单晶碳化硅液相外延生长用种晶件和单晶碳化硅的液相外延生长方法

摘要

本发明提供一种廉价的碳化硅液相外延生长用种晶件。单晶碳化硅液相外延生长用种晶件（12）具有含有结晶多型为3C的多晶碳化硅的表层。通过表层的X射线衍射，作为与结晶多型为3C的多晶碳化硅对应的衍射峰，观察到与（111）晶面对应的一级衍射峰，观察不到具有与（111）晶面对应的一级衍射峰的衍射强度的10%以上的衍射强度的其他的一级衍射峰。

说明书

技术领域

本发明涉及单晶碳化硅液相外延生长用种晶件和使用该单晶碳化 硅液相外延生长用种晶件的单晶碳化硅的液相外延生长方法。

背景技术

碳化硅（SiC）是能够实现硅（Si）和砷化镓（GaAs）等现有的半 导体材料所无法实现的高温耐性、高耐电压性、耐高频性和高耐环境 性。因此，碳化硅作为新时代的电源设备用的半导体材料或高频设备 用半导体材料备受期待。

一直以来，作为使单晶碳化硅生长的方法，例如，在下述的专利 文献1等中提出了升华再结晶法（改良Lely法）。在该改良Lely法中， 在坩埚内的低温侧区域配置由单晶碳化硅构成的种晶件，在高温侧区 域配置作为原料的含有Si的原料粉末。这样，通过使坩埚内形成不活 泼性气氛并且加热到1450℃～2400℃的高温，使配置于高温侧区域的 原料粉末升华。其结果，能够在配置于低温侧的种晶件的表面上使碳 化硅外延生长。

但是，改良Lely法是通过在气相中设置温度梯度使碳化硅结晶生 长的方法。因此，使用改良Lely法时，碳化硅的外延生长需要大型的 装置，并且，碳化硅外延生长的工艺控制困难。因此，存在碳化硅外 延生长膜的制造成本增高的问题。另外，气相中的碳化硅外延生长是 不平衡的。因此，存在形成的碳化硅外延生长膜容易产生结晶缺陷、 以及结晶结构容易出现皲裂的问题。

作为改良Lely法以外的碳化硅的外延生长法，例如，可以列举在 专利文献2等中提出的、作为在液相中使碳化硅外延生长的方法的亚 稳溶剂外延（Metastable Solvent Epitaxy：MSE）法。

在MSE法中，使由单晶碳化硅或多晶碳化硅等结晶性碳化硅构成 的种晶件、和由碳化硅构成的供料件例如隔着100μm以下的小的间隔 对置，在其间夹置Si的熔融层。这样，通过在真空高温环境中进行加 热处理，使碳化硅在种晶件的表面上外延生长。

可以认为在该MSE法中，由于种晶件的化学势与供料件的化学势 之差引起溶解于Si熔融层的碳的浓度梯度，从而形成碳化硅外延生长 膜。因此，与使用改良Lely法的情况不同，不一定要在种晶件与供料 件之间设置温度差。因此，在使用MSE法时，不仅能够以简易的装置 容易地控制碳化硅的外延生长工艺，也能够稳定地形成高品质的碳化 硅外延生长膜。

另外，还有在具有大面积的种晶基板之上也能够形成碳化硅外延 生长膜的优点，由于Si熔融层极薄，还有来自供料件的碳容易扩散、 实现碳化硅的外延生长工艺的低温化的优点。

因此，可以认为MSE法是作为单晶碳化硅的外延生长法极为有用 的方法，对MSE的研究盛行。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-97040号公报

专利文献2：日本特开2008-230946号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述，可以认为在MSE法中需要选择供料件和种晶件，使得 供料件的自由能高于种晶件的自由能。因此，例如，在上述专利文献2 中，记载了通过使供料基板与种晶基板的结晶多型不同来使供料基板 与种晶基板的自由能不同。具体而言，记载了在由多晶3C-SiC基板构 成供料基板时，由自由能低于3C-SiC基板的单晶4H-SiC基板等构成 种晶基板。

这里，多晶3C-SiC基板能够容易地通过CVD法制作。因此，如 专利文献2所述，通过使用3C-SiC基板作为供料基板，能够将碳化硅 外延生长膜的形成成本抑制得较低。

但是，在4H-SiC基板或3C-SiC基板等碳化硅基板中，3C-SiC基 板具有最高的自由能。因此，不能使用3C-SiC基板作为要求自由能低 的种晶基板。因此，专利文献2中，使用制造困难且高成本的单晶 4H-SiC基板作为种晶基板，存在碳化硅外延生长层的形成成本增高的 问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种廉价的碳 化硅液相外延生长用种晶件。

用于解决课题的方法

本发明的发明人进行了深入研究，结果发现，在结晶多型为3C的 多晶碳化硅材料中，存在容易发生向硅熔融层溶出的材料和难以发生 溶出的材料，难以发生向硅熔融层溶出的材料适合用作碳化硅的液相 外延生长的种晶件。其结果，本发明的发明人完成了本发明。

