JP2016013949A - Method of manufacturing single crystal - Google Patents

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裕彌 鈴木
Hiroyoshi Suzuki
裕彌 鈴木
智明 古庄
Tomoaki Kosho
智明 古庄
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single crystal of high quality by suppressing thermal stress applied from a pedestal to a seed crystal substrate during crystal growth.SOLUTION: A seed crystal substrate 1 has, on a reverse side PB, a first direction SX of a first coefficient of thermal expansion and a second direction of a second coefficient of thermal expansion larger than the first coefficient of thermal expansion. An intermediate member 31 includes one graphite plate 3 forming a bearing surface PS. The intermediate member 31 has, on the bearing surface PS, a third direction of a third coefficient of thermal expansion and a fourth direction of a fourth coefficient of thermal expansion larger than the third coefficient of thermal expansion. A process of arranging the intermediate member 31 on the seed crystal substrate 1 is so performed that the third direction CX is close to a direction SX between the direction SX and a direction SY, and the fourth direction CY is close to a direction SY between the direction SX and direction SY.

Description

本発明は、単結晶の製造方法に関し、特に、種結晶基板を用いた単結晶の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a single crystal, and more particularly to a method for producing a single crystal using a seed crystal substrate.

炭化珪素(SiC)は、熱的および化学的に優れた特性を有し、また禁制帯幅が珪素(Si)に比べ大きいことから電気的にも優れた特性を有する半導体材料として知られている。特にポリタイプ4H型のSiCは、電子移動度および飽和電子速度が大きいことから、パワーデバイス向け半導体基板として実用化が始まっている。SiC基板は、現在、直径150mm程度(6インチ)程度までのものが市販されている。しかしながらこれらは一般に結晶欠陥密度が高く、半導体装置の用途として用いるには結晶欠陥密度を下げることが望まれている。そのため、SiC基板が切り出されるSiC単結晶の品質を高めることが求められている。   Silicon carbide (SiC) is known as a semiconductor material having excellent thermal and chemical properties, and also having excellent electrical characteristics because the band gap is larger than that of silicon (Si). . In particular, polytype 4H-type SiC has high practicality as a semiconductor substrate for power devices because of its high electron mobility and saturated electron velocity. SiC substrates having a diameter of about 150 mm (6 inches) are commercially available. However, these generally have a high crystal defect density, and it is desired to reduce the crystal defect density for use as a semiconductor device. Therefore, it is required to improve the quality of the SiC single crystal from which the SiC substrate is cut out.

半導体としての単結晶、特にSiC単結晶、を得る方法として、昇華再結晶法が広く用いられている。昇華再結晶法とは、種結晶と原料とを坩堝内で対向させて配置し、原料の昇華点である約2300℃付近まで坩堝内を加熱し、原料から昇華したガスを種結晶上で再結晶化させることにより結晶を成長させる方法である。坩堝の加熱方式としては、高周波による誘導加熱を用いる方法が一般的である。このため、坩堝の材料には、導電性および耐熱性の観点からグラファイトを用いるのが一般的である。坩堝の形状としては、高周波誘導加熱による表皮効果に起因する温度不均一を抑えるため、また加工を容易にするために、円筒形状が用いられる。さらに、坩堝からの熱輻射を抑制することで効率よく加熱を行うために、坩堝は断熱材で覆われている。この断熱材は、導電性がなく、かつ2400℃程度の高温に耐え得る必要があり、フェルト状グラファイトを用いて作られる。   As a method for obtaining a single crystal as a semiconductor, especially a SiC single crystal, a sublimation recrystallization method is widely used. In the sublimation recrystallization method, the seed crystal and the raw material are placed facing each other in the crucible, the inside of the crucible is heated to about 2300 ° C., which is the sublimation point of the raw material, and the gas sublimated from the raw material is regenerated on the seed crystal. This is a method of growing a crystal by crystallization. As a method for heating the crucible, a method using induction heating by high frequency is common. For this reason, graphite is generally used as the crucible material from the viewpoint of conductivity and heat resistance. As the shape of the crucible, a cylindrical shape is used in order to suppress temperature non-uniformity due to the skin effect due to high-frequency induction heating and to facilitate processing. Furthermore, the crucible is covered with a heat insulating material in order to efficiently heat by suppressing thermal radiation from the crucible. This heat insulating material is not electrically conductive and needs to withstand a high temperature of about 2400 ° C., and is made of felt-like graphite.

昇華再結晶法により高品質の結晶を得るためには、結晶成長において、種結晶および成長結晶の温度を精密に制御することが必要である。そのためには昇華ガスの再結晶化により発生する熱を種結晶および成長結晶から効率的に取り除くことが重要である。そのため、種結晶と台座との間の熱伝導を確保するために、種結晶と台座とが互いに密着していることが望ましく、種結晶をグラファイト製台座に接着剤を用いて取り付けられることが一般に行われている。しかし接着剤を用いた場合、単結晶と台座との熱膨張係数の相違により、結晶成長時などの高温処理時に種結晶および結晶に熱応力が加わることで、結晶欠陥が発生したり、結晶が破損したりすることがある。また昇華再結晶法に限らず一般に、単結晶の品質は、その成長に用いられる種結晶の取付状態によって大きく左右され得る。   In order to obtain a high quality crystal by the sublimation recrystallization method, it is necessary to precisely control the temperature of the seed crystal and the grown crystal in the crystal growth. For that purpose, it is important to efficiently remove the heat generated by the recrystallization of the sublimation gas from the seed crystal and the grown crystal. Therefore, in order to ensure heat conduction between the seed crystal and the pedestal, it is desirable that the seed crystal and the pedestal are in close contact with each other, and the seed crystal is generally attached to the graphite pedestal using an adhesive. Has been done. However, when an adhesive is used, due to the difference in the thermal expansion coefficient between the single crystal and the pedestal, thermal stress is applied to the seed crystal and the crystal during high temperature processing such as crystal growth, resulting in crystal defects or crystal It may be damaged. Further, not only the sublimation recrystallization method but generally the quality of a single crystal can be greatly influenced by the mounting state of a seed crystal used for the growth.

種結晶および成長結晶に加わる熱応力を緩和する方法として、台座を3層以上のグラファイト部材で多層構造として構成し、それぞれのグラファイト部材の熱膨張係数の平均値を種結晶の熱膨張係数に近づけることで、SiCとグラファイトとの熱膨張係数の相違によりSiC単結晶に熱応力が発生することを抑制する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As a method of relieving the thermal stress applied to the seed crystal and the grown crystal, the pedestal is constituted by a multilayer structure of three or more graphite members, and the average value of the thermal expansion coefficients of the respective graphite members is brought close to the thermal expansion coefficient of the seed crystal. Thus, there is known a method for suppressing the generation of thermal stress in a SiC single crystal due to the difference in thermal expansion coefficient between SiC and graphite (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−120419号公報JP 2009-120419 A

上記特許文献1に示されるように台座を多層構造として構成することで、台座の熱膨張係数を実効的に種結晶基板の熱膨張係数に近づけることができる。しかしながら、SiC単結晶の熱膨張係数は結晶方位によりが異なり、上記特許文献の技術はこの点を考慮していない。例えば{1100}面を有する種結晶が用いられる場合、種結晶の接着面において<0001>方向および<1120>方向の熱膨張係数が異なるため、方向を考慮して台座の設計がなされていない限り、台座と種結晶基板との間で必然的に熱膨張係数の不一致が生じる。この結果、種結晶および成長結晶は台座から少なからず熱応力を受けることになる。   By configuring the pedestal as a multilayer structure as shown in Patent Document 1, the thermal expansion coefficient of the pedestal can be effectively brought close to the thermal expansion coefficient of the seed crystal substrate. However, the coefficient of thermal expansion of the SiC single crystal differs depending on the crystal orientation, and the technique of the above-mentioned patent document does not consider this point. For example, when a seed crystal having a {1100} plane is used, since the thermal expansion coefficients of the <0001> direction and the <1120> direction are different on the bonding surface of the seed crystal, unless the pedestal is designed in consideration of the direction. Inevitably, there is a mismatch in thermal expansion coefficient between the pedestal and the seed crystal substrate. As a result, the seed crystal and the grown crystal are subjected to a considerable amount of thermal stress from the pedestal.

