単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材及び単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法
【課題】炭化ケイ素エピタキシャル成長速度を高くできる単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材を提供する。
【解決手段】単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材１１は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む表層を有する。表層のＸ線回折により、（１１１）結晶面に対応した回折ピークが観察される。表層のＸ線回折により観察される（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％未満である。
【解決手段】単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材１１は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む表層を有する。表層のＸ線回折により、（１１１）結晶面に対応した回折ピークが観察される。表層のＸ線回折により観察される（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材及びそれを用いた単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、ケイ素（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の従来の半導体材料では実現できない高温耐性、高耐電圧性、耐高周波性及び高耐環境性を実現することが可能であると考えられている。このため、炭化ケイ素は、次世代のパワーデバイス用の半導体材料や高周波デバイス用半導体材料として期待されている。
【０００３】
従来、単結晶炭化ケイ素を成長させる方法として、例えば、下記の特許文献１などにおいて、昇華再結晶法（改良レーリー法）が提案されている。この改良レーリー法では、坩堝内の低温側領域に単結晶炭化ケイ素からなるシード材を配置し、高温側領域に原料となるＳｉを含む原料粉末を配置する。そして、坩堝内を不活性雰囲気とした上で、１４５０℃〜２４００℃の高温に加熱することにより、高温側領域に配置されている原料粉末を昇華させる。その結果、低温側領域に配置されているシード材の表面上に炭化ケイ素をエピタキシャル成長させることができる。
【０００４】
しかしながら、改良レーリー法は、気相中で温度勾配を設けることにより炭化ケイ素結晶を成長させる方法である。このため、改良レーリー法を用いた場合、炭化ケイ素のエピタキシャル成長に大型の装置を要し、かつ、炭化ケイ素エピタキシャル成長のプロセス制御が困難となる。よって、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜の製造コストが高くなるという問題がある。また、気相中における炭化ケイ素エピタキシャル成長は、非平衡である。このため、形成される炭化ケイ素エピタキシャル成長膜に結晶欠陥が生じやすく、また、結晶構造に荒れが生じやすいという問題がある。
【０００５】
改良レーリー法以外の炭化ケイ素のエピタキシャル成長法としては、例えば特許文献２などで提案されている、液相において炭化ケイ素をエピタキシャル成長させる方法である準安定溶媒エピタキシー（Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＳＥ）法が挙げられる。
【０００６】
ＭＳＥ法では、単結晶炭化ケイ素や多結晶炭化ケイ素などの結晶性炭化ケイ素からなるシード材と、炭化ケイ素からなるフィード材とを、例えば１００μｍ以下といった小さな間隔をおいて対向させ、その間にＳｉの溶融層を介在させる。そして、真空高温環境で加熱処理することにより、シード材の表面上に炭化ケイ素をエピタキシャル成長させる。
【０００７】
このＭＳＥ法では、シード材の化学ポテンシャルと、フィード材の化学ポテンシャルとの差に起因して、Ｓｉ溶融層に溶解する炭素の濃度勾配が生じることにより炭化ケイ素エピタキシャル成長膜が形成されるものと考えられている。このため、改良レーリー法を用いる場合とは異なり、シード材とフィード材との間に温度差を設ける必要が必ずしもない。従って、ＭＳＥ法を用いた場合、簡素な装置で、炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスを容易に制御できるばかりか、高品位な炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を安定して形成することができる。
【０００８】
また、大きな面積を有するシード基板の上にも炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を形成できるという利点、Ｓｉ溶融層が極めて薄いため、フィード材からの炭素が拡散しやすく、炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスの低温化を図れるという利点もある。
【０００９】
従って、ＭＳＥ法は、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長法として極めて有用な方法であると考えられており、ＭＳＥ法に関する研究が盛んに行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−９７０４０号公報
【特許文献２】特開２００８−２３０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、ＭＳＥ法においては、フィード材の自由エネルギーがシード材の自由エネルギーよりも高くなるように、フィード材及びシード材を選択する必要があるものと考えられている。このため、例えば上記特許文献２には、フィード基板とシード基板との結晶多形を異ならしめることにより、フィード基板とシード基板とで自由エネルギーを異ならしめることが記載されている。具体的には、フィード基板を多結晶３Ｃ−ＳｉＣ基板により構成した場合は、３Ｃ−ＳｉＣ基板よりも低い自由エネルギーを有する単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板などによりシード基板を構成することが記載されている。
【００１２】
ここで、多結晶３Ｃ−ＳｉＣ基板は、ＣＶＤ法により容易に作製できる。このため、特許文献２に記載のように、３Ｃ−ＳｉＣ基板をフィード基板として用いることにより、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜の形成コストを低く抑えることができる。よって、本発明者は、３Ｃ−ＳｉＣ基板をフィード基板として用いることに関して研究を進めてきた。その結果、３Ｃ−ＳｉＣ基板の中にも炭化ケイ素のエピタキシャル成長速度が速いものと遅いものとがあることを見出した。
【００１３】
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭化ケイ素エピタキシャル成長速度を高くできる単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、鋭意研究の結果、結晶多形が３Ｃであるフィード材を用いた場合のエピタキシャル成長速度は、（１１１）結晶面の配向角度と相関することを見出した。具体的には、本発明者は、高い配向角度の（１１１）結晶面が少ないほど、エピタキシャル成長速度が高くなることを見出した。その結果、本発明者は、本発明を成すに至った。
【００１５】
すなわち、本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材は、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法に用いられるフィード材である。本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む表層を有する。表層のＸ線回折により（１１１）結晶面に対応した回折ピークが観察される。表層のＸ線回折により観察される（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％未満である。このため、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長速度を効果的に高めることができる。これは、（１１１）結晶面を露出させている結晶の（１１１）結晶面よりも安定性が低い面の露出度が高くなるため、（１１１）結晶面を露出させている結晶の反応性が高くなるためであると考えられる。
【００１６】
（１１１）結晶面に対応した１次回折ピークは、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素に対応した１次回折ピークのなかで最も大きな回折強度を有する主回折ピークであることが好ましい。
