特許 7476890 ＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-22

(45)【発行日】2024-05-01

(54)【発明の名称】ＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20240423BHJP

   C30B 23/00 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B23/00

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021522743

(86)(22)【出願日】2020-05-25

(86)【国際出願番号】 JP2020020450

(87)【国際公開番号】W WO2020241541

(87)【国際公開日】2020-12-03

【審査請求日】2022-12-20

(31)【優先権主張番号】P 2019098446

(32)【優先日】2019-05-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】100137017

【弁理士】

【氏名又は名称】眞島 竜一郎

(72)【発明者】

【氏名】庄内 智博

【審査官】神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００９／１１６５８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２８０１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１５１４１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２４１０９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

Ｃ３０Ｂ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶を用意し、前記ＳｉＣ種結晶を加熱することで、前記ＳｉＣ種結晶をＳｉＣ改質シードに改質する第１工程と、
前記ＳｉＣ改質シード上に、昇華法によりＳｉＣ単結晶を成長させる第２工程と、を有し、
前記Ｓｉ原料は、平板形状のＳｉ単結晶及び粒状のＳｉ単結晶の両方又は一方であり、
前記第１工程では、前記ＳｉＣ種結晶及び前記Ｓｉ原料を１４００℃以上２４００℃以下の温度で加熱する、ＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項2】

Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶を用意し、前記ＳｉＣ種結晶を加熱することで、前記ＳｉＣ種結晶をＳｉＣ改質シードに改質する第１工程と、
前記ＳｉＣ改質シード上に、昇華法によりＳｉＣ単結晶を成長させる第２工程と、を有し、
前記Ｓｉ原料は、平板形状のＳｉ多結晶及び粒状のＳｉ多結晶の両方又は一方であり、
前記第１工程では、前記ＳｉＣ種結晶及び前記Ｓｉ原料を１３５０℃以上２４００℃以下の温度で加熱する、ＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項3】

Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶を用意し、前記ＳｉＣ種結晶を加熱することで、前記ＳｉＣ種結晶をＳｉＣ改質シードに改質する第１工程と、
前記ＳｉＣ改質シード上に、昇華法によりＳｉＣ単結晶を成長させる第２工程と、を有し、
前記第２工程においてＳｉＣ単結晶インゴットが得られ、
前記ＳｉＣ単結晶インゴットから形成される、ＳｉＣウェハのマイクロパイプの平均密度が０個/ｃｍ ^２ 以上０．１個/ｃｍ ^２ 個以下である、ＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項4】

前記ＳｉＣ単結晶は４Ｈ－ＳｉＣであり、前記Ｓｉ原料と接触する前記ＳｉＣ種結晶の面がカーボン面である、請求項１～３のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項5】

前記第１工程と前記第２工程が、同じ坩堝を用いて行われ、
前記Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶の前記Ｓｉ原料を、前記第２工程を行う坩堝の上部に貼り付けて、前記第１工程を行い、
前記第１工程後に前記第２工程を行う、請求項１～３のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項6】

前記第１工程と、前記第２工程との間に、前記坩堝内に、前記第２工程で用いる原料を配置する準備工程を有する、請求項５に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項7】

前記第１工程と前記第２工程が、互いに別の装置を用いて行われ、
前記Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶の前記Ｓｉ原料が取付手段を有する台座に固定された状態で、前記第１工程が行われ、
前記第１工程を終了後、前記第１工程が行われる装置から前記台座ごと前記ＳｉＣ改質シードを取り外し、前記取付手段を用いて前記台座ごと前記ＳｉＣ改質シードを前記第２工程が行われる装置に取り付ける工程を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項8】

前記第１工程と前記第２工程が、互いに異なる装置を用いて行われ、
前記ＳｉＣ種結晶の前記Ｓｉ原料が、装置の蓋に取り付けられて、前記第１工程が行われ、
前記第１工程の終了後、前記装置から前記蓋が外され、第２工程を行う別の装置に取り付けられて、前記第２工程が行われる、請求項１～３のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項9】

前記ＳｉＣ単結晶は４Ｈ－ＳｉＣであり、前記Ｓｉ原料と接触する前記ＳｉＣ種結晶の面がシリコン面である、請求項５～８のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項10】

前記第１工程と、前記第２工程との間に、Ｓｉ残渣除去工程をさらに有し、
前記Ｓｉ残渣除去工程は、前記ＳｉＣ改質シード表面から前記Ｓｉ原料または過剰なＳｉを除去する工程である、請求項１～９のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項11】

前記第１工程において、前記ＳｉＣ種結晶または前記Ｓｉ原料に、さらにＣ原料を付着させる、請求項１～１０のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項12】

前記第１工程において、改質が行われる雰囲気中にＣ元素を含むガスを含ませる、請求項１～１０のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項13】

前記第１工程は、加圧環境下で加熱を行う、請求項１～１２のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【請求項14】

前記第２工程においてＳｉＣ単結晶インゴットが得られ、
前記ＳｉＣ単結晶インゴットから形成される、ＳｉＣウェハのマイクロパイプの平均密度が０個/ｃｍ^２以上０．１個/ｃｍ^２個以下である、
請求項１又は２に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法及びＳｉＣ改質シードの製造方法に関する。
本願は、２０１９年５月２７日に、日本に出願された特願２０１９－０９８４４６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【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倍大きく、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。炭化珪素はこれらの特性を有することから、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。

