JP2014009115A - Substrate manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、炭化珪素(SiC)結晶基板の製造方法に関する技術を開示する。 In this specification, the technique regarding the manufacturing method of a silicon carbide (SiC) crystal substrate is disclosed.
特許文献1に開示されている技術では、集光レンズでレーザー光の集光点をインゴットの内部に合わせる。また、インゴットを載置したX−YステージをX、Y方向に移動させる。これにより、レーザー光でインゴットを相対的に走査することにより、Siインゴットの内部に多光子吸収による面状の加工領域を形成している。そして、面状の加工領域を剥離面とすることで、インゴットの一部を剥離して、基板を作成している。
In the technique disclosed in
特許文献1の技術では、レーザー光の集光点の位置が、インゴットの表面のうねりやX−Yステージの傾きの影響を受けて変化してしまう。すると、面状の加工領域を平らに作成することが困難であるため、剥離後の基板に反りやうねりが発生してしまう場合がある。
In the technique of
本明細書では、基板製造方法を開示する。この基板製造方法は、第1の層に挟まれた第2の層を備えるSiC結晶のインゴットを製造するインゴット製造工程を備える。また、第1の層および第2の層に対して略垂直な方向からインゴットの内部にレーザー光を照射し、インゴットにおける第2の層を境界として、第1の層を互いに分離する照射工程を備える。インゴット製造工程は、インゴットを格納容器内に格納し、第1の層および第2の層をエピタキシャル成長により下層から順に成長させている。第2の層を成長させている期間には、格納容器内にSiC結晶のバンドギャップを狭くする所定元素を含むガスが供給されている。第1の層を成長させている期間には、格納容器内に所定元素を含まないガスが供給されている。照射工程で用いられるレーザー光の波長は、第1の層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも長く、第2の層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも短い波長である。 The present specification discloses a substrate manufacturing method. The substrate manufacturing method includes an ingot manufacturing process for manufacturing an SiC crystal ingot including a second layer sandwiched between first layers. Also, an irradiation step of irradiating the inside of the ingot with laser light from a direction substantially perpendicular to the first layer and the second layer, and separating the first layer from each other with the second layer in the ingot as a boundary. Prepare. In the ingot manufacturing process, the ingot is stored in a storage container, and the first layer and the second layer are grown in order from the lower layer by epitaxial growth. During the period during which the second layer is grown, a gas containing a predetermined element that narrows the band gap of the SiC crystal is supplied into the storage container. During the period during which the first layer is grown, a gas not containing a predetermined element is supplied into the storage container. The wavelength of the laser beam used in the irradiation step is longer than the upper limit of the absorption wavelength determined by the band gap of the first layer and shorter than the upper limit of the absorption wavelength determined by the band gap of the second layer.
上記方法では、インゴット内部に照射されたレーザーを、第1の層を透過させるとともに、第2の層に吸収させることができる。すなわち、第2の層を、レーザーの集光層として機能させることができる。これにより、レーザーを集光することなく、第2の層を選択的に発熱させることが可能となる。よって、第2の層に熱応力を発生させてクラックを生成することで、第2の層を境界として第1の層を互いに分離させることが可能となる。以上より、インゴットの表面のうねりやインゴットを載置するステージの傾きなどが存在する場合においても、レーザーにより加熱される層の深さがばらついてしまうことを防止することができる。よって、剥離後の第1の層に反りやうねりが発生してしまう事態を防止することが可能となる。なお、インゴット製造工程で形成されるSiC結晶は、各種のポリタイプの結晶であってもよい。 In the above method, the laser irradiated inside the ingot can be transmitted through the first layer and absorbed by the second layer. That is, the second layer can function as a laser condensing layer. Thereby, the second layer can be selectively heated without condensing the laser. Therefore, by generating a thermal stress in the second layer and generating a crack, the first layer can be separated from each other with the second layer as a boundary. As described above, even when there is a undulation of the surface of the ingot or an inclination of the stage on which the ingot is placed, the depth of the layer heated by the laser can be prevented from varying. Therefore, it is possible to prevent a situation in which warpage or undulation occurs in the first layer after peeling. The SiC crystal formed in the ingot manufacturing process may be various polytype crystals.
本明細書に開示の技術によれば、SiC結晶基板を収率よく形成する基板製造方法を提供することができる。 According to the technique disclosed in this specification, it is possible to provide a substrate manufacturing method for forming a SiC crystal substrate with high yield.
以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。 Hereinafter, some technical features of the embodiments disclosed in this specification will be described. The items described below have technical usefulness independently.
(特徴1)上記の基板製造方法では、第2の層の厚さは第1の層の厚さよりも薄くてもよい。これにより、第2の層を、第1の層を互いに分離させるための分離層として用いることが可能となる。また、SiC結晶のインゴットから基板を切り出す際の取りしろを減少させることができるため、基板の収率を高めることができる。 (Feature 1) In the above substrate manufacturing method, the thickness of the second layer may be smaller than the thickness of the first layer. Thereby, the second layer can be used as a separation layer for separating the first layer from each other. Moreover, since the margin at the time of cutting out a board | substrate from the ingot of a SiC crystal can be reduced, the yield of a board | substrate can be raised.
