JP4310880B2 - Method and apparatus for producing silicon carbide single crystal - Google Patents
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Description
【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(以下、SiCという)単結晶の製造方法及びその製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子の基板等に使用されるSiC単結晶の製造方法として、昇華法が広く採用されている。この昇華法に使用される結晶成長装置の断面構成を図4に示す。
【0003】
図4に示されるように、黒鉛製るつぼ11の底部にSiC原料粉末12を配置すると共に、原料粉末12に対向するように蓋材11aにSiC結晶基板13を固定し、加熱処理を施してSiC原料粉末12を昇華させることによって、原料ガス14を供給し、SiC単結晶基板13上で再結晶させることによって、SiC単結晶15を成長させるようにしている。
【0004】
昇華法における成長に関する気相種としては、Si、SIC2、Si2C等が挙げられる。これらの気相種は平衡蒸気圧がそれぞれ異なり、また、成長温度によってもその割合が変化する。このため、欠陥が少ない均質な高品質単結晶を得ようとした場合、Si/C比の揺らぎや、黒鉛容器の表面が荒らされることによる黒鉛微粒子、黒鉛容器に含まれる不純物の混入を防ぎ、安定した条件下で結晶成長を行なうことが重要となる。
【0005】
ところが、上記したように、黒鉛製るつぼ11内でSiC単結晶15を成長させると、SiC単結晶14の成長中にSiまたはSiを含む気相種がるつぼ材料である黒鉛(C)と反応するために、Si/C比の変動、黒鉛微粒子や黒鉛容器に含まれる不純物の単結晶への混入を避けることが困難であった。そして、SiC単結晶15に到達するSiとCの原子数の違いや上記混入物は、各種欠陥を誘発する原因となり、欠陥の少ない高品質なSiC単結晶15の製造を困難にしていた。
【0006】
これに対し、特開平10−139589号公報において、単結晶が成長する空間を取り囲むように、黒鉛製るつぼの内壁表面を炭化珪素多結晶で被覆することが提案されている。
【0007】
しかしながら、上記公報の方法では、Si/C比の変動はある程度緩和できるものの、黒鉛製るつぼの表面を完全に被覆できないないため、黒鉛微粒子や黒鉛容器に含まれる不純物の混入を防ぐことが依然として困難である。また、単結晶成長を行なう前に、予め、炭化珪素多結晶を成長させる手間を要するという問題もある。
【0008】
一方、特開平11−116399号公報において、黒鉛製るつぼの内壁表面を炭化タンタルでコーティングすることにより、SiまたはSiを含む気相種と黒鉛製るつぼの黒鉛との反応を防止することが提案されている。
【0009】
しかしながら、この場合においても単結晶成長を行なう前に、予め炭化タンタルでのコーティングを行なう手間を要するという問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記点に鑑みて、予め炭化珪素多結晶を形成したり炭化タンタルでのコーティングを行なわなくても、昇華ガス中のSi/C比の変動を抑制でき、黒鉛微粒子や黒鉛容器に含まれる不純物を取り込まず、欠陥の少ない高品質な単結晶が製造できるようにすることを目的とする。
【0011】
【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、黒鉛製の容器(1)内に、種結晶となる炭化珪素単結晶基板(3)を配置し、炭化珪素単結晶基板に昇華させた炭化珪素原料(2)を供給することにより、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶(4)を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、容器の内壁面に沿ってガス(5)を流動させ、内壁面の表面にガスによるガス流体層(5a)を形成させつつ、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶を成長させることを特徴としている。
