JP6593212B2 - Method for producing silicon carbide single crystal - Google Patents

Method for producing silicon carbide single crystal Download PDF

Info

Publication number
JP6593212B2
JP6593212B2 JP2016022391A JP2016022391A JP6593212B2 JP 6593212 B2 JP6593212 B2 JP 6593212B2 JP 2016022391 A JP2016022391 A JP 2016022391A JP 2016022391 A JP2016022391 A JP 2016022391A JP 6593212 B2 JP6593212 B2 JP 6593212B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
main surface
single crystal
seed substrate
pedestal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2016022391A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017066019A (en
Inventor
錬 木村
真 原田
俊策 上田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of JP2017066019A publication Critical patent/JP2017066019A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6593212B2 publication Critical patent/JP6593212B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

本開示は、炭化珪素単結晶の製造方法に関する。   The present disclosure relates to a method for producing a silicon carbide single crystal.

特開2015−030659号公報(特許文献1)には、昇華法を用いた炭化珪素単結晶の製造方法が開示されている。特許文献1では、カーボン接着剤を用いて、炭化珪素種基板を台座に固定している。   Japanese Patent Laying-Open No. 2015-030659 (Patent Document 1) discloses a method for producing a silicon carbide single crystal using a sublimation method. In Patent Document 1, a silicon carbide seed substrate is fixed to a pedestal using a carbon adhesive.

特開2015−030659号公報JP, 2015-030659, A

本開示の目的は、昇華法で炭化珪素単結晶を成長させる際、炭化珪素種基板が台座から剥離することを抑制することである。   An object of the present disclosure is to suppress a silicon carbide seed substrate from peeling from a pedestal when a silicon carbide single crystal is grown by a sublimation method.

本開示の炭化珪素単結晶の製造方法は、台座に固定された炭化珪素種基板上に、昇華法により炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法である。本開示の製造方法は、第1主面と、該第1主面の反対側に位置する第2主面とを有する炭化珪素種基板を準備するステップと、塩素含有雰囲気下において、該第1主面を熱処理するステップと、該第1主面と台座との間に接着剤を介在させるステップと、該接着剤を介して、該炭化珪素種基板を該台座に固定するステップと、を備える。   The method for producing a silicon carbide single crystal of the present disclosure is a method for producing a silicon carbide single crystal by growing a silicon carbide single crystal by a sublimation method on a silicon carbide seed substrate fixed to a pedestal. The manufacturing method of the present disclosure includes a step of preparing a silicon carbide seed substrate having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and in a chlorine-containing atmosphere, Heat treating the main surface, interposing an adhesive between the first main surface and the pedestal, and fixing the silicon carbide seed substrate to the pedestal via the adhesive. .

上記によれば、昇華法で炭化珪素単結晶を成長させる際、炭化珪素種基板が台座から剥離することを抑制できる。   According to the above, when the silicon carbide single crystal is grown by the sublimation method, it is possible to suppress the silicon carbide seed substrate from peeling from the pedestal.

結晶成長装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a crystal growth apparatus. 本開示の炭化珪素単結晶の製造方法の概略を示す第1フローチャートである。It is a 1st flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal of this indication. 本開示の炭化珪素単結晶の製造方法の概略を示す第2フローチャートである。It is a 2nd flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal of this indication. 本開示の炭化珪素単結晶の製造方法の概略を示す第3フローチャートである。It is a 3rd flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal of this indication. 本開示の炭化珪素単結晶の製造方法の概略を示す第4フローチャートである。It is a 4th flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal of this indication.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of Present Disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.

〔1〕本開示の炭化珪素単結晶の製造方法は、台座に固定された炭化珪素種基板上に、昇華法により炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法である。本開示の製造方法は、第1主面と、該第1主面の反対側に位置する第2主面とを有する炭化珪素種基板を準備するステップと、塩素含有雰囲気下において、該第1主面を熱処理するステップと、該第1主面と台座との間に接着剤を介在させるステップと、該接着剤を介して、該炭化珪素種基板を該台座に固定するステップと、を備える。   [1] The method for producing a silicon carbide single crystal of the present disclosure is a method for producing a silicon carbide single crystal by growing a silicon carbide single crystal by a sublimation method on a silicon carbide seed substrate fixed to a pedestal. The manufacturing method of the present disclosure includes a step of preparing a silicon carbide seed substrate having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and in a chlorine-containing atmosphere, Heat treating the main surface, interposing an adhesive between the first main surface and the pedestal, and fixing the silicon carbide seed substrate to the pedestal via the adhesive. .

昇華法とは、固体原料を高温下で昇華させ、昇華した原料を種基板上で再結晶化させる結晶成長方法である。昇華法において、固体原料は坩堝の下部に配置され、種基板は坩堝の上部に位置する台座に固定される。従来、炭化珪素種基板の固定には、耐熱性を有するカーボン接着剤が利用されている。昇華法によって炭化珪素単結晶を成長させる場合、炭化珪素種基板および台座が2000℃以上の高温に曝されるためである。   The sublimation method is a crystal growth method in which a solid raw material is sublimated at a high temperature and the sublimated raw material is recrystallized on a seed substrate. In the sublimation method, the solid raw material is disposed at the bottom of the crucible, and the seed substrate is fixed to a pedestal located at the top of the crucible. Conventionally, a carbon adhesive having heat resistance has been used for fixing a silicon carbide seed substrate. This is because when a silicon carbide single crystal is grown by the sublimation method, the silicon carbide seed substrate and the pedestal are exposed to a high temperature of 2000 ° C. or higher.

