JP4748067B2 - 炭化珪素単結晶の製造方法および製造装置 - Google Patents
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種結晶に向けて供給された原料ガスの一部が種結晶とガイド部材との間を通って第2空間に導入されるガス流れを形成させながら、種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させることができる。
図1(a)に、本発明の第1実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の断面図を示し、図1(b)に製造装置内の温度分布を示す。
図3(a)に、本実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の断面図を示し、図3(b)に、図3(a)中のヒータ部材6の温度分布を示す。なお、図3(a)では、図1(a)と同様の構成部に同一の符号を付しており、以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
図5(a)に、本実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の断面図を示し、図5(b)に、図5(a)中のヒータ部材6の温度分布を示す。なお、図5(a)では、図1(a)と同様の構成部に同一の符号を付しており、以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
図7(a)に、本実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の断面図を示し、図7(b)に、図7(a)中の原料容器の温度分布を示す。なお、図7(a)では、図7(a)と同様の構成部に同一の符号を付しており、以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明する。本実施形態は、昇華法によって炭化珪素単結晶を製造する製造装置および製造方法である。
図9(a)に、本実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の断面図を示し、図9(b)に、図9(a)中の原料容器32の温度分布を示す。なお、図9(a)では、図7(a)と同様の構成部に同一の符号を付しており、以下では、第4実施形態と異なる点について主に説明する。
本実施形態は、第5実施形態に対して、結晶成長容器の形状を変更したものである。図11(a)に、本実施形態における炭化珪素単結晶の製造装置の断面図を示し、図11(b)に、図11(a)中の原料容器32の温度分布を示す。なお、図11(a)では、図9(a)と同様の構成部に同一の符号を付しており、以下では、第5実施形態と異なる点について主に説明する。
(1)第1〜第3実施形態では、真空容器1の外部から原料ガスを供給するガス成長法によって炭化珪素単結晶を製造する製造装置および製造方法について説明したが、以下に示すように、第1〜第3実施形態において、原料粉末を昇華させることによって原料ガスを供給する昇華法によって炭化珪素単結晶を製造するようにしてもよい。
8…原料ガス加熱容器、14、35…結晶成長容器の接触部、32…原料容器。
Claims (14)
- 炭化珪素単結晶基板で構成された種結晶に向けて原料ガスを供給し、前記種結晶を原料ガス供給側から離れる方向に相対移動させながら、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、
内部が中空である筒形状であって、発熱してその内部を加熱するヒータ部材(6)と、
前記種結晶が設置される台座(7a)と、前記種結晶から炭化珪素単結晶が成長する空間を取り囲む筒状のガイド部材(7b)とを有し、前記台座側が閉塞され、前記台座が位置する側とは反対側が開口した筒状の結晶成長容器(7)とを用い、
前記ヒータ部材の内部に前記結晶成長容器を配置するとともに、供給された原料ガスが前記結晶成長容器と前記ヒータ部材との間を通過しないように、前記結晶成長容器の一部(14)を前記ヒータ部材の内壁に接触させておき、
前記ヒータ部材の前記種結晶側に、原料ガスから炭化珪素単結晶が析出する温度で発熱する結晶成長温度領域(6a)が位置し、前記ヒータ部材の原料ガス供給側に、原料ガスから炭化珪素単結晶が析出する上限温度よりも高い温度で発熱する結晶未成長温度領域(6b)が位置するように、前記ヒータ部材(6)を発熱させ、
前記結晶成長容器の前記一部(14)が前記ヒータ部材の前記結晶未成長温度領域(6b)と接触した状態を維持するように前記一部をすり動かしながら、前記ヒータ部材に対して前記種結晶が原料ガス供給側から離れる方向に、前記結晶成長容器を相対移動させて、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。 - 前記ヒータ部材の内部に前記種結晶に対向して配置され、前記種結晶に供給する原料ガスを加熱するための筒状の容器であって、外径が前記ガイド部材(7b)の内径よりも小さい第1部分(8a)と、外径が前記第1部分と異なり、かつ、内部に原料ガスを所定条件で加熱する空間を構成する第2部分(8b)とを有する原料ガス加熱容器(8)を用い、