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り、その目的は、結晶成長時に台座から種結晶基板に加わる熱応力を抑えることによってより高品質の単結晶を得ることができる単結晶の製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to obtain a higher quality single crystal by suppressing thermal stress applied to the seed crystal substrate from the pedestal during crystal growth. It is to provide a method for producing a single crystal.

本発明の単結晶の製造方法は、室温よりも高い結晶成長温度において結晶成長を行うことによる単結晶の製造方法であって、以下の工程を有する。   The method for producing a single crystal of the present invention is a method for producing a single crystal by performing crystal growth at a crystal growth temperature higher than room temperature, and includes the following steps.

成長面と成長面と反対の裏面とを有する種結晶基板を準備する工程が行なわれる。種結晶基板は裏面において、結晶成長温度で第1の熱膨張係数を有する第1の方向と、結晶成長温度で第1の熱膨張係数よりも大きい第2の熱膨張係数を有する第2の方向とを有する。   A step of preparing a seed crystal substrate having a growth surface and a back surface opposite to the growth surface is performed. The seed crystal substrate has a first direction having a first thermal expansion coefficient at the crystal growth temperature and a second direction having a second thermal expansion coefficient larger than the first thermal expansion coefficient at the crystal growth temperature on the back surface. And have.

種結晶基板の裏面上に、種結晶基板を支持するための支持面と支持面と反対の取付面とを有する中間部材を配置する工程が行なわれる。中間部材は少なくとも1つのグラファイト板を含む。少なくとも1つのグラファイト板は、支持面をなす一のグラファイト板を含む。中間部材を配置する工程は、種結晶基板の裏面に支持面を接着する工程を含む。中間部材は支持面において、結晶成長温度で第3の熱膨張係数を有する第3の方向と、結晶成長温度で第3の熱膨張係数よりも大きい第4の熱膨張係数を有する第4の方向とを有する。中間部材を配置する工程は、第3の方向が第1の方向および第2の方向のうち第1の方向により近く、かつ、第4の方向が第1の方向および第2の方向のうち第2の方向により近くなるように行われる。   A step of disposing an intermediate member having a support surface for supporting the seed crystal substrate and an attachment surface opposite to the support surface on the back surface of the seed crystal substrate is performed. The intermediate member includes at least one graphite plate. The at least one graphite plate includes one graphite plate that forms a support surface. The step of arranging the intermediate member includes a step of bonding the support surface to the back surface of the seed crystal substrate. The intermediate member has a third direction having a third thermal expansion coefficient at the crystal growth temperature and a fourth direction having a fourth thermal expansion coefficient larger than the third thermal expansion coefficient at the crystal growth temperature on the support surface. And have. The step of disposing the intermediate member includes the third direction being closer to the first direction out of the first direction and the second direction, and the fourth direction being the first out of the first direction and the second direction. It is performed so as to be closer to the direction of 2.

台座に中間部材の取付面を取り付ける工程が行なわれる。中間部材を介して台座に支持された種結晶基板の成長面上において結晶成長温度で結晶成長を行う工程が行なわれる。   A step of attaching the attachment surface of the intermediate member to the pedestal is performed. A step of performing crystal growth at the crystal growth temperature is performed on the growth surface of the seed crystal substrate supported by the pedestal via the intermediate member.

本発明によれば、中間部材の熱膨張係数の異方性と種結晶基板の熱膨張係数の異方性との両方を考慮した方向を向くように、種結晶基板に中間部材が取り付けられる。このようにして取り付けられた中間部材によって、結晶成長時に台座から種結晶基板に加わる熱応力が抑えられる。これにより高品質の単結晶を得ることができる。   According to the present invention, the intermediate member is attached to the seed crystal substrate so as to face the direction in consideration of both the anisotropy of the thermal expansion coefficient of the intermediate member and the anisotropy of the thermal expansion coefficient of the seed crystal substrate. The intermediate member thus attached suppresses thermal stress applied to the seed crystal substrate from the pedestal during crystal growth. Thereby, a high quality single crystal can be obtained.

本発明の実施の形態1における単結晶の製造方法において準備される種結晶基板の構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the structure of the seed crystal substrate prepared in the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における単結晶の製造方法における、種結晶基板の成長面の研磨工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the grinding | polishing process of the growth surface of a seed crystal substrate in the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における単結晶の製造方法における、種結晶基板の裏面の研磨工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the grinding | polishing process of the back surface of a seed crystal substrate in the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における単結晶の製造方法において中間部材として準備される一のグラファイト板の構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the structure of the one graphite board prepared as an intermediate member in the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における単結晶の製造方法において一のグラファイト板が切り出されるグラファイトブロックの構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the graphite block from which one graphite board is cut out in the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における単結晶の製造方法における、種結晶基板の裏面に一のグラファイト基板の支持面を接着する工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the process of adhere | attaching the support surface of one graphite substrate on the back surface of a seed crystal substrate in the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における単結晶の製造方法における、接着剤硬化層の焼成工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the baking process of the adhesive agent hardening layer in the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 1 of this invention. 図7の工程によって形成された接着層によって互いに接着された、種結晶基板と、中間部材としての一のグラファイト基板とを概略的に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a seed crystal substrate and one graphite substrate as an intermediate member bonded to each other by an adhesive layer formed by the step of FIG. 7. 本発明の実施の形態1における単結晶の製造方法における、台座と中間部材の取付面とを接着剤硬化層によって取り付ける工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the process of attaching the base and the attachment surface of an intermediate member with an adhesive hardening layer in the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 1 of this invention. 図9の接着剤硬化層が接着層とされた状態を概略的に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a state where the adhesive cured layer of FIG. 9 is an adhesive layer. 本発明の実施の形態1における単結晶の製造方法における結晶成長の様子を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the mode of the crystal growth in the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における単結晶の製造方法の一工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly 1 process of the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における単結晶の製造方法の一工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly 1 process of the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における単結晶の製造方法の一工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly 1 process of the manufacturing method of the single crystal in Embodiment 2 of this invention.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。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 drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

結晶学上の表記法に従い、[ ]は方向を個別に示し、< >は等価な方向を包括的に示し、( )は面を個別に示し、{ }は等価な面を包括的に示す。なお指数の負の成分を示す際に、出願手続における表記法の制約上、数字の上のオーバーラインに代わり、数字の前のマイナス符号を用いる。   According to the crystallographic notation, [] indicates the direction individually, <> indicates the equivalent direction comprehensively, () indicates the surface individually, and {} indicates the equivalent surface comprehensively. In order to indicate the negative component of the index, a minus sign in front of the number is used in place of the overline on the number due to restrictions on notation in the application procedure.

<実施の形態1>
(種結晶基板について)
図1を参照して、成長面PGと、成長面PGと反対の裏面PBとを有する種結晶基板1が準備される。種結晶基板1は、例えば、直径75mm程度(3インチ)の円板形状を有する。種結晶基板1はSiCから作られている。種結晶基板1は六方晶系の結晶構造を有し、よって<11−20>方向、<1100>方向および<0001>方向などによって定義され得る結晶方向をその内部に有する。種結晶基板1のポリタイプは4Hである。
<Embodiment 1>
(Seed crystal substrate)
Referring to FIG. 1, seed crystal substrate 1 having a growth surface PG and a back surface PB opposite to growth surface PG is prepared. The seed crystal substrate 1 has, for example, a disk shape with a diameter of about 75 mm (3 inches). The seed crystal substrate 1 is made of SiC. The seed crystal substrate 1 has a hexagonal crystal structure, and thus has a crystal direction defined therein by the <11-20> direction, the <1100> direction, the <0001> direction, and the like. The polytype of the seed crystal substrate 1 is 4H.

成長面PGおよび裏面PBは{11−20}面を有する。言い換えれば、成長面PGおよび裏面PBは、本実施の形態においては<1100>方向および<0001>方向を含む。   The growth surface PG and the back surface PB have {11-20} surfaces. In other words, the growth surface PG and the back surface PB include the <1100> direction and the <0001> direction in the present embodiment.