【0012】
これにより、容器の内壁が被覆され、Si又はSiを含む気相種が容器を構成する黒鉛と反応することを抑制できる。これにより、予め炭化珪素多結晶を形成したり炭化タンタルでのコーティングを行なわなくても、昇華ガス中のSi/C比の変動を抑制でき、黒鉛微粒子や黒鉛容器に含まれる不純物を取り込まず、欠陥の少ない高品質な単結晶が製造できる。
【0013】
具体的には、容器にガスを該容器の外部から流入させる流入口を設けると共に、容器にガスを該容器の外部に流出させる流出口を設け、流入口からガスを容器内に流入させたのち、流出口からガスを容器外に流出させる。
【0014】
そして、ガスの流速を0.1〜10m/sとする。この程度の流速とすれば、ガスが成長空間内にあまり拡散することなく流動するようにできる。
【0015】
請求項2に記載の発明においては、ガスの流速が安定した後に、昇華させた炭化珪素原料を供給することを特徴としている。このようにすれば、昇華させた炭化珪素原料を供給する際にすでにガス流体層が形成されているため、炭化珪素単結晶の成長初期段階から高品質な結晶が得られるようにできる。
【0016】
請求項1に示すガスとしては、例えば、請求項3に示すように、不活性ガス、若しく不活性ガスと炭化珪素単結晶内に導入したいドーパントとの混合ガスとすることができる。不活性ガスは黒鉛や炭化珪素原料の昇華ガスと反応しないため、Si/C比を変動させないし、ドーパントを混合しておけば炭化珪素単結晶にドーパントを導入するための工程を後で施さなくてもよくなる。
【0017】
なお、容器のうちガスの流入口とは異なる位置に導入口を設け、昇華させた炭化珪素原料を導入口(1e)を介して容器内に導入することもできる。
【0018】
このように、ガスの流入口とは異なる位置に設けた導入口を介して昇華させた炭化珪素原料を導入するようにすれば、炭化珪素原料が枯渇することなく連続的に炭化珪素単結晶を成長させることができる。
【0019】
この場合、炭化珪素単結晶を成長させる結晶成長空間が囲まれるようにガスを流動させ、ガスが囲む周の内側から昇華させた炭化珪素原料を導入するようにすれば、昇華させた炭化珪素原料がガスに運ばれてしまうことを防止することができる。
【0020】
また、導入口を介して供給する昇華した炭化珪素原料の流速を、ガスの流速よりも遅くすると好ましい。これにより、昇華した炭化珪素原料の流れによってガス流体層が乱れないようにできる。
【0021】
なお、請求項4〜10に記載の発明は、上記請求項1乃至3に記載の炭化珪素単結晶の製造方法の実施に使用される製造装置の発明である。
【0022】
請求項4に記載の発明においては、容器(1)は、底面が開口する筒形状のるつぼ本体(1a)と、るつぼ本体の内周面から第1の隙間(S2)を設けて配置されたコップ状の原料容器(1c)とを有しており、第1の隙間によって流入口が構成されていることを特徴としている。
【0023】
このように、るつぼ本体と底面部との間に第1の隙間を設けることにより、流入口を構成することができる。そして、炭化珪素原料を収容するコップ形状の原料容器を用いれば、新たな構成を付加することなく第1の隙間を形成することができる。
さらに、請求項4に記載の発明においては、るつぼ本体の上面側にるつぼ本体の外周面から第2の隙間(S1)を設けて炭化珪素単結晶基板が取り付けられる蓋材(1b)が配置されており、第2の隙間によって流出口が構成されていることを特徴としている。
このように、るつぼ本体と蓋材との間に第2の隙間を設けることにより、新たな構成を付加することなく流出口を構成することができる。
【0024】
請求項5に記載の発明においては、第1の隙間を1〜20mmにすることを特徴としている。第1の隙間をこの程度とすることにより、ガスの流量を確保でき、安定した厚さのガス流体層が形成されるようにできる。
【0027】
請求項6に記載の発明においては、第2の隙間は、第1の隙間よりも大きく、かつ50mm以下であることを特徴としている。このようにすることで、流入されたガスの大部分を容器外部に流出させることができるため、炭化珪素原料の昇華ガスの圧力を変動させることなく、安定したSi/C比を保持することができる。