しかしながら、炭化珪素単結晶の大口径化に伴い、耐熱性を有するカーボン接着剤を用いても、結晶成長中に炭化珪素種基板が台座から剥離する場合が出てきた。剥離は、たとえ部分的であったとしても、単結晶の結晶品質を著しく劣化させる。ゆえに、大口径の炭化珪素単結晶を成長させる場合にも、炭化珪素種基板の剥離を抑制できる固定方法が必要である。   However, with the increase in diameter of silicon carbide single crystals, even when a carbon adhesive having heat resistance is used, the silicon carbide seed substrate may be peeled off from the pedestal during crystal growth. Delamination significantly degrades the crystal quality of the single crystal, even if it is partial. Therefore, even when growing a large-diameter silicon carbide single crystal, a fixing method capable of suppressing the peeling of the silicon carbide seed substrate is required.

炭化珪素種基板が台座から剥離する要因は種々考えられる。本発明者は、それらのうち、炭化珪素種基板に蓄積した残留応力の影響が大きいことを見出した。すなわち炭化珪素種基板は、その製造過程で、たとえば研削、研磨等の各種加工を経ている。これらの加工により、炭化珪素種基板には残留応力が蓄積していると考えられる。残留応力は、結晶成長時の高温により解放されることになる。残留応力の解放に伴い、炭化珪素種基板が変形するため、剥離が生じると考えられる。   There are various factors that cause the silicon carbide seed substrate to peel off from the pedestal. The present inventor has found that the influence of the residual stress accumulated in the silicon carbide seed substrate is large among them. That is, the silicon carbide seed substrate undergoes various processes such as grinding and polishing in the manufacturing process. By these processes, it is considered that residual stress is accumulated in the silicon carbide seed substrate. The residual stress is released by the high temperature during crystal growth. It is considered that peeling occurs because the silicon carbide seed substrate is deformed with the release of the residual stress.

上記〔1〕に示す本開示の製造方法において、炭化珪素種基板の第1主面は、台座に固定されるべき接着面である。第2主面は、炭化珪素単結晶を成長させるべき成長面である。本開示の製造方法では、第1主面を台座に固定する前に、塩素含有雰囲気下で第1主面を熱処理する。塩素含有雰囲気下で、第1主面すなわち炭化珪素(SiC)を熱処理すると、第1主面がエッチングされることになる。これにより、炭化珪素種基板に蓄積した残留応力が解放される。このように、事前に残留応力を解放しておくことにより、結晶成長中の剥離を抑制できると考えられる。   In the manufacturing method of the present disclosure shown in [1] above, the first main surface of the silicon carbide seed substrate is an adhesive surface to be fixed to the pedestal. The second main surface is a growth surface on which a silicon carbide single crystal is to be grown. In the manufacturing method of the present disclosure, the first main surface is heat-treated in a chlorine-containing atmosphere before the first main surface is fixed to the pedestal. When the first main surface, that is, silicon carbide (SiC) is heat-treated in a chlorine-containing atmosphere, the first main surface is etched. Thereby, the residual stress accumulated in the silicon carbide seed substrate is released. Thus, it is thought that peeling during crystal growth can be suppressed by releasing the residual stress in advance.

〔2〕本開示の製造方法では、熱処理するステップにおいて、第1主面の少なくとも表面の珪素を除去することができる。   [2] In the manufacturing method of the present disclosure, in the heat treatment step, silicon on at least the surface of the first main surface can be removed.

〔3〕本開示の製造方法は、熱処理するステップの前に、第1主面を機械加工するステップをさらに備えていてもよい。   [3] The manufacturing method of the present disclosure may further include a step of machining the first main surface before the step of heat treatment.

〔4〕上記の機械加工するステップでは、第1主面をラップ加工するか、または第1主面を研削加工してもよい。   [4] In the above machining step, the first main surface may be lapped or the first main surface may be ground.

〔5〕本開示の製造方法において、炭化珪素種基板の直径は、75mm以上であってもよい。   [5] In the manufacturing method of the present disclosure, the silicon carbide seed substrate may have a diameter of 75 mm or more.

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、本開示の実施形態は、以下の説明に限定されるものではない。以下の説明では、同一または対応する要素に同一の符号を付し、同じ説明は繰り返さない。また結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”−”(バー)を付すことによって表現されるが、本明細書では、便宜上、数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
[Details of Embodiment of the Present Disclosure]
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described. However, the embodiment of the present disclosure is not limited to the following description. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the same description is not repeated. In addition, a negative crystallographic index is usually expressed by adding a “-” (bar) above a number, but in this specification, for convenience, a negative sign is added before the number. To express a negative index in crystallography.

〔炭化珪素単結晶の製造方法〕
本開示の製造方法では、昇華法によって炭化珪素のバルク単結晶を成長させる。先ず、図1を用いて昇華法の概要を説明する。
[Method for producing silicon carbide single crystal]
In the manufacturing method of the present disclosure, a bulk single crystal of silicon carbide is grown by a sublimation method. First, the outline of the sublimation method will be described with reference to FIG.

《結晶製造装置》
図1は、結晶製造装置の一例を示す概略断面図である。図1に示すように、結晶製造装置200は、チャンバ201を備える。チャンバ201には、ガス導入口202およびガス排気口203が設けられている。ガス排気口203は、排気ポンプ204に接続されている。
《Crystal manufacturing equipment》
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a crystal manufacturing apparatus. As shown in FIG. 1, the crystal manufacturing apparatus 200 includes a chamber 201. The chamber 201 is provided with a gas introduction port 202 and a gas exhaust port 203. The gas exhaust port 203 is connected to the exhaust pump 204.

