JP2016106070A - Manufacturing method of silicon carbide substrate - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、炭化珪素基板の製造方法に関し、より特定的には転位の少ない炭化珪素基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide substrate, and more particularly to a method for manufacturing a silicon carbide substrate with few dislocations.
近年、半導体装置の製造用に炭化珪素基板が用いられ始めている。炭化珪素は珪素に比べて大きなバンドギャップを有する。そのため、炭化珪素基板を用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の劣化が小さいといった利点を有する。 In recent years, silicon carbide substrates have begun to be used for manufacturing semiconductor devices. Silicon carbide has a larger band gap than silicon. Therefore, a semiconductor device using a silicon carbide substrate has advantages such as high breakdown voltage, low on-resistance, and small deterioration in characteristics under a high temperature environment.
炭化珪素単結晶は、たとえば昇華再結晶法により製造することが可能である。たとえば特開2007−284306号公報(特許文献1)には、原料炭化珪素粉末の比表面積を0.001m2/g以上0.05m2/g以下にして炭化珪素単結晶を製造する方法が記載されている。また、特開2009−234802号公報(特許文献2)には、減圧雰囲気下で坩堝を炭化珪素原料が昇華しない温度以上に所定時間保持する前処理を行った後、不活性ガス雰囲気下において炭化珪素原料を昇華させて炭化珪素単結晶を製造する方法が記載されている。 A silicon carbide single crystal can be produced by, for example, a sublimation recrystallization method. For example JP-A-2007-284306 (Patent Document 1), describes a process for the specific surface area of the raw material silicon carbide powder is below 0.001 m 2 / g or more 0.05 m 2 / g to produce a silicon carbide single crystal Has been. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-234802 (Patent Document 2) discloses that a crucible is pretreated in a reduced pressure atmosphere at a temperature at which the silicon carbide raw material is not sublimated for a predetermined time and then carbonized in an inert gas atmosphere. A method for producing a silicon carbide single crystal by sublimating a silicon raw material is described.
しかしながら、上記いずれの方法によって炭化珪素結晶を製造する場合においても、種基板主面における転位の増加を十分に抑制することができず、転位の少ない炭化珪素基板を得ることが困難であった。 However, in the case of producing a silicon carbide crystal by any of the above methods, an increase in dislocations on the seed substrate main surface cannot be sufficiently suppressed, and it has been difficult to obtain a silicon carbide substrate with few dislocations.
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、その目的は、種基板主面における転位の増加を抑制し、転位の少ない炭化珪素基板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 an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide substrate with less dislocations by suppressing an increase in dislocations on the seed substrate main surface. It is.
本発明者は、炭化珪素単結晶を昇華法によって製造する場合に種基板主面における転位が増加する原因について鋭意研究の結果、以下の知見を得て本発明に想到した。昇華法によって良好な炭化珪素単結晶を成長させるためには、昇華ガスの制御が重要である。昇華ガスは原料としての炭化珪素粉末を加熱昇華させることによって生成される。昇華ガスの組成や蒸気圧は、理想的には炭化珪素原料粉末の粒径に依存しないが、実際には粒径に依存する。そのため、炭化珪素原料粉末の粒径や比表面積を最適化することが重要である。しかしながら、炭化珪素原料粉末の粒径や比表面積を制御しても、炭化珪素原料粉末の取り扱い時に炭化珪素原料粉末の一部が砕けて微粉末が発生したり、炭化珪素原料粉末にダメージ層が発生する場合がある。この微粉末の存在やダメージ層の存在が、結晶成長初期段階において炭化珪素結晶における転位の増加を引き起こしている。 As a result of intensive studies on the cause of an increase in dislocations on the main surface of the seed substrate when a silicon carbide single crystal is produced by the sublimation method, the present inventor obtained the following knowledge and arrived at the present invention. In order to grow a good silicon carbide single crystal by the sublimation method, control of the sublimation gas is important. The sublimation gas is generated by heating and sublimating silicon carbide powder as a raw material. The composition and vapor pressure of the sublimation gas do not ideally depend on the particle size of the silicon carbide raw material powder, but actually depend on the particle size. Therefore, it is important to optimize the particle size and specific surface area of the silicon carbide raw material powder. However, even if the particle size and specific surface area of the silicon carbide raw material powder are controlled, when the silicon carbide raw material powder is handled, a part of the silicon carbide raw material powder is crushed to generate a fine powder, or the silicon carbide raw material powder has a damaged layer. May occur. The presence of this fine powder and the presence of the damaged layer cause an increase in dislocations in the silicon carbide crystal at the initial stage of crystal growth.
