KR101622858B1

KR101622858B1 - SiC 단결정의 제조 방법

Info

Publication number: KR101622858B1
Application number: KR1020147009131A
Authority: KR
Inventors: 모토히사 가도; 히로노리 다이코쿠; 가즈히코 구스노키
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤; 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2016-05-19
Also published as: JPWO2013065204A1; JP5746362B2; KR20140058684A; US20140245945A1; WO2013065204A1; TWI454598B; CN103930601B; EP2775015B1; TW201317406A; US9624599B2; CN103930601A; EP2775015A4; EP2775015A1

Abstract

용액법에 의해 SiC 단결정을 성장시킬 때에, 균일한 단결정 성장이 지속될 수 있는 평탄 성장을 유지하면서, 높은 생산성을 실현하기 위해 필요한 성장 속도의 향상을 달성할 수 있는 SiC 단결정의 제조 방법을 제공한다. 도가니 내에서 C의 Si 용액으로부터 SiC 단결정을 성장시키는 방법으로서, 성장하고 있는 SiC 단결정과 Si 용액의 성장 계면에 있어서의 Si 용액 중의 C의 과포화도를, 평탄 성장을 유지할 수 있는 상한의 임계값보다 높게 유지하여 성장을 진행시키는 고과포화도 성장기와, 상기 과포화도를 상기 임계값보다 낮게 유지하여 성장을 진행시키는 저과포화도 성장기를, 교대로 반복하는 것을 특징으로 하는, SiC 단결정의 제조 방법.

Description

SiC 단결정의 제조 방법{SiC SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 용액법에 따른 SiC 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.

용액 인상법(TSSG법)으로 대표되는 용액법에 따른 SiC 단결정의 제조 방법은, 흑연 도가니 내의 Si 용액 내에 내부로부터 용액면을 향해 하부로부터 상부로 온도 저하되는 온도 구배를 유지한다. 하방의 고온부에서 흑연 도가니로부터 Si 용액 내에 용해된 C는 주로 용액의 대류를 타고 상승하여 용액면 근방의 저온부에 도달하여 과포화로 된다. 지지봉(흑연제)의 선단에 SiC 종결정을 유지하고, 종결정의 하면을 결정 성장면으로 하여 용액에 접촉시킴으로써, 종결정의 결정 성장면 상에서 과포화의 용액으로부터 SiC 단결정이 성장한다.

SiC 단결정을 실용 재료로서 제조하기 위해서는, 성장 속도를 증가시켜서 생산 효율을 향상시킬 필요가 있다. 성장 속도를 증가시키기 위해서는 용질의 과포화도 D(degree of supersaturation)를 높게 하는 것이 필요하나, 과포화도 D가 어느 일정값 Dc를 초과하면 성장 계면이 「거칠어진 면」으로 되어, 균일한 단결정 성장을 지속하기 위한 평탄 성장을 유지할 수 없게 된다.

특히, 특허문헌 1에는, 쵸크랄스키 결정 성장 프로세스에 따른 단결정 반도체의 성장에 있어서, 종결정으로부터 테이퍼 성장에 의한 직경 확대 과정을 거쳐 목표 직경으로 이행할 때에 성장 속도를 지연시키는 것이 필요하다는 것이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2, 3에는, Si 융액으로부터 Si 단결정을 성장시킬 때에, 인상 속도를 주기적으로 변화시킴으로써, 생산 효율을 높이고(특허문헌 1) 혹은 면 내 산소 농도를 균일화하여(특허문헌 2), Si 단결정을 성장시키는 것이 개시되어 있다.

그러나 이것들은 모두 Si 「융액」으로부터의 성장이며, 융액 표면 온도가 융점이며, 단순히 그 이상의 높이로 인상함으로써 Si 단결정이 성장하는 사실을 이용한 것에 지나지 않고, Si-C 「용액」으로부터 C의 「과포화」에 의해 SiC 단결정을 성장시키는 방법에 적용할 수는 없다.

그로 인해, 용액법에 따라 SiC 단결정을 성장시키는 방법에 있어서, 균일한 단결정 성장을 지속할 수 있는 평탄 성장을 유지하면서, 높은 생산성을 실현하기 위해 필요한 성장 속도의 향상을 양립할 수 있는 방법의 개발이 요망되고 있었다.

