(57)【要約】【課題】炭化珪素単結晶成長用の種結晶と種結晶台座との接触界面に不純物の介在を防ぎ、線状貫通欠陥の発生を抑制することのできる種結晶固定方法並びに単結晶製造方法を提供する。【解決手段】種結晶との取り付け面５の面積が、種結晶３よりも小さい種結晶台座２を用いる。種結晶台座２の側壁と、種結晶台座２とは接触していない部分の種結晶３を、種結晶固定剤４を用いて固定することにより、前記種結晶３と前記種結晶台座２との接触面５には不純物となりうる種結晶固定剤を介在しないため、線状貫通欠陥などの欠陥の発生を抑制することができる。また、ネジ等の保持部材も用いる必要がないので保持部材近傍での局所的な温度分布の違いによる多結晶の析出もなく、高品質の炭化珪素単結晶を得ることができる。【選択図】図１
2005263539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶台座の種結晶を固定する固定面から上方の側壁に前記固定面を除いて種結晶固定剤を塗布する塗布工程と、
前記種結晶台座に種結晶を取り付ける取り付け工程と、
前記種結晶固定剤を１００℃〜３００℃の範囲の温度範囲で所定時間加熱する加熱工程と、
からなることを特徴とする種結晶固定方法。
【請求項２】
前記種結晶台座の前記種結晶との取り付ける側の面の面積は、前記種結晶の前記種結晶台座に取り付ける側の面の面積よりも小なることを特徴とする請求項１に記載の種結晶固定方法。
【請求項３】
前記取り付け工程での前記種結晶は、その取り付け面の中心と前記種結晶台座の下面の中心とが略一致する位置で、且つ前記種結晶台座の下面に取り付けることを特徴とする請求項１に記載の種結晶固定方法。
【請求項４】
前記加熱工程における加熱時間は、３時間以上とすることを特徴とする請求項１に記載の種結晶固定方法。
【請求項５】
前記接続工程において、前記種結晶は、前記種結晶台座との間で２００ｇ／ｃｍ2以上の力で加圧されることを特徴とする請求項１に記載の種結晶固定方法。
【請求項６】
前記塗布工程で使用される種結晶固定剤は、高分子材料からなることを特徴とする請求項１に記載の種結晶固定方法。
【請求項７】
前記塗布工程で使用される種結晶固定剤は、前記高分子材料と耐熱性微粒子の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の種結晶固定方法。
【請求項８】
前記高分子材料は、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、又はクロロメチル化ポリスチレンの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の種結晶固定方法。
【請求項９】
前記高分子材料は、レジスト材料であることを特徴とする請求項１に記載の種結晶固定方法。
【請求項１０】
前記耐熱性微粒子は、黒鉛微粒子であることを特徴とする請求項１に記載の種結晶固定方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の炭化珪素単結晶成長用の種結晶を種結晶台座に固定する固定工程と、
前記種結晶台座に接触していない部分の前記種結晶および前記種結晶固定剤とを昇華並びに熱分解させる工程と、
前記種結晶台座に接触している部分の前記種結晶に単結晶を成長させる成長工程とを
順次実施する炭化珪素単結晶製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製造方法により得られる炭化珪素単結晶インゴット。
【請求項１３】
請求項１２に記載の炭化珪素単結晶インゴットを切断、研磨してなる炭化珪素単結晶ウエハ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の炭化珪素単結晶基板にエピタキシャル成長させてなる炭化珪素単結晶エピタキシャルウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素単結晶成長用の種結晶を、種結晶台座に固定するための種結晶固定方法及び種結晶固定剤、並びにそれらを用いた炭化珪素単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素は禁制帯幅の広い半導体であり、物理的にも化学的にも安定であることから耐環境性半導体材料及び短波長発光ダイオード材料として注目されており、高品質かつ大型の炭化珪素単結晶基板の開発が求められている。炭化珪素単結晶の成長方法としては、種結晶を用いた昇華再結晶法である改良Ｌｅｌｙ法が広く用いられている。