(特徴2)上記の基板製造方法では、第1の層を形成するSiC結晶の結晶構造は、六方晶であってもよい。第2の層を形成するSiC結晶に含まれている所定元素の濃度の範囲は、第2の層の結晶構造が六方晶となる範囲であってもよい。第2の層を形成するSiC結晶に含まれている所定元素の濃度によって、エピタキシャル成長するSiCの結晶構造が変化する場合がある。そして、SiCの結晶構造が第1の層と第2の層とで異なる場合には、積層欠陥が発生し、SiCの結晶性が悪くなる。上記の基板製造方法では、第1の層と第2の層との間でSiCの結晶構造を同一にすることができるため、結晶性のよいSiC基板を作成することが可能となる。 (Feature 2) In the above substrate manufacturing method, the crystal structure of the SiC crystal forming the first layer may be a hexagonal crystal. The range of the concentration of the predetermined element contained in the SiC crystal forming the second layer may be a range in which the crystal structure of the second layer is a hexagonal crystal. Depending on the concentration of the predetermined element contained in the SiC crystal forming the second layer, the crystal structure of SiC that is epitaxially grown may change. When the crystal structure of SiC is different between the first layer and the second layer, stacking faults occur and the crystallinity of SiC deteriorates. In the above substrate manufacturing method, the SiC crystal structure can be made the same between the first layer and the second layer, so that a SiC substrate with good crystallinity can be produced.
(特徴3)上記の基板製造方法では、第1の層は6H−SiC結晶であってもよい。第2の層を形成するSiC結晶に含まれている所定元素の濃度の範囲は、第2の層が3C−SiC結晶となる範囲であってもよい。第2の層を形成するSiC結晶に含まれている所定元素の濃度を調整することよって、第1の層として6H−SiC結晶を成長させ、第2の層として3C−SiC結晶を成長させることができる。これにより、第1の層と第2の層との熱膨張係数を異ならせることができるため、第2の層を発熱させた際に第2の層に発生する熱応力を、第1の層と第2の層の結晶構造が同一である場合よりも大きくすることができる。またこれにより、第1の層と第2の層との界面に積層欠陥を形成することができるため、第1の層と第2の層の結晶構造が同一である場合よりも、第2の層にクラックを発生させやすくすることができる。またこれにより、第2の層が6H−SiC結晶によって形成されている場合に比して、第2の層のバンドギャップを狭くすることができる。よって、第1の層と第2の層との吸収波長の差をより大きくすることができるため、第2の層を選択的に発熱させやすくすることができる。以上より、第2の層を境界として第1の層を互いに分離させることが可能となる。 (Feature 3) In the substrate manufacturing method described above, the first layer may be a 6H—SiC crystal. The range of the concentration of the predetermined element contained in the SiC crystal forming the second layer may be a range in which the second layer becomes a 3C—SiC crystal. A 6H—SiC crystal is grown as the first layer and a 3C—SiC crystal is grown as the second layer by adjusting the concentration of the predetermined element contained in the SiC crystal forming the second layer. Can do. Accordingly, since the thermal expansion coefficients of the first layer and the second layer can be made different from each other, the thermal stress generated in the second layer when the second layer is heated is changed to the first layer. And the crystal structure of the second layer can be made larger than the case where they are the same. In addition, since a stacking fault can be formed at the interface between the first layer and the second layer, the second layer can be formed more than the case where the crystal structures of the first layer and the second layer are the same. It is possible to easily generate cracks in the layer. Thereby, the band gap of the second layer can be narrowed as compared with the case where the second layer is formed of 6H—SiC crystal. Therefore, since the difference in absorption wavelength between the first layer and the second layer can be increased, the second layer can be easily heated selectively. As described above, the first layers can be separated from each other with the second layer as a boundary.
(特徴4)上記の基板製造方法では、所定元素は窒素であってもよい。窒素は、SiC結晶に対してアクセプターおよびドナーになりにくい元素である。よって、SiC結晶の導電型を中性に近づけることが可能となる。 (Feature 4) In the above substrate manufacturing method, the predetermined element may be nitrogen. Nitrogen is an element that is unlikely to be an acceptor and a donor with respect to the SiC crystal. Therefore, the conductivity type of the SiC crystal can be brought close to neutrality.
(特徴5)上記の基板製造方法では、インゴット製造工程において、第1の層および第2の層の成長面は、中央部の温度に比して外周部の温度が低く制御されていてもよい。第1の層および第2の層は、エピタキシャル成長の成長速度が、成長面の外周部の方が中央部よりも高くなる傾向がある。また、エピタキシャル成長では、基板の温度が高くなるほど成長速度が高くなる傾向がある。上記の基板製造方法では、中央部の温度に比して外周部の温度を低く制御することで、成長面の外周部と中央部との成長速度の差を縮小させることができる。よって、成長面が平らな状態を維持しながら、第1の層および第2の層をエピタキシャル成長させることが可能となる。 (Feature 5) In the substrate manufacturing method described above, in the ingot manufacturing process, the growth surface of the first layer and the second layer may be controlled so that the temperature of the outer peripheral portion is lower than the temperature of the central portion. . In the first layer and the second layer, the growth rate of epitaxial growth tends to be higher at the outer peripheral portion of the growth surface than at the central portion. In epitaxial growth, the growth rate tends to increase as the substrate temperature increases. In the above substrate manufacturing method, the difference in growth rate between the outer peripheral portion and the central portion of the growth surface can be reduced by controlling the temperature of the outer peripheral portion lower than the temperature of the central portion. Therefore, the first layer and the second layer can be epitaxially grown while the growth surface is kept flat.
