JP2020026360A - 炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マクロ欠陥の発生を抑制可能な炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】第１主面と第１主面の反対側にある第２主面とを有する種結晶と、台座とが準備される。第１主面において珪素を脱離させることで炭素層が形成される。炭素層上に炭素を含む保護膜が形成される。第１主面が台座に対向するように配置された状態で、種結晶が台座に固定される。第２主面において炭化珪素単結晶を成長させる。【選択図】図３

Description

本開示は、炭化珪素単結晶の製造方法に関する。

特開平９−２６８０９６号公報（特許文献１）には、種結晶を接着剤で蓋体に取り付けた状態で、種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる方法が開示されている。また特開２００２−２０１０９７号公報（特許文献２）には、種結晶をフック状部材で固定した状態で、種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる方法が開示されている。

特開平９−２６８０９６号公報 特開２００２−２０１０９７号公報

本開示の目的は、マクロ欠陥の発生を抑制可能な炭化珪素単結晶の製造方法を提供することである。

本開示に係る炭化珪素単結晶の製造方法は以下の工程を備えている。第１主面と第１主面の反対側にある第２主面とを有する種結晶と、台座とが準備される。第１主面において珪素を脱離させることで炭素層が形成される。炭素層上に炭素を含む保護膜が形成される。第１主面が台座に対向するように配置された状態で、種結晶が台座に固定される。第２主面において炭化珪素単結晶を成長させる。

本開示によれば、マクロ欠陥の発生を抑制可能な炭化珪素単結晶の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第１工程を示す平面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法を概略的に示すフロー図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第３工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第４工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第５工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第６工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第７工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第５工程の第１変形例を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第６工程の第１変形例を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第７工程の第１変形例を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第５工程の第２変形例を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第５工程の第２変形例を示す平面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第６工程の第２変形例を示す断面模式図である。 第２主面に炭化珪素単結晶が成長している状態を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第７工程の第２変形例を示す断面模式図である。

［本開示の実施形態の概要］
まず、本開示の実施形態の概要について説明する。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。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”−”（バー）を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。

（１）本開示に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法は以下の工程を備えている。第１主面１１と第１主面１１の反対側にある第２主面１２とを有する種結晶１０と、台座３０とが準備される。第１主面１１において珪素を脱離させることで炭素層２０が形成される。炭素層２０上に炭素を含む保護膜４０が形成される。第１主面１１が台座３０に対向するように配置された状態で、種結晶１０が台座３０に固定される。第２主面１２において炭化珪素単結晶７４を成長させる。

（２）上記（１）に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法においては、保護膜４０を形成する工程は、炭素層２０上にレジスト４０を塗布する工程と、レジスト４０を加熱して炭化させる工程とを含んでいてもよい。

（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法によれば、種結晶１０を台座３０に固定する工程において、接着層８０を介して保護膜４０が台座３０に固定されてもよい。

（４）上記（１）または（２）に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法は、保護膜４０上に第１接着層８０を形成する工程と、第１接着層８０上にカーボンシート３８を形成する工程と、カーボンシート３８上に第２接着層８５を形成する工程とをさらに備えていてもよい。種結晶１０を台座３０に固定する工程においては、第２接着層８５を介してカーボンシート３８が台座３０に固定されてもよい。

（５）上記（１）または（２）に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法においては、第２主面１２は、中央部６１と、中央部６１を取り囲む外周部６２とを有していてもてよい。種結晶１０を台座３０に固定する工程においては、固定部材５０が外周部６２に当てることで保護膜４０が台座３０に接触し、種結晶１０が台座３０に固定されてもよい。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかに係る炭化珪素単結晶７４の製造方法においては、第２主面１２の直径は、１５０ｍｍ以上であってもよい。

（７）上記（１）〜（６）のいずれかに係る炭化珪素単結晶７４の製造方法においては、第２主面１２は、（０００−１）面に対して１°以上８°以下のオフ角で傾斜した面であってもよい。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、実施の形態の詳細について図に基づいて説明する。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、その説明は繰り返さない。

まず、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。
本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法においては、まず種結晶および台座を準備する工程（Ｓ１０：図３）が実施される。図１に示されるように、種結晶１０が準備される。種結晶１０は、たとえば六方晶炭化珪素により構成されている。種結晶１０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。種結晶１０は、第１主面１１と、第２主面１２と、第１周端面１３とを有する。第２主面１２は、第１主面１１の反対側にある。第１周端面１３は、第１主面１１および第２主面１２の各々に連なっている。

