JP2015193494A - 炭化珪素インゴットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質な炭化珪素インゴットが得られる炭化珪素インゴットの製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素インゴットの製造方法は、炭化珪素種結晶１０を準備する工程と、台座２上に炭化珪素種結晶１０を固定する工程とを備えている。炭化珪素種結晶１０を固定する工程は、第１の接着剤２０が５ｍｇ／ｃｍ²以上５０ｍｇ／ｃｍ²以下の塗布量で台座２上に配置され、台座２との間に第１の接着剤２０を挟んで緩衝部材３０が配置される第１の固定工程と、第２の接着剤４０が３ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下の塗布量で緩衝部材３０上に配置され、緩衝部材３０との間に第２の接着剤４０を挟んで炭化珪素種結晶１０が配置される第２の固定工程とを含んでいる。上記炭化珪素インゴットの製造方法は、さらに、炭化珪素種結晶１０において台座２と反対側の主面１０ｂ上に炭化珪素層を成長させる工程を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は炭化珪素インゴットの製造方法に関し、より特定的には、高品質な炭化珪素インゴットが得られる炭化珪素インゴットの製造方法に関する。

炭化珪素単結晶からなるインゴットは、昇華再結晶法を用いて炭化珪素種結晶上に昇華した炭化珪素を析出させて結晶成長させることにより得られる。この種の炭化珪素インゴットの製造方法の例としては、たとえば特開２００４−２６９２９７号公報（特許文献１）において、炭化珪素種結晶と台座との間に応力緩衝材を配置する方法が記載されている。

特開２００４−２６９２９７号公報

上記特許文献１に記載された炭化珪素インゴットの製造方法では、炭化珪素種結晶と台座との間に応力緩衝材としてのカーボンシートを配置することにより、炭化珪素単結晶と台座との間に加わる熱応力を緩和することができる。しかし、この方法では成長結晶中の欠陥の発生が十分に抑制された高品質な炭化珪素インゴットを得ることは困難であった。

そこで、本発明の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法では、高品質な炭化珪素インゴットを得ることを目的とする。

本発明の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法は、炭化珪素種結晶を準備する工程と、台座上に炭化珪素種結晶を固定する工程とを備えている。炭化珪素種結晶を固定する工程は、第１の接着剤が５ｍｇ／ｃｍ²以上５０ｍｇ／ｃｍ²以下の塗布量で台座上に配置され、台座との間に第１の接着剤を挟んで緩衝部材が配置される第１の固定工程と、第２の接着剤が３ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下の塗布量で緩衝部材上に配置され、緩衝部材との間に第２の接着剤を挟んで炭化珪素種結晶が配置される第２の固定工程とを含んでいる。上記炭化珪素インゴットの製造方法は、さらに、炭化珪素種結晶において台座と反対側の結晶成長面上に炭化珪素層を成長させる工程を備えている。

本発明の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法によれば、高品質な炭化珪素インゴットを得ることができる。

本発明の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法を概略的に示すフローチャートである。 本発明の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法の工程（Ｓ１０）を説明するための概略図である。 本発明の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法の工程（Ｓ２１）を説明するための概略図である。 本発明の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法の工程（Ｓ２２）を説明するための概略図である。 本発明の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法の工程（Ｓ３０）を説明するための概略図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。

（１）本実施形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法は、炭化珪素種結晶１０を準備する工程と、台座２上に炭化珪素種結晶１０を固定する工程とを備えている。炭化珪素種結晶１０を固定する工程は、第１の接着剤２０が５ｍｇ／ｃｍ²以上５０ｍｇ／ｃｍ²以下の塗布量で台座２上に配置され、台座２との間に第１の接着剤２０を挟んで緩衝部材３０が配置される第１の固定工程と、第２の接着剤４０が３ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下の塗布量で緩衝部材３０上に配置され、緩衝部材３０との間に第２の接着剤４０を挟んで炭化珪素種結晶１０が配置される第２の固定工程とを含んでいる。上記炭化珪素インゴットの製造方法は、さらに、炭化珪素種結晶１０において台座２と反対側の結晶成長面（主面１０ｂ）上に炭化珪素層１１を成長させる工程を備えている。

本発明者は、炭化珪素種結晶上に炭化珪素層を結晶成長させて炭化珪素インゴットを得る場合に、成長結晶（炭化珪素層）中に発生する欠陥を抑制するための方策について鋭意検討を行った。その結果、炭化珪素種結晶を台座に固定する際に用いられる接着剤の塗布量を調整することにより、炭化珪素層中の欠陥の発生を抑制可能であることを見出した。

