JP6949358B2 - Method for manufacturing single crystal SiC, method for manufacturing SiC ingot, and method for manufacturing SiC wafer - Google Patents
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Description
本発明は、主として、SiC基板に生じているTSD(貫通螺旋転位)を除去して単結晶SiCを製造する方法に関する。 The present invention mainly relates to a method for producing single crystal SiC by removing TSD (through spiral dislocation) generated on a SiC substrate.
従来から、高品質な半導体デバイスを作製するために、欠陥が少ない単結晶SiCを製造する方法が模索されている。特許文献1から5は、この種の技術を開示する。
Conventionally, in order to manufacture a high-quality semiconductor device, a method for manufacturing a single crystal SiC having few defects has been sought.
特許文献1の単結晶SiCの製造方法では、初めに、SiC基板の表面をレーザにより格子状に除去することにより、複数の凸部を形成する。その後、SiC基板にMSE法(準安定溶媒エピタキシー法)により結晶成長を行う。このとき、TSDが含まれている凸部は、TSDが含まれていない凸部と比較して、c軸方向の成長速度が速くなるため、c軸方向の高さが高くなる。このc軸方向の高さが高い凸部をレーザにより除去した後に、再びMSE法を行う。これにより、複数の凸部から成長させた単結晶SiCが接続され、大面積の単結晶SiCが製造される。
In the method for producing a single crystal SiC of
特許文献2の単結晶SiCの製造方法では、初めに、SiC種結晶にマクロステップバンチングを形成することで、第2の種結晶を形成する。次に、この第2の種結晶のTSD上にステップバンチングを形成する。TSD上にステップバンチングを形成することで、TSDが積層欠陥に変換されるため、TSDが少ない単結晶SiCが製造される。 In the method for producing a single crystal SiC of Patent Document 2, first, a second seed crystal is formed by forming macrostep bunching on the SiC seed crystal. Next, step bunching is formed on the TSD of this second seed crystal. By forming step bunching on the TSD, the TSD is converted into a stacking defect, so that a single crystal SiC having a small amount of TSD is produced.
特許文献3の単結晶SiCの製造方法では、初めに、MSE法によりSiC基板上に単結晶SiCを形成する。次に、昇華法を行って、この単結晶SiC上に結晶成長を行う。
In the method for producing single crystal SiC of
特許文献4及び5は、SiC基板に対して結晶成長を行って製造した単結晶SiCから、薄板状の単結晶SiCを切り出す。そして、この薄板状の単結晶SiCに再び結晶成長を行う。以上の処理を繰り返すことにより、TSDが少ない単結晶SiCが製造される。
In
ここで、単結晶SiCに含まれるTSDは、当該単結晶を種結晶に用いて結晶成長させた際に種結晶の結晶多形を安定的に引き継ぐために重要な役割を果たす。しかし、特許文献1から5までに記載の方法では、所定の位置に生じているTSDを残存させつつ他の位置に生じているTSDを除去する等の処理は困難である。例えば、特許文献1では、凸部を形成する段階で、凸部以外に形成されているTSDが除去されてしまう。
Here, the TSD contained in the single crystal SiC plays an important role in stably inheriting the crystal polymorphism of the seed crystal when the single crystal is used as the seed crystal to grow the crystal. However, in the methods described in
なお、特許文献1の方法では、TSDを可視化するためのMSE法と、単結晶SiCを得るためのMSE法と、を行う必要があるため、製造工程が煩雑となる。特許文献2及び3の方法では、2段階の結晶成長が必要となるため、製造工程が煩雑となる。特許文献4及び5の方法では、複数回の結晶成長及び切出しを行う必要があるため、製造工程が煩雑となる。
In the method of
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、必要なTSDが生じている場合は当該TSDを残存させつつ不要なTSDを除去して単結晶を簡単な工程で製造する方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to remove unnecessary TSD while leaving the necessary TSD when the necessary TSD is generated, and to form a single crystal in a simple step. To provide a method of manufacturing.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above, and next, the means for solving this problem and its effect will be described.
本発明の観点によれば、以下の単結晶SiCの製造方法が提供される。即ち、この単結晶SiCの製造方法は、TSD可視化工程と、凹部形成工程と、結晶成長工程と、を含む処理を行う。前記TSD可視化工程では、SiC基板にドライエッチングを行ってTSD(貫通螺旋転位)を可視化する。前記凹部形成工程では、前記TSD可視化工程で可視化した前記TSDが生じている部分を除去しつつ、当該TSDが生じている部分の周囲を残存させることで凹部を形成する。前記結晶成長工程では、前記SiC基板に対してa軸方向及びc軸方向の結晶成長を行うことで、前記凹部の周囲から成長した単結晶SiCを当該凹部上で接続させる。 From the viewpoint of the present invention, the following method for producing single crystal SiC is provided. That is, this method for producing single crystal SiC includes a TSD visualization step, a recess forming step, and a crystal growth step. In the TSD visualization step, TSD (through spiral dislocation) is visualized by performing dry etching on the SiC substrate. In the recess forming step, the recess is formed by removing the portion where the TSD is generated, which is visualized in the TSD visualization step, and leaving the periphery of the portion where the TSD is generated. In the crystal growth step, single crystal SiC grown from the periphery of the recess is connected on the recess by performing crystal growth in the a-axis direction and the c-axis direction with respect to the SiC substrate.
これにより、SiC基板に含まれるTSDを除去することができるので、高品質な単結晶SiCを製造することができる。また、事前に凸部等を形成することなくTSDを可視化できるので、必要なTSDを残存させつつ、不要なTSDを除去することができる。なお、必要なTSDが生じていない場合は、全てのTSDを除去することもできる。また、従来の方法と比較して簡単な工程で単結晶SiCを製造することができる。 As a result, the TSD contained in the SiC substrate can be removed, so that high-quality single crystal SiC can be produced. Further, since the TSD can be visualized without forming a convex portion or the like in advance, it is possible to remove the unnecessary TSD while leaving the necessary TSD. If the required TSD has not been generated, all the TSDs can be removed. In addition, single crystal SiC can be produced by a simple process as compared with the conventional method.
前記の単結晶SiCの製造方法においては、前記TSD可視化工程では、前記TSDが生じている部分にピットが形成されることが好ましい。 In the method for producing single crystal SiC, it is preferable that pits are formed in the portion where the TSD is generated in the TSD visualization step.
特許文献1のようにMSE法を用いてTSDを可視化する場合、TSDが存在する部分が大きく成長するため、TSDが密集している場合等には成長部分が重なり、正確にTSDの特定ができない可能性がある。これに対し、上記の方法ではTSDが生じている部分に1μm程度の小さいピットが形成されるため、TSDをより正確に特定する事ができるので、必要なTSDを残存させつつ、不要なTSDを除去することができる。
When the TSD is visualized by using the MSE method as in
前記の単結晶SiCの製造方法においては、前記凹部形成工程では、可視化した前記TSDが生じている部分が複数存在し、その一部のみを除去することが好ましい。 In the method for producing single crystal SiC, it is preferable that in the recess forming step, there are a plurality of parts where the visualized TSD is generated, and only a part thereof is removed.
