JPH11171691A

JPH11171691A - 種結晶固定剤及びそれを用いた単結晶の製造方法

Info

Publication number: JPH11171691A
Application number: JP36225097A
Authority: JP
Inventors: Atsuhito Okamoto; 篤人岡本; Naohiro Sugiyama; 尚宏杉山; Toshihiko Tani; 俊彦谷; Nobuo Kamiya; 信雄神谷; Fusao Hirose; 富佐雄廣瀬
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-06-29
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: JP3680531B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高温熱処理などの特別な接着工程を付加する
ことなく種結晶を種結晶載置部に容易に設置することが
でき、且つ適用後の単結晶成長工程において、大面積の
単結晶インゴットを高品質にしかも再現性良く製造する
ことができる種結晶固定剤及びそれを用いた単結晶の製
造方法を提供する。【解決手段】炭水化物と耐熱性微粒子と溶媒とからな
る種結晶固定剤を用いて単結晶成長用の種結晶５を種結
晶載置部３に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種結晶を種結晶載
置部に好適に接着・固定することにより、種結晶上に欠
陥の少ない単結晶を容易に成長させることができる種結
晶固定剤及びそれを用いた単結晶の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】高性能の半導体基板材料として、高品
質，大面積の炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の開発が求めら
れている。単結晶成長に使用される種結晶としては、例
えば、昇華法によって得られた炭化珪素単結晶基板，化
学蒸着法によって得られた炭化珪素単結晶膜などが挙げ
られる。炭化珪素単結晶は、種結晶上に原料ガスを供給
して結晶化させることにより得ることができる。この場
合、種結晶を種結晶載置部に固定する方法は、（１）機
械力学的な方法、及び（２）固着物質の熱処理による化
学的な方法に大別することができる。以下具体的を示
す。

【０００３】（１）機械力学的な方法Ｉ．実公平４−４２９１１号公報載置部の保持面を種結晶と略同一形状にし、種結晶をカ
ーボン製のＬ字部材で保持面に固定し、望ましくは、載
置部の保持面にＳｉ層，種結晶を順次積層し、熱処理に
より種結晶と載置部を炭化珪素（ＳｉＣ）化することに
よって一体に固着する方法。 II．特開平１- ３０５８９８号公報種結晶載置部に少なくとも１条の凸部を設け、種結晶裏
面に上記凸部に合致するように形成した少なくとも一条
の溝に該凸部を挿入することによって、炭化珪素種結晶
基板を保持する方法。

【０００４】（２）化学的な方法 III.W. S. Yoo et al. J. Crystal Growth 99 (1990) 2
78-283 炭化された砂糖を用いて、炭化珪素種結晶を載置部に保
持する方法。 IV．O. Kordina et al. Appl. Phys. Lett. 69 No10 (1
996) 1456-1458 溶融グルコースを用いて、炭化珪素種結晶を載置部に保
持する方法。Ｖ．特開平９−１１０５８４種結晶と保持部の間に介在する炭化層により、種結晶が
保持部に結合された状態で単結晶を成長させる方法。介
在する炭化層は、フェノール樹脂やノボラック樹脂など
の高分子材料を含有する液状接着剤の高温炭化処理によ
って得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記Ｉ，IIの機械力学
的な固定方法では、種結晶と載置部の密着接合を実現す
ることは困難である。そのために、種結晶の面内温度分
布が均一でなくなり、成長する単結晶中の欠陥（結晶格
子欠陥）の増大等の結晶性の悪化が生じる。又、種結晶
と載置部の間に隙間が存在するためこの隙間で種結晶の
再結晶化が進行し、成長する単結晶中に大きな欠陥が誘
発される。上記III ，IV，Ｖの化学的な固定方法では、
単結晶成長工程に先だって、高温熱処理による固定剤の
炭化工程を必要とするため作業が複雑である。更に、炭
化工程により液状固定剤の大きな体積減少が起こるた
め、種結晶と載置部の不均一固着による好ましくない種
結晶の歪みの発生や、上記体積減少の結果生じた隙間で
種結晶の再結晶化が起こる危惧がある。

