JP6241264B2 - 炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、炭化珪素単結晶の製造方法に関し、より特定的には、結晶品質を向上可能な炭化珪素単結晶の製造方法に関する。

半導体材料として、近年、炭化珪素（ＳｉＣ）の利用が活発に検討されている。ＳｉＣが有する大きなバンドギャップは半導体装置の性能を高めることに貢献し得る。ＳｉＣ半導体の製造には、通常、ＳｉＣ単結晶基板を必要とする。ＳｉＣ単結晶基板（ウエハ）は、ＳｉＣ単結晶（インゴット）をスライスすることによって形成され得る。

一般に、ＳｉＣ単結晶基板の平坦性はロット間（ＳｉＣ単結晶間）でばらつきを有している。つまり、ＳｉＣ単結晶基板には反りやうねりが生じる場合があり、かつその程度は同一のＳｉＣ単結晶基板の製造方法を用いてもばらつきを含むことが通常である。

しかし、種結晶の反りやうねりが大きい場合には、該種結晶を坩堝蓋（台座）に取り付けることは困難である。

特開２００５−３１４１６７号公報には、坩堝蓋に接する面のそり・うねりが１０μｍ以下である炭化珪素単結晶成長用種結晶が記載されている。また、該炭化珪素単結晶成長用種結晶の結晶成長面が凹面であることが記載されている。

特開２００５−３１４１６７号公報

しかしながら、ＳｉＣ単結晶成長用の種結晶では、ＳｉＣエピタキシャル基板の大口径化に伴う種結晶の外径の拡大により、当該種結晶の反りやうねりを常に１０μｍ以下に抑えることは困難である。この場合、従来の単結晶の製造方法では、種結晶に反りやうねりが生じた場合には、台座に固定できないかあるいは固定できても伝熱にムラが生じて、結晶性の高い炭化珪素単結晶を成長させることが困難である。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、結晶性の高い炭化珪素単結晶を得ることができる、単結晶の製造方法を提供することにある。

本発明に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、第１の主面を有する種基板と、第２の主面を有する台座とを準備する工程と、第１の主面と第２の主面とが対向するように種基板を台座上に固定する工程と、種基板上に炭化珪素単結晶を成長させる工程とを備え、準備する工程では、室温におけるＳＯＲＩ値がＸμｍであり、第１の主面における中央部と端部との面方位のずれがＹ°であって、Ｙ≦（０．３／５０）Ｘである種基板を準備する。

本発明によれば、結晶性の高い炭化珪素単結晶を得ることができる。

種基板の第１の主面における中央部と端部との面方位のずれを説明するための模式図である。 種基板の第１の主面における中央部と端部との面方位のずれを説明するための模式図である。 種基板の第１の主面における中央部と端部との面方位のずれを説明するための模式図である。 種基板の第１の主面における中央部と端部との面方位のずれを説明するための図である。 種基板の反り（ＳＯＲＩ）を説明するための平面模式図である。 種基板の反り（ＳＯＲＩ）を説明するための断面模式図である。 台座の反り（ＳＯＲＩ）を説明するための平面模式図である。 台座の反り（ＳＯＲＩ）を説明するための断面模式図である。 実施の形態１に係る単結晶の製造方法のフローチャートである。 実施の形態１に係る単結晶の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る単結晶の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る単結晶の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る単結晶の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態２に係る単結晶の製造方法に用いられる固定部材を説明するための正面図である。 実施の形態２に係る単結晶の製造方法に用いられる固定部材の変形例を説明するための正面図である。 実施例の試料１のＸ線回折の結果を説明するための図である。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料２のＸ線回折の結果を説明するための図である。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料３のＸ線回折の結果を説明するための図である。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。 実施例の試料１のＸ線回折の回折スペクトルのグラフである。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

[本願発明の実施形態の説明]
はじめに、本発明の実施の形態の概要を列挙する。

（１）本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、第１の面（第１の主面１０Ａ）を有する種基板１０と、第２の面（第３の主面２０Ａ）を有する台座２０とを準備する工程（Ｓ１０）と、台座２０の第２の面（２０Ａ）上に種基板１０を固定する工程（Ｓ２０）と、種基板１０上に炭化珪素単結晶７０を成長させる工程（Ｓ３０）とを備え、準備する工程（Ｓ１０）では、室温におけるＳＯＲＩ値がＸμｍであり、第１の面（第１の主面１０Ａ）における中央部と端部との面方位のずれがＹ°であって、Ｙ≦（０．３／５０）Ｘである種基板１０を準備する。

ここで、種基板１０のＳＯＲＩ値とは、種基板１０の反りの程度を定量化するためのパラメータの一つである（詳細は後述する）。また、第１の面における中央部と端部との面方位のずれとは、種基板１０において所定の面方位を示す格子面について、種基板１０の中央部における当該格子面と端部における当該格子面との成す角度を言い、たとえばＸ線回折等によって測定される（詳細は後述する）。

準備する工程において準備される種基板１０は、室温におけるＳＯＲＩ値がＸμｍであり、ある程度の反りやうねりを有していてもよい。さらに、種基板１０は第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれＹ°を有している。つまり第１の主面１０Ａ、第２の主面１０Ｂおよび格子面（その一部を格子面１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅとする）はそれぞれ所定の面方位を示す格子面であり、かつそれぞれに同等程度の変形（歪み）が生じている。この場合、格子面の変形によって、種基板１０には内部応力（残留応力）が蓄えられていることになる。