これにより、選択的にTSDを残存させることができるので、種結晶に用いて結晶成長を行う際に結晶多形等を安定的に制御することができる。 As a result, since TSD can be selectively left, crystal polymorphs and the like can be stably controlled when crystal growth is performed by using the seed crystal.
前記の単結晶SiCの製造方法においては、前記凹部形成工程では、前記TSDが除去された結果、前記SiC基板の表面において前記TSDが不均一に分布されることが好ましい。 In the method for producing a single crystal SiC, it is preferable that the TSD is unevenly distributed on the surface of the SiC substrate as a result of removing the TSD in the recess forming step.
これにより、結晶成長工程で所望の結晶多形(例えば4H−SiC)が種結晶から引き継がれ易くなるようにすることができる。 This makes it possible for the desired polymorph (for example, 4H-SiC) to be easily inherited from the seed crystal in the crystal growth step.
前記の単結晶SiCの製造方法においては、前記凹部形成工程では、可視化した前記TSDに対して、表面のTSD密度が1000個/cm2以下となるように前記TSDを除去することが好ましい。 In the method for producing single crystal SiC, in the recess forming step, it is preferable to remove the TSD so that the surface TSD density is 1000 pieces / cm 2 or less with respect to the visualized TSD.
これにより、高品質かつ結晶成長工程で所望の結晶多形(例えば4H−SiC)が種結晶から引き継がれ易くなるようにすることができる。 This makes it possible to facilitate high quality and desired crystal polymorphism (for example, 4H-SiC) from the seed crystal in the crystal growth step.
前記の単結晶SiCの製造方法においては、前記TSD可視化工程では、Si蒸気圧下で加熱することによるエッチングを行うことで、前記TSDを可視化することが好ましい。 In the method for producing single crystal SiC, it is preferable that the TSD is visualized by etching by heating under Si vapor pressure in the TSD visualization step.
これにより、SiC基板の表面を高精度に平坦化するとともにTSDを可視化することができる。 As a result, the surface of the SiC substrate can be flattened with high accuracy and the TSD can be visualized.
前記の単結晶SiCの製造方法においては、前記凹部形成工程では、前記TSDが生じている部分にレーザを照射することで前記凹部を形成することが好ましい。 In the method for producing single crystal SiC, in the recess forming step, it is preferable to form the recess by irradiating the portion where the TSD is generated with a laser.
これにより、簡単かつ精度の高い方法でTSDが生じている部分に凹部を正確に形成することができる。 Thereby, the recess can be accurately formed in the portion where the TSD is generated by a simple and highly accurate method.
前記の単結晶SiCの製造方法においては、前記レーザのビーム径が1μm以上であることが好ましい。 In the method for producing single crystal SiC, the beam diameter of the laser is preferably 1 μm or more.
これにより、前記凹部を形成した際にTSDの転位芯の近傍の歪領域を除去することができる。 Thereby, when the recess is formed, the strain region in the vicinity of the dislocation core of the TSD can be removed.
前記の単結晶SiCの製造方法においては、前記凹部形成工程の後であって前記結晶成長工程の前に、前記SiC基板をエッチングすることで前記凹部形成工程で当該SiC基板に生じたダメージを除去するダメージ除去工程を行うことが好ましい。 In the method for producing single crystal SiC, damage caused to the SiC substrate in the recess forming step is removed by etching the SiC substrate after the recess forming step and before the crystal growth step. It is preferable to carry out a damage removing step.
これにより、凹部形成工程で生じたダメージを除去することができるので、より高品質な単結晶SiCを製造できる。 As a result, the damage generated in the recess forming step can be removed, so that higher quality single crystal SiC can be produced.
前記の単結晶SiCの製造方法においては、前記結晶成長工程では、前記SiC基板と、当該SiC基板よりも自由エネルギーが高く、少なくともCを供給するフィード材と、の間にSi融液が存在する状態で加熱することで、前記SiC基板の表面に前記単結晶SiCを成長させる準安定溶媒エピタキシー法を行うことが好ましい。 In the method for producing single crystal SiC, in the crystal growth step, a Si melt is present between the SiC substrate and a feed material having a higher free energy than the SiC substrate and supplying at least C. It is preferable to carry out a semi-stable solvent epitaxy method for growing the single crystal SiC on the surface of the SiC substrate by heating in this state.
これにより、準安定溶媒エピタキシー法はa軸方向の成長速度が速いため、短時間で凹部の上方を単結晶SiCで塞ぐことができる。 As a result, since the semi-stable solvent epitaxy method has a high growth rate in the a-axis direction, the upper part of the recess can be closed with single crystal SiC in a short time.
前記の単結晶SiCの製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記TSD可視化工程では、Si蒸気圧下で加熱することによるエッチングを行うことで、前記TSDを可視化する。前記凹部形成工程では、前記TSDが生じている部分にレーザを照射することで前記凹部を形成する。当該凹部形成工程の後に、Si蒸気圧下で加熱することによるエッチングを行うことで、当該SiC基板に生じたダメージを除去するダメージ除去工程を行う。前記結晶成長工程では、前記SiC基板と、当該SiC基板よりも自由エネルギーが高く、少なくともCを供給するフィード材と、の間にSi融液が存在する状態で加熱することで、前記SiC基板の表面に前記単結晶SiCを成長させる準安定溶媒エピタキシー法を行う。 In the method for producing single crystal SiC described above, it is preferable to carry out as follows. That is, in the TSD visualization step, the TSD is visualized by performing etching by heating under Si steam pressure. In the recess forming step, the recess is formed by irradiating the portion where the TSD is generated with a laser. After the recess forming step, a damage removing step of removing damage generated on the SiC substrate is performed by performing etching by heating under Si steam pressure. In the crystal growth step, the SiC substrate is heated by heating in a state where a Si melt is present between the SiC substrate and a feed material having a higher free energy than the SiC substrate and supplying at least C. A semi-stable solvent epitaxy method is performed in which the single crystal SiC is grown on the surface.
これにより、純度が高い単結晶SiCを短時間で製造することができる。また、2回のエッチングがともにSi蒸気圧エッチングであるため、製造工程を単純化することができる。 As a result, high-purity single crystal SiC can be produced in a short time. Further, since the two etchings are both Si vapor pressure etchings, the manufacturing process can be simplified.
また、本発明の別の観点によれば、前記の製造方法を用いて製造された前記単結晶SiCを用いて、SiCインゴットを製造することが好ましい。例えば溶液成長法によりインゴットを作製する場合は、前記SiC基板の表面のうち外縁部のTSD密度が当該外縁部以外のTSD密度よりも高くなるように前記凹部を形成することが好ましい。また、気相成長法によりインゴットを作製する場合は、前記SiC基板の表面のうち径方向の中心部のTSD密度が当該中心部以外のTSD密度よりも高くなるように前記凹部を形成することが好ましい。 Further, from another viewpoint of the present invention, it is preferable to produce a SiC ingot using the single crystal SiC produced by the above production method. For example, when an ingot is produced by a solution growth method, it is preferable to form the recess so that the TSD density of the outer edge portion of the surface of the SiC substrate is higher than the TSD density of the other outer edge portion. Further, when the ingot is produced by the vapor phase growth method, the recess may be formed so that the TSD density of the radial central portion of the surface of the SiC substrate is higher than the TSD density of the non-central portion. preferable.
