JP5582585B2 - るつぼ - Google Patents

Description

本発明は、るつぼに関し、特に、結晶成長の熱放射温度勾配隙間がより質密になる、るつぼに関する。

物理気相輸送法(Physical Vapor Transport、PVT)と物理蒸着法(Physical Vapor Deposition、PVD)は、炭化シリコン結晶成長の技術であって、マスプロチップの技術でもある。例えば、米国特許US5,746,827号に開示された炭化シリコン結晶成長の方法は、物理気相輸送法(PVT)を利用して、大きいサイズのクリスタルを成長させるものである。しかし、温度勾配隙間が大きすぎ、保護気体気圧が低すぎ、そして、種晶温度や昇華気体圧力のコントロールが安定的にではなく、工程安定度が不足である等の欠点あるため、クリスタルの歩留まりが悪く、毛管(熱分解孔)や多結晶が生成して、失効になる。

また、米国特許US7,316,747号には、熱放射透射で高品質炭化シリコンクリスタルを成長させる方法が開示されている。しかし、上記方法によれば、熱電界が不均衡である欠点があって、粉末源の分解速度が異なり、生長室内の気体濃度が不安定になって、成長室の分圧が変化し、単一多種類の制御が、より難しくなる。

また、米国特許US6,824,611号に、高品質炭化シリコンの単結晶成長を制御と強化する方法が開示されている。しかし、当該方法によれば、炭化シリコンを成長させるには、シリコンの高温下での反応性質にあり、昇華過程において、石墨からなる容器壁と反応し、当該反応が、制御し難く、多すぎる炭素やシリコンが生成され、昇華過程において、気体の組成成分が変化する。また、シリコン原子が、石墨からなる容器壁に衝突して、炭素屑になって、クリスタル内の不純物になり、クリスタルの純度に悪影響を与える。

そのため、結晶成長の熱放射温度勾配隙間がより緻密になり、生長室内の気体氣流が安定で、高品質炭化シリコンクリスタルを製作できる新規の結晶成長の設備が望まれる。

本発明者らは、上記欠点を解消するため慎重に研究し、また、学理を活用して有効に上記欠点を解消でき、設計が合理である本発明を提案する。

米国特許US5,746,827号 米国特許US7,316,747号 米国特許US6,824,611号

本発明の主な目的は、結晶成長の熱放射温度勾配の隙間が、より緻密的になる、るつぼを提供する。

上記の目的を達成するために、本発明に係るるつぼは、種晶に、材料の源で、結晶成長させ、上記のるつぼは、成長室や保持器、反射装置及び複数の気体導引装置が備えられる。保持器は、成長室の上方に位置し、種晶を固定する。反射装置は、保持器の周りに位置する。複数の気体導引装置は、成長室の下方に位置し、材料の源を収納して、気化された材料の源を導引する。

本発明の第一の実施例において、上記複数の気体導引装置は、形状が、針状である。

本発明の第二の実施例において、上記複数の気体導引装置は、形状が棒状である。

本発明の第三の実施例において、上記複数の気体導引装置は、形状がシート状で、同心円状に配列される。

本発明の第四の実施例において、上記複数の気体導引装置は、形状がシート状で、螺旋状に配列される。

本発明の第一実施例のるつぼの概念図である。 本発明の第一実施例のるつぼの概念図である。 本発明の第一実施例の設置角度が調整された反射装置のるつぼの概念図である。 本発明の第一実施例の設置角度が調整された反射装置のるつぼの一部概念図である。 本発明の第一実施例のるつぼの上面図である。 本発明の第二実施例のるつぼの上面図である。 本発明の第三実施例のるつぼの上面図である。 本発明の第四実施例のるつぼの上面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の特徴や技術内容について、詳しく説明するが、それらの図面等は参考や説明のためであり、本発明は、それによって制限されることは無い。

