JP2015120605A - Production method of silicon carbide single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、炭化珪素単結晶の製造方法に関し、より特定的には、結晶品質を向上可能な炭化珪素単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide single crystal, and more particularly to a method for manufacturing a silicon carbide single crystal capable of improving crystal quality.
半導体材料として、近年、炭化珪素(SiC)の利用が活発に検討されている。炭化珪素が有する大きなバンドギャップは半導体装置の性能を高めることに貢献し得る。炭化珪素半導体の製造には、通常、炭化珪素単結晶基板を必要とする。炭化珪素単結晶基板(ウエハ)は、炭化珪素単結晶(インゴット)をスライスすることによって形成され得る。 In recent years, the use of silicon carbide (SiC) as a semiconductor material has been actively studied. The large band gap of silicon carbide can contribute to improving the performance of the semiconductor device. The manufacture of a silicon carbide semiconductor usually requires a silicon carbide single crystal substrate. A silicon carbide single crystal substrate (wafer) can be formed by slicing a silicon carbide single crystal (ingot).
炭化珪素単結晶は、昇華再結晶法を用いて製造される。この方法においては、炭化珪素単結晶が、台座上に固定された種結晶の表面上に成長させられる。このとき種結晶が台座に均一に固定されていないと、種結晶上に成長させられる単結晶の品質が低下し得る。このため、種結晶を台座に均一に固定するための種結晶固定剤についての検討がなされている。 The silicon carbide single crystal is manufactured using a sublimation recrystallization method. In this method, a silicon carbide single crystal is grown on the surface of a seed crystal fixed on a pedestal. If the seed crystal is not uniformly fixed to the pedestal at this time, the quality of the single crystal grown on the seed crystal may be lowered. For this reason, the seed crystal fixing agent for fixing a seed crystal uniformly to a base is examined.
特開2012−250865号公報には、昇華再結晶法を用いた単結晶の製造方法であって、種基板を台座上に固定するのに用いられる種結晶固定剤として、加熱されることによって難黒鉛化炭素となる樹脂とダイヤモンド微粒子とからなる固定剤を用いることにより、種結晶上に高品質の結晶を成長させることができる単結晶の製造方法が記載されている。具体的には、種結晶の裏面が固定される際に種結晶固定剤を加熱することにより、ダイヤモンド微粒子から黒鉛微粒子への変化による体積増大によって、樹脂から難黒鉛化炭素への変化による体積減少を相殺して細孔の発生を抑制することが記載されている。この結果、特開2012−250865号公報では、結晶成長中において種基板の温度をより均一にすることができるとしている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-250865 discloses a method for producing a single crystal using a sublimation recrystallization method, which is difficult by heating as a seed crystal fixing agent used to fix a seed substrate on a pedestal. A method for producing a single crystal is described in which a high-quality crystal can be grown on a seed crystal by using a fixing agent composed of a resin that becomes graphitized carbon and diamond fine particles. Specifically, by heating the seed crystal fixing agent when the back surface of the seed crystal is fixed, the volume increases due to the change from diamond fine particles to graphite fine particles, and the volume decreases due to the change from resin to non-graphitizable carbon. It is described that the generation of pores is suppressed by offsetting. As a result, JP 2012-250865 A discloses that the temperature of the seed substrate can be made more uniform during crystal growth.
しかしながら、本願発明者らの鋭意研究の結果、種結晶固定剤を加熱する方法および条件によっては、種結晶と台座とがその接合面内において均一に固定されていない場合があることが確認された。この場合、単結晶成長中において、種結晶固定剤によって固定された種結晶の温度が上記面内で不均一となるため、高い結晶性を有する炭化珪素単結晶を成長させることが困難となる。 However, as a result of diligent research by the inventors of the present application, it was confirmed that the seed crystal and the pedestal may not be fixed uniformly in the joint surface depending on the method and conditions for heating the seed crystal fixing agent. . In this case, during the growth of the single crystal, the temperature of the seed crystal fixed by the seed crystal fixing agent becomes non-uniform in the plane, so that it becomes difficult to grow a silicon carbide single crystal having high crystallinity.
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、種結晶固定剤を加熱する方法として適切な加熱方法を明らかにし、高い結晶性を有する炭化珪素単結晶の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The main object of the present invention is to clarify a heating method suitable as a method for heating a seed crystal fixing agent, and to provide a method for producing a silicon carbide single crystal having high crystallinity.
