JP2001158697A

JP2001158697A - 炭化珪素単結晶及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001158697A
Application number: JP33839199A
Authority: JP
Inventors: Atsuhito Okamoto; 篤人岡本; Naohiro Sugiyama; 尚宏杉山; Toshihiko Tani; 俊彦谷; Nobuo Kamiya; 信雄神谷; Fusao Hirose; 富佐雄廣瀬
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-12

Abstract

(57)【要約】【課題】炭化珪素単結晶に存在しているマイクロパイ
プ欠陥を炭化珪素単結晶の内部で閉塞させる。【解決手段】基板結晶１を用意し、マイクロパイプ欠
陥６の開口部を被覆材料５で被覆する。そして、熱処理
を施すと、基板結晶１に存在するマイクロパイプ欠陥６
を基板結晶１の内部で閉塞させることができる。この
後、被覆材料５を除去した後、基板結晶１を種結晶とし
て炭化珪素単結晶を成長させ、この成長させた炭化珪素
単結晶を再度基板結晶１として、基板結晶１を被覆材料
５で覆い、熱処理による閉塞工程を繰り返す。マイクロ
パイプ欠陥が閉塞した基板結晶を種結晶として炭化珪素
単結晶を成長させた場合、閉塞された部分ではマイクロ
パイプ欠陥が継承されないため、成長させた炭化珪素単
結晶を再度基板結晶１として閉塞工程を行えば、よりマ
イクロパイプ欠陥を閉塞することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロパイプ欠
陥が閉塞された炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の製造方法お
よびマイクロパイプ欠陥が閉塞された炭化珪素単結晶に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳｉＣ単結晶を種結晶として、改良レー
リー法（昇華法）にてＳｉＣ単結晶を製造する際、マイ
クロパイプ欠陥（中空貫通欠陥）と呼ばれる直径サブμ
ｍ乃至数μｍの中空貫通孔が略成長方向に沿って伸長
し、成長結晶中に内在される。マイクロパイプ欠陥はデ
バイスの電気的特性に悪影響を与えるため、マイクロパ
イプ欠陥があるＳｉＣ単結晶はデバイス形成用の基板に
適さない。このため、マイクロパイプ欠陥を低減するこ
とが重要な課題となっている。

【０００３】マイクロパイプ欠陥の低減方法として、米
国特許第５，６７９，１５３号明細書や特許第２８０４
８６０号公報や特許第２８７６１２２号公報に示される
方法が提案されている。

【０００４】米国特許第５，６７９，１５３号明細書に
示される方法は、シリコン中のＳｉＣ溶融を用いた液相
エピタキシー法によって結晶成長させると、エピタキシ
ャル成長途中でマイクロパイプ欠陥が閉塞されていくこ
とを利用して、マイクロパイプ欠陥を有する種結晶（欠
陥密度：５０〜４００ｃｍ^-2）上にマイクロパイプ欠陥
が低減されたエピタキシャル層（欠陥密度：０〜５０ｃ
ｍ^-2）を成長させている。

【０００５】特許第２８０４８６０号公報に示される方
法は、種結晶の成長面として（０００１）面に垂直な面
を使用することによって、アルカリエッチングに際し、
六角形エッチピットが全く観察されない単結晶、つまり
マイクロパイプ欠陥が存在しない単結晶を種結晶上に成
長させている。

【０００６】特許第２８７６１２２号公報に示されてい
る方法は、α（六方晶）−ＳｉＣ単結晶基板（種結晶）
の表面に、熱化学的蒸着（ＣＶＤ）法によりβ（立方
晶）−ＳｉＣもしくはα−ＳｉＣの多結晶膜の成膜と、
それによって得られた複合体に対する熱処理とを複数回
繰り返すことにより、複数層のβ−ＳｉＣもしくはα−
ＳｉＣ多結晶膜をα−ＳｉＣ単結晶基板（種結晶）の結
晶軸と同一方位に配向（ある種の固相エピタキシャル成
長）させることによって、種結晶上にマイクロパイプ欠
陥などの結晶欠陥のない高品質、かつ、高膜厚の単結晶
ＳｉＣを成長させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した３つの方法は
共に、種結晶上に新たな単結晶を成長させ、その成長層
においてマイクロパイプ欠陥密度を低減するようにして
いる。

【０００８】このため、第１の方法では、マイクロパイ
プ欠陥が無い部分を得るために、液相エピタキシー法に
て２０〜７５μｍ以上のエピタキシャル層を成長させな
ければならず、また、その範囲以下では、依然としてマ
イクロパイプ欠陥が存在するという問題がある。また、
このように形成されたエピタキシャル層を種結晶とし
て、再び昇華法によって単結晶成長を行うと、マイクロ
パイプ欠陥が閉塞された部分が薄いことから、その閉塞
された部分が昇華して再びマイクロパイプ欠陥の開口部
を生じる可能性があり、種結晶の試料調整や昇華法成長
条件の適正化が困難であるという問題もある。

【０００９】一方、第２の方法では、マイクロパイプ欠
陥の発生を抑制する点では効果があるが、成長させた単
結晶に新たな積層欠陥が導入されるため、基板の電気的
特性に異方性を生じ、電子デバイス用基板としては適さ
ないという問題がある。

【００１０】他方、第３の方法では、α−ＳｉＣ単結晶
基板（種結晶）の表面にＣＶＤ法でβ−ＳｉＣもしくは
α−ＳｉＣ多結晶膜を形成するため、結晶粒界を内在し
たＳｉＣ複合体が得られる。この複合体を熱処理し、種
結晶上に固相エピタキシャル成長させると、β−ＳｉＣ
もしくはα−ＳｉＣ多結晶膜中の結晶子が派生成長（ov
er growth）して明確な結晶粒界は熱処理とともに減少
していくが、上記結晶粒界や不均一相変態に伴う結晶境
界などにおける内部歪みを原因とした結晶欠陥が導入さ
れる危惧がある。こうした欠陥はキャリアのトラップ源
となるため電子デバイス用基板としては適さないという
問題がある。