上記炭化珪素インゴットの製造方法では、第１の接着剤２０の塗布量が５ｍｇ／ｃｍ²以上に調整され、第２の接着剤４０の塗布量が３ｍｇ／ｃｍ²以上に調整される。これにより、台座２と緩衝部材３０とを十分に密着させ、かつ緩衝部材３０と炭化珪素種結晶１０とを十分に密着させることができる。また、上記炭化珪素インゴットの製造方法では、第１の接着剤２０の塗布量が５０ｍｇ／ｃｍ²以下に調整され、第２の接着剤４０の塗布量が３０ｍｇ／ｃｍ²以下に調整される。これにより、第１および第２の接着剤２０，４０の厚みのムラを抑制することができる。このように第１の接着剤２０の塗布量が５ｍｇ／ｃｍ²以上５０ｍｇ／ｃｍ²以下に調整され、かつ第２の接着剤４０の塗布量が３ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下に調整されることにより、結晶成長時に炭化珪素種結晶１０が台座２から剥がれることが抑制される。さらに、炭化珪素種結晶１０と台座２との間に緩衝部材３０を配置することにより、炭化珪素種結晶１０および台座２の熱膨張率の差に起因した歪を緩衝させることができる。その結果、上記炭化珪素インゴットの製造方法によれば、欠陥の発生が抑制された高品質な炭化珪素インゴット１３を得ることができる。

（２）上記炭化珪素インゴットの製造方法において好ましくは、第１の固定工程では、第１の接着剤２０が熱処理されて第１の接着層２１が形成され、第１の接着層２１により緩衝部材３０が台座２に固定される。また、第２の固定工程では、上記第１の固定工程の完了後に第２の接着剤４０が熱処理されて第２の接着層４１が形成され、第２の接着層４１により炭化珪素種結晶１０が緩衝部材３０に固定される。

これにより、第１および第２の接着剤２０，４０を同時に熱処理して第１および第２の接着層２１，４１が形成される場合に比べて、炭化珪素種結晶１０を台座２上においてより確実に固定することができる。

（３）上記炭化珪素インゴットの製造方法において好ましくは、第１の接着剤２０の塗布量は５ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下である。また、第２の接着剤４０の塗布量は５ｍｇ／ｃｍ²以上１０ｍｇ／ｃｍ²以下である。

これにより、台座２と緩衝部材３０とをより確実に密着させ、かつ緩衝部材３０と炭化珪素種結晶１０とをより確実に密着させることができる。また、第１および第２の接着剤２０，４０の厚みのムラをより確実に抑制することができる。その結果、欠陥の発生が抑制された高品質な炭化珪素インゴット１３をより容易に得ることができる。

（４）上記炭化珪素インゴットの製造方法において好ましくは、第１の接着剤２０の比重は１．２以上１．３以下である。また、第２の接着剤４０の比重は１．２以上１．３以下である。これにより、第１および第２の接着剤２０，４０の塗布厚みを適切に調整することができる。なお、上記比重は２５℃の温度における値である。

（５）上記炭化珪素インゴットの製造方法において好ましくは、炭化珪素種結晶１０は１５０ｍｍ以上の直径を有している。

炭化珪素種結晶のサイズが大きい場合には台座からの剥がれが起こり易くなるため、欠陥の発生が抑制された高品質な炭化珪素インゴットを得ることが困難になる。そのため、炭化珪素種結晶１０の直径が１５０ｍｍ以上である場合には、炭化珪素種結晶１０の台座２からの剥がれを抑制可能な上記炭化珪素インゴットの製造方法を好適に用いることができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本明細書中においては、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。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。

図１を参照して、本実施形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として炭化珪素（ＳｉＣ）種結晶準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図２を参照して、たとえばポリタイプが４Ｈ型であるＳｉＣインゴット（図示しない）を所定の厚みにスライスすることにより、ＳｉＣ種結晶１０が準備される。

ＳｉＣ種結晶１０は主面１０ａおよび主面１０ａと反対側の主面１０ｂを有している。ＳｉＣ種結晶１０は、主面１０ａ側から見てたとえば円形状を有しており、直径がたとえば１５０ｍｍ（６インチ）以上である。