以下、図1乃至図4を参照しながら、本発明に係る第一実施例のるつぼを説明する。図1は、本発明の第一実施例のるつぼの概念図で、図2は、本発明の第一実施例のるつぼの概念図で、図3は、本発明の第一実施例の反射装置の設置角度が調整されたるつぼの概念図で、図4は、本発明の第一実施例の反射装置の設置角度が調整されたるつぼの一部概念図である。

図1乃至図4のように、本発明の第一実施例において、るつぼ1は、種晶90に、材料の源91で、物理気相輸送法(Physical
Vapor Transport、PVT)や物理蒸着法(Physical
Vapor Deposition、PVD)により、結晶成長させるが、結晶成長法は、上記によって制限されることない。るつぼ1は、成長室10と保持器20、反射装置30及び複数の気体導引装置40が備えられる。

上記成長室10は、材料の源91を収納し、種晶90を結晶成長させるものである。成長室10は耐高温でありながら、外部から熱エネルギーを成長室10の内部へ伝達でき、内部が高温になって結晶成長することができる。保持器20は、成長室10の上方に位置し、種晶90を固定する。反射装置30は、保持器20の周りに位置し、反射装置30は、設置角度Aが、0度から30度までの範囲内の任意の角度に調節できる(図4のように)。反射装置30は、高温金属炭化物や成長室10或いは材料の源91と同じ材質の材料からなり、反射装置30は、1500℃乃至3000℃の温度を耐えられる。反射装置30は、内部の熱放射L (図2のように)を、複数の気体導引装置40へ反射できる。異なる設置角度Aにより、反射装置30は熱放射Lの反射角度を調整でき、それにより、熱電界を変調でき、また、領域の温度分布に対して温度勾配による影響を抑え、毛管の発生を低減できる。また、設置角度Aの角度範囲は、0度から30度までに制限されず、より大きい角度範囲でもよく、反射装置30の耐えられる温度も、上記によって制限されることない。

図5は、本発明の第一実施例のるつぼの上面図である。

図5のように、複数の気体導引装置40は、成長室10の下方に位置し、複数の気体導引装置40は、上記複数の気体導引装置40の中心から外へ等距離に配列され、中心付近の気体導引装置40の高さは、外側の近くにある気体導引装置40の高さよりも高い。複数の気体導引装置40は、高温金属炭化物や、成長室10或いは材料の源91と同じ材質である材料からなる。複数の気体導引装置40の高さは、成長室10に収納された材料の源91の高さよりも高い。成長室10に収納された材料の源91が、熱を受けてガス状になった時、複数の気体導引装置40により、気化した材料の源91を上昇するように導引し、気化した材料の源91が、種晶90に接触させて結晶成長させ、気化した材料の源91が上昇した後、気化していなかった材料の源91が、ガス状になり、気化した材料の源91が上昇した後の空間に補充し、成長室10の下方にある材料の源91が、持続的にガス状になって上昇することができる。第一実施例において、複数の気体導引装置40は、形状が、針状であり、その実質直径は、2ミリメートル以下である。また、複数の気体導引装置40の形状と直径は、上記によって制限されることない。

本発明において、反射装置30と複数の気体導引装置40を作製する高温金属炭化物や、成長室10或いは材料の源91と同じ材質である材料は、酸化物や炭化物、窒化物或いはフッ化物が含まれるが、本発明は、それによって制限されない。

図6は、本発明の第二実施例のるつぼの上面図である。

図6のように、本発明の第二実施例は、第一実施例と、るつぼ1aの複数の気体導引装置40aの形状が棒状であって、その実質直径が2ミリメートル以上であることが異なる。また、複数の気体導引装置40aの形状と直径は、それによって制限されることない。

図7は、本発明の第三実施例のるつぼの上面図である。

図7のように、本発明の第三実施例は、上記実施例と、るつぼ1bの複数の気体導引装置40bの形状がシート状で、同心リング状に配列されることが、異なる。また、複数の気体導引装置40bの形状と配列は、それによって制限されることがない。