【００１１】本発明は上記問題に鑑みてなされ、新たな
成長層においてマイクロパイプ欠陥の発生、継承を抑制
するのではなく、炭化珪素単結晶に存在しているマイク
ロパイプ欠陥を炭化珪素単結晶の内部で閉塞させること
ができるようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、マイクロパイプ欠陥
（６）を有する炭化珪素単結晶からなる基板結晶（１）
を用意する工程と、基板結晶に形成されたマイクロパイ
プ欠陥の開口部の少なくとも一方を被覆材料（５）で被
覆する被覆工程と、熱処理を施すことにより、基板結晶
に存在するマイクロパイプ欠陥を基板結晶の内部で閉塞
させ、マイクロパイプ欠陥の少なくとも一部を閉塞孔
（７）にする閉塞工程と、マイクロパイプ欠陥の一部が
閉塞孔となった基板結晶の被覆材料を除去したのち、該
基板結晶を種結晶として炭化珪素単結晶を成長させる成
長工程とを含み、成長させた炭化珪素単結晶を再度基板
結晶として、被覆工程、閉塞工程及び成長工程を少なく
とも一回繰り返し、基板結晶に形成されているマイクロ
パイプ欠陥を閉塞させることを特徴としている。

【００１３】このように、炭化珪素単結晶からなる基板
結晶を被覆材料で覆って熱処理を行えば、基板結晶の内
部でマイクロパイプ欠陥を閉塞させることができる。そ
して、マイクロパイプ欠陥が閉塞した基板結晶を種結晶
として炭化珪素単結晶を成長させた場合には、閉塞され
た部分については炭化珪素単結晶にマイクロパイプ欠陥
が継承されないため、成長させた炭化珪素単結晶を再度
基板結晶に用いて、被覆工程、閉塞工程、成長工程を少
なくと一回繰り返せば、さらにマイクロパイプ欠陥を閉
塞することができる。特に、請求項７に示すように、４
Ｈ多形の炭化珪素単結晶はマイクロパイプ欠陥が閉塞さ
れにくいため、繰り返し閉塞工程を行うことが有効とな
る。

【００１４】請求項２に記載の発明においては、マイク
ロパイプ欠陥（６）を有する炭化珪素単結晶からなる基
板結晶（１）を用意する工程と、基板結晶に形成された
マイクロパイプ欠陥の開口部の少なくとも一方を被覆材
料（５）で被覆する被覆工程と、熱処理を施すことによ
り、基板結晶に存在するマイクロパイプ欠陥を基板結晶
の内部で閉塞させ、マイクロパイプ欠陥の少なくとも一
部を閉塞孔（７）にする閉塞工程とを有し、マイクロパ
イプ欠陥が閉塞孔となった基板結晶の被覆材料を除去し
たのち、再度、被覆工程及び閉塞工程を行う工程を少な
くとも一回繰り返し、基板結晶に形成されているマイク
ロパイプ欠陥を閉塞させることを特徴としている。

【００１５】このように、マイクロパイプ欠陥の閉塞工
程を行った後、被覆工程、閉塞工程を繰り返し行うこと
で、１回目の閉塞工程で閉塞しなかったマイクロパイプ
欠陥も、２回目の閉塞工程で閉塞のための活性化エネル
ギーが低い場所に確率的に被覆層が形成されるために、
より多くのマイクロパイプ欠陥を閉塞することができ
る。

【００１６】なお、請求項３に示すように、閉塞工程で
は、熱処理温度を２２００〜２５００℃とするのが望ま
しい。より好ましくは熱処理温度を２４００℃前後にす
るのがよい。

【００１７】請求項４に記載の発明においては、被覆工
程では、基板結晶のうちの（０００−１）Ｃ面を被覆材
料で被覆することを特徴としている。

【００１８】この（０００−１）Ｃ面は４Ｈ多形の炭化
珪素単結晶を成長させ易い面であるため、この面におい
てマイクロパイプ欠陥を閉塞することにより、閉塞後に
４Ｈ多形の炭化珪素単結晶を成長させるのに好適であ
る。

【００１９】請求項５に記載の発明においては、被覆工
程では、被覆材料の表面に表面保護膜を配置する工程を
含むことを特徴としている。

【００２０】このように、被覆材料の表面に表面保護膜
を配置することにより、被覆材料が熱処理中に熱エッチ
ングによって除去されてしまうことを防止でき、マイク
ロパイプ欠陥を確実に被覆することができる。

【００２１】請求項６に記載の発明においては、閉塞工
程では、被覆材料で被覆された基板結晶を炭化防止材料
で覆った状態で熱処理を行うことを特徴としている。

【００２２】このように、基板結晶を炭化防止材料で覆
うようにすることで、熱処理中に基板結晶が炭化される
ことを防止することができる。この炭化防止材料として
は、ＳｉＣとＳｉを含む粉末などの固体原料、シラン、
プロパンなどの気相原料などが有効である。また、これ
らは、被覆材料５の熱エッチングを防止する効果もあ
る。

【００２３】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００２４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、図に示す
実施形態について説明する。

【００２５】図１に、基板結晶（炭化珪素単結晶）１の
マイクロパイプ欠陥６を閉塞するのに用いる熱処理装置
の概略断面図を示す。

【００２６】熱処理装置は、上部が開口したるつぼ２
と、るつぼ２の開口部を覆う蓋体３により構成されてい
る。これらるつぼ２と蓋体３はグラファイトで構成され
ている。

【００２７】るつぼ２内には、マイクロパイプ欠陥６を
閉塞するための熱処理を再現性良く安定に行うための原
料となる炭化珪素４が収容されている。基板結晶１は蓋
体３上に支持されるようになっており、るつぼ２の開口
部を蓋体３で覆ったときに、基板結晶１が炭化珪素４に
対向配置されるようになっている。以下、基板結晶１の
両表面のうち載置面側を載置面側表面といい、載置面の
反対側を非載置面側表面という。