チャンバ201内には、坩堝210、抵抗ヒータ205および断熱材206が配置されている。坩堝210は、たとえば黒鉛製である。坩堝210は、収容部211と台座212とから構成されている。台座212は、坩堝210の蓋としても機能する。収容部211は、有底筒状である。収容部211の外形は、たとえば円筒状である。収容部211には、固体原料10が充填されている。固体原料10は、たとえば炭化珪素多結晶を粉砕した粉末である。   In the chamber 201, a crucible 210, a resistance heater 205, and a heat insulating material 206 are arranged. The crucible 210 is made of, for example, graphite. The crucible 210 is composed of a housing part 211 and a pedestal 212. The pedestal 212 also functions as a lid for the crucible 210. The accommodating part 211 is a bottomed cylindrical shape. The outer shape of the accommodating part 211 is, for example, a cylindrical shape. The accommodating part 211 is filled with the solid raw material 10. Solid raw material 10 is, for example, powder obtained by pulverizing silicon carbide polycrystal.

台座212には、炭化珪素種基板100が固定されている。台座212と炭化珪素種基板100との間には、接着剤20が介在している。炭化珪素種基板100は、第1主面101と、第1主面101の反対側に位置する第2主面102とを有する。第1主面101は、いわゆる接着面である。第1主面101は、接着剤を介して台座212に固定されている。第2主面102は、いわゆる成長面である。第2主面102は、固体原料10と対向している。結晶成長時、坩堝210内には、固体原料10から炭化珪素種基板100に向かう方向に、所定の温度勾配が形成される。当該温度勾配において、固体原料10は高温側となり、炭化珪素種基板100は低温側となる。固体原料10の昇華により生じた原料ガスは、炭化珪素種基板100に向かって移動し、第2主面102上で再結晶化する。こうして第2主面102上に炭化珪素単結晶1を成長させることができる。   Silicon carbide seed substrate 100 is fixed to pedestal 212. Adhesive 20 is interposed between pedestal 212 and silicon carbide seed substrate 100. Silicon carbide seed substrate 100 has a first main surface 101 and a second main surface 102 located on the opposite side of first main surface 101. The first main surface 101 is a so-called adhesive surface. The first main surface 101 is fixed to the pedestal 212 via an adhesive. The second main surface 102 is a so-called growth surface. The second main surface 102 faces the solid raw material 10. During crystal growth, a predetermined temperature gradient is formed in the crucible 210 in the direction from the solid raw material 10 toward the silicon carbide seed substrate 100. In the temperature gradient, the solid raw material 10 is on the high temperature side, and the silicon carbide seed substrate 100 is on the low temperature side. The source gas generated by sublimation of the solid source 10 moves toward the silicon carbide seed substrate 100 and is recrystallized on the second main surface 102. Thus, silicon carbide single crystal 1 can be grown on second main surface 102.

次に、フローチャートに沿って本開示の製造方法を説明する。図2は、本開示の製造方法の概略を示す第1フローチャートである。図2に示すように、本開示の製造方法は、準備ステップ(S101)、機械加工ステップ(S102)、熱処理ステップ(S103)、接着ステップ(S104)、固定ステップ(S105)および結晶成長ステップ(S106)を備える。以下、各ステップを説明する。   Next, the manufacturing method of this indication is demonstrated along a flowchart. FIG. 2 is a first flowchart illustrating an outline of the manufacturing method of the present disclosure. As shown in FIG. 2, the manufacturing method of the present disclosure includes a preparation step (S101), a machining step (S102), a heat treatment step (S103), an adhesion step (S104), a fixing step (S105), and a crystal growth step (S106). ). Hereinafter, each step will be described.

《準備ステップ(S101)》
準備ステップ(S101)では、第1主面101と、第1主面101と反対側に位置する第2主面102とを有する炭化珪素種基板100を準備する。
<< Preparation Step (S101) >>
In the preparation step (S101), silicon carbide seed substrate 100 having first main surface 101 and second main surface 102 located on the opposite side of first main surface 101 is prepared.

炭化珪素種基板100のポリタイプは、典型的には4H−SiCである。炭化珪素種基板100のポリタイプは、たとえば3C−SiC、6H−SiC等でもよい。炭化珪素種基板100は、たとえば炭化珪素のバルク単結晶を所定の厚さにスライスすることにより準備される。スライスには、たとえばワイヤーソーを用いることができる。炭化珪素種基板の厚さは、たとえば0.5mm以上でもよい。炭化珪素種基板の厚さは、たとえば5.0mm以下でもよいし、2.0mm以下でもよい。   The polytype of silicon carbide seed substrate 100 is typically 4H—SiC. The polytype of silicon carbide seed substrate 100 may be, for example, 3C—SiC, 6H—SiC, or the like. Silicon carbide seed substrate 100 is prepared, for example, by slicing a bulk single crystal of silicon carbide to a predetermined thickness. For the slice, for example, a wire saw can be used. The thickness of the silicon carbide seed substrate may be 0.5 mm or more, for example. The thickness of the silicon carbide seed substrate may be, for example, 5.0 mm or less, or 2.0 mm or less.

