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JPH1160389A - Production of silicon carbide single crystal - Google Patents

Production of silicon carbide single crystal

Info

Publication number
JPH1160389A
JPH1160389A JP21354597A JP21354597A JPH1160389A JP H1160389 A JPH1160389 A JP H1160389A JP 21354597 A JP21354597 A JP 21354597A JP 21354597 A JP21354597 A JP 21354597A JP H1160389 A JPH1160389 A JP H1160389A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
silicon carbide
carbide single
silicon
crystal layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21354597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Kito
泰男 木藤
Hiroyuki Kondo
宏行 近藤
Eiji Kitaoka
英二 北岡
Shoichi Onda
正一 恩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP21354597A priority Critical patent/JPH1160389A/en
Publication of JPH1160389A publication Critical patent/JPH1160389A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high-quality silicon carbide single crystal in bulk state by preventing cracks or warpage produced in a silicon carbide single crystal layer becoming a seed crystal. SOLUTION: Plural grooves 4 crossing one another are formed in a silicon single crystal substrate 3 to divide the surface of the silicon single crystal substrate 3 into plural regions. The silicon carbide single crystal layer 5 is grown on the surface of the silicon single crystal substrate 3, and further, a silicon carbide single crystal 7 is grown on the silicon carbide single crystal layer 5. In this method, by forming the grooves 4 to have such a width that is twice or less than twice of the growing length of the silicon carbide single crystal layer 5 in the parallel direction to the surface of the silicon single crystal substrate 5, the silicon carbide single crystal layer 5 divided by the grooves 4 is joined to form a continuous large-size layer while the silicon carbide single crystal layer 5 grows. Therefore, by forming the silicon carbide single crystal 7 on the large-size silicon carbide single crystal layer 5 above described, the silicon carbide single crystal 7 can be grown into bulk state.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、バルク状の炭化
珪素単結晶の製造方法及び、炭化珪素単結晶を製造する
ための種結晶となる炭化珪素単結晶層の製造方法に関す
る。
The present invention relates to a method for producing a bulk silicon carbide single crystal and a method for producing a silicon carbide single crystal layer serving as a seed crystal for producing a silicon carbide single crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高耐圧電力用トランジスタ、高耐
圧ダイオード等の高耐圧大電力用半導体装置の半導体基
板として炭化珪素単結晶基板が開発されている。この炭
化珪素単結晶基板にはα型炭化珪素単結晶が用いられて
いる。そして、このα型炭化珪素単結晶の製造方法とし
て特開平9−77595号公報に示されるように、シリ
コンウェハの上に成長させた炭化珪素単結晶層を種結晶
として、昇華再結晶法によって種結晶上にシリコンウェ
ハと同等の大面積のα型バルク炭化珪素単結晶を形成す
る方法が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a silicon carbide single crystal substrate has been developed as a semiconductor substrate of a high-breakdown-voltage high-power semiconductor device such as a high-breakdown-voltage power transistor or a high-breakdown-voltage diode. An α-type silicon carbide single crystal is used for the silicon carbide single crystal substrate. As a method for producing this α-type silicon carbide single crystal, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-77595, a silicon carbide single crystal layer grown on a silicon wafer is used as a seed crystal by a sublimation recrystallization method. A method of forming an α-type bulk silicon carbide single crystal having a large area equivalent to a silicon wafer on a crystal has been proposed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ンウェハの上に炭化珪素単結晶層を成長させるときにシ
リコンウェハと炭化珪素単結晶層の間の熱膨張係数、弾
性率などの物性値に差があるために生じた内部応力によ
り、シリコンウェハと炭化珪素単結晶層に割れや反りが
発生することがあるため、大面積のα型バルク炭化珪素
単結晶を高品質に歩留まり良く成長することが困難であ
る。
However, when a silicon carbide single crystal layer is grown on a silicon wafer, there is a difference in physical properties such as thermal expansion coefficient and elastic modulus between the silicon wafer and the silicon carbide single crystal layer. Due to the internal stress generated, cracks and warpage may occur between the silicon wafer and the silicon carbide single crystal layer, so that it is difficult to grow a large-area α-type bulk silicon carbide single crystal with high quality and high yield. It is.

【0004】本発明は上記問題に鑑みてなされ、炭化珪
素単結晶層に発生する割れや反りを防止しつつ、高品質
なバルグ状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を提供することを第1の目的とす
る。また、高品質なバルク状の炭化珪素単結晶を得るた
めの種結晶となる炭化珪素単結晶層を提供することを第
2の目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and is intended to manufacture a silicon carbide single crystal capable of obtaining a high quality bulk-like silicon carbide single crystal while preventing cracks and warpage occurring in the silicon carbide single crystal layer. It is a primary object to provide a method. It is a second object of the present invention to provide a silicon carbide single crystal layer serving as a seed crystal for obtaining a high quality bulk silicon carbide single crystal.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を採用する。請求項1に記載の発
明においては、第1工程により珪素単結晶基板(3)に
複数の溝(4)を形成して、珪素単結晶基板(3)の表
面を複数の領域に分割し、第2工程により珪素単結晶基
板(3)の表面上に炭化珪素単結晶層(5)を成長させ
て、さらにこの炭化珪素単結晶層(5)に炭化珪素単結
晶(7)を成長させていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the following technical means are employed. According to the first aspect of the present invention, a plurality of grooves (4) are formed in the silicon single crystal substrate (3) in the first step, and the surface of the silicon single crystal substrate (3) is divided into a plurality of regions. In the second step, a silicon carbide single crystal layer (5) is grown on the surface of the silicon single crystal substrate (3), and a silicon carbide single crystal (7) is further grown on the silicon carbide single crystal layer (5). It is characterized by having.

