JP2019026499A - Method for manufacturing single crystal - Google Patents

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Abstract

To provide a method for surely manufacturing a single crystal having high quality and a large surface size by a simpler method.SOLUTION: A method for manufacturing a single crystal SiC42 includes a pattern formation step and a crystal growth step. In the pattern formation step, a plurality of long-sized piece 41 projected in the c axial direction and long-sized when viewed in the c axial direction are formed at an interval by removing or growing a part of (0001) surface or (000-1) surface of a SiC substrate 40 having a hexagonal system crystal structure. In the crystal growth step, the single crystals SiC42 grown from the long-sized pieces 41 are connected to each other by growing a crystal in a direction vertical to the c axis and in the c axial direction to the SiC substrate 40. In the long-sized pieces 41 formed in the pattern formation step, included are long-sized pieces in which the absolute value of an angle formed of the longitudinal direction when viewed in the c axial direction and the [11-20] direction of the SiC substrate 40 is within a range of 30°+60n°±15°.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、主として、六方晶系の結晶構造を有する基板を用いて単結晶を製造する方法に関する。   The present invention mainly relates to a method for producing a single crystal using a substrate having a hexagonal crystal structure.

従来から、高品質な半導体デバイスを作製するために、欠陥が少ない単結晶を製造する方法が模索されている。特許文献1から4は、単結晶SiCを製造する技術を開示する。   Conventionally, a method for producing a single crystal with few defects has been sought in order to produce a high-quality semiconductor device. Patent Documents 1 to 4 disclose techniques for producing single crystal SiC.

特許文献1の単結晶SiCの製造方法では、初めにSiC基板に複数の凸部を設ける。その後、この凸部にMSE法(準安定溶媒エピタキシー法)による結晶成長を行う。これにより、凸部から径方向に広がるように単結晶SiCが成長するため、凸部よりも表面のサイズが大きい単結晶SiCを製造できる。   In the method for producing single crystal SiC disclosed in Patent Document 1, first, a plurality of convex portions are provided on a SiC substrate. Thereafter, crystal growth is performed on this convex portion by MSE method (metastable solvent epitaxy method). Thereby, since single-crystal SiC grows so that it may spread in a diameter direction from a convex part, single-crystal SiC whose surface size is larger than a convex part can be manufactured.

特許文献2の単結晶SiCの製造方法では、初めに、SiC基板の表面をレーザにより格子状に除去することにより、複数の凸部を形成する。その後、SiC基板にMSE法による結晶成長を行う。このとき、TSDが含まれている凸部は、TSDが含まれていない凸部と比較して、c軸方向の成長速度が速くなるため、c軸方向の高さが高くなる。このc軸方向の高さが高い凸部をレーザにより除去した後に、再びMSE法を行う。これにより、複数の凸部から成長させた単結晶SiCが接続され、表面のサイズが大きな単結晶SiCが製造される。   In the method for producing single-crystal SiC disclosed in Patent Document 2, first, a plurality of convex portions are formed by removing the surface of the SiC substrate in a lattice shape with a laser. Thereafter, crystal growth is performed on the SiC substrate by the MSE method. At this time, since the convex portion including TSD has a higher growth rate in the c-axis direction than the convex portion not including TSD, the height in the c-axis direction is increased. After removing the convex portion having a high height in the c-axis direction with a laser, the MSE method is performed again. Thereby, single crystal SiC grown from a plurality of convex portions is connected, and single crystal SiC having a large surface size is manufactured.

特許文献3の単結晶SiCの製造方法では、初めに、SiC種結晶にマクロステップバンチングを形成することで、第2の種結晶を形成する。次に、この第2の種結晶のTSD上にステップバンチングを形成する。TSD上にステップバンチングを形成してステップフロー成長を行うことでTSDが積層欠陥(基板の表面に貫通しない欠陥)に変換されるため、TSDが少ない単結晶SiCが製造される。   In the method for producing single-crystal SiC disclosed in Patent Document 3, first, a second seed crystal is formed by forming macrostep bunching on the SiC seed crystal. Next, step bunching is formed on the TSD of the second seed crystal. By forming step bunching on the TSD and performing step flow growth, the TSD is converted into stacking faults (defects that do not penetrate the surface of the substrate), so that single-crystal SiC with less TSD is manufactured.

特許文献4は、SiC基板に対して結晶成長を行って製造した単結晶SiCから、薄板状の単結晶SiCを切り出す。そして、この薄板状の単結晶SiCに再び結晶成長を行う。以上の処理を繰り返すことにより、TSDが少ない単結晶SiCが製造される。   In Patent Document 4, thin single crystal SiC is cut out from single crystal SiC manufactured by crystal growth on a SiC substrate. Then, crystal growth is performed again on the thin plate-like single crystal SiC. By repeating the above processing, single crystal SiC with a small TSD is manufactured.

特開2006−298722号公報JP 2006-298722 A 特開2017−88444号公報JP 2017-88444 A 特開2014−43369号公報JP 2014-43369 A 特開2003−119097号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-119097

特許文献1から4のうち、特許文献1及び2に記載のMSE法では表面のサイズを広げる方向に結晶を成長させることができるため、TSD(貫通螺旋転位)等の結晶欠陥の伝播が生じにくい。従って、高品質な単結晶SiCを製造できる。しかし、特許文献1の方法では、ある程度以上のサイズの単結晶SiCを製造するためには、長時間掛けて凸部を成長させる必要がある。また、特許文献2の方法では、径方向に成長させた単結晶SiC同士が確実に接続されるとは限られないため、改善が求められていた。   Among Patent Documents 1 to 4, the MSE method described in Patent Documents 1 and 2 can grow crystals in the direction of increasing the size of the surface, so that propagation of crystal defects such as TSD (through threading dislocation) is unlikely to occur. . Therefore, high quality single crystal SiC can be manufactured. However, in the method of Patent Document 1, in order to manufacture single crystal SiC having a size of a certain size or more, it is necessary to grow the convex portion over a long time. Further, in the method of Patent Document 2, since single crystal SiC grown in the radial direction is not always reliably connected, improvement has been demanded.

また、以上で説明した課題はSiCに限られず、他の六方晶系の物質であっても同様の課題が存在する。   The problem described above is not limited to SiC, and the same problem exists even with other hexagonal substances.

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、高品質かつ表面のサイズが大きい単結晶をより確実に製造する方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present invention is to provide a method for more reliably producing a single crystal having a high quality and a large surface size.

課題を解決するための手段及び効果Means and effects for solving the problems

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。   The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.

本発明の観点によれば、以下の単結晶の製造方法が提供される。即ち、この単結晶の製造方法は、パターン形成工程と、結晶成長工程と、を含む処理を行う。前記パターン形成工程では、六方晶系の結晶構造を有する基板の(0001)面又は(000−1)面の一部を除去するか一部を成長させることで、c軸方向に突出するとともにc軸方向で見たときに長尺状となる長尺片を間隔を空けて複数形成する。前記結晶成長工程では、前記基板に対してc軸に垂直な方向及びc軸方向の結晶成長を行うことで、前記長尺片から成長させた単結晶同士を接続する。前記パターン形成工程で形成する前記長尺片には、c軸方向で見たときの長手方向と、前記基板の[11−20]方向と、がなす角の絶対値が、nをゼロ以上の整数として30°+60n°±15°の範囲内であるものが含まれている。   According to an aspect of the present invention, the following method for producing a single crystal is provided. That is, this single crystal manufacturing method performs a process including a pattern formation step and a crystal growth step. In the pattern forming step, a part of the (0001) plane or the (000-1) plane of the substrate having a hexagonal crystal structure is removed or a part of the substrate is grown to project in the c-axis direction and c A plurality of long pieces that are long when viewed in the axial direction are formed at intervals. In the crystal growth step, the single crystals grown from the long pieces are connected to each other by performing crystal growth in the direction perpendicular to the c-axis and in the c-axis direction with respect to the substrate. The long piece formed in the pattern forming step has an absolute value of an angle formed by the longitudinal direction when viewed in the c-axis direction and the [11-20] direction of the substrate, and n is zero or more. Those in the range of 30 ° + 60 n ° ± 15 ° as an integer are included.

これにより、上記の角度の長尺片を形成することで、結晶成長工程で長尺片同士を接続することができる。また、長尺片が形成されていない部分にTSDが存在していた場合であっても、当該結晶欠陥は成長させる単結晶には伝播しないので、高品質の単結晶を製造できる。   Thereby, by forming the long pieces having the above-mentioned angle, the long pieces can be connected to each other in the crystal growth process. Further, even when TSD is present in a portion where the long piece is not formed, the crystal defect does not propagate to the single crystal to be grown, so that a high-quality single crystal can be manufactured.

