(57)【要約】【課題】  種結晶と蓋体との接着不良を防止することにより、マクロ欠陥が抑制される炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】種結晶６０の所定の面に、算術平均粗さＲａが０．０５〜１．０となるように粗面加工処理を施して加工処理面６３を形成する加工工程と、前記加工処理面６３に後処理を施して後処理面を形成する後処理工程と、前記後処理面に接着剤７１を塗布する塗布工程と、接着剤７１を塗布した塗布面を前記蓋体１２に当接させた状態で加熱することにより、前記接着剤７１を硬化させて種結晶６０を蓋体１２に固定させる固定化工程と、を含んでなる炭化珪素単結晶の製造方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器本体内に収容した炭化珪素を含む昇華用原料を加熱および昇華させて原料ガスを発生させ、前記昇華用原料に対向して配置された蓋体に炭化珪素を含む種結晶を配設して前記種結晶上に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において、
前記種結晶の所定の面に、算術平均粗さＲａが０．０５〜１．０となるように粗面加工処理を施して加工処理面を形成する加工工程と、
前記加工処理面に後処理を施して後処理面を形成する後処理工程と、
前記後処理面に接着剤を塗布する塗布工程と、
前記接着剤を塗布した塗布面を前記蓋体に当接させた状態で加熱することにより、前記接着剤を硬化させて種結晶を蓋体に固定させる固定化工程と、
を含んでなる炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記接着剤は、固形高分子を有機溶媒に溶解させたものであり、前記接着剤をスピンコート法によって種結晶の前記後処理面に塗布することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記接着剤は、ノボラック型フェノール樹脂を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記接着剤を塗布した接着層の厚さは、６〜２０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇華再結晶法を利用して炭化珪素単結晶を製造する炭化珪素単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素単結晶は、一般的に使われている珪素単結晶に比較して物性面で優れており、ＬＥＤや半導体デバイス等において大幅な高性能化を実現できるため、次世代材料として大いに期待されている。この炭化珪素単結晶は、製造装置を構成する蓋体の裏面に接着剤等を介して種結晶を固定し、反応容器本体の底部に収容した昇華用原料を加熱して昇華させた原料ガスを用いて前記種結晶から炭化珪素単結晶を成長させることによって得られる。
【０００３】
そして、前記種結晶を蓋体に固定する方法としては、従来、接着面側となる種結晶の裏面を研磨し、この研磨面に接着剤を塗布して熱硬化させることによって蓋体に固定する方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１１９０９８号公報（第４−５頁、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の種結晶の固定化方法では、種結晶の研磨面の粗さを数値的に規定していないため、（１）接着層における種結晶との高い接着性、（２）接着層における蓋体との高い接着性、（３）接着層における小孔やクラック等の欠陥のない気密性を同時に満たすことが困難であった。
【０００５】
即ち、接着層の厚さを厚くすると、（１）（２）の高い接着性を得ることが困難となり、その一方、接着層の厚さを薄くすると、（３）の気密性が低下して、成長結晶にマクロ欠陥が生じるおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、接着層における種結晶との高い接着性、接着層における蓋体との高い接着性、および、接着層における小孔やクラック等の欠陥のない気密性を同時に満たすことによって種結晶と蓋体との接着不良を防止することができる炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。
【０００８】
まず、本発明の第１の特徴は、反応容器本体（反応容器本体１１）内に収容した炭化珪素を含む昇華用原料（昇華用原料５０）を加熱および昇華させて原料ガス（原料ガスＧ）を発生させ、前記昇華用原料に対向して配置された蓋体（蓋体１２）に炭化珪素を含む種結晶（種結晶６０）を配設して前記種結晶上に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において、前記種結晶の所定の面に、算術平均粗さＲａが０．０５〜１．０となるように粗面加工処理を施して加工処理面（加工処理面６３）を形成する加工工程と、前記加工処理面に後処理を施して後処理面を形成する後処理工程と、前記後処理面に接着剤（接着剤７１）を塗布する塗布工程と、接着剤を塗布した塗布面を前記蓋体に当接させた状態で加熱することにより、前記接着剤を硬化させて種結晶を蓋体に固定させる固定化工程と、を含んでなることを要旨とする。