【0006】このように、第2工程にて溝(4)によっ
て珪素単結晶基板(3)の表面を複数の領域に分割して
いるため、炭化珪素単結晶層(5)を成長させても割れ
や反りが発生しない。そして、このように割れや反りが
発生していない炭化珪素単結晶層(5)を用いて第3工
程にてこの炭化珪素単結晶層(5)上に炭化珪素単結晶
(7)を成長させれば、高品質のバルグ状の炭化珪素単
結晶を得ることができる。
As described above, since the surface of silicon single crystal substrate (3) is divided into a plurality of regions by grooves (4) in the second step, even if silicon carbide single crystal layer (5) is grown. No cracking or warping occurs. Then, a silicon carbide single crystal (7) is grown on the silicon carbide single crystal layer (5) in the third step by using the silicon carbide single crystal layer (5) free of such cracks and warpages. Then, a high quality bulk-like silicon carbide single crystal can be obtained.

【0007】請求項2に記載の発明においては、珪素単
結晶基板(3)に形成する溝(4)の幅(W1)を珪素
単結晶基板(3)表面に対して平行方向へ炭化珪素単結
晶層(5)が成長する成長距離の2倍以下の大きさにす
ることを特徴としている。このように溝(4)の幅(W
1)を珪素単結晶基板(3)表面に対して平行方向へ炭
化珪素単結晶層(5)が成長する成長距離の2倍以下の
大きさにすれば、炭化珪素単結晶層(5)が成長したと
きに溝(4)により分割された炭化珪素単結晶層(5)
が接合して、連続的につながった大口径の層になる。こ
のため、このような大口径の炭化珪素単結晶層(5)の
上に炭化珪素単結晶(7)を形成すれば、バルク状の炭
化珪素単結晶(7)を成長させることができる。
According to the second aspect of the present invention, the width (W1) of the groove (4) formed in the silicon single crystal substrate (3) is increased in a direction parallel to the surface of the silicon single crystal substrate (3). It is characterized in that the size is set to be twice or less the growth distance for growing the crystal layer (5). Thus, the width of the groove (4) (W
If the size of 1) is set to be equal to or less than twice the growth distance for growing the silicon carbide single crystal layer (5) in a direction parallel to the surface of the silicon single crystal substrate (3), the silicon carbide single crystal layer (5) Silicon carbide single crystal layer (5) divided by groove (4) when grown
Are joined to form a continuous, large-diameter layer. Therefore, when silicon carbide single crystal (7) is formed on such a large-diameter silicon carbide single crystal layer (5), bulk silicon carbide single crystal (7) can be grown.

【0008】請求項3に記載の発明においては、珪素単
結晶基板(3)に形成する溝(4)の幅(W3)を珪素
単結晶基板(3)表面に対して平行方向へ炭化珪素単結
晶(7)が成長する成長距離の2倍以下の大きさにする
ことを特徴としている。このように溝(4)の幅(W
3)を珪素単結晶基板(3)表面に対して平行方向へ炭
化珪素単結晶(7)が成長する成長距離の2倍以下の大
きさにすれば、炭化珪素単結晶層(5)が分割されてい
ても、炭化珪素単結晶(7)が成長したときに炭化珪素
単結晶(7)が接合して、連続的につながった大口径の
層になる。従って、バルク状の炭化珪素単結晶(7)を
成長させることができる。
According to the third aspect of the present invention, the width (W3) of the groove (4) formed in the silicon single crystal substrate (3) is increased in a direction parallel to the surface of the silicon single crystal substrate (3). It is characterized in that the size is set to be not more than twice the growth distance for growing the crystal (7). Thus, the width of the groove (4) (W
If the size of the silicon carbide single crystal layer (5) is set to be less than twice the growth distance of the silicon carbide single crystal (7) growing in a direction parallel to the surface of the silicon single crystal substrate (3), the silicon carbide single crystal layer (5) will However, when the silicon carbide single crystal (7) grows, the silicon carbide single crystal (7) joins to form a continuously connected large-diameter layer. Therefore, a bulk silicon carbide single crystal (7) can be grown.

【0009】請求項4に記載の発明においては、珪素単
結晶基板(3)に形成する溝(4)の深さ(d)を炭化
珪素単結晶(5)の成長厚さ以上の深さにすることを特
徴としている。このように、溝(4)の深さ(d)を炭
化珪素単結晶層(5)の厚さ以上の深さにすれば、炭化
珪素単結晶層(5)を溝(4)の底部から成長する多結
晶の炭化珪素単結晶に接触させないようにすることがで
きる。
According to a fourth aspect of the present invention, the depth (d) of the groove (4) formed in the silicon single crystal substrate (3) is set to a depth not less than the growth thickness of the silicon carbide single crystal (5). It is characterized by doing. As described above, when the depth (d) of the groove (4) is set to be equal to or greater than the thickness of the silicon carbide single crystal layer (5), the silicon carbide single crystal layer (5) can be moved from the bottom of the groove (4). It can be prevented from contacting the growing polycrystalline silicon carbide single crystal.

