JP5941970B2 - Shielding member and single crystal growth apparatus including the same - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶成長装置に関し、特に昇華再結晶法で用いる遮蔽部材及びそれを備えた単結晶成長装置に関する。 The present invention relates to a single crystal growth apparatus, and more particularly to a shielding member used in a sublimation recrystallization method and a single crystal growth apparatus provided with the shielding member.
炭化珪素は熱的、絶縁破壊電圧が大きく、エネルギーバンドギャップが広く、また、熱伝導度が高いなどの優れた性能を有するため、大電力パワーデバイス、耐高温半導体素子、耐放射線半導体素子、高周波半導体素子等への応用が可能である。シリコンが材料自体の物性限界から性能向上も限界に近づきつつあるため、シリコンよりも物性限界を大きくとれる炭化珪素が注目されている。近年は地球温暖化問題への対策となる、電力変換時のエネルギーロスを低減する省エネルギー技術として、炭化珪素材料を使ったパワーエレクトロニクス技術が期待を集めている。
その基盤技術として炭化珪素単結晶の成長技術の研究開発が精力的に進められ、実用化の促進に向けて製造コスト低減の観点から大口径化技術の確立が急務となっている。
Silicon carbide has excellent performance such as thermal, large dielectric breakdown voltage, wide energy band gap, and high thermal conductivity, so it has high power power devices, high temperature resistant semiconductor elements, radiation resistant semiconductor elements, high frequency Application to a semiconductor element or the like is possible. Since silicon is approaching the limit of performance improvement from the physical property limit of the material itself, silicon carbide that can take a physical property limit larger than silicon has attracted attention. In recent years, power electronics technology using silicon carbide materials has been expected as an energy-saving technology for reducing energy loss during power conversion, which is a measure against global warming.
Research and development of silicon carbide single crystal growth technology has been vigorously promoted as the basic technology, and it is urgently necessary to establish a large-diameter technology from the viewpoint of reducing manufacturing costs in order to promote practical application.
炭化珪素単結晶の成長法として、珪素蒸気と炭素の反応を利用し、炭化珪素の種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる方法が知られている。例えば、特許文献1には、珪素原料からの蒸発ガスを上昇せしめて、珪素原料の温度より高く、また炭化珪素種結晶基板の温度より高く、かつ、1600℃以上に加熱された、珪素原料の上方に配置された多孔質炭素材又は貫通孔穿設炭素材中を通過させ、さらに、炭素材と反応したガスを上昇させて、炭素材の上方に配置された種結晶基板に到達させて種結晶基板上に炭化珪素単結晶を成長させる方法が開示されている。
特許文献1の方法は、原料と種結晶基板との間に孔を有する炭素材を配置して、その炭素材を炭化珪素単結晶の炭素原料供給に用いるものである。
As a method for growing a silicon carbide single crystal, a method of growing a silicon carbide single crystal on a silicon carbide seed crystal using a reaction between silicon vapor and carbon is known. For example, Patent Document 1 discloses an example of a silicon raw material that is heated to 1600 ° C. or higher by raising the evaporation gas from the silicon raw material to be higher than the temperature of the silicon raw material and higher than the temperature of the silicon carbide seed crystal substrate. The gas passed through the porous carbon material or the through-hole-perforated carbon material disposed above is further raised, and the gas reacted with the carbon material is raised to reach the seed crystal substrate disposed above the carbon material. A method for growing a silicon carbide single crystal on a crystal substrate is disclosed.
In the method of Patent Document 1, a carbon material having holes is disposed between a raw material and a seed crystal substrate, and the carbon material is used for supplying a carbon raw material of a silicon carbide single crystal.