本発明に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、第1の面を有する台座と、台座の第1の面上に搭載される種基板と、台座と種基板とを接着するための接着剤とを準備する工程と、台座の第1の面上に接着剤を介して種基板を貼り合わせる工程と、熱処理により接着剤を硬化させる工程とを備え、硬化させる工程における種基板の径方向での温度勾配が1℃/mm以下である。 A method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present invention includes a pedestal having a first surface, a seed substrate mounted on the first surface of the pedestal, and an adhesive for bonding the pedestal and the seed substrate. A step of bonding the seed substrate to the first surface of the pedestal via an adhesive, and a step of curing the adhesive by heat treatment, in the radial direction of the seed substrate in the step of curing The temperature gradient is 1 ° C./mm or less.
本発明によれば、高い結晶性を有する炭化珪素単結晶を得ることができる。 According to the present invention, a silicon carbide single crystal having high crystallinity can be obtained.
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番号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
[本願発明の実施形態の説明]
はじめに、本発明の実施の形態の概要を列挙する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, the outline of the embodiment of the present invention will be enumerated.
(1) 本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、第1の面(第3の主面20A)を有する台座20と、台座20の第1の面上に搭載される種基板10と、台座20と種基板10とを接着するための接着剤30とを準備する工程(S10)と、台座20の第1の面上に接着剤30を介して種基板10を貼り合わせる工程(S20)と、熱処理により接着剤30を硬化させる工程(S30)とを備え、硬化させる工程(S30)における種基板10の径方向の温度勾配が1℃/mm以下である。
(1) A method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment includes a
本願発明者らの鋭意研究の結果、たとえば誘導加熱により台座20を介して接着剤30を加熱・硬化させる場合には、台座20における種基板10の径方向D(図2参照。以下、単に径方向Dという)の温度勾配は1℃/分超えとなって接着剤30が径方向Dにおいて均一に硬化しない場合があり、さらに種基板10と台座20との間で剥離が生じる場合があることが確認された。これは、誘導加熱により台座20を介して接着剤30を加熱する場合には、台座20がその表面部分から加熱されていくため、台座20において径方向Dに大きな温度分布を生じるためと考えられる。
As a result of the diligent research conducted by the inventors of the present application, for example, when the
これに対し、後述する熱処理方法(熱伝導や熱輻射)によって接着剤30を硬化させた場合には、種基板10および/または台座20における径方向Dの温度勾配を1℃/mm以下とすることができ、接着剤30が上記径方向において均一に硬化して種基板10と台座20との剥離を防止可能であることが確認された。さらに、これによって、結晶成長時に種基板10の温度を径方向Dにおいて確実に均一化できるので、高い結晶性を有する炭化珪素単結晶を得ることができることが確認された。
On the other hand, when the
つまり、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、径方向Dにおいて種基板10、台座20、および接着剤30を均一に熱することができるため、接着剤30をムラなく硬化させることができる。この結果、結晶性の高いSiC単結晶を得ることができる。
That is, according to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment,
なお、種基板10と台座20とを貼り合わせる際には、後述するように種基板10の第1の主面10A上に重り51等を載せる場合があり、このときには種基板10の第1の主面10Aを直接測温することが困難である。この場合には、種基板10のサンプル品として、たとえば種基板10と同等の基板であって側面から中央部に延びる小さな穴を通し、当該穴の内部に熱電対を通して種基板10の温度を測定してもよい。
When the
(2) 本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、硬化させる工程(S30)は、台座20に接触する加熱部材から台座20への熱伝導により行われてもよい。
(2) In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the curing step (S30) may be performed by heat conduction from the heating member that contacts
このようにすれば、たとえば誘導加熱により接着剤30を硬化させる場合と比べて、種基板10の径方向において台座20を介し接着剤30を均一に熱することができるため、接着剤30をムラなく硬化させることができる。この結果、接着剤30が上記径方向において均一に硬化して種基板10と台座20との剥離を防止することができ、高い結晶性を有する炭化珪素単結晶を得ることができる。
In this way, compared to the case where the
(3) 本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、加熱部材は、ホットプレートであってもよい。 (3) In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the heating member may be a hot plate.
