(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器（１、２）内に、炭化珪素原料（４）と種結晶となる炭化珪素単結晶基板（３）を配置し、前記原料を加熱昇華させて前記炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶（１０）を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、前記炭化珪素原料とは別に、前記容器内に少なくとも珪素を含む材料（７）を配置すると共に、該珪素を含む材料と前記炭化珪素単結晶基板との間を、珪素ガスを通過させることができるポーラスカーボンからなる仕切板（６）で仕切り、前記珪素を含む材料から発生させた珪素ガスが前記仕切板を通じて前記炭化珪素単結晶基板に供給されるように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２】
前記珪素を含む材料を前記炭化珪素原料よりも前記炭化珪素単結晶基板から遠い位置に配置し、前記珪素を含む材料から発生させた珪素ガスが前記仕切板を通じて前記炭化珪素単結晶基板に供給されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記少なくとも珪素を含む材料として、珪素を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記少なくとも珪素を含む材料として、窒化珪素を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項５】
容器（１、２）内に、炭化珪素原料（４）と種結晶となる炭化珪素単結晶基板（３）を配置し、前記原料を加熱昇華させて前記炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶（１０）を成長させる炭化珪素単結晶製造装置において、前記炭化珪素原料を配置するスペースと、前記容器内において少なくとも珪素を含む材料（７）を配置するスペースとを仕切るポーラスカーボンからなる仕切板（６）が備えられており、該仕切板が珪素ガスを通過させることができるように構成されていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や発光ダイオードなどの素材に利用することができる炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昇華法による炭化珪素単結晶の製造方法として、特開平６−３３３８３０号公報に示されるように、炭化珪素原料とは別に、種結晶近傍に珪素を配置することにより、珪素ガスが種結晶に供給されるようにし、Ｓｉリッチにして炭化珪素単結晶を結晶成長させるものがある。
【０００３】
このように、種結晶近傍をＳｉリッチの雰囲気にすることで、種結晶の炭化を抑制でき、高品位な炭化珪素単結晶が成長可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、種結晶の近傍に珪素を配置した場合、過剰なＳｉリッチな雰囲気となる場合がある。このような過剰なＳｉリッチの雰囲気で炭化珪素単結晶を成長させると、成長結晶中にＳｉドロップレット（成長表面に付着したＳｉが気化した後、穴として残る状態）が生じ、このＳｉドロップレットからマイクロパイプを誘発させてしまう。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて成され、過剰なＳｉリッチな雰囲気とならない炭化珪素単結晶の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決すべく、請求項１に記載の発明においては、炭化珪素原料とは別に、容器内に少なくとも珪素を含む材料（７）を配置すると共に、該珪素を含む材料と炭化珪素単結晶基板との間を、珪素ガスを通過させることができるポーラスカーボンからなる仕切板（６）で仕切り、珪素を含む材料から発生させた珪素ガスが仕切板を通じて炭化珪素単結晶基板に供給されるようにすることを特徴としている。
【０００７】
このように、仕切板を介して珪素ガスが供給されるようにすれば、珪素ガスの供給量を制限することができ、過剰なＳｉリッチな雰囲気とならないようにできる。具体的には、仕切板として、ポーラスカーボンを用いることができる。
【０００８】
また、請求項２に示すように、珪素を含む材料を炭化珪素原料よりも炭化珪素単結晶基板から遠い位置に配置し、珪素を含む材料から発生させた珪素ガスが仕切板を通じて炭化珪素単結晶基板に供給されるようにするとよい。
【００１０】
なお、請求項３に示すように、少なくとも珪素を含む材料として、珪素を用いたり、請求項４に示すように、窒化珪素を用いることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明においては、炭化珪素原料を配置するスペースと、容器内において少なくとも珪素を含む材料（７）を配置するスペースとを仕切るポーラスカーボンからなる仕切板（６）が備えられており、該仕切板が珪素ガスを通過させることができるように構成されていることを特徴としている。このような炭化珪素単結晶の製造装置は、請求項１に記載の発明の実施に適している。
