JP4224755B2 - Seed crystal fixation method - Google Patents

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JP4224755B2
JP4224755B2 JP2001318010A JP2001318010A JP4224755B2 JP 4224755 B2 JP4224755 B2 JP 4224755B2 JP 2001318010 A JP2001318010 A JP 2001318010A JP 2001318010 A JP2001318010 A JP 2001318010A JP 4224755 B2 JP4224755 B2 JP 4224755B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種結晶の固定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
炭化珪素半導体装置作製用基板としては現在直径2インチのものが市販されているが、半導体装置の性能、歩留まりを向上させるために更に高品質基板が必要となる。炭化珪素基板の高品質化のためには高品質炭化珪素バルク単結晶が必要であり、昇華再結晶法により炭化珪素バルク単結晶の高品質化成長技術開発が従来から試みられてきた。特に種結晶と単結晶成長用ルツボの種結晶支持部との接着不良が原因で発生するマクロ欠陥が問題となってきており、例えば、特開平9−110584号公報および特開平11−171691号公報に、その対策方法が開示されている。これらの方法はいずれも種結晶と種結晶支持部とを固定する際に用いる接着剤の種類と後処理方法を指定するものである。前者は高分子材料を高温で炭化するもので、後者は炭水化物と耐熱性微粒子と溶媒を混合したものを室温で乾燥させるものである。いずれの方法も上記マクロ欠陥の抑制効果は見られるが、完全ではなく、マクロ欠陥が発生する場合がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、単結晶の成長(例えば、昇華法における炭化珪素単結晶成長)において、種結晶と種結晶支持部とを接着させる際の接着不良が原因で発生するマクロ欠陥を抑制して単結晶の品質を向上させることができるようにすることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明によれば、単結晶成長全般における種結晶の固定方法として、接着面の表面を除去後、その除去面を種結晶支持部に接着剤を介して接着する。特に、請求項1に記載の発明によれば、接着剤の乾燥、硬化の熱処理条件を規定することによって、接着力を向上できる。よって、接着不良によるマクロ欠陥の発生を抑制できる。
【0005】
請求項2に記載の発明によれば、昇華法による単結晶成長における種結晶の固定方法として、接着面の表面を除去後、その除去面を種結晶支持部に接着剤を介して接着する。特に、請求項2に記載の発明によれば、接着剤の乾燥、硬化の熱処理条件を規定することによって、接着力を向上できる。よって、接着不良によるマクロ欠陥の発生を抑制できる。
【0006】
請求項3に記載の発明によれば、請求項1,2の発明において接着面の表面を機械研磨により除去する。よって、簡便で低コストで接着不良によるマクロ欠陥の発生を抑制できる。
【0007】
請求項4に記載の発明によれば、請求項3の発明において、粒子径が3μm以上のダイヤモンド研磨材を最終工程とした機械研磨により除去する。よって、シリコン面で接着した場合でも、接着不良によるマクロ欠陥の発生を抑制できる。特に、カーボン面成長となる4H多形の成長において効果がある。
【0008】
請求項5に記載の発明によれば、請求項1,2の発明において、接着面の表面をRIEにより除去する。よって、成長面の表面加工と同じ工程で処理でき、簡便である。また、面内均一性が向上する。
【0009】
請求項6に記載の発明によれば、請求項1,2の発明において、接着面の表面をイオンミリングにより除去する。よって、簡便にマクロ欠陥を抑制できる。
請求項7に記載の発明によれば、請求項1,2の発明において、接着剤がカーボン粉末、高分子材料、有機溶媒からなる。よって、耐熱性に優れた接着剤であり、高温で成長できる。また、高温での接着力が大きく、接着不良によるマクロ欠陥の発生を抑制できる。
【0010】
請求項8に記載の発明によれば、請求項7の発明において、接着剤がカーボン粉末、フェノール樹脂、フェノール、エチルアルコールからなる。よって、上記効果に加え、カーボン接着剤として市販されており簡便に低コストで入手できる。
【0011】
求項に記載の発明によれば、種結晶および単結晶が炭化珪素単結晶であり、炭化珪素単結晶の成長に適している。
【0012】
請求項1に記載の発明によれば、原料が炭化珪素粉末であり、昇華法による炭化珪素単結晶の成長に適している。
請求項1に記載の発明は、種結晶が2枚の炭化珪素単結晶基板のシリコン面同士を貼り合わせたものであり、接着面、成長面ともにカーボン面である。これは、特に4H多形をマクロ欠陥なく成長できる。
【0018】
、本明細書においては、単結晶炭化珪素の面を表す場合、本来ならば図面(図8等)に記載されているように、所要の数字の上にバーを付した表現をとるべきであるが、表現手段に制約があるために、前記所要の数字の上にバーを付す表現の代わりに、前記所要数字の前に「−」を付して表現している。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図1〜図6は、本実施形態における種結晶から単結晶を成長する際の説明図である。図6において、容器としてのルツボ20内に単結晶の原料(炭化珪素原料粉末)23が配置されるとともに、ルツボ20における蓋体21での種結晶支持部22に種結晶1が固定されている。このようにして、成長させる単結晶の原料23と種結晶1とが対向して配置される。この状態で、原料23を加熱昇華させて種結晶(炭化珪素基板)1から単結晶(炭化珪素単結晶)3を成長させることになる。
【0020】
以下、単結晶の成長方法を詳しく説明していく。
まず、図1(a)に示すように、種結晶となる炭化珪素単結晶基板1を用意する。そして、図1(b)に示すように、炭化珪素単結晶基板1の両面に熱酸化膜2a,2bを形成した後、図1(c)に示すように、フッ酸エッチングにより酸化膜2a,2bを除去する(犠牲酸化を行う)。
【0021】
次に、図2に示すように、研磨機10に対し種結晶となる炭化珪素単結晶基板1をセットし、ダイヤモンド研磨材13により基板1の接着面となる側を機械研磨する。詳しくは、研磨機10は、研磨盤11とガイドリング14と試料固定治具15から構成されている。炭化珪素単結晶基板1はガイドリング14の内方に配置され、試料固定治具15にて固定される。このように固定された炭化珪素単結晶基板1の接着面側が、回転する研磨盤11の表面に押し付けられ、この状態で研磨が行われることになる。一方、ダイヤモンド研磨材13は、ダイヤモンド粒子が水などの溶媒に混合されたもので、噴射ノズル12から一定時間間隔で研磨盤11の表面に供給される。
【0022】
その結果、図1(d)に示すように、種結晶となる炭化珪素単結晶基板1における一方の面(接着面側)が機械研磨により所定量t1だけ除去される。このようにして、基板1の一方の面1aが成長面となるとともに他方の面が接着面1bとなる。
【0023】
研磨面の仕上げ状態、例えば表面粗さに特に制限はないが、接着相手である図6の種結晶支持部22の表面粗さと同程度するのが好ましい。表面粗さは、用いるダイヤモンド粒子の粒子サイズに依存する。本実施形態では、ダイヤモンドの粒子サイズを9μm、3μm、1μmの順に3段階に変えて研磨した面、あるいは9μmの1段階で研磨した面を接着面とした。
【0024】
研磨面を接着面とすると密着性が良くなる詳細メカニズムは明らかではないが、以下のように推定される。
熱酸化など化学反応により形成された酸化膜を化学的にエッチングして除去した後の表面では、表面原子が終端して表面が不活性になっており、接着剤との原子的な結合が起こりにくくなっているものと考えられる。一方、上記のように機械的に研磨した表面は物理的に破壊した破断面が露出しているため、表面が活性であり接着剤と原子的な結合が起こりやすく密着性が良くなると考えられる。あるいは、炭化珪素をダイヤモンド研磨材13により研磨した場合は、研磨面の表面には非晶質化した層、歪層などの加工変質層が残留し、それが表面活性となる一因であるとも推定される。