<結晶製造装置の構造>
図1に、SiC結晶製造装置(以下では結晶製造装置と略称する)1を示す。結晶製造装置1は、横型のCVD(Chemical Vapor Deposition)装置である。結晶製造装置1は、チャンバー10、基板保持部11、加熱部12、コイル13、アルゴンガス供給部21、シランガス供給部22、プロパンガス供給部23、窒素ガス供給部24、ガス供給ライン25、排気ライン26、MFC(マスフローコントローラー)31〜34、を備えている。
<Structure of crystal manufacturing equipment>
FIG. 1 shows an SiC crystal manufacturing apparatus (hereinafter abbreviated as a crystal manufacturing apparatus) 1. The
チャンバー10は、石英チューブによって構成されていてもよい。基板保持部11は、SiCベース基板100を保持するサセプタである。基板保持部11には、SiCベース基板100の中央部に接触する部分に加熱部12が備えられている。加熱部12は、黒鉛製であってもよい。コイル13は、チャンバー10の外部にチャンバー10を取り囲むように配置されている。ガス供給ライン25は、アルゴンガス供給部21〜窒素ガス供給部24から供給される各種のガスをチャンバー10内に導入するためのラインである。MFC31〜34は、アルゴンガス供給部21〜窒素ガス供給部24の各々から供給されるガスの供給量を制御するコントローラーである。排気ライン26は、チャンバー10に導入された各種のガスを排気するラインである。
The
<レーザー照射装置の構造>
図2に、レーザー照射装置50の概略図を示す。レーザー照射装置50は、レーザー光発生部51、ステージ52、ステージ駆動部53、を備えている。レーザー光発生部51は、レーザー光60を出力する部位である。ステージ52は、インゴット110を載置する部位である。ステージ駆動部53は、ステージ52をX、Y方向(レーザー光60に対して垂直な平面内の方向)や、Z方向(レーザー光60と平行な方向)へ移動させる部位である。ステージ駆動部53によって、レーザー光発生部51に対するインゴット110の相対位置を変化させることができる。
<Structure of laser irradiation device>
In FIG. 2, the schematic of the
<基板製造方法>
本実施形態に係る基板製造方法を説明する。基板製造方法は、インゴット製造工程と照射工程とを備えている。インゴット製造工程は、結晶製造装置1を用いてインゴット110を製造する工程である。照射工程は、レーザー照射装置50を用いてインゴット110にレーザー光60を照射することで、剥離層を境界として、基板層をインゴット110から分離する工程である。
<Substrate manufacturing method>
A substrate manufacturing method according to this embodiment will be described. The substrate manufacturing method includes an ingot manufacturing process and an irradiation process. The ingot manufacturing process is a process of manufacturing the
インゴット製造工程によって形成されるインゴットの一例を、図3の模式図を用いて説明する。図3は、インゴット110の上面図および側面図を示している。インゴット110は、略円柱形状を有している。インゴット110は、SiCベース基板100の上に、剥離層101、基板層102、剥離層103、基板層104、剥離層105、基板層106、が順番に積層されている構成を有している。SiCベース基板100および基板層102、104、106は、6H−SiC結晶である。剥離層101、103、105は、窒素がドープされた6H−SiC結晶である。剥離層101、103、105の厚さT1は、基板層102、104、106の厚さT2よりも薄い。インゴット110は、例えば、直径が1〜8インチ、高さが100μm程度であってもよい。基板層102、104、106の厚さT2は、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲であってもよい。剥離層101、103、105の厚さT1は、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲であってもよい。
An example of the ingot formed by the ingot manufacturing process will be described with reference to the schematic diagram of FIG. FIG. 3 shows a top view and a side view of the
<インゴット製造工程>
インゴット製造工程の内容を、図4のフローを用いて説明する。ステップS1において、6H−SiC結晶のSiCベース基板100を、チャンバー10内の基板保持部11に保持する。SiCベース基板100の主表面の面方位は、(0001)面とすることが好ましい。そして、アルゴンガス供給部21からアルゴン(Ar)ガスをチャンバー10にパージする。
<Ingot manufacturing process>
The contents of the ingot manufacturing process will be described with reference to the flow of FIG. In step S <b> 1, the
