炭化珪素結晶の製造方法
【課題】半導体基板として利用可能な、直径が４インチ超のＳｉＣ結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の炭化珪素結晶の製造方法は、成長容器内に、種基板および炭化珪素結晶の原料を配置する工程と、昇華法により、種基板の表面に直径が４インチを超える炭化珪素結晶を成長させる工程と、を備える。上記成長させる工程において、成長容器内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動する。
【解決手段】本発明の炭化珪素結晶の製造方法は、成長容器内に、種基板および炭化珪素結晶の原料を配置する工程と、昇華法により、種基板の表面に直径が４インチを超える炭化珪素結晶を成長させる工程と、を備える。上記成長させる工程において、成長容器内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇華法により炭化珪素結晶を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造に用いられる半導体基板として炭化珪素（ＳｉＣ）結晶の利用が進められつつある。ＳｉＣは、より一般的に用いられているシリコン（Ｓｉ）に比べて大きなバンドギャップを有する。そのため、ＳｉＣを用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の低下が小さい、といった利点を有することから、注目を集めている。
【０００３】
このようなＳｉＣ結晶の成長方法の一つとして、気相成長法の昇華法が挙げられる。たとえば、特許文献１には、昇華法によって、ＳｉＣブールを形成し、これをスライス、研磨し、さらに溶融ＫＯＨを用いてエッチングすることによって、ＳｉＣウエハを製造する方法が開示されている。特許文献１に記載の方法によれば、少なくとも１００ｍｍ（４インチ）の直径を有し、約２５ｃｍ-2未満のマイクロパイプ密度を有するＳｉＣウエハを製造することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５１５７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、半導体基板を効率的に製造するために、半導体基板の大型化が望まれている。しかしながら、上記特許文献１に記載されるように、これまで、ＳｉＣ基板の大きさは工業的には１００ｍｍ（４インチ）程度にとどまっており、このため直径が４インチ超の大型のＳｉＣ基板を用いて半導体装置を効率よく製造することができないのが実情である。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体基板として利用可能な、直径が４インチ超のＳｉＣ結晶の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、昇華法を用いて直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造する検討を行ったところ、従来より利用されている昇華法を用いた場合、ＳｉＣ結晶が大型になるにつれて、結晶成長の面内均一性が低下する傾向にあることを発見した。面内均一性の低いＳｉＣ結晶は表面に凹凸を有することになるため、半導体基板として適さない。本発明者らは、この原因について鋭意検討を重ね、以下の原因を導き出した。
【０００８】
従来、昇華法によって種基板の表面に半導体結晶を成長させる場合、種基板および半導体結晶の原料を収容する成長容器内の圧力は一定に保たれた状態で加熱されていた。これは、結晶成長を安定化させるために、成長時の圧力は一定に保たれるべきとする一般的な考え方に基づいている。このような条件下において、成長容器内に発生した原料ガスは、熱対流および拡散によって成長容器内に分散される。十分に分散された原料ガスは、種基板の表面に均一に付着し、これにより、均質な半導体結晶が作製されていたものと考えられる。
【０００９】
しかしながら、ＳｉＣ結晶を種基板の表面に成長させる場合、原料ガスの分圧が低いため、成長容器内は減圧環境とする必要がある。このような条件下では、成長容器内において熱対流が発生し難く、このため、原料ガスは主に、拡散によって成長容器内に分散されることになる。特に、直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造する場合には、成長容器内における原料ガスの分散が不十分となる。このため、原料ガスを直径の大きな種基板の表面に均一に付着させることができず、結果的に、ＳｉＣ結晶の成長が面内で不均一となっていた。
【００１０】
そこで、本発明者らは、上記原因に由来する上述の問題を解消して、半導体基板としての仕様に耐え得る直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造するために鋭意検討を重ね、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、成長容器内に、種基板およびＳｉＣ結晶の原料を配置する工程と、昇華法により、種基板の表面に直径が４インチを超えるＳｉＣ結晶を成長させる工程と、を備え、成長させる工程において、成長容器内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動する、ＳｉＣ結晶の製造方法である。
【００１２】
本発明によれば、成長容器内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動するため、成長容器内のガスのゆらぎを強制的に発生させることができる。これにより、成長容器内に発生したＳｉＣ結晶の原料は、成長容器内に十分に分散され、種基板の表面に均一に付着することができ、結果的に、種基板の面内においてＳｉＣ結晶を均一に成長させることができる。したがって、面内均一性の高い、半導体基板として利用可能な、直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造することができる。
【００１３】
上記ＳｉＣ結晶の製造方法は、成長させる工程において、所定の圧力は５ｋＰａ以下であり、所定の変動割合は、所定の圧力の０．１％以上５％以下であることが好ましい。
【００１４】
これにより、成長容器内の原料ガスをより効率的に分散させることができるため、結果的に、作製されるＳｉＣ結晶の面内均一性をさらに高めることができる。
【００１５】
また、上記ＳｉＣ結晶の製造方法は、成長させる工程における成長容器内の温度の変動割合は、所定の温度の０．１％以下であることが好ましい。
【００１６】
これにより、成長容器内の原料ガスをより効率的に分散させることができるため、結果的に、作製されるＳｉＣ結晶の面内均一性をさらに高めることができる。
【００１７】
また、上記ＳｉＣ結晶の製造方法は、成長させる工程において、成長容器内の圧力は、１分間に１回以上変動することが好ましい。
【００１８】
これにより、成長容器内の原料ガスをより効率的に分散させることができるため、結果的に、作製されるＳｉＣ結晶の面内均一性をさらに高めることができる。
【００１９】
また、上記ＳｉＣ結晶の製造方法において、ＳｉＣ結晶は単結晶であることが好ましい。
【００２０】
