DE112017004785T5

DE112017004785T5 - SiC-Einkristallwachstumstiegel

Info

Publication number: DE112017004785T5
Application number: DE112017004785.4T
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Noguchi; Nobuyuki Oya
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2037-08-01
Also published as: DE112017004785B4; WO2018055917A1; US20200017990A1; JP2018048053A; CN109715868A

Abstract

Dieser Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls ist ein Tiegel zum Erhalten eines SiC-Einkristalls durch ein Sublimationsverfahren, wobei der Tiegel in seinem Inneren einen Einkristallaufnahmeabschnitt und einen Rohmaterialaufnahmeabschnitt beinhaltet, wobei eine Gasdurchlässigkeit einer ersten Wand des Tiegels, die mindestens einen Teil eines ersten Bereichs umgibt, der sich auf der Seite des Rohmaterialaufnahmeabschnitts mit Bezug zu dem Einkristallaufnahmeabschnitt befindet, niedriger ist als eine Gasdurchlässigkeit einer zweiten Wand des Tiegels, die mindestens einen Teil eines zweiten Bereichs umgibt, der sich auf einer gegenüberliegenden Seite des Rohmaterialaufnahmeabschnitts mit Bezug zu dem Einkristallaufnahmeabschnitt befindet.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tiegel zur Herstellung eines SiC-Einkristalls. Es wird die Priorität der am 23. September 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016 - 185952 beansprucht, deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wird.
[Stand der Technik]
Siliziumcarbid (SiC) hat charakteristische Eigenschaften. So ist beispielsweise das dielektrische Durchschlagsfeld von Siliziumcarbid (SiC) im Vergleich zu Silizium (Si) um eine Größenordnung größer, die Bandlücke ist dreimal größer und die Wärmeleitfähigkeit ist etwa dreimal höher. Daher wird erwartet, dass Siliziumcarbid (SiC) auf Leistungsbauelemente, Hochfrequenz-Bauelemente, Hochtemperaturbetriebsvorrichtungen und dergleichen aufgebracht wird.
Als eines der Verfahren zur Herstellung eines SiC-Einkristalls ist das Sublimationsverfahren weit verbreitet. Das Sublimationsverfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Impfkristall aus einem SiC-Einkristall auf einem Sockel platziert wird, der in einem Tiegel aus Graphit platziert ist, Sublimationsgas, das aus dem Rohmaterialpulver im Tiegel sublimiert wird, dem Impfkristall durch Erwärmen des Tiegels zugeführt wird, und der Impfkristall zu einem größeren SiC-Einkristall gezüchtet wird. Bei der Sublimationsmethode ist es erforderlich, einen hochwertigen SiC-Einkristall effizient zu züchten.
So beschreibt beispielsweise das Patentdokument 1 einen Tiegel mit einem axialsymmetrisch zur Mittelachse des Tiegels ausgebildeten Strömungsweg. Dieser Tiegel steuert den aufgrund der Druckdifferenz innerhalb und außerhalb des Tiegels erzeugten Gasstrom und ermöglicht so das Kristallzüchten eines hochwertigen Einkristalls.
Weiterhin beschreibt beispielsweise das Patentdokument 2 einen Tiegel mit einer Gasfangfalle auf der Seite gegenüber einem Rohmaterialaufnahmeabschnitt mit Bezug zu einem Einkristallaufnahmeabschnitt, in dem ein Einkristall installiert ist. Dieser Tiegel beschreibt einen Ort, an dem ein Polykristall gebildet wird und verhindert, dass der gebildete Polykristall mit dem Einkristall in Kontakt kommt. Der Kontakt zwischen dem Polykristall und dem Einkristall verursacht einen Defekt oder dergleichen. Wenn Kristalle mit dem Tiegel gezüchtet werden, kann daher ein hochwertiger Einkristall erhalten werden.
Weiterhin beschreibt beispielsweise das Patentdokument 3 einen Tiegel, in dem die Temperaturverteilung in radialer Richtung des Tiegels gesteuert wird. Durch die Steuerung der Temperaturverteilung in radialer Richtung des Tiegels wird die Verschlechterung der Qualität des zu expandierenden Abschnitts beim Aufweiten des Durchmessers des Einkristalls unterdrückt.
[Zitatliste]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erste Veröffentlichung Nr. 2008-115033
[Patentdokument 2] Veröffentlichte japanische Übersetzung Nr. 2013-504513 der internationalen PCT-Publikation
[Patentdokument 3] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2002-12500

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Im Tiegel des Patentdokuments 1 kann jedoch kein effizientes Einkristallzüchten durchgeführt werden, da das Quellgas aus dem Abschnitt austritt, in dem der Fließweg gebildet wird. In den in den Patentdokumenten 2 und 3 beschriebenen Schmelztiegeln wurden zwar Studien zur Verbesserung der Qualität von Einkristallen durchgeführt, aber es wurden nicht genügend Studien durchgeführt, um die Effizienz des Kristallwachstums zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht und hat das Ziel, einen Tiegel für die Züchtung eines SiC-Einkristalls bereitzustellen, der die Wachstumseffizienz des SiC-Einkristalls verbessern kann.
