特開 2025-34956 ＳｉＣ単結晶ブール、ＳｉＣ単結晶ブールの製造方法及びＳｉＣ基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025034956

(43)【公開日】2025-03-13

(54)【発明の名称】ＳｉＣ単結晶ブール、ＳｉＣ単結晶ブールの製造方法及びＳｉＣ基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20250306BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023141660

(22)【出願日】2023-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】株式会社レゾナック

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(72)【発明者】

【氏名】田島 充稀

(72)【発明者】

【氏名】周防 裕政

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077AB09

4G077BE08

4G077DA02

4G077DA03

4G077FG13

(57)【要約】

【課題】効率的に多くのＳｉＣ基板を取得することができるＳｉＣ単結晶ブールを提供することを目的とする。
【解決手段】本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶ブールは、結晶成長方向と直交する切断面において、前記切断面が内包する最大の内接円の中心を通り前記切断面の第１外周点と第２外周点とを繋ぐ線分の長さが２１１ｍｍ以上２２１ｍｍ以下である部分を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

結晶成長方向と直交する切断面において、前記切断面が内包する最大の内接円の中心を通り前記切断面の第１外周点と第２外周点とを繋ぐ線分の長さが２１１ｍｍ以上２２１ｍｍ以下である部分を含む、ＳｉＣ単結晶ブール。

【請求項2】

前記線分の長さが２１４ｍｍ以上２１８ｍｍ以下である、請求項１に記載のＳｉＣ単結晶ブール。

【請求項3】

結晶成長方向と直交する切断面において、前記切断面が内包する最大の内接円の中心を通り前記切断面の第１外周点と第２外周点とを繋ぐ線分の長さが２３６ｍｍ以上２４８ｍｍ以下である部分を含む、ＳｉＣ単結晶ブール。

【請求項4】

前記線分の長さが２４０ｍｍ以上２４４ｍｍ以下である、請求項３に記載のＳｉＣ単結晶ブール。

【請求項5】

結晶成長方向と直交する切断面において、前記切断面が内包する最大の内接円の中心を通り前記切断面の第１外周点と第２外周点とを繋ぐ線分の長さが３１９ｍｍ以上３２９ｍｍ以下である部分を含む、ＳｉＣ単結晶ブール。

【請求項6】

前記線分の長さが３２２ｍｍ以上３２６ｍｍ以下である、請求項５に記載のＳｉＣ単結晶ブール。

【請求項7】

結晶成長方向と直交する切断面において、前記切断面が内包する最大の内接円の中心を通り前記切断面の第１外周点と第２外周点とを繋ぐ線分の長さが３５７ｍｍ以上３６８ｍｍ以下である部分を含む、ＳｉＣ単結晶ブール。

【請求項8】

前記線分の長さが３６１ｍｍ以上３６５ｍｍ以下である、請求項７に記載のＳｉＣ単結晶ブール。

【請求項9】

昇華法を用いて種結晶の第１面にＳｉＣ単結晶を結晶成長させる結晶成長工程を有し、
前記結晶成長工程において、前記種結晶を回転させながら、前記種結晶の前記第１面と対向する第２面にレーザーを照射し、
前記レーザーの照射位置の温度を、前記種結晶の径方向の中心の温度に対して±５℃以内となるように制御する、ＳｉＣ単結晶ブールの製造方法。

【請求項10】

請求項１～８のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶ブールの中心に開口を形成する工程と、
前記開口から径方向の外側に向かって前記ＳｉＣ単結晶ブールを切断し、前記ＳｉＣ単結晶ブールを複数のパーツに分割する工程と、
前記複数のパーツのそれぞれをＳｉＣインゴットに加工し、前記ＳｉＣインゴットをスライスする工程と、を有する、ＳｉＣ基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳｉＣ単結晶ブール、ＳｉＣ単結晶ブールの製造方法及びＳｉＣ基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。そのため炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。

【0003】

ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＣエピタキシャル層を積層することで得られる。以下、ＳｉＣエピタキシャル層を積層前の基板をＳｉＣ基板と称し、ＳｉＣエピタキシャル層を積層後の基板をＳｉＣエピタキシャルウェハと称する。パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等のＳｉＣデバイスは、ＳｉＣエピタキシャルウェハのＳｉＣエピタキシャル層にデバイスを形成後に、ＳｉＣエピタキシャルウェハをチップ化して得られる。

