JP2000264795A - 炭化珪素単結晶の製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

炭化珪素単結晶の製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法

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JP2000264795A
JP2000264795A JP11078292A JP7829299A JP2000264795A JP 2000264795 A JP2000264795 A JP 2000264795A JP 11078292 A JP11078292 A JP 11078292A JP 7829299 A JP7829299 A JP 7829299A JP 2000264795 A JP2000264795 A JP 2000264795A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平板からの輻射熱を均一化させることによ
り、成長表面を平坦にできるようにする。 【解決手段】 少なくとも炭化珪素単結晶基板3の直径
以上の平面部を有する複数枚の遮蔽板5aを、炭化珪素
単結晶基板3と炭化珪素原料粉末4との間に、炭化珪素
単結晶基板3の成長表面と平面部とが対向するように積
層配置して炭化珪素単結晶の成長を行なう。このよう
に、炭化珪素単結晶基板3と炭化珪素原料粉末4との間
に複数の遮蔽板5aを配置することによって、複数の遮
蔽板5aそれぞれの熱輻射によって、複数の遮蔽板5a
のうち最も炭化珪素単結晶基板3に近い側において遮蔽
板5aの上面温度が略均一になるようにできる。これに
より、炭化珪素単結晶10の成長表面を平坦にできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や発光ダイ
オードなどの素材に利用することができる炭化珪素単結
晶の製造方法及び製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の炭化珪素単結晶の製造用の黒鉛製
るつぼを図7に示す。従来、昇華法によるSiCバルク
単結晶の製造においては、図7に示すように、容器51
上方に配置された種結晶52と容器51下方に配置され
た原料部53との温度差をつけるために、種結晶52と
原料部53との間に厚さ10mm程度の円形の平板54
を1枚配置するようにしている(特開平8−29559
5号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、円形平
板54の表面温度が不均一であるため、円形平板54の
熱輻射を受ける種結晶52及び成長結晶55の表面温度
も不均一となり、成長した炭化珪素単結晶55の成長表
面が平坦にならず、高品位な炭化珪素単結晶55が得ら
れないという問題がある。
【0004】本発明は上記問題に鑑みて成され、平板か
らの輻射熱を均一化させることにより、成長表面を平坦
にできる炭化珪素単結晶の製造方法及びそれに適用され
る製造装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決すべく、
請求項1に記載の発明においては、容器(1、2)内
に、成長させる炭化珪素単結晶の原料(4)と、種結晶
となる炭化珪素単結晶基板(3)を配置し、原料を昇華
させて炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶(10)
を成長させる単結晶製造方法において、少なくとも炭化
珪素単結晶基板の直径以上の平面部を有する複数枚の板
部材(5a)を、炭化珪素単結晶基板と原料との間に、
炭化珪素単結晶基板の成長表面と平面部とが対向するよ
うに積層配置して炭化珪素単結晶の成長を行なうことを
特徴としている。
【0006】このように、炭化珪素単結晶基板と炭化珪
素原料との間に複数の板部材を配置することによって、
複数の板部材それぞれの熱輻射によって、複数の板部材
のうち最も炭化珪素単結晶基板に近い側において板部材
の上面温度が略均一になるようにできる。これにより、
炭化珪素単結晶の成長表面を平坦にできる。例えば、請
求項2に示すように、複数枚の板部材のそれぞれの間に
隙間を設けて配置し、該複数枚の板部材それぞれの外周
部で支持されるようにすることができる。
【0007】請求項3に記載の発明においては、少なく
とも炭化珪素単結晶基板の直径以上の平面部を有すると
共に原料の蒸気を通過させることができる貫通孔が形成
された板部材(5c)を、炭化珪素単結晶基板と原料と
の間に、炭化珪素単結晶基板の成長表面と平面部とが対
向するように配置し、この板部材の外周を容器の内壁で
支持するようにして炭化珪素単結晶の成長を行なうこと
を特徴としている。
【0008】このように、板部材の外周を容器の内壁で
支持するようにすることで、支持棒などによる支持とこ