【００２８】なお、図１において図示していないが、る
つぼ２の外周には、グラファイト製の抵抗発熱体が配置
されており、この抵抗発熱体によってるつぼ２内の温
度、具体的には基板結晶１の温度や炭化珪素４の温度が
調整可能となっている。また、図示されていないが、る
つぼ２は雰囲気の圧力を調整できる容器内に入れられて
おり、るつぼ２内への不活性ガス等の導入や、雰囲気圧
力の調整が可能となっている。

【００２９】図１の基板結晶１の近傍を拡大したものを
図２に示す。図２に示すように、基板結晶１の少なくと
も一方の表面（本図では非載置面側）を被覆材料５で覆
っている。例えば、基板結晶１の（０００−１）Ｃ面を
被覆材料５で覆うようにしている。このようなＣ面（カ
ーボン面）は、４Ｈ多形を安定に成長させる結晶面であ
るため、Ｃ面においてマイクロパイプ欠陥６を閉塞すれ
ば、閉塞した後に閉塞された基板を種結晶として４Ｈ多
形の炭化珪素単結晶を成長させるのに好適である。

【００３０】この被覆材料５は、後述するマイクロパイ
プ欠陥閉塞のための熱処理に先立って、例えば、化学蒸
着（ＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法やス
パッタ蒸着法や昇華法などの気相成長法、液相エピタキ
シー（ＬＰＥ）法などの液相成長法によって予め基板結
晶１上に堆積させたものである。

【００３１】被覆材料５には基板結晶１と同じ結晶形の
ＳｉＣ、異種多形のＳｉＣいずれも適用可能であるが、
基板結晶１の材料が六方晶形炭化珪素単結晶の場合、立
方晶（３Ｃ多形）の炭化珪素エピタキシャル膜が適して
いる。

【００３２】この他、被覆材料５として、ＳｉＣ多結晶
体、ＳｉＣ焼結体、アモルファスＳｉＣ、カーボン材料
（例えば黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレン
等）、珪素を含む材料とカーボン材料の複合体、及び高
融点物質（例えば、タングステン、炭化タングステン、
窒化ホウ素等）を適用することもできる。

【００３３】なお、図１、図２では、基板結晶１の非載
置面側表面を被覆材料５で覆っているが、基板結晶１の
両表面の少なくとも一方を被覆材料５で覆っていればよ
く、必ずしも非載置面側表面である必要はないが非載置
面側表面であることが望ましい。また、後述する熱処理
に先立って被覆材料５を基板結晶１上に形成させてもよ
いが、熱処理工程中に基板結晶１の表面に形成させても
よい。

【００３４】この被覆材料５は、数μｍ〜数ｍｍの範囲
で選択することができるが、マイクロパイプ欠陥閉塞の
ための熱処理条件の自由度と製造コストを考慮すると、
数１０μｍ〜数１００μｍの範囲で選択することが好ま
しい。

【００３５】また、基板結晶１の厚さも任意に選択可能
であるが、基板結晶１を厚くした方がよりマイクロパイ
プ欠陥がないものを一度に多く形成できること、さらに
基板結晶１が薄すぎると変形、破損の可能性があり製造
プロセス中の操作性に難点があるということを考慮する
と、少なくとも１００μｍ以上とするのが望ましい。

【００３６】このように構成される基板結晶１を図１に
示す熱処理装置内に配置したのち、熱処理を施す。

【００３７】このとき、熱処理の温度条件としては、基
板結晶１の温度を、１８００〜２５００℃の範囲となる
ようにする。特に基板結晶１が４Ｈ多形の場合、基板結
晶１の温度が２２００〜２５００℃の範囲となるように
通常の昇華法よりも比較的高温な熱処理温度としてい
る。このような温度範囲とした理由は、２２００℃より
も低温であるとマイクロパイプ欠陥６が閉塞しにくいと
いう問題があり、２５００℃よりも高温であると基板結
晶１が炭化するという問題があるためである。このよう
な熱処理温度を選択することにより、基板結晶１の構成
原子の気相拡散、固相拡散、表面拡散が促進され、閉塞
速度を向上させることが可能になる。なお、後述する実
施例で示すように、種々の実験によれば、２４００℃前
後の温度がマイクロパイプ欠陥閉塞に最も適した熱処理
温度であった。

【００３８】そして、基板結晶１として、例えば、６Ｈ
多形、４Ｈ多形のものを用いて上記条件の熱処理を施し
た。このマイクロパイプ欠陥６の閉塞工程を行った後の
様子を図３に示す。この図は、基板結晶１として６Ｈ多
形のものを用いたときのマイクロパイプ欠陥閉塞工程後
の断面を示したものである。

【００３９】この図に示されるように、基板結晶１とし
て６Ｈ多形のものを用いた場合には、基板結晶１の表面
に開口を有していたマイクロパイプ欠陥６のすべてが基
板結晶１の表面の少なくとも一方向から閉塞された閉塞
孔７となっていた。

【００４０】マイクロパイプ欠陥６が閉塞されるメカニ
ズムについては、以下のように推測される。

【００４１】マイクロパイプ欠陥６は大きなバーガース
ベクトルを有するらせん転位芯が、大きな弾性歪みエネ
ルギーを緩和するために中空貫通孔になったものと考え
られている（Ｆ．Ｃ．Ｆｒａｎｋ．Ａｃｔａ．Ｃｒｙｓ
ｔ．４（１９５１）４９７参照）。

【００４２】マイクロパイプ欠陥６の閉塞現象は上記マ
イクロパイプ欠陥６のメカニズムとは逆の現象が起きて
いると推定される。マイクロパイプ欠陥６の閉塞推定モ
デルを図４を用いて説明する。