【0025】
接着面1bと反対側、即ち炭化珪素単結晶を成長させる成長面1aに、上記と同様に機械研磨を行い加工変質層が残留した場合は、加工変質層が成長結晶の品質を低下させる。そのため、加工変質層を除去した後に成長させるのが一般的であり、例えば上述したように熱酸化膜形成後にフッ酸エッチングにより酸化膜を加工変質層とともに除去する方法が広く用いられている。このような方法で加工変質層を除去すると接着面側の加工変質層も同時に除去され、上記推察により表面不活性となるので、密着性良く接着するために接着面側を機械的に研磨するようにしている。
【0026】
上記では機械研磨により表面層を除去したが、他の方法、例えば、リアクティブイオンエッチング(RIE)あるいはイオンミリングなどのドライエッチングにより表面層を除去してもよい。
【0027】
単結晶の成長工程の説明に戻り、研磨が終了すると、次に、図6の成長用ルツボにおける蓋体21を外す。この蓋体21には、図3に示すように、種結晶支持部22が突設されている。蓋体21(種結晶支持部22)は黒鉛製である。
【0028】
そして、蓋体21の種結晶支持部22に、接着剤30をむらなく厚さが均一になるように塗布する。この接着剤30は本来、黒鉛同士を接着するためのもので、フェノール樹脂(高分子材料)にカーボン粉末が混合され、溶媒としてフェノールとエチルアルコールが使用されている。今回用いた接着剤30は、日清紡績(株)製ST−201である。塗布厚さは50μm以下とし、塗布量は5〜10mg/cm2が好ましい。
【0029】
引き続き、図4に示すように、表面層が除去された種結晶1を、接着剤30を介して種結晶支持部22に当接する。つまり、種結晶1における表面層が除去された側を、種結晶支持部22に塗布された接着剤30と密着させ、貼り合わせる。
【0030】
次に、図5に示すように、接着剤30を介して種結晶1を当接した蓋体21を、恒温槽40中の載置台41の上にセットし、重り42により荷重を加えながら、熱処理を行う。これは、接着剤30中に含まれる溶媒を蒸発させるためと、フェノール樹脂を硬化させるためである。この接着剤を乾燥・硬化させる熱処理に関して、その熱処理温度と時間は、図7に示すように、室温から80℃までを1時間で昇温し、80℃で4時間保持し、80℃から120℃までを1時間20分で昇温し、120℃で4時間保持し、120℃から200℃を4時間かけて昇温し、最後に200℃で1時間保持する。その後、自然冷却する。以上の熱処理は200℃と比較的低温であり、雰囲気は空気中でよいので、恒温槽などで行うことができる。また、この温度プロファイルとすることにより接着力の向上を図ることができる。
【0031】
本例では図5で重り42を種結晶1の上に載せて圧着し、これにより密着性を向上させており、より好ましいものとなっている。重り42の重さは1cm2あたり200g〜1000gとなるようにすればよい。
【0032】
なお、図7に示した熱処理条件は一つの例であり、他の条件でも勿論接着できる。ただし、上記条件は溶媒が蒸発する際に気泡が発生するのを抑えるために比較的時間をかけて行っているので、上記条件よりも更に時間をかける方が好ましい。
【0033】
また、接着剤30として日清紡績(株)製ST−201を用いたが、これに限ることなく、要はカーボン粉末と高分子材料を有機溶媒により混合したものを使用するとよい。
【0034】
以上で、種結晶1と種結晶支持部22との接着が完了したので、図6に示すように種結晶1が接着された蓋体21を、炭化珪素原料粉末23が収納された黒鉛製ルツボ(ルツボ本体)20の上に積載して、所定の成長条件にて炭化珪素単結晶3を成長させる。成長後の結晶3を切り出し、研磨、結晶品質の検査を行った結果、種結晶1と種結晶支持部22との接着不良に起因するマクロ欠陥の存在は見られなかった。
【0035】
マクロ欠陥とは、大きさが0.1mmから1mm程度の自形を持った空洞状(六角板状の空洞)の欠陥である。接着不良によりマクロ欠陥が結晶中に発生するメカニズムは以下に説明する通りであるが、R.A.Stein,Physica B185(1993)p.211.あるいは、M.Anikin et al., Materials Science Forum Vol.264−268(1998)p.45などの文献に説明がある。
【0036】
接着不良により種結晶1と種結晶支持部22の間に空隙が生じ、その空隙を通して接着面と外部に空間のパスが形成される。接着面に生じた空隙において種結晶の昇華、再結晶が起こり、温度勾配が駆動力になって種結晶から成長結晶に向かって空隙が進行し、マクロ欠陥となる。上記空間のパスは上記昇華、再結晶を促進させるので、マクロ欠陥の発生を増加させる。また、接着面に生じた空隙は不均一であるため、種結晶1と種結晶支持部22との接触の有無に不均一が生じ、種結晶1と種結晶支持部22との熱伝達に差が生じる。その結果、種結晶面内で温度分布が生じ、その温度勾配により上記昇華、再結晶を促進させ、同様にマクロ欠陥の発生を増加させる。本実施形態による上記接着方法を用いれば、種結晶1と種結晶支持部22は密着して接着され、上記のような空隙は生じないので、マクロ欠陥も発生することはない。
【0037】
以上のように、種結晶1の接着面の表面層を機械研磨により除去した後において、本来、黒鉛同士を接着するための接着剤(カーボン接着剤)30を用いて炭化珪素単結晶基板(種結晶)1と黒鉛製の種結晶支持部22を密着性良く接着するようにしている。
【0038】
また、本発明者らは炭化珪素の接着面の結晶学的面方位が接着状態に影響することを見出した。即ち、結晶構造が6H型、4H型、15R型など(以下多形と呼ぶ)のα型の(000−1)カーボン面と(0001)シリコン面とを比較すると、(0001)シリコン面の方が密着性良く接着する歩留まりが低いことを見出した。この原因は明確ではないが、(000−1)カーボン面と(0001)シリコン面とでは最表面原子の違いにより表面エネルギーに差が生じ、接着剤との界面エネルギーの差により接着力に差が生じると考えられる。
【0039】
4H型多形の結晶を成長させる場合、成長面は(000−1)カーボン面とする必要があり、その場合、接着面は(0001)シリコン面となり、密着性良く接着する歩留まりが低下し、マクロ欠陥の発生率が上昇する。上記接着面の機械研磨の工程がダイヤモンドの粒子サイズを9μm、3μm、1μmの順に3段階に変えた場合、密着性良く接着する歩留まりは50%で、マクロ欠陥発生率は50%となった。一方、6H型多形を持つ結晶を成長させる場合、成長面は(0001)シリコン面とすればよいので、接着面は(000−1)カーボン面となる。接着面の機械研磨の工程が同様にダイヤモンドの粒子サイズを9μm、3μm、1μmの順に3段階に変えた場合、密着性良く接着する歩留まりは100%で、マクロ欠陥発生率は0%となった。そこで、4H型多形の結晶を成長させる場合に密着性良く接着する歩留まりを向上させマクロ欠陥発生率を低下させるために、接着面の機械研磨の工程を変えた場合の効果を調べた。ダイヤモンドの粒子サイズが9μmの1段階で研磨した面を接着面とした場合、密着性良く接着する歩留まりは90%と向上し、マクロ欠陥発生率は10%と低下した。この原因はダイヤモンドの粒子サイズが9μmの場合、接着面が粗くなり種結晶支持部22および接着剤30との接触面積(露出面積)が増加したことと、接触面の面方位に(0001)シリコン面以外の面が追加されたことによるものと推定される。
【0040】
4H型多形の結晶を成長させる場合に、密着性良く接着する歩留まりを更に向上させマクロ欠陥発生率を0%にするためには、図8に示すように、炭化珪素単結晶基板60,61における(0001)シリコン面60b,61b同士を貼り合わせて接合し図9に示すように種結晶とすることにより接着面、成長面ともに(000−1)カーボン面とすればよい。(0001)シリコン面同士を接合するには、研磨面を直接密着して貼り合わせ、2000℃〜2300℃にてアルゴンガス中で熱処理する方法、あるいは研磨面に熱酸化膜を形成して酸化膜を介して貼り合わせ、1000℃〜1300℃にて熱処理する方法で行う。この方法により、種結晶支持部22と種結晶1の(000−1)カーボン面とが接着することになり、密着性良く接着する歩留まりが向上しマクロ欠陥の発生率を0%にできる。かつ、炭化珪素単結晶3が成長する面が(000−1)カーボン面となり、4H型多形の結晶が成長できる。