図２に示されるように、第１主面１１は、略円形である。第１主面１１の直径は、たとえば１００ｍｍ以上である。第１主面１１の直径は、たとえば１５０ｍｍ以上であってもよい。第１主面１１は、たとえば｛０００１｝面に対して１°以上８°以下のオフ角で傾斜した面である。具体的には、第１主面１１は、（０００１）面に対して１°以上８°以下のオフ角で傾斜した面であってもよい。

第２主面１２は、略円形である。第２主面１２の直径は、たとえば１００ｍｍ以上である。第２主面１２の直径は、たとえば１５０ｍｍ以上であってもよい。第２主面１２は、たとえば｛０００１｝面に対して１°以上８°以下のオフ角で傾斜した面である。具体的には、第２主面１２は、（０００−１）面に対して１°以上８°以下のオフ角で傾斜した面であってもよい。

次に、炭素層を形成する工程（Ｓ１１：図３）が実施される。具体的には、種結晶１０の第１主面１１において珪素を脱離させることで炭素層２０が形成される。たとえば、塩素ガス雰囲気下において第１主面１１に対して熱エッチングを行うことにより、第１主面１１において珪素が脱離することで、第１主面１１には炭素層２０が残存する。熱エッチングの温度は、たとえば８００℃以上である。塩素ガス雰囲気は、たとえば塩素（Ｃｌ₂）または三塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）を含んでいてもよい。

図４に示されるように、炭素層２０は、第７主面２１と、第８主面２２と、第４周端面２３を有している。第８主面２２は、第１主面１１に接している。第７主面２１は、第８主面２２とは反対側にある。第４周端面２３は、第７主面２１および第８主面２２の各々に連なっている。炭素層２０の厚みは、たとえば１００ｎｍ以上１μｍ以下である。

次に、炭素層上に保護膜を形成する工程（Ｓ１２：図３）が実施される。具体的には、まずレジスト４０がスピンコートを利用して炭素層２０上に塗布される。次に、レジスト４０が加熱される。レジスト４０が大気圧の条件で加熱される場合、レジスト４０の加熱温度は、たとえば３００℃程度である。レジスト４０が真空中またはアルゴン雰囲気で加熱される場合、レジスト４０の加熱温度は、たとえば１０００℃程度である。レジスト４０は、加熱により炭化する。レジスト４０が炭化することで保護膜４０が形成される。以上により、炭素層２０上に炭素（Ｃ）を含む保護膜４０が形成される。保護膜４０の厚みは、たとえば１μｍ以上５μｍ以下である。レジスト４０は、たとえば半導体装置の製造用に用いられるポジ型またはネガ型のフォトレジストである。レジスト４０は、たとえば乳酸エチルおよび酢酸ブチルを含有する。

図５に示されるように、保護膜４０は、第５主面４１と、第６主面４２と、第２周端面４３を有している。第６主面４２は、第７主面２１に接している。第５主面４１は、第６主面４２とは反対側にある。第２周端面４３は、第５主面４１および第６主面４２の各々に連なっている。保護膜４０の厚みは、炭素層２０の厚みよりも大きい。

次に、台座３０が準備される。台座３０は、たとえば円柱状である。図６に示されるように、台座３０は、第３主面３３と、第４主面３４と、第３周端面３５とを有している。第３主面３３は、種結晶１０が取り付けられる面である。第３主面３３は、平面状である。第４主面３４は、第３主面３３の反対側にある。第３周端面３５は、第３主面３３および第４主面３４の各々に連なっている。台座３０は、たとえばグラファイトにより構成されている。

次に、種結晶を台座に固定する工程（Ｓ２０：図３）が実施される。図７に示されるように、種結晶１０の第１主面１１が、台座３０の第３主面３３に対向するように配置される。種結晶１０を台座３０に固定する工程において、接着層８０を介して保護膜４０が台座３０に固定される。具体的には、接着層８０は、台座３０と保護膜４０との間に設けられる。たとえば接着層８０が台座３０の第３主面に形成された後に、保護膜４０の第５主面４１を接着層８０に接触させることにより、種結晶１０が台座３０に固定される。反対に、たとえば接着層８０が保護膜４０の第５主面４１に形成された後に、台座３０の第３主面３３を接着層８０に接触させることにより、種結晶１０が台座３０に固定されてもよい。