【0003】

半導体等のデバイスには、ＳｉＣウェハ上にエピタキシャル膜を形成したＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられる。ＳｉＣウェハ上に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ：ＣＶＤ法）によって設けられたエピタキシャル膜が、ＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となる。ＳｉＣウェハは、ＳｉＣ単結晶インゴットを加工して得られる。

【0004】

ＳｉＣ単結晶インゴットは、昇華再結晶法（以下、昇華法という）等の方法で作製できる。昇華法は、原料から昇華した原料ガスを種結晶上で再結晶化することで、大きな単結晶を得る方法である。高品質なＳｉＣ単結晶インゴットを得るために、欠陥や異種多形（ポリタイプの異なる結晶が混在すること）を抑制する方法が求められている。ここでいう異種多形とは、ポリタイプの異なる結晶が混在することである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－２７５１６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法では、マイクロパイプと呼ばれる、直径数μｍから数十μｍ程度、場合によっては直径１００μｍ以上程度の、中空パイプ形状の欠陥が発生してしまう。マイクロパイプは、電子デバイス作成にあたっては、キラー欠陥となってしまう。従って、マイクロパイプの発生を抑制するＳｉＣ単結晶インゴットを製造することが求められている。

【0007】

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、マイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者は、鋭意検討の結果、マイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ改質層を形成し、この上に昇華法によりＳｉＣ単結晶インゴットを成長することで、マイクロパイプ密度の低減をされたＳｉＣ単結晶インゴットを提供できることを見出した。すなわち、本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。

【0009】

（１）本発明の第１の態様にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶を用意し、前記ＳｉＣ種結晶を加熱することで、前記ＳｉＣ種結晶をＳｉＣ改質シードに改質する第１工程と、前記ＳｉＣ改質シード上に、昇華法によりＳｉＣ種結晶を成長させる第２工程と、を有する。
前記第１の態様の製造方法は、以下の（２）～（８）の特徴を好ましく含む。これら特徴は単独でも、あるいは２つ以上を組み合わせても良い。

【0010】

（２）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法において、前記第１工程と前記第２工程が、同じ坩堝を用いて行われ、前記Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶の前記Ｓｉ原料を、前記第２工程を行う坩堝の上部に貼り付けて、前記第１工程を行い、前記第１工程後に前記第２工程を連続して行ってもよい。

【0011】

（３）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法において、前記第１工程と前記第２工程が、互いに別の装置を用いて行われ、前記Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶の前記Ｓｉ原料が取付手段を有する台座に固定された状態で、前記第１工程が行われ、前記第１工程を終了後、前記第１工程が行われる装置から前記台座ごと前記ＳｉＣ改質シードを取り外し、前記取付手段を用いて前記台座ごと前記ＳｉＣ改質シードを前記第２工程が行われる装置に取り付けてもよい。

【0012】

（４）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法において、前記Ｓｉ原料は、平板形状のＳｉ単結晶及び粒状のＳｉ単結晶の両方又は一方であり、前記第１工程では、前記ＳｉＣ種結晶及び前記Ｓｉ原料を１４００℃以上２４００℃以下の温度で加熱してもよい。

【0013】

（５）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法において、前記Ｓｉ原料は、平板形状のＳｉ多結晶及び粒状のＳｉ多結晶の両方又は一方であり、前記第１工程では、前記ＳｉＣ種結晶及び前記Ｓｉ原料を１３５０℃以上２４００℃以下の温度で加熱してもよい。

【0014】

（６）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法において、前記第１工程と、前記第２工程との間に、Ｓｉ残渣除去工程をさらに有し、前記Ｓｉ残渣除去工程は、前記ＳｉＣ改質シード表面から前記Ｓｉ原料を除去する工程であってもよい。

【0015】

（７）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法において、前記第１工程は、前記ＳｉＣ種結晶または前記Ｓｉ原料に、さらにＣ原料を付着させてもよい。

【0016】

（８）上記態様にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法において、前記第１工程は、加圧環境下で加熱してもよい。

【0017】

（９）本発明の第２の態様にかかるＳｉＣ改質シードの製造方法は、Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶を加熱し、ＳｉＣ改質シードを形成する。
前記第２の態様の製造方法は、上記（４）又は（５）に記載された特徴と同等の特徴をさらに含んでも良い。
（１０）本発明の第２の態様にかかるＳｉＣ改質シードの製造方法は、Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶を加熱し、ＳｉＣ改質シードに改質する、ＳｉＣ改質シードの製造方法である。
第２の態様のＳｉＣ改質シードの製造方法は、第１の態様のＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法の第１工程であってもよい。

【発明の効果】

【0018】

上記態様にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法によれば、ＳｉＣ単結晶インゴットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態にかかるＳｉＣ改質シード形成装置の好ましい一例を示す模式断面図である。

【図2A】第１実施形態にかかる台座の好ましい一例を示す模式斜視図である。

【図2B】第１実施形態にかかる台座の好ましい一例を示す模式断面図である。

【図3】第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造装置の好ましい一例を示す模式断面図である。

【図4】第２実施形態にかかるＳｉ原料およびＳｉＣ種結晶の配置の仕方の好ましい一例を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の好ましい実施形態の好ましい例について、添付図面を参照して、詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴を分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。例えば、発明を逸脱しない範囲で、数、位置、大きさ、数値、材料、形状、比率などの、変更や追加及び省略をする事ができる。また特に問題が無ければ好ましい条件同士を組み合わせてもよい。

