JP3658832B2 - Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and silicon carbide single crystal manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素単結晶基板(種結晶)上に成長される炭化珪素単結晶インゴットの多形を一定に保つ炭化珪素単結晶の製造装置および前記炭化珪素単結晶インゴットの多形を4H型あるいは6H型に成長可能な炭化珪素単結晶の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、炭化珪素単結晶基板は、高耐圧電力用トランジスタや高耐圧ダイオード等の高耐圧大電力用半導体装置に用いられる半導体基板として製造されている。この炭化珪素単結晶基板の製造方法としては、アチソン法、レーリー法、昇華再結晶法(改良レーリー法)等が知られている。このうち半導体基板の製造方法としては、大面積且つ高品質の炭化珪素単結晶結晶成長に有利な昇華再結晶法が主に採用されている。
【0003】
この昇華再結晶法は、特公昭63−57400号公報に開示されており、黒鉛製るつぼ1内に配置された炭化珪素原料粉末2を誘導コイル7で加熱昇華させ、同じく黒鉛製るつぼ1内の炭化珪素原料粉末2の表面と対面するように配置された炭化珪素単結晶からなる炭化珪素種結晶3の表面上に炭化珪素単結晶4を成長させる方法である。この方法により、得られた炭化珪素単結晶4は、半導体基板に用いるのに適した大面積且つ多形が制御された基板として供給されている。
【0004】
さらに、この炭化珪素単結晶基板上に必要に応じて、液相エピタキシャル法 (LPE)または、気相エピタキシャル法(CVD)により、導電型もしくはキャリア濃度が基板とは異なる炭化珪素単結晶層を成長させ、半導体素子製作用基板が製造される。
【0005】
また、炭化珪素には結晶構造の異なる数多くの多形が存在し、α型とβ型に分けられる。このうちα型は、六方晶系と菱面体晶系に属する結晶構造を有し、更に六方晶系は、原子面の積み重なりの周期の数の違いにより、一般には、6H型、4H型などと称されるものが存在する。同様に菱面体晶系は、15R型や21R型と称されるものが存在する。
また、β型は、立方晶系に属する結晶構造を有し、3C型のみ存在する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術において、炭化珪素単結晶基板の電気的特性は、これらの多形によって異なり、作製される半導体装置の種類に従って、炭化珪素単結晶基板の多形の種類が選ばれる。特に、高耐圧大電力用半導体装置の特性向上には、α型(6H型・4H型)の多形をもつ炭化珪素単結晶基板が適しており、大口径かつ高品位のα型の多形を持つ炭化珪素単結晶基板が安価に大量に供給されることが望まれる。
【0007】
しかし、特公平6−39360号公報には炭化珪素単結晶の面方位および面極性を限定し炭化珪素単結晶の成長条件すなわち温度、温度勾配、成長速度を限定することにより、6H型あるいは4H型の炭化珪素単結晶を成長させているが、この方法においても、たしかに所望の結晶構造を持つ炭化珪素単結晶はできるが、成長面内および成長方向内の炭化珪素単結晶インゴット全てを同一多形にすることは困難である。
【0008】
さらに、特開平2−48495号公報に開示されている成長方法においても、成長面内および成長方向内の炭化珪素単結晶インゴット全てを同一多形にすることは困難である。
【0009】
従って、従来の技術により成長させた炭化珪素単結晶インゴットは、6H型と4H型および15R型さらに3C型の多形が成長面内および成長方向内で混在する問題がある。
【0010】
そこで本発明は、同一多形をもつ炭化珪素単結晶インゴットを効率良く製造するための炭化珪素単結晶の製造装置および4H型あるいは6H型炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
以上のような構成により、
(1)炭化珪素原料粉末を不活性ガス雰囲気中で加熱昇華させ、炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、前記炭化珪素原料を充填し、加熱により該炭化珪素原料から昇華ガスを生成し、底部の中央に開孔を形成されたるつぼと、前記開孔に外部からるつぼ内部に挿入可能な支軸棒と、前記支軸棒の最上部に設けられた遮蔽板と、前記遮蔽板の上方で前記るつぼの上部に載設され、該るつぼと前記遮蔽板よりもやや低温になる炭化珪素単結晶基板(種結晶)を前記遮蔽板と平行に対向して取り付けられた上蓋と、前記支軸棒および前記遮蔽板を同時に上下動可能とする上下駆動装置とを具備する炭化珪素単結晶の製造装置を提供する。
【0012】