炭化珪素種基板100の平面形状は、たとえば円形状である。本開示の製造方法は、直径が大きい炭化珪素種基板100への適用が期待される。炭化珪素種基板100の直径が大きい程、剥離が発生しやすくなるため、剥離の抑制手段がいっそう重要になる。炭化珪素種基板100の直径は、75mm以上であってもよい。炭化珪素種基板100の直径は、たとえば100mm以上であってもよいし、150mm以上であってもよい。炭化珪素種基板100の直径は、たとえば300mm以下であってもよい。   The planar shape of silicon carbide seed substrate 100 is, for example, a circular shape. The manufacturing method of the present disclosure is expected to be applied to the silicon carbide seed substrate 100 having a large diameter. As the diameter of the silicon carbide seed substrate 100 is larger, peeling is more likely to occur. Therefore, a means for suppressing peeling becomes more important. The diameter of silicon carbide seed substrate 100 may be 75 mm or more. The diameter of silicon carbide seed substrate 100 may be, for example, 100 mm or more, or 150 mm or more. The diameter of silicon carbide seed substrate 100 may be, for example, 300 mm or less.

炭化珪素(SiC)の結晶面のうち、(0001)面は「Si(シリコン)面」と称されることがある。また(000−1)面は「C(カーボン)面」と称されることがある。炭化珪素種基板100において、第1主面101はSi面であってもよいし、C面であってもよい。第2主面102はC面であってもよいし、Si面であってもよい。   Of the crystal planes of silicon carbide (SiC), the (0001) plane is sometimes referred to as a “Si (silicon) plane”. The (000-1) plane is sometimes referred to as a “C (carbon) plane”. In silicon carbide seed substrate 100, first main surface 101 may be a Si surface or a C surface. The second main surface 102 may be a C surface or a Si surface.

第1主面101および第2主面102は、Si面またはC面から所定の角度傾斜した面でもよい。第1主面101および第2主面102が、所定の結晶面から傾斜する方向は「オフ方向」とも称される。オフ方向は、典型的には<11−20>方向である。   The first main surface 101 and the second main surface 102 may be surfaces inclined at a predetermined angle from the Si surface or the C surface. The direction in which the first main surface 101 and the second main surface 102 are inclined from a predetermined crystal plane is also referred to as “off direction”. The off direction is typically the <11-20> direction.

第1主面101および第2主面102をSi面またはC面から傾斜させる角度は、「オフ角」とも称される。オフ角は、たとえば1°以上でもよいし、2°以上でもよいし、3°以上でもよい。オフ角は、8°以下でもよいし、7°以下でもよいし、6°以下でもよいし、5°以下でもよい。   The angle at which the first main surface 101 and the second main surface 102 are inclined from the Si surface or the C surface is also referred to as an “off angle”. The off angle may be, for example, 1 ° or more, 2 ° or more, or 3 ° or more. The off angle may be 8 ° or less, 7 ° or less, 6 ° or less, or 5 ° or less.

《機械加工ステップ(S102)》
本開示の製造方法では、後述の熱処理ステップ(S103)の前に、第1主面101を機械加工してもよい。具体的には、たとえば、第1主面101をラップ加工してもよいし、第1主面101を研削加工してもよい。ラップ加工には、半導体基板用のラップ盤を用いることができる。ラップ加工は、遊離砥粒方式で行ってもよい。遊離砥粒には、たとえばダイヤモンド粒子を含有するスラリーを用いることができる。研削加工には、半導体基板用の研削盤を用いることができる。砥石車には、たとえばダイヤモンドホイールを用いることができる。
<< Machining step (S102) >>
In the manufacturing method of the present disclosure, the first main surface 101 may be machined before a heat treatment step (S103) described later. Specifically, for example, the first main surface 101 may be lapped or the first main surface 101 may be ground. A lapping machine for a semiconductor substrate can be used for lapping. The lapping process may be performed by a loose abrasive method. For the free abrasive grains, for example, a slurry containing diamond particles can be used. A grinding machine for a semiconductor substrate can be used for the grinding process. For the grinding wheel, for example, a diamond wheel can be used.

機械加工における第1主面101の仕上がりは、梨地仕上げとするとよい。第1主面101を、適度な凹凸を有する面に仕上げることにより、第1主面101の表面積が拡大するため、接着強度の向上が期待できる。また凸部が接着剤に食い込むため、いわゆるアンカー効果による接着強度の向上も期待できる。機械加工後の第1主面101の表面粗さは、たとえば算術平均粗さRaで0.1〜1.0μm程度である。   The finish of the first main surface 101 in machining may be a satin finish. Since the surface area of the first main surface 101 is increased by finishing the first main surface 101 into a surface having moderate unevenness, an improvement in adhesive strength can be expected. Moreover, since the convex part bites into the adhesive, an improvement in adhesive strength due to a so-called anchor effect can be expected. The surface roughness of the first main surface 101 after machining is, for example, about 0.1 to 1.0 μm in terms of arithmetic average roughness Ra.

このステップでは、成長面である第2主面102に対して、たとえばCMP(Chemical Mechanical Polishing)等の加工を行ってもよい。CMP、ラップ加工、研削加工等により生じた残留応力は、後述の熱処理ステップ(S103)で解放されることになる。   In this step, processing such as CMP (Chemical Mechanical Polishing) may be performed on the second main surface 102 which is a growth surface. Residual stress generated by CMP, lapping, grinding, or the like is released in a heat treatment step (S103) described later.

《熱処理ステップ(S103)》
熱処理ステップ(S103)では、塩素含有雰囲気下において第1主面101を熱処理する。熱処理には、たとえば管状電気炉等を用いることができる。炉壁の材質は、たとえば石英等でよい。
<< Heat treatment step (S103) >>
In the heat treatment step (S103), the first main surface 101 is heat-treated in a chlorine-containing atmosphere. For example, a tubular electric furnace can be used for the heat treatment. The material of the furnace wall may be quartz, for example.

