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JP2015093810A - Production method of silicon carbide single crystal and production apparatus of silicon carbide single crystal - Google Patents

Production method of silicon carbide single crystal and production apparatus of silicon carbide single crystal Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of a silicon carbide single crystal and a production apparatus of the silicon carbide single crystal capable of obtaining a high-quality silicon carbide single crystal.SOLUTION: A SiC single crystal is grown on a first seed crystal 50a comprising silicon carbide, and the SiC single crystal is cut to form a base end part 51c, a tip part 51a and an intermediate part 51b. Then, the intermediate part 51b is taken out, and the base end part 51c and the tip part 51a are bonded together to form a second seed crystal 50b, and the SiC single crystal is grown from a growth surface 52 thereof.

Description

本発明は、炭化珪素単結晶の製造方法及び炭化珪素単結晶の製造装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide single crystal and an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal.

炭化珪素(以下、SiCとも称する)は、Siと比べてバンドギャップが約3倍、飽和ドリフト速度が約2倍、絶縁破壊電界強度が約10倍と優れた物性値を有し、大きな熱伝導率を有する半導体であることから、現在用いられているSi単結晶半導体の性能を大きく凌駕する次世代の高電圧・低損失半導体素子を実現する材料として期待されている。   Silicon carbide (hereinafter also referred to as SiC) has excellent physical properties such as a band gap of about 3 times, a saturation drift velocity of about 2 times, and a breakdown electric field strength of about 10 times that of Si, and a large thermal conductivity. Therefore, it is expected as a material for realizing a next-generation high-voltage / low-loss semiconductor device that greatly surpasses the performance of currently used Si single crystal semiconductors.

SiC単結晶を製造する方法の一つとして、HTCVD法等のガス成長法が知られている(例えば、特許文献1参照)。ガス成長法では、種結晶に原料ガスを供給し続ければ、理論的には、いくらでも長尺なSiC単結晶を製造することができる。SiC単結晶を高速で長尺に成長させることができれば、その価格を低減することができる。   As one of methods for producing an SiC single crystal, a gas growth method such as an HTCVD method is known (for example, see Patent Document 1). In the gas growth method, as long as the source gas is continuously supplied to the seed crystal, a long SiC single crystal can be produced in theory. If the SiC single crystal can be grown long at high speed, the price can be reduced.

しかし、実際には、装置の制約上、所定長に達したところでSiC単結晶を取り出す必要がある。したがって、SiC単結晶を取り出し、種結晶を配置し、結晶成長を行うことを繰り返す必要がある。   However, in practice, it is necessary to take out the SiC single crystal when a predetermined length is reached due to restrictions on the apparatus. Therefore, it is necessary to repeatedly take out the SiC single crystal, place the seed crystal, and perform crystal growth.

ここで、種結晶は、平板状のSiCからなる。種結晶の表面(成長面)に、温度勾配がある場合、例えば周縁部が高温、中央部が低温であるような温度勾配がある場合、高温部では成長があまり進まず、低温部では成長が進行する。そして、このような成長が進行して成長面の形状が等温面(凸曲面)に一致すると、成長面全体が成長する。   Here, the seed crystal is made of tabular SiC. When there is a temperature gradient on the surface (growth surface) of the seed crystal, for example, when there is a temperature gradient such that the peripheral part is high temperature and the central part is low temperature, the growth does not progress much in the high temperature part, and the growth does not proceed. When such growth proceeds and the shape of the growth surface coincides with the isothermal surface (convex curved surface), the entire growth surface grows.

すなわち、平板状の種結晶を用いると、成長初期において成長面が等温面に沿わない状態で結晶成長することになる。このとき、SiC単結晶に転位が発生するおそれがある。また、成長面が等温面に沿うまでに一定時間を要してしまい、製造時間の短縮化が妨げられる。   That is, when a plate-like seed crystal is used, the crystal grows in a state where the growth surface is not along the isothermal surface at the initial stage of growth. At this time, dislocation may occur in the SiC single crystal. In addition, it takes a certain time for the growth surface to be along the isothermal surface, which hinders shortening of the manufacturing time.

なお、このような問題は、ガス成長法に限らず、昇華法や液相法にも同様に存在する。   Such a problem exists not only in the gas growth method but also in the sublimation method and the liquid phase method.

特開2012−240894号公報JP2012-240894A

本発明は、上記事情に鑑み、高品位の炭化珪素単結晶を得ることができる炭化珪素単結晶の製造方法及び炭化珪素単結晶の製造装置を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a silicon carbide single crystal manufacturing method and a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus capable of obtaining a high-quality silicon carbide single crystal.

上記目的を達成するための第1の態様は、炭化珪素からなる第1の種結晶に炭化珪素単結晶を成長させ、前記炭化珪素単結晶を切断して前記第1の種結晶側の基端部及び成長面側の先端部を形成し、前記基端部又は前記先端部を第2の種結晶とし、前記基端部の切断面又は前記先端部の成長面から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にある。   In a first aspect for achieving the above object, a silicon carbide single crystal is grown on a first seed crystal made of silicon carbide, and the silicon carbide single crystal is cut to form a base end on the first seed crystal side. And a tip portion on the growth surface side, the base end portion or the tip portion is used as a second seed crystal, and a silicon carbide single crystal is grown from the cut surface of the base end portion or the growth surface of the tip portion The present invention resides in a method for producing a silicon carbide single crystal.