【０００６】本発明は上記従来技術の問題点を解決する
ためのものであり、その目的とするところは、単結晶成
長工程に先立って種結晶及び／又は種結晶載置部に室温
にて塗布するのみで、高温熱処理などの特別な固定工程
を付加することなく種結晶を種結晶載置部に容易に設置
することができ、且つ適用後の単結晶成長工程におい
て、大面積の単結晶インゴットを高品質にしかも再現性
良く製造することができる種結晶固定剤及びそれを用い
た単結晶の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の単結
晶成長用の種結晶を種結晶載置部に固定するための種結
晶固定剤は、炭水化物と耐熱性微粒子と溶媒とからなる
ことを特徴とする。又、本発明の単結晶の製造方法は、
単結晶成長用の種結晶を種結晶載置部に固定する工程
と、上記種結晶に単結晶を成長させる工程とを少なくと
も有する単結晶の製造方法において、上記種結晶を種結
晶載置部に固定する工程で使用する種結晶固定剤が、炭
水化物と耐熱性微粒子と溶媒とからなることを特徴とす
る。本発明の単結晶の製造方法において、上記種結晶を
種結晶載置部に固定する工程において、上記種結晶と種
結晶載置部との間に上記種結晶固定剤を介在させた後、
上記種結晶を種結晶載置部に加圧して固定することが好
ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】炭水化物としては、糖類（例え
ば、単糖類及び多糖類）及びその誘導体などを広汎に使
用することができる。これらは単独で使用してもよい
し、又は組み合わせて使用してもよい。単糖類として
は、例えばグルコースが高純度のものを容易に入手する
ことができ、使い易く、好ましい。同様に、多糖類とし
ては、セルロース及びその誘導体（例えば、アセチルセ
ルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロ
ースなどのセルロースエーテル）が好ましい。

【０００９】耐熱性微粒子は、耐熱性が高く且つ高温に
加熱された場合に種結晶に悪影響を与えない材料からな
る微粒子、例えば、黒鉛微粒子、セラミック微粒子等を
単独で又は組み合わせて使用することができる。高温加
熱時に炭水化物からも黒鉛微粒子が生じるので、耐熱性
微粒子として黒鉛微粒子を使用することは、適合性の観
点から好ましい。セラミック微粒子に用いるセラミック
材料（例えば、炭化物，酸化物，窒化物，硼化物、又は
これらの組み合わせ）は、種結晶，種結晶載置部，高温
加熱時に炭水化物から生じる黒鉛微粒子との適合性や、
得ようとする単結晶の不純物源とならないこと等を考慮
して選択する。このような耐熱性微粒子を固定面に導入
することによって、高温加熱時における固定空間の充填
率を微粒子を用いない場合に比較して向上させることが
できる。耐熱性微粒子の大きさ，形状，平均粒径等の性
状は、種結晶が種結晶載置部に好適に接着・固定される
ように適宜選択する。耐熱性微粒子は、大きさや形状が
ほぼ同一であるものを用いてもよいが、例えば、大きさ
や形状が異なるものを複数組み合わせて用いると、高温
加熱処理後の耐熱性微粒子の充填率が向上するので好ま
しい。

【００１０】溶媒は、炭水化物を溶解する及び／又は分
散させることができ、室温若しくはそれに近い温度で揮
発させることが可能であり、種結晶，種結晶載置部，炭
水化物，耐熱性微粒子に悪影響を及ぼさず（例えば、こ
れらに対して不活性）、作業環境を悪化させない（例え
ば、無毒性又は低毒性，非燃焼性又は低燃焼性）ものが
好ましい。それ故、溶媒は、例えば炭水化物の種類など
に応じて有機又は無機溶媒の中から適宜選択する。上記
溶媒は、同種又は異種のものを単独又は組み合わせて用
いてよい。例えば、上記溶媒は水及び／又はアルコール
（例えば、メチルアルコール，エチルアルコール，ｎ−
プロピルアルコール，イソプロピルアルコール等）が好
ましい。

【００１１】炭水化物：耐熱性微粒子：溶媒の比率は、
種結晶の適切な接着・固定強度が得られるように適宜選
択する。それ故、本種結晶固定剤の形態は比較的低粘性
の液体状であってもよいし、ペースト状，グリース状，
ワックス状であってもよい。なお、本発明の及び本発明
の方法に用いる種結晶固定剤は、前述の成分以外に所望
により他の添加剤、例えば界面活性剤、安定剤等の適量
を含んでよい。

【００１２】したがって、本発明の及び本発明の方法に
用いる種結晶固定剤において、下記のものが好ましい。ａ）炭水化物としてセルロース、耐熱性微粒子として黒
鉛微粒子、溶媒としてアルコールを用いる種結晶固定
剤。ｂ）炭水化物としてセルロースエステル、耐熱性微粒子
として黒鉛微粒子、溶媒として水及び／又は有機溶媒を
用いる種結晶固定剤。ｃ）炭水化物としてグルコース、耐熱性微粒子として黒
鉛微粒子、溶媒として水及び／又は有機溶媒を用いる種
結晶固定剤。