[Lösung des Problems]
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die Kristallwachstumseffizienz des SiC-Einkristalls erhöht werden kann, indem eine Druckdifferenz im Tiegel erzeugt und dem Quellgas eine vorbestimmte Strömung zugeführt wird.
Das heißt, die vorliegende Erfindung bietet folgende Mittel zur Lösung der oben genannten Probleme.

(1) Ein Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist in seinem Inneren einen Einkristallaufnahmeabschnitt und einen Rohmaterialaufnahmeabschnitt auf, wobei eine Gasdurchlässigkeit einer ersten Wand des vorgenannten Tiegels, die mindestens einen Teil eines ersten Bereichs umgibt, der sich auf der Seite des vorgenannten Rohmaterialaufnahmeabschnitts mit Bezug zu dem vorgenannten Einkristallaufnahmeabschnitt befindet, niedriger ist als eine Gasdurchlässigkeit einer zweiten Wand des vorgenannten Tiegels, die mindestens einen Teil eines zweiten Bereichs umgibt, der sich auf der gegenüberliegenden Seite des vorgenannten Rohmaterialaufnahmeabschnitts mit Bezug zu dem vorgenannten Einkristallaufnahmeabschnitt befindet.
(2) Im Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß dem obigen Aspekt kann die Gasdurchlässigkeit der vorgenannten ersten Wand 90% oder weniger der Gasdurchlässigkeit der vorgenannten zweiten Wand betragen.
(3) Im Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß dem obigen Aspekt kann er so konFigur iert sein, dass mindestens ein Teil der vorgenannten ersten Wand ein Gasbarriereelement beinhaltet.
(4) Der Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß dem obigen Aspekt kann er so konFigur iert werden, dass das vorgenannte Gashüllelement innerhalb oder am Außenumfang der vorgenannten ersten Wand vorgesehen ist.
(5) Der Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß dem obigen Aspekt kann das vorgenannte Gasbarriereelement ein beliebiges aus einem Metall, einem Metallcarbid und Glaskohlenstoff sein.
(6) Der Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß dem obigen Aspekt kann er so konFigur iert werden, dass eine Dicke der vorgenannten ersten Wand größer ist als eine Dicke der vorgenannten zweiten Wand.
(7) Der Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß dem obigen Aspekt kann er so konFigur iert werden, dass eine Dichte der vorgenannten ersten Wand höher ist als eine Dichte der vorgenannten zweiten Wand.
(8) Der Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß dem obigen Aspekt kann die Trennwand, die den vorgenannten ersten Bereich und den vorgenannten zweiten Bereich trennt, eine konische Führung sein, die sich im Durchmesser vom vorgenannten Einkristallaufnahmeabschnitt zum Rohmaterialaufnahmeabschnitt vergrößert.

[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Der Tiegel für die Züchtung eines SiC-Einkristalls gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Wachstumseffizienz des SiC-Einkristalls verbessern.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines Tiegels zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines weiteren Beispiels des Tiegels zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
2B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines weiteren Beispiels des Tiegels zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines weiteren Beispiels des Tiegels zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines Tiegels zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
5 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines Tiegels zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
6 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines Tiegels zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Im Folgenden wird ein Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den in der folgenden Beschreibung verwendeten Zeichnungen können aus Gründen der Einfachheit teilweise charakteristische Abschnitte und Bauteile vergrößert dargestellt werden, um das Verständnis der Eigenschaften der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und das Abmessungsverhältnis oder dergleichen jedes Bestandteils kann sich von dem in Wirklichkeit verwendeten unterscheiden. Die in der folgenden Beschreibung veranschaulichten Materialien, Abmessungen und dergleichen sind nur Beispiele, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und kann mit entsprechenden Änderungen durchgeführt werden, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen.
(Tiegel für die Züchtung von SiC-Einkristallen)
[Erste Ausführungsform]
1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines Tiegels zum Züchten eines SiC-Einkristalls gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. In 1 sind zum besseren Verständnis auch ein Einkristall S und ein SiC-Rohmaterial G dargestellt.
Ein Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls (SiC-Einkristallwachstumstiegel) 10 ist ein Tiegel zum Herstellen eines SiC-Einkristalls durch ein Sublimationsverfahren. Der SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 beinhaltet einen Einkristallaufnahmeabschnitt 1 und einen Rohmaterialaufnahmeabschnitt 2. In 1 ist der Rohmaterialaufnahmeabschnitt 2 ein innerer Bodenabschnitt des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10. Der Einkristallbereich 1 ist so angeordnet, dass er dem Rohmaterialbereich 2 zugewandt ist.
Der Rohmaterialaufnahmeabschnitt 2 speichert den SiC-Rohmaterial G. Das SiC-Rohmaterial G wird durch Erhitzen sublimiert und auf dem im Einkristallaufnahmeabschnitt 1 vorgesehenen Einkristall S umkristallisiert, um dem SiC-Rohmaterial G gegenüberzustehen.
Das Innere des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10 ist durch eine Trennwand 3 in zwei Bereiche unterteilt.
Einer ist ein erster Bereich R1, der auf der Seite des Rohmaterialaufnahmeabschnitts 2 mit Bezug zu dem Einkristallaufnahmeabschnitt 1 gebildet ist, und der andere ist ein zweiter Bereich R2, der auf der gegenüberliegenden Seite des Rohmaterialaufnahmeabschnitts 2 mit Bezug zu dem Einkristallaufnahmeabschnitt 1 gebildet ist.
In 1 ist der erste Bereich R1 ein Bereich, der von einer Bodenfläche des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10, einem Teil einer Seitenfläche und der Trennwand 3 umgeben ist. Weiterhin ist der zweite Bereich R2 ein Bereich, der von einer Oberseite (Deckelabschnitt) des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10, einem Teil der Seitenfläche, dem Einkristallaufnahmeabschnitt 1 und der Trennwand 3 umgeben ist.
In 1 weist eine erste Wand W1, die den ersten Bereich R1 bildet, ein Gasbarriereelement W1a auf. Andererseits hat eine zweite Wand W2, die den zweiten Bereich R2 bildet, kein Gasbarriereelement. Daher ist die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1 niedriger als die Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2.
Hier ist die Gasdurchlässigkeit ein Indikator für die Beurteilung der Gasmenge, die durch die erste Wand W1 und die zweite Wand W2 hindurchtreten kann, unabhängig von der Art des Materials, und bezeichnet die Gasmenge pro Flächeneinheit, die durch die erste Wand W1 und die zweite Wand hindurchgeht, wenn eine konstante Druckdifferenz entsteht. Der Begriff wird im Unterschied zur Gasdurchlässigkeit (Gasdurchlässigkeitskoeffizient) verwendet, die für das Material der ersten Wand W1 und der zweiten Wand W2 spezifisch ist.
Der Unterschied in der Gasdurchlässigkeit zwischen der ersten Wand W1 und der zweiten Wand W2 kann ohne Messung beurteilt werden, wenn die erste Wand W1 das Gasbarriereelement W1a aufweist, wie in 1 dargestellt. Das Gasbarriereelement W1a besteht aus einem Material (Material, das für Gase kaum durchlässig ist), dessen Gasdurchlässigkeit mehrere hundert Mal geringer ist als die des Materials (Graphit oder dergleichen), das die zweite Wand W2 bildet. Daher kann durch die teilweise Verwendung des Gasbarriereelements W1a bestätigt werden, dass die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1 niedriger ist als die Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2.
Wenn die erste Wand W1 nicht das Gasbarriereelement W1a aufweist, wird die Gasdurchlässigkeit an der ersten Wand W1 und der zweiten Wand W2 des Tiegels geprüft und die Werte, die durch Division der erhaltenen Gasdurchlässigkeitsmengen durch die Bereiche erhalten werden, verglichen. Aus diesem Ergebnis kann die Differenz der Mittelwerte der Gasdurchlässigkeit direkt ermittelt werden.
Hier bedeutet die erste Wand W1 einen Abschnitt, der mindestens einen Teil des ersten Bereichs R1 umgibt und eine Außenwand des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10 bildet, und bedeutet den unteren Abschnitt und einen Teil der Seitenwand des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10. Weiterhin bedeutet die zweite Wand W2 einen Abschnitt, der mindestens einen Teil des zweiten Bereichs R2 umgibt und eine Außenwand des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10 bildet, und bedeutet den Deckelabschnitt und einen Teil der Seitenwand des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10.
Wenn die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1 niedriger ist als die Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2, ist der Innendruck des ersten Bereichs R1 höher als der Innendruck des zweiten Bereichs R2. Die innere Druckdifferenz im SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 erzeugt einen Strom des aus dem SiC-Rohmaterial G sublimierten Quellgases. Das Quellgas strömt vom ersten Bereich R1 mit einem hohen Innendruck zum zweiten Bereich R2 mit einem niedrigen Innendruck. Das heißt, das Quellgas im SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 wird effizient zum Einkristall S transportiert. Daher wird das Wachstum des Einkristalls S gefördert, und der SiC-Einkristall kann effizient gewonnen werden.
In 1 deckt das Gasbarriereelement W1a zwar die gesamte Innenfläche der ersten Wand W1 ab, ist aber nicht unbedingt erforderlich, um die gesamte Fläche abzudecken, und die Abdeckung kann teilweise sein. Wenn mindestens ein Teil der ersten Wand W1 mit dem Gasbarriereelement W1a bedeckt ist, wird eine innere Druckdifferenz innerhalb des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10 erzeugt und der Strom des Quellgases vom ersten Bereich R1 zum zweiten Bereich R2 erzeugt.
Dabei ist es vorzuziehen, dass der Unterschied zwischen der Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1 und der Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Genauer gesagt ist die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1 vorzugsweise 90% oder weniger, stärker bevorzugt 80% oder weniger und noch stärker bevorzugt 50% oder weniger der Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2.
Wenn die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1 90% oder weniger der Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2 beträgt, beträgt der Unterschied in der Gasdurchlässigkeit zwischen der ersten Wand W1 und der zweiten Wand W2 10% oder mehr. Wenn der Unterschied in der Gasdurchlässigkeit zwischen der ersten Wand W1 und der zweiten Wand W2 10% oder mehr beträgt, wird eine ausreichende Innendruckdifferenz erzeugt und das Quellgas wird effizient zum Einkristall S transportiert.
Um den Unterschied in der Gasdurchlässigkeit zwischen der ersten Wand W1 und der zweiten Wand W2 zu erhöhen, ist es vorzuziehen, dass die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1 so nahe wie möglich bei Null liegt. Wenn beispielsweise ein Metall für das Gasbarriereelement W1a verwendet wird und die gesamte Oberfläche der ersten Wand W1 abgedeckt ist, tritt im Wesentlichen kein Gas ein.
Um andererseits den Unterschied in der Gasdurchlässigkeit zwischen der ersten Wand W1 und der zweiten Wand W2 zu erhöhen, ist es auch möglich, die Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2 zu erhöhen. Ist die Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2 jedoch zu groß, strömt das Quellgas aus dem Inneren des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10 aus, und die Wachstumseffizienz des Einkristalls S sinkt. Aus diesem Grund ist ein Tiegel, in dem in einem Teil der zweiten Wand W2 eine Öffnung vorgesehen ist und das Sublimationsgas austritt, nicht vorzuziehen. Es ist zu beachten, dass Graphit oft als Ausgangsmaterial für einen Tiegel zur Herstellung von Siliziumcarbid verwendet wird. Die Gasdurchlässigkeit von Graphit beträgt etwa 10^-1 bis 10^-2 cm²/sec, und durch das Versiegeln der zweiten Wand W2 mit Graphit wird der Absolutwert der Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2 nicht zu groß.
Das Gasbarriereelement W1a besteht aus einem Material mit einer Gasdurchlässigkeit, die niedriger ist als die von Graphit. Um den SiC-Rohmaterial G zu sublimieren, ist es im Allgemeinen notwendig, die Temperatur auf etwa 2.400°C einzustellen. Daher besteht der größte Teil des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10 aus Graphit. Da das Gasbarriereelement W1a aus einem Material mit einer Gasdurchlässigkeit hergestellt ist, die niedriger ist als die von Graphit, verhindert es, dass das Quellgas aus dem Inneren des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10 über die erste Wand W1 nach außen abgegeben wird.
Das Gasbarriereelement W1a ist vorzugsweise unter einem Metall, einem Metallcarbid und Glaskohlenstoff ausgewählt. Glaskohlenstoff bedeutet nicht graphitierter Kohlenstoff mit sowohl glasartigen als auch keramischen Eigenschaften.
Das diese Materialien enthaltende Gasbarriereelement W1a hat eine extrem hohe Gasbarriereeigenschaft als Graphit. Es wird allgemein gesagt, dass Graphit, der einen Tiegel bildet, der für das Kristallwachstum von SiC verwendet wird, eine Gasdurchlässigkeit von etwa 10^-1 bis 10^-2 cm²/sec aufweist. Andererseits wird gesagt, dass die Gasdurchlässigkeit von TaC-Beschichtungsfilm, der ein Beispiel für ein Metallcarbid ist, und Glaskohlenstoff 10^-7 cm²/sec oder weniger beträgt. Darüber hinaus kann man sagen, dass den Metallfilm keine wesentlichen Gase durchdringt und er eine Gasdurchlässigkeit von 10^-10 cm2/sec oder weniger aufweist. Durch die Auswahl des Gasbarriereelements W1a nach dem Material der zweiten Wand W2 kann die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1 leicht gegenüber der Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2 gesenkt werden.
Es ist zu beachten, dass die obige Gasdurchlässigkeit eine Gasdurchlässigkeit von Stickstoffgas in einer Umgebung mit einer vorgegebenen Druckdifferenz ist. Da sich das relative Verhältnis der Gasdurchlässigkeit auch bei Änderung des Absolutwertes des Zahlenwertes nicht wesentlich ändert, kann auf Basis dieses Indikators auch unter Bedingungen anderer Gasspezies oder unterschiedlicher Druckdifferenz eine Auswahl getroffen werden.
Der Schmelzpunkt des Metalls oder des Metallcarbids ist vorzugsweise gleich oder höher als 2.500°C. Als Metall mit einem Schmelzpunkt von 2.500°C oder höher kann beispielsweise Tantal (Ta), Osmium (Os), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Rhenium (Re) und dergleichen verwendet werden. Weiterhin kann als Metallcarbid mit einem Schmelzpunkt von 2.500°C oder höher beispielsweise Tantalcarbid (TaC), Hafniumcarbid (HfC), Wolframcarbid (WC), Titancarbid (TiC), Vanadiumcarbid (VC), Molybdäncarbid (Mo2C) und dergleichen verwendet werden.
Wenn beispielsweise Tantal, Wolfram und dergleichen als Gasbarriereelement W1a als Einzelmetalle verwendet werden, wird davon ausgegangen, dass Tantalcarbid, Wolframcarbid und dergleichen durch Kohlenstoff gebildet werden, der aus dem Quellgas im Prozess des epitaktischen Wachstums zugeführt wird. Daher ist es vorzuziehen, diese Metalle als Einzelmetalle zu verwenden, da der Arbeits- und Kostenaufwand für die Karbonisierungsbehandlung von Metallen reduziert werden kann.
Die Dicke des Gasbarriereelements W1a beträgt vorzugsweise 1 µm oder mehr und 1.000 µm oder weniger. Weiterhin, wenn eine Metallfolie als Gasbarriereelement W1a verwendet wird, ist es vorzugsweise 5 µm oder mehr. Die Dicke des Gasbarriereelements W1a wird als Mittelwert der Filmdicken an zehn beliebigen Stellen ermittelt. Die Dicke des Gasbarriereelements W1a kann mit einem Stufenmessgerät oder dergleichen gemessen werden.
Wenn die Dicke des Gasbarriereelements W1a kleiner als 1 µm ist, kann ein sehr dünner Abschnitt des Gasbarriereelements W1a vorhanden sein, abhängig von Unebenheiten in der Dicke der Oberfläche des Gasbarriereelements W1a. Von einem solchen Abschnitt aus tritt das Sublimationsgas nach außen aus, und die innere Druckdifferenz im Inneren des SiC-Einkristallwachstumstiegels 10 wird klein. Auch wenn die Dicke des Gasbarriereelements W1a zu dick gemacht wird, ändert sich die Gasabbarrierewirkung nicht wesentlich. Wenn also die Dicke des Gasbarriereelements W1a zu dick ist, führt dies zu einem Kostenanstieg aufgrund einer Erhöhung der Menge des verwendeten teuren Metalls. Wenn eine Metallfolie als Gasbarriereelement W1a verwendet wird, ist es schwierig, solche mit einer Dicke von weniger als 5 µm zu erhalten.
Wie vorstehend beschrieben ist es nach dem SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 nach der ersten Ausführungsform möglich, den Durchfluss des Quellgases aufgrund der inneren Druckdifferenz im Tiegel zu erzeugen. Dadurch ist es möglich, das Quellgas effizient zu dem im Einkristallaufnahmeabschnitt 1 vorgesehenen Einkristall S zu transportieren und den SiC-Einkristall effizient zu züchten.
Die vorliegende Ausführungsform beschränkt sich nicht notwendigerweise auf die oben beschriebene Konfiguration, und es können verschiedene Änderungen innerhalb eines Bereichs vorgenommen werden, der nicht vom Umfang und Geist der vorliegenden Erfindung abweicht.
2A und 2B sind Querschnittsansichten, die schematisch den Querschnitt anderer Beispiele des SiC-Einkristallwachstumstiegels gemäß der ersten Ausführungsform darstellen. In einem in 2A dargestellten SiC-Einkristallwachstumstiegel 11 ist innerhalb der ersten Wand W1 ein Gasbarriereelement W1b vorgesehen. Weiterhin ist in einem in 2B dargestellten SiC-Einkristallwachstumstiegel 12 außerhalb der ersten Wand W1 ein Gasbarriereelement W1c vorgesehen. Andere Konfigurationen sind die gleichen wie beim vorstehend beschriebenen SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 und erhalten die gleichen Referenznummern und -zeichen.
In beiden in den 2A und 2B dargestellten Konfigurationen tritt in den SiC-Einkristallwachstumstiegeln 11 und 12 aufgrund der unterschiedlichen Gasdurchlässigkeit eine Differenz des Innendrucks auf. Daher wird das Quellgas in Richtung des Einkristalls S transportiert, und der SiC-Einkristall wächst effizient.
Weiterhin sind in den in den 2A und 2B dargestellten SiC-Einkristallwachstumstiegeln 11 und 12 die Gasbarriereelemente W1b und W1c nicht mit dem Reaktionsraum in Kontakt, in dem der SiC-Einkristall gewachsen ist. Daher fungiert die Innenfläche des Tiegels auch als Kohlenstoffquelle, und es ist möglich zu verhindern, dass das Innere des Tiegels zu einer Si-reichen Umgebung wird. Wenn das Innere des Tiegels reich an Si wird, werden Si-Tröpfchen und dergleichen erzeugt, wenn der SiC-Einkristall aus dem Impfkristall gezüchtet wird, und Defekte treten wahrscheinlich auf.
Weiterhin ist 3 eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt durch ein weiteres Beispiel des SiC-Einkristallwachstumstiegels gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. In einem in 3 dargestellten SiC-Einkristallwachstumstiegel 13 ist an einem Teil der zweiten Wand W2 ein Gasbarriereelement W2a vorgesehen. Andere Konfigurationen sind die gleichen wie beim vorstehend beschriebenen SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 und erhalten die gleichen Referenznummern und -zeichen. Der Abschnitt, in dem das Gasbarriereelement W2a vorgesehen ist, ist ein Teil der zweiten Wand W2, und der Durchschnittswert der Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2 ist größer als der Durchschnittswert der Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1.
Das Gasbarriereelement W2a ist in einem Abschnitt vorgesehen, der mit dem Einkristallbildungsabschnitt 1 aus der Sicht des im Rohmaterialbildungsabschnitt 2 installierten SiC-Rohmaterials G überlappt. Aus diesem Grund strömt eine Strömung f des Quellgases von einem Grenzabschnitt zwischen dem ersten Bereich R1 und dem zweiten Bereich R2 zu einem Abschnitt, in dem das Gasbarriereelement W2a nicht vorgesehen ist.
Daher wird das Quellgas, das nicht zum Kristallwachstum des Einkristalls S beigetragen hat, zu einem Polykristall am Eckabschnitt über dem in 3 dargestellten zweiten Bereich R2.
Wenn ein Polykristall und ein zu züchtender Einkristall S in Kontakt kommen, entsteht im Einkristall S ein Defekt oder dergleichen. Durch die Trennung des Bereichs, in dem der Polykristall wächst, von dem Einkristall S ist es daher möglich, die Qualität des zu züchtenden SiC-Einkristalls zu verbessern.
[Zweite Ausführungsform]
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines Beispiels für einen SiC-Einkristallwachstumstiegel gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Ein SiC-Einkristallwachstumstiegel 14 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Trennwand, die den ersten Bereich R1 und den zweiten Bereich R2 trennt, eine konische Führung 4 ist, deren Durchmesser vom Einkristallzüchtungsabschnitt 1 zum Rohmaterialaufnahmeabschnitt 2 zunimmt. Andere Konfigurationen sind die gleichen wie beim vorstehend beschriebenen SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 und erhalten die gleichen Referenznummern und -zeichen.
In dem in 4 dargestellten SiC-Einkristallwachstumstiegel 14 ist die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W1 niedriger als die Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W2. Daher wird eine innere Druckdifferenz zwischen dem ersten Bereich R1 und dem zweiten Bereich R2 erzeugt, und das Quellgas wird effizient dem Einkristall S zugeführt. Weiterhin strömt das Quellgas entlang der konischen Führung 4 und konvergiert zum Einkristall S. Somit kann das Quellgas dem Einkristall S effizienter zugeführt werden.
Weiterhin strömt das Quellgas zwischen dem am Einkristallaufnahmeabschnitt 1 vorgesehenen Einkristall S und der konischen Führung 4 entsprechend der Druckdifferenz. In dem Abschnitt, in dem der Strom des Quellgases erzeugt wird, tritt Kristallwachstum kaum in einer Richtung auf, um den Strom des Quellgases zu blockieren. Das heißt, der Strömungspfad, durch den das Quellgas zwischen dem Einkristall S und der konischen Führung 4 strömt, bleibt auch während des Kristallwachstums des Einkristalls S erhalten.
Selbst wenn das Wachstum des Einkristalls S wächst, ist es daher möglich, den Kontakt zwischen dem auf der konischen Führung 4 gewachsenen Polykristall und dem Einkristall S zu vermeiden. Der Polykristall verursacht Defekte, homogene Polymorphe und Risse, indem er die Seitenfläche des Einkristalls S berührt.
Wie vorstehend beschrieben kann das Quellgas dem Einkristall S effizienter zugeführt werden, da die Trennwand des SiC-Einkristallwachstumstiegels 14 gemäß der zweiten Ausführungsform die konische Führung 4 ist. Weiterhin treten zu diesem Zeitpunkt keine Probleme wie Defekte durch den Kontakt zwischen dem Polykristall auf der konischen Führung und dem zu züchtenden Einkristall S auf.
[Dritte Ausführungsform]
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines Beispiels für einen SiC-Einkristallwachstumstiegel gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. Ein SiC-Einkristallwachstumstiegel 15 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich vom SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine erste Wand W11 kein Gasbarriereelement aufweist und die Dicke der ersten Wand W11 größer ist als die Dicke einer zweiten Wand W12. Andere Konfigurationen sind die gleichen wie beim vorstehend beschriebenen SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 und erhalten die gleichen Referenznummern und -zeichen.
Im SiC-Einkristallwachstumstiegel 15 gemäß der dritten Ausführungsform ist die Dicke der ersten Wand W11 größer als die Dicke der zweiten Wand W12. Hier bedeuten die Dicken der ersten Wand W11 und der zweiten Wand W12 die mittlere Dicke.
Der Dickenunterschied zwischen der ersten Wand W11 und der zweiten Wand W12 erzeugt einen Unterschied in der Gasdurchlässigkeit zwischen der ersten Wand W11 und der zweiten Wand W12. Die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W11 ist geringer als die Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W12. Daher wird eine Innendruckdifferenz zwischen dem ersten Bereich R1 und dem zweiten Bereich R2 erzeugt, und es wird ein Strom des Quellgases aus dem ersten Bereich R1 mit einem hohen Innendruck in den zweiten Bereich R2 mit einem niedrigen Innendruck erzeugt. Mit anderen Worten, der SiC-Einkristallwachstumstiegel 15 fördert das Wachstum des Einkristalls S und kann den SiC-Einkristall effizient züchten.
Die Dicke der ersten Wand W11 ist vorzugsweise das 1,1-fache oder mehr, und insbesondere das 1,5-fache oder mehr, der Dicke der zweiten Wand W12. Wenn der Dickenunterschied zwischen der ersten Wand W11 und der zweiten Wand W12 10% oder mehr beträgt, tritt im SiC-Einkristallwachstumstiegel 15 eine ausreichende Innendruckdifferenz auf, und der SiC-Einkristall kann effizienter gezüchtet werden.
Zusätzlich zum durchschnittlichen Dickenwert ist der Mindestwert der Dicke der ersten Wand W11 vorzugsweise um 10% oder mehr größer als der Mindestwert der Dicke der zweiten Wand W12. Der „Mindestwert der Dicke“ bezeichnet hier die Dicke des dünnsten Abschnitts der ersten Wand W11 oder der zweiten Wand W12.
Wenn es aus dem gleichen Material hergestellt ist, ist die Gasdurchlässigkeit an der dünnsten Stelle am höchsten. Die Differenz zwischen dem Quellgas, das aus dem Abschnitt der ersten Wand W11 mit der höchsten Gasdurchlässigkeit austritt, und dem Quellgas, das aus dem Abschnitt der zweiten Wand W12 mit der höchsten Gasdurchlässigkeit austritt, nimmt den größten Teil des Quellgases ein, das aus dem ersten Bereich R1 in den zweiten Bereich R2 austritt. Wenn die Differenz 10% oder mehr beträgt, kann das Quellgas dem im Verlauf vom ersten Bereich R1 zum zweiten Bereich R2 vorhandenen SiC-Einkristall S ausreichend zugeführt werden.
[Vierte Ausführungsform]
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt eines SiC-Einkristallwachstumstiegels gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. Ein SiC-Einkristallwachstumstiegel 16 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich vom SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine erste Wand W21 kein Gasbarriereelement aufweist und die Dichte der ersten Wand W21 höher ist als die Dichte einer zweiten Wand W22. Andere Konfigurationen sind die gleichen wie beim vorstehend beschriebenen SiC-Einkristallwachstumstiegel 10 und erhalten die gleichen Referenznummern und -zeichen.
Im SiC-Einkristallwachstumstiegel 16 gemäß der vierten Ausführungsform ist die Dichte der ersten Wand W21 höher als die Dichte der zweiten Wand W22. Hier bedeuten die Dichten der ersten Wand W21 und der zweiten Wand W22 die durchschnittliche Dichte.
Hier ist die durchschnittliche Dichte nicht auf den Fall beschränkt, dass sie aus dem gleichen Material besteht. Die durchschnittliche Dichte wird durch Messen der Gewichte der ersten Wand W21 und der zweiten Wand W22 und Division der gemessenen Gewichte durch ihr jeweiliges Volumen erhalten. Das heißt, eine hohe durchschnittliche Dichte bedeutet, dass es nur wenige Hohlräume in diesem Abschnitt gibt, was eine geringe Gasdurchlässigkeit bedeutet. Aus diesem Grund ist es unabhängig von den Materialtypen der ersten Wand W21 und der zweiten Wand W22. Andererseits ist es vorzuziehen, Graphit mit unterschiedlichen Dichten für die erste Wand W21 und die zweite Wand W22 unter Berücksichtigung der Haftung der Grenzfläche, der Betriebstemperatur und dergleichen zu verwenden.
Der Dichteunterschied zwischen der ersten Wand W21 und der zweiten Wand W22 erzeugt einen Unterschied in der Gasdurchlässigkeit zwischen der ersten Wand W21 und der zweiten Wand W22. Die Gasdurchlässigkeit der ersten Wand W21 ist geringer als die Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand W22. Daher wird eine Innendruckdifferenz zwischen dem ersten Bereich R1 und dem zweiten Bereich R2 erzeugt, und es wird ein Strom des Quellgases aus dem ersten Bereich R1 mit einem hohen Innendruck in den zweiten Bereich R2 mit einem niedrigen Innendruck erzeugt. Mit anderen Worten, der SiC-Einkristallwachstumstiegel 16 fördert das Wachstum des Einkristalls S und kann den SiC-Einkristall effizient züchten.
Die Dichte der ersten Wand W21 ist vorzugsweise das 1,1-fache oder mehr, und insbesondere das 1,2-fache oder mehr, der Dichte der zweiten Wand W22. Wenn der Dichteunterschied zwischen der ersten Wand W21 und der zweiten Wand W22 10% oder mehr beträgt, tritt im SiC-Einkristallwachstumstiegel 16 eine ausreichende Innendruckdifferenz auf, und der SiC-Einkristall kann effizienter gezüchtet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und im Rahmen der in den Ansprüchen beschriebenen vorliegenden Erfindung können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste

1:: Einkristallaufnahmeabschnitt
2:: Rohmaterialaufnahmeabschnitt
3:: Trennwand
4:: Verjüngte Führung
10, 11, 12, 13, 14, 15, 16:: SiC-Einkristallwachstumstiegel
R1:: Erste Region
R2:: Zweite Region
W1, W11, W21:: Erste Wand
W2, W12, W22:: Zweite Wand
W1a, W1b, W1c, W2a:: Gasbarriereelement
S:: Einkristall
G:: SiC-Rohmaterial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016 [0001]
JP 185952 [0001]

Claims

Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls, der ein Tiegel zum Erhalten eines SiC-Einkristalls durch ein Sublimationsverfahren ist, wobei der Tiegel in seinem Inneren umfasst: einen Einkristallaufnahmeabschnitt; und einen Rohmaterialaufnahmeabschnitt, wobei eine Gaspermeabilität einer ersten Wand des Tiegels, die mindestens einen Teil eines ersten Bereichs umgibt, der auf der Seite des Rohmaterialaufnahmeabschnitts mit Bezug zu dem Einkristallaufnahmeabschnitt angeordnet ist, niedriger ist als eine Gaspermeabilität einer zweiten Wand des Tiegels, die mindestens einen Teil eines zweiten Bereichs umgibt, der auf einer gegenüberliegenden Seite des Rohmaterialaufnahmeabschnitts mit Bezug zu dem Einkristallaufnahmeabschnitt angeordnet ist.
Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls nach Anspruch 1, worin eine Gasdurchlässigkeit der ersten Wand 90% oder weniger einer Gasdurchlässigkeit der zweiten Wand beträgt.
Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Teil der ersten Wand ein Gasbarriereelement umfasst.
Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls nach Anspruch 3, wobei das Gasbarriereelement innerhalb oder an einem Außenumfang der ersten Wand vorgesehen ist.
Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Gasbarriereelement ein unter einem Metall, einem Metallcarbid und Glaskohlenstoff ausgewähltes Element ist.
Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin eine Dicke der ersten Wand größer ist als eine Dicke der zweiten Wand.
Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin eine Dichte der ersten Wand höher ist als eine Dichte der zweiten Wand.
Tiegel zum Züchten eines SiC-Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Trennwand, die den ersten Bereich und den zweiten Bereich trennt, eine konische Führung ist, die vom Einkristallaufnahmeabschnitt zum Rohmaterialaufnahmeabschnitt im Durchmesser zunimmt.