上記ＳｉＣ結晶の製造方法によれば、単結晶からなる面内均一性の高いＳｉＣ結晶を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明のＳｉＣ結晶の製造方法によれば、半導体結晶に利用可能な、直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態におけるＳｉＣ結晶の製造方法を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）および（ｂ）は、ＳｉＣ結晶の成長を説明するための概略図である。
【図３】実施例１における圧力の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別面を（）、集合面を｛｝、集合方位を＜＞でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態におけるＳｉＣ結晶の製造方法を示す概略図である。図１に示すように、本発明の製造方法は、成長容器１内に、種基板２およびＳｉＣ結晶の原料３を配置する工程と、昇華法により、種基板２の表面に直径が４インチを超えるＳｉＣ結晶４を成長させる工程と、を備える。特に、本発明は、成長させる工程において、成長容器１内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動することを特徴とする。
【００２５】
（結晶製造装置）
上記製造方法についてさらに詳細に説明するが、上記製造方法の理解を容易とするために、まず、図１に示す結晶製造装置について説明する。
【００２６】
図１を参照し、結晶製造装置は、縦型の坩堝５を有する。坩堝５の内部中央部には、成長容器１が配置されおり、また、成長容器１の周りには、成長容器１の内部と外部との通気が可能となるように、加熱体６が設けられている。坩堝５の外部中央部には加熱体６を加熱するための高周波加熱コイル７が配置されている。
【００２７】
坩堝５の上端部には、坩堝５の内部にガスを流入させるためのガス導入口８が設けられており、ガス導入口８には、ガスの導入量を制御するための流量コントローラ９が設けられている。また、坩堝５の下端部には、坩堝５の内部のガスを流出させるためのガス排出口１０が設けられており、ガス排出口１０には、ガスの排出量を制御するための流量コントローラ１１が設けられている。さらに、坩堝５の天井面５ａおよび底面５ｂには、それぞれ、成長容器１の上面および下面の温度を測定するための放射温度計１２ａ、１２ｂが設けられている。
【００２８】
成長容器１には、通気口１ａが設けられており、また、上述のように、成長容器１の周りに設けられた加熱体６は、成長容器１の内部と外部との通気を可能とするように設けられているため、坩堝５内のガスの流れは、成長容器１の内部にも反映される。通気口１ａの位置は特に限定されず、成長容器１の内部に種基板２および原料３を配置可能であり、通気口１ａからの原料３の流出などが発生しない位置であればよい。
【００２９】
また、たとえば、成長容器１がグラファイトからなる場合、通気口１ａを設ける必要はない。この場合、成長容器１の壁は微細なポーラス形状となるため、通気口１ａを設けなくても、成長容器１の内部と外部との通気は可能となるためである。また、この場合、通気口１ａからのガスの出入りと異なり、成長容器１の全表面におけるガスの出入りが可能となるので、坩堝３内のガスのゆらぎが安定的に成長容器１内に反映され易く、また、不要な予期せぬガスの流れが発生し難いため、より好ましい。
【００３０】
（ＳｉＣ結晶の製造方法）
次に、図１および図２を用いて、上記結晶製造装置を用いた、本実施形態におけるＳｉＣ結晶の製造方法について説明する。なお、図２（ａ）および（ｂ）は、ＳｉＣ結晶の成長を説明するための概略図である。
【００３１】
まず、成長容器１内に、種基板２およびＳｉＣ結晶の原料３を配置する。図１において、種基板２は、成長容器１の天井面に設置されている。種基板２の設置方法は特に制限されず、たとえば、天井面に種基板２を直接固定してもよく、天井面に台座を設け、該台座に種基板２を固定してもよい。また、原料３は、成長容器１内の底部に収容される。
【００３２】
種基板２は、ＳｉＣ結晶からなり、その結晶構造は六方晶系であることが好ましく、なかでも、４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣであることがより好ましい。また、種基板２の表面、すなわちＳｉＣ結晶４の成長面の面方位は、低指数面が好ましく、たとえば、六方晶系である場合、（０００１）面、（０００−１）面、（１０−１０）面、（１１−２０）面などが挙げられる。なかでも、成長させたＳｉＣ結晶４の結晶性の観点から、（０００１）面であることが好ましい。また、これらの結晶面から適宜オフ角が付いていると好ましい。具体的な一例としては、（０００１）面を＜１１−２０＞方向に−５°以上５°以下オフさせた面であることが好ましい。また、ＳｉＣ結晶からなる種基板２は不純物を含んでもよく、不純物濃度は、たとえば５×１０16ｃｍ-3以上５×１０19ｃｍ-3以下である。
【００３３】
種基板２の主面形状は特に限定されることはなく、所望の結晶の形状に合わせたものを用いればよい。たとえば、円形、長方形、短冊が例示される。好ましくは、円形である。また、本実施形態において、直径が４インチ以上のＳｉＣ結晶４を製造するためには、種基板３の直径は少なくとも、４インチを超えることが好ましい。
【００３４】
原料３は、ＳｉＣ結晶４を成長させるための原料であり、ＳｉＣ2ガス、Ｓｉ2Ｃガスなどの原料ガスを発生させるものであれば特に制限されず、また、原料ガスを種基板３の表面に到達可能であれば、その形状および配置も特に制限されない。たとえば、取扱いの容易性、および原料の準備の容易性から、ＳｉＣ粉末を用いることが好ましい。ＳｉＣ粉末は、たとえば、ＳｉＣ多結晶を粉砕することによって得ることができる。また、窒素およびリンなどの不純物がドーピングされたＳｉＣ結晶４を成長させる場合には、原料３に不純物を混合させればよい。
【００３５】
次に、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、昇華法により、種基板２の表面に直径が４インチを超えるＳｉＣ結晶４を成長させる。具体的には、本工程において、ガス導入口８より、不活性ガスを坩堝５内に導入するとともに、ガス排出口１０から坩堝５内のガスを排出させる。
【００３６】
このとき、導入量と排出量を、流量コントローラ９，１１によって制御することにより、坩堝３内の圧力が制御される。坩堝３内の圧力は、成長容器１内の雰囲気の温度により適宜変更されるが、少なくとも５ｋＰａ以下となるように制御される。坩堝３内と、成長容器１内とは通気可能な構成となっているため、上述の圧力の制御により、坩堝３内の圧力もまた、５ｋＰａ以下に減圧されることになる。なお、不活性ガスとしては、たとえば、アルゴン、ヘリウムおよび窒素からなる群から選択された少なくとも１種を含む不活性ガスを導入することができる。
【００３７】
また、本工程において、高周波加熱コイル７が坩堝３内の加熱体６を加熱する。これにより、加熱体６は所定の温度にまで昇温されるため、加熱体６に囲まれる成長容器１内もまた、所定の温度にまで昇温される。成長容器１内の好ましい温度は、坩堝３内の圧力によって適宜変更されるが、少なくとも、２０００℃以上２５００℃以下の温度に加熱される。なお、昇華法において、原料３から発生した原料ガスが効率的に種基板２の表面に向かうために、成長容器１は原料３側（成長容器１の内部下部側）から種基板２側（成長容器１の内部上部側）にかけて、成長容器１内の温度が低下する温度勾配が設けられるように加熱される。
【００３８】