【0004】

ＳｉＣ基板は、ＳｉＣインゴットをスライスして得られる。ＳｉＣインゴットは、円筒状に加工された単結晶であり、ＳｉＣ単結晶ブールを加工して得られる。生産効率を高めるためには、一つのＳｉＣ単結晶ブールから多くのＳｉＣ基板を取得することが求められている。

【0005】

例えば、特許文献１には、大口径のシリコン単結晶インゴットを作製し、このシリコン単結晶インゴットを分割することで、一度に多くのＳｉウェハを作製する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２－７５９２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＳｉＣ単結晶は、ＳｉとＣの元素が結合しており、Ｓｉ元素のみからなるＳｉ単結晶より、製造が難しい。特許文献１に記載のように、大口径の単結晶を径方向に分割する方法は有用ではあるが、ＳｉＣの場合、大口径のＳｉＣ単結晶ブールを作製することがそもそも極めて難しい。大口径のＳｉＣ単結晶ブールを作製しようとすると、ＳｉＣ単結晶ブール内に生じる応力が大きくなり、ＳｉＣ単結晶ブールが割れてしまう。

【0008】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、効率的に多くのＳｉＣ基板を取得することができるＳｉＣ単結晶ブールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、大口径のＳｉＣ単結晶ブールを作製する方法を見出し、同一面内から複数枚のＳｉＣ基板を取得するのに適したＳｉＣ単結晶ブールの大きさを求めた。

【0010】

（１）第１の態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールは、結晶成長方向と直交する切断面において、前記切断面が内包する最大の内接円の中心を通り前記切断面の第１外周点と第２外周点とを繋ぐ線分の長さが２１１ｍｍ以上２２１ｍｍ以下である部分を含む。

【0011】

（２）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールにおいて、前記線分の長さが２１４ｍｍ以上２１８ｍｍ以下でもよい。

【0012】

（３）第２の態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールは、結晶成長方向と直交する切断面において、前記切断面が内包する最大の内接円の中心を通り前記切断面の第１外周点と第２外周点とを繋ぐ線分の長さが２３６ｍｍ以上２４８ｍｍ以下である部分を含む。

【0013】

（４）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールにおいて、前記線分の長さが２４０ｍｍ以上２４４ｍｍ以下でもよい。

【0014】

（５）第３の態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールは、結晶成長方向と直交する切断面において、前記切断面が内包する最大の内接円の中心を通り前記切断面の第１外周点と第２外周点とを繋ぐ線分の長さが３１９ｍｍ以上３２９ｍｍ以下である部分を含む。

【0015】

（６）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールにおいて、前記線分の長さが３２２ｍｍ以上３２６ｍｍ以下でもよい。

【0016】

（７）第４の態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールは、結晶成長方向と直交する切断面において、前記切断面が内包する最大の内接円の中心を通り前記切断面の第１外周点と第２外周点とを繋ぐ線分の長さが３５７ｍｍ以上３６８ｍｍ以下である部分を含む。

【0017】

（８）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールにおいて、前記線分の長さが３６１ｍｍ以上３６５ｍｍ以下でもよい。

【0018】

（９）第５の態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールの製造方法は、昇華法を用いて種結晶の第１面にＳｉＣ単結晶を結晶成長させる結晶成長工程を有し、前記結晶成長工程において、前記種結晶を回転させながら、前記種結晶の前記第１面と対向する第２面にレーザーを照射し、前記レーザーの照射位置の温度を、前記種結晶の径方向の中心の温度に対して±５℃以内となるように制御する。

【0019】

（１０）第６の態様にかかるＳｉＣ基板の製造方法は、上記態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールの中心に開口を形成する工程と、前記開口から径方向の外側に向かって前記ＳｉＣ単結晶ブールを切断し、前記ＳｉＣ単結晶ブールを複数のパーツに分割する工程と、前記複数のパーツのそれぞれをＳｉＣインゴットに加工し、前記ＳｉＣインゴットをスライスする工程と、を有する。