前記原料ガス加熱容器の前記第1部分と前記第2部分のうち、前記第1部分のみを前記ガイド部材の内部に配置した状態として、前記炭化珪素単結晶の成長を開始させ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。 - 炭化珪素単結晶基板で構成された種結晶に向けて、炭化珪素原料粉末を昇華させることによって原料ガスを供給し、前記種結晶を原料ガス供給側から離れる方向に相対移動させながら、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記種結晶が設置される台座(7a)と、前記種結晶から炭化珪素単結晶が成長する空間を取り囲む筒状のガイド部材(7b)とを有し、前記台座側が閉塞され、前記台座が位置する側の反対側が開口した筒状の結晶成長容器(7)と、
前記種結晶側が開口しており、前記種結晶側と反対側に底を有する筒状であって、内部に炭化珪素原料粉末(31)が収容される原料容器(32)とを用い、
前記結晶成長容器の内壁(34)の一部(35)が前記原料容器の外壁(33)に接触した状態として、前記結晶成長容器の内側に前記原料容器を配置し、
前記原料容器が、原料ガスから炭化珪素単結晶が析出する上限温度よりも高い温度となる結晶未成長温度領域を有するとともに、前記結晶成長容器のうち、前記結晶未成長温度領域よりも前記種結晶側に位置する部分が、原料ガスから炭化珪素単結晶が析出する温度となるように、前記結晶成長容器および前記原料容器を加熱して、前記炭化珪素原料粉末を昇華させることによって原料ガスを前記種結晶に供給し、
前記結晶成長容器の前記一部(35)が前記原料容器(32)の前記結晶未成長温度領域と接触した状態を維持するように前記一部をすり動かしながら、前記種結晶が前記原料容器から離れる方向に、前記結晶成長容器を相対移動させて、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。 - 前記結晶成長容器として、前記台座側に位置し、内径が前記種結晶の外径とほぼ同じ大きさであり、前記ガイド部材として機能する第1部分(7b)と、前記第1部分よりも前記種結晶から離れた側に位置し、内径が前記第1部分と異なっており、かつ、内径が前記原料容器の外径と同じ大きさである第2部分(47)とを有する結晶成長容器(7)を用い、
前記結晶成長容器の前記第1部分(7b)と前記第2部分(47)のうち、前記第2部分の内側にのみ前記原料容器(32)を配置し、前記第2部分(47)の内壁を前記原料容器の外壁に接触させた状態で、前記炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 - 前記結晶成長容器として、前記台座の種結晶設置面の端部(22、42)と前記ガイド部材(7b)との間に隙間(23、43)が設けられており、前記隙間を介して、前記ガイド部材によって取り囲まれた第1空間(24、44)と連通する第2空間(25、45)を内部に形成している前記結晶成長容器(7)を用い、
前記種結晶に向けて供給された原料ガスの一部が前記種結晶と前記ガイド部材との間を通って前記第2空間に導入されるガス流れを形成させながら、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。 - 前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させるとき、前記炭化珪素単結晶の成長速度と同じ速度で、前記炭化珪素単結晶の成長方向とは逆の方向に、前記結晶成長容器を移動させることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
- 炭化珪素単結晶基板で構成された種結晶に向けて原料ガスを供給し、前記種結晶を原料ガス供給側から離れる方向に相対移動させながら、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、
内部が中空である筒形状であって、発熱してその内部を加熱するヒータ部材(6)と、
前記ヒータ部材の内部に配置され、前記種結晶が設置される台座(7a)と、前記種結晶から炭化珪素単結晶が成長する空間を取り囲む筒状のガイド部材(7b)とを有し、前記台座側が閉塞され、前記台座が位置する側とは反対側が開口した筒状の結晶成長容器(7)と、
前記結晶成長容器を前記ヒータ部材に沿った方向に相対移動させる移動手段(13)とを備え、
前記ヒータ部材は、前記種結晶側に原料ガスから炭化珪素単結晶が析出する温度である結晶成長温度領域(6a)を有し、原料ガス供給側に原料ガスから炭化珪素単結晶が析出する上限温度よりも高い温度である結晶未成長温度領域(6b)を有して発熱するようになっており、
前記結晶成長容器は、供給された原料ガスが前記結晶成長容器と前記ヒータ部材との間を通過しないように、前記ヒータ部材の内壁に接触する接触部(14)を有しており、