従って、(1)項によれば、炭化珪素単結晶の成長中に炭化珪素単結晶成長面と常に一定間隔で遮蔽板が対向しており、結晶成長面と遮蔽板の温度差が一定に保たれ、結晶成長面の温度が均一的に一定温度に保たれ、同一多形をもつ炭化珪素単結晶インゴットを効率良く製造できる。
【0013】
(2)前記(1)項記載の前記上下駆動装置が前記遮蔽板及び支軸棒を0.1〜1.5mm/hの速度で上下駆動させる炭化珪素単結晶の製造装置を提供する。従って、(2)項によれば、同一多形をもつ炭化珪素単結晶インゴットを効率よく製造できる。
【0014】
(3)前記(1)項記載の炭化珪素単結晶の製造装置により、前記るつぼ内に載設された炭化珪素単結晶基板上に成長する炭化珪素単結晶面と平行に対向して配置される遮蔽板との間の距離が一定に保つように移動させつつ、炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。
【0015】
従って、前記(3)項によれば、炭化珪素単結晶インゴット成長中、前記遮蔽板と前記炭化珪素単結晶基板(種結晶)上に成長する炭化珪素単結晶インゴット表面との距離を一定に保つことによって、成長面の温度変化が無くなり、同一多形をもつ炭化珪素単結晶インゴットを効率良く製造できる。
【0016】
(4)前記炭化珪素単結晶基板表面の面方位を(0001)炭素面とし、且つ、前記遮蔽板と炭化珪素単結晶表面との距離を0.2〜15mmとすることにより、4H型炭化珪素単結晶を成長させる前記(3)項記載の炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。
【0017】
従って、前記(4)項によれば、4H型炭化珪素単結晶インゴットを効率よく製造できる。
(5)前記炭化珪素単結晶基板表面の面方位を(0001)炭素面とし、且つ、前記遮蔽板と炭化珪素単結晶表面との距離を15〜50mmとすることにより、6H型炭化珪素単結晶を成長させる前記(3)項記載の炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。
【0018】
従って、前記(5)項によれば、6H型炭化珪素単結晶インゴットを効率よく製造できる。
(6)前記炭化珪素単結晶基板表面の面方位を(0001)珪素面とし、且つ、前記遮蔽板と炭化珪素単結晶表面との距離を0.2〜50mmとすることにより、6H型炭化珪素単結晶を成長させる前記(3)項記載の炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。
【0019】
従って、前記(6)項によれば、6H型炭化珪素単結晶インゴットを効率よく製造できる。
(7)前記炭化珪素単結晶を成長させる方法において、
炭化珪素原料温度を2300℃〜2350℃とし、炭化珪素単結晶基板温度を2200℃〜2300℃とし、結晶製造装置内の圧力を0.1〜10Torrとする(3)項記載の炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。
【0020】
従って、(7)項によれば、炭化珪素単結晶を成長させる方法において、炭化珪素原料温度を2300℃〜2350℃とし、炭化珪素単結晶基板温度を2200℃〜2300℃とし、結晶製造装置内圧力を0.1〜10Torrとすることにより、同一多形をもつ成長速度の大きい炭化珪素単結晶インゴットを効率良く製造できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1には、本発明による実施形態としての炭化珪素単結晶製造装置の構成断面図を示し説明する。
【0022】
この炭化珪素単結晶製造装置13は、底部に炭化珪素原料粉末2がドーナツ状に充填され、その底部の中央部に開孔12が形成された黒鉛製るつぼ1と、前記黒鉛製るつぼ1の中央部に設けられた開孔12を通して外部から黒鉛製るつぼ1内部に挿入可能な支軸棒10と、該支軸棒10の最上部に配置された遮蔽板9と、この遮蔽板9の上方で前記黒鉛製るつぼ1の上部に載設され、前記黒鉛製るつぼ1及び遮蔽板9の温度よりもやや低温を維持する炭化珪素単結晶基板(種結晶)3を略中央部に取り付け可能な黒鉛製上蓋5と、前記支軸棒10及び遮蔽板9とを同時に、駆動速度0.1〜1.5mm/hの上下方向に微動可能な上下駆動装置11と、黒鉛製るつぼ1を誘導加熱するための誘導コイル7と、黒鉛製るつぼ1を覆い外部と熱遮蔽するための断熱材6と、これら全部の部材を収納する真空容器8とで構成され、さらに図示しない、真空容器8の内部を高真空まで排気できる真空排気装置及び前記真空容器8側面に取り付けた不活性ガス導入配管が設けられている。
【0023】
次に図2には、前記上下駆動装置11の構成例を示し、その動作について詳細に説明する。
この上下駆動装置11においては、CPU21が各構成部位を集中管理し、支軸棒10の移動距離および移動速度を制御している。この支軸棒10を上下駆動させる機構としては、2系統備えられ、その1つは単結晶の成長時に遮蔽板9を上下駆動させるためのもので、支軸棒10を駆動速度0.1〜1.5mm/hの微動駆動可能な系統であり、他の1つは、遮蔽板9を初期設定位置へ位置調整するためのもので、支軸棒10を駆動速度1〜10mm/sec の高速駆動可能な系統である。それぞれの系統について簡単に説明する。