【発明の効果】

【0020】

上記態様にかかるＳｉＣ単結晶ブールは、効率的に多くのＳｉＣ基板を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１実施形態に係るＳｉＣ単結晶ブールの断面図である。

【図2】第１実施形態に係るＳｉＣ単結晶ブールをＺ方向と直交するＸＹ面で切断した断面図である。

【図3】第１実施形態に係るＳｉＣ単結晶ブールから複数のＳｉＣインゴットを取得する場合の第１例のＸＹ切断面である。

【図4】第１実施形態に係るＳｉＣ単結晶ブールから複数のＳｉＣインゴットを取得する場合の第２例のＸＹ切断面である。

【図5】第１実施形態に係るＳｉＣ単結晶ブールの製造方法を説明するための図である。

【図6】第１実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法を説明するための図である。

【図7】第１実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法を説明するための図である。

【図8】第１実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法を説明するための図である。

【図9】第１実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶ブール及びＳｉＣ基板について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本実施形態の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0023】

まず方向について、定義する。ＳｉＣ単結晶ブールの結晶成長の主方向をＺ方向と称する。種結晶の厚み方向は、Ｚ方向の一例である。またＳｉＣ単結晶ブールの径方向の一方向をＸ方向と称する。またＳｉＣ単結晶ブールの径方向の一方向で、Ｘ方向と直交する方向をＹ方向と称する。Ｘ方向及びＹ方向は、Ｚ方向と直交する。

【0024】

図１は、本実施形態に係るＳｉＣ単結晶ブール１０の断面図である。ＳｉＣ単結晶ブール１０は、種結晶１と結晶成長部２とを備える。種結晶１は、ＳｉＣ単結晶ブール１０の結晶成長の起点となるＳｉＣ単結晶である。結晶成長部２は、種結晶１上に結晶成長したＳｉＣ単結晶である。

【0025】

ＳｉＣ単結晶ブール１０は、ｐ型半導体でも、ｎ型半導体でも、真性半導体でもよい。ＳｉＣ単結晶ブール１０は、半絶縁性でもよい。ＳｉＣ単結晶ブール１０のポリタイプは、特に問わず、４Ｈ、６Ｈ、３Ｃ、１５Ｒのいずれでもよく、複数のポリタイプを有してもよい。ＳｉＣ単結晶ブール１０のオフセット角は、例えば、０度以上８度以下である。ＳｉＣ単結晶ブール１０を構成する種結晶１及び結晶成長部２の導電型、ポリタイプ、オフセット角は同様である。

【0026】

ＳｉＣ単結晶ブール１０のＺ方向の厚みＴ_ｂは、３ｍｍ以上である。ＳｉＣ単結晶ブール１０のＺ方向の厚みＴ_ｂは、１５ｍｍ以上であることが好ましい。ＳｉＣ単結晶ブール１０のＺ方向の厚みＴ_ｂが１５ｍｍ以上であると、オフセット角が４度の場合に、ファセット近傍の転位を基板取得領域外に掃き出すことができる。種結晶１のＺ方向の厚みＴ_１は、例えば、１ｍｍ以下である。

【0027】

図２は、本実施形態に係るＳｉＣ単結晶ブール１０をＺ方向と直交するＸＹ面で切断した断面図である。ＳｉＣ単結晶ブール１０をＸＹ面で切断した切断面は、略円形である。ＳｉＣ単結晶ブール１０をＸＹ面で切断した切断面が真円であることはほとんどなく、その直径はある程度のばらつきを有する。例えば、切断面の中心Ｃを通る線分Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４のそれぞれは、異なっている場合が多い。線分Ｌ１は、切断面の中心Ｃを通り第１外周点ｐ１と第２外周点ｐ２とを繋ぐ。線分Ｌ２は、中心Ｃを基準に線分Ｌ１を４５度回転させた位置にあり、切断面の中心Ｃを通り第３外周点ｐ３と第４外周点ｐ４とを繋ぐ。線分Ｌ３は、中心Ｃを基準に線分Ｌ１を９０度回転させた位置にあり、切断面の中心Ｃを通り第５外周点ｐ５と第６外周点ｐ６とを繋ぐ。線分Ｌ４は、中心Ｃを基準に線分Ｌ１を１３５度回転させた位置にあり、切断面の中心Ｃを通り第７外周点ｐ７と第８外周点ｐ８とを繋ぐ。線分Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４のそれぞれの長さは、線分Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の平均に対して±１．０％以内にある。