これにより、高品質かつ所望の結晶多形を有するSiCインゴットを得ることができる。 This makes it possible to obtain a SiC ingot having high quality and desired polymorphism.
また、本発明の別の観点によれば、前記の製造方法を用いて製造された前記単結晶SiCを用いて、SiCウエハを製造することが好ましい。オフ角を有するSiCウエハを作製する場合に、前記エピタキシャル層形成工程におけるステップフロー成長の中央に対して上流側のTSD密度が、当該中央に対して下流側のTSD密度よりも高くなるように前記凹部を形成することが好ましい。また、前記単結晶SiCをそのままSiCウエハとして用いても良い。 Further, from another viewpoint of the present invention, it is preferable to manufacture a SiC wafer by using the single crystal SiC manufactured by the above-mentioned manufacturing method. When producing a SiC wafer having an off-angle, the TSD density on the upstream side with respect to the center of the step flow growth in the epitaxial layer forming step is higher than the TSD density on the downstream side with respect to the center. It is preferable to form a recess. Further, the single crystal SiC may be used as it is as a SiC wafer.
これにより、前記エピタキシャル層形成工程における上流側の異種結晶多形の混入を抑制することができる。 As a result, it is possible to suppress the mixing of heterogeneous crystal polymorphs on the upstream side in the epitaxial layer forming step.
次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図1を参照して、本実施形態の単結晶SiCの製造方法等で用いる高温真空炉10について説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the high-
図1に示すように、高温真空炉10は、本加熱室21と、予備加熱室22と、を備えている。本加熱室21は、少なくとも表面が単結晶SiCで構成される単結晶SiC基板(以下、SiC基板40)を1000℃以上2300℃以下の温度に加熱することができる。予備加熱室22は、SiC基板40を本加熱室21で加熱する前に予備加熱を行うための空間である。
As shown in FIG. 1, the high-
本加熱室21には、真空形成用バルブ23と、不活性ガス注入用バルブ24と、真空計25と、が接続されている。真空形成用バルブ23は、本加熱室21の真空度を調整することができる。不活性ガス注入用バルブ24は、本加熱室21内の不活性ガスの圧力を調整することができる。本実施形態において、不活性ガスとは、例えばAr等の第18族元素(希ガス元素)のガス、即ち、固体のSiCに対して反応性が乏しいガスであり、窒素ガスを除くガスである。真空計25は、本加熱室21内の真空度を測定することができる。
The
本加熱室21の内部には、ヒータ26が備えられている。また、本加熱室21の側壁及び天井には図略の熱反射金属板が固定されており、この熱反射金属板は、ヒータ26の熱を本加熱室21の中央部に向けて反射させるように構成されている。これにより、SiC基板40を強力かつ均等に加熱し、1000℃以上2300℃以下の温度まで昇温させることができる。なお、ヒータ26としては、例えば、抵抗加熱式のヒータ又は高周波誘導加熱式のヒータを用いることができる。
A
高温真空炉10は、坩堝(収容容器)30に収容されたSiC基板40に対して加熱を行う。収容容器30は、適宜の支持台等に載せられており、この支持台が動くことで、少なくとも予備加熱室から本加熱室まで移動可能に構成されている。収容容器30は、互いに嵌合可能な上容器31と下容器32とを備えている。SiC基板40は、収容容器30の下容器32に載置されている支持台33に支持される。
The high-
収容容器30は、SiC基板40が収容される内部空間の壁面(上面、側面、底面)を構成する部分において、外部側から内部空間側の順に、タンタル層(Ta)、タンタルカーバイド層(TaC及びTa2C)、及びタンタルシリサイド層(TaSi2又はTa5Si3等)から構成されている。
In the
このタンタルシリサイド層は、加熱を行うことで、収容容器30の内部空間にSiを供給する。また、収容容器30にはタンタル層及びタンタルカーバイド層が含まれるため、周囲のC蒸気を取り込むことができる。これにより、加熱時に内部空間内を高純度のSi雰囲気とすることができる。なお、タンタルシリサイド層を設けることに代えて、固体のSi等のSi源を内部空間に配置しても良い。この場合、加熱時に固体のSiが昇華することで、内部空間内を高純度のSi蒸気圧下とすることができる。
This tantalum silicide layer supplies Si to the internal space of the
SiC基板40を加熱する際には、初めに、図1の鎖線で示すように収容容器30を高温真空炉10の予備加熱室22に配置して、適宜の温度(例えば約800℃)で予備加熱する。次に、予め設定温度(例えば、約1800℃)まで昇温させておいた本加熱室21へ収容容器30を移動させる。その後、圧力等を調整しつつSiC基板40を加熱する。なお、予備加熱を省略しても良い。
When heating the
次に、本実施形態で行われる単結晶SiC41の製造工程について図2及び図3を参照して説明する。図2及び図3は、単結晶SiC41の製造工程を示す模式図である。 Next, the manufacturing process of the single crystal SiC41 performed in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 and 3 are schematic views showing a manufacturing process of the single crystal SiC41.