つまり、硬化させる工程(S30)において、種基板10が接着剤30を介して貼り合わせられている台座20をホットプレート上に配置し、ホットプレートから発する熱を台座20に対し熱伝導により伝えることで、加熱処理を行ってもよい。このようにすれば、たとえば誘導加熱により接着剤30を硬化させる場合と比べて、種基板10の径方向において台座20を介し接着剤30を均一に熱することができるため、接着剤30をムラなく硬化させることができる。この結果、接着剤30が上記径方向において均一に硬化して種基板10と台座20との剥離を防止することができ、高い結晶性を有する炭化珪素単結晶を得ることができる。
That is, in the curing step (S30), the
(4) 本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、硬化させる工程は、加熱部材から台座20、種基板10、および接着剤30のうち少なくとも1つへの熱輻射により行われてもよい。
(4) In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the curing step is performed by thermal radiation from the heating member to at least one of
このようにすれば、たとえば誘導加熱により接着剤30を硬化させる場合と比べて、種基板10の径方向において台座20を介し接着剤30を均一に熱することができるため、接着剤30をムラなく硬化させることができる。この結果、接着剤30が上記径方向において均一に硬化して種基板10と台座20との剥離を防止することができ、高い結晶性を有する炭化珪素単結晶を得ることができる。
In this way, compared to the case where the
(5) 本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、加熱部材は、種基板10が接着剤30を介して貼り合わせられている台座20を内部に保持する加熱炉を含んでいてもよい。
(5) In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the heating member includes a heating furnace that holds
つまり、硬化させる工程(S30)において、種基板10が接着剤30を介して貼り合わせられている台座20を加熱炉(たとえば抵抗加熱炉)内に配置し、加熱炉内を加熱して台座20に対し熱輻射により加熱処理を行ってもよい。このようにすれば、たとえば誘導加熱により接着剤30を硬化させる場合と比べて、種基板10の径方向において台座20を介し接着剤30を均一に熱することができるため、接着剤30をムラなく硬化させることができる。この結果、接着剤30が上記径方向において均一に硬化して種基板10と台座20との剥離を防止することができ、高い結晶性を有する炭化珪素単結晶を得ることができる。
That is, in the curing step (S30), the
(6) 本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、硬化させる工程(S30)では、種基板10の昇温速度を5℃/分以下として熱処理を行ってもよい。
(6) In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, in the curing step (S30), the
硬化させる工程(S30)では、たとえば加熱部材の昇温速度を5℃/分以下とすることにより、種基板10、台座20、および接着剤30のいずれについても5℃/分以下で昇温されることができる。このようにすれば、接着剤30を硬化させる反応が急激に進行することを抑制することができ、種基板10の径方向において接着剤30をムラなく硬化させることができる。また、種基板10や台座20に反りやうねりが生じている場合であっても、種基板10と台座20とを貼り合わせたときに両者の間に生じる隙間を埋め合わせている接着剤30に対してもムラなく硬化させることができる。この結果、上記のような場合においても、結晶性の高いSiC単結晶を得ることができる。
In the curing step (S30), for example, by setting the heating rate of the heating member to 5 ° C./min or less, all of the
[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施の形態の詳細について説明する。
[Details of the embodiment of the present invention]
Next, details of the embodiment of the present invention will be described.