即，本发明的单晶碳化硅液相外延生长用种晶件是在单晶碳化硅 的液相外延生长方法中使用的种晶件。本发明的单晶碳化硅液相外延 生长用种晶件具有含有结晶多型为3C的多晶碳化硅的表层。

通过表层的X射线衍射，作为与结晶多型为3C的多晶碳化硅对 应的衍射峰，观察到与（111）晶面对应的一级衍射峰，观察不到具有 与（111）晶面对应的一级衍射峰的衍射强度的10%以上的衍射强度的 其他的一级衍射峰。因此，难以发生由本发明的单晶碳化硅液相外延 生长用种晶件向硅熔融层的溶出。因此，通过使用本发明的单晶碳化 硅液相外延生长用种晶件，能够合适地形成硅熔融层的浓度梯度，能 够合适地进行碳化硅的液相外延生长。此外，可以认为观察不到具有 与（111）晶面对应的一级衍射峰的衍射强度的10%以上的衍射强度的 其他的一级衍射峰时难以发生向硅熔融层的溶出，这是由于（111）晶 面与其他晶面相比是难以向硅熔融层溶出的晶面的缘故。

另外，本发明的单晶碳化硅液相外延生长用种晶件的表层含有结 晶多型为3C的多晶碳化硅。因此，与表层为含有结晶多形为4H或6H 等的多晶碳化硅的材料、或为由单晶碳化硅构成的材料时不同，能够 通过CVD（Chemical Vapor Deposition，化学沉积）法容易且廉价地制 造。

即，通过使用本发明的单晶碳化硅液相外延生长用种晶件，能够 容易且廉价地形成单晶碳化硅的外延生长膜。

另外，通过使用本发明的单晶碳化硅液相外延生长用种晶件，能 够形成具有优异特性的六方晶的单晶碳化硅的外延生长膜。由于（111） 晶面与六方晶的（0001）晶面等价，因而容易发生堆积错误（Stacking  error）。其结果，在（111）晶面大量露出时，适于进行六方晶的单晶碳 化硅的外延生长。

在本发明中，“液相外延生长方法”是指通过在使种晶件与供料件 隔着硅熔融层对置的状态下进行加热，形成熔融于硅熔融层中的石墨 的浓度梯度，利用该浓度梯度使单晶碳化硅在种晶件上外延生长的方 法。

在本发明中，“X射线衍射”是指使用8.048keV的X射线（CuK_α射线）的衍射。

在本发明中，“供料件”是指例如供给Si、C、SiC等作为单晶碳 化硅外延生长的材料的物质的部件。另一方面，“种晶件”是指单晶碳 化硅在表面上生长的部件。

在本发明中，优选通过表层的X射线衍射，观察到与（111）晶面、 （200）晶面、（220）晶面和（311）晶面中的至少一个对应的一级衍 射峰，由该至少一个的一级衍射峰算出的平均微晶粒径大于根 据该构成，能够更有效地提高单晶碳化硅的外延生长速度。可以认为 这是由于表层中多晶碳化硅结晶的具有高反应性的晶界所占的比例减 少，更难以发生从表层向硅熔融层的溶出的缘故。

其中，在本发明中，“微晶粒径”是指基于下述式（1）所示的Hall 式算出的微晶粒径。

β·（cosθ）／λ＝2η·（sinθ）／λ＋1／ε……（1）

其中，

β：半峰宽

θ：衍射线的布拉格角

λ：测定中使用的X射线的波长

η：结晶的不均匀形变的值

ε：微晶粒径的平均大小。

另外，在上述微晶粒径的计算中，使用与（111）晶面对应的衍射 峰和（200）晶面、（220）晶面以及（311）晶面中具有与（111）晶面 对应的衍射峰的强度的3%以上的强度的衍射峰。

在本发明中，优选通过表层的X射线衍射观察到的（111）晶面中， 取向角度为67.5°以上晶面的所占的比例为80%以上。根据该构成， 能够更有效地提高单晶碳化硅的外延生长速度。可以认为这是由于能 够降低使（111）晶面露出的结晶的、稳定性低于（111）晶面的面的露 出度的缘故，从而能够抑制使（111）晶面露出的结晶的溶出的缘故。

在本发明中，通过表层的使激发波长为532nm的拉曼分光解析观 察到来自结晶多型为3C的多晶碳化硅的L0峰，该L0峰的从972cm^-1的位移量的绝对值为4cm^-1以上。此时，难以发生从种晶件向硅熔融层 的溶出。因此，通过使用该构成的种晶件，能够合适地形成硅熔融层 中的浓度梯度，能够更合适地进行碳化硅的液相外延生长。

另外，通过使用该构成的种晶件，能够形成具有更优异的特性的 六方晶的单晶碳化硅的外延生长膜。可以认为这是由于表层的致密性 提高，有助于在表层的表面露出的晶面的大部分形成为与六方晶 （0001）晶面相似的形状，更适合进行六方晶的单晶碳化硅的外延生 长的缘故。