【0010】なお、請求項5に示すように、第3工程
は、黒鉛製ルツボ内(1)において炭化珪素原料粉末
(2)を不活性ガス雰囲気中で加熱昇華させ、炭化珪素
原料粉末(2)より低温にした炭化珪素単結晶層(5)
の表面に炭化珪素単結晶(7)を成長させるようにすれ
ば、炭化珪素単結晶(7)の膜厚を厚くできるため有効
である。
In a third step, the silicon carbide raw material powder (2) is heated and sublimated in an inert gas atmosphere in a graphite crucible (1) to form a silicon carbide raw material powder (2). ) Lower temperature silicon carbide single crystal layer (5)
It is effective to grow the silicon carbide single crystal (7) on the surface of the substrate because the thickness of the silicon carbide single crystal (7) can be increased.

【0011】請求項6の発明においては、珪素単結晶基
板(3)に珪素単結晶基板(3)表面に対して平行方向
へ炭化珪素単結晶層(5)が成長する成長距離の2倍以
下の長さの幅(W1)を有する複数の溝(4)を形成し
て珪素単結晶基板(3)の表面を複数の領域に分割し、
珪素単結晶基板(3)の表面に炭化珪素単結晶層(5)
を成長させることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, the growth distance of the silicon carbide single crystal layer (5) on the silicon single crystal substrate (3) in a direction parallel to the surface of the silicon single crystal substrate (3) is twice or less. Forming a plurality of trenches (4) having a width (W1) having a length of to divide the surface of the silicon single crystal substrate (3) into a plurality of regions;
Silicon carbide single crystal layer (5) on the surface of silicon single crystal substrate (3)
Is characterized by growing.

【0012】このように、溝(4)によって珪素単結晶
基板(3)の表面を複数の領域に分割しつつ、この珪素
単結晶基板(3)の表面に炭化珪素単結晶層(5)を形
成すれば、炭化珪素単結晶層に発生する割れや反りを防
止でき、高品質のバルグ状の炭化珪素単結晶(7)を形
成するための種結晶となる炭化珪素単結晶層(5)を形
成することができる。
As described above, while dividing the surface of silicon single crystal substrate (3) into a plurality of regions by grooves (4), silicon carbide single crystal layer (5) is formed on the surface of silicon single crystal substrate (3). When formed, the silicon carbide single crystal layer (5) serving as a seed crystal for forming a high quality bulk-like silicon carbide single crystal (7) can be prevented from being generated in the silicon carbide single crystal layer. Can be formed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。 (第1実施形態)図1に、本実施の形態において用いら
れる黒鉛製ルツボ1を示す。この黒鉛製ルツボ1は、黒
鉛製ルツボ1内に備えられた炭化珪素原料粉末2を熱処
理によって昇華させ、種結晶である炭化珪素単結晶層5
上に炭化珪素単結晶7を結晶成長させるものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows a graphite crucible 1 used in the present embodiment. The graphite crucible 1 sublimes the silicon carbide raw material powder 2 provided in the graphite crucible 1 by heat treatment, and forms a silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal.
A silicon carbide single crystal 7 is grown thereon.

【0014】この黒鉛製ルツボ1は、上面が開口してい
るルツボ本体1aと、ルツボ本体1aの開口部を塞ぐ蓋
材1bとから構成されている。そして、この黒鉛製ルツ
ボ1のうち、蓋材1bは種結晶である炭化珪素単結晶層
5を支持する台座となる。また、黒鉛製ルツボ1は、ア
ルコンガスが導入できる真空容器の中でヒータにより加
熱できるようになっており、このヒータのパワーを調節
することによって種結晶である炭化珪素単結晶層5の温
度が炭化珪素原料粉末2の温度よりも100℃程度低温
に保たれるようになっている。
The graphite crucible 1 includes a crucible body 1a having an open upper surface, and a lid 1b for closing the opening of the crucible body 1a. Then, in this graphite crucible 1, the lid 1b serves as a pedestal for supporting the silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal. The graphite crucible 1 can be heated by a heater in a vacuum vessel into which an arcon gas can be introduced. By adjusting the power of the heater, the temperature of the silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal can be reduced. The temperature is maintained at about 100 ° C. lower than the temperature of silicon carbide raw material powder 2.

【0015】次に、炭化珪素単結晶の製造方法を図2
(a)〜(f)に基づいて説明する。まず、図2(a)
に示すように、(111)面方位を基板表面とする直径
4インチの珪素単結晶基板(シリコンウェハ)3を用意
する。そして、この珪素単結晶基板3上にレジストを形
成し、このレジストをマスク材としてSF6ガスを用い
たリアクティブイオンエッチング(RIE)装置によ
り、図2(b)に示すように珪素単結晶基板3の表面に
溝4を形成する。具体的には、溝4を幅W1が5μm、
深さdが20μmであり、かつ溝4同士の間隔W2が5
mmになる格子状に形成する。(図3参照)
Next, a method for producing a silicon carbide single crystal is shown in FIG.
A description will be given based on (a) to (f). First, FIG.
As shown in (1), a silicon single crystal substrate (silicon wafer) 3 having a diameter of 4 inches and a (111) plane orientation as a substrate surface is prepared. Then, a resist is formed on the silicon single crystal substrate 3 and the resist is used as a mask material by a reactive ion etching (RIE) apparatus using SF6 gas as shown in FIG. The groove 4 is formed on the surface of. Specifically, the width W1 of the groove 4 is 5 μm,
The depth d is 20 μm, and the interval W2 between the grooves 4 is 5
mm. (See Fig. 3)

