JP2019026500A - METHOD FOR MANUFACTURING SINGLE CRYSTAL SiC, METHOD FOR MANUFACTURING SiC INGOT, METHOD FOR MANUFACTURING SiC WAFER, AND SINGLE CRYSTAL SiC - Google Patents
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Abstract
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 (threading screw dislocation) generated in 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 produce a high-quality semiconductor device, a method for producing single-crystal SiC with few defects has been sought. Patent documents 1 to 5 disclose this kind of technology.
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 single-crystal SiC disclosed in Patent Document 1, first, a plurality of convex portions are formed by removing the surface of the SiC substrate in a lattice shape with a laser. Thereafter, crystal growth is performed on the SiC substrate by MSE method (metastable solvent epitaxy method). At this time, since the convex portion including TSD has a higher growth rate in the c-axis direction than the convex portion not including TSD, the height in the c-axis direction is increased. After removing the convex portion having a high height in the c-axis direction with a laser, the MSE method is performed again. Thereby, single crystal SiC grown from a plurality of convex parts is connected, and large area single crystal SiC is manufactured.
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 single-crystal SiC disclosed in 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 the second seed crystal. By forming step bunching on the TSD, the TSD is converted into stacking faults, so that single crystal SiC with less TSD is manufactured.
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 disclosed in Patent Document 3, first, single crystal SiC is formed on a SiC substrate by MSE. Next, a sublimation method is performed to perform crystal growth on the single crystal SiC.
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 Patent Documents 4 and 5, thin single crystal SiC is cut out from single crystal SiC manufactured by crystal growth on a SiC substrate. Then, crystal growth is performed again on the thin plate-like single crystal SiC. By repeating the above processing, single crystal SiC with a small TSD is manufactured.
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 polymorph of the seed crystal when the single crystal is grown as a seed crystal. However, in the methods described in Patent Documents 1 to 5, it is difficult to perform processing such as removing TSD generated at other positions while leaving TSD generated at a predetermined position. For example, in Patent Document 1, TSD formed on portions other than the convex portion is removed at the stage of forming the convex portion.
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 addition, in the method of patent document 1, since it is necessary to perform the MSE method for visualizing TSD, and the MSE method for obtaining single-crystal SiC, a manufacturing process becomes complicated. In the methods of Patent Documents 2 and 3, since two-stage crystal growth is required, the manufacturing process becomes complicated. In the methods of Patent Documents 4 and 5, since it is necessary to perform crystal growth and cutting a plurality of times, the manufacturing process becomes complicated.
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 the main purpose of the present invention is to remove the unnecessary TSD while leaving the TSD remaining in a simple process when the necessary TSD is generated. It is 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 problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof 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。 According to an aspect of the present invention, the following method for producing single crystal SiC is provided. That is, this single crystal SiC manufacturing method performs a process including a TSD visualization step, a recess formation step, and a crystal growth step. In the TSD visualization step, dry etching is performed on the SiC substrate to visualize TSD (through screw dislocation). In the recess forming step, a recess is formed by removing the portion where the TSD visualized in the TSD visualization step is removed and leaving the periphery of the portion where the TSD is generated. In the crystal growth step, crystal growth in the a-axis direction and the c-axis direction is performed on the SiC substrate, thereby connecting single crystal SiC grown from around the recesses on the recesses.
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。 Thereby, since the TSD contained in the SiC substrate can be removed, high-quality single crystal SiC can be manufactured. Further, since the TSD can be visualized without forming a convex portion or the like in advance, unnecessary TSD can be removed while remaining necessary TSD. In addition, when the necessary TSD does not occur, all the TSDs can be removed. Moreover, single crystal SiC can be manufactured by a simple process 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 a 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 TSD is visualized using the MSE method as in Patent Document 1, the portion where the TSD exists grows greatly, so when the TSD is dense, the growing portion overlaps and the TSD cannot be specified accurately. there is a possibility. On the other hand, in the above method, since a small pit of about 1 μm is formed in the portion where the TSD is generated, the TSD can be specified more accurately. Therefore, unnecessary TSD can be removed while remaining necessary 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 portions where the visualized TSD is generated, and only a portion 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。 Thereby, since TSD can be selectively left, crystal polymorphism and the like can be stably controlled when crystal growth is performed 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 single crystal SiC, it is preferable that the TSD is unevenly distributed on the surface of the SiC substrate as a result of the removal of 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。 Thereby, a desired crystal polymorph (for example, 4H—SiC) can 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, it is preferable to remove the TSD so that the TSD density on the surface is 1000 pieces / cm 2 or less with respect to the visualized TSD in the recess forming step.
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。 As a result, a desired crystal polymorph (for example, 4H—SiC) can be easily inherited from the seed crystal in a high quality crystal growth process.
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, in the TSD visualization step, it is preferable to visualize the TSD by performing etching by heating under Si vapor pressure.