となり、支持部分からの熱伝導による影響を受け難くで
きる。これにより、請求項1と同様の効果が得られる。
請求項4に記載の発明においては、支持棒(7)にて、
少なくとも炭化珪素単結晶基板の直径以上の平面部を有
すると共に該平面部における厚みが支持棒の支持部分の
直径以上となっている板部材(5b)を、炭化珪素単結
晶基板と原料との間に、炭化珪素単結晶基板の成長表面
と平面部とが対向するように配置して炭化珪素単結晶の
成長を行なうことを特徴としている。
【0009】このように、板部材の板厚を支持棒による
支持部分の直径以上にすることにより、板部材の厚みに
よって板部材の上面において熱伝導が略均一に行われる
ようにできる。これにより、請求項1と同様の効果が得
られる。好ましくは、請求項5に示すように、板部材の
板厚が、支持棒の支持部の直径に対して少なくとも2倍
以上となっているものがよい。
【0010】なお、請求項6に示すように、板部材を均
質な黒鉛で構成したり、請求項7に示すように、板部材
を多孔質黒鉛で構成することができる。また、請求項8
に示すように、板部材を円形状で構成すると、板部材内
での熱伝導が板部材の中央部を中心として対称とするこ
とができる。なお、上記各請求項に示す炭化珪素単結晶
の製造方法は、請求項10乃至14に示す炭化珪素単結
晶の製造装置を用いるて実施可能である。
【0011】なお、上記した 括弧内の符号は後述する
実施形態における図中の符号と対応している。
【0012】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1に、本発明
の第1実施形態で用いる結晶成長装置としての黒鉛製る
つぼを示す。この黒鉛製るつぼは、黒鉛製るつぼの底部
に備えられた炭化珪素原料粉末4を熱処理によって昇華
させ、種結晶である炭化珪素単結晶基板3上に炭化珪素
単結晶10を結晶成長させるものである。
【0013】この黒鉛製るつぼは、上面が開口している
略円筒形状のるつぼ本体1と、るつぼ本体1の開口部を
塞ぐ蓋材2とを備えて構成されている。この黒鉛製るつ
ぼを構成する蓋材2を台座として、台座上に炭化珪素単
結晶基板3が配置されている。そして、るつぼ本体1の
底部には炭化珪素原料粉末4が充填されており、この炭
化珪素原料粉末4を昇華させることによって、炭化珪素
単結晶基板3を種結晶として、種結晶の表面に炭化珪素
単結晶を結晶成長させられるようになっている。
【0014】また、黒鉛製るつぼには、炭化珪素原料粉
末4と炭化珪素単結晶基板3との間に配置された複数枚
(本実施形態では2枚)の遮蔽板(板部材)5aが備え
られている。これらの遮蔽板5aは、炭化珪素単結晶基
板3の成長表面と対向する平面を有する略円形の平板で
構成されている。そして、複数枚の遮蔽板5aそれぞれ
の間に遮蔽板5aの外周と同等の径を有する円環状の環
状部材6が配置され、複数枚の遮蔽板5aのそれぞれの
間に隙間が空けられた構成されている。これら遮蔽板5
aは、均一材質のもの、例えば黒鉛でされている。
【0015】また、これらの遮蔽板5aのうち最も炭化
珪素原料粉末4側のものは、その中心部がるつぼ本体1
の底部から延ばされた支持棒7によって支持されてい
る。この遮蔽板5aの板厚は、該遮蔽板5aの支持部
分、つまり遮蔽板5aと支持棒7との接合部位における
支持棒7の直径以上となっている。なお、図示しない
が、黒鉛製るつぼは、アルゴンガスが導入できる真空容
器の中でヒータにより加熱できるようになっており、こ
のヒータのパワーを調節することによって種結晶である
炭化珪素単結晶基板3の温度が炭化珪素原料粉末4の温
度よりも100℃程度低温に保たれるようにできる。
【0016】このように構成された結晶成長装置を用い
た炭化珪素単結晶の製造工程について説明する。まず、
炭化珪素原料粉末4の温度を2000〜2500℃に加
熱する。そして、ヒータ調節等により、炭化珪素単結晶
基板3の温度が炭化珪素原料粉末4の温度よりも低くな
るように、黒鉛製るつぼ内に温度勾配を設ける。
【0017】次に、黒鉛製るつぼ内の圧力は0. 1〜5
0Torrとして、昇華法成長を開始すると、炭化珪素
粉末4が昇華して昇華ガスとなり、炭化珪素単結晶基板
3に到達し、炭化珪素粉末4側よりも相対的に低温とな
る炭化珪素単結晶基板3の表面上に炭化珪素単結晶10
が成長する。その際、遮蔽板5aの下面の温度は、炭化
珪素原料粉末4及び支持棒7による厚みによる熱輻射や
熱伝導により不均一になるが、最も炭化珪素単結晶基板
3に近い遮蔽板5aの上面の温度は、複数の遮蔽板5a
の熱輻射によって略均一になる。
【0018】図2に、本実施形態における結晶成長装置
を用いて炭化珪素単結晶10を結晶成長させた場合(支
持棒による支持)における遮蔽板5aの上面温度のシミ
ュレーション結果を示す。なお、参考として、遮蔽板5
aを1枚のみにした従来構造で結晶成長を行なった場合
における遮蔽板5aの上面温度のシミュレーション結果