SiC基板40には、図2(a)に示すように、複数のTSD(TSD :threading screw dislocation、貫通螺旋転位)が生じている。TSDとは、結晶の変位方向(バーガースベクトル)と転位線が平行な結晶欠陥である。また、図4には、TSDの顕微鏡写真及び応力解析結果が示されている。応力の解析は、EBSD(Electron Backscatter Pattern)を用いて行った結果である。この応力解析結果によれば、TSDの大きさ(転位芯の近傍の歪み領域)は1μm程度である。TSDは、結晶成長時に単結晶SiC41に伝播することで、単結晶SiC41の品質を低下させる。一方で、SiC基板40に生じている一部のTSDを敢えて残存させることで、結晶多形を制御可能である。従って、本実施形態では、一部のTSDを敢えて残存させつつ、残りのTSDを除去する(TSDを選択的に除去する)。以下、具体的に説明する。また、以下の説明では、SiC基板40に生じているTSDを説明する場合は、符号51を付して説明する。
As shown in FIG. 2A, a plurality of TSDs (TSD: threading screw dislocations) are generated on the
本実施形態で用いるSiC基板40は、オフ角を有していないオン基板であるが、オフ角を有していても良い。また、SiC基板40の結晶多形は4H−SiCであるが、他の結晶多形(6H−SiC、3C−SiC等)であっても良い。SiC基板40の主面(処理を行う面)はSi面(0001)面であるが、C面(000−1)面であっても良い。また、SiC基板40は凸部等が形成されておらず、表面が平坦である。
The
初めに、SiC基板40に対して、TSD可視化工程を行う。SiC基板40に生じているTSD51は表面を顕微鏡等で観察しても検出ができない(又は困難である)。TSD可視化工程とは、SiC基板40に生じているTSD51を観察可能な状態に変化させる工程である。なお、TSD可視化工程には、観察が困難であるが不可能ではないTSD51を強調して観察し易くする工程も含む。本実施形態では、SiC基板40に対してSi蒸気圧エッチングを行うが、他のドライエッチング(例えば水素エッチング)を行っても良い。SiC基板40に対してドライエッチングを行うことで、図2(b)に示すように、TSD51が生じている部分にピット52が生じる。ピット52は、SiC基板40の表面に形成される僅かな窪みである。これにより、TSD51が生じている箇所を可視化できる。
First, a TSD visualization step is performed on the
ここで、Si蒸気圧エッチングについて詳細に説明する。Si蒸気圧エッチングは、SiC基板40を収容容器30に収容し、上述したSi源が収容容器30内に存在する状態で(かつSi及び不活性ガス以外の元素を積極的に供給しない状態で)、1500℃以上2200℃以下、望ましくは1600℃以上2000℃以下の温度範囲で高温真空炉10を用いて加熱を行う。これにより、収容容器30内が高純度のSi蒸気圧下となり、この状態でSiC基板40が加熱される。これにより、SiC基板40の外周面の表面がエッチングされるとともに当該表面が平坦化されていく。このSi蒸気圧エッチングの際には、以下に示す反応が行われる。簡単に説明すると、SiC基板40がSi蒸気圧下で加熱されることで、SiC基板40のSiCが熱分解ならびにSiとの化学反応によってSi2C又はSiC2等になって昇華するとともに、Si雰囲気下のSiがSiC基板40の外周面の表面でCと結合して自己組織化が起こり平坦化される。
(1) SiC(s) → Si(v)I + C(s)I
(2) 2SiC(s) → Si(v)II + SiC2(v)
(3) SiC(s) + Si(v)I+II → Si2C(v)
Here, Si vapor pressure etching will be described in detail. In the Si vapor pressure etching, the
(1) SiC (s) → Si (v) I + C (s) I
(2) 2SiC (s) → Si (v) II + SiC 2 (v)
(3) SiC (s) + Si (v) I + II → Si 2 C (v)
Si蒸気圧エッチングは、機械加工ではなく熱化学的エッチングであるため、加工ダメージの原因とならない。むしろ、例えばSiC基板40の作製時に生じた加工ダメージ(例えば切出し及び研磨等の際に生じた加工ダメージ)を除去できる。つまり、本実施形態のTSD可視化工程では、TSD51が可視化されるだけでなく、SiC基板40に生じた加工ダメージの除去も同時に行うことができる。また、前記TSD可視化工程では、Si蒸気圧エッチングによるエッチング速度は、例えば1μm/min以上であることが好ましく、前記TSD可視化工程以外では1μm/min未満であっても良い。
Since Si vapor pressure etching is thermochemical etching rather than machining, it does not cause processing damage. Rather, it is possible to remove, for example, processing damage (for example, processing damage generated during cutting, polishing, etc.) during the production of the
次に、SiC基板40に凹部形成工程を行う。凹部形成工程とは、TSD可視化工程で可視化したTSD51が生じている部分を除去しつつ、当該TSD51が生じている部分の周囲を残存させることで凹部53を形成する処理である。本実施形態では、レーザを照射することでTSD51が生じている部分を除去する。当然であるが、TSD51が生じていない部分にはレーザを照射しない。これにより、図2(c)に示すように、TSD51が生じている部分に凹部53を形成することができる。
Next, a recess forming step is performed on the
凹部53は、ピット52よりも径方向(水平方向、a軸方向、c軸に垂直な方向、以下同じ)の長さが大きく、更に、深さ方向(基板厚み方向、c軸方向)の長さが長い部分である。図2(c)では、凹部53は、断面円形かつ径が一定の非貫通の穴であるが、その形状が本実施形態とは異なっていても良い。例えば、断面が台形状(円錐台形状の凹部)、即ち、深さ方向に進むに連れて径方向の長さが短くなる形状であっても良い。また、レーザを照射することにより、凹部53の近傍においてダメージが生じる。
The
上述したように、本実施形態では、SiC基板40に生じているTSD51を敢えて残存させる。結晶多形の制御には、TSD51の分布が関係している。従って、本実施形態では、TSD可視化工程で可視化された複数のTSD51のうち、一部のTSD51についてレーザを照射する。即ち、TSD可視化工程で可視化された複数のTSD51が、除去対象のTSD51と残存対象のTSD51とに分類される。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本実施形態ではレーザを用いて凹部53を形成するが、凹部53を形成できる方法であれば他の方法を用いることもできる。例えば、除去対象のTSD51が生じている部分のみに開口を形成したマスクを、SiC基板40の表面に載置し、エッチング(水素エッチング等のドライエッチング、又は、KOHエッチング等のウェットエッチング等)を行う。これにより、除去対象のTSD51が生じている部分に凹部53を形成することができる。
In the present embodiment, the
次に、SiC基板40にダメージ除去工程を行う。ダメージ除去工程とは、凹部形成工程で凹部53の近傍に生じたダメージを除去する工程である。本実施形態では、上記のSi蒸気圧エッチングにより、ダメージ除去工程を行う。Si蒸気圧エッチングを行うことにより、凹部53のダメージが除去される。また、凹部53が断面が台形状(円錐台形状の凹部)、即ち、深さ方向に進むに連れて径方向の長さが短くなる形状となる。また、ダメージ除去後の凹部53の形状が本実施形態とは異なっていても良い。
Next, a damage removing step is performed on the
なお、本実施形態では、Si蒸気圧エッチングを用いてダメージ除去工程を行うが、他の方法(例えば、水素エッチング等のドライエッチング)により凹部53のダメージを除去しても良い。また、本実施形態では、凹部53だけでなく、SiC基板40の表面の全体が除去されるが、凹部53の周囲のみにエッチング(ダメージの除去)を行う構成であっても良い。
In the present embodiment, the damage removing step is performed by using Si vapor pressure etching, but the damage of the
次に、SiC基板40に結晶成長工程を行う。結晶成長工程とは、SiC基板40に対してa軸方向(水平方向、基板厚み方向に垂直な方向)及びc軸方向(基板厚み方向)の結晶成長を行うことで、凹部53の周囲から成長した単結晶SiC41を当該凹部53上で接続させる。本実施形態では、溶液成長法の1つであるMSE法(準安定溶媒エピタキシー法)を用いて単結晶SiC(エピタキシャル層)を成長させる。
Next, a crystal growth step is performed on the
以下、MSE法について図5を参照して説明する。図5は、MSE法による結晶成長工程を示す模式図である。図5に示すように、本実施形態では、収容容器30にSiC基板40を収容する。収容容器30の内部には、SiC基板40に加え、Siプレート61と、フィード材62と、が配置されている。これらは、支持台33によって支持されている。
Hereinafter, the MSE method will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic view showing a crystal growth process by the MSE method. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the
SiC基板40は、液相エピタキシャル成長の基板(シード側)として使用される。SiC基板40の一側(上側)には、Siプレート61が配置されている。Siプレート61は、Si製の板状の部材である。Siの融点は約1400℃であるので、上記の高温真空炉10で加熱を行うことでSiプレート61は溶融する。Siプレート61の一側(上側)には、フィード材62が配置されている。フィード材62は、例えば多結晶3C−SiC製であり、SiC基板40より自由エネルギーの高い基板である。