当該炭化珪素原料粉末に含まれる微粉末を除去する方法に関して検討した結果、炭化珪素結晶を種基板の主面上に成長させる前に、微粉末またはダメージ層を昇華させて除去することが有効であることに想到した。粒径の小さい微粉末は、形状の曲率半径が小さい。そのため表面エネルギーが大きくなるので昇華しやすい。また粒径が大きい粉末であっても、表面のダメージ層は昇華しやすい。そこで、種基板を成長容器に配置する前に、炭化珪素原料の一部を昇華させることにより、転位増加の原因となる微粉末やダメージ層を優先的に除去することができる。 As a result of examining the method for removing the fine powder contained in the silicon carbide raw material powder, it is effective to sublimate and remove the fine powder or damaged layer before growing the silicon carbide crystal on the main surface of the seed substrate. I came up with something. A fine powder having a small particle size has a small curvature radius. For this reason, the surface energy is increased, so that it is easy to sublimate. Even if the powder has a large particle size, the damaged layer on the surface tends to sublime. Therefore, by sublimating a part of the silicon carbide raw material before placing the seed substrate in the growth vessel, the fine powder and the damaged layer that cause an increase in dislocation can be preferentially removed.
そこで、本発明に係る炭化珪素基板の製造方法は以下の工程を有する。炭化珪素原料の一部が昇華される。炭化珪素原料の一部が昇華された後、主面を有する種基板が成長容器内に配置される。成長容器内において炭化珪素原料の残りを昇華させることにより、種基板の主面に炭化珪素結晶が成長する。 Therefore, a method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention includes the following steps. Part of the silicon carbide raw material is sublimated. After a part of the silicon carbide raw material is sublimated, a seed substrate having a main surface is placed in the growth vessel. By sublimating the remainder of the silicon carbide raw material in the growth vessel, silicon carbide crystals grow on the main surface of the seed substrate.
本発明に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素原料の一部が昇華された後、炭化珪素原料の残りを昇華させることにより、種基板の主面に炭化珪素結晶が成長する。これにより、結晶成長初期段階に転位増加の原因となる微粉末またはダメージ層を昇華させて優先的に除去した後に、種基板の主面上に炭化珪素結晶を成長させることができる。また、炭化珪素原料の一部が昇華した後に種基板が成長容器内に配置されるため、昇華した微粉末やダメージ層によって種基板が汚染されることを防止することができる。結果として、転位の少ない炭化珪素基板を得ることができる。 According to the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention, after part of the silicon carbide raw material is sublimated, the remainder of the silicon carbide raw material is sublimated to grow a silicon carbide crystal on the main surface of the seed substrate. As a result, the silicon carbide crystal can be grown on the main surface of the seed substrate after the fine powder or the damaged layer causing the increase of dislocation is sublimated and removed preferentially in the initial stage of crystal growth. Further, since the seed substrate is disposed in the growth vessel after a part of the silicon carbide raw material has been sublimated, it is possible to prevent the seed substrate from being contaminated by the sublimated fine powder or the damaged layer. As a result, a silicon carbide substrate with few dislocations can be obtained.
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、炭化珪素原料の一部を昇華させる工程の後、炭化珪素原料の残りに対して機械加工が行われることなく炭化珪素結晶を成長させる工程が実施される。これにより、炭化珪素原料の残りに微粉末やダメージ層が発生することを防止することができる。 Preferably, in the above method for manufacturing a silicon carbide substrate, after the step of sublimating a part of the silicon carbide raw material, a step of growing a silicon carbide crystal without performing machining on the remainder of the silicon carbide raw material is performed. The Thereby, it can prevent that a fine powder and a damage layer generate | occur | produce in the remainder of a silicon carbide raw material.
