単結晶ＳｉＣ基板５とカーボン供給基板３とを平行に配置できない場合があった。
【００５５】
また、単結晶ＳｉＣ基板５とカーボン供給基板３との間の距離を、スペーサを介在させることによって制御する構成とした場合においても、スペーサの厚みを一定とすることは技術的に困難であり、単結晶ＳｉＣ基板５とカーボン供給基板３とを平行に配置できない場合があった。そのため、均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成することが困難であった。
【００５６】
この点、本実施形態に係る方法においては、単結晶ＳｉＣ基板５及びカーボン供給基板３のうちの単結晶ＳｉＣ基板５側のみが、坩堝本体２によって支持されている。詳細には、当該単結晶ＳｉＣ基板５の下面の外縁部が坩堝本体２の支持面２ｄによって支持されている。一方、カーボン供給基板３側は、坩堝本体２によっては支持されておらず（坩堝本体２に接触しておらず）、単結晶ＳｉＣ基板５の下面を濡らしているＳｉ融液層７の表面張力によって、単結晶ＳｉＣ基板５に対して吸い付くように懸垂されている。そのため、組付け誤差等の影響を受けることなく、単結晶ＳｉＣ基板５とカーボン供給基板３との間の距離が一定となるように制御することができる。また、坩堝本体２の凹部２ａに収容されたカーボン供給基板３の上面が単結晶ＳｉＣ基板５のＳｉ面に対して傾いていたとしても、Ｓｉ融液層７の表面張力によって引き上げられることによって、図５に示すように、カーボン供給基板３の向きが単結晶ＳｉＣ基板５のＳｉ面に対して平行となるように補正することができる。
【００５７】
このようにして、坩堝１内（加熱炉内）を任意の時間にわたってエピ成長温度に保つことにより、単結晶ＳｉＣ基板５に対して単結晶ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させた後、加熱炉の炉内温度を１２℃／ｍｉｎの降温速度で冷却して１４５０℃まで下げる。その後、炉内温度を１．２５℃／ｍｉｎの降温速度で更に徐冷して１３００℃まで下げる。その後、炉内温度が室内の温度となるまで自然冷却させた後、坩堝１を加熱炉から取り出す。このようにして、坩堝１内から単結晶ＳｉＣ基板５を取り外すことにより、Ｓｉ面にエピタキシャル膜が形成された単結晶ＳｉＣ基板５を得ることができる。
【００５８】
次に、本実施形態に係る液相エピタキシャル成長方法と、従来のＭＳＥ法を利用した方法と、を比較した実験及びその結果について、図６、図８、及び図９を参照して説明する。図６（ａ）は、実施例１で得られた単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の表面の状態を示す顕微鏡写真である。図６（ｂ）は、比較例１で得られた単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の表面の状態を示す顕微鏡写真である。図８（ａ）は、実施例２において、Ｓｉ融液層の厚み及び単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の厚みをそれぞれ測定した結果を示す図である。図８（ｂ）は、比較例２において、Ｓｉ融液層の厚み及び単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の厚みをそれぞれ測定した結果を示す図である。図８（ｃ）は、実施例２及び比較例２において厚みの測定を行った単結晶ＳｉＣ基板上の位置（３点）を示す模式図である。
【００５９】
（実施例１）
最初の実験について説明する。本実験において、エピタキシャル成長処理を行う対象の単結晶ＳｉＣ基板としては、３インチの単結晶４Ｈ−ＳｉＣウエハ（オフ角４度）を使用した。カーボン供給基板としては、多結晶ＳｉＣでコーティング（被膜）した、外径７０ｍｍの黒鉛材料を用いた。ウエハの外周から内側に３ｍｍまでの領域（ドーナツ状の平面領域）は、坩堝本体の側壁部の段差部の平坦な支持面に接触させて、残りの領域に対して単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成した。
【００６０】
具体的には、加熱炉の炉内温度を１８００℃、炉内圧力を２７ｋＰａ（Ｈｅ雰囲気）とした状態で５時間保持して、エピタキシャル成長を行った。Ｓｉ融液層の厚みは、１００μｍとなるように設計した。坩堝本体としては、３インチウエハ用のものを用いた。坩堝本体の底部に直径７０ｍｍの凹部を形成し、その凹部にカーボン供給基板を配置した。坩堝本体の上部を単結晶ＳｉＣ基板で閉鎖し、シリコン供給部のＳｉが溶融したときに準密閉状態が形成されるようにした。坩堝本体には、開放通路として、側壁部に等間隔で６つのスリットを形成した。各々のスリットの幅は中心角に換算して５°となるようにし、スリットの深さは０．１ｍｍとした。