【0021】

＜ＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法＞
（第１実施形態）
本実施形態に係るＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、ＳｉＣ種結晶をマイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ改質シードに改質する第１工程と、ＳｉＣ改質シード上にＳｉＣ単結晶インゴットを成長する第２工程と、を有する。
なお改質とは、Ｓｉ原料が少なくとも一部に付着したＳｉＣ種結晶を加熱することにより、種結晶のマイクロパイプ密度を低減することを意味する。本発明の製法で得られるＳｉＣ改質シードのマイクロパイプの低減率は、条件によって変化するが、例えば５～８０％であり、１０～７０％や、２０～６５％や、３０～６０％などであってもよい。ただしこれらの例のみに限定されない。
本発明で得られるＳｉＣ単結晶インゴットから、マイクロパイプの平均密度が０個/ｃｍ^２以上０．１個/ｃｍ^２個以下のＳｉＣウェハを形成できる。

【0022】

（第１工程）
第１工程は、Ｓｉ原料が付着されたＳｉＣ種結晶を加熱することで、前記ＳｉＣ種結晶をマイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ改質シードに改質する工程である。第１工程は、ＳｉＣ改質シード形成装置を用いて行うことができる。ここでいうＳｉＣ改質シードとは、第２工程で行う昇華法によるＳｉＣ単結晶の成長の起点になる、ＳｉＣ単結晶である。尚、本明細書では記載を省略するが、第１工程を行う前に、ＳｉＣ種結晶を準備する必要がある。本実施形態において、ＳｉＣ種結晶は、ＳｉＣ単結晶からなり、公知の方法を用いて準備することができる。尚、ここでＳｉ原料が付着されたとは、接着剤や外圧により互いが固定され動かない状態になることを意味して良いが、これに限らない。例えば、載置などにより互いが単に接触している状態となることも含む。また、スパッタリング法等によりＳｉＣ種結晶の表面にＳｉ膜を形成した状態も含む。なお第１工程を行う方法は、以下の例に限定されず、必要に応じて、適宜変更して行うことができる。
従来の方法では、昇華法で製造されたＳｉＣ単結晶インゴットから切り出されたＳｉＣ単結晶を、種結晶として用いる場合が多かった。しかしながら、従来の種結晶には、マイクロパイプが多く存在していた。昇華法により製造されたＳｉＣ単結晶インゴットから切り出された従来のＳｉＣ単結晶と比べて、本実施形態の第１工程を行い、製造されたＳｉＣ改質シードは、マイクロパイプが大幅に低減される。そのため本発明では優れたＳｉＣ単結晶インゴットを製造することができる。

【0023】

図１は、第１工程を行う改質シード形成装置の好ましい一例を示す、模式断面図である。本実施形態の製造方法では、改質シード形成装置として、加熱機構を備え、内部に成長空間を有する装置を用いて改質を行うことができる。例えば、図１に示す改質シード形成装置１００のような、坩堝１と、坩堝１の周囲に配置されたヒータ２からなる改質シード形成装置１００を用いることができる。本実施形態は、改質シード形成装置１００を用いて改質シードを形成する方法を例に記載するが、ＳｉＣ改質シードを形成する方法は、この例のみに限定されない。

【0024】

図１に記載されるＳｉＣ改質シード形成装置１００の坩堝１は、蓋１１と本体部１２とを好ましく有する。坩堝１は、ＳｉＣ改質シードの形成中、高温に加熱されるため、高温に耐えられる材料を用いることができる。例えば、黒鉛、ＴａＣ及びＴａＣコートされた黒鉛等を用いることができる。

【0025】

坩堝１の蓋１１は、内側に設置部１１Ａを好ましく有する。設置部１１Ａには、Ｓｉ原料１１１およびＳｉＣ改質シードの原料となるＳｉＣ種結晶１１０が載置される。Ｓｉ原料１１１、及び、ＳｉＣ種結晶１１０は、取付手段４１を有する台座４に載置及び固定され、坩堝１の設置部１１Ａに設置される。設置部１１Ａの形状は任意に選択でき、設置される台座４に合わせて、台座４またはＳｉ原料１１０が設置されやすいように、適宜選択することができる。

【0026】

図２Ａと図２Ｂは、台座４の模式図である。図２Ａは、台座４の模式斜視図であり、図２Ｂは、台座４の模式断面図である。便宜上理解を容易にするために、図２Ｂに、台座４に設置されるＳｉＣ種結晶１１０およびＳｉ原料１１１も合わせて示す。台座４の構成は、ＳｉＣ種結晶１１０およびＳｉ原料１１１が固定された状態で蓋１１に設置可能な構成であればよく、任意に選択できる。図２Ａと図２Ｂに示すように、台座４は、主部４０と、取付手段４１と、側部４２と、を有する。台座４は、中空の円筒部分を好ましく有する。台座４の材料は、例えば、黒鉛やＴａＣ等を用いることができる。主部４０の一面（主面）に対して、直交する方向に、取付手段４１が備えられる。主部４０の主面のうち、取付手段４１が備えられない面を載置面４０Ａとし、取付手段４１が備えられる面を設置面４０Ｂとする。設置面４０Ｂは、取付手段４１を設置部１１Ａに設置する構成である。取付手段４１は、坩堝１の蓋１１に安定して固定できる構成であれば任意に選択でき、形状等は特に限定されない。図２Ａや図２Ｂに記載のねじ式の取付手段４１であってもよいし、図示しないフック式等の取付手段等であってもよい。