主面１０ａおよび主面１０ｂの結晶面は特に限定されないが、｛０００１｝面でもよく、｛０００１｝面に対して所定のオフ角（たとえば１０°以下のオフ角）を有する結晶面でもよい。より具体的には、主面１０ａが（０００１）面（シリコン面）または（０００１）面に対して上記オフ角を有する結晶面でもよいし、主面１０ｂが（０００−１）面（カーボン面）または（０００−１）面に対して上記オフ角を有する結晶面でもよい。この場合、ＳｉＣ種結晶１０は主面１０ａから主面１０ｂに向かう厚み方向において中央部が突出するように反った形状を有する。

次に、工程（Ｓ２０）としてＳｉＣ種結晶固定工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、以下に説明する工程（Ｓ２１）および（Ｓ２２）が順に実施されることにより、ＳｉＣ種結晶１０が台座２上に固定される。

まず、工程（Ｓ２１）として第１固定工程が実施される。この工程（Ｓ２１）では、図３を参照して、まず固定面２ａを有する台座２が準備される。台座２はたとえばグラファイト製である。次に、台座２の固定面２ａ上に第１の接着剤２０が塗布される。第１の接着剤２０はたとえばカーボン接着剤である。カーボン接着剤は有機溶媒中にカーボン粉末を分散させたものであり、熱処理を施して溶媒を揮発させることによりカーボンが固化した接着層を形成することができる。カーボン接着剤としては、たとえば日清紡ケミカル株式会社製のＳＴ−２０１などを用いることができる。

第１の接着剤２０の塗布量は５ｍｇ／ｃｍ²以上５０ｍｇ／ｃｍ²以下であり、好ましくは５ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下である。第１の接着剤２０の厚みは５μｍ以上４０μｍ以下である。第１の接着剤２０の比重は１．２以上１．３以下であり、たとえば１．２８である。

第１の接着剤２０の塗布量は、第１の接着剤２０の質量（ｍｇ）および第１の接着剤２０が塗布される固定面２ａの面積（ｃｍ²）により調整することができる。より具体的には、第１の接着剤２０の質量（ｍｇ）を当該第１の接着剤２０が塗布される固定面２ａの面積（ｃｍ²）により除することで、第１の接着剤２０の塗布量を算出することができる。

次に、第１の接着剤２０上に緩衝部材３０が配置される。これにより、緩衝部材３０が台座２との間に第１の接着剤２０を挟むように配置される。緩衝部材３０は、台座２とＳｉＣ種結晶１０との間に介在することにより、台座２とＳｉＣ種結晶１０との熱膨張係数の差により生じる応力を緩和する。緩衝部材３０としては、たとえばカーボンシート、フッ素ゴムシートまたはシリコーンゴムシートなどを用いることが可能であり、特にカーボンシートを用いることが好ましい。

次に、緩衝部材３０に対して圧力が加えられつつ第１の接着剤２０が熱処理される。より具体的には、たとえば重り（図示しない）などの押圧部材が緩衝部材３０上に配置されるとともに、台座２がたとえばホットプレート（図示しない）などの加熱部材上に配置される。これにより、緩衝部材３０に対して台座２と反対側から圧力が加えらつつ、第１の接着剤２０が熱処理される。これにより、第１の接着剤２０（カーボン接着剤）中の溶媒が揮発し、固化したカーボンからなる第１の接着層２１が形成される。このようにして工程（Ｓ２１）では、緩衝部材３０が第１の接着層２１により台座２に対して固定される。

次に、工程（Ｓ２２）として第２固定工程が実施される。この工程（Ｓ２２）では、図４を参照して、上記第１工程工程（Ｓ２１）の完了後、緩衝部材３０の表面（第１の接着層２１と反対側の表面）上に第２の接着剤４０が塗布される。第２の接着剤４０は、上記第１の接着剤２０と同様にたとえばカーボン接着剤であり、熱処理を施して溶媒を揮発させることによりカーボン接着層を形成することができる。

第２の接着剤４０の塗布量は３ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下であり、好ましくは５ｍｇ／ｃｍ²以上１０ｍｇ／ｃｍ²以下である。第２の接着剤４０の厚みはたとえば５μｍ以上３０μｍ以下である。第２の接着剤４０の比重は１．２以上１．３以下であり、たとえば１．２８である。第２の接着剤４０の塗布量は上記第１の接着剤２０の場合と同様に調整することが可能である。