かかる第1の態様は、2回目以降のSiC単結晶の成長は、第2の種結晶から始める。第2の種結晶は、前回成長して等温面と同じ形状の成長面を有している。したがって、2回目以降に第2の種結晶から結晶成長させる際には、等温面に沿った成長面から結晶成長を行うことができる。これにより、高品位の炭化珪素単結晶を製造することができる。また、成長面が等温面に沿うまでに一定時間を要するといったこともなく、その分、製造時間を短縮することができる。   In the first aspect, the growth of the SiC single crystal for the second and subsequent times starts from the second seed crystal. The second seed crystal grows last time and has a growth surface having the same shape as the isothermal surface. Therefore, when crystal growth is performed from the second seed crystal after the second time, crystal growth can be performed from the growth surface along the isothermal surface. Thereby, a high quality silicon carbide single crystal can be manufactured. Further, it does not take a certain time for the growth surface to follow the isothermal surface, and the manufacturing time can be shortened accordingly.

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載する炭化珪素単結晶の製造方法において、前記炭化珪素単結晶を2つの切断面で切断して前記基端部、前記先端部、及び中間部を形成し、前記中間部を取り出し、前記基端部及び前記先端部の前記切断面同士を接合することを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法にある。   According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the first aspect, the silicon carbide single crystal is cut at two cutting planes to form the base end portion, the tip end portion, and the intermediate portion. Forming a portion, taking out the intermediate portion, and joining the cut surfaces of the base end portion and the tip end portion to each other.

かかる第2の態様では、中間部を炭化珪素単結晶として取り出し、炭化珪素ウェハなどの材料とすることができる。   In the second aspect, the intermediate portion can be taken out as a silicon carbide single crystal and used as a material such as a silicon carbide wafer.

本発明の第3の態様は、第2の態様に記載する炭化珪素単結晶の製造方法において、前記炭化珪素単結晶のオフ角度に沿って切断することを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法にある。   According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the second aspect, the silicon carbide single crystal is cut along an off-angle of the silicon carbide single crystal. It is in.

かかる第3の態様では、炭化珪素単結晶から無駄な部分を生じることなくオフウェハを作製することができる。   In the third aspect, an off-wafer can be manufactured without generating a useless portion from the silicon carbide single crystal.

本発明の第4の態様は、第1の態様に記載する炭化珪素単結晶の製造方法において、前記第2の種結晶としての前記基端部の切断面をエッチングした後に、当該切断面から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にある。   According to a fourth aspect of the present invention, in the method for producing a silicon carbide single crystal according to the first aspect, after the cut surface of the base end portion as the second seed crystal is etched, carbonization is performed from the cut surface. A silicon carbide single crystal is produced by growing a silicon single crystal.

かかる第4の態様では、エッチングを行い、結晶成長を再開できるため、成長面を研磨するなどの手間を省略し、製造工程を簡略化することができる。   In the fourth aspect, since etching can be performed and crystal growth can be resumed, the trouble of polishing the growth surface can be omitted, and the manufacturing process can be simplified.

本発明の第5の態様は、容器内に配置された第1の種結晶に炭化珪素単結晶を成長させる成長手段と、前記炭化珪素単結晶を切断して前記第1の種結晶側の基端部及び成長面側の先端部を形成する切断手段と、前記基端部又は前記先端部を第2の種結晶として前記容器内に配置する設置手段とを備えることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置にある。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided growth means for growing a silicon carbide single crystal on a first seed crystal disposed in a container, and a group on the first seed crystal side by cutting the silicon carbide single crystal. A silicon carbide unit comprising cutting means for forming an end portion and a tip portion on the growth surface side, and installation means for disposing the base end portion or the tip portion as a second seed crystal in the container. It is in the crystal production equipment.

かかる第5の態様では、2回目以降に第2の種結晶から結晶成長させる際には、等温面に沿った成長面から結晶成長を行うことができる。これにより、高品位の炭化珪素単結晶を製造することができる。また、成長面が等温面に沿うまでに一定時間を要するといったこともなく、その分、製造時間を短縮することができる。   In the fifth aspect, when crystal growth is performed from the second seed crystal for the second time and thereafter, crystal growth can be performed from the growth surface along the isothermal surface. Thereby, a high quality silicon carbide single crystal can be manufactured. Further, it does not take a certain time for the growth surface to follow the isothermal surface, and the manufacturing time can be shortened accordingly.

本発明によれば、高品位の炭化珪素単結晶を得ることができる炭化珪素単結晶の製造方法及び炭化珪素単結晶の製造装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a silicon carbide single crystal which can obtain a high quality silicon carbide single crystal, and the manufacturing apparatus of a silicon carbide single crystal are provided.

本実施形態に係る製造装置の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing apparatus which concerns on this embodiment. 本製造方法での製造工程を示す製造装置の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing apparatus which shows the manufacturing process in this manufacturing method. 本製造方法での製造工程を示す製造装置の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing apparatus which shows the manufacturing process in this manufacturing method. SiC単結晶の中間部を拡大した概略図である。It is the schematic which expanded the intermediate part of the SiC single crystal. 本製造方法での製造工程を示す製造装置の要部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which the principal part of the manufacturing apparatus which shows the manufacturing process by this manufacturing method was expanded. 本製造方法での製造工程を示す製造装置の要部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which the principal part of the manufacturing apparatus which shows the manufacturing process by this manufacturing method was expanded.

本実施形態に係るSiC単結晶の製造装置(以下、単に製造装置と称する。)について説明する。図1は、製造装置の断面図である。   A SiC single crystal manufacturing apparatus (hereinafter simply referred to as a manufacturing apparatus) according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of the manufacturing apparatus.

