JP2015101532A - 結晶の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の結晶の製造方法は、種結晶3、溶液6、坩堝5および加熱装置11を準備する準備工程と、種結晶3の下面に結晶2を成長させる結晶第1成長工程と、結晶2を成長させた後、坩堝5の一部分の温度が坩堝5の他の部分の温度よりも大きくなるように坩堝5の一部分を加熱装置11で加熱することによって、溶液6内の温度勾配を大きくして溶液6内に粒状結晶7を形成する粒状結晶形成工程と、成長した結晶2の下面に粒状結晶7を付着させるとともにさらに結晶2を成長させて、結晶2内に位置した粒状結晶7の一部が結晶2の下面から突出するように結晶2を成長させる結晶第2成長工程と、粒状結晶7の一部が下面から突出した結晶2を溶液6から引き離す引き離し工程とを備える。これによって、成長した結晶2の品質を向上させることができる。
【選択図】 図1
Description
ップがシリコンに比べて広く、絶縁破壊に至る電界強度が大きいこと等を理由に注目されている。炭化珪素の結晶は、炭素および珪素を含む溶液を用いて溶液成長法で製造される(例えば、特許文献1参照)。
以下に、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法に使用する結晶製造装置の一例について、図1〜図3を参照しつつ説明する。図1は、本例の結晶製造装置の概略を示している。図2および図3は、本発明の一実施形態に係る結晶の製造方法で製造した結晶の一例を示す断面図であり、結晶と粒状結晶との関係を例示している。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
的に、保持部材4は、種結晶3を溶液6に接触させたり、溶液6から結晶2を遠ざけたりする機能を有する。保持部材4は、図1に示すように、移動装置8の移動機構(図示せず)に固定されている。移動装置8は、移動装置8に固定されている保持部材4を例えばモータを利用して上下方向に移動させる移動機構を有している。その結果、移動装置8によって、保持部材4は上下方向に移動する。その結果、種結晶3は保持部材4の移動に伴って上下方向に移動する。
コイル12に交流電流を流すためのものであり、交流電流の周波数が高いものを用いることによって、坩堝5内の設定温度までの加熱時間を短縮することができる。
本発明の実施形態に係る結晶の製造方法について、図4から図7を参照しつつ説明する。結晶の製造方法は、準備工程、接触工程、結晶第1成長工程、粒状結晶形成工程、結晶第2成長工程および引き離し工程を有する。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
種結晶3を準備する。種結晶3としては、例えば昇華法等によって製造された炭化珪素の結晶の塊を平板状に加工したものを用いる。なお、平板状への加工は、例えば機械加工によって炭化珪素の塊を切断することによって行なう。
種結晶3の下面を溶液6に接触させる。種結晶3は、図4に示すように、保持部材4を下方に移動させることで溶液6に接触させる。なお、本実施形態では、種結晶3を下方向へ移動させることで種結晶3を溶液6に接触させているが、坩堝5を上方向へ移動させることで種結晶3を溶液6に接触させてもよい。
接触工程で溶液6に接触させた種結晶3の下面に、溶液6から結晶2を成長させる。結晶2の成長は、上記の接触工程にて、種結晶3の下面を溶液6に接触させたときから始まる。すなわち、種結晶3の下面を溶液6に接触させることによって、種結晶3の下面と種結晶3の下面付近の溶液6との間に温度差ができる。そして、その温度差によって、溶液6中に溶解している炭素が過飽和状態になり、溶液6中の炭素および珪素が結晶2として種結晶3の下面に析出し始める。
溶液6内に粒状結晶7を形成する。粒状結晶7の形成は、坩堝5の一部分を加熱装置11で加熱することによって行なう。すなわち、坩堝5の一部分の温度を坩堝5の他の部分の温度よりも大きくすることで、坩堝5内に保持されている溶液6内の温度勾配が大きくなる。その結果、溶液6内に炭素の過飽和度が大きい領域ができ、溶液6内の種結晶3または結晶2以外の箇所において炭化珪素の結晶が粒状結晶7として徐々に形成されていく。