また、他の成長法として昇華再結晶法が知られている。この方法では、結晶成長用容器内で原料炭化珪素を昇華させ、低温の種結晶基板上に炭化珪素を再結晶させて炭化珪素単結晶を成長させる(例えば、特許文献2、3)。
As another growth method, a sublimation recrystallization method is known. In this method, raw material silicon carbide is sublimated in a crystal growth vessel, and silicon carbide is recrystallized on a low-temperature seed crystal substrate to grow a silicon carbide single crystal (for example,
従来の炭化珪素単結晶製造用の円筒形状の結晶成長用容器を有する単結晶成長装置の一例を図7に示す。
従来、昇華再結晶法による炭化珪素単結晶の製造で用いる単結晶成長装置100は、図7に示すように、結晶成長用容器101内の下部に位置する原料収容部102と、その原料収容部102の上方に配置する円形基板支持面で種結晶103を支持する基板支持部104と、結晶成長用容器101の外周に配置する加熱装置105とを備え、種結晶103と原料収容部102との温度差をつけるために、種結晶103と原料収容部102との間に厚さ10mm程度の円形遮蔽板106が配置されている(例えば、特許文献4)。結晶成長用容器内の原料107は外周側から加熱されるため、加熱された原料は外周側の方が中央部よりも温度が高いという温度分布を有している。そのため、遮蔽板106がない場合には、この温度分布に対応して原料面から直接種結晶へ輻射熱が放射されるが、遮蔽板106がある場合には、遮蔽板106が高温原料からの輻射熱を受けて加熱され、輻射熱を種結晶又は成長結晶へ放射する。このため、原料の径方向の温度分布は遮蔽板106よって緩和されてから、種結晶又は成長結晶が加熱されると考えられている。
An example of a single crystal growth apparatus having a cylindrical crystal growth container for producing a conventional silicon carbide single crystal is shown in FIG.
Conventionally, a single
しかしながら、遮蔽板106は高温原料の輻射熱によって加熱されるだけでなく、直接加熱装置によって外周側から中央部へ加熱される。そのため、遮蔽板106自体もその表面温度に径方向不均一があり、それを反映して、種結晶103又は成長結晶の表面温度も径方向不均一となる。その結果、炭化珪素単結晶は平坦な成長面で成長することができず、熱応力によるクラックや転位が発生し、高品質な大口径結晶を得ることが困難であった。また、結晶が成長するにつれ、結晶径方向の温度分布が変化することで、結晶内部に熱応力が発生し、これも結晶品質の低下を招いていた。
However, the
特許文献5において、遮蔽板の上面温度の均一化を目的とした遮蔽板の構成が提案されたが、その遮蔽板による種結晶又は成長結晶の表面温度均一化への効果は示されておらず、また、結晶成長用容器の外周に配置する加熱装置の影響は考慮されていなかった。
In
種結晶や成長結晶の表面及びその近傍の温度分布は単結晶の成長を左右する重要なパラメータであるが、単結晶成長中の結晶成長用容器内は2000℃前後の高温となっているため、温度分布を実測することは極めて難しい。そのため、種結晶や成長結晶の表面及びその近傍の温度分布を含めた最適な温度分布を実現する炉構造や加熱系の構成等の設計に際しては、シミュレーションを用いた温度分布解析が大きな役割を担ってきた。すなわち、シミュレーションから得られた知見に基づいて炉構造等を設計し、その構造等で実際に単結晶の成長を行って効果を確認し、また、構造等の微調整を行って最適な構造等を見つけていくという方法がとられてきた。無駄な試行錯誤を回避するためには、今後もシミュレーションは不可欠であり、今後の大口径化もシミュレーションを最大限に活用して無駄な試行錯誤を回避しながら進んでいくものと考えられる。 The temperature distribution of the surface of the seed crystal and the growth crystal and the vicinity thereof is an important parameter that affects the growth of the single crystal, but the inside of the crystal growth vessel during the growth of the single crystal is at a high temperature of about 2000 ° C., It is extremely difficult to actually measure the temperature distribution. For this reason, temperature distribution analysis using simulation plays a major role in designing the furnace structure and heating system configuration that realizes the optimum temperature distribution including the temperature distribution of the seed crystal and grown crystal surface and its vicinity. I came. That is, the furnace structure, etc. is designed based on the knowledge obtained from the simulation, and the effect is confirmed by actually growing a single crystal with the structure, etc., and the optimum structure, etc., is adjusted by fine-tuning the structure, etc. The method of finding out has been taken. In order to avoid useless trial and error, simulations will be indispensable in the future, and it is thought that future increases in diameter will proceed while avoiding useless trial and error by making the best use of simulations.