【００４３】被覆材料５として３Ｃ−ＳｉＣエピタキシ
ャル膜が形成されたマイクロパイプ欠陥６を含む基板結
晶１が黒鉛製の蓋体３に設置されている場合を考える
（図４（ａ））。この状態で図１に示した熱処理装置内
に配置し、適当な温度・圧力条件にて熱処理を行うと、
その温度における平衡蒸気圧を保つために、マイクロパ
イプ欠陥６の周辺、３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜及び
蓋体のグラファイトから、Ｓｉ、ＳｉＣ₂、Ｓｉ₂Ｃ等
の蒸気種が図中の矢印のように昇華する。（図４
（ｂ））。

【００４４】その後、現在まだ理由は明らかでないが、
閉塞箇所の透過電子顕微鏡観察結果から、黒鉛製の蓋体
３との界面及び被覆材との界面において、大きなバーガ
ースベクトルを有するらせん転位（Super Screw Disl
ocation）から形成されるマイクロパイプ欠陥６が分解
されて、１ｃ（６Ｈ−ＳｉＣの場合、ｃ＝１．５ｎｍ
で、ｃは単位格子のｃ軸長に対応する。）以下のバーガ
ースベクトルを有する数本のらせん転位の集合体（積層
欠陥、刃状転位を含む）となるとともに、中空孔にＳｉ
Ｃが析出したと推定される。

【００４５】なぜなら、その箇所においては、表面を有
する中空孔であるよりＳｉＣが析出した方が、表面を形
成していることによる表面エネルギー不利が解消され、
さらに、環境相（気相）の分子が結晶中に組み込まれる
ことによる自由エネルギーの低下が、ＳｉＣの析出によ
って生じる結晶中の歪みエネルギーによる損失を上回る
ため、全系として自由エネルギーの利得がある。このた
め、昇華−再析出（／再配列）が進行したと推定される
（図４（ｃ）（ｄ））。

【００４６】なお、閉塞のための原子の移動（拡散）は
気相を介して行われるよう説明したが、空孔、格子間原
子を介した固体内拡散、マイクロパイプ欠陥内壁表面の
表面拡散によって行われるメカニズムも考えられ得る。

【００４７】本実施形態のマイクロパイプ欠陥６を有す
る炭化珪素単結晶１の少なくとも一方の面を被覆材料５
で被覆して（黒鉛製蓋体３に設置しただけの場合も含
む）熱処理を行うことがマイクロパイプ欠陥６（らせん
転位）のバーガースベクトルを分解する役目を果たし、
結果的にマイクロパイプ欠陥６が閉塞されて閉塞孔７と
なる効果を奏したと推定される。

【００４８】一方、基板結晶１として４Ｈ多形のものを
用いた場合には、複数のマイクロパイプ欠陥６のうち閉
塞されたものもあれば、閉塞されていないものもあっ
た。

【００４９】つまり、６Ｈ多形の場合には、被覆材料５
はマイクロパイプ欠陥閉塞現象においてマイクロパイプ
欠陥６の閉塞の活性化エネルギーを低下させるという意
味で触媒的な作用を果たしていると考えられるが、４Ｈ
多形の場合、被覆材料５が明確な触媒作用を果たしてい
ないようである。

【００５０】しかも、６Ｈ多形の場合とは異なり、４Ｈ
多形の場合は、一旦閉塞が始まっても容易に閉塞が進行
しない。これは、４Ｈ多形の結晶中と６Ｈ多形の結晶中
のマイクロパイプ欠陥６において、それらの構成転位
（らせん転位、刃状転位）および内部歪みエネルギーに
差があるため、多形間や各マイクロパイプ欠陥６の間の
少なくとも一方において、若しくは一本のマイクロパイ
プ欠陥６においてもマイクロパイプ欠陥閉塞の活性化エ
ネルギーが異なることを示唆している。４Ｈ多形のもの
について実験したところ、マイクロパイプ欠陥６が破線
状に閉塞しており、このことからもマイクロパイプ欠陥
閉塞の活性化エネルギーが異なると考えられる。

【００５１】そこで、マイクロパイプ欠陥６を完全に閉
塞するために閉塞工程の後にさらに以下の工程を行う。

【００５２】まず、上記熱処理装置から基板結晶１を取
り出し、基板結晶１から被覆材料５を除去したのち、基
板結晶１を種結晶として、昇華法などにより基板結晶１
に炭化珪素単結晶を成長させる。

【００５３】このとき、基板結晶１を種結晶として成長
させた炭化珪素単結晶（成長層）には、基板結晶１で閉
塞されたマイクロパイプ欠陥６は継承されず、閉塞され
てなかったマイクロパイプ欠陥６のみが継承される。

【００５４】このため、基板結晶１として６Ｈ多形のも
のを用いた場合には、マイクロパイプ欠陥６が成長層に
継承されず、４Ｈ多形のものを用いた場合においても、
マイクロパイプ欠陥６が閉塞されなかった部分について
だけマイクロパイプ欠陥６が成長層に継承される。

【００５５】この後、成長させた炭化珪素単結晶を切り
出し、この切り出した炭化珪素単結晶を再度基板結晶１
として、上記閉塞工程を繰り返す。すなわち、切り出し
た基板結晶１の少なくとも一方の表面を被覆材料５で覆
い、その後、上記条件の熱処理を行う。

【００５６】これにより、基板結晶１として４Ｈ多形の
ものを用いた場合においても、１度目の熱処理時には閉
塞されなかったマイクロパイプ欠陥６が閉塞される。こ
のように、一旦閉塞されたマイクロパイプ欠陥６が成長
層に継承されない現象を利用することにより、１度のマ
イクロパイプ欠陥閉塞工程によってマイクロパイプ欠陥
６が完全に閉塞されなくても、成長層を再度基板結晶１
としてマイクロパイプ欠陥閉塞工程を施すことで、より
すべてのマイクロパイプ欠陥６を閉塞することができ
る。