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、種基板の主面直上における第1の転位密度から主面直下における第2の転位密度を引いた値が1×103cm-2以下である。これにより、効果的に転位の少ない炭化珪素基板を得ることができる。 In the above method for manufacturing a silicon carbide substrate, a value obtained by subtracting the second dislocation density immediately below the main surface from the first dislocation density immediately above the main surface of the seed substrate is 1 × 10 3 cm −2 or less. Thereby, a silicon carbide substrate with few dislocations can be obtained effectively.
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、炭化珪素原料の一部を昇華させる前に、炭化珪素原料に含まれる炭化珪素微粉末を減少させる工程をさらに備える。これにより、より効果的に転位の少ない炭化珪素基板を得ることができる。 Preferably, the method for manufacturing a silicon carbide substrate further includes a step of reducing silicon carbide fine powder contained in the silicon carbide raw material before sublimating a part of the silicon carbide raw material. Thereby, a silicon carbide substrate with few dislocations can be obtained more effectively.
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、炭化珪素微粉末を減少させる工程は、炭化珪素原料を液体に浸漬させて、液体の表面に浮上する炭化珪素微粉末を除去することにより行われる。これにより、簡易な方法により炭化珪素微粉末を炭化珪素原料から除去することができる。 Preferably, in the method for manufacturing the silicon carbide substrate, the step of reducing the silicon carbide fine powder is performed by immersing the silicon carbide raw material in the liquid and removing the silicon carbide fine powder floating on the surface of the liquid. Thereby, the silicon carbide fine powder can be removed from the silicon carbide raw material by a simple method.
本発明によれば、種基板主面における転位の増加を抑制し、転位の少ない炭化珪素結晶を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the increase in the dislocation in a seed substrate main surface can be suppressed, and a silicon carbide crystal with few dislocations can be obtained.
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。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。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。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。また角度の記載には、全方位角を360度とする系を用いている。 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. In the crystallographic description in this specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. As for the negative index, “−” (bar) is attached on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number. The angle is described using a system in which the omnidirectional angle is 360 degrees.
図3を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素基板を製造するための装置の構成について説明する。 With reference to FIG. 3, the structure of the apparatus for manufacturing the silicon carbide substrate which concerns on this Embodiment is demonstrated.