図8に、炭化珪素種結晶を用いて炭化珪素単結晶を製造する黒鉛製結晶成長用容器内の温度分布(℃)のシミュレーション結果を示す。
シミュレーションは、STR-Group Ltd社製の温度分布解析ソフト「Virtual Reactor」を用いて行った。
FIG. 8 shows a simulation result of a temperature distribution (° C.) in a graphite crystal growth vessel for producing a silicon carbide single crystal using a silicon carbide seed crystal.
The simulation was performed using temperature distribution analysis software “Virtual Reactor” manufactured by STR-Group Ltd.
図8(a)は遮蔽板がない場合であり、図8(b)は従来の黒鉛製遮蔽板がある場合である。
図8(b)の遮蔽板としては、内径の異なる、断面が矩形で幅8mm、厚さ24mmの複数のリング状部材が中心部から端部に向かって互いに重ならないように配置してなるもので、隣接するリング状部材は各2mm離間して配置しており、その隙間から原料の昇華ガスが透過する構成を想定した。尚、温度の等温線は5℃間隔で示している。
FIG. 8A shows a case without a shielding plate, and FIG. 8B shows a case with a conventional graphite shielding plate.
As the shielding plate in FIG. 8B, a plurality of ring-shaped members having different inner diameters, a rectangular cross section, a width of 8 mm, and a thickness of 24 mm are arranged so as not to overlap each other from the center to the end. The adjacent ring-shaped members are arranged 2 mm apart from each other, and a configuration in which the raw material sublimation gas permeates through the gap is assumed. The temperature isotherm is shown at 5 ° C. intervals.
遮蔽板がない場合(図8(a))は、原料内の径方向の温度分布も大きく、中央部と周辺部(外周側)とでは最大で50℃程度の差があることがわかる。
また、基板(種結晶)の表面及びその近傍の温度分布は平坦であるのが望ましいが、基板表面に対して勾配の大きな温度分布となっていることがわかる。
When there is no shielding plate (FIG. 8A), the temperature distribution in the radial direction in the raw material is large, and it can be seen that there is a difference of about 50 ° C. at the maximum between the central part and the peripheral part (outer peripheral side).
In addition, it is desirable that the temperature distribution on the surface of the substrate (seed crystal) and its vicinity is flat, but it can be seen that the temperature distribution has a large gradient with respect to the substrate surface.
遮蔽板がある場合(図8(b))は、遮蔽板がない場合に比べて、原料内の径方向の温度分布が大きく低減されていることがわかる。すなわち、遮蔽板の下側については、従来の遮蔽板も径方向の温度分布の低減効果が大きい。これは従来認識されていた通りである。 When the shielding plate is present (FIG. 8B), it can be seen that the radial temperature distribution in the raw material is greatly reduced as compared with the case where there is no shielding plate. That is, on the lower side of the shielding plate, the conventional shielding plate also has a great effect of reducing the temperature distribution in the radial direction. This is as conventionally recognized.
しかしながら、遮蔽板の上側特に、基板(種結晶)の表面及びその近傍については径方向の温度分布の低減効果は現れていないことがわかる。この場合、遮蔽板は容器壁面からの熱輻射に対しては影響を与えないので、遮蔽板の上側の温度分布は結晶成長用容器の壁面からの熱輻射の影響がそのまま残っており、容器壁面からの熱輻射によって基板(種結晶)の表面が中心部より周辺部の方が加熱されることに起因していると考えられる。
すなわち、基板(種結晶)の表面は、原料からの熱輻射による加熱と、容器壁面からの熱輻射による加熱を受けるが、径方向の温度分布が大きい原料からの熱輻射による加熱の不均一は従来の遮蔽板によって遮断できるが、容器壁面からの熱輻射による加熱の不均一は従来の遮蔽板によっては抑制できない。
However, it can be seen that the effect of reducing the radial temperature distribution does not appear on the upper side of the shielding plate, particularly on the surface of the substrate (seed crystal) and its vicinity. In this case, since the shielding plate does not affect the heat radiation from the vessel wall surface, the temperature distribution on the upper side of the shielding plate remains as affected by the heat radiation from the crystal growth vessel wall surface. This is considered to be caused by the fact that the surface of the substrate (seed crystal) is heated at the peripheral part rather than the central part by the heat radiation from the central part.