本願発明者らは、種基板１０がＹ≦（０．３／５０）Ｘの関係式を満足するときには、種基板１０の反りやうねり等に起因した種基板１０と台座２０との接合不良の発生をより効果的に抑制することができることを見出した。具体的には、上記関係式を満足する種基板１０については、たとえば成長させる工程などにおいて室温よりも高い所定の温度に加熱すると、上記内部応力（残留応力）が緩和されるように、室温における上記ＸよりもＳＯＲＩ値を小さくすることができ、かつ室温における上記Ｙよりも面方位のずれを小さくすることができることを本願発明者らは見出した。

これにより、成長させる工程において、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板１０上に炭化珪素単結晶７０を成長させることができるため、結晶性の高いＳｉＣ単結晶７０を得ることができる。

（２）本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、固定する工程（Ｓ２０）では、種基板１０を台座２０上に接着剤を介して固定し、固定する工程（Ｓ２０）の後であって成長させる工程（Ｓ３０）の前に、熱処理により接着剤を硬化させる工程をさらに備えてもよい。

このようにすれば、固定させる工程において、熱処理により種基板１０の内部応力を緩和させて反りやうねりを低減させた状態で接着剤を介して種基板１０と台座２０とを固定することができる。このとき、種基板１０と台座２０との間に空隙が生じている場合であっても、接着剤により当該空隙を埋め合わせることができる。この結果、成長させる工程において、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板１０上に炭化珪素単結晶を成長させることができるため、結晶性の高いＳｉＣ単結晶を得ることができる。

なお、空隙Ｓは、第２の主面１０Ｂ（第２の主面１０Ｂ上に被覆膜１１（詳細については後述する）が形成されている場合には、第５の主面１１Ｂ）と第３の主面２０Ａとにおいて両面が面接触していない領域に生じる空間を指し、該空間は外部に開放されていてもよいし、閉空間であってもよい。

（３）本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、準備する工程（Ｓ１０）では、固定する工程（Ｓ２０）において台座２０の第２の面上に搭載された種基板１０を物理的に固定可能な固定部材をさらに準備してもよい。

このようにすれば、たとえば固定させる工程において熱処理を行わずに種基板１０と台座２０とを固定部材を用いて物理的に固定しておき、成長させる工程において炭化珪素単結晶の成長に先だって熱処理を行うことによっても、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で炭化珪素単結晶を成長させることができる。あるいは固定させる工程以降、成長させる工程の前までのいずれかの工程において熱処理を行うことにより、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板１０上に炭化珪素単結晶を成長させることができる。その結果、結晶性の高いＳｉＣ単結晶を得ることができる。

（４）本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、準備する工程（Ｓ１０）は、種基板１０の第１の面における中央部と端部との面方位のずれ（Ｙ°）を検査する工程を含んでいてもよい。

このようにしても、面方位のずれ（Ｙ°）が上記関係式を満たすことが確認された種基板１０と台座２０とを固定することができるため、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板１０上に炭化珪素単結晶を成長させることができる。その結果、結晶性の高いＳｉＣ単結晶を得ることができる。

（５）本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、準備する工程（Ｓ１０）では、種基板１０の室温におけるＳＯＲＩ値と、台座２０の室温における第２の面のＳＯＲＩ値との和が７０μｍ以下となるように、種基板１０と台座２０とを準備してもよい。

つまり、種基板１０の第１の面としての第２の主面１０Ｂおよび台座２０の第２の面としての第３の主面２０Ａの少なくともいずれかに反りやうねりが生じている場合であっても、種基板１０および台座２０は、種基板１０の室温におけるＳＯＲＩ値と台座２０の室温におけるＳＯＲＩ値との和が７０μｍ以下であればよい。このようにしても、工程（Ｓ２０）においてこのような種基板１０と台座２０とを密着性良く固定することができる。

（６）本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、種基板１０の厚みは１ｍｍ以上であってもよい。このようにしても、種基板１０の室温におけるＳＯＲＩ値と、種基板１０の第１の主面における中央部と端部との面方位のずれとが、上述した関係式を満たすように設けられているため、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板１０上に炭化珪素単結晶を成長させることができる。その結果、結晶性の高いＳｉＣ単結晶を得ることができる。

（７）本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、種基板１０の外径は１００ｍｍ以上であってもよい。本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法において準備される種基板１０は、種基板１０の室温におけるＳＯＲＩ値と、種基板１０の第１の主面における中央部と端部との面方位のずれとが、上述した関係式を満たすため、外径が１００ｍｍ以上の種基板１０であっても、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板１０上に炭化珪素単結晶を成長させることができる。その結果、結晶性の高いＳｉＣ単結晶を得ることができる。また、種基板１０の外径は１５０ｍｍ以上であっても同様の効果を奏することができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施の形態の詳細について説明する。

（実施の形態１）
はじめに、図１〜図４を参照して、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれＹ（°）について説明する。

図１を参照して、本実施の形態に係る種基板１０は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなり、第１の主面１０Ａと、第１の主面１０Ａと反対側の第２の主面１０Ｂとを有している。種基板１０の直径の最大寸法Ｄ１は、たとえば１００ｍｍ以上であり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。

種基板１０の第１の主面１０Ａは、たとえば｛０００１｝面に対して１５°より小さいオフ角を有することが好ましく、１０°より小さいオフ角を有することがより好ましい。図１に示す例では、種基板１０は第１の主面１０Ａ側に凸状の反りが生じているが、第２の主面１０Ｂ側に凸状であってもよい。