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。 Thereby, 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 manufacturing single crystal SiC, it is preferable that in the recess forming step, the recess is formed by irradiating a 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, a recessed part can be accurately formed in a portion where 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 laser beam diameter 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 said recessed part is formed, the distortion area | region near the dislocation core of 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 manufacturing method of the single crystal SiC, after the recess formation step and before the crystal growth step, the SiC substrate is etched to remove damage caused to the SiC substrate in the recess formation step. It is preferable to perform 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。 Thereby, since the damage which arose in the recessed part formation process can be removed, higher quality single crystal SiC can be manufactured.
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 exists between the SiC substrate and a feed material having higher free energy than that of the SiC substrate and supplying at least C. It is preferable to perform a metastable solvent epitaxy method in which the single crystal SiC is grown on the surface of the SiC substrate by heating in a 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。 Accordingly, since the metastable solvent epitaxy method has a high growth rate in the a-axis direction, the upper portion 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, the following is preferable. That is, in the TSD visualization step, the TSD is visualized by performing etching by heating under Si vapor pressure. In the recess forming step, the recess is formed by irradiating a laser beam to a portion where the TSD is generated. After the recess formation step, a damage removal step is performed to remove damage caused to the SiC substrate by performing etching by heating under Si vapor pressure. In the crystal growth step, the SiC substrate is heated in a state in which a Si melt exists between the SiC substrate and a feed material having higher free energy than that of the SiC substrate and supplying at least C. A metastable solvent epitaxy method for growing the single crystal SiC on the surface is performed.
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。 Thereby, single crystal SiC with high purity can be manufactured in a short time. In addition, since the two etchings are both Si vapor pressure etching, 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。 Moreover, according to another viewpoint of this invention, it is preferable to manufacture a SiC ingot using the said single crystal SiC manufactured using the said manufacturing method. For example, when producing an ingot by a solution growth method, it is preferable to form the said recessed part so that the TSD density of an outer edge part may become higher than the TSD density other than the said outer edge part among the surfaces of the said SiC substrate. Moreover, when producing an ingot by a vapor phase growth method, the said recessed part may be formed so that TSD density of the center part of radial direction among the surfaces of the said SiC substrate may become higher than TSD density other than the said center part. 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。 Thereby, a SiC ingot having a high quality and a desired crystal polymorph can be obtained.
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。 Moreover, according to another viewpoint of this invention, it is preferable to manufacture a SiC wafer using the said single crystal SiC manufactured using the said 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. 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。 Thereby, mixing of the heterogeneous crystal polymorph of the upstream side in the said epitaxial layer formation process can be suppressed.
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, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1, the high temperature vacuum furnace 10 used with the manufacturing method of the single crystal SiC of this embodiment, etc. is demonstrated.
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-temperature vacuum furnace 10 includes a main heating chamber 21 and a preheating chamber 22. The main heating chamber 21 can heat a single crystal SiC substrate (hereinafter, SiC substrate 40) having at least a surface made of single crystal SiC to a temperature of 1000 ° C. or higher and 2300 ° C. or lower. The preheating chamber 22 is a space for performing preheating before the SiC substrate 40 is heated in the main heating chamber 21.
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。 A vacuum forming valve 23, an inert gas injection valve 24, and a vacuum gauge 25 are connected to the main heating chamber 21. The vacuum forming valve 23 can adjust the degree of vacuum of the main heating chamber 21. The inert gas injection valve 24 can adjust the pressure of the inert gas in the main heating chamber 21. In the present embodiment, the inert gas is a gas of a group 18 element (rare gas element) such as Ar, for example, a gas that is poor in reactivity with solid SiC, and is a gas excluding nitrogen gas. . The vacuum gauge 25 can measure the degree of vacuum in the main heating chamber 21.
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 heater 26 is provided inside the main heating chamber 21. A heat reflecting metal plate (not shown) is fixed to the side wall and the ceiling of the main heating chamber 21, and this heat reflecting metal plate reflects the heat of the heater 26 toward the center of the main heating chamber 21. It is configured. Thereby, SiC substrate 40 can be heated strongly and evenly, and the temperature can be raised to a temperature of 1000 ° C. or higher and 2300 ° C. or lower. As the heater 26, for example, a resistance heating type heater or a high frequency induction heating type heater can be used.
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。 High-temperature vacuum furnace 10 heats SiC substrate 40 accommodated in crucible (accommodating container) 30. The storage container 30 is mounted on an appropriate support base or the like, and is configured to be movable at least from the preheating chamber to the main heating chamber by moving the support base. The storage container 30 includes an upper container 31 and a lower container 32 that can be fitted to each other. The SiC substrate 40 is supported by a support base 33 placed on the lower container 32 of the storage container 30.
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。 The storage container 30 includes a tantalum layer (Ta) and a tantalum carbide layer (TaC and TaC) in order from the external side to the internal space side in the portion constituting the wall surface (upper surface, side surface, and bottom surface) of the internal space in which the SiC substrate 40 is stored. Ta 2 C) and a tantalum silicide layer (TaSi 2 or Ta 5 Si 3 or the like).