製造装置Iは、高温ガス成長法によりSiC単結晶をバルク成長させるものである。製造装置Iは、原料ガスを供給する原料ガス供給手段1と、SiCからなる種結晶(以下、第1の種結晶50a)を支持する台座10と、台座10を内部に収容する断熱容器20と、断熱容器を収容する密閉容器30と、断熱容器20内を加熱するコイル40(加熱手段)とを備えている。   The manufacturing apparatus I is for growing a SiC single crystal in bulk by a high temperature gas growth method. The manufacturing apparatus I includes a raw material gas supply means 1 for supplying a raw material gas, a pedestal 10 that supports a seed crystal made of SiC (hereinafter referred to as a first seed crystal 50a), and a heat insulating container 20 that houses the pedestal 10 therein. The airtight container 30 for housing the heat insulating container and the coil 40 (heating means) for heating the heat insulating container 20 are provided.

原料ガス供給手段1は、炭化珪素の原料ガス供給装置2と、原料ガス供給装置2から供給される原料ガスの流路となる管路3からなる。管路3は、鉛直方向の上面に供給口4が設けられており、原料ガス供給装置2からの原料ガスを供給口4から後述する第1の種結晶50aに供給する。   The raw material gas supply means 1 includes a raw material gas supply device 2 for silicon carbide and a pipe line 3 serving as a flow path for the raw material gas supplied from the raw material gas supply device 2. The pipe 3 is provided with a supply port 4 on the upper surface in the vertical direction, and supplies the raw material gas from the raw material gas supply device 2 to the first seed crystal 50a described later from the supply port 4.

なお、原料ガスは、SiCを第1の種結晶50a上に析出させるものであれば特に限定はない。例えば、SiHやCガス、さらにキャリアガスとしてHガスからなる原料ガスを用いることができる。 The source gas is not particularly limited as long as SiC is deposited on the first seed crystal 50a. For example, SiH 4 or C 3 H 8 gas, and further a source gas composed of H 2 gas as a carrier gas can be used.

台座10は、SiCからなる第1の種結晶50aを支持するものである。台座10は、第1の種結晶50aを支持する円柱状の支持部11と、支持部11の鉛直方向の上面に接続された軸部12を備えている。支持部11は、上述した管路3の供給口4に対向する支持面13を有している。台座10は、この支持面13に第1の種結晶50aが接着される。支持部11の材料は特に限定はないが、グラファイトや炭化珪素で形成してもよい。   The pedestal 10 supports the first seed crystal 50a made of SiC. The pedestal 10 includes a columnar support portion 11 that supports the first seed crystal 50 a and a shaft portion 12 connected to the upper surface of the support portion 11 in the vertical direction. The support portion 11 has a support surface 13 that faces the supply port 4 of the conduit 3 described above. In the pedestal 10, the first seed crystal 50 a is bonded to the support surface 13. The material of the support portion 11 is not particularly limited, but may be formed of graphite or silicon carbide.

台座10は、移動機構14により鉛直方向の上下に移動可能である。すなわち、移動機構14が軸部12を上下に移動させることで台座10全体が上下動可能となっている。支持面13に接着された第1の種結晶50aには、供給口4から原料ガスが供給されるようになっている。このため、第1の種結晶50aは、台座10により上方に移動しながら原料ガスが供給されて結晶成長する。   The base 10 can be moved up and down in the vertical direction by the moving mechanism 14. That is, the entire pedestal 10 can be moved up and down by the moving mechanism 14 moving the shaft portion 12 up and down. A source gas is supplied from the supply port 4 to the first seed crystal 50 a bonded to the support surface 13. For this reason, the first seed crystal 50a is grown by being supplied with the source gas while being moved upward by the pedestal 10.

なお、台座10は、必ずしも上下移動可能とする必要はなく、密閉容器30内に固定的に配置されていてもよい。   Note that the pedestal 10 is not necessarily movable up and down, and may be fixedly disposed in the sealed container 30.

断熱容器20は、内部に台座10を収容する容器であり、断熱材から形成されている。断熱材としては特に限定はないが、例えば、アルミナ、ジルコニア、熱分解炭素、黒鉛(グラファイト)等を利用することができる。   The heat insulating container 20 is a container that accommodates the pedestal 10 therein, and is formed of a heat insulating material. Although there is no limitation in particular as a heat insulating material, For example, an alumina, a zirconia, pyrolytic carbon, graphite (graphite) etc. can be utilized.

断熱容器20は、円筒状に形成されて、内部空間21を有する。断熱容器20は、管路3の供給口4の開口縁部に載置され、内部空間21が供給口4を介して管路3と連通している。   The heat insulating container 20 is formed in a cylindrical shape and has an internal space 21. The heat insulating container 20 is placed on the opening edge of the supply port 4 of the pipeline 3, and the internal space 21 communicates with the pipeline 3 via the supply port 4.

断熱容器20の内部空間21には、台座10が収容されている。台座10の軸部12は、密閉容器30の上面に形成された蓋体32の挿通孔33に挿通されている。上述したように台座10は上下移動が可能であるので、支持部11は、内部空間21内において上下移動が可能となっている。   The pedestal 10 is accommodated in the internal space 21 of the heat insulating container 20. The shaft portion 12 of the pedestal 10 is inserted through an insertion hole 33 of a lid 32 formed on the upper surface of the sealed container 30. As described above, since the pedestal 10 can move up and down, the support portion 11 can move up and down in the internal space 21.