そして、本工程において、成長容器１の内部の雰囲気の圧力が、５ｋＰａ以下の所定の圧力（成長圧力）になり、成長容器１の内部の雰囲気の温度が２０００℃以上２５００℃以下温度範囲（成長温度）となり、ＳｉＣ粉末の昇華によって原料３から原料ガスが発生する環境下となった時点で、昇華法によるＳｉＣ結晶４の気相成長が開始する。具体的には、たとえば、成長容器１の内部下部側の成長温度を２４００℃とした場合、上記圧力が１ｋＰａに達することにより、ＳｉＣ結晶４の気相成長が開始する。
【００３９】
ここで、本発明は、本工程において、成長容器１の内部の雰囲気の圧力が上記所定の圧力から所定の変動割合で変動するように、坩堝５内の圧力が制御される。このような圧力の変動は、たとえば、流量コントローラ９，１１により、間欠的に坩堝５内にガスを導入して、坩堝５内および成長容器１内の圧力を変動させることによって実施することができる。また、ＰＩＤ制御によっても実施することができる。また、強制的に圧力を変動するように制御するかわりに、制御パラメータを調整して圧力が変動するようにしてもよい。
【００４０】
成長容器１の内部の雰囲気の圧力が、上記所定の圧力から所定の変動割合で変動することにより、成長容器１内において、ガスのゆらぎが発生する。これにより、原料ガスは、成長容器１内において十分に拡散することができ、拡散された原料ガスは種基板３の表面に均一に付着することができる。したがって、種基板３の表面におけるＳｉＣ結晶４の成長が面内において均一となり、もって、ＳｉＣ結晶４の面内均一性を高めることができる。
【００４１】
なお、ＳｉＣ結晶４の面内均一性は、ＳｉＣ結晶４の表面４ａの各位置における結晶成長方向の厚みを測定することによって測定することができる。すなわち、上記厚みが表面４ａの各位置において一定であれば、面内均一性は高く、上記厚みが表面４ａの各位置においてばらついていれば、面内均一性は低くなる。
【００４２】
上記所定の圧力は、５ｋＰａ以下であることが好ましい。これにより、原料ガスを効率的に発生させることができる。より好ましくは１ｋＰａ以下である。また、本工程において、所定の圧力から０．１％以上５％以下の変動割合で変動するように、坩堝５内の圧力を制御することが好ましい。この場合、たとえば、成長容器１内の温度を２４００℃とし、成長容器１内の圧力を１ｋＰａとした場合、圧力の変動幅は１Ｐａ以上５０Ｐａ以下の範囲となる。なお、所定の圧力から０．１％以上５％以下減少させて変動させてもよく、増加させて変動させてもよい。
【００４３】
成長圧力の変動割合を０．１％以上とすることにより、ＳｉＣ結晶の面内均一性を高めることができ、また、５％以下とすることにより、ＳｉＣ結晶の成長過程において、ＳｉＣ結晶のポリタイプの変化、およびＳｉＣ結晶の多結晶化を抑制することができる。したがって、本工程において、成長圧力の０．１％以上５％以下の変動割合で成長圧力を変動させることにより、単結晶からなるＳｉＣ結晶を歩留まりよく製造することができる。
【００４４】
また、本工程において、成長容器１内の温度の変動割合は、上記所定の温度の０．１％以下であることが好ましい。温度の変動割合を０．１％以下に制御することにより、ＳｉＣ結晶のポリタイプの変化、およびＳｉＣ結晶の多結晶化をさらに抑制することができる。
【００４５】
また、本工程において、成長容器１内の圧力は、１分間に１回以上変動することが好ましい。ここで、１分間に１回変動とは、１分間に、一度圧力が上下して振幅することをいう。成長容器１内の圧力の変動を１分間に１回以上とすることにより、より効果的に、原料ガスの均一な分散を促進することができ、もって、ＳｉＣ結晶の面内均一性をさらに高めることができる。
【００４６】
以上図１および図２を用いて、本発明の一例であるＳｉＣ結晶の製造方法の一例について説明した。上記製造方法により、面内均一性の高い、直径が４インチ以上のＳｉＣ結晶を製造することができる。このようなＳｉＣ結晶は、半導体装置の製造に用いられる半導体基板に用いることができる。
【００４７】
また、ＳｉＣ結晶は多結晶でも単結晶でもよい。特に、圧力変動の割合を０．１％以上５％以下とすることにより、高い歩留りで容易に高品質のＳｉＣ単結晶を製造することができる。また、成長容器１内の温度の変動の割合を０．１％以下とし、および／または成長容器１内の圧力が１分間に１回以上変動するように制御することにより、さらに高い歩留りで容易に高品質のＳｉＣ単結晶を製造することができる。上記ＳｉＣ単結晶は、たとえば、種基板２の表面に対するオフ角度が５°以下となるように成長させることができる。
【実施例】
【００４８】
本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例および比較例により本発明が限定されるものではない。
【００４９】
（検討１：圧力の変動割合）
図１に示す結晶製造装置を用いて、実施例１のＳｉＣ結晶を製造した。まず、高純度のＳｉＣ粉末を、グラファイトからなる成長容器１内に表面が平坦となるように充填し原料とした。用いた原料の総量は２０００ｇであった。そして、種基板を成長容器１内の天井面に配置した。種基板としては、公知の方法で作製した、主面形状が円形状であり、直径が１５０ｍｍ（６インチ）、その厚みが１ｍｍの４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を用いた。種基板は、（０００１）面が主面でオフ角度が４°であった。
【００５０】
次に、坩堝５の上端部のガス導入口８からＨｅガスを導入して、坩堝５内の内部の雰囲気の圧力を１０００Ｐａまで減圧させた。また、同時に、高周波加熱コイル７を用いて、成長容器１内の雰囲気の温度が２３５０℃となるように、成長容器１の内部の雰囲気を加熱した。
【００５１】
ここで、成長容器１の内部の雰囲気の加熱は、原料から種基板にかけて成長容器１の内部の温度が直線的に低下する温度勾配が形成されるように行なった。この温度勾配により、放射温度計１２ａおよび１２ｂで測定した成長容器１の下部の温度（成長温度）は２３５０℃であり、成長容器１の上部の温度は２２００℃となった。また、放射温度計１２ｂで成長温度の変動を測定したところ、その変動は０．１％よりも小さいことがわかった。
【００５２】
そして、成長容器１内の雰囲気の温度が上記温度勾配下となり、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａとなった時点で、成長容器１内の雰囲気の圧力が１分間に２回の頻度で１０００Ｐａから０．１％変動するように、流量コントローラ９及び流量コントローラ１１により、坩堝３内の成長圧力を変動させた。上記変動は図３に示す挙動を示した。成長圧力を図３に示すように定期的に変動させながら、上記温度勾配を維持した状態で、２５０時間ＳｉＣ結晶を成長させ、その後、成長容器１内の温度を室温まで冷却させた。
【００５３】
また、実施例２として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから１％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。実施例３として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから３％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。実施例４として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから５％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。