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 container 30 by heating. Further, since the container 30 includes a tantalum layer and a tantalum carbide layer, surrounding C vapor can be taken in. Thereby, the inside space can be made into a high purity Si atmosphere during heating. Instead of providing the tantalum silicide layer, a solid Si source such as Si may be disposed in the internal space. In this case, solid Si sublimates during heating, so that the interior space can be under a high-purity Si vapor pressure.
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 SiC substrate 40, first, as shown by the chain line in FIG. 1, the container 30 is placed in the preheating chamber 22 of the high-temperature vacuum furnace 10 and preliminarily maintained at an appropriate temperature (for example, about 800 ° C.). Heat. Next, the container 30 is moved to the main heating chamber 21 that has been heated to a preset temperature (for example, about 1800 ° C.) in advance. Thereafter, SiC substrate 40 is heated while adjusting the pressure and the like. Note that preheating may be omitted.
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 SiC 41 performed in this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are schematic views showing a manufacturing process of the single crystal SiC 41. FIG.
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 dislocation) are generated in the SiC substrate 40. TSD is a crystal defect in which a crystal displacement direction (Burgers vector) and dislocation lines are parallel. FIG. 4 shows a TSD micrograph and a stress analysis result. The analysis of stress is a result of using EBSD (Electron Backscatter Pattern). According to the result of this stress analysis, the size of TSD (the strain region near the dislocation core) is about 1 μm. The TSD propagates to the single crystal SiC 41 during crystal growth, thereby reducing the quality of the single crystal SiC 41. On the other hand, the crystal polymorphism can be controlled by intentionally leaving a part of the TSD generated in the SiC substrate 40. Therefore, in the present embodiment, a part of the TSD is intentionally left while the remaining TSD is removed (TSD is selectively removed). This will be specifically described below. Moreover, in the following description, when the TSD generated in the SiC substrate 40 is described, the reference numeral 51 is given and described.
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 SiC substrate 40 used in the present embodiment is an on substrate that does not have an off angle, but may have an off angle. The crystal polymorph of the SiC substrate 40 is 4H—SiC, but other crystal polymorphs (6H—SiC, 3C—SiC, etc.) may be used. The main surface (surface to be processed) of SiC substrate 40 is the Si surface (0001) surface, but may be the C surface (000-1) surface. Further, the SiC substrate 40 has no projections or the like and has a flat surface.
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 process is performed on the SiC substrate 40. The TSD 51 generated on the SiC substrate 40 cannot be detected (or is difficult) even when the surface is observed with a microscope or the like. The TSD visualization process is a process of changing the TSD 51 generated on the SiC substrate 40 to an observable state. Note that the TSD visualization step includes a step of facilitating observation by emphasizing the TSD 51 that is difficult to observe but not impossible. In this embodiment, Si vapor pressure etching is performed on the SiC substrate 40, but other dry etching (for example, hydrogen etching) may be performed. By performing dry etching on the SiC substrate 40, as shown in FIG. 2B, pits 52 are generated at the portions where the TSD 51 is generated. Pit 52 is a slight depression formed on the surface of SiC substrate 40. Thereby, the location where TSD51 has occurred can be visualized.
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, the Si vapor pressure etching will be described in detail. In the Si vapor pressure etching, the SiC substrate 40 is housed in the housing container 30, and the Si source described above is present in the housing container 30 (and in a state where elements other than Si and inert gas are not actively supplied). Heating is performed using the high-temperature vacuum furnace 10 in a temperature range of 1500 ° C. to 2200 ° C., preferably 1600 ° C. to 2000 ° C. Thereby, the inside of container 30 is under high-purity Si vapor pressure, and SiC substrate 40 is heated in this state. Thereby, the surface of the outer peripheral surface of SiC substrate 40 is etched and the surface is flattened. In this Si vapor pressure etching, the following reaction is performed. Briefly, when the SiC substrate 40 is heated under Si vapor pressure, the SiC of the SiC substrate 40 is sublimated as Si 2 C or SiC 2 due to thermal decomposition and chemical reaction with Si, and the Si atmosphere. The lower Si is bonded to C on the surface of the outer peripheral surface of the SiC substrate 40 to cause self-organization and flattening.
(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 not mechanical machining but thermochemical etching, it does not cause machining damage. Rather, it is possible to remove, for example, processing damage (for example, processing damage generated at the time of cutting and polishing) generated when the SiC substrate 40 is manufactured. That is, in the TSD visualization process of the present embodiment, not only the TSD 51 is visualized, but also processing damage generated on the SiC substrate 40 can be removed at the same time. In the TSD visualization step, the etching rate by Si vapor pressure etching is preferably 1 μm / min or more, for example, and may be less than 1 μm / min except in the TSD visualization step.