【0016】次に、図2(c)に示すように溝4が形成
された珪素単結晶基板3の上に種結晶となる炭化珪素単
結晶層5を化学的気相エピタキシャル成長法(CVD
法)により成長させる。より詳しくは、プロパンなどの
炭素供給用原料ガス及びシランなどの珪素供給用原料ガ
スの化学反応による化学的気相成長法を用いる。このと
きの炭化珪素単結晶層5の膜厚tは20μmであり、炭
化珪素単結晶層5は珪素単結晶基板3の表面と平行方向
(以下、基板平行方向という)にも成長して、隣接する
炭化珪素単結晶層5同士が接合して一体となり、5μm
の幅W1を有する溝4は炭化珪素単結晶層5を成長終了
後には炭化珪素単結晶層5により覆われる。
Next, as shown in FIG. 2C, a silicon carbide single crystal layer 5 serving as a seed crystal is formed on a silicon single crystal substrate 3 having a groove 4 formed thereon by a chemical vapor phase epitaxy (CVD).
Method). More specifically, a chemical vapor deposition method using a chemical reaction between a carbon supply source gas such as propane and a silicon supply source gas such as silane is used. At this time, silicon carbide single-crystal layer 5 has a thickness t of 20 μm, and silicon carbide single-crystal layer 5 also grows in a direction parallel to the surface of silicon single-crystal substrate 3 (hereinafter, referred to as a substrate parallel direction) and is adjacent thereto. Silicon carbide single crystal layers 5 joined together to form a single
Trench 4 having width W1 is covered with silicon carbide single crystal layer 5 after growth of silicon carbide single crystal layer 5 is completed.

【0017】ここで、図4に基づき、溝4の幅W1、深
さdや溝4同士の間隔W2及び形成される炭化珪素単結
晶層5の膜厚tの関係を説明する。上述したように、炭
化珪素単結晶層5が成長するに際し、炭化珪素単結晶層
5は基板平行方向にも成長するため、溝4は溝4の両側
における炭化珪素単結晶層5の基板平行方向における成
長によって覆われることとなるが、溝4が炭化珪素単結
晶層5に覆われるためには、溝4の両側における炭化珪
素単結晶層5の基板平行方向における成長(広がり)の
和が溝4の幅W1よりも大きくなければならない。
Here, the relationship between the width W1 and the depth d of the groove 4, the distance W2 between the grooves 4, and the thickness t of the silicon carbide single crystal layer 5 to be formed will be described with reference to FIG. As described above, when silicon carbide single-crystal layer 5 grows, silicon carbide single-crystal layer 5 also grows in the direction parallel to the substrate. In order for the groove 4 to be covered with the silicon carbide single crystal layer 5, the sum of the growth (spread) of the silicon carbide single crystal layer 5 on both sides of the groove 4 in the substrate parallel direction is equal to the groove. 4 must be larger than the width W1.

【0018】従って、この炭化珪素単結晶層5が基板平
行方向へ広がるときの角度(炭化珪素単結晶基板3の表
面の法線方向に対する炭化珪素単結晶層5の傾斜角度)
を広がり角θとすると、上記幅W1、深さd、間隔W2
及び膜厚tと広がり角θの関係がW1≦2・t・tan
θを満たす必要がある。また、溝4の底面部においても
炭化珪素の層が堆積する可能性があるが、溝4の底面が
均一になっていないために炭化珪素の層は多結晶にな
る。このため、このような多結晶の炭化珪素の層と炭化
珪素単結晶層5が接しないように、溝4の深さdと炭化
珪素単結晶層5の膜厚tの関係が、d≧tの関係を満た
すようにすることが好ましい。
Accordingly, the angle when silicon carbide single crystal layer 5 spreads in the direction parallel to the substrate (the inclination angle of silicon carbide single crystal layer 5 with respect to the normal direction of the surface of silicon carbide single crystal substrate 3)
Is the spread angle θ, the width W1, the depth d, and the interval W2
And the relationship between the film thickness t and the spread angle θ is W1 ≦ 2 · t · tan.
θ must be satisfied. Further, a silicon carbide layer may be deposited also on the bottom surface of groove 4, but since the bottom surface of groove 4 is not uniform, the silicon carbide layer becomes polycrystalline. Therefore, the relationship between the depth d of groove 4 and the thickness t of silicon carbide single crystal layer 5 is set so that d ≧ t so that the layer of polycrystalline silicon carbide does not contact silicon carbide single crystal layer 5. Is preferably satisfied.

【0019】このような条件に鑑みて、本実施形態で
は、溝4の幅W1を5μm、深さdを20μm、炭化珪
素単結晶層5の膜厚tを20μm、としている。また、
溝4の間隔W2を5mmとしたのは、溝4の間隔をW2
を小さくすれば珪素単結晶基板3と炭化珪素単結晶層5
に発生する割れや反りを低減することができるが、炭化
珪素単結晶層5が溝4の上部で接合する部分で結晶欠陥
が発生するため、炭化珪素単結晶基板3を用いて作製す
る素子の大きさ以上の溝4の間隔W2としている。
In consideration of such conditions, in the present embodiment, the width W1 of the groove 4 is 5 μm, the depth d is 20 μm, and the thickness t of the silicon carbide single crystal layer 5 is 20 μm. Also,
The reason why the interval W2 between the grooves 4 is 5 mm is that the interval between the grooves 4 is
Is reduced, silicon single crystal substrate 3 and silicon carbide single crystal layer 5
Can be reduced, but since a crystal defect occurs at a portion where the silicon carbide single crystal layer 5 is joined at the upper portion of the groove 4, an element manufactured using the silicon carbide single crystal substrate 3 An interval W2 between the grooves 4 larger than the size is set.