【0028】

ここで、「切断面の中心」は、切断面をマクロな視点で見た際の中心である。切断面が不定形の場合は、切断面が内包する最大の内接円の中心が「切断面の中心」である。切断面の形状は、ＳｉＣ単結晶ブール１０の外径を、ノギスを用いて複数箇所測定することで求めることができる。例えば、ノギスで外径を測定する箇所は、＜１－１００＞方向及び＜１１－２０＞方向を含む。また切断面の形状は、３次元測定器を用いて単結晶ブールの全体形状を計測し、その結果から求めることもできる。

【0029】

線分Ｌ１の長さは、例えば、２１１ｍｍ以上２２１ｍｍ以下であり、好ましく２１４ｍｍ以上２１８ｍｍ以下である。線分Ｌ１は、中心Ｃを通る任意の線分を設定でき、第１外周点ｐ１及び第２外周点ｐ２の位置は任意である。つまり、線分Ｌ１が２１１ｍｍ以上２２１ｍｍ以下であるということは、ＳｉＣ単結晶ブール１０の切断面が線分Ｌ１の長さが２１１ｍｍ以上２２１ｍｍ以下である部分を含むと言い換えることができる。線分Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の長さは、線分Ｌ１と異なっていてもよく、２１１ｍｍ未満又は２２１ｍｍ超でもよい。線分Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の長さは、２１１ｍｍ以上であることが好ましい。

【0030】

また線分Ｌ１の長さは、２３６ｍｍ以上２４８ｍｍ以下でもよく、好ましくは２４０ｍｍ以上２４４ｍｍ以下でもよい。ＳｉＣ単結晶ブール１０の切断面は、線分Ｌ１の長さが２３６ｍｍ以上２４４ｍｍ以下である部分、好ましくは線分Ｌ１の長さが２４０ｍｍ以上２４４ｍｍ以下である部分を含んでもよい。この場合の線分Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の長さは、線分Ｌ１と異なっていてもよく、２３６ｍｍ未満又は２４８ｍｍ超でもよい。線分Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の長さは、２３６ｍｍ以上であることが好ましい。

【0031】

また線分Ｌ１の長さは、３１９ｍｍ以上３２９ｍｍ以下でもよく、好ましく３２２ｍｍ以上３２６ｍｍ以下でもよい。ＳｉＣ単結晶ブール１０の切断面は、線分Ｌ１の長さが３１９ｍｍ以上３２９ｍｍ以下である部分、好ましくは線分Ｌ１の長さが３２２ｍｍ以上３２６ｍｍ以下である部分を含んでもよい。この場合の線分Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の長さは、線分Ｌ１と異なっていてもよく、３１９ｍｍ未満又は３２９ｍｍ超でもよい。線分Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の長さは、３１９ｍｍ以上であることが好ましい。

【0032】

また線分Ｌ１の長さは、３５７ｍｍ以上３６８ｍｍ以下でもよく、好ましくは３６１ｍｍ以上３６５ｍｍ以下でもよい。ＳｉＣ単結晶ブール１０の切断面は、線分Ｌ１の長さが３５７ｍｍ以上３６８ｍｍ以下である部分、好ましくは線分Ｌ１の長さが３６１ｍｍ以上３６５ｍｍ以下である部分を含んでもよい。この場合の線分Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の長さは、線分Ｌ１と異なっていてもよく、３５７ｍｍ未満又は３６８ｍｍ超でもよい。線分Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の長さは、３５７ｍｍ以上であることが好ましい。

【0033】

切断面は、例えば、ＳｉＣ単結晶ブール１０の最上端、最下端、最大径を有する面、最小径を有する面のいずれかである。線分Ｌ１の方向は、例えば、＜１１－２０＞方向又は＜１－１００＞方向であることが好ましい。