本実施の形態において種基板１０の内部に位置する格子面１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ他は、それぞれ種基板１０の第１の主面１０Ａと略平行となるように形成されている。つまり、種基板１０の第１の主面１０Ａにおいて、中央部と端部とでは面方位は同一である。一方で、種基板１０は第１の主面１０Ａが上に凸状となるような反りを有している。このため、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部および端部に対してＸ線回折を行うと、種基板１０の回折スペクトルに反りに起因したピークシフトが確認される。なお、ここで種基板１０の端部とは、種基板１０の外周端から１０ｍｍ内側の位置をいう。

たとえば、Ｘ線回折装置におけるＸ線源と検出器とを、所定の波長λを有するＸ線を種基板１０に照射したときに入射Ｘ線に対して回折角２×θ１を成すように回転可能に設けておくとともに、種基板１０をＸ線源および検出器に対して回転可能に設けておく。このようにすれば、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部に対してＸ線を局所的に照射したときに得られる回折スペクトルと、端部に対してＸ線を局所的に照射したときに得られる回折スペクトルとの間でピークシフトが確認される。

図２は、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部でのＸ線回折を説明するための図である。図２を参照して、第１の主面１０Ａに対して入射角θ１で照射された特定の波長を有する単色Ｘ線は、種基板１０の各構成原子中の電子により散乱され、入射Ｘ線の進行方向に対して回折角２×θ１を成す方向に散乱される。種基板１０の第１の主面１０Ａと格子面１０Ｃ他とは平行であるため、ブラッグの条件を満たした時に回折Ｘ線が観測される。このとき、Ｘ線回折装置における特定の方向Ｘに対して、第１の主面１０Ａは所定の角度θ２だけ傾斜している。

一方、図３は、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける端部でのＸ線回折を説明するための図である。このとき、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との間には反りが生じているが、結晶性には差異が無い（第１の主面１０Ａと格子面１０Ｃ等とが略平行とあって、格子面間隔ｄが等しい）場合を考える。この場合、種基板１０の第１の主面１０Ａの中央部と端部との間では同一のブラッグの式を満足する。一方で、種基板１０には反りが生じており、中央部における第１の主面１０Ａおよび格子面１０Ｃ他に対し、端部における第１の主面１０Ａおよび格子面１０Ｃ他はＳＯＲＩ値に応じた傾斜角を有している。そのため、種基板１０を上記傾斜角に応じてＸ線源および検出管に対して回転させることにより、種基板１０の中央部と端部とで上記傾斜角によらず第１の主面１０Ａに対するＸ線の入射角を同等とすることができ、種基板１０の中央部における回折スペクトルと、端部における回折スペクトルとを得ることができる。このとき、Ｘ線回折装置における上記特定の方向Ｘに対して、第１の主面１０Ａは所定の角度θ３だけ傾斜している。

つまり、種基板１０の第１の主面１０Ａの中央部に対するＸ線回折により得られるスペクトルと、その端部に対するＸ線回折により得られるスペクトルとの間で上記傾斜角に応じたピークシフトが観測される。図２および図３において、当該ピークシフト量は図３におけるθ３と図２におけるθ２の差に対応する。図４は、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部に対するＸ線回折により得られるスペクトルと、端部に対するＸ線回折により得られるスペクトルとの間でピークシフトを説明するためのグラフである。図４の縦軸は回折Ｘ線の強度（単位：ａ．ｕ．）を示し、図４の横軸は回折角２θ（単位：°）を示す。グラフＧ１は、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部に対するＸ線回折により得られるスペクトルであり、グラフＧ２は、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける端部に対するＸ線回折により得られるスペクトルである。グラフＧ１とグラフＧ２のピーク位置（ピークを示す回折角）の差（回折スペクトルのピークシフト量Ｙ°）は、種基板１０の中央部と端部との間に生じている第１の主面１０Ａおよび格子面１０Ｃの変形に起因している。言い換えれば、上記ピーク位置の差は、種基板１０の中央部と端部との面方位のずれに相当するものである。つまり、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれＹ（°）は、種基板１０に対してＸ線回折を行ったときの回折スペクトルのピークシフト量として測定される。

なお、格子面間隔ｄに差異が生じている可能性がある場合には、入射Ｘ線に対して得られた回折スペクトルのピークシフト量Ｙ°だけ種基板１０をθ回転させた状態で取得される回折スペクトルにより判断できる。回折スペクトルのピークシフト量Ｙ°が格子面間隔ｄに起因して生じている場合、上述のように種基板１０をθ回転させると回折スペクトルの極端な強度低下が確認される。これに対し、回折スペクトルのピークシフト量Ｙ°が種基板１０の中央部と端部との面方位のずれに起因して生じている場合、上述のように種基板１０をθ回転させると回折スペクトルの強度は大きく変化せず、極端な強度低下は確認されない。

次に、図５〜図８を参照してＳＯＲＩ値の定義について説明する。図５および図６は、種基板１０のＳＯＲＩ値を説明するための模式図である。ＳＯＲＩ値とは、基板の反りの程度を定量化するためのパラメータの一つである。ＳＯＲＩ値は、種基板１０の第１の主面１０Ａの最小二乗面を基準の高さ（最小二乗面高さ２）とした場合、第１の主面１０Ａの最高点（図５の例では、位置３）における高さと基準の高さとの距離と最低点（図５の例では、位置４）における高さと基準の高さとの距離の合計値を表す。ＳＯＲＩ値は距離を表すため、常に正の値となる。なお、ＳＯＲＩ値は、クランプされていない種基板１０に対して計算される。