【0024】
前記微動駆動系統は、CPU21により命令された、予め定められた実施項目に基づき、制御機器20を制御して、例えばサーボモータ等からなる駆動装置19に伝達される。この駆動装置19の駆動により、歯車16が回転する。歯車16の回転に伴う動力は、昇降装置22に伝達され、前記支軸棒10を上下駆動させる。
【0025】
一方、高速駆動系統においては、前者と同様に、CPU21により命令された実施項目に基づき、制御機器20を制御して、例えばサーボモータ等からなる駆動装置18に伝達される。この駆動装置18の駆動により歯車17が回転する。歯車17の回転に伴う動力は、昇降装置23に伝達され、前記支軸棒10を上下駆動させる。
【0026】
この駆動時の支軸棒10の移動距離及び移動速度の検出は、位置検出器14,15により検出され、前記制御機器20がその検出情報に基づき、微動駆動の駆動装置19及び高速駆動駆動装置18をそれぞれ制御している。
【0027】
また図1に示した前記遮蔽板9の位置調整方法としては、種結晶3の厚みを長さ測定器(例えばマイクロメータ)により測定する。測定した結果をCPU21に入力する。更に、遮蔽板9と種結晶3の表面との距離をCPU21に入力する。その後、実施項目を実行することにより、制御機器20で前記高速駆動機構系統を制御して、駆動装置18に歯車17を回転させて、昇降装置23を支軸棒10が種結晶3と対向する方向に移動させ、位置検出器14で移動距離を確認しつつ、駆動させて、遮蔽板9の位置調整を行う。
【0028】
図3は、4H型および6H型炭化珪素単結晶を成長するための遮蔽板9の位置調整値を示す図である。また、遮蔽板9は黒鉛製で直径が炭化珪素単結晶基板(種結晶)3の直径より大きい円盤である。
【0029】
次に、このような炭化珪素単結晶製造装置13を用いた炭化珪素単結晶の成長について説明する。
まず、黒鉛製るつぼ1のドーナツ状空間内に成長時間に応じた分量の炭化珪素原料粉末2を充填する。例えば、5時間成長の場合では、約100g程度充填する。本実施形態では、この炭化珪素原料粉末2は、研磨材として市販されている平均粒径500μm のものを予め真空中で1800〜2000℃で熱処理して使用している。勿論これに限定されるものではない。
【0030】
次に、黒鉛製上蓋5の略中央部に炭化珪素単結晶基板(種結晶)3を取り付ける。この種結晶3の面方位は、(0001)炭素面とする。黒鉛製上蓋5は取り付けた種結晶3を炭化珪素粉末2と対向するように黒鉛製るつぼ1の上部に設置する。
【0031】
そして断熱材6の上部を取り付け、真空容器8内部を1×10-3〜10-4Torr台の高真空まで真空排気装置(図示せず)により真空排気する。本実施形態における到達真空度は、さらに可能な限り高い方が望ましい。その後、真空容器8内部にアルゴンガスを導入してアルゴンガス雰囲気とし、誘導コイル7により黒鉛製るつぼ1を加熱して、黒鉛製るつぼ1の温度を2300〜2350℃にして、炭化珪素原料粉末2の昇華温度にする。
【0032】
このときの種結晶3の温度は、黒鉛製るつぼ1と誘導コイル7の相対的な位置関係により、50〜150℃だけ炭化珪素原料粉末2の温度より低くなっており、2200〜2300℃とする。但し、炭化珪素原料粉末2の温度が2350℃より高くなると、原料の昇華量が多くなるため、成長速度が大きくなり多結晶化しやすくなる。一方、2300℃より低くなると、原料の昇華量が少なくなるため、成長速度が小さくなり生産性が悪くなる。
【0033】
そして、炭化珪素原料粉末2と種結晶3の温度が安定した後、真空排気装置(図示せず)により真空容器8を減圧する。減圧とともに炭化珪素原料粉末2から昇華が始まり結晶成長が開始される。
【0034】
この時、真空度を0.1〜10Torrまで減圧した圧力を成長圧力とする。また結晶成長中は、アルゴンガスを10リットル/min 流し、真空排気装置(図示せず)のバルブ等の調整により圧力を制御する。ここで、圧力が10Torrより高くなると、原料の昇華量が少なく成長速度が小さくなり生産性が悪くなる。また圧力が0.1Torrより低いと原料の昇華量が多く成長速度が大きくなり多結晶化しやすくなる。
【0035】
そして、炭化珪素原料粉末2から昇華したガスは種結晶3との温度差を駆動力として種結晶3まで到達して、結晶成長が進行する。
次に結晶成長開始と同時に、結晶成長速度と同等な速度で、支軸棒10と支軸棒10の最上部に配置された遮蔽板9とを同時に、上下駆動装置11により、種結晶3と対向する方向に駆動させることにより、遮蔽板9と炭化珪素単結晶インゴット4の成長表面との距離を一定に保ちながら結晶成長させる。
【0036】