【0028】
請求項7に記載の発明においては、蓋材は、炭化珪素単結晶が取り付けられる中央部が最も底面側に突出するような断面放物線形状を成していることを特徴としている。このように、蓋材を断面放物線形状で構成すれば、蓋材の外壁が滑らかな曲線となるため、蓋材がガスの流動の妨げとならないようにできる。
【0029】
請求項8に記載の発明においては、るつぼ本体が円筒形状を成していることを特徴としている。このような円筒形状は内壁に凹凸がないため、ガス流体層が確実にるつぼ本体の内壁と接触した状態で形成されるようにできる。
【0030】
請求項9に記載の発明においては、るつぼ本体が、ガスの流路の下流側に広がる円錐形状を成していることを特徴としている。このように、るつぼ本体を円錐形状で構成すれば、よりガスが流動し易くなり、ガスが炭化珪素単結晶の成長空間に拡散することを防止することができる。
【0031】
請求項10に記載の発明においては、るつぼ本体が中空形状の六角柱を成していることを特徴としている。この場合、成長させたい炭化珪素単結晶の結晶形と等しいため、結晶欠陥が誘発されにくく、高品質な炭化珪素単結晶とすることが可能である。
【0032】
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。
【0033】
【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を示す。この結晶成長装置の容器として用いられる黒鉛製るつぼ1は、黒鉛製るつぼ1の底部に備えられたSiC原料粉末(SiC原料)2を熱処理によって昇華させ、種結晶であるSiC単結晶基板3上にSiC単結晶4を結晶成長させるものである。
【0034】
この黒鉛製るつぼ1は、上面及び底面が開口している略円筒状のるつぼ本体1aと、るつぼ本体1aの上面側に配置される黒鉛製の蓋材1bと、るつぼ本体1aの底面側に配置され底面部を構成する黒鉛製の原料容器1cとを備えて構成されている。
【0035】
黒鉛製るつぼ1の蓋材1bは、上面が円形で、この円形の中央部が最も底面側に突出するようにした断面略放物線形状を成している。このような形状とすることにより、蓋材1bの外壁が滑らかな面となり、後述するガス5の流動の妨げとならないようにできる。この蓋材1bの上面の外周壁とるつぼ本体1aの内壁との間にはほぼ均等間隔の隙間(第2の隙間)S1が設けられるようになっている。本実施形態では、この隙間S1を約50mm以下としている。そして、この蓋材1bを台座として、蓋材1bの中央部に接着剤等を介してSiC単結晶基板3が接合される。
【0036】
一方、黒鉛製るつぼ1の原料容器1cは、底面が円形のコップ形状を成しており、SiC原料粉末2が収容されるようになっている。この原料容器1cの外周壁とるつぼ本体1aの内周壁との間にもほぼ均等間隔の隙間(第1の隙間)S2が設けられるようになっている。本実施形態では、この隙間S2が上記隙間S1よりも小さくなるようにしている。ここでは、隙間S2を1〜20mmとしている。
【0037】
なお、図示しないが、黒鉛製るつぼ1は、アルゴンガスが導入できる真空容器の中で加熱装置によって加熱できるようになっており、例えば、この加熱装置のパワーを調節することによって種結晶であるSiC単結晶基板3の温度がSiC原料粉末2の温度よりも100℃程度低温に保たれるようにすることができる。
【0038】
このように構成された結晶成長装置を用いたSiC単結晶4の製造方法について説明する。
【0039】
まず、図中矢印Aに示すように、るつぼ本体1aと原料容器1cの隙間S2から黒鉛製るつぼ1内にガス5を流入させると共に、るつぼ本体1aと蓋材1bとの隙間S1から流出させる。これにより、ガス5がるつぼ本体1aの内周壁に沿って流動する。このとき、ガス5の流速が遅いと、ガス5が隙間S2から隙間S1まで流れきれず、図中矢印BのようにSiC単結晶4の成長空間側に拡散してしまうため、ここでは、ガス5の流速を例えば0.1〜10m/s、好ましくは1m/s以上としている。また、ガス5としては、不活性ガス又は不活性ガスとSiC単結晶4に導入したいドーパントとの混合ガスを用いている。このように、不活性ガスを用いればSi/C比の変動を生じさせないと共に黒鉛微粒子や黒鉛製るつぼ1に含まれる不純物を発生させることも無いし、また、ドーパントを混合させておけばドーパントを導入する工程を後で行なう必要もなくなる。