またＳＯＲＩ値は、ある測定範囲における反りの程度を表す。たとえば、種基板１０のある位置３から他の位置５までの間（範囲ｄ）においてＳＯＲＩ値が決定される。本実施の形態において、種基板１０のＳＯＲＩ値とは、種基板１０の主面（第１の主面１０Ａまたは第２の主面１０Ｂ）内における任意の２点間におけるＳＯＲＩ値のうち最大のＳＯＲＩ値のことを指す。

また、通常、互いに対向する第１の主面１０ＡのＳＯＲＩ値と第２の主面１０ＢのＳＯＲＩ値はほぼ同じ値になるので種基板１０のＳＯＲＩ値は一義的に決定される。もし、第１の主面１０ＡのＳＯＲＩ値と第２の主面１０ＢのＳＯＲＩ値が異なっている場合、種基板１０のＳＯＲＩ値とは、第１の主面１０ＡのＳＯＲＩ値および第２の主面１０ＢのＳＯＲＩ値のうち、大きい値のＳＯＲＩ値のことである。

また、上述したＳＯＲＩ値の定義から、種基板１０のうねりの大きさは常に種基板１０のＳＯＲＩ値以下に収まるため、種基板１０のＳＯＲＩ値の上限値を規定することにより種基板１０のうねりの上限値は規定される。

図７および図８は、台座２０のＳＯＲＩ値を説明するための模式図である。図５および図６に示した種基板１０のときと同様に、台座２０の第３の主面２０Ａの最小二乗面を基準の高さ（最小二乗面高さ６）とした場合、第１の主面１０Ａの位置７（最高点）における高さと基準の高さとの距離と位置８（最低点）における高さと基準の高さとの距離の合計値を表す。ＳＯＲＩ値は距離を表すため、常に正の値となる。

またＳＯＲＩ値は、ある測定範囲における反りの程度を表すものであり、たとえば台座２０のある位置７から他の位置９までの間（範囲ｄ）においてＳＯＲＩ値が決定される。本実施の形態において、台座２０のＳＯＲＩ値とは、台座２０の第３の主面２０Ａ内における任意の２点間におけるＳＯＲＩ値のうち最大のＳＯＲＩ値のことを指す。つまり、台座２０のＳＯＲＩ値とは、第２の面としての第３の主面２０Ａの最大のＳＯＲＩ値のことを指す。

次に、図９〜図１３を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の製造方法について説明する。本実施の形態に係る単結晶の製造方法は、第１の面としての第２の主面１０Ｂを有する種基板１０と、第２の面としての第３の主面２０Ａを有する台座２０とを準備する工程（Ｓ１０）と、第２の主面１０Ｂと第３の主面２０Ａとが対向するように種基板１０を台座２０上に固定する工程（Ｓ２０）と、種基板１０上に炭化珪素単結晶を成長させる工程（Ｓ３０）とを備える。

まず、第１の面としての第２の主面１０Ｂを有する種基板１０と、第２の面としての第３の主面２０Ａを有する台座２０とを準備する（工程（Ｓ１０））。種基板１０は、ＳｉＣからなる結晶であり、結晶構造は六方晶系であることが好ましい。結晶多形は４Ｈまたは６Ｈであることが好ましい。この場合、種基板１０の面方位（図中、下面の方位）は｛０００１｝に対して１５°より小さいオフ角を有することが好ましく、１０°より小さいオフ角を有することがより好ましい。種基板１０のＴＴＶは、３０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０μｍ以下である。種基板１０の外径は、たとえば１００ｍｍ以上であり、１５０ｍｍ以上であってもよい。種基板１０の厚みは、たとえば１ｍｍ以上である。

種基板１０は、室温において、第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれＹ°と、種基板１０のＳＯＲＩ値Ｘμｍとが、Ｙ≦（０．３／５０）Ｘの関係式を満足するものが準備される。たとえば、中央部における第１の主面１０Ａおよび格子面１０Ｃの面方位と端部における第１の主面１０Ａおよび格子面１０Ｃとの面方位が同一であって、室温において、種基板１０の反りに起因して面方位のずれＹ°が生じており、当該面方位のずれＹ°と種基板１０のＳＯＲＩ値Ｘμｍとが上記関係式を満足する種基板１０を準備する。たとえば、種基板１０の外径が１００ｍｍであって、種基板１０のＳＯＲＩ値は５０μｍであるときには、第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれが０．３°以下の種基板１０を準備する。

種基板１０の第２の主面１０Ｂ上には、炭素を含有する被覆膜１１（図１０参照）が形成されていてもよい。この場合には、種基板１０の第２の主面１０Ｂと台座２０の第３の主面２０Ａとは、被覆膜１１および接着剤３０を用いて貼り合わされる。

具体的には、被覆膜１１は、本実施の形態においては有機膜である。この有機膜は、好ましくは有機樹脂から形成される。有機樹脂としては、たとえば、アクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂などの各種樹脂を用いることができ、また光の作用で架橋または分解される感光性樹脂として組成されたものを用いることもできる。この感光性樹脂としては、半導体装置の製造用に用いられているポジ型またはネガ型フォトレジストを用いることができ、これらについてはスピンコート法による塗布技術が確立されているので、被覆膜１１の厚さを容易に制御することができる。スピンコート法は、たとえば、以下のように行われる。