【００６１】
（比較例１）
上記の実験と比較するために、従来から知られる方法と同様に、単結晶ＳｉＣ基板、カーボン供給基板、及びこれらの間に挟まれるＳｉ融液層を、加熱炉の炉内雰囲気に対して開放した状態で、単結晶ＳｉＣ基板に対して単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する液相エピタキシャル成長を行った。加熱炉の炉内温度を１８００℃、炉内圧力を２７ｋＰａ（Ｈｅ雰囲気）とした状態で２時間保持して、エピタキシャル成長させた。Ｓｉ融液層の厚みは、１００μｍとなるように設計した。
【００６２】
実施例１及び比較例１で得られた単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の表面の状態をそれぞれ顕微鏡で撮影したところ、図６に示すような写真が得られた。実施例１の実験結果では、図６（ａ）に示すように典型的なステップフロー成長を確認することができ、液相エピタキシャル成長を行った５時間の間、Ｓｉ融液層の厚みが一定の厚みで良好に維持されていたことがうかがえる。一方、比較例１の実験結果では、図６（ｂ）に示すように単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の表面に荒れが見られ、また、単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の表面が２次元核形成ライクな表面形態になっていることを確認できる。このことから、液相エピタキシャル成長を行った２時間の間に、Ｓｉ融液が蒸発してＳｉ融液層の厚みが徐々に減少したことがうかがえる。即ち、Ｓｉ融液層の厚みは液相エピタキシャル成長の速度を決めるパラメータであるところ、比較例１ではＳｉ融液層の厚みが徐々に減少し、単結晶ＳｉＣ基板にＣが過剰に供給され、結果として液相エピタキシャル成長が不安定になったと考えられる。
【００６３】
なお、参考として、坩堝本体に形成される開放通路の開放度合いを変更することで坩堝内のＳｉ融液の蒸発量がどのように変わるかについて実験した結果を図７に示す。図７は、Ｓｉ融液膜を炉内雰囲気へ開放する割合を２０％、６０％、及び１００％とした場合のそれぞれについて、Ｓｉ融液の蒸発量の経時変化を示すグラフである。
【００６４】
本実験では、Ｓｉ融液膜を周囲へ開放する割合を、２０％、６０％、及び１００％としたときのそれぞれについて、炉内温度１６００℃、炉内圧力１０Ｐａの下で３時間おきに坩堝内のＳｉ融液の残量を測定した。ここで、開放する割合がＸ％というときは、形成されるＳｉ融液膜の全周のＸ％だけを開放するように、坩堝１に開放通路を設けることを意味する。また、開放する割合が１００％とは、Ｓｉ融液膜の全周すべてにわたって開放されている場合を意味する。
【００６５】
図７の結果より、Ｓｉ融液の周囲を開放する割合を小さくするほど、Ｓｉ融液の蒸発が抑制され、長時間にわたってＳｉ融液を坩堝内に保持することができ、ひいては安定した液相エピタキシャル成長が行われるようになることがわかる。
【００６６】
（実施例２）
本実験において、単結晶ＳｉＣ基板としては、２０ｍｍ×２０ｍｍ角の単結晶４Ｈ−ＳｉＣウエハ（オフ角４度）を使用した（これに対応して、坩堝は、角筒状の側壁部を有するものを用いた）。カーボン供給基板としては、多結晶ＳｉＣでコーティング（被膜）した、１４ｍｍ×１４ｍｍ角の黒鉛材料を用いた。単結晶ＳｉＣ基板の外周から内側に３ｍｍまでの領域は、準密閉構造を形成するために坩堝の支持面と接触する部分として用い、残りの領域のうちカーボン供給基板と対面する面に対して単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成した。加熱炉の炉内温度を１８００℃、炉内圧力を１３ｋＰａ（Ｈｅ雰囲気）とした状態で１時間保持して、エピタキシャル成長させた。カーボン供給基板は坩堝に固定せず、Ｓｉ融液の表面張力によって結晶ＳｉＣ基板の方へ引き上げる構成とした。
【００６７】
（比較例２）
比較例２の実験は上記の実施例２と殆ど同じであるが、異なる点は、カーボン供給基板を表面張力により引き上げるのではなく、坩堝の底に突起を、カーボン供給基板に前記突起に対応する窪みを形成し、嵌め合わせることでカーボン供給基板を坩堝に対して固定した。
【００６８】
実施例２及び比較例２において、図８（ｃ）に示す単結晶ＳｉＣ基板上の３箇所において、Ｓｉ融液層の厚み及び単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の厚みをそれぞれ測定した。実施例２の結果を図８（ａ）に、比較例２の結果を図８（ｂ）に、それぞれ示す。実施例２では図８（ａ）に示すようにＳｉ融液層の厚みが略均一に保持されているのに対し、比較例２では図８（ｂ）に示すように場所によってＳｉＣ融液層の厚みにバラツキがあり、結果として形成された単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の厚みにもバラツキがあった。