【0040】
そして、ガス5の流速が安定したのち、SiC原料粉末2の温度を2000〜2500℃に加熱すると共に、SiC単結晶基板3がSiC原料粉末2よりも低温となるようにして黒鉛製るつぼ1内に温度勾配を設ける。また、このとき黒鉛製るつぼ1内の圧力を1.3×10〜1.3×104Pa(0.1〜100Torr)とする。
【0041】
これにより、SiC原料粉末2が昇華して気相種Si、SiC2、Si2C等の原料ガス6となり、SiC単結晶基板3に到達する。そして、相対的に低温となるSiC単結晶基板3上にSiC単結晶4が成長する。
【0042】
このとき、ガス5がるつぼ本体1aの内周壁に沿って流れているため、ガス5の流路となる壁面にはガス5によるガス流体層5aが形成される。本実施形態のようにガス5の流速を0.1〜10m/sとする場合には、厚さ1〜10mm程度のガス流体層5aが形成される。なお、ガス5の流速が遅い(流量が少ない)と、ガス流体層5aの厚みが薄くなったり、ガス流体層5aがほとんど形成されなかったりするが、上記流速とすれば確実にガス流体層5aを形成することができる。
【0043】
このため、るつぼ本体1aの内周壁や原料容器1cの外周壁及び蓋材1bの外壁、つまり黒鉛るつぼ1の内壁のほぼ全域がガス流体層5aで被覆される。これにより、SiやSiを含む気相種である原料ガス6が黒鉛製るつぼ1を構成している黒鉛(C)と反応することを抑制することができる。なお、1〜10mm程度の厚さのガス流体層5aは、原料ガス6と黒鉛との接触を防止するのに十分な厚さであり、この厚さのガス流体層5aによって原料ガス6と黒鉛との反応がほぼ完全に防止できることを確認している。
【0044】
これにより、黒鉛製るつぼ1内の原料ガス6のSi/C比の変動が抑制され、黒鉛製微粒子や黒鉛製るつぼ1に含まれる不純物がSiC単結晶中に取り込まれないようにでき、欠陥の少ない高品質なSiC単結晶4を得ることができる。
【0045】
また、本実施形態では、ガス5の流速が安定してからSiC原料粉末2を加熱するようにしているため、SiC単結晶4の成長初期から原料ガス6と黒鉛製るつぼ1を構成する黒鉛との反応を抑制でき、より効果的にSi/C比の変動を抑制することが可能となる。これにより、成長初期から高品質なSiC単結晶4を成長させることが可能である。
【0046】
また、ガス5の流入口となる隙間S2よりも流出口となる隙間S1の方を幅広とすることにより、流入されたガス5の大部分を確実に流出させられるため、黒鉛製るつぼ1内の圧力を変化させることなく、安定したSi/C比が保持されるようにできる。
【0047】
さらに、るつぼ本体1aを内周壁に凹凸がない円筒形状としているため、ガス流体層5aが確実にるつぼ本体1aの内壁と接触した状態で形成されるようにできる。
【0048】
そして、このようなガス5の流動が行なえる流入口や流出口を、るつぼ本体1と原料容器1cとの隙間S2やるつぼ本体1aと蓋材1bとの隙間S1によって構成しているため、これらのために新たな部品を付加する必要なく、簡単な構造の結晶成長装置とすることができる。
【0049】
(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の断面構成を示す。図2い示すように、本実施形態では、第1実施形態に対してるつぼ本体1aの形状を変更し、ガス5の流動方向に下流側に中空部の径が広げられた円錐形状でるつぼ本体1aを構成している。
【0050】
このように、るつぼ本体1aを円錐形状で構成すれば、ガス5がより流動し易くなり、ガス5がSiC単結晶4の成長空間に拡散することを防止することができる。
【0051】
(参考実施形態)
図3に、本発明の参考実施形態で用いる結晶成長装置の断面構成を示す。図3に示すように、本実施形態では、第1実施形態と異なり、SiC原料粉末2(図1参照)を昇華させるのではなく、原料ガス6を黒鉛製るつぼ1の底面部1dに備えられた導入口1eから導入するようにしている。この導入口1eは、黒鉛製るつぼ1のいずれの場所に形成されていてもよいが、本実施形態では、ガス5の流路の妨げとならないように黒鉛製るつぼ1の底面の中央部、つまりガス5が囲む成長空間の内側に形成してある。