種結晶基板1は裏面PBにおいて方向SX(第1の方向)と方向SY(第2の方向)とを有する。本実施の形態においては、方向SX、SYおよびSZのそれぞれは、互いに直交する<0001>方向、<1100>方向および<11−20>方向に対応している。よって方向SX、SYおよびSZは3次元直交座標系をなしている。   The seed crystal substrate 1 has a direction SX (first direction) and a direction SY (second direction) on the back surface PB. In the present embodiment, the directions SX, SY, and SZ correspond to the <0001> direction, the <1100> direction, and the <11-20> direction that are orthogonal to each other. Therefore, the directions SX, SY and SZ form a three-dimensional orthogonal coordinate system.

種結晶基板1において、方向SXは結晶成長温度で熱膨張係数αSX(第1の熱膨張係数)を有し、方向SYは結晶成長温度で熱膨張係数αSXよりも大きい熱膨張係数αSY(第2の熱膨張係数)を有する。ここで結晶成長温度とは、後述するように種結晶基板1を用いて行われる結晶成長に用いられる温度におおよそ対応する温度であり、本実施の形態においてはおおよそ2000℃である。 In the seed crystal substrate 1, the direction SX has a thermal expansion coefficient α SX (first thermal expansion coefficient) at the crystal growth temperature, and the direction SY has a thermal expansion coefficient α SY larger than the thermal expansion coefficient α SX at the crystal growth temperature. (Second thermal expansion coefficient). Here, the crystal growth temperature is a temperature approximately corresponding to a temperature used for crystal growth performed using the seed crystal substrate 1 as described later, and is approximately 2000 ° C. in the present embodiment.

図2を参照して、種結晶基板1の成長面PGが露出するように種結晶基板1がセラミック製の研磨プレート2上に貼り付けられる。研磨プレート2によって支持された種結晶基板1の成長面PGがダイヤモンド砥粒を用いて研磨される。次にCMP(Chemical Mechanical Polishing)により成長面PGに存在するダメージ層が除去される。その後、研磨プレート2から種結晶基板1が取り外される。次に種結晶基板1が洗浄される。   Referring to FIG. 2, seed crystal substrate 1 is bonded onto ceramic polishing plate 2 so that growth surface PG of seed crystal substrate 1 is exposed. The growth surface PG of the seed crystal substrate 1 supported by the polishing plate 2 is polished using diamond abrasive grains. Next, the damaged layer existing on the growth surface PG is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing). Thereafter, the seed crystal substrate 1 is removed from the polishing plate 2. Next, the seed crystal substrate 1 is cleaned.

図3を参照して、種結晶基板1の裏面PBが露出するように種結晶基板1がセラミック製の研磨プレート2上に貼り付けられる。研磨プレート2によって支持された種結晶基板1の裏面PBが研磨処理などによって粗面化される。これにより裏面PBの表面積が大きくなることで、接着剤が適用された場合における裏面PBの接着性が向上する。その後、研磨プレート2から種結晶基板1が取り外される。次に種結晶基板1が洗浄される。   Referring to FIG. 3, seed crystal substrate 1 is affixed on ceramic polishing plate 2 so that back surface PB of seed crystal substrate 1 is exposed. The back surface PB of the seed crystal substrate 1 supported by the polishing plate 2 is roughened by a polishing process or the like. Thereby, the adhesiveness of the back surface PB in the case where the adhesive is applied is improved by increasing the surface area of the back surface PB. Thereafter, the seed crystal substrate 1 is removed from the polishing plate 2. Next, the seed crystal substrate 1 is cleaned.

(中間部材としてのグラファイト板について)
図4を参照して、本実施の形態における中間部材31として、グラファイト板3(一のグラファイト板)が準備される。すなわち、本実施の形態においては中間部材31が単一のグラファイト板3から構成され、グラファイト板3は、中間部材31の支持面PSと、支持面PSと反対の取付面PFとをなしている。グラファイト板3は0.2mm以上1.5mm以下の厚さを有することが好ましく、例えば1mm程度の厚さを有する。中間部材31は支持面PSにおいて、結晶成長温度で熱膨張係数αCX(第3の熱膨張係数)を有する方向CX(第3の方向)と、結晶成長温度で熱膨張係数αCXよりも大きい熱膨張係数αCY(第4の熱膨張係数)を有する方向CY(第4の方向)とを有する。なお方向CX、CYおよびCZは3次元直交座標系の各軸に対応している。よって本実施の形態においては、方向SXおよびSY(図1)の間の角度と、方向CXおよびCY(図4)の間の角度はともに90°であり、互いに等しい。
(About graphite plates as intermediate members)
Referring to FIG. 4, graphite plate 3 (one graphite plate) is prepared as intermediate member 31 in the present embodiment. That is, in the present embodiment, the intermediate member 31 is composed of a single graphite plate 3, and the graphite plate 3 forms a support surface PS of the intermediate member 31 and a mounting surface PF opposite to the support surface PS. . The graphite plate 3 preferably has a thickness of 0.2 mm or more and 1.5 mm or less, for example, a thickness of about 1 mm. The intermediate member 31 has a direction CX (third direction) having a thermal expansion coefficient α CX (third thermal expansion coefficient) at the crystal growth temperature and a larger thermal expansion coefficient α CX at the crystal growth temperature on the support surface PS. And a direction CY (fourth direction) having a thermal expansion coefficient α CY (fourth thermal expansion coefficient). The directions CX, CY and CZ correspond to the respective axes of the three-dimensional orthogonal coordinate system. Therefore, in the present embodiment, the angle between directions SX and SY (FIG. 1) and the angle between directions CX and CY (FIG. 4) are both 90 ° and are equal to each other.

種結晶基板1の熱膨張係数αSXおよびαSYとの関係でいうと、熱膨張係数αCXは熱膨張係数αSXに対して0.5%以下の差異を有し、かつ熱膨張係数αCYは熱膨張係数αSYに対して0.5%以下の差異を有することが好ましい。この場合において、熱膨張係数αSXおよび熱膨張係数αSYの間に1%程度以上の異方性があれば、熱膨張係数αCXは熱膨張係数αSYに対して0.5%超の差異を有し、かつ熱膨張係数αCYは熱膨張係数αSXに対して0.5%超の差異を有する。 In relation to the thermal expansion coefficients α SX and α SY of the seed crystal substrate 1, the thermal expansion coefficient α CX has a difference of 0.5% or less with respect to the thermal expansion coefficient α SX , and the thermal expansion coefficient α CY preferably has a difference of 0.5% or less with respect to the thermal expansion coefficient α SY . In this case, if there is an anisotropy of about 1% or more between the thermal expansion coefficient α SX and the thermal expansion coefficient α SY , the thermal expansion coefficient α CX exceeds 0.5% with respect to the thermal expansion coefficient α SY . And the coefficient of thermal expansion α CY has a difference of more than 0.5% with respect to the coefficient of thermal expansion α SX .

図5を参照して、グラファイト板3はグラファイトブロック3Lから切り出されることによって形成される。グラファイトブロック3Lの形状は、例えば、300mm×600mm×1000mm程度の長方形である。グラファイトブロックは、一般に等方性部材として市販されているものの、10%未満程度の、ある程度の異方性を熱膨張係数について有している。そこで、少なくとも2つの方向について、測定温度(一の温度)におけるグラファイトブロック3Lの熱膨張係数が測定される。測定温度は好ましくは400℃以上である。その結果に基づき、異方性を有する種結晶基板1の熱膨張係数になるべく近い熱膨張係数をグラファイト板3が有するように、グラファイトブロック3Lからグラファイト板3が切り出される。   Referring to FIG. 5, graphite plate 3 is formed by being cut out from graphite block 3L. The shape of the graphite block 3L is, for example, a rectangle of about 300 mm × 600 mm × 1000 mm. Although the graphite block is generally marketed as an isotropic member, it has a certain degree of anisotropy in terms of thermal expansion coefficient of less than 10%. Therefore, the thermal expansion coefficient of the graphite block 3L at the measurement temperature (one temperature) is measured in at least two directions. The measurement temperature is preferably 400 ° C. or higher. Based on the result, the graphite plate 3 is cut out from the graphite block 3L so that the graphite plate 3 has a thermal expansion coefficient as close as possible to that of the seed crystal substrate 1 having anisotropy.