【００５４】
さらに、比較例１として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから０．５％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。比較例２として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから８％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。比較例３として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから１０％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。
【００５５】
（評価）
実施例１〜４のＳｉＣ結晶および比較例１〜３のＳｉＣ結晶について、面内均一性を評価した。
【００５６】
具体的には、各ＳｉＣ結晶において、主面である（０００１）面の中心の厚みを測定し、該主面から＜１１−２０＞方向および＜１０−１０＞方向のそれぞれに１ｍｍピッチで移動しながら各位置の厚みを測定した。そして、各方向におけるＳｉＣ結晶の厚みの不均一性から、面内不均一性（％）を算出した。また、各ＳｉＣ結晶を（０００１）面でスライスし、これを研磨後に溶融ＫＯＨでエッチングして、多結晶化の有無、ポリタイプの変化の有無、および積層欠陥の有無を観察した。結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１を参照し、圧力の変動が０．０５％の比較例１のＳｉＣ結晶と比較して、実施例１〜４、すなわち、圧力の変動が０．１％以上５％以下の場合のＳｉＣ結晶の面内不均一性は１２％以下と低いことがわかった。また、比較例１のＳｉＣ結晶には積層欠陥が観察されたが、実施例１〜４のＳｉＣ結晶において、積層欠陥は観察されなかった。
【００５９】
さらに、実施例１〜４のＳｉＣ結晶のポリタイプは４Ｈのみであったが、比較例２および３のＳｉＣ結晶には、４Ｈのポリタイプと６Ｈのポリタイプとが混合していた。また、実施例１〜４のＳｉＣ結晶は単結晶のみから構成されていたが、比較例３のＳｉＣ結晶には多結晶化された領域が存在していた。
【００６０】
（検討２：温度の変動割合）
実施例５として、成長容器１内の成長温度を、０．１％の変動割合で変動させた以外は、実施例２と同様の方法によりＳｉＣ結晶を製造させた。なお、成長温度の変動頻度は２回／分であって、圧力の変動の挙動と同様の挙動となるようにし、成長容器１内の温度勾配の傾きは維持した。同様に、実施例６および７として、成長容器１内の成長温度を、それぞれ０．３％および０．５％変動させた以外は、実施例５と同様の方法によりＳｉＣ結晶を製造させた。
【００６１】
（評価）
実施例５〜７のＳｉＣ結晶について、実施例２と同様の方法により、面内不均一性（％）を算出し、さらに、多結晶化の有無、ポリタイプの変化の有無、および積層欠陥の有無を観察した。結果を表２に示す。なお、表２において、温度の変動割合に関する評価を容易とするために、実施例２の結果も併せて示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
表２を参照し、温度の変動が０．１％以下の場合（実施例２および実施例５）には、多結晶化、ポリタイプの変化、および積層欠陥のいずれも観察されなかったのに対し、温度の変動が０．３％、０．５％の場合（実施例６および７）の場合には、ポリタイプの変化および／または多結晶化が観察された。本検討により、温度変動を０．１％以下とすることにより、半導体基板に使用可能なＳｉＣ単結晶の歩留まりが向上することがわかった。
【００６４】
（検討３：圧力の変動の頻度）
実施例８として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１分間に１回の頻度で坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例２と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。実施例９として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１分間に０．５回（すなわち、２分間に１回）の頻度で変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例２と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。実施例１０として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１分間に０．２５回（すなわち、４分間に１回）の頻度で変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例２と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。
【００６５】
（評価）
実施例８〜１０のＳｉＣ結晶について、実施例２と同様の方法により、面内不均一性（％）を算出し、さらに、多結晶化の有無、ポリタイプの変化の有無、および積層欠陥の有無を観察した。結果を表３に示す。なお、表３において、圧力変動の頻度に関する評価を容易とするために、実施例２の結果も併せて示す。
【００６６】
【表３】
【００６７】
表３を参照し、圧力の変動の頻度が１分間に１回以上の場合（実施例２および８）には、多結晶化、ポリタイプの変化、および積層欠陥のいずれも観察されなかったのに対し、圧力の変動の頻度が１分間に０．５回以下の場合（実施例９および１０）には、積層欠陥が観察された。また、圧力の変動の頻度が１分間に０．５回以下の場合には、面内不均一性が低下する傾向にあった。本検討により、圧力の変動の頻度を１分間に１回以上とすることにより、半導体基板に使用可能なＳｉＣ単結晶の歩留まりが向上することが分かった。
【００６８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、半導体基板用の高品質なＳｉＣ結晶を歩留まりよく製造する製造方法に利用できる可能性がある。
【符号の説明】
【００７０】
１ 成長容器、２ 種基板、３ 原料、４ ＳｉＣ結晶、５ 坩堝、６ 加熱体、７ 高周波加熱コイル、８ ガス導入口、９，１１ 流量コントローラ、１０ ガス排出口、１２ａ，ｂ 放射温度計。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇華法により炭化珪素結晶を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造に用いられる半導体基板として炭化珪素（ＳｉＣ）結晶の利用が進められつつある。ＳｉＣは、より一般的に用いられているシリコン（Ｓｉ）に比べて大きなバンドギャップを有する。そのため、ＳｉＣを用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の低下が小さい、といった利点を有することから、注目を集めている。
【０００３】