まず種基板１０がホルダー（図示しない）に吸着される。このホルダーが所定の回転速度で回転することで、種基板１０が回転させられる。回転している種基板１０上にフォトレジストが滴下された後、所定時間回転が継続されることで、薄く均一にフォトレジストが塗布される。種基板１０全面に渡る均一性を確保するためには、たとえば、回転速度は１０００回転／分以上１００００回転／分以下、時間は１０秒以上１００秒以下、塗布厚は０．１μｍ以上とされる。

次に塗布されたフォトレジストが乾燥されることで固化される。乾燥方法は、任意の方法を採用することができる。乾燥温度および時間は、フォトレジストの材料および塗布厚によって適宜選択され得る。好ましくは、乾燥温度は１００℃以上４００℃以下であり、乾燥時間は５分以上６０分以下である。たとえば乾燥温度が１２０℃の場合、乾燥（揮発）に要する時間は、たとえば、厚さ５μｍで１５分間、厚さ２μｍで８分間、厚さ１μｍで３分間である。なお、上記の塗布および乾燥からなる工程を１回行えば被覆膜１１を形成することができるが、この工程が繰り返されることで、より厚い被覆膜１１が形成されてもよい。このようにして、被覆膜１１に覆われている第２の主面１０Ｂを有する種基板１０を準備することができる。

台座２０は、後述する坩堝６０の蓋として構成されており、たとえば炭素材料からなる。台座２０はたとえばグラファイトからなる。台座２０は、後述する工程（Ｓ２０）において種基板１０の第２の主面１０Ｂと貼り合わせられて、坩堝６０の内部に向いて配置される第３の主面２０Ａと、第３の主面２０Ａと反対側に位置する第４の主面２０Ｂとを有している。なお、台座２０の第３の主面２０Ａは、図１０では凹形状を有しているが、種基板１０側に凸となった凸形状であってもよい。

種基板１０および台座２０は、種基板１０のＳＯＲＩ値と台座２０のＳＯＲＩ値との和が、室温下でかつ無負荷の状態において７０μｍ以下となるような組み合わせとして準備される。たとえば、ＳＯＲＩ値が５０μｍである種基板１０を搭載する台座２０として、ＳＯＲＩ値が２０μｍ以下の台座２０を準備すればよい。好ましくは、種基板１０および台座２０は、種基板１０のＳＯＲＩ値と台座２０のＳＯＲＩ値との和が５０μｍ以下となるような組み合わせとして準備され、より好ましくは３０μｍ以下となるような組み合わせで準備される。

ここで、種基板１０および台座２０は、第２の主面１０Ｂおよび第３の主面２０Ａの反り形状に依らず、各ＳＯＲＩ値の和が上記数値範囲内であればよい。たとえば、種基板１０の第２の主面１０Ｂが凹形状である場合、台座２０の第３の主面２０Ａは凸形状または凹形状のいずれであってもよい。また、種基板１０の第２の主面１０Ｂが凸形状である場合も、台座２０の第３の主面２０Ａは凸形状または凹形状のいずれであってもよい。種基板１０の第２の主面１０Ｂおよび台座２０の第３の主面２０Ａが互いに逆向きの凸形状または凹形状である場合（図１１参照）には、室温下でかつ無負荷状態において種基板１０と台座２０とを貼り合わせたときの第２の主面１０Ｂと第３の主面２０Ａとの間に生じる空隙Ｓの高さの最大値（反り量の和）は、種基板１０および台座２０の各ＳＯＲＩ値の和となり、７０μｍ以下となる。一方、種基板１０の第２の主面１０Ｂおよび台座２０の第３の主面２０Ａが互いに同じ向きの凸形状または凹形状である場合には、室温下でかつ無負荷状態において種基板１０と台座２０とを貼り合わせたときの第２の主面１０Ｂと第３の主面２０Ａとの間に生じる空隙Ｓの高さの最大値（反り量の和）は、種基板１０および台座２０の各ＳＯＲＩ値の差分となり、７０μｍよりもさらに小さい値となる。

また、種基板１０および台座２０において、反り形状が鞍型等の方向性を有している場合には、上記ＳＯＲＩ値に加えて反り形状を考慮して空隙Ｓが狭くなるように種基板１０と台座２０とを貼り合わせる向きを適宜調整すればよい。

次に、図１０および図１１を参照して、第１の面としての第２の主面１０Ｂと、第２の面としての第３の主面２０Ａとが対向するように種基板１０を台座２０上に固定する（工程（Ｓ２０））。

具体的には、図１０を参照して、まず接着剤３０（種結晶固定剤）を介して種基板１０の第２の主面１０Ｂ上に形成されている被覆膜１１の第５の主面１１Ｂと台座２０の第３の主面２０Ａとを対向配置させる（工程（Ｓ２１））。図１１を参照して、加熱しながら圧力をかけて両者が互いを押し付け合うように行われる。また上記工程における加圧処理は、任意の方法により処理されればよいが、たとえば種基板１０の第１の主面１０Ａ上に保護シート５０を介して所定の質量の重り５１を載せることにより行われる。本工程（Ｓ２０）において、接着剤３０は硬化しておらず、種基板１０と台座２０とは完全には固定されていない。逆に、接着剤３０は、硬化しない程度で加熱されることにより軟化する。これにより、種基板１０の第２の主面１０Ｂや台座２０の第３の主面２０Ａに反り等が生じている場合であって、室温下でかつ無負荷の状態における種基板１０のＳＯＲＩ値と台座２０のＳＯＲＩ値との和が７０μｍ以下である場合に、両面の間に生じる空隙Ｓが接着剤３０により埋め合わされた状態とすることができる。