炉内の雰囲気は、塩素含有雰囲気とする。塩素含有雰囲気は、たとえば塩素原子(Cl)を含有するガスを炉内に流通させることにより、形成できる。塩素原子を含有するガスには、たとえば塩素(Cl2)ガス、三塩化ホウ素(BCl3)ガス、四塩化炭素(CCl4)ガス、三フッ化塩素(ClF3)ガス等を用いることができる。キャリアガスを併用してもよい。キャリアガスには、たとえば、窒素(N2)ガス、アルゴン(Ar)ガス等の希ガス、酸素(O2)ガス等を用いることができる。塩素原子を含有するガスの流量は、たとえば0.1〜0.5L/min程度である。たとえば塩素ガスを用いる場合、塩素ガスの流量は0.2L/min程度とするとよい。 The atmosphere in the furnace is a chlorine-containing atmosphere. The chlorine-containing atmosphere can be formed, for example, by circulating a gas containing chlorine atoms (Cl) in the furnace. As the gas containing chlorine atoms, for example, chlorine (Cl 2 ) gas, boron trichloride (BCl 3 ) gas, carbon tetrachloride (CCl 4 ) gas, chlorine trifluoride (ClF 3 ) gas, or the like can be used. . A carrier gas may be used in combination. As the carrier gas, for example, a rare gas such as nitrogen (N 2 ) gas or argon (Ar) gas, oxygen (O 2 ) gas, or the like can be used. The flow rate of the gas containing chlorine atoms is, for example, about 0.1 to 0.5 L / min. For example, when chlorine gas is used, the flow rate of chlorine gas is preferably about 0.2 L / min.

熱処理温度は、たとえば800℃以上1200℃以下程度でよい。熱処理温度は、典型的には900℃程度である。炉内の圧力は、たとえば0.05kPa以上150kPa以下程度である。熱処理時間は、たとえば30分以上2時間以下程度である。熱処理時間は、典型的には45分程度である。   The heat treatment temperature may be, for example, about 800 ° C. or more and 1200 ° C. or less. The heat treatment temperature is typically about 900 ° C. The pressure in the furnace is, for example, about 0.05 kPa to 150 kPa. The heat treatment time is, for example, about 30 minutes to 2 hours. The heat treatment time is typically about 45 minutes.

以上の条件で、第1主面101を熱処理することにより、第1主面101がエッチングされることになる。これにより、炭化珪素種基板100に蓄積した残留応力が解放される。   By heat-treating the first main surface 101 under the above conditions, the first main surface 101 is etched. Thereby, the residual stress accumulated in silicon carbide seed substrate 100 is released.

上記のエッチングでは、第1主面101の少なくとも表面の珪素(Si)が除去され得る。炭化珪素(SiC)から珪素(Si)が除去されることにより、第1主面101から一定の深さ範囲に亘って、炭化珪素よりも炭素(C)の組成比が高い炭素層が形成されることになる。すなわち熱処理するステップ(S103)は、第1主面101に、炭化珪素よりも炭素の組成比が高い炭素層を形成するステップを含むことができる。   In the etching described above, silicon (Si) on at least the surface of the first main surface 101 can be removed. By removing silicon (Si) from silicon carbide (SiC), a carbon layer having a higher carbon (C) composition ratio than silicon carbide is formed over a certain depth range from first main surface 101. Will be. That is, the heat treatment step (S103) can include a step of forming a carbon layer having a higher carbon composition ratio than silicon carbide on the first main surface 101.

当該炭素層は、炭素の組成比が高いため、炭化珪素よりもカーボン接着剤との親和性が高い。したがって炭素層の形成により、カーボン接着剤による接着強度の向上が期待できる。さらに炭素層は、SiCからSiが除去された層であるため、SiCよりもポーラスな構造を有すると考えられる。そのためカーボン接着剤が第1主面101に浸透しやすくなり、接着強度が向上することも期待できる。   Since the carbon layer has a high carbon composition ratio, the carbon layer has higher affinity with the carbon adhesive than silicon carbide. Therefore, the formation of the carbon layer can be expected to improve the adhesive strength due to the carbon adhesive. Furthermore, since the carbon layer is a layer obtained by removing Si from SiC, it is considered that the carbon layer has a more porous structure than SiC. Therefore, the carbon adhesive can easily penetrate into the first main surface 101, and it can be expected that the adhesive strength is improved.

熱処理ステップ(S103)において形成される炭素層の厚さは、たとえば1μm以上20μm以下程度である。炭素層の厚さは、典型的には5μm以上10μm以下程度である。炭素層は、実質的に炭素のみからなる層でもよい。あるいは炭素層は、塩素を含有していてもよい。炭素層の厚さおよび組成は、たとえばSEM−EDX(Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive X−ray spectroscopy)等を用いて、炭化珪素種基板100の厚さ方向断面等を分析することにより測定できる。   The thickness of the carbon layer formed in the heat treatment step (S103) is, for example, about 1 μm to 20 μm. The thickness of the carbon layer is typically about 5 μm or more and 10 μm or less. The carbon layer may be a layer consisting essentially of carbon. Alternatively, the carbon layer may contain chlorine. The thickness and composition of the carbon layer can be measured, for example, by analyzing a cross section in the thickness direction of the silicon carbide seed substrate 100 using SEM-EDX (Scanning Electron Microscope with Energy Dispersive X-ray spectroscopy) or the like.

炭素層には、エッチング前の第1主面101の表面形状が継承されている。すなわち機械加工ステップ(S102)において調整した第1主面101の算術平均粗さは、熱処理ステップ(S103)後も維持され得る。   In the carbon layer, the surface shape of the first main surface 101 before etching is inherited. That is, the arithmetic average roughness of the first main surface 101 adjusted in the machining step (S102) can be maintained even after the heat treatment step (S103).