密閉容器30は、断熱容器20を内部に収容する容器である。特に材料に限定はないが、例えば石英や金属等を用いることができる。また、密閉容器30には、排出路31が形成されており、供給口4から供給された原料ガスが排出路31から排出されるようになっている。   The sealed container 30 is a container that houses the heat insulating container 20 therein. The material is not particularly limited, and for example, quartz or metal can be used. Further, a discharge path 31 is formed in the sealed container 30, and the raw material gas supplied from the supply port 4 is discharged from the discharge path 31.

さらに、密閉容器30は、その上部の開口部34が蓋体32により塞がれている。蓋体32は、密閉容器30と同様の材料から形成することができる。SiC単結晶の製造時には、密閉容器30は蓋体32により気密に塞がれる一方、成長したSiC単結晶の回収、新たな種結晶の設置及びメンテナンス等の作業時には、蓋体32が開かれ、これらの作業が行われる。   Further, the airtight container 30 has an upper opening 34 closed by a lid 32. The lid 32 can be formed from the same material as that of the sealed container 30. During the production of the SiC single crystal, the sealed container 30 is hermetically closed by the lid 32, while the lid 32 is opened during operations such as recovery of the grown SiC single crystal, installation of new seed crystals, and maintenance, These operations are performed.

加熱手段は、断熱容器20内を加熱するものである。加熱手段により断熱容器20内の温度が設定される。具体的には、加熱手段として、コイル40を用いることができる。   The heating means heats the inside of the heat insulating container 20. The temperature in the heat insulating container 20 is set by the heating means. Specifically, the coil 40 can be used as a heating means.

コイル40は、断熱容器20に対して誘導加熱を行うものである。特に図示しないが、コイル40は、交流電源に接続され、高周波の交流電流が供給される。コイル40は、断熱容器20内の温度を、例えば1500℃以上の高温にする主たる熱源として用いられる。なお、特に図示しないが、金属からなる密閉容器30を用いる場合、コイル40は、密閉容器30の内側であり、かつ断熱容器20の外側に配置する。   The coil 40 performs induction heating on the heat insulating container 20. Although not particularly illustrated, the coil 40 is connected to an AC power supply and supplied with a high-frequency AC current. The coil 40 is used as a main heat source which makes the temperature in the heat insulation container 20 high temperature, for example, 1500 degreeC or more. Although not particularly illustrated, when the sealed container 30 made of metal is used, the coil 40 is disposed inside the sealed container 30 and outside the heat insulating container 20.

また、特に図示しないが、台座10の支持部11には冷却機構が設けられており、第1の種結晶50aを放熱させることが可能となっている。   Although not particularly shown, the support portion 11 of the pedestal 10 is provided with a cooling mechanism so that the first seed crystal 50a can dissipate heat.

また、特に図示しないが、製造装置Iには、第1の種結晶50aに成長したSiC単結晶を切断する切断手段と、切断されたものを新たに台座10に配置する設置手段とを備えていてもよい。これらの詳細は後述する。   Although not particularly illustrated, the manufacturing apparatus I includes cutting means for cutting the SiC single crystal grown on the first seed crystal 50a, and installation means for newly placing the cut one on the base 10. May be. Details of these will be described later.

上述した構成のSiC単結晶の製造装置Iでは、コイル40により断熱容器20の内部が高温に設定される。一方、台座10の冷却機構により第1の種結晶50aは相対的に低温に設定される。そして原料ガスを第1の種結晶50aに供給することで、第1の種結晶50aにSiC単結晶が結晶成長する。このとき、第1の種結晶50aは、台座10により上方に引き上げられながら結晶成長する。   In the SiC single crystal manufacturing apparatus I having the above-described configuration, the inside of the heat insulating container 20 is set to a high temperature by the coil 40. On the other hand, the first seed crystal 50a is set to a relatively low temperature by the cooling mechanism of the base 10. Then, by supplying the source gas to the first seed crystal 50a, the SiC single crystal grows on the first seed crystal 50a. At this time, the first seed crystal 50 a grows while being pulled upward by the pedestal 10.

次に、上述の製造装置Iによって行われる本実施形態のSiC単結晶の製造方法について説明する。図2は、本製造方法での製造工程を示す製造装置の断面図である。   Next, the manufacturing method of the SiC single crystal of this embodiment performed by the manufacturing apparatus I mentioned above is demonstrated. FIG. 2 is a cross-sectional view of the manufacturing apparatus showing the manufacturing process in this manufacturing method.

まず、第1の種結晶50aにSiC単結晶51を成長させる。具体的には、原料ガス供給装置2からSiCを含む原料ガスを密閉容器30内の第1の種結晶50aに供給する。第1の種結晶50a表面から一定長まで結晶成長させると、その成長面52の形状は、等温面の形状と同じ凸曲面状となり、成長面52全体が結晶成長する。そして、その成長面52の形状を保ったまま、長さLに達するまでSiC単結晶51が成長する。ここでいう長さLは、製造装置Iで製造可能なSiC単結晶51の最大長である。   First, the SiC single crystal 51 is grown on the first seed crystal 50a. Specifically, a source gas containing SiC is supplied from the source gas supply device 2 to the first seed crystal 50 a in the sealed container 30. When the crystal is grown from the surface of the first seed crystal 50a to a certain length, the shape of the growth surface 52 becomes the same convex curved surface shape as the isothermal surface, and the entire growth surface 52 grows. Then, SiC single crystal 51 grows until length L is reached while maintaining the shape of growth surface 52. The length L here is the maximum length of the SiC single crystal 51 that can be manufactured by the manufacturing apparatus I.