前記の単結晶の製造方法においては、前記パターン形成工程で形成する前記長尺片には、c軸方向で見たときの長手方向と、前記基板の[11−20]方向と、がなす角の絶対値が、30°+60n°±10°の範囲内であるものが含まれていることが好ましい。   In the method for producing a single crystal, the long piece formed in the pattern forming step has an angle formed between a longitudinal direction when viewed in the c-axis direction and a [11-20] direction of the substrate. It is preferable that the absolute value of is in the range of 30 ° + 60 n ° ± 10 °.

これにより、上記の角度の長尺片を形成することで、結晶成長工程で長尺片同士を更に確実に接続することができる。   Thereby, by forming the long pieces having the above-mentioned angle, the long pieces can be more reliably connected in the crystal growth step.

前記の単結晶の製造方法においては、隣り合う前記長尺片同士は、前記基板の<11−20>方向の何れかに移動させることで互いに重なる位置に形成されていることが好ましい。   In the method for producing a single crystal, it is preferable that the adjacent long pieces are formed at positions overlapping each other by being moved in any of the <11-20> directions of the substrate.

これにより、結晶成長工程で隣り合う長尺片同士を更に確実に接続することができる。   Thereby, the adjacent long pieces can be more reliably connected in the crystal growth step.

前記の単結晶の製造方法においては、前記パターン形成工程で前記長尺片のパターンを形成するパターン形成領域において、少なくとも1つの前記長尺片は、当該パターン形成領域の一端から他端まで形成されていることが好ましい。また、前記パターン形成領域は前記基板の一部であっても良いし、前記基板の全面であっても良い。   In the method for producing a single crystal, in the pattern forming region in which the pattern of the long piece is formed in the pattern forming step, at least one of the long pieces is formed from one end to the other end of the pattern forming region. It is preferable. The pattern formation region may be a part of the substrate or the entire surface of the substrate.

これにより、<11−20>方向以外の方向での単結晶の接続が不要となるため、表面のサイズが大きい単結晶をより確実に製造できる。   Thereby, since the connection of the single crystal in directions other than the <11-20> direction is not required, a single crystal having a large surface size can be more reliably manufactured.

前記の単結晶の製造方法においては、前記パターン形成工程で形成される前記長尺片は、前記基板の[11−20]方向に対してなす角が正の部分と、負の部分とが接続された折曲げ状であることが好ましい。   In the method for manufacturing a single crystal, the long piece formed in the pattern forming step has a portion where a positive angle with respect to the [11-20] direction of the substrate is connected to a negative portion. The bent shape is preferable.

これにより、折曲げがない長尺片と異なり、基板の一側の端部から他側の端部までで、なす角の絶対値が同じ形状の長尺片を形成できる。   Thereby, unlike the long piece which is not bent, a long piece having the same absolute value of the angle formed from one end of the substrate to the other end can be formed.

前記の単結晶の製造方法においては、前記パターン形成工程では、前記基板にレーザを照射することで複数の前記長尺片を形成することが好ましい。   In the method for producing a single crystal, in the pattern forming step, it is preferable to form a plurality of the long pieces by irradiating the substrate with a laser.

これにより、一部のみに結晶成長を行って長尺片を形成する方法と比較して、簡単かつ短時間で長尺片を形成することができる。   Thereby, a long piece can be formed easily and in a short time as compared with a method of forming a long piece by performing crystal growth on only a part.

前記の単結晶の製造方法においては、前記基板がSiC基板であり、前記単結晶が単結晶SiCであることが好ましい。   In the method for producing a single crystal, the substrate is preferably a SiC substrate, and the single crystal is preferably single crystal SiC.

これにより、簡単な工程で高品質の単結晶SiCを製造できる。   Thereby, high quality single crystal SiC can be manufactured by a simple process.

前記の単結晶の製造方法においては、前記結晶成長工程では、前記SiC基板と、当該SiC基板よりも自由エネルギーが高く、少なくともCを供給するフィード材と、の間にSi融液が存在する状態で加熱することで、前記SiC基板の表面に前記単結晶SiCを成長させる準安定溶媒エピタキシー法を行うことが好ましい。   In the method for producing a single crystal, in the crystal growth step, a Si melt exists between the SiC substrate and a feed material having higher free energy than that of the SiC substrate and supplying at least C. It is preferable to perform a metastable solvent epitaxy method in which the single crystal SiC is grown on the surface of the SiC substrate by heating at a temperature of 1.

これにより、準安定溶媒エピタキシー法はc軸に垂直な方向の成長速度が速いため、長尺片から成長した単結晶SiCを短時間で接続することができる。   Thereby, since the metastable solvent epitaxy method has a high growth rate in the direction perpendicular to the c-axis, single crystal SiC grown from a long piece can be connected in a short time.

本発明の単結晶SiCの製造方法等で用いる高温真空炉の概要を説明する図。The figure explaining the outline | summary of the high temperature vacuum furnace used with the manufacturing method etc. of the single crystal SiC of this invention. 単結晶SiCの製造工程(パターン形成工程及びダメージ除去工程)を示す模式図。The schematic diagram which shows the manufacturing process (a pattern formation process and a damage removal process) of single crystal SiC. 単結晶SiCの製造工程(結晶成長工程)を示す模式図。The schematic diagram which shows the manufacturing process (crystal growth process) of single crystal SiC. SiC基板に形成されるパターン及びなす角θを説明する平面図(c軸方向で見た図)。The top view explaining the angle | corner (theta) and the pattern formed in a SiC substrate (The figure seen in the c-axis direction). MSE法による結晶成長工程を示す模式図。The schematic diagram which shows the crystal growth process by MSE method. 結晶成長前のSiC基板のTSDの分布と、結晶成長後のSiC基板のTSDの分布と、を示す図。The figure which shows TSD distribution of the SiC substrate before crystal growth, and TSD distribution of the SiC substrate after crystal growth. なす角θと単結晶の成長状態及び接続状態を示す顕微鏡写真。The microscope picture which shows the angle | corner (theta) and the growth state and connection state of a single crystal. なす角θと単結晶の成長状態及び接続状態を示す模式図。The schematic diagram which shows angle | corner (theta) and the growth state and connection state of a single crystal. {1−100}ファセット面の形成により成長が停止した別の例を示す図。The figure which shows another example which the growth stopped by formation of the {1-100} facet surface. 六方晶系の結晶構造の(0001)面における方向(結晶方位)を示す図。The figure which shows the direction (crystal orientation) in the (0001) plane of a hexagonal crystal structure. SiC基板に形成される他のパターンを示す模式図。The schematic diagram which shows the other pattern formed in a SiC substrate.

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図1を参照して、本実施形態の単結晶SiCの製造方法等で用いる高温真空炉10について説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1, the high temperature vacuum furnace 10 used with the manufacturing method of the single crystal SiC of this embodiment, etc. is demonstrated.

図1に示すように、高温真空炉10は、本加熱室21と、予備加熱室22と、を備えている。本加熱室21は、少なくとも表面が単結晶SiC(例えば、4H−SiC又は6H−SiC)で構成される単結晶SiC基板(以下、SiC基板40)を1000℃以上2300℃以下の温度に加熱することができる。予備加熱室22は、SiC基板40を本加熱室21で加熱する前に予備加熱を行うための空間である。   As shown in FIG. 1, the high-temperature vacuum furnace 10 includes a main heating chamber 21 and a preheating chamber 22. The main heating chamber 21 heats a single crystal SiC substrate (hereinafter, SiC substrate 40) having at least a surface made of single crystal SiC (for example, 4H—SiC or 6H—SiC) to a temperature of 1000 ° C. or higher and 2300 ° C. or lower. be able to. The preheating chamber 22 is a space for performing preheating before the SiC substrate 40 is heated in the main heating chamber 21.

本加熱室21には、真空形成用バルブ23と、不活性ガス注入用バルブ24と、真空計25と、が接続されている。真空形成用バルブ23は、本加熱室21の真空度を調整することができる。不活性ガス注入用バルブ24は、本加熱室21内の不活性ガスの圧力を調整することができる。本実施形態において、不活性ガスとは、例えばAr等の第18族元素(希ガス元素)のガス、即ち、固体のSiCに対して反応性が乏しいガスであり、窒素ガスを除くガスである。真空計25は、本加熱室21内の真空度を測定することができる。   A vacuum forming valve 23, an inert gas injection valve 24, and a vacuum gauge 25 are connected to the main heating chamber 21. The vacuum forming valve 23 can adjust the degree of vacuum of the main heating chamber 21. The inert gas injection valve 24 can adjust the pressure of the inert gas in the main heating chamber 21. In the present embodiment, the inert gas is a gas of a group 18 element (rare gas element) such as Ar, for example, a gas that is poor in reactivity with solid SiC, and is a gas excluding nitrogen gas. . The vacuum gauge 25 can measure the degree of vacuum in the main heating chamber 21.