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 process is performed on the SiC substrate 40. The recess forming process is a process of forming the recess 53 by removing the portion where the TSD 51 visualized in the TSD visualization step is generated and leaving the periphery of the portion where the TSD 51 is generated. In this embodiment, the portion where the TSD 51 is generated is removed by laser irradiation. As a matter of course, the laser beam is not irradiated to the portion where the TSD 51 is not generated. Thereby, as shown in FIG.2 (c), the recessed part 53 can be formed in the part in which TSD51 has arisen.
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 recess 53 has a larger length in the radial direction (horizontal direction, a-axis direction, direction perpendicular to the c-axis, the same applies hereinafter) and a depth direction (substrate thickness direction, c-axis direction) than the pit 52. Is a long part. In FIG. 2C, the recess 53 is a non-through hole having a circular cross section and a constant diameter, but the shape thereof may be different from that of the present embodiment. For example, the cross section may be trapezoidal (conical truncated concavity), that is, the shape in which the length in the radial direction becomes shorter as it proceeds in the depth direction. In addition, damage is caused in the vicinity of the recess 53 by irradiating the laser.
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 TSD 51 generated on the SiC substrate 40 is intentionally left. The control of crystal polymorphism is related to the distribution of TSD51. Therefore, in this embodiment, laser is irradiated to some TSDs 51 among the plurality of TSDs 51 visualized in the TSD visualization process. That is, the plurality of TSDs 51 visualized in the TSD visualization process are classified into the removal target TSD 51 and the remaining target TSD 51.
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 this embodiment, the concave portion 53 is formed using a laser, but other methods can be used as long as the concave portion 53 can be formed. For example, a mask in which an opening is formed only in a portion where the TSD 51 to be removed is placed on the surface of the SiC substrate 40, and etching (dry etching such as hydrogen etching or wet etching such as KOH etching) is performed. Do. Thereby, the recessed part 53 can be formed in the part in which TSD51 of the removal object has arisen.
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 process is performed on the SiC substrate 40. The damage removing step is a step of removing damage generated in the vicinity of the concave portion 53 in the concave portion forming step. In this embodiment, the damage removing step is performed by the above-described Si vapor pressure etching. By performing Si vapor pressure etching, the damage of the recess 53 is removed. In addition, the recess 53 has a trapezoidal cross section (ie, a truncated conical recess), that is, a shape in which the length in the radial direction becomes shorter as the depth advances. Further, the shape of the recess 53 after removing the damage may be different from that of the present embodiment.
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 using Si vapor pressure etching, but the damage of the recess 53 may be removed by other methods (for example, dry etching such as hydrogen etching). Further, in this embodiment, not only the recess 53 but the entire surface of the SiC substrate 40 is removed, but a configuration in which etching (removal of damage) is performed only around the recess 53 may be employed.
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 process is performed on the SiC substrate 40. The crystal growth process is performed from the periphery of the recess 53 by performing crystal growth in the a-axis direction (horizontal direction, direction perpendicular to the substrate thickness direction) and c-axis direction (substrate thickness direction) with respect to the SiC substrate 40. The single crystal SiC 41 thus formed is connected on the recess 53. In the present embodiment, single crystal SiC (epitaxial layer) is grown using MSE method (metastable solvent epitaxy method) which is one of the solution growth methods.
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 diagram showing a crystal growth process by the MSE method. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the SiC substrate 40 is stored in the storage container 30. In addition to the SiC substrate 40, an Si plate 61 and a feed material 62 are disposed inside the storage container 30. These are supported by a support base 33.
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 substrate 40 is used as a substrate (seed side) for liquid phase epitaxial growth. An Si plate 61 is disposed on one side (upper side) of the SiC substrate 40. The Si plate 61 is a plate-shaped member made of Si. Since the melting point of Si is about 1400 ° C., the Si plate 61 is melted by heating in the high-temperature vacuum furnace 10 described above. A feed material 62 is disposed on one side (upper side) of the Si plate 61. The feed material 62 is made of, for example, polycrystalline 3C—SiC and has a higher free energy than the SiC substrate 40.
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 SiC substrate 40, the Si plate 61, and the feed material 62 are arranged and heated as described above, the Si plate 61 disposed between the SiC substrate 40 and the feed material 62 is melted, and the silicon melt causes the carbon to melt. Acts as a solvent for transfer. In addition, it is preferable that heating temperature is 1500 degreeC or more and 2300 degrees C or less, for example. Due to this heating, a concentration gradient is generated in the Si melt based on the difference in free energy between the SiC substrate 40 and the feed material 62, and this concentration gradient serves as a driving force to transfer Si from the feed material 62 to the Si melt. C elutes. C taken into the Si melt is combined with Si in the Si melt, and is deposited on the SiC substrate 40 as single crystal SiC. As described above, single crystal SiC 41 can be grown on the surface of SiC substrate 40. In the MSE method, crystal growth can be performed even when the off-angle is not formed in the SiC substrate 40.