此外，L0峰的从972cm^-1的位移量的绝对值为4cm^-1以上时难以发 生向硅熔融层的溶出，可以认为这是因为种晶件的表层的内部应力增 大，表层的致密性增高的缘故。

在本发明中，“来自多晶碳化硅的L0峰”是指来自碳化硅结晶中 在Si-C两原子间振动的光学模式中纵向光学（Longitudinal optical）模 式的峰，通常在3C多型体时为在972cm^-1出现的峰。

优选L0峰的从972cm^-1的位移量为4cm^-1以上。

优选L0峰的半峰宽为15cm^-1以下。通过使用具有该构成的种晶件， 能够进一步提高单晶碳化硅的外延生长速度。

在L0峰的半峰宽为15cm^-1以下时能够进一步提高单晶碳化硅的外 延生长速度，可以认为这是由于L0峰的半峰宽越小，表层中的多晶碳 化硅的结晶性越高、杂质浓度越低，因而更难以发生从表层的溶出的 缘故。

在本发明中，优选表层含有结晶多型为3C的多晶碳化硅作为主成 分，更优选实质上由结晶多型为3C的多晶碳化硅构成。根据该构成， 能够更有效地提高单晶碳化硅的外延生长速度。

其中，在本发明中，“主成分”是指含有50质量%以上的成分。

在本发明中，“实质上由结晶多型为3C的多晶碳化硅构成”是指 除了杂质以外，不含有结晶多型为3C的多晶碳化硅以外的成分。通常 “实质上由结晶多型为3C的多晶碳化硅构成”时所含的杂质为5质量 %以下。

本发明的单晶碳化硅液相外延生长用种晶件可以具备支撑件和形 成于支撑件之上、构成表层的多晶碳化硅膜。此时，优选多晶碳化硅 膜的厚度在30μm～800μm的范围内。

另外，本发明的单晶碳化硅液相外延生长用种晶件可以由含有结 晶多型为3C的多晶碳化硅的多晶碳化硅基板等的多晶碳化硅元件构 成。

在本发明的单晶碳化硅的液相外延生长方法中，通过在上述本发 明的单晶碳化硅液相外延生长用种晶件的表层和具有含有结晶多型为 3C的多晶碳化硅的表层的供料件的表层隔着硅熔融层对置的状态下进 行加热，使单晶碳化硅在种晶件的表层上外延生长。根据该方法，能 够廉价地形成单晶碳化硅的外延生长膜。另外，不一定要在种晶件与 供料件之间设置温度差。因此，不仅能够以简易的装置容易地控制单 晶碳化硅的外延生长工艺，而且能够稳定地形成高品质的单晶碳化硅 外延生长膜。

发明的效果

根据本发明，能够提供廉价的碳化硅液相外延生长用种晶件。

附图说明

图1是用于说明本发明的一个实施方式中的单晶碳化硅的外延生 长方法的示意图。

图2是本发明的一个实施方式的供料基板的截面示意图。

图3是本发明的一个实施方式的种晶基板的截面示意图。

图4是变形例的供料基板的截面示意图。

图5是变形例的种晶基板的截面示意图。

图6是样品1～4的X射线衍射图。

图7是用于说明（111）晶面的取向性的测定方法的示意图。

图8是表示样品1的（111）晶面的取向性的图。

图9是表示样品2的（111）晶面的取向性的图。

图10是表示样品3的（111）晶面的取向性的图。

图11是表示样品4的（111）晶面的取向性的图。

图12是表示样品1～4的L0峰的从972cm^-1的位移量（Δω）和 L0峰的半峰宽（FWHM）的图。

图13是表示样品1、2和4的单晶碳化硅外延生长膜的生长速度 的图。

图14是表示样品1、2和4的单晶碳化硅外延生长膜的生长速度 的图。

图15是表示样品3、4的单晶碳化硅外延生长膜的生长速度的图。

图16是实施例的液相外延生长实验实施后的种晶基板（样品3） 的SEM照片。

图17是比较例的液相外延生长实验实施后的种晶基板（样品2） 的SEM照片。

具体实施方式

下面，对实施本发明的优选实施方式的一例进行说明。但是以下 的实施方式仅用于例示。本发明不受以下的实施方式任何限定。

图1是用于说明本实施方式中单晶碳化硅的外延生长方法的示意 图。

在本实施方式中，对于使用MSE法形成单晶碳化硅的外延生长膜 的例子进行说明。

在本实施方式中，如图1所示，在容器10内，将作为种晶件的种 晶基板12和作为供料件的供料基板11，以种晶基板12的主面12a与 供料基板11的主面11a隔着硅板对置的方式配置。在该状态下，对种 晶基板12和供料基板11进行加热，使硅板熔融。通过这样操作，形 成种晶基板12与供料基板11隔着硅熔融层13对置的状态。通过维持 该状态，硅、碳、碳化硅等原料从种晶基板12侧向硅熔融层13溶出。 由此，在硅熔融层13形成浓度梯度。其结果，单晶碳化硅在种晶基板 12的主面12a上外延生长，形成单晶碳化硅外延生长膜20。其中，硅 熔融层13的厚度极薄，例如能够为10μm～100μm左右。

