JP2012140267A - SiC単結晶の製造装置および製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】SiC溶液を収容する容器、
該容器内の該SiC溶液を適温に維持する温度制御手段、
SiC種結晶をその結晶成長面の裏面全体に面接触した状態で保持する保持手段として作用し、且つ、該SiC種結晶を冷却する冷却手段として作用する下端部を有する保持軸、および
該結晶成長面にSiC単結晶が継続的に成長するように、該結晶成長面を該SiC溶液に接触させた状態に維持するための該保持軸の位置制御手段、
を備えたSiC単結晶の製造装置であって、
該保持軸の下端部は、該面接触した該結晶成長面の面内温度分布を均一化するための均熱手段を有することを特徴とするSiC単結晶の製造装置。
【選択図】図3
Description
SiC溶液を収容する容器、
該容器内の該SiC溶液を適温に維持する温度制御手段、
SiC種結晶をその結晶成長面の裏面全体に面接触した状態で保持する保持手段として作用し、且つ、該SiC種結晶を冷却する冷却手段として作用する下端部を有する保持軸、および
該結晶成長面にSiC単結晶が継続的に成長するように、該結晶成長面を該SiC溶液に接触させた状態に維持するための該保持軸の位置制御手段、
を備えたSiC単結晶の製造装置であって、
該保持軸の下端部は、該面接触した該結晶成長面の面内温度分布を均一化するための均熱手段を有することを特徴とする。
SiC溶液を収容する容器を準備する工程、
該容器内の該SiC溶液を適温に維持するように温度制御する工程、
保持軸の下端部に、SiC種結晶をその結晶成長面の裏面全体で面接触した状態で保持し、且つ、該下端部を冷却手段として該SiC種結晶を冷却する工程、および
該結晶成長面にSiC単結晶が継続的に成長するように、該結晶成長面を該SiC溶液に接触させた状態に維持するために該保持軸を位置制御する工程、
を含み、
該保持軸の下端部に設けた均熱手段により、該面接触した該結晶成長面の面内温度分布を均一化する工程を有することを特徴とする。
すなわち、本発明は、保持軸20の下端部20Eは、結晶成長面の面内温度分布を均一化するための均熱手段を有する。
保持軸20は、その本体内を長手方向に延びて下端部20Eに達する冷却流体の供給流路Sおよび戻り流路Rを備え、
下端部20Eは、SiC単結晶を外側に面接触させて保持する底部Bと、この底部Bの周縁から立ち上がって保持軸20の本体に連続する側壁Wとで囲まれた中空体を成し、供給流路Sから中空部P内へ吹き出した冷却流体が、底部Bに衝突し底部Bを介してSiC単結晶を冷却し、戻り流路Rを通って中空体から排出され、
中空体の底部Bは、供給流路Sからの冷却流体が衝突する中央部から戻り流路Rに向かう周縁部にかけて厚さが減少していることにより均熱手段として作用する。すなわち、
更に望ましい第2形態においては、上記本発明のSiC単結晶の製造装置は、
SiC単結晶の成長方向よりもこれと直角な方向の熱伝導率が大きい均熱板を、該下端部と該SiC種結晶との間に介在させたことを特徴とする。
これによって、ガスによる冷却効果が大きい部位が種結晶及び成長中の結晶を冷却する前に、水平方向に温度が均一化しやすくなり、三次元結晶成長が更に抑制される。
〔比較例〕
図2に示す従来の保持軸下端部20を用いて、下記条件によりSiC単結晶を成長させた。
冷却流体:Arガス
底部の厚み(t):5mm
底部のテーパ角度:0°(平坦)
底部直径:D1=52φ、D2=36φ
得られたSiC単結晶は、最小厚み(周縁部)=163μm、最大厚み(中央部)=632μmであった。面内成長量の差の最大厚みに対する割合は、(632−163)/632×100=74%であった。
図3に示す本発明の保持軸下端部20を用いて、下記条件によりSiC単結晶を成長させた。
冷却流体:Arガス
底部の厚み(t):15mm
底部のテーパ角度:18°
底部直径:D1=48φ、D2=40φ
得られたSiC単結晶は、最小厚み(周縁部)=416μm、最大厚み(中央部)=1085μmであった。面内成長量の差の最大厚みに対する割合は、(1085−416)/1085×100=62%であった。従来法による比較例よりも平坦性が向上した。