本加熱室21の内部には、ヒータ26が備えられている。また、本加熱室21の側壁及び天井には図略の熱反射金属板が固定されており、この熱反射金属板は、ヒータ26の熱を本加熱室21の中央部に向けて反射させるように構成されている。これにより、SiC基板40を強力かつ均等に加熱し、1000℃以上2300℃以下の温度まで昇温させることができる。なお、ヒータ26としては、例えば、抵抗加熱式のヒータ又は高周波誘導加熱式のヒータを用いることができる。   A heater 26 is provided inside the main heating chamber 21. A heat reflecting metal plate (not shown) is fixed to the side wall and the ceiling of the main heating chamber 21, and this heat reflecting metal plate reflects the heat of the heater 26 toward the center of the main heating chamber 21. It is configured. Thereby, SiC substrate 40 can be heated strongly and evenly, and the temperature can be raised to a temperature of 1000 ° C. or higher and 2300 ° C. or lower. As the heater 26, for example, a resistance heating type heater or a high frequency induction heating type heater can be used.

高温真空炉10は、坩堝(収容容器)30に収容されたSiC基板40に対して加熱を行う。収容容器30は、適宜の支持台等に載せられており、この支持台が動くことで、少なくとも予備加熱室から本加熱室まで移動可能に構成されている。収容容器30は、互いに嵌合可能な上容器31と下容器32とを備えている。SiC基板40は、収容容器30の下容器32に載置されている支持台33に支持される。   High-temperature vacuum furnace 10 heats SiC substrate 40 accommodated in crucible (accommodating container) 30. The storage container 30 is mounted on an appropriate support base or the like, and is configured to be movable at least from the preheating chamber to the main heating chamber by moving the support base. The storage container 30 includes an upper container 31 and a lower container 32 that can be fitted to each other. The SiC substrate 40 is supported by a support base 33 placed on the lower container 32 of the storage container 30.

収容容器30は、SiC基板40が収容される内部空間の壁面(上面、側面、底面)を構成する部分において、外部側から内部空間側の順に、タンタル層(Ta)、タンタルカーバイド層(TaC及びTa2C)、及びタンタルシリサイド層(TaSi2又はTa5Si3等)から構成されている。 The storage container 30 includes a tantalum layer (Ta) and a tantalum carbide layer (TaC and TaC) in order from the external side to the internal space side in the portion constituting the wall surface (upper surface, side surface, and bottom surface) of the internal space in which the SiC substrate 40 is stored. Ta 2 C) and a tantalum silicide layer (TaSi 2 or Ta 5 Si 3 or the like).

このタンタルシリサイド層は、加熱を行うことで、収容容器30の内部空間にSiを供給する。また、収容容器30にはタンタル層及びタンタルカーバイド層が含まれるため、周囲のC蒸気を取り込むことができる。これにより、加熱時に内部空間内を高純度のSi雰囲気とすることができる。なお、タンタルシリサイド層を設けることに代えて、固体のSi等のSi源を内部空間に配置しても良い。この場合、加熱時に固体のSiが昇華することで、内部空間内を高純度のSi蒸気圧下とすることができる。   This tantalum silicide layer supplies Si to the internal space of the container 30 by heating. Further, since the container 30 includes a tantalum layer and a tantalum carbide layer, surrounding C vapor can be taken in. Thereby, the inside space can be made into a high purity Si atmosphere during heating. Instead of providing the tantalum silicide layer, a solid Si source such as Si may be disposed in the internal space. In this case, solid Si sublimates during heating, so that the interior space can be under a high-purity Si vapor pressure.

SiC基板40を加熱する際には、初めに、図1の鎖線で示すように収容容器30を高温真空炉10の予備加熱室22に配置して、適宜の温度(例えば約800℃)で予備加熱する。次に、予め設定温度(例えば、約1800℃)まで昇温させておいた本加熱室21へ収容容器30を移動させる。その後、圧力等を調整しつつSiC基板40を加熱する。なお、予備加熱を省略しても良い。   When heating the SiC substrate 40, first, as shown by the chain line in FIG. 1, the container 30 is placed in the preheating chamber 22 of the high-temperature vacuum furnace 10 and preliminarily maintained at an appropriate temperature (for example, about 800 ° C.). Heat. Next, the container 30 is moved to the main heating chamber 21 that has been heated to a preset temperature (for example, about 1800 ° C.) in advance. Thereafter, SiC substrate 40 is heated while adjusting the pressure and the like. Note that preheating may be omitted.

次に、本実施形態で行われる単結晶SiC42の製造工程について図2及び図3を参照して説明する。図2及び図3は、単結晶SiC42の製造工程を示す模式図である。   Next, the manufacturing process of the single crystal SiC 42 performed in this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are schematic views showing a manufacturing process of the single crystal SiC 42.

SiC基板40には、図2及び図3に示すように、TSD(TSD :threading screw dislocation、貫通螺旋転位)が生じている。TSDとは、結晶の変位方向(バーガースベクトル)と転位線が平行な結晶欠陥である。TSDは、結晶成長時に単結晶SiC42に伝播することで、単結晶SiC42の品質を低下させる。以下の説明では、SiC基板40に生じているTSDを説明する場合は、符号51を付して説明する。なお、SiC基板40には実際には多数のTSDが形成されているが、図を簡単にするため、図2及び図3には、TSD51が1つだけ示されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, TSD (TSD: threading thread dislocation) is generated in the SiC substrate 40. TSD is a crystal defect in which a crystal displacement direction (Burgers vector) and dislocation lines are parallel. The TSD propagates to the single crystal SiC 42 during crystal growth, thereby reducing the quality of the single crystal SiC 42. In the following description, the TSD generated in the SiC substrate 40 is described with reference numeral 51. Although a large number of TSDs are actually formed on the SiC substrate 40, only one TSD 51 is shown in FIGS. 2 and 3 for the sake of simplicity.

本実施形態で用いるSiC基板40は、オフ角を有していないオン基板であるが、オフ角を有していても良い。また、SiC基板40の結晶多形は4H−SiCであるが、他の結晶多形(6H−SiC等)であっても良い。SiC基板40の主面(処理を行う面)はSi面(0001)面であるが、C面(000−1)面であっても良い。また、SiC基板40はパターン形成工程の前においては凸部等が形成されておらず、表面が平坦である。   The SiC substrate 40 used in the present embodiment is an on substrate that does not have an off angle, but may have an off angle. The crystal polymorph of the SiC substrate 40 is 4H—SiC, but other crystal polymorphs (6H—SiC, etc.) may be used. The main surface (surface to be processed) of SiC substrate 40 is the Si surface (0001) surface, but may be the C surface (000-1) surface. Further, the SiC substrate 40 has no projections or the like before the pattern formation step, and has a flat surface.

初めに、図2(a)及び図2(b)に示すように、SiC基板40に対してパターン形成工程を行う。パターン形成工程とは、SiC基板40の表面に複数の長尺片41で構成されるパターンを形成する処理である。本実施形態では、SiC基板40にレーザを照射してSiC基板40の一部(長尺片41を形成しない部分)を除去することで、パターンを形成する。   First, as shown in FIG. 2A and FIG. 2B, a pattern forming process is performed on the SiC substrate 40. The pattern forming process is a process of forming a pattern composed of a plurality of long pieces 41 on the surface of the SiC substrate 40. In the present embodiment, a pattern is formed by irradiating the SiC substrate 40 with a laser to remove a part of the SiC substrate 40 (a portion where the long piece 41 is not formed).

以下、本実施形態で形成されるパターンについて説明する。このパターンを構成する長尺片41は、SiC基板40の表面からc軸方向(本実施形態では[0001]方向)に突出している。本実施形態では、SiC基板40の表面と長尺片41の側面とが直交しているが、異なる角度をなしていても良い。また、長尺片41のc軸方向の長さ(高さ)は、全ての長尺片41で同じであることが好ましいが、僅かに異なっていても良い。   Hereinafter, the pattern formed in the present embodiment will be described. The long piece 41 constituting this pattern protrudes from the surface of the SiC substrate 40 in the c-axis direction (in the present embodiment, the [0001] direction). In the present embodiment, the surface of the SiC substrate 40 and the side surface of the long piece 41 are orthogonal to each other, but may have different angles. The length (height) of the long pieces 41 in the c-axis direction is preferably the same for all the long pieces 41, but may be slightly different.