図3を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造装置は、成長容器10と、断熱材4とを主に有している。成長容器10は、たとえば純化処理されたグラファイトから成る坩堝であり、種基板保持部3と原料収容部7とを有している。種基板保持部3はたとえば単結晶炭化珪素からなる種基板1を保持するためのものである。原料収容部7はたとえば多結晶炭化珪素からなる炭化珪素原料8を配置するためのものである。
Referring to FIG. 3, the silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to the present embodiment mainly includes
断熱材4は、たとえばフエルトから成り、成長容器10を外部から断熱するためのものである。断熱材4はたとえば成長容器10の外壁面を取り囲むように形成されている。断熱材4には複数の貫通孔2a、2bが形成されている。種基板保持部3の上面の一部は、断熱材4に形成された貫通孔2aに露出している。また、原料収容部7の底面の一部は、断熱材4に形成された貫通孔2bに露出している。
The
図1〜図5を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法について説明する。 A method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、たとえば炭化珪素単結晶からなる種基板1が準備される。種基板1のポリタイプはたとえば4Hである。種基板1の直径はたとえば6インチであり、好ましくは4インチ(100mm)以上である。種基板1の主面1Aはたとえば4°程度オフした(0001)C面である。種基板1の主面1Aにおける貫通転位密度はたとえば1000個cm-2程度である。種基板1の両面はCMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨が施されている。種基板1の反りはたとえば10μmより小さい。
First,
本実施の形態において、種基板1の主面1Aが珪素ガス雰囲気下においてエッチングされる。具体的には、グラファイトからなるエッチング用坩堝を加熱炉に設置する。加熱炉を真空排気後、加熱炉にたとえばアルゴン(Ar)が70kPa程度充填される。エッチング用坩堝内の上部には種基板1が配置されている。当該坩堝内には珪素が配置されており、炭化珪素原料粉末は配置されていない。なお、坩堝内に配置される珪素はたとえば高純度シリコン(9N)である。エッチング用坩堝の上部を1700℃程度に維持し、下部を1600℃程度に維持した状態で1時間程度保持される。これにより、単結晶炭化珪素からなる種基板1の主面1Aが珪素ガス雰囲気下でエッチングされる。エッチングの厚みはたとえば0.2μm以上0.5μm以下程度である。当該エッチングにより、種基板1の主面1Aのダメージ層(欠陥や転位を含む層)が除去される。
In the present embodiment,
次に、炭化珪素原料8が準備される。炭化珪素原料8は、たとえば多結晶炭化珪素粉末からなる。炭化珪素原料8として、たとえば高純度α−炭化珪素粉末を使用することができる。当該炭化珪素粉末は、たとえば平均粒径が100μm程度であり、最大粒径が200μm程度である。また、当該炭化珪素粉末は、たとえば2〜3μm程度の炭化珪素微粉末を含んでいる。本実施の形態における微粉末とは、たとえば粒径が30μm以下の炭化珪素粉末のことであり、好ましくは、粒径が10μm以下の炭化珪素粉末のことである。
Next, silicon carbide
次に、炭化珪素原料に含まれる微粉末を除去する工程が実施される。具体的には、図5を参照して、炭化珪素原料8を液体13によって洗浄する。液体13としては、たとえば濃度35%の塩酸を使用することができる。炭化珪素は塩酸よりも比重が大きいので基本的には塩酸に沈む。しかしながら、炭化珪素の微粉末8aは、塩酸(液体)の表面張力によって液面に浮かぶ。液面に浮かんだ微粉末8aだけをすくいとることで、炭化珪素原料8から微粉末8aが分離除去される。以上のように、炭化珪素原料8に含まれる炭化珪素微粉末8aが減少する。なお、炭化珪素原料8に含まれる微粉末8aを減少させる工程は、後述する炭化珪素原料一部昇華工程の前に行われることが好ましい。
Next, a step of removing fine powder contained in the silicon carbide raw material is performed. Specifically, referring to FIG. 5, silicon carbide
次に、炭化珪素原料8は王水(濃度35%の塩酸と濃度60%の硫酸を体積比3:1で混合した液体)により洗浄される。その後、炭化珪素原料8が純水により洗浄される。好ましくは、炭化珪素原料8の塩酸、王水および純水による洗浄は複数回行われる。好ましくは、目に見える程度のサイズの微粉末8aがなくなるまで洗浄は繰り返される。以上のように、炭化珪素原料8を塩酸や王水などの酸性の液体に浸漬させて、当該液体の表面に浮上する炭化珪素からなる微粉末8aを除去される。その後、炭化珪素原料8をビーカー12から取り出し乾燥させる。
Next, the silicon carbide
次に、炭化珪素原料配置工程(S10:図1)が実施される。図2を参照して、炭化珪素原料配置工程では、炭化珪素原料8が成長容器10の原料収容部7に収容される。好ましくは、上記洗浄工程によって炭化珪素からなる微粉末が取り除かれた炭化珪素原料が使用される。
Next, a silicon carbide raw material arrangement step (S10: FIG. 1) is performed. Referring to FIG. 2, in the silicon carbide raw material arranging step, silicon carbide
