特許 6595897 液相エピタキシャル成長方法及び単結晶ＳｉＣの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6595897

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】液相エピタキシャル成長方法及び単結晶ＳｉＣの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20191010BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/36 A

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-242938(P2015-242938)

(22)【出願日】2015年12月14日

(65)【公開番号】特開2017-109876(P2017-109876A)

(43)【公開日】2017年6月22日

【審査請求日】2018年9月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000222842

【氏名又は名称】東洋炭素株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】鳥見 聡

【審査官】 谷本 怜美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１１９４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３７６８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも表面がＳｉＣからなるシード層と、少なくともＣを供給するためのフィード層と、の間にＳｉ層を配置した状態で加熱処理を行うことで、前記シード層の第１側の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる液相エピタキシャル成長方法において、
前記加熱処理を行う前に、前記フィード層の面のうち、前記単結晶ＳｉＣのａ軸に平行な面のうち前記第１側と同じ側の面の全体と、前記単結晶ＳｉＣのｃ軸に平行な面の全体と、を覆うキャップ層を形成するキャップ層形成工程を行うことを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。

【請求項2】

請求項１に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記キャップ層が熱分解炭素であることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。

【請求項3】

少なくとも表面がＳｉＣからなるシード層と、少なくともＣを供給するためのフィード層と、の間にＳｉ層を配置した状態で加熱処理を行うことで、前記シード層の第１側の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる液相エピタキシャル成長方法において、
前記加熱処理を行う前に、前記フィード層の少なくとも一部を覆うキャップ層を形成するキャップ層形成工程を行い、
前記キャップ層が熱分解炭素であることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。

【請求項4】

請求項１から３までの何れか一項に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記キャップ層形成工程では、ＣＶＤ法によって当該キャップ層が形成されることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。

【請求項5】

少なくとも表面がＳｉＣからなるシード層と、少なくともＣを供給するためのフィード層と、の間にＳｉ層を配置した状態で加熱処理を行うことで、前記シード層の第１側の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる液相エピタキシャル成長方法において、
前記加熱処理を行う前に、前記フィード層の少なくとも一部を覆うキャップ層を形成するキャップ層形成工程を行い、
前記単結晶ＳｉＣを成長させた後に、Ｓｉ蒸気圧下での加熱処理又は酸化処理により、前記キャップ層を除去することを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。

【請求項6】

請求項１から５までの何れか一項に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記フィード層を形成する工程では、少なくともＣ原子を供給するためのフィード層を、前記Ｓｉ層の面のうち、前記シード層上に成長させる前記単結晶ＳｉＣのａ軸に平行な面、及びｃ軸に平行な面に形成することを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。

【請求項7】

請求項６に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記フィード層を形成する工程では、ＣＶＤ法によって前記Ｓｉ層上に前記フィード層を形成することを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。

【請求項8】

請求項７に記載の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記フィード層を形成する工程では、前記Ｓｉ層の面のうち、前記単結晶ＳｉＣのａ軸に平行な面のうち前記第１側と同じ側の面の全体と、前記単結晶ＳｉＣのｃ軸に平行な面の全体と、を覆うことを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。

【請求項9】

少なくとも表面がＳｉＣからなるシード層に対して少なくともＣを供給するためのフィード層の少なくとも一部を覆うキャップ層を形成するキャップ層形成工程と、
前記シード層と前記フィード層との間にＳｉ層を配置した状態で加熱処理を行うことで、前記シード層の第１側の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる成長工程と、
を含み、
前記キャップ層形成工程では、前記フィード層の面のうち、前記単結晶ＳｉＣのａ軸に平行な面のうち前記第１側と同じ側の面の全体と、前記単結晶ＳｉＣのｃ軸に平行な面の全体と、を前記キャップ層で覆うことを特徴とする単結晶ＳｉＣの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主として、ＭＳＥ法を行って単結晶ＳｉＣを成長させる方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣは、Ｓｉ等と比較して電気的特性等に優れるため、新たな半導体材料として注目されている。半導体素子を製造する際には、初めにＳｉＣからなる種結晶を用いてＳｉＣバルク結晶等を作製する。ここで、種結晶を用いて単結晶ＳｉＣを成長させる方法として、ＭＳＥ法（準安定溶媒エピタキシー法）が知られている。