【0020】このようにして、炭化珪素単結晶層5の表
面は連続的につながり、大面積の炭化珪素単結晶層5が
得られる。そして、炭化珪素単結晶層5が成長中は炭化
珪素単結晶5は小面積に分割されており珪素単結晶基板
3との熱膨張係数などの差による内部応力の発生が低減
され、割りや反りのない珪素単結晶基板3上の炭化珪素
単結晶層5が得られる。
Thus, the surface of silicon carbide single crystal layer 5 is continuously connected, and silicon carbide single crystal layer 5 having a large area is obtained. During the growth of silicon carbide single crystal layer 5, silicon carbide single crystal 5 is divided into small areas, and the occurrence of internal stress due to a difference in thermal expansion coefficient from silicon single crystal substrate 3 and the like is reduced. Thus, silicon carbide single crystal layer 5 on silicon single crystal substrate 3 having no surface is obtained.

【0021】この後、珪素単結晶基板3を除去し、図2
(d)に示すように炭化珪素単結晶層5を黒鉛製ルツボ
1の蓋材1bに接着剤6で接合して炭化珪素単結晶層5
を黒鉛製ルツボの蓋材1bに固定する。なお、炭化珪素
単結晶層5を黒鉛製ルツボの蓋材1bに固定するに際
し、炭化珪素単結晶層5に多結晶珪素層や多結晶炭化珪
素層を形成して補強してもよい。
Thereafter, the silicon single crystal substrate 3 is removed, and FIG.
As shown in (d), the silicon carbide single crystal layer 5 is bonded to the lid 1b of the graphite crucible 1 with an adhesive 6 as shown in FIG.
Is fixed to the lid 1b of the graphite crucible. When fixing silicon carbide single crystal layer 5 to lid 1b of a graphite crucible, a polycrystalline silicon layer or a polycrystalline silicon carbide layer may be formed on silicon carbide single crystal layer 5 to reinforce it.

【0022】さらに、炭化珪素単結晶層5が固定された
黒鉛製ルツボの蓋材1bを黒鉛製ルツボ本体1aの開口
部に配置する。そして、黒鉛製ルツボ1内をアルゴンガ
ス雰囲気で圧力を1Torrにして、炭化珪素原料粉末
2の温度が2330℃、種結晶である炭化珪素単結晶層
5の温度が2210℃になるように保ち、炭化珪素単結
晶層5上に炭化珪素単結晶7を昇華再結晶成長させる。
Further, the lid 1b of the graphite crucible to which the silicon carbide single crystal layer 5 is fixed is disposed in the opening of the graphite crucible body 1a. Then, the pressure in the graphite crucible 1 is set to 1 Torr in an argon gas atmosphere, the temperature of the silicon carbide raw material powder 2 is maintained at 2330 ° C., and the temperature of the silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal is maintained at 2210 ° C. Silicon carbide single crystal 7 is sublimated and recrystallized on silicon carbide single crystal layer 5.

【0023】その結果、図2(e)に示すように、種結
晶である炭化珪素単結晶層5上に珪素単結晶基板3の口
径と略同一の口径を有する直径4インチ、厚さが2mm
の炭化珪素単結晶(炭化珪素単結晶インゴット)7が歩
留まりよく形成される。このようにして、高品質な大口
径のバルク状の炭化珪素単結晶インゴットが得られる。
なお、珪素単結晶基板3を8〜10インチのものを用い
た場合には、炭化珪素単結晶7も8〜10インチという
大口径のものにすることができる。
As a result, as shown in FIG. 2E, a diameter of 4 inches having a diameter substantially equal to the diameter of the silicon single crystal substrate 3 and a thickness of 2 mm were formed on the silicon carbide single crystal layer 5 as a seed crystal.
Silicon carbide single crystal (silicon carbide single crystal ingot) 7 is formed with high yield. Thus, a high-quality large-diameter bulk silicon carbide single crystal ingot can be obtained.
When silicon single crystal substrate 3 has a diameter of 8 to 10 inches, silicon carbide single crystal 7 can have a large diameter of 8 to 10 inches.

【0024】さらに、図2(f)に示すように、炭化珪
素単結晶(炭化珪素単結晶インゴット)7を黒鉛製ルツ
ボの蓋材1bから取り外し、得られた結晶をスライス、
研磨することにより半導体基板が完成する。なお、この
基板をX線回折およびラマン分光により結晶面方位、結
晶構造(多形)を判定した結果、炭化珪素単結晶7は6
H型の(0001)面方位を有していることが確認され
た。
Further, as shown in FIG. 2 (f), the silicon carbide single crystal (silicon carbide single crystal ingot) 7 is removed from the lid 1b of the graphite crucible, and the obtained crystal is sliced.
The semiconductor substrate is completed by polishing. The crystal plane orientation and the crystal structure (polymorphism) of this substrate were determined by X-ray diffraction and Raman spectroscopy.
It was confirmed that it had an H-type (0001) plane orientation.