次に、炭化珪素原料一部昇華工程(S20:図1)が実施される。具体的には、図2を参照して、炭化珪素原料8が配置された成長容器10が高周波加熱炉内に設置される。高周波加熱炉を真空排気した後、アルゴンガスなどの不活性ガスを導入しながら圧力をたとえば800kPaに保つ。圧力をたとえば800kPaに保った状態を維持しながら、成長容器10の下部(つまり原料収容部7の底部)の温度をたとえば2400℃とし、成長容器10の上部(つまり種基板保持部3)の温度をたとえば2200℃とする。その後、高周波加熱炉の圧力がたとえば4kPaに減圧され、この状態が24時間程度保持される。これにより、炭化珪素原料8に含まれる微粉末や炭化珪素原料8のダメージ層が優先的に昇華する。その後、高周波加熱炉の圧力をたとえば800kPaに戻した後、成長容器10を室温まで冷却する。なお、炭化珪素原料一部昇華工程において、成長容器10の種基板保持部3には種基板1が配置されていない。
Next, a silicon carbide raw material partial sublimation step (S20: FIG. 1) is performed. Specifically, referring to FIG. 2,
なお、炭化珪素原料一部昇華工程後に、種基板保持部3を観察すると、種基板保持部3に直径数ミリの炭化珪素の結晶核が多数点在している。つまり、種基板保持部3に種基板1を保持したまま炭化珪素原料の一部昇華を行うと、種基板1に結晶核が付着する。そのため、炭化珪素原料一部昇華工程においては、種基板を配置しないことが好ましい。
When the seed
また、炭化珪素原料一部昇華工程後における原料収容部7に残っている炭化珪素原料8は全体が一体化して軽石状(多孔質の焼結体状)になっている。焼結体状の炭化珪素原料8に対して粉砕などの機械加工を施すと再び微粉末が発生する。そのため、炭化珪素原料8の一部を昇華させた後は、炭化珪素原料8の残りに対して機械加工が行われることなく、後述する炭化珪素結晶の成長を行うことが好ましい。
The silicon carbide
また、炭化珪素原料一部昇華工程は、真空中で実施されても構わないし、炭化珪素単結晶成長に悪影響を及ぼさない不純物を含んでいても構わない。たとえば雰囲気ガスに水素やハロゲンを含ませることで、微粉末8aの消滅を促進させても構わない。水素やハロゲンはエッチングガスとして機能するので、炭化珪素原料の昇華に加えて、化学的なエッチングより微粉末8aの消滅が促進される。
Moreover, the silicon carbide raw material partial sublimation step may be performed in a vacuum or may contain impurities that do not adversely affect the growth of the silicon carbide single crystal. For example, the disappearance of the
次に、種基板配置工程(S30:図1)が実施される。具体的には、図3を参照して、炭化珪素原料一部昇華工程で使用した成長容器10の種基板保持部3が、種基板1が配置された別の種基板保持部3に交換される。以上のように、炭化珪素原料8の一部を昇華させた後、主面1Aを有する種基板1が成長容器10内に配置される。
Next, a seed substrate arrangement step (S30: FIG. 1) is performed. Specifically, referring to FIG. 3, seed
次に、炭化珪素結晶成長工程(S40:図1)が実施される。具体的には、図3を参照して種基板1および炭化珪素原料8が配置された成長容器10が再び高周波加熱炉内に設置される。その後、高周波加熱炉の真空排気を行い、アルゴンガスと窒素ガス(1%)との混合ガスを導入しながら圧力をたとえば800kPaに保つ。圧力をたとえば800kPaに保った状態を維持しながら、成長容器10の下部(つまり原料収容部7の底部)の温度をたとえば2400℃とし、成長容器10の上部(つまり種基板保持部3)の温度をたとえば2200℃とする。その後、高周波加熱炉の圧力がたとえば2kPaになるまで1時間かけて減圧する。図4を参照して、炭化珪素原料8が昇華して種基板1の主面1A上に再結晶することにより、炭化珪素単結晶11が種基板1の主面1A上に成長する。炭化珪素単結晶11をたとえば100時間成長させた後、再び高周波加熱炉の圧力をたとえば800kPaにする。その後、成長容器10の温度を室温に戻す。以上のように、炭化珪素原料8の残りを昇華させることにより、種基板1の主面1Aに炭化珪素単結晶11を成長させる。
Next, a silicon carbide crystal growth step (S40: FIG. 1) is performed. Specifically, referring to FIG. 3,
好ましくは、炭化珪素原料の一部を昇華させた後、炭化珪素原料の残りに対して機械加工が行われることなく炭化珪素単結晶11を成長させる。たとえば、炭化珪素原料に対して粉砕などの機械加工が行われると、炭化珪素原料に微粉末が発生してしまう。好ましくは、炭化珪素原料8の一部を昇華させた後、炭化珪素単結晶11を成長させる前は、炭化珪素原料8に対して衝撃を与えない。
Preferably, after silicon carbide raw material is partially sublimated, silicon carbide
次に、炭化珪素単結晶11が成長容器10から取り出される。その後、炭化珪素単結晶11をたとえばワイヤーソーによってスライスすることにより、炭化珪素基板が得られる。
Next, the silicon carbide
なお本実施の形態において、炭化珪素原料8を成長容器10内で一部昇華させる方法について説明したが本発明は当該方法に限定されない。たとえば、炭化珪素原料8を成長容器10とは異なる容器内において一部昇華させた後、残りの炭化珪素原料8に対して機械加工を施さず、残りの炭化珪素原料8を成長容器10に移し替え、その後残りの炭化珪素原料8を昇華させることにより種基板1の主面1A上に炭化珪素単結晶11を成長させても構わない。