【０００３】
図３を用いて改良Ｌｅｌｙ法の原理を説明する。種結晶となる炭化珪素単結晶３と、原料となる炭化珪素結晶粉末７は、黒鉛製あるいはタンタル等の高融点金属製の蓋付き坩堝６内に設置されている。この坩堝は減圧下でアルゴン等の不活性ガス雰囲気中、２０００〜２４００℃で加熱される。この際、炭化珪素結晶粉末７に比べて種結晶３がやや低温となるように温度勾配が設定される。原料は昇華後、やや低温となっている種結晶方向へ拡散、輸送される。拡散・輸送された原料ガスが種結晶上で再結晶化することによって炭化珪素単結晶８が得られる。
【０００４】
上記改良Ｌｅｌｙ法では、種結晶は坩堝蓋部や蓋部に形成された載置部等に機械的あるいは種結晶固定剤を用いた化学的手法により固定されている。機械的な方法の例には、載置部に少なくとも１条の凸部を設け、種結晶裏面には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を該凸部に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や（特許文献１参照）、種結晶裏面及び種結晶載置部表面を平坦化処理し、両者を物理的に密着させることにより装着する方法（特許文献２参照）がある。
【０００５】
一方、種結晶固定剤を用いた化学的な方法の例には、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炭化層が種結晶と載置部の間に介在し、上記炭化層により種結晶が載置部に結合された状態で単結晶を成長させる方法（特許文献３参照）や、炭水化物と耐熱性微粒子と溶媒からなる種結晶固定剤を用い、種結晶を種結晶載置部に固定させる方法（特許文献４参照）がある。
これらの種結晶固定方法を用いて作製した炭化珪素単結晶から、炭化珪素単結晶ウエハが切り出され、エピタキシャル薄膜成長、デバイス作製に供されている。種結晶として炭化珪素[０００１]ウエハを用い、上記改良Ｌｅｌｙ法により炭化珪素単結晶を作製した場合、単結晶内部に貫通欠陥が観測される。この貫通欠陥は種結晶近傍に多く、種結晶裏面から成長方向に向かって線状に伸びていることが多い。
【特許文献１】特開平１−３０５８９８号公報
【特許文献２】特開２００２−３０８６９７号公報
【特許文献３】特開平９−１１０５８４号公報
【特許文献４】特開平１１−１７１６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
線状の貫通欠陥は、種結晶裏面からの炭化珪素単結晶の不均一な分解・昇華現象によるものであり（Ｒ．Ａ．Ｓｔｅｉｎ、Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｂ、ｖｏｌ．１８５（１９９３）ｐｐ．２１１−２１６）、種結晶と坩堝蓋部あるいは載置部の不均一な接触が主要因である。接触が不十分な領域では、成長結晶から坩堝蓋部への抜熱が不十分となり、結果として成長結晶、特に種結晶近傍に大きな温度勾配が生じる。このような大きな温度勾配が生じた領域では、種結晶裏面からの炭化珪素単結晶の分解・昇華現象が促進され、線状の貫通欠陥が発生・伸長する。また、接触の不均一により種結晶と種結晶載置部との間に隙間が形成されると、この隙間へ、あるいは隙間を通じてさらに系外へ昇華ガスが抜けやすくなり、やはりこの隙間に接する部分の炭化珪素単結晶の分解・昇華が促進され、線状の貫通欠陥が発生・伸長する。
【０００７】
これら線状貫通欠陥は、成長結晶をウエハ形状に加工した際には、ウエハを厚さ方向に貫通する中空欠陥となる。このような中空欠陥上に薄膜をエピタキシャル成長させることは困難であり、さらに、このような中空欠陥上に作製したデバイスの特性劣化は免れない。
【０００８】
前記特許文献１に記載の固定方法では、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、種結晶の面内温度分布は不均一となり、種結晶と載置部との間に存在する隙間のために種結晶の裏面昇華が進行し、線状貫通欠陥が誘発されて成長結晶の品質低下につながる。