まず、図1〜図3を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素(SiC)単結晶の製造方法について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、種基板10、台座20、および接着剤30を準備する工程(S10)と、台座20の第1の面としての第3の主面20A上に接着剤30を介して種基板10を貼り合わせる工程(S20)と、熱処理により接着剤30を硬化させる工程(S30)と、接着剤30が硬化されてなる固定層31を介して台座20の第3の主面20A上に固定されている種基板10上に単結晶を成長させる工程(S40)とを備える。
First, a method for manufacturing a silicon carbide (SiC) single crystal according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment includes a step (S10) of preparing
まず、種基板10、台座20、および接着剤30を準備する(工程(S10))。種基板10は、SiCからなる結晶であり、結晶構造は六方晶系であることが好ましい。結晶多形は4Hまたは6Hであることが好ましい。この場合、種基板10の面方位(図中、下面の方位)は{0001}に対して15°より小さいオフ角を有することが好ましく、10°より小さいオフ角を有することがより好ましい。
First, the seed board |
種基板10の第2の主面10B上には、炭素を含有する被覆膜11が形成されていてもよい。被覆膜11は、本実施の形態においては有機膜である。この有機膜は、好ましくは有機樹脂から形成される。有機樹脂としては、たとえば、アクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂などの各種樹脂を用いることができ、また光の作用で架橋または分解される感光性樹脂として組成されたものを用いることもできる。この感光性樹脂としては、半導体装置の製造用に用いられているポジ型またはネガ型フォトレジストを用いることができ、これらについてはスピンコート法による塗布技術が確立されているので、被覆膜11の厚さを容易に制御することができる。スピンコート法は、たとえば、以下のように行われる。
A
まず種基板10がホルダー(図示しない)に吸着される。このホルダーが所定の回転速度で回転することで、種基板10が回転させられる。回転している種基板10上にフォトレジストが滴下された後、所定時間回転が継続されることで、薄く均一にフォトレジストが塗布される。種基板10全面に渡る均一性を確保するためには、たとえば、回転速度は1000回転/分以上10000回転/分以下、時間は10秒以上100秒以下、塗布厚は0.1μm以上とされる。
First, the
次に塗布されたフォトレジストが乾燥されることで固化される。乾燥方法は、任意の方法を採用することができる。乾燥温度および時間は、フォトレジストの材料および塗布厚によって適宜選択され得る。好ましくは、乾燥温度は100℃以上400℃以下であり、乾燥時間は5分以上60分以下である。たとえば乾燥温度が120℃の場合、揮発に要する時間は、たとえば、厚さ5μmで15分間、厚さ2μmで8分間、厚さ1μmで3分間である。なお、上記の塗布および乾燥からなる工程を1回行えば被覆膜11を形成することができるが、この工程が繰り返されることで、より厚い被覆膜11が形成されてもよい。このようにして、被覆膜11に覆われている第2の主面10Bを有する種基板10を準備することができる。
Next, the applied photoresist is dried to be solidified. Any method can be adopted as the drying method. The drying temperature and time can be appropriately selected depending on the photoresist material and the coating thickness. Preferably, the drying temperature is from 100 ° C. to 400 ° C., and the drying time is from 5 minutes to 60 minutes. For example, when the drying temperature is 120 ° C., the time required for volatilization is, for example, 15 minutes at a thickness of 5 μm, 8 minutes at a thickness of 2 μm, and 3 minutes at a thickness of 1 μm. Note that the
台座20は、たとえば後述する坩堝60の蓋として構成されている。台座20を構成する材料は、たとえば炭素材料であり、より具体的には、たとえばグラファイトである。台座20は、後述する工程(S20)において種基板10の第2の主面10Bと貼り合わせられて、坩堝60の内部に向いて配置される第3の主面20Aと、第3の主面20Aと反対側に位置する第4の主面20Bとを有している。
The
接着剤30は、たとえば加熱されることによって難黒鉛化炭素となる樹脂と、ダイヤモンド微粒子と、溶媒とを含む。難黒鉛化炭素とは、不活性ガス中で加熱された場合に黒鉛構造が発達することが抑制さるような不規則な構造を有する炭素である。加熱されることによって難黒鉛化炭素となる樹脂としては、たとえば、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、またはフルフリルアルコール樹脂がある。ダイヤモンド微粒子の量は、炭素原子のモル数を基準として、樹脂の量よりも少なくされることが好ましい。ダイヤモンド微粒子の粒径は、たとえば0.1μm以上10μm以下である。また接着剤30は、ダイヤモンド微粒子に加えてさらに黒鉛微粒子を含んでもよい。溶媒としては、上記の樹脂および炭水化物を溶解・分散させることができるものが適宜選択される。またこの溶媒は、単一の種類の液体からなるものに限られず、複数の種類の液体の混合液であってもよい。たとえば、炭水化物を溶解させるアルコールと、樹脂を溶解させるセロソルブアセテートとを含む溶媒が用いられてもよい。接着剤30は、所定の温度(たとえば1000℃以上)で硬化可能に設けられている。 The adhesive 30 includes, for example, a resin that becomes non-graphitizable carbon when heated, diamond fine particles, and a solvent. Non-graphitizable carbon is carbon having an irregular structure that suppresses the development of a graphite structure when heated in an inert gas. Examples of the resin that becomes non-graphitizable carbon when heated include novolac resin, phenol resin, and furfuryl alcohol resin. The amount of diamond fine particles is preferably smaller than the amount of resin based on the number of moles of carbon atoms. The particle diameter of the diamond fine particles is, for example, not less than 0.1 μm and not more than 10 μm. The adhesive 30 may further include graphite fine particles in addition to the diamond fine particles. As the solvent, a solvent capable of dissolving and dispersing the above resin and carbohydrate is appropriately selected. The solvent is not limited to a single type of liquid, and may be a mixed liquid of a plurality of types of liquid. For example, a solvent containing alcohol that dissolves carbohydrates and cellosolve acetate that dissolves resin may be used. The adhesive 30 is provided to be curable at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C. or higher).