In the present embodiment, the method of partially sublimating silicon carbide
次に、本実施の形態に係る炭化珪素基板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基板の製造方法によれば、炭化珪素原料8の一部が昇華された後、炭化珪素原料8の残りを昇華させることにより、種基板1の主面1Aに炭化珪素単結晶11が成長する。これにより、結晶成長初期段階に転位増加の原因となる微粉末またはダメージ層を昇華させて優先的に除去した後に、種基板1の主面1A上に炭化珪素単結晶11を成長させることができる。また、炭化珪素原料8の一部が昇華した後に種基板1が成長容器10内に配置されるため、昇華した微粉末やダメージ層によって種基板1が汚染されることを防止することができる。結果として、転位の少ない炭化珪素基板を得ることができる。
Next, the effect of the method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the present embodiment will be described.
According to the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment, after a portion of silicon carbide
また本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素原料8の一部を昇華させる工程の後、炭化珪素原料8の残りに対して機械加工が行われることなく炭化珪素単結晶11を成長させる工程が実施される。これにより、炭化珪素原料8の残りに微粉末やダメージ層が発生することを防止することができる。
In addition, according to the method for manufacturing a silicon carbide substrate in accordance with the present embodiment, after the step of sublimating part of silicon carbide
さらに本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、種基板1の主面1A直上における第1の転位密度から主面1A直下における第2の転位密度を引いた値が1×103cm-2以下である。これにより、効果的に転位の少ない炭化珪素基板を得ることができる。
Furthermore, according to the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment, a value obtained by subtracting the second dislocation density immediately below
さらに本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素原料8の一部を昇華させる前に、炭化珪素原料8に含まれる炭化珪素微粉末8aを減少させる工程をさらに備える。これにより、より効果的に転位の少ない炭化珪素基板を得ることができる。
Furthermore, the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment further includes the step of reducing silicon carbide
さらに本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素微粉末8aを減少させる工程は、炭化珪素原料8を塩酸および王水に浸漬させて、塩酸および王水の表面に浮上する炭化珪素微粉末8aを除去することにより行われる。これにより、簡易な方法により炭化珪素微粉末8aを炭化珪素原料8から除去することができる。
Furthermore, according to the method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the present embodiment, the step of reducing silicon carbide
本実施例では、以下に説明する3種類の方法で炭化珪素単結晶を成長させて、種基板1の主面1Aにおける転位密度の増加率を調査した。本発明例、比較例1および比較例2の炭化珪素結晶を、以下で説明する相違点を除き、実施の形態で説明した方法と同じ方法によって作製した。比較例2の炭化珪素単結晶11の製造方法は、市販の炭化珪素原料8をそのまま使用し、炭化珪素原料一部昇華工程を有してない点および昇華前に酸洗浄によって微粉末を取り除く工程を有していない点において本発明例の製造方法と異なっており、その他の点において本発明例の製造方法と同様である。比較例1の炭化珪素単結晶11の製造方法は、炭化珪素原料一部昇華工程を有してない点において本発明例の製造方法と異なっており、その他の点において本発明例の製造方法と同様である。
In this example, a silicon carbide single crystal was grown by the three types of methods described below, and the increase rate of the dislocation density in the