を図2中に示す。なお、本図において遮蔽板5aの中心
部からの距離をRとし、その場所における温度をTとし
ている。
【0019】この図からも、遮蔽板5aを複数枚積層し
た場合に方が、従来のように1枚の場合よりも上面温度
が均一となっていることが判る。なお、図2中では、遮
蔽板5aの中心部からの距離が遠くなった場所で遮蔽板
5aの上面の温度が上昇した状態となっているが、これ
らの場所は炭化珪素単結晶基板3の径を超えたところで
あり、少なくとも炭化珪素単結晶基板3と対向する場所
においては遮蔽板5aの上面の温度が均一となった状態
となっている。
【0020】従って、遮蔽板5aの上面の熱輻射を直接
受ける炭化珪素単結晶基板3及び炭化珪素単結晶10の
表面温度は均一になり、炭化珪素単結晶10の表面は平
坦化され、高品質な炭化珪素単結晶10を成長させるこ
とができる。なお、図2中の容器内壁での支持について
は後述する。 (第2実施形態)図3に、本発明の第2実施形態で用い
る黒鉛製るつぼを示す。なお、本実施形態における黒鉛
製るつぼは、第1実施形態とほぼ同様の構成であるた
め、異なる構成についてのみ説明する。
【0021】本実施形態における黒鉛製るつぼには、炭
化珪素原料粉末4と炭化珪素単結晶基板3との間に配置
された遮蔽板(板部材)5bが備えられている。この遮
蔽板5bは、炭化珪素単結晶基板3の成長表面と対向す
る平面を有する略円形の平板で構成されている。この遮
蔽板5bは、均一材質のもの、例えば黒鉛でされてい
る。この遮蔽板5bは、中心部がるつぼ本体1の底部か
ら延ばされた支持棒7によって支持されている。この遮
蔽板5bの板厚は、該遮蔽板5bの支持部分、つまり遮
蔽板5bと支持棒との接合部位における支持棒の直径の
略2倍以上となっている。
【0022】このように構成された結晶成長装置を用い
て、第1実施形態と同様の工程を施して炭化珪素単結晶
を結晶成長させる。その際、遮蔽板5bの下面の温度
は、炭化珪素原料粉末4及び支持棒7による熱輻射や熱
伝導により不均一になるが、遮蔽板5bの上面の温度
は、遮蔽板5bの厚みに熱伝導によって略均一になる。
【0023】図4に、本実施形態における結晶成長装置
を用いて炭化珪素単結晶10を結晶成長させた場合にお
ける遮蔽板5bの上面温度のシミュレーション結果を示
す。なお、参考として、遮蔽板5bの板厚を支持棒7の
直径と同等にした場合、及び遮蔽板5bの板厚を支持棒
7の直径の1/2にした場合における遮蔽板5bの上面
温度のシミュレーション結果を図4中に示す。
【0024】この図からも、遮蔽板5bの板厚を厚くし
た場合の方が、従来のように薄い場合よりも上面温度が
均一となっていることが判る。従って、遮蔽板5bの上
面の熱輻射を直接受ける炭化珪素単結晶基板3及び炭化
珪素単結晶10の表面温度は均一になり、炭化珪素単結
晶10の表面は平坦化され、高品質な炭化珪素単結晶1
0を成長させることができる (第3実施形態)図5に、本発明の第2実施形態で用い
る黒鉛製るつぼを示す。なお、本実施形態における黒鉛
製るつぼは、第1実施形態とほぼ同様の構成であるた
め、異なる構成についてのみ説明する。
【0025】本実施形態における黒鉛製るつぼには、炭
化珪素原料粉末4と炭化珪素単結晶基板3との間に配置
された遮蔽板(板部材)5cが備えられている。遮蔽板
5cは、炭化珪素単結晶基板3の成長表面と対向する平
面を有する略円形の平板で構成されている。遮蔽板5c
は、略円形の外周がるつぼ本体1の内壁のガイドに支持
された構成となっている。この遮蔽板5cは、例えば均
一材質の多孔質黒鉛でされており、炭化珪素の昇華ガス
が通過できるようになっている。
【0026】このように構成された結晶成長装置を用い
て、第1実施形態と同様の工程を施して炭化珪素単結晶
10を結晶成長させる。その際、遮蔽板5cは、第1、
第2実施形態のように支持棒7によって支持されるもの
ではなく、るつぼ本体1の内壁のガイドによって支持さ
れるものであるため、支持される部分から受ける熱伝導
による影響を受け難く、遮蔽板5cの上面の温度が遮蔽
板5cの厚みに熱伝導によって略均一になる。
【0027】図6に、本実施形態における結晶成長装置
を用いて炭化珪素単結晶10を結晶成長させた場合にお
ける遮蔽板5cの上面温度のシミュレーション結果を示
す。なお、参考として、従来のように支持棒で遮蔽板5
cを支持した場合における遮蔽板5cの上面温度のシミ
ュレーション結果を図4中に示す。この図からも、遮蔽
板5cの外周をるつぼ本体1で支持した場合の方が、従
来のように支持棒で支持する場合よりも上面温度が均一
となっていることが判る。
【0028】従って、遮蔽板5cの上面の熱輻射を直接
受ける炭化珪素単結晶基板3及び炭化珪素単結晶10の
表面温度は均一になり、炭化珪素単結晶10の表面は平
坦化され、高品質な炭化珪素単結晶10を成長させるこ
とができる。 (他の実施形態)上記第1実施形態では、複数枚の遮蔽
板5aを円環部材で支持するようにしたが、形状のもの