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 performed in the a-axis direction and the c-axis direction. Therefore, as shown in FIG. 3E, the single crystal SiC 41 is formed on the SiC substrate 40 (specifically, the portion excluding the concave portion 53) by performing crystal growth by performing the MSE method on the SiC substrate 40 in which the concave portion 53 is formed. Precipitate. By growing this single crystal SiC 41 in the a-axis direction, the single crystal SiC 41 grows so as to close the upper portion of the recess 53 as shown in FIG. Thereafter, by further growing single crystal SiC 41, the upper portion of the recess 53 is completely blocked.
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 feed material 62 becomes long at the bottom of the recess 53, the growth rate is slow or the crystal does not grow. Therefore, TSD 51 at the bottom of recess 53 does not propagate to single crystal SiC 41. On the other hand, since only a few pits 52 are formed on the remaining target TSD 51, single crystal SiC 41 grows. As described above, of the TSD 51 formed (visualized) on the SiC substrate 40, the TSD 51 to be removed cannot be propagated to the single crystal SiC 41, and the remaining TSD 51 can be propagated to the single crystal SiC 41. . Thereby, single crystal SiC 41 in which TSD 51 is formed at a desired position can be manufactured. By producing by the method of this embodiment, the TSD density of the surface of the single crystal SiC 41 becomes, for example, 0 piece / cm 2 or more and 1000 pieces / cm 2 or less.
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 process is performed using the MSE method, but other methods (for example, a vapor phase growth method such as a CVD method, a solution growth in which C or the like in a solution is moved by providing a temperature gradient). Or the like) may be used. When the CVD method is used, it is necessary to form an off angle in the SiC substrate 40.
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 single crystal SiC 41 produced as described above will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a process of creating a SiC wafer 73 from the SiC seed crystal 71 via the SiC ingot 72. In the following description, an SiC seed crystal made of single crystal SiC 41 manufactured as described above will be described with reference numeral 71.
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 process on the SiC seed crystal 71, a SiC ingot 72 can be produced as shown in FIG. The bulk growth process is performed, for example, by a solution growth method such as MSE method, or a vapor phase growth method such as sublimation method or HTCVD. As described above, the SiC seed crystal 71 is of high quality because the TSD 51 to be removed is removed. Furthermore, since the target TSD 51 is intentionally left, a predetermined crystal polymorph (eg, 4H—SiC) can be grown regardless of the crystal growth method and various conditions (eg, overheating temperature). .
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。 In addition, as shown in FIG. 6, a plurality of SiC wafers 73 are manufactured by performing a wafer manufacturing process on this SiC ingot 72. In the wafer manufacturing process, a plurality of SiC wafers 73 are manufactured by cutting the SiC ingot 72 at a predetermined interval by a cutting means such as a diamond wire. In addition, the SiC wafer 73 can also be produced from the SiC ingot 72 by another method. For example, after a damaged layer is provided on the SiC ingot 72 by laser irradiation or the like, it can be formed into a wafer shape and taken out as the SiC wafer 73.
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 SiC seed crystal 71 and the SiC ingot 72, the SiC wafer 73 manufactured in this way has a low TSD density on the surface and is composed of a predetermined crystal polymorph. The SiC wafer 73 is subjected to an epitaxial layer forming step for forming an epitaxial layer made of single crystal SiC. Thereby, SiC wafer 73 having epitaxial layer 74 is manufactured. This SiC wafer 73 is used for manufacturing a semiconductor device.
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 single crystal SiC 41 is used as the SiC seed crystal 71 for producing the SiC ingot 72 or the like, but instead, without producing the SiC ingot 72 from the SiC substrate 40 with the single crystal SiC 41, It can also be used as a SiC wafer 73.
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 conducted to confirm the relationship between the beam diameter of the laser irradiated in the recess forming step and the TSD propagation rate will be described. The laser beam diameter is a beam diameter set in the laser processing machine, and the diameter of the recess 53 is larger than that. In this experiment, a Keyence laser device (MD-T1000) was used. The laser medium was Nd: YVO 4 and the laser wavelength was 532 nm.
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 SiC substrate 40 was divided into three regions, and the TSD 51 was removed by irradiating each region with laser beams having different beam diameters (40 μm, 60 μm, and 100 μm). In this experiment, all of the visualized TSD 51 was irradiated with a laser. Thereafter, the SiC substrate 40 was crystal-grown by the MSE method.
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。 FIGS. 8 to 10 show that the TSD 51 does not propagate and the TSD 51 propagates when crystal growth is performed after removing the TSD 51 using a laser having a beam diameter of 40 μm, 60 μm, and 100 μm, respectively. It is a figure which shows distribution of a location. In FIG. 8 to FIG. 10, a region where TSD 51 is prevented from propagating by irradiating TSD 51 with a laser to form a recess 53 is indicated by a black circle (nothing), and TSD 51 is propagated even when irradiated with laser. Is represented by a gray circle (TSD). As shown in FIGS. 8 to 10, it was confirmed that the propagation of most of the TSD 51 can be prevented by irradiating the laser to form the concave portion 53.