次に、第２の接着剤４０上にＳｉＣ種結晶１０が配置される。より具体的には、主面１０ａが第２の接着剤４０側に向いた状態でＳｉＣ種結晶１０が配置される。これにより、ＳｉＣ種結晶１０が緩衝部材３０との間に第２の接着剤４０を挟むように配置される。次に、ＳｉＣ種結晶１０に対して圧力が加えらつつ、第２の接着剤４０が熱処理される。より具体的には、たとえば重り（図示しない）などの押圧部材がＳｉＣ種結晶１０上に配置されるとともに、台座２がたとえばホットプレート（図示しない）などの加熱部材上に配置される。これにより、ＳｉＣ種結晶１０に対して台座２と反対側から圧力が加えらつつ、第２の接着剤４０が熱処理される。これにより、第２の接着剤４０（カーボン接着剤）中の溶媒が揮発し、固化したカーボンからなる第２の接着層４１が形成される。このようにして工程（Ｓ２２）では、ＳｉＣ種結晶１０が第２の接着層４１により緩衝部材３０に対して固定される。以上のようにして上記工程（Ｓ２１）および（Ｓ２２）が順に実施されることにより、ＳｉＣ種結晶１０が台座２上に固定される。

上記本実施形態では、上記工程（Ｓ２１）にて第１の接着剤２０が熱処理されて第１の接着層２１が形成された後、上記工程（Ｓ２２）にて第２の接着剤４０が熱処理されて第２の接着層４１が形成される場合について説明したが、これに限定されない。すなわち、台座２上において第１の接着剤２０、緩衝部材３０、第２の接着剤４０およびＳｉＣ種結晶１０が順に積層された後に熱処理が実施されることにより（すなわち、第１および第２の接着剤２０，４０が同時に熱処理されることにより）、第１および第２の接着層２１，４１が形成されてもよい。

また、上記本実施形態では、ＳｉＣ種結晶１０の結晶成長面をカーボン面側の面（主面１０ｂ）とするために、主面１０ａが第２の接着剤４０側に向いた状態でＳｉＣ種結晶１０が配置される場合について説明したが、これに限定されない。すなわち、シリコン面側の面（主面１０ａ）を結晶成長面とするために、主面１０ｂが第２の接着剤４０側に向いた状態でＳｉＣ種結晶１０が配置されてもよい。

次に、工程（Ｓ３０）として結晶成長工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図５を参照して、以下に説明するようにしてＳｉＣ種結晶１０の結晶成長面である主面１０ｂ上においてＳｉＣ層１１が結晶成長する。図５を参照して、まず、グラファイト製の坩堝１が準備される。また、多結晶のＳｉＣ粉末やＳｉＣ焼結体からなる原料１２が準備され、坩堝１の底部１ａに配置される。また上記工程（Ｓ２０）において緩衝部材３０を介してＳｉＣ種結晶１０が固定された台座２が、坩堝１に設置される。これにより、図５に示すように坩堝１の内部においてＳｉＣ種結晶１０と原料１２とが互いに対向した状態となる。なお、図５では図４を参照して説明した第１および第２の接着層２１，４１が省略されている。

次に、キャリアガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスが、坩堝１の内部に供給される。そして、坩堝１の外周部に配置された加熱コイル（図示しない）により、坩堝１の内部がたとえば２０００℃以上２５００℃以下の結晶成長温度にまで加熱される。このとき、坩堝１の内部は、原料１２が配置される底部１ａ側からＳｉＣ種結晶１０が配置される台座２側に向かう方向において温度が低くなる温度勾配が形成されるように加熱される。

次に、アルゴンガスが供給されつつ坩堝１の内部が所定の圧力にまで減圧される。これにより、原料１２の昇華が開始されて炭化珪素の原料ガスが発生し、当該原料ガスがＳｉＣ種結晶１０の主面１０ｂ上において固化することによりＳｉＣ層１１が成長する。またドーパントガスとしての窒素ガスもアルゴンガスとともに坩堝１の内部に供給される。そして、窒素ガスが熱分解されて発生した窒素原子が、結晶成長中のＳｉＣ層１１にドーパントとして取り込まれる。このように工程（Ｓ３０）では、窒素ガスおよびアルゴンガスを供給しつつ原料１２を昇華させることにより、ＳｉＣ種結晶１０上の主面１０ｂ上において窒素原子を含むＳｉＣ層１１を成長させることができる。以上のようにして上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）が順に実施されることにより、ＳｉＣ種結晶１０とＳｉＣ層１１とを含むＳｉＣインゴット１３が得られ、本実施形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法が完了する。