【0041】
さらに、本実施形態においては、種結晶1の固定状態の良否判定を以下のように行っている。
接着剤30を介して種結晶1と種結晶支持部22を当接し、この状態で図7に示した温度プロファイルにて(一回目の熱処理により)接着剤30を乾燥・硬化させた後、図10に示すように、雰囲気炉50内の載置台51にセットし、アルゴンガス雰囲気中で図11に示す二回目の熱処理により接着剤30を炭化させる。つまり、図7に示した熱処理にて接着剤30中に含まれる溶媒を蒸発させるとともにフェノール樹脂を硬化させた後において、図11に示す熱処理を行う。
【0042】
図11において、室温から300℃までを2時間で昇温し、300℃から500℃までを8時間で昇温し、500℃から800℃までを4時間で昇温し、800℃で1時間保持し、その後、自然冷却する。この熱処理によって接着剤30中に含まれるフェノール樹脂が炭化し、接着層はカーボン粉末と炭化層の混在層になる。
【0043】
なお、図11に示した処理条件は一例であり、フェノール樹脂が炭化する条件であれば他の条件で熱処理してもよい。また、熱処理雰囲気も黒鉛製である種結晶支持部22が酸化しない雰囲気であればよく、例えば真空中、窒素ガス中などでもよい。
【0044】
このようにして熱処理を行った後、接着剤30の炭化層のひび割れの有無により固定状態の良否を判別する。つまり、接着状態が良い場合は、透明である炭化珪素単結晶基板(種結晶)1を通して目視により接着層(30)を観察すると接着層(30)には変化がなく単に黒色の層が見えるだけである。これに対し、接着状態が悪い場合は、接着層(30)にひび割れ、空隙が観察され、種結晶1と接着層(30)の一部が剥離しており、接着状態が良い場合と比べて光を多く反射して明るく見える。
【0045】
このように接着状態を判別(評価)した後に、炭化珪素単結晶3を成長させると接着状態が良いと判別された場合にはマクロ欠陥は発生せず、高品質の炭化珪素単結晶3が得られたが、接着状態が悪いと判別された場合にはマクロ欠陥が多く発生し、得られた炭化珪素単結晶3は品質の悪いものであった。
【0046】
本判別方法(固定状態の評価方法)を用いれば、種結晶1から炭化珪素単結晶3を成長させる前に、種結晶1と種結晶支持部22との接着状態の良し悪しの判断および成長後のマクロ欠陥発生の有無が予測できるので、マクロ欠陥の発生のない高品質の炭化珪素単結晶3が得られる良好な接着条件を見出す労力を大幅に低減できる。
【0047】
一度良好な接着条件を見出せば、上記接着状態を判別するための熱処理を行わなくてもマクロ欠陥の発生のない高品質の炭化珪素単結晶3が得られる。しかしながら、量産前に接着方法を見つける方法(研磨材のサイズを見つける等)として使うだけでなく量産時の品質管理に使用することも可能である。つまり、接着状態を判別するための熱処理を行えば、成長前に接着不良品を確実に見つけることができるので、高品質の炭化珪素単結晶3が得られる歩留まり、生産性が向上する。
【0048】
上記種結晶1の炭化珪素単結晶3を成長させる成長面側に導入された加工変質層を除去する工程のみを行い、接着面側の機械研磨を行わなかった場合、即ち熱酸化膜形成後フッ酸エッチングにより酸化膜を加工変質層とともに除去(犠牲酸化)した後、そのまま種結晶1と種結晶支持部22とを接着した場合は、上記熱処理により接着状態を判別すると接着不良であり、ひび割れ、空隙が発生していることが確認された。一方、上記酸化膜除去後に種結晶1の接着面側に機械研磨を施した後、種結晶1と種結晶支持部22とを接着した場合は、上記熱処理により接着状態を判別すると接着状態は良好であり、ひび割れ、空隙は発生していないことが確認された。さらに、上記両者の方法により接着された種結晶から単結晶を成長させると前者ではマクロ欠陥が多数発生したが、後者ではマクロ欠陥は全く発生しなかった。
【0049】
以上により、上記接着状態の判別方法(種結晶の固定状態の評価方法)により成長後のマクロ欠陥発生を確実に予測できることがわかる。
以上説明してきたように本実施形態は下記の特徴を有する。
(イ)昇華法により炭化珪素バルク単結晶を成長させる際の種結晶の固定方法として、機械研磨などの物理的手法を用いて種結晶1の表面層のうち種結晶支持部22と接着する面側を除去する工程と、種結晶1の表面層が除去された側の新たな表面1bと種結晶支持部22とを接着剤30を介して接着する工程とを含むものとした。よって、種結晶1を密着性良く種結晶支持部22に接着でき、種結晶1から炭化珪素バルク単結晶3を成長させた場合、接着不良に起因するマクロ欠陥の発生を抑制することができる。その結果、高品質単結晶が得られる。詳しくは、昇華法における炭化珪素単結晶成長において、種結晶と種結晶支持部とを接着させる際の密着性とその歩留まりを向上させ、接着不良が原因で発生するマクロ欠陥を無くし、単結晶の品質を向上させることができる。
【0050】
ここで、表面層を除去する工程が、ダイヤモンド研磨材を用いた機械研磨であると、簡便で低コストで接着不良によるマクロ欠陥の発生を抑制できる。
また、ダイヤモンド研磨材を用いた機械研磨工程の最終工程で用いるダイヤモンド研磨材の粒子径が、3μm以上であると(先の例ではダイヤモンドの粒子サイズが9μmの1段階で研磨した場合に相当)、シリコン面で接着した場合でも、接着不良によるマクロ欠陥の発生を抑制でき、特に、カーボン面成長となる4H多形の成長において効果がある。
【0051】
また、接着剤30が、カーボン粉末、高分子材料、有機溶媒から構成されていると、耐熱性に優れた接着剤となり、高温で成長させることができる。また、高温での接着力が大きく、接着不良によるマクロ欠陥の発生を抑制できる。特に、接着剤30に含まれる高分子材料がフェノール樹脂であり、有機溶媒がフェノールとエチルアルコールであると、接着剤がカーボン粉末、フェノール樹脂、フェノール、エチルアルコールからなり、カーボン接着剤として市販されているものを使用でき、簡便に低コストで入手することができる。
(ロ)種結晶1の固定状態の良否を判別するための評価方法として、接着剤30を介して種結晶1と種結晶支持部22を当接し、この状態で一回目の熱処理(例えば図7の温度プロファイル)により接着剤30を乾燥・硬化させるとともに二回目の熱処理(例えば図11の温度プロファイル)により接着剤30を炭化させる工程と、接着剤30の炭化層のひび割れの有無により固定状態の良否を判別する工程とを含むようにした。このように、接着剤30を熱処理により炭化させた後に炭化層のひび割れの有無により固定状態の良否を判定することによって、成長前にマクロ欠陥発生の有無を予測でき、成長まで行う労力を削減できる。また、接着力の強い良好な接着条件を効率的に探し出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態における種結晶の加工工程を説明するための断面図。
【図2】 種結晶の加工工程を説明するための図。
【図3】 種結晶と種結晶支持部を接着する工程を説明するための図。
【図4】 種結晶と種結晶支持部を接着する工程を説明するための図。
【図5】 種結晶と種結晶支持部を接着する工程を説明するための図。
【図6】 炭化珪素単結晶の成長装置を説明するための図。
【図7】 熱処理の際の温度プロファイルを示す図。
【図8】 2枚の炭化珪素単結晶基板を貼り合わせて種結晶とする工程を説明するための断面図。
【図9】 2枚の炭化珪素単結晶基板を貼り合わせて種結晶とする工程を説明するための断面図。
【図10】 評価のための熱処理装置を示す図。
【図11】 熱処理の際の温度プロファイルを示す図。
【符号の説明】
1…種結晶、3…単結晶、20…ルツボ、21…蓋体、22…種結晶固定部、30…接着剤。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing how the seed crystal.