【0034】

ＳｉＣ単結晶ブール１０が所定の長さの線分Ｌ１を有する場合は、一つのＸＹ面内から複数のＳｉＣインゴットを効率的に取得できる。

【0035】

図３は、ＳｉＣ単結晶ブール１０から複数のＳｉＣインゴット２０を取得する場合の一例のＸＹ切断面である。図３は、ＳｉＣ単結晶ブール１０が必要とする直径Ｄ_ｂを規定するための規定方法の第１例である。図３に示す第１例は、ＳｉＣ単結晶ブール１０から３つのＳｉＣインゴット２０を取得する場合に、ＳｉＣ単結晶ブール１０に求められる直径Ｄ_ｂを規定する。第１例では、以下の式（１）に基づいて、ＳｉＣ単結晶ブール１０に求められる直径Ｄ_ｂを規定する。

【0036】

【数1】

【0037】

式（１）において、Ｄ_ｂはＳｉＣ単結晶ブール１０に求められる直径であり、Ｄ_ｗはＳｉＣ基板の直径であり、ｌは加工ロス幅である。加工ロス幅は、ＳｉＣ単結晶ブール１０からＳｉＣインゴット２０を取得する際の加工で生じるロスを考慮したマージンである。加工ロス幅は、少ない場合で０．１ｍｍ、多い場合で０．６ｍｍ程度である。またＳｉＣ基板は、ＳｉＣインゴット２０をスライスして得られるため、ＳｉＣ基板の直径は、ＳｉＣインゴット２０の直径と略一致する。

【0038】

例えば、ＳｉＣ単結晶ブール１０の同一面内から４インチのＳｉＣ基板を３枚取得する場合を考慮する。４インチの基板の直径Ｄ_ｗは、多少のばらつきがある場合がある。４インチの基板の直径Ｄ_ｗとして許容できる直径Ｄ_ｗは、９８．０ｍｍ以上１０２．０ｍｍ以下である。

【0039】

【表1】

【0040】

表１は、直径Ｄ_ｗと加工ロスｌの大きさを変えて、ＳｉＣ単結晶ブール１０に必要とされる直径Ｄ_ｂを求めた結果である。ＳｉＣ単結晶ブール１０の同一面内から４インチの基板を３枚取得する場合、ＳｉＣ単結晶ブール１０に必要とされる直径Ｄ_ｂは、２１１ｍｍ以上２２１ｍｍ以下である。そのため、ＳｉＣ単結晶ブール１０が、線分Ｌ１の長さが２１１ｍｍ以上２２１ｍｍ以下である部分を含むと、一つのＳｉＣ単結晶ブール１０から３つのＳｉＣインゴット２０を取得できる。また４インチ基板の直径Ｄ_ｗとして許容できる範囲を９９．５ｍｍ以上１００．６ｍｍ以下とすると、ＳｉＣ単結晶ブール１０に必要とされる直径Ｄ_ｂは、２１４ｍｍ以上２１８ｍｍ以下である。この場合、ＳｉＣ単結晶ブール１０が、線分Ｌ１の長さが２１４ｍｍ以上２１８ｍｍ以下である部分を含むと、一つのＳｉＣ単結晶ブール１０から３つのＳｉＣインゴット２０を取得できる。

【0041】

同様に、ＳｉＣ単結晶ブール１０の同一面内から６インチの基板を３枚取得する場合を考慮する。６インチの基板の直径Ｄ_ｗは、多少のばらつきがある場合がある。６インチの基板の直径Ｄ_ｗとして許容できる直径Ｄ_ｗは、１４８．０ｍｍ以上１５２．０ｍｍ以下である。