結晶成長温度における熱膨張係数を精確に知るためには結晶成長温度を測定温度としての測定が行われることが好ましい。しかしながら結晶成長温度が高い場合、高温での測定が必要となり、測定に要する時間およびコストが増大し得る。このため、より低い温度、特に2000℃未満の温度、で測定を行い、その結果を用いて、2000℃以上の結晶成長温度での熱膨張係数が推定されてもよい。   In order to accurately know the coefficient of thermal expansion at the crystal growth temperature, it is preferable to perform measurement using the crystal growth temperature as the measurement temperature. However, when the crystal growth temperature is high, measurement at a high temperature is required, which may increase the time and cost required for the measurement. For this reason, the measurement may be performed at a lower temperature, particularly a temperature lower than 2000 ° C., and the thermal expansion coefficient at a crystal growth temperature of 2000 ° C. or higher may be estimated using the result.

本実施形態においては、グラファイトブロック3Lの互いに直交する3方向X、YおよびZについての2000℃(結晶成長温度に対応)での熱膨張係数が測定されることが望ましいが、熱膨張係数の400℃程度までの測定結果の外挿により2000℃での熱膨張係数が推測され得る。この結果に基づき、方向CX、CYおよびCZが定められ、グラファイトブロック3Lからグラファイト板3が切り出される。方向CX、CYおよびCZの各々は、方向X、YおよびZのいずれかと同じであってもよく、あるいは方向X、YおよびZの2つまたは3つから合成された方向であってもよい。方向X、YおよびZによる座標系と、方向CX、CYおよびCZによる座標系との関係が定められていれば、グラファイトブロック3Lの熱膨張係数の測定結果に基づいて、グラファイト板3の方向CXおよびCYの各々における熱膨張係数を算出または概算することができる。方向CXおよびCYは、グラファイト板3の方向CXおよびCYのそれぞれにおける結晶成長温度での熱膨張係数が、SiC単結晶の<0001>方向および<1100>方向の熱膨張係数になるべく近い値、好ましくは差異0.5%以内の値、を有するように定められる。   In the present embodiment, it is desirable to measure the thermal expansion coefficient at 2000 ° C. (corresponding to the crystal growth temperature) in three directions X, Y and Z orthogonal to each other of the graphite block 3L. A thermal expansion coefficient at 2000 ° C. can be estimated by extrapolating the measurement results up to about 0 ° C. Based on this result, directions CX, CY and CZ are determined, and the graphite plate 3 is cut out from the graphite block 3L. Each of the directions CX, CY, and CZ may be the same as any of the directions X, Y, and Z, or may be a direction synthesized from two or three of the directions X, Y, and Z. If the relationship between the coordinate system based on the directions X, Y and Z and the coordinate system based on the directions CX, CY and CZ is determined, the direction CX of the graphite plate 3 is determined based on the measurement result of the thermal expansion coefficient of the graphite block 3L. And the coefficient of thermal expansion in each of CY and CY can be calculated or approximated. The directions CX and CY are such values that the thermal expansion coefficients at the crystal growth temperatures in the directions CX and CY of the graphite plate 3 are as close as possible to the thermal expansion coefficients of the <0001> direction and the <1100> direction of the SiC single crystal, respectively. Is defined to have a value within 0.5% of the difference.

(接着工程について)
図6を参照して、種結晶基板1の裏面PB上に中間部材31としてのグラファイト板3が配置される。種結晶基板1の裏面PB上におけるグラファイト板3の向きは、種結晶基板1の熱膨張異方性と、グラファイト板3の熱膨張異方性とがなるべくそろうように選択される。このためグラファイト板3は、方向CX(図4)が方向SXおよび方向SY(図1)のうち方向SXにより近く、かつ、方向CY(図4)が方向SXおよび方向SY(図1)のうち方向SYにより近くなるように配置される。好ましくはグラファイト板3は、方向CXおよびCYのそれぞれが方向SXおよびSYに対応するように配置される。
(About bonding process)
Referring to FIG. 6, graphite plate 3 as intermediate member 31 is arranged on back surface PB of seed crystal substrate 1. The orientation of the graphite plate 3 on the back surface PB of the seed crystal substrate 1 is selected so that the thermal expansion anisotropy of the seed crystal substrate 1 and the thermal expansion anisotropy of the graphite plate 3 are as close as possible. Therefore, in the graphite plate 3, the direction CX (FIG. 4) is closer to the direction SX among the direction SX and the direction SY (FIG. 1), and the direction CY (FIG. 4) is the direction SX and the direction SY (FIG. 1). Arranged closer to the direction SY. Preferably, the graphite plate 3 is arranged so that the directions CX and CY correspond to the directions SX and SY, respectively.

具体的には、種結晶基板1の裏面PBに、グラファイト板3の支持面PSが接着される。まず裏面PBおよび支持面PSの少なくともいずれかに接着剤が塗布される。接着剤はカーボン接着剤またはSiC接着剤が好ましい。次に種結晶基板1およびグラファイト板3が互いに重ねられる。次に、塗布された接着剤を硬化することにより接着剤硬化層4Apが形成される。接着剤の硬化は、接着剤を所定の硬化温度まで加熱することにより行い得る。   Specifically, the support surface PS of the graphite plate 3 is bonded to the back surface PB of the seed crystal substrate 1. First, an adhesive is applied to at least one of the back surface PB and the support surface PS. The adhesive is preferably a carbon adhesive or a SiC adhesive. Next, the seed crystal substrate 1 and the graphite plate 3 are stacked on each other. Next, the cured adhesive layer 4Ap is formed by curing the applied adhesive. The adhesive can be cured by heating the adhesive to a predetermined curing temperature.

図7を参照して、接着剤硬化層4Apが焼成されることにより、残存していた有機溶媒成分が完全に除去される。具体的には、接着剤硬化層4Apによって接着された種結晶基板1およびグラファイト板3が焼成用グラファイト坩堝5に収められる。焼成用グラファイト坩堝5の周囲は、熱輻射を防止し効率よく加熱するために断熱材(図示せず)で覆われる。そして誘導加熱により焼成用グラファイト坩堝5が加熱される。   Referring to FIG. 7, the remaining organic solvent component is completely removed by firing adhesive cured layer 4 </ b> Ap. Specifically, the seed crystal substrate 1 and the graphite plate 3 bonded by the adhesive hardened layer 4Ap are stored in the firing graphite crucible 5. The periphery of the firing graphite crucible 5 is covered with a heat insulating material (not shown) in order to prevent heat radiation and efficiently heat. Then, the graphite crucible 5 for firing is heated by induction heating.

さらに図8を参照して、上記の焼成により接着剤硬化層4Apから接着層4Aが得られる。すなわち接着層4Aによって互いに接着された、種結晶基板1と、中間部材31としてのグラファイト板3とが得られる。   Further, referring to FIG. 8, adhesive layer 4A is obtained from adhesive-cured layer 4Ap by the above baking. That is, the seed crystal substrate 1 and the graphite plate 3 as the intermediate member 31 bonded to each other by the adhesive layer 4A are obtained.

図9を参照して、次に、グラファイト製の台座6に中間部材31の取付面PFが取り付けられる。具体的には、まず、上述した接着剤硬化層4Ap(図6)と同様の接着剤硬化層4Bpによって、取付面PFが台座6に接着される。   Next, referring to FIG. 9, the attachment surface PF of the intermediate member 31 is attached to the graphite pedestal 6. Specifically, first, the mounting surface PF is bonded to the pedestal 6 by the adhesive cured layer 4Bp similar to the above-described adhesive cured layer 4Ap (FIG. 6).

さらに図10を参照して、上述した焼成(図7)と同様の方法により、接着剤硬化層4Bpから接着層4Bが得られる。すなわち接着層4Bによって互いに接着された、中間部材31としてのグラファイト板3と、台座6とが得られる。   Further, referring to FIG. 10, adhesive layer 4 </ b> B is obtained from adhesive cured layer 4 </ b> Bp by the same method as the above-described firing (FIG. 7). That is, the graphite plate 3 as the intermediate member 31 and the base 6 bonded to each other by the adhesive layer 4B are obtained.