【0003】

ＭＳＥ法は溶液成長法の一種であり、単結晶ＳｉＣ基板或いは種結晶を核形成させる多結晶ＳｉＣ基板（シード層）と、シード層より自由エネルギーの高い多結晶ＳｉＣ等で構成されたフィード基板（フィード層）と、Ｓｉ融液と、を用いる。単結晶ＳｉＣ基板とフィード基板を対向するように配置し、その間にＳｉ融液を位置させ、真空下で加熱することにより、単結晶ＳｉＣ基板の表面に単結晶ＳｉＣを成長させることができる。このときシード層とフィード層間には温度勾配がなく、化学ポテンシャルの差に基づく自由エネルギー差で決まる濃度勾配だけで成長の動力学が制御されるため、エピタキシャル成長を自動的に安定化させることができ、高品質な成長層を得ることができる。更に、系に温度勾配を形成する必要がないので、プロセスを行うための装置構成を簡素化でき、プロセス制御も簡単になる。ＭＳＥ法を用いて単結晶ＳｉＣを成長させる方法を開示するものとして特許文献１及び２がある。

【0004】

特許文献１では、ＳｉＣ単結晶とフィード基板の間にＳｉプレートを配置し、その状態で高温で加熱することでＳｉプレートが溶融し、Ｓｉ融液が供給される。また、特許文献２では更にＳｉ融液中の対流を制御するために基板外周部にＳｉ融液の閉鎖壁を設けている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−２３０９４６号公報

【特許文献2】特開２００８−３７６８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、単結晶ＳｉＣを成長させる工程は非常に高温で行われるため、フィード層から多結晶ＳｉＣが昇華する可能性がある。フィード層が昇華すると、その箇所からＳｉ融液が流れ出したり、Ｓｉ融液からＳｉが蒸発したりして、Ｓｉが枯渇する。Ｓｉ融液が枯渇した場合、Ｓｉの供給源がなくなるとともにフィード基板からシード基板へＣが供給されなくなるので、単結晶ＳｉＣを成長させることができなくなる。そのため、従来は、サイズが大きな単結晶ＳｉＣ基板を製造することは非常に困難であった。なお、仮にＳｉ層を厚くした場合、単結晶ＳｉＣの成長速度が低下するとともに、単結晶ＳｉＣ基板の製造に掛かるコストも増大する。

【0007】

ここで、特許文献１及び２では、フィード層及びＳｉ融液の蒸発の防止について記載も示唆もされていない。

【0008】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、液相エピタキシャル成長方法で単結晶ＳｉＣを成長させる場合において、フィード層及びＳｉ層（Ｓｉ融液）の蒸発を抑えてサイズが大きな単結晶ＳｉＣ基板を容易に製造可能な方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段及び効果】

【0009】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

【0010】

本発明の第１の観点によれば、以下の液相エピタキシャル成長方法が提供される。即ち、この液相エピタキシャル成長方法では、少なくとも表面がＳｉＣからなるシード層と、少なくともＣを供給するためのフィード層と、の間にＳｉ層を配置した状態で加熱処理を行うことで、前記シード層の第１側の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる。前記加熱処理を行う前に、前記フィード層の面のうち、前記単結晶ＳｉＣのａ軸に平行な面のうち前記第１側と同じ側の面の全体と、前記単結晶ＳｉＣのｃ軸に平行な面の全体と、を覆うキャップ層を形成するキャップ層形成工程を行う。

【0011】

これにより、キャップ層によってフィード層の昇華を抑制することにより、Ｓｉ融液の厚みの減少を抑制することができる。その結果、Ｓｉ層の蒸発を抑えることができる。そのため、長時間にわたって（又は高温で）単結晶ＳｉＣを成長させることができる。従って、大きなサイズの単結晶ＳｉＣ基板を製造することができる。