【００１７】
なお、本発明において、「エピタキシャル成長方法」には、準安定溶媒エピタキシー（Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＳＥ）法などの液相エピタキシャル成長方法と、改良レーリー法などの気相エピタキシャル成長方法とが含まれるものとする。「ＭＳＥ法」とは、シード材とフィード材とをケイ素溶融層を介して対向させた状態で加熱することによりケイ素溶融層中に溶融する黒鉛の濃度勾配を形成し、その濃度勾配により、シード材の上に単結晶炭化ケイ素をエピタキシャル成長させる方法をいう。
【００１８】
本発明において、「Ｘ線回折」とは、８．０４８ｋｅＶであるＸ線（ＣｕＫα線）を用いた回折をいう。
【００１９】
本発明において、「フィード材」とは、例えば、Ｓｉ、Ｃ、ＳｉＣなどの単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長の材料となるものを供給する部材をいう。一方、「シード材」とは、表面上に単結晶炭化ケイ素が成長していく部材をいう。
【００２０】
本発明において、表層は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を主成分として含むことが好ましく、実質的に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素からなることが好ましい。この構成によれば、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長速度をさらに効果的に高めることができる。
【００２１】
なお、本発明において、「主成分」とは、５０質量％以上含まれる成分のことをいう。
【００２２】
本発明において、「実質的に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素からなる」とは、不純物以外に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素以外の成分を含まないことを意味する。通常、「実質的に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素からなる」場合に含まれる不純物は、５質量％以下である。
【００２３】
本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材は、支持材と、支持材の上に形成されており、表層を構成している多結晶炭化ケイ素膜とを備えていてもよい。その場合において、多結晶炭化ケイ素膜の厚みは、３０μｍ〜８００μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む多結晶炭化ケイ素材により構成されていてもよい。
【００２５】
本発明に係る単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法では、上記本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材を用いて単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長を行う。従って、単結晶炭化ケイ素を高い速度でエピタキシャル成長させることができる。
【００２６】
本発明に係る単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法では、フィード材の表層と、炭化ケイ素からなる表層を有するシード材の表層とをケイ素溶融層を介して対向させた状態で加熱することによりシード材の表層上に単結晶炭化ケイ素をエピタキシャル成長させることが好ましい。すなわち、本発明に係る単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法は、単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法であることが好ましい。この場合、シード材とフィード材との間に温度差を設ける必要が必ずしもない。従って、簡素な装置で、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスを容易に制御できるばかりか、高品位な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を安定して形成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、炭化ケイ素エピタキシャル成長速度を高くできる単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態における単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法を説明するための模式図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるフィード基板の略図的断面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるシード基板の略図的断面図である。
【図４】変形例におけるフィード基板の略図的断面図である。
【図５】変形例におけるシード基板の略図的断面図である。
【図６】サンプル１〜４のＸ線回折チャートである。
【図７】（１１１）結晶面の配向性の測定方法を説明するための模式図である。
【図８】サンプル１における（１１１）結晶面の配向性を示すグラフである。
【図９】サンプル２における（１１１）結晶面の配向性を示すグラフである。
【図１０】サンプル３における（１１１）結晶面の配向性を示すグラフである。
【図１１】サンプル４における（１１１）結晶面の配向性を示すグラフである。
【図１２】サンプル１，２及び４における単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜の成長速度を示すグラフである。
【図１３】サンプル３，４における単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜の成長速度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
【００３０】
図１は、本実施形態における単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法を説明するための模式図である。
【００３１】
本実施形態では、ＭＳＥ法を用いて単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長膜を形成する例について説明する。
【００３２】
本実施形態では、図１に示すように、容器１０内において、シード材としてのシード基板１２と、フィード材としてのフィード基板１１とを、シード基板１２の主面１２ａとフィード基板１１の主面１１ａとがシリコンプレートを介して対向するように配置する。その状態でシード基板１２及びフィード基板１１とを加熱し、シリコンプレートを溶融する。そうすることにより、シード基板１２とフィード基板１１とがケイ素溶融層１３を介して対向した状態となる。この状態を維持することにより、シード基板１２側からケイ素、炭素、炭化ケイ素などの原料がケイ素溶融層１３に溶出する。これにより、ケイ素溶融層１３に濃度勾配が形成される。その結果、シード基板１２の主面１２ａ上に単結晶炭化ケイ素がエピタキシャル成長し、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０が形成される。なお、ケイ素溶融層１３の厚みは、極めて薄く、例えば、１０μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。
【００３３】
（フィード基板１１）
図２にフィード基板１１の略図的断面図を示す。フィード基板１１は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む表層を有する。具体的には、本実施形態では、フィード基板１１は、黒鉛からなる支持材１１ｂと、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃとを有する。黒鉛からなる支持材１１ｂは、炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスに十分に耐えることのできる高い耐熱性を有している。また、黒鉛からなる支持材１１ｂは、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０と似通った熱膨張率を有する。従って、黒鉛からなる支持材１１ｂを用いることにより、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０を好適に形成することができる。
【００３４】