The
SiC基板40、Siプレート61、及びフィード材62を上記のように配置して加熱すると、SiC基板40とフィード材62の間に配置されていたSiプレート61が溶融し、シリコン融液が炭素を移動させるための溶媒として働く。なお、加熱温度は、例えば1500℃以上2300℃以下であることが好ましい。この加熱により、SiC基板40とフィード材62の自由エネルギーの差に基づいて、Si融液に濃度勾配が発生し、この濃度勾配が駆動力となって、フィード材62からSi融液へSiとCが溶出する。Si融液に取り込まれたCは、Si融液のSiと結合し、SiC基板40に単結晶SiCとして析出する。以上により、SiC基板40の表面に単結晶SiC41を成長させることができる。また、MSE法では、SiC基板40にオフ角が形成されていない場合であっても、結晶成長を行うことができる。
When the
MSE法では、a軸方向及びc軸方向に結晶成長が行われる。従って、図3(e)に示すように凹部53が形成されたSiC基板40にMSE法を行って結晶成長させることで、SiC基板40(詳細には凹部53を除く部分)に単結晶SiC41が析出する。この単結晶SiC41がa軸方向に成長することで、図3(f)に示すように、凹部53の上方を塞ぐように単結晶SiC41が成長する。その後、更に単結晶SiC41を成長させることで、凹部53の上方が完全に塞がれる。
In the MSE method, crystal growth is carried out in the a-axis direction and the c-axis direction. Therefore, as shown in FIG. 3E, the
ここで、凹部53の底部ではフィード材62までの距離が長くなるため、成長速度が遅い又は結晶が成長しない。従って、凹部53の底部のTSD51が単結晶SiC41に伝播しない。一方で、残存対象のTSD51には僅かなピット52しか形成されていないため、単結晶SiC41が成長する。以上のように、SiC基板40に形成されている(可視化した)TSD51のうち、除去対象のTSD51を単結晶SiC41に伝播させず、かつ、残存対象のTSD51を単結晶SiC41に伝播させることができる。これにより、所望の位置にTSD51が形成された単結晶SiC41を製造できる。本実施形態の方法で作製することで、単結晶SiC41の表面のTSD密度は、例えば0個/cm2以上1000個/cm2以下となる。
Here, since the distance to the
なお、本実施形態では、MSE法を用いて結晶成長工程を行うが、他の方法(例えば、CVD法等の気相成長法、温度勾配を設けることにより溶液中のC等を移動させる溶液成長法等)を用いても良い。CVD法を用いる場合は、SiC基板40にオフ角を形成する必要がある。
In this embodiment, the crystal growth step is performed using the MSE method, but other methods (for example, a vapor phase growth method such as the CVD method, or solution growth in which C or the like in the solution is moved by providing a temperature gradient). Law, etc.) may be used. When the CVD method is used, it is necessary to form an off-angle on the
次に、以上のようにして作製された単結晶SiC41の用途について図6を参照して説明する。図6は、SiC種結晶71からSiCインゴット72を介してSiCウエハ73を作成する工程を示す模式図である。以下の説明では、以上のようにして作製された単結晶SiC41によるSiC種結晶を符号71を付して説明する。
Next, the use of the single crystal SiC41 produced as described above will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic view showing a process of producing a
SiC種結晶71にバルク成長工程を行うことで、図6に示すように、SiCインゴット72を作製することができる。バルク成長工程は、例えばMSE法等の溶液成長法や、昇華法又はHTCVD等の気相成長法によって行われる。上述のように、SiC種結晶71は除去対象のTSD51が除去されているため、高品質である。更に、残存対象のTSD51を意図的に残存させているため、結晶成長方法、及び各種条件(例えば過熱温度)に関係なく、予め定めた結晶多形(例えば4H−SiC)を成長させることができる。
By performing a bulk growth step on the
また、図6に示すように、このSiCインゴット72にウエハ作製工程が行われることで、複数のSiCウエハ73が製造される。ウエハ作製工程は、例えばダイヤモンドワイヤ等の切断手段によってSiCインゴット72を所定の間隔で切断することで、複数のSiCウエハ73を作製する。なお、SiCインゴット72からSiCウエハ73を別の方法で作製することもできる。例えば、SiCインゴット72にレーザ照射等でダメージ層を設けた後に、ウエハ形状にしてSiCウエハ73として取り出すこともできる。
Further, as shown in FIG. 6, a plurality of
このようにして作製されたSiCウエハ73は、SiC種結晶71及びSiCインゴット72と同様に、表面のTSD密度が低く、予め定めた結晶多形で構成されている。また、このSiCウエハ73には、単結晶SiCからなるエピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程が行われる。これにより、エピタキシャル層74を有するSiCウエハ73が製造される。このSiCウエハ73は半導体デバイスを作製するために用いられる。
Like the
本実施形態では、単結晶SiC41を、SiCインゴット72等を作製するためのSiC種結晶71として用いたが、それに代えて、単結晶SiC41付きのSiC基板40からSiCインゴット72を製造せずに、SiCウエハ73として用いることもできる。
In the present embodiment, the
次に、図7から図10を参照して、凹部形成工程で照射したレーザのビーム径とTSD伝播率との関係について確かめるために行った実験について説明する。なお、レーザのビーム径とは、レーザ加工機に設定するビーム径であり、凹部53の径はそれより大きくなる。本実験では、キーエンス製のレーザ装置(MD−T1000)を用いて行った。また、レーザの媒質はNd:YVO4、レーザの波長は532nmとした。
Next, with reference to FIGS. 7 to 10, an experiment performed to confirm the relationship between the beam diameter of the laser irradiated in the recess forming step and the TSD propagation coefficient will be described. The laser beam diameter is a beam diameter set in the laser processing machine, and the diameter of the
初めに、SiC基板40を3つの領域に分割し、それぞれの領域に異なるビーム径(40μm、60μm、及び100μm)のレーザを照射することでTSD51を除去した。なお、この実験では、可視化されたTSD51の全てにレーザを照射した。その後、このSiC基板40をMSE法により結晶成長させた。
First, the
図8から図10は、それぞれビーム径が40μm、60μm、100μmのレーザを用いてTSD51を除去した後に結晶成長を行った場合において、TSD51の伝播が生じなかった箇所と、TSD51の伝播が生じた箇所の分布を示す図である。図8から図10では、TSD51にレーザを照射して凹部53を形成することでTSD51の伝播を防止できた領域を黒丸(無)で表示し、レーザを照射してもTSD51が伝播された部分を灰色の丸(TSD)で表示している。図8から図10に示すように、レーザを照射して凹部53を形成することで大部分のTSD51の伝播を防止できることが確かめられた。
8 to 10 show a portion where TSD51 did not propagate and a portion where TSD51 propagated when crystal growth was performed after removing TSD51 using lasers having beam diameters of 40 μm, 60 μm, and 100 μm, respectively. It is a figure which shows the distribution of a place. In FIGS. 8 to 10, the area where the propagation of the
また、図7には、凹部形成工程で用いたレーザのビーム径とTSD伝播率との関係を示すグラフが示されている。TSD伝播率とは、(TSD51が伝播した数)/(TSD51にレーザを照射した数)である。図7のグラフに示すように、ビーム径が40μmから100μmの範囲では、同程度の伝播率が実現される。具体的には、伝播率は、何れも15%から25%(約20%)である。言い換えれば、TSD51を除去できた割合は、何れも75%から85%(約80%)である。なお、本実験では、ビーム径が40μm以上100μm以下のレーザ装置を用いたが、上述のようにTSD51の大きさは1μm程度であるため、ビーム径は1μm以上であれば良い。また、ビーム径の上限は特に規定しないが、ビーム径が大きくなるに連れて、凹部53を塞ぐために時間が掛かるため、例えば40μm以下、又は、100μm以下であることが好ましい。