That is, the surface of the substrate (seed crystal) is heated by heat radiation from the raw material and heated by the heat radiation from the container wall surface, but the heating non-uniformity due to heat radiation from the raw material having a large radial temperature distribution is Although it can be blocked by a conventional shielding plate, the nonuniformity of heating due to heat radiation from the container wall cannot be suppressed by the conventional shielding plate.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、従来の遮蔽板の効果を維持しつつ、種結晶及び成長結晶の表面温度の径方向の均一化効果が顕著であって、高品質でかつ長尺の単結晶の製造を可能とする、遮蔽部材及びそれを備えた単結晶成長装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and while maintaining the effect of the conventional shielding plate, the effect of uniformizing the surface temperature of the seed crystal and the growth crystal in the radial direction is remarkable, and the quality is high. It is another object of the present invention to provide a shielding member and a single crystal growth apparatus provided with the shielding member, which can produce a long single crystal.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討し、遮蔽板又は遮蔽部材によって単に、径方向の温度分布が大きい原料からの熱輻射による加熱の不均一は従来の遮蔽板によって遮断するたけでなく、結晶成長用容器の壁面からの熱輻射による基板表面の不均一加熱を補正するという画期的なアイデアに想到し、本発明を完成させた。
すなわち、上述の通り、結晶成長用容器の壁面からの熱輻射による加熱は基板(種結晶)表面の周辺部の方が中心部よりも加熱するものであるから、遮蔽板又は遮蔽部材による熱輻射はそれを補正するために、基板(種結晶)表面の中心部の方を周辺部の方より加熱する構成にすればよい。具体的には、遮蔽板又は遮蔽部材は原料及び結晶成長用容器からの輻射熱を受けて加熱され、その温度に応じた輻射熱を放射するから、遮蔽板又は遮蔽部材の中心部が周辺部より温度が上昇しやすい構成にすればよいことに想到したのである。
The present inventor has intensively studied to achieve the above object, and the non-uniformity of heating due to heat radiation from a raw material having a large radial temperature distribution is simply blocked by the conventional shielding plate by the shielding plate or the shielding member. The inventors have conceived an epoch-making idea of correcting uneven heating of the substrate surface due to heat radiation from the wall surface of the crystal growth vessel, and completed the present invention.
That is, as described above, heating by thermal radiation from the wall surface of the crystal growth vessel heats the peripheral portion of the surface of the substrate (seed crystal) more than the central portion. In order to correct this, the center portion of the substrate (seed crystal) surface may be heated from the peripheral portion. Specifically, the shielding plate or shielding member is heated by receiving the radiant heat from the raw material and the crystal growth vessel, and radiates radiant heat according to the temperature. I came up with the idea that it would be better to have a configuration in which the temperature rises easily.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(1)結晶成長用容器と、該結晶成長用容器内の下部に位置する原料収容部と、該原料収容部の上方に配置して、該原料収容部に対向するように基板を支持する基板支持部と、前記結晶成長用容器の外周に配置する加熱装置とを備え、前記原料収容部から原料を昇華させて前記基板上に前記原料の単結晶を成長させる単結晶成長装置において、前記原料収容部と前記基板支持部との間に配置して用いる遮蔽部材であって、前記遮蔽部材は単一の部材からなり、原料ガスが透過する複数の透過孔を有すると共に、前記遮蔽部材が中心部から端部に向かうにつれて厚く形成されてなることにより、中心部から端部に向かうにつれて熱容量が大きく構成されてなることを特徴とする遮蔽部材。
(2)前記遮蔽部材の最大厚さ(dmax)と最小厚さ(dmin)の比dmax/dminが3〜50であることを特徴とする前項(1)に記載の遮蔽部材。
(3)前記遮蔽部材の前記基板支持部側の面が平坦であることを特徴とする前項(1)又は(2)のいずれかに記載の遮蔽部材。
(4)前記遮蔽部材が、中央側の開口率(前記透過孔の総開口面積/前記透過孔以外の部分の総面積)が周端側の開口率より高いことを特徴とする前項(1)から(3)のいずれか一つに記載の遮蔽部材。
(5)前記遮蔽部材が炭素材料からなることを特徴とする前項(1)から(4)のいずれか一つに記載の遮蔽部材。
(6)前記遮蔽部材の厚さが、前記遮蔽部材の中心部から端部に向かうにつれて連続的に変化していることを特徴とする前項(1)から(5)のいずれか一つに記載の遮蔽部材。
(7)前記透過孔が円形の開口であることを特徴とする前項(1)から(6)のいずれか一つに記載の遮蔽部材。
(8)結晶成長用容器と、該結晶成長用容器内の下部に位置する原料収容部と、該原料収容部の上方に配置して、該原料収容部に対向するように基板を支持する基板支持部と、前記結晶成長用容器の外周に配置する加熱装置とを備え、前記原料収容部から原料を昇華させて前記基板上に前記原料の単結晶を成長させる単結晶成長装置において、前記原料収容部と前記基板支持部との間に前項(1)から(7)のいずれか一項に記載の遮蔽部材を備えたことを特徴とする単結晶成長装置。
(9)前記遮蔽部材の外周部が前記結晶成長用容器の内壁で支持されていることを特徴とする前項(8)に記載の単結晶成長装置。
(10)前記単結晶が炭化珪素の単結晶であることを特徴とする前項(8)又は(9)のいずれかに記載の単結晶成長装置。
The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
(1) A crystal growth container, a raw material container located in the lower part of the crystal growth container, and a substrate disposed above the raw material container and supporting the substrate so as to face the raw material container In the single crystal growth apparatus, comprising: a support part; and a heating device disposed on an outer periphery of the crystal growth container, wherein the raw material is sublimated from the raw material storage part to grow the single crystal of the raw material on the substrate. A shielding member disposed and used between an accommodating portion and the substrate support portion, wherein the shielding member is formed of a single member and has a plurality of permeation holes through which a source gas passes and the shielding member is central. A shielding member having a larger heat capacity from the central part toward the end part by being formed thicker from the part toward the end part.
(2) The shielding member according to item (1), wherein a ratio d max / d min of the maximum thickness (d max ) and the minimum thickness (d min ) of the shielding member is 3 to 50.
(3) The shielding member according to any one of (1) and (2) above, wherein a surface of the shielding member on the substrate support portion side is flat.
(4) The preceding item (1), wherein the shielding member has an opening ratio on the center side (total opening area of the transmission holes / total area of portions other than the transmission holes) higher than the opening ratio on the peripheral end side. To the shielding member according to any one of (3).
(5) The shielding member according to any one of (1) to (4), wherein the shielding member is made of a carbon material.
(6) The thickness of the shielding member is continuously changing from the central portion to the end portion of the shielding member, and any one of the preceding items (1) to (5) is characterized. Shielding member.
(7) The shielding member according to any one of (1) to (6), wherein the transmission hole is a circular opening.
(8) A crystal growth container, a raw material container located in the lower part of the crystal growth container, and a substrate disposed above the raw material container and supporting the substrate so as to face the raw material container In the single crystal growth apparatus, comprising: a support part; and a heating device disposed on an outer periphery of the crystal growth container, wherein the raw material is sublimated from the raw material storage part to grow the single crystal of the raw material on the substrate. A single crystal growth apparatus comprising the shielding member according to any one of (1) to (7) above between a housing part and the substrate support part.
(9) The single crystal growth apparatus as described in (8) above, wherein an outer peripheral portion of the shielding member is supported by an inner wall of the crystal growth vessel.
(10) The single crystal growth apparatus according to any one of (8) and (9), wherein the single crystal is a single crystal of silicon carbide.
本発明の遮蔽部材において、原料ガスが透過する「透過孔」は原料ガスが透過する全ての孔及び開口を含み、例えば、遮蔽部材がリング状部材からなる場合にはリング状部材が有する「開口」を含み、また、遮蔽部材が複数のリング状部材からなる場合には、隣接するリング状部材の隙間も含む。
本発明の遮蔽部材における「開口率」の定義「前記透過孔の総開口面積/前記透過孔以外の部分の総面積」においても同様である。
In the shielding member of the present invention, the “permeation hole” through which the source gas permeates includes all holes and openings through which the source gas permeates. For example, when the shielding member is a ring member, the “opening” of the ring member In addition, when the shielding member is composed of a plurality of ring-shaped members, a gap between adjacent ring-shaped members is also included.