ことができ、粒状結晶7を形成しやすく、また粒状結晶7を大きく形成することができる。したがって、粒状結晶形成工程を短時間に行なうことができ、結晶2の生産効率を向上させることができる。なお、坩堝5の側部の下方の温度を大きくするには、例えば加熱装置11に対して坩堝5の位置を上方にずらすことによって行なう。
結晶第1成長工程で成長した結晶2をさらに成長させる。結晶2の成長は、図6に示すように、結晶2の下面に粒状結晶形成工程によって生じさせた粒状結晶7を付着させつつ行なう。これにより、粒状結晶7の一部が結晶2内に位置して、結晶2の下面から粒状結晶7を突出させることができる。結晶2の下面から粒状結晶7の一部を突出させるように結晶2を成長させるには、粒状結晶7が形成されている溶液6を用いて、一定時間、結晶2を成長させればよい。このとき、溶液6中を漂う粒状結晶7が結晶2の下面に到達して付着する。そして、粒状結晶7の周囲を埋めるように結晶2が成長することから、粒状結晶7の一部が結晶2内に位置して、粒状結晶7のその他の部分が結晶2の下面から露出することになる。
に付着する溶液6が固化しないよう、結晶2を溶液6の直上に位置させることが望ましい。
下面と溶液6との間に無数の粒状結晶7を介在させることができ、結晶2の下面に対する溶液の付着を低減することができる。
結晶2を成長させた後、図7に示すように、成長した結晶2を溶液6から引き離し、結晶成長を終了する。このとき、上述した通り、結晶第2成長工程で結晶2の下面から粒状結晶7を突出させていることから、成長した結晶2の下面に対する溶液6の付着量を少なくすることができる。これにより、結晶2に亀裂が生じることを抑えることができる。
2 結晶
3 種結晶
4 保持部材
5 坩堝
6 溶液
7 粒状結晶
8 移動装置
9 坩堝容器
10 保温材
11 加熱装置
12 コイル
13 交流電源
14 制御装置
Claims (7)
- 炭化珪素の種結晶、炭素および珪素を含む溶液、該溶液を保持する坩堝、および該坩堝を収容して前記坩堝を加熱する加熱装置を準備する準備工程と、
前記種結晶の下面を前記溶液に接触させる接触工程と、
前記坩堝を前記加熱装置で加熱するとともに前記種結晶を引き上げることによって、前記種結晶の下面に炭化珪素の結晶を成長させる結晶第1成長工程と、
前記炭化珪素の結晶を成長させた後、前記坩堝の一部分の温度が前記坩堝の他の部分の温度よりも大きくなるように前記坩堝の一部分を前記加熱装置で加熱することによって、前記溶液内の温度勾配を大きくして前記溶液内に粒状結晶を形成する粒状結晶形成工程と、成長した前記炭化珪素の結晶の下面に前記粒状結晶を付着させるとともにさらに前記炭化珪素の結晶を成長させて、前記炭化珪素の結晶内に位置した前記粒状結晶の一部が前記炭化珪素の結晶の下面から突出するように前記炭化珪素の結晶を成長させる結晶第2成長工程と、
前記粒状結晶の一部が下面から突出した前記炭化珪素の結晶を前記溶液から引き離す引き離し工程とを備える結晶の製造方法。 - 前記粒状結晶形成工程において、前記坩堝の側部の下方の温度が前記坩堝の他の部分の温度よりも高くなるように前記坩堝を加熱する、請求項1に記載の結晶の製造方法。
- 前記結晶第2成長工程において、前記坩堝を回転させるとともに、前記炭化珪素の結晶を前記坩堝の回転速度よりも小さい速度で前記坩堝の回転と反対方向に回転させることによって、前記溶液を前記坩堝の壁部に沿って上昇して前記溶液の液面中央部から下降するように流す、請求項1または2に記載の結晶の製造方法。
- 前記溶液の液面のうち、前記炭化珪素の結晶が前記溶液に接触している接触面積が残りの面積よりも大きい、請求項3に記載の結晶の製造方法。
- 前記結晶第2成長工程において、前記炭化珪素の結晶を前記溶液の液面中央部で溶液に接触させるとともに、前記炭化珪素の結晶のみを回転させることによって、前記溶液を前記溶液の液面中央部から上昇するように流す、請求項1または2に記載の結晶の製造方法。
- 前記結晶第2成長工程において、前記炭化珪素の結晶の下面から突出した前記粒状結晶の一部が前記炭化珪素の結晶の下面の半分以上の領域を占めるように、前記粒状結晶を付着させるとともに前記炭化珪素を成長させる請求項5に記載の結晶の製造方法。
- 前記粒状結晶形成工程において、前記溶液内に前記粒状結晶の形成を促進する促進材を入れる、請求項1〜6のいずれかに記載の結晶の製造方法。
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