接着剤３０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、ダイヤモンド微粒子と、溶媒とを含む。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。ダイヤモンド微粒子の量は、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。ダイヤモンド微粒子の粒径は、たとえば０．１μｍ以上１０μｍ以下である。また接着剤３０は、ダイヤモンド微粒子に加えてさらに黒鉛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・分散させることができるものが適宜選択される。またこの溶媒は、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。接着剤３０は、所定の温度（たとえば１０００℃以上）で硬化可能に設けられている。

次に、まず、所定の温度領域で第１の熱処理を実施する（工程（Ｓ２２））。本工程（Ｓ２２）は、加熱部材としてたとえばホットプレ−ト４０を用いて実施される。ホットプレート４０から台座２０に伝導された熱は、台座２０を伝って第３の主面２０Ａ上に配置されている接着剤３０および種基板１０に伝導され、接着剤３０および種基板１０を加熱する。

本工程（Ｓ２２）における加熱温度は、接着剤３０に含まれる溶媒をある程度揮発させることができる温度であり、たとえば１００℃以上４００℃以下の所定の温度とする。熱処理の時間は、たとえば所定の温度に到達した後５分以上６０分以下である。このようにして、接着剤３０を仮硬化させることができる。

ここで、種基板１０は上記温度に加熱されるとその内部に蓄えられていた応力を低減させるように種基板１０の反りやうねりを低減するように変形する。上述のように、室温における種基板１０は、第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれＹ°を有しているので、内部に応力が蓄えられている。そのため、本工程（Ｓ２２）において種基板１０を加熱することにより、格子振動のエネルギーが高まって、内部応力（残留応力）を低減するように変形する。これにより、種基板１０のＳＯＲＩ値も低減する。その結果、種基板１０の第２の主面１０Ｂと台座２０の第３の主面２０Ａとの間に生じる空隙Ｓを低減することができるとともに、当該空隙Ｓを埋め合わせている接着剤３０を仮硬化させることができる。

次に、工程（Ｓ２２）に連続して、かつより高い温度領域で第２の熱処理を実施する（工程（Ｓ２３））。具体的には、たとえば１０００℃以上、好ましくは２０００℃以上の所定の温度に加熱可能とする加熱処理方法により実施される。本工程（Ｓ２３）は、たとえばランプアニール装置を用いて実施される。またこの加熱は、不活性ガス中で行われることが好ましい。

本工程（Ｓ２３）により、被覆膜１１は炭化されて炭素膜１２となる。すなわち種基板１０の第１の主面１０Ａは炭素膜１２で覆われた面となる。また、接着剤３０は、接着剤３０に含まれる溶媒が揮発して硬化されることにより、固定層３１となる。これにより図１２を参照して、種基板１０は固定層３１を介して台座２０の第３の主面２０Ａ上に固定される。

このとき、種基板１０の主面（第２の主面１０Ｂ）の少なくとも９０％の領域は、固定層３１を介して台座２０に固定されている。異なる観点から言えば、種基板１０の第２の主面１０Ｂと台座２０の第３の主面２０Ａとの間に固定層３１により埋め合わされていない領域（空隙が生じている領域）が部分的に生じていてもよい。具体的には、当該領域は、外径が５ｍｍ以下の大きさの略円状であって第２の主面１０Ｂ内において分散するように配置されていればよい。このとき、第２の主面１０Ｂでの当該領域の数密度は、０．５個／ｃｍ^２以下であるのが好ましい。

次に、固定層３１を介して台座２０上に固定されている種基板１０の第１の主面１０Ａ上に単結晶を成長させる（工程（Ｓ３０））。炭化珪素の種基板１０を用いて炭化珪素の単結晶が製造される場合、この成長方法として昇華再結晶法を用いることができる。

すなわち、図１３を参照して、まず種基板１０が固定されている台座２０を原料６１が内に収められている坩堝６０に取り付ける。具体的には、坩堝６０の内部へ種基板１０が面するように、坩堝６０に台座２０が取り付けられる。坩堝６０は、たとえば炭素原料を含んで構成されている。坩堝６０の内部には原料６１が収められている。原料６１は、たとえば炭化珪素粉末である。また、坩堝６０は、その周囲に配置されている加熱部（図示しない）により後述する所定の温度に加熱可能に設けられている。

次に、原料６１を昇華させることで種基板１０上に昇華物を堆積させて、単結晶７０を成長させることができる。この昇華再結晶法における温度は、たとえば、２１００℃以上２５００℃以下とされる。またこの昇華再結晶法における圧力は、好ましくは１．３ｋＰａ以上大気圧以下とされ、より好ましくは、成長速度を高めるために１３ｋＰａ以下とされる。以上のようにして、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶を得ることができる。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の作用効果について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、室温におけるＳＯＲＩ値がＸμｍであり、第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれＹ°を有しており、かつ、Ｙ≦（０．３／５０）Ｘの関係式を満足する種基板１０を用いて実施される。種基板１０は、室温において内部応力（残留応力）を蓄えているため、たとえば固定する工程（Ｓ２０）において種基板１０を所定の温度に加熱することにより、当該応力を緩和するように種基板１０を変形させることができる。つまり、室温における上記ＸよりもＳＯＲＩ値を小さく変形し、かつ室温における上記Ｙよりも面方位のずれを小さく変形した状態で種基板１０を台座２０に固定することができる。