なお成長面となる第2主面102がエッチングされることは好ましくないため、熱処理ステップ(S103)は、第2主面102がエッチングされない態様で行うとよい。   In addition, since it is not preferable that the 2nd main surface 102 used as a growth surface is etched, it is good to perform a heat treatment step (S103) in the aspect in which the 2nd main surface 102 is not etched.

図3は、本開示の炭化珪素単結晶の製造方法の概略を示す第2フローチャートである。図3に示すように、たとえば、第2主面102をエッチングから保護するために、第2主面102を被覆する保護膜を形成してもよい。すなわち本開示の製造方法は、準備ステップ(S101)と熱処理ステップ(S103)との間に、第2主面102を被覆する保護膜を形成する、保護膜形成ステップ(S111)を備えることもできる。なお図3では、保護膜形成ステップ(S111)が機械加工ステップ(S102)の後に行われる態様を図示しているが、保護膜形成ステップ(S111)は、機械加工ステップ(S102)の前に行われてもよい。   FIG. 3 is a second flowchart showing an outline of a method for producing a silicon carbide single crystal of the present disclosure. As shown in FIG. 3, for example, a protective film covering the second main surface 102 may be formed in order to protect the second main surface 102 from etching. In other words, the manufacturing method of the present disclosure may include a protective film forming step (S111) that forms a protective film that covers the second main surface 102 between the preparation step (S101) and the heat treatment step (S103). . FIG. 3 shows a mode in which the protective film forming step (S111) is performed after the machining step (S102). However, the protective film forming step (S111) is performed before the machining step (S102). It may be broken.

保護膜の厚さは、たとえば0.01μm以上10μm以下程度でよい。保護膜は、たとえば、二酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(Si34)等により構成される絶縁膜でもよいし、フォトレジスト等により構成される有機膜でもよい。保護膜は、熱処理ステップ(S103)の後に、たとえばアッシング、酸処理等により除去され得る。 The thickness of the protective film may be, for example, about 0.01 μm or more and 10 μm or less. The protective film may be, for example, an insulating film made of silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or an organic film made of photoresist or the like. The protective film can be removed by, for example, ashing, acid treatment or the like after the heat treatment step (S103).

図4は、本開示の製造方法の概略を示す第3フローチャートである。図4に示すように、保護膜の形成が困難な場合には、熱処理ステップ(S103)の後に、第2主面102を平坦化する処理を行うことが望ましい。すなわち本開示の製造方法は、図4に示すように、熱処理ステップ(S103)の後に、第2主面102を平坦化する、平坦化ステップ(S112)を備えることもできる。たとえば、第2主面102に対して、機械研磨、CMP等の加工を行って第2主面102を平坦化してもよい。   FIG. 4 is a third flowchart illustrating an outline of the manufacturing method of the present disclosure. As shown in FIG. 4, when it is difficult to form a protective film, it is desirable to perform a process of planarizing the second main surface 102 after the heat treatment step (S103). That is, as shown in FIG. 4, the manufacturing method of the present disclosure may include a planarization step (S112) in which the second main surface 102 is planarized after the heat treatment step (S103). For example, the second main surface 102 may be planarized by performing processing such as mechanical polishing and CMP on the second main surface 102.

図5は、本開示の炭化珪素単結晶の製造方法の概略を示す第4フローチャートである。前述の保護膜形成ステップ(S111)において、保護膜を形成したにもかかわらず、第2主面102がエッチングされることもある。図5に示すように、その場合も平坦化ステップ(S112)を行うことが望ましい。すなわち、本開示の製造方法は、保護膜形成ステップ(S111)および平坦化ステップ(S112)の両方を備えることもできる。   FIG. 5 is a fourth flowchart showing an outline of the method for producing a silicon carbide single crystal of the present disclosure. In the protective film formation step (S111) described above, the second main surface 102 may be etched despite the formation of the protective film. As shown in FIG. 5, it is desirable to perform the planarization step (S112) also in that case. That is, the manufacturing method of the present disclosure can include both the protective film forming step (S111) and the planarization step (S112).

《接着ステップ(S104)》
接着ステップ(S104)では、第1主面101と台座212との間に接着剤20を介在させる。接着剤20は、第1主面101に塗布してもよいし、台座212に塗布してもよいし、第1主面101および台座212の両方に塗布してもよい。
<< Adhesion Step (S104) >>
In the bonding step (S104), the adhesive 20 is interposed between the first main surface 101 and the base 212. The adhesive 20 may be applied to the first main surface 101, may be applied to the pedestal 212, or may be applied to both the first main surface 101 and the pedestal 212.

接着剤20は、典型的にはカーボン接着剤である。カーボン接着剤は、有機溶剤と、該有機溶剤中に分散された黒鉛微粒子とを含む。カーボン接着剤は、たとえば日清紡ケミカル社製の「ST−201」等であってもよい。   The adhesive 20 is typically a carbon adhesive. The carbon adhesive includes an organic solvent and graphite fine particles dispersed in the organic solvent. The carbon adhesive may be, for example, “ST-201” manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd.