일본 특허 공개 제2003-512282호 공보 일본 특허 공개 평6-271388호 공보 일본 특허 공개 평6-316483호 공보

본 발명은, 용액법에 따라 SiC 단결정을 성장시킬 때에, 균일한 단결정 성장을 지속할 수 있는 평탄 성장을 유지하면서, 높은 생산성을 실현하기 위해 필요한 성장 속도의 향상을 달성할 수 있는 SiC 단결정의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 도가니 내에서 C의 Si 용액으로부터 SiC 단결정을 성장시키는 방법으로서, 성장하고 있는 SiC 단결정과 Si 용액과의 성장 계면에 있어서의 Si 용액 중의 C의 과포화도를, 평탄 성장을 유지할 수 있는 상한의 임계값보다 높게 유지하여 성장을 진행시키는 고과포화도 성장기와, 상기 과포화도를 상기 임계값보다 낮게 유지하여 성장을 진행시키는 저과포화도 성장기를, 교대로 반복하는 것을 특징으로 하는 SiC 단결정의 제조 방법이 제공된다. Si 융액을 용매로 하고, C을 용질로 하는 용액을 C의 Si 용액이라 칭한다. 이 Si 용액은, 용질로서 C 외에 Cr, Ni 등을 포함하는 경우가 있다.

본 발명에 따르면, 고과포화도에서의 성장 구간에 있어서 높은 성장 속도를 얻음과 동시에 거칠어진 성장 계면이 생성되나, 저과포화도에서의 성장 구간에 있어서 성장 속도는 저하되나 상기의 거칠어진 성장 계면이 회복하여 평탄화됨으로써, SiC 단결정의 전 구간에 대해 보면, 임계값보다 낮은 과포화도를 유지하여 성장시킨 경우에 비해 높은 성장 속도로 균일한 단결정 성장을 실현할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따라, (1) 과포화도를 임계값에 대하여 주기적으로 증감시키는 방법과 (2) 그에 따라 평탄 성장을 유지하면서 높은 성장 속도를 달성하는 원리를 나타낸다.
도 2는, 용액법에 따른 단결정 성장시의 성장 계면 부근의 상태를 나타낸다.
도 3은, 실시예 1의 예비 실험에 있어서, (1) 임계값(상한값) 이하의 매니스커스 높이를 유지하여 성장한 SiC 단결정의 단부면 및 (2) 임계값을 초과하는 매니스커스 높이를 유지하여 성장한 SiC 단결정의 단부면을 각각 나타내는 사진이다.
도 4는, 실시예 1에 있어서 사용한 매니스커스 높이의 3종류의 변동 패턴을 나타낸다.
도 5는, 도 4의 각 변동 패턴에 따라 성장한 SiC 단결정의 단부면을 나타내는 사진이다.
도 6은, 실시예 2의 예비 실험에 있어서, (1) 임계값(상한값)의 온도 구배를 유지하여 성장한 SiC 단결정의 단부면 및 (2) 임계값을 초과하는 온도 구배를 유지하여 성장한 SiC 단결정의 단부면을 각각 나타내는 사진이다.
도 7은, 실시예 2에 있어서 사용한 온도 구배의 변동 패턴을 나타낸다.
도 8은, 도 7의 변동 패턴에 따라 성장한 SiC 단결정의 단부면을 나타내는 사진이다.
도 9는, 실시예 3의 예비 실험에 있어서, (1) 임계값(상한값) 이하의 매니스커스 높이를 유지하여 성장한 SiC 단결정의 단부면 및 (2) 임계값을 초과하는 매니스커스 높이를 유지하여 성장한 SiC 단결정의 단부면을 각각 나타내는 사진이다.
도 10은, 실시예 3에 있어서 사용한 매니스커스 높이의 2종류의 변동 패턴을 나타낸다.
도 11은, 도 10의 각 변동 패턴에 따라 성장한 SiC 단결정의 단부면을 나타내는 사진이다.

일반적으로, 용액으로부터의 결정 성장에 있어서, 과포화도는 성장의 구동력이 되므로, 과포화도를 높게 함으로써 성장 속도를 높일 수 있다.