また、長尺片41は、c軸方向で見たときに(即ち図4等の平面図)において、長尺状である。長尺状とは、細長い形状であり、言い換えれば「長手方向」という概念が存在する形状である。本実施形態では、折曲げ状の長尺片41が形成されている。具体的には、図4に示すように、1つの長尺片41は、[11−20]方向に対してなす角が+θの部分と、[11−20]方向に対してなす角が−θの部分と、が接続された構成である。なお、なす角の求め方は、[11−20]方向を基準として、c軸方向で見て反時計回りを正とし、時計回りを負として求める。なす角θの好ましい範囲は後述する。   Further, the long piece 41 has a long shape when viewed in the c-axis direction (that is, a plan view of FIG. 4 and the like). The long shape is an elongated shape, in other words, a shape having a concept of “longitudinal direction”. In the present embodiment, a bent long piece 41 is formed. Specifically, as shown in FIG. 4, one long piece 41 has a portion where the angle formed with respect to the [11-20] direction is + θ and the angle formed with respect to the [11-20] direction is −. This is a configuration in which the θ portion is connected. In addition, the method of calculating | requiring the angle | corner which makes | forms is calculated | required by making a counterclockwise rotation seeing in the c-axis direction positive with respect to the [11-20] direction, and making clockwise rotation negative. A preferable range of the angle θ formed will be described later.

本実施形態では、上記の形状の長尺片41が[11−20]方向に所定の間隔で並べて配置されている。言い換えれば、ある長尺片41を[11−20]方向に移動させることで、隣の長尺片41と重なる。長尺片41が形成される間隔は同じであることが好ましいが異なっていても良い。1つの長尺片41は、SiC基板40の一端から他端まで([1−100]方向の一端から他端まで)形成されている。言い換えれば、長尺片41は、[11−20]方向のみに並べて配置されており、別の方向([1−100]方向等)には並べて配置されていない。なお、長尺片41のパターンの別の例については後述する。   In the present embodiment, the long pieces 41 having the above-described shape are arranged at predetermined intervals in the [11-20] direction. In other words, by moving a certain long piece 41 in the [11-20] direction, it overlaps with the adjacent long piece 41. The intervals at which the long pieces 41 are formed are preferably the same, but may be different. One long piece 41 is formed from one end to the other end of the SiC substrate 40 (from one end to the other end in the [1-100] direction). In other words, the long pieces 41 are arranged side by side only in the [11-20] direction, and are not arranged side by side in another direction (such as the [1-100] direction). In addition, another example of the pattern of the long piece 41 will be described later.

本実施形態ではSiC基板40にレーザを照射することで長尺片41のパターンを形成するが、長尺片41のパターンを形成可能であれば他の方法を用いることもできる。例えば、長尺片41のパターン以外の箇所に開口が形成されているマスクを、SiC基板40の表面に載置し、エッチング(フッ素プラズマ等を用いたドライエッチング、又は、KOHエッチング等のウェットエッチング等)を行う。これにより、長尺片41のパターンを形成することができる。あるいは、SiC基板40の除去ではなく、SiC基板40の一部を成長させることで、長尺片41のパターンを形成することもできる。具体的には、長尺片41のパターンを形成する箇所に開口が形成されているマスクを、SiC基板40の表面に載置し、結晶成長(溶液成長又は気相成長等)を行う。これにより、長尺片41のパターンを形成することができる。   In the present embodiment, the pattern of the long piece 41 is formed by irradiating the SiC substrate 40 with a laser, but other methods may be used as long as the pattern of the long piece 41 can be formed. For example, a mask in which an opening is formed in a portion other than the pattern of the long piece 41 is placed on the surface of the SiC substrate 40, and etching (dry etching using fluorine plasma or wet etching such as KOH etching) is performed. Etc.). Thereby, the pattern of the long piece 41 can be formed. Alternatively, the pattern of the long pieces 41 can be formed by growing a part of the SiC substrate 40 instead of removing the SiC substrate 40. Specifically, a mask in which an opening is formed at a position where the pattern of the long piece 41 is formed is placed on the surface of the SiC substrate 40, and crystal growth (solution growth or vapor phase growth or the like) is performed. Thereby, the pattern of the long piece 41 can be formed.

次に、図2(b)及び図2(c)に示すように、SiC基板40にダメージ除去工程を行う。ダメージ除去工程とは、パターン形成工程でSiC基板40の表面に生じたダメージを除去する工程である。本実施形態では、Si蒸気圧エッチングにより、ダメージ除去工程を行う。   Next, as shown in FIGS. 2B and 2C, a damage removing process is performed on the SiC substrate 40. The damage removing step is a step of removing damage generated on the surface of the SiC substrate 40 in the pattern forming step. In this embodiment, the damage removal step is performed by Si vapor pressure etching.

ここで、Si蒸気圧エッチングについて詳細に説明する。Si蒸気圧エッチングは、SiC基板40を収容容器30に収容し、上述したSi源が収容容器30内に存在する状態で(かつSi及び不活性ガス以外の元素を積極的に供給しない状態で)、1500℃以上2200℃以下、望ましくは1600℃以上2000℃以下の温度範囲で高温真空炉10を用いて加熱を行う。これにより、収容容器30内が高純度のSi蒸気圧下となり、この状態でSiC基板40が加熱される。これにより、SiC基板40の外周面の表面がエッチングされるとともに当該表面が平坦化されていく。このSi蒸気圧エッチングの際には、以下に示す反応が行われる。簡単に説明すると、SiC基板40がSi蒸気圧下で加熱されることで、SiC基板40のSiCが熱分解ならびにSiとの化学反応によってSi2C又はSiC2等になって昇華するとともに、Si雰囲気下のSiがSiC基板40の外周面の表面でCと結合して自己組織化が起こり平坦化される。
(1) SiC(s) → Si(v)I + C(s)I
(2) 2SiC(s) → Si(v)II + SiC2(v)
(3) SiC(s) + Si(v)I+II → Si2C(v)
Here, the Si vapor pressure etching will be described in detail. In the Si vapor pressure etching, the SiC substrate 40 is housed in the housing container 30, and the Si source described above is present in the housing container 30 (and in a state where elements other than Si and inert gas are not actively supplied). Heating is performed using the high-temperature vacuum furnace 10 in a temperature range of 1500 ° C. to 2200 ° C., preferably 1600 ° C. to 2000 ° C. Thereby, the inside of container 30 is under high-purity Si vapor pressure, and SiC substrate 40 is heated in this state. Thereby, the surface of the outer peripheral surface of SiC substrate 40 is etched and the surface is flattened. In this Si vapor pressure etching, the following reaction is performed. Briefly, when the SiC substrate 40 is heated under Si vapor pressure, the SiC of the SiC substrate 40 is sublimated as Si 2 C or SiC 2 due to thermal decomposition and chemical reaction with Si, and the Si atmosphere. The lower Si is bonded to C on the surface of the outer peripheral surface of the SiC substrate 40 to cause self-organization and flattening.
(1) SiC (s) → Si (v) I + C (s) I
(2) 2SiC (s) → Si (v) II + SiC 2 (v)
(3) SiC (s) + Si (v) I + II → Si 2 C (v)

Si蒸気圧エッチングを行うことにより、パターン形成工程で生じたダメージを除去することができる。また、SiC基板40の作製時に生じた加工ダメージ(例えば切出し及び研磨等の際に生じた加工ダメージ)についても除去できる。なお、本実施形態では、Si蒸気圧エッチングを用いてダメージ除去工程を行うが、他の方法(例えば、水素エッチング等のドライエッチング、又は、KOHエッチング等のウェットエッチング等)により、パターン形成工程で生じたダメージを除去しても良い。   By performing the Si vapor pressure etching, it is possible to remove the damage caused in the pattern forming process. Further, it is possible to remove processing damage (for example, processing damage generated during cutting and polishing) generated when the SiC substrate 40 is manufactured. In this embodiment, the damage removal process is performed using Si vapor pressure etching. However, the pattern formation process may be performed by other methods (for example, dry etching such as hydrogen etching or wet etching such as KOH etching). The damage that has occurred may be removed.