（种晶基板12）

种晶基板12具有含有结晶多型为3C的多晶碳化硅的表层。具体 而言，如图3所示，在本实施方式中，种晶基板12具有由石墨构成的 支撑件12b和多晶碳化硅膜12c。由石墨构成的支撑件12b具有能够充 分耐受碳化硅的外延生长工艺的高耐热性。另外，由石墨构成的支撑 件12b具有与单晶碳化硅外延生长膜20相仿的热膨胀率。因此，通过 使用由石墨构成的支撑件12b，能够合适地形成单晶碳化硅外延生长膜 20。

此外，作为石墨的具体例，例如，可以列举天然石墨、人造石墨、 石油焦炭、煤焦炭、沥青焦炭、炭黑、中间相碳等。由石墨构成的支 撑件12b的制造方法，例如，可以列举日本特开2005-132711号公报中 记载的制造方法。

多晶碳化硅膜12c以覆盖支撑件12b的主面和侧面的方式形成。 多晶碳化硅膜12c含有多晶碳化硅。利用该多晶碳化硅膜12c形成种 晶基板12的表层。其中，本实施方式中的多晶碳化硅膜12c优选含有 多晶3C-SiC作为主成分，优选实质上由多晶3C-SiC形成。即，在本 实施方式中，种晶基板12的表层优选含有多晶3C-SiC作为主成分， 优选实质上由多晶3C-SiC形成。这样能够提高单晶碳化硅外延生长膜 20的生长速度。

多晶碳化硅膜12c的厚度t12优选在30μm～800μm的范围内，更 优选在40μm～600μm的范围内，更加优选在100μm～300μm的范围内。 如果多晶碳化硅膜12c的厚度t12过薄，在单晶碳化硅外延生长膜20 的形成时，有时由石墨构成的支撑件12b会露出，由于从支撑件12b 的溶出而导致不能得到合适的单晶碳化硅外延生长膜20。另一方面， 如果多晶碳化硅膜12c的厚度t12过厚，有时多晶碳化硅膜12c上容易 产生裂缝。

多晶碳化硅膜12c的形成方法没有特别限定。多晶碳化硅膜12c， 例如，能够通过CVD（Chemical Vapor Deposition，化学沉积）法或溅 射法等形成。特别是在本实施方式中，由于多晶碳化硅膜12c含有多 晶3C-SiC，因此能够容易且廉价地通过CVD法形成致密的多晶碳化硅 膜12c。

构成种晶基板12的表层的多晶碳化硅膜12c，通过X射线衍射， 作为与结晶多型为多晶3C-SiC对应的衍射峰，观察到与（111）晶面 对应的一级衍射峰，观察不到具有与（111）晶面对应的一级衍射峰的 衍射强度的10%以上的衍射强度的其他的一级衍射峰。

另外，对构成种晶基板12的表层的多晶碳化硅膜12c进行激发波 长为532nm的拉曼分光解析，观察到来自结晶多型为3C的多晶碳化 硅的L0峰。该L0峰的从972cm^-1的位移量的绝对值为4cm^-1以上。

在现有技术中，如上所述，需要选择供料件和种晶件，使得供料 件的自由能高于种晶件的自由能，在使用自由能低的3C-SiC基板作为 供料基板时，不能使用3C-SiC基板作为种晶基板，需要使用4H-SiC 基板或6H-SiC基板等具有其他结晶多型的碳化硅基板作为种晶基板。

但是，本发明的发明人进行了深入研究，结果发现，在3C-SiC基 板中，存在容易发生向硅熔融层溶出的基板和难以发生向硅熔融层溶 出的基板，难以发生向硅熔融层溶出的基板适合用作碳化硅的液相外 延生长的种晶件。并且，本发明的发明进一步深入研究，结果发现， 通过X射线衍射，作为与结晶多型为多晶3C-SiC对应的衍射峰观察不 到具有与（111）晶面对应的一级衍射峰的衍射强度的10%以上的衍射 强度的其他一级衍射峰时，难以发生向硅熔融层的溶出。根据该见解， 本发明的发明人，使用具有表层的基板作为种晶基板12，该表层通过 X射线衍射作为与结晶多型为多晶3C-SiC对应的衍射峰观察到与 （111）晶面对应的一级衍射峰、观察不到具有与（111）晶面对应的一 级衍射峰的衍射强度的10%以上的衍射强度的其他一级衍射峰。这样 一来，使用表层含有多晶3C-SiC、能够通过CVD法廉价地制作的种晶 基板12时，也能够使碳化硅合适地液相外延生长。其中，观察不到具 有与（111）晶面对应的一级衍射峰的衍射强度的10%以上的衍射强度 的其他一级衍射峰时难以发生向硅熔融层的溶出，可以认为这是由于 （111）晶面是比其他晶面难以发生向硅熔融层的溶出的晶面的缘故。

其中，作为与结晶多型为多晶3C-SiC对应的衍射峰，可以列举以 下的表1中所示的峰。

[表1]