【0025】このように完成した基板を用いて、大電力
用の縦型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を作製することができる。な
お、本実施形態では、溝4の幅W1を5μm、深さdを
20μm、炭化珪素単結晶層5の膜厚tを20μmとし
ているが、幅W1、深さd、膜厚t及び広がり角θが上
述した関係を満たす関係であれば、この他の値のものを
選択することができる。 (第2実施形態)第1実施形態では、炭化珪素単結晶層
5を溝4の上部で接合させて大面積な炭化珪素単結晶層
5を形成し、この炭化珪素単結晶層5の上に大面積な炭
化珪素単結晶7が形成されるようにしたが、本実施形態
では、炭化珪素単結晶層5が接合されない状態でも大面
積な炭化珪素単結晶7が形成できるようにする。すなわ
ち、本実施形態では珪素単結晶基板3に形成する溝14
の幅W3を炭化珪素単結晶7が溝14の上部で接合でき
るように決めている。
Using the substrate thus completed, a semiconductor device such as a vertical MOSFET, a pn diode, and a Schottky diode for high power can be manufactured. In this embodiment, the width W1 of the groove 4 is 5 μm, the depth d is 20 μm, and the thickness t of the silicon carbide single crystal layer 5 is 20 μm. However, the width W1, the depth d, the thickness t, and the spread angle If .theta. satisfies the above-described relationship, other values can be selected. (Second Embodiment) In the first embodiment, a large area silicon carbide single crystal layer 5 is formed by joining silicon carbide single crystal layer 5 at the upper part of groove 4, and is formed on silicon carbide single crystal layer 5. Although a large-area silicon carbide single crystal 7 is formed, in the present embodiment, a large-area silicon carbide single crystal 7 can be formed even when silicon carbide single-crystal layer 5 is not joined. That is, in the present embodiment, the grooves 14 formed in the silicon single crystal substrate 3
Is determined so that the silicon carbide single crystal 7 can be joined at the upper portion of the groove 14.

【0026】以下、炭化珪素単結晶の製造方法を図5
(a)〜(f)に基づいて説明する。図5(a)、
(b)に示すように、珪素単結晶基板3を用意し、この
珪素単結晶基板3の表面に格子状の溝14を形成する。
次に、図5(c)に示すように、珪素単結晶基板3の上
に種結晶となる炭化珪素単結晶層5を成長させる。この
とき、溝14の幅W3が炭化珪素単結晶層5の基板平行
方向の成長よりも広いため、炭化珪素単結晶層5は溝1
4の上部で接合せず、溝14は炭化珪素単結晶層5で覆
われない。
FIG. 5 shows a method for producing a silicon carbide single crystal.
A description will be given based on (a) to (f). FIG. 5 (a),
As shown in (b), a silicon single crystal substrate 3 is prepared, and lattice-shaped grooves 14 are formed on the surface of the silicon single crystal substrate 3.
Next, as shown in FIG. 5C, a silicon carbide single crystal layer 5 serving as a seed crystal is grown on silicon single crystal substrate 3. At this time, since width W3 of groove 14 is wider than growth of silicon carbide single crystal layer 5 in the direction parallel to the substrate, silicon carbide single crystal layer 5
The groove 14 is not joined at the upper part of the groove 4 and is not covered with the silicon carbide single crystal layer 5.

【0027】そして、珪素単結晶基板3を除去し、図5
(d)に示すように炭化珪素単結晶層5を黒鉛製ルツボ
1の蓋材1bに接合して炭化珪素単結晶層5を黒鉛製ル
ツボの蓋材1bに固定する。この後、第1実施形態と同
様の昇華再結晶法によって炭化珪素単結晶層5上に炭化
珪素単結晶7を昇華再結晶成長させる。このとき、炭化
珪素単結晶7は基板平行方向にも成長し、炭化珪素単結
晶7は溝14の上部で接合して、大口径なものとなる。
このように、炭化珪素単結晶7における基板平行方向の
成長によって、溝14の上部で炭化珪素単結晶7が接合
するようにしても、歩留まりよく高品質な大口径の炭化
珪素単結晶7を得ることができる。
Then, the silicon single crystal substrate 3 is removed, and FIG.
As shown in (d), the silicon carbide single crystal layer 5 is joined to the lid 1b of the graphite crucible 1, and the silicon carbide single crystal layer 5 is fixed to the lid 1b of the graphite crucible. Thereafter, silicon carbide single crystal 7 is sublimated and recrystallized on silicon carbide single crystal layer 5 by the same sublimation recrystallization method as in the first embodiment. At this time, silicon carbide single crystal 7 also grows in the direction parallel to the substrate, and silicon carbide single crystal 7 is joined at the upper portion of groove 14 to have a large diameter.
As described above, even when silicon carbide single crystal 7 is bonded to the upper portion of groove 14 by growing silicon carbide single crystal 7 in the direction parallel to the substrate, high-quality large-diameter silicon carbide single crystal 7 with high yield can be obtained. be able to.