ＳｉＣ種結晶１０の台座２への固定に用いられる接着剤の塗布量がインゴットの品質に与える影響について調査を行った。

まず、上記本実施形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法を用いてＳｉＣインゴット１３を得た。第１の接着剤２０の塗布量は、５ｍｇ／ｃｍ²以上５０ｍｇ／ｃｍ²以下の範囲内において４つの条件を設定した（５ｍｇ／ｃｍ²、１０ｍｇ／ｃｍ²、３０ｍｇ／ｃｍ²、５０ｍｇ／ｃｍ²）。第２の接着剤４０の塗布量は、３ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下の範囲内において４つの条件を設定した（３ｍｇ／ｃｍ²、５ｍｇ／ｃｍ²、１０ｍｇ／ｃｍ²、３０ｍｇ／ｃｍ²）。

また、比較例として、第１の接着剤２０の塗布量を上記範囲外において３条件設定し（２ｍｇ／ｃｍ²、３ｍｇ／ｃｍ²、８０ｍｇ／ｃｍ²）、また第２の接着剤４０の塗布量を上記範囲外において２条件設定した（２ｍｇ／ｃｍ²、５０ｍｇ／ｃｍ²）。そして、結晶成長後におけるマクロ欠陥の有無について調査した。表１は上記調査結果を示しており、表中の「○」印はマクロ欠陥の発生無を示し、「×」印はマクロ欠陥の発生有を示している。

表１から明らかなように、第１の接着剤２０の塗布量を５ｍｇ／ｃｍ²以上５０ｍｇ／ｃｍ²以下の範囲内に調整し、かつ第２の接着剤４０の塗布量を３ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下の範囲内に調整することにより、結晶成長後のマクロ欠陥の発生が抑制されることが分かった。

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。

本発明の一態様の炭化珪素インゴットの製造方法は、高品質な炭化珪素インゴットを得ることが要求される炭化珪素インゴットの製造方法において、特に有利に適用され得る。

１ 坩堝
１ａ 底部
２ 台座
２ａ 固定面
１０ 炭化珪素（ＳｉＣ）種結晶
１０ａ，１０ｂ 主面
１１ 炭化珪素（ＳｉＣ）層
１２ 原料
１３ 炭化珪素（ＳｉＣ）インゴット
２０ 第１の接着剤
２１ 第１の接着層
３０ 緩衝部材
４０ 第２の接着剤
４１ 第２の接着層

Claims (5)

1. 炭化珪素種結晶を準備する工程と、
   台座上に前記炭化珪素種結晶を固定する工程とを備え、
   前記炭化珪素種結晶を固定する工程は、
   第１の接着剤が５ｍｇ／ｃｍ²以上５０ｍｇ／ｃｍ²以下の塗布量で前記台座上に配置され、前記台座との間に前記第１の接着剤を挟んで緩衝部材が配置される第１の固定工程と、
   第２の接着剤が３ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下の塗布量で前記緩衝部材上に配置され、前記緩衝部材との間に前記第２の接着剤を挟んで前記炭化珪素種結晶が配置される第２の固定工程とを含み、さらに、
   前記炭化珪素種結晶において前記台座と反対側の結晶成長面上に炭化珪素層を成長させる工程を備える、炭化珪素インゴットの製造方法。
2. 前記第１の固定工程では、前記第１の接着剤が熱処理されて第１の接着層が形成され、前記第１の接着層により前記緩衝部材が前記台座に固定され、
   前記第２の固定工程では、前記第１の固定工程の完了後に前記第２の接着剤が熱処理されて第２の接着層が形成され、前記第２の接着層により前記炭化珪素種結晶が前記緩衝部材に固定される、請求項１に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
3. 前記第１の接着剤の前記塗布量は５ｍｇ／ｃｍ²以上３０ｍｇ／ｃｍ²以下であり、
   前記第２の接着剤の前記塗布量は５ｍｇ／ｃｍ²以上１０ｍｇ／ｃｍ²以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
4. 前記第１の接着剤の比重は、１．２以上１．３以下であり、
   前記第２の接着剤の比重は、１．２以上１．３以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
5. 前記炭化珪素種結晶は１５０ｍｍ以上の直径を有する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。

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