【0014】

本発明の第２の観点によれば、以下の液相エピタキシャル成長方法が提供される。即ち、この液相エピタキシャル成長方法では、少なくとも表面がＳｉＣからなるシード層と、少なくともＣを供給するためのフィード層と、の間にＳｉ層を配置した状態で加熱処理を行うことで、前記シード層の第１側の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる。前記加熱処理を行う前に、フィード層の少なくとも一部を覆うキャップ層を形成するキャップ層形成工程を行う。また、前記キャップ層が熱分解炭素である。

【0015】

これにより、熱分解炭素は、耐熱性を有するとともにヤング率が低い材料であるため、熱膨張係数の差が生じてもキャップ層が破損しにくく、フィード層の昇華をより確実に抑制できる。

【0016】

前記の液相エピタキシャル成長方法においては、前記キャップ層形成工程では、ＣＶＤ法によって当該キャップ層が形成されることが好ましい。

【0017】

これにより、簡単な処理で確実にフィード層を覆うことができる。

【0018】

本発明の第３の観点によれば、以下の液相エピタキシャル成長方法が提供される。即ち、この液相エピタキシャル成長方法では、少なくとも表面がＳｉＣからなるシード層と、少なくともＣを供給するためのフィード層と、の間にＳｉ層を配置した状態で加熱処理を行うことで、前記シード層の第１側の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる。前記加熱処理を行う前に、フィード層の少なくとも一部を覆うキャップ層を形成するキャップ層形成工程を行う。また、前記単結晶ＳｉＣを成長させた後に、Ｓｉ蒸気圧下での加熱処理又は酸化処理により、前記キャップ層を除去する。

【0019】

これにより、簡単な処理でキャップ層を除去できるとともに、エピタキシャル層にイオンを注入する処理等を行うことができる。

【0020】

前記の液相エピタキシャル成長方法においては、前記フィード層を形成する工程では、少なくともＣ原子を供給するためのフィード層を、前記Ｓｉ層の面のうち、前記シード層上に成長させる前記単結晶ＳｉＣのａ軸に平行な面、及びｃ軸に平行な面に形成することが好ましい。

【0021】

これにより、Ｓｉ層の主面（ａ軸方向に平行な面）だけでなく側面（ｃ軸方向に平行な面）もフィード層で覆われるため、Ｓｉ融液の流れ出し及び蒸発を抑えることができる。従って、Ｓｉ融液の厚みの減少を抑制することができるので、従来と比較して大きなサイズの単結晶ＳｉＣ基板を製造することができる。

【0022】

前記の液相エピタキシャル成長方法においては、前記フィード層を形成する工程では、ＣＶＤ法によって前記Ｓｉ層上に前記フィード層を形成することが好ましい。

【0023】

これにより、Ｓｉ層の上面及び側面を均一かつ確実に覆うことができるので、成長工程中（即ちＳｉ層がＳｉ融液となる間）に振動等が発生した場合であっても、Ｓｉ融液の流れ出しを防止できる。また、成長工程中におけるＳｉ融液の蒸発を防ぐことができる。

【0024】

前記の液相エピタキシャル成長方法においては、前記フィード層を形成する工程では、前記Ｓｉ層の面のうち、前記単結晶ＳｉＣのａ軸に平行な面のうち前記第１側と同じ側の面の全体と、前記単結晶ＳｉＣのｃ軸に平行な面の全体と、を覆うことが好ましい。

【0025】

これにより、Ｓｉ融液の流れ出し及び蒸発をより確実に抑えることができる。従って、Ｓｉ融液の厚みの減少をより確実に抑制することができるので、一層大きなサイズの単結晶ＳｉＣ基板を製造することができる。

【0026】

本発明の第４の観点によれば、以下の単結晶ＳｉＣの製造方法が提供される。即ち、この単結晶ＳｉＣの製造方法では、キャップ層形成工程と、成長工程と、を行う。前記キャップ層形成工程では、少なくとも表面がＳｉＣからなるシード層に対して少なくともＣを供給するためのフィード層の少なくとも一部を覆うキャップ層を形成する。前記成長工程では、前記シード層と前記フィード層との間にＳｉ層を配置した状態で加熱処理を行うことで、前記シード層の第１側の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる。前記キャップ層形成工程では、前記フィード層の面のうち、前記単結晶ＳｉＣのａ軸に平行な面のうち前記第１側と同じ側の面の全体と、前記単結晶ＳｉＣのｃ軸に平行な面の全体と、を前記キャップ層で覆う。