これにより、成長させる工程（Ｓ３０）において、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板１０上に炭化珪素単結晶７０を成長させることができるため、結晶性の高いＳｉＣ単結晶７０を得ることができる。

また、種基板１０と台座２０との間に空隙Ｓが生じている場合であっても、接着剤３０により当該空隙Ｓを埋め合わせることができる。この結果、成長させる工程（Ｓ３０）において、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板１０上に炭化珪素単結晶７０を成長させることができるため、結晶性の高いＳｉＣ単結晶７０を得ることができる。

準備する工程（Ｓ１０）において準備される種基板１０は、厚みが１ｍｍ以上であり、かつ、外径が１００ｍｍ以上であるが、種基板１０の室温におけるＳＯＲＩ値と種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれとが上述した関係式を満たすように設けられているため、種基板１０と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板１０上に炭化珪素単結晶７０を成長させることができる。その結果、結晶性の高いＳｉＣ単結晶を得ることができる。

本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法では、準備する工程（Ｓ１０）において、種基板１０の第１の面における中央部と端部との面方位のずれＹ°を検査する工程を含んでいても良い。たとえば、当該検査はＸ線回折法により行うことができ、１ロット内の複数の種基板１０の中から抜き取り検査として実施しても良い。また、当該検査はＸ線トポグラフィにより行うこともでき、この場合は種基板１０を全数検査してもよい。

このようにすれば、準備する工程（Ｓ１０）において、室温におけるＳＯＲＩ値がＸμｍであり、第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれＹ°を有しており、かつ、Ｙ≦（０．３／５０）Ｘの関係式を満足する種基板１０を確実に準備することができる。

面方位のずれＹ°が上記関係式を満たすことが確認された種基板と台座２０とを固定することができるため、種基板と台座２０とが密着性良く固定されている状態で種基板上に炭化珪素単結晶を成長させることができる。その結果、結晶性の高いＳｉＣ単結晶を得ることができる。

なお、上述のように、Ｘ線回折スペクトルのピークシフト量として種基板１０の面方位のずれＹ°を測定することが可能であるが、当該ピークシフトが種基板１０の中央部と端部との間における格子面間隔ｄの差異に起因している場合には、種基板１０の反りが必ずしも内部応力を蓄えるような反りであるとは言えず、種基板１０を所定の温度に加熱することにより内部応力を緩和するように種基板１０を変形させることが困難な場合がある。そのため、上述のように、種基板１０をθ回転させたときの回折スペクトルの強度低下の有無を確認することにより、種基板１０に生じている反りが格子面１０Ｃ等の変形（歪み）を伴うものであり、種基板１０が内部応力を蓄えていることを確認する工程をさらに備えていてもよい。上述のように、たとえば当該確認する工程は、検査する工程と連続して実施することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。図１４を参照して、実施の形態２に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、基本的には実施の形態１に係る炭化珪素単結晶の製造方法と同様の構成を備えるが、固定する工程（Ｓ２０）において接着剤３０に替えて固定部材３２を用いる点で異なる。

具体的には、固定する工程（Ｓ２０）において、種基板１０の第２の主面１０Ｂと台座２０の第３の主面２０Ａ上とが対向するように種基板１０を台座２０上に載置した後、種基板１０を台座２０とで挟むように種基板１０の第１の主面１０Ａ側から固定部材３２を台座２０に取り付ける。

固定部材３２はたとえば爪部３２ａが設けられており、爪部３２ａは、固定部材３２を平面視したときに種基板１０の第１の主面１０Ａ上に突出している。爪部３２ａは、図１４を参照して一定の間隔を空けて複数箇所に設けられていても良いし、図１５を参照して種基板１０の全周に渡って設けられていても良い。

実施の形態２に係る炭化珪素単結晶の製造方法では、固定する工程（Ｓ２０）において種基板１０の第２の主面１０Ｂと台座２０の第３の主面２０Ａとの間に空隙Ｓが生じていても良い。この場合、種基板１０は、固定部材３２により台座２０上に固定されている状態において、任意の加熱処理を受けることにより、種基板１０の内部応力を緩和するように種基板１０を変形させることができ、実施の形態１に係る炭化珪素単結晶の製造方法と同様の効果を奏することができる。

固定部材３２により台座２０上に固定されている状態における種基板１０に対する加熱処理は、種基板１０の第１の主面１０Ａ上に炭化珪素単結晶を成長させる前である限りにおいて、任意の工程において実施すればよい。たとえば、炭化珪素単結晶を成長させる工程（Ｓ３０）において単結晶成長装置の坩堝６０内において予備加熱処理として実施してもよい。このようにしても、実施の形態１に係る炭化珪素単結晶の製造方法と同様の効果を奏することができる。

次に、実施の形態１に係る炭化珪素単結晶の製造方法の実施例について説明する。
まず、上述した実施の形態１に係る炭化珪素単結晶の製造方法に従って、３組の種基板１０と台座２０を準備した。

各種基板１０はＳｉＣからなり、外径が１００ｍｍであるＳｉＣ基板とした。台座２０はグラファイトからなるものを準備した。種基板１０の第１の主面１０Ａについての反り量および台座２０の第３の主面２０Ａについての反り量を測定し、当該測定結果を用いて種基板１０および台座２０のＳＯＲＩ値Ｘμｍを算出した。