【0027】

側部４２は、主部４０の側周に位置し、載置面４０Ａの有する方向に延在する、言い換えると主部４０の一面（主面）に対して直交する方向に延在する、構成を有する。載置面４０Ａと側部４２とで囲まれる領域には、ＳｉＣ種結晶１１０およびＳｉ原料１１１が載置される。台座４は、載置面４０Ａに載置したＳｉ原料１１１およびＳｉＣ種結晶１１０を固定する。Ｓｉ原料１１１およびＳｉＣ種結晶１１０の台座４への固定方法は、必要に応じて選択できる。例えば、接着剤を用いて固定してもよいし、側部４２からの圧力や自重を利用して固定してもよい。

【0028】

Ｓｉ原料１１１としては、純度５Ｎ以上のＳｉ原料を好ましく用いることができる。またＳｉ原料１１１のサイズや形状や厚さは任意に選択できる。例えば、平面板状のＳｉ原料や、粒状のＳｉ原料を用いることができる。Ｓｉ原料はディスク状であっても良いし、ディスク状のＳｉ原料の直径は１００ｍｍ以上であっても良い。また、Ｓｉ原料１１１は、Ｓｉ単結晶であってもよいし、Ｓｉ多結晶であってもよい。ＳｉＣ種結晶１１０と接するＳｉ原料１１１の表面は、ＳｉＣ種結晶１１０の表面と同じ形やサイズを有しても良い。

【0029】

後述する第２工程では、昇華法によりＳｉＣ単結晶を成長させるが、ＳｉＣ種結晶１１０として４Ｈ－ＳｉＣを用いる場合、カーボン面上に結晶成長させることが通常行われる。そのため、Ｓｉ原料１１１と接触するＳｉＣ種結晶１１０の面がカーボン面となるように載置することで、短時間で改質シードを得ることができる。

【0030】

台座４が取付手段４１により坩堝１に設置された状態で、ヒータ２により坩堝１を加熱する。その結果、ＳｉＣ改質シードが形成される。坩堝１内の環境は、必要に応じて加圧しても加圧しなくても良い。ＳｉＣ改質シードを形成する際、坩堝１内の雰囲気をＡｒ等の不活性ガス雰囲気や空気雰囲気又は真空とすることができる。また、坩堝１内の前記雰囲気にさらに、メタンガスやプロパンガス等のＣ元素を含むガスを含ませても良い。前記雰囲気に含まれる前記Ｃ元素を含むガスは、Ｃ原料として作用しても良い。不活性ガス中にＣ元素を含むガスを含ませる場合、雰囲気ガス中のＣ元素の比率、つまり、（Ｃ元素）／（不活性ガスの元素＋Ｃ元素）のモル比は、０．１～０．５であることが好ましい。Ｃ元素の比率が高い方が改質シードを効率よく形成できるが、０．５を超えるとＳｉ原料１１１の表面にＳｉＣが析出して、Ｓｉ内部にＣが拡散しにくくなる。
さらにまた、第１工程において、前記ＳｉＣ種結晶または前記Ｓｉ原料に黒鉛等のＣ元素を含む固体を付着させてもよい。Ｃ元素を含む固体の形状は任意に選択でき、板状、粒状、粉末状のいずれでもよい。雰囲気中にＣ元素を含むガスを含ませた場合や、ＳｉＣ種結晶またはＳｉ原料にＣ元素を含む固体を付着させた場合、坩堝１の加熱は、加圧環境下で行うことが好ましい。加圧環境下でＳｉＣ改質シードを形成することにより、ＣをＳｉＣ種結晶１１０のＳｉに溶け込みやすくすることができる。Ｃが溶け込みやすくなる結果、改質シードの内部に未反応のSiが取り込まれる確率を低減させるという効果が得られる。

【0031】

ＳｉＣ改質シード形成時の加熱温度は任意に選択できる。Ｓｉ原料１１１がＳｉ単結晶である場合、加熱温度は、１４００℃以上２４００℃以下とすることが好ましい。単結晶Ｓｉの融点以上である１４２０℃以上であることがより好ましく、さらに好ましくは１４５０℃以上である。また上限は好ましくは、２３００℃以下である。Ｓｉ原料がＳｉ多結晶である場合、加熱温度は、１３５０℃以上２４００℃以下とすることが好ましい。より好ましくは、１４００℃以上である。上限は好ましくは、２３００℃以下である。当該範囲で加熱することで、ＳｉＣ種結晶のマイクロパイプを低減したＳｉＣ改質シードを形成することができる。また、加熱温度を当該範囲とすることで、過度な高温とならず、ＳｉＣ種結晶１１０の融解を抑制することができる。
ＳｉＣ改質シード形成時の加熱時間は、必要に応じて任意に選択できる。例を挙げれば、１時間～１０日間、好ましくは、１０時間～１０日間、さらに好ましくは１日～１０日間などが挙げられる。その他、必要に応じて、１時間～１日、１時間～７日、１日～３日、１０日間～１４日間や、２週間～３週間、３週間～１ヵ月間などが挙げられる。ただしこれらの時間のみに限定されない。