【０００９】
このように、本発明によれば、（ａ）接着層における種結晶との高い接着性、（ｂ）接着層における蓋体との高い接着性、（ｃ）接着層における小孔やクラック等の欠陥のない気密性を同時に満たすことができるため、種結晶と蓋体との接着不良を防止して成長結晶におけるマクロ欠陥が抑制される。
【００１０】
即ち、従来は、接着層の厚さを厚くすると、（ａ）（ｂ）の高い接着性を得ることが困難となり、その一方、接着層の厚さを薄くすると、（ｃ）の気密性が低下して、成長結晶にマクロ欠陥が生じるおそれがあった。しかし、本発明では、前記種結晶の所定の面に、算術平均粗さＲａが０．０５〜１．０となるように粗面加工処理を施したのちに後処理を施すため、接着層の厚さを厚く形成した場合に（ａ）（ｂ）の高い接着性を得ることができ、（ｃ）の気密性の低下も抑制することができる。従って、種結晶と蓋体との接着不良を防止してマクロ欠陥の生成を防止することができる。
【００１１】
本発明の他の特徴においては、前記接着剤（接着剤７１）は、固形高分子を有機溶媒に溶解させたものであり、接着剤をスピンコート法によって種結晶（種結晶６０）の前記後処理面に塗布することを要旨とする。
【００１２】
本発明の他の特徴においては、前記接着剤（接着剤７１）は、ノボラック型フェノール樹脂を含むことを要旨とする。
【００１３】
本発明の他の特徴においては、前記接着剤（接着剤７１）を塗布した接着層（接着層７０）の厚さは、６〜２０μｍであることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、接着層における種結晶との高い接着性、接着層における蓋体との高い接着性、および、接着層における小孔やクラック等の欠陥のない気密性を同時に満たすことにより、種結晶と蓋体との接着不良を防止してマクロ欠陥が抑制される炭化珪素単結晶の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明に係る炭化珪素単結晶の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。
【００１６】
したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
図１を用いて、本発明の実施形態に使用可能な炭化珪素単結晶の製造装置１を説明する。
【００１８】
図１に示すように、炭化珪素単結晶の製造装置１は、黒鉛製坩堝１０と、黒鉛製坩堝１０の少なくとも側面を覆う石英管２０と、石英管２０の外周側に配置された誘電加熱コイル３０とを有する。
【００１９】
前記黒鉛製坩堝１０は、反応容器本体１１および蓋体１２からなり、支持棒４０を介して移動して石英管２０の内部に固定される。反応容器本体１１の底部１１ａには、炭化珪素を含む粉体である昇華用原料５０が収容される。蓋体１２は、反応容器本体１１の上部開口１１ｂを塞ぐと共に、反応容器本体１１の上端部の内周面に螺合により着脱自在に設けられる。また、蓋体１２の裏面側には、接着層７０を介して、炭化珪素を含む種結晶６０が取り付けられている。
【００２０】
昇華用原料５０は、炭化珪素を含む粉体の炭化珪素原料である。黒鉛製坩堝１０の内部が所定の温度条件及び圧力条件になると、昇華用原料５０は昇華して原料ガスＧとなり、種結晶６０の下面である結晶成長面上に再結晶して成長することにより、炭化珪素単結晶が形成される。
【００２１】
また、誘電加熱コイル３０は、反応容器本体１１の底部１１ａに対応する高さ位置に配設された第１誘導加熱コイル３１と、蓋体１２の裏面に支持された種結晶６０に対応する高さ位置に配設された第２誘導加熱コイル３２とからなる。前記支持棒４０を移動させて黒鉛製坩堝１０の高さ位置を変えることにより、第１誘導加熱コイル３１の高さ位置に、反応容器本体１１の底部１１ａに収容された昇華用原料５０を対応させて配置させると共に、第２誘導加熱コイル３２の高さ位置に、蓋体１２に支持された種結晶６０を対応させて配置させることができる。なお、第１誘導加熱コイル３１と第２誘導加熱コイル３２との間には、干渉防止コイル３３が設けられている。干渉防止コイル３３は、誘導電流を通電することにより、第１誘導加熱コイル３１を流れる電流と第２誘導加熱コイル３２を流れる電流との干渉を防止することができる。
【００２２】
次いで、本発明の実施形態による種結晶の粗面加工処理の手順を説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態による種結晶の加工処理の手順を示す断面図であり、本図のうち、（ａ）は加工前の種結晶を示し、（ｂ）は裏面に粗面加工処理を施した種結晶を示し、（ｃ）は裏面に接着剤を塗布した種結晶を示している。