このようなＳｉＣ結晶の成長方法の一つとして、気相成長法の昇華法が挙げられる。たとえば、特許文献１には、昇華法によって、ＳｉＣブールを形成し、これをスライス、研磨し、さらに溶融ＫＯＨを用いてエッチングすることによって、ＳｉＣウエハを製造する方法が開示されている。特許文献１に記載の方法によれば、少なくとも１００ｍｍ（４インチ）の直径を有し、約２５ｃｍ-2未満のマイクロパイプ密度を有するＳｉＣウエハを製造することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５１５７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、半導体基板を効率的に製造するために、半導体基板の大型化が望まれている。しかしながら、上記特許文献１に記載されるように、これまで、ＳｉＣ基板の大きさは工業的には１００ｍｍ（４インチ）程度にとどまっており、このため直径が４インチ超の大型のＳｉＣ基板を用いて半導体装置を効率よく製造することができないのが実情である。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体基板として利用可能な、直径が４インチ超のＳｉＣ結晶の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、昇華法を用いて直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造する検討を行ったところ、従来より利用されている昇華法を用いた場合、ＳｉＣ結晶が大型になるにつれて、結晶成長の面内均一性が低下する傾向にあることを発見した。面内均一性の低いＳｉＣ結晶は表面に凹凸を有することになるため、半導体基板として適さない。本発明者らは、この原因について鋭意検討を重ね、以下の原因を導き出した。
【０００８】
従来、昇華法によって種基板の表面に半導体結晶を成長させる場合、種基板および半導体結晶の原料を収容する成長容器内の圧力は一定に保たれた状態で加熱されていた。これは、結晶成長を安定化させるために、成長時の圧力は一定に保たれるべきとする一般的な考え方に基づいている。このような条件下において、成長容器内に発生した原料ガスは、熱対流および拡散によって成長容器内に分散される。十分に分散された原料ガスは、種基板の表面に均一に付着し、これにより、均質な半導体結晶が作製されていたものと考えられる。
【０００９】
しかしながら、ＳｉＣ結晶を種基板の表面に成長させる場合、原料ガスの分圧が低いため、成長容器内は減圧環境とする必要がある。このような条件下では、成長容器内において熱対流が発生し難く、このため、原料ガスは主に、拡散によって成長容器内に分散されることになる。特に、直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造する場合には、成長容器内における原料ガスの分散が不十分となる。このため、原料ガスを直径の大きな種基板の表面に均一に付着させることができず、結果的に、ＳｉＣ結晶の成長が面内で不均一となっていた。
【００１０】
そこで、本発明者らは、上記原因に由来する上述の問題を解消して、半導体基板としての仕様に耐え得る直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造するために鋭意検討を重ね、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、成長容器内に、種基板およびＳｉＣ結晶の原料を配置する工程と、昇華法により、種基板の表面に直径が４インチを超えるＳｉＣ結晶を成長させる工程と、を備え、成長させる工程において、成長容器内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動する、ＳｉＣ結晶の製造方法である。
【００１２】
本発明によれば、成長容器内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動するため、成長容器内のガスのゆらぎを強制的に発生させることができる。これにより、成長容器内に発生したＳｉＣ結晶の原料は、成長容器内に十分に分散され、種基板の表面に均一に付着することができ、結果的に、種基板の面内においてＳｉＣ結晶を均一に成長させることができる。したがって、面内均一性の高い、半導体基板として利用可能な、直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造することができる。
【００１３】
上記ＳｉＣ結晶の製造方法は、成長させる工程において、所定の圧力は５ｋＰａ以下であり、所定の変動割合は、所定の圧力の０．１％以上５％以下であることが好ましい。
【００１４】
これにより、成長容器内の原料ガスをより効率的に分散させることができるため、結果的に、作製されるＳｉＣ結晶の面内均一性をさらに高めることができる。
【００１５】
また、上記ＳｉＣ結晶の製造方法は、成長させる工程における成長容器内の温度の変動割合は、所定の温度の０．１％以下であることが好ましい。
【００１６】
これにより、成長容器内の原料ガスをより効率的に分散させることができるため、結果的に、作製されるＳｉＣ結晶の面内均一性をさらに高めることができる。
【００１７】
また、上記ＳｉＣ結晶の製造方法は、成長させる工程において、成長容器内の圧力は、１分間に１回以上変動することが好ましい。
【００１８】
これにより、成長容器内の原料ガスをより効率的に分散させることができるため、結果的に、作製されるＳｉＣ結晶の面内均一性をさらに高めることができる。
【００１９】
また、上記ＳｉＣ結晶の製造方法において、ＳｉＣ結晶は単結晶であることが好ましい。
【００２０】
上記ＳｉＣ結晶の製造方法によれば、単結晶からなる面内均一性の高いＳｉＣ結晶を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明のＳｉＣ結晶の製造方法によれば、半導体結晶に利用可能な、直径が４インチ超のＳｉＣ結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態におけるＳｉＣ結晶の製造方法を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）および（ｂ）は、ＳｉＣ結晶の成長を説明するための概略図である。
【図３】実施例１における圧力の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別面を（）、集合面を｛｝、集合方位を＜＞でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態におけるＳｉＣ結晶の製造方法を示す概略図である。図１に示すように、本発明の製造方法は、成長容器１内に、種基板２およびＳｉＣ結晶の原料３を配置する工程と、昇華法により、種基板２の表面に直径が４インチを超えるＳｉＣ結晶４を成長させる工程と、を備える。特に、本発明は、成長させる工程において、成長容器１内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動することを特徴とする。
【００２５】
（結晶製造装置）
上記製造方法についてさらに詳細に説明するが、上記製造方法の理解を容易とするために、まず、図１に示す結晶製造装置について説明する。
【００２６】
図１を参照し、結晶製造装置は、縦型の坩堝５を有する。坩堝５の内部中央部には、成長容器１が配置されおり、また、成長容器１の周りには、成長容器１の内部と外部との通気が可能となるように、加熱体６が設けられている。坩堝５の外部中央部には加熱体６を加熱するための高周波加熱コイル７が配置されている。