次に、図3(d)から図3(f)に示すように、SiC基板40に結晶成長工程を行う。結晶成長工程では、SiC基板40に対してc軸に垂直な方向(水平方向、基板厚み方向に垂直な方向、面積を広げる方向)及びc軸方向(基板厚み方向)の結晶成長を行うことで、長尺片41から成長した単結晶SiC42同士を接続する。本実施形態では、溶液成長法の1つであるMSE法(準安定溶媒エピタキシー法)を用いて単結晶SiC(エピタキシャル層)を成長させる。   Next, as shown in FIGS. 3D to 3F, a crystal growth step is performed on the SiC substrate 40. In the crystal growth step, crystal growth is performed on the SiC substrate 40 in the direction perpendicular to the c-axis (horizontal direction, direction perpendicular to the substrate thickness direction, direction of expanding the area) and c-axis direction (substrate thickness direction). The single crystal SiC 42 grown from the long pieces 41 are connected to each other. In the present embodiment, single crystal SiC (epitaxial layer) is grown using MSE method (metastable solvent epitaxy method) which is one of the solution growth methods.

なお、本実施形態では、MSE法を用いて結晶成長工程を行うが、他の方法(例えば、CVD法等の気相成長法、温度勾配を設けることにより溶液中のC等を移動させる溶液成長法等)を用いても良い。CVD法を用いる場合は、SiC基板40にオフ角を形成する必要がある。   In this embodiment, the crystal growth process is performed using the MSE method, but other methods (for example, a vapor phase growth method such as a CVD method, a solution growth in which C or the like in a solution is moved by providing a temperature gradient). Or the like) may be used. When the CVD method is used, it is necessary to form an off angle in the SiC substrate 40.

以下、MSE法について図5を参照して説明する。図4は、MSE法による結晶成長工程を示す模式図である。図5に示すように、本実施形態では、収容容器30にSiC基板40を収容する。収容容器30の内部には、SiC基板40に加え、Siプレート61と、フィード材62と、が配置されている。これらは、支持台33によって支持されている。   Hereinafter, the MSE method will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a crystal growth process by the MSE method. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the SiC substrate 40 is stored in the storage container 30. In addition to the SiC substrate 40, an Si plate 61 and a feed material 62 are disposed inside the storage container 30. These are supported by a support base 33.

SiC基板40は、液相エピタキシャル成長の基板(シード側)として使用される。SiC基板40の一側(上側)には、Siプレート61が配置されている。Siプレート61は、Si製の板状の部材である。Siの融点は約1400℃であるので、上記の高温真空炉10で加熱を行うことでSiプレート61は溶融する。Siプレート61の一側(上側)には、フィード材62が配置されている。フィード材62は、例えば多結晶3C−SiC製であり、SiC基板40より自由エネルギーの高い基板である。   The SiC substrate 40 is used as a substrate (seed side) for liquid phase epitaxial growth. An Si plate 61 is disposed on one side (upper side) of the SiC substrate 40. The Si plate 61 is a plate-shaped member made of Si. Since the melting point of Si is about 1400 ° C., the Si plate 61 is melted by heating in the high-temperature vacuum furnace 10 described above. A feed material 62 is disposed on one side (upper side) of the Si plate 61. The feed material 62 is made of, for example, polycrystalline 3C—SiC and has a higher free energy than the SiC substrate 40.

SiC基板40、Siプレート61、及びフィード材62を上記のように配置して加熱すると、SiC基板40とフィード材62の間に配置されていたSiプレート61が溶融し、シリコン融液が炭素を移動させるための溶媒として働く。なお、加熱温度は、例えば1500℃以上2300℃以下であることが好ましい。この加熱により、SiC基板40とフィード材62の自由エネルギーの差に基づいて、Si融液に濃度勾配が発生し、この濃度勾配が駆動力となって、フィード材62からSi融液へSiとCが溶出する。Si融液に取り込まれたCは、Si融液のSiと結合し、SiC基板40に単結晶SiCとして析出する。以上により、SiC基板40の表面に単結晶SiC42を成長させることができる。また、MSE法では、SiC基板40にオフ角が形成されていない場合であっても、結晶成長を行うことができる。   When the SiC substrate 40, the Si plate 61, and the feed material 62 are arranged and heated as described above, the Si plate 61 disposed between the SiC substrate 40 and the feed material 62 is melted, and the silicon melt causes the carbon to melt. Acts as a solvent for transfer. In addition, it is preferable that heating temperature is 1500 degreeC or more and 2300 degrees C or less, for example. Due to this heating, a concentration gradient is generated in the Si melt based on the difference in free energy between the SiC substrate 40 and the feed material 62, and this concentration gradient serves as a driving force to transfer Si from the feed material 62 to the Si melt. C elutes. C taken into the Si melt is combined with Si in the Si melt, and is deposited on the SiC substrate 40 as single crystal SiC. As described above, single-crystal SiC 42 can be grown on the surface of SiC substrate 40. In the MSE method, crystal growth can be performed even when the off-angle is not formed in the SiC substrate 40.

MSE法では、c軸に垂直な方向及びc軸方向に結晶成長が行われる。従って、図3(e)に示すように長尺片41が形成されたSiC基板40にMSE法を行って結晶成長させることで、SiC基板40の長尺片41に単結晶SiC42が析出する。この単結晶SiC42がc軸に垂直な方向(特にa軸方向)に成長することで、図3(f)に示すように、隣接する長尺片41から成長した単結晶SiC42同士が接続される。以上により、表面のサイズが大きい単結晶SiC42を製造することができる。   In the MSE method, crystal growth is performed in a direction perpendicular to the c-axis and in the c-axis direction. Therefore, as shown in FIG. 3E, single crystal SiC 42 is deposited on the long piece 41 of the SiC substrate 40 by crystal growth by performing the MSE method on the SiC substrate 40 on which the long piece 41 is formed. As this single crystal SiC 42 grows in a direction perpendicular to the c-axis (particularly in the a-axis direction), the single crystal SiC 42 grown from adjacent long pieces 41 are connected to each other as shown in FIG. . As described above, single crystal SiC 42 having a large surface size can be manufactured.

ここで、長尺片41が形成されていない部分では、フィード材62までの距離が長くなるため、成長速度が遅い又は結晶が成長しない。従って、長尺片41が形成されていない部分のTSD51は単結晶SiC42には伝播しない。従って、TSD密度が低い単結晶SiC42を製造することができる。   Here, in the portion where the long piece 41 is not formed, the distance to the feed material 62 becomes long, so the growth rate is slow or the crystal does not grow. Therefore, the portion of TSD 51 where the long piece 41 is not formed does not propagate to the single crystal SiC 42. Therefore, single crystal SiC 42 having a low TSD density can be manufactured.

上記のようにして作製された単結晶SiC42は、SiCインゴットを作製するための種結晶として用いることができる。あるいは、単結晶SiC42付きのSiC基板40を、半導体デバイスを作製するためのSiCウエハとして用いることもできる。   The single crystal SiC 42 produced as described above can be used as a seed crystal for producing a SiC ingot. Alternatively, the SiC substrate 40 with the single crystal SiC 42 can be used as a SiC wafer for manufacturing a semiconductor device.

以下、本実施形態の方法で単結晶SiC42を製造することでTSD密度が低くなっていることを確かめた実験について図6を参照して説明する。図6(a)及び図6(b)は、SiC基板40にTSD51が生じている部分を可視化する処理を行った後に、SiC基板40の表面を顕微鏡で撮像した写真である。図6(a)及び図6(b)では、TSD51が生じている箇所が黒丸となるように処理されている。図6(a)には結晶成長前のSiC基板40のTSD51の分布が示されており、図6(b)には結晶成長後のSiC基板40のTSD51の分布が示されている。図6(a)及び図6(b)に示すように、結晶成長を行うことでTSD51の数が大幅に減少していることが確認できる。   Hereinafter, an experiment for confirming that the TSD density is lowered by manufacturing the single crystal SiC 42 by the method of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6A and FIG. 6B are photographs in which the surface of the SiC substrate 40 is imaged with a microscope after performing a process of visualizing the portion where the TSD 51 is generated on the SiC substrate 40. In FIG. 6A and FIG. 6B, processing is performed so that the portion where the TSD 51 occurs is a black circle. 6A shows the distribution of TSD 51 of SiC substrate 40 before crystal growth, and FIG. 6B shows the distribution of TSD 51 of SiC substrate 40 after crystal growth. As shown in FIGS. 6A and 6B, it can be confirmed that the number of TSDs 51 is greatly reduced by performing crystal growth.