この結晶成長速度は、炭化珪素原料粉末2の温度、炭化珪素単結晶基板(種結晶)3の温度、結晶製造装置内圧力および遮蔽板9と炭化珪素単結晶インゴット4との距離などの成長条件により変化するが、予め成長実験により結晶成長速度とこれらの成長条件との関係を求めておき、これらの成長条件の情報をCPU21に記憶させておく。
【0037】
次に、成長条件をCPU21に入力すれば、該CPU21が結晶成長速度を計算する。計算された結晶成長速度によりCPU21からの制御信号に基づき、制御機器20が駆動装置19を駆動制御する。前記駆動装置19の駆動により、歯車16を回転させ、昇降装置22に伝わり支軸棒10を種結晶3と対向する方向に駆動させる。すなわち、前記微動駆動機構系統を動作させて行っている。その際の移動速度は、位置検出器14及び位置検出器15による検出信号が制御機器20に伝えられ、駆動装置19の動作が制御される。
【0038】
また、結晶成長中に結晶多形が変化する理由については次の様に推定される。結晶多形は、例えば炭化珪素原料粉末2の温度、黒鉛製上蓋5の略中央部に配置した種結晶3の温度および支軸棒10の最上部に配置された遮蔽板9の温度により変化する。特に、種結晶3と遮蔽板9の温度差により、多形が大きく左右される。前記遮蔽板9が固定されている場合には、単結晶成長中に炭化珪素単結晶インゴット4の成長面が成長と共に遮蔽板9に近づき、炭化珪素単結晶インゴット4の成長面と遮蔽板9との距離が変化する。
【0039】
前記距離が変化すれば、炭化珪素単結晶インゴット4の成長面の温度および炭化珪素単結晶インゴット4の成長面と遮蔽板9との温度差が変化する。前記炭化珪素単結晶インゴット4の成長面の温度および前記温度差が変化すれば、多形が変化する。
【0040】
従って、結晶成長中に前述した方法、すなわち、結晶成長中は、遮蔽板9と炭化珪素単結晶インゴット4の成長表面との距離を常に一定に保つことにより、炭化珪素単結晶インゴット4の成長面と遮蔽板9との温度差が一定に保たれ、その結果、成長面の温度が均一的な一定温度に保たれ、炭化珪素単結晶インゴット4の多形を一定に成長させることができる。
【0041】
本実施形態は、種結晶3の表面の面方位を(0001)炭素面とし、且つ、遮蔽板9と炭化珪素単結晶インゴット4の表面との距離を0.2〜15mmに一定に保った。
【0042】
そして、5時間に渡り成長させた後、アルゴンガスを真空容器8に導入するとともに、誘導コイル7への電力供給を停止し、温度を下げて成長終了とする。
炭化珪素単結晶インゴット4を黒鉛製上蓋5から取り外し、得られた結晶をスライス研磨して半導体基板に形成する。この半導体基板の多形をラマン分光にて測定したところ基板面内および基板断面方向共に4H型の均一な多形であった。この半導体基板は、大電力の縦型MOSFET、pnダイオード、ショットキーダイオード等の半導体装置に好適する。
【0043】
本実施形態では、支軸棒10と該支軸棒10の最上部に配置された遮蔽板9とを同時に、上下駆動させる上下駆動装置11により、多形を一定にする炭化珪素単結晶の製造を可能にしているが、前記遮蔽板9を固定し、前記種結晶3側を前記上下駆動装置11により、上下駆動させた場合についても同等に多形を一定にできるものと考える。すなわち、結晶成長中に本発明である遮蔽板9と炭化珪素単結晶インゴット4の表面との距離を一定に保つことを行えば多形を一定にすることが可能になる。
【0044】
次に、前述した実施形態の変形例について説明する。
前述した実施形態では、種結晶3の表面の面方位を(0001)炭素面とし、且つ、遮蔽板9と炭化珪素単結晶インゴット4の表面との距離を0.2〜15mmとしたが、前記距離を15〜50mmに変更することにより、6H型炭化珪素単結晶インゴットを成長させることができる。
【0045】
又、種結晶3の表面の面方位を(0001)珪素面とし、且つ、遮蔽板9と炭化珪素単結晶インゴット4の表面との距離を0.2〜50mmとすることにより、6H型炭化珪素単結晶インゴットを成長させることができる。
【0046】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明は、炭化珪素基板(種結晶)上に成長した炭化珪素単結晶の成長面内および成長方向内の多形を常に一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施形態としての炭化珪素単結晶製造装置の構成を示す断面図である。
【図2】図1に示した上下駆動装置の構成例を示す図である。
【図3】4H型及び6H型炭化珪素単結晶を成長するための遮蔽板の位置調整値を示す図である。
【符号の説明】
1…黒鉛製るつぼ
2…炭化珪素原料粉末
3…炭化珪素単結晶基板(種結晶)
4…炭化珪素単結晶インゴット
5…黒鉛製上蓋
6…断熱材
7…誘導コイル
8…真空容器
9…遮蔽板
10…支軸棒
11…上下駆動装置(サーボモータ)
12…開孔
13…炭化珪素単結晶製造装置
14,15…位置検出器