で支持するようにしてもよい。また、複数枚の遮蔽板5
aを重ねた場合を示したが、この遮蔽板5aの板厚を適
宜変更してもよい。さらに、複数枚の遮蔽板5aを重ね
ることによって第2実施形態に示したように板厚の大き
な遮蔽板5bとしてもよい。
【0029】また、第1、第2実施形態では、遮蔽板5
a、5bの中心を支持棒で支持するようにしているが、
第3実施形態のように容器の内壁で支持するようにして
もよい。例えば、第1実施形態の遮蔽板5aを容器の内
壁で支持するようにした場合のシミュレーション結果を
図2中に示す。このように、遮蔽板5aを支持棒で支持
しないで容器の内壁で支持するようにすれば、さらに遮
蔽板5aの上面温度の均一化を図ることができる。
【0030】また、第3実施形態では、遮蔽板5cとし
てポーラスカーボンを用いているが、板材に貫通孔が形
成されたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における黒鉛製るつぼの
全体構成を示す図である。
【図2】図1に示す黒鉛製るつぼを用いて炭化系珪素単
結晶を成長させた場合における遮蔽板の上面温度のシミ
ュレーション結果を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態における黒鉛製るつぼの
全体構成を示す図である。
【図4】図3に示す黒鉛製るつぼを用いて炭化系珪素単
結晶を成長させた場合における遮蔽板の上面温度のシミ
ュレーション結果を示す図である。
【図5】本発明の第3実施形態における黒鉛製るつぼの
全体構成を示す図である。
【図6】図5に示す黒鉛製るつぼを用いて炭化系珪素単
結晶を成長させた場合における遮蔽板の上面温度のシミ
ュレーション結果を示す図である。
【図7】従来の黒鉛製るつぼの全体構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
1…るつぼ本体、2…蓋材、3…炭化珪素単結晶基板、
4…炭化珪素原料粉末、5a、5b、5c…遮蔽板、6
…円環部材、7…支持棒、10…炭化珪素単結晶。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 容器(1、2)内に、成長させる炭化珪
    素単結晶の原料(4)と、種結晶となる炭化珪素単結晶
    基板(3)を配置し、前記原料を昇華させて前記炭化珪
    素単結晶基板上に炭化珪素単結晶(10)を成長させる
    炭化珪素単結晶製造方法において、 少なくとも前記炭化珪素単結晶基板の直径以上の平面部
    を有する複数枚の板部材(5a)を、前記炭化珪素単結
    晶基板と前記原料との間に、前記炭化珪素単結晶基板の
    成長表面と前記平面部とが対向するように積層配置して
    前記単結晶の成長を行なうことを特徴とする炭化珪素単
    結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記複数枚の板部材のそれぞれの間に隙
    間を設けて配置し、該複数枚の板部材それぞれの外周部
    で支持されるようにすることを特徴とする請求項1に記
    載の炭化珪素単結晶の製造方法。
  3. 【請求項3】 容器(1、2)内に、成長させる炭化珪
    素単結晶の原料(4)と、種結晶となる炭化珪素単結晶
    基板(3)を配置し、前記原料を昇華させて前記炭化珪
    素単結晶基板上に炭化珪素単結晶(10)を成長させる
    炭化珪素単結晶製造方法において、 少なくとも前記炭化珪素単結晶基板の直径以上の平面部
    を有すると共に前記原料の蒸気を通過させることができ
    る貫通孔が形成された板部材(5c)を、前記炭化珪素
    単結晶基板と前記原料との間に、前記炭化珪素単結晶基
    板の成長表面と前記平面部とが対向するように配置して
    前記炭化珪素単結晶の成長を行なうことを特徴とする炭
    化珪素単結晶の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記板部材の外周を前記容器の内壁で支
    持することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つ
    に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
  5. 【請求項5】 容器(1、2)内に、成長させる炭化珪
    素単結晶の原料(4)と、種結晶となる炭化珪素単結晶
    基板(3)を配置し、前記原料を昇華させて前記炭化珪
    素単結晶基板上に炭化珪素単結晶(10)を成長させる
    炭化珪素単結晶製造方法において、 支持棒(7)にて、少なくとも前記炭化珪素単結晶基板
    の直径以上の平面部を有すると共に該平面部における厚
    みが前記支持棒の支持部分の直径以上となっている板部
    材(5b)を、前記炭化珪素単結晶基板と前記原料との