また、本実施形態の成長工程では、移動機構14により支持部11を上方(原料ガスの供給口4とは反対方向)に引き上げながらSiC単結晶51の結晶成長を行う。支持部11の引き上げは、SiC単結晶51の成長速度と同一速度(実質的にほぼ同じ速度)で行われる。したがって、SiC単結晶51の表面(成長面52)の供給口4に対する相対位置は常に一定となる。   In the growth process of the present embodiment, the SiC single crystal 51 is grown while pulling the support portion 11 upward (in the direction opposite to the source gas supply port 4) by the moving mechanism 14. The support portion 11 is pulled up at the same speed (substantially the same speed) as the growth speed of the SiC single crystal 51. Therefore, the relative position of the surface (growth surface 52) of SiC single crystal 51 with respect to supply port 4 is always constant.

例えば、移動機構14を用い、第1の種結晶50aの表面を供給口4の近傍に位置させる(図1参照)。その後、SiC単結晶51は結晶成長するが、その成長速度に合わせて支持部11が上方に引き上げられる。このため、SiC単結晶51の成長面52は、図2に示すように当初の第1の種結晶50aの表面が位置していた供給口4の近傍と同じ位置である。つまり、成長面52が供給口4から管路3内に突出することはない。   For example, the moving mechanism 14 is used to position the surface of the first seed crystal 50a in the vicinity of the supply port 4 (see FIG. 1). Thereafter, the SiC single crystal 51 grows, but the support portion 11 is pulled upward in accordance with the growth rate. Therefore, the growth surface 52 of the SiC single crystal 51 is at the same position as the vicinity of the supply port 4 where the surface of the original first seed crystal 50a was located as shown in FIG. That is, the growth surface 52 does not protrude from the supply port 4 into the pipe 3.

次に、SiC単結晶51を切断する。本実施形態では、SiC単結晶51を2つの切断面で切断する。各切断面を、SiC単結晶51の先端側(成長面52側)の下部切断面53、SiC単結晶51の基端側(第1の種結晶50a側)の上部切断面54とする。これら2つの切断面でSiC単結晶51を切断することで、先端部51a、基端部51c、これらの間の中間部51bとが形成される。   Next, the SiC single crystal 51 is cut. In the present embodiment, the SiC single crystal 51 is cut along two cut surfaces. The cut surfaces are a lower cut surface 53 on the tip side (growth surface 52 side) of the SiC single crystal 51 and an upper cut surface 54 on the base end side (first seed crystal 50a side) of the SiC single crystal 51. By cutting the SiC single crystal 51 at these two cut surfaces, a tip end portion 51a, a base end portion 51c, and an intermediate portion 51b between them are formed.

SiC単結晶51の切断手段は、特に限定はないが、例えばマルチワイヤーソー、ダイヤモンドブレード、外周刃切断機などを適用することができる。また、密閉容器30からSiC単結晶51を取り出し、切断手段で切断してもよいし、製造装置Iと一体的に設けられた切断手段により、台座10に支持された状態でSiC単結晶51を切断するようにしてもよい。   The means for cutting the SiC single crystal 51 is not particularly limited, and for example, a multi-wire saw, a diamond blade, a peripheral blade cutting machine, or the like can be applied. Further, the SiC single crystal 51 may be taken out from the hermetic container 30 and cut by a cutting means, or the SiC single crystal 51 is supported by the pedestal 10 by a cutting means provided integrally with the manufacturing apparatus I. You may make it cut | disconnect.

また、長さLは、SiC単結晶51を引き上げることができる限界長さより小さい範囲であり、装置構成やSiC単結晶のサイズ等を考慮して、適宜設定変更が可能である。また、SiC単結晶51が長さLに達したことを検知する方法は特に制限されず、SiC単結晶51を引き上げた距離、原料ガスの供給量、及びこれに相関するパラメータ等を、図示しない制御装置に検出・演算させて行うことができる。   Further, the length L is a range smaller than the limit length that allows the SiC single crystal 51 to be pulled up, and can be appropriately changed in consideration of the device configuration, the size of the SiC single crystal, and the like. The method for detecting that the SiC single crystal 51 has reached the length L is not particularly limited, and the distance by which the SiC single crystal 51 is pulled up, the supply amount of the source gas, the parameters correlated therewith, etc. are not shown. This can be done by having the control device detect and calculate.

次に、切断したSiC単結晶51の中間部51bを取り出す。この中間部51bは、SiC単結晶としてSiCウェハなどの材料として用いられる。   Next, the intermediate part 51b of the cut SiC single crystal 51 is taken out. The intermediate portion 51b is used as a SiC single crystal material such as a SiC wafer.

次いで、切断したSiC単結晶51のうち、成長面52を有する先端部51aを第2の種結晶50bとする。具体的には、先端部51aの下部切断面53及び基端部51cの上部切断面54を接合する。   Next, of the cut SiC single crystal 51, the tip 51a having the growth surface 52 is defined as a second seed crystal 50b. Specifically, the lower cut surface 53 of the distal end portion 51a and the upper cut surface 54 of the proximal end portion 51c are joined.

図3は、本製造方法での製造工程を示す製造装置の断面図である。同図に示すように、SiC単結晶51の先端部51aと基端部51cとが接合され、成長面52を有する先端部51aが新たに第2の種結晶50bとして台座10上に配置されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the manufacturing apparatus showing the manufacturing process in this manufacturing method. As shown in the figure, the tip portion 51a and the base end portion 51c of the SiC single crystal 51 are joined, and the tip portion 51a having the growth surface 52 is newly arranged on the pedestal 10 as the second seed crystal 50b. Yes.