【００５７】そして、これまで困難だった４Ｈ結晶中の
マイクロパイプ欠陥６を閉塞することができるため、多
形を問わず、マイクロパイプ欠陥６が実質的に存在しな
い炭化珪素単結晶を製造することができる。

【００５８】なお、ここでは、２度のマイクロパイプ欠
陥閉塞工程を行う場合を示しているが、２度行ってもマ
イクロパイプ欠陥６が完全に閉塞しない場合には、３度
以上マイクロパイプ欠陥閉塞工程を繰り返し行うことに
よって、基板結晶１として４Ｈ多形のものを用いた場合
にもマイクロパイプ欠陥６を完全に閉塞することができ
る。また、上述したように、４Ｈ多形の場合にはマイク
ロパイプ欠陥６が閉塞されにくいため上記閉塞工程を繰
り返し行うことが特に有効であるが、６Ｈ多形やその他
の多形の場合においても、１度のマイクロパイプ欠陥閉
塞工程で完全にマイクロパイプ欠陥６が閉塞されなかっ
た場合が有り得るため、このような場合には上記閉塞工
程を繰り返し行うことが有効である。

【００５９】このようにして得られた基板結晶１からマ
イクロパイプ欠陥６が存在しない領域（（０００１）面
に平行な基板若しくはｏｆｆ−ａｘｉｓ基板）を切り出
すことによって、全くマイクロパイプ欠陥６のない基板
結晶１を得ることができる。こうして得られた基板結晶
は、そのまま高性能の高耐圧、高周波数、高速、耐環境
デバイス用の基板として供することができる。また、マ
イクロパイプ欠陥６が閉塞された基板結晶１を再び昇華
法の種結晶として供することも可能であり、これにより
得られた炭化珪素単結晶インゴットから数多くの基板を
切り出して加工処理することで、炭化珪素単結晶基板の
製造コストの大幅な低減を図ることができる。

【００６０】そして、一旦成長によって生じたマイクロ
パイプ欠陥６を、その基板中やその基板を種結晶として
成長させた単結晶基板中で閉塞できるため、基板の大口
径化プロセス、すなわち、基板口径を順次拡大するため
の数多くの成長実験に多大な労力を要する必要がなくな
り、製造コストを大幅に削減することができる。

【００６１】本実施形態の変形例として、被覆材料５の
上にさらに表面保護部材を配置した状態で上記熱処理を
行うようにしてもよい。このように、表面保護部材を被
覆材料５上に配置すると、熱処理の際、被覆材料５が熱
エッチングにより昇華して消失してしまうことがなく、
マイクロパイプ欠陥６の開口部が、被覆材料５によって
隙間なく塞がれた状態を熱処理時に実現できるため、マ
イクロパイプ欠陥６を確実に閉塞させることができる。
また、閉塞孔７を形成した後、被覆材料５を除去する際
に、被覆材料５や炭化珪素単結晶の厚さが熱処理前と比
べて変化しないため除去量が正確にわかり、閉塞孔７ま
で除去してしまうことを防止できる。

【００６２】表面保護部材の材料としては、タングステ
ン、タンタルなどの高融点金属、黒鉛などのカーボン材
料、炭化珪素基板あるいは炭化珪素粉末などの高融点物
質を用いることができる。これらの材料は熱処理温度に
おいても比較的安定であるので表面保護部材として好ま
しい。

【００６３】また、熱処理において基板結晶１が炭化し
ないように、基板結晶１の近傍に炭化防止材料を配置し
てもよい。図５に炭化防止材料を配置した熱処理装置の
簡略断面図を示す。炭化防止材料として、例えば、Ｓｉ
ＣとＳｉを含む粉末などの固体原料、シラン、プロパン
などの気相原料などを用いることができる。また、これ
らは、被覆材料５の熱エッチングを防止する効果もあ
る。

【００６４】（第２実施形態）上記第１実施形態では、
マイクロパイプ欠陥６を閉塞した基板結晶１の上に炭化
珪素単結晶を成長させ、この成長させた炭化珪素単結晶
を切り出したものを再度基板結晶１に用いてマイクロパ
イプ欠陥閉塞工程を繰り返すようにしているが、本実施
形態のようにしてもよい。

【００６５】まず、第１実施形態と同様に、被覆材料５
によって被覆した基板結晶１に対してマイクロパイプ欠
陥閉塞工程を行い、基板結晶１のマイクロパイプ欠陥６
を閉塞する。これにより、まだすべてのマイクロパイプ
欠陥６が閉塞していない基板結晶１が得られる。

【００６６】次に、基板結晶１のうち、マイクロパイプ
欠陥６が閉塞された領域を切り出し、この切り出した表
面に再度被覆材料５を配置する。このようにすること
で、被覆材料５によって被覆する位置を変化させること
ができる。

【００６７】すなわち、第１実施形態において説明した
ように、１本のマイクロパイプ欠陥６においてもその場
所毎に閉塞の活性化エネルギーが異なるため、マイクロ
パイプ欠陥６の被覆位置を変化させることによって、閉
塞の活性化エネルギーを低下させることが可能となり、
よりすべてのマイクロパイプ欠陥６を閉塞することがで
きる。

【００６８】そして、上記熱処理条件にてマイクロパイ
プ欠陥閉塞工程を行う。これにより、まだすべてのマイ
クロパイプ欠陥６が完全に閉塞していなければ、また基
板結晶１の表面を切り出し、マイクロパイプ欠陥閉塞工
程を繰り返す。

【００６９】このようにすることで、基板結晶１の厚み
内でマイクロパイプ欠陥６を完全に閉塞することができ
る。このようにマイクロパイプ欠陥６が閉塞された基板
結晶１も第１実施形態と同様に高性能デバイスに使用し
たり、炭化珪素単結晶成長用の種結晶として用いること
ができる。