以上、上述した2回の接着および焼成工程によって、種結晶基板1が、中間部材31としてのグラファイト板3を介して台座6に取り付けられる。なお2回の接着および焼成工程の順番は入れ替えることもできるが、上述したように種結晶基板1およびグラファイト板3の工程を先に行う方が望ましい。種結晶基板1およびグラファイト板3の接着を後に行うと、その後の焼成工程において、種結晶基板1とグラファイト板3とを接着している接着剤硬化層4Ap(図6)の有機溶媒成分の除去が十分に行われない可能性があるためである。種結晶基板1とグラファイト板3との間に有機溶媒成分が残留することにより、種結晶基板1の接着不良に起因した種結晶基板1と台座6との間の熱伝導の劣化、あるいは種結晶基板1の裏面PBからのSiCの昇華により、成長結晶の品質が劣化する可能性がある。また、種結晶基板1、グラファイト板3および台座6を接着剤硬化層4Apおよび4Bpによって接着した後に接着剤硬化層4Apおよび4Bpを一括して1回の工程で焼成することもできるが、種結晶基板1とグラファイト板3とを密着性良く接着するためには、接着工程の各々の後に焼成工程を行うことが望ましい。   As described above, the seed crystal substrate 1 is attached to the pedestal 6 through the graphite plate 3 as the intermediate member 31 by the above-described two bonding and firing steps. Although the order of the two bonding and firing steps can be changed, it is preferable to perform the steps of the seed crystal substrate 1 and the graphite plate 3 first as described above. When the seed crystal substrate 1 and the graphite plate 3 are bonded later, the organic solvent component of the adhesive cured layer 4Ap (FIG. 6) that bonds the seed crystal substrate 1 and the graphite plate 3 is removed in the subsequent firing step. This is because there is a possibility that this is not performed sufficiently. Due to the organic solvent component remaining between the seed crystal substrate 1 and the graphite plate 3, deterioration of heat conduction between the seed crystal substrate 1 and the pedestal 6 due to poor adhesion of the seed crystal substrate 1, or the seed crystal Due to the sublimation of SiC from the back surface PB of the substrate 1, the quality of the grown crystal may be deteriorated. In addition, after the seed crystal substrate 1, the graphite plate 3 and the pedestal 6 are bonded by the adhesive hardened layers 4Ap and 4Bp, the adhesive hardened layers 4Ap and 4Bp can be baked in one step at a time. In order to bond the substrate 1 and the graphite plate 3 with good adhesion, it is desirable to perform a baking step after each bonding step.

(結晶成長について)
図11を参照して、中間部材31を介して台座6に支持された種結晶基板1の成長面PG上において結晶成長が行われることにより、単結晶50が形成される。そのために、結晶成長坩堝11および蓋12を有する坩堝セット10が準備される。結晶成長坩堝11内に原料20が収められる。蓋12に台座6が取り付けられる。蓋12が結晶成長坩堝11に取り付けられることにより、結晶成長坩堝11が封止され、かつ種結晶基板1の成長面PGが原料20に対向させられる。坩堝セット10の周囲に断熱材(図示せず)が配置され、次にこれらが結晶成長炉の中に配置される。炉内が真空引きされ、そして炉内に不活性ガスであるアルゴンが充填される。結晶成長坩堝11の蓋12近傍部(図中、上部)の温度を原料20近傍部(図中、下部)の温度よりも低く保つことによって種結晶基板1と原料20とが対向する方向における温度勾配を設けつつ、結晶成長坩堝11を結晶成長温度である2000℃程度以上の温度まで加熱する。例えば、上部および下部のそれぞれの温度が2100℃および2200℃とされる。次にこの結晶成長温度を維持しつつ、炉内の圧力を変化させることにより結晶成長を開始させる。
(About crystal growth)
Referring to FIG. 11, single crystal 50 is formed by performing crystal growth on growth surface PG of seed crystal substrate 1 supported by pedestal 6 via intermediate member 31. For this purpose, a crucible set 10 having a crystal growth crucible 11 and a lid 12 is prepared. The raw material 20 is stored in the crystal growth crucible 11. A pedestal 6 is attached to the lid 12. By attaching the lid 12 to the crystal growth crucible 11, the crystal growth crucible 11 is sealed, and the growth surface PG of the seed crystal substrate 1 is opposed to the raw material 20. Thermal insulation materials (not shown) are arranged around the crucible set 10, and then these are arranged in a crystal growth furnace. The inside of the furnace is evacuated and filled with argon as an inert gas. The temperature in the direction in which the seed crystal substrate 1 and the raw material 20 face each other by keeping the temperature in the vicinity of the lid 12 (upper part in the drawing) of the crystal growth crucible 11 lower than the temperature in the vicinity of the raw material 20 (lower part in the drawing). While providing a gradient, the crystal growth crucible 11 is heated to a temperature of about 2000 ° C. or higher, which is the crystal growth temperature. For example, the upper and lower temperatures are 2100 ° C. and 2200 ° C., respectively. Next, crystal growth is started by changing the pressure in the furnace while maintaining this crystal growth temperature.

(実施例)
上記方法によって、単結晶50として、直径75mm、高さ20mmのSiCインゴットが得られた。得られたSiCインゴットをスライスすることでSiC基板が得られた。SiC基板に対して溶融KOHによりエッチング処理を施した後にその表面を観察することによってSiC基板の結晶品質を評価した。エッチピット密度は1200個/cm2と非常に低いことが確認できた。よって、本方法を用いることにより、非常に高品質な単結晶を得ることができることが確認できた。
(Example)
By the above method, a SiC ingot having a diameter of 75 mm and a height of 20 mm was obtained as the single crystal 50. A SiC substrate was obtained by slicing the obtained SiC ingot. The crystal quality of the SiC substrate was evaluated by observing the surface after etching the SiC substrate with molten KOH. It was confirmed that the etch pit density was very low at 1200 pieces / cm 2 . Therefore, it was confirmed that a very high quality single crystal can be obtained by using this method.

一方、種結晶基板1と台座6との間にグラファイト板3を配置しなかった場合、エッチピット密度は数千個/cm2と高密度となった。このことから、グラファイト板3を介さずに種結晶基板1を台座6に貼り付けると、安定して高品質な単結晶が得られないことが分かった。 On the other hand, when the graphite plate 3 was not disposed between the seed crystal substrate 1 and the pedestal 6, the etch pit density was as high as several thousand pieces / cm 2 . From this, it was found that when the seed crystal substrate 1 was attached to the pedestal 6 without using the graphite plate 3, a high-quality single crystal could not be obtained stably.

(効果)
本実施の形態の単結晶の製造方法によれば、中間部材31の熱膨張係数の異方性と種結晶基板1の熱膨張係数の異方性との両方を考慮した方向を向くように、種結晶基板1に中間部材31が取り付けられる。このようにして取り付けられた中間部材31によって、結晶成長時に台座6から種結晶基板1に加わる熱応力が抑えられる。これにより、種結晶基板1または単結晶50が破損したり、単結晶50中に結晶欠陥が生じたりすることが抑制される。よって高品質の単結晶を得ることができる。
(effect)
According to the method for manufacturing a single crystal of the present embodiment, the direction of the thermal expansion coefficient of the intermediate member 31 and the anisotropy of the thermal expansion coefficient of the seed crystal substrate 1 are both taken into consideration. An intermediate member 31 is attached to the seed crystal substrate 1. The intermediate member 31 attached in this way suppresses thermal stress applied from the pedestal 6 to the seed crystal substrate 1 during crystal growth. Thereby, it is possible to suppress the seed crystal substrate 1 or the single crystal 50 from being damaged or causing crystal defects in the single crystal 50. Therefore, a high quality single crystal can be obtained.

方向CXおよびCY(図4)が互いに直交する場合、種結晶基板1の裏面PB上において互いに直交する方向SXおよびSY(図1)間での熱膨張係数の相違に対応して中間部材31を配置することができる。   When the directions CX and CY (FIG. 4) are orthogonal to each other, the intermediate member 31 is made to correspond to the difference in thermal expansion coefficient between the directions SX and SY (FIG. 1) orthogonal to each other on the back surface PB of the seed crystal substrate 1. Can be arranged.