[0002]
[Prior art]
As a substrate for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, a substrate having a diameter of 2 inches is currently commercially available, but a higher quality substrate is required to improve the performance and yield of the semiconductor device. In order to improve the quality of silicon carbide substrates, high-quality silicon carbide bulk single crystals are required, and development of high-quality growth technology for silicon carbide bulk single crystals has been attempted by sublimation recrystallization. In particular, macro defects generated due to poor adhesion between the seed crystal and the seed crystal support part of the crucible for single crystal growth have become a problem. For example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-110584 and 11-171691 The countermeasure method is disclosed. In any of these methods, the type of adhesive used for fixing the seed crystal and the seed crystal support portion and the post-treatment method are specified. The former is for carbonizing a polymer material at a high temperature, and the latter is for drying a mixture of carbohydrates, heat-resistant fine particles and a solvent at room temperature. In any of the methods, the effect of suppressing the macro defect is seen, but it is not perfect and a macro defect may occur.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to suppress macro defects generated due to poor adhesion when the seed crystal and the seed crystal support are bonded during single crystal growth (for example, silicon carbide single crystal growth in the sublimation method). Thus, the quality of the single crystal can be improved.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, as a method for fixing the seed crystal in the entire single crystal growth, after removing the surface of the adhesion surface, the removal surface is adhered to the seed crystal support portion via the adhesive. In particular, according to the first aspect of the present invention, the adhesive force can be improved by defining the heat treatment conditions for drying and curing the adhesive. Therefore, the occurrence of macro defects due to poor adhesion can be suppressed.
[0005]
According to the second aspect of the present invention, as a method for fixing the seed crystal in the single crystal growth by the sublimation method, after removing the surface of the adhesion surface, the removal surface is adhered to the seed crystal support portion via the adhesive. In particular, according to the invention described in claim 2, the adhesive force can be improved by defining the heat treatment conditions for drying and curing the adhesive. Therefore, the occurrence of macro defects due to poor adhesion can be suppressed.
[0006]
According to the third aspect of the invention, in the first and second aspects of the invention, the surface of the adhesive surface is removed by mechanical polishing. Therefore, the occurrence of macro defects due to poor adhesion can be suppressed at a simple and low cost.
[0007]
According to the invention of claim 4, in the invention of claim 3, the diamond abrasive having a particle diameter of 3 μm or more is removed by mechanical polishing as the final step. Therefore, even when bonded on the silicon surface, the occurrence of macro defects due to poor bonding can be suppressed. In particular, it is effective in the growth of the 4H polymorph that is carbon surface growth.
[0008]
According to the invention of claim 5, in the invention of claims 1 and 2, the surface of the adhesive surface is removed by RIE. Therefore, it can be processed in the same process as the surface processing of the growth surface, and is simple. Also, in-plane uniformity is improved.
[0009]
According to the invention described in claim 6, in the invention of claims 1 and 2, the surface of the adhesive surface is removed by ion milling. Therefore, macro defects can be easily suppressed.
According to the seventh aspect of the present invention, in the first and second aspects of the present invention, the adhesive comprises carbon powder, a polymer material, and an organic solvent. Therefore, it is an adhesive having excellent heat resistance and can be grown at high temperatures. Moreover, the adhesive force at high temperature is large, and the occurrence of macro defects due to poor adhesion can be suppressed.
[0010]
According to the invention described in claim 8, in the invention of claim 7, the adhesive is made of carbon powder, phenol resin, phenol, and ethyl alcohol. Therefore, in addition to the above effects, it is commercially available as a carbon adhesive and can be easily obtained at low cost.
[0011]
According to the invention described in Motomeko 9, a seed crystal and the single crystal silicon carbide single crystal is suitable for the growth of silicon carbide single crystal.
[0012]
According to the invention of claim 1 0, the raw material is silicon carbide powder, is suitable for the growth of silicon carbide single crystal by a sublimation method.
The invention of claim 1 1, which seed crystal is bonded to the silicon surfaces of the two silicon carbide single crystal substrate, the adhesive surface, a carbon surface on the growth surface both. This allows the 4H polymorph to grow without macro defects.
[0018]
In the present specification, when expressing the surface of single crystal silicon carbide, it should be expressed by adding a bar on a required number as originally described in the drawing (FIG. 8 and the like). However, because there are restrictions on the expression means, instead of the expression of adding a bar on the required number, “−” is added in front of the required number.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1-6 is explanatory drawing at the time of growing a single crystal from the seed crystal in this embodiment. In FIG. 6, a single crystal raw material (silicon carbide raw material powder) 23 is placed in a crucible 20 as a container, and a seed crystal 1 is fixed to a seed crystal support portion 22 in a lid 21 in the crucible 20. . In this way, the single crystal raw material 23 to be grown and the seed crystal 1 are arranged to face each other. In this state, raw material 23 is heated and sublimated to grow single crystal (silicon carbide single crystal) 3 from seed crystal (silicon carbide substrate) 1.
[0020]
Hereinafter, a method for growing a single crystal will be described in detail.
First, as shown in FIG. 1A, a silicon carbide single crystal substrate 1 to be a seed crystal is prepared. 1B, after forming thermal oxide films 2a and 2b on both surfaces of the silicon carbide single crystal substrate 1, the oxide films 2a and 2b are formed by hydrofluoric acid etching as shown in FIG. 2b is removed (sacrificial oxidation is performed).
[0021]
Next, as shown in FIG. 2, the silicon carbide single crystal substrate 1 that becomes a seed crystal is set in the polishing machine 10, and the side that becomes the bonding surface of the substrate 1 is mechanically polished by the diamond abrasive 13. Specifically, the polishing machine 10 includes a polishing board 11, a guide ring 14, and a sample fixing jig 15. Silicon carbide single crystal substrate 1 is arranged inside guide ring 14 and fixed by sample fixing jig 15. The bonded surface side of the silicon carbide single crystal substrate 1 thus fixed is pressed against the surface of the rotating polishing disk 11, and polishing is performed in this state. On the other hand, the diamond abrasive 13 is a mixture of diamond particles in a solvent such as water, and is supplied from the spray nozzle 12 to the surface of the polishing disc 11 at regular time intervals.