図4に示す本発明の望ましい形態による保持軸下端部20Eを用いた。
冷却流体:Arガス
底部の厚み(t):5mm
均熱板厚み:3mm
底部のテーパ角度:18°
底部直径:D1=48φ、D2=40φ
断熱材:材質Carbon
得られたSiC単結晶は、最小厚み(周縁部)=680μm、最大厚み(中央部)=984μmであった。面内成長量の差の最大厚みに対する割合は、(984−680)/984×100=31%であった。実施例1に比べて更に平坦性が向上した。
本発明により保持軸20の下端部20Eの内部空間Pにおける冷却流体の流れがどのように改良されたかを、流体の流速分布についてシミュレーション計算により検討した。
流量:5L/min
最大流速:3.5m/s
人工拡散条件
流線拡散
横風拡散=0.1
表示条件
流線:30本
ベクトル本数:50×50
従来例(1)および本発明例(2)について、いずれもX(底部中央)とY(底部周縁)に停流部(○囲みの部分)が生じているが、本発明(2)により停流部の大きさが小さくなっていることが分かる。これにより、本発明により、冷却流体がよりスムーズに流れ、面内温度分布の均一化を促進すると考えられる。
12 SiC溶液
14 黒鉛製等の容器
16 誘導コイル
18 SiC種結晶
20 保持軸
20E 保持軸の下端部
22 保持軸の位置制御手段
24 熱電対
26 放射温度計
20N 保持軸の内管
20G 保持軸の外管
30 均熱版
40 断熱材
S 冷却流体の供給流路
R 冷却流体の戻り流路
B 保持軸下端部の底部
W 保持軸下端部の側壁
P 保持軸下端部の中空部
Claims (5)
- SiC溶液を収容する容器、
該容器内の該SiC溶液を適温に維持する温度制御手段、
SiC種結晶をその結晶成長面の裏面全体に面接触した状態で保持する保持手段として作用し、且つ、該SiC種結晶を冷却する冷却手段として作用する下端部を有する保持軸、および
該結晶成長面にSiC単結晶が継続的に成長するように、該結晶成長面を該SiC溶液に接触させた状態に維持するための該保持軸の位置制御手段、
を備えたSiC単結晶の製造装置であって、
該保持軸の下端部は、該面接触した該結晶成長面の面内温度分布を均一化するための均熱手段を有することを特徴とするSiC単結晶の製造装置。 - 請求項1において、
該保持軸は、その本体内を長手方向に延びて該下端部に達する冷却流体の供給流路および戻り流路を備え、
該下端部は、該SiC単結晶を外側に面接触させて保持する底面と、該底面の周縁から立ち上がって該保持軸の該本体に連続する側面とで囲まれた中空体を成し、該供給流路から該中空体内へ吹き出した該冷却流体が、該底面に衝突し該底面を介して該SiC単結晶を冷却し、該戻り流路を通って該中空体から排出され、
該中空体の該底面は、該供給流路からの冷却流体が衝突する中央部から該戻り流路に向かう周縁部にかけて厚さが減少していることにより該均熱手段として作用することを特徴とするSiC単結晶の製造装置。 - 請求項1または2において、
SiC単結晶の成長方向よりもこれと直角な方向の熱伝導率が大きい均熱板を、該下端部と該SiC種結晶との間に介在させたことを特徴とするSiC単結晶の製造装置。 - 請求項1から3までのいずれか1項において、該保持軸の外周を断熱材で覆ったことを特徴とするSiC単結晶の製造装置。
- SiC溶液を収容する容器を準備する工程、
該容器内の該SiC溶液を適温に維持するように温度制御する工程、
保持軸の下端部に、SiC種結晶をその結晶成長面の裏面全体で面接触した状態で保持し、且つ、該下端部を冷却手段として該SiC種結晶を冷却する工程、および
該結晶成長面にSiC単結晶が継続的に成長するように、該結晶成長面を該SiC溶液に接触させた状態に維持するために該保持軸を位置制御する工程、
を含み、
該保持軸の下端部に設けた均熱手段により、該面接触した該結晶成長面の面内温度分布を均一化する工程を有することを特徴とするSiC単結晶の製造方法。
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