【００１３】

【実施例】以下の実施例及び比較例により、本発明を更
に詳細に説明する。図１は、本発明の種結晶固定剤を使
用して、炭化珪素単結晶を製造する場合に用いる昇華法
成長装置の概略構成図である。グラファイト製の反応容
器１内に原料となるＳｉＣ粉末２を所定量入れ、反応容
器１の蓋体でもあるグラファイト製の種結晶載置部３を
被せる。種結晶固定剤４により、種結晶５を種結晶載置
部３の中央に接着・固定する。次いで反応容器１を加熱
炉（図示せず）内に収納して加熱する。炭化珪素単結晶
の成長時には、グラファイト製の抵抗発熱体（図示せ
ず）による加熱調整と不活性ガス等の圧力調整が行われ
る。具体的には、原料粉末温度：約２２００〜２４００
℃、種結晶温度：約２１００℃〜２３００℃、雰囲気圧
力：約１Torr〜数十Torrにて、炭化珪素単結晶が種結晶
５の上に成長・形成される。

【００１４】実施例１図２は、種結晶載置部３への種結晶５の設置方法を示す
工程図である。まず図２（ａ）に示すように、グラファ
イト製の種結晶載置部３に、炭水化物と耐熱性微粒子と
溶媒とからなる、液状接着剤の形態の種結晶固定剤４を
塗布する。本実施例では、炭水化物としてセルロース
を、耐熱性微粒子として黒鉛微粒子を、溶媒としてイソ
プロピルアルコールを、各々用いた。なお以下に、黒鉛
微粒子として平均粒径：約１μｍの微粒子を使用した例
を述べるが、平均粒径：１μｍ以下の黒鉛微粒子を用い
ても同様な効果が得られる。更に、複数の粒径の異なる
黒鉛微粒子を用いると、黒鉛微粒子の充填率が上がるた
め接着状態はより好ましくなる。図２（ｂ）に示すよう
に、種結晶載置部３に種結晶固定剤４を塗布後、常温常
圧にて種結晶５を種結晶固定剤４の上に載せる。その
際、矢印の如く、例えば化学洗浄を行ったテフロン製ピ
ストン等で種結晶５を、例えば約０．１ＭＰａ程度の圧
力で加圧接着することにより、更に好ましい接着状態が
得られる。この状態で例えばクリーンベンチ内で常温放
置すると、種結晶固定剤の中、イソプロピルアルコール
は揮発し、種結晶５と種結晶載置部３の間にはセルロー
スと黒鉛微粒子が残存する。この状態で種結晶５と種結
晶載置部３が常温で接着する化学的メカニズムは明らか
ではないが、高温加熱処理等の特別な接着工程を経るこ
となく、上記工程により充分な接着強度が得られる。
又、種結晶５と種結晶載置部３の間に略全域にわたって
セルロースと黒鉛微粒子が均一に分散されるため、単結
晶成長時の種結晶５の面内温度分布が均一になることが
予想される。この状態のまま、図１に示す昇華法成長装
置に配置して、従来の昇華法工程にてＳｉＣ単結晶６を
成長させることが可能である。

【００１５】得られた単結晶インゴットを成長方向に平
行に切断し、次いで研磨を行い、断面を顕微鏡にて観察
した。断面観察の結果、通常、種結晶５と種結晶載置部
３の間で起こる炭化珪素の再結晶化が抑制されており、
成長開始から終了まで均質で良好な単結晶が得られた。
本実施例では、昇華法成長装置として、上部に種結晶、
下部に原料を対向配置する装置を用いる場合を述べた
が、これ以外の装置、例えば上部に原料、下部に種結晶
を配置する装置を用いる場合についても、本種結晶固定
剤を適用可能である。更に、加熱方式も従来周知の高周
波誘導加熱方式を用いても、同様な効果が得られる。

【００１６】実施例２本実施例では、セルロースエーテルの一種であるカルボ
キシルメチルセルロースと黒鉛微粒子を水に溶解・分散
させた液状接着剤の形態の種結晶固定剤４を用いた。実
施例１の場合と同様な接着工程により、充分な接着強度
を有する均一接着を実現することができる。実施例１の
場合と同様、接着後、例えばクリーンベンチ内で常温放
置しても良いが、ホットプレート等を用いて約２００℃
で約１０分熱処理しても同様な接着効果を得ることがで
きる。得られた単結晶の断面観察の結果、種結晶５と種
結晶載置部３の間で起こる炭化珪素の再結晶化が抑制さ
れており、成長開始から終了まで均質で良好な単結晶が
得られた。上述以外の本種結晶固定剤でも同様な効果が
得られる。