なお、黒鉛の具体例としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、石油コークス、石炭コークス、ピッチコークス、カーボンブラック、メソカーボン等が挙げられる。黒鉛からなる支持材１１ｂの製造方法は、例えば、特開２００５−１３２７１１号公報に記載の製造方法などが挙げられる。
【００３５】
多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、支持材１１ｂの主面及び側面を覆うように形成されている。多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、多結晶炭化ケイ素を含む。この多結晶炭化ケイ素膜１１ｃによって、フィード基板１１の表層が形成されている。なお、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素（以下、「多結晶３Ｃ−ＳｉＣ」とする。）を主成分として含むことが好ましく、実質的に多結晶３Ｃ−ＳｉＣからなることが好ましい。すなわち、フィード基板１１の表層は、多結晶３Ｃ−ＳｉＣを主成分として含むことが好ましく、実質的に多結晶３Ｃ−ＳｉＣからなることが好ましい。そうすることにより単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度を高めることができる。
【００３６】
多結晶炭化ケイ素膜１１ｃの厚みｔ１１は、３０μｍ〜８００μｍの範囲内にあることが好ましく、４０μｍ〜６００μｍの範囲内にあることがより好ましく、１００μｍ〜３００μｍの範囲内にあることがさらに好ましい。多結晶炭化ケイ素膜１１ｃの厚みｔ１１が薄すぎると、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の形成時に、黒鉛からなる支持材１１ｂが露出し、支持材１１ｂからの溶出に起因して好適な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０が得られなくなる場合がある。一方、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃの厚みｔ１１が厚すぎると、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃにクラックが生じやすくなる場合がある。
【００３７】
多結晶炭化ケイ素膜１１ｃの形成方法は特に限定されない。多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、スパッタリング法などにより形成することができる。特に、本実施形態では、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃが多結晶３Ｃ−ＳｉＣを含むものであるため、ＣＶＤ法により緻密な多結晶炭化ケイ素膜１１ｃを容易かつ安価に形成することができる。
【００３８】
フィード基板１１の表層を構成している多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、Ｘ線回折により観察される（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％未満であるものである。このため、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長速度を効果的に高めることができる。これは、（１１１）結晶面を露出させている結晶の（１１１）結晶面よりも安定性が低い面の露出度が高くなるため、（１１１）結晶面を露出させている結晶の反応性が高くなるためであると考えられる。
【００３９】
（１１１）結晶面に対応した１次回折ピークは、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素に対応した１次回折ピークのなかで最も大きな回折強度を有する主回折ピークであることが好ましい。
【００４０】
（シード基板１２）
シード基板１２は、主面１２ａ側の表層が炭化ケイ素からなり、フィード基板１１よりもケイ素溶融層１３に溶出しにくいものである限りにおいて特に限定されない。シード基板１２は、例えば、表層が単結晶炭化ケイ素からなるものであってもよいし、結晶多形が４Ｈ、６Ｈなどである炭化ケイ素からなるものであってもよい。また、シード基板１２は、例えば、表層が、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含み、その表層のＸ線回折により観察される（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％以上であるものであってもよい。この場合、シード基板１２をＣＶＤ法により安価に作製することができる。従って、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の形成コストを低減することができる。
【００４１】
以下、本実施形態では、図３に示すシード基板１２を用いる例について説明する。図３に示すように、本実施形態では、シード基板１２は、黒鉛からなる支持材１２ｂと、多結晶炭化ケイ素膜１２ｃとを有する。黒鉛からなる支持材１２ｂは、炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスに十分に耐えることのできる高い耐熱性を有している。また、黒鉛からなる支持材１２ｂは、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０と似通った熱膨張率を有する。従って、黒鉛からなる支持材１２ｂを用いることにより、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０を好適に形成することができる。
【００４２】
なお、黒鉛の具体例としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、石油コークス、石炭コークス、ピッチコークス、カーボンブラック、メソカーボン等が挙げられる。黒鉛からなる支持材１２ｂの製造方法は、例えば、特開２００５−１３２７１１号公報に記載の製造方法などが挙げられる。
【００４３】
多結晶炭化ケイ素膜１２ｃは、支持材１２ｂの主面及び側面を覆うように形成されている。多結晶炭化ケイ素膜１２ｃは、多結晶炭化ケイ素を含む。この多結晶炭化ケイ素膜１２ｃによって、シード基板１２の表層が形成されている。なお、本実施形態における多結晶炭化ケイ素膜１２ｃは、多結晶３Ｃ−ＳｉＣを主成分として含むことが好ましく、実質的に多結晶３Ｃ−ＳｉＣからなることが好ましい。すなわち、本実施形態において、シード基板１２の表層は、多結晶３Ｃ−ＳｉＣを主成分として含むことが好ましく、実質的に多結晶３Ｃ−ＳｉＣからなることが好ましい。そうすることにより単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度を高めることができる。
【００４４】
多結晶炭化ケイ素膜１２ｃの厚みｔ１２は、３０μｍ〜８００μｍの範囲内にあることが好ましく、４０μｍ〜６００μｍの範囲内にあることがより好ましく、１００μｍ〜３００μｍの範囲内にあることがさらに好ましい。多結晶炭化ケイ素膜１２ｃの厚みｔ１２が薄すぎると、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の形成時に、黒鉛からなる支持材１２ｂが露出し、支持材１２ｂからの溶出に起因して好適な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０が得られなくなる場合がある。一方、多結晶炭化ケイ素膜１２ｃの厚みｔ１２が厚すぎると、多結晶炭化ケイ素膜１２ｃにクラックが生じやすくなる場合がある。
【００４５】
多結晶炭化ケイ素膜１２ｃの形成方法は特に限定されない。多結晶炭化ケイ素膜１２ｃは、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、スパッタリング法などにより形成することができる。特に、本実施形態では、多結晶炭化ケイ素膜１２ｃが多結晶３Ｃ−ＳｉＣを含むものであるため、ＣＶＤ法により緻密な多結晶炭化ケイ素膜１２ｃを容易かつ安価に形成することができる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、フィード基板１１及びシード基板１２のそれぞれが支持材１１ｂ、１２ｂと、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃ、１２ｃとによって構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図４に示すように、フィード基板１１は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む多結晶ケイ素基板により構成されていてもよい。また、図５に示すように、シード基板１２は、炭化ケイ素を含む炭化ケイ素基板により構成されていてもよい。
【００４７】