【００７０】本実施形態においても、第１実施形態の変
形例で示したように、被覆材料５の表面を表面保護部材
で覆う、及び基板結晶１の近傍に炭化防止材料を配置す
るようにすれば、上記と同様の効果を得ることができ
る。

【００７１】なお、マイクロパイプ欠陥閉塞のための熱
処理装置として、図１に示すように、蓋体３が位置する
るつぼ２の上部に基板結晶１を配置し、下部に炭化珪素
４を配置する場合について説明したが、これ以外の装
置、例えば図５に示すように炭化防止材料４で基板結晶
１を覆うようにしてもよい。また、るつぼ２の上部に炭
化珪素４、下部に基板結晶１を配置する場合についても
適用可能である。また、縦型の熱処理装置について述べ
たが、横型の熱処理装置にも適用可能である。さらに、
加熱方式も従来周知の高周波誘導加熱方式を用いても同
様な効果が得られる。

【００７２】なお、基板結晶１が炭化珪素の場合につい
て述べたが、それ以外の結晶、例えば、ＺｎＳ等の中空
貫通欠陥を有する材料にも上記方法を適用することがで
きる。

【００７３】

【実施例】以下、本実施形態における実施例について具
体的に説明する。

【００７４】（実施例１）本実施例は、上記第１実施形
態を具体的に実験したものである。

【００７５】まず欠陥密度が約５０ｃｍ^-2のマイクロパ
イプ欠陥６を有する厚さ３００μｍの４Ｈ多形のＳｉＣ
単結晶で構成された基板結晶１を用意し、この基板結晶
１のＣ面に被覆材料５として３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシ
ャル膜をＣＶＤ法を用いて約１５μｍの厚さで形成し
た。

【００７６】微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥６
の開口部は３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシャル膜によって隙
間なく塞がれていた。なお、基板結晶１の表面は（００
０１）ジャスト面を用いており、３Ｃ−ＳｉＣのエピタ
キシャル膜は（１１１）面を成長面として成膜されてい
る。

【００７７】次に、上記被覆材料５の表面に表面保護部
材として厚さ約８００μｍのグラファイト板をカーボン
系接着剤で固定した状態で、基板結晶１を図１に示した
熱処理装置に配置した。マイクロパイプ欠陥閉塞熱処理
工程として、雰囲気圧力が６．６７×１０⁴Ｐａ（５０
０Ｔｏｒｒ）、基板結晶１の温度が２３９０℃、炭化珪
素４と基板結晶１の間の温度差が１０℃（炭化珪素４の
温度＝２４００℃）となるようにして２４時間の熱処理
を行った。

【００７８】このような工程を経て得られた基板結晶を
（０００１）面に平行に鏡面研磨した後、微分干渉顕微
鏡と偏光顕微鏡を用いてその表面を詳細に観察した。そ
の結果、マイクロパイプ欠陥６のうち開口部が結晶表面
から露出していたものは全体の約２０％であり、残り約
８０％は鏡面研磨面において開口部を持たない状態、す
なわち完全に塞がれた状態になっていた。

【００７９】このような工程で得られた基板結晶１を種
結晶として、昇華法成長を行った。その後、得られた４
Ｈ多形の単結晶インゴットから基板結晶２を切り出し、
鏡面研磨した後、偏光顕微鏡を用いてマイクロパイプ欠
陥密度を評価した。その結果、マイクロパイプ欠陥密度
は、マイクロパイプ欠陥閉塞工程を施す前には約５０ｃ
ｍ^-2であったのが約１０ｃｍ^-2に減少していた。

【００８０】そして、上記全工程を再度繰り返した結
果、最終的にマイクロパイプ欠陥密度が約１ｃｍ^-2まで
減少した。

【００８１】（実施例２）本実施例は、上記第２実施形
態を具体的に実験したものである。

【００８２】まず欠陥密度が約５０ｃｍ^-2のマイクロパ
イプ欠陥６を有する厚さ３００μｍの４Ｈ多形のＳｉＣ
単結晶で構成された基板結晶１を用意し、この基板結晶
１のＣ面に被覆材料５として３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシ
ャル膜をＣＶＤ法を用いて約１５μｍの厚さで形成し
た。

【００８３】微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥６
の開口部は３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシャル膜によって隙
間なく塞がれていた。なお、基板結晶１の表面は（００
０１）ジャスト面を用いており、３Ｃ−ＳｉＣのエピタ
キシャル膜は（１１１）面を成長面として成膜されてい
る。

【００８４】次に、上記被覆材料５の表面に表面保護部
材として厚さ約８００μｍのグラファイト板をカーボン
系接着剤で固定した状態で、基板結晶１を図１に示した
熱処理装置に配置した。マイクロパイプ欠陥閉塞熱処理
工程として、雰囲気圧力が６．６７×１０⁴Ｐａ、基板
結晶１の温度が２２３０℃、炭化珪素４と基板結晶１の
間の温度差が６０℃（炭化珪素４の温度＝２２９０℃）
となるようにして２４時間の熱処理を行った。

【００８５】このような工程を経て得られた基板結晶を
（０００１）面に平行に鏡面研磨した後、微分干渉顕微
鏡と偏光顕微鏡を用いてその表面を詳細に観察した。そ
の結果、マイクロパイプ欠陥６のうち開口部が結晶表面
に露出していたものは全体の約４５％であり、残り約５
５％は鏡面研磨面において開口部を持たない状態、すな
わち完全に塞がれた状態になっていた。

【００８６】このような工程で得られた基板結晶１を用
いて、再度上記プロセスを繰り返した。その後、得られ
た基板結晶１を（０００１）面に平行に鏡面研磨した
後、微分干渉顕微鏡と偏光顕微鏡を用いてその表面を詳
細に観察した。その結果、マイクロパイプ欠陥６のうち
開口部が結晶表面から露出していたものは全体の約２５
％であり、残り約７５％のものは鏡面研磨面において開
口部を持たない状態、すなわち完全に塞がれた状態にな
っていた。