[0022]
As a result, as shown in FIG. 1 (d), one surface (bonding surface side) of silicon carbide single crystal substrate 1 to be a seed crystal is removed by a predetermined amount t1 by mechanical polishing. In this way, one surface 1a of the substrate 1 becomes the growth surface and the other surface becomes the bonding surface 1b.
[0023]
The finished state of the polished surface, for example, the surface roughness is not particularly limited, but it is preferably about the same as the surface roughness of the seed crystal support portion 22 in FIG. The surface roughness depends on the particle size of the diamond particles used. In the present embodiment, the surface polished by changing the particle size of diamond in three steps in the order of 9 μm, 3 μm, and 1 μm, or the surface polished in one step of 9 μm was used as an adhesive surface.
[0024]
Although the detailed mechanism for improving the adhesion when the polished surface is an adhesive surface is not clear, it is estimated as follows.
At the surface after the oxide film formed by chemical reaction such as thermal oxidation is removed by chemical etching, the surface atoms are terminated and the surface becomes inactive, and atomic bonding with the adhesive occurs. It is thought that it becomes difficult. On the other hand, the mechanically polished surface as described above has an exposed physically fractured surface, so the surface is active, and it is considered that the adhesive bond is likely to be easily bonded to the adhesive. Alternatively, when silicon carbide is polished with the diamond abrasive 13, a work-affected layer such as an amorphous layer or a strained layer remains on the surface of the polished surface, which may be a cause of surface activity. Presumed.
[0025]
When the mechanically-polished layer remains on the growth surface 1a opposite to the bonding surface 1b, that is, on the growth surface 1a on which the silicon carbide single crystal is grown, the work-affected layer deteriorates the quality of the grown crystal. Therefore, it is common to grow after removing the work-affected layer. For example, as described above, a method of removing the oxide film together with the work-affected layer by hydrofluoric acid etching after the formation of the thermal oxide film is widely used. If the work-affected layer is removed by such a method, the work-affected layer on the adhesion surface side is also removed at the same time, and the surface is inactive according to the above inference. Therefore, the adhesion surface side should be mechanically polished to adhere with good adhesion. I have to.
[0026]
Although the surface layer is removed by mechanical polishing in the above, the surface layer may be removed by other methods, for example, dry etching such as reactive ion etching (RIE) or ion milling.
[0027]
Returning to the description of the single crystal growth step and the polishing is completed, the lid 21 in the growth crucible of FIG. 6 is then removed. As shown in FIG. 3, a seed crystal support 22 is projected from the lid 21. The lid 21 (seed crystal support portion 22) is made of graphite.
[0028]
And the adhesive 30 is apply | coated to the seed crystal support part 22 of the cover body 21 so that thickness may become uniform. This adhesive 30 is originally for adhering graphite, carbon powder is mixed with phenol resin (polymer material), and phenol and ethyl alcohol are used as solvents. The adhesive 30 used this time is Nisshinbo Co., Ltd. ST-201. The coating thickness is preferably 50 μm or less, and the coating amount is preferably 5 to 10 mg / cm 2 .
[0029]
Subsequently, as shown in FIG. 4, the seed crystal 1 from which the surface layer has been removed is brought into contact with the seed crystal support portion 22 via the adhesive 30. That is, the side of the seed crystal 1 from which the surface layer has been removed is brought into intimate contact with the adhesive 30 applied to the seed crystal support 22 and bonded together.
[0030]
Next, as shown in FIG. 5, the lid body 21 in contact with the seed crystal 1 through the adhesive 30 is set on the mounting table 41 in the thermostat 40, and a load is applied by the weight 42. Heat treatment is performed. This is for evaporating the solvent contained in the adhesive 30 and for curing the phenolic resin. Regarding the heat treatment for drying and curing the adhesive, as shown in FIG. 7, the heat treatment temperature and time were raised from room temperature to 80 ° C. in 1 hour, held at 80 ° C. for 4 hours, and from 80 ° C. to 120 ° C. The temperature is raised to 1 ° C. in 1 hour 20 minutes, held at 120 ° C. for 4 hours, heated from 120 ° C. to 200 ° C. over 4 hours, and finally held at 200 ° C. for 1 hour. Then, naturally cool. Since the above heat treatment is at a relatively low temperature of 200 ° C. and the atmosphere may be in the air, it can be performed in a thermostatic chamber or the like. Further, the adhesive force can be improved by using this temperature profile.
[0031]
In this example, the weight 42 is placed on the seed crystal 1 and pressed in FIG. 5 to improve the adhesion, which is more preferable. The weight 42 may be 200 g to 1000 g per 1 cm 2 .
[0032]
Note that the heat treatment condition shown in FIG. 7 is one example, and of course, bonding can be performed under other conditions. However, since the above conditions are performed over a relatively long period of time in order to suppress the generation of bubbles when the solvent evaporates, it is preferable to spend more time than the above conditions.
[0033]
Moreover, although Nisshinbo Co., Ltd. ST-201 was used as the adhesive 30, it is good to use what mixed carbon powder and the polymeric material with the organic solvent, without being restricted to this.
[0034]
Since the seed crystal 1 and the seed crystal support portion 22 have been bonded, the lid 21 to which the seed crystal 1 is bonded is replaced with a graphite crucible containing silicon carbide raw material powder 23 as shown in FIG. The silicon carbide single crystal 3 is grown on the (crucible body) 20 under predetermined growth conditions. As a result of cutting out the crystal 3 after growth, polishing, and examining the crystal quality, no macro defect due to poor adhesion between the seed crystal 1 and the seed crystal support portion 22 was found.
[0035]
A macro defect is a cavity-shaped defect (hexagonal plate-shaped cavity) having a self-shape with a size of about 0.1 mm to 1 mm. The mechanism by which macro defects occur in the crystal due to poor adhesion is as described below. A. Stein, Physica B185 (1993) p. 211. Alternatively, M.M. Anikin et al., Materials Science Forum Vol. 264-268 (1998) p. Documents such as 45 are described.
[0036]
Due to the poor adhesion, a gap is formed between the seed crystal 1 and the seed crystal support portion 22, and a space path is formed between the bonding surface and the outside through the gap. Sublimation and recrystallization of the seed crystal occur in the void formed on the bonding surface, and the temperature gradient becomes a driving force, and the void advances from the seed crystal toward the grown crystal, resulting in a macro defect. Since the space path promotes the sublimation and recrystallization, the occurrence of macro defects is increased. Further, since the voids generated on the bonding surface are non-uniform, non-uniformity occurs in the presence or absence of contact between the seed crystal 1 and the seed crystal support 22, and the heat transfer between the seed crystal 1 and the seed crystal support 22 is different. Occurs. As a result, a temperature distribution is generated in the seed crystal plane, and the sublimation and recrystallization are promoted by the temperature gradient, and the occurrence of macro defects is similarly increased. If the bonding method according to the present embodiment is used, the seed crystal 1 and the seed crystal support portion 22 are in close contact with each other, and the voids as described above do not occur, so that no macro defect occurs.
[0037]
As described above, after the surface layer of the bonding surface of the seed crystal 1 is removed by mechanical polishing, the silicon carbide single crystal substrate (seed) is originally used with the adhesive (carbon adhesive) 30 for bonding graphite to each other. Crystal) 1 and graphite seed crystal support 22 are bonded with good adhesion.
[0038]
In addition, the present inventors have found that the crystallographic plane orientation of the bonded surface of silicon carbide affects the bonded state. That is, when comparing the (000-1) carbon surface and the (0001) silicon surface of the 6-type, 4H-type, 15R-type (hereinafter referred to as polymorph) α-type (000-1) carbon surface, the (0001) silicon surface Has found that the yield of bonding with good adhesion is low. The reason for this is not clear, but a difference in surface energy occurs between the (000-1) carbon surface and the (0001) silicon surface due to the difference in the outermost surface atoms, and there is a difference in adhesive force due to the difference in the interfacial energy with the adhesive. It is thought to occur.