16,17…歯車、
18,19…駆動装置(サーボモータ)
20…制御機器
21…CPU
22,23…昇降装置(ラック&ピニオン)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for producing a silicon carbide single crystal that keeps the polymorph of a silicon carbide single crystal ingot grown on a silicon carbide single crystal substrate (seed crystal) constant, and the polymorph of the silicon carbide single crystal ingot is a 4H type. Or it is related with the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which can be grown to 6H type.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a silicon carbide single crystal substrate has been manufactured as a semiconductor substrate used in a high-voltage high-power semiconductor device such as a high-voltage power transistor or a high-voltage diode. Known methods for producing this silicon carbide single crystal substrate include the Atchison method, the Rayleigh method, the sublimation recrystallization method (improved Rayleigh method), and the like. Among these, as a method for manufacturing a semiconductor substrate, a sublimation recrystallization method that is advantageous for growing a large-area, high-quality silicon carbide single crystal crystal is mainly employed.
[0003]
This sublimation recrystallization method is disclosed in Japanese Patent Publication No. 63-57400. A silicon carbide
[0004]
Further, if necessary, a silicon carbide single crystal layer having a conductivity type or a carrier concentration different from that of the substrate is grown on the silicon carbide single crystal substrate by liquid phase epitaxial method (LPE) or vapor phase epitaxial method (CVD). Thus, a semiconductor element manufacturing substrate is manufactured.
[0005]
Silicon carbide has many polymorphs with different crystal structures, and is divided into α-type and β-type. Of these, the α type has a crystal structure belonging to the hexagonal system and the rhombohedral system, and the hexagonal system generally has a 6H type, 4H type, and the like due to the difference in the number of periods of atomic plane stacking. There is what is called. Similarly, there are rhombohedral crystal systems called 15R type and 21R type.