前記移動手段によって前記結晶成長容器が相対移動する場合に、前記接触部(14)が、前記ヒータ部材の前記結晶未成長温度領域(6b)と接触した状態ですり動きながら移動するようになっていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。 - 前記種結晶に向けて原料ガスを供給するために、原料ガスを外部から導入する原料ガス導入管(4)と、
前記ヒータ部材の内部に前記種結晶に対向して配置され、前記原料ガス導入管から導入された原料ガスを加熱し、加熱後の原料ガスを前記種結晶に供給する原料ガス加熱容器(8)とを備え、
前記原料ガス加熱容器は、筒状の容器であって、外径が前記ガイド部材(7b)の内径よりも小さい第1部分(8a)と、外径が前記第1部分と異なり、かつ、内部に原料ガスを所定条件で加熱する空間を構成する第2部分(8b)とを有する形状であり、
前記炭化珪素単結晶の製造開始状態では、前記原料ガス加熱容器の前記第1部分と前記第2部分のうち、前記第1部分のみが前記ガイド部材の内部に配置されるようになっていることを特徴とする請求項7に記載の炭化珪素単結晶の製造装置 - 前記結晶成長容器(7)の前記接触部(14)と、前記ヒータ部材(6)のうち前記接触部が接触する部分の少なくとも一方は、カーボンで構成されていることを特徴とする請求項7または8に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 炭化珪素単結晶基板で構成された種結晶に向けて、炭化珪素原料粉末を昇華させることによって原料ガスを供給し、前記種結晶を原料ガス供給側から離れる方向に相対移動させながら、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、
前記種結晶が設置される台座(7a)と、前記種結晶から炭化珪素単結晶が成長する空間を取り囲む筒状のガイド部材(7b)とを有し、前記台座側が閉塞され、前記台座が位置する側の反対側が開口した筒状の結晶成長容器(7)と、
前記種結晶側が開口しており、前記種結晶側と反対側に底を有する筒状であって、内部に炭化珪素原料粉末(31)が収容される原料容器(32)と、
前記結晶成長容器および前記原料容器を加熱する加熱手段(6)と、
前記結晶成長容器を前記原料容器から離れる方向に相対移動させる移動手段(13)とを備え、
前記結晶成長容器および前記原料容器は、前記結晶成長容器の内壁(34)の一部(35)が前記原料容器の外壁(33)に接触した状態で、前記結晶成長容器の内側に前記原料容器が配置されており、
前記加熱手段は、前記原料容器が、原料ガスから炭化珪素単結晶が析出する上限温度よりも高い温度となる結晶未成長温度領域を有するとともに、前記結晶成長容器のうち、前記結晶未成長温度領域よりも前記種結晶側に位置する部分が、原料ガスから炭化珪素単結晶が析出する温度となるように、前記結晶成長容器および前記原料容器を加熱するようになっており、
前記移動手段によって前記結晶成長容器が相対移動する場合に、前記結晶成長容器の前記一部(35)が前記原料容器の前記結晶未成長温度領域と接触した状態ですり動きながら移動するようになっていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。 - 前記結晶成長容器(7)は、前記台座側に位置し、内径が前記種結晶の外径とほぼ同じ大きさであり、前記ガイド部材として機能する第1部分(7b)と、前記第1部分よりも前記種結晶から離れた側に位置し、内径が前記第1部分と異なっており、かつ、内径が前記原料容器の外径と同じ大きさである第2部分(47)とを有しており、
前記原料容器(32)は、前記結晶成長容器の前記第1部分(7b)と前記第2部分(47)のうち、前記第2部分の内側にのみ配置されており、
前記移動手段によって前記結晶成長容器が相対移動する場合に、前記第2部分(47)の内壁が前記原料容器(32)の外壁に接触した状態で、前記結晶成長容器が相対移動するようになっていることを特徴とする請求項10に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記結晶成長容器の前記接触部(35)と、前記原料容器の外壁(33)の少なくとも一方は、カーボンで構成されていることを特徴とする請求項10または11に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記結晶成長容器(7)は、前記台座(7a)の種結晶設置面の端部(22、42)と前記ガイド部材(7b)との間に隙間(23、43)が設けられているとともに、前記隙間を介して、前記ガイド部材によって取り囲まれた第1空間(24、44)と連通する第2空間(25、45)が内部に形成された形状であることを特徴とする請求項7ないし12のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記第2空間に配置され、原料ガスを吸収する吸収材を備え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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