次に、図2を参照して、台座20の第1の面としての第3の主面20A上に接着剤30を介して、種基板10を貼り合わせる(工程(S20))。具体的には、接着剤30(種結晶固定剤)を介して種基板10の第2の主面10B上に形成されている被覆膜11の第5の主面11Bと台座20の第3の主面20Aとを接続させる。好ましくは、この工程(S20)は50℃以上120℃以下の温度で、また0.01Pa以上1MPa以下の圧力で両者が互いを押し付け合うように行われる。本工程(S20)での加熱処理は、任意の加熱方法により処理されればよいが、たとえばホットプレート40上において行われる。上記加圧処理は、任意の方法により処理されればよいが、たとえば種基板10の第1の主面10A上に保護シート50を介して所定の質量の重り51を載せることにより行われる。本工程(S20)において、接着剤30は硬化しておらず、種基板10と台座20とは固定されていない。逆に、接着剤30は、上記温度で加熱されることにより軟化する。これにより、種基板10の第2の主面10Bや台座20の第3の主面20Aに反り等が生じている場合には、両面の間に生じる空隙が接着剤30により埋め合わされた状態で貼り合わせることができる。
Next, referring to FIG. 2,
次に、熱処理により接着剤30を硬化させる(工程(S30))。本工程(S30)は、所定の温度領域で第1の熱処理を実施する工程(S32)と、工程(S32)に連続してより高い温度領域で第2の熱処理を実施する工程(S33)とを含む。 Next, the adhesive 30 is cured by heat treatment (step (S30)). This step (S30) includes a step (S32) of performing the first heat treatment in a predetermined temperature region, a step (S33) of performing the second heat treatment in a higher temperature region following the step (S32), and including.
具体的には、まず、所定の温度領域で第1の熱処理を実施する(工程(S32))。本工程(S32)は、ホットプレート40を用いて、種基板10および台座20における径方向D(図2参照)の温度勾配が1℃/mm以下となるように実施される。ホットプレート40から台座20に伝導された熱は、台座20を伝って第3の主面20A上に配置されている接着剤30および種基板10に伝導され、接着剤30および種基板10を加熱する。
Specifically, first, a first heat treatment is performed in a predetermined temperature range (step (S32)). This step (S32) is performed using the
本工程(S32)における加熱温度は、接着剤30に含まれる溶媒をある程度蒸発させることができる温度であり、たとえば100℃以上400℃以下の所定の温度とする。 The heating temperature in this step (S32) is a temperature at which the solvent contained in the adhesive 30 can be evaporated to some extent, for example, a predetermined temperature of 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
このとき、種基板10および台座20の昇温速度が5℃/分以下となるようにホットプレート40の昇温速度が制御される。あるいは、ホットプレート40の昇温速度を5℃/分以下としてもよい。図4は種基板10と台座20のそれぞれの昇温速度を表わすグラフである。図4の縦軸は温度(単位:℃)を示し、横軸は加熱時間(単位:分)を示す。図4を参照して、このようにすれば、上記加熱温度に昇温する際において、種基板10および台座20において接着剤30を介して互いに対向する領域の温度の差dは、種基板10の外径Lmm(図2参照)のときにL/2℃以下とすることができる。この結果、種基板10および台座20における径方向D(図2参照)の温度勾配を1℃/mm以下とすることができる。
At this time, the heating rate of the
熱処理の時間は、たとえば所定の温度に到達した後5分以上60分以下である。このようにして、接着剤30を仮硬化させることができる。 The heat treatment time is, for example, not less than 5 minutes and not more than 60 minutes after reaching a predetermined temperature. In this way, the adhesive 30 can be temporarily cured.