The β type has a crystal structure belonging to a cubic system, and only the 3C type exists.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art described above, the electrical characteristics of the silicon carbide single crystal substrate vary depending on these polymorphs, and the polymorph type of the silicon carbide single crystal substrate is selected according to the type of semiconductor device to be manufactured. In particular, a silicon carbide single crystal substrate having an α type (6H type, 4H type) polymorph is suitable for improving the characteristics of a semiconductor device for high voltage and high power, and an α type polymorph having a large diameter and a high quality. It is desired that a silicon carbide single crystal substrate having a large amount is supplied at a low cost.
[0007]
However, Japanese Patent Publication No. 6-39360 discloses a 6H type or a 4H type by limiting the plane orientation and plane polarity of the silicon carbide single crystal and limiting the growth conditions of the silicon carbide single crystal, that is, the temperature, temperature gradient, and growth rate. In this method, a silicon carbide single crystal having a desired crystal structure can be produced, but all of the silicon carbide single crystal ingots in the growth plane and in the growth direction are identical. It is difficult to shape.
[0008]
Further, even in the growth method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-48495, it is difficult to make all the silicon carbide single crystal ingots in the growth plane and the growth direction into the same polymorph.
[0009]
Therefore, the silicon carbide single crystal ingot grown by the conventional technique has a problem that 6H type, 4H type, 15R type and 3C type polymorphs are mixed in the growth plane and the growth direction.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and a 4H type or 6H type silicon carbide single crystal manufacturing method for efficiently manufacturing a silicon carbide single crystal ingot having the same polymorph. To do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
With the above configuration,
(1) In a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus in which a silicon carbide raw material powder is heated and sublimated in an inert gas atmosphere to grow a silicon carbide single crystal, the silicon carbide raw material is charged and sublimated from the silicon carbide raw material by heating. A crucible that generates gas and has an opening formed in the center of the bottom; a support shaft that can be inserted into the opening from the outside into the crucible; and a shielding plate provided on the top of the support shaft; An upper lid mounted on the upper part of the crucible above the shielding plate, and attached to the crucible and a silicon carbide single crystal substrate (seed crystal) having a temperature slightly lower than that of the shielding plate, facing the shielding plate in parallel. And an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal, which includes a vertical drive device that enables the support shaft and the shielding plate to move up and down simultaneously.
[0012]
Therefore, according to the item (1), during the growth of the silicon carbide single crystal, the shielding plate always faces the silicon carbide single crystal growth surface at a constant interval, and the temperature difference between the crystal growth surface and the shielding plate is kept constant. Therefore, the temperature of the crystal growth surface is uniformly maintained at a constant temperature, and a silicon carbide single crystal ingot having the same polymorph can be efficiently manufactured.
[0013]
(2) Provided is an apparatus for producing a silicon carbide single crystal in which the vertical drive device described in (1) above drives the shield plate and the support shaft at a speed of 0.1 to 1.5 mm / h. Therefore, according to the item (2), a silicon carbide single crystal ingot having the same polymorph can be efficiently produced.
[0014]
(3) The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to (1) described above is arranged in parallel with a silicon carbide single crystal plane grown on a silicon carbide single crystal substrate placed in the crucible. Provided is a method for producing a silicon carbide single crystal in which a silicon carbide single crystal is grown while being moved so as to maintain a constant distance from a shielding plate.
[0015]
Therefore, according to the item (3), the distance between the shielding plate and the surface of the silicon carbide single crystal ingot grown on the silicon carbide single crystal substrate (seed crystal) is kept constant during the growth of the silicon carbide single crystal ingot. Thus, the temperature change of the growth surface is eliminated, and a silicon carbide single crystal ingot having the same polymorph can be efficiently manufactured.
[0016]
(4) 4H type silicon carbide by setting the plane orientation of the silicon carbide single crystal substrate surface to (0001) carbon plane and the distance between the shielding plate and the silicon carbide single crystal surface to 0.2 to 15 mm. The method for producing a silicon carbide single crystal as described in (3) above, wherein the single crystal is grown.
[0017]
Therefore, according to the item (4), a 4H type silicon carbide single crystal ingot can be efficiently manufactured.
(5) The plane orientation of the silicon carbide single crystal substrate surface and (0001) coal sober, and, by the 15~50mm the distance between the shielding plate and the surface of single-crystal silicon carbide, 6H-type silicon carbide single crystal A method for producing a silicon carbide single crystal as described in (3) above is provided.
[0018]
Therefore, according to the item (5), a 6H type silicon carbide single crystal ingot can be efficiently manufactured.