Further, FIG. 7 shows a graph showing the relationship between the beam diameter of the laser used in the recess forming step and the TSD propagation coefficient. The TSD propagation rate is (the number of TSD51 propagated) / (the number of laser irradiations on the TSD51). As shown in the graph of FIG. 7, in the range of the beam diameter of 40 μm to 100 μm, the same propagation rate is realized. Specifically, the propagation rates are all 15% to 25% (about 20%). In other words, the rate at which TSD51 could be removed was 75% to 85% (about 80%). In this experiment, a laser device having a beam diameter of 40 μm or more and 100 μm or less was used. However, since the size of the
次に、TSD51を選択的に除去する例について図11及び図12を参照して簡単に説明する。図11は、SiCインゴット72を作製するためのSiC基板40の除去対象のTSD51と残存対象のTSD51の分布を示す模式図である。図12は、SiCウエハ73を作製するための除去対象のTSDと残存対象のTSDの分布を示す模式図である。
Next, an example of selectively removing the TSD51 will be briefly described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a schematic view showing the distribution of the TSD51 to be removed and the remaining TSD51 of the
上述の本実施形態では、結晶成長を行った際に生じる単結晶SiC41の結晶多形を制御するために(所望の結晶多形を成長させるために)、TSD51の一部を敢えて残存させて、必要な部分のみにTSD51が残存するように(結果としてTSD51の分布が不均一となるように)する。除去対象のTSD51と残存対象のTSD51の選択は、所望の結晶多形、及び各種条件に応じて一律には定まらないため、以下では一例を説明する。 In the above-described embodiment, in order to control the crystal polymorphism of the single crystal SiC41 generated when the crystal growth is performed (to grow the desired crystal polymorphism), a part of TSD51 is intentionally left. The TSD51 remains only in the necessary portion (as a result, the distribution of the TSD51 becomes non-uniform). Since the selection of the TSD51 to be removed and the TSD51 to be retained is not uniformly determined according to the desired polymorphism and various conditions, an example will be described below.
図11(a)は、溶液成長法でSiCインゴット72を作製するためのSiC基板40(SiC種結晶71)のTSDの分布を示す模式図である。溶液成長法を行う場合、初めにSiC基板40の外縁部に二次元核形成が行われ、その後に径方向の中心へ向けてステップフロー成長を行うようにして結晶が成長する。従って、SiC基板40が4H−SiCである場合、外縁部にTSD51が残存していることで、この結晶多形をSiCインゴット72に引き継がせることができる。従って、溶液成長法でSiCインゴット72を作製するためのSiC基板40においては、SiC基板40の表面のうち外縁部のTSD密度が、当該外縁部以外のTSD密度よりも高くなるように凹部53を形成する(TSDの分布が均一である場合は外縁部のTSD51の除去率が、外縁部以外のTSD51の除去率よりも低くなるように凹部53を形成する)ことが好ましい。また、外縁部とは、例えばSiC基板40を厚み方向(c軸方向)で見たときに、外周面から10mm以内(図11(a)のL1=10mm)であると規定することが好ましく、外周面から5mm以内であると規定することが更に好ましい。
FIG. 11A is a schematic view showing the distribution of TSD of the SiC substrate 40 (SiC seed crystal 71) for producing the
図11(b)は、気相成長法でSiCインゴット72を作製するためのSiC基板40(SiC種結晶71)のTSDの分布を示す模式図である。気相成長法を行う場合、初めにSiC基板40の中心部に二次元核形成が行われ、その後に径方向の外側へ向けてステップフロー成長を行うようにして結晶が成長する。従って、SiC基板40が4H−SiCである場合、径方向の中心部にTSD51が残存していることで、この結晶多形をSiCインゴット72に引き継がせることができる。従って、気相成長法でSiCインゴット72を作製するためのSiC基板40においては、SiC基板40の表面のうち中心部のTSD密度が、当該中心部以外のTSD密度よりも高くなるように凹部53を形成する(TSDの分布が均一である場合は中心部のTSD51の除去率が、中心部以外のTSD51の除去率よりも低くなるように凹部53を形成する)ことが好ましい。また、径方向の中心に近づくに連れてTSD密度が高くなるように凹部53を形成することが更に好ましい。また、中心部とは、例えばSiC基板40を厚み方向(c軸方向)で見たときに、径方向の中心から直径の40%以内の領域と規定することが好ましい。
FIG. 11B is a schematic view showing the distribution of TSD of the SiC substrate 40 (SiC seed crystal 71) for producing the
図12は、CVD等によるステップフロー成長でエピタキシャル層74を形成するためのSiC基板40(あるいは、SiCインゴット72を経由して作成されるSiCウエハ73)のTSDの分布を示す模式図である。CVD等によるステップフロー成長を行う場合、図12(b)に示すように、ステップフロー成長の上流側の結晶多形を引き継ぐように成長が行われる。従って、SiC基板40が4H−SiCである場合、ステップフロー成長の上流側(ステップフロー成長方向の中央よりも上流側、以下同様)にTSD51が残存していることで、この結晶多形をエピタキシャル層74に引き継がせることができる。従って、CVD等によるステップフロー成長でエピタキシャル層74を成長させるためのSiC基板40においては、SiC基板40のステップフロー成長の上流側のTSD密度が、下流側のTSD密度よりも高くなるように凹部53を形成する(TSDの分布が均一である場合は上流側のTSD51の除去率が、下流側のTSD51の除去率よりも低くなるように凹部53を形成する)ことが好ましい。
FIG. 12 is a schematic view showing the distribution of TSD of the SiC substrate 40 (or the
以上に説明したように、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法は、TSD可視化工程と、凹部形成工程と、結晶成長工程と、を含む処理を行う。TSD可視化工程では、SiC基板40にドライエッチングを行ってTSD51(貫通螺旋転位)を可視化する。凹部形成工程では、TSD可視化工程で可視化したTSD51が生じている部分を除去しつつ、当該TSD51が生じている部分の周囲を残存させることで凹部53を形成する。結晶成長工程では、SiC基板40に対してa軸方向及びc軸方向の結晶成長を行うことで、凹部53の周囲から成長した単結晶SiC41を当該凹部53上で接続させる。
As described above, the method for producing a single crystal SiC41 of the present embodiment performs a process including a TSD visualization step, a recess forming step, and a crystal growth step. In the TSD visualization step, the
これにより、SiC基板40に含まれるTSD51を除去することができるので、高品質な単結晶SiC41を製造することができる。また、事前に凸部等を形成することなくTSD51を可視化できるので、必要なTSD51を残存させつつ、不要なTSD51を除去することができる。なお、必要なTSD51が生じていない場合は、全てのTSD51を除去することもできる。
As a result, the
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法においては、TSD可視化工程では、TSD51が生じている部分にピット52が形成される。
Further, in the method for producing a
特許文献1のようにMSE法を用いてTSD51を可視化する場合、TSD51が存在する部分が大きく成長するため、TSD51が密集している場合等には成長部分が重なり、正確にTSD51の特定ができない可能性がある。これに対し、上記の方法ではTSD51が生じている部分に1μm程度の小さいピットが形成されるため、TSD51をより正確に特定する事ができるので、必要なTSD51を残存させつつ、不要なTSD51を除去することができる。
When the TSD51 is visualized by using the MSE method as in
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法においては、凹部形成工程では、可視化したTSD51が生じている部分が複数存在し、その一部のみを除去する。 Further, in the method for producing the single crystal SiC41 of the present embodiment, in the recess forming step, there are a plurality of portions where the visualized TSD51 is generated, and only a part thereof is removed.