好ましくは、熱膨張係数αSXに対して熱膨張係数αCXは0.5%以下の差異を有し、かつ熱膨張係数αSYに対して熱膨張係数αCYは0.5%以下の差異を有する。これにより種結晶基板1と中間部材31との間で熱膨張係数の絶対値を実質的に同程度とすることができる。上述した種結晶基板1の場合、熱膨張係数αSXおよびαSY間の差異は1%程度である。よって、仮に等方性の熱膨張係数αSIを有する中間部材を用いたとした場合、αSIがαSXおよびαSYの中間値あれば各方向における熱膨張係数の差異は0.5%程度(誤差を考慮すれば0.5%超)であり、一方の方向における熱膨張係数の差異を0.5%未満にまで抑えようとすると、他の方向における熱膨張係数の差異が0.5%を必然的に超えてしまう。これに対して本実施の形態によれば、種結晶基板1の方向SXおよびSY間の熱膨張係数の異方性が考慮されることで、各方向における熱膨張係数の差異を0.5%以下に抑えることで、種結晶基板1の熱膨張特性と中間部材31としてのグラファイト板3の熱膨張特性とをその異方性まで考慮して実効的に同等のものとすることができる。 Preferably, the thermal expansion coefficient α CX has a difference of 0.5% or less with respect to the thermal expansion coefficient α SX , and the thermal expansion coefficient α CY has a difference of 0.5% or less with respect to the thermal expansion coefficient α SY . Have Thereby, the absolute value of the thermal expansion coefficient can be made substantially the same between the seed crystal substrate 1 and the intermediate member 31. In the case of the seed crystal substrate 1 described above, the difference between the thermal expansion coefficients α SX and α SY is about 1%. Therefore, if an intermediate member having an isotropic thermal expansion coefficient α SI is used, if α SI is an intermediate value between α SX and α SY , the difference in thermal expansion coefficient in each direction is about 0.5% ( If the error is taken into account, the difference in thermal expansion coefficient in one direction is suppressed to less than 0.5%, so that the difference in thermal expansion coefficient in the other direction is 0.5%. Will inevitably be exceeded. On the other hand, according to the present embodiment, by considering the anisotropy of the thermal expansion coefficient between the directions SX and SY of the seed crystal substrate 1, the difference in thermal expansion coefficient in each direction is 0.5%. By suppressing to the following, the thermal expansion characteristics of the seed crystal substrate 1 and the thermal expansion characteristics of the graphite plate 3 as the intermediate member 31 can be effectively equalized in consideration of the anisotropy.

方向X、YおよびZ(図5)の少なくとも2つ、望ましくは3つ、の方向についてグラファイトブロック3Lの熱膨張係数が測定されることにより、熱膨張係数の異方性が最適化され、かつその異方性の向きが把握されたグラファイト板3を準備することができる。   The anisotropy of the thermal expansion coefficient is optimized by measuring the thermal expansion coefficient of the graphite block 3L in at least two, preferably three, directions X, Y and Z (FIG. 5), and A graphite plate 3 whose anisotropy direction is known can be prepared.

熱膨張係数の測定において、測定温度は400℃以上であることが好ましい。これにより、室温程度で測定が行われる場合に比して、高温で行われる結晶成長時の熱膨張係数の異方性をより適切に考慮することができる。   In measuring the thermal expansion coefficient, the measurement temperature is preferably 400 ° C. or higher. Thereby, the anisotropy of the thermal expansion coefficient at the time of crystal growth performed at a high temperature can be more appropriately considered as compared with the case where measurement is performed at about room temperature.

2000℃未満の測定温度(たとえば400℃程度)での熱膨張係数から、2000℃以上である結晶成長温度での熱膨張係数が推定されてもよい。これにより、結晶成長時の熱膨張係数の異方性を適切に考慮しつつ、熱膨張係数の測定をより容易に行うことができる。   From the thermal expansion coefficient at a measurement temperature lower than 2000 ° C. (for example, about 400 ° C.), the thermal expansion coefficient at a crystal growth temperature of 2000 ° C. or higher may be estimated. This makes it possible to more easily measure the thermal expansion coefficient while properly taking into account the anisotropy of the thermal expansion coefficient during crystal growth.

グラファイト板3の厚さが0.2mm以上の場合、熱応力をより十分に抑えることができる。厚さが0.2mm未満であると、グラファイト板3に接着した台座6の熱膨張によりグラファイト板3が変形しやすいため、熱応力の緩和効果が不十分となりやすい。   When the thickness of the graphite plate 3 is 0.2 mm or more, the thermal stress can be more sufficiently suppressed. If the thickness is less than 0.2 mm, the graphite plate 3 is likely to be deformed by the thermal expansion of the pedestal 6 bonded to the graphite plate 3, so that the thermal stress relaxation effect tends to be insufficient.

またグラファイト板3の厚さが1.5mm以下の場合、種結晶基板と台座6との間の熱伝導を十分に保ちやすい。厚さが1.5mmを超えると、台座6と種結晶基板1との間の熱伝導が低下するので、種結晶基板1上での再結晶化により発生する熱を台座6を通じて効率的に除去することが難しくなる。この結果、結晶内の熱勾配が拡大することで、結晶欠陥が増大する可能性がある。   Moreover, when the thickness of the graphite plate 3 is 1.5 mm or less, it is easy to maintain sufficient heat conduction between the seed crystal substrate and the pedestal 6. When the thickness exceeds 1.5 mm, the heat conduction between the pedestal 6 and the seed crystal substrate 1 is reduced, so that heat generated by recrystallization on the seed crystal substrate 1 is efficiently removed through the pedestal 6. It becomes difficult to do. As a result, there is a possibility that crystal defects increase due to an increase in the thermal gradient in the crystal.

種結晶基板1がSiCから作られる場合、一般に、結晶成長時に台座6から種結晶基板1に加わる熱応力が特に問題となりやすい。本実施の形態によればこのような熱応力を効果的に抑制することができる。   When the seed crystal substrate 1 is made of SiC, in general, thermal stress applied from the pedestal 6 to the seed crystal substrate 1 during crystal growth tends to be particularly problematic. According to the present embodiment, such thermal stress can be effectively suppressed.

本実施の形態においては、図1に示すように、<0001>方向、すなわちc軸、が裏面PBの面内方向に含まれる。このような場合、裏面PBにおいて、c軸方向と、それに垂直な方向との間での熱膨張係数の差異が特に大きくなる。本実施の形態によればこのような熱応力を効果的に抑制することができる。このことをより一般的に述べると、次のようになる。種結晶基板1は、<11−20>方向、<1100>方向および<0001>方向を有する六方晶系の結晶構造を有し、<11−20>方向が種結晶基板1の裏面PBとなす角度、および<1100>方向が種結晶基板1の裏面PBとなす角度の少なくともいずれかに比して、<0001>方向が種結晶基板1の裏面PBとなす角度が小さい。この場合、種結晶基板1の裏面PB上に、おおよそ<0001>方向(いわゆるc軸)に近い方向と、それに垂直な方向とが位置する。このような場合、種結晶基板1の裏面PB上での熱膨張係数の異方性が特に大きくなりやすい。本実施の形態によればこのような熱応力を効果的に抑制することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the <0001> direction, that is, the c-axis, is included in the in-plane direction of the back surface PB. In such a case, the difference in thermal expansion coefficient between the c-axis direction and the direction perpendicular to the c-axis direction is particularly large on the back surface PB. According to the present embodiment, such thermal stress can be effectively suppressed. This can be described more generally as follows. The seed crystal substrate 1 has a hexagonal crystal structure having a <11-20> direction, a <1100> direction, and a <0001> direction, and the <11-20> direction is a back surface PB of the seed crystal substrate 1. The angle formed between the <0001> direction and the back surface PB of the seed crystal substrate 1 is smaller than at least one of the angle and the angle formed between the <1100> direction and the back surface PB of the seed crystal substrate 1. In this case, a direction close to the <0001> direction (so-called c-axis) and a direction perpendicular thereto are positioned on the back surface PB of the seed crystal substrate 1. In such a case, the anisotropy of the thermal expansion coefficient on the back surface PB of the seed crystal substrate 1 tends to be particularly large. According to the present embodiment, such thermal stress can be effectively suppressed.

接着層4Aおよび4B(図11)がカーボン接着剤またはSiC接着剤によって形成される場合、熱応力に十分に耐える強力な接着を容易に行うことができる。   When the adhesive layers 4A and 4B (FIG. 11) are formed of a carbon adhesive or a SiC adhesive, strong adhesion that can sufficiently withstand thermal stress can be easily performed.