(6) The plane orientation of the silicon carbide single crystal substrate surface and (0001) silicofluoride sober, and, by the distance between the shielding plate and the silicon carbide single crystal surface and 0.2~50Mm, 6H-type silicon carbide The method for producing a silicon carbide single crystal as described in (3) above, wherein the single crystal is grown.
[0019]
Therefore, according to the item (6), a 6H-type silicon carbide single crystal ingot can be efficiently manufactured.
(7) In the method of growing the silicon carbide single crystal,
The silicon carbide single crystal according to (3), wherein the silicon carbide raw material temperature is 2300 ° C. to 2350 ° C., the silicon carbide single crystal substrate temperature is 2200 ° C. to 2300 ° C., and the pressure in the crystal manufacturing apparatus is 0.1 to 10 Torr. A manufacturing method is provided.
[0020]
Therefore, according to the item (7), in the method of growing a silicon carbide single crystal, the silicon carbide raw material temperature is set to 2300 ° C. to 2350 ° C., the silicon carbide single crystal substrate temperature is set to 2200 ° C. to 2300 ° C. By setting the pressure to 0.1 to 10 Torr, it is possible to efficiently produce a silicon carbide single crystal ingot having the same polymorph and a high growth rate.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 illustrates a cross-sectional view of a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus as an embodiment according to the present invention.
[0022]
This silicon carbide single
[0023]
Next, FIG. 2 shows a configuration example of the vertical drive device 11 and its operation will be described in detail.
In the vertical drive device 11, the
[0024]
The fine movement drive system controls the
[0025]
On the other hand, in the high-speed drive system, similarly to the former, the
[0026]
Detection of the moving distance and moving speed of the
[0027]
As a method for adjusting the position of the shielding plate 9 shown in FIG. 1, the thickness of the seed crystal 3 is measured by a length measuring device (for example, a micrometer). The measured result is input to the
[0028]
FIG. 3 is a diagram showing a position adjustment value of the shielding plate 9 for growing the 4H type and 6H type silicon carbide single crystals. Shielding plate 9 is a disk made of graphite and having a diameter larger than that of silicon carbide single crystal substrate (seed crystal) 3.
[0029]
Next, the growth of a silicon carbide single crystal using such a silicon carbide single
First, the doughnut-shaped space of the graphite crucible 1 is filled with an amount of silicon carbide
[0030]
Next, a silicon carbide single crystal substrate (seed crystal) 3 is attached to a substantially central portion of the graphite
[0031]
And the upper part of the heat insulating material 6 is attached, and the inside of the
[0032]
The temperature of the seed crystal 3 at this time is lower than the temperature of the silicon carbide
[0033]
And after the temperature of the silicon carbide
[0034]
At this time, the pressure at which the degree of vacuum is reduced to 0.1 to 10 Torr is defined as the growth pressure. During crystal growth, argon gas is flowed at 10 liters / min, and the pressure is controlled by adjusting a valve of an evacuation device (not shown). Here, when the pressure is higher than 10 Torr, the sublimation amount of the raw material is small, the growth rate is low, and the productivity is deteriorated. On the other hand, when the pressure is lower than 0.1 Torr, the amount of sublimation of the raw material is large, the growth rate is increased, and polycrystallization is facilitated.
[0035]
Then, the gas sublimated from the silicon carbide
Next, simultaneously with the start of crystal growth, the
[0036]
The crystal growth rate depends on the growth conditions such as the temperature of the silicon carbide
[0037]
Next, when the growth conditions are input to the
[0038]
The reason why the crystal polymorph changes during crystal growth is estimated as follows. The crystal polymorph changes depending on, for example, the temperature of the silicon carbide
[0039]
If the distance changes, the temperature of the growth surface of silicon carbide single crystal ingot 4 and the temperature difference between the growth surface of silicon carbide single crystal ingot 4 and shielding plate 9 change. If the temperature of the growth surface of the silicon carbide single crystal ingot 4 and the temperature difference change, the polymorph changes.
[0040]
Therefore, the method described above during crystal growth, that is, during the crystal growth, the distance between the shielding plate 9 and the growth surface of the silicon carbide single crystal ingot 4 is always kept constant, so that the growth surface of the silicon carbide single crystal ingot 4 is maintained. As a result, the temperature of the growth surface is kept constant and the polymorph of the silicon carbide single crystal ingot 4 can be grown constantly.