【０００９】
また、前記特許文献２に記載の固定方法では、種結晶裏面と載置部表面を平坦化処理することで、種結晶裏面と載置部表面での均一な接触は得られるが、それだけでは種結晶を載置部に固定することはできないので、黒鉛製のネジやＬ字部材などで種結晶端部を固定する必要がある。固定に用いる前記黒鉛製のネジ等の保持部材および、保持部材近傍は局所的に温度分布が異なることとなり、保持部材上への多結晶の析出や保持部材近傍の単結晶中の欠陥増大など、結晶性の悪化は免れない。
【００１０】
さらに前記特許文献３に記載の化学的な固定方法では、単結晶成長工程に先立って高温熱処理による固定剤の炭化工程を必要とする。この炭化工程では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、体積減少の結果生じた隙間で種結晶の再結晶化が起こり、線状貫通欠陥を生じる恐れがある。また種結晶には、もともと線状貫通欠陥が存在しているので、高温熱処理時には固定剤の一部が種結晶中の線状貫通欠陥内に侵入し、さらには種結晶表面まで溢れ出すなどして種結晶の内部及び表面が汚染される恐れもあり、その結果成長結晶の品質低下につながる可能性が高い。
【００１１】
また、前記特許文献４に記載の化学的な固定方法は、種結晶固定剤は炭水化物と耐熱性微粒子及び溶媒からなり、常温あるいは低温での加圧接着を実現する方法であり、高温熱処理による固定剤の炭化工程を必要としない方法であるが、炭化珪素単結晶を成長させる際には、必然的に２０００℃以上という高温下にさらされることとなる。このような高温下では、構成成分である炭水化物の分解や炭化を免れることはできず、炭水化物の分解にともなって種結晶と種結晶載置部間の隙間が増加し、その結果、線状貫通欠陥の発生につながる恐れがある。また高温下で炭水化物の分解が進むと、残留成分は耐熱性微粒子のみとなるため、単結晶成長に耐えうる固定強度を得ることが難しい。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、炭化珪素単結晶成長用の種結晶と種結晶台座との接触界面に不純物の介在を防ぎ、線状貫通欠陥の発生を抑制すると同時に成長時に多結晶の混入をも抑制できる種結晶固定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】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の種結晶固定方法は、種結晶台座の種結晶を固定する固定面から上方の側壁に前記固定面を除いて種結晶固定剤を塗布する塗布工程と、
前記種結晶台座に種結晶を取り付ける取り付け工程と、前記種結晶固定剤を１００℃〜３００℃の範囲の温度範囲で所定時間加熱する加熱工程と、からなることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の種結晶固定方法によれば、炭化珪素単結晶成長用の種結晶と種結晶台座との接触界面に不純物の介在を防ぎ、線状貫通欠陥の発生を抑制し、高品質の炭化珪素単結晶を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の種結晶固定方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明による種結晶固定方法を示す工程図である。黒鉛製坩堝蓋１に形成された種結晶台座２において、種結晶３との取り付け面５の面積は、種結晶３よりも小さいものを準備し、図１ａに示すように、種結晶台座２の側壁に液状接着剤の形態の種結晶固定剤４を塗布する。種結晶固定剤４は、本実施例では、ノボラック樹脂を主成分とし、エチルセロソルブアセテートを溶剤とするレジストを用いた。ノボラック樹脂はプラズマ処理や高温での熱処理により、黒鉛に類似の構造や特性を示すようになるので好ましい。このほか、フェノール樹脂やクロロメチル化ポリスチレンを用いても良い。また、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、クロロメチル化ポリスチレンのうちのいずれかに黒鉛微粒子などの耐熱性微粒子が含まれているものでも良い。６０℃で１分程度の加熱により塗布した種結晶固定剤４を加熱乾燥させる。