ステップS2において、SiCベース基板100の上に、6H−SiC結晶の剥離層101をエピタキシャル成長させる。剥離層のエピタキシャル成長には、熱CVD法が用いられる。具体的には、コイル13に高周波電流を流すことによって加熱部12の表面に誘導電流を発生させ、この誘導電流によって加熱部12を加熱する。これにより、SiCベース基板100の中央部が加熱される。また、SiCベース基板100の外周周辺部には加熱部12が接触していない。これにより、剥離層101の成長面において、周辺部の方が中央部よりも温度が低くなるように制御される。そして、原料ガスであるシラン(SiH4)ガスおよびプロパン(C3H8)ガスを、シランガス供給部22およびプロパンガス供給部23から、ガス供給ライン25を介してチャンバー10内に供給する。また、窒素(N2)ガスを、窒素ガス供給部24からガス供給ライン25を介してチャンバー10内に供給する。
In step S <b> 2, a 6H—SiC
剥離層を成長させるステップS2では、チャンバー10内に窒素ガスが供給されている。よって、窒素を含んだ6H−SiC結晶をエピタキシャル成長させることができる。具体的には、6H−SiC結晶の原子配列において、一部の炭素原子を窒素原子に置換することができる。窒素は、SiC結晶のバンドギャップを狭くする元素である。よって、基板層の6H−SiC結晶のバンドギャップよりも、剥離層の6H−SiC結晶のバンドギャップを狭くすることができる。6H−SiC結晶のバンドギャップを狭くするほど、吸収波長を長くすることができる。これにより、吸収光を変化させることができるため、6H−SiC結晶の色が変化する。具体的には、入射光の波長がバンドギャップに相当する波長(光学吸収端の波長)より短いと光を透過しなくなり、半導体は吸収される色の補色に着色する。
In step S <b> 2 for growing the release layer, nitrogen gas is supplied into the
また、剥離層を形成するSiC結晶に含まれる窒素濃度を高くしすぎると、成長するSiC結晶の結晶構造が、6H−SiC(六方晶)から3C−SiC(立方晶)へ変化してしまう場合がある。この場合、結晶構造の変化に伴って積層欠陥が発生してしまうため、SiC結晶の結晶性が悪くなってしまう。よって、剥離層を形成するSiC結晶に含まれる窒素濃度は、剥離層の結晶構造が六方晶に維持される範囲であることが好ましい。 Also, if the nitrogen concentration contained in the SiC crystal forming the release layer is too high, the crystal structure of the growing SiC crystal changes from 6H—SiC (hexagonal) to 3C—SiC (cubic). There is. In this case, since a stacking fault occurs with a change in the crystal structure, the crystallinity of the SiC crystal is deteriorated. Therefore, the nitrogen concentration contained in the SiC crystal forming the release layer is preferably within a range in which the crystal structure of the release layer is maintained in a hexagonal crystal.
ステップS2において、剥離層101が予め定められた厚さT1まで成長すると、窒素ガス供給部24からの窒素ガスの供給が停止され、ステップS3へ進む。なお、ステップS2での処理時間が、剥離層101が厚さT1に成長するために必要な成長時間に到達したことに応じて、ステップS3への移行が行われてもよい。
In step S2, when the
ステップS3では、剥離層101上に、6H−SiC結晶の基板層102をエピタキシャル成長させる。基板層102のエピタキシャル成長には、熱CVD法が用いられる。具体的には、前述したように加熱部12を加熱した状態で、原料ガスであるシランガスおよびプロパンガスをチャンバー10内に供給する。なお、窒素ガスはチャンバー10内に供給されない。これにより、窒素を含まない6H−SiC結晶を、基板層102としてエピタキシャル成長させることができる。
In step S <b> 3, a 6H—SiC
ステップS3において、基板層102が予め定められた厚さT2まで成長すると、窒素ガス供給部24からの窒素ガスの供給が開始され、ステップS4へ進む。なお、ステップS3での処理時間が、基板層102が厚さT2に成長するために必要な成長時間に到達したことに応じて、ステップS4への移行が行われてもよい。
In step S3, when the
ステップS4において、基板層上に、6H−SiC結晶の剥離層をエピタキシャル成長させる。なお、ステップS4の詳細な内容は、前述のステップS2の内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。ステップS5において、剥離層上に、6H−SiC結晶の基板層をエピタキシャル成長させる。なお、ステップS5の詳細な内容は、前述のステップS3の内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。 In step S4, a 6H—SiC crystal release layer is epitaxially grown on the substrate layer. Note that the detailed contents of step S4 are the same as the contents of step S2 described above, and thus the description thereof is omitted here. In step S5, a 6H—SiC crystal substrate layer is epitaxially grown on the release layer. Note that the detailed content of step S5 is the same as the content of step S3 described above, and thus the description thereof is omitted here.