次に、結晶成長工程において隣接する単結晶SiC42が接続されるための条件を確かめる実験について図7及び図8を参照して説明する。この実験では、複数のSiC基板40を用意し、それぞれのSiC基板40に上記のなす角θが異なる長尺片41を形成し、それぞれのSiC基板40についてMSE法による結晶成長を行った。なお、長尺片41の形成は、キーエンス製のレーザ装置(MD−T1000)を用いて行った。また、レーザの媒質はNd:YVO4、レーザの波長は532nmとした。 Next, an experiment for confirming the conditions for connecting adjacent single crystal SiC 42 in the crystal growth step will be described with reference to FIGS. In this experiment, a plurality of SiC substrates 40 were prepared, the long pieces 41 having the different angles θ were formed on each SiC substrate 40, and crystal growth was performed on each SiC substrate 40 by the MSE method. The long piece 41 was formed using a Keyence laser device (MD-T1000). The laser medium was Nd: YVO 4 and the laser wavelength was 532 nm.

また、図7に示す顕微鏡写真は、SiC等の六方晶系の結晶構造の以下の特徴を利用してSEMで撮影した。即ち、単結晶SiCの積層配向(SiとCからなる分子層が積み重なる方向)は半周期毎に<1−100>方向又はその反対方向へと折り返す構成である。そして、単結晶SiCの表面の積層配向と、入射電子線の角度と、が近い場合は強い二次電子線が発生し、単結晶SiCの表面の積層配向と、入射電子線の角度と、が遠い場合は弱い二次電子線が発生する。   The micrograph shown in FIG. 7 was taken with an SEM using the following characteristics of a hexagonal crystal structure such as SiC. That is, the stacking orientation of single crystal SiC (the direction in which molecular layers made of Si and C are stacked) is folded back in the <1-100> direction or the opposite direction every half cycle. When the stacking orientation on the surface of the single crystal SiC and the angle of the incident electron beam are close, a strong secondary electron beam is generated, and the stacking orientation on the surface of the single crystal SiC and the angle of the incident electron beam are When it is far away, a weak secondary electron beam is generated.

図7及び図8は、この実験の結果を示す図である。図7には、上記のなす角θが異なるSiC基板40毎に、結晶成長工程前の顕微鏡写真と、結晶成長後の顕微鏡写真と、が記載されている。図8には、結晶成長後の模式図が示されている。なお、図8(c)では、成長の様子が同様の角(θ=±75°,±80°,±85°)については、同じ図で記載しているため、θの大きさと模式図の角度に若干の違いが存在する。   7 and 8 are diagrams showing the results of this experiment. FIG. 7 shows a micrograph before the crystal growth step and a microphotograph after the crystal growth for each SiC substrate 40 having different angles θ. FIG. 8 shows a schematic diagram after crystal growth. Note that in FIG. 8C, the angles with the same growth (θ = ± 75 °, ± 80 °, ± 85 °) are shown in the same figure, and therefore the magnitude of θ and the schematic diagram There is a slight difference in angle.

図7及び図8に示すように、なす角θの絶対値が55°,60°である場合、長尺片41からの単結晶SiC42の[11−20]方向の成長が不均一となる。また、[11−20]の反対方向へは、一度{1−100}ファセット面が生じると、結晶成長の速度が低下し、殆ど結晶成長が見られない。そのため、単結晶SiC42同士は完全には接続されず、一部において隙間が生じる。この隙間は、ある程度時間を掛けて単結晶SiC42を成長させた場合であっても埋まらない。   As shown in FIGS. 7 and 8, when the absolute value of the angle θ formed is 55 ° or 60 °, the growth of the single crystal SiC 42 from the long piece 41 in the [11-20] direction becomes non-uniform. In addition, once the {1-100} facet plane is generated in the direction opposite to [11-20], the crystal growth rate is reduced and almost no crystal growth is observed. Therefore, the single crystal SiC 42 are not completely connected to each other, and a gap is generated in part. This gap is not filled even when single crystal SiC 42 is grown for some time.

これに対し、なす角θの絶対値が75°,80°,85°,90°である場合、長尺片41からの単結晶SiC42の[11−20]方向及びその反対方向へ均一な成長が生じる。また、{1−100}ファセット面が発生せずに、隣り合う長尺片41から成長した単結晶SiC42は隙間無く接続される。従って、なす角θの絶対値が75°以上90°以下(好ましくは80°以上90°以下)である場合、単結晶SiC42同士をより確実に接続することができる。   On the other hand, when the absolute value of the angle θ formed is 75 °, 80 °, 85 °, 90 °, the single crystal SiC 42 from the long piece 41 grows uniformly in the [11-20] direction and the opposite direction. Occurs. Further, the single crystal SiC 42 grown from the adjacent long pieces 41 is connected without a gap without generating a {1-100} facet plane. Therefore, when the absolute value of the angle θ formed is not less than 75 ° and not more than 90 ° (preferably not less than 80 ° and not more than 90 °), the single crystal SiC 42 can be more reliably connected.

図9は、{1−100}ファセット面の形成により成長が停止した別の例を示す図である。図9(a)には、成長前及び成長後の模式図が示され、図9(b)には、成長後の顕微鏡写真が示されている。図9に示す長尺片41のパターンは、なす角θが90°であるが、隣り合う長尺片41同士は、[11−20]方向に移動させても重ならない。この場合、図9の成長の過程において、長尺片41の短辺側に{1−100}ファセット面が形成されることがある。この場合、このファセット面で成長が停止し、長尺片41の短辺側の隙間は、ある程度時間を掛けて単結晶SiC42を成長させた場合であっても埋まらない。このように、長尺片41から成長した単結晶SiC42同士を接続するためには、{1−100}ファセット面が形成されることを防止する必要がある。また、{1−100}ファセット面が形成された場合、仮に単結晶SiC42が接続された場合であっても結晶欠陥が発生する可能性が高い。   FIG. 9 is a diagram showing another example in which the growth is stopped by forming the {1-100} facet plane. FIG. 9A shows a schematic diagram before and after growth, and FIG. 9B shows a micrograph after growth. The pattern of the long pieces 41 shown in FIG. 9 has an angle θ of 90 °, but the adjacent long pieces 41 do not overlap even if they are moved in the [11-20] direction. In this case, a {1-100} facet surface may be formed on the short side of the long piece 41 in the growth process of FIG. In this case, the growth stops at this facet surface, and the gap on the short side of the long piece 41 is not filled even when the single crystal SiC 42 is grown over a certain period of time. Thus, in order to connect the single crystal SiC 42 grown from the long piece 41, it is necessary to prevent the formation of the {1-100} facet plane. In addition, when a {1-100} facet plane is formed, there is a high possibility that crystal defects will occur even if single crystal SiC 42 is connected.

ここで、SiCのような六方晶系の結晶構造は、(0001)面又は(000−1)面において(即ちc軸方向で見たときに)、6回対称である。従って、c軸方向を回転軸として結晶を60°回転させた場合でも殆ど同じ性質を有する。図10には、六方晶系の結晶構造の(0001)面における方向(結晶方位)が示されている。六方晶系の結晶構造は6回対称であるため、[11−20]方向に等価な方向(即ち<11−20>方向)が合計6つ存在し、[1−100]方向に等価な方向(即ち<1−100>方向)も合計6つ存在する(詳細は図10を参照)   Here, a hexagonal crystal structure such as SiC has a six-fold symmetry in the (0001) plane or the (000-1) plane (that is, when viewed in the c-axis direction). Therefore, even when the crystal is rotated by 60 ° about the c-axis direction as the rotation axis, it has almost the same property. FIG. 10 shows the direction (crystal orientation) in the (0001) plane of the hexagonal crystal structure. Since the hexagonal crystal structure is six-fold symmetric, there are a total of six directions equivalent to the [11-20] direction (that is, the <11-20> direction), and the direction equivalent to the [1-100] direction. There are also a total of 6 (ie, <1-100> directions) (see FIG. 10 for details).

上述した{1−100}ファセット面は、長尺片の長手方向が<11−20>方向において発生する。そのため、<11−20>方向から離れた<1−100>方向に近いほど、{1−100}ファセット面が発生しにくいと考えられる。ここで、図7及び図8で示した実験によれば、[−1100]方向に対する差異角が15°以下であることが好ましく、10°以下であることが更に好ましいことが確かめられた。   The {1-100} facet surface described above occurs when the longitudinal direction of the long piece is in the <11-20> direction. Therefore, it is considered that the {1-100} facet surface is less likely to occur as it is closer to the <1-100> direction, which is away from the <11-20> direction. Here, according to the experiment shown in FIGS. 7 and 8, it was confirmed that the difference angle with respect to the [−1100] direction is preferably 15 ° or less, and more preferably 10 ° or less.