【００６９】
（比較例３）
比較例３では、上記の実施例１及び実施例２との比較として、加熱炉の炉内雰囲気に対して坩堝内を完全に遮断した構造（密閉構造）とした場合について実験した。単結晶ＳｉＣ基板、カーボン供給基板、並びに単結晶ＳｉＣ基板及びカーボン供給基板の間にシリコン供給部を配置し、これらを合わせた構造体の外周を多結晶ＳｉＣ被膜でコーティング（被覆）した。これにより、密閉構造（完全密閉構造）の空間を作成し、この構造に含まれる単結晶ＳｉＣ基板に対して単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する液相エピタキシャル成長を行った。加熱炉の炉内温度を１８００℃、炉内圧力を２７ｋＰａ（Ｈｅ雰囲気）とした状態で１時間保持して、液相エピタキシャル成長させた。
【００７０】
図９に、比較例３により得られた単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を撮影した顕微鏡写真を示す。この図９に示すように、比較例３において得られた単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜に、クレータ状の部分が存在することが確認できた。このクレータ状の部分は、液相エピタキシャル成長中に単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜内に気泡があった部分であり、当該部分で局所的に液相エピタキシャル成長が進まなかったことによりクレータ状の部分が形成されたと推定される。
【００７１】
図７に示した参考例を考慮すれば、単結晶ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させる単結晶ＳｉＣ基板５に対して常に十分なＳｉを供給し、安定した液相エピタキシャル成長を実現するという観点からは、坩堝１を極力密閉状態に保つことが好ましいと考えられる。しかし、図９に示した比較例３のとおり、坩堝内を完全な密閉状態とすると、気泡等が発生して液相エピタキシャル成長が阻害されてしまうことがわかった。以上より、坩堝１内がある程度閉鎖された状態となるように、開放通路の数及び形状等を適宜に設計することが望ましい。
【００７２】
以上で説明したように、上記実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、単結晶ＳｉＣ基板５の外周部に単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成しない領域を設け、単結晶ＳｉＣ基板５の平面の面積に対して常に単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成する部分の面積を小さくしている。
【００７３】
これにより、単結晶ＳｉＣ基板５の外周部を除いた部分に対して単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成することができる。この単結晶ＳｉＣ基板５の外周部は、いわゆるエッジ・エクスクルージョン領域（基板品質が保証されない領域）といわれる領域であり、通常単結晶ＳｉＣ基板５の外周から数ｍｍの領域を指す。この領域がデバイス作成に用いられることはないので、エッジ・エクスクルージョン領域に単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成しないことは、デバイス性能に何ら影響を及ぼさない。
【００７４】
このエッジ・エクスクルージョン領域に対して液相エピタキシャル成長させないことで、以下の効果が期待される。即ち、エッジ・エクスクルージョン領域は転位や歪みを内包した低品質領域であるため、単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜中への転位伝播や、新たな転位発生による品質低下の要因となる。本発明では、高品質な単結晶ＳｉＣ基板５中央部にのみ単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成することで、高品質な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を得ることが期待できる。なお、液相エピタキシャル成長後、エピタキシャル膜形成しなかった単結晶ＳｉＣ基板の外周部は加工により除去してもよい。このときの加工方法は、例えば機械研削やレーザー等を用いた公知の加工方法とすることができ、特に限定されない。
【００７５】