对应的晶面 2θ(°） （111） 35.6 (200) 41.4 (220) 60.0 (311) 71.7

另外，在使用本实施方式的种晶基板12时，能够形成具有优异特 性的六方晶的单晶碳化硅的外延生长膜。可以认为这是由于（111）晶 面与六方晶的（0001）晶面等价，因而（111）晶面大量露出时适于进 行六方晶的单晶碳化硅的外延生长。

其中，作为六方晶的单晶碳化硅的代表例，可以列举结晶多型为 4H或6H的单晶碳化硅。这些结晶多型为4H或6H的单晶碳化硅 （4H-SiC、6H-SiC）与其它结晶多型的碳化硅相比，具有带隙宽、能 够实现具有优异的耐热性的半导体设备的优点。

另外，优选多晶碳化硅膜12c，由通过X射线衍射观察到的、与 结晶多型为3C的多晶碳化硅对应的一级衍射峰算出的平均微晶粒径 大于此时，能够进一步提高单晶碳化硅外延生长膜20的生长 速度。可以认为这是由于多晶碳化硅膜12c中多晶碳化硅结晶的具有 高反应性的晶界所占的比例减少，难以发生从多晶碳化硅膜12c向硅 熔融层的溶出的缘故。

另外，优选多晶碳化硅膜12c的通过X射线衍射观察到的（111） 晶面中，取向角度为67.5°以上的晶面所占的比例为80%以上。此时， 能够更有效地提高单晶碳化硅的外延生长膜20的生长速度。可以认为 这是由于能够降低使（111）晶面露出的结晶的、稳定性低于（111）晶 面的面的露出度，从而能够抑制使（111）晶面露出的结晶的溶出的缘 故。

另外，多晶碳化硅膜12c，通过使激发波长为532nm的拉曼分光 解析观察到来自结晶多型为3C的多晶碳化硅的L0峰，优选该L0峰 的从972cm^-1的位移量的绝对值为4cm^-1以上。因此，更难以发生向硅 熔融层的溶出，更适于进行液相外延生长。其中，L0峰的从972cm^-1的位移量的绝对值为4cm^-1以上时难以发生向硅熔融层的溶出，可以认 为这是由于种晶件12的表层中的内部应力增大，表层的致密性增高的 缘故。

另外，L0峰的从972cm^-1的位移量的绝对值为4cm^-1以上时，由于 多晶碳化硅膜12c的致密性进一步提高，在多晶碳化硅膜12c的表面 露出的结晶大部分形成为与六方晶的（0001）晶面相似的形状，更适 于进行六方晶的单晶碳化硅的外延生长。

在本实施方式中，优选L0峰的从972cm^-1的位移量为4cm^-1以上。

另外，优选L0峰的半峰宽为15cm^-1以下。此时，能够进一步提高 单晶碳化硅的外延生长速度。

L0峰的半峰宽为15cm^-1以下时能够进一步提高单晶碳化硅的液相 外延生长速度，可以认为这是由于L0峰的半峰宽越小，种晶基板12 的表层中多晶碳化硅的结晶性越高、杂质浓度越低，因而更难以发生 从种晶基板12的表层的溶出的缘故。

（供料基板11）

在本实施方式中，供料基板11只要是比种晶基板12难以发生向 硅熔融层13的溶出的材料即可，没有特别限定。因此，作为供料基板 11，例如，适合使用具有含有结晶多型为3C的多晶碳化硅的表层，通 过其表层的X射线衍射观察到与（111）晶面对应的衍射峰，并且观察 到与（111）晶面对应的衍射峰以外的衍射峰的基板。

另外，作为供料基板11，例如，更适合使用具有含有结晶多型为 3C的多晶碳化硅的表层，其表层的通过使激发波长为532nm的拉曼分 光解析观察到的L0峰的从972cm^-1的位移量的绝对值低于4cm^-1的基 板。

图2表示本实施方式的供料基板11的截面示意图。具体而言，如 图2所示，在本实施方式中，供料基板11具有由石墨构成的支撑件11b 和多晶碳化硅膜11c。由石墨构成的支撑件11b具有能够充分耐受碳化 硅的外延生长工艺的高耐热性。另外，由石墨构成的支撑件11b具有 与单晶碳化硅外延生长膜20相仿的热膨胀率。因此，通过使用由石墨 构成的支撑件11b，能够合适地形成碳化硅外延生长膜20。

此外，作为石墨的具体例，例如，可以列举天然石墨、人造石墨、 石油焦炭、煤焦炭、沥青焦炭、炭黑、中间相碳等。由石墨构成的支 撑件11b的制造方法，例如，可以列举日本特开2005-132711号公报中 记载的制造方法等。

多晶碳化硅膜11c以覆盖支撑件11b的主面和侧面的方式形成。多 晶碳化硅膜11c含有多晶碳化硅。利用该多晶碳化硅膜11c形成供料基 板11的表层。其中，多晶碳化硅膜11c优选含有多晶3C-SiC作为主成 分，优选实质上由多晶3C-SiC形成。即，供料基板11的表层优选含 有多晶3C-SiC作为主成分，优选实质上由多晶3C-SiC形成。这样能 够提高单晶碳化硅外延生长膜20的生长速度。