なお、炭化ケイ素基板は、例えば、黒鉛基材にＣＶＤ法により多結晶炭化ケイ素を被覆し、その後、黒鉛を機械的あるいは化学的に除去することにより作製することができる。また、炭化ケイ素基板は、黒鉛材とケイ酸ガスとを反応させて黒鉛材を炭化ケイ素に転化させることによっても作製することができる。また、炭化ケイ素基板は、炭化ケイ素粉末に焼結助剤を添加して１６００℃以上の高温で焼結させることによっても作製することができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法であるＭＳＥ法により単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を形成する例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、改良レーリー法などの気相エピタキシャル成長方法により単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を形成してもよい。
【００４９】
以下、具体例に基づいて、本発明についてさらに説明するが、本発明は、以下の具体例に何ら限定されない。
【００５０】
（作製例１）
かさ密度１．８５ｇ／ｃｍ３、灰分５ｐｐｍ以下である高純度等方性黒鉛材料からなる黒鉛材（１５ｍｍ×１５ｍｍ×２ｍｍ）を基材として用いた。この基材をＣＶＤ反応装置内に入れ、ＣＶＤ法により基材上に厚み３０μｍの多結晶炭化ケイ素被膜を形成し、サンプル１を作製した。なお、原料ガスとしては、四塩化ケイ素及びプロパンガスを用いた。成膜は、常圧、１２００℃で行った。成膜速度は、３０μｍ／ｈとした。
【００５１】
（作製例２）
反応温度を１４００℃とし、成膜速度を６０μｍ／ｈとしたこと以外は、上記作製例１と同様にして黒鉛材の表面上に５０μｍの多結晶炭化ケイ素被膜を形成し、サンプル２を作製した。
【００５２】
（作製例３）
反応温度を１２５０℃とし、成膜速度１０μｍ／ｈとし、四塩化ケイ素に代えてＣＨ３ＳｉＣｌ３を用いたこと以外は、上記作製例１と同様にして黒鉛材の表面上に５０μｍの多結晶炭化ケイ素被膜を形成し、サンプル３を作製した。
【００５３】
（作製例４）
四塩化ケイ素及びプロパンガスに代えてジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びアセチレンを用い、反応温度を１３００℃とし、成膜速度１０μｍ／ｈとしたこと以外は、上記作製例１と同様にして黒鉛材の表面上に５０μｍの多結晶炭化ケイ素被膜を形成し、サンプル４を作製した。なお、サンプル４では、多結晶炭化ケイ素被膜の厚みは、約１ｍｍであった。
【００５４】
（Ｘ線回折測定）
上記作製のサンプル１〜４の表層のＸ線回折を行った。なお、Ｘ線回折は、リガク社製アルティマ（Ｕｌｕｔｉｍａ）を用いて行った。測定結果を図６に示す。また、サンプル１〜４における、観察された回折ピークと、（１１１）結晶面に対応した１次回折ピークの強度を１００としたときの各結晶面に対応した回折ピークの相対強度をまとめる。
【００５５】
【表１】
【００５６】
（（１１１）結晶面の配向性評価）
次に、サンプル１〜４について、図７に示すように、サンプルを回転させながら（１１１）面の回折ピークが現れる角度を測定した。結果を図８〜図１１に示す。なお、図８〜図１１に示すグラフにおいて、横軸は、図７に示す配向角度（α）である。縦軸は強度である。
【００５７】
また、下記の表２に、配向角度（α）が１５°〜９０°における全領域の強度積分値に対する配向角度（α）が６７．５°以上の領域の強度積分値の割合（（配向角度（α）が６７．５°以上の領域の強度積分値）／（配向角度（α）が１５°〜９０°における全領域の強度積分値））を示す。なお、（（配向角度（α）が６７．５°以上の領域の強度積分値）／（配向角度（α）が１５°〜９０°における全領域の強度積分値））は、Ｘ線回折により観察された（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合に相当する。
【００５８】
【表２】
【００５９】
図８及び図９並びに上記表２に示すように、サンプル１，２では、配向角度（α）が６７．５°未満の領域にも大きな強度分布が存在し、（１１１）結晶面のうち、配向角度（α）が６７．５°以上であるものの割合が８０％未満であった。それに対して、サンプル３，４では、図１０及び図１１並びに上記表２に示すように、配向角度（α）が６７．５°未満の領域には大きな強度分布が存在せず、配向角度（α）が６７．５°以上であるものの割合が８０％以上であった。
【００６０】
（単結晶炭化ケイ素液相エピタキシャル成長膜の成長速度評価）
上記実施形態において説明した液相エピタキシャル成長方法により、サンプル１〜４をフィード基板として用い、下記の条件で単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０を作製した。そして、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の断面を光学顕微鏡を用いて観察することにより、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の厚みを測定した。測定された厚みを炭化ケイ素エピタキシャル成長を行った時間で除算することにより、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度を求めた。
【００６１】
結果を図１２及び図１３に示す。なお、図１２及び図１３において、縦軸は、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度であり、横軸はケイ素溶融層１３の厚み（Ｌ）の逆数（１／Ｌ）である。
【００６２】
図１２及び図１３に示す結果から、配向角度（α）が６７．５°以上であるものの割合が８０％未満であったサンプル１，２を用いた場合は、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度が高かった。一方、配向角度（α）が６７．５°以上であるものの割合が８０％以上であったサンプル３，４を用いた場合は、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度が低かった。
【００６３】
（単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度の測定条件）
シード基板：結晶多形が４Ｈである炭化ケイ素基板
雰囲気の圧力：１０−６〜１０−４Ｐａ
雰囲気温度：１９００℃
【符号の説明】
【００６４】
１０…容器
１１…フィード基板
１１ａ…主面
１１ｂ…支持材
１１ｃ…多結晶炭化ケイ素膜
１２…シード基板
１２ａ…主面
１２ｂ…支持材
１２ｃ…多結晶炭化ケイ素膜
１３…ケイ素溶融層
２０…単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材及びそれを用いた単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、ケイ素（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の従来の半導体材料では実現できない高温耐性、高耐電圧性、耐高周波性及び高耐環境性を実現することが可能であると考えられている。このため、炭化ケイ素は、次世代のパワーデバイス用の半導体材料や高周波デバイス用半導体材料として期待されている。
【０００３】
従来、単結晶炭化ケイ素を成長させる方法として、例えば、下記の特許文献１などにおいて、昇華再結晶法（改良レーリー法）が提案されている。この改良レーリー法では、坩堝内の低温側領域に単結晶炭化ケイ素からなるシード材を配置し、高温側領域に原料となるＳｉを含む原料粉末を配置する。そして、坩堝内を不活性雰囲気とした上で、１４５０℃〜２４００℃の高温に加熱することにより、高温側領域に配置されている原料粉末を昇華させる。その結果、低温側領域に配置されているシード材の表面上に炭化ケイ素をエピタキシャル成長させることができる。
【０００４】
しかしながら、改良レーリー法は、気相中で温度勾配を設けることにより炭化ケイ素結晶を成長させる方法である。このため、改良レーリー法を用いた場合、炭化ケイ素のエピタキシャル成長に大型の装置を要し、かつ、炭化ケイ素エピタキシャル成長のプロセス制御が困難となる。よって、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜の製造コストが高くなるという問題がある。また、気相中における炭化ケイ素エピタキシャル成長は、非平衡である。このため、形成される炭化ケイ素エピタキシャル成長膜に結晶欠陥が生じやすく、また、結晶構造に荒れが生じやすいという問題がある。
【０００５】
改良レーリー法以外の炭化ケイ素のエピタキシャル成長法としては、例えば特許文献２などで提案されている、液相において炭化ケイ素をエピタキシャル成長させる方法である準安定溶媒エピタキシー（Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＳＥ）法が挙げられる。
【０００６】