次に、種基板1の主面1Aにおける転位密度の増加率を求める方法について説明する。まず、図6を参照して、種基板1の主面1A上に成長した炭化珪素単結晶11を取り出し、炭化珪素単結晶11を種基板1の主面1Aと平行な面でスライスすることにより、種基板1と炭化珪素単結晶11とを有する基板が準備される。次に、図7を参照し、当該基板をシリコン面1B側から研磨を開始し、主面1A(つまり成長界面)からの種基板1の厚みが厚みT1になるように種基板1が研磨される。残った種基板1の厚みT1を100μm程度とした。種基板1の表面1Cの貫通転位密度をKOH(水酸化カリウム)エッチングを用いて評価した。
Next, a method for obtaining the increase rate of the dislocation density in the
その後、図8を参照し、基板をさらに研磨し、種基板1を全て研磨した後に、炭化珪素単結晶11を厚みT2だけ研磨した。研磨された炭化珪素単結晶11の厚みT2を100μm程度とした。これにより、表面11Aが露出した炭化珪素単結晶11が得られた。炭化珪素単結晶11の表面11Aの貫通転位密度をKOHエッチングを用いて評価した。
Thereafter, referring to FIG. 8, the substrate was further polished, and after
貫通転位密度の測定は、表面1Cおよび表面11Aにおける177箇所(ピッチ10mm)おいて行われた。各測定箇所の面積を2mm×2mmとした。炭化珪素単結晶11の表面11A(つまり主面1A直上)における貫通転位密度(第1の転位密度)から種基板1の表面1C(つまり主面1A直下)における貫通転位密度(第2の転位密度)を差し引いた値を貫通転位密度の増加率とした。なお、主面直上および主面直下において主面1Aと垂直な方向における同じ位置で測定するために、レーザ加工で位置決めのマーキングを施した。
The threading dislocation density was measured at 177 locations (10 mm pitch) on the surface 1C and the
表1を参照して、貫通転位密度の増加率の結果を説明する。本発明例における貫通転位密度の増加率は、最大で+30個cm-2(測定面積内+3個)であり、最小で−175個cm-2(測定面積内−7個)であり、平均で−30個cm-2(測定面積内−1.2個)であった。ここで、「+」とは貫通転位密度が増加したことを意味し、「−」とは貫通転位密度が減少したことを意味する。また、主面直上および主面直下における主面1Aと垂直な方向における位置のずれや、転位位置の移動の可能性があるので転位密度の増減を正確に評価することは困難であるが、本発明例の貫通転位密度の増加率は少なくとも1×103個cm-2以下である。なお、本発明例において、貫通転位密度は若干低減している。この理由は、成長初期に反対のバーガースベクトルを有する転位同士が合体して消滅したためと推定される。また、比較例1の貫通転位密度の増加率は3.7×103個cm-2程度であり、比較例2の貫通転位密度の増加率は8.5×104cm-2個程度であった。
The result of the increase rate of threading dislocation density will be described with reference to Table 1. The increase rate of the threading dislocation density in the example of the present invention is +30 cm −2 (+3 in the measurement area) at the maximum, −175 cm −2 (−7 in the measurement area) at the minimum, and on average It was −30 cm −2 (−1.2 in the measurement area). Here, “+” means that the threading dislocation density has increased, and “−” means that the threading dislocation density has decreased. In addition, it is difficult to accurately evaluate the increase / decrease in the dislocation density because there is a possibility of displacement of the position in the direction perpendicular to the
以上の結果より、炭化珪素の結晶成長前に炭化珪素原料の一部を昇華させることにより転位密度の小さい炭化珪素結晶が得られることが確認された。また、炭化珪素原料を一部昇華させる前に、炭化珪素原料を酸洗浄することにより、炭化珪素微粒子を除去することにより、さらに転位密度の小さい炭化珪素結晶が得られることが確認された。 From the above results, it was confirmed that a silicon carbide crystal having a low dislocation density can be obtained by sublimating a part of the silicon carbide raw material before crystal growth of silicon carbide. Further, it was confirmed that a silicon carbide crystal having a lower dislocation density can be obtained by removing silicon carbide fine particles by acid cleaning the silicon carbide raw material before partially sublimating the silicon carbide raw material.