これにより、選択的にTSD51を残存させることができるので、種結晶に用いて結晶成長を行う際に結晶多形等を安定的に制御することができる。 As a result, the TSD51 can be selectively left, so that the polymorphism and the like can be stably controlled when the crystal is grown by using it as a seed crystal.
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法においては、凹部形成工程では、TSD51が除去された結果、SiC基板40の表面においてTSD51が不均一に分布されることが好ましい。
Further, in the method for producing a
これにより、結晶成長工程で所望の結晶多形(例えば4H−SiC)が種結晶から引き継がれ易くなるようにすることができる。 This makes it possible for the desired polymorph (for example, 4H-SiC) to be easily inherited from the seed crystal in the crystal growth step.
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法においては、凹部形成工程では、可視化したTSD51に対して、表面のTSD51密度が0個/cm2以上1000個/cm2以下となるようにTSD51を除去する。 Further, in the method for producing the single crystal SiC41 of the present embodiment, in the recess forming step, the TSD51 is formed so that the surface TSD51 density is 0 pieces / cm 2 or more and 1000 pieces / cm 2 or less with respect to the visualized TSD51. Remove.
これにより、高品質かつ結晶成長工程で所望の結晶多形(例えば4H−SiC)が種結晶から引き継がれ易くなるようにすることができる。 This makes it possible to facilitate high quality and desired crystal polymorphism (for example, 4H-SiC) from the seed crystal in the crystal growth step.
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法においては、TSD可視化工程では、Si蒸気圧下で加熱することによるエッチングを行うことで、TSD51を可視化する。 Further, in the method for producing a single crystal SiC41 of the present embodiment, in the TSD visualization step, the TSD51 is visualized by etching by heating under Si vapor pressure.
これにより、SiC基板40の表面を高精度に平坦化するとともにTSD51を可視化することができる。
As a result, the surface of the
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法においては、凹部形成工程では、TSD51が生じている部分にレーザを照射することで凹部53を形成する。
Further, in the method for producing the
これにより、簡単かつ精度の高い方法でTSD51が生じている部分に凹部53を正確に形成することができる。
Thereby, the
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法においては、レーザのビーム径が1μm以上である。 Further, in the method for producing a single crystal SiC41 of the present embodiment, the beam diameter of the laser is 1 μm or more.
これにより、凹部53を形成した際にTSD51の転位芯の近傍の歪領域を除去することができる。
As a result, when the
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法においては、凹部形成工程の後であって結晶成長工程の前に、SiC基板40をエッチングすることで凹部形成工程で当該SiC基板40に生じたダメージを除去するダメージ除去工程を行う。
Further, in the method for producing a
これにより、凹部形成工程で生じたダメージを除去することができるので、より高品質な単結晶SiC41を製造できる。 As a result, the damage generated in the recess forming step can be removed, so that a higher quality single crystal SiC41 can be produced.
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法においては、結晶成長工程では、SiC基板40と、当該SiC基板40よりも自由エネルギーが高く、少なくともCを供給するフィード材62と、の間にSi融液が存在する状態で加熱することで、SiC基板40の表面に単結晶SiC41を成長させるMSE法を行う。
Further, in the method for producing a
これにより、MSE法はa軸方向の成長速度が速いため、短時間で凹部53の上方を単結晶SiC41で塞ぐことができる。
As a result, since the MSE method has a high growth rate in the a-axis direction, the upper part of the
また、本実施形態の単結晶SiC41の製造方法において、TSD可視化工程では、Si蒸気圧下で加熱することによるエッチングを行うことで、TSD51を可視化する。凹部形成工程では、TSD51が生じている部分にレーザを照射することで凹部53を形成する。当該凹部形成工程の後に、Si蒸気圧下で加熱することによるエッチングを行うことで、当該SiC基板40に生じたダメージを除去するダメージ除去工程を行う。結晶成長工程では、SiC基板40と、当該SiC基板40よりも自由エネルギーが高く、少なくともCを供給するフィード材と、の間にSi融液が存在する状態で加熱することで、SiC基板40の表面に単結晶SiC41を成長させる準安定溶媒エピタキシー法を行う。
Further, in the method for producing a single crystal SiC41 of the present embodiment, in the TSD visualization step, the TSD51 is visualized by performing etching by heating under Si vapor pressure. In the recess forming step, the
これにより、純度が高い単結晶SiC41を短時間で製造することができる。また、2回のエッチングがともにSi蒸気圧エッチングであるため、製造工程を単純化することができる。 As a result, a single crystal SiC41 having high purity can be produced in a short time. Further, since the two etchings are both Si vapor pressure etchings, the manufacturing process can be simplified.
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the above configuration can be changed as follows, for example.
図2及び3等で説明した製造工程は一例であり、工程の順序を入れ替えたり、一部の工程を省略したり、他の工程を追加したりすることができる。例えば、ダメージ除去工程は省略することができる。 The manufacturing processes described in FIGS. 2 and 3 and the like are examples, and the order of the processes can be changed, some processes can be omitted, and other processes can be added. For example, the damage removal step can be omitted.
上記で説明した温度条件及び圧力条件等は一例であり、適宜変更することができる。また、上述した高温真空炉10以外の加熱装置(例えば内部空間が複数存在する高温真空炉)を用いたり、SiC基板として多結晶基板を用いたり、収容容器30と異なる形状又は素材の容器を用いたりしても良い。
The temperature conditions, pressure conditions, etc. described above are examples and can be changed as appropriate. Further, a heating device other than the above-mentioned high-temperature vacuum furnace 10 (for example, a high-temperature vacuum furnace having a plurality of internal spaces) is used, a polycrystalline substrate is used as the SiC substrate, or a container having a shape or material different from that of the
10 高温真空炉
40 SiC基板
41 単結晶SiC
51 TSD
52 ピット
53 凹部
71 SiC種結晶
72 SiCインゴット
73 SiCウエハ
10 High
51 TSD
52
Claims (18)
前記TSD可視化工程で可視化した前記TSDが生じている部分を除去しつつ、当該TSDが生じている部分の周囲を残存させることで凹部を形成する凹部形成工程と、
前記SiC基板に対してa軸方向及びc軸方向の結晶成長を行うことで、前記凹部の周囲から成長した単結晶SiCを当該凹部上で接続させる結晶成長工程と、
を含む処理を行うことを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 A TSD visualization process that visualizes TSD (through spiral dislocation) by performing dry etching on a SiC substrate.