ＭＳＥ法では、単結晶炭化ケイ素や多結晶炭化ケイ素などの結晶性炭化ケイ素からなるシード材と、炭化ケイ素からなるフィード材とを、例えば１００μｍ以下といった小さな間隔をおいて対向させ、その間にＳｉの溶融層を介在させる。そして、真空高温環境で加熱処理することにより、シード材の表面上に炭化ケイ素をエピタキシャル成長させる。
【０００７】
このＭＳＥ法では、シード材の化学ポテンシャルと、フィード材の化学ポテンシャルとの差に起因して、Ｓｉ溶融層に溶解する炭素の濃度勾配が生じることにより炭化ケイ素エピタキシャル成長膜が形成されるものと考えられている。このため、改良レーリー法を用いる場合とは異なり、シード材とフィード材との間に温度差を設ける必要が必ずしもない。従って、ＭＳＥ法を用いた場合、簡素な装置で、炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスを容易に制御できるばかりか、高品位な炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を安定して形成することができる。
【０００８】
また、大きな面積を有するシード基板の上にも炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を形成できるという利点、Ｓｉ溶融層が極めて薄いため、フィード材からの炭素が拡散しやすく、炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスの低温化を図れるという利点もある。
【０００９】
従って、ＭＳＥ法は、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長法として極めて有用な方法であると考えられており、ＭＳＥ法に関する研究が盛んに行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−９７０４０号公報
【特許文献２】特開２００８−２３０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、ＭＳＥ法においては、フィード材の自由エネルギーがシード材の自由エネルギーよりも高くなるように、フィード材及びシード材を選択する必要があるものと考えられている。このため、例えば上記特許文献２には、フィード基板とシード基板との結晶多形を異ならしめることにより、フィード基板とシード基板とで自由エネルギーを異ならしめることが記載されている。具体的には、フィード基板を多結晶３Ｃ−ＳｉＣ基板により構成した場合は、３Ｃ−ＳｉＣ基板よりも低い自由エネルギーを有する単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板などによりシード基板を構成することが記載されている。
【００１２】
ここで、多結晶３Ｃ−ＳｉＣ基板は、ＣＶＤ法により容易に作製できる。このため、特許文献２に記載のように、３Ｃ−ＳｉＣ基板をフィード基板として用いることにより、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜の形成コストを低く抑えることができる。よって、本発明者は、３Ｃ−ＳｉＣ基板をフィード基板として用いることに関して研究を進めてきた。その結果、３Ｃ−ＳｉＣ基板の中にも炭化ケイ素のエピタキシャル成長速度が速いものと遅いものとがあることを見出した。
【００１３】
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭化ケイ素エピタキシャル成長速度を高くできる単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、鋭意研究の結果、結晶多形が３Ｃであるフィード材を用いた場合のエピタキシャル成長速度は、（１１１）結晶面の配向角度と相関することを見出した。具体的には、本発明者は、高い配向角度の（１１１）結晶面が少ないほど、エピタキシャル成長速度が高くなることを見出した。その結果、本発明者は、本発明を成すに至った。
【００１５】
すなわち、本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材は、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法に用いられるフィード材である。本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む表層を有する。表層のＸ線回折により（１１１）結晶面に対応した回折ピークが観察される。表層のＸ線回折により観察される（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％未満である。このため、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長速度を効果的に高めることができる。これは、（１１１）結晶面を露出させている結晶の（１１１）結晶面よりも安定性が低い面の露出度が高くなるため、（１１１）結晶面を露出させている結晶の反応性が高くなるためであると考えられる。
【００１６】
（１１１）結晶面に対応した１次回折ピークは、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素に対応した１次回折ピークのなかで最も大きな回折強度を有する主回折ピークであることが好ましい。
【００１７】
なお、本発明において、「エピタキシャル成長方法」には、準安定溶媒エピタキシー（Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＳＥ）法などの液相エピタキシャル成長方法と、改良レーリー法などの気相エピタキシャル成長方法とが含まれるものとする。「ＭＳＥ法」とは、シード材とフィード材とをケイ素溶融層を介して対向させた状態で加熱することによりケイ素溶融層中に溶融する黒鉛の濃度勾配を形成し、その濃度勾配により、シード材の上に単結晶炭化ケイ素をエピタキシャル成長させる方法をいう。
【００１８】
本発明において、「Ｘ線回折」とは、８．０４８ｋｅＶであるＸ線（ＣｕＫα線）を用いた回折をいう。
【００１９】
本発明において、「フィード材」とは、例えば、Ｓｉ、Ｃ、ＳｉＣなどの単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長の材料となるものを供給する部材をいう。一方、「シード材」とは、表面上に単結晶炭化ケイ素が成長していく部材をいう。
【００２０】
本発明において、表層は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を主成分として含むことが好ましく、実質的に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素からなることが好ましい。この構成によれば、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長速度をさらに効果的に高めることができる。
【００２１】
なお、本発明において、「主成分」とは、５０質量％以上含まれる成分のことをいう。
【００２２】
本発明において、「実質的に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素からなる」とは、不純物以外に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素以外の成分を含まないことを意味する。通常、「実質的に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素からなる」場合に含まれる不純物は、５質量％以下である。
【００２３】
本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材は、支持材と、支持材の上に形成されており、表層を構成している多結晶炭化ケイ素膜とを備えていてもよい。その場合において、多結晶炭化ケイ素膜の厚みは、３０μｍ〜８００μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む多結晶炭化ケイ素材により構成されていてもよい。
【００２５】
本発明に係る単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法では、上記本発明に係る単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材を用いて単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長を行う。従って、単結晶炭化ケイ素を高い速度でエピタキシャル成長させることができる。
【００２６】