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。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the laser beam diameter used in the recess forming step and the TSD propagation rate. The TSD propagation rate is (number of TSD 51 propagated) / (number of TSD 51 irradiated with laser). As shown in the graph of FIG. 7, in the range of the beam diameter from 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 TSD 51 can be removed is 75% to 85% (about 80%). In this experiment, a laser apparatus having a beam diameter of 40 μm or more and 100 μm or less was used. However, since the size of the TSD 51 is about 1 μm as described above, the beam diameter may be 1 μm or more. Further, although the upper limit of the beam diameter is not particularly defined, it takes time to close the recess 53 as the beam diameter increases, and therefore, for example, it is preferably 40 μm or less or 100 μm or less.
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 TSD 51 will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 11 is a schematic diagram showing the distribution of the TSD 51 to be removed and the remaining TSD 51 to be removed from the SiC substrate 40 for producing the SiC ingot 72. FIG. 12 is a schematic diagram showing the distribution of the TSD to be removed and the TSD to be left for producing the SiC wafer 73.
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 present embodiment described above, in order to control the crystal polymorphism of the single crystal SiC 41 generated when the crystal growth is performed (in order to grow a desired crystal polymorph), a part of the TSD 51 is left unintentionally, The TSD 51 remains only in a necessary portion (as a result, the distribution of the TSD 51 becomes non-uniform). Since the selection of the TSD 51 to be removed and the TSD 51 to remain is not uniformly determined according to the desired crystal polymorph 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 diagram showing the TSD distribution of the SiC substrate 40 (SiC seed crystal 71) for producing the SiC ingot 72 by the solution growth method. When performing the solution growth method, two-dimensional nucleation is first performed on the outer edge portion of the SiC substrate 40, and then crystals are grown by performing step flow growth toward the center in the radial direction. Therefore, when the SiC substrate 40 is 4H—SiC, the TSD 51 remains on the outer edge portion, so that this crystal polymorph can be taken over by the SiC ingot 72. Therefore, in the SiC substrate 40 for producing the SiC ingot 72 by the solution growth method, the recess 53 is formed so that the TSD density of the outer edge portion of the surface of the SiC substrate 40 is higher than the TSD density other than the outer edge portion. Preferably, when the TSD distribution is uniform, the concave portion 53 is formed so that the removal rate of the TSD 51 at the outer edge portion is lower than the removal rate of the TSD 51 other than the outer edge portion. Moreover, it is preferable to prescribe | regulate that an outer edge part is less than 10 mm from the outer peripheral surface (L1 = 10 mm of Fig.11 (a)), when the SiC substrate 40 is seen in the thickness direction (c-axis direction), for example, More preferably, it is defined as within 5 mm from the outer peripheral surface.
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 diagram showing a TSD distribution of the SiC substrate 40 (SiC seed crystal 71) for producing the SiC ingot 72 by the vapor phase growth method. When performing the vapor phase growth method, two-dimensional nucleation is first performed at the center of the SiC substrate 40, and then crystals are grown by performing step flow growth outward in the radial direction. Therefore, when the SiC substrate 40 is 4H—SiC, the TSD 51 remains in the central portion in the radial direction, so that this crystal polymorph can be taken over by the SiC ingot 72. Therefore, in the SiC substrate 40 for producing the SiC ingot 72 by the vapor phase growth method, the concave portion 53 is formed such that the TSD density in the central portion of the surface of the SiC substrate 40 is higher than the TSD density other than the central portion. (When the TSD distribution is uniform, the recess 53 is formed so that the removal rate of the TSD 51 at the center is lower than the removal rate of the TSD 51 other than the center). In addition, it is more preferable to form the recesses 53 so that the TSD density increases as it approaches the radial center. The central portion is preferably defined as a region within 40% of the diameter from the radial center when the SiC substrate 40 is viewed in the thickness direction (c-axis direction), for example.
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 diagram showing the TSD distribution of the SiC substrate 40 (or the SiC wafer 73 created via the SiC ingot 72) for forming the epitaxial layer 74 by step flow growth by CVD or the like. In the case of performing step flow growth by CVD or the like, as shown in FIG. 12B, the growth is performed so as to take over the crystalline polymorph on the upstream side of the step flow growth. Therefore, when the SiC substrate 40 is 4H—SiC, the TSD 51 remains on the upstream side of the step flow growth (upstream side from the center of the step flow growth direction, the same applies hereinafter). Layer 74 can be taken over. Accordingly, in the SiC substrate 40 for growing the epitaxial layer 74 by step flow growth by CVD or the like, the concave portion is formed such that the TSD density on the upstream side of the step flow growth of the SiC substrate 40 is higher than the TSD density on the downstream side. 53 (when the TSD distribution is uniform, the concave portion 53 is formed so that the removal rate of the upstream TSD 51 is lower than the removal rate of the downstream TSD 51).