【００２７】
坩堝５の上端部には、坩堝５の内部にガスを流入させるためのガス導入口８が設けられており、ガス導入口８には、ガスの導入量を制御するための流量コントローラ９が設けられている。また、坩堝５の下端部には、坩堝５の内部のガスを流出させるためのガス排出口１０が設けられており、ガス排出口１０には、ガスの排出量を制御するための流量コントローラ１１が設けられている。さらに、坩堝５の天井面５ａおよび底面５ｂには、それぞれ、成長容器１の上面および下面の温度を測定するための放射温度計１２ａ、１２ｂが設けられている。
【００２８】
成長容器１には、通気口１ａが設けられており、また、上述のように、成長容器１の周りに設けられた加熱体６は、成長容器１の内部と外部との通気を可能とするように設けられているため、坩堝５内のガスの流れは、成長容器１の内部にも反映される。通気口１ａの位置は特に限定されず、成長容器１の内部に種基板２および原料３を配置可能であり、通気口１ａからの原料３の流出などが発生しない位置であればよい。
【００２９】
また、たとえば、成長容器１がグラファイトからなる場合、通気口１ａを設ける必要はない。この場合、成長容器１の壁は微細なポーラス形状となるため、通気口１ａを設けなくても、成長容器１の内部と外部との通気は可能となるためである。また、この場合、通気口１ａからのガスの出入りと異なり、成長容器１の全表面におけるガスの出入りが可能となるので、坩堝３内のガスのゆらぎが安定的に成長容器１内に反映され易く、また、不要な予期せぬガスの流れが発生し難いため、より好ましい。
【００３０】
（ＳｉＣ結晶の製造方法）
次に、図１および図２を用いて、上記結晶製造装置を用いた、本実施形態におけるＳｉＣ結晶の製造方法について説明する。なお、図２（ａ）および（ｂ）は、ＳｉＣ結晶の成長を説明するための概略図である。
【００３１】
まず、成長容器１内に、種基板２およびＳｉＣ結晶の原料３を配置する。図１において、種基板２は、成長容器１の天井面に設置されている。種基板２の設置方法は特に制限されず、たとえば、天井面に種基板２を直接固定してもよく、天井面に台座を設け、該台座に種基板２を固定してもよい。また、原料３は、成長容器１内の底部に収容される。
【００３２】
種基板２は、ＳｉＣ結晶からなり、その結晶構造は六方晶系であることが好ましく、なかでも、４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣであることがより好ましい。また、種基板２の表面、すなわちＳｉＣ結晶４の成長面の面方位は、低指数面が好ましく、たとえば、六方晶系である場合、（０００１）面、（０００−１）面、（１０−１０）面、（１１−２０）面などが挙げられる。なかでも、成長させたＳｉＣ結晶４の結晶性の観点から、（０００１）面であることが好ましい。また、これらの結晶面から適宜オフ角が付いていると好ましい。具体的な一例としては、（０００１）面を＜１１−２０＞方向に−５°以上５°以下オフさせた面であることが好ましい。また、ＳｉＣ結晶からなる種基板２は不純物を含んでもよく、不純物濃度は、たとえば５×１０16ｃｍ-3以上５×１０19ｃｍ-3以下である。
【００３３】
種基板２の主面形状は特に限定されることはなく、所望の結晶の形状に合わせたものを用いればよい。たとえば、円形、長方形、短冊が例示される。好ましくは、円形である。また、本実施形態において、直径が４インチ以上のＳｉＣ結晶４を製造するためには、種基板３の直径は少なくとも、４インチを超えることが好ましい。
【００３４】
原料３は、ＳｉＣ結晶４を成長させるための原料であり、ＳｉＣ2ガス、Ｓｉ2Ｃガスなどの原料ガスを発生させるものであれば特に制限されず、また、原料ガスを種基板３の表面に到達可能であれば、その形状および配置も特に制限されない。たとえば、取扱いの容易性、および原料の準備の容易性から、ＳｉＣ粉末を用いることが好ましい。ＳｉＣ粉末は、たとえば、ＳｉＣ多結晶を粉砕することによって得ることができる。また、窒素およびリンなどの不純物がドーピングされたＳｉＣ結晶４を成長させる場合には、原料３に不純物を混合させればよい。
【００３５】
次に、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、昇華法により、種基板２の表面に直径が４インチを超えるＳｉＣ結晶４を成長させる。具体的には、本工程において、ガス導入口８より、不活性ガスを坩堝５内に導入するとともに、ガス排出口１０から坩堝５内のガスを排出させる。
【００３６】
このとき、導入量と排出量を、流量コントローラ９，１１によって制御することにより、坩堝３内の圧力が制御される。坩堝３内の圧力は、成長容器１内の雰囲気の温度により適宜変更されるが、少なくとも５ｋＰａ以下となるように制御される。坩堝３内と、成長容器１内とは通気可能な構成となっているため、上述の圧力の制御により、坩堝３内の圧力もまた、５ｋＰａ以下に減圧されることになる。なお、不活性ガスとしては、たとえば、アルゴン、ヘリウムおよび窒素からなる群から選択された少なくとも１種を含む不活性ガスを導入することができる。
【００３７】
また、本工程において、高周波加熱コイル７が坩堝３内の加熱体６を加熱する。これにより、加熱体６は所定の温度にまで昇温されるため、加熱体６に囲まれる成長容器１内もまた、所定の温度にまで昇温される。成長容器１内の好ましい温度は、坩堝３内の圧力によって適宜変更されるが、少なくとも、２０００℃以上２５００℃以下の温度に加熱される。なお、昇華法において、原料３から発生した原料ガスが効率的に種基板２の表面に向かうために、成長容器１は原料３側（成長容器１の内部下部側）から種基板２側（成長容器１の内部上部側）にかけて、成長容器１内の温度が低下する温度勾配が設けられるように加熱される。
【００３８】
そして、本工程において、成長容器１の内部の雰囲気の圧力が、５ｋＰａ以下の所定の圧力（成長圧力）になり、成長容器１の内部の雰囲気の温度が２０００℃以上２５００℃以下温度範囲（成長温度）となり、ＳｉＣ粉末の昇華によって原料３から原料ガスが発生する環境下となった時点で、昇華法によるＳｉＣ結晶４の気相成長が開始する。具体的には、たとえば、成長容器１の内部下部側の成長温度を２４００℃とした場合、上記圧力が１ｋＰａに達することにより、ＳｉＣ結晶４の気相成長が開始する。
【００３９】
ここで、本発明は、本工程において、成長容器１の内部の雰囲気の圧力が上記所定の圧力から所定の変動割合で変動するように、坩堝５内の圧力が制御される。このような圧力の変動は、たとえば、流量コントローラ９，１１により、間欠的に坩堝５内にガスを導入して、坩堝５内および成長容器１内の圧力を変動させることによって実施することができる。また、ＰＩＤ制御によっても実施することができる。また、強制的に圧力を変動するように制御するかわりに、制御パラメータを調整して圧力が変動するようにしてもよい。
【００４０】
成長容器１の内部の雰囲気の圧力が、上記所定の圧力から所定の変動割合で変動することにより、成長容器１内において、ガスのゆらぎが発生する。これにより、原料ガスは、成長容器１内において十分に拡散することができ、拡散された原料ガスは種基板３の表面に均一に付着することができる。したがって、種基板３の表面におけるＳｉＣ結晶４の成長が面内において均一となり、もって、ＳｉＣ結晶４の面内均一性を高めることができる。
【００４１】
なお、ＳｉＣ結晶４の面内均一性は、ＳｉＣ結晶４の表面４ａの各位置における結晶成長方向の厚みを測定することによって測定することができる。すなわち、上記厚みが表面４ａの各位置において一定であれば、面内均一性は高く、上記厚みが表面４ａの各位置においてばらついていれば、面内均一性は低くなる。