以上により、<1−100>方向との差異角が15°以下であることが好ましく、10°以下であることが更に好ましいことが分かる。この条件を上記のなす角θを用いて言い換えれば、nをゼロ以上の整数とした場合において、θ=30°+60n°±15°の範囲内であることが好ましい(即ち、30°+60n−15°≦θ≦30°+60n+15°)。また、θ=30°+60n°±10°の範囲内であることが更に好ましい(即ち、30°+60n−10°≦θ≦30°+60n+10°)。また、図10には、更に好ましい角度範囲の6つの例を破線で示している。   From the above, it can be seen that the difference angle from the <1-100> direction is preferably 15 ° or less, and more preferably 10 ° or less. In other words, using the angle θ formed as described above, in the case where n is an integer greater than or equal to zero, it is preferably within the range of θ = 30 ° + 60n ° ± 15 ° (that is, 30 ° + 60n−15). ° ≦ θ ≦ 30 ° + 60n + 15 °). Further, it is more preferable that the angle is within the range of θ = 30 ° + 60n ° ± 10 ° (that is, 30 ° + 60n−10 ° ≦ θ ≦ 30 ° + 60n + 10 °). Further, in FIG. 10, six examples of more preferable angle ranges are shown by broken lines.

また、上記実施形態では、折れ線状の長尺片41を形成するが、図11(a)に示すように、直線状の長尺片41を形成しても良い。また、折れ線状の長尺片41を形成する場合において、折れ曲がりの回数は2回以上であっても良い。   Moreover, in the said embodiment, although the polygonal long piece 41 is formed, you may form the linear long piece 41 as shown to Fig.11 (a). Further, in the case of forming the broken line-shaped long piece 41, the number of bending may be two or more.

また、上記実施形態では、SiC基板40の一端から他端まで([1−100]方向の根元側の端部から先側の端部まで)1つの長尺片41が形成されているが、図11(b)に示すように、[1−100]方向において分割された長尺片41を形成しても良い。   In the above embodiment, one long piece 41 is formed from one end to the other end of the SiC substrate 40 (from the end on the base side in the [1-100] direction to the end on the front side). As shown in FIG. 11B, long pieces 41 divided in the [1-100] direction may be formed.

また、上記実施形態では、SiC基板40の端部まで長尺片41が形成されているが、図11(c)に示すように、SiC基板40の端部を避けた位置に長尺片41を形成しても良い。この場合、長尺片41が形成される領域をパターン形成領域と称する。また、図11(c)に示す例では、パターン形成領域の一端から他端まで1つの長尺片41が形成されている。   Moreover, in the said embodiment, although the elongate piece 41 is formed to the edge part of the SiC substrate 40, as shown in FIG.11 (c), the elongate piece 41 is located in the position which avoided the edge part of the SiC substrate 40. FIG. May be formed. In this case, a region where the long piece 41 is formed is referred to as a pattern formation region. Further, in the example shown in FIG. 11C, one long piece 41 is formed from one end to the other end of the pattern formation region.

また、上記実施形態では、全て同じ形状の長尺片41が形成されているが、少なくとも1つの形状(例えば、長尺片41の長さ及びなす角θ等)が異なっていても良い。   In the above embodiment, the long pieces 41 having the same shape are formed, but at least one shape (for example, the length of the long piece 41 and the angle θ formed) may be different.

以上に説明したように、本実施形態の単結晶SiC42の製造方法では、パターン形成工程と、結晶成長工程と、を含む処理を行う。パターン形成工程では、六方晶系の結晶構造を有するSiC基板40の(0001)面又は(000−1)面の一部を除去するか一部を成長させることで、c軸方向に突出するとともにc軸方向で見たときに長尺状となる長尺片41を間隔を空けて複数形成する。結晶成長工程では、SiC基板40に対してc軸に垂直な方向及びc軸方向の結晶成長を行うことで、長尺片41から成長させた単結晶SiC42同士を接続する。パターン形成工程で形成する長尺片41には、c軸方向で見たときの長手方向と、SiC基板40の[11−20]方向と、がなす角の絶対値が、nをゼロ以上の整数として30°+60n°±15°の範囲内であるものが含まれている。   As described above, in the method for manufacturing single-crystal SiC 42 according to this embodiment, processing including the pattern formation step and the crystal growth step is performed. In the pattern forming process, by removing or growing a part of the (0001) plane or the (000-1) plane of the SiC substrate 40 having a hexagonal crystal structure, the pattern is projected in the c-axis direction. A plurality of long pieces 41 that are long when viewed in the c-axis direction are formed at intervals. In the crystal growth step, the single crystal SiC 42 grown from the long pieces 41 is connected to each other by performing crystal growth in the direction perpendicular to the c axis and in the c axis direction on the SiC substrate 40. In the long piece 41 formed in the pattern forming step, the absolute value of the angle formed by the longitudinal direction when viewed in the c-axis direction and the [11-20] direction of the SiC substrate 40 is n equal to or greater than zero. Those in the range of 30 ° + 60 n ° ± 15 ° as an integer are included.

これにより、上記の角度の長尺片41を形成することで、結晶成長工程で長尺片41同士を接続することができる。また、長尺片41が形成されていない部分にTSD51が存在していた場合であっても、当該結晶欠陥は成長させる単結晶SiC42には伝播しないので、高品質の単結晶SiC42を製造できる。また、本実施形態のようにパターン形成工程で結晶成長を行わない場合は、1回の結晶成長で単結晶SiC42を製造可能であるため、簡単な工程で高品質かつ表面のサイズが大きい単結晶SiC42を製造できる。   Thereby, by forming the long pieces 41 having the above-mentioned angles, the long pieces 41 can be connected to each other in the crystal growth process. Even if the TSD 51 is present in a portion where the long piece 41 is not formed, the crystal defect does not propagate to the single crystal SiC 42 to be grown, and thus high quality single crystal SiC 42 can be manufactured. In addition, when crystal growth is not performed in the pattern formation process as in the present embodiment, single crystal SiC 42 can be manufactured by one crystal growth, and thus a single crystal having a high quality and a large surface size can be obtained by a simple process. SiC 42 can be manufactured.

また、本実施形態の単結晶SiC42の製造方法において、パターン形成工程で形成する長尺片41には、c軸方向で見たときの長手方向と、SiC基板40の[11−20]方向と、がなす角の絶対値が、30°+60n°±10°の範囲内であるものが含まれている。   Moreover, in the manufacturing method of the single crystal SiC 42 of the present embodiment, the long piece 41 formed in the pattern forming step includes the longitudinal direction when viewed in the c-axis direction, the [11-20] direction of the SiC substrate 40, and , The absolute value of the angle formed by is in the range of 30 ° + 60 n ° ± 10 °.

これにより、上記の角度の長尺片41を形成することで、結晶成長工程で長尺片41同士を更に確実に接続することができる。   Thereby, by forming the long pieces 41 having the above angles, the long pieces 41 can be more reliably connected to each other in the crystal growth step.

また、本実施形態の単結晶SiC42の製造方法において、隣り合う長尺片41同士は、SiC基板40の<11−20>方向の何れかに移動させることで互いに重なる位置に形成されている。   Moreover, in the manufacturing method of the single crystal SiC 42 of the present embodiment, the adjacent long pieces 41 are formed at positions overlapping each other by being moved in any of the <11-20> directions of the SiC substrate 40.

これにより、結晶成長工程で隣り合う長尺片41同士を更に確実に接続することができる。   Thereby, the adjacent long pieces 41 can be more reliably connected in the crystal growth step.

また、本実施形態の単結晶SiC42の製造方法において、パターン形成工程で長尺片41のパターンを形成するパターン形成領域において、少なくとも1つの長尺片41は、当該パターン形成領域の一端から他端まで形成されている。   Further, in the method for manufacturing single-crystal SiC 42 of the present embodiment, in the pattern formation region in which the pattern of the long piece 41 is formed in the pattern formation step, at least one long piece 41 has the other end from the one end of the pattern formation region. Is formed.

これにより、<11−20>方向以外の方向での単結晶SiC42の接続が不要となるため、表面のサイズが大きい単結晶SiC42をより確実に製造できる。   This eliminates the need for connection of single crystal SiC 42 in directions other than the <11-20> direction, so that single crystal SiC 42 having a large surface size can be more reliably manufactured.