[0039]
When growing a 4H polymorph crystal, the growth surface needs to be a (000-1) carbon surface, in which case the adhesion surface becomes a (0001) silicon surface, and the yield of adhesion with good adhesion decreases. The incidence of macro defects increases. When the above-mentioned mechanical polishing process of the bonding surface was changed to three stages of diamond particle size in the order of 9 μm, 3 μm, and 1 μm, the yield of adhesion with good adhesion was 50%, and the macro defect occurrence rate was 50%. On the other hand, when a crystal having 6H polymorphism is grown, the growth surface may be a (0001) silicon surface, and the bonding surface is a (000-1) carbon surface. Similarly, when the process of mechanical polishing of the bonded surface was changed to three stages of diamond particle size in the order of 9 μm, 3 μm, and 1 μm, the yield of adhesion with good adhesion was 100%, and the macro defect occurrence rate was 0%. . Therefore, in order to improve the yield of adhesion with good adhesion and reduce the macro defect generation rate when growing 4H polymorph crystals, the effect of changing the process of mechanical polishing of the bonded surface was investigated. When the surface polished in one step with a diamond particle size of 9 μm was used as an adhesive surface, the yield of adhesion with good adhesion was improved to 90%, and the macro defect occurrence rate was reduced to 10%. This is because, when the diamond particle size is 9 μm, the adhesion surface becomes rough and the contact area (exposed area) between the seed crystal support 22 and the adhesive 30 increases, and the surface orientation of the contact surface is (0001) silicon. This is presumably due to the addition of faces other than faces.
[0040]
In order to further improve the yield of adhesion with good adhesion and reduce the macro defect occurrence rate to 0% when growing 4H polymorph crystals, silicon carbide single crystal substrates 60 and 61 as shown in FIG. The (0001) silicon surfaces 60b and 61b are bonded together and joined to form a seed crystal as shown in FIG. 9, so that both the adhesion surface and the growth surface are (000-1) carbon surfaces. In order to bond (0001) silicon surfaces to each other, the polished surfaces are directly adhered and bonded together, and heat treatment is performed in an argon gas at 2000 ° C. to 2300 ° C., or a thermal oxide film is formed on the polished surfaces to form an oxide film And performing a heat treatment at 1000 ° C. to 1300 ° C. By this method, the seed crystal support portion 22 and the (000-1) carbon surface of the seed crystal 1 are bonded, the yield of bonding with good adhesion is improved, and the occurrence rate of macro defects can be reduced to 0%. In addition, the surface on which the silicon carbide single crystal 3 is grown becomes a (000-1) carbon surface, and a 4H polymorph crystal can be grown.
[0041]
Furthermore, in this embodiment, the quality determination of the fixed state of the seed crystal 1 is performed as follows.
After the seed crystal 1 and the seed crystal support 22 are brought into contact with each other through the adhesive 30, the adhesive 30 is dried and cured in this state (by the first heat treatment) in the temperature profile shown in FIG. As shown in FIG. 10, the adhesive 30 is set on the mounting table 51 in the atmosphere furnace 50, and the adhesive 30 is carbonized by the second heat treatment shown in FIG. 11 in an argon gas atmosphere. That is, the heat treatment shown in FIG. 11 is performed after the solvent contained in the adhesive 30 is evaporated and the phenol resin is cured by the heat treatment shown in FIG.
[0042]
In FIG. 11, the temperature is raised from room temperature to 300 ° C. in 2 hours, the temperature is raised from 300 ° C. to 500 ° C. in 8 hours, the temperature is raised from 500 ° C. to 800 ° C. in 4 hours, and 800 ° C. for 1 hour. Hold and then cool naturally. By this heat treatment, the phenol resin contained in the adhesive 30 is carbonized, and the adhesive layer becomes a mixed layer of carbon powder and carbonized layer.
[0043]
In addition, the process conditions shown in FIG. 11 are an example, and as long as the phenol resin is carbonized, heat treatment may be performed under other conditions. Further, the heat treatment atmosphere may be an atmosphere in which the seed crystal support portion 22 made of graphite is not oxidized, and may be, for example, in a vacuum or nitrogen gas.
[0044]
After the heat treatment is performed in this manner, the quality of the fixed state is determined by the presence or absence of cracks in the carbonized layer of the adhesive 30. In other words, when the adhesive state is good, when the adhesive layer (30) is visually observed through the transparent silicon carbide single crystal substrate (seed crystal) 1, the adhesive layer (30) is not changed and only a black layer is visible. It is. On the other hand, when the adhesive state is poor, cracks and voids are observed in the adhesive layer (30), and part of the seed crystal 1 and the adhesive layer (30) is peeled off, compared with the case where the adhesive state is good. Reflects a lot of light and looks bright.
[0045]
After the adhesion state is determined (evaluated) in this way, when the silicon carbide single crystal 3 is grown, if it is determined that the adhesion state is good, macro defects do not occur, and a high-quality silicon carbide single crystal 3 is obtained. However, when it was determined that the adhesion state was poor, many macro defects were generated, and the obtained silicon carbide single crystal 3 was of poor quality.
[0046]
If this discrimination method (fixed state evaluation method) is used, before the silicon carbide single crystal 3 is grown from the seed crystal 1, it is judged whether the seed crystal 1 and the seed crystal support portion 22 are in good or bad adhesion and after the growth. Therefore, it is possible to predict the presence or absence of the occurrence of macro defects, so that it is possible to greatly reduce the labor for finding good bonding conditions for obtaining a high-quality silicon carbide single crystal 3 free from macro defects.
[0047]
Once good bonding conditions are found, a high-quality silicon carbide single crystal 3 free from macro defects can be obtained without performing the heat treatment for determining the bonding state. However, it can be used not only as a method for finding an adhesion method before mass production (eg, finding the size of an abrasive) but also for quality control during mass production. That is, if heat treatment for determining the bonding state is performed, defective bonding products can be surely found before growth, so that the yield of high quality silicon carbide single crystal 3 can be obtained and the productivity can be improved.
[0048]
In the case where only the step of removing the work-affected layer introduced on the growth surface side on which the silicon carbide single crystal 3 of the seed crystal 1 is grown is performed, and the mechanical polishing of the bonding surface side is not performed, that is, after the formation of the thermal oxide film, After removing the oxide film together with the work-affected layer by acid etching (sacrificial oxidation), if the seed crystal 1 and the seed crystal support portion 22 are bonded as they are, the adhesion state is determined by the above heat treatment to indicate poor adhesion, cracks, It was confirmed that voids were generated. On the other hand, when the seed crystal 1 and the seed crystal support portion 22 are bonded after mechanical polishing is performed on the bonding surface side of the seed crystal 1 after the oxide film is removed, the bonding state is good when the bonding state is determined by the heat treatment. It was confirmed that no cracks or voids were generated. Further, when a single crystal was grown from the seed crystal bonded by the above two methods, many macro defects were generated in the former, but no macro defects were generated in the latter.
[0049]
From the above, it can be seen that the occurrence of macro defects after growth can be reliably predicted by the above-described method for determining the adhesion state (method for evaluating the fixed state of the seed crystal).
As described above, the present embodiment has the following features.