先端部51a及び基端部51cの接合は、例えば以下の方法により行うことができる。すなわち、先端部51aの下部切断面53と、基端部51cの上部切断面54との間に、接着層55を形成する。接着層55としては、粒径が数μm程度の炭素粉末と珪素粉末をアルコール等で湿式混合し、ペースト状にしたものを用いることができる。接着層55を挟んだ先端部51a及び基端部51cを熱処理装置内に入れ、所定の温度、圧力まで昇温、昇圧した後、これらを押圧する。この状態を所定時間保持した後、装置内を常温、常圧に戻す。これにより、炭素粉末と珪素粉末が反応し、SiCが生成されると同時に、生成されたSiCの焼結が進行し、先端部51a及び基端部51cが強固に接合される。   Joining of the front-end | tip part 51a and the base end part 51c can be performed with the following method, for example. That is, the adhesive layer 55 is formed between the lower cut surface 53 of the distal end portion 51a and the upper cut surface 54 of the proximal end portion 51c. As the adhesive layer 55, a paste obtained by wet-mixing carbon powder having a particle size of about several μm and silicon powder with alcohol or the like can be used. The distal end portion 51a and the proximal end portion 51c sandwiching the adhesive layer 55 are put in a heat treatment apparatus, heated to a predetermined temperature and pressure, pressurized, and then pressed. After maintaining this state for a predetermined time, the inside of the apparatus is returned to room temperature and normal pressure. As a result, the carbon powder and the silicon powder react to generate SiC, and at the same time, sintering of the generated SiC proceeds to firmly join the distal end portion 51a and the proximal end portion 51c.

なお、上述したような接合方法に限定されず、接着剤等で先端部51a及び基端部51cを接着するなどの方法でもよい。また、製造装置I内から中間部51bを取り出し、切断された先端部51a及び基端部51cを接着させる機構(設置手段)を製造装置Iに設けてもよい。   In addition, it is not limited to the joining method as mentioned above, The method of adhere | attaching the front-end | tip part 51a and the base end part 51c with an adhesive agent etc. may be used. Further, the manufacturing apparatus I may be provided with a mechanism (installation means) for taking out the intermediate part 51b from the manufacturing apparatus I and bonding the cut distal end part 51a and proximal end part 51c.

また、切断に際しては、下部切断面53及び上部切断面54を、互いに平行とすることが好ましい。これにより、下部切断面53及び上部切断面54を隙間なく接着させることができるため、接合が容易になる上、物理的安定性も向上する。   In cutting, the lower cut surface 53 and the upper cut surface 54 are preferably parallel to each other. As a result, the lower cut surface 53 and the upper cut surface 54 can be bonded without gaps, so that the joining is facilitated and the physical stability is also improved.

さらに、下部切断面53及び上部切断面54を接合した後、接合面の周囲の段差を研磨してもよい。そして、第2の種結晶50bとして用いる最終仕上げとして、成長面52を犠牲酸化、リアクティブイオンエッチング、化学機械研磨等を行ってもよい。その後、有機溶剤、酸性溶液又はアルカリ溶液等を用いて、表面を清浄化してもよい。   Furthermore, after joining the lower cut surface 53 and the upper cut surface 54, the step around the joined surface may be polished. Then, as a final finish used as the second seed crystal 50b, the growth surface 52 may be subjected to sacrificial oxidation, reactive ion etching, chemical mechanical polishing, or the like. Thereafter, the surface may be cleaned using an organic solvent, an acidic solution, an alkaline solution, or the like.

上述したように、成長面52を有する先端部51aを新たな第2の種結晶50bとした後、この第2の種結晶50bにSiC単結晶51を成長させる(特に図示せず)。具体的には、第2の種結晶50b(成長面52)が供給口4の近傍に達するまで台座10を下方に引き下げ、最初の結晶成長と同じ要領で第2の種結晶50bにSiC単結晶51を成長させる。   As described above, after the tip 51a having the growth surface 52 is used as the new second seed crystal 50b, the SiC single crystal 51 is grown on the second seed crystal 50b (not shown). Specifically, the pedestal 10 is pulled downward until the second seed crystal 50b (growth surface 52) reaches the vicinity of the supply port 4, and an SiC single crystal is formed on the second seed crystal 50b in the same manner as the first crystal growth. Grow 51.

以後、SiC単結晶51の長さが長さLに達するたびに、上述したようなSiC単結晶51の切断及び第2の種結晶50bの再配置を繰り返すことで、連続的にSiC単結晶51(中間部51b)を得ることができる。   Thereafter, every time the length of the SiC single crystal 51 reaches the length L, the SiC single crystal 51 is continuously cut by repeating the cutting of the SiC single crystal 51 and the rearrangement of the second seed crystal 50b as described above. (Intermediate portion 51b) can be obtained.

以上に説明した本実施形態に係るSiC単結晶の製造方法によれば、2回目以降のSiC単結晶の成長は、第2の種結晶50bから始める。第2の種結晶50bは、前回成長して等温面と同じ形状の成長面52を有している。したがって、2回目以降に第2の種結晶50bから結晶成長させる際には、等温面に沿った成長面52から結晶成長を行うことができる。   According to the SiC single crystal manufacturing method according to the present embodiment described above, the growth of the SiC single crystal from the second time onward starts from the second seed crystal 50b. The second seed crystal 50b has a growth surface 52 that has been grown last time and has the same shape as the isothermal surface. Therefore, when the crystal is grown from the second seed crystal 50b for the second time or later, the crystal can be grown from the growth surface 52 along the isothermal surface.