また、上記実施形態の液相エピタキシャル成長方法は、少なくともＣを供給するためのカーボン供給基板３と、Ｓｉを供給するためのシリコン供給部４と、を有底の筒形状の坩堝１に収容して、単結晶ＳｉＣ基板５に対して単結晶ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させる。この液相エピタキシャル成長方法は、カーボン供給基板配置工程と、閉鎖工程と、を含む。カーボン供給基板配置工程では、カーボン供給基板３を坩堝本体２の底に収容する。閉鎖工程では、単結晶ＳｉＣ基板５の単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成させる側の面を下側に向けて、当該単結晶ＳｉＣ基板５により坩堝本体２の上端部を閉鎖する。カーボン供給基板３と、単結晶ＳｉＣ基板５と、の間にはシリコン供給部４が介在される。
【００７６】
これにより、坩堝１の中にシリコン供給部４が保持されるので、坩堝１内をＳｉ融解温度以上に昇温したときにも、Ｓｉ融液が蒸発することが抑制され、長時間にわたってＳｉ融液を坩堝１内に保持することができる。また、単結晶ＳｉＣ基板５が坩堝蓋を兼ねる構成とすることで、坩堝１の内部容積を、単結晶ＳｉＣ基板５に対して単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成できる範囲で大幅に小さくすることができる。この結果、坩堝１内で温度差が発生しにくくなるので、安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成することができる。
【００７７】
また、上記実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、坩堝１内をＳｉ融解温度以上に昇温して、シリコン供給部４を融解させてＳｉ融液層を形成し、Ｓｉ融液層の表面張力によって、単結晶ＳｉＣ基板５に対してカーボン供給基板３を懸垂して保持するカーボン供給基板懸垂工程を更に含む。
【００７８】
これにより、Ｓｉ融液層の表面張力によって、単結晶ＳｉＣ基板５に対してカーボン供給基板３を懸垂するので、単結晶ＳｉＣ基板５とカーボン供給基板３との間の距離をムラなく一定にすることができる。これにより、安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成することができる。
【００７９】
また、上記実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、坩堝本体２の側壁部２ｂの内側表面は、熱分解炭素被膜９でコーティングされている。
【００８０】
これにより、Ｓｉ融液との濡れ性が低い熱分解炭素によって坩堝本体２の側壁部２ｂの内側表面が覆われるので、Ｓｉ融液が坩堝本体２の側壁部２ｂの内側表面を伝い上ってくることを抑制することができ、坩堝本体２と単結晶ＳｉＣ基板５との隙間からＳｉ融液が漏れることを抑制できる。これにより、十分な量のＳｉ融液を坩堝１内に確保することができ、安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成することができる。
【００８１】
上記実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、坩堝１内に収容するカーボン供給基板３は、坩堝１の側壁部２ｂの内面との間に空間を形成するように配置される。
【００８２】
これにより、Ｓｉ融液層７から、単結晶ＳｉＣ基板５の単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成させる側の面（下面）を伝って、坩堝本体２と単結晶ＳｉＣ基板５との隙間からＳｉ融液が漏れることを抑制できる。これにより、十分な量のＳｉ融液を坩堝１内に確保することができ、安定した液相エピタキシャル成長を実現し、均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成することができる。
【００８３】
上記実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、坩堝本体２の側壁部２ｂには、坩堝１の内部空間を外部と繋ぐ開放通路２ｅが形成されている。
【００８４】
これにより、例えば真空ポンプを用いて、Ｓｉ融液中の気泡を除去することができる。これにより、Ｓｉ融液中の気泡により液相エピタキシャル成長が阻害されることを抑制し、高品質な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成することができる。
【００８５】
前記の坩堝１は、前記の液相エピタキシャル成長方法に用いられている。
【００８６】
この坩堝１を用いることにより、単結晶ＳｉＣ基板５に対して均一な単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜６を形成することができる。
