JP2020083704A - SiC単結晶インゴットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本明細書において、SiCウェハは、SiC単結晶インゴットをウェハ状にスライスしたものをいい、SiCエピタキシャルウェハは、SiCウェハにエピタキシャル膜を形成したものをいい、SiCデバイスは、SiCエピタキシャルウェハに対して素子形成したものをいう。
近年、市場の要求に伴い、SiCウェハの大口径化が求められている。そのためSiCインゴット自体の大口径化、長尺化の要望も高まっている。
本実施形態に係るSiC単結晶インゴットの製造方法は、昇華法によるSiC単結晶インゴットの製造方法であって、坩堝の下部に、高熱伝導率原料を備える高熱伝導率原料層と、高熱伝導率原料層の上側又は下側の少なくとも一方に低熱伝導率原料を備える低熱伝導率原料層とを配置して原料部を形成し、高熱伝導率原料層中に原料部の最高温度がくるように加熱を行って、SiC単結晶インゴットの成長を行う。
昇華法は、天井部に台座10を備える坩堝1内の台座10上にSiC単結晶インゴットの原料からなる種結晶3を配置し、坩堝1の内定面に原料部2を充填し、坩堝1を加熱することで、原料で構成される原料部2から昇華するガス(Si、Si2C、SiC2等)を種結晶3に供給し、種結晶3をより大きなSiC単結晶インゴットへ成長する方法である。
高周波誘導加熱コイル5の構成を調整することにより、坩堝1を加熱する際、坩堝1内の最高温度の点が高熱伝導率原料層21内に存在するように加熱することが可能となる。例えば、高周波誘導加熱コイル5の高さを高熱伝導率層21の高さに合わせて調節することで、前述の加熱が可能となる。高周波誘導加熱コイル5の高さは、坩堝1内の最高温度の点が高熱伝導率原料層21の上下方向の中心位置となるように調整することが、温度分布の観点から好ましい。
図1に示す原料部2の場合、高熱伝導率原料層21の原料の占める割合が最も高い。そのため、SiC単結晶インゴット4の成長速度は高熱伝導率原料層21の原料の昇華速度に大きく依存する。従って、坩堝1内の最高温度の点が高熱伝導率原料層21に存在するように加熱することで、SiC単結晶インゴット4の成長速度を高めることができる。
また、以下に示すが、低熱伝導率原料層22(および23)は、高熱伝導率原料層21から、より低温側の上部または下部へ熱が流れ出ることを防止する断熱材の役割をし、高熱伝導率原料層21の温度分布均一性を向上させる。高熱伝導率原料層21の温度分布が均一であると、原料を有効活用することができる。低熱伝導率原料層22(および23)が坩堝1内の最高温度の点になると、前述の断熱効果が充分に得られなくなるため、坩堝1内の最高温度の点は、高熱伝導率原料層21内に存在するように坩堝1を加熱する。
原料部2は2層に分かれて積層されている。種結晶3に近い側から順に低熱伝導率原料層22、高熱伝導率原料層21であり、どちらもSiC単結晶インゴット4の原料で形成される。低熱伝導率原料層22は、高熱伝導率原料層21を形成する原料よりも熱伝導率の低い原料で形成されている。なお、図中では、高熱伝導率原料層21及び低熱伝導率原料層22は層状に分離されているが、これはあくまでも模式図であり、実際には、高熱伝導率原料層21を収容し、次いで低熱伝導率原料層22を収容したときに生じる収容状態(積層状態)となっている。
図3に示すように、種結晶3に近い側から順に高熱伝導率原料層21、低熱伝導率原料層22を配置してもよい。当該構成でも、高熱伝導率原料層21の温度分布均一性を向上し、原料を有効活用することができる。
また、[数1]から示される通り、空隙率を変更することも熱伝導率を変更する方法の1つである。そのため、本実施形態において、空隙率を変更することで、SiC原料の熱伝導率を変更しても良い。
高熱伝導率原料層21の熱伝導率は、低熱伝導率原料層22および23と比して高いほど好ましい。
高熱伝導率原料層21の厚みは、適宜選択できるが、高熱伝導率層は厚い方が好ましく、たとえば低熱伝導率層の2倍〜10倍であることが好ましい。
低熱伝導率原料層22および23と、高熱伝導率原料層21と、の熱伝導率の差は大きいほど好ましい。
低熱伝導率原料層22および23は、断熱効果を維持できるかぎり薄くすることが好ましい。
低熱伝導率原料層22を高熱伝導率原料層21の上側に形成する場合は、ポーラスな材質を用いることが好ましい。当該構成により、原料部2から昇華したガスを透過しやすくすることができる。
このシミュレーションは、STR−Group Ltd社製の気相結晶成長解析ソフト「Virtual Reactor」を用いて行った。
シミュレーションに用いたモデルにおける坩堝1内の原料部2の収容状態は、(A)は図2に示される収容状態であり、(B)は図3に示される収容状態であり、(C)は図4に示される収容状態であり、(D)は比較例として原料部2が単層に収容されたものである。尚、図6(A)〜(C)に示される領域は、図2〜図4の破線部の領域である。図6(D)に示される領域は、坩堝1の内底部に高熱伝導率原料層21のみを充填したとき、図2の破線部に対応する領域である。
坩堝1および坩堝1の内部の構成は中心軸に対して対称に構成されるため、シミュレーション結果は坩堝1内全体の温度分布として扱うことができる。
2 原料部
3 種結晶
4 単結晶インゴット(SiC単結晶インゴット)
5 高周波誘導加熱コイル
10 台座
21 高熱伝導率原料層
22 低熱伝導率原料層
23 低熱伝導率原料層
30 断熱材
Claims (6)
- 昇華法によるSiC単結晶インゴットの製造方法であって、
坩堝の下部に、高熱伝導率原料を備える高熱伝導率原料層と、前記高熱伝導率原料層の上側又は下側の少なくとも一方に低熱伝導率原料を備える低熱伝導率原料層とを配置して原料部を形成し、
前記高熱伝導率原料層中に原料部の最高温度がくるように加熱を行って、SiC単結晶インゴットの成長を行う、SiC単結晶インゴットの製造方法。 - 前記低熱伝導率原料層を、前記高熱伝導率原料層の上側と下側に配置して原料部を形成する、請求項1に記載のSiC単結晶インゴットの製造方法。
- 前記高熱伝導率原料層を構成する高熱伝導率原料粒は、前記低熱伝導率原料層を構成する低熱伝導率原料粒より粒径が大きい、請求項1又は2のいずれかに記載のSiC単結晶インゴットの製造方法。
- 前記高熱伝導率原料層は、前記低熱伝導率原料層よりも空隙率が小さい、請求項1又は2のいずれかに記載のSiC単結晶インゴットの製造方法。
- 前記坩堝内の底面に断熱材を配置する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のSiC単結晶インゴットの製造方法。
- 前記坩堝の底部の外側に断熱材を配置する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のSiC単結晶インゴットの製造方法。
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