<実施の形態2>
(単結晶の成長のための準備方法)
上記実施の形態1においては、種結晶基板1と台座6との間の中間部材31が単一のグラファイト板3を有する。これに対して本実施の形態においては、種結晶基板1と台座6との間の中間部材が、複数のグラファイト板による層構造を有する。以下、本実施の形態の単結晶の製造方法について具体的に説明する。なお種結晶基板1の準備方法(図1〜図3)、および結晶成長方法自体(図11)は実施の形態1と同様である。
<Embodiment 2>
(Preparation method for single crystal growth)
In the first embodiment, the intermediate member 31 between the seed crystal substrate 1 and the pedestal 6 has the single graphite plate 3. On the other hand, in the present embodiment, the intermediate member between seed crystal substrate 1 and pedestal 6 has a layer structure of a plurality of graphite plates. Hereinafter, the manufacturing method of the single crystal of this Embodiment is demonstrated concretely. The seed crystal substrate 1 preparation method (FIGS. 1 to 3) and the crystal growth method itself (FIG. 11) are the same as those in the first embodiment.

図12を参照して、グラファイト板3A(一のグラファイト板)が準備される。図6〜図8と同様の方法により、種結晶基板1の裏面PBに、グラファイト板3Aの支持面PSが、接着層4Aによって接着される。   Referring to FIG. 12, a graphite plate 3A (one graphite plate) is prepared. The support surface PS of the graphite plate 3A is bonded to the back surface PB of the seed crystal substrate 1 by the adhesive layer 4A by the same method as in FIGS.

図13を参照して、取付面PFを有するグラファイト板3Bが準備される。上記と同様の方法により、グラファイト板3A上に、グラファイト板3Bの取付面PFと反対の面が、接着層4Mによって接着される。これにより種結晶基板1上に、支持面PSおよび取付面PFを有し、かつグラファイト板3Aおよび3Bを含む中間部材32が配置される。   Referring to FIG. 13, a graphite plate 3B having a mounting surface PF is prepared. By the same method as described above, the surface opposite to the mounting surface PF of the graphite plate 3B is bonded onto the graphite plate 3A by the adhesive layer 4M. As a result, the intermediate member 32 having the support surface PS and the attachment surface PF and including the graphite plates 3A and 3B is disposed on the seed crystal substrate 1.

グラファイト板3Bは、グラファイト板3Aの熱膨張特性とは異なる熱膨張特性を有するものであってよい。またグラファイト板3Bは、グラファイト板3Aの熱膨張特性と同じ熱膨張特性を有するものであってよく、この場合は、グラファイト板3Aの異方性の向きと、グラファイト板3Bの異方性の向きとが異なるように、両者が積層される。この結果、中間部材32の熱膨張特性を、グラファイト板3Aおよび3Bのいずれの熱膨張特性とも異なるものとすることができる。中間部材32の熱膨張特性は、グラファイト板3Aおよび3Bの各々が、熱膨張係数がその異方性も含めて測定されたグラファイトブロックから切り出されることによって、予測し得るものとなる。本実施の形態においては、グラファイト板3Aおよび3Bの積層体が実施の形態1のグラファイト板3と同様の熱膨張特性を有するものとなるよう、グラファイト板3Aおよび3Bの各々の準備と、その積層時の相対的な向きの決定とが行われる。   The graphite plate 3B may have a thermal expansion characteristic different from that of the graphite plate 3A. The graphite plate 3B may have the same thermal expansion characteristic as that of the graphite plate 3A. In this case, the anisotropic direction of the graphite plate 3A and the anisotropic direction of the graphite plate 3B Both are laminated so that is different. As a result, the thermal expansion characteristics of the intermediate member 32 can be different from any of the thermal expansion characteristics of the graphite plates 3A and 3B. The thermal expansion characteristics of the intermediate member 32 can be predicted by cutting each of the graphite plates 3A and 3B from the graphite block whose thermal expansion coefficient is measured including its anisotropy. In the present embodiment, each of the graphite plates 3A and 3B is prepared and laminated so that the laminate of the graphite plates 3A and 3B has the same thermal expansion characteristics as the graphite plate 3 of the first embodiment. The relative orientation of time is determined.

図14を参照して、次に、実施の形態1と同様に、台座6に中間部材32の取付面PFが接着層4Bによって接着される。なお上記3回の接着工程(実施の形態1と同様、焼成工程を伴う)の順番は入れ替えることもできるが、実施の形態1と同様、種結晶基板1およびグラファイト板3Aの工程を先に行う方が望ましい。   Referring to FIG. 14, next, as in the first embodiment, the attachment surface PF of the intermediate member 32 is bonded to the pedestal 6 by the adhesive layer 4B. Note that the order of the three bonding steps (including the firing step as in the first embodiment) can be changed, but as in the first embodiment, the steps of the seed crystal substrate 1 and the graphite plate 3A are performed first. Is preferable.

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。   Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof is not repeated.

(実施例)
上記方法を用いて得られたインゴット(単結晶)の結晶欠陥を実施の形態1と同様の方法によって評価した。結果、エッチピット密度は1355個/cm2と非常に低いことが確認できた。よって、本方法を用いることにより、非常に高品質な単結晶を得ることができることが確認できた。
(Example)
The crystal defects of the ingot (single crystal) obtained using the above method were evaluated by the same method as in the first embodiment. As a result, it was confirmed that the etch pit density was as low as 1355 / cm 2 . Therefore, it was confirmed that a very high quality single crystal can be obtained by using this method.

(効果)
本実施の形態によれば、実施の形態1とほぼ同様の効果が得られる。さらに、中間部材32の熱膨張係数を、グラファイト板3Aおよび3Bの組み合わせ方によって調整することができる。
(effect)
According to the present embodiment, substantially the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, the thermal expansion coefficient of the intermediate member 32 can be adjusted by the combination of the graphite plates 3A and 3B.

また本実施の形態においては中間部材32が2つのグラファイト板3Aおよび3Bを含むが、グラファイト板の数はこれに限定されるわけではない。ただしこの数は3以下が好ましく、それにより種結晶基板1と台座6との間の熱伝導を十分に保つことができる。   In the present embodiment, intermediate member 32 includes two graphite plates 3A and 3B, but the number of graphite plates is not limited to this. However, this number is preferably 3 or less, so that the heat conduction between the seed crystal substrate 1 and the pedestal 6 can be sufficiently maintained.

また実施の形態1で述べたのとほぼ同様の理由により、グラファイト板3Aおよび3Bが0.2mm以上の総厚さを有する場合、熱応力をより十分に抑えることができ、1.5mm以下の総厚さを有する場合、種結晶基板1と台座6との間の熱伝導を十分に保つことができる。   Further, for the same reason as described in the first embodiment, when the graphite plates 3A and 3B have a total thickness of 0.2 mm or more, the thermal stress can be more sufficiently suppressed, and 1.5 mm or less. When the total thickness is provided, the heat conduction between the seed crystal substrate 1 and the pedestal 6 can be sufficiently maintained.