【００８７】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００８８】
上記実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、円筒形状の坩堝本体２と、円板形状の単結晶ＳｉＣ基板５と、を用いるものとした。即ち、坩堝１は略円柱形状であった。しかしながら、坩堝及び単結晶ＳｉＣ基板の形状は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、例えば実施例２のように、角筒形状の坩堝本体２と、四角形板状の単結晶ＳｉＣ基板５と、を用いるものとしてもよい。
【００８９】
上記実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、単結晶ＳｉＣ基板５のＳｉ面に対して、単結晶ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させるものとしたが、結晶を形成させる面は必ずしもＳｉ面である必要はなく、Ｃ面に単結晶ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１  坩堝
２  坩堝本体（坩堝）
２ｂ  側壁部
２ｅ  開放通路
３  カーボン供給基板
４  シリコン供給部
５  単結晶ＳｉＣ基板
６  単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜
７  熱分解炭素被膜
【図１】
2017071519.tif 000003
【図２】
2017071519.tif 000004
【図３】
2017071519.tif 000005
【図４】
2017071519.tif 000006
【図５】
2017071519.tif 000007
【図７】
2017071519.tif 000008
【図８】
2017071519.tif 000009
【図６】
2017071519.tif 000010
【図９】
2017071519.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月30日(2016.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
カーボン供給基板３の多結晶ＳｉＣ被膜の形成方法についてより具体的に説明すると、まず、前述した黒鉛材を加熱炉内に配置し、炉内温度を１４５０℃とし、炉内圧力を０．１Ｐａ未満まで減圧して４８時間保持する。これにより、カーボン供給基板３中に含有される窒素を除去する。その後、炉内温度を１４５０℃、炉内圧力を１ａｔｍとする。この状態で、メチルトリクロルシラン及び水素を１：７の比率になるように導入して炉内に充満させ、化学蒸着（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により被膜を形成する。更に、上記の被膜処理後の黒鉛材を取り出して、表面を機械研磨で鏡面に仕上げる。なお、不純物の混入を抑制するために、機械研磨をした後に、アセトン及びエタノールを用いて超音波洗浄し、ハロゲンを用いてクリーニング処理を行うことが好ましい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
（実施例２）
本実験において、単結晶ＳｉＣ基板としては、２０ｍｍ×２０ｍｍ角の単結晶４Ｈ−ＳｉＣウエハ（オフ角４度）を使用した（これに対応して、坩堝は、角筒状の側壁部を有するものを用いた）。カーボン供給基板としては、多結晶ＳｉＣでコーティング（被膜）した、１４ｍｍ×１４ｍｍ角の黒鉛材料を用いた。単結晶ＳｉＣ基板の外周から内側に３ｍｍまでの領域は、準密閉構造を形成するために坩堝の支持面と接触する部分として用い、残りの領域のうちカーボン供給基板と対面する面に対して単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成した。加熱炉の炉内温度を１８００℃、炉内圧力を１３ｋＰａ（Ｈｅ雰囲気）とした状態で１時間保持して、エピタキシャル成長させた。カーボン供給基板は坩堝に固定せず、Ｓｉ融液の表面張力によって単結晶ＳｉＣ基板の方へ引き上げる構成とした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
１  坩堝
２  坩堝本体（坩堝）
２ｂ  側壁部
２ｅ  開放通路
３  カーボン供給基板
４  シリコン供給部
５  単結晶ＳｉＣ基板
６  単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜
７  Ｓｉ融液層（シリコン融液層）