【００４２】
上記所定の圧力は、５ｋＰａ以下であることが好ましい。これにより、原料ガスを効率的に発生させることができる。より好ましくは１ｋＰａ以下である。また、本工程において、所定の圧力から０．１％以上５％以下の変動割合で変動するように、坩堝５内の圧力を制御することが好ましい。この場合、たとえば、成長容器１内の温度を２４００℃とし、成長容器１内の圧力を１ｋＰａとした場合、圧力の変動幅は１Ｐａ以上５０Ｐａ以下の範囲となる。なお、所定の圧力から０．１％以上５％以下減少させて変動させてもよく、増加させて変動させてもよい。
【００４３】
成長圧力の変動割合を０．１％以上とすることにより、ＳｉＣ結晶の面内均一性を高めることができ、また、５％以下とすることにより、ＳｉＣ結晶の成長過程において、ＳｉＣ結晶のポリタイプの変化、およびＳｉＣ結晶の多結晶化を抑制することができる。したがって、本工程において、成長圧力の０．１％以上５％以下の変動割合で成長圧力を変動させることにより、単結晶からなるＳｉＣ結晶を歩留まりよく製造することができる。
【００４４】
また、本工程において、成長容器１内の温度の変動割合は、上記所定の温度の０．１％以下であることが好ましい。温度の変動割合を０．１％以下に制御することにより、ＳｉＣ結晶のポリタイプの変化、およびＳｉＣ結晶の多結晶化をさらに抑制することができる。
【００４５】
また、本工程において、成長容器１内の圧力は、１分間に１回以上変動することが好ましい。ここで、１分間に１回変動とは、１分間に、一度圧力が上下して振幅することをいう。成長容器１内の圧力の変動を１分間に１回以上とすることにより、より効果的に、原料ガスの均一な分散を促進することができ、もって、ＳｉＣ結晶の面内均一性をさらに高めることができる。
【００４６】
以上図１および図２を用いて、本発明の一例であるＳｉＣ結晶の製造方法の一例について説明した。上記製造方法により、面内均一性の高い、直径が４インチ以上のＳｉＣ結晶を製造することができる。このようなＳｉＣ結晶は、半導体装置の製造に用いられる半導体基板に用いることができる。
【００４７】
また、ＳｉＣ結晶は多結晶でも単結晶でもよい。特に、圧力変動の割合を０．１％以上５％以下とすることにより、高い歩留りで容易に高品質のＳｉＣ単結晶を製造することができる。また、成長容器１内の温度の変動の割合を０．１％以下とし、および／または成長容器１内の圧力が１分間に１回以上変動するように制御することにより、さらに高い歩留りで容易に高品質のＳｉＣ単結晶を製造することができる。上記ＳｉＣ単結晶は、たとえば、種基板２の表面に対するオフ角度が５°以下となるように成長させることができる。
【実施例】
【００４８】
本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例および比較例により本発明が限定されるものではない。
【００４９】
（検討１：圧力の変動割合）
図１に示す結晶製造装置を用いて、実施例１のＳｉＣ結晶を製造した。まず、高純度のＳｉＣ粉末を、グラファイトからなる成長容器１内に表面が平坦となるように充填し原料とした。用いた原料の総量は２０００ｇであった。そして、種基板を成長容器１内の天井面に配置した。種基板としては、公知の方法で作製した、主面形状が円形状であり、直径が１５０ｍｍ（６インチ）、その厚みが１ｍｍの４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を用いた。種基板は、（０００１）面が主面でオフ角度が４°であった。
【００５０】
次に、坩堝５の上端部のガス導入口８からＨｅガスを導入して、坩堝５内の内部の雰囲気の圧力を１０００Ｐａまで減圧させた。また、同時に、高周波加熱コイル７を用いて、成長容器１内の雰囲気の温度が２３５０℃となるように、成長容器１の内部の雰囲気を加熱した。
【００５１】
ここで、成長容器１の内部の雰囲気の加熱は、原料から種基板にかけて成長容器１の内部の温度が直線的に低下する温度勾配が形成されるように行なった。この温度勾配により、放射温度計１２ａおよび１２ｂで測定した成長容器１の下部の温度（成長温度）は２３５０℃であり、成長容器１の上部の温度は２２００℃となった。また、放射温度計１２ｂで成長温度の変動を測定したところ、その変動は０．１％よりも小さいことがわかった。
【００５２】
そして、成長容器１内の雰囲気の温度が上記温度勾配下となり、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａとなった時点で、成長容器１内の雰囲気の圧力が１分間に２回の頻度で１０００Ｐａから０．１％変動するように、流量コントローラ９及び流量コントローラ１１により、坩堝３内の成長圧力を変動させた。上記変動は図３に示す挙動を示した。成長圧力を図３に示すように定期的に変動させながら、上記温度勾配を維持した状態で、２５０時間ＳｉＣ結晶を成長させ、その後、成長容器１内の温度を室温まで冷却させた。
【００５３】
また、実施例２として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから１％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。実施例３として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから３％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。実施例４として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから５％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。
【００５４】
さらに、比較例１として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから０．５％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。比較例２として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから８％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。比較例３として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１０００Ｐａから１０％変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例１と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。
【００５５】
（評価）
実施例１〜４のＳｉＣ結晶および比較例１〜３のＳｉＣ結晶について、面内均一性を評価した。
【００５６】
具体的には、各ＳｉＣ結晶において、主面である（０００１）面の中心の厚みを測定し、該主面から＜１１−２０＞方向および＜１０−１０＞方向のそれぞれに１ｍｍピッチで移動しながら各位置の厚みを測定した。そして、各方向におけるＳｉＣ結晶の厚みの不均一性から、面内不均一性（％）を算出した。また、各ＳｉＣ結晶を（０００１）面でスライスし、これを研磨後に溶融ＫＯＨでエッチングして、多結晶化の有無、ポリタイプの変化の有無、および積層欠陥の有無を観察した。結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１を参照し、圧力の変動が０．０５％の比較例１のＳｉＣ結晶と比較して、実施例１〜４、すなわち、圧力の変動が０．１％以上５％以下の場合のＳｉＣ結晶の面内不均一性は１２％以下と低いことがわかった。また、比較例１のＳｉＣ結晶には積層欠陥が観察されたが、実施例１〜４のＳｉＣ結晶において、積層欠陥は観察されなかった。