接着層８０は、たとえば、加熱されることによって難黒鉛化炭素となる樹脂と、黒鉛微粒子と、溶媒とを含んでいる。難黒鉛化炭素とは、不活性ガス中で加熱された場合に黒鉛構造が発達することが抑制さるような不規則な構造を有する炭素である。加熱されることによって難黒鉛化炭素となる樹脂としては、たとえば、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、またはフルフリルアルコール樹脂がある。黒鉛微粒子の量は、炭素原子のモル数を基準として、樹脂の量よりも少なくされることが好ましい。黒鉛微粒子の粒径は、たとえば０．１μｍ以上１０μｍである。接着層８０は、黒鉛微粒子に加えてさらにダイヤモンド微粒子を含んでもよい。

溶媒としては、上記の樹脂および炭水化物を溶解または分散させることができるものが適宜選択される。また溶媒は、単一の種類の液体からなるものに限られず、複数の種類の液体の混合液であってもよい。たとえば、炭水化物を溶解させるアルコールと、樹脂を溶解させるセロソルブアセテートとを含む溶媒が用いられてもよい。また溶媒としてフェノールを含んでも良い。接着層８０は、たとえば炭水化物を含んでいる。炭水化物としては、糖類またはその誘導体を用いることができる。この糖類は、グルコースのような単糖類であっても、セルロースのような多糖類であってもよい。接着層８０の成分は、上述した成分以外の成分を含んでもよい。接着層８０には、たとえば界面活性剤および安定剤などの添加材が含まれてもよい。

次に、接着層８０を硬化させる。具体的には、不活性ガス雰囲気中において、接着層８０がたとえば２００℃以上で加熱される。接着層８０は、たとえば１０００℃以上で加熱されてもよい。接着層８０が硬化することにより、種結晶１０が台座３０に固定される。接着層８０は、第９主面８１と、第１０主面８２とを有している。第９主面８１は、台座３０の第３主面３３に接している。第１０主面８２は、第９主面８１の反対側にある。第１０主面８２は、保護膜４０の第５主面４１に接している。

次に、種結晶に炭化珪素単結晶を成長させる工程（Ｓ３０：図３）が実施される。具体的には、まず坩堝７０が準備される。図８に示されるように、坩堝７０は、種結晶保持部７１と、原料収容部７２とを有している。種結晶保持部７１には、台座３０が取り付けられている。台座３０には、種結晶１０が取り付けられている。原料収容部７２には、炭化珪素原料７３が配置されている。炭化珪素原料７３は、たとえば多結晶炭化珪素である。種結晶１０の第２主面１２は、炭化珪素原料７３に対向するよう配置されている。

次に、不活性ガス雰囲気下において坩堝７０が加熱される。坩堝７０は、たとえば２１００℃以上２５００℃以下の温度に加熱される。炭化珪素原料７３の温度は、種結晶１０の温度よりも高くなるように、種結晶１０および炭化珪素原料７３の各々が加熱される。圧力は、たとえば１．３ｋＰａ以上１３ｋＰａ以下とされる。これにより、炭化珪素原料７３が昇華して昇華ガスが発生する。昇華ガスは、種結晶１０の第２主面１２上において再結晶化する。

図９に示されるように、時間の経過に伴って、第２主面１２において炭化珪素単結晶７４が成長する。炭化珪素単結晶７４は、第２主面１２から離れるにつれて直径が大きくなるように成長してもよい。別の観点から言えば、種結晶１０から炭化珪素原料７３に向かうにつれて、第２主面１２に平行な方向における長さが大きくなるように炭化珪素単結晶７４は成長してもよい。

（第１変形例）
次に、第１変形例に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法について説明する。第１変形例に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法においては、主に、第１接着層８０と第２接着層８５との間にカーボンシート３８が設けられている構成において、本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法と異なっており、その他の構成については、本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法と同様である。以下、本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法と異なる構成を中心に説明する。