《固定ステップ(S105)》
固定ステップ(S105)では、接着剤20を介して炭化珪素種基板100を台座212に固定する。たとえば、炭化珪素種基板100と台座212との積層方向に荷重を加えることにより、接着剤20を介して炭化珪素種基板100を台座212に固定できる。このステップでは、さらに熱処理を行ってもよい。熱処理は、たとえば2段階で行うとよい。先ず、150〜300℃程度の温度で保持することにより、カーボン接着剤に含まれる有機溶剤を気化させる。次いで、500〜1000℃程度の温度で保持することにより、カーボン接着剤の残部を炭化させる。これによりカーボン接着剤は、炭化珪素種基板100および台座212の両方に、強固に結合した接着層となる。本開示の製造方法では、第1主面101に形成された炭素層、カーボン接着剤(接着層)および台座212が、いずれも炭素を主成分とするため、接着強度の向上が期待できる。
<< Fixed Step (S105) >>
In the fixing step (S 105), silicon carbide seed substrate 100 is fixed to pedestal 212 through adhesive 20. For example, the silicon carbide seed substrate 100 can be fixed to the pedestal 212 via the adhesive 20 by applying a load in the stacking direction of the silicon carbide seed substrate 100 and the pedestal 212. In this step, heat treatment may be further performed. The heat treatment may be performed in two stages, for example. First, the organic solvent contained in a carbon adhesive is vaporized by hold | maintaining at the temperature of about 150-300 degreeC. Subsequently, the remainder of the carbon adhesive is carbonized by holding at a temperature of about 500 to 1000 ° C. As a result, the carbon adhesive becomes an adhesive layer firmly bonded to both the silicon carbide seed substrate 100 and the pedestal 212. In the manufacturing method of the present disclosure, since the carbon layer, the carbon adhesive (adhesive layer), and the pedestal 212 formed on the first main surface 101 are all composed mainly of carbon, an improvement in adhesive strength can be expected.

《結晶成長ステップ(S106)》
結晶成長ステップ(S106)では、昇華法によって、炭化珪素種基板100の第2主面102上に炭化珪素のバルク単結晶を成長させる。
<< Crystal Growth Step (S106) >>
In the crystal growth step (S106), a bulk single crystal of silicon carbide is grown on second main surface 102 of silicon carbide seed substrate 100 by a sublimation method.

図1に示すように、台座212に固定された炭化珪素種基板100は、坩堝210内において、収容部211に充填された固体原料10と向き合うように、配置される。   As shown in FIG. 1, silicon carbide seed substrate 100 fixed to pedestal 212 is arranged in crucible 210 so as to face solid raw material 10 filled in container 211.

ガス導入口202からは、たとえばアルゴンガスがチャンバ201に導入される。導入されたアルゴンガスは、ガス排気口203より排気される。チャンバ201内の圧力は、ガスの導入量と排気量とのバランスによって調整される。結晶成長時、チャンバ201内の圧力は、たとえば0.1kPa以上10kPa以下程度である。   For example, argon gas is introduced into the chamber 201 from the gas inlet 202. The introduced argon gas is exhausted from the gas exhaust port 203. The pressure in the chamber 201 is adjusted by the balance between the amount of gas introduced and the amount of exhaust. During crystal growth, the pressure in the chamber 201 is, for example, about 0.1 kPa to 10 kPa.

抵抗ヒータ205は、坩堝210の各部を加熱する。これにより、坩堝210内に温度勾配が形成される。固体原料10の周辺の温度は、たとえば2200〜2400℃程度に調整される。炭化珪素種基板100の周辺の温度は、たとえば2000〜2200℃程度に調整される。坩堝210の各部の温度は、たとえば放射温度計によって測定できる。   The resistance heater 205 heats each part of the crucible 210. Thereby, a temperature gradient is formed in the crucible 210. The temperature around the solid raw material 10 is adjusted to about 2200 to 2400 ° C., for example. The temperature around silicon carbide seed substrate 100 is adjusted to about 2000 to 2200 ° C., for example. The temperature of each part of the crucible 210 can be measured by, for example, a radiation thermometer.

上記の圧力条件および温度条件が整うことにより、固体原料10が昇華する。昇華により生じた原料ガスは、炭化珪素種基板100に向かって移動し、第2主面102上で再結晶化する。こうして第2主面102上に炭化珪素単結晶1を成長させることができる。本開示の製造方法では、炭化珪素種基板100が台座212に強固に固定されているため、たとえば直径が100mm以上である大口径の単結晶を成長させることもできる。また、たとえば長尺の単結晶を成長させることもできる。   The solid raw material 10 is sublimated when the above pressure condition and temperature condition are satisfied. The source gas generated by the sublimation moves toward the silicon carbide seed substrate 100 and is recrystallized on the second main surface 102. Thus, silicon carbide single crystal 1 can be grown on second main surface 102. In the manufacturing method of the present disclosure, since silicon carbide seed substrate 100 is firmly fixed to pedestal 212, a large-diameter single crystal having a diameter of, for example, 100 mm or more can be grown. For example, a long single crystal can be grown.

今回開示された実施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実施形態ではなく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。   It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is shown not by the embodiments described above but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

1 炭化珪素単結晶
10 固体原料
20 接着剤
100 炭化珪素種基板
101 第1主面
102 第2主面
200 結晶製造装置
201 チャンバ
202 ガス導入口
203 ガス排気口
204 排気ポンプ
205 抵抗ヒータ
206 断熱材
210 坩堝
211 収容部
212 台座
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon carbide single crystal 10 Solid raw material 20 Adhesive 100 Silicon carbide seed board | substrate 101 1st main surface 102 2nd main surface 200 Crystal manufacturing apparatus 201 Chamber 202 Gas introduction port 203 Gas exhaust port 204 Exhaust pump 205 Resistance heater 206 Heat insulating material 210 Crucible 211 container 212 pedestal

Claims (5)