【0032】

本実施形態の第１工程に係るＳｉＣ改質シードの形成方法により、マイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ改質シードを形成することができる。マイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ改質シードを用いて第２工程の昇華法を行い、ＳｉＣ単結晶インゴットを製造することで、マイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ単結晶インゴットを製造することができる。第１工程は、ＳｉＣ改質シードを形成できる方法であればよく、例えば、図１に記載の装置以外の装置を用いて、それにＳｉＣ種結晶とＳｉ原料とを付着させて加熱することで第１工程を行うことができる。尚、図１に示す装置を用いる場合でも、例えば改質シード形成装置１００を、図１に示す装置の向きとは異なる向き、例えば逆さ向き等の適宜回転等させた向きで行っても良い。

【0033】

第１工程により、ＳｉＣ改質シードを形成した後には、準備工程を行うことが好ましい。準備工程とは、例えば、第１工程で形成したＳｉＣ改質シードを台座４ごと坩堝１から取り外し、取付手段４１を用いて、台座４ごと、第２工程が行われる、別の装置に取り付ける工程である。準備工程は、第１工程と、第２工程との間に、装置内に第２工程で用いる原料を配置する工程であってもよい。第２工程が行われる装置は、予め所望の状態にしても良く、例えば所望の温度に加熱しておいても良い。
準備工程を行うことで、第１工程を行うＳｉＣ改質シード形成装置および第２工程を行う装置の昇降温にかかる時間を短縮することができる。また、ＳｉＣ改質シードを台座４から取り外し、新しい台座に取り付ける工程を省略できるので、第１工程から第２工程に移行する時間を短縮することができる。すなわち、準備工程は、ＳｉＣ単結晶インゴット製造のスループットを向上することができる。

【0034】

また、準備工程は任意に選択でき、ＳｉＣ改質シードを台座４ごと坩堝１から取り外し、第２工程で使用する別の装置に移動する工程のみには、限定されない。ＳｉＣ種結晶のＳｉ原料が装置の蓋に取り付けられて、第１工程が行われた後に、前記装置から前記蓋が外され、第２工程を行う別の装置に取り付けられて、第２工程が行われてもよい。例えば、第１工程で使用した坩堝１の蓋１１を台座４ごと取り外し、第１工程を行うＳｉＣ改質シード形成装置内に、第２工程で用いる原料を配置し、再度蓋１１を台座４ごと取り付ける工程であってもよい。また、坩堝１の蓋１１を台座４ごと外し、第２工程を行う別の装置である昇華炉に取り付ける工程であってもよい。上述の準備工程を行った場合も、ＳｉＣ単結晶インゴット製造のスループットを向上することができる。
後述する第２工程では、昇華法によりＳｉＣ単結晶を成長させるが、ＳｉＣ種結晶として４Ｈ－ＳｉＣを用いる場合、カーボン面上に結晶成長させることが通常行われる。そのため、この様な準備工程を行う場合、ＳｉＣ種結晶１１０のＳｉ原料１１１と接触する面はシリコン面であることが好ましい。

【0035】

（第２工程）
本実施形態に係るＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法にかかる第２工程は、ＳｉＣ改質シード上に、昇華法によりＳｉＣ単結晶を成長させる工程である。

【0036】

図３は、本実施形態に係るＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法において、第２工程を行うことのできる昇華炉５の一例を示す、模式断面図である。

【0037】

図３に示す昇華炉は、炉体５０と、炉体５０の周囲に配置された加熱手段５１と、を備える。炉体５０は、蓋５０１と本体部５０２とを有する。

【0038】

炉体５０の蓋５０１の内側５０１Ａには、設置部５１０が備えられる。設置部５１０には、ＳｉＣ改質シード１１０Ａが固定される。より具体的には、ＳｉＣ改質シード１１０Ａは、台座４ごと設置部５１０に固定される。台座４ごと設置部５１０に固定される場合、台座４は、取付手段４１を介して、設置部５１０に取り付けられることが好ましい。取付手段４１を介して取り付けが行われる場合、設置部５１０は、取付手段４１により、安定して台座４を固定することのできる構成を有することができる。

【0039】

昇華法に用いる単結晶用原料Ｍ２は、蓋５０１と対向する位置である本体部５０２に収容される。収容される単結晶用原料Ｍ２は、ＳｉＣの粉末を使用することができる。単結晶用原料Ｍ２は、炉体５０の周囲に配置された加熱手段により加熱されることで、昇華する。単結晶用原料Ｍ２を加熱する温度は、公知のＳｉＣの昇華法の温度とすることができる。温度は任意に選択できるが、例えば、２２５０ ～２６００℃が例として挙げられ、より好ましくは２３００～２５５０℃であり、さらに好ましくは２３５０～２５００である。ただしこれらの例のみに限定されない。その他の環境は、必要に応じて任意に選択することができる。単結晶用原料Ｍ２が昇華すると、ＳｉＣ改質シード１１０Ａ上にＳｉＣ単結晶として成長し、ＳｉＣ単結晶インゴットを形成する。このインゴットのマイクロパイプの密度は、従来の種結晶を用いた場合と比較して、低減されている。

【0040】

ＳｉＣ単結晶インゴットの成長後、ＳｉＣ単結晶インゴットは、炉体５０の蓋５０１から台座を取り外し、回収することができる。

【0041】

（ＳｉＣウェハ製造）
本実施形態に係るＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法によって製造されたＳｉＣ単結晶インゴットを、適度な厚さに切断することで、ＳｉＣウェハを製造することができる。

【0042】

本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、マイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ単結晶インゴットを製造することができる。本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法で製造されるＳｉＣ単結晶インゴットから切り出された、直径１００ｍｍ以上のＳｉＣウェハのマイクロパイプ密度は、実質的にゼロである。ここでいう、マイクロパイプ密度が実質的にゼロであるとは、マイクロパイプの平均密度が０個/ｃｍ^２以上０．１個/ｃｍ^２個以下のことである（０を含む）。
（マイクロパイプの評価方法）
マイクロパイプは、直径数μｍから数十μｍ程度、場合によっては直径１００μｍ以上程度の、中空パイプ形状の欠陥である。マイクロパイプの評価は以下のようにして行うことができる。以下の方法は、ＳｉＣ改質シードのマイクロパイプの評価にも使用してよい。
まず、単結晶の表面を研磨したのち、Ｘ線トポグラフ像を撮影することによりマイクロパイプを検出することができる。Ｘ線源の出力と単結晶の厚みに応じ、透過像と反射像を使い分けることが好ましい。一般に透過像を得る時間は反射像を得る時間よりも短い。このため、単結晶の厚みが大きく透過できるＸ線量が小さい場合に反射像を用いる。トポグラフ像に写っているマイクロパイプの数をカウントして、トポグラフ像の面積で割ることで、マイクロパイプの密度を得ることができる。

【0043】

（第２実施形態）
本実施形態に係るＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、第１工程において、Ｓｉ原料１１１をＳｉＣ種結晶１１０の両面に付着する点が、第１実施形態に係るＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法と異なる。第１実施形態と同一の構成に対しては、第１実施形態と同一の構成を付し、説明を省略する。第１実施形態における例や条件は、特に問題のない限り、本実施形態で好ましく使用することができる。

【0044】

第２実施形態に係るＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法において、第１工程では、ＳｉＣ種結晶１１０の両面にＳｉ原料１１１を付着し、ＳｉＣ改質シードの形成を行う。ＳｉＣ改質シードは、第１実施形態と同様の条件を用いて形成するができる。ＳｉＣ種結晶１１０は、例えば、両面にＳｉ原料１１１が付着した状態で台座４に載置され、設置部１１Ａに設置される。その結果、主部４０側に配置したＳｉ原料１１１と、空間に露出する側のＳｉ原料１１１が、ＳｉＣ種結晶１１０を間に挟んで配置される。図４は、第２実施形態にかかるＳｉ原料およびＳｉＣ種結晶の配置の仕方の一例を示す模式断面図である。

【0045】

本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、第１工程を行った後、Ｓｉ残渣除去工程を行う。Ｓｉ残渣除去工程は、第１工程によりＳｉＣ改質シードを形成した後、ＳｉＣ改質シードの少なくとも一面の表面に残るＳｉ残渣を除去する工程である。言い換えると、Ｓｉ残渣除去工程は、第１工程後に、少なくとも空間側に露出するＳｉ原料１１１を取り除く工程である。Ｓｉ残渣除去工程は任意に選択される方法で、ＳｉＣ改質シード表面のＳｉ残渣を除去することができる。例えば、Ｓｉ残渣部分を研磨することによりＳｉ残渣を除去することができる。また、Ｓｉ残渣を酸化し、フッ酸を塗布することでＳｉＯ_２を除去してもよい。
Ｓｉ残渣除去工程は、ＳｉＣ改質シードが台座４に固定された状態で行ってもよいし、台座４から外した状態で行ってもよい。また必要に応じて、主部４０側に配置されていたＳｉ原料１１１も取り除いても良い。

【0046】

Ｓｉ残渣除去工程を行った後、第１実施形態と同様の条件でＳｉＣ単結晶インゴットを製造することができる。

【0047】

Ｓｉ残渣の除去をＳｉＣ改質シードの片面にしか行わない場合、Ｓｉ残渣を除去した面上に昇華法によりＳｉＣ単結晶インゴットを成長する。除去をＳｉＣ改質シードの両面に行った場合は、必要に応じて選択する面に成長を行う。また、第１実施形態の図１に示す方法で第１工程を行った場合、過剰なＳｉがＳｉＣ種結晶１１０の表面に付着することがある。そのような場合、Ｓｉ残差除去工程を行うことが好ましい。

【0048】

本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、マイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ単結晶インゴットを製造することができる。本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法で製造されるＳｉＣ単結晶インゴットから切り出された、直径１００ｍｍ以上のＳｉＣウェハのマイクロパイプ密度は、実質的に０個／ｃｍ^２である。また本実施形態では、ＳｉＣ種結晶１１０の両面にＳｉ原料１１１を付着させ、ＳｉＣ改質シードを形成する。このため、効率よく改質が行われ、第１工程にかかる時間を低減し、スループットを向上することができる。

【0049】

（第３実施形態）
本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、第１工程において、ＳｉＣ種結晶１１０およびＳｉ原料１１１を、直接坩堝１の蓋１１の設置部１１Ａに設置する点が、第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法と異なる。すなわち、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、ＳｉＣ種結晶１１０およびＳｉ原料１１１を載置する台座４を使用しない。第１実施形態と同一の構成に対しては、第１実施形態と同一の符号を付し、説明を省略する。第１実施形態における例や条件は、特に問題のない限り、本実施形態で好ましく使用することができる。