ステップS6において、基板層の層数が、予め定められた層数に到達したか否かを判断する。本実施形態では、例として、基板層の層数が3層である場合を説明する。基板層の層数が3層未満である場合には、ステップS4へ戻る。そして1層分の剥離層(ステップS4)と1層分の基板層(ステップS5)をさらに成長させる。一方、基板層の層数が3層に到達した場合には、フローを終了する。これにより、図3に示すインゴット110を形成することができる。
In step S6, it is determined whether or not the number of substrate layers has reached a predetermined number. In the present embodiment, as an example, a case where the number of substrate layers is three will be described. If the number of substrate layers is less than 3, return to step S4. Then, one release layer (step S4) and one substrate layer (step S5) are further grown. On the other hand, when the number of substrate layers reaches three, the flow ends. Thereby, the
<照射工程>
照射工程の内容を、図5のフローと、図6の説明図を用いて説明する。ステップS10において、レーザー照射装置50のステージ52に、インゴット110を固定する。ステップS11において、インゴット110の表面からレーザー光発生部51のレーザー出力部までの距離Hが、予め定められた所定の距離となるように、ステージ52のZ方向の高さを調整する。
<Irradiation process>
The contents of the irradiation process will be described with reference to the flowchart of FIG. 5 and the explanatory diagram of FIG. In step S <b> 10, the
ステップS12において、レーザー光発生部51からレーザー光60を出力させる。レーザー光60は、インゴット110の上面側からインゴット110の内部に照射される。レーザー光60の波長は、基板層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限(光学吸収端の波長)よりも長く、剥離層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限(光学吸収端の波長)よりも短い波長である。このような波長のレーザー光60を用いることにより、図2に示すように、インゴット110の内部に照射されたレーザー光60を、基板層106を透過させるとともに、基板層106の下層である剥離層105に吸収させることができる。すなわち、剥離層105を、レーザー光60の集光層として機能させることができる。これにより、レーザー光60をレンズ等を用いて集光する処理を行うことなく、剥離層105を選択的に発熱させることが可能となる。よって、剥離層105に熱応力を発生させてクラックを生成することができる。
In step S <b> 12, the
レーザー光60の種類は、固体レーザー、液体レーザー、半導体レーザー、ガスレーザー、自由電子レーザー、金属蒸気レーザー、化学レーザーであってもよい。レーザー光60の波長は、例えば、400nm以上としてもよい。より好ましい波長の範囲は、500nm以上である。
The kind of the
またステップS12において、ステージ52をXおよびY方向へ移動させることによって、レーザー光60をインゴット110に対して相対的に走査させる。これにより、剥離層105の全面に熱応力を発生させることで、剥離層105の全面にクラックを生成することができる。剥離層105へレーザー光60を走査させる処理が終了すると、ステップS13へ進む。
In step S12, the
ステップS13において、図6に示すように、剥離層105を境界として、最上部に位置する基板層をインゴット110から分離させる。例えば、基板層106を真空チャックなどによって保持し、剥離する方向の力(例:インゴット110上方への力)を与えることにより、剥離層105の全面に生成されたクラックを起点として剥離層105が破壊され、基板層106をインゴット110から分離させることができる。
In step S13, as shown in FIG. 6, the uppermost substrate layer is separated from the
ステップS14において、インゴット110にまだ分離されていない基板層が存在するか否かを判断する。基板層が存在しない場合には、フローを終了する。一方、基板層が存在する場合には、ステップS11へ戻り、レーザー光60を照射する工程(ステップS12)と、最上部に位置する基板層をインゴット110から分離させる工程(ステップS13)を繰り返す。これにより、1つのインゴット110から複数の基板を得ることができる。
In step S14, it is determined whether or not there is a substrate layer not yet separated in the
図6に示すインゴット110では、基板層104および102がまだインゴットから分離されていない状態であるため(ステップS14:YES)、ステップS11へ戻る。そして、基板層104の上面側から、インゴット110の内部の剥離層103に、レーザー光60が照射される。このとき、基板層104の表面に、剥離層105の一部が残存している場合がある。しかし、残存している剥離層105の厚さは、剥離前の剥離層105の厚さT1に比して十分に薄いため、レーザー光60の大部分を剥離層103に吸収させることができる。よって、剥離層103に熱応力を発生させてクラックを生成することができる。
In the
<効果>
上記の基板製造方法では、基板層を形成するSiC結晶のバンドギャップよりも、剥離層を形成するSiC結晶のバンドギャップを狭くすることができる。そして、剥離層をレーザー光60の集光層として機能させることで、剥離層を境界として基板層を互いに分離させることができる。これにより、レーザーを集光するなどの制御を行うことなく、剥離層を選択的に発熱させることが可能となる。よって、インゴット110の表面のうねりやインゴットを載置するステージ52の傾きなどが存在する場合においても、レーザー光60により加熱される層の深さがばらついてしまうことを防止することができる。よって、剥離後の基板層に反りやうねりが発生してしまう事態を防止することが可能となる。
<Effect>
In the above substrate manufacturing method, the band gap of the SiC crystal forming the release layer can be narrower than the band gap of the SiC crystal forming the substrate layer. And by making a peeling layer function as a condensing layer of the
上記の基板製造方法では、剥離層を形成するSiC結晶に含まれる窒素濃度は、剥離層の結晶構造が六方晶となる範囲とされている。これにより、基板層と剥離層との間でSiCの結晶構造を同一にすることができるため、結晶性のよいSiC基板を作成することが可能となる。 In the substrate manufacturing method described above, the nitrogen concentration contained in the SiC crystal forming the release layer is in a range where the crystal structure of the release layer is a hexagonal crystal. Thereby, since the crystal structure of SiC can be made the same between the substrate layer and the release layer, an SiC substrate with good crystallinity can be produced.
上記の基板製造方法では、剥離層を形成する6H−SiC結晶に含ませる元素は、窒素である。窒素は、SiC結晶に対してアクセプターおよびドナーになりにくい元素である。よって、SiC結晶の導電型を中性に近づけることが可能となる。 In the above substrate manufacturing method, the element included in the 6H—SiC crystal forming the release layer is nitrogen. Nitrogen is an element that is unlikely to be an acceptor and a donor with respect to the SiC crystal. Therefore, the conductivity type of the SiC crystal can be brought close to neutrality.