さらに、種基板１０の第１の主面１０Ａにおける中央部と端部との面方位のずれを、Ｘ線回折法を用いて検査した。具体的には、種基板１０の中央部の１箇所と端部の４箇所を検査し、得られた回折スペクトルから中央部のピーク値と端部４箇所のピーク値との差の最大値をピークシフト量Ｙ°として算出した。

試料１および試料２は、関係式Ｙ≦（０．３／５０）Ｘを満足する種基板１０とし、試料３は関係式Ｙ＞（０．３／５０）Ｘを満足する種基板１０とした。表１に試料１〜試料３の種基板１０のＳＯＲＩ値Ｘμｍと、面方位のずれＹ°と、（０．３／５０）Ｘとをそれぞれ示す。また、試料１のＸ線回折法の評価結果を図１６〜図２１に示し、試料２のＸ線回折法の評価結果を図２２〜図２７に示し、試料３のＸ線回折法の評価結果を図２８〜図３３に示す。図１７〜図２１、図２３〜図２７、図２９〜図３３の各図の縦軸はＸ線回折のスペクトル強度（単位：ａｒｂｉｔａｒｙ ｕｎｉｔ）であり、横軸は回折角（単位：度）である。

図１６〜図２１を参照して、試料１の種基板１０は、オリエンテーションフラットを下にしたときに、左側端部（図１７）が中央部を含む他の４箇所の領域（図１８〜図２１）と比べて回折角が小さいことが確認された。図２２〜図２７を参照して、試料２の種基板１０は、オリエンテーションフラットを下にしたときに、Ｙ軸に沿った方向に種基板１０の上側端部（図２７）から中央部（図２５）、下側端部（図２４）にかけて回折角が大きくなっていることが確認された。図２８〜図３３を参照して、試料３の種基板１０は、オリエンテーションフラットを下にしたときに、中央部（図３１）に対し、端部（図２９、図３２、図３３）の回折角が大きくなっていることが確認された。

各種基板１０はＳＯＲＩ値が５２μｍ以下であり、試料２は試料１および試料３と比べてＳＯＲＩ値が最も高くＸが大きい一方で、Ｙが小さいため、関係式Ｙ≦（０．３／５０）Ｘを満足している。一方、試料３は、試料２よりもＳＯＲＩ値が小さいが、Ｙが大きいため、関係式Ｙ≦（０．３／５０）Ｘを満足していない。

試料１の種基板１０に対する台座２０はＳＯＲＩ値が１０μｍ以下のものとし、試料２の種基板１０に対する台座２０はＳＯＲＩ値が１５μｍ以下のものとし、試料３の種基板１０に対する台座２０はＳＯＲＩ値が１０μｍ以下のものとした。

次に、実施の形態１に係る炭化珪素単結晶の製造方法に従って、種基板１０と台座２０とを接着剤３０を介して固定し、当該種基板１０上に炭化珪素単結晶７０を成長させた。

その結果、試料１および試料２の種基板１０上に成長した炭化珪素単結晶は高い結晶性を有していた。一方で、試料３の種基板１０上に成長した炭化珪素単結晶は、欠陥を多く含んでいた。これらの欠陥は、種基板１０の直上から生じており、結晶成長の初期段階で生じたものであることが確認された。

実施例の結果から、関係式Ｙ≦（０．３／５０）Ｘを満たす種基板１０は、当該関係式を満たさない種基板１０と比べてより台座２０と密着性良く固定されるため、伝熱に大きなムラが生じず、結晶性の高い炭化珪素単結晶を得ることができることが確認された。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は、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を含むことが意図される。

１０ 種基板
１０Ａ 第１の主面
１０Ｂ 第２の主面
１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 格子面
１１ 被覆膜
１１Ｂ 第５の主面
１２ 炭素膜
２０ 台座
２０Ａ 第３の主面
２０Ｂ 第４の主面
３０ 接着剤
３１ 固定層
３２ 固定部材
３２ａ 爪部
４０ ホットプレート
５０ 保護シート
５１ 重り
６０ 坩堝
６１ 原料
７０ 単結晶

Claims (7)

1. 第１の面を有する種基板と、第２の面を有する台座とを準備する工程と、
   前記第１の面と前記第２の面とが対向するように、前記台座の前記第２の面上に接着剤を介して前記種基板を固定する工程と、
   前記種基板上に炭化珪素単結晶を成長させる工程とを備え、
   前記準備する工程では、室温におけるＳＯＲＩ値がＸμｍであり、前記第１の面における中央部と端部との面方位のずれがＹ°であって、Ｙ≦（０．３／５０）Ｘである前記種基板を準備し、
   前記固定する工程は、前記接着剤及び前記種基板を加熱することを含む、炭化珪素単結晶の製造方法。
2. 前記準備する工程では、前記第１の面上に炭素を含有する被覆膜が形成されている、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
3. 前記準備する工程は、前記種基板の前記第１の面における前記中央部と前記端部との前記面方位のずれを検査する工程を含む、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. 前記準備する工程は、前記種基板の反りが内部応力を蓄えるような反りであることを確認する工程を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
5. 前記準備する工程では、前記種基板の室温における前記ＳＯＲＩ値と、前記台座の室温における前記第２の面のＳＯＲＩ値との和が７０μｍ以下となるように、前記種基板と前記台座とを準備する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
6. 前記種基板の厚みは１ｍｍ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. 前記種基板の外径は１００ｍｍ以上である、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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