多晶碳化硅膜11c的厚度t11优选在30μm～800μm的范围内，更 优选在40μm～600μm的范围内，更加优选在100μm～300μm的范围内。 如果多晶碳化硅膜11c的厚度t11过薄，在单晶碳化硅外延生长膜20 的形成时，有时由石墨构成的支撑件11b会露出，由于从支撑件11b 的溶出而导致不能得到合适的单晶碳化硅外延生长膜20。另一方面， 如果多晶碳化硅膜11c的厚度t11过厚，有时多晶碳化硅膜11c上容易 产生裂缝。

多晶碳化硅膜11c的形成方法没有特别限定。多晶碳化硅膜11c， 例如，能够通过CVD（Chemical Vapor Deposition，化学沉积）法或溅 射法等形成。特别是在本实施方式中，由于多晶碳化硅膜11c含有多 晶3C-SiC，因此能够容易且廉价地通过CVD法形成致密的多晶碳化硅 膜11c。

构成供料基板11的表层的多晶碳化硅膜11c，通过X射线衍射， 作为与结晶多型为多晶3C-SiC对应的衍射峰，观察到与（111）晶面 对应的衍射峰，并且观察到与（111）晶面对应的衍射峰以外的衍射峰。 具体而言，多晶碳化硅膜11c，通过X射线衍射，作为与结晶多型为 多晶3C-SiC对应的衍射峰，观察到与（111）对应的衍射峰，并且观 察到与（200）晶面、（220）晶面和（311）晶面中的至少一个对应的 衍射峰。因此，在本实施方式中，能够以快的生长速度形成单晶碳化 硅外延生长膜20。作为其理由，可以认为这是由于与（111）晶面相比， 容易从（111）晶面以外的晶面发生向硅熔融层13的溶出。

优选多晶碳化硅膜11c，通过X射线衍射，作为与结晶多型为多 晶3C-SiC对应的衍射峰，观察到与（111）晶面对应的衍射峰，并且 观察到与（200）晶面、（220）晶面和（311）晶面中的至少一个对应 的衍射峰，更优选分别观察到与（200）晶面、（220）晶面和（311） 晶面分别对应的衍射峰。此时，能够进一步提高单晶碳化硅外延生长 膜20的生长速度。可以认为这是由于（111）晶面以外的晶面中，（200） 晶面、（220）晶面和（311）晶面具有特别高的反应性，更容易发生向 硅熔融层13的溶出的缘故。

另外，优选与（111）晶面对应的一次衍射峰以外的一级衍射峰的 强度总和为全部一级衍射峰的强度总和的10%以上，更优选为20%以 上。此时，能够进一步提高单晶碳化硅外延生长膜20的生长速度。

另外，优选多晶碳化硅膜11c，通过X射线衍射，作为与结晶多 型为多晶3C-SiC对应的衍射峰观察到的多个一级衍射峰中，与（111） 晶面对应的一级衍射峰是具有最大衍射强度的主衍射峰。

另外，优选多晶碳化硅膜11c，由通过X射线衍射观察到的、与 结晶多型为3C的多晶碳化硅对应的一级衍射峰算出的平均微晶粒径 为以下。此时，能够更进一步提高单晶碳化硅外延生长膜20的 生长速度。可以认为这是由于多晶碳化硅膜11c中多晶碳化硅的具有 高反应性的晶界所占的比例增大，更容易发生从多晶碳化硅膜11c的 溶出的缘故。

另外，优选多晶碳化硅膜11c，通过X射线衍射观察到与（111） 晶面对应的一级衍射峰、和与（200）晶面、（220）晶面以及（311） 晶面的至少一个对应的一级衍射峰，（I₁/I₀）^-1·D²为10⁸以下。

其中，

I₀：与（111）晶面对应的一级衍射峰的强度、和与（200）晶面、 （220）晶面以及（311）晶面中的至少一个对应的一级衍射峰的合计 强度之和，

I₁：与（200）晶面、（220）晶面以及（311）晶面中的至少一个对 应的一级衍射峰的合计强度，

D：由与（200）晶面、（220）晶面以及（311）晶面中的至少一个 对应的一级衍射峰利用Hall式算出的平均微晶粒径。

此时，能够进一步提高单晶碳化硅外延生长膜20的生长速度。可 以认为这是由于多晶碳化硅膜11c中反应性比较高的（200）晶面、（220） 晶面和（311）晶面的比例增多、并且平均微晶粒径减小的缘故。

另外，优选多晶碳化硅膜11c，通过X射线衍射观察到的（111） 晶面中，取向角度为67.5°以上的晶面所占的比例低于80%。此时， 能够更有效地提高单晶碳化硅外延生长膜20的生长速度。可以认为这 是由于使（111）晶面露出的结晶的、稳定性低于（111）晶面的面的露 出度提高，因而使（111）晶面露出的结晶的反应性增高的缘故。