【００８７】以上のプロセスをさらに２回繰り返すこと
によって、最終的なマイクロパイプ欠陥密度は約５ｃｍ
^-2まで減少した。

【００８８】（実施例３）本実施例は、実施例１に対し
て、図５に示す熱処理装置を用いた場合を示している。

【００８９】まず欠陥密度が約５０ｃｍ^-2のマイクロパ
イプ欠陥６を有する厚さ３００μｍの４Ｈ多形のＳｉＣ
単結晶で構成された基板結晶１を用意し、この基板結晶
１のＣ面に被覆材料５として３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシ
ャル膜をＣＶＤ法を用いて約１５μｍの厚さで両面に形
成した。

【００９０】微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥６
の開口部は３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシャル膜によって隙
間なく塞がれていた。なお、基板結晶１の表面は（００
０１）ジャスト面を用いており、３Ｃ−ＳｉＣのエピタ
キシャル膜は（１１１）面を成長面として成膜されてい
る。

【００９１】次に、基板結晶１を図５に示した熱処理装
置に配置した。マイクロパイプ欠陥閉塞熱処理工程とし
て、雰囲気圧力が６．６７×１０⁴Ｐａ（５００Ｔｏｒ
ｒ）、基板結晶１の温度が２３９０℃、炭化防止材料４
としてのＳｉＣとＳｉの混合粉末と基板結晶１の間の温
度差が数℃（炭化防止材料４の温度＝２４００℃）とな
るようにして２４時間の熱処理を行った。

【００９２】このような工程を経て得られた基板結晶を
（０００１）面に平行に鏡面研磨した後、微分干渉顕微
鏡と偏光顕微鏡を用いてその表面を詳細に観察した。そ
の結果、マイクロパイプ欠陥６のうち開口部が結晶表面
から露出していたものは全体の約１０％であり、残り約
９０％は鏡面研磨面において開口部を持たない状態、す
なわち完全に塞がれた状態になっていた。

【００９３】このような工程で得られた基板結晶１を種
結晶として、昇華法成長を行った。その後、得られた４
Ｈ多形の単結晶インゴットから基板結晶２を切り出し、
鏡面研磨した後、偏光顕微鏡を用いてマイクロパイプ欠
陥密度を評価した。その結果、マイクロパイプ欠陥密度
は、マイクロパイプ欠陥閉塞工程を施す前には約５０ｃ
ｍ^-2であったのが約５ｃｍ^-2に減少していた。

【００９４】そして、上記全工程を再度繰り返した結
果、最終的にマイクロパイプ欠陥密度が約０．５ｃｍ^-2
まで減少した。

【００９５】（実施例４）本実施例は、実施例１に対し
て被覆材料５の表面保護部材を用いなかった場合を示し
ている。

【００９６】まず欠陥密度が約５０ｃｍ^-2のマイクロパ
イプ欠陥６を有する厚さ３００μｍの４Ｈ多形のＳｉＣ
単結晶で構成された基板結晶１を用意し、この基板結晶
１のＣ面に被覆材料５として３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシ
ャル膜をＣＶＤ法を用いて約１５μｍの厚さで形成し
た。

【００９７】微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥６
の開口部は３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシャル膜によって隙
間なく塞がれていた。なお、基板結晶１の表面は（００
０１）ジャスト面を用いており、３Ｃ−ＳｉＣのエピタ
キシャル膜は（１１１）面を成長面として成膜されてい
る。

【００９８】次に、上記第１実施例で用いた被覆材料５
の表面保護部材を用いずに、基板結晶１を図１に示した
熱処理装置に配置した。マイクロパイプ欠陥閉塞熱処理
工程として、雰囲気圧力が６．６７×１０⁴Ｐａ、基板
結晶１の温度が２３９０℃、炭化珪素４と基板結晶１の
間の温度差が１０℃（炭化珪素４の温度＝２４００℃）
となるようにして２４時間の熱処理を行った。

【００９９】このような工程を経て得られた基板結晶１
を（０００１）面に平行に鏡面研磨した後、微分干渉顕
微鏡と偏光顕微鏡を用いてその表面を詳細に観察した。
その結果、マイクロパイプ欠陥６のうち開口部が結晶表
面から露出していたものは全体の約８５％であり、残り
約１５％が鏡面研磨面において開口部を持たない状態、
すなわち完全に塞がれた状態になっていた。

【０１００】このような工程で得られた基板結晶１を種
結晶として、昇華法成長を行った。その後、得られた４
Ｈ多形の単結晶インゴットから基板結晶２を切り出し、
鏡面研磨した後、偏光顕微鏡を用いてマイクロパイプ欠
陥密度を評価した。その結果、マイクロパイプ欠陥密度
は、マイクロパイプ欠陥閉塞工程を施す前には約５０ｃ
ｍ^-2であったのが約４５ｃｍ^-2に減少しただけであっ
た。

【０１０１】そして、上記全工程を再度、繰り返した結
果、最終的にマイクロパイプ欠陥密度が約４０ｃｍ^-2ま
で僅かに減少した。

【０１０２】このように、表面保護部材がない場合にも
マイクロパイプ欠陥６が閉塞されるが、被覆材料５が熱
エッチングされるため、表面保護部材がある場合と比べ
てマイクロパイプ欠陥６の閉塞が十分でないといえる。

【０１０３】（実施例５）本実施例は、上記実施形態に
おける熱処理の温度条件よりも比較的低温で熱処理を行
った場合である。

【０１０４】まず欠陥密度が約５０ｃｍ^-2のマイクロパ
イプ欠陥６を有する厚さ３００μｍの４Ｈ多形のＳｉＣ
単結晶で構成された基板結晶１を用意し、この基板結晶
１のＣ面に被覆材料５として３Ｃ−ＳｉＣのエピタキシ
ャル膜をＣＶＤ法を用いて約１５μｍの厚さで形成し
た。