台座に固定された炭化珪素種基板上に、昇華法により炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法であって、
第1主面と、前記第1主面の反対側に位置する第2主面とを有する前記炭化珪素種基板を準備するステップと、
塩素含有雰囲気下において、前記第1主面を熱処理するステップと、
前記第1主面と前記台座との間に接着剤を介在させるステップと、
前記接着剤を介して、前記炭化珪素種基板を前記台座に固定するステップと、を備える、炭化珪素単結晶の製造方法。
A silicon carbide single crystal manufacturing method for growing a silicon carbide single crystal by a sublimation method on a silicon carbide seed substrate fixed to a pedestal,
Providing the silicon carbide seed substrate having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface;
Heat-treating the first main surface in a chlorine-containing atmosphere;
Interposing an adhesive between the first main surface and the pedestal;
Fixing the silicon carbide seed substrate to the pedestal via the adhesive, and a method for producing a silicon carbide single crystal.
前記熱処理するステップにおいて、前記第1主面の少なくとも表面の珪素を除去する、請求項1に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein in the heat treatment step, silicon on at least a surface of the first main surface is removed. 前記熱処理するステップの前に、前記第1主面を機械加工するステップをさらに備える、請求項1に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to claim 1, further comprising a step of machining the first main surface before the heat treatment step. 前記機械加工するステップでは、前記第1主面をラップ加工するか、または前記第1主面を研削加工する、請求項3に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 3, wherein in the machining step, the first main surface is lapped or the first main surface is ground. 前記炭化珪素種基板の直径は、75mm以上である、請求項1に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 1, wherein the silicon carbide seed substrate has a diameter of 75 mm or more.
JP2016022391A 2015-09-30 2016-02-09 Method for producing silicon carbide single crystal Expired - Fee Related JP6593212B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015193170 2015-09-30
JP2015193170 2015-09-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017066019A JP2017066019A (en) 2017-04-06
JP6593212B2 true JP6593212B2 (en) 2019-10-23

Family

ID=58493862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016022391A Expired - Fee Related JP6593212B2 (en) 2015-09-30 2016-02-09 Method for producing silicon carbide single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6593212B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3936645A4 (en) * 2019-03-05 2022-11-09 Kwansei Gakuin Educational Foundation Method and device for manufacturing sic substrate, and method for reducing macro-step bunching of sic substrate
EP3936646A4 (en) * 2019-03-05 2023-01-04 Kwansei Gakuin Educational Foundation Sic substrate manufacturing method and manufacturing device, and method for reducing work-affected layer in sic substrate
US11955354B2 (en) * 2019-03-29 2024-04-09 Kwansei Gakuin Educational Foundation Semiconductor substrate manufacturing device applicable to large-diameter semiconductor substrate
CN114174570B (en) * 2019-03-29 2024-04-30 学校法人关西学院 Apparatus for manufacturing semiconductor substrate having temperature gradient inversion unit and method for manufacturing semiconductor substrate

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09268096A (en) * 1996-03-29 1997-10-14 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Production of single crystal and seed crystal
JP4461858B2 (en) * 2004-03-17 2010-05-12 トヨタ自動車株式会社 Method for bonding SiC 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
JP5948988B2 (en) * 2012-03-12 2016-07-06 住友電気工業株式会社 Method for producing silicon carbide single crystal
JP2014024701A (en) * 2012-07-26 2014-02-06 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for producing silicon carbide substrate
JP5843725B2 (en) * 2012-08-08 2016-01-13 三菱電機株式会社 Single crystal manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017066019A (en) 2017-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6593212B2 (en) Method for producing silicon carbide single crystal
JP5839069B2 (en) Silicon carbide single crystal substrate, silicon carbide epitaxial substrate, and manufacturing method thereof
JP5014737B2 (en) Method for manufacturing SiC single crystal substrate
CN110468446B (en) Chamfered silicon carbide substrate and chamfering method
TW201742103A (en) Method for manufacturing thin SiC wafer and thin SiC wafer
JP4985625B2 (en) Method for producing silicon carbide single crystal
WO2015182246A1 (en) Silicon-carbide-ingot manufacturing method, silicon-carbide seed substrate, and silicon-carbide substrate
JP2020511390A (en) Silicon carbide substrate and method for growing SiC single crystal boule
JP6279619B2 (en) Manufacturing method of semiconductor substrate
JP7274154B2 (en) SiC substrate manufacturing method
JP2018027893A (en) Production method of group iii nitride semiconductor single crystal
WO2014017197A1 (en) Method for manufacturing silicon carbide substrate
JP2013103848A (en) METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL
JP2009218575A (en) Method of manufacturing semiconductor substrate
JP5124402B2 (en) Method of annealing silicon carbide single crystal material
JP2015182948A (en) Production method of silicon carbide single crystal
US20140030892A1 (en) Method for manufacturing silicon carbide substrate
CN114430781B (en) SiC seed crystal, siC ingot, siC wafer, and methods for producing the same
JP2024038313A (en) SiC wafer manufacturing method
JP2010034461A (en) Epitaxial silicon wafer and method of manufacturing the same
JP6465193B2 (en) Silicon carbide single crystal substrate and silicon carbide epitaxial substrate
JP6260603B2 (en) Silicon carbide single crystal substrate, silicon carbide epitaxial substrate, and manufacturing method thereof
JP2011051861A (en) METHOD FOR MANUFACTURING AlN SINGLE CRYSTAL AND SEED SUBSTRATE
JP7573259B2 (en) Seed crystal adhesion layer, method for manufacturing laminate using same, and method for manufacturing wafer
KR102262864B1 (en) Manufacturing method of wafer, manufacuring method of epitaxial wafer, wafer and epitaxial wafer manufactured thereby

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180821

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190410

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190416

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190827

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190909

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6593212

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees