DE102019109551A1

DE102019109551A1 - Wärmeisolierendes abschirmungselement und einkristall-herstellungsvorrichtung, welche dieses aufweist

Info

Publication number: DE102019109551A1
Application number: DE102019109551.4A
Authority: DE
Inventors: Yohei FUJIKAWA
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2039-04-12
Also published as: JP2019189494A; US20190330765A1; JP7068914B2; CN110408997A; DE102019109551B4; US11453958B2; CN110408997B

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein wärmeisolierendes Abschirmungselement bereitgestellt, das zwischen einem SiC-Quellengehäuse (3) und einem Substratträger (4) in einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung (10) angeordnet ist und verwendet wird, wobei die Einkristall-Herstellungsvorrichtung (10) einen Kristallzüchtungsbehälter (2) und ein Heizelement (5), das am Außenrand des Kristallzüchtungsbehälters (2) angeordnet ist, aufweist, wobei der Kristallzüchtungsbehälter (2) das SiC-Quellengehäuse (3), das an einem unteren Abschnitt der Vorrichtung angeordnet ist, und den Substratträger (4), der oberhalb des SiC-Quellengehäuses (3) angeordnet ist und ein für die Kristallzüchtung verwendetes Substrat (S) derart trägt, dass es dem SiC-Quellengehäuse (3) zugewandt ist, aufweist und wobei die Einkristall-Herstellungsvorrichtung (10) dafür ausgelegt ist, einen Einkristall (W) aus einer SiC-Quelle (M) auf dem Substrat (S) durch Sublimation der SiC-Quelle (M) von dem SiC-Quellengehäuse (3) zu züchten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein wärmeisolierendes Abschirmungselement und eine Einkristall-Herstellungsvorrichtung, welche dieses aufweist.
Es wird die Priorität der am 26. April 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung 2018-85453 beansprucht, deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Siliciumcarbid (SiC) weist eine um eine Zehnerpotenz höhere elektrische Durchschlagfeldstärke und eine drei Mal höhere Bandlücke als Silicium (Si) auf. Überdies ist die Wärmeleitfähigkeit von Siliciumcarbid (SiC) etwa drei Mal höher als jene von Silicium (Si). Es wird erwartet, dass Siliciumcarbid (SiC) auf Leistungsvorrichtungen, Hochfrequenzvorrichtungen, bei einer hohen Temperatur arbeitende Vorrichtungen und dergleichen angewendet wird. Für solche SiC-Vorrichtungen wird ein epitaxialer SiC-Wafer mit einem auf einem SiC-Substrat (SiC-Wafer) gebildeten epitaxialen SiC-Film verwendet.
Siliciumcarbid weist viele Kristallpolymorphe (Polytypen) auf, deren stöchiometrische Zusammensetzung gleich ist, deren Schichtungsmuster von Atomen (nur in C-Achsenrichtung) sich jedoch unterscheiden. Repräsentative Polytypen sind 3C, 4H, 6H usw. Weil 4H-Siliciumcarbid-Einkristalle insbesondere gute Eigenschaften in Bezug auf die Bandlücke, die Sättigungselektronengeschwindigkeit und dergleichen aufweisen, sind sie als Hauptsubstratmaterial optischer und elektronischer Vorrichtungen geeignet.
SiC-Wafer werden durch Schneiden eines SiC-Ingots hergestellt. In den letzten Jahren musste der Durchmesser der SiC-Wafer entsprechend den Marktanforderungen vergrößert werden. Daher besteht ein zunehmender Bedarf an einer Vergrößerung des Durchmessers und der Länge der SiC-Ingots selbst.
SiC-Ingots (Siliciumcarbid-Einkristalle) werden durch ein Sublimationsverfahren hergestellt.
Die Züchtung eines Siliciumcarbid-Einkristalls durch Sublimation wird anhand einer in 5 in einer schematischen Querschnittansicht dargestellten Einkristall-Herstellungsvorrichtung 100 beschrieben.
Bei der Sublimation stehen in einem gewöhnlich aus Graphit gebildeten Kristallzüchtungsbehälter (Tiegel) 101 ein SiC-Quellenabschnitt (SiC-Quellenpulver) 102, der in einem unteren Abschnitt des Kristallzüchtungsbehälters untergebracht ist, und ein Einkristall-Züchtungssubstrat (Keimkristall) 104, das an einer unteren Oberfläche eines Deckels 103 angebracht ist, einander gegenüber. Der SiC-Quellenabschnitt 102 wird dann erwärmt und sublimiert, und SiC-Quellengas wird auf den Keimkristall 104 geführt und darauf rekristallisiert, so dass ein Einkristall 105 aufwächst.
Die Temperatur im Tiegel wird so geregelt, dass der Keimkristall eine niedrigere Temperatur als der SiC-Quellenabschnitt aufweist, so dass das SiC-Quellengas an der Oberfläche des Keimkristalls leicht rekristallisiert. Die Abstrahlung von dem SiC-Quellenabschnitts 102 auf der Hochtemperaturseite führt zu einer Temperaturverteilung des Keimkristalls 104 und legt folglich die Form der Wachstumsoberfläche fest. Es ist bekannt, zur Steuerung der Form der Wachstumsoberfläche eine Abschirmungsplatte 106 in Gestalt einer kreisförmigen flachen Platte bereitzustellen (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 bis 3).
Bei diesem Verfahren wird die den Keimkristall erreichende Strahlung des SiC-Quellenabschnitts 102 durch die Abschirmungsplatte 106 eingestrahlt. Durch Steuern der Temperaturverteilung an der oberen Oberfläche der Abschirmungsplatte 106 kann eine isotherme Oberflächengestalt des Keimkristalls flach oder konvex gemacht werden.
Die Form der Wachstumsoberfläche kann also so gesteuert werden kann, dass sie flach oder konvex ist.
Durch die in 5 dargestellte Abschirmungsplatte 106 wird verhindert, dass der Keimkristall 104 direkt die Strahlungswärme des SiC-Quellenabschnitts 102 empfängt. Die Abschirmungsplatte 106 selbst empfängt jedoch die Strahlungswärme von der Hochtemperatur-SiC-Quelle und wird aufgeheizt.
In Patentdokument 1 ist das Problem dargelegt, dass die Temperatur der Abschirmungsplatte 106 selbst ansteigt, dass die Temperatur eines zentralen Abschnitts des Einkristalls 105 infolge der Wärmestrahlung von der Abschirmungsplatte 106 ansteigt und dass der zentrale Abschnitt des Einkristalls 105 thermisch geätzt wird, so dass eine Einkerbung auftritt, wie in 5 dargestellt ist. Zur Lösung dieses Problems sind eine Abschirmungsplatte, bei der der zentrale Abschnitt mit einer Vertiefung versehen ist (welche nachstehend als „im Zentrum mit einer Vertiefung versehene Abschirmungsplatte“ bezeichnet werden kann), und eine Abschirmungsplatte aus zwei Materialtypen mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten vorgesehen, wobei ein den zentralen Abschnitt bildendes erstes Material eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das den Randabschnitt bildende zweite Material (welche nachstehend als „im Zentrum schwach wärmeleitende Abschirmungsplatte“ bezeichnet werden kann).
Demgegenüber ist in Patentdokument 2 das Problem dargelegt, dass bei Verwendung einer flachen Abschirmungsplatte (welche nachstehend manchmal als „einzelne Abschirmungsplatte“ bezeichnet werden kann) die Oberflächentemperatur der einzelnen Abschirmungsplatte ungleichmäßig ist, so dass auch die Oberflächentemperaturen des Wärmestrahlung empfangenden Keimkristalls und des wachsenden Kristalls ungleichmäßig sind, so dass die Wachstumsoberfläche des gezüchteten Siliciumcarbid-Einkristalls nicht flach ist und kein Siliciumcarbid-Einkristall hoher Qualität erhalten werden kann. Zur Lösung dieses Problems schlägt Patentdokument 2 eine Abschirmungsplatte vor (welche nachstehend als „Mehrfach-Abschirmungsplatte“ bezeichnet werden kann), die aus mehreren Plattenelementen mit dazwischen bereitgestellten Zwischenräumen gebildet ist und von Außenrandabschnitten der mehreren Plattenelemente getragen wird, oder eine Abschirmungsplatte (welche nachstehend als „dicke Abschirmungsplatte“ bezeichnet werden kann), bei der die Dicke eines Plattenelements wenigstens zwei Mal so groß ist wie der Durchmesser eines tragenden Abschnitts einer Tragstange. Es wird beschrieben, dass von den mehreren Plattenelementen die Mehrfach-Abschirmungsplatte an den oberen Oberflächen der Plattenelemente auf der Seite, die dem Keimkristall oder dem gezüchteten Kristall am nächsten liegt, durch die Wärmestrahlung jeder der mehreren Plattenelemente eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperatur aufweisen kann, so dass die Wachstumsoberfläche des Siliciumcarbid-Einkristalls flach gemacht werden kann, und es wird auch beschrieben, dass die Wirkung des Bereitstellens einer gleichmäßigen Temperatur der oberen Oberfläche durch die dicke Abschirmungsplatte ähnlich wie bei der Mehrfach-Abschirmungsplatte erhalten werden kann.
In Patentdokument 3 ist ein Problem dargelegt, das darin besteht, dass, weil der SiC-Quellenabschnitt 102 von der Außenrandseite erwärmt wird, eine solche Temperaturverteilung auftritt, dass der erwärmte SiC-Quellenabschnitt 102 an der Außenrandseite wärmer als im zentralen Abschnitt ist, so dass auch auf der Abschirmungsplatte 106 eine radiale Temperaturverteilung auftritt. Es ist auch beschrieben, dass demgemäß der Keimkristall 104 oder der Züchtungskristall 105 ebenfalls in radialer Richtung eine ungleichmäßige Oberflächentemperatur aufweist. Zur Lösung dieses Problems schlägt Patentdokument 3 eine Abschirmungsplatte vor (welche nachstehend als „mehrfache ringförmige Abschirmungsplatte“ bezeichnet werden kann), die aus mehreren ringförmigen Elementen mit Öffnungen verschiedener Innendurchmesser und unterschiedlicher spezifischer Wärmekapazitäten gebildet ist und worin ringförmige Elemente in der Reihenfolge der spezifischen Wärmekapazitäten vom Zentrum zu den Enden angeordnet sind, oder eine Abschirmungsplatte (welche nachstehend als „Abschirmungsplatte mit graduell und radial ansteigender Dicke“ bezeichnet werden kann), die aus einem einzigen Element besteht, mehrere Löcher aufweist, durch welche das Quellgas hindurchtritt, und vom Zentrum zu ihren Enden dicker wird.
Demgegenüber schlägt Patentdokument 4 zur Vergrößerung des Durchmessers und der Länge des SiC-Ingots selbst beispielsweise eine Einkristall-Herstellungsvorrichtung vor, die mit einem zulaufenden Führungselement versehen ist, um den Durchmesser des SiC-Einkristalls zu erhöhen. Wenn der vom Keimkristall her aufwachsende Einkristall jedoch in Kontakt mit einem auf einem Führungselement aufwachsenden Polykristall gelangt, werden Fehler, Polytyp-Einschlüsse, Risse usw. erzeugt, welche die Qualität des SiC-Ingots verschlechtern können. Zur Vermeidung dieses Problems wird das zulaufende Führungselement gemäß Patentdokument 5 auf einer hohen Temperatur gehalten, um das Kristallwachstum von polykristallinem SiC auf der Oberfläche des Führungselements zu unterdrücken.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer H11-255597
Patentdokument 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2000-264795
Patentdokument 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2015-051922
Patentdokument 4: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2002-060297
Patentdokument 5: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2013-166672
Patentdokument 6: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2012-020893
Patentdokument 7: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2012-248764

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der Entwicklung des SiC-Ingots (des Siliciumcarbid-Einkristalls) müssen der Durchmesser und die Länge stets vergrößert werden. Die dabei angestrebten Abmessungen werden einmal implementiert, und die nachfolgende Abmessung ist dann das nächste Ziel. Zur Implementierung der angestrebten Abmessungen wurde eine ganz neue Konfiguration vorgeschlagen (beispielsweise Patentdokument 4), die Konfiguration aus dem Stand der Technik wurde verbessert (beispielsweise Patentdokumente 1 bis 3), oder es wurde eine neue Verwendung vorgeschlagen (beispielsweise Patentdokument 5).
Die vorliegenden Erfinder haben Untersuchungen durchgeführt und erkannt, dass es wichtig ist, das nachstehend beschriebene Dilemma zu lösen, um den Durchmesser und die Länge des 4H-SiC-Ingots weiter zu erhöhen.
Das heißt, dass es zur weiteren Erhöhung des Durchmessers und der Länge wesentlich ist, die Wachstumsrate zu verbessern. Wenn die Temperatur des SiC-Quellenabschnitts (insbesondere der in 5 durch eine Bezugszahl 102a dargestellten SiC-Quellenoberfläche) jedoch erhöht wird, um die Sublimationsrate der SiC-Quelle von dem SiC-Quellenabschnitt zu verbessern, steigt auch die Oberflächentemperatur des Keimkristalls oder des gezüchteten Kristalls an, so dass sich leicht das Problem einer Einmischung von 6H-SiC ergibt. Wenn die Temperatur des SiC-Quellenabschnitts andererseits verringert wird, um das Wachstum von 6H-SiC zu unterdrücken, ergibt sich das Problem einer Abscheidung an der Oberfläche der SiC-Quelle mit zunehmender Wachstumszeit bei der weiteren Erhöhung des Durchmessers und der Länge. Um den Durchmesser und die Länge zu vergrößern, muss ein Tiegel mit einer großen SiC-Quellenmenge gefüllt werden. Wenn jedoch der untere Abschnitt der SiC-Quelle des mit einer großen Menge an SiC-Quelle gefüllten Tiegels erwärmt wird, beeinflusst die Temperaturdifferenz am Tiegel das Innere der SiC-Quelle. Daher nimmt die Temperaturdifferenz zwischen dem unteren Teil und der Oberfläche der SiC-Quelle zu. Deshalb wird das am unteren Teil sublimierte Quellgas an der Oberfläche der SiC-Quelle gesättigt und scheidet sich daran ab, ohne den Keimkristall zu erreichen. Die Abscheidung an der Oberfläche der SiC-Quelle führt dazu, dass das SiC-Quellengas gas nicht wirksam für das Wachstum des Einkristalls verwendet werden kann, und sie führt auch zu einer Verschlechterung der Wachstumsstabilität und der Qualität. Wenn die Temperatur der Oberfläche der SiC-Quelle auf eine hohe Temperatur erhöht wird, beispielsweise durch Bewegen des Heizzentrums in die Nähe der SiC-Quellenoberfläche zur Unterdrückung der Abscheidung auf der Oberfläche der SiC-Quelle, wird durch den Temperaturanstieg des Keimkristalls 6H-SiC eingemischt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ergibt sich bei einer weiteren Erhöhung des Durchmessers und der Länge das Dilemma, dass die Temperatur des SiC-Quellenabschnitts nicht wirksam erhöht oder verringert werden kann.
Dieses Dilemma wird jedoch durch die Abschirmungsplatten aus dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik, d. h. die im Zentrum vertiefte Abschirmungsplatte, die im Zentrum schwach wärmeleitende Abschirmungsplatte, die einzelne Abschirmungsplatte, die Mehrfach-Abschirmungsplatte, die dicke Abschirmungsplatte, die mehrfach ringförmige Abschirmungsplatte und die Abschirmungsplatte mit graduell und radial ansteigender Dicke, nicht beseitigt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ferner ungeachtet des neueren Entwicklungstrends von Abschirmungsplatten, bei denen ein Wärmeausgleich in radialer Richtung erwünscht ist, umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Dabei sind die Erfinder auf der Grundlage des einfachen technischen Gedankens, dass die Temperatur des SiC-Quellenabschnitts (insbesondere der Oberfläche der SiC-Quelle) erhöht wird, ohne die Oberflächentemperatur des Keimkristalls oder des aufwachsenden Kristalls zu erhöhen (Verringern der Temperatur so weit wie möglich), zu der wärmeisolierenden Abschirmungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung gelangt. Das wärmeisolierende Abschirmungselement gemäß der vorliegenden Erfindung scheint eine Technologie zu sein, die der Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik nahe kommt oder ähnelt, was aber nicht der Fall ist.
Die vorliegende Erfindung wird durch eine Technologie erreicht, bei der die Temperatur des SiC-Quellenabschnitts (insbesondere der Oberfläche der SiC-Quelle) erhöht wird, ohne dass die Oberflächentemperatur des Keimkristalls oder des aufwachsenden Kristalls erhöht wird (durch Verringern der Temperatur wo weit wie möglich), indem die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche der SiC-Quelle und der Oberflächentemperatur des Keimkristalls oder des wachsenden Kristalls (nachstehend manchmal als „vertikale Temperaturdifferenz“ bezeichnet) erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage des vorstehend beschriebenen Problems gemacht, um ein wärmeisolierendes Abschirmungselement bereitzustellen, das in der Lage ist, die Abscheidung auf der Oberfläche der SiC-Quelle und die Verunreinigung mit 6H-SiC zu unterdrücken, und sie sieht eine Einkristall-Herstellungsvorrichtung vor, welche dieses aufweist.
Zum Lösen der vorstehenden Probleme werden durch die vorliegende Erfindung die folgenden Mittel bereitgestellt:

(1) Ein wärmeisolierendes Abschirmungselement gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zwischen einem SiC-Quellengehäuse und einem Substratträger in einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung angeordnet und wird darin verwendet, wobei die Einkristall-Herstellungsvorrichtung einen Kristallzüchtungsbehälter und ein Heizelement, das am äußeren Umfang des Kristallzüchtungsbehälters angeordnet ist, aufweist, wobei der Kristallzüchtungsbehälter das SiC-Quellengehäuse, das an einem unteren Abschnitt der Vorrichtung angeordnet ist, und den Substratträger, der oberhalb des SiC-Quellengehäuses angeordnet ist und ein Substrat trägt, so dass es dem SiC-Quellengehäuse gegenübersteht, aufweist und wobei die Einkristall-Herstellungsvorrichtung dafür ausgelegt ist, einen Einkristall aus einer SiC-Quelle auf dem Substrat durch Sublimieren der SiC-Quelle von dem SiC-Quellengehäuse zu züchten.
(2) Das in (1) beschriebene wärmeisolierende Abschirmungselement kann ein schwach wärmeleitendes Kohlenstoffmaterial enthalten, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer als jene von Graphit ist.
(3) Bei dem in (2) beschriebenen wärmeisolierenden Abschirmungselement kann das schwach wärmeleitende Kohlenstoffmaterial entweder ein Kohlenstofffasermaterial oder expandierter Graphit sein.
(4) Bei dem in (2) beschriebenen wärmeisolierenden Abschirmungselement kann das schwach wärmeleitende Kohlenstoffmaterial ein Graphitmaterial mit einer thermischen Anisotropie sein.
(5) Das in einem von (1) bis (4) beschriebene wärmeisolierende Abschirmungselement kann eine Struktur aufweisen, bei der ein wärmeisolierendes Material von einem Graphitmaterial umgeben ist.
(6) Das in einem von (1) bis (5) beschriebene wärmeisolierende Abschirmungselement kann eine Oberfläche aufweisen, die mit einer Metallcarbidschicht beschichtet ist.
(7) Eine Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit dem in einem von (1) bis (6) dargelegten wärmeisolierenden Abschirmungselement versehen.

Durch das wärmeisolierende Abschirmungselement gemäß der vorliegenden Erfindung können die Abscheidung auf der Oberfläche der SiC-Quelle und das Wachstum des 6H-SiC-Einkristalls unterdrückt werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine schematische Längs-Querschnittansicht eines bevorzugten Beispiels eines wärmeisolierenden Abschirmungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die mit dem wärmeisolierenden Abschirmungselement versehen ist,
2 eine schematische Längs-Querschnittansicht eines für eine Simulation verwendeten Strukturmodells der Einkristall-Herstellungsvorrichtung,
3 ein Diagramm der durch Simulation erhaltenen Temperaturverteilung in der Einkristall-Herstellungsvorrichtung,
4 eine schematische Längs-Querschnittansicht eines bevorzugten Beispiels eines wärmeisolierenden Abschirmungselements gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit dem gleichen wärmeisolierenden Abschirmungselement versehen ist, und
5 eine schematische Längs-Querschnittansicht einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung aus dem Stand der Technik.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend sind bevorzugte Beispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich mit geeignetem Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die in der folgenden Beschreibung verwendeten Zeichnungen können Abmessungen oder Verhältnisse aufweisen, die im Interesse eines besseren Verständnisses von Merkmalen der vorliegenden Erfindung oder aus Gründen der Zweckmäßigkeit gegenüber jenen tatsächlicher Bestandteile vergrößert sind. Die Materialien, Abmessungen und dergleichen, die in der folgenden Beschreibung angegeben sind, sind lediglich als beispielhaft zu verstehen, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Solche Parameter können innerhalb eines nicht vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abweichenden Bereichs geeignet angepasst werden. Sofern nichts anderes angegeben ist, können Anzahlen, Größen, Positionen, Materialien, Verhältnisse, Formen usw. nach Bedarf geändert, hinzugefügt oder fortgelassen werden.
Nachstehend wird die Züchtung eines Siliciumcarbid-Einkristalls als Beispiel beschrieben.
Wärmeisolierende Abschirmungsplatte, Einkristall-Herstellungsvorrichtung
1 ist eine schematische Längs-Querschnittansicht bevorzugter Beispiele eines wärmeisolierenden Abschirmungselements gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung, die mit diesem wärmeisolierenden Abschirmungselement versehen ist.
Ein wärmeisolierendes Abschirmungselement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 1 dargestellt, ist in einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung 10 angeordnet. Die Einkristall-Herstellungsvorrichtung 10 weist einen Kristallzüchtungsbehälter (Tiegel) 2 (durch einen Tiegelhauptkörper 2A und einen Tiegeldeckel 2B gebildet) und ein Heizelement 5, das um den Kristallzüchtungsbehälter 2 herum angeordnet ist, auf. Der Kristallzüchtungsbehälter 2 weist ein sich an seinem unteren Abschnitt befindendes SiC-Quellengehäuse 3 und einen Substratträger (eine Basis) 4, der sich oberhalb des SiC-Quellengehäuses 3 befindet und ein Kristallzüchtungssubstrat (Keimkristall bzw. Impfkristall) S trägt, so dass es zu dem SiC-Quellengehäuse 3 gerichtet ist, auf. In der Einkristall-Herstellungsvorrichtung 10 zur Sublimation einer SiC-Quelle (SiC-Quellenabschnitts) M von dem SiC-Quellengehäuse 3 zur Züchtung eines Einkristalls W aus der SiC-Quelle M auf dem Substrat S ist das wärmeisolierende Abschirmungselement 1 zwischen dem SiC-Quellengehäuse 3 und dem Substratträger 4 angeordnet und wird dort verwendet.
Ferner ist vorzugsweise ein wärmeisolierendes Material (nicht dargestellt) zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Tiegels 2 am äußeren Umfang des Tiegelhauptkörpers 2A vorgesehen. Der Keimkristall S ist an der am Tiegeldeckel 2B vorgesehenen Basis 4 angebracht.
Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, ist die Richtung, in der die Basis 4 und die Siliciumcarbid-Einkristallzüchtungs-SiC-Quelle M zueinander gerichtet sind, als vertikale Richtung (Längsrichtung) definiert, und die zur vertikalen Richtung orthogonale Richtung ist als laterale Links-Rechts-Richtung (Seitenrichtung) definiert.
Es ist bevorzugt, dass das wärmeisolierende Abschirmungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ein wärmeisolierendes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 40 W/m·K oder weniger zumindest in Dickenrichtung (entsprechend der vertikalen Richtung (Längsrichtung), wenn das wärmeisolierende Abschirmungselement in der Einkristall-Herstellungsvorrichtung angeordnet ist) enthält oder alternativ aus einem Isoliermaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von 40 W/m K oder weniger zumindest in Dickenrichtung gebildet ist. Die Wärmeleitfähigkeit von 40 W/m K oder ist geringer als die Wärmeleitfähigkeit des für den Tiegel verwendeten Graphitmaterials.
Überdies ist es bevorzugt, dass das wärmeisolierende Material einer intensiven Reinigungsbehandlung unterzogen wird, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in den Kristall gelangen.
Die Wärmeleitfähigkeit des wärmeisolierenden Abschirmungselements beträgt vorzugsweise 30 W/m·K oder weniger, bevorzugter 20 W/m·K oder weniger, noch bevorzugter 10 W/m·K oder weniger und besonders bevorzugt 5 W/m·K oder weniger.
Die Untergrenze der Wärmeleitfähigkeit des wärmeisolierenden Abschirmungselements beträgt als grobe Anleitung etwa 1 W/m·K. Diese Wärmeleitfähigkeit kann die bei Raumtemperatur festgestellte Wärmeleitfähigkeit sein.
Ein „wärmeisolierendes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 40 W/m·K oder weniger zumindest in Dickenrichtung“ ist beispielsweise ein Kohlenstoffmaterial mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, die geringer als jene von gewöhnlichem Graphit ist, bspw. Graphitmasse oder ein isotroper Graphits hoher Dichte. Beispiele für ein solches Kohlenstoffmaterials mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit sind Graphitmaterialien und poröser Kohlenstoff, wie Kohlenstofffasermaterial, expandierter Graphit, ein thermisch anisotropes Graphitmaterial und dergleichen. Das thermisch anisotrope Graphitmaterial ist ein Graphitmaterial, bei dem die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung und einer zur Dickenrichtung orthogonalen Richtung anisotrop ist, welches beispielsweise durch Pressen des expandierten Graphits in eine kompakte Schichtform gebildet wird (siehe beispielsweise ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer H01-014139). Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Erstveröffentlichungsnummer H01-014139 offenbart eine Graphitschicht mit einer Wärmeleitfähigkeit von 120 kcal/m ·Stunde·°C (etwa 140 W/m·K) in Ebenenrichtung und von 4 kcal/m·Stunde·°C (etwa 4,7 W/m·K) in Dickenrichtung (in diesem Fall beträgt die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung 3,3 % der Wärmeleitfähigkeit in Ebenenrichtung), oder eine Graphitschicht mit einer Wärmeleitfähigkeit von 140 kcal/m·Stunde·°C (etwa 163 W/m·K) in Ebenenrichtung und von 25 kcal/m·Stunde·°C (etwa 29 W/m·K) in Dickenrichtung (in diesem Fall beträgt die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung 5,6 % der Wärmeleitfähigkeit in Ebenenrichtung). Eigenschaften wie die physikalischen Eigenschaften und die Dicke des Kohlenstofffasermaterials und der Faserdurchmesser können optional ausgewählt werden. Eigenschaften wie die physikalischen Eigenschaften und die Dicke des expandierten Graphits können ebenfalls optional ausgewählt werden. Das „wärmeisolierende Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 40 W/m·K oder weniger zumindest in Dickenrichtung“ ist nicht auf ein Kohlenstoffmaterial beschränkt, sondern kann auch ein Metallcarbid mit einer hohen Wärmebeständigkeit, eine durch Porösmachen von Metallcarbid gebildete Substanz (poröses Metallcarbid) oder eine durch Füllen eines Graphitbehälters mit einem Metallcarbidpulver erhaltene Konstruktion sein. Um verglichen mit der Graphitabschirmungsplatte aus dem Stand der Technik eine erhebliche wärmeisolierende Wirkung zu erhalten (vertikale Temperaturdifferenz und/oder Temperaturdifferenz in der SiC-Quelle), beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Materials des wärmeisolierenden Abschirmungselements bevorzugt 40 % oder weniger, bevorzugter 30 % oder weniger, noch bevorzugter 20 % oder weniger, noch bevorzugter 10 % oder weniger und besonders bevorzugt 5 % oder weniger jener der Graphitabschirmungsplatte aus dem Stand der Technik. Bevorzugte Beispiele für ein solches Material sind Kohlenstofffasermaterial und expandierter Graphit. Bei der später beschriebenen Simulation wird als Modell für das wärmeisolierende Abschirmungselement ein Fall angenommen, bei dem die Wärmeleitfähigkeit 2,5 % der Wärmeleitfähigkeit der Graphitabschirmungsplatte aus dem Stand der Technik beträgt.
Weil die Wärmeleitfähigkeit „zumindest“ in Dickenrichtung 40 W/m·K oder weniger beträgt, kann sie in einer von der Dickenrichtung verschiedenen Richtung ebenfalls 40 W/m·K oder weniger betragen.
Verglichen mit dem wärmeisolierenden Abschirmungselement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird Graphit oder an der Oberfläche mit TaC oder SiC beschichteter Graphit als Material für eine Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik verwendet (siehe beispielsweise Patentdokumente 4 und 5). Die Wärmeleitfähigkeit von Graphit beträgt etwa 80 bis 130 W/m K (siehe beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2000-351670), die Wärmeleitfähigkeit von TaC beträgt etwa 90 W/m·K (siehe beispielsweise die Neuveröffentlichung der internationalen PCT-Veröffentlichung 2010-125800), und die Wärmeleitfähigkeit von SiC beträgt etwa 200 W/m·K (siehe beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2016-092122).
Die Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik ist also aus einem graphitbasierten Material gebildet und weist eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 80 bis 130 W/m K auf, welche abhängig von der Oberflächenbeschichtung oder den Graphittypen etwas variiert. Infolge der Wärmeleitfähigkeit dieser Abschirmungsplatte hat der Keimkristall S oder der gezüchtete Kristall W, wenn ein Siliciumcarbid-Einkristall unter Verwendung der Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik gezüchtet wird, über die Abschirmungsplatte eine starke thermische Korrelation mit der SiC-Quellenoberfläche Ms.
Als wärmeisolierendes Abschirmungselement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein thermisch anisotropes Abschirmungselement verwendet werden, bei dem die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung (entsprechend der vorstehend beschriebenen Längsrichtung) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit in Ebenenrichtung (entsprechend der vorstehend beschriebenen lateralen Richtung). Der Grad der thermischen Anisotropie ist nicht begrenzt, solange die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung 40 W/m K oder weniger beträgt. Beispielsweise kann die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung 90 % oder weniger, 60 % oder weniger, 40 % oder weniger, 20 % oder weniger, 10 % oder weniger, 5 % oder weniger oder 3 % oder weniger der Wärmeleitfähigkeit in Ebenenrichtung sein. Beispielsweise offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Erstveröffentlichungsnummer H01-014139 eine Graphitschicht, bei der die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung 3,3 % oder 5,6 % der Wärmeleitfähigkeit in Ebenenrichtung beträgt. Bei der später beschriebenen Simulation wird als Modell für das wärmeisolierende Abschirmungselement ein Fall angenommen, bei dem die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung 6,9% der Wärmeleitfähigkeit der Graphitabschirmungsplatte aus dem Stand der Technik beträgt.
Eine Graphitschicht bzw- folie wie bspw. Grafoil (eingetragene Marke) ist ein beispielhaftes Material eines solchen thermisch anisotropen Abschirmungselements.
Bei der in Patentdokument 1 offenbarten Abschirmungsplatte mit einer im Zentrum geringen Wärmeleitfähigkeit ist ihr zentraler Abschnitt aus porösem Kohlenstoff gebildet, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer als jene von Graphit ist. Wie offenbart wurde die Erfindung jedoch gemacht, um das Problem einer beim thermischen Ätzen im zentralen Abschnitt des Einkristalls gebildeten Einkerbung durch Steuern der Temperaturverteilung an der Oberfläche der Abschirmungsplatte zu lösen. Mit anderen Worten konzentriert sich die Erfindung auf die bereits bekannte Temperaturdifferenz in radialer Richtung. Daher war ein Fachmann auf der Grundlage der in Patentdokument 1 beschriebenen Erfindung nicht ohne weiteres in der Lage, eine Abschirmungsplatte zu entwickeln, die vollständig aus porösem Kohlenstoff gebildet ist.
Als nächstes wird für einen Vergleich zwischen dem wärmeisolierenden Abschirmungselement gemäß der vorliegenden Erfindung und der Graphitabschirmungsplatte aus dem Stand der Technik unter Verwendung eines in 2 dargestellten Modells das Ergebnis einer Simulation der Oberflächentemperatur des Keimkristalls beschrieben.
Die Simulation wurde unter Verwendung einer von STR-Group Ltd. Hergestellten Dampfphasen-Kristallzüchtungsanalysesoftware „Virtual Reactor“ ausgeführt. Als für die Simulation verwendetes Strukturmodell der Einkristall-Herstellungsvorrichtung wurde eine einfache Struktur mit einem säulenförmigen Tiegel, einer auf der Rückseite eines oberen Deckels angeordneten Basis, einem Abschirmungselement (einer Abschirmungsplatte) und einer am unteren Abschnitt des Tiegels bereitgestellten SiC-Quelle, wobei der Keimkristall auf der Basis angeordnet ist, verwendet, um die Wärmeisolationswirkung des wärmeisolierenden Abschirmungselements gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik zu bestimmen.
Bei dem für die Simulation verwendeten Strukturmodell der Einkristall-Herstellungsvorrichtung war der Tiegel aus Graphit gebildet, mit einem Innendurchmesser von 230 mm, und der Keimkristall war aus SiC gebildet und wies einen Durchmesser von 150 mm auf.
Es ist schwierig, den genauen Wert der Wärmeleitfähigkeit bei einer hohen Temperatur, beispielsweise jener, bei der der SiC-Einkristall gezüchtet wird, genau zu bestimmen. Daher wird bei dem für die Simulation verwendeten Strukturmodell der Einkristall-Herstellungsvorrichtung die Wärmeleitfähigkeit des wärmeisolierenden Abschirmungselements gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Verhältnis zwischen der Größe und der Wärmeleitfähigkeit der Graphitabschirmungsplatte aus dem Stand der Technik definiert.
Die Abstimmungsplatte hat einen Durchmesser von 170 mm und eine Dicke von 5 mm. Eine Platte aus Graphit (entsprechend (b) aus Tabelle 1) wird als Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik verwendet. Ein Element, dessen Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung 2,5 % jener der Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik beträgt, wird als wärmeisolierendes Abschirmungselement gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet (entsprechend einem wärmeisolierenden Abschirmungselement aus Filz) (entsprechend (c) aus Tabelle 1). Ein Element, dessen Wärmeleitfähigkeit in Ebenenrichtung 1/6 der Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung beträgt und dessen Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung 6,9 % der Wärmeleitfähigkeit der Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik beträgt, wird als thermisch anisotropes Graphitmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet (entsprechend einem wärmeisolierenden Abschirmungselement aus einer Graphitschicht) (entsprechend (d) in Tabelle 1). Der Abstand zwischen dem Keimkristall und der Abschirmungsplatte oder dem wärmeisolierenden Abschirmungselement beträgt 70 mm. Die Temperatur am Punkt höchster Temperatur in dem unteren Abschnitts des Tiegels ist auf 2300 °C festgelegt.
3 zeigt eine durch Simulation erhaltene Temperaturverteilung.
Tabelle 1 zeigt auch die Temperatur jedes Abschnitts auf der Grundlage der durch Simulation erhaltenen Temperaturverteilung.

Mit Bezug auf (a) bis (e) in 3 und Tabelle 1 bezeichnet (a) einen Fall, in dem keine Abschirmungsplatte verwendet wird, (b) einen Fall, in dem die Graphitabschirmungsplatte aus dem Stand der Technik verwendet wird (der Abstand zwischen dem Keimkristall und der Abschirmungsplatte beträgt 70 mm), (c) einen Fall, in dem ein wärmeisolierendes Abschirmungselement verwendet wird (ein wärmeisolierendes Abschirmungselement gemäß der vorliegenden Erfindung), dessen Wärmeleitfähigkeit 2,5 % jener der Abstimmungsplatte aus dem Stand der Technik beträgt, (d) einen Fall, in dem ein thermisch anisotropes Abschirmungselement verwendet wird (ein wärmeisolierendes Abschirmungselement gemäß der vorliegenden Erfindung), bei dem die Wärmeleitfähigkeit in Ebenenrichtung 1/6 jener in Dickenrichtung ist und die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung 6,9 % jener der Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik ist, und (e) einen Fall, in dem aus dem Stand der Technik aus Graphit verwendet wird und die Abschirmungsplatte um 1/4 des Abstands in Fall (b) näher an den Keimkristall gebracht ist (d. h. der Abstand zwischen dem Keimkristall und der Abschirmungsplatte beträgt 17,5 mm).
Tabelle 1

	Temperatur des Keimkristalls	Oberflächentemperatur der SiC-Quelle	Temperatur des unteren Abschnitts der SiC-Quelle	Vertikale Temperaturdifferenz	Temperaturdifferenz in der SiC-Quelle
(a) keine Abschirmungsplatte	2219,7	2225,6	2297,7	5,9	72,1
(b) Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik	2215	2231,5	2297,9	16,4	66,4
(c) wärmeisolierendes Abschirmungselement	2211,2	2235,5	2297,9	24,4	62,4
(d) thermisch anisotropes Abschirmungselement	2211,9	2234,9	2297,9	22,9	63
(e) Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik (mit einem Abstand von 1/4)	2211,9	2228,5	2297,9	16,6	69,4

Die Einheit der Zahlenwerte in Tabelle 1 ist °C.
Zusätzlich ist in Tabelle 1 die Keimkristalltemperatur die Temperatur der Keimkristalloberfläche auf der Seite des SiC-Quellengehäuses. Die Oberflächentemperatur der SiC-Quelle ist die Temperatur der Oberfläche der auf der Seite des Keimkristalls in dem SiC-Quellengehäuse enthaltenen SiC-Quelle. Die Temperatur des unteren Abschnitts der SiC-Quelle ist die Temperatur der Oberfläche der im SiC-Quellengehäuse enthaltenen SiC-Quelle, die in Kontakt mit dem Boden des Tiegels ist. Die vertikale Temperaturdifferenz ist die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Keimkristalls und der Oberflächentemperatur der SiC-Quelle. Die Temperaturdifferenz in der SiC-Quelle ist die Temperaturdifferenz zwischen der Oberflächentemperatur der SiC-Quelle und der Temperatur des unteren Abschnitts der SiC-Quelle.
Wie in Tabelle 1 dargestellt ist, wird bei Verwendung des wärmeisolierenden Abschirmungselements gemäß der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass die Wirkung der Verringerung der Temperatur des Keimkristalls (Keims) jener entspricht, wenn der Abstand zwischen dem Keimkristall und der Abschirmungsplatte auf 1/4 des ursprünglichen Abstands verringert ist. Bei dem Verfahren, bei dem der Keimkristall und die Abschirmungsplatte näher aneinander geracht werden, ist die Temperaturdifferenz in der SiC-Quelle jedoch hoch und es ist ein Problem zu erwarten, dass auf der Oberfläche der SiC-Quelle eine Abscheidung auftritt. Demgemäß ist das Verfahren wirksamer, bei dem das wärmeisolierende Abschirmungselement gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Bei Verwendung der Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik beträgt die vertikale Temperaturdifferenz 16,4 °C. Bei Verwendung des wärmeisolierenden Abschirmungselements (c) gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die vertikale Temperaturdifferenz 24,4 °C. Bei Verwendung des wärmeisolierenden Abschirmungselements (d) gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die vertikale Temperaturdifferenz 22,9 °C. Beide Fälle zeigen eine erheblich größere vertikale Temperaturdifferenz als bei Verwendung der Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik. Dieses Ergebnis überschreitet die Erwartungen der Erfinder erheblich.
Die Temperaturdifferenz in der SiC-Quelle beträgt bei Verwendung der Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik 66,4 °C, beträgt jedoch bei Verwendung des wärmeisolierenden Abschirmungselements (c) gemäß der vorliegenden Erfindung 62,4 °C und bei Verwendung des wärmeisolierenden Abschirmungselements (d) gemäß der vorliegenden Erfindung 63,0 °C. Beide Fälle zeigen gegenüber dem Fall der Verwendung der Abschirmungsplatte aus dem Stand der Technik erheblich verbesserte Ergebnisse.
Es ist sehr schwierig, die Parameter im Kristallzüchtungsbehälter tatsächlich zu messen, weil das Wachstum des Siliciumcabid-Einkristalls durch verschiedene Parameter beeinflusst wird und das Innere des Behälters während des Kristallwachstums eine Temperatur oberhalb von 2000 °C aufweist. Deshalb spielt eine Temperaturverteilungsanalyse unter Verwendung der Simulation eine große Rolle bei der Entwicklung einer Konfiguration und dergleichen zur Verwirklichung einer optimalen Temperaturverteilung im Behälter. Daher wird gewöhnlich die folgende Prozedur verwendet: Entwerfen einer Ofenstruktur und dergleichen auf der Grundlage der anhand der Simulation erhaltenen Ergebnisse, Bestätigen der Wirkung durch tatsächliches Züchten des Einkristalls mit der Ofenkonstruktion und dergleichen und Feineinstellen der Konstruktion und dergleichen, um die optimale Ofenkonstruktion und dergleichen zu erhalten. Die Simulation ist auch in der Zukunft unerlässlich, um ein unwirtschaftliches Vorgehen durch Versuch und Irrtum zu vermeiden. Die Simulation wird gemäß der vorliegenden Erfindung soweit wie möglich ausgenutzt.
Das wärmeisolierende Abschirmungselement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann lediglich durch einen einzigen Materialtyp gebildet werden. Die Form dieses Elements kann optional ausgewählt werden. Beispielsweise kann eine kreisförmige flache Platte verwendet werden, bei der die Dicke optional ausgewählt werden kann. Die Dicke ist vorzugsweise gleichmäßig, kann jedoch abhängig von der Position unterschiedlich sein. Das wärmeisolierende Abschirmungselement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt aus einer einzigen Abschirmungsplatte gebildet, ist jedoch nicht auf dieses Beispiel eingeschränkt.
Das wärmeisolierende Abschirmungselement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung von zwei oder mehr Materialtypen gebildet werden.
Wie in 4 dargestellt ist, kann das wärmeisolierende Abschirmungselement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Struktur aufweisen, bei der das wärmeisolierende Material 1A mit dem Graphitmaterial 1B umhüllt ist. Es ist auch bevorzugt, dass die gesamte Oberfläche des wärmeisolierenden Materials 1A in das Graphitmaterial 1B eingehüllt ist.
Bei dieser Konfiguration kann, selbst wenn das wärmeisolierende Material 1A leicht mit dem SiC-Quellengas reagiert, eine solche Reaktion durch das Graphitmaterial 1B vermieden oder unterdrückt werden. Der Typ, die Form und der Zustand des Graphitmaterials können optional gewählt werden. Beispiele hierfür sind ein Graphitmaterial oder eine Graphitschicht bzw. -folie ohne Öffnung, ein nicht poröses Graphitmaterial oder eine nicht poröse Graphitschicht und dergleichen. Weil das SiC-Quellensublimationsgas hauptsächlich Si, Si₂C und/oder SiC₂ ist, tritt manchmal eine Reaktion mit dem C des das wärmeisolierende Material bildenden Graphitmaterials auf. Insbesondere hat poröses Graphitmaterial wie Kohlenstofffasermaterial eine große spezifische Oberfläche und reagiert leichter als normaler Graphit. Wenn diese Reaktion auftritt, geht das Graphitmaterial in einen dünneren bzw. verarmteren Zustand über, und es besteht die Möglichkeit, dass das Graphitpulver im Tiegel herumfliegt. Dieses Graphitpulver wird als Kohlenstoffeinschluss in den SiC-Einkristall aufgenommen und kann Kristallfehler in der Art von Mikroröhrchen induzieren. Daher ist es wünschenswert, das poröse Graphitmaterial mit einem anderen Graphitmaterial, das nur schwer reagiert, einzuwickeln, statt es in einem nackten Zustand bereitzustellen.
In 4 sind das wärmeisolierende Material 1A und das Graphitmaterial 1B ohne einen Zwischenraum dargestellt, es kann dazwischen jedoch ein Zwischenraum vorgesehen sein.
Ein Teil der Oberfläche des wärmeisolierenden Abschirmungselements 1 gemäß der vorliegenden Erfindung oder seine gesamte Oberfläche kann mit einer Metallcarbidschicht bedeckt sein.
Als Metallcarbid kann beispielsweise bevorzugt zumindest eines aus der aus TaC, WC, NbC, MoC und dergleichen bestehenden Gruppe ausgewählt werden.
Bei dieser Konfiguration kann selbst dann, wenn das Innere aus einem Material besteht, das leicht mit dem SiC-Quellengas reagiert, diese Reaktion durch die Metallcarbidschicht vermieden oder unterdrückt werden. Das Graphitmaterial im Tiegel reagiert mäßig mit dem SiC-Quellengas. Daher kann das Graphitpulver bei einer langandauernden Züchtung herumfliegen, wenn das kaum reagierende Graphitmaterial verwendet wird. Deshalb ist eine Metallcarbidbeschichtung bevorzugt, um die Länge des Kristalls zu vergrößern. Es kann beispielsweise eine keine Öffnung aufweisende Metallcarbidbeschichtung verwendet werden.
Als Tiegel 2 kann jeder bekannte Tiegel verwendet werden, solange darin ein Siliciumcarbid-Einkristall durch Sublimation hergestellt werden kann. Beispielsweise kann Graphit, Tantalcarbid oder dergleichen verwendet werden. Der Tiegel 2 wird während des Wachstums auf eine hohe Temperatur erhitzt. Daher muss er aus einem Material gebildet sein, das diese hohe Temperatur aushalten kann. Beispielsweise hat Graphit eine sehr hohe Sublimationstemperatur von 3550 °C und kann eine hohe Temperatur während des Wachstums aushalten.
Wie in 1 dargestellt ist, ist die nach unten vorstehende Basis 4 am inneren zentralen Abschnitt des Tiegeldeckels 2B vorgesehen, und es ist möglich, dass der Siliciumcarbid-Keimkristall S an einer Oberfläche (Keimkristallseiten-Oberfläche) 4a der Basis 4 haftet. Der Tiegelhauptkörper 1 wird durch den Tiegeldeckel 2B abgedeckt, so dass die Basis 4 der in dem Tiegel 2 enthaltenen Siliciumcarbid- Einkristallzüchtungs-SiC-Quelle M gegenübersteht. Weil das Siliciumcarbid-Einkristallzüchtungs-SiC-Quelle M dem auf der Basis 4 angeordneten Keimkristall S gegenübersteht, kann das SiC-Quellengas dem Keimkristall S wirksam zugeführt werden. Der Tiegeldeckel 2B und die Basis 4 können integral oder als getrennte Elemente ausgebildet sein.
Die Basis 4 ist vorzugsweise in der Mitte in Links-Rechts-Richtung des Tiegeldeckels 2B vorgesehen. Durch Vorsehen der Basis 4 in der Mitte in der lateralen Richtung des Tiegeldeckels 2B kann die Wachstumsrate des Siliciumcarbid-Einkristalls W in Links-Rechts-Richtung konstant sein.
Der Tiegeldeckel 2B und die Basis 4 sind nicht besonders eingeschränkt, solange sie die hohe Temperatur aushalten können, und es können die gleichen Materialien wie jene des Tiegels 2 verwendet werden.
Es kann ein allgemein bekanntes Heizelement 5 verwendet werden. Als Heizelement 5 kann beispielsweise eine Hochfrequenzspule oder dergleichen verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein wärmeisolierendes Abschirmungselement bereitgestellt werden, bei dem eine Abscheidung auf der Oberfläche der SiC-Quelle unter Unterdrückung einer Verunreinigung mit 6H-SiC unterdrückt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: wärmeisolierendes Abschirmungselement
1A: wärmeisolierendes Material
1B: Graphitmaterial
2, 101: Kristallzüchtungsbehälter (Tiegel)
2A: Tiegelhauptkörper
2B: Tiegeldeckel
3: SiC-Quellengehäuse
4: Substratträger
4a: Keimkristallseiten-Oberfläche der Basis
5: Heizelement
10, 100: Einkristall-Herstellungsvorrichtung
102, M: SiC-Quellenabschnitt (SiC-Quelle, SiC-Quellenpulver)
102a, Ms: SiC-Quellenoberfläche
103: Deckel
104, S: Kristallzüchtungssubstrat (Keimkristall)
105: Einkristall
106: Abschirmungsplatte
W: gezüchteter Kristall

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018085453 [0002]
JP H11255597 [0016]
JP 2000264795 [0016]
JP 2015051922 [0016]
JP 2002060297 [0016]

Claims

Wärmeisolierendes Abschirmungselement, wobei das wärmeisolierende Abschirmungselement zwischen einem SiC-Quellengehäuse und einem Substratträger in einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung angeordnet ist und verwendet wird, wobei die Einkristall-Herstellungsvorrichtung einen Kristallzüchtungsbehälter und ein Heizelement, das an einem äußeren Umfang des Kristallzüchtungsbehälters angeordnet ist, aufweist, wobei der Kristallzüchtungsbehälter das SiC-Quellengehäuse, wobei das SiC-Quellengehäuse an einem unteren Abschnitt der Vorrichtung angeordnet ist, und den Substratträger, wobei der Substratträger oberhalb des SiC-Quellengehäuses angeordnet ist und ein Substrat derart trägt, dass es dem SiC-Quellengehäuse zugewandt ist, aufweist und wobei die Einkristall-Herstellungsvorrichtung dafür ausgelegt ist, einen Einkristall aus einer SiC-Quelle auf dem Substrat durch Sublimieren der SiC-Quelle von dem SiC-Quellengehäuse zu züchten.
Wärmeisolierendes Abschirmungselement nach Anspruch 1, wobei das wärmeisolierende Abschirmungselement ein schwach wärmeleitfähiges Kohlenstoffmaterial enthält, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer als jene von Graphit ist.
Wärmeisolierendes Abschirmungselement nach Anspruch 2, wobei das schwach wärmeleitfähige Kohlenstoffmaterial entweder ein Kohlenstofffasermaterial oder expandierter Graphit ist.
Wärmeisolierendes Abschirmungselement nach Anspruch 2, wobei das schwach wärmeleitfähige Kohlenstoffmaterial ein Graphitmaterial mit einer thermischen Anisotropie ist.
Wärmeisolierendes Abschirmungselement nach Anspruch 1, wobei das wärmeisolierende Abschirmungselement einen Aufbau aufweist, bei dem ein wärmeisolierendes Material von einem Graphitmaterial umgeben ist.
Wärmeisolierendes Abschirmungselement nach Anspruch 1, wobei das wärmeisolierende Abschirmungselement ein Oberfläche aufweist, die mit einer Metallcarbidschicht beschichtet ist.
Einkristall-Herstellungsvorrichtung, welche das wärmeisolierende Abschirmungselement nach Anspruch 1 aufweist.
Einkristall-Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 7, welche ferner Folgendes aufweist: einen Kristallzüchtungsbehälter und ein Heizelement, das an/auf einem äußeren Umfang des Kristallzüchtungsbehälters angeordnet ist, wobei der Kristallzüchtungsbehälter ein SiC-Quellengehäuse, das an einem unteren Abschnitt der Vorrichtung angeordnet ist, und einen Substratträger, der oberhalb des SiC-Quellengehäuses angeordnet ist und ein Substrat derart trägt, dass es dem SiC-Quellengehäuse zugewandt ist, aufweist, und wobei die Einkristall-Herstellungsvorrichtung dafür ausgelegt ist, einen Einkristall aus einer SiC-Quelle auf dem Substrat durch Sublimieren der SiC-Quelle von dem SiC-Quellengehäuse zu züchten.
Wärmeisolierendes Abschirmungselement nach Anspruch 1, wobei das wärmeisolierende Abschirmungselement aus einem wärmeisolierenden Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 40 W/m·K oder weniger zumindest in Dickenrichtung gebildet ist.