The same applies to the definition of “aperture ratio” in the shielding member of the present invention “the total opening area of the transmission holes / the total area of the portions other than the transmission holes”.
本発明の遮蔽部材において、中心部から端部に向かうにつれて熱容量が大きい構成は連続的に大きい構成でもよいし、段階的に大きい構成でもよい。 In the shielding member of the present invention, the configuration having a large heat capacity from the center to the end may be a continuously large configuration or a stepwise large configuration.
本発明の遮蔽部材が複数の部材からなる場合、それらの部材が単に重なっている構成でも、それらの部材が公知の方法で接合された構成でもよい。また、それらの部材を連結する連結部を有していてもよい。 When the shielding member of the present invention is composed of a plurality of members, the members may be simply overlapped or the members may be joined by a known method. Moreover, you may have a connection part which connects those members.
本発明の遮蔽部材を構成するリング状部材は、その断面が円形のものに限らず、矩形のものであってもよい。 The ring-shaped member constituting the shielding member of the present invention is not limited to a circular cross section, and may be a rectangular member.
本発明の遮蔽部材が複数のリング状部材からなる場合、中央部に配置するリング状部材についてはその中心部に開口を有さないものであってもリング状部材という。 When the shielding member of the present invention is composed of a plurality of ring-shaped members, the ring-shaped member disposed at the center is referred to as a ring-shaped member even if it does not have an opening at the center.
本発明の遮蔽部材によれば、中心部から端部に向かうにつれて熱容量が大きく構成されてなる種結晶及び成長結晶の表面温度の径方向の均一性が向上するので、平坦な成長面を維持しながら高品質でかつ長尺の単結晶を製造することが可能である。 According to the shielding member of the present invention, since the uniformity in the radial direction of the surface temperature of the seed crystal and the grown crystal having a larger heat capacity from the center portion toward the end portion is improved, a flat growth surface is maintained. However, it is possible to produce a high quality and long single crystal.
本発明の単結晶成長装置によれば、種結晶及び成長結晶の表面温度の径方向の均一性が高い状態で結晶成長を行うので、高品質でかつ長尺の単結晶を製造することができる。 According to the single crystal growth apparatus of the present invention, since the crystal growth is performed in a state where the radial uniformity of the surface temperature of the seed crystal and the growth crystal is high, a high quality and long single crystal can be manufactured. .
以下、本発明を適用した実施形態である遮蔽部材及びそれを備えた単結晶成長装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, a shielding member and a single crystal growth apparatus including the shielding member according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
[第1の実施形態]
図1に、本発明の第1の実施形態の遮蔽部材の平面模式図(a)及びA−A’線に沿った断面模式図(b)を示す。
この遮蔽部材10は基板支持部側の面が平坦であって、異なる厚さでかつ異なる内径の開口を有する、炭化珪素製の5個のリング状部材11、12、13、14、15が厚さの薄いリング状部材から順に平面視して互いに重ならないように中心部から端部に配置されてなる(それぞれの厚さをd1、d2、d3、d4、d5とする)。各リング状部材の厚さはd1=d2<d3<d4<d5の関係にあり、中心部に配置するリング状部材11とその外側に配置するリング状部材12が同じ厚さであり、その外側に続くリング状部材13、14、15は順に厚く形成されている。すなわち、この遮蔽部材10は、中心部から端部に向かうにつれて厚く形成されてなることにより、中心部から端部に向かうにつれて熱容量が大きく構成されている。
この遮蔽部材10では、隣接するリング状部材間の隙間16、17、18、19が原料ガスが透過する「透過孔」として機能する。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic plan view (a) of a shielding member according to a first embodiment of the present invention and a schematic cross-sectional view (b) along the line AA ′.