【0050】

本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、坩堝１の蓋１１の設置部１１Ａに、まずＳｉ原料１１１を付着し、次に、Ｓｉ原料１１１上にＳｉＣ種結晶１１０を設置する。ＳｉＣ種結晶１１０およびＳｉ原料１１１の付着および設置には、必要に応じて選択される材料、例えば、接着剤等を用いることができる。なお接着剤等は、必ずしも使用する必要はない。例えば、坩堝１の蓋１１の設置部１１Ａが坩堝の底部に設けられる場合、単にその上にＳｉ原料１１１上とＳｉＣ種結晶１１０を順に設置してもよい。

【0051】

ＳｉＣ種結晶１１０およびＳｉ原料１１１が付着した坩堝１を加熱し、ＳｉＣ改質シードを形成する。ＳｉＣ改質シードは、第１実施形態と同様の条件で形成することができる。形成したＳｉＣ改質シードに対し、第２工程を行うことにより、ＳｉＣ単結晶インゴットを製造する。

【0052】

第１工程で形成したＳｉＣ改質シードは、坩堝１の蓋１１に設置された状態で第２工程を行う炉体へ、蓋１１ごと移動することもできる。また、第１工程を行った坩堝１に、ＳｉＣ単結晶成長用原料を配置し、加熱することで、ＳｉＣ単結晶インゴットを成長してもよい。すなわち第１工程と第２工程で同じ坩堝を用いても良い。

【0053】

本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法は、マイクロパイプ密度の低減されたＳｉＣ単結晶インゴットを製造することができる。本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法で製造されるＳｉＣ単結晶インゴットから切り出された、直径１００ｍｍ以上のＳｉＣウェハのマイクロパイプ密度は、実質的に０個／ｃｍ^２である。また本実施形態では台座を使用しないので、台座４にＳｉＣ種結晶１１０およびＳｉ原料１１１を設置する必要がない。このため、台座４を用意する必要はなく、また台座４にＳｉＣ種結晶１１０およびＳｉ原料１１１を載置する工程を有さずに、ＳｉＣ単結晶インゴットの製造をすることができる。

【実施例】

【0054】

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらによって限定されるものではない。
まず処理温度及び処理雰囲気の条件を変えて、ＳｉＣ改質シードを製造する実験を行った。表１は、下記の実施例１～４を行った際の、各処理温度と、各処理温度でのマイクロパイプの低減率を示す表である。ここでいう、マイクロパイプの低減率とは、処理前のＳｉＣ種結晶のマイクロパイプの密度と比較して、処理後のＳｉＣ改質シードのマイクロパイプの密度が、どの程度低減されたかを示す割合を意味する。すなわち、１００×｛（処理前のマイクロパイプの密度）―（処理後のマイクロパイプの密度）｝／（処理前のマイクロパイプの密度）で表される。

【0055】

「実施例１」
実施例１にかかるＳｉＣ改質シードは、本発明の第１工程を１日かけて行い、形成した。このとき、処理温度を１３５０℃から２４００℃の間で変化させた。本実施例では、Ａｒ雰囲気中で、Ｓｉ原料として平板形状のＳｉ単結晶を用いて、ＳｉＣ種結晶を改質した。第１工程の加熱は、ＳｉＣ種結晶を黒鉛製の皿に載置し、ＳｉＣ種結晶上に、Ｓｉ単結晶を載せた状態で行った。なお使用した平板形状のＳｉ単結晶の大きさは、直径１００ｍｍであり、ＳｉＣ種結晶の大きさは、直径１００ｍｍである。

【0056】

「実施例２」
実施例２にかかるＳｉＣ改質シードは、ＡｒおよびＣ雰囲気中で、すなわちＡｒとＣを含む雰囲気で、Ｓｉ原料として平板形状のＳｉ単結晶を用いて、ＳｉＣ種結晶を改質し形成した。Ｃ雰囲気として、すなわちＣを含むガスとして、メタンガスを使用した。前記雰囲気中のメタンガスの比率は、すなわち（ＣＨ_４）／（Ａｒ＋ＣＨ_４）のモル比は、０．２とした。ＳｉＣ改質シードの製造時の雰囲気にＣが含まれること以外の条件は、実施例１と同一の条件を用いた。

【0057】

「実施例３」
実施例３にかかるＳｉＣ改質シードは、Ａｒ雰囲気中で、Ｓｉ原料として平板形状のＳｉ多結晶を用いて、ＳｉＣ種結晶を改質し形成した。Ｓｉ原料としてＳｉ多結晶を用いたこと以外の条件は、実施例１と同一の条件を用いた。

【0058】

「実施例４」
実施例４にかかるＳｉＣ改質シードは、ＡｒおよびＣ雰囲気中で、Ｓｉ原料として平板形状のＳｉ多結晶を用いて、ＳｉＣ種結晶を改質し形成した。ＳｉＣ改質シードの製造時の雰囲気にＣが含まれること以外の条件は、実施例３と同一の条件を用いた。Ｃ雰囲気は実施例２と同一の条件とした。