インゴット製造工程において、SiC結晶をエピタキシャル成長させる場合に、成長面の外周部の方が中央部よりも成長速度が高くなる傾向がある。この傾向が発生する要因の一つとしては、いわゆるベルグ効果が挙げられる。またSiC結晶のエピタキシャル成長では、成長面の温度が高くなるほど成長速度が高くなる傾向がある。そこで上記の基板製造方法では、インゴットを成長させる際に、加熱部12によって、成長面の周辺部の方が成長面の中央部よりも温度が低くなるように制御を行う。これにより、成長面の外周部と成長面の中央部との成長速度の差を縮小させることができる。よって、成長面が平らな状態を維持しながら、SiC結晶をエピタキシャル成長させることが可能となる。
When an SiC crystal is epitaxially grown in the ingot manufacturing process, the growth rate tends to be higher at the outer peripheral portion of the growth surface than at the central portion. One of the factors that cause this tendency is the so-called Berg effect. In the epitaxial growth of SiC crystal, the growth rate tends to increase as the temperature of the growth surface increases. Therefore, in the above-described substrate manufacturing method, when the ingot is grown, the
いわゆるスマートカット法を用いてSiC基板を作成する場合には、SiC結晶基板の主表面から水素イオンを注入することにより水素高濃度層を形成したのち、主表面をベース基板に貼り付ける。その後、水素高濃度層でSiC結晶基板からSiC結晶薄膜を剥離する。スマートカット法では、SiC結晶薄膜の厚さを厚くしようとするほど、水素イオンの注入エネルギーを高くする必要があり、基板に与えるダメージが大きくなってしまうため、厚さ数十μm以上のSiC結晶薄膜を作成することができない。よって、厚さ数十μmのSiC結晶層を作成するためには、スマートカット後のSiC結晶層の上に、さらにSiC結晶をエピタキシャル成長させる必要がある。一方、本明細書の基板製造方法では、厚さ数十μmのSiC結晶薄膜を、ワイヤーソーを用いる場合などに比して高い収率で作製することができる。また、本明細書の基板製造方法では、水素イオンの注入工程や、2段階でのSiC結晶のエピタキシャル成長工程などを行う必要がない。以上より、本明細書の基板製造方法では、スマートカット法に比して、厚さ数十μmのSiC結晶薄膜を容易に製造することが可能となる。 When an SiC substrate is produced using a so-called smart cut method, a hydrogen high-concentration layer is formed by implanting hydrogen ions from the main surface of the SiC crystal substrate, and then the main surface is attached to the base substrate. Thereafter, the SiC crystal thin film is peeled from the SiC crystal substrate with the hydrogen high concentration layer. In the smart cut method, as the thickness of the SiC crystal thin film is increased, it is necessary to increase the hydrogen ion implantation energy, and the damage to the substrate increases. Therefore, the SiC crystal having a thickness of several tens of μm or more is required. A thin film cannot be created. Therefore, in order to produce a SiC crystal layer having a thickness of several tens of μm, it is necessary to further epitaxially grow a SiC crystal on the SiC crystal layer after the smart cut. On the other hand, in the substrate manufacturing method of the present specification, a SiC crystal thin film having a thickness of several tens of μm can be produced with a higher yield than when a wire saw is used. Further, in the substrate manufacturing method of the present specification, it is not necessary to perform a hydrogen ion implantation step, a two-step SiC crystal epitaxial growth step, or the like. As described above, in the substrate manufacturing method of this specification, it is possible to easily manufacture a SiC crystal thin film having a thickness of several tens of μm as compared with the smart cut method.
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
<変形例>
本実施形態では、基板層や剥離層を6H−SiC結晶で形成する場合を説明したが、この形態に限られない。インゴット製造工程において、基板層に多形変化を起こさないように制御することができるポリタイプであれば、何れのポリタイプのSiC結晶を用いても良い。例えば、4H−SiC結晶や3C−SiC結晶を用いてもよい。基板層や剥離層を4H−SiC結晶で形成する場合には、SiCベース基板100に4H−SiC結晶を用いればよい。この場合、SiCベース基板100の主表面の面方位は、(0001)面とすることが好ましい。基板層や剥離層を3C−SiC結晶で形成する場合には、SiCベース基板100に3C−SiC結晶を用いればよい。この場合、SiCベース基板100の主表面の面方位は、(111)面や(001)面とすることが好ましい。
<Modification>
In this embodiment, the case where the substrate layer and the release layer are formed of 6H—SiC crystals has been described, but the present invention is not limited to this. Any polytype SiC crystal may be used as long as it is a polytype that can be controlled so as not to cause a polymorphic change in the substrate layer in the ingot manufacturing process. For example, 4H—SiC crystal or 3C—SiC crystal may be used. In the case where the substrate layer or the release layer is formed using 4H—SiC crystals, 4H—SiC crystals may be used for the
また、基板層を形成するSiC結晶の結晶構造が立方晶(例:3C−SiC)である場合には、剥離層を形成するSiC結晶に含まれる窒素濃度は、剥離層の結晶構造が立方晶となる範囲とすることがよい。これにより、基板層と剥離層との間でSiCの結晶構造を同一にすることができるため、結晶性のよいSiC基板を作成することが可能となる。 Further, when the crystal structure of the SiC crystal forming the substrate layer is cubic (eg, 3C-SiC), the nitrogen concentration contained in the SiC crystal forming the release layer is the cubic structure of the release layer. It is good to set it as the range which becomes. Thereby, since the crystal structure of SiC can be made the same between the substrate layer and the release layer, an SiC substrate with good crystallinity can be produced.