【0028】具体的には、図6に示すように、溝14の
幅W3を、炭化珪素単結晶7が基板平行方向へ広がると
きの角度(炭化珪素単結晶基板3の表面の法線方向に対
する炭化珪素単結晶7の傾斜角度)を広がり角φとする
と、炭化珪素単結晶7の厚さTと炭化珪素単結晶7の広
がり角φとの関係でW3≦2・T・tanφを満たすよ
うにすれば大口径な炭化珪素単結晶7を得ることができ
る。
Specifically, as shown in FIG. 6, the width W3 of groove 14 is set to the angle (in relation to the normal direction of the surface of silicon carbide single crystal substrate 3) when silicon carbide single crystal 7 spreads in the direction parallel to the substrate. Assuming that the angle of inclination of the silicon carbide single crystal 7) is the spread angle φ, the relationship between the thickness T of the silicon carbide single crystal 7 and the spread angle φ of the silicon carbide single crystal 7 satisfies W3 ≦ 2 · T · tan φ. Then, large-diameter silicon carbide single crystal 7 can be obtained.

【0029】また、このときに小面積に分割された炭化
珪素単結晶層5の間に存在する空隙の下部の黒鉛製ルツ
ボの蓋材1bから多結晶炭化珪素が成長するので、小面
積に分割された炭化珪素単結晶層5の間に存在する空隙
の下部の黒鉛製ルツボの蓋材1bに溝24を形成すれ
ば、多結晶炭化珪素が成長した炭化珪素単結晶7に接触
することがなく、高品質の炭化珪素単結晶7が成長でき
る。
At this time, since polycrystalline silicon carbide grows from the lid 1b of the graphite crucible below the void existing between the silicon carbide single crystal layers 5 divided into small areas, the polycrystalline silicon carbide is divided into small areas. If groove 24 is formed in lid 1b of graphite crucible below the gap existing between silicon carbide single crystal layers 5 thus formed, polycrystalline silicon carbide does not contact silicon carbide single crystal 7 on which silicon carbide has grown. , A high quality silicon carbide single crystal 7 can be grown.

【0030】このため、黒鉛製ルツボの蓋材1bに形成
する溝24の幅は上記珪素単結晶基板3に形成する溝2
4の幅W3と同じにして、溝24の深さDはD≧W3/
2・tanφの関係を満たす値が好ましい。 (他の実施形態)上記第1、第2実施形態では、炭化珪
素原料として、粉末状の炭化珪素原料粉末2を用いた
が、炭化珪素原料として粉末に代えて焼結体等の他の形
態のものを用いてもよい。
Therefore, the width of the groove 24 formed in the lid 1b of the graphite crucible is limited to the width of the groove 2 formed in the silicon single crystal substrate 3.
4 and the depth D of the groove 24 is D ≧ W3 /
A value that satisfies the relationship of 2.tanφ is preferable. (Other Embodiments) In the first and second embodiments, the powdered silicon carbide raw material powder 2 is used as the silicon carbide raw material, but other forms such as a sintered body are used instead of the powder as the silicon carbide raw material. May be used.

【0031】また、第1、第2実施形態では、炭化珪素
単結晶を昇華再結晶法によって形成したが、この他の方
法を用いて形成してもよい。すなわち、上記供給する原
料ガスは、単結晶となる原料を加熱昇華させる方法(昇
華法)により生成した昇華ガスに限らず、昇華法以外の
方法で調整した単結晶となる原料のガスでもよい。ただ
し、昇華再結晶法によって炭化珪素単結晶を形成する場
合には、炭化珪素単結晶を成長させやすいため、昇華再
結晶法を用いて炭化珪素単結晶を形成することが好まし
い。
Further, in the first and second embodiments, the silicon carbide single crystal is formed by the sublimation recrystallization method, but may be formed by other methods. That is, the source gas to be supplied is not limited to a sublimation gas generated by a method of sublimating a material to be a single crystal by heating and sublimation (sublimation method), and may be a gas of a raw material to be a single crystal adjusted by a method other than the sublimation method. However, when a silicon carbide single crystal is formed by the sublimation recrystallization method, it is preferable to form the silicon carbide single crystal using the sublimation recrystallization method because the silicon carbide single crystal is easily grown.

【0032】また、黒鉛製のルツボを用いたが、ルツボ
の材料として黒鉛以外のもの例えばタングステンやタン
タル等の高融点金属を用いてもよい。
Although a crucible made of graphite is used, a material other than graphite, such as a refractory metal such as tungsten or tantalum, may be used as the material of the crucible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に用いる黒鉛製ルツボの模式
図である。
FIG. 1 is a schematic view of a graphite crucible used in an embodiment of the present invention.

【図2】炭化珪素単結晶の製造工程を説明するための断
面図である。
FIG. 2 is a cross sectional view for illustrating a manufacturing process of a silicon carbide single crystal.

【図3】珪素単結晶基板3の上面図である。FIG. 3 is a top view of the silicon single crystal substrate 3.

【図4】炭化珪素単結晶5の接合条件を説明するための
模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram for describing bonding conditions for silicon carbide single crystal 5;

【図5】第2実施形態における炭化珪素単結晶の製造工
程を説明するための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing process of a silicon carbide single crystal in a second embodiment.