また、本実施形態の単結晶SiC42の製造方法において、パターン形成工程で形成される長尺片41は、SiC基板40の[11−20]方向に対してなす角が正の部分と、負の部分とが接続された折曲げ状である。   Moreover, in the manufacturing method of the single crystal SiC 42 of the present embodiment, the long piece 41 formed in the pattern forming step has a positive angle with respect to the [11-20] direction of the SiC substrate 40 and a negative portion. It is a bent shape in which the parts are connected.

これにより、折曲げがない長尺片41と異なり、SiC基板40の一側の端部から他側の端部まで同じ形状の長尺片41を形成できる。   Thereby, unlike the long piece 41 which is not bent, the long piece 41 having the same shape can be formed from one end of the SiC substrate 40 to the other end.

また、本実施形態の単結晶SiC42の製造方法において、パターン形成工程では、SiC基板40にレーザを照射することで複数の長尺片41を形成する。   Further, in the method for manufacturing single-crystal SiC 42 of the present embodiment, in the pattern forming step, a plurality of long pieces 41 are formed by irradiating the SiC substrate 40 with a laser.

これにより、一部のみに結晶成長を行って長尺片41を形成する方法と比較して、簡単かつ短時間で長尺片41を形成することができる。   Thereby, the long piece 41 can be formed easily and in a short time as compared with the method of forming the long piece 41 by performing crystal growth on only a part thereof.

また、本実施形態の単結晶SiC42の製造方法において、結晶成長工程では、SiC基板40と、当該SiC基板40よりも自由エネルギーが高く、少なくともCを供給するフィード材62と、の間にSi融液が存在する状態で加熱することで、SiC基板40の表面に単結晶SiC42を成長させる準安定溶媒エピタキシー法を行う。   Further, in the method for manufacturing single-crystal SiC 42 according to the present embodiment, in the crystal growth step, Si fusion is performed between the SiC substrate 40 and the feed material 62 having higher free energy than that of the SiC substrate 40 and supplying at least C. A metastable solvent epitaxy method for growing single crystal SiC 42 on the surface of the SiC substrate 40 by heating in the presence of the liquid is performed.

これにより、準安定溶媒エピタキシー法はc軸に垂直な方向の成長速度が速いため、長尺片41から成長した単結晶SiC42を短時間で接続することができる。   Thereby, since the metastable solvent epitaxy method has a high growth rate in the direction perpendicular to the c-axis, the single crystal SiC 42 grown from the long piece 41 can be connected in a short time.

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the above configuration can be modified as follows, for example.

図2及び3等で説明した製造工程は一例であり、工程の順序を入れ替えたり、一部の工程を省略したり、他の工程を追加したりすることができる。例えば、ダメージ除去工程は省略することができる。   The manufacturing process described with reference to FIGS. 2 and 3 is an example, and the order of the processes can be changed, some processes can be omitted, and other processes can be added. For example, the damage removal step can be omitted.

上記で説明した温度条件及び圧力条件等は一例であり、適宜変更することができる。また、上述した高温真空炉10以外の加熱装置(例えば内部空間が複数存在する高温真空炉)を用いたり、SiC基板として多結晶基板を用いたり、収容容器30と異なる形状又は素材の容器を用いたりしても良い。   The temperature conditions and pressure conditions described above are examples and can be changed as appropriate. Further, a heating device other than the above-described high-temperature vacuum furnace 10 (for example, a high-temperature vacuum furnace having a plurality of internal spaces) is used, a polycrystalline substrate is used as the SiC substrate, or a container having a shape or material different from that of the container 30 is used. You may do it.

本実施形態では、SiC基板に本発明を適用する例を説明したが、同様の六方晶系の基板である、サファイア基板及び窒化アルミニウム基板等にも本発明を適用することができる。   In the present embodiment, the example in which the present invention is applied to the SiC substrate has been described, but the present invention can also be applied to a sapphire substrate, an aluminum nitride substrate, and the like, which are similar hexagonal substrates.

10 高温真空炉
40 SiC基板
41 長尺片
42 単結晶SiC
10 High-temperature vacuum furnace 40 SiC substrate 41 Long piece 42 Single crystal SiC

Claims (8)

六方晶系の結晶構造を有する基板の(0001)面又は(000−1)面の一部を除去するか一部を成長させることで、c軸方向に突出するとともにc軸方向で見たときに長尺状となる長尺片を間隔を空けて複数形成するパターン形成工程と、
前記基板に対してc軸に垂直な方向及びc軸方向の結晶成長を行うことで、前記長尺片から成長させた単結晶同士を接続する結晶成長工程と、
を含む処理を行い、
前記パターン形成工程で形成する前記長尺片には、c軸方向で見たときの長手方向と、前記基板の[11−20]方向と、がなす角の絶対値が、nをゼロ以上の整数として30°+60n°±15°の範囲内であるものが含まれていることを特徴とする単結晶の製造方法。
When a part of the (0001) plane or (000-1) plane of the substrate having a hexagonal crystal structure is removed or a part thereof is grown, when protruding in the c-axis direction and viewed in the c-axis direction A pattern forming step of forming a plurality of long pieces that are long and spaced apart,
A crystal growth step of connecting the single crystals grown from the long pieces by crystal growth in a direction perpendicular to the c-axis and c-axis direction with respect to the substrate;
Process including
The long piece formed in the pattern forming step has an absolute value of an angle formed by the longitudinal direction when viewed in the c-axis direction and the [11-20] direction of the substrate, and n is zero or more. What is contained in the range of 30 degrees +60 n degrees +/- 15 degrees as an integer is included, The manufacturing method of the single crystal characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の単結晶の製造方法であって、
前記パターン形成工程で形成する前記長尺片には、c軸方向で見たときの長手方向と、前記基板の[11−20]方向と、がなす角の絶対値が、30°+60n°±10°の範囲内であることを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal according to claim 1,
The long piece formed in the pattern forming step has an absolute value of an angle formed by the longitudinal direction when viewed in the c-axis direction and the [11-20] direction of the substrate is 30 ° + 60 n ° ±. A method for producing a single crystal, which is within a range of 10 °.
請求項1又は2に記載の単結晶の製造方法であって、
隣り合う前記長尺片同士は、前記基板の<11−20>方向の何れかに移動させることで互いに重なる位置に形成されていることを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal according to claim 1 or 2,
The adjacent long pieces are formed in positions overlapping each other by moving in any of the <11-20> directions of the substrate.
請求項1から3までの何れか一項に記載の単結晶の製造方法であって、
前記パターン形成工程で前記長尺片のパターンを形成するパターン形成領域において、少なくとも1つの前記長尺片は、当該パターン形成領域の一端から他端まで形成されていることを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal according to any one of claims 1 to 3,
In the pattern formation region in which the pattern of the long piece is formed in the pattern forming step, at least one of the long pieces is formed from one end to the other end of the pattern formation region. Production method.
請求項1から4までの何れか一項に記載の単結晶の製造方法であって、
前記パターン形成工程で形成される前記長尺片は、前記基板の[11−20]方向に対してなす角が正の部分と、負の部分とが接続された折曲げ状であることを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal according to any one of claims 1 to 4,
The long piece formed in the pattern forming step has a bent shape in which a positive part and a negative part are connected to a [11-20] direction of the substrate. A method for producing a single crystal.
請求項1から5までの何れか一項に記載の単結晶の製造方法であって、
前記パターン形成工程では、前記基板にレーザを照射することで複数の前記長尺片を形成することを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal according to any one of claims 1 to 5,
In the pattern formation step, a plurality of the long pieces are formed by irradiating the substrate with a laser.
請求項1から6までの何れか一項に記載の単結晶の製造方法であって、
前記基板がSiC基板であり、前記単結晶が単結晶SiCであることを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal according to any one of claims 1 to 6,
The method for producing a single crystal, wherein the substrate is a SiC substrate, and the single crystal is single crystal SiC.
請求項7に記載の単結晶の製造方法であって、
前記結晶成長工程では、前記SiC基板と、当該SiC基板よりも自由エネルギーが高く、少なくともCを供給するフィード材と、の間にSi融液が存在する状態で加熱することで、前記SiC基板の表面に前記単結晶SiCを成長させる準安定溶媒エピタキシー法を行うことを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal according to claim 7,
In the crystal growth step, the SiC substrate is heated in a state in which a Si melt exists between the SiC substrate and a feed material having higher free energy than that of the SiC substrate and supplying at least C. A method for producing a single crystal, comprising performing a metastable solvent epitaxy method for growing the single crystal SiC on a surface.
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