【００１７】比較例Ａ本比較例Ａでは、珪素微粒子とセルロース微粒子をイソ
プロピルアルコールに分散させた液状接着剤の形態の種
結晶固定剤４を用いた。実施例１の場合と同様に固定
後、クリーンベンチ内で常温放置して、イソプロピルア
ルコールを揮発させた。室温においては、実施例１，２
の場合と同様な固定強度を有する均一固定を実現するこ
とができる。しかし、得られた単結晶の断面観察の結
果、種結晶５と種結晶載置部３の間で、炭化珪素の再結
晶化が生じたことが判った。単結晶の成長工程の昇温過
程において、珪素微粒子が融解，蒸発し、種結晶と種結
晶載置部の間に隙間が生じたこと及び／又は、過飽和な
珪素蒸気がこの隙間における再結晶化を促進したことが
その原因と推定される。本比較例Ａの結果は、得ようと
する単結晶とその成長温度によって、好ましい耐熱性微
粒子を適宜選択する必要があることを示唆している。

【００１８】上記実施例１，２では、炭化珪素の単結晶
成長について述べたが、それ以外の結晶、例えばＧａ
Ｎ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳ，ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＡｌＮ，Ｂ
Ｎ等の製造にも、本発明の種結晶固定剤を適用可能であ
る。

【００１９】比較試験種結晶固定剤の種類と炭化珪素単結晶の欠陥密度との関
係を調べるために、以下の３種類の系の種結晶固定剤に
ついて実施例１と同様の実験を行い、得られた炭化珪素
単結晶の結晶格子欠陥の密度を測定した。結果をまとめ
て示す。耐熱性微粒子を含まない系（比較例）本系は、例えばセルロース，グルコース，セルロースエ
ーテル等と溶媒とからなる系である。欠陥密度：１０⁴〜１０⁵／ｃｍ² 耐熱性微粒子分散系（本発明例）欠陥密度：１０³〜１０⁴／ｃｍ² 合成高分子材料系（比較例）本系は、例えばノボラック樹脂，クロロメチル化ポリス
チレン樹脂等と溶媒とからなる系である。欠陥密度：１０⁴〜１０⁵／ｃｍ² このように、本発明の種結晶固定剤を用いれば種結晶と
種結晶載置部の間に生じる隙間が小さくなり、その結
果、炭化珪素の再結晶化が抑制されるので種結晶の面内
温度分布が均一となり、欠陥密度が減少する。したがっ
て、本発明の種結晶固定剤を用いれば、比較例の種結晶
固定剤を用いる場合に比べて約１桁の欠陥密度の低減が
可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明の種結晶固定剤を用いると、高温
加熱処理等の特別な接着工程を経ることなく、種結晶を
種結晶載置部に容易に設置することができ、しかも充分
な接着強度にて設置された状態で種結晶上に単結晶を成
長させることができるので、単結晶の製造が容易とな
る。又、種結晶と種結晶載置部の密着性が良く、加えて
それらの間が略閉空間となるため、（１）種結晶と種結
晶載置部の間に生じる再結晶化の抑制、（２）成長時の
種結晶の面内温度分布の均一化、により成長する単結晶
中の欠陥密度が大幅に減少する。そのため、大面積の単
結晶インゴットを高品質にしかも再現性良く製造するこ
とが可能となった。又、得られた単結晶を半導体基板と
して使用することにより、歩留まりよく半導体デバイス
を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の種結晶固定剤を使用して炭化珪素単結
晶を製造する場合に用いる昇華法成長装置の概略構成図
である。

【図２】種結晶載置部への種結晶の設置方法を示す工程
図である。

【符号の説明】

１：反応容器２：ＳｉＣ粉末３：種結晶載置部４：種結晶固定剤５：種結晶６：ＳｉＣ単結晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山尚宏愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者谷俊彦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者神谷信雄愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者廣瀬富佐雄愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭水化物と耐熱性微粒子と溶媒とからな
ることを特徴とする、単結晶成長用の種結晶を種結晶載
置部に固定するための種結晶固定剤。
【請求項２】単結晶成長用の種結晶を種結晶載置部に
固定する工程と、上記種結晶に単結晶を成長させる工程
とを少なくとも有する単結晶の製造方法において、上記
種結晶を種結晶載置部に固定する工程で使用する種結晶
固定剤が、炭水化物と耐熱性微粒子と溶媒とからなるこ
とを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項３】上記種結晶を種結晶載置部に固定する工
程において、上記種結晶と種結晶載置部との間に上記種
結晶固定剤を介在させた後、上記種結晶を種結晶載置部
に加圧して固定することを特徴とする請求項２記載の単
結晶の製造方法。