【0027】

これにより、キャップ層によってフィード層の昇華を抑制することにより、Ｓｉ融液の厚みの減少を抑制することができる。その結果、Ｓｉ層の蒸発を抑えることができる。そのため、長時間にわたって（又は高温で）単結晶ＳｉＣを成長させることができる。従って、大きなサイズの単結晶ＳｉＣ基板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本実施形態の液相エピタキシャル成長方法の前半部を示す図。

【図2】本実施形態の液相エピタキシャル成長方法の後半部を示す図。

【図3】加熱温度及び成長時間を変えつつＭＳＥ法による成長を行った場合にＳｉが枯渇するまでの時間を検証した結果を示すグラフ。

【図4】本実施形態と従来例とでａ面の成長速度を比較したグラフ。

【図5】キャップ層が無い場合、ＴａＣ製のキャップ層がある場合、熱分解炭素製のキャップ層がある場合のフィード層の質量減少量を比較したグラフ及びその顕微鏡写真。

【発明を実施するための形態】

【0029】

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図１及び図２を参照して、本実施形態で行われる液相エピタキシャル成長方法について説明する。図１及び図２は、液相エピタキシャル成長方法の流れを示す図である。なお、本明細書において、「平行」とは、完全にズレがない場合だけでなく、数度（例えば４度以下又は８度以下）のズレがある場合も含むものとする。また、「平行」だけでなく「垂直」についても同様に、数度（例えば４度以下又は８度以下）のズレがある場合も含むものとする。

【0030】

本実施形態では、ＭＳＥ法におけるシード層を形成するための土台としてベース材１０が用いられる。ベース材１０は、黒鉛製であり、具体的には、微粒子状に粉砕した天然黒鉛、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、メソカーボンのうち１種以上と、ピッチ、コールタール、コールタールピッチ、熱硬化性樹脂等の結合材と、適宜処理して生成されたものに対して、ハロゲン含有ガス等の雰囲気下で高純度処理して金属不純物（灰分）を５ｐｐｍ以下としたものである。また、この黒鉛は、当該黒鉛を構成する炭素原子と結合した酸素、窒素、塩素、リン、硫黄、ホウ素を低減させたものが好ましい。

【0031】

なお、ベース材１０は、全てが黒鉛製である必要はなく、例えば黒鉛材にＣＶＤ法（化学気相成長法）等によって多結晶ＳｉＣを被覆したものであっても良い。また、多結晶ＳｉＣの被覆後に内部の黒鉛を除去しても良い。また、黒鉛とケイ酸ガスとを反応させて黒鉛材をＳｉＣに転化させた、いわゆるＣＶＲ−ＳｉＣをベース材１０として用いても良いし、ＳｉＣ粉末に焼結助剤を添加して１６００℃以上の高温で焼結させた焼結性ＳｉＣをベース材１０として用いてもよい。

【0032】

ベース材１０には、ＣＶＤ法によって多結晶ＳｉＣからなるシード層１１が形成される（シード層形成工程）。ここで、ＣＶＤ法で形成されるシード層１１の厚みは任意であるが、例えば３０μｍ〜８００μｍの範囲であることが好ましく、更に好ましくは、４０μｍ〜６００μｍの範囲であり、更に好ましくは、１００μｍ〜３００μｍの範囲である。シード層１１を形成するためのＣＶＤ法としては、有機ケイ素化合物を気相で還元熱分解させる方法、又は、ＳｉＣｌ₄等のケイ素化合物とＣＨ₄等の炭素化合物とを気相反応させる方法等を挙げることができる。本実施形態において各層の厚みとは、主要部分（端部以外）における上下方向における長さ（単結晶ＳｉＣのｃ軸方向における長さ）を示すものとする。なお、このベース材及びシード材には単結晶ＳｉＣを用いてもよい。