【図6】炭化珪素単結晶7の接合条件を説明するための
模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining bonding conditions for silicon carbide single crystal 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…黒鉛製ルツボ、1a…ルツボ本体、1b…蓋部材、
2…炭化珪素原料粉末、3…珪素単結晶基板、4…溝、
5…炭化珪素単結晶層、7…炭化珪素単結晶、14…
溝、W1、W3…溝幅、d…溝深さ、t…炭化珪素単結
晶層の膜厚、T…炭化珪素単結晶の厚さ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Graphite crucible, 1a ... Crucible body, 1b ... Lid member,
2 ... silicon carbide raw material powder, 3 ... silicon single crystal substrate, 4 ... groove,
5 ... silicon carbide single crystal layer, 7 ... silicon carbide single crystal, 14 ...
Groove, W1, W3: groove width, d: groove depth, t: film thickness of silicon carbide single crystal layer, T: thickness of silicon carbide single crystal.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恩田 正一 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Shoichi Onda 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Pref.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 珪素単結晶基板(3)を用意し、この珪
素単結晶基板(3)に交叉する複数の溝(4)を形成し
て前記珪素単結晶基板(3)の表面を複数の領域に分割
する第1工程と、 前記珪素単結晶基板(3)の表面上に炭化珪素単結晶層
(5)を結晶成長させる第2工程と、 前記炭化珪素単結晶層(5)を種結晶として、この炭化
珪素単結晶層(5)上にバルク状の炭化珪素単結晶
(7)を成長させる第3工程とを備えたことを特徴とす
る炭化珪素単結晶の製造方法。
1. A silicon single crystal substrate (3) is prepared, a plurality of grooves (4) intersecting the silicon single crystal substrate (3) are formed, and the surface of the silicon single crystal substrate (3) is formed by a plurality of grooves. A first step of dividing the silicon carbide single crystal layer (5) on the surface of the silicon single crystal substrate (3); and a seed crystal of the silicon carbide single crystal layer (5). A third step of growing a bulk silicon carbide single crystal (7) on the silicon carbide single crystal layer (5).
【請求項2】 前記第1工程にて珪素単結晶基板(3)
に形成する溝(4)の幅(W1)を、前記第2工程にて
形成される前記炭化珪素単結晶層(5)が前記珪素単結
晶基板(3)表面に対して平行方向へ成長する成長距離
の2倍以下の大きさにすることを特徴とする請求項1に
記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
2. A silicon single crystal substrate (3) in the first step.
The silicon carbide single crystal layer (5) formed in the second step grows in a direction parallel to the surface of the silicon single crystal substrate (3). The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein the size is set to be twice or less the growth distance.
【請求項3】 前記第1工程にて珪素単結晶基板(3)
に形成する溝(4)の幅(W3)を、前記第3工程で形
成される前記炭化珪素単結晶(7)が前記炭化珪素単結
晶層(5)表面に対して平行方向へ成長する成長距離の
2倍以下の大きさにすることを特徴とする請求項1に記
載の炭化珪素単結晶の製造方法。
3. A single crystal silicon substrate (3) in the first step.
The width (W3) of the groove (4) to be formed in the growth is such that the silicon carbide single crystal (7) formed in the third step grows in a direction parallel to the surface of the silicon carbide single crystal layer (5). 2. The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein the size is not more than twice the distance.
【請求項4】 前記第1工程にて珪素単結晶基板(3)
に形成する溝(4)の深さ(d)を前記炭化珪素単結晶
層(5)の成長厚さよりも深くすることを特徴とする請
求項2の記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
4. A single crystal silicon substrate (3) in said first step.
3. The method of manufacturing a silicon carbide single crystal according to claim 2, wherein a depth (d) of the groove (4) formed in the silicon carbide single crystal layer is made deeper than a growth thickness of the silicon carbide single crystal layer (5).
【請求項5】 前記第3工程では、黒鉛製ルツボ内
(1)において炭化珪素原料粉末(15)を不活性ガス
雰囲気中で加熱昇華させ、前記炭化珪素原料粉末(2)
よりも低温にした前記炭化珪素単結晶層(5)の表面に
前記炭化珪素単結晶(7)を成長させていることを特徴
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。
5. In the third step, the silicon carbide raw material powder (15) is heated and sublimated in an inert gas atmosphere in the graphite crucible (1), and the silicon carbide raw material powder (2) is heated.
5. The silicon carbide according to claim 1, wherein the silicon carbide single crystal is grown on a surface of the silicon carbide single crystal layer at a lower temperature. 6. Single crystal production method.
【請求項6】 炭化珪素単結晶(7)を形成するための
種結晶となる炭化珪素単結晶層(5)を珪素単結晶基板
(3)の表面上に結晶成長させる方法において、 前記珪素単結晶基板(3)の表面に対して平行方向へ前
記炭化珪素単結晶層(5)が成長する成長距離の2倍以
下の幅を有する複数の溝(4)を前記珪素単結晶基板
(3)の表面に形成して前記珪素単結晶基板(3)の表
面を複数の領域に分割する工程を備えたことを特徴とす
る炭化珪素単結晶層の製造方法。
6. A method for growing a silicon carbide single crystal layer (5) as a seed crystal for forming a silicon carbide single crystal (7) on a surface of a silicon single crystal substrate (3), comprising: A plurality of grooves (4) having a width of not more than twice the growth distance for growing the silicon carbide single crystal layer (5) in a direction parallel to the surface of the crystal substrate (3) are formed in the silicon single crystal substrate (3). Forming a surface of the silicon single crystal substrate (3) and dividing the surface of the silicon single crystal substrate (3) into a plurality of regions.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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