【0042】

【表2】

【0043】

表２は、直径Ｄ_ｗと加工ロスｌの大きさを変えて、ＳｉＣ単結晶ブール１０に必要とされる直径Ｄ_ｂを求めた結果である。ＳｉＣ単結晶ブール１０の同一面内から６インチの基板を３枚取得する場合、ＳｉＣ単結晶ブール１０に必要とされる直径Ｄ_ｂは、３１９ｍｍ以上３２９ｍｍ以下である。そのため、ＳｉＣ単結晶ブール１０が、線分Ｌ１の長さが３１９ｍｍ以上３２９ｍｍ以下である部分を含むと、一つのＳｉＣ単結晶ブール１０から３つのＳｉＣインゴット２０を取得できる。また６インチ基板の直径Ｄ_ｗとして許容できる範囲を１４９．５ｍｍ以上１５０．６ｍｍ以下とすると、ＳｉＣ単結晶ブール１０の必要な直径Ｄ_ｂは、３２２ｍｍ以上３２６ｍｍ以下である。この場合、ＳｉＣ単結晶ブール１０が、線分Ｌ１の長さが３２２ｍｍ以上３２６ｍｍ以下である部分を含むと、一つのＳｉＣ単結晶ブール１０から３つのＳｉＣインゴット２０を取得できる。

【0044】

図４は、ＳｉＣ単結晶ブール１０から複数のＳｉＣインゴット２０を取得する場合の一例のＸＹ切断面である。図４は、ＳｉＣ単結晶ブール１０が必要とする直径Ｄ_ｂを規定する規定方法の第２例である。図４に示す第２例では、ＳｉＣ単結晶ブール１０から４つのＳｉＣインゴット２０を取得できるように、ＳｉＣ単結晶ブール１０の直径Ｄ_ｂを規定する。第２例では、以下の式（２）に基づいて、ＳｉＣ単結晶ブール１０の直径Ｄ_ｂを規定する。

【0045】

【数2】

【0046】

式（２）において、Ｄ_ｂはＳｉＣ単結晶ブール１０に求められる直径であり、Ｄ_ｗはＳｉＣ基板の直径であり、ｌは加工ロス幅である。加工ロス幅は、少ない場合で０．１ｍｍ、多い場合で０．６ｍｍ程度である。ＳｉＣ基板の直径は、ＳｉＣインゴット２０の直径と略一致する。

【0047】

例えば、ＳｉＣ単結晶ブール１０の同一面内から４インチのＳｉＣ基板を４枚取得する場合を考慮する。

【0048】

【表3】

【0049】

表３は、直径Ｄ_ｗと加工ロスｌの大きさを変えて、ＳｉＣ単結晶ブール１０が必要とする直径Ｄ_ｂを求めた結果である。ＳｉＣ単結晶ブール１０の同一面内から４インチの基板を４枚取得する場合、ＳｉＣ単結晶ブール１０が必要とする直径Ｄ_ｂは、２３６ｍｍ以上２４８ｍｍ以下である。そのため、ＳｉＣ単結晶ブール１０が、線分Ｌ１の長さが２３６ｍｍ以上２４８ｍｍ以下である部分を含むと、一つのＳｉＣ単結晶ブール１０から４つのＳｉＣインゴット２０を取得できる。また４インチ基板の直径Ｄ_ｗとして許容できる範囲を９９．５ｍｍ以上１００．６ｍｍ以下とすると、ＳｉＣ単結晶ブール１０の必要な直径Ｄ_ｂは、２４０ｍｍ以上２４４ｍｍ以下である。この場合、ＳｉＣ単結晶ブール１０が、線分Ｌ１の長さが２４０ｍｍ以上２４４ｍｍ以下である部分を含むと、一つのＳｉＣ単結晶ブール１０から４つのＳｉＣインゴット２０を取得できる。