The shielding
In this shielding
この遮蔽部材10では、隣接するリング状部材が離間して配置するため、その隙間(透過孔)を原料の昇華ガスが通り抜けることができる。
この遮蔽部材10は、5個のリング状部材11、12、13、14、15を連結するためにそれぞれ、4個づつ連結部2を備えている。
In this shielding
The shielding
[実施例1]
図2に、図1の実施形態の遮蔽部材の実施例(以下「実施例1」)を用いた単結晶成長装置の結晶成長用容器内の温度分布のシミュレーション結果を示す。
シミュレーションは、図8(a)及び図8(b)と同様に、STR-Group Ltd社の温度分布解析ソフト「Virtual Reactor」を用い、遮蔽部材に関わるパラメータ以外のパラメータについても図8(a)及び図8(b)と同じものを用いた。
[Example 1]
FIG. 2 shows the simulation result of the temperature distribution in the crystal growth vessel of the single crystal growth apparatus using the example of the shielding member of the embodiment of FIG. 1 (hereinafter “Example 1”).
Similar to FIGS. 8A and 8B, the simulation uses the temperature distribution analysis software “Virtual Reactor” of STR-Group Ltd, and parameters other than those related to the shielding member are also shown in FIG. 8A. And the same thing as FIG.8 (b) was used.
各リング状部材11、12、13、14、15の厚さd1=d2、d3、d4、d5は順に、10mm、20mm、30mm、40mmとした。従って、最大厚さ(d5)と最小厚さ(d1=d2)の比d5/d1は4である。
各リング状部材11、12、13、14、15の幅は順に、10mm、11mm、13mm、18mm、8mmとした。
さらに、隣接するリング状部材間距離は共通に2mmとした。
The thicknesses d 1 = d 2 , d 3 , d 4 , and d 5 of the ring-shaped
The width of each ring-shaped
Furthermore, the distance between adjacent ring-shaped members was 2 mm in common.
図2から、図8(b)で示した従来の遮断板がある場合と比較して、基板(種結晶)の表面及びその近傍の温度分布が顕著に改善されていることがわかる。 From FIG. 2, it can be seen that the temperature distribution on the surface of the substrate (seed crystal) and in the vicinity thereof is remarkably improved as compared with the case where the conventional shielding plate shown in FIG.
図3に、本実施例のシミュレーション結果の基板(種結晶)の表面温度の径方向分布(℃)を示す。図8(a)及び図8(b)で示した遮断板がない場合及び従来の遮断板がある場合についても併せて示している。
本実施例の最高温度(周辺部)と最低温度(中心部)の温度差は12.9℃であり、従来の遮断板がある場合は14.2℃であるから、1.3℃の改善効果が認められる。
FIG. 3 shows the radial distribution (° C.) of the surface temperature of the substrate (seed crystal) in the simulation result of this example. 8A and 8B also show the case where there is no blocking plate and the case where there is a conventional blocking plate.
The temperature difference between the maximum temperature (peripheral portion) and the minimum temperature (center portion) in this example is 12.9 ° C., and 14.2 ° C. in the case where there is a conventional shielding plate, thus improving 1.3 ° C. The effect is recognized.
[第2の実施形態]
図4に、本発明の第2の実施形態の遮蔽部材の平面模式図(a)及びB−B’線に沿った断面模式図(b)である。
第2の実施形態の遮蔽部材20は、第1の実施形態の遮蔽部材と比較すると、異なる厚さでかつ異なる内径の開口を有する、炭化珪素製の複数のリング状部材が厚さの薄いリング状部材から順に平面視して互いに重ならないように中心部から端部に配置されてなる構成である点は同じであるが、中央部にリング状部材を備えていない点が異なる。
この遮蔽部材10では、隣接するリング状部材間の隙間27、28、29及びリング状部材がない中央部の開口26が、原料ガスが透過する「透過孔」として機能する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a schematic plan view (a) and a schematic cross-sectional view (b) taken along line BB ′ of the shielding member according to the second embodiment of the present invention.
The shielding
In this shielding
[実施例2]
図5に、図4の実施形態の遮蔽部材の実施例(以下「実施例2」)を用いた単結晶成長装置の結晶成長用容器内の温度分布(℃)についても同様のシミュレーションを行った結果を示す。
[Example 2]
In FIG. 5, the same simulation was performed for the temperature distribution (° C.) in the crystal growth vessel of the single crystal growth apparatus using the example of the shielding member of the embodiment of FIG. 4 (hereinafter “Example 2”). Results are shown.