本発明に係る単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法では、フィード材の表層と、炭化ケイ素からなる表層を有するシード材の表層とをケイ素溶融層を介して対向させた状態で加熱することによりシード材の表層上に単結晶炭化ケイ素をエピタキシャル成長させることが好ましい。すなわち、本発明に係る単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法は、単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法であることが好ましい。この場合、シード材とフィード材との間に温度差を設ける必要が必ずしもない。従って、簡素な装置で、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスを容易に制御できるばかりか、高品位な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を安定して形成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、炭化ケイ素エピタキシャル成長速度を高くできる単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態における単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法を説明するための模式図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるフィード基板の略図的断面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるシード基板の略図的断面図である。
【図４】変形例におけるフィード基板の略図的断面図である。
【図５】変形例におけるシード基板の略図的断面図である。
【図６】サンプル１〜４のＸ線回折チャートである。
【図７】（１１１）結晶面の配向性の測定方法を説明するための模式図である。
【図８】サンプル１における（１１１）結晶面の配向性を示すグラフである。
【図９】サンプル２における（１１１）結晶面の配向性を示すグラフである。
【図１０】サンプル３における（１１１）結晶面の配向性を示すグラフである。
【図１１】サンプル４における（１１１）結晶面の配向性を示すグラフである。
【図１２】サンプル１，２及び４における単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜の成長速度を示すグラフである。
【図１３】サンプル３，４における単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜の成長速度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
【００３０】
図１は、本実施形態における単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法を説明するための模式図である。
【００３１】
本実施形態では、ＭＳＥ法を用いて単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長膜を形成する例について説明する。
【００３２】
本実施形態では、図１に示すように、容器１０内において、シード材としてのシード基板１２と、フィード材としてのフィード基板１１とを、シード基板１２の主面１２ａとフィード基板１１の主面１１ａとがシリコンプレートを介して対向するように配置する。その状態でシード基板１２及びフィード基板１１とを加熱し、シリコンプレートを溶融する。そうすることにより、シード基板１２とフィード基板１１とがケイ素溶融層１３を介して対向した状態となる。この状態を維持することにより、シード基板１２側からケイ素、炭素、炭化ケイ素などの原料がケイ素溶融層１３に溶出する。これにより、ケイ素溶融層１３に濃度勾配が形成される。その結果、シード基板１２の主面１２ａ上に単結晶炭化ケイ素がエピタキシャル成長し、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０が形成される。なお、ケイ素溶融層１３の厚みは、極めて薄く、例えば、１０μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。
【００３３】
（フィード基板１１）
図２にフィード基板１１の略図的断面図を示す。フィード基板１１は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む表層を有する。具体的には、本実施形態では、フィード基板１１は、黒鉛からなる支持材１１ｂと、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃとを有する。黒鉛からなる支持材１１ｂは、炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスに十分に耐えることのできる高い耐熱性を有している。また、黒鉛からなる支持材１１ｂは、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０と似通った熱膨張率を有する。従って、黒鉛からなる支持材１１ｂを用いることにより、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０を好適に形成することができる。
【００３４】
なお、黒鉛の具体例としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、石油コークス、石炭コークス、ピッチコークス、カーボンブラック、メソカーボン等が挙げられる。黒鉛からなる支持材１１ｂの製造方法は、例えば、特開２００５−１３２７１１号公報に記載の製造方法などが挙げられる。
【００３５】
多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、支持材１１ｂの主面及び側面を覆うように形成されている。多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、多結晶炭化ケイ素を含む。この多結晶炭化ケイ素膜１１ｃによって、フィード基板１１の表層が形成されている。なお、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素（以下、「多結晶３Ｃ−ＳｉＣ」とする。）を主成分として含むことが好ましく、実質的に多結晶３Ｃ−ＳｉＣからなることが好ましい。すなわち、フィード基板１１の表層は、多結晶３Ｃ−ＳｉＣを主成分として含むことが好ましく、実質的に多結晶３Ｃ−ＳｉＣからなることが好ましい。そうすることにより単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度を高めることができる。
【００３６】
多結晶炭化ケイ素膜１１ｃの厚みｔ１１は、３０μｍ〜８００μｍの範囲内にあることが好ましく、４０μｍ〜６００μｍの範囲内にあることがより好ましく、１００μｍ〜３００μｍの範囲内にあることがさらに好ましい。多結晶炭化ケイ素膜１１ｃの厚みｔ１１が薄すぎると、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の形成時に、黒鉛からなる支持材１１ｂが露出し、支持材１１ｂからの溶出に起因して好適な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０が得られなくなる場合がある。一方、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃの厚みｔ１１が厚すぎると、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃにクラックが生じやすくなる場合がある。
【００３７】
多結晶炭化ケイ素膜１１ｃの形成方法は特に限定されない。多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、スパッタリング法などにより形成することができる。特に、本実施形態では、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃが多結晶３Ｃ−ＳｉＣを含むものであるため、ＣＶＤ法により緻密な多結晶炭化ケイ素膜１１ｃを容易かつ安価に形成することができる。
【００３８】
フィード基板１１の表層を構成している多結晶炭化ケイ素膜１１ｃは、Ｘ線回折により観察される（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％未満であるものである。このため、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長速度を効果的に高めることができる。これは、（１１１）結晶面を露出させている結晶の（１１１）結晶面よりも安定性が低い面の露出度が高くなるため、（１１１）結晶面を露出させている結晶の反応性が高くなるためであると考えられる。
【００３９】
（１１１）結晶面に対応した１次回折ピークは、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素に対応した１次回折ピークのなかで最も大きな回折強度を有する主回折ピークであることが好ましい。
【００４０】
（シード基板１２）