【0050】

同様に、ＳｉＣ単結晶ブール１０の同一面内から６インチの基板を４枚取得する場合を考慮する。

【0051】

【表4】

【0052】

表４は、直径Ｄ_ｗと加工ロスｌの大きさを変えて、ＳｉＣ単結晶ブール１０が必要とする直径Ｄ_ｂを求めた結果である。ＳｉＣ単結晶ブール１０の同一面内から６インチの基板を４枚取得する場合、ＳｉＣ単結晶ブール１０が必要とする直径Ｄ_ｂは、３５７ｍｍ以上３６８ｍｍ以下である。そのため、ＳｉＣ単結晶ブール１０が、線分Ｌ１の長さが３５７ｍｍ以上３６８ｍｍ以下である部分を含むと、一つのＳｉＣ単結晶ブール１０から４つのＳｉＣインゴット２０を取得できる。また６インチ基板の直径Ｄ_ｗとして許容できる範囲を１４９．５ｍｍ以上１５０．６ｍｍ以下とすると、ＳｉＣ単結晶ブール１０の必要な直径Ｄ_ｂは、３６１ｍｍ以上３６５ｍｍ以下である。この場合、ＳｉＣ単結晶ブール１０が、線分Ｌ１の長さが３６１ｍｍ以上３６５ｍｍ以下である部分を含むと、一つのＳｉＣ単結晶ブール１０から４つのＳｉＣインゴット２０を取得できる。

【0053】

本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶ブール１０は、大口径であり、複数のＳｉＣインゴット２０を取得できる。またＳｉＣ単結晶ブール１０の中心Ｃを通る線分Ｌ１の長さを規定することで、複数のＳｉＣインゴット２０を取得する際のロスを少なくできる。またＳｉＣインゴット２０のそれぞれからは複数のＳｉＣ基板を取得できるため、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶ブール１０は、効率的に多くのＳｉＣ基板を取得することができる。

【0054】

次いで、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶ブール１０の製造方法について説明する。本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶ブール１０の製造方法は、昇華法を用いて種結晶の第１面にＳｉＣ単結晶を結晶成長させる結晶成長工程を有する。

【0055】

図５は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶ブール１０の製造方法を説明するための図である。ＳｉＣ単結晶ブール１０を製造する装置は、坩堝５０と、コイル５１と、加熱用レーザー５２と、を備える。坩堝５０には、測温用の開口Ｈ１，Ｈ２と、レーザー加熱用の開口Ｈ３，Ｈ４と、が設けられている。

【0056】

原料粉末５３は、坩堝５０内に充填される。原料粉末は、ＳｉＣからなる。種結晶１は、坩堝５０内の原料粉末５３と対向する位置に設置される。坩堝５０の周囲を囲むコイル５１に電流を流すと、坩堝５０内の原料粉末５３が加熱される。原料粉末５３から昇華したガスは、種結晶１の第１面１ａで再結晶化し、第１面１ａにＳｉＣ単結晶からなる結晶成長部２が結晶成長する。

【0057】

結晶成長工程において、種結晶１の第２面１ｂには、レーザーが照射される。第２面１ｂは、種結晶１の第１面１ａと対向する面である。レーザーは、加熱用レーザー５２から開口Ｈ３，Ｈ４を介して照射される。加熱用レーザー５２は、例えば、波長１０６００ｎｍのＣＯ_２レーザーである。加熱用レーザー５２は、例えば、種結晶１の中心を挟んで対称な位置の２か所を加熱する。加熱用レーザー５２の出力は、例えば、数十Ｗである。

【0058】

結晶成長工程において、種結晶１は、坩堝５０とともに回転する。種結晶１が回転することで、加熱用レーザー５２は、種結晶１を周方向に均一に加熱する。種結晶１の回転速度は、例えば、６ｒｐｍである。

【0059】

加熱用レーザー５２は、種結晶１の径方向において、レーザーの照射位置を変更することができる。レーザーによる種結晶１の加熱位置は、径方向に変化可能である。種結晶１の加熱位置を変えることで、結晶成長部２の結晶成長面の温度分布を制御することができる。

【0060】

結晶成長工程において、レーザーの照射位置の温度は、種結晶１の径方向の中心の温度に対して±５℃以内となるように制御する。測温は、例えば、株式会社チノー社製の研究用ハイエンドサーモグラフィー ＦＬＩＲ Ａ６０００シリーズ／Ｘ６０００シリーズを用いて行うことができる。この温度制御は、例えば、加熱用レーザー５２の出力及び加熱位置を随時調整することで行う。