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 manufacturing single-crystal SiC 41 of the present embodiment performs processing including the TSD visualization process, the recess formation process, and the crystal growth process. In the TSD visualization step, dry etching is performed on the SiC substrate 40 to visualize the TSD 51 (through screw dislocation). In the recess forming step, the recess 53 is formed by removing the portion where the TSD 51 visualized in the TSD visualization step is generated and leaving the periphery of the portion where the TSD 51 is generated. In the crystal growth step, single crystal SiC 41 grown from the periphery of the recess 53 is connected on the recess 53 by performing crystal growth in the a-axis direction and the c-axis direction on the SiC substrate 40.
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。 Thereby, since TSD51 contained in SiC substrate 40 can be removed, high quality single crystal SiC41 can be manufactured. Moreover, since TSD51 can be visualized without forming a convex part etc. beforehand, unnecessary TSD51 can be removed, leaving required TSD51. If the necessary TSD 51 is not generated, all the TSD 51 can be removed.
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 manufacturing single-crystal SiC 41 of the present embodiment, in the TSD visualization process, pits 52 are formed at portions where TSD 51 is generated.
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 TSD 51 is visualized by using the MSE method as in Patent Document 1, the portion where the TSD 51 exists grows greatly. Therefore, when the TSD 51 is densely packed, the growing portions overlap and the TSD 51 cannot be accurately identified. there is a possibility. On the other hand, in the above method, since a small pit of about 1 μm is formed in the portion where the TSD 51 is generated, the TSD 51 can be specified more accurately. Therefore, the unnecessary TSD 51 is left while the necessary TSD 51 is left. Can be removed.
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。 Moreover, in the manufacturing method of the single crystal SiC 41 of the present embodiment, there are a plurality of portions where the visualized TSD 51 is generated in the recess forming step, and only a portion 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。 Thereby, since TSD 51 can be selectively left, crystal polymorphism and the like can be stably controlled when crystal growth is performed using the 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 manufacturing single-crystal SiC 41 of the present embodiment, it is preferable that TSD 51 is unevenly distributed on the surface of SiC substrate 40 as a result of removing TSD 51 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。 Thereby, a desired crystal polymorph (for example, 4H—SiC) can 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 single crystal SiC 41 of the present embodiment, in the recess forming step, the TSD 51 is formed such that the TSD 51 density on the surface is 0 piece / cm 2 or more and 1000 pieces / cm 2 or less with respect to the visualized TSD 51. 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。 As a result, a desired crystal polymorph (for example, 4H—SiC) can be easily inherited from the seed crystal in a high quality crystal growth process.
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。 Moreover, in the manufacturing method of the single crystal SiC 41 of this embodiment, in the TSD visualization step, the TSD 51 is visualized by performing 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。 Thereby, the surface of SiC substrate 40 can be flattened with high accuracy and TSD 51 can be visualized.
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 manufacturing single crystal SiC 41 of the present embodiment, in the recess forming step, the recess 53 is formed by irradiating the portion where the TSD 51 is generated with laser.
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 recessed part 53 can be correctly formed in the part in which TSD51 has arisen with the simple and highly accurate method.
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 manufacturing single crystal SiC 41 of the present embodiment, the laser beam diameter 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。 Thereby, when the recessed part 53 is formed, the distortion area | region near the dislocation core of TSD51 can be removed.
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 manufacturing method of the single crystal SiC 41 of the present embodiment, the damage caused to the SiC substrate 40 in the recess formation step by etching the SiC substrate 40 after the recess formation step and before the crystal growth step. A damage removing process is performed to remove.
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。 Thereby, since the damage which arose in the recessed part formation process can be removed, higher quality single crystal SiC41 can be manufactured.
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 of manufacturing the single crystal SiC 41 of the present embodiment, in the crystal growth process, the Si substrate 40 and the feed material 62 having higher free energy than that of the SiC substrate 40 and supplying at least C are Si. The MSE method for growing single crystal SiC 41 on the surface of the SiC substrate 40 is performed by heating in the presence of the melt.
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。 Thereby, since the growth rate in the a-axis direction is high in the MSE method, the upper portion of the recess 53 can be closed with the single crystal SiC 41 in a short time.
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。 Moreover, in the manufacturing method of the single crystal SiC 41 of the present embodiment, in the TSD visualization step, the TSD 51 is visualized by performing etching by heating under Si vapor pressure. In the recess forming step, the recess 53 is formed by irradiating the laser beam to the portion where the TSD 51 is generated. After the recess forming step, a damage removing step for removing damage caused to the SiC substrate 40 is performed by performing etching by heating under Si vapor pressure. In the crystal growth step, the SiC substrate 40 is heated in a state where the Si melt is present between the SiC substrate 40 and a feed material having higher free energy than that of the SiC substrate 40 and supplying at least C. A metastable solvent epitaxy method for growing single-crystal SiC41 on the surface is performed.