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。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 種基板、1A 主面、1B シリコン面、1C 表面、2a,2b 貫通孔、3 種基板保持部、4 断熱材、7 原料収容部、8 炭化珪素原料、8a 微粒子、10 成長容器、11 炭化珪素単結晶、11A 表面、12 ビーカー、13 液体。 1 type substrate, 1A main surface, 1B silicon surface, 1C surface, 2a, 2b through-hole, 3 type substrate holding part, 4 heat insulating material, 7 material containing part, 8 silicon carbide material, 8a fine particle, 10 growth vessel, 11 carbonization Silicon single crystal, 11A surface, 12 beakers, 13 liquid.
Claims (4)
前記第1の成長容器を加熱炉内に設置し、前記第1の種基板保持部に種基板を配置しない状態で前記炭化珪素原料の一部を昇華させる工程と、
前記炭化珪素原料の一部を昇華させる工程の後、主面を有する種基板を前記第1の種基板保持部とは別の第2の種基板保持部に配置する工程と、
前記原料収容部と前記第2の種基板保持部を有する第2の成長容器内において前記炭化珪素原料の残りを昇華させることにより、前記種基板の前記主面に炭化珪素結晶を成長させる工程とを備え、
前記炭化珪素原料の一部を昇華させる工程は、
前記加熱炉を第1の圧力に保ち、かつ前記第1の成長容器を2200℃以上に加熱する第1工程と、
前記第1工程後、前記第1の成長容器の加熱を維持したまま前記加熱炉を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力に保つことにより、前記第1の種基板保持部に前記炭化珪素原料の一部を昇華させる第2工程と、
前記第2工程後、前記第1の成長容器を室温まで冷却する工程とを含み、
前記炭化珪素原料の一部を昇華させる前に、前記炭化珪素原料に含まれる炭化珪素微粉末を減少させる工程をさらに備え、
前記炭化珪素微粉末を減少させる工程は、前記炭化珪素原料を酸に浸漬させて、前記酸の表面に浮上する前記炭化珪素微粉末を除去することにより行われる、炭化珪素基板の製造方法。 Disposing a silicon carbide raw material in a first growth vessel having a raw material containing portion and a first seed substrate holding portion;
Placing the first growth vessel in a heating furnace and sublimating a part of the silicon carbide raw material in a state where no seed substrate is disposed in the first seed substrate holding part;
After the step of sublimating a part of the silicon carbide raw material, a step of disposing a seed substrate having a main surface in a second seed substrate holding unit different from the first seed substrate holding unit;
Growing a silicon carbide crystal on the main surface of the seed substrate by sublimating the remainder of the silicon carbide raw material in a second growth vessel having the raw material container and the second seed substrate holder. With
Sublimating a part of the silicon carbide raw material,
A first step of maintaining the heating furnace at a first pressure and heating the first growth vessel to 2200 ° C. or higher;
After the first step, the carbonization is performed on the first seed substrate holder by maintaining the heating furnace at a second pressure lower than the first pressure while maintaining heating of the first growth vessel. A second step of sublimating a portion of the silicon raw material;
After the second step, cooling the first growth vessel to room temperature,
Before sublimating a part of the silicon carbide raw material, further comprising the step of reducing the silicon carbide fine powder contained in the silicon carbide raw material,
The method of reducing the silicon carbide fine powder is performed by immersing the silicon carbide raw material in an acid and removing the silicon carbide fine powder floating on the surface of the acid.
The step of reducing the silicon carbide fine powder is performed by immersing the silicon carbide raw material in hydrochloric acid and aqua regia to remove the silicon carbide fine powder floating on the surface of the hydrochloric acid and the aqua regia. Item 4. A method for manufacturing a silicon carbide substrate according to any one of Items 1 to 3.
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