次に、工程(S32)に連続して、かつより高い温度領域で第2の熱処理を実施する(工程(S33))。具体的には、たとえば1000℃以上、好ましくは2000℃以上の所定の温度に加熱可能とする加熱処理方法により実施される。本工程(S33)は、たとえばランプアニール装置を用いて実施される。またこの加熱は、不活性ガス中で行われることが好ましい。本工程(S33)では、径方向Dにおける温度勾配は1℃/分超えであってもよい。また、昇温速度が5℃/分超えであってもよい。 Next, the second heat treatment is performed in a higher temperature region continuously with the step (S32) (step (S33)). Specifically, it is carried out by a heat treatment method that enables heating to a predetermined temperature of, for example, 1000 ° C. or higher, preferably 2000 ° C. or higher. This step (S33) is performed using, for example, a lamp annealing apparatus. This heating is preferably performed in an inert gas. In this step (S33), the temperature gradient in the radial direction D may exceed 1 ° C./min. Further, the rate of temperature increase may be over 5 ° C./min.
本工程(S33)により、図5に示すように被覆膜11は炭化されて炭素膜12となる。すなわち種基板10の第2の主面10Bは炭素膜12で覆われた面となる。また、接着剤30は、接着剤30に含まれる溶媒が蒸発して硬化されることにより、固定層31となる。これにより図5を参照して、種基板10は固定層31を介して台座20の第3の主面20A上に固定される。
By this step (S33), the
次に、固定層31を介して台座20上に固定されている種基板10の第1の主面10A上に単結晶を成長させる(工程(S40))。炭化珪素の種基板10を用いて炭化珪素の単結晶が製造される場合、この形成方法として昇華再結晶法を用いることができる。
Next, a single crystal is grown on the first
すなわち、図6を参照して、まず坩堝60の内部へ種基板10が面するように、坩堝60に台座20が取り付けられる。坩堝60は、たとえば炭素原料を含んで構成されている。坩堝60の内部には原料61が収められている。原料61は、たとえば炭化珪素粉末である。また、坩堝60は、その周囲に配置されている加熱部(図示しない)により後述する所定の温度に加熱可能に設けられている。
That is, referring to FIG. 6, first,
次に、原料61を昇華させることで種基板10上に昇華物を堆積させることで、単結晶70を成長させることができる。この昇華再結晶法における温度は、たとえば、2100℃以上2500℃以下とされる。またこの昇華再結晶法における圧力は、好ましくは1.3kPa以上大気圧以下とされ、より好ましくは、成長速度を高めるために13kPa以下とされる。以上のようにして、本実施の形態に係るSiC単結晶70を得ることができる。
Next, the
次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の作用効果について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、接着剤30を硬化する工程(S30)を加熱温度の異なる2段階の熱処理により実施するとともに、先に実施する第1の熱処理を実施する工程(S32)は、種基板10および台座20における径方向Dの温度勾配が1℃/mm以下となるように実施される。これにより、種基板10の径方向において台座20を介し接着剤30を均一に熱することができるため、第2の熱処理を実施する工程(S33)において接着剤30をムラなく硬化させて固定層31とすることができる。この結果、固定層31を介して種基板10と台座20とが密着性良く固定されているため、該種基板10に結晶性の高いSiC単結晶70を成長させることができる。
Next, the effect of the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment will be described. In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the step of curing adhesive 30 (S30) is performed by two-stage heat treatment at different heating temperatures, and the first heat treatment performed first is performed. The step (S32) is performed such that the temperature gradient in the radial direction D of the
具体的には、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法では、第1の熱処理を実施する工程(S32)が加熱部材としてホットプレート40を用いて行われることにより、ホットプレート40上に載置されている台座20は熱伝導を受けて加熱される。このとき、たとえば台座20の昇温速度が5℃/分以下となるようにホットプレート40の昇温速度を制御することにより、種基板10および台座20において、接着剤30を介して対向する領域の温度の差dを、種基板10の外径Lmm(図2参照)のときにL/2℃以下とすることができる。この結果、種基板10および台座20における径方向Dの温度勾配を1℃/mm以下とすることができる。その結果、台座20における急峻な温度変化を抑制することができ、台座20、接着剤30、および種基板10のそれぞれについて径方向Dの温度勾配を低減することができる。
Specifically, in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the step (S32) of performing the first heat treatment is performed using
また、第1の熱処理を実施する工程(S32)において接着剤30を径方向Dに均一性よく加熱して仮硬化することができる。そのため、その後工程(S33)においてさらに高温に加熱処理される際に、種基板10および台座20における径方向Dの温度勾配は1℃/分超えであっても、あるいは昇温速度が5℃/分超えであっても、接着剤30を該径方向Dにおいてムラなく硬化させることができる。言い換えると、固定層31を径方向Dにおいてムラなく形成することができる。