シード基板１２は、主面１２ａ側の表層が炭化ケイ素からなり、フィード基板１１よりもケイ素溶融層１３に溶出しにくいものである限りにおいて特に限定されない。シード基板１２は、例えば、表層が単結晶炭化ケイ素からなるものであってもよいし、結晶多形が４Ｈ、６Ｈなどである炭化ケイ素からなるものであってもよい。また、シード基板１２は、例えば、表層が、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含み、その表層のＸ線回折により観察される（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％以上であるものであってもよい。この場合、シード基板１２をＣＶＤ法により安価に作製することができる。従って、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の形成コストを低減することができる。
【００４１】
以下、本実施形態では、図３に示すシード基板１２を用いる例について説明する。図３に示すように、本実施形態では、シード基板１２は、黒鉛からなる支持材１２ｂと、多結晶炭化ケイ素膜１２ｃとを有する。黒鉛からなる支持材１２ｂは、炭化ケイ素のエピタキシャル成長プロセスに十分に耐えることのできる高い耐熱性を有している。また、黒鉛からなる支持材１２ｂは、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０と似通った熱膨張率を有する。従って、黒鉛からなる支持材１２ｂを用いることにより、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０を好適に形成することができる。
【００４２】
なお、黒鉛の具体例としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、石油コークス、石炭コークス、ピッチコークス、カーボンブラック、メソカーボン等が挙げられる。黒鉛からなる支持材１２ｂの製造方法は、例えば、特開２００５−１３２７１１号公報に記載の製造方法などが挙げられる。
【００４３】
多結晶炭化ケイ素膜１２ｃは、支持材１２ｂの主面及び側面を覆うように形成されている。多結晶炭化ケイ素膜１２ｃは、多結晶炭化ケイ素を含む。この多結晶炭化ケイ素膜１２ｃによって、シード基板１２の表層が形成されている。なお、本実施形態における多結晶炭化ケイ素膜１２ｃは、多結晶３Ｃ−ＳｉＣを主成分として含むことが好ましく、実質的に多結晶３Ｃ−ＳｉＣからなることが好ましい。すなわち、本実施形態において、シード基板１２の表層は、多結晶３Ｃ−ＳｉＣを主成分として含むことが好ましく、実質的に多結晶３Ｃ−ＳｉＣからなることが好ましい。そうすることにより単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度を高めることができる。
【００４４】
多結晶炭化ケイ素膜１２ｃの厚みｔ１２は、３０μｍ〜８００μｍの範囲内にあることが好ましく、４０μｍ〜６００μｍの範囲内にあることがより好ましく、１００μｍ〜３００μｍの範囲内にあることがさらに好ましい。多結晶炭化ケイ素膜１２ｃの厚みｔ１２が薄すぎると、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の形成時に、黒鉛からなる支持材１２ｂが露出し、支持材１２ｂからの溶出に起因して好適な単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０が得られなくなる場合がある。一方、多結晶炭化ケイ素膜１２ｃの厚みｔ１２が厚すぎると、多結晶炭化ケイ素膜１２ｃにクラックが生じやすくなる場合がある。
【００４５】
多結晶炭化ケイ素膜１２ｃの形成方法は特に限定されない。多結晶炭化ケイ素膜１２ｃは、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、スパッタリング法などにより形成することができる。特に、本実施形態では、多結晶炭化ケイ素膜１２ｃが多結晶３Ｃ−ＳｉＣを含むものであるため、ＣＶＤ法により緻密な多結晶炭化ケイ素膜１２ｃを容易かつ安価に形成することができる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、フィード基板１１及びシード基板１２のそれぞれが支持材１１ｂ、１２ｂと、多結晶炭化ケイ素膜１１ｃ、１２ｃとによって構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図４に示すように、フィード基板１１は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む多結晶ケイ素基板により構成されていてもよい。また、図５に示すように、シード基板１２は、炭化ケイ素を含む炭化ケイ素基板により構成されていてもよい。
【００４７】
なお、炭化ケイ素基板は、例えば、黒鉛基材にＣＶＤ法により多結晶炭化ケイ素を被覆し、その後、黒鉛を機械的あるいは化学的に除去することにより作製することができる。また、炭化ケイ素基板は、黒鉛材とケイ酸ガスとを反応させて黒鉛材を炭化ケイ素に転化させることによっても作製することができる。また、炭化ケイ素基板は、炭化ケイ素粉末に焼結助剤を添加して１６００℃以上の高温で焼結させることによっても作製することができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法であるＭＳＥ法により単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を形成する例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、改良レーリー法などの気相エピタキシャル成長方法により単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜を形成してもよい。
【００４９】
以下、具体例に基づいて、本発明についてさらに説明するが、本発明は、以下の具体例に何ら限定されない。
【００５０】
（作製例１）
かさ密度１．８５ｇ／ｃｍ３、灰分５ｐｐｍ以下である高純度等方性黒鉛材料からなる黒鉛材（１５ｍｍ×１５ｍｍ×２ｍｍ）を基材として用いた。この基材をＣＶＤ反応装置内に入れ、ＣＶＤ法により基材上に厚み３０μｍの多結晶炭化ケイ素被膜を形成し、サンプル１を作製した。なお、原料ガスとしては、四塩化ケイ素及びプロパンガスを用いた。成膜は、常圧、１２００℃で行った。成膜速度は、３０μｍ／ｈとした。
【００５１】
（作製例２）
反応温度を１４００℃とし、成膜速度を６０μｍ／ｈとしたこと以外は、上記作製例１と同様にして黒鉛材の表面上に５０μｍの多結晶炭化ケイ素被膜を形成し、サンプル２を作製した。
【００５２】
（作製例３）
反応温度を１２５０℃とし、成膜速度１０μｍ／ｈとし、四塩化ケイ素に代えてＣＨ３ＳｉＣｌ３を用いたこと以外は、上記作製例１と同様にして黒鉛材の表面上に５０μｍの多結晶炭化ケイ素被膜を形成し、サンプル３を作製した。
【００５３】
（作製例４）
四塩化ケイ素及びプロパンガスに代えてジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びアセチレンを用い、反応温度を１３００℃とし、成膜速度１０μｍ／ｈとしたこと以外は、上記作製例１と同様にして黒鉛材の表面上に５０μｍの多結晶炭化ケイ素被膜を形成し、サンプル４を作製した。なお、サンプル４では、多結晶炭化ケイ素被膜の厚みは、約１ｍｍであった。
【００５４】
（Ｘ線回折測定）
上記作製のサンプル１〜４の表層のＸ線回折を行った。なお、Ｘ線回折は、リガク社製アルティマ（Ｕｌｕｔｉｍａ）を用いて行った。測定結果を図６に示す。また、サンプル１〜４における、観察された回折ピークと、（１１１）結晶面に対応した１次回折ピークの強度を１００としたときの各結晶面に対応した回折ピークの相対強度をまとめる。
【００５５】
【表１】
【００５６】
（（１１１）結晶面の配向性評価）
次に、サンプル１〜４について、図７に示すように、サンプルを回転させながら（１１１）面の回折ピークが現れる角度を測定した。結果を図８〜図１１に示す。なお、図８〜図１１に示すグラフにおいて、横軸は、図７に示す配向角度（α）である。縦軸は強度である。
【００５７】
また、下記の表２に、配向角度（α）が１５°〜９０°における全領域の強度積分値に対する配向角度（α）が６７．５°以上の領域の強度積分値の割合（（配向角度（α）が６７．５°以上の領域の強度積分値）／（配向角度（α）が１５°〜９０°における全領域の強度積分値））を示す。なお、（（配向角度（α）が６７．５°以上の領域の強度積分値）／（配向角度（α）が１５°〜９０°における全領域の強度積分値））は、Ｘ線回折により観察された（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合に相当する。
【００５８】
【表２】
【００５９】
図８及び図９並びに上記表２に示すように、サンプル１，２では、配向角度（α）が６７．５°未満の領域にも大きな強度分布が存在し、（１１１）結晶面のうち、配向角度（α）が６７．５°以上であるものの割合が８０％未満であった。それに対して、サンプル３，４では、図１０及び図１１並びに上記表２に示すように、配向角度（α）が６７．５°未満の領域には大きな強度分布が存在せず、配向角度（α）が６７．５°以上であるものの割合が８０％以上であった。