【0052】
そして、この導入口1eから導入される原料ガス6の流速をガス5の流速よりも遅くしている。このようにすることで、原料ガス6の流れによってガス流体層5aが乱されないようにしている。
【0053】
このように、原料ガス6を黒鉛製るつぼ1の外部から導入するようにすれば、原料ガス6が枯渇しないように供給できるため、SiC単結晶4を連続的に成長させることができる。
【0054】
また、ガス5の流入口と異なる位置に原料ガス6の導入口1eを設けているため、ガス流体層5aと原料ガス6とが混ざらないようにできる。さらに、原料ガス6を黒鉛製るつぼ1の底面部1dの中央部に配置することにより、原料ガス6がガス5と共に黒鉛製るつぼ1の外部に流出してしまわないようにできる。
【0055】
(他の実施形態)
上記各実施形態では、黒鉛製るつぼ1のるつぼ本体1aを円筒形状で構成した例を挙げたが、必ずしも円筒形状である必要はない。例えば、中空形状の多角柱で構成することもできる。なお、中空形状を有する六角柱でるつぼ本体1aを構成した場合には、成長させたいSiC単結晶4の結晶形と等しいため、結晶欠陥が誘発されにくく、高品質なSiC単結晶4とすることが可能である。
【0056】
【実施例】
(実施例1)
上記図1に示した黒鉛製るつぼ1を用い、上記製造方法に基づいてSiC単結晶4の成長実験を行なった。SiC原料粉末2を充填した原料容器1cとるつぼ本体1aとの間の隙間1bを10mmとし、SiC単結晶基板3を取り付けた蓋材1bとるつぼ本体1aとの間の隙間S1を20mmとした。
【0057】
黒鉛製るつぼ1内を不活性ガス雰囲気にすると共に、圧力を約1.3×104Pa(100Torr)としたのち、黒鉛製るつぼ1と原料容器1cとの間の隙間S2から、不活性ガスで構成されたガス5を流速1m/Sで流入し、るつぼ本体1aと蓋材1bの間の隙間S1から流出させた。
【0058】
ガス5の流速が安定したのち、SiC原料粉末3の温度を約2300℃とし、成長初期の温度勾配が4℃/cmとなる条件で、約3時間加熱処理を施し、SiC単結晶4を成長させた。得られたSiC単結晶4の成長量は1.8mmであった。
【0059】
得られたSiC単結晶4のインゴットを成長方向に切断、研磨したのち、断面を顕微鏡で観察した。この断面の観察の結果、成長初期に多く発生する結晶欠陥の発生が抑制されており、SiC単結晶4は成長開始から終了まで均質な単結晶であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における結晶成長装置の断面構成を示す図である。
【図2】本発明の第2実施形態における結晶成長装置の断面構成を示す図である。
【図3】 本発明の参考実施形態における結晶成長装置の断面構成を示す図である。
【図4】従来の結晶成長装置の断面構成を示す図である。
【符号の説明】
1…黒鉛製るつぼ、1a…るつぼ本体、1b…蓋材、1c…原料容器、
2…SiC原料粉末、3…SiC単結晶基板、4…SiC単結晶、5…ガス、
5a…ガス流体層、6…原料ガス。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) single crystal that can be used as a material such as a semiconductor or a light emitting diode, and a manufacturing apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing a SiC single crystal used for a substrate of a semiconductor element, a sublimation method is widely adopted. FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of a crystal growth apparatus used for this sublimation method.