한편, 과포화도는 성장 계면의 상태에도 강하게 영향을 미친다. 과포화도가 어느 임계값 이하의 범위에서는, 파셋 성장이 지속되어 성장 계면은 평탄한 채 유지된다. 그러나, 과포화도가 임계값을 초과하면 2차원 임계 핵이 발생하여, 성장에 수반하여 성장 계면에 거칠어짐이 발생한다. 그대로 성장을 계속하면, 성장 계면의 거칠어짐에 기인하는 결함(용매의 혼입 등)이 발생해 버린다.

본 발명은, 이와 같은 종래의 문제를 해소한다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 원리를 설명한다.

도 1(1)에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 과포화도 D가, 그 임계값(임계과포화도) Dc에 대하여 높은 고과포화도 성장기 A와 낮은 저과포화도 성장기 B를 교대로 반복하는 것이 특징이다.

도 1(2) <1>에 나타내는 바와 같이, 고과포화도 D＞Dc에서의 성장에서는, 성장 속도는 빠르나, 성장 계면의 거칠어짐이 증가하여, 성장 결정 중에 결함이 발생한다. 이에 비해, 도 1(2) <2>에 나타내는 바와 같이, 저과포화도 D＜Dc에서의 성장에서는, 파셋 성장이 지속되어 평탄한 성장 계면이 유지되어서 균일한 단결정 성장이 확보되나, 성장 속도는 늦어, 결국 고비용으로 되어 실용성의 장애로 된다.

본 발명자는, 과포화도 D와 그 임계값 Dc의 관계에 대해서, 높은 과포화도 D＞Dc에서 성장을 행하여도, 성장 도중에 낮은 과포화도 D＜Dc로 전환하면, 거칠어진 성장 계면을 평탄하게 회복할 수 있는 것을 신규로 발견하여 본 발명을 완성시켰다.

즉, 도 1(1)에 나타내는 바와 같이, D＞Dc의 고과포화도 성장기 A와, D＜Dc의 저과포화도 성장기 B를 교대로 반복함으로써, 성장 계면의 거칠어짐에 기인하는 결함을 발생시키는 일 없이, D＜Dc에서의 저과포화도 성장을 유지한 종래의 성장법에 비해 높은 성장 속도로 성장을 행하는 것이 가능하게 된다.

이하에, 실시예에 따른 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

<실시예>

이하의 실시예 1, 2, 3에 있어서, 흑연 도가니 내로의 투입량을 Si/Cr/Ni=54at％/40at％/6at％의 조성으로 하고, 이것에 흑연 도가니로부터의 C를 용해시킨 Si 용액을 사용하였다.

〔실시예 1〕 매니스커스 높이의 증감에 따른 과포화도의 증감

도 2에 용액법에 따른 단결정 성장시의 성장 계면 부근의 상태를 나타낸다.

흑연제 등의 지지축의 하단부에 종결정을 유지하고, 도가니(도시하지 않음) 내의 Si 용액면에 종결정을 접촉시킨 후에 조금 인상하면, 종결정과 Si 용액면 사이에는 Si 용액의 표면 장력에 의해 매니스커스가 형성된다. 도면에는, 종결정의 하면에 SiC 단결정이 성장하고, 그 SiC 단결정의 성장 계면과 Si 용액 사이에 매니스커스가 형성된 시점을 나타내고 있다. 매니스커스 높이란, 종결정 하면에 성장한 SiC 단결정의 성장 계면의, 도가니 내의 Si 용액의 표면으로부터의 높이이다.

매니스커스 높이가 증가할수록, 매니스커스로부터의 방열이 증가하기 때문에 매니스커스 내의 용액 온도가 저하되고, 그것에 수반하여 성장 계면 바로 아래에서의 C의 과포화도가 높아진다. 과포화도의 증가에 따라 성장 속도도 증가하는데, 임계값을 초과하면 평탄 성장을 유지할 수 없게 된다.

우선, 예비 실험으로서, 매니스커스 높이를 여러 가지의 일정값으로 유지하여 성장을 행하였다.