図8は、本発明の第四実施例のるつぼの上面図である。

図8のように、本発明の第四実施例は、上記実施例と、るつぼ1cの複数の気体導引装置40cの形状がシート状であって、螺旋状に配列されることが異なる。また、複数の気体導引装置40cの形状と配列は、それによって制限されることがない。

そのため、本発明は、より進歩的かつより実用的で、法に従って発明請求を出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる発明の請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の請求の範囲内に含まれる。

1、1a、1b、1c るつぼ
10 成長室
20 保持器
30 反射装置
40、40a、40b、40c 気体導引装置
90 種晶
91 材料の源
A 設置角度
L 熱放射

Claims (13)

1. 種晶に、材料の源で、結晶成長させるためのるつぼであって、上記材料の源を収納する成長室と、上記成長室の上方に位置して、上記種晶を固定する保持器と、上記保持器の周りに位置する反射装置と、上記成長室の下方に位置して、気化した上記材料の源を導引する複数の気体導引装置が含有され、上記反射装置は、設置角度が0度乃至30度の範囲内に調節され、上記複数の気体導引装置は、上記複数の気体導引装置の中心から外へ向かって等距離に配列されており、さらに上記複数の気体導引装置の中心の近くにある上記気体導引装置の高さが、上記複数の気体導引装置の外側の近くにある上記気体導引装置の高さよりも高いことを特徴とするるつぼ。
2. 上記複数の気体導引装置は、高さが上記材料の源よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のるつぼ。
3. 上記複数の気体導引装置は、形状が針状で、上記複数の気体導引装置は、実質直径が2ミリメートル以下であることを特徴とする請求項２に記載のるつぼ。
4. 上記複数の気体導引装置は、形状が棒状で、実質直径が2ミリメートル以上であることを特徴とする請求項２に記載のるつぼ。
5. 上記複数の気体導引装置は、形状がシート状であることを特徴とする請求項２に記載のるつぼ。
6. 上記複数の気体導引装置は、同心リング状や螺旋状に配列されることを特徴とする請求項５に記載のるつぼ。
7. 上記反射装置は、高温金属炭化物からや、上記成長室或いは上記材料の源と同じ材料からなり、上記高温金属炭化物や上記材料の成分に、酸化物や炭化物、窒化物或いはフッ化物が含まれることを特徴とする請求項３乃至６の何れかの一つに記載のるつぼ。
8. 上記複数の気体導引装置は、上記高温金属炭化物や、上記成長室や上記材料の源と同じ材料からなり、上記高温金属炭化物や上記材料の成分に、酸化物や炭化物、窒化物或いはフッ化物が含まれることを特徴とする請求項７に記載のるつぼ。
9. 上記反射装置と上記複数の気体導引装置は、1500℃乃至3000℃の温度を耐えることを特徴とする請求項８に記載のるつぼ。
10. るつぼの成長室の下方に位置して、気化した、るつぼの成長室内に位置する材料の源を導引する複数の気体導引装置であって、るつぼの中心から等距離に外へ配列され、中心の近くにあるものの高さが、外側に位置するものよりも高いことを特徴とする複数の気体導引装置。
11. 高さが、上記材料の源よりも高いことを特徴とする請求項１０に記載の複数の気体導引装置。
12. 針状や棒状或いはシート状であり、針状であれば、実質直径が、2ミリメートル以下であり、棒状であれば実質直径が2ミリメートル以上であり、シート状であれば同心リング状や螺旋状に配列されることを特徴とする請求項１１に記載の複数の気体導引装置。
13. 高温金属炭化物や、上記成長室や上記材料の源と同じ材料からなり、上記高温金属炭化物や上記材料の成分に、酸化物や炭化物、窒化物或いはフッ化物が含まれ、1500℃乃至3000℃の温度を耐えることを特徴とする請求項１２に記載の複数の気体導引装置。