図１０に示されるように、種結晶を台座に固定する工程（Ｓ２０：図３）においては、まず保護膜４０上に第１接着層８０が形成される。次に、第１接着層８０上にカーボンシート３８が形成される。カーボンシート３８は、たとえばグラファイト製のシートである。カーボンシート３８は、可撓性を有している。カーボンシート３８は、ｃ軸が厚み方向に配向しているため、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下程度の低い引張強度を有している。この場合、種結晶１０と台座３０との間に生じる熱応力を緩和することができる。カーボンシート３８は、応力緩和層として機能する。カーボンシート３８の厚みは、たとえば０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

次に、カーボンシート３８上に第２接着層８５が形成される。種結晶１０を台座３０に固定する工程においては、第２接着層８５を介してカーボンシート３８が台座３０に固定される。別の観点から言えば、第１接着層８０と、カーボンシート３８と、第２接着層８５とを利用して、種結晶１０が台座３０に固定される。第１接着層８０は、第９主面８１と、第１０主面８２とを有している。第１０主面８２は、第９主面８１の反対側にある。カーボンシート３８は、第１１主面３６と、第１２主面３７とを有している。第１２主面３７は、第１１主面３６の反対側にある。第２接着層８５は、第１３主面８３と、第１４主面８４とを有している。第１４主面８４は、第１３主面８３の反対側にある。第１接着層８０の第１０主面８２は、保護膜４０の第５主面４１に接している。第１接着層８０の第９主面８１は、カーボンシート３８の第１２主面３７に接している。第２接着層８５の第１３主面８３は、台座３０の第３主面３３に接している。第２接着層８５の第１４主面８４は、カーボンシート３８の第１１主面３６に接している。

次に、種結晶に炭化珪素単結晶を成長させる工程（Ｓ３０：図３）が実施される。図１１に示されるように、坩堝７０は、種結晶保持部７１と、原料収容部７２とを有している。種結晶保持部７１には、台座３０が取り付けられている。台座３０には、種結晶１０が取り付けられている。原料収容部７２には、炭化珪素原料７３が配置されている。炭化珪素原料７３は、たとえば多結晶炭化珪素である。種結晶１０の第２主面１２は、炭化珪素原料７３に対向するよう配置されている。

次に、不活性ガス雰囲気下において坩堝７０が加熱される。坩堝７０は、たとえば２１００℃以上２５００℃以下の温度に加熱される。炭化珪素原料７３の温度は、種結晶１０の温度よりも高くなるように、種結晶１０および炭化珪素原料７３の各々が加熱される。圧力は、たとえば１．３ｋＰａ以上１３ｋＰａ以下とされる。これにより、炭化珪素原料７３が昇華して昇華ガスが発生する。昇華ガスは、種結晶１０の第２主面１２上において再結晶化する。

図１２に示されるように、時間の経過に伴って、第２主面１２において炭化珪素単結晶７４が成長する。炭化珪素単結晶７４は、第２主面１２から離れるにつれて直径が大きくなるように成長してもよい。別の観点から言えば、種結晶１０から炭化珪素原料７３に向かうにつれて、第２主面１２に平行な方向における長さが大きくなるように炭化珪素単結晶７４は成長してもよい。

（第２変形例）
次に、第２変形例に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法について説明する。第２変形例に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法においては、主に、接着層８０の代わりに固定部材５０を用いて種結晶１０を台座３０に固定する構成において、本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法と異なっており、その他の構成については、本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法と同様である。以下、本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法と異なる構成を中心に説明する。

図１３に示されるように、種結晶を台座に固定する工程（Ｓ２０：図３）においては、固定部材５０が準備される。固定部材５０は、リング状部６０と、複数の保持部６３とを有している。リング状部６０は、たとえば円環状である。リング状部６０の内径は、台座３０の外径以上である。複数の保持部６３の各々は、リング状部６０に連なっている。

図１３に示されるように、種結晶１０の第１主面１１が、台座３０の第３主面３３に対向するように配置される。具体的には、保護膜４０の第５主面４１が、台座３０の第３主面３３に接するように種結晶１０が保護膜４０を介して台座３０に取り付けられる。図１３および図１４に示されるように、第２主面１２は、中央部６１と、外周部６２とを有している。外周部６２は、中央部６１を取り囲んでいる。中央部６１は、第２主面１２の中心７を含んでいる。外周部６２は、第２主面１２の外縁を含んでいる。外周部６２は、第１周端面１３に連なっている。