剥離層を形成するSiC結晶に含まれる窒素濃度は、剥離層が3C−SiC結晶となる範囲であってもよい。剥離層を形成するSiC結晶に含まれる窒素濃度を高くしていくと、成長するSiC結晶の結晶構造を、6H−SiC(六方晶)から3C−SiC(立方晶)へ変化させることができる。具体的には、インゴット製造工程において剥離層を成長させる際には、チャンバー10内に供給される窒素ガスの原料ガスに対する分圧比を、剥離層を6H−SiC結晶で形成する場合に比して高めればよい。これにより、剥離層を3C−SiC結晶で形成することができる。また、剥離層の上に基板層を成長させる際には、チャンバー10内への窒素ガスの供給を停止すればよい。これにより、基板層を6H−SiC結晶で形成することができる。
The concentration of nitrogen contained in the SiC crystal forming the release layer may be in a range where the release layer becomes a 3C-SiC crystal. When the concentration of nitrogen contained in the SiC crystal forming the release layer is increased, the crystal structure of the growing SiC crystal can be changed from 6H—SiC (hexagonal) to 3C—SiC (cubic). Specifically, when the release layer is grown in the ingot manufacturing process, the partial pressure ratio of the nitrogen gas supplied into the
剥離層を3C−SiC結晶で形成するとともに基板層を6H−SiC結晶で形成することにより、第1の効果として、基板層と剥離層との熱膨張係数を異ならせることができる。よって、レーザー光60の照射により剥離層を発熱させた際に剥離層に発生する熱応力を、基板層と剥離層の結晶構造が同一である場合よりも大きくすることができる。また第2の効果として、基板層と剥離層との界面に積層欠陥を形成することができるため、基板層と剥離層の結晶構造が同一である場合よりも、剥離層にクラックを発生させやすくすることができる。また第3の効果として、剥離層が6H−SiC結晶によって形成されている場合に比して、剥離層のバンドギャップを狭くすることができる。よって、基板層と剥離層との吸収波長の差をより大きくすることができるため、剥離層を選択的に発熱させやすくすることができる。以上の効果により、剥離層を境界として基板層を分離させる処理を、より確実に行うことが可能となる。
By forming the release layer with 3C—SiC crystal and forming the substrate layer with 6H—SiC crystal, as a first effect, the thermal expansion coefficients of the substrate layer and the release layer can be made different. Therefore, the thermal stress generated in the release layer when the release layer is heated by irradiation with the
剥離層に含ませる元素は窒素であるとしたが、この形態に限られない。剥離層のバンドギャップを基板層のバンドギャップよりも狭くすることができる元素であれば、何れの元素でもよい。例えば、N、P、As、B、Sb、Tl、Bi、B、Al、Ga、In、Mg、Zn、Cd、O、S、Se、Te、H、Fなどの元素を用いてもよい。 Although the element contained in the release layer is nitrogen, it is not limited to this form. Any element may be used as long as the band gap of the release layer can be narrower than the band gap of the substrate layer. For example, elements such as N, P, As, B, Sb, Tl, Bi, B, Al, Ga, In, Mg, Zn, Cd, O, S, Se, Te, H, and F may be used.
インゴット製造工程において、CVD法を用いる形態を説明したが、この形態に限られない。昇華再結晶化法や液相成長法を用いることも可能である。昇華再結晶化法を用いる場合には、剥離層を成長させるステップでは坩堝内に窒素を供給し、基板層を成長させるステップでは坩堝内に窒素を供給しないように制御を行えばよい。坩堝内への窒素の供給は、例えば、窒素ガスを供給することで行われてもよいし、窒素を含む固体を供給することで行われてもよい。また液相成長法を用いる場合には、剥離層を成長させるステップでは、SiC結晶のバンドギャップを狭くする元素が含まれている溶液に種結晶基板を浸漬させればよい。また基板層を成長させるステップでは、SiC結晶のバンドギャップを狭くする元素が含まれていない溶液に種結晶基板を浸漬させればよい。バンドギャップを狭くする元素を溶液に添加する方法は、例えば、結晶製造装置内の雰囲気を、バンドギャップを狭くする元素を含んだガスで置換する方法であってもよい。 Although the form using the CVD method has been described in the ingot manufacturing process, the form is not limited to this form. It is also possible to use a sublimation recrystallization method or a liquid phase growth method. In the case of using the sublimation recrystallization method, control may be performed so that nitrogen is supplied into the crucible in the step of growing the release layer and nitrogen is not supplied into the crucible in the step of growing the substrate layer. The supply of nitrogen into the crucible may be performed, for example, by supplying nitrogen gas or by supplying a solid containing nitrogen. When the liquid phase growth method is used, in the step of growing the release layer, the seed crystal substrate may be immersed in a solution containing an element that narrows the band gap of the SiC crystal. In the step of growing the substrate layer, the seed crystal substrate may be immersed in a solution that does not contain an element that narrows the band gap of the SiC crystal. The method of adding an element that narrows the band gap to the solution may be, for example, a method of replacing the atmosphere in the crystal manufacturing apparatus with a gas containing an element that narrows the band gap.