【００１７】
その後、図１ｂに示すように、種結晶台座２の側壁に加熱乾燥させた種結晶固定剤４を有する坩堝蓋１と種結晶３との位置合わせを行った後、種結晶３上に載せる。このときの種結晶と結晶台座の位置合わせは、結晶台座２の中心と種結晶の中心がほぼ一致するようにすることが望ましいが、種結晶３が結晶台座２の全てを覆うように取り付けられていれば良い。
【００１８】
その後、１００℃以上３００℃以下の温度で３時間以上加熱する。その結果、種結晶固定剤４が軟化かつ膨張し、膨張した種結晶固定剤４により、図１ｃに示すように種結晶３と種結晶台座２の側壁が接着される。１００℃未満では種結晶固定剤４の状態変化が小さいため、種結晶３と種結晶台座２の側壁との接着には至らない。３００℃よりも高温で加熱を行った場合、種結晶台座２と種結晶は接着するが、種結晶固定剤４は急激に発泡して短時間で熱分解されるため、加熱後の種結晶固定剤４は多孔質で脆くなり、十分な固定強度が得られないので取り扱いは非常に困難となる。加熱により、種結晶固定剤４から溶剤成分の分解や樹脂成分の重縮合反応などよりガスが発生するが、加熱時間が３時間未満であれば、その分解および反応は収まるので、加熱時間は３時間以上が好ましい。
【００１９】
加熱時に加圧をしなくても種結晶の固定は可能であるが、図１ｂに示すように２００ｇ／ｃｍ2以上で加圧した方が、種結晶固定剤４の軟化や膨張によって坩堝蓋が押し上げられることによって、種結晶３と種結晶台座２の間に大きな隙間を生じたり、種結晶３と種結晶台座２の固定位置がずれたりすることを防ぐことができ、更に好ましい接着状態が得られる。
【００２０】
図２ａは、本発明の種結晶固定方法を利用した炭化珪素単結晶製造に用いる坩堝構成の概略図である。グラファイト製の坩堝蓋１に形成された種結晶台座２の側壁と種結晶３は、種結晶固定剤４によって接着され、坩堝５内部には原料となる炭化珪素粉末６が所定量入っている。図１に示した構成の坩堝を不活性ガス雰囲気、雰囲気圧力３０Ｔｏｒｒ、坩堝下部温度を約２２００〜２４００℃、坩堝上部温度を約２０００〜２２００℃に加熱することで、図２ｂに示すように、種結晶台座２と直接接触していない部分の種結晶は昇華エッチングされ、種結晶台座２上に存在する種結晶３上に、炭化珪素単結晶８を成長させることができる。
【００２１】
作製した炭化珪素単結晶を成長方向と平行に切断し、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、種結晶の裏面から成長方向に伸びる線状の貫通欠陥が非常に少ない、高品質の単結晶であることがわかった。以上のように、本実施の形態において種結晶固定剤は、種結晶台座の側壁と、種結晶台座とは直接接触していない部分の種結晶だけを固定しているので、種結晶と種結晶台座との接触界面には不純物が介在しないこととなるため、線状貫通欠陥などの欠陥の発生を抑制することができ、さらには、ネジ等の保持部材も用いる必要がないので保持部材近傍での局所的な温度分布の違いによる多結晶の析出もなく、高品質の炭化珪素単結晶を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明にかかる炭化珪素単結晶成長用の種結晶固定方法は、ネジなどの保持部材を用いることなく、かつ、種結晶と種結晶台座との接触界面に不純物となり得る種結晶固定剤を介在させることもなく種結晶を固定する技術を有し、炭化珪素単結晶成長時の線状貫通欠陥の発生と多結晶の析出を抑制した高品質の炭化珪素単結晶製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における種結晶固定方法の概略図
【図２】本発明の種結晶固定方法を利用した炭化珪素単結晶製造方法の概略図
【図３】改良Ｌｅｌｙ法の原理を説明する図
【符号の説明】
【００２４】
１  坩堝蓋
２  種結晶台座
３  種結晶
４  種結晶固定剤
５  種結晶との取り付け面
６  坩堝
７  炭化珪素結晶粉末
８  炭化珪素単結晶
【図１】
2005263539.tif 000003
【図２】
2005263539.tif 000004
【図３】
2005263539.tif 000005