In the step of performing the first heat treatment (S32), the adhesive 30 can be preliminarily cured by heating in the radial direction D with good uniformity. Therefore, when the heat treatment is further performed at a higher temperature in the subsequent step (S33), the temperature gradient in the radial direction D of the
なお、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法では、貼り合わせる工程(S20)はホットプレート40上において50℃以上120℃以下の温度に加熱されるとともに、0.01Pa以上1MPa以下の圧力で両者が互いを押し付け合うように行われるが、これに限られるものではない。工程(S20)では、種基板10、台座20および接着剤30への加熱および/または加圧をせずにこれらを貼り合わせてもよい。この場合には、工程(S20)の後であって、第1の熱処理を実施する工程(S32)の前に、接着剤30を介して種基板10が載置されている台座20をホットプレート40上に配置する工程(S31)を備えていればよい。このようにしても、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法と同様の効果を奏することができる。
In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the bonding step (S20) is heated to a temperature of 50 ° C. or higher and 120 ° C. or lower on
また、第1の熱処理を実施する工程(S32)では、任意の加熱部材を用いて任意の加熱方法を採用することができる。たとえば、加熱部材は、図7を参照して抵抗加熱炉41であってもよいし、ランプアニール装置等であってもよい。なお、誘導加熱方式を採用する場合には、台座20の側面からの誘導加熱方式は好ましくなく、パンケーキ状のコイルで台座20を上下方向(第3の主面20Aと垂直な方向)から挟んだ構造の誘導加熱方式であればよい。
In the step of performing the first heat treatment (S32), any heating method can be employed using any heating member. For example, the heating member may be the
(実施例)
次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の実施例について説明する。
(Example)
Next, examples of the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment will be described.
(評価1)
まず、種基板10として、厚さ約3mm、直径60mm、ポリタイプ4H、および面方位(000−1)を有する種結晶を30個準備した。この種基板10の裏面(第2の主面10B)側を、粒径約15μmを有するダイヤモンドスラリーを用いて機械的に研磨した。
(Evaluation 1)
First, as the
次に種基板10の裏面が露出するように、種基板10がホルダーに取り付けられた。次にこのホルダーが1450回/分で回転することで種基板10が回転させられつつ、この第2の主面10B上に、乳酸エチルおよび酢酸ブチルを含有するレジスト液がスポイトで約20mg滴下され、その後20秒間、回転が持続された。これによりレジスト液が厚さ約1μmで塗布された。次に350℃で20分間、乾燥が行われることで、被覆膜11が形成された。
Next, the
図2を参照して、種基板10が取り付けられることになる第3の主面20Aを有するグラファイト製の台座20を30個準備した。次に第3の主面20Aをダイヤモンドスラリーを用いて研磨した。
Referring to FIG. 2, 30 graphite pedestals 20 having third
次に、フェノール樹脂、フェノール、エチルアルコール、ホルムアルデヒド、水分、固形カーボン成分を含む接着剤30を準備した。接着剤30を介して被覆膜11と台座20とを互いに接触した。接着剤30の塗布量は約25mg/cm2、厚さは約40μmとした。該接触は、ホットプレート40上において、温度100℃に加熱するとともに、種基板10および台座20を互いに押し付け合うように圧力0.1MPaを加えて行われた。
Next, an adhesive 30 containing a phenol resin, phenol, ethyl alcohol, formaldehyde, moisture, and a solid carbon component was prepared. The
次に接着剤30を介して貼り合わされた30ペアの種基板10および台座20に対し、第1の熱処理を実施した。具体的には、上記30ペアのうち、10ペアについてはホットプレート40上において、80℃で4時間、120℃で4時間、200℃で1時間の熱処理を順次施した。また、他の10ペアについては、恒温槽41内において、80℃で4時間、120℃で4時間、200℃で1時間の熱処理を順次施した。また、残りの10ペアについては、抵抗加熱炉において80℃で4時間、120℃で4時間、200℃で1時間の熱処理を順次施した。このとき、各加熱温度への昇温速度はいずれも5℃/分以下とした。
Next, the first heat treatment was performed on the 30 pairs of
次に、第2の熱処理を実施した。具体的には、先の30ペアに対し、加熱温度を1150℃、加熱時間を1時間として、80kPaのヘリウムガス雰囲気中で熱処理を実施した。これにより、30ペアの種基板10と台座20とは固定層31を介して固定された。
Next, a second heat treatment was performed. Specifically, heat treatment was performed on the previous 30 pairs in an 80 kPa helium gas atmosphere at a heating temperature of 1150 ° C. and a heating time of 1 hour. As a result, the 30 pairs of the
次に、各ペアに対し、台座20を固定するとともに種基板10を20kgの力で引張り、種基板10と台座20とが剥離するかどうかを評価した。その結果、30ペアいずれも種基板10と台座20とは剥離しなかった。
Next, for each pair, the