표 1에, 매니스커스 높이의 변화에 대한, 성장 속도의 변화와, 평탄 성장의 가부(○, ×)를 나타낸다. Si 용액은, 표면 온도 1996℃, 표면으로부터 깊이 1㎝의 내부 온도 2011℃, 온도 구배 15℃/㎝였다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 매니스커스 높이를 0.5∼2.5㎜의 5수준으로 유지하여 성장을 행하였다. 그 결과, 매니스커스 높이의 증가에 대응하여, 성장 속도는 0.26㎜/hr로부터 1.0㎜/hr까지 증가하였다. 매니스커스 높이가 0.5㎜로부터 1.5㎜까지는 평탄 성장이 유지되었으나(표 중 ○), 매니스커스 높이가 2.0㎜ 이상에서는 평탄 성장은 유지될 수 없었다(표 중 ×).

도 3에, 이 때 얻어진 성장 결정의 단부면의 사진을 나타낸다.

도 3(1)은 매니스커스 높이가 1.0㎜로 평탄 성장이 유지된 경우이며, 평활한 단부면이 얻어지고 있다. 또한, 사진 중의 용액 부착부란, 성장 후에 용액면으로부터 인상했을 때에 단부면에 부착된 용액의 흔적이며, 결정 성장의 성장여부와는 관계 없다.

이에 비해, 도 3(2)는 매니스커스 높이가 2.0㎜로 평탄 성장이 유지될 수 없었을 경우이며, 성장 계면의 거칠어짐이 심하여 인상 시에 용액이 다량으로 부착되어 있다.

상기 예비 실험의 결과에 기초하여, 평탄 성장이 유지될 수 있는 매니스커스 높이의 상한값 즉 임계값을 1.5㎜로 하였다.

다음에, 과포화도를 변화시키기 위해 매니스커스 높이를 임계값의 상하로 변동시켜서 성장을 행하였다. 도 4에 나타내는 3종류의 변동 패턴을 사용하였다. 도시한 바와 같이, 고과포화도 D＞Dc에서의 성장기 A와, 저과포화도 D＜Dc에서의 성장기 B를 교대로 반복하였다.

도 4(1)의 변동 패턴에 있어서는, 고과포화도 성장기 A에 있어서 고매니스커스 높이 2.5㎜와 임계 높이 1.5㎜의 차분을 성장기 A에 걸쳐서 적산한 값 Sa에 대하여, 저과포화도 성장기 B에 있어서 저매니스커스 높이 1.0㎜와 임계 높이 1.5㎜의 차분을 성장기 B에 걸쳐서 적산한 값 Sb가 1/2이 되도록, 즉 Sb=0.5Sa로 하였다.

도 4(2)의 변동 패턴에서는, 고과포화도 성장기 A의 적산값 Sa와, 저과포화도 성장기 B의 적산값 Sb가 동등해지도록, 즉 Sb=Sa로 하였다.

도 4(3)의 변동 패턴에서는, 고과포화도 성장기 A의 적산값 Sa에 대하여, 저과포화도 성장기 B의 적산값 Sb가 1.5배가 되도록, 즉 Sb=1.5Sa로 하였다.

도 5에, 상기 3종류의 변동 패턴에 따라 성장한 SiC 단결정의 단부면의 사진을 나타낸다.

도 5(1)은, 도 4(1)의 변동 패턴에 따른 단부면의 상태이며, 성장 속도 0.57㎜/hr가 얻어졌으나, 성장 계면의 거칠어짐이 심하여 용액이 다량으로 부착되어 있다.

도 5(2)는, 도 4(2)의 변동 패턴에 따른 단부면의 상태이며, 성장 속도 0.51㎜/hr가 얻어졌으나, 역시 성장 계면의 거칠어짐이 심하여 용액이 다량으로 부착되어 있다.