[0041]
In the present embodiment, the plane orientation of the surface of the seed crystal 3 is a (0001) carbon plane, and the distance between the shielding plate 9 and the surface of the silicon carbide single crystal ingot 4 is kept constant at 0.2 to 15 mm.
[0042]
And after making it grow over 5 hours, while introducing argon gas into the
The silicon carbide single crystal ingot 4 is removed from the graphite
[0043]
In the present embodiment, a silicon carbide single crystal that makes a polymorph constant is produced by an up-and-down drive device 11 that simultaneously drives an up-and-down drive of a
[0044]
Next, a modified example of the above-described embodiment will be described.
In the above-described embodiment, the surface orientation of the seed crystal 3 is a (0001) carbon plane, and the distance between the shielding plate 9 and the surface of the silicon carbide single crystal ingot 4 is 0.2 to 15 mm. A 6H type silicon carbide single crystal ingot can be grown by changing the distance to 15 to 50 mm.
[0045]
Further, the surface orientation of the seed crystal 3 is a (0001) silicon surface, and the distance between the shielding plate 9 and the surface of the silicon carbide single crystal ingot 4 is 0.2 to 50 mm, so that 6H type silicon carbide is obtained. Single crystal ingots can be grown.
[0046]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the polymorphism in the growth plane and in the growth direction of the silicon carbide single crystal grown on the silicon carbide substrate (seed crystal) can always be made constant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus as an embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a vertical driving device illustrated in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a position adjustment value of a shielding plate for growing 4H-type and 6H-type silicon carbide single crystals.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
4 ... Silicon carbide
DESCRIPTION OF
18, 19 ... Drive device (servo motor)
20 ...
22, 23 ... Lifting device (rack & pinion)
Claims (7)
前記炭化珪素原料を充填し、加熱により該炭化珪素原料から昇華ガスを生成する、中央部に開孔が形成されたるつぼと、
前記中央部の開孔に外部から前記るつぼ内部に挿入可能な支軸棒と、
前記支軸棒の最上部に配置された遮蔽板と
前記遮蔽板の上方で前記るつぼの上部に載設され、前記るつぼ及び前記遮蔽板の温度よりも低温を維持可能な炭化珪素単結晶基板を前記遮蔽板と平行に対向させて取り付け可能な上蓋と、
前記支軸棒および前記遮蔽板を同時に上下動可能とする上下駆動装置と、
を具備することを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。In a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus for heating and sublimating a silicon carbide raw material powder in an inert gas atmosphere to grow a silicon carbide single crystal,
A crucible filled with the silicon carbide raw material and generating a sublimation gas from the silicon carbide raw material by heating;
A support shaft that can be inserted into the crucible from the outside in the central hole;
A silicon carbide single crystal substrate that is placed on the upper part of the crucible above the shielding plate and that can be maintained at a temperature lower than the temperature of the crucible and the shielding plate. An upper lid that can be mounted in parallel with the shielding plate;
An up-and-down drive device capable of simultaneously moving up and down the support shaft and the shielding plate;
An apparatus for producing a silicon carbide single crystal, comprising:
前記るつぼ内に載設された前記炭化珪素単結晶基板上に成長する炭化珪素単結晶面と平行に対向する遮蔽板との間の距離が一定に保つように移動させつつ、炭化珪素単結晶の成長面の温度変化を無くして、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。In the manufacturing method of the silicon carbide single crystal by the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal of Claim 1,
While moving so that the distance between the silicon carbide single crystal surface grown on the silicon carbide single crystal substrate placed in the crucible and the shielding plate facing in parallel is kept constant, the silicon carbide single crystal A method for producing a silicon carbide single crystal, characterized in that a silicon carbide single crystal is grown without temperature change of a growth surface.
炭化珪素原料温度を2300℃〜2350℃とし、炭化珪素単結晶基板温度を2200℃〜2300℃とし、結晶製造装置内の圧力を0.1〜10Torrとすることを特徴とする請求項3記載の炭化珪素単結晶の製造方法。In the method of growing the silicon carbide single crystal,
The silicon carbide raw material temperature is 2300 ° C to 2350 ° C, the silicon carbide single crystal substrate temperature is 2200 ° C to 2300 ° C, and the pressure in the crystal manufacturing apparatus is 0.1 to 10 Torr. A method for producing a silicon carbide single crystal.
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