図１３に示されるように、第１主面１１が第３主面３３に対向するように配置された状態で固定部材５０が第２主面１２の外周部６２に当てられる。具体的には、固定部材５０のリング状部６０は、たとえばボルト（図示せず）によって台座３０に取り付けられる。複数の保持部６３の各々は、第２主面１２の外周部６２に接している。リング状部６０によって複数の保持部６３の各々が持ち上げられることにより、種結晶１０が台座３０に押し付けられる。別の観点から言えば、固定部材５０はフックの機能を有し、種結晶１０の外周部６２を引っかけて持ち上げている。以上のように、種結晶１０が台座３０に固定される。

図１３に示されるように、固定部材５０のリング状部６０は、台座３０の第３周端面３５と、保護膜４０の第２周端面４３と、種結晶１０の第１周端面１３とを取り囲んでいる。リング状部６０材の外径（第３直径１１３）は、台座３０の直径（第２直径１１２）よりも大きい。

図１４に示されるように、複数の保持部６３の数は、たとえば３以上である。複数の保持部６３は、たとえば第１保持領域５１と、第２保持領域５２と、第３保持領域５３とを有している。複数の保持部６３の各々は、第２主面１２の中心７を中心とした回転対称の位置に配置されている。周方向に沿った保持部６３の長さ１１４は、たとえば３ｍｍ以下である。周方向に沿った保持部６３の長さ１１４の上限は、特に限定されないが、たとえば２．７ｍｍ以下であってもよいし、２．４ｍｍ以下であってもよい。周方向に沿った保持部６３の長さ１１４の下限は、特に限定されないが、たとえば０．３ｍｍ以上であってもよい。

図１４に示されるように、複数の保持部６３に内接する円の直径を第１直径１１１とし、第２主面１２の直径を第２直径１１２とした場合、第２直径１１２から第１直径１１１を差し引いた値は、たとえば０．５ｍｍよりも大きく５ｍｍ未満である。第２直径１１２から第１直径１１１を差し引いた値の下限は、特に限定されないが、たとえば１ｍｍより大きくてもよいし、１．５ｍｍ以上より大きくてもよい。第２直径１１２から第１直径１１１を差し引いた値の上限は、特に限定されないが、たとえば４．５ｍｍ未満であってもよいし、４ｍｍ未満であってもよい。

なお、複数の保持部６３の各々の径方向の長さが同じ場合には、第２主面１２に対して垂直な方向から見て、複数の保持部６３に内接する円の半径は、第２主面１２の中心から保持部６３までの最短距離である。もし複数の保持部６３の各々の径方向の長さが異なる場合には、第２主面１２に対して垂直な方向から見て、複数の保持部６３に内接する円の半径は、第２主面１２の中心から複数の保持部６３の各々までの最短距離の中で最も小さい値とすることができる。

次に、種結晶１０に炭化珪素単結晶７４を成長させる工程（Ｓ３０：図３）が実施される。具体的には、まず坩堝７０が準備される。図１５に示されるように、坩堝７０は、種結晶保持部７１と、原料収容部７２とを有している。種結晶保持部７１には、台座３０が取り付けられている。台座３０には、種結晶１０が取り付けられている。原料収容部７２には、炭化珪素原料７３が配置されている。炭化珪素原料７３は、たとえば多結晶炭化珪素である。種結晶１０の第２主面１２は、炭化珪素原料７３に対向するよう配置されている。第２主面１２の外周部６２の一部は、固定部材５０の保持部６３に覆われている。

次に、不活性ガス雰囲気下において坩堝７０が加熱される。坩堝７０は、たとえば２１００℃以上２５００℃以下の温度に加熱される。炭化珪素原料７３の温度は、種結晶１０の温度よりも高くなるように、種結晶１０および炭化珪素原料７３の各々が加熱される。圧力は、たとえば１．３ｋＰａ以上１３ｋＰａ以下とされる。これにより、炭化珪素原料７３が昇華して昇華ガスが発生する。昇華ガスは、種結晶１０の第２主面１２上において再結晶化する。