各リング状部材22、23、24、25の厚さd2、d3、d4、d5は順に、10mm、20mm、30mm、40mmとした。従って、最大厚さ(d5)と最小厚さ(d2)の比d5/d2は4である。
各リング状部材22、23、24、25の幅は順に、8mm、13mm、18mm、8mmとした。
さらに、隣接するリング状部材間距離は共通に2mmとした。
The thicknesses d 2 , d 3 , d 4 , and d 5 of the ring-shaped
The width of each ring-shaped
Furthermore, the distance between adjacent ring-shaped members was 2 mm in common.
図5から、基板(種結晶)の表面及びその近傍の温度分布の改善効果が実施例2よりさらに大きいことがわかる。
実際、図3に示した通り、実施例2の基板(種結晶)の表面温度では、最高温度(周辺部)と最低温度(中心部)の温度差は10.6℃であり、従来の遮断板がある場合と比較すると、3.6℃の改善効果が認められる。
FIG. 5 shows that the effect of improving the temperature distribution on the surface of the substrate (seed crystal) and in the vicinity thereof is even greater than in Example 2.
In fact, as shown in FIG. 3, in the surface temperature of the substrate (seed crystal) of Example 2, the temperature difference between the maximum temperature (peripheral portion) and the minimum temperature (center portion) is 10.6 ° C., which is a conventional cutoff. Compared to the case with a plate, an improvement effect of 3.6 ° C. is observed.
[第3の実施形態]
図6に、本発明の第3の実施形態の遮蔽部材の平面模式図(a)及びC−C’線に沿った断面模式図(b)である。
第3の実施形態の遮蔽部材30は、第1の実施形態の遮蔽部材と比較すると、単一の部材からなる点、厚さが連続的に変化している点、透過孔が円形の開口31である点が異なる。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a schematic plan view (a) and a schematic cross-sectional view (b) taken along the line CC ′ of the shielding member according to the third embodiment of the present invention.
The shielding
本発明の遮蔽部材及びそれを備えた単結晶成長装置は特に、高品質でかつ長尺の単結晶の製造に利用することができる。 The shielding member of the present invention and the single crystal growth apparatus provided with the shielding member can be used particularly for the production of high-quality and long single crystals.
10 遮蔽部材
11、12、13、14、15 リング状部材
16、17、18、19 開口(透過孔)
20 遮蔽部材
22、23、24、25 リング状部材
26、27、28、29 開口(透過孔)
30 遮蔽部材
31 開口(透過孔)
10
20
30 shielding
Claims (10)
前記遮蔽部材は単一の部材からなり、原料ガスが透過する複数の透過孔を有すると共に、前記遮蔽部材が中心部から端部に向かうにつれて厚く形成されてなることにより、中心部から端部に向かうにつれて熱容量が大きく構成されてなることを特徴とする遮蔽部材。 A crystal growth container, a raw material container located in the lower part of the crystal growth container, a substrate support part disposed above the raw material container and supporting the substrate so as to face the raw material container A single crystal growth apparatus comprising: a heating device disposed on an outer periphery of the crystal growth vessel; wherein the raw material storage unit sublimates the raw material to grow a single crystal of the raw material on the substrate; Between the substrate support part, a shielding member that is used by being arranged apart from the raw material of the raw material storage part ,
The shielding member is composed of a single member and has a plurality of permeation holes through which the raw material gas permeates, and the shielding member is formed so as to increase in thickness from the center to the end, so that the center to the end. A shielding member having a larger heat capacity as it goes.
前記原料収容部と前記基板支持部との間に請求項1から7のいずれか一項に記載の遮蔽部材を、前記原料表面と接触させずに配置して備えたことを特徴とする単結晶成長装置。 A crystal growth container, a raw material container located in the lower part of the crystal growth container, a substrate support part disposed above the raw material container and supporting the substrate so as to face the raw material container A single crystal growth apparatus comprising a heating device disposed on an outer periphery of the crystal growth vessel, and sublimating the raw material from the raw material container to grow the single crystal of the raw material on the substrate.
A single crystal comprising the shielding member according to any one of claims 1 to 7 disposed without being in contact with the raw material surface between the raw material container and the substrate support part. Growth equipment.
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