(A) As a method for fixing a seed crystal when growing a silicon carbide bulk single crystal by a sublimation method, a surface to be bonded to the seed crystal support portion 22 in the surface layer of the seed crystal 1 using a physical method such as mechanical polishing A step of removing the side, and a step of bonding the new surface 1b on the side from which the surface layer of the seed crystal 1 has been removed and the seed crystal support portion 22 are bonded via the adhesive 30. Therefore, seed crystal 1 can be adhered to seed crystal support portion 22 with good adhesion, and when silicon carbide bulk single crystal 3 is grown from seed crystal 1, the occurrence of macro defects due to poor adhesion can be suppressed. As a result, a high quality single crystal is obtained. Specifically, in the silicon carbide single crystal growth in the sublimation method, the adhesion and the yield when the seed crystal and the seed crystal support are bonded to each other are improved, the macro defects caused by the adhesion failure are eliminated, and the single crystal Quality can be improved.
[0050]
Here, when the step of removing the surface layer is mechanical polishing using a diamond abrasive, it is possible to suppress the occurrence of macro defects due to poor adhesion at a simple and low cost.
Further, when the particle diameter of the diamond abrasive used in the final step of the mechanical polishing process using the diamond abrasive is 3 μm or more (corresponding to the case where the diamond particle size is 9 μm in one step). Even when bonded on the silicon surface, the occurrence of macro defects due to poor bonding can be suppressed, and is particularly effective in the growth of the 4H polymorph that is the carbon surface growth.
[0051]
Further, when the adhesive 30 is composed of carbon powder, a polymer material, and an organic solvent, the adhesive 30 has excellent heat resistance and can be grown at a high temperature. Moreover, the adhesive force at high temperature is large, and the occurrence of macro defects due to poor adhesion can be suppressed. In particular, when the polymer material contained in the adhesive 30 is a phenol resin and the organic solvent is phenol and ethyl alcohol, the adhesive is made of carbon powder, phenol resin, phenol, ethyl alcohol, and is commercially available as a carbon adhesive. Can be used easily and can be obtained at low cost.
(B) As an evaluation method for discriminating the quality of the fixed state of the seed crystal 1, the seed crystal 1 and the seed crystal support 22 are brought into contact with each other through the adhesive 30, and the first heat treatment (for example, FIG. 7) is performed. The temperature of the adhesive 30 is dried and cured, and the adhesive 30 is carbonized by the second heat treatment (for example, the temperature profile of FIG. 11), and the presence or absence of cracks in the carbonized layer of the adhesive 30 is fixed. And a step of determining pass / fail. As described above, after carbonizing the adhesive 30 by heat treatment, it is possible to predict whether or not a macro defect has occurred before growth by determining whether the carbonized layer is cracked or not, thereby reducing the labor required until the growth. . In addition, it is possible to efficiently search for good bonding conditions with strong bonding strength.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a seed crystal processing step in an embodiment.
FIG. 2 is a view for explaining a seed crystal processing step.
FIG. 3 is a view for explaining a step of bonding a seed crystal and a seed crystal support part.
FIG. 4 is a view for explaining a step of bonding a seed crystal and a seed crystal support part.
FIG. 5 is a view for explaining a step of bonding a seed crystal and a seed crystal support part.
FIG. 6 is a view for explaining a silicon carbide single crystal growth apparatus.
FIG. 7 is a diagram showing a temperature profile during heat treatment.
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a step of bonding two silicon carbide single crystal substrates to form a seed crystal.
FIG. 9 is a cross-sectional view for illustrating a step of bonding two silicon carbide single crystal substrates to form a seed crystal.
FIG. 10 is a view showing a heat treatment apparatus for evaluation.
FIG. 11 is a diagram showing a temperature profile during heat treatment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Seed crystal, 3 ... Single crystal, 20 ... Crucible, 21 ... Lid body, 22 ... Seed crystal fixing | fixed part, 30 ... Adhesive agent.

Claims (11)

種結晶支持部(22)に固定された種結晶(1)から単結晶(3)を成長させる際の種結晶の固定方法であって、
種結晶(1)の表面層のうち種結晶支持部(22)と接着する面側を除去する工程と、
種結晶(1)の表面層が除去された側の新たな表面(1b)と種結晶支持部(22)とを接着剤(30)を介して接着する工程と、
からなり、
前記種結晶(1)の新たな表面(1b)と種結晶支持部(22)とを接着剤(30)を介して接着する工程において、接着剤(30)を乾燥、硬化させる熱処理が、
室温から80℃までを1時間で温度上昇させる工程と、
80℃で4時間保持する工程と、
80℃から120℃までを1時間20分で温度上昇させる工程と、
120℃で4時間保持する工程と、
120℃から200℃までを4時間で温度上昇させる工程と、
200℃で1時間保持する工程と、
からなることを特徴とする種結晶の固定方法。
A method for fixing a seed crystal when growing a single crystal (3) from a seed crystal (1) fixed on a seed crystal support (22),
Removing the side of the surface layer of the seed crystal (1) that adheres to the seed crystal support (22);
Bonding the new surface (1b) on the side from which the surface layer of the seed crystal (1) has been removed and the seed crystal support (22) via an adhesive (30);
Consists of
In the step of bonding the new surface (1b) of the seed crystal (1) and the seed crystal support portion (22) via the adhesive (30), a heat treatment for drying and curing the adhesive (30),
Increasing the temperature from room temperature to 80 ° C. in 1 hour;
Holding at 80 ° C. for 4 hours;
Increasing the temperature from 80 ° C. to 120 ° C. in 1 hour and 20 minutes;
Holding at 120 ° C. for 4 hours;
Increasing the temperature from 120 ° C. to 200 ° C. in 4 hours;
Holding at 200 ° C. for 1 hour;
A seed crystal fixing method comprising the steps of:
容器(20)内に、成長させる単結晶の原料(23)と種結晶支持部(22)に固定された種結晶(1)とを対向させて配置し、前記原料(23)を加熱昇華させて前記種結晶(1)から単結晶(3)を成長させる際の種結晶の固定方法であって、
種結晶(1)の表面層のうち種結晶支持部(22)と接着する面側を除去する工程と、
種結晶(1)の表面層が除去された側の新たな表面(1b)と種結晶支持部(22)とを接着剤(30)を介して接着する工程と、
からなり、
前記種結晶(1)の新たな表面(1b)と種結晶支持部(22)とを接着剤(30)を介して接着する工程において、接着剤(30)を乾燥、硬化させる熱処理が、
室温から80℃までを1時間で温度上昇させる工程と、
80℃で4時間保持する工程と、
80℃から120℃までを1時間20分で温度上昇させる工程と、
120℃で4時間保持する工程と、
120℃から200℃までを4時間で温度上昇させる工程と、
200℃で1時間保持する工程と、
からなることを特徴とする種結晶の固定方法。
In the container (20), the single crystal raw material (23) to be grown and the seed crystal (1) fixed to the seed crystal support (22) are arranged to face each other, and the raw material (23) is heated and sublimated. A method for fixing the seed crystal when growing the single crystal (3) from the seed crystal (1),
Removing the side of the surface layer of the seed crystal (1) that adheres to the seed crystal support (22);
Bonding the new surface (1b) on the side from which the surface layer of the seed crystal (1) has been removed and the seed crystal support (22) via an adhesive (30);
Consists of