また、基板層の表面に剥離層の一部が残存している場合には、残存している剥離層をCMP(Chemical Mechanical Polishing)などの工程によって除去した上で、レーザー光60を照射してもよい。これにより、最上層の基板層の下層に位置している剥離層に、レーザー光60を確実に吸収させることができる。
When a part of the peeling layer remains on the surface of the substrate layer, the remaining peeling layer is removed by a process such as CMP (Chemical Mechanical Polishing) and then irradiated with the
また、レーザー照射装置50において、集光レンズを用いるとしてもよい。この場合、レーザー光60の集光点を、最上層の基板層の下層に位置している剥離層の近傍に設定するとしてもよい。これにより、基板層の表面に剥離層の一部が残存している場合にも、残存している剥離層にレーザー光60が吸収されにくくすることができる。また、剥離層がレーザー光60の集光層として機能するため、集光点の位置の制御には、高い精度を不要とすることができる。
In the
チャンバー10のパージに使用するガスは、アルゴンガスに限られない。SiC結晶に取り込まれることのない安定的なガスであれば、何れのガスを用いてもよい。例えば、ヘリウムガスを使用することも可能である。
The gas used for purging the
インゴット製造工程において、成長面の周辺部の方が成長面の中央部よりも温度が低くなるように制御を行う方法は、多種の方法が使用可能である。例えば、基板保持部11において、SiCベース基板100の外周部が接触する部分に冷却管を備えるとしてもよい。
In the ingot manufacturing process, various methods can be used as a method of performing control so that the temperature in the peripheral portion of the growth surface is lower than that in the central portion of the growth surface. For example, in the
図3に示すインゴット110では、基板層の積層数が3層の場合を説明したが、この形態に限られない。2層以下または4層以上の基板層が積層されている形態であってもよい。
In the
ステップS12において、レーザー光60をインゴット110に対して相対的に走査させる方法は、多種の方法が使用可能である。例えば、ステージ52を固定状態にして、レーザー光発生部51を走査する形態であってもよい。
In step S12, various methods can be used as the method of scanning the
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
1:結晶製造装置、10:チャンバー、50:レーザー照射装置、60:レーザー光、100:SiCベース基板、101および103および105:剥離層、102および104および106:基板層、110:インゴット 1: Crystal manufacturing apparatus, 10: Chamber, 50: Laser irradiation apparatus, 60: Laser light, 100: SiC base substrate, 101 and 103 and 105: Release layer, 102 and 104 and 106: Substrate layer, 110: Ingot
Claims (6)
前記第1の層および前記第2の層に対して略垂直な方向から前記インゴットの内部にレーザー光を照射し、前記インゴットにおける前記第2の層を境界として、前記第1の層を互いに分離する照射工程と、
を備え、
前記インゴット製造工程は、
前記インゴットを格納容器内に格納し、前記第1の層および前記第2の層をエピタキシャル成長により下層から順に成長させており、
前記第2の層を成長させている期間には、前記格納容器内にSiC結晶のバンドギャップを狭くする所定元素を含むガスが供給されており、
前記第1の層を成長させている期間には、前記格納容器内に前記所定元素を含まないガスが供給されており、
前記照射工程で用いられる前記レーザー光の波長は、前記第1の層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも長く、前記第2の層のバンドギャップにより定まる吸収波長の上限よりも短い波長であることを特徴とする基板製造方法。 An ingot production process for producing an SiC crystal ingot comprising a second layer sandwiched between first layers;
The inside of the ingot is irradiated with laser light from a direction substantially perpendicular to the first layer and the second layer, and the first layer is separated from each other with the second layer in the ingot as a boundary. An irradiation process to perform,
With
The ingot manufacturing process includes:
The ingot is stored in a storage container, and the first layer and the second layer are grown in order from the lower layer by epitaxial growth,
During the period during which the second layer is grown, a gas containing a predetermined element that narrows the band gap of the SiC crystal is supplied into the storage container,
During the period during which the first layer is grown, a gas not containing the predetermined element is supplied into the storage container,
The wavelength of the laser beam used in the irradiation step is longer than the upper limit of the absorption wavelength determined by the band gap of the first layer and shorter than the upper limit of the absorption wavelength determined by the band gap of the second layer. There is provided a substrate manufacturing method.
前記第2の層を形成するSiC結晶に含まれている前記所定元素の濃度の範囲は、前記第2の層の結晶構造が六方晶となる範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の基板製造方法。 The crystal structure of the SiC crystal forming the first layer is a hexagonal crystal,
The concentration range of the predetermined element contained in the SiC crystal forming the second layer is a range in which the crystal structure of the second layer is a hexagonal crystal. The board | substrate manufacturing method of description.
前記第2の層を形成するSiC結晶に含まれている前記所定元素の濃度の範囲は、前記第2の層が3C−SiC結晶となる範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の基板製造方法。 The first layer is 6H-SiC crystal;
The range of the concentration of the predetermined element contained in the SiC crystal forming the second layer is a range in which the second layer becomes a 3C-SiC crystal. The manufacturing method of a board | substrate of description.
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