[0003]
As shown in FIG. 4, SiC
[0004]
Examples of gas phase species related to growth in the sublimation method include Si, SIC 2 , and Si 2 C. These vapor phase species have different equilibrium vapor pressures, and their proportions change depending on the growth temperature. For this reason, when trying to obtain a homogeneous high-quality single crystal with few defects, it prevents the Si / C ratio fluctuation, the graphite fine particles due to the rough surface of the graphite container, and the contamination of impurities contained in the graphite container, It is important to perform crystal growth under stable conditions.
[0005]
However, as described above, when the SiC
[0006]
On the other hand, JP-A-10-139589 proposes that the inner wall surface of a graphite crucible is covered with silicon carbide polycrystal so as to surround a space in which a single crystal grows.
[0007]
However, although the method of the above publication can alleviate the fluctuation of the Si / C ratio to some extent, it cannot completely cover the surface of the graphite crucible, so it is still difficult to prevent the inclusion of impurities in the graphite fine particles and the graphite container. It is. There is also a problem that it takes time to grow a silicon carbide polycrystal in advance before performing single crystal growth.
[0008]
On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-116399, it has been proposed to prevent reaction between a gas phase species containing Si or Si and graphite in a graphite crucible by coating the inner wall surface of the graphite crucible with tantalum carbide. ing.
[0009]
However, even in this case, there is a problem that it takes time to perform coating with tantalum carbide in advance before performing single crystal growth.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above points, the present invention can suppress fluctuations in the Si / C ratio in the sublimation gas without forming silicon carbide polycrystals or coating with tantalum carbide in advance, and is included in graphite fine particles and graphite containers. It is an object to make it possible to manufacture a high-quality single crystal with few defects without taking in impurities.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a silicon carbide single crystal substrate (3) serving as a seed crystal is placed in a graphite vessel (1) and sublimated to a silicon carbide single crystal substrate. In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal in which the silicon carbide single crystal (4) is grown on the silicon carbide single crystal substrate by supplying the silicon carbide raw material (2), the gas (5) is provided along the inner wall surface of the container. And a silicon carbide single crystal is grown on the silicon carbide single crystal substrate while forming a gas fluid layer (5a) of gas on the surface of the inner wall surface.
[0012]
Thereby, the inner wall of a container is coat | covered and it can suppress that the gaseous-phase seed | species which contains Si or Si reacts with the graphite which comprises a container. This makes it possible to suppress fluctuations in the Si / C ratio in the sublimation gas without forming silicon carbide polycrystals or coating with tantalum carbide in advance, and without incorporating impurities contained in the graphite fine particles and the graphite container, High quality single crystals with few defects can be manufactured.
[0013]
Specifically, the container is provided with an inflow port through which gas flows in from the outside of the container, and the container is provided with an outflow port through which gas flows out of the container. After the gas flows into the container from the inflow port, , Ru drained gas out of the container from the outlet.
[0014]
Then, the flow rate of the gas to 0.1 to 10 m / s. With such a flow rate, the gas can flow without diffusing too much into the growth space.
[0015]
The invention according to claim 2 is characterized in that after the gas flow rate is stabilized, the sublimated silicon carbide raw material is supplied. In this way, since the gas fluid layer is already formed when the sublimated silicon carbide raw material is supplied, a high-quality crystal can be obtained from the initial stage of growth of the silicon carbide single crystal.
[0016]
The gas shown in claim 1 can be, for example, an inert gas, or a mixed gas of an inert gas and a dopant to be introduced into the silicon carbide single crystal, as shown in
[0017]
An introduction port may be provided at a position different from the gas inlet in the vessel, and the sublimated silicon carbide raw material may be introduced into the vessel through the introduction port (1e) .
[0018]
Thus, if the silicon carbide raw material sublimated is introduced through the inlet provided at a position different from the gas inlet, the silicon carbide single crystal is continuously formed without depletion of the silicon carbide raw material. Can be grown.