도 5(3)은, 도 4(3)의 변동 패턴에 따른 단부면의 상태이며, 성장 속도 0.52㎜/hr가 얻어지고, 게다가 평활한 단부면이고 평탄 성장이 달성되었다. 이 성장 속도는, 예비 실험에 있어서 평탄 성장이 얻어지는 임계의 매니스커스 높이 1.5㎜에서 얻어진 성장 속도 0.37㎜/hr에 비해 대폭으로 향상되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 따라, 매니스커스 높이를 임계 높이에 대하여 주기적으로 증감시켜, 그것에 수반하여 성장 계면에서의 C의 과포화도 D를 그 임계값 Dc에 대하여 주기적으로 증감시켜, 고과포화도 성장기 A와 저과포화도 성장기 B에 대한 차분 적산값 Sa와 Sb의 비율을 적정하게 선택함으로써, 평탄 성장을 확보하면서, 성장 속도를 대폭으로 향상시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 차분의 적산값의 관계가 Sb≥1.5Sa로 되는 범위에서, 평탄 성장을 유지하면서 성장 속도를 높일 수 있다고 판단된다. 단 Sb가 커질수록, 성장 속도는 느려진다고 상정된다.

〔실시예 2〕 용액 내 온도 구배의 증감에 따른 과포화도의 증감

Si 용액 내의 온도 구배를, 도가니 가열용의 2단의 고주파 유도 코일에 의해 여러 가지로 제어하였다. 온도 구배가 높을수록 성장 계면 바로 아래의 과포화도는 높아진다. 그것에 수반하여 성장 속도도 높아지나, 임계값을 초과하면 평탄 성장을 유지할 수 없게 된다.

우선, 예비 실험으로서, 온도 구배를 여러 가지의 일정값으로 유지하여 성장을 행하였다. 단, Si 용액의 표면 온도와, 표면으로부터 1㎝의 깊이의 내부 온도의 차를 온도 구배로 하였다.

표 2에, 온도 구배의 변화에 대한, 성장 속도의 변화와, 평탄 성장의 가부(○, ×)를 나타낸다. Si 용액의 표면 온도는 표 2에 나타낸 대로이며, 매니스커스 높이는 1㎜의 일정 값으로 하였다.

표 2에 나타낸 바와 같이, Si 용액 내의 온도 구배를 15, 30, 40℃/㎝의 3수준으로 유지하여 성장을 행하였다. 그 결과, 온도 구배의 증가에 대응하여, 성장 속도는 0.30, 0.39, 0.85㎜/hr로 증가하였다. 온도 구배가 15∼30℃/㎝의 범위에서는 평탄 성장이 유지되었으나(표 중 ○), 온도 구배가 40℃/㎝로 증가하면 평탄 성장은 유지될 수 없었다(표 중 ×).

도 6에, 이 때 얻어진 성장 결정의 단부면의 사진을 나타낸다.

도 6(1)은 온도 구배가 30℃/㎝로 평탄 성장이 유지된 경우이며, 평활한 단부면이 얻어지고 있다.

이에 비해, 도 6(2)는 온도 구배가 40℃/㎝로 평탄 성장이 유지될 수 없던 경우이고, 성장 계면의 거칠어짐이 심하여 인상 시에 용액이 다량으로 부착되어 있다.

상기 예비 실험의 결과에 근거하여, 평탄 성장이 유지될 수 있는 온도 구배의 상한값 즉 임계값을 30℃/㎝로 하였다.

다음에, 과포화도를 변화시키기 위해 온도 구배를 임계값의 상하로 변동시켜서 성장을 행하였다. 변동 패턴은, 실시예 1의 결과에 근거하여, 도 7에 나타내는 바와 같이, 고과포화도 성장기 A에 있어서의 고온도 구배 40℃/㎝와 임계값 30℃/㎝의 차분의 적산값 Sa에 대하여, 저과포화도 성장기 B에 있어서의 저온도 구배 15℃/㎝와 임계값 30℃/㎝의 차분의 적산값 Sb가 1.5배로 되도록, 즉 Sb=1.5Sa로 하였다. 단, 실시예 1의 패턴에 비하여, 증감에 걸리는 시간이 길기 때문에, 도 7에 나타내는 바와 같이 온도 구배의 변화는 그 변환부분에서 곡선적으로 되는 정도가 강하다.