【0033】

シード層１１は、ベース材１０の全面を覆うように形成されるが、少なくとも上側の面（図１の上面、主面）が覆われていれば良い。ここで、「主面」とは、単結晶ＳｉＣが主として形成される平面であり、別の面よりも面積が大きい面である。なお、「主面」と垂直な面（図１の左右端の面）を「側面」と称する。

【0034】

次に、シード層１１の主面及び側面（後で形成される単結晶ＳｉＣのａ軸及びｃ軸に平行な面）上に、ＣＶＤ法によって多結晶Ｓｉ（Ｓｉ層１２）が形成される（Ｓｉ層形成工程）。Ｓｉ層１２を形成するためのＣＶＤ法としては、シード層形成工程と同様に、ケイ素化合物を気相で還元熱分解させる方法を挙げることができる。

【0035】

Ｓｉ層１２は、単結晶ＳｉＣを成長させる工程において加熱されることでＳｉ融液となる。ここで、Ｓｉ融液が厚過ぎる場合、厚みの逆数にほぼ比例して単結晶ＳｉＣの成長速度が低下する。一方、Ｓｉ融液が薄過ぎる場合、Ｓｉ源が不足する可能性がある。従って、ＭＳＥ法では、Ｓｉ層の厚みは重要となる。従来では、Ｓｉ層としてＳｉプレートを用いていたため、Ｓｉ層を所望の厚さにすることは困難であった。この点、本実施形態ではＣＶＤ法を用いているため、Ｓｉ層１２が成長する速度が分かっていれば、反応時間を調整することで、所望の厚みのＳｉ層１２を形成することができる。

【0036】

また、本実施形態では、シード層１１の全面にＳｉ層１２を形成する。しかし、シード層１１の一部のみを成長させたい場合、シード層１１の一部のみにＳｉ層１２を形成する必要がある。この点、本実施形態ではＣＶＤ法を用いているため、マスキング等を行うだけで、所望の部分のみにＳｉ層１２を精度良くかつ簡単に形成することができる。

【0037】

また、本実施形態のシード層１１は平坦であるが、シード層１１に加工が施されることもあり、シード層１１が凹凸形状を有していることもある。この点、本実施形態ではＣＶＤ法を用いているため、特別な処理を行うことなくＳｉ層１２を均一に形成することができる。

【0038】

なお、Ｓｉ層１２は、シード層１１の下面以外（主面及び側面）を覆うように形成されるが、少なくとも主面が覆われていれば良い。また、本実施形態では、ＣＶＤ法によってシード層１１上にＳｉ層１２を形成しているが、シード層１１上にＳｉプレートを配置することによりＳｉ層１２を設けても良い。

【0039】

次に、Ｓｉ層１２上に、ＣＶＤ法によって多結晶ＳｉＣ（例えば３Ｃ−ＳｉＣ）からなるフィード層１３が形成される（フィード層形成工程）。フィード層１３は、シード層１１よりも自由エネルギーが大きい必要がある。ここで、ＣＶＤ法で形成されるフィード層１３の厚みは任意であるが、例えば３０μｍ〜８００μｍの範囲であることが好ましく、更に好ましくは、４０μｍ〜６００μｍの範囲であり、更に好ましくは、１００μｍ〜３００μｍの範囲である。フィード層１３を形成するためのＣＶＤ法としては、シード層１１を形成するためのＣＶＤ法と同様の方法を用いることができる。