【０１０５】微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥６
の開口部は３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜によって隙間
なく塞がれていた。なお、基板結晶１の表面は（０００
１）ジャスト面を用いており、３Ｃ−ＳｉＣエピタキシ
ャル膜は（１１１）面を成長面として成膜されている。

【０１０６】次に、上記被覆材料５の表面に厚さ約８０
０μｍのグラフィト板をカーボン系接着剤で固定した状
態で、基板結晶１を図１に示した熱処理装置に配置し
た。マイクロパイプ欠陥閉塞熱処理工程として、雰囲気
圧力が６．６５×１０⁴Ｐａ、基板結晶１の温度が２１
００℃、炭化珪素４と基板結晶１の間の温度差が１０℃
となるようにして２４時間の熱処理を行った。

【０１０７】このような工程を経て得られた基板結晶を
（０００１）面に平行に鏡面研磨した後、微分干渉顕微
鏡と偏光顕微鏡を用いてその表面を詳細に観察した。そ
の結果、マイクロパイプ欠陥６のうち開口部が結晶表面
から露出していたものは全体の約８０％であり、残り約
２０％は鏡面研磨面において開口部を持たない状態、す
なわち完全に塞がれた状態になっていた。

【０１０８】このような工程で得られた基板結晶１を種
結晶として、昇華法成長を行った。その後、得られた４
Ｈ多形の単結晶インゴットから基板結晶２を切り出し、
鏡面研磨した後、偏光顕微鏡を用いてマイクロパイプ欠
陥密度を評価した。その結果、マイクロパイプ欠陥密度
は、マイクロパイプ欠陥閉塞工程を施す前には約５０ｃ
ｍ^-2であったのが約４０ｃｍ^-2に減少していた。

【０１０９】そして、上記全工程を再度、繰り返した結
果、最終的にマイクロパイプ欠陥密度が約３０ｃｍ^-2ま
で減少した。

【０１１０】このように、上記温度条件より比較的低温
であってもマイクロパイプ欠陥６を閉塞する効果が得ら
れるが、第１実施形態で示した温度条件とするのが好適
であるといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を適用する熱処理装置内
に基板結晶１を配置したときの図である。

【図２】図１に示す基板結晶１の近傍を拡大した図であ
る。

【図３】マイクロパイプ欠陥閉塞工程としての熱処理を
行った後における基板結晶１の様子を示す図である。

【図４】マイクロパイプ欠陥閉塞のメカニズムを説明す
るための図である。

【図５】炭化防止材料を配置した熱処理装置を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１…基板結晶、２…るつぼ、３…蓋体、４…炭化珪素原
料、５…被覆材料、６…マイクロパイプ欠陥、７…閉塞
孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山尚宏愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者谷俊彦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者神谷信雄愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者廣瀬富佐雄愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 4G077 AA10 BE08 DA01 DB01 ED01 FE07 FE11 FE19 5F045 AB06 AF02 AF12 BB12 HA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロパイプ欠陥（６）を有する炭化
珪素単結晶からなる基板結晶（１）を用意する工程と、前記基板結晶に形成された前記マイクロパイプ欠陥の開
口部の少なくとも一方を被覆材料（５）で被覆する被覆
工程と、熱処理を施すことにより、前記基板結晶に存在する前記
マイクロパイプ欠陥を前記基板結晶の内部で閉塞させ、
前記マイクロパイプ欠陥の少なくとも一部を閉塞孔
（７）にする閉塞工程と、前記マイクロパイプ欠陥の一部が閉塞孔となった前記基
板結晶の前記被覆材料を除去したのち、該基板結晶を種
結晶として炭化珪素単結晶を成長させる成長工程とを含
み、前記成長させた炭化珪素単結晶を再度基板結晶として、
前記被覆工程、前記閉塞工程及び成長工程を少なくとも
一回繰り返し、該基板結晶に形成されているマイクロパ
イプ欠陥を閉塞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２】マイクロパイプ欠陥（６）を有する炭化
珪素単結晶からなる基板結晶（１）を用意する工程と、前記基板結晶に形成されたマイクロパイプ欠陥の開口部
の少なくとも一方を被覆材料（５）で被覆する被覆工程
と、熱処理を施すことにより、前記基板結晶に存在する前記
マイクロパイプ欠陥を前記基板結晶の内部で閉塞させ、
前記マイクロパイプ欠陥の少なくとも一部を閉塞孔
（７）にする閉塞工程とを有し、前記マイクロパイプ欠陥が閉塞孔となった前記基板結晶
の前記被覆材料を除去したのち、再度、前記被覆工程及
び前記閉塞工程を行う工程を少なくとも一回繰り返し、
前記基板結晶に形成されているマイクロパイプ欠陥を閉
塞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３】前記閉塞工程では、前記熱処理温度を２
２００〜２５００℃とすることを特徴とする請求項１又
は２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項４】前記被覆工程では、前記基板結晶のうち
の（０００−１）Ｃ面を前記被覆材料で被覆することを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の炭化
珪素単結晶の製造方法。
【請求項５】前記被覆工程では、前記被覆材料の表面
に、該被覆材料が熱エッチングされることを防止するた
めの表面保護膜を配置する工程を含むことを特徴とする
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶
の製造方法。
【請求項６】前記閉塞工程では、前記被覆材料で被覆
された前記基板結晶を炭化防止材料で覆った状態で前記
熱処理を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
か１つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項７】前記基板結晶として４Ｈ多形の炭化珪素
単結晶を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいず
れか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか一つに記載の
炭化珪素単結晶製造方法を用いて製造された、マイクロ
パイプ欠陥が閉塞された閉塞孔を有する基板結晶を種結
晶として、該種結晶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。