도 8에, 이 변동 패턴에 따라 성장한 SiC 단결정의 단부면의 사진을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 평활한 단부면이고 평탄 성장이 달성되었다. 게다가 성장 속도는 0.48㎜/hr이며, 예비 실험에 있어서 평탄 성장이 얻어지는 임계의 온도 구배 30℃/㎝에서 얻어진 성장 속도 0.39㎜/hr에 대하여 대폭으로 향상되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 따라, 온도 구배를 그 임계값에 대하여 주기적으로 증감시켜, 그것에 수반하여 성장 계면에서의 C의 과포화도 D를 그 임계값 Dc에 대하여 주기적으로 증감시켜, 고과포화도 성장기 A와 저과포화도 성장기 B에 대한 차분 적산값 Sa와 Sb의 비율을 적정하게 선택함으로써, 평탄 성장을 확보하면서, 성장 속도를 대폭으로 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 차분의 적산값의 관계가 Sb≥1.5Sa로 되는 범위에서, 평탄 성장을 유지하면서 성장 속도를 높일 수 있다고 판단된다. 단, Sb가 크게 될수록, 성장 속도는 느려진다고 상정된다.

〔실시예 3〕 지지축 내의 연직 방향 온도 구배의 영향

본 실시예에 있어서는, 지지축 내의 연직 방향 온도 구배(△×)의 영향을 조사하였다. △×가 크면 지지축으로부터의 발열(拔熱) 량이 증가하고, 과포화도가 높아지고, 성장 속도가 커진다.

즉, 실시예 1, 2에 있어서는, △×=80℃/㎝였다. 이에 비해 본 실시예에 있어서는, △×=85℃/㎝로 크게 하여, 실시예 1과 같이 매니스커스 높이의 증감에 따라 과포화도를 증감시켰다. 또한, △×는 종결정으로부터 지지축내의 20㎝ 상부까지의 평균 온도 구배이다.

표 3에, 매니스커스 높이의 변화에 대한, 성장 속도의 변화와, 평탄 성장의 가부(○×)를 나타낸다. Si 용액은, 표면 온도 1996℃, 표면으로부터 깊이 1㎝의 내부 온도 2011℃, 온도 구배 15℃/㎝였다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 매니스커스 높이를 1.0∼2.0㎜의 4수준으로 유지하여 성장을 행하였다. 그 결과, 매니스커스 높이의 증가에 대응하여, 성장 속도는 0.56㎜/hr로부터 1.0㎜/hr까지 증가하였다.

본 실시예에서는 지지축으로부터의 발열 량이 증가한 것에 따라, 실시예 1에 있어서의 동일한 매니스커스 높이 범위 1.0∼2.0㎜의 성장 속도 0.30∼0.62㎜/hr에 비해, 높은 성장 속도가 얻어지고 있다.

매니스커스 높이가 1.0으로부터 1.3㎜까지는 평탄 성장이 유지되었으나(표 중 ○), 매니스커스 높이가 1.5㎜ 이상에서는 평탄 성장은 유지될 수 없었다(표 중 ×).

도 9에, 이 때 얻어진 성장 결정의 단부면의 사진을 나타낸다.

도 9(1)은 매니스커스 높이가 1.0㎜로 평탄 성장이 유지되었을 경우이고, 평활한 단부면이 얻어지고 있다. 또한, 사진 중의 용액 부착부란, 성장 후에 용액면으로부터 인상했을 때에 단부면에 부착된 용액의 흔적이며, 결정 성장의 성장여부와는 관계 없다.

이에 비해, 도 9(2)는 매니스커스 높이가 2.0㎜로 평탄 성장이 유지될 수 없었던 경우이며, 성장 계면의 거칠어짐이 심하여 인상 시에 용액이 다량으로 부착되어 있다.

상기 예비 실험의 결과에 근거하여, 평탄 성장이 유지될 수 있는 매니스커스 높이의 상한값 즉 임계값을 1.3㎜로 하였다.

다음에, 과포화도를 변화시키기 위해 매니스커스 높이를 임계값의 상하로 변동시켜서 성장을 행하였다. 도 10에 나타내는 2종류의 변동 패턴을 사용하였다. 도시한 바와 같이, 고과포화도 D＞Dc에서의 성장기 A와, 저과포화도 D＜Dc에서의 성장기 B을 교대로 반복하였다.