【0040】

フィード層１３は、Ｓｉ層１２の面のうち下面（シード層１１に接触していない面）を除いた全ての面を覆うように形成される。具体的には、フィード層１３は、Ｓｉ層１２の主面（単結晶ＳｉＣのａ軸方向に平行な面、図１の上面、Ｓｉ層１２の厚み方向に垂直な面）と、Ｓｉ層１２の側面（単結晶ＳｉＣのｃ軸方向に平行な面、Ｓｉ層１２の厚み方向に平行な面）を覆う。これにより、単結晶ＳｉＣを成長させる工程において、Ｓｉ融液が流れ出したり蒸発したりすることを防止できる。なお、本実施形態では、Ｓｉ層１２の側面が全て覆われているが、少なくとも側面の一部（望ましくは側面の半分以上）が覆われていれば、Ｓｉ融液の蒸発を抑制するという効果をある程度は発揮させることができる。また、本実施形態では、ＣＶＤ法によってＳｉ層１２上にフィード層１３を形成しているが、Ｓｉ層１２上に多結晶のＳｉＣプレートを配置することによりフィード層１３を設けても良い。

【0041】

次に、図２に示すように、フィード層１３上に、ＣＶＤ法によってキャップ層１４が形成される（キャップ層形成工程）。具体的には、炭化水素系のガスを還元熱分解させることで膜形成を行う。なお、必要に応じてキャリアガスとしての水素ガスを使用しても良い。キャップ層の厚みは任意であるが、例えば０．５μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましく、１０μｍ〜５０μｍの範囲であることが更に好ましい。キャップ層１４の組成は任意であるが、耐熱性を有するカーボン製（ＣＶＤ法による熱分解炭素、熱硬化性樹脂によるガラス状炭素、スパッタ法によるダイヤモンドライクカーボン、フォトレジストによる炭化膜など）や高融点炭化物製（タンタルカーバイド・タングステンカーバイドなど）のキャップ層１４が形成される。本実施形態では、炭化水素系ガスを気相で還元熱分解させることで得られる熱分解炭素からなるキャップ層１４が形成される。

【0042】

キャップ層１４は、フィード層１３の下面以外を覆うように形成される。具体的には、キャップ層１４は、フィード層１３の主面（単結晶ＳｉＣのａ軸方向に平行な面、図２の上面、フィード層１３の厚み方向に垂直な面）と、フィード層１３の側面（単結晶ＳｉＣのｃ軸方向に平行な面、フィード層１３の厚み方向に平行な面）を覆う。これにより、単結晶ＳｉＣを成長させる工程において、Ｓｉ融液及びフィード層が流れ出したり蒸発したりすることを防止できる。キャップ層１４は、カーボン製に限られず、例えばタンタルカーバイド製であっても良い。なお、キャップ層１４を形成した効果については後述する。

【0043】

次に、成長工程が行われる。成長工程は、キャップ層１４の形成後に、シード層１１からキャップ層１４を高温真空下で加熱することで行われる。加熱温度は、例えば１５００℃以上２３００℃以下であることが好ましい。本実施形態では、シード層１１と、フィード層１３と、の自由エネルギーの差に基づいて、Ｓｉ融液に濃度勾配が発生し、この濃度勾配が駆動力となって、フィード層１３からＳｉ融液へＳｉとＣが溶出する。Ｓｉ融液に取り込まれたＣは、Ｓｉ融液のＳｉと結合し、シード層１１の上側の面に単結晶ＳｉＣとして析出する。

【0044】

以上により、シード層１１の主面（単結晶ＳｉＣのａ軸方向に平行な面）に、ＭＳＥ法による単結晶ＳｉＣを成長させることができる。これにより、マイクロパイプや結晶欠陥が少ない原子レベルに平坦な単結晶ＳｉＣ基板を作製することができる。この単結晶ＳｉＣ基板には、ＣＶＤ法又はＭＳＥ法（液相エピタキシャル法）等によりエピタキシャル層を成長させる工程、イオンを注入する工程、及びイオンを活性化させるアニール工程（加熱工程）等が行われることで、半導体素子が製造される。なお、単結晶ＳｉＣはシード層１１の主面に形成されれば十分であるが、副次的にシード層１１の側面に形成されていても良い。

【0045】

また、単結晶ＳｉＣの成長後、キャップ層１４は除去される。キャップ層１４の除去方法は任意であるが、例えばＳｉ蒸気圧下での加熱処理又は酸化処理によってキャップ層１４が除去される。