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。 Thereby, single crystal SiC41 with high purity can be manufactured in a short time. In addition, since the two etchings are both Si vapor pressure etching, 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。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the above configuration can be modified 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 process described with reference to FIGS. 2 and 3 is an example, 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 and pressure conditions described above are examples and can be changed as appropriate. Further, a heating device other than the above-described 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 container 30 is used. You may do it.
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-temperature vacuum furnace 40 SiC substrate 41 Single crystal SiC
51 TSD
52 Pits 53 Recesses 71 SiC seed crystal 72 SiC ingot 73 SiC wafer
Claims (20)
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 for performing dry etching on a SiC substrate to visualize TSD (through screw dislocation);
A recess forming step of forming a recess by leaving the periphery of the portion where the TSD is generated while removing the portion where the TSD is visualized in the TSD visualization step;
A crystal growth step of connecting single crystal SiC grown from the periphery of the recess on the recess by performing crystal growth in the a-axis direction and the c-axis direction on the SiC substrate;
A process for producing single-crystal SiC, comprising:
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。 A method for producing the single crystal SiC according to claim 1,
In the TSD visualization step, pits are formed in a portion where the TSD is generated, and a method for producing single crystal SiC.
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。 A method for producing single-crystal SiC according to claim 1 or 2,
In the recess forming step, there are a plurality of portions where the visualized TSD occurs, and only a part thereof is removed.
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。 A method for producing single-crystal SiC according to claim 3,
In the recess forming step, as a result of removing the TSD, 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。 A method for producing single-crystal SiC according to claim 3 or 4,
In the recess forming step, the TSD is removed so that the TSD density on the surface is 1000 pieces / cm 2 or less with respect to the visualized TSD.
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。 A method for producing single-crystal SiC according to any one of claims 1 to 5,
In the TSD visualization step, the TSD is visualized 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。 A method for producing single-crystal SiC according to any one of claims 1 to 6,
In the concave portion forming step, the concave portion is formed by irradiating a laser to a portion where the TSD is generated.
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。 A method for producing single-crystal SiC according to claim 7,
A method for producing single crystal SiC, wherein a 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。 A method for producing single-crystal SiC according to any one of claims 1 to 8,
A damage removing step is performed after the recess forming step and before the crystal growth step, by etching the SiC substrate to remove damage caused to the SiC substrate in the recess forming 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。 A 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 in a state in which a Si melt exists between the SiC substrate and a feed material having higher free energy than that of the SiC substrate and supplying at least C. A method for producing single crystal SiC, comprising performing a metastable solvent epitaxy method for growing the single crystal SiC on a 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。 A method for producing the single crystal SiC according to claim 1,
In the TSD visualization step, the TSD is visualized by performing etching by heating under Si vapor pressure,
In the recess forming step, the recess is formed by irradiating a laser on a portion where the TSD occurs,
After the recess formation step, by performing etching by heating under Si vapor pressure, a damage removal step is performed to remove damage caused to the SiC substrate,
In the crystal growth step, the SiC substrate is heated in a state in which a Si melt exists between the SiC substrate and a feed material having higher free energy than that of the SiC substrate and supplying at least C. A method for producing single crystal SiC, comprising performing a metastable solvent epitaxy method for growing the single crystal SiC on a 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。 A method for producing a SiC ingot according to claim 12,
In the bulk growth step, the single crystal SiC of the predetermined crystal polymorph is grown by using the seed crystal corresponding to the predetermined crystal polymorph, and the SiC ingot manufacturing method,
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。 A method for producing 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,
In the bulk growth step, crystal growth is performed by a solution growth method.
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。 A method for producing a SiC ingot according to claim 12 or 13,
In the recess forming step, the recess is formed so that the TSD density in the center portion in the radial direction of the surface of the SiC substrate is higher than the TSD density other than the center portion.
In the bulk growth process, a crystal growth is performed by a vapor phase growth method.
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。 It is a manufacturing method of the SiC wafer according to claim 17,
In the recess forming step, the recess is formed such 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 method for producing a SiC wafer.
予め定められた結晶多形に応じたＴＳＤ分布を有していることにより、当該予め定められた結晶多形の単結晶ＳｉＣを成長させることが可能であることを特徴とする単結晶ＳｉＣ。 The surface TSD density is 1000 pieces / cm 2 or less,
A single crystal SiC characterized by having a TSD distribution corresponding to a predetermined crystal polymorph so that the single crystal SiC of the predetermined crystal polymorph can be grown.
オフ角を有し、結晶成長の際の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密度よりも大きいことを特徴とする単結晶ＳｉＣ。 The single crystal SiC according to claim 19,
A single-crystal SiC having an off-angle and having a TSD density on the upstream side with respect to the center of the step flow growth during crystal growth, which is larger than the TSD density on the downstream side with respect to the center.
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