도 10(1)의 변동 패턴에 있어서는, 고과포화도 성장기 A에 있어서 고매니스커스 높이 2.5㎜와 임계 높이 1.3㎜의 차분을 성장기 A에 걸쳐서 적산한 값 Sa에 대하여, 저과포화도 성장기 B에 있어서 저매니스커스 높이 1.0㎜와 임계 높이 1.5㎜의 차분을 성장기 B에 걸쳐서 적산한 값 Sb가 1/4이 되도록, 즉 Sb=0.25Sa로 하였다.

도 10(2)의 변동 패턴에서는, 고과포화도 성장기 A의 적산값 Sa에 대하여, 저과포화도 성장기 B의 적산값 Sb가 1.25배가 되도록, 즉 Sb=1.25Sa로 하였다.

도 11에, 상기 2종류의 변동 패턴에 따라 성장한 SiC 단결정의 단부면의 사진을 나타낸다.

도 11(1)은, 도 10(1)의 변동 패턴에 따른 단부면의 상태이며, 성장 속도 0.68㎜/hr가 얻어졌으나, 성장 계면의 거칠어짐이 심하여 용액이 다량으로 부착되어 있다.

도 11(2)는, 도 10(2)의 변동 패턴에 따른 단부면의 상태이며, 성장 속도 0.72㎜/hr가 얻어지고, 게다가 평탄한 단부면이며 평탄 성장이 달성되었다. 이 성장 속도는, 예비 실험에 있어서 평탄 성장이 얻어지는 임계 매니스커스 높이 1.3㎜에서 얻어진 성장 속도 0.60㎜/hr에 대하여 대폭으로 향상되어 있다. 또한, 이 성장 속도는, 실시예 1에서 변동 패턴 (3)에서 얻어진 최대의 성장 속도 0.52㎜/hr에 대하여, 대폭으로 향상되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 따라, 지지축 내의 연직 방향 온도 구배를 증가시키는(지지축으로부터의 발열 작용을 강화하는) 것에 의해, 본 발명의 변동 패턴에 따른 평탄 성장 속도의 향상 효과가 한층 더 현저하게 된다. 또한, 실시예 2, 3으로부터, 평탄 성장을 유지하면서 성장 속도를 향상시키기 위해서는, Sb≥1.25Sa의 관계가 적절하다고 판단된다.

본 발명에 따르면, 용액법에 따라 SiC 단결정을 성장시킬 때에, 균일한 단결정 성장이 지속될 수 있는 평탄 성장을 유지하면서, 높은 생산성을 실현하기 위해 필요한 성장 속도의 향상을 달성할 수 있는 SiC 단결정의 제조 방법이 제공된다.

Claims

도가니 내에서 C의 Si 용액으로부터 SiC 단결정을 성장시키는 방법으로서, 성장하고 있는 SiC 단결정과 Si 용액의 성장 계면에 있어서의 Si 용액 중의 C의 과포화도를, 평탄 성장이 유지될 수 있는 상한의 임계값보다 높게 유지하여 성장을 진행시키는 고과포화도 성장기와, 상기 과포화도를 상기 임계값보다 낮게 유지하여 성장을 진행시키는 저과포화도 성장기를, 교대로 반복하는 것을 특징으로 하는, SiC 단결정의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 고과포화도와 상기 임계값의 차분을 상기 고과포화도 성장기의 계속 시간에 걸쳐서 적산한 값 Sa와, 상기 저과포화도와 상기 임계값의 차분을 상기 저과포화도 성장기의 계속 시간에 걸쳐서 적산한 값 Sb의 비율을 최적화 파라미터로서 사용하는 것을 특징으로 하는, SiC 단결정의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성장 계면으로부터 상기 도가니 내의 Si 용액 표면까지 형성되는 매니스커스의 높이를 증감시킴으로써, 상기 과포화도를 증감시키는 것을 특징으로 하는, SiC 단결정의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도가니 내의 Si 용액 중의 온도 구배를 증감시킴으로써, 상기 과포화도를 증감시키는 것을 특징으로 하는, SiC 단결정의 제조 방법.
제2항에 있어서, Sb/Sa≥1.25로 하는 것을 특징으로 하는, SiC 단결정의 제조 방법.