A recess forming step of forming a recess by removing the portion where the TSD is generated, which is visualized in the TSD visualization step, and leaving the periphery of the portion where the TSD is generated.
A crystal growth step in which single crystal SiC grown from the periphery of the recess is connected on the recess by performing crystal growth in the a-axis direction and the c-axis direction on the SiC substrate.
A method for producing single crystal SiC, which comprises performing a treatment including.
前記TSD可視化工程では、前記TSDが生じている部分にピットが形成されることを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to claim 1.
A method for producing single crystal SiC, which comprises forming pits in a portion where the TSD is generated in the TSD visualization step.
前記凹部形成工程では、可視化した前記TSDが生じている部分が複数存在し、その一部のみを除去することを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to claim 1 or 2.
A method for producing single crystal SiC, which comprises a plurality of visualized portions where the TSD is generated in the recess forming step, and removing only a portion thereof.
前記凹部形成工程では、前記TSDが除去された結果、前記SiC基板の表面において前記TSDが不均一に分布されることを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to claim 3.
A method for producing a single crystal SiC, which comprises removing the TSD in the recess forming step, and as a result, the TSD is unevenly distributed on the surface of the SiC substrate.
前記凹部形成工程では、可視化した前記TSDに対して、表面のTSD密度が1000個/cm2以下となるように前記TSDを除去することを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to claim 3 or 4.
A method for producing single crystal SiC, which comprises removing the TSD so that the surface TSD density is 1000 pieces / cm 2 or less with respect to the visualized TSD in the recess forming step.
前記TSD可視化工程では、Si蒸気圧下で加熱することによるエッチングを行うことで、前記TSDを可視化することを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to any one of claims 1 to 5.
The TSD visualization step is a method for producing a single crystal SiC, which visualizes the TSD by performing etching by heating under Si vapor pressure.
前記凹部形成工程では、前記TSDが生じている部分にレーザを照射することで前記凹部を形成することを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to any one of claims 1 to 6.
A method for producing single crystal SiC, which comprises forming the recess by irradiating a portion where the TSD is generated with a laser in the recess forming step.
前記レーザのビーム径が1μm以上であることを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to claim 7.
A method for producing single crystal SiC, wherein the beam diameter of the laser is 1 μm or more.
前記凹部形成工程の後であって前記結晶成長工程の前に、前記SiC基板をエッチングすることで前記凹部形成工程で当該SiC基板に生じたダメージを除去するダメージ除去工程を行うことを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to any one of claims 1 to 8.
It is characterized in that a damage removing step of removing damage generated in the SiC substrate in the recess forming step is performed by etching the SiC substrate after the recess forming step and before the crystal growth step. A method for producing single crystal SiC.
前記結晶成長工程では、前記SiC基板と、当該SiC基板よりも自由エネルギーが高く、少なくともCを供給するフィード材と、の間にSi融液が存在する状態で加熱することで、前記SiC基板の表面に前記単結晶SiCを成長させる準安定溶媒エピタキシー法を行うことを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to any one of claims 1 to 9.
In the crystal growth step, the SiC substrate is heated by heating in a state where a Si melt is present between the SiC substrate and a feed material having a higher free energy than the SiC substrate and supplying at least C. A method for producing single crystal SiC, which comprises performing a semi-stable solvent epitaxy method for growing the single crystal SiC on the surface.
前記TSD可視化工程では、Si蒸気圧下で加熱することによるエッチングを行うことで、前記TSDを可視化し、
前記凹部形成工程では、前記TSDが生じている部分にレーザを照射することで前記凹部を形成し、
当該凹部形成工程の後に、Si蒸気圧下で加熱することによるエッチングを行うことで、当該SiC基板に生じたダメージを除去するダメージ除去工程を行い、
前記結晶成長工程では、前記SiC基板と、当該SiC基板よりも自由エネルギーが高く、少なくともCを供給するフィード材と、の間にSi融液が存在する状態で加熱することで、前記SiC基板の表面に前記単結晶SiCを成長させる準安定溶媒エピタキシー法を行うことを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 The method for producing single crystal SiC according to claim 1.
In the TSD visualization step, the TSD is visualized by performing etching by heating under Si steam pressure.
In the recess forming step, the recess is formed by irradiating the portion where the TSD is generated with a laser.
After the recess forming step, a damage removing step of removing damage generated on the SiC substrate is performed by performing etching by heating under Si steam pressure.
In the crystal growth step, the SiC substrate is heated by heating in a state where a Si melt is present between the SiC substrate and a feed material having a higher free energy than the SiC substrate and supplying at least C. A method for producing single crystal SiC, which comprises performing a semi-stable solvent epitaxy method for growing the single crystal SiC on the surface.
前記バルク成長工程では、予め定められた結晶多形に応じた前記種結晶を用いることで、当該予め定められた結晶多形の単結晶SiCを成長させることを特徴とするSiCインゴットの製造方法。 The method for manufacturing a SiC ingot according to claim 12.
A method for producing a SiC ingot, which comprises growing a predetermined polymorphic single crystal SiC by using the seed crystal corresponding to a predetermined polymorph in the bulk in the bulk growth step.
前記凹部形成工程では、前記SiC基板の表面のうち外縁部のTSD密度が当該外縁部以外のTSD密度よりも高くなるように前記凹部を形成し、
前記バルク成長工程では、溶液成長法により結晶成長を行うことを特徴とするSiCインゴットの製造方法。 The method for manufacturing a SiC ingot according to claim 12 or 13.
In the recess forming step, the recess is formed so that the TSD density of the outer edge portion of the surface of the SiC substrate is higher than the TSD density other than the outer edge portion.
A method for producing a SiC ingot, which comprises performing crystal growth by a solution growth method in the bulk growth step.
前記凹部形成工程では、前記SiC基板の表面のうち径方向の中心部のTSD密度が当該中心部以外のTSD密度よりも高くなるように前記凹部を形成し、
前記バルク成長工程では、気相成長法により結晶成長を行うことを特徴とするSiCインゴットの製造方法。 The method for manufacturing a SiC ingot according to claim 12 or 13.
In the recess forming step, the recess is formed so that the TSD density of the radial central portion of the surface of the SiC substrate is higher than the TSD density of the non-central portion.
A method for producing a SiC ingot, which comprises performing crystal growth by a vapor phase growth method in the bulk growth step.
前記凹部形成工程では、前記エピタキシャル層形成工程におけるステップフロー成長の中央に対して上流側のTSD密度が、当該中央に対して下流側のTSD密度よりも高くなるように前記凹部を形成することを特徴とするSiCウエハの製造方法。 The method for manufacturing a SiC wafer according to claim 17.
In the recess forming step, the recess is formed so that the TSD density on the upstream side with respect to the center of the step flow growth in the epitaxial layer forming step is higher than the TSD density on the downstream side with respect to the center. A characteristic method for manufacturing a SiC wafer.
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