[0019]
In this case, in flowing gas as crystal growth room for growing the carbonization silicon single crystal is enclosed, if to introduce a silicon carbide raw material is sublimed from the inside of the peripheral surrounding gas, silicon carbide was sublimed It is possible to prevent the raw material from being carried to the gas.
[0020]
Moreover, it is preferable that the flow rate of the sublimated silicon carbide raw material supplied through the inlet is slower than the flow rate of the gas . Thereby, it is possible to prevent the gas fluid layer from being disturbed by the flow of the sublimated silicon carbide raw material.
[0021]
In addition, invention of Claim 4-10 is invention of the manufacturing apparatus used for implementation of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal of the said Claim 1 thru | or 3 .
[0022]
In the invention according to
[0023]
Thus, an inflow port can be comprised by providing a 1st clearance gap between a crucible main body and a bottom face part. Then, if a raw material container cup-shaped housing the carbonization silicon material, it is possible to form the first gap without adding a new configuration.
Furthermore, in the invention according to
Thus, by providing the second gap between the crucible main body and the lid member, the outflow port can be configured without adding a new configuration.
[0024]
The invention according to
[0027]
The invention according to
[0028]
In a seventh aspect of the invention, the lid member is characterized in that it has a parabolic shape in cross section such that a central portion to which the silicon carbide single crystal is attached protrudes most toward the bottom surface side. In this way, if the lid member has a parabolic cross section, the outer wall of the lid member has a smooth curve, so that the lid member does not hinder gas flow.
[0029]
The invention described in claim 8 is characterized in that the crucible body has a cylindrical shape. Since such a cylindrical shape has no irregularities on the inner wall, the gas fluid layer can be reliably formed in contact with the inner wall of the crucible body.
[0030]
The invention according to claim 9 is characterized in that the crucible main body has a conical shape extending to the downstream side of the gas flow path. Thus, if the crucible body is configured in a conical shape, the gas can flow more easily, and the gas can be prevented from diffusing into the growth space of the silicon carbide single crystal.
[0031]
The invention described in claim 10 is characterized in that the crucible body forms a hollow hexagonal column. In this case, since it is equal to the crystal form of the silicon carbide single crystal to be grown, crystal defects are hardly induced and a high quality silicon carbide single crystal can be obtained.
[0032]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows a crystal growth apparatus used in the first embodiment of the present invention. A graphite crucible 1 used as a container of this crystal growth apparatus is a method in which a SiC raw material powder (SiC raw material) 2 provided at the bottom of a graphite crucible 1 is sublimated by heat treatment, and is deposited on a SiC
[0034]
This graphite crucible 1 is arranged on the bottom side of the
[0035]
The
[0036]
On the other hand, the
[0037]
Although not shown, the graphite crucible 1 can be heated by a heating device in a vacuum vessel into which argon gas can be introduced. For example, by adjusting the power of the heating device, SiC that is a seed crystal is used. The temperature of the
[0038]
A method for manufacturing SiC
[0039]
First, as shown by an arrow A in the figure, the
[0040]
Then, after the flow rate of the
[0041]
Thereby, the SiC raw material powder 2 is sublimated to become a
[0042]
At this time, since the
[0043]
Therefore, the
[0044]
Thereby, the fluctuation of the Si / C ratio of the
[0045]
In the present embodiment, since the SiC raw material powder 2 is heated after the flow rate of the
[0046]
In addition, since the gap S1 serving as the outlet is wider than the gap S2 serving as the inlet of the
[0047]
Furthermore, since the
[0048]
And since the inflow port and outflow port which can perform such a flow of
[0049]
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of a crystal growth apparatus used in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the shape of the
[0050]
Thus, if the crucible
[0051]
( Reference embodiment)
FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of the crystal growth apparatus used in the reference embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, unlike the first embodiment, the
[0052]
The flow rate of the
[0053]
Thus, if the
[0054]
Further, since the introduction port 1e of the
[0055]
(Other embodiments)
In each said embodiment, although the example which comprised the crucible
[0056]
【Example】
Example 1
Using the graphite crucible 1 shown in FIG. 1, a growth experiment of the SiC
[0057]
After making the inside of the graphite crucible 1 an inert gas atmosphere and setting the pressure to about 1.3 × 10 4 Pa (100 Torr), the inert gas is introduced from the gap S2 between the graphite crucible 1 and the
[0058]
After the flow rate of the
[0059]
The obtained SiC
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a crystal growth apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a crystal growth apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a crystal growth apparatus in a reference embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a conventional crystal growth apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Graphite crucible, 1a ... Crucible body, 1b ... Cover material, 1c ... Raw material container,
2 ... SiC raw material powder, 3 ... SiC single crystal substrate, 4 ... SiC single crystal, 5 ... gas,
5a ... gas fluid layer, 6 ... raw material gas.