构成供料基板11的表层的多晶碳化硅膜11c，通过使激发波长为 532nm的拉曼分光解析观察到的L0峰的从972cm^-1的位移量的绝对值 低于4cm^-1。因此，在本实施方式中，能够以快的生长速度形成单晶碳 化硅外延生长膜20。

其中，在上述实施方式中，对供料基板11和种晶基板12分别由 支撑件11b、12b和多晶碳化硅膜11c、12c构成的例子进行了说明。但 是，本发明不限定于该构成。例如，可以如图4所示，供料基板11由 含有碳化硅的碳化硅基板构成。可以如图5所示，种晶基板12由含有 结晶多型为3C的多晶碳化硅的多晶硅基板构成。

此外，碳化硅基板例如能够通过利用CVD法在石墨基板上覆盖多 晶碳化硅，然后以机械或化学方式除去石墨来制作。另外，碳化硅基 板也能够通过使石墨材料与硅酸气体反应使石墨材料转化为碳化硅来 制作。另外，碳化硅基板还能够通过在碳化硅粉末中添加烧结助剂， 以1600℃以上的高温进行烧结来制作。

以下，基于具体例对本发明进行进一步说明，但是本发明不受以 下具体例任何限定。

（制作例1）

使用体积密度1.85g/cm³、灰分5ppm以下的高纯度各向同性石墨 材料构成的石墨件（15mm×15mm×2mm）作为基材。将该基材放入 CVD反应装置中，通过CVD法在基材上形成厚度30μm的多晶碳化硅 被膜，制作样品1。其中，作为原料气体，使用四氯化硅和丙烷气体。 成膜在常压、1200℃进行。成膜速度为30μm/h。

（制作例2）

除了使反应温度为1400℃、成膜速度为60μm/h以外，与上述制作 例1同样操作，在石墨件的表面上形成50μm的多晶碳化硅被膜，制作 样品2。

（制作例3）

除了使反应温度为1250℃、成膜速度为10μm/h、使用CH₃SiCl₃代替四氯化硅以外，与上述制作例1同样操作，在石墨件的表面上形 成50μm的多晶碳化硅被膜，制作样品3。

（制作例4）

除了使用二氯硅烷（SiH₂Cl₂）和乙炔代替四氯化硅和丙烷气体、 使反应温度为1300℃、成膜速度为10μm/h以外，与上述制作例1同样 操作，在石墨件的表面上形成50μm的多晶碳化硅被膜，制作样品4。 其中，样品4中多晶碳化硅被膜的厚度约为1mm。

（X射线衍射测定）

进行上述制作的样品1～4的表层的X射线衍射。其中，X射线衍 射使用Rigaku公司制Ulutima进行。在图6中表示测定结果。

如图6所示，在样品1、2中，观察到与（111）晶面对应的衍射 峰（2θ=35.6°），并且观察到具有与（111）晶面对应的衍射峰的强度 的10%以上的强度的（111）晶面以外的晶面对应的衍射峰。具体而言， 在样品1、2中，除了观察到与（111）晶面对应的衍射峰（2θ=35.6°） 以外，还观察到具有与（111）晶面对应的衍射峰的强度的10%以上的 强度的与（200）晶面对应的衍射峰（2θ=41.4°）、与（220）晶面对应 的衍射峰（2θ=60.0°）、与（311）晶面对应的衍射峰（2θ=71.7°）。

另一方面，在样品3、4中，观察到与（111）晶面对应的一级衍 射峰（2θ=35.6°）、和作为其多级衍射峰的与（222）晶面对应的衍射 峰（2θ=75.5°），但是除此以外没有观察到具有与（111）晶面对应的 一级衍射峰的强度的10%以上的强度的一级衍射峰。

在以下表2中，总结了样品1～4中以与（111）晶面对应的一级 衍射峰的强度为100时的与各晶面对应的一级衍射峰的相对强度。

[表2]

（算出平均微晶粒径）

基于上述X射线衍射测定的结果，使用Hall式，算出样品1～4 各自的平均微晶粒径。其中，在计算中，使用（111）晶面、（200）晶 面、（220）晶面和（311）晶面相关的衍射峰的数据。在下述的表3中 表示结果。

[表3]

由上述表3所示的结果可知，在样品1、2中平均微晶粒径为以下，更详细而言为以下，另一方面，在样品3、4中平均微晶 粒径大于更详细而言为以上。

（（111）晶面的取向性评价）

接着，对于样品1～4，如图7所示，边使样品旋转边测定（111） 面的衍射峰呈现的角度。在图8～图11表示结果。其中，在图8～图 11所示的图中，横轴为图7所示的取向角度（α）。纵轴为强度。

另外，在下述表4中表示取向角度（α）为67.5°以上的区域的强 度积分值相对于取向角度（α）为15°～90°的全部区域的强度积分值 的比例（（取向角度（α）为67.5°以上的区域的强度积分值）/（取向 角度（α）为15°～90°的全部区域的强度积分值））。其中，（（取向角 度（α）为67.5°以上的区域的强度积分值）/（取向角度（α）为15°～ 90°的全部区域的强度积分值））相当于通过X射线衍射观察到的 （111）晶面中取向角度为67.5°以上的晶面所占的比例。