【0061】

例えば、結晶成長の初期は、種結晶１の外周近傍の温度が中央の温度と比較して低い場合が多い。そのため、結晶成長初期は、種結晶１の外周近傍に高出力のレーザーを照射する。レーザーの照射により種結晶１及び結晶成長部２の外周部が加熱されるため、結晶成長の中期及び終盤は、種結晶１における外周近傍と中央の温度差は小さくなる。この場合、レーザーの出力を結晶成長が進むに従って弱くすることで、結晶成長部２の結晶成長面の温度分布が小さくなる。また同時に、レーザーによる加熱位置を、結晶成長が進むに従って、外周近傍から中央に向かって移動させる。例えば、レーザーの加熱位置を、０．２５ｍｍ／ｈで移動する。例えば、成長初期から成長終了までに、レーザーの加熱位置を種結晶１の中央に向かって３５ｍｍ移動させる。

【0062】

上記の手順に従って、ＳｉＣ単結晶ブール１０を作製することで、大口径のＳｉＣ単結晶ブール１０を作製できる。ＳｉＣ単結晶ブール１０の結晶成長面の温度分布を制御することで、ＳｉＣ単結晶ブール１０内に生じる応力を低減でき、大口径であってもＳｉＣ単結晶ブールが割れないものと考えられる。

【0063】

次いで、作製したＳｉＣ単結晶ブール１０からＳｉＣ基板を作製する方法について説明する。本実施形態にかかるＳｉＣ基板の製造方法は、開口形成工程と、分割工程と、インゴット加工工程と、スライス工程と、を有する。図６～図９は、第１実施形態に係るＳｉＣ基板の製造方法を説明するための図である。

【0064】

図６は、開口形成工程の模式図である。開口形成工程では、上述の手順で作製した大口径のＳｉＣ単結晶ブール１０の中心に開口を形成する。開口は、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）またはダイアモンドコートされたドリル５４を用いて行う。開口の直径は、７ｍｍ以下であり、例えば２ｍｍである。ドリル５４は、例えば、ＵＮＩＯＮ ＴＯＯＬ社製のＵＤＣＭＸである。

【0065】

図７は、分割工程の模式図である。分割工程では、開口から径方向の外側に向かってＳｉＣ単結晶ブール１０を切断し、ＳｉＣ単結晶ブール１０を複数のパーツ１１に分割する。分割工程では、開口にワイヤー５５を通り、内側から外側に向かって、ＳｉＣ単結晶ブール１０を切断する。ＳｉＣ単結晶ブール１０を内側から外側に向かって切断することで、ＳｉＣ単結晶ブール１０を外側から内側に向かって切断する場合よりクラックの発生を抑制できる。

【0066】

分割は、例えば、遊離砥粒式の切断機を用いて行うことが好ましい。遊離砥粒式の切断機は、固定砥粒式の切断機より切断時のロスを少なくできる。スラリーは、市販のものを用いることができる。またワイヤー５５の径は、例えば、０．１５ｍｍである。ワイヤー５５の径を小さくすることで、切断時のロスを少なくできる。

【0067】

図８は、インゴット加工工程の模式図である。インゴット加工工程では、分割工程で切断した複数のパーツ１１のそれぞれをＳｉＣインゴット２０に加工する。ＳｉＣインゴット２０への加工は、円筒研削機で行うことができる。

【0068】

図９は、スライス工程の模式図である。スライス工程では、ＳｉＣインゴット２０のそれぞれをスライスする。スライスは、レーザーで行ってもよいし、ワイヤーソー等を用いて行ってもよい。ＳｉＣインゴット２０のそれぞれからは、複数のＳｉＣ基板３０が得られる。ＳｉＣ基板３０は、両面を研磨してもよい。

【0069】

本実施形態にかかるＳｉＣ基板の作製方法は、ＳｉＣ単結晶ブール１０を内側から外側に向かって分割する。ＳｉＣ単結晶ブール１０を外側から切断するとクラックが入るリスクが高くなるが、ＳｉＣ単結晶ブール１０を内側から外側に向かって分割することで、クラックのリスクを低くなる。

【0070】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0071】

１…種結晶、１ａ…第１面、１ｂ…第２面、２…結晶成長部、１０…ＳｉＣ単結晶ブール、２０…ＳｉＣインゴット、３０…ＳｉＣ基板、５０…坩堝、５１…コイル、５２…加熱用レーザー、５３…原料粉末、５４…ドリル、５５…ワイヤー、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３,Ｈ４…開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】