【0059】

【表1】

【0060】

実施例１～４の結果より、第１工程を行うことで、ＳｉＣ種結晶のマイクロパイプを低減できることを確認することができた。実施例１および実施例２の結果より、Ｓｉ原料としてＳｉ単結晶を用いた場合は、Ｃを含む雰囲気中で第１工程を行った方が効果的にマイクロパイプを低減することができることが示された。これは、成長雰囲気にＣが含まれることで、Ｓｉ原料の融解を促進することができるためであることが確認されている。実施例１～４の結果から、第１工程は１３５０℃～２４００℃の領域のうち、２３００℃に近い温度で加熱を行った場合に、より効果的にマイクロパイプを低減することができることが示された。なお、Ｓｉ原料がＳｉ単結晶の場合は、１３５０℃の加熱温度では、マイクロパイプの低減は確認されておらず、Ｓｉ原料がＳｉ多結晶の場合は、１３５０℃の加熱温度でもマイクロパイプが低減された。
本実施例では、平板形状のＳｉ単結晶およびＳｉ多結晶を用いた。なお、粒状のＳｉ単結晶およびＳｉ多結晶を用いた場合でも、平板形状のものと同様の効果が得られること、すなわちマイクロパイプを低減する効果が得られることが、別途確認された。また、本実施例では黒鉛製の皿にＳｉＣ種結晶とＳｉ原料とを載置して第１工程を行った。しかしながら、加熱により融解したＳｉ原料がこぼれない構成であればいずれの構成でもよい。例えば、皿以外の容器、例えば坩堝などを用いても良い。

【0061】

次に、処理時間及び処理雰囲気条件を変える実験を行った。表２は、下記の実施例５及び６を行った際の、処理時間と各処理時間でのマイクロパイプの低減率を示す表である。ここでいう、処理時間とは、２０００℃で加熱した時間のことをいう。

【0062】

「実施例５」
実施例５にかかるＳｉＣ改質シードは、Ａｒ雰囲気中で、Ｓｉ原料として平板形状のＳｉ単結晶を用いて、ＳｉＣ種結晶を改質し形成した。加熱温度は、２０００℃とし、処理時間を１時間から１週間の間で変化させた。加熱は、ＳｉＣ種結晶を黒鉛製の皿に載置し、ＳｉＣ種結晶にＳｉ単結晶を載せた状態で行った。

【0063】

「実施例６」
実施例６にかかるＳｉＣ改質シードは、ＡｒおよびＣ雰囲気中で、Ｓｉ原料として平板形状のＳｉ単結晶を用い、ＳｉＣ種結晶を改質し形成した。ＳｉＣ改質シードの製造時の雰囲気にＣが含まれること以外の条件は、実施例５と同一の条件を用いた。Ｃ雰囲気は実施例２と同一の条件とした。

【0064】

【表2】

【0065】

実施例５，６の結果から、表に示された時間の範囲では、加熱時間が長い程、マイクロパイプが低減される傾向があることがわかった。また、雰囲気中にカーボンが含まれていた場合の方が、効果的にマイクロパイプ密度を低減することができることがわかる。本実施例では、平板形状のＳｉ単結晶を用いた。なお粒状のＳｉ単結晶やＳｉ多結晶を用いた場合でも、同様の効果を得られることが別途確認された。
また実施例１～６で得られたような、マイクロパイプ密度が低減されたＳｉＣ改質シードを用いて、ＳｉＣ単結晶インゴットを製造し、その結果、従来の種結晶を用いた場合よりも、マイクロパイプ密度が低減されたウエハを供するＳｉＣ単結晶インゴットが得られることが、別途確認された。

【0066】

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。
例えば、本明細書の実施の形態では、第１工程においてＳｉＣ種結晶およびＳｉ原料を、坩堝の蓋に、台座を介す等して、付着させる構成を例に記載した。しかしながら、本発明は、当該構成に限定されない。ＳｉＣ種結晶およびＳｉ原料が接して配置されていれば、両者が直接または間接的に坩堝の蓋に付着された構成であってもよく、あるいは、両者が直接または間接的に坩堝の蓋に付着されない構成であっても良い。例えば、前記ＳｉＣ種結晶に付着する前記Ｓｉ原料が、装置の蓋に、直接又は間接的に取り付けられて、前記第１工程が行われ、前記第１工程の終了後、前記装置から前記蓋が外され、前記蓋が第２工程を行う別の装置に取り付けられても良い。あるいは、ＳｉＣ種結晶およびＳｉ原料が互いに接するように、所定の装置に直接又は間接的に取り付けられ、加熱されてＳｉＣ改質シードを形成し、このシードを、前記装置と同じあるいは別の装置にて、インゴット製造に用いても良い。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明は、マイクロパイプの低減されたＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法を提供することができる。

【符号の説明】

【0068】

１ 坩堝
１１ 蓋部
１１Ａ 設置部
１２ 本体部
１００ ＳｉＣ改質シード形成装置
１１０ ＳｉＣ種結晶
１１０Ａ ＳｉＣ改質シード
１１１ Ｓｉ原料
２ ヒータ
４ 台座
４０ 主部
４０Ａ 載置面
４０Ｂ 設置面
４１ 取付手段
４２ 側部
５ 昇華炉
５０ 炉体
５１ 加熱手段
５０１ 蓋
５０１Ａ 蓋の内側
５０２ 本体部
５１０ 設置部
Ｍ２ 単結晶用原料
Ｒ 炉体内空間

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】