【００１３】
なお、上記括弧内の符号は、後述する実施形態に示す図中の符号に対応している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態で用いる結晶成長装置としての黒鉛製るつぼを示す。この黒鉛製るつぼは、黒鉛製るつぼの底部に備えられた炭化珪素原料粉末４を熱処理によって昇華させ、種結晶である炭化珪素単結晶基板３上に炭化珪素単結晶１０を結晶成長させるものである。
【００１５】
この黒鉛製るつぼは、上面が開口している略円筒形状のるつぼ本体１と、るつぼ本体１の開口部を塞ぐ蓋材２とを備えて構成されている。この黒鉛製るつぼを構成する蓋材２を台座として、台座上に炭化珪素単結晶基板３が接着剤５を介して接合されている。
一方、るつぼ本体１の底部には、仕切板６が配置されており、この仕切板６によって、るつぼ本体１は、炭化珪素単結晶基板３が配置されている側のスペースと配置されていない側のスペースとに仕切られている。そして、炭化珪素単結晶基板３が配置されていない側のスペースには珪素を含む材料としての珪素粉末７が収容され、仕切板６で珪素粉末７が囲まれた状態となっている。また、炭化珪素単結晶基板３が配置されている側には仕切板６を覆うように炭化珪素原料が充填されている。なお、珪素粉末７と炭化珪素原料粉末４は仕切板６によって混合しないようになっている。
【００１６】
具体的には、仕切板６はポーラスカーボン（多孔質黒鉛）で構成されており、珪素粉末７の昇華ガスが通過できるようになっている。
なお、図示しないが、黒鉛製るつぼは、アルゴンガスが導入できる真空容器の中でヒータにより加熱できるようになっており、例えば、このヒータのパワーを調節することによって種結晶である炭化珪素単結晶基板３の温度が炭化珪素原料粉末４の温度よりも１００℃程度低温に保たれるようにしたり、珪素粉末７と炭化珪素原料との温度に差を設けたりすることができる。
【００１７】
このように構成された結晶成長装置を用いた炭化珪素単結晶の製造工程について説明する。
まず、炭化珪素原料粉末４の温度を２０００〜２５００℃に加熱する。そして、ヒータ調節等により、炭化珪素単結晶基板３の温度が炭化珪素原料粉末４及び珪素粉末７の温度よりも低くなるように、黒鉛製るつぼ内に温度勾配を設ける。
【００１８】
次に、黒鉛製るつぼ内の圧力は０. １〜５０Ｔｏｒｒとして、昇華法成長を開始すると、炭化珪素粉末４が昇華して昇華ガスとなり、炭化珪素単結晶基板３に到達し、炭化珪素粉末４側よりも相対的に低温となる炭化珪素単結晶基板３の表面上に炭化珪素単結晶１０が成長する。
その際、ポーラスカーボンの仕切板６で囲まれている珪素粉末７は融解して蒸気となり、徐々にポーラスカーボンの仕切板６の空孔内を通過し、さらに炭化珪素原料をも通過する。これにより、炭化珪素単結晶基板３に珪素蒸気が供給され、黒鉛製るつぼ内がＳｉリッチな雰囲気となる。
【００１９】
このとき、ポーラスカーボンからなる仕切板６に囲まれた珪素粉末７の珪素蒸気は、仕切板６の空孔内を通過しなければならないため、炭化珪素原料の昇華ガスと比べて供給量が少なくなる。このため、過剰なＳｉリッチな雰囲気とはならないようにできる。このため、炭化珪素単結晶基板３もしくは炭化珪素単結晶１０の成長表面にＳｉドロップレットが発生することを抑制できる。
【００２０】
このように、珪素原料を仕切板６で囲み、仕切板６を通じて珪素蒸気が炭化珪素単結晶基板３に供給されるようにすることで、過剰なＳｉリッチ雰囲気とならないようにでき、高品質な炭化珪素単結晶１０を成長させることができる。
（第２実施形態）
図２に、本発明の第２実施形態で用いる結晶成長装置としての黒鉛製るつぼを示す。以下、図２に基づいて本実施形態における炭化珪素単結晶の製造について説明するが、結晶成長装置の構成については第１実施形態と同様であるため、炭化珪素単結晶の製造工程についてのみ説明する。
【００２１】
まず、炭化珪素原料粉末４の温度を２０００〜２５００℃に加熱する。そして、ヒータ調節等により、炭化珪素単結晶基板３の温度が炭化珪素原料粉末４及び珪素粉末７の温度よりも低くなるように、黒鉛製るつぼ内に温度勾配を設ける。そして、成長初期の温度制御として、珪素粉末７を炭化珪素単結晶基板３よりも低温にする。具体的には、珪素粉末７を１４００〜２０００℃とする。これにより、珪素の過剰な蒸発を防止することができる。
【００２２】
次に、黒鉛製るつぼ内の圧力を０. １〜５０Ｔｏｒｒとして、昇華法成長を開始すると、炭化珪素粉末４が昇華して昇華ガスとなり、炭化珪素単結晶基板３に到達し、炭化珪素粉末４側よりも相対的に低温となる炭化珪素単結晶基板３の表面上に炭化珪素単結晶１０が成長する。
その際、ポーラスカーボンの仕切板６で囲まれている珪素粉末７は融解して蒸気となり、徐々にポーラスカーボンの仕切板６の空孔内を通過し、さらに炭化珪素原料をも通過する。これにより、炭化珪素単結晶基板３に珪素蒸気が供給され、黒鉛製るつぼ内がＳｉリッチな雰囲気となる。
【００２３】
このとき、ポーラスカーボンからなる仕切板６に囲まれた珪素粉末７の珪素蒸気は、仕切板６の空孔内を通過しなければならず、また蒸発した珪素の量も少ないことから、炭化珪素原料の昇華ガスと比べて供給量が少なくなる。このため、過剰なＳｉリッチな雰囲気とはならないようにできる。このため、炭化珪素単結晶基板３もしくは炭化珪素単結晶１０の成長表面にＳｉドロップレットが発生することを抑制できる。