[表4]

如图8和图9以及上述表4所示，在样品1、2中取向角度（α） 低于67.5°的区域中也存在大的强度分布，（111）晶面中取向角度（α） 为67.5°以上的晶面的比例低于80%。相对于此，在样品3、4中，如 图10和图11以及上述表4所示，取向角度（α）低于67.5°的区域中 不存在大的强度分布，取向角度（α）为67.5°以上的晶面的比例为80% 以上。

（拉曼分光解析）

进行上述制作的样品1～4的表层的拉曼分光解析。其中，拉曼分 光解析中使用532nm的激发波长。在图12中表示测定结果。

接着，由图12所示的测定结果求出样品1～4的L0峰的从972cm^-1的位移量（Δω）和L0峰的半峰宽（FWHM）。在图13中表示结果。

如图13所示，样品3、4的Δω的绝对值为4cm^-1以上，FWHM为 7cm^-1以上。另一方面，样品1、2的FWHM与样品3、4同样为7cm^-1以上，但是Δω的绝对值低于4cm^-1。

（单晶碳化硅液相外延生长膜的生长速度评价）

通过上述实施方式中说明的液相外延生长方法，使用样品1～4作 为供料基板，以下述条件制作单晶碳化硅外延生长膜20。接着，通过 使用光学显微镜观察单晶碳化硅外延生长膜20的截面，测定单晶碳化 硅外延生长膜20的厚度。通过用测得的厚度除以进行碳化硅外延生长 的时间，求出单晶碳化硅外延生长膜20的生长速度。

在图14和图15中表示结果。其中，在图14和图15中，纵轴为 单晶碳化硅外延生长膜20的生长速度，横轴为硅熔融层13的厚度（L） 的倒数（1/L）。

根据图14和图15所示的结果，构成供料基板11的表层的多晶碳 化硅膜11c，使用通过X射线衍射作为与结晶多型为多晶3C-SiC对应 的衍射峰观察到与（111）晶面对应的衍射峰、并且观察到与（111）晶 面对应的衍射峰以外的衍射峰的样品1、2时，单晶碳化硅外延生长膜 20的生长速度快。另一方面，构成供料基板11的表层的多晶碳化硅膜 11c，使用通过X射线衍射作为与结晶多型为多晶3C-SiC对应的衍射 峰仅观察到与（111）晶面对应的衍射峰、除了与（111）晶面对应的一 级衍射峰以外观察不到具有与（111）晶面对应的一级衍射峰的强度的 10%以上的强度的一级衍射峰的样品3、4时，单晶碳化硅外延生长膜 20的生长速度慢。由此可知，从样品3、4难以发生向硅熔融层13的 溶出。

（单晶碳化硅外延生长膜20的生长速度的测定条件）

种晶基板：结晶多型为4H的碳化硅基板

气氛的压力：10^-6～10^-4Pa

气氛温度：1900℃

（实施例）

使用上述制作的样品1作为供料基板11，使用上述制作的样品3 作为种晶基板12，以与上述生长速度评价实验同样的条件进行单晶碳 化硅的液相外延生长实验。之后，拍摄作为种晶基板12的样品3的表 面的扫描电子显微镜（SEM）照片。在图16表示样品3的表面的SEM 照片。根据图16所示的照片可知，作为种晶基板12，使用多晶碳化硅 膜通过X射线衍射作为与结晶多型为多晶3C-SiC对应的一级衍射峰观 察到与（111）晶面对应的衍射峰、观察不到具有与（111）晶面对应的 一级衍射峰的衍射强度的10%以上的衍射强度的其他的一级衍射峰的 样品3，由此，能够得到六方晶的单晶碳化硅外延生长膜。

（比较例）

使用上述制作的样品1作为供料基板，使用上述制作的样品2作 为种晶基板，以与上述生长速度评价实验同样的条件进行单晶碳化硅 的液相外延生长实验。之后，拍摄作为种晶基板的样品2的表面的扫 描电子显微镜（SEM）照片。在图17表示样品2的表面的SEM照片。 根据图17所示的照片可知，作为种晶基板，使用多晶碳化硅膜通过X 射线衍射作为与结晶多型为多晶3C-SiC对应的衍射峰观察到与（111） 晶面对应的一级衍射峰、并且观察到具有与（111）晶面对应的一级衍 射峰的衍射强度的10%以上的衍射强度的其他的一级衍射峰的样品2， 在这种情况下，几乎不进行外延生长，并且不能合适地得到六方晶的 单晶碳化硅外延生长膜。

符号说明

10：容器；11：供料基板；11a：主面；11b：支撑件；11c：多晶 碳化硅膜；12：种晶基板；12a：主面；12b：支撑件；12c：多晶碳化 硅膜；13：硅熔融层；20：单晶碳化硅外延生长膜。