【0046】

本実施形態では、上記のようにしてＳｉＣ単結晶を成長させることができる。なお、本実施形態では、ＣＶＤ法により各層を成膜するため、シード層１１、Ｓｉ層１２、及びフィード層１３の蒸発・昇華を抑制することができる。特に、Ｓｉ層１２とフィード層１３について蒸発・昇華を効果的に抑制できる。以下、この点について検証した実験について説明する。

【0047】

図３は、従来（例えば特許文献１又は２等）のＭＳＥ法と、本実施形態の閉じ込め型のＭＳＥ法と、を比較するグラフである。具体的には、横軸が加熱温度であり、縦軸が成長工程を行った時間である。なお、一般的に加熱温度が高くなるほどＳｉ融液の蒸発は促進するため、Ｓｉ融液が枯渇し易い。図３に示すように、従来例では、１６００℃及び１７００℃では、それぞれ２０時間、１０時間のＭＳＥ法を行ったが、Ｓｉ融液が枯渇することはなかった。しかし、加熱温度を１８００℃にした場合、すぐにＳｉ融液が枯渇してしまった。

【0048】

この点、本実施形態では、２０００℃で５０時間処理を行ってもＳｉ融液が枯渇しなかった。従って、本実施形態のＭＳＥ法は、従来例のＭＳＥ法と比較して、Ｓｉ融液が格段に枯渇しにくい。

【0049】

ここで、ＭＳＥ法では、加熱温度を高くすることで、成長速度を向上させることができる。従って、本実施形態では、従来例と比較して高い成長速度でＭＳＥ法を行うことができる。図４は、この点を検証した結果を示すグラフである。図４の横軸は成長温度であり、縦軸はａ面方向の成長速度である。

【0050】

従来例のＭＳＥ法では、成長温度が１７００℃を超えたあたりでＳｉが枯渇したため、最後まで調べることができなかった。なお、加熱温度が１７００℃のときの成長速度は２０μｍ／ｈｏｕｒ以下であるのに対し、成長温度が２０００℃のときの成長速度は約１２０μｍ／ｈｏｕｒである。本実施形態では、成長温度が２０００℃であってもＳｉ融液が蒸発しないので、従来例と比較して非常に高い成長速度を実現可能である。

【0051】

次に、キャップ層１４を形成した効果を確かめるために行った実験について図５を参照して説明する。

【0052】

図５（ａ）は、キャップ層１４を形成していない場合と、タンタルカーバイド製のキャップ層１４を形成した場合と、熱分解炭素製のキャップ層１４を形成した場合と、について、加熱処理を行ったときのフィード層１３の質量減少量を示すグラフである。加熱処理の条件は、２０００℃で１０Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気で、加熱時間は５時間である。

【0053】

キャップ層１４が無いものは、フィード層１３が次々と昇華するため、フィード層１３の質量減少量が多くなっている。その結果、Ｓｉ融液を覆うフィード層１３が減少していくため、Ｓｉ融液の蒸発をあまり抑制できなくなり、Ｓｉ融液の蒸発が進行する。

【0054】

また、タンタルカーバイド製のキャップ層１４を形成したものは、フィード層１３の昇華を抑制する効果が得られた。なお、図５（ｂ）は、タンタルカーバイド製のキャップ層１４の顕微鏡写真である。図５（ｂ）に示すように、タンタルカーバイド製のキャップ層１４にはクラックが現れている。このクラックは、タンタルカーバイドはヤング率が高く、ＳｉＣとタンタルカーバイドの熱膨張係数の差によって生じたと考えられる。キャップ層１４にクラックが生じたため、フィード層１３の昇華が僅かに生じている。

【0055】

また、熱分解炭素製のキャップ層１４を形成したものは、フィード層１３の昇華を抑制することができた。また、熱分解炭素はヤング率が低いため、ＳｉＣとＣとの熱膨張係数の差による応力が発生しても、キャップ層１４にクラックは生じなかった。なお、図５（ｃ）は、熱分解炭素製のキャップ層１４の顕微鏡写真である。以上より、キャップ層１４の素材としては、熱分解炭素が最も優れている。