【００２４】
そして、成長中期から後期、例えば炭化珪素原料粉末４の枯渇が進んだときには、珪素粉末７の温度を上昇させて炭化珪素原料粉末４の温度と略同等にする。これにより、成長初期よりも炭化珪素原料粉末４の蒸発を進める。
つまり、炭化珪素原料粉末４は、珪素の方が炭素よりも昇華しやすいために、残留している炭化珪素原料粉末４内には珪素の残留量が少なくなっていると考えられるので、珪素粉末７からの珪素の蒸発量を増加させることにより、その不足分を補うようにしているのである。
【００２５】
このように、成長の経過に伴って炭化珪素原料粉末及び珪素粉末７の加熱温度を制御することによって、黒鉛製るつぼ内が適当なＳｉリッチな雰囲気となるようにできる。これにより、過剰なＳｉリッチ雰囲気とならないようにでき、高品質な炭化珪素単結晶１０を成長させることができる。
（第３実施形態）
図３に本発明の第３実施形態を示す。以下、図３に基づいて本実施形態の結晶成長装置について説明する。
【００２６】
図３に示すように、結晶成長装置は、容器上部２１と容器下部２２を有している。これら容器上部２１と容器下部２２はネジ部２３によって気密が確保される状態で結合されている。
容器上部２１には接着剤５を介して種結晶となる炭化珪素単結晶基板３が接合してある。また、容器上部２１にはカーボン板２５がネジを介して接合されている。なお、容器２１、２２の内壁は、成長時に炭化珪素単結晶基板３が炭化しないように、炭化珪素層で覆ってある。
【００２７】
容器下部２２には、炭化珪素原料粉末４が配置してあり、さらに容器下部２２は回転軸２４に接合されていて、回転軸２４を中心として容器下部２２を回転させると、容器下部２２が炭化珪素原料粉末４ごと上下に移動する構造となっている。
このように構成された結晶成長装置を用いた炭化珪素単結晶の製造工程について説明する。
【００２８】
まず、炭化珪素原料粉末４の上部の温度を２０００〜２５００℃に加熱する。そして、ヒータ調節等により、炭化珪素単結晶基板３の温度が炭化珪素原料粉末４の温度よりも低くなるように、容器２１、２２内に温度勾配を設ける。
そして、成長初期の温度制御として、炭化珪素原料粉末４の下部を上部よりも低温にする。具体的には、炭化珪素原料粉末４の下部を２０００℃以下とする。これにより、炭化珪素原料粉末４の下部における昇華を抑制する。
【００２９】
次に、黒鉛製るつぼ内の圧力を０. １〜５０Ｔｏｒｒとして、昇華法成長を開始すると、炭化珪素原料粉末４が昇華して昇華ガスとなり、炭化珪素単結晶基板３に到達し、炭化珪素原料粉末４側よりも相対的に低温となる炭化珪素単結晶基板３の表面上に炭化珪素単結晶１０が成長する。
そして、成長中期から後期、例えば炭化珪素原料粉末４の枯渇が進んだときには、回転軸を回転させ容器下部２２と共に炭化珪素原料粉末４を上昇させる。これにより、炭化珪素原料粉末４の下部の温度を上昇させる。これにより、炭化珪素原料粉末４の下部も徐々に昇華される。
【００３０】
このように、成長の経過に伴って炭化珪素原料粉末４の加熱温度を制御することによって、長期に渡って炭化珪素単結晶基板３に充分な炭化珪素原料の昇華ガスが供給されるようにできる。これにより、炭化珪素単結晶１０の長尺化が可能となる。
（他の実施形態）
上記実施形態においては、炭化珪素単結晶１０の導電型については触れていないが、珪素粉末７をｎ型にすれば炭化珪素単結晶１０をｎ型にすることができ、珪素粉末７をｐ型にすれば炭化珪素単結晶１０をｐ型にすることができる。
【００３１】
また、Ｓｉリッチ雰囲気を形成するための珪素の供給源として珪素粉末７を用いてるが、珪素基板等の固体の珪素でもよいし、窒化珪素や珪素系化合物を用いることもできる。そして、珪素粉末７に代えて窒化珪素を用いた場合には、炭化珪素単結晶１０が４Ｈの結晶性となりやすいし、炭化珪素単結晶１０をｎ型で形成することができる。
【００３２】
また、仕切板６として多孔質のポーラスカーボンを用いるようにしているが、必ずしもこのような材質のものを用いる必要はなく、珪素の蒸気が貫通できる程度の貫通孔が形成されている仕切板６であれば他のものを適用することもできる。
さらに、容器上部２１を固定するための固定部を高融点材料で構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に用いる結晶製造装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に用いる結晶製造装置の全体構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に用いる結晶製造装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１…るつぼ本体、２…蓋材、３…炭化珪素単結晶基板、
４…炭化珪素原料粉末、５…接着剤、６…仕切板、７…珪素粉末、
１０…炭化珪素単結晶。
【図１】
0004140123.tif 000002
【図２】
0004140123.tif 000003
【図３】
0004140123.tif 000004