すなわち、SiC単結晶51が長さLに達して製造装置Iから取り出し、次のSiC単結晶51を成長させる場合であっても、平板状の第1の種結晶50aから成長を行うことが不要となる。   That is, even when the SiC single crystal 51 reaches the length L and is taken out from the manufacturing apparatus I and the next SiC single crystal 51 is grown, it is not necessary to perform growth from the first seed crystal 50a having a flat plate shape. It becomes.

平板状の種結晶から結晶成長する場合、初期において成長面が等温面に沿わないで成長するため、転位が発生するという問題があったが、本製造方法では、このような転位の発生が低減され、高品位のSiC単結晶51を製造することができる。また、成長面が等温面に沿うまでに一定時間を要するといったこともなく、その分、製造時間を短縮することができる。   In the case of crystal growth from a plate-like seed crystal, there is a problem that dislocations occur because the growth surface does not conform to the isothermal surface in the initial stage, but this production method reduces the occurrence of such dislocations. As a result, a high-quality SiC single crystal 51 can be manufactured. Further, it does not take a certain time for the growth surface to follow the isothermal surface, and the manufacturing time can be shortened accordingly.

また、SiC単結晶51を切断する際には、下部切断面53及び上部切断面54をSiC単結晶51のオフ角度に沿わせることが好ましい。図4は、SiC単結晶51の中間部51bを拡大した概略図である。   Further, when cutting SiC single crystal 51, it is preferable that lower cut surface 53 and upper cut surface 54 be aligned with the off angle of SiC single crystal 51. FIG. 4 is an enlarged schematic view of the intermediate portion 51 b of the SiC single crystal 51.

図4(a)は、下部切断面53及び上部切断面54がSiC単結晶51のオフ角度と異なる角度である場合の中間部51bであり、図4(b)は、下部切断面53及び上部切断面54がSiC単結晶51のオフ角度と同一の角度である場合の中間部51bである。   4A shows an intermediate portion 51b when the lower cut surface 53 and the upper cut surface 54 are at angles different from the off-angle of the SiC single crystal 51, and FIG. 4B shows the lower cut surface 53 and the upper cut surface. This is intermediate portion 51 b when cut surface 54 has the same angle as the off-angle of SiC single crystal 51.

図4(a)に示す中間部51bは、略円柱形状である。したがって、オフ角度θに沿ってオフウェハを作製する際には、切り出しのための無駄な除去部分(斜線で示すD領域)が生じる。   The intermediate part 51b shown in FIG. 4 (a) has a substantially cylindrical shape. Therefore, when an off-wafer is produced along the off-angle θ, a useless removal portion (D area indicated by oblique lines) for cutting out occurs.

一方、図4(b)に示すように、中間部51b(SiC単結晶51)は、オフ角度θを有している。この場合、SiC単結晶51をそのオフ角度θに沿って切断することで中間部51bが切り出されている。中間部51bからは、オフ角θを成す複数の切断面57に沿って切断することでSiCウェハが作製される。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, the intermediate part 51b (SiC single crystal 51) has an off angle θ. In this case, the intermediate portion 51b is cut out by cutting the SiC single crystal 51 along the off angle θ. From the intermediate part 51b, a SiC wafer is produced by cutting along a plurality of cutting surfaces 57 forming an off angle θ.

したがって、図4(b)に示すように、下部切断面53及び上部切断面54は、オフ角θと同一の角度を成すようにすることが好ましい。これにより、中間部51bからオフウェハを作成する際に無駄となる除去部分を無くすことができる。   Therefore, as shown in FIG. 4B, the lower cut surface 53 and the upper cut surface 54 preferably form the same angle as the off angle θ. Thereby, the removal part which becomes useless when producing an off-wafer from the intermediate part 51b can be eliminated.

〈他の実施形態〉
以上、本発明の実施形態として、切断したSiC単結晶同士を接合する例を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変更が可能である。
<Other embodiments>
As mentioned above, although the example which joins the cut | disconnected SiC single crystal was demonstrated as embodiment of this invention, this invention is not limited to this, A various change is possible in the range which does not change the summary of this invention.

例えば、SiC単結晶51の先端部51aを、台座10の支持面に接合するようにしてもよい。図5(a)〜(b)及び図6(a)〜(b)は、本製造方法での製造工程を示す製造装置の要部を拡大した断面図である。   For example, the tip 51 a of the SiC single crystal 51 may be joined to the support surface of the base 10. 5 (a) to 5 (b) and FIGS. 6 (a) to 6 (b) are enlarged cross-sectional views of the main part of the manufacturing apparatus showing the manufacturing process in this manufacturing method.

図5(a)に示すように、1回目のSiC単結晶51を成長させた後、SiC単結晶51を切断する。具体的には、SiC単結晶51を下部切断面53で切断して先端部51aを形成する。   As shown in FIG. 5A, after the first SiC single crystal 51 is grown, the SiC single crystal 51 is cut. Specifically, the SiC single crystal 51 is cut at the lower cut surface 53 to form the tip 51a.

次に、特に図示しないが、台座10から残りのSiC単結晶51及び第1の種結晶50aを取り外す。   Next, although not particularly illustrated, the remaining SiC single crystal 51 and the first seed crystal 50a are removed from the pedestal 10.

次に、図5(b)に示すように、SiC単結晶51の先端部51aを台座10の支持面13に接着して新たな第2の種結晶50bとする。そして第2の種結晶50bにSiC単結晶51を成長させる。   Next, as shown in FIG. 5B, the tip 51a of the SiC single crystal 51 is bonded to the support surface 13 of the base 10 to form a new second seed crystal 50b. Then, a SiC single crystal 51 is grown on the second seed crystal 50b.