    間に、前記炭化珪素単結晶基板の成長表面と前記平面部
    とが対向するように配置して前記炭化珪素単結晶の成長
    を行なうことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記板部材の板厚が、前記支持棒の支持
    部の直径に対して少なくとも2倍以上となっているもの
    を用いることを特徴とする請求項5に記載の炭化珪素単
    結晶の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記板部材を均質な黒鉛で構成すること
    を特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の炭
    化珪素単結晶の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記板部材を多孔質黒鉛で構成すること
    を特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の炭
    化珪素単結晶の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記板部材を円形状で構成することを特
    徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載の炭化珪
    素単結晶の製造方法。
  10. 【請求項10】 容器(1、2)内に、成長させる炭化
    珪素単結晶の原料(4)と、種結晶となる炭化珪素単結
    晶基板(3)を配置し、前記原料を昇華させて前記炭化
    珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶(10)を成長させ
    る炭化珪素単結晶製造装置において、 前記容器内において、前記炭化珪素単結晶基板が配置さ
    れる部位と前記原料が配置される部位との間に、少なく
    とも前記炭化珪素単結晶基板の直径以上の平面部を有す
    る複数枚の板部材(5a)が、前記炭化珪素単結晶基板
    の成長表面と前記平面部とが対向するように積層されて
    配置されていることを特徴とする炭化珪素単結晶製造装
    置。
  11. 【請求項11】 前記複数枚の板部材のそれぞれの間が
    隙間を設けて配置され、該複数枚の板部材それぞれの外
    周部に配置された支持部材(6)で前記複数枚の板部材
    のそれぞれが支持されていることを特徴とする請求項1
    0に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
  12. 【請求項12】 容器(1、2)内に、成長させる炭化
    珪素単結晶の原料(4)と、種結晶となる炭化珪素単結
    晶基板(3)を配置し、前記原料を昇華させて前記炭化
    珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶(10)を成長させ
    る炭化珪素単結晶製造装置において、 前記容器内において、前記炭化珪素単結晶基板が配置さ
    れる部位と前記原料が配置される部位との間に、少なく
    とも前記炭化珪素単結晶基板の直径以上の平面部を有す
    ると共に前記原料の蒸気を通過させることができる貫通
    孔が形成された板部材(5c)が、前記炭化珪素単結晶
    基板の成長表面と前記平面部とが対向するように配置さ
    れていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
  13. 【請求項13】 容器(1、2)内に、成長させる炭化
    珪素単結晶の原料(4)と、種結晶となる炭化珪素単結
    晶基板(3)を配置し、前記原料を昇華させて前記炭化
    珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶(10)を成長させ
    る炭化珪素単結晶製造装置において、 前記容器内において、前記炭化珪素単結晶基板が配置さ
    れる部位と前記原料が配置される部位との間に、支持棒
    (7)にて、少なくとも前記炭化珪素単結晶基板の直径
    以上の平面部を有すると共に該平面部における厚みが前
    記支持棒の支持部分の直径以上となっている板部材(5
    b)が、前記炭化珪素単結晶基板の成長表面と前記平面
    部とが対向するように配置されていることを特徴とする
    炭化珪素単結晶の製造装置。
  14. 【請求項14】 前記板部材の板厚が、前記支持棒の支
    持部の直径に対して少なくとも2倍以上となっているこ
    とを特徴とする請求項13に記載の炭化珪素単結晶の製
    造装置。
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