【００２４】
まず、図２（ａ）に示すように、平板状に形成された種結晶６０を準備する。種結晶６０の面のうち、一方の面（例えば、上面である裏面６１）が蓋体１２に接着剤７１による接着層７０を介して接着される接着面となり、他方の面（例えば、下面である表面６２）は結晶が成長する結晶成長面となる。
【００２５】
〈加工工程〉
初めに、加工工程においては、図２（ｂ）に示すように、種結晶６０の裏面６１に、算術平均粗さＲａが０．０５〜１．０となるように粗面加工処理を施して加工処理面６３を形成する。二点鎖線は、粗面加工処理を施す前の状態における裏面６１を示している。
【００２６】
ここで、算術平均粗さＲａとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌだけを抜き取り、抜取り部分の平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線を ｙ=ｆ（ｘ） で表したときに、Ｘ軸と粗さ曲線とで囲まれた部分の面積を積分によって求め、面積を基準長さｌで割って得られる値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう。本実施形態では、粗面加工処理を施した加工処理面６３の算術平均粗さＲａは０．０５〜１．０となっている。Ｒａが０．０５未満の場合は、接着層が有機膜の場合に接着剤が熱硬化したときや炭化したときに接着層に剥がれが生じるおそれがある。一方、Ｒａが１．０よりも大きい場合は、粗面加工処理を行うことが困難であり、加工処理面６３に破損が生じやすくなる。また、粗面加工処理は、例えば、粗いダイヤモンドの砥粒を用いた梨地加工やサンドブラスト加工を好適に用いることができる。
【００２７】
〈後処理工程〉
後処理工程では、図２（ｂ）の加工処理面６３に例えばプラズマエッチング等を施すことによって、粗面加工処理で受けた加工ダメージの部位を除去して平坦化する。除去量は加工方法によって異なるが、０．５μｍ〜３μｍが好ましい。除去量が０．５μｍ未満では加工ダメージの部位を十分に除去することができず、除去量が３μｍよりも大きいと除去に時間がかかり過ぎて炭化珪素単結晶の製造効率が低下するからである。
【００２８】
〈塗布工程〉
次いで、加工処理面６３に接着剤７１を塗布することにより、接着層７０を形成する。
【００２９】
接着剤７１としては、固形高分子を揮発性の高い有機溶媒に溶解させたものが好ましく、常温で固形であることが好ましい。フェノール樹脂、特に高分子のノボラック型フェノール樹脂が好ましい。高分子のノボラック型フェノール樹脂は、加熱によって軟化しても粘性が高く、接着層の厚さが均一となって熱硬化させることができるからである。
【００３０】
さらに、塗布方法としては、例えばスピンコート法が好ましく、接着剤７１を均一に複数回繰り返して塗布することが好ましい。スピンコート法とは、種結晶６０の加工処理面６３に接着剤７１を供給し、種結晶６０を回転させることによって接着剤７１を加工処理面６３全体に薄く塗布すると共に、接着剤７１中における溶媒を蒸発させる塗布方法である。
【００３１】
塗布した接着層７０の合計の厚さは６μｍ〜２０μｍが好ましい。接着層７０の厚さが６μｍ未満では、層の厚さが薄すぎて、種結晶６０の裏面から珪素原子が昇華されてマクロ欠陥が発生することを十分に防止することが困難となる。その一方、接着層７０の厚さが２０μｍよりも厚くなると、炭化する際に接着層が剥離を起こすおそれがある。
【００３２】
また、溶剤としては、メタノールやエタノール等の有機溶剤が好ましく、スピンコート中に蒸発するものが好ましい。フェノールを溶解させた溶液の粘度は低い方が好ましいが、フェノールの濃度を低くしすぎると１回の塗布での厚さが薄くなり、必要厚さになるまでの塗布回数が増えるため、少なくとも１回の塗布で１μｍ以上の厚さになることが好ましい。濃度を濃くしすぎると粘性が増加し、均一な厚さに塗布することが困難となるため、１回の塗布厚さが５μｍ以下になることが好ましい。
【００３３】
〈固定化工程〉
固定化工程では、接着剤７１を塗布した塗布面を前記蓋体１２に当接させた状態で加熱することにより、前記接着剤７１を硬化させて種結晶６０を蓋体１２の裏面に固定させる。
【００３４】
以下に、本発明の実施形態による作用効果を説明する。
【００３５】
（１）前記種結晶６０の所定の面に、算術平均粗さＲａが０．０５〜１．０となるように粗面加工処理を施して加工処理面６３を形成する加工工程と、前記加工処理面６３に後処理を施して後処理面を形成する後処理工程と、前記後処理面に接着剤７１を塗布する塗布工程と、接着剤７１を塗布した塗布面を前記蓋体１２に当接させた状態で加熱することにより、前記接着剤７１を硬化させて種結晶６０を蓋体１２に固定させる固定化工程と、を含んでなる。
【００３６】