【００６０】
（単結晶炭化ケイ素液相エピタキシャル成長膜の成長速度評価）
上記実施形態において説明した液相エピタキシャル成長方法により、サンプル１〜４をフィード基板として用い、下記の条件で単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０を作製した。そして、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の断面を光学顕微鏡を用いて観察することにより、炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の厚みを測定した。測定された厚みを炭化ケイ素エピタキシャル成長を行った時間で除算することにより、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度を求めた。
【００６１】
結果を図１２及び図１３に示す。なお、図１２及び図１３において、縦軸は、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度であり、横軸はケイ素溶融層１３の厚み（Ｌ）の逆数（１／Ｌ）である。
【００６２】
図１２及び図１３に示す結果から、配向角度（α）が６７．５°以上であるものの割合が８０％未満であったサンプル１，２を用いた場合は、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度が高かった。一方、配向角度（α）が６７．５°以上であるものの割合が８０％以上であったサンプル３，４を用いた場合は、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度が低かった。
【００６３】
（単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜２０の成長速度の測定条件）
シード基板：結晶多形が４Ｈである炭化ケイ素基板
雰囲気の圧力：１０−６〜１０−４Ｐａ
雰囲気温度：１９００℃
【符号の説明】
【００６４】
１０…容器
１１…フィード基板
１１ａ…主面
１１ｂ…支持材
１１ｃ…多結晶炭化ケイ素膜
１２…シード基板
１２ａ…主面
１２ｂ…支持材
１２ｃ…多結晶炭化ケイ素膜
１３…ケイ素溶融層
２０…単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法に用いられるフィード材であって、
結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む表層を有し、
前記表層のＸ線回折により（１１１）結晶面に対応した回折ピークが観察され、
前記表層のＸ線回折により観察される前記（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％未満である、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項２】
前記（１１１）結晶面に対応した１次回折ピークは、前記結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素に対応した１次回折ピークのなかで最も大きな回折強度を有する主回折ピークである、請求項１に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項３】
前記表層は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を主成分として含む、請求項１または２に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項４】
前記表層は、実質的に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素からなる、請求項３に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項５】
支持材と、前記支持材の上に形成されており、前記表層を構成している多結晶炭化ケイ素膜とを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項６】
前記多結晶炭化ケイ素膜の厚みは、３０μｍ〜８００μｍの範囲内にある、請求項５に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項７】
結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む多結晶炭化ケイ素材により構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材を用いる、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法。
【請求項９】
前記フィード材の表層と、炭化ケイ素からなる表層を有するシード材の前記表層とをケイ素溶融層を介して対向させた状態で加熱することにより前記シード材の表層上に単結晶炭化ケイ素をエピタキシャル成長させる、請求項８に記載の単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法。
【請求項１】
単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法に用いられるフィード材であって、
結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む表層を有し、
前記表層のＸ線回折により（１１１）結晶面に対応した回折ピークが観察され、
前記表層のＸ線回折により観察される前記（１１１）結晶面のうち、配向角度が６７．５°以上であるものの占める割合が８０％未満である、単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項２】
前記（１１１）結晶面に対応した１次回折ピークは、前記結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素に対応した１次回折ピークのなかで最も大きな回折強度を有する主回折ピークである、請求項１に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項３】
前記表層は、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を主成分として含む、請求項１または２に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項４】
前記表層は、実質的に、結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素からなる、請求項３に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項５】
支持材と、前記支持材の上に形成されており、前記表層を構成している多結晶炭化ケイ素膜とを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項６】
前記多結晶炭化ケイ素膜の厚みは、３０μｍ〜８００μｍの範囲内にある、請求項５に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項７】
結晶多形が３Ｃである多結晶炭化ケイ素を含む多結晶炭化ケイ素材により構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の単結晶炭化ケイ素エピタキシャル成長用フィード材を用いる、単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法。
【請求項９】
前記フィード材の表層と、炭化ケイ素からなる表層を有するシード材の前記表層とをケイ素溶融層を介して対向させた状態で加熱することにより前記シード材の表層上に単結晶炭化ケイ素をエピタキシャル成長させる、請求項８に記載の単結晶炭化ケイ素のエピタキシャル成長方法。
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１３６３６５（Ｐ２０１２−１３６３６５Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８８４６８（Ｐ２０１０−２８８４６８）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００２２２８４２）東洋炭素株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００２２２８４２）東洋炭素株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
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