【００５９】
さらに、実施例１〜４のＳｉＣ結晶のポリタイプは４Ｈのみであったが、比較例２および３のＳｉＣ結晶には、４Ｈのポリタイプと６Ｈのポリタイプとが混合していた。また、実施例１〜４のＳｉＣ結晶は単結晶のみから構成されていたが、比較例３のＳｉＣ結晶には多結晶化された領域が存在していた。
【００６０】
（検討２：温度の変動割合）
実施例５として、成長容器１内の成長温度を、０．１％の変動割合で変動させた以外は、実施例２と同様の方法によりＳｉＣ結晶を製造させた。なお、成長温度の変動頻度は２回／分であって、圧力の変動の挙動と同様の挙動となるようにし、成長容器１内の温度勾配の傾きは維持した。同様に、実施例６および７として、成長容器１内の成長温度を、それぞれ０．３％および０．５％変動させた以外は、実施例５と同様の方法によりＳｉＣ結晶を製造させた。
【００６１】
（評価）
実施例５〜７のＳｉＣ結晶について、実施例２と同様の方法により、面内不均一性（％）を算出し、さらに、多結晶化の有無、ポリタイプの変化の有無、および積層欠陥の有無を観察した。結果を表２に示す。なお、表２において、温度の変動割合に関する評価を容易とするために、実施例２の結果も併せて示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
表２を参照し、温度の変動が０．１％以下の場合（実施例２および実施例５）には、多結晶化、ポリタイプの変化、および積層欠陥のいずれも観察されなかったのに対し、温度の変動が０．３％、０．５％の場合（実施例６および７）の場合には、ポリタイプの変化および／または多結晶化が観察された。本検討により、温度変動を０．１％以下とすることにより、半導体基板に使用可能なＳｉＣ単結晶の歩留まりが向上することがわかった。
【００６４】
（検討３：圧力の変動の頻度）
実施例８として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１分間に１回の頻度で坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例２と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。実施例９として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１分間に０．５回（すなわち、２分間に１回）の頻度で変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例２と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。実施例１０として、成長容器１内の雰囲気の圧力が１分間に０．２５回（すなわち、４分間に１回）の頻度で変動するように坩堝３内の圧力を変動させた以外は、実施例２と同様の方法によりＳｉＣ結晶を成長させた。
【００６５】
（評価）
実施例８〜１０のＳｉＣ結晶について、実施例２と同様の方法により、面内不均一性（％）を算出し、さらに、多結晶化の有無、ポリタイプの変化の有無、および積層欠陥の有無を観察した。結果を表３に示す。なお、表３において、圧力変動の頻度に関する評価を容易とするために、実施例２の結果も併せて示す。
【００６６】
【表３】
【００６７】
表３を参照し、圧力の変動の頻度が１分間に１回以上の場合（実施例２および８）には、多結晶化、ポリタイプの変化、および積層欠陥のいずれも観察されなかったのに対し、圧力の変動の頻度が１分間に０．５回以下の場合（実施例９および１０）には、積層欠陥が観察された。また、圧力の変動の頻度が１分間に０．５回以下の場合には、面内不均一性が低下する傾向にあった。本検討により、圧力の変動の頻度を１分間に１回以上とすることにより、半導体基板に使用可能なＳｉＣ単結晶の歩留まりが向上することが分かった。
【００６８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、半導体基板用の高品質なＳｉＣ結晶を歩留まりよく製造する製造方法に利用できる可能性がある。
【符号の説明】
【００７０】
１ 成長容器、２ 種基板、３ 原料、４ ＳｉＣ結晶、５ 坩堝、６ 加熱体、７ 高周波加熱コイル、８ ガス導入口、９，１１ 流量コントローラ、１０ ガス排出口、１２ａ，ｂ 放射温度計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長容器内に、種基板および炭化珪素結晶の原料を配置する工程と、
昇華法により、前記種基板の表面に直径が４インチを超える炭化珪素結晶を成長させる工程と、を備え、
前記成長させる工程において、前記成長容器内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動する、炭化珪素結晶の製造方法。
【請求項２】
前記成長させる工程において、前記所定の圧力は５ｋＰａ以下であり、前記所定の変動割合は、前記所定の圧力の０．１％以上５％以下である、請求項１に記載の炭化珪素結晶の製造方法。
【請求項３】
前記成長させる工程において、前記成長容器内の温度の変動割合は、所定の温度の０．１％以下である、請求項１または２に記載の炭化珪素結晶の製造方法。
【請求項４】
前記成長させる工程において、前記成長容器内の圧力は、１分間に１回以上変動する、請求項１から３のいずれかに記載の炭化珪素結晶の製造方法。
【請求項５】
前記炭化珪素結晶は単結晶である、請求項１から４のいずれかに記載の炭化珪素結晶の製造方法。
【請求項１】
成長容器内に、種基板および炭化珪素結晶の原料を配置する工程と、
昇華法により、前記種基板の表面に直径が４インチを超える炭化珪素結晶を成長させる工程と、を備え、
前記成長させる工程において、前記成長容器内の圧力が所定の圧力から所定の変動割合で変動する、炭化珪素結晶の製造方法。
【請求項２】
前記成長させる工程において、前記所定の圧力は５ｋＰａ以下であり、前記所定の変動割合は、前記所定の圧力の０．１％以上５％以下である、請求項１に記載の炭化珪素結晶の製造方法。
【請求項３】
前記成長させる工程において、前記成長容器内の温度の変動割合は、所定の温度の０．１％以下である、請求項１または２に記載の炭化珪素結晶の製造方法。
【請求項４】
前記成長させる工程において、前記成長容器内の圧力は、１分間に１回以上変動する、請求項１から３のいずれかに記載の炭化珪素結晶の製造方法。
【請求項５】
前記炭化珪素結晶は単結晶である、請求項１から４のいずれかに記載の炭化珪素結晶の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−６０３２８（Ｐ２０１３−６０３２８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０００７１（Ｐ２０１１−２０００７１）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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