図１６に示されるように、炭化珪素単結晶７４は、第２主面１２上においてステップフロー成長する。炭化珪素単結晶７４の成長面７５は、テラス１５と、ステップ１４とを有する。第２主面１２が｛０００１｝面に対して傾斜している場合（言い換えれば、オフ面の場合）、第２主面１２の中心７から見てオフ方向に位置する第２主面１２の外縁の位置（成長開始位置８）（図１４参照）から炭化珪素単結晶７４が成長する。成長開始位置８は、第２主面１２において、オフ方向の最上流に位置する。第２主面１２に対して垂直な方向から見て、炭化珪素単結晶７４は、オフ方向の最上流（成長開始位置８）からオフ方向の最下流（中心７に対して成長開始位置８とは反対側の位置）に向かって成長する。成長開始位置８に固定部材５０の保持部６３があると、ファセットの形成が阻害されるおそれがある。そのため、成長開始位置８には、固定部材５０の保持部６３を設けないことが望ましい。

図１６に示されるように、第２主面１２が（０００−１）面に対して１０°以下の角度θだけ傾斜した面である場合、第３方向１０３は、［０００−１］方向である。第４方向１０４は、オフ方向である。オフ方向は、たとえば＜１１−２０＞方向である。この場合、第６方向１０６は、オフ方向を第２主面１２に投影した方向である。オフ方向を第２主面１２に投影した方向は、［０００−１］方向を第２主面１２に投影した方向と同じである。

第５方向１０５は、第２主面１２に対して垂直な方向である。第１方向１０１は、第２主面１２に対して平行な方向である。第６方向１０６と、第４方向１０４とがなす角度θは、オフ角に等しい。同様に、第３方向１０３と、第５方向１０５とがなす角度θは、オフ角に等しい。なお、第２主面１２が（０００１）面に対して１０°以下の角度だけ傾斜した面である場合、第６方向１０６は、［０００１］方向を第２主面１２に投影した方向である。

図１４に示されるように、第２主面１２に対して垂直な方向から見た場合、成長開始位置指向ベクトル９０は、オフ方向を第２主面１２に投影した方向（第６方向１０６）を向きかつ第２主面１２の中心７を始点としたベクトルである。固定部材５０の複数の保持部６３の各々は、成長開始位置指向ベクトル９０に対して±１０°以内の領域には配置されていない。別の観点から言えば、複数の保持部６３の各々は、成長開始位置指向ベクトル９０に対して±１０°以外の外周部６２に接している。第１方向１０１は、たとえば＜１１−２０＞方向を第２主面１２に投影した方向である。第２方向１０２は、たとえば＜１−１００＞方向である。

つまり、種結晶１０を台座３０に固定する工程においては、第２主面１２に対して垂直な方向から見た場合に、成長開始位置指向ベクトル９０に対して±１０°以内の領域以外の外周部６２において固定部材５０が接している。成長開始位置指向ベクトル９０に対して±１５°以内の領域以外の外周部６２において固定部材５０が接していてもよいし、±３０°未満の領域以外の外周部６２において固定部材５０が接していてもよい。

図１４に示されるように、第２主面１２に対して垂直な方向から見た場合、成長開始位置指向ベクトル９０を時計回りに回転角度（φ）だけ回転させた第１ベクトル９１と、成長開始位置指向ベクトル９０を反時計回りに回転角度（φ）だけ回転させた第２ベクトル９２との間の領域においては、複数の保持部６３の各々は配置されていない。別の観点から言えば、第１ベクトル９１と、第２ベクトル９２との間の領域以外の外周部６２において、複数の保持部６３の各々は第２主面１２に接している。回転角度（φ）は、たとえば１０°である。

成長開始位置８を０°とすると、第１保持領域５１、第２保持領域５２、第３保持領域５３、それぞれ６０°、１８０°および３００°の位置に配置される。別の観点から言えば、０°、１２０°および２４０°の位置においては、外周部６２が保持部から露出している。第２主面１２に対して垂直な方向から見た場合、第１ベクトル９１は、第１保持領域５１と、成長開始位置指向ベクトル９０との間に位置している。同様に、第２主面１２に対して垂直な方向から見た場合、第２ベクトル９２は、第３保持領域５３と、成長開始位置指向ベクトル９０との間に位置している。第２保持領域５２は、オフ方向の最下流に位置していてもよい。