このように、本発明の実施形態によれば、（ａ）接着層７０における種結晶６０との高い接着性、（ｂ）接着層７０における蓋体１２との高い接着性、（ｃ）接着層７０における小孔やクラック等の欠陥のない気密性を同時に満たすことができるため、種結晶６０と蓋体１２との接着不良を防止して成長結晶におけるマクロ欠陥が抑制される。
【００３７】
即ち、従来は、接着層の厚さを厚くすると、（ａ）（ｂ）の高い接着性を得ることが困難となり、その一方、接着層の厚さを薄くすると、（ｃ）の気密性が低下して、成長結晶にマクロ欠陥が生じるおそれがあった。しかし、本発明では、前記種結晶６０の所定の面に、算術平均粗さＲａが０．０５〜１．０となるように粗面加工処理を施したのちに後処理を施すため、接着層７０の厚さを厚く形成した場合に（ａ）（ｂ）の高い接着性を得ることができ、（ｃ）の気密性の低下も抑制することができる。従って、種結晶６０と蓋体１２との接着不良を防止してマクロ欠陥の生成を防止することができる。
【００３８】
（２）前記接着剤７１は、固形高分子を有機溶媒に溶解させたものであり、接着剤７１をスピンコート法によって種結晶６０の前記後処理面に塗布する。このため、スピンコート処理を施している間に、接着剤７１中の溶媒が揮発して均一な膜厚で接着剤７１を塗布することができる。なお、スピンコート処理の後の固定化工程にて接着剤７１を熱硬化させると、接着剤７１が収縮して剥離しやすくなるが、塗布面が粗面処理されているため、接着層７０の剥離を防止することができる。
【００３９】
（３）前記接着剤７１は、ノボラック型フェノール樹脂を含むため、加熱によって接着剤７１が軟化しても粘性が高く、接着層７０の厚さが均一となって熱硬化させることができる
（４）前記接着剤７１を塗布した接着層７０の厚さは、６〜２０μｍである。
【００４０】
接着層７０の厚さが６μｍ未満では、層の厚さが薄すぎて、種結晶６０の裏面から珪素原子が昇華されてマクロ欠陥が発生することを十分に防止することが困難となる。その一方、接着層７０の厚さが２０μｍよりも厚くなると、炭化する際に接着層７０が剥離を起こすおそれがある。
【実施例】
【００４１】
次いで、本発明を実施例１〜４および比較例１〜３を通して具体的に説明する。
【００４２】
この実施例においては、炭化珪素の種結晶の裏面に粗面加工処理および後処理を施し、後処理面に接着剤を塗布した塗布面を蓋体に当接させた状態で加熱することにより、接着剤を熱硬化させて種結晶を蓋体に固定させた。また、種結晶を蓋体に固定したのち、昇華用原料を加熱して原料ガスを発生させ、原料ガスによって種結晶から成長結晶を成長させることによって炭化珪素単結晶を得た。
【００４３】
前記粗面加工処理としては、梨地加工を行った。また、接着剤は、高分子のノボラック型フェノール樹脂を使用し、塗布方法はスピンコートを用い、その塗布厚さは１０〜１５μｍとした。
【００４４】
粗面加工処理を施した種結晶について、算術平均粗さＲａが０．０５〜１．０の範囲に入っているものを実施例１〜４とし、Ｒａが０．０５〜１．０を外れたものを比較例１〜３とした。
【００４５】
この結果を下記表１にまとめた。
【表１】
2010116275.tif 000003
【００４６】
表１に示すように、実施例１〜４では、マクロ欠陥の発生がなく、良好な成長結晶が得られたため、判定を○とした。一方、比較例１〜２では、接着層が剥離してマクロ欠陥が発生したため判定を×とし、比較例３では粗面加工処理の加工ダメージを十分に除去できず、粗面加工処理時に破損が発生したため判定を×とした。この結果から、種結晶における粗面加工処理後の算術平均粗さＲａは０．０５〜１．０が好ましいことが判明した。
【００４７】
なお、前述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４８】
例えば、本発明の実施形態では、接着剤をスピンコート法によって種結晶の前記後処理面に塗布したが、スピンコート法以外に限定されず、例えば、スプレーによる塗布でも良い。
【００４９】
したがって、本発明の技術的範囲は、前述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態による炭化珪素単結晶の製造装置の概略を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施形態による種結晶の加工処理の手順を示す断面図であり、本図のうち、（ａ）は加工前の種結晶を示し、（ｂ）は裏面に粗面加工処理を施した種結晶を示し、（ｃ）は裏面に接着剤を塗布した種結晶を示している。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ…原料ガス
１…炭化珪素単結晶の製造装置
１０…黒鉛製坩堝
１１…反応容器本体
１１ａ…底部
１１ｂ…上部開口
１２…蓋体
５０…昇華用原料
６０…種結晶
６１…裏面
６３…加工処理面
７０…接着層
７１…接着剤
【図１】
2010116275.tif 000004
【図２】
2010116275.tif 000005