<付記>
上記各実施の形態では種結晶基板の成長面として{11−20}面が用いられるが(図1参照)、{11−20}面に対して数度程度のオフ角が設けられてもよく、あるいは{11−20}面以外の面方位が用いられてもよい。種結晶基板に関する第1および第2の方向(図1:方向SXおよびSY)は、用いられる結晶構造および結晶方位に応じて適宜定めることができ、必ずしも互いに直交する必要はない。中間部材に関する第3および第4の方向(図4:方向CXおよびCY)についても同様である。またSiCのポリタイプは4Hに限定されるものではない。またSiCの結晶構造は六方晶系に限定されるものではなく、例えば立方晶であってもよい。また種結晶基板の材料はSiCに限定されるものではない。また結晶成長法は、昇華再結晶法に限定されるものではなく、例えば高温CVD(Chemical Vapor Deposition)法であってもよい。
<Appendix>
In each of the above embodiments, the {11-20} plane is used as the growth surface of the seed crystal substrate (see FIG. 1), but an off angle of about several degrees may be provided with respect to the {11-20} plane. Alternatively, a plane orientation other than the {11-20} plane may be used. The first and second directions (FIG. 1: directions SX and SY) with respect to the seed crystal substrate can be appropriately determined according to the crystal structure and crystal orientation used, and do not necessarily need to be orthogonal to each other. The same applies to the third and fourth directions (FIG. 4: directions CX and CY) related to the intermediate member. The polytype of SiC is not limited to 4H. Further, the crystal structure of SiC is not limited to the hexagonal system, and may be a cubic crystal, for example. The material of the seed crystal substrate is not limited to SiC. The crystal growth method is not limited to the sublimation recrystallization method, and may be a high temperature CVD (Chemical Vapor Deposition) method, for example.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。   It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

1 種結晶、2 研磨プレート、3,3A グラファイト板(一のグラファイト板)、3B グラファイト板、3L グラファイトブロック、4A,4B,4M 接着層、4Ap,4Bp 接着剤硬化層、5 焼成用グラファイト坩堝、6 台座、10 坩堝セット、11 結晶成長坩堝、12 蓋、20 原料、31,32 中間部材、PB 裏面、PG 成長面、PF 取付面、PS 支持面。   1 seed crystal, 2 polishing plate, 3, 3A graphite plate (one graphite plate), 3B graphite plate, 3L graphite block, 4A, 4B, 4M adhesive layer, 4Ap, 4Bp adhesive hardened layer, graphite crucible for firing, 6 base, 10 crucible set, 11 crystal growth crucible, 12 lid, 20 raw material, 31, 32 intermediate member, PB back surface, PG growth surface, PF mounting surface, PS support surface.

Claims (11)

室温よりも高い結晶成長温度において結晶成長を行うことによる単結晶の製造方法であって、
成長面と前記成長面と反対の裏面とを有する種結晶基板を準備する工程を備え、前記種結晶基板は前記裏面において、前記結晶成長温度で第1の熱膨張係数を有する第1の方向と、前記結晶成長温度で前記第1の熱膨張係数よりも大きい第2の熱膨張係数を有する第2の方向とを有し、さらに
前記種結晶基板の前記裏面上に、前記種結晶基板を支持するための支持面と前記支持面と反対の取付面とを有する中間部材を配置する工程を備え、前記中間部材は少なくとも1つのグラファイト板を含み、前記少なくとも1つのグラファイト板は、前記支持面をなす一のグラファイト板を含み、前記中間部材を配置する工程は、前記種結晶基板の前記裏面に前記支持面を接着する工程を含み、前記中間部材は前記支持面において、前記結晶成長温度で第3の熱膨張係数を有する第3の方向と、前記結晶成長温度で前記第3の熱膨張係数よりも大きい第4の熱膨張係数を有する第4の方向とを有し、前記中間部材を配置する工程は、前記第3の方向が前記第1の方向および前記第2の方向のうち前記第1の方向により近く、かつ、前記第4の方向が前記第1の方向および前記第2の方向のうち前記第2の方向により近くなるように行われ、さらに
台座に前記中間部材の前記取付面を取り付ける工程と、
前記中間部材を介して前記台座に支持された前記種結晶基板の前記成長面上において前記結晶成長温度で結晶成長を行う工程とを備える、
単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal by performing crystal growth at a crystal growth temperature higher than room temperature,
Providing a seed crystal substrate having a growth surface and a back surface opposite to the growth surface, the seed crystal substrate having a first direction having a first thermal expansion coefficient at the crystal growth temperature on the back surface; And a second direction having a second coefficient of thermal expansion greater than the first coefficient of thermal expansion at the crystal growth temperature, and further supporting the seed crystal substrate on the back surface of the seed crystal substrate. Disposing an intermediate member having a support surface and a mounting surface opposite to the support surface, the intermediate member including at least one graphite plate, and the at least one graphite plate includes the support surface. The step of arranging the intermediate member includes a step of adhering the support surface to the back surface of the seed crystal substrate, and the intermediate member is formed on the support surface at the crystal growth temperature. A third direction having a third coefficient of thermal expansion and a fourth direction having a fourth coefficient of thermal expansion greater than the third coefficient of thermal expansion at the crystal growth temperature; and In the arranging step, the third direction is closer to the first direction out of the first direction and the second direction, and the fourth direction is the first direction and the second direction. A step of being closer to the second direction among the directions, and further attaching the mounting surface of the intermediate member to the pedestal;
Performing crystal growth at the crystal growth temperature on the growth surface of the seed crystal substrate supported by the pedestal via the intermediate member,
A method for producing a single crystal.
前記第1の方向と前記第2の方向とは互いに直交し、かつ前記第3の方向と前記第4の方向とは互いに直交する、請求項1に記載の単結晶の製造方法。   2. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein the first direction and the second direction are orthogonal to each other, and the third direction and the fourth direction are orthogonal to each other. 前記第1の熱膨張係数に対して前記第3の熱膨張係数は0.5%以下の差異を有し、かつ前記第2の熱膨張係数に対して前記第4の熱膨張係数は0.5%以下の差異を有する、請求項1または2に記載の単結晶の製造方法。   The third thermal expansion coefficient has a difference of 0.5% or less with respect to the first thermal expansion coefficient, and the fourth thermal expansion coefficient with respect to the second thermal expansion coefficient is 0.00. The manufacturing method of the single crystal of Claim 1 or 2 which has a difference of 5% or less. 少なくとも2つの方向について一の温度におけるグラファイトブロックの熱膨張係数を測定する工程と、
前記グラファイトブロックから前記一のグラファイト板を切り出す工程とをさらに備える、
請求項1から3のいずれか1項に記載の単結晶の製造方法。
Measuring the coefficient of thermal expansion of the graphite block at one temperature in at least two directions;
Further cutting out the one graphite plate from the graphite block,
The manufacturing method of the single crystal of any one of Claim 1 to 3.
前記熱膨張係数を測定する工程において、前記一の温度は400℃以上である、請求項4に記載の単結晶の製造方法。   The method for producing a single crystal according to claim 4, wherein in the step of measuring the thermal expansion coefficient, the one temperature is 400 ° C. or higher. 前記熱膨張係数を測定する工程において、前記一の温度は2000℃未満であり、
前記グラファイト板を切り出す工程の前に、前記一の温度における熱膨張係数に基づいて2000℃以上における熱膨張係数を推定する工程をさらに備える、
請求項4に記載の単結晶の製造方法。
In the step of measuring the thermal expansion coefficient, the one temperature is less than 2000 ° C.,
Before the step of cutting out the graphite plate, further comprising a step of estimating a thermal expansion coefficient at 2000 ° C. or higher based on the thermal expansion coefficient at the one temperature.
The method for producing a single crystal according to claim 4.
前記少なくとも1つのグラファイト板は0.2mm以上1.5mm以下の総厚さを有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の単結晶の製造方法。   The method for producing a single crystal according to any one of claims 1 to 6, wherein the at least one graphite plate has a total thickness of 0.2 mm or more and 1.5 mm or less. 前記少なくとも1つのグラファイト板は複数のグラファイト板を含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の単結晶の製造方法。   The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein the at least one graphite plate includes a plurality of graphite plates. 前記複数のグラファイト板は3つ以下のグラファイト板である、請求項8に記載の単結晶の製造方法。   The method for producing a single crystal according to claim 8, wherein the plurality of graphite plates are three or less graphite plates. 前記種結晶基板は炭化珪素から作られている、請求項1から9のいずれか1項に記載の単結晶の製造方法。   The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein the seed crystal substrate is made of silicon carbide. 前記種結晶基板は、<11−20>方向、<1100>方向および<0001>方向を有する六方晶系の結晶構造を有し、前記<11−20>方向が前記種結晶基板の前記裏面となす角度、および前記<1100>方向が前記種結晶基板の前記裏面となす角度の少なくともいずれかに比して、前記<0001>方向が前記種結晶基板の前記裏面となす角度が小さい、請求項1から10のいずれか1項に記載の単結晶の製造方法。   The seed crystal substrate has a hexagonal crystal structure having a <11-20> direction, a <1100> direction, and a <0001> direction, and the <11-20> direction corresponds to the back surface of the seed crystal substrate. The angle formed between the <0001> direction and the back surface of the seed crystal substrate is smaller than at least one of the angle formed and the angle formed between the <1100> direction and the back surface of the seed crystal substrate. The method for producing a single crystal according to any one of 1 to 10.
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