一方、比較例として、上記30ペアと基本的には同様に作製しながらも、第1の熱処理(工程(S32))を台座側面への誘導加熱方式により行った10ペアについて剥離評価を実施した。その結果、3ペアの種基板10と台座20とが剥離した。なお、第1の熱処理(工程(S32))を誘導加熱方式により行った場合には、そのときの台座20の径方向Dの温度勾配は1℃/mmを超えていた。
On the other hand, as a comparative example, peeling evaluation was carried out on 10 pairs in which the first heat treatment (step (S32)) was performed by the induction heating method to the side surface of the pedestal while being basically manufactured in the same manner as the above 30 pairs. . As a result, the three pairs of the
さらに、比較例として、上記30ペアと基本的には同様に作製しながらも、第1の熱処理(工程(S32))における昇温速度を5℃/分超えとして行った10ペアについて剥離評価を実施した。その結果10ペア中、5ペアの種基板10と台座20とが剥離した。なお、第1の熱処理(工程(S32))における昇温速度を5℃/分超えで行った場合には、そのときの台座20の径方向Dの温度勾配は1℃/mmを超えていた。
Furthermore, as a comparative example, peeling evaluation was performed on 10 pairs that were manufactured in the same manner as the above 30 pairs, but were performed at a rate of temperature increase in the first heat treatment (step (S32)) exceeding 5 ° C./min. Carried out. As a result, among the 10 pairs, 5 pairs of the
実施例の結果から、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、固定層31を径方向Dにおいてムラなく形成することができるため、種基板10と台座20とを密着性よく固定することができることが確認された。
From the results of the examples, according to the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to the present embodiment, the fixed
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は、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を含むことが意図される。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the above-described embodiments can be variously modified. Further, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 種基板
10A 第1の主面
10B 第2の主面
11 被覆膜
11B 第5の主面
12 炭素膜
20 台座
20A 第3の主面
20B 第4の主面
30 接着剤
31 固定層
40 ホットプレート
41 抵抗加熱炉
50 保護シート
51 重り
60 坩堝
61 原料
10
Claims (6)
前記台座の前記第1の面上に前記接着剤を介して前記種基板を貼り合わせる工程と、
熱処理により前記接着剤を硬化させる工程とを備え、
前記硬化させる工程における前記種基板の径方向の温度勾配が1℃/mm以下である、炭化珪素単結晶の製造方法。 Preparing a pedestal having a first surface, a seed substrate mounted on the first surface of the pedestal, and an adhesive for bonding the pedestal and the seed substrate;
Bonding the seed substrate on the first surface of the pedestal via the adhesive;
Curing the adhesive by heat treatment,
The manufacturing method of the silicon carbide single crystal whose temperature gradient of the radial direction of the said seed substrate in the said hardening process is 1 degrees C / mm or less.
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JP2013263702A JP2015120605A (en) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | Production method of silicon carbide single crystal |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020011864A (en) * | 2018-07-18 | 2020-01-23 | 昭和電工株式会社 | PEDESTAL, AND MANUFACTURING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD OF SiC SINGLE CRYSTAL |
-
2013
- 2013-12-20 JP JP2013263702A patent/JP2015120605A/en active Pending
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JP7094171B2 (en) | 2018-07-18 | 2022-07-01 | 昭和電工株式会社 | Method for manufacturing SiC single crystal |
US11519096B2 (en) | 2018-07-18 | 2022-12-06 | Showa Denko K.K. | Pedestal for supporting a seed for SiC single crystal growth which includes a gas-permeable region of reduced thickness |
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