このような実施形態によれば、SiC単結晶51の先端部51aのみが第2の種結晶として用いられるため、第2の種結晶50bが短尺となる分、より長いSiC単結晶を成長させることができる。   According to such an embodiment, since only the tip 51a of the SiC single crystal 51 is used as the second seed crystal, a longer SiC single crystal is grown as the second seed crystal 50b becomes shorter. Can do.

また、図6(a)〜(b)に示すように、1回目のSiC単結晶51を成長させた後、SiC単結晶51を切断する。具体的には、基端部51cが残るように上部切断面54に沿って切断する。この残った基端部51cを第2の種結晶50bとして用いる。   Further, as shown in FIGS. 6A to 6B, after the first SiC single crystal 51 is grown, the SiC single crystal 51 is cut. Specifically, cutting is performed along the upper cut surface 54 so that the base end portion 51c remains. The remaining base end portion 51c is used as the second seed crystal 50b.

そして、基端部51cに対して水素ガスによるエッチングや高温エッチングを適用し、その後、当該表面にSiC単結晶を成長させる。   Then, etching with hydrogen gas or high temperature etching is applied to the base end portion 51c, and then a SiC single crystal is grown on the surface.

このような実施形態によれば、エッチング等を行い、結晶成長を再開できるため、成長面を研磨するなどの手間を省略し、製造工程を簡略化することができる。また、台座10の支持面13に既に接合されているSiC単結晶51の基端部51cを用いて第2の種結晶50bとするので、SiC単結晶を接合する工程を省略することができる。   According to such an embodiment, since the crystal growth can be resumed by performing etching or the like, the trouble of polishing the growth surface can be omitted, and the manufacturing process can be simplified. In addition, since the second seed crystal 50b is formed using the base end portion 51c of the SiC single crystal 51 already bonded to the support surface 13 of the pedestal 10, the step of bonding the SiC single crystal can be omitted.

なお、本発明は、ガス成長方法に限られず、昇華法や液相法によるSiC単結晶の製造方法にも適用可能である。すなわち、それらの方法によっても、既に等温面の形状と同一形状を有する成長面から結晶成長を行うことができる。   The present invention is not limited to the gas growth method, and can also be applied to a method for producing an SiC single crystal by a sublimation method or a liquid phase method. That is, even by these methods, crystal growth can be performed from a growth surface having the same shape as that of the isothermal surface.

本発明は、炭化珪素単結晶を製造する産業分野で利用することができる。   The present invention can be used in the industrial field for producing silicon carbide single crystals.

I 炭化珪素単結晶の製造装置
1 原料ガス供給手段
10 台座
20 断熱容器
30 密閉容器
40 コイル(加熱手段)
50a 第1の種結晶
50b 第2の種結晶
51 単結晶
51a 先端部
51b 中間部
51c 基端部
52 成長面
I Silicon carbide single crystal production apparatus 1 Raw material gas supply means 10 Base 20 Heat insulation container 30 Sealed container 40 Coil (heating means)
50a First seed crystal 50b Second seed crystal 51 Single crystal 51a Tip 51b Intermediate 51c Base 52 52 Growth surface

Claims (5)

炭化珪素からなる第1の種結晶に炭化珪素単結晶を成長させ、
前記炭化珪素単結晶を切断して前記第1の種結晶側の基端部及び成長面側の先端部を形成し、
前記基端部又は前記先端部を第2の種結晶とし、前記基端部の切断面又は前記先端部の成長面から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。
Growing a silicon carbide single crystal on a first seed crystal made of silicon carbide;
Cutting the silicon carbide single crystal to form a base end portion on the first seed crystal side and a tip end portion on the growth surface side;
A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein the base end portion or the tip end portion is used as a second seed crystal, and a silicon carbide single crystal is grown from a cut surface of the base end portion or a growth surface of the tip end portion. .
請求項1に記載する炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記炭化珪素単結晶を2つの切断面で切断して前記基端部、前記先端部、及び中間部を形成し、
前記中間部を取り出し、前記基端部及び前記先端部の前記切断面同士を接合する
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 of Claim 1,
Cutting the silicon carbide single crystal at two cutting planes to form the base end, the tip, and an intermediate portion;
The intermediate part is taken out, and the cut surfaces of the base end part and the tip end part are joined to each other. A method for producing a silicon carbide single crystal, comprising:
請求項2に記載する炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記炭化珪素単結晶のオフ角度に沿って切断する
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 of Claim 2,
Cutting the silicon carbide single crystal along an off angle. A method for producing a silicon carbide single crystal.
請求項1に記載する炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記第2の種結晶としての前記基端部の切断面をエッチングした後に、当該切断面から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 of Claim 1,
A method for producing a silicon carbide single crystal, comprising: etching a cut surface of the base end portion as the second seed crystal, and then growing a silicon carbide single crystal from the cut surface.
容器内に配置された第1の種結晶に炭化珪素単結晶を成長させる成長手段と、
前記炭化珪素単結晶を切断して前記第1の種結晶側の基端部及び成長面側の先端部を形成する切断手段と、
前記基端部又は前記先端部を第2の種結晶として前記容器内に配置する設置手段とを備えることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
A growth means for growing a silicon carbide single crystal on the first seed crystal disposed in the container;
Cutting means for cutting the silicon carbide single crystal to form a base end portion on the first seed crystal side and a tip end portion on the growth surface side;
An apparatus for producing a silicon carbide single crystal, comprising: an installation means for disposing the base end portion or the tip end portion as a second seed crystal in the container.
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