図１７に示されるように、時間の経過に伴って、第２主面１２において炭化珪素単結晶７４が成長する。炭化珪素単結晶７４は、第２主面１２から離れるにつれて直径が大きくなるように成長してもよい。別の観点から言えば、種結晶１０から炭化珪素原料７３に向かうにつれて、第２主面１２に平行な方向における長さが大きくなるように炭化珪素単結晶７４は成長してもよい。

次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法の作用効果について説明する。
本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法においては、第１主面１１において珪素を脱離させることで炭素層２０が形成される。このように形成された炭素層２０は、種結晶１０と強固に密着しており、容易は剥離しない。また炭素層２０上に炭素を含む保護膜４０が形成される。保護膜４０が炭素を含んでいるため、炭素同士の結合により、保護膜４０は炭素層２０と強固に密着する。また炭素層２０上に保護膜４０を形成するため、種結晶１０の第１主面１１上に炭素層２０のみまたは保護膜４０のみが形成されている場合と比較して、種結晶１０上に形成されている層の厚みが大きくなる。そのため、炭化珪素単結晶７４を成長させる工程において、種結晶１０の第１主面１１から炭化珪素が部分的に昇華することを抑制することができる。結果として、種結晶１０にマクロ欠陥が形成されることを抑制することができる。

また本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法によれば、種結晶１０を台座３０に固定する工程において、接着層８０を介して保護膜４０が台座３０に固定されてもよい。接着層８０は、炭素を含む保護膜４０と強固に密着する。そのため、種結晶１０が台座３０から落下することを抑制することができる。

さらに本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法は、保護膜４０上に第１接着層８０を形成する工程と、第１接着層８０上にカーボンシート３８を形成する工程と、カーボンシート３８上に第２接着層８５を形成する工程とをさらに有していてもよい。カーボンシート３８により応力が緩和されることで、種結晶１０が台座３０から落下することを抑制することができる。

さらに本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法の種結晶１０を台座３０に固定する工程においては、固定部材５０を外周部６２に当てることで保護膜４０が台座３０に接触し、種結晶１０が台座３０に固定されてもよい。この場合、種結晶１０は、固定部材５０によって機械的に台座３０に固定される。接着層８０を利用して台座３０と種結晶１０とを固定する場合、台座３０と種結晶１０との熱膨張係数の差に起因して生じる応力によって、種結晶１０は台座３０から落下しやすくなる。固定部材５０によって機械的に種結晶１０を台座３０に固定することにより、種結晶１０が台座３０から落下することを抑制することができる。

フック状の固定部材５０を用いて種結晶１０を台座３０に固定する場合、種結晶１０の結晶成長面（第２主面１２）の外周部６２が固定部材５０に覆われる。固定部材５０は、特異点となるため、固定部材５０に近い第２主面１２の部分は、固定部材５０から遠く離れている第２主面１２の部分と比較して、昇華ガスの流れが悪化して停滞することから、成長速度が増加しやすい。オフ方向の最上流に位置する第２主面１２の部分には、ファセットが形成される。この部分に固定部材５０が存在すると、ファセットの形成が阻害されやすくなり、成長した炭化珪素単結晶７４において異種ポリタイプが発生しやすい。

本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法においては、第２主面１２に対して垂直な方向から見た場合に、オフ方向を第２主面１２に投影した方向を向きかつ中心を始点としたベクトル（成長開始位置指向ベクトル９０）に対して±１０°以内の領域以外の外周部６２において固定部材５０が接している。そのため、オフ方向の最上流に位置する第２主面１２の部分（成長開始位置８）は、固定部材５０によって覆われていない。したがって、固定部材５０がファセットの形成を阻害することを抑制することができる。結果として、成長した炭化珪素単結晶７４において、異種ポリタイプが発生すること抑制することができる。

フック状の固定部材５０を用いて種結晶１０の第２主面１２を押さえることで種結晶１０を台座３０に固定する場合、結晶成長開始時における炭化珪素単結晶７４の直径が、種結晶１０の第２主面１２の直径よりも小さくなる。減径量が小さい場合、結晶成長後期では、成長した炭化珪素単結晶７４の直径を種結晶１０の直径と同等以上まで拡大することが可能である。この場合、成長後期の直径が拡大した部分を、次の結晶成長での種結晶１０として使用するが可能である。一方で、減径量が大きすぎる場合には、成長した炭化珪素単結晶７４の直径を種結晶１０の直径と同等以上まで拡大することが困難となる。この場合、使用した種結晶１０と同じ径の種結晶１０を作製できないため、連続して炭化珪素単結晶７４の製造を行うことができない。したがって、フック状の固定部材５０が種結晶１０上を覆う部分の内径は、種結晶１０の第２主面１２の直径に比べて、小さくなり過ぎないようにすることが望ましい。