In the step of bonding the new surface (1b) of the seed crystal (1) and the seed crystal support portion (22) via the adhesive (30), a heat treatment for drying and curing the adhesive (30),
Increasing the temperature from room temperature to 80 ° C. in 1 hour;
Holding at 80 ° C. for 4 hours;
Increasing the temperature from 80 ° C. to 120 ° C. in 1 hour and 20 minutes;
Holding at 120 ° C. for 4 hours;
Increasing the temperature from 120 ° C. to 200 ° C. in 4 hours;
Holding at 200 ° C. for 1 hour;
A seed crystal fixing method comprising the steps of:
前記表面層を除去する工程が、ダイヤモンド研磨材を用いた機械研磨であることを特徴とする請求項1または2に記載の種結晶の固定方法。  The method for fixing a seed crystal according to claim 1, wherein the step of removing the surface layer is mechanical polishing using a diamond abrasive. 前記ダイヤモンド研磨材を用いた機械研磨工程の最終工程で用いるダイヤモンド研磨材の粒子径が、3μm以上であることを特徴とする請求項3に記載の種結晶の固定方法。  4. The seed crystal fixing method according to claim 3, wherein a particle diameter of the diamond abrasive used in a final step of the mechanical polishing process using the diamond abrasive is 3 μm or more. 前記表面層を除去する工程が、リアクティブイオンエッチングであることを特徴とする請求項1または2に記載の種結晶の固定方法。  The seed crystal fixing method according to claim 1, wherein the step of removing the surface layer is reactive ion etching. 前記表面層を除去する工程が、イオンミリングであることを特徴とする請求項1または2に記載の種結晶の固定方法。  3. The seed crystal fixing method according to claim 1, wherein the step of removing the surface layer is ion milling. 前記接着剤(30)が、カーボン粉末、高分子材料、有機溶媒から構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の種結晶の固定方法。  The seed crystal fixing method according to claim 1 or 2, wherein the adhesive (30) is composed of carbon powder, a polymer material, and an organic solvent. 前記接着剤(30)に含まれる高分子材料がフェノール樹脂であり、有機溶媒がフェノールとエチルアルコールであることを特徴とする請求項7に記載の種結晶の固定方法。  The seed crystal fixing method according to claim 7, wherein the polymer material contained in the adhesive (30) is a phenol resin, and the organic solvent is phenol and ethyl alcohol. 前記種結晶(1)および単結晶(3)が炭化珪素単結晶であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の種結晶の固定方法。  The seed crystal fixing method according to any one of claims 1 to 8, wherein the seed crystal (1) and the single crystal (3) are silicon carbide single crystals. 前記原料(23)が炭化珪素粉末であることを特徴とする請求項2〜9のいずれか1項に記載の種結晶の固定方法。  The seed crystal fixing method according to any one of claims 2 to 9, wherein the raw material (23) is silicon carbide powder. 前記種結晶(1)が、2枚の炭化珪素単結晶基板(60,61)の(0001)シリコン面同士を貼り合わせたものであり、種結晶表面のうち種結晶支持部(22)と接着する面(60a)と炭化珪素単結晶が成長する面(61a)のいずれも(000−1)カーボン面であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の種結晶の固定方法 The seed crystal (1) is obtained by bonding the (0001) silicon surfaces of two silicon carbide single crystal substrates (60, 61), and is bonded to the seed crystal support portion (22) of the seed crystal surface. 11. The seed crystal according to claim 1, wherein both the surface (60 a) and the surface (61 a) on which the silicon carbide single crystal grows are (000-1) carbon surfaces. Fixing method .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101189372B1 (en) 2011-01-13 2012-10-09 엘지이노텍 주식회사 Holder-seed assembly and method for the same
US11781244B2 (en) 2018-01-24 2023-10-10 Resonac Corporation Seed crystal for single crystal 4H—SiC growth and method for processing the same

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5030440B2 (en) * 2005-05-18 2012-09-19 株式会社ブリヂストン Seed crystal fixing device and seed crystal fixing method
JP4054197B2 (en) * 2002-02-05 2008-02-27 新日本製鐵株式会社 Seed crystal for growing silicon carbide single crystal, method for producing the same, and method for producing silicon carbide single crystal ingot
US7601441B2 (en) * 2002-06-24 2009-10-13 Cree, Inc. One hundred millimeter high purity semi-insulating single crystal silicon carbide wafer
US6814801B2 (en) 2002-06-24 2004-11-09 Cree, Inc. Method for producing semi-insulating resistivity in high purity silicon carbide crystals
JP4461858B2 (en) * 2004-03-17 2010-05-12 トヨタ自動車株式会社 Method for bonding SiC single crystal
JP4494856B2 (en) * 2004-04-28 2010-06-30 新日本製鐵株式会社 Seed crystal for silicon carbide single crystal growth, method for producing the same, and crystal growth method using the same
JP2006347868A (en) * 2005-05-18 2006-12-28 Bridgestone Corp Apparatus and method of fixing seed crystal
US7497906B2 (en) 2006-03-08 2009-03-03 Bridgestone Corporation Seed crystal fixing apparatus and a method for fixing the seed crystal
JP5081423B2 (en) 2006-10-03 2012-11-28 株式会社ブリヂストン Seed crystal fixing device
JP4844470B2 (en) * 2007-05-09 2011-12-28 パナソニック株式会社 Seed crystal fixation method
JP4877204B2 (en) * 2007-11-13 2012-02-15 株式会社デンソー Silicon carbide single crystal manufacturing equipment
JP2010116275A (en) * 2008-11-11 2010-05-27 Bridgestone Corp Production method of silicon carbide single crystal
JP4985625B2 (en) * 2008-12-02 2012-07-25 三菱電機株式会社 Method for producing silicon carbide single crystal
KR101101983B1 (en) 2008-12-17 2012-01-02 에스케이씨 주식회사 Seed assembly and method of manufacturing the same
JP5094811B2 (en) * 2009-10-28 2012-12-12 三菱電機株式会社 Single crystal manufacturing method and manufacturing apparatus
JP5346788B2 (en) * 2009-11-30 2013-11-20 昭和電工株式会社 Method for producing silicon carbide single crystal
WO2011065060A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-03 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing single crystal
JP2011121815A (en) * 2009-12-10 2011-06-23 Sumitomo Electric Ind Ltd Single crystal production method
JP5624777B2 (en) * 2010-03-05 2014-11-12 昭和電工株式会社 Method for fixing silicon carbide seed crystal and method for producing silicon carbide single crystal
JP2011219337A (en) * 2010-04-14 2011-11-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Manufacturing method for crystal, crystal, and semiconductor device
CN102534762A (en) * 2010-12-14 2012-07-04 上海硅酸盐研究所中试基地 Seed crystal bonding method for growing SiC crystals
JP5847789B2 (en) * 2013-02-13 2016-01-27 信越半導体株式会社 Method for manufacturing carrier for double-side polishing apparatus and double-side polishing method for wafer
KR101536744B1 (en) * 2013-05-07 2015-07-15 주식회사 포스코 Method for attaching silicon-carbide seed on holder
CN103628141A (en) * 2013-12-11 2014-03-12 中国电子科技集团公司第二研究所 Method for homogenizing crystalline quality of SiC monocrystal
JP6241254B2 (en) * 2013-12-17 2017-12-06 住友電気工業株式会社 Single crystal manufacturing method
JP6241264B2 (en) * 2013-12-24 2017-12-06 住友電気工業株式会社 Method for producing silicon carbide single crystal
CN105420812B (en) * 2015-09-16 2019-02-05 新疆天科合达蓝光半导体有限公司 A method of removing silicon carbide seed from seed crystal support
JP6820785B2 (en) * 2016-10-04 2021-01-27 昭和電工株式会社 Method for producing silicon carbide single crystal
CN114635185A (en) * 2022-02-14 2022-06-17 浙江富芯微电子科技有限公司 Wire mesh structure for coating adhesive and method for fixing SiC seed crystal using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101189372B1 (en) 2011-01-13 2012-10-09 엘지이노텍 주식회사 Holder-seed assembly and method for the same
US11781244B2 (en) 2018-01-24 2023-10-10 Resonac Corporation Seed crystal for single crystal 4H—SiC growth and method for processing the same

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