【0056】

以上に説明したように、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法は、少なくとも表面がＳｉＣからなるシード層１１と、少なくともＣを供給するためのフィード層１３と、の間にＳｉ層１２を配置した状態で加熱処理を行うことで、シード層１１の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる。加熱処理を行う前に、フィード層の少なくとも一部を覆うキャップ層を形成するキャップ層形成工程を行う。

【0057】

これにより、キャップ層１４によってフィード層１３の昇華を抑制することができるので、長時間にわたって単結晶ＳｉＣを成長させることができる。特に、本実施形態ではフィード層１３及びキャップ層１４でＳｉ融液が覆われるため、非常に大口径の単結晶ＳｉＣ基板を製造することができる。更に、本実施形態では加熱温度を高くしてもＳｉ融液が蒸発しにくいので、加熱温度を高くして成長速度を向上させることができる。そのため、大口径のＳｉＣ基板であっても短時間で製造することができる。

【0058】

また、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、キャップ層形成工程では、少なくともフィード層１３の主面（単結晶ＳｉＣのａ軸方向に平行な面）と、フィード層１３の側面（単結晶ＳｉＣのｃ軸方向に平行な面）と、を覆う。

【0059】

これにより、フィード層１３の主面だけでなく側面もキャップ層１４で覆われるため、フィード層１３の昇華をより確実に抑制できる。

【0060】

また、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、キャップ層１４が熱分解炭素である。

【0061】

これにより、熱分解炭素はヤング率が低くキャップ層１４が破損しにくいため、フィード層１３の昇華をより確実に抑制できる。

【0062】

また、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、キャップ層形成工程では、ＣＶＤ法によって当該キャップ層１４が形成される。

【0063】

これにより、簡単な処理で確実にフィード層を覆うことができる。

【0064】

また、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、単結晶ＳｉＣを成長させた後に、Ｓｉ蒸気圧下での加熱処理又は酸化処理により、前記キャップ層を除去する。

【0065】

これにより、簡単な処理でキャップ層を除去できるとともに、エピタキシャル層にイオンを注入する処理等を行うことができる。

【0066】

また、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、フィード層形成工程では、少なくともＣ原子を供給するためのフィード層１３を、Ｓｉ層１２の面のうちシード層１１上に成長させる単結晶ＳｉＣのａ軸及びｃ軸に平行な面に形成することが好ましい。

【0067】

これにより、Ｓｉ層１２の主面だけでなく側面もフィード層１３で覆われるため、Ｓｉ融液の流れ出し及び蒸発を抑えることができる。従って、Ｓｉ融液の厚みの減少を抑制することができるので、従来と比較して大口径の単結晶ＳｉＣ基板を製造することができる。

【0068】

また、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、フィード層形成工程では、ＣＶＤ法によってＳｉ層１２上にフィード層１３を形成する。

【0069】

これにより、成長工程中（即ちＳｉ層１２がＳｉ融液となる間）に振動等が発生した場合であっても、Ｓｉ融液の流れ出しを防止できる。また、成長工程中におけるＳｉ融液の蒸発を防ぐことができる。

【0070】

また、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、フィード層形成工程では、Ｓｉ層１２の主面及び側面を全て覆う。

【0071】

これにより、Ｓｉ融液の流れ出し及び蒸発をより確実に抑えることができる。従って、Ｓｉ融液の厚みの減少をより確実に抑制することができるので、一層大きなサイズの単結晶ＳｉＣ基板を製造することができる。

【0072】

また、本実施形態の液相エピタキシャル成長方法においては、フィード層形成工程と成長工程との間に、フィード層１３上にキャップ層１４を形成するキャップ層形成工程が行われる。

【0073】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

【0074】

上記の実施形態では、Ｓｉ層１２、フィード層１３、キャップ層１４を形成する際において、主面（上面）だけでなく側面にも成膜を行っているが、主面（上面）のみに成膜を行っても良い。

【0075】

ＭＳＥ法を行うための環境（温度、圧力、雰囲気）として上記で説明したものは一例であり、適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0076】

１０ ベース材
１１ シード層
１２ Ｓｉ層
１３ フィード層
１４ キャップ層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】