本実施形態に係る炭化珪素単結晶７４の製造方法において、固定部材５０は、リング状部６０と、リング状部６０と連なりかつ外周部６２に接する複数の保持部６３とを有していてもよい。複数の保持部６３に内接する円の直径を第１直径１１１とし、第２主面１２の直径を第２直径１１２とした場合、第２直径１１２から第１直径１１１を差し引いた値は、０．５ｍｍよりも大きく５ｍｍ未満である。これにより、固定部材５０が種結晶１０の第２主面１２を覆う部分の内径が第２主面１２の直径に比べて、小さくなり過ぎることを抑制することができる。そのため、成長した炭化珪素単結晶７４の直径を種結晶１０の第２主面１２の直径と同等以上まで拡大することが可能である。結果として、炭化珪素単結晶７４を連続的に製造することができる。

今回開示された実施の形態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。

７ 中心
８ 成長開始位置
１０ 種結晶
１１ 第１主面
１２ 第２主面
１３ 第１周端面
１４ ステップ
１５ テラス
２０ 炭素層
２１ 第７主面
２２ 第８主面
２３ 第４周端面
３０ 台座
３３ 第３主面
３４ 第４主面
３５ 第３周端面
３６ 第１１主面
３７ 第１２主面
３８ カーボンシート
４０ 保護膜（レジスト）
４１ 第５主面
４２ 第６主面
４３ 第２周端面
５０ 固定部材
５１ 第１保持領域
５２ 第２保持領域
５３ 第３保持領域
６０ リング状部
６１ 中央部
６２ 外周部
６３ 保持部
７０ 坩堝
７１ 種結晶保持部
７２ 原料収容部
７３ 炭化珪素原料
７４ 炭化珪素単結晶
７５ 成長面
８０ 接着層（第１接着層）
８１ 第９主面
８２ 第１０主面
８３ 第１３主面
８４ 第１４主面
８５ 第２接着層
９０ 成長開始位置指向ベクトル
９１ 第１ベクトル
９２ 第２ベクトル
１０１ 第１方向
１０２ 第２方向
１０３ 第３方向
１０４ 第４方向
１０５ 第５方向
１０６ 第６方向
１１１ 第１直径
１１２ 第２直径
１１３ 第３直径
１１４ 長さ

Claims (7)

1. 第１主面と前記第１主面の反対側にある第２主面とを有する種結晶と、台座とを準備する工程と、
   前記第１主面において珪素を脱離させることで炭素層を形成する工程と、
   前記炭素層上に炭素を含む保護膜を形成する工程と、
   前記第１主面が前記台座に対向するように配置された状態で、前記種結晶を前記台座に固定する工程と、
   前記第２主面において炭化珪素単結晶を成長させる工程とを備えた、炭化珪素単結晶の製造方法。
2. 前記保護膜を形成する工程は、前記炭素層上にレジストを塗布する工程と、前記レジストを加熱して炭化させる工程とを含んでいる、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
3. 前記種結晶を前記台座に固定する工程においては、接着層を介して前記保護膜が前記台座に固定される、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
4. 前記保護膜上に第１接着層を形成する工程と、前記第１接着層上にカーボンシートを形成する工程と、前記カーボンシート上に第２接着層を形成する工程とをさらに備え、
   前記種結晶を前記台座に固定する工程においては、前記第２接着層を介して前記カーボンシートが前記台座に固定される、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
5. 前記第２主面は、中央部と、前記中央部を取り囲む外周部とを有し、
   前記種結晶を前記台座に固定する工程においては、固定部材を前記外周部に当てることで前記保護膜が前記台座に接触し、前記種結晶が前記台座に固定される、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
6. 前記第２主面の直径は、１５０ｍｍ以上である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
7. 前記第２主面は、（０００−１）面に対して１°以上８°以下のオフ角で傾斜した面である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。

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