Claims (10)
前記容器に、ガスを該容器の外部から流入させる流入口を設けると共に、前記ガスを該容器の外部に流出させる流出口を設け、前記流入口から前記ガスを前記容器内に流入させたのち、流速0.1〜10m/sで前記流出口から前記ガスを前記容器外に流出させることにより、前記容器の内壁面に沿ってガス(5)を流動させ、前記内壁面の表面に前記ガスによるガス流体層(5a)を形成させつつ、前記炭化珪素単結晶基板上に前記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。By disposing a silicon carbide single crystal substrate (3) serving as a seed crystal in a graphite container (1) and supplying a silicon carbide raw material (6) sublimated to the silicon carbide single crystal substrate, the carbonization is performed. In the method for producing a silicon carbide single crystal in which a silicon carbide single crystal (4) is grown on a silicon single crystal substrate,
To the container, provided with an inlet for flowing gas from the outside of the vessel, an outlet for flow out the gas to the outside of the container is provided, after allowed to flow into the gas into the container from the inlet The gas (5) flows along the inner wall surface of the container by flowing the gas out of the container from the outlet at a flow rate of 0.1 to 10 m / s, and the gas flows on the inner wall surface. A method for producing a silicon carbide single crystal, comprising growing the silicon carbide single crystal on the silicon carbide single crystal substrate while forming a gas fluid layer (5a).
前記容器には、上面および底面が開口する筒状のるつぼ本体(1a)と、前記るつぼ本体(1a)内に配置され中央部が最も底面側に突出させられた蓋材(1b)と、前記炭化珪素原料(6)を収容するコップ形状の原料容器(1c)とが備えられ、前記るつぼ本体(1a)と前記原料容器(1c)との間の第1の隙間(S2)によって構成され該容器の外部からガス(5)が流入できる流入口と、前記るつぼ本体(1a)と前記蓋材(1b)との間の第2の隙間(S1)にて構成され前記流入口を通じて流入された前記ガスを外部に流出させる流出口とが備えられており、該容器の内壁面に沿って前記ガスが流動し、前記ガスによって前記内壁面の表面にガス流体層(5a)が形成され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。By disposing a silicon carbide single crystal substrate (3) serving as a seed crystal in a graphite container (1) and supplying a silicon carbide raw material (6) sublimated to the silicon carbide single crystal substrate, the carbonization is performed. In a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus for growing a silicon carbide single crystal (4) on a silicon single crystal substrate,
The container includes a cylindrical crucible body (1a) having an open top surface and a bottom surface, a lid member (1b) disposed in the crucible body (1a) and having a central portion projecting most toward the bottom surface, A cup-shaped raw material container (1c) containing the silicon carbide raw material (6), and is constituted by a first gap (S2) between the crucible body (1a) and the raw material container (1c). The gas inlet (5) from the outside of the container and the second gap (S1) between the crucible body (1a) and the lid member (1b) are configured to flow in through the inlet. An outflow port through which the gas flows out to the outside. The gas flows along the inner wall surface of the container, and a gas fluid layer (5a) is formed on the surface of the inner wall surface by the gas. Silicon carbide unit characterized by being composed of Crystal manufacturing apparatus.
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