KR101710814B1

KR101710814B1 - SiC 단결정의 제조 방법

Info

Publication number: KR101710814B1
Application number: KR1020157005108A
Authority: KR
Inventors: 모토히사 가도; 가즈히코 구스노키; 가즈히토 가메이
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2017-02-27
Also published as: EP2891732A1; EP2891732A4; CN104603336B; WO2014034424A1; JP2014047096A; JP5876390B2; KR20150036779A; US9530642B2; US20150221511A1; EP2891732B1; CN104603336A

Abstract

용액법에 있어서, 종래보다 성장 속도를 대폭 향상시킬 수 있는 SiC 단결정의 제조 방법을 제공한다.
도가니 내에 넣어지고, 내부로부터 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, 종 결정 기판을 접촉시켜 SiC 단결정을 결정 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법으로서, 상기 도가니의 깊이/내경이 1.71 미만이고, Si-C 용액의 액면으로부터 10 ㎜ 아래까지의 범위의 온도 구배가 42 ℃/㎝ 보다 큰, SiC 단결정의 제조 방법.

Description

SiC 단결정의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING SIC SINGLE CRYSTAL}

본 발명은, 반도체 소자로서 바람직한 SiC 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.

SiC 단결정은, 열적, 화학적으로 매우 안정적이고, 기계적 강도가 우수하며, 방사선에 강하고, 게다가 Si 단결정에 비해 높은 절연 파괴 전압, 높은 열전도율 등의 우수한 물성을 갖는다. 그 때문에, Si 단결정이나 GaAs 단결정 등의 기존의 반도체 재료에서는 실현할 수 없는 고출력, 고주파, 내전압, 내환경성 등을 실현하는 것이 가능하고, 대전력 제어나 에너지 절약을 가능하게 하는 파워 디바이스 재료, 고속 대용량 정보 통신용 디바이스 재료, 차재용 고온 디바이스 재료, 내방사선 디바이스 재료 등과 같은 넓은 범위에 있어서의 차세대 반도체 재료로서 기대가 높아지고 있다.

종래, SiC 단결정의 성장법으로는, 대표적으로는 기상법, 애치슨 (Acheson) 법, 및 용액법이 알려져 있다. 기상법 중, 예를 들어 승화법에서는, 성장시킨 단결정에 마이크로파이프 결함으로 불리는 중공 관통상의 결함이나 적층 결함 등의 격자 결함 및 결정 다형이 발생하기 쉽다는 등의 결점을 갖지만, 결정의 성장 속도가 크기 때문에, 종래, SiC 벌크 단결정의 상당수는 승화법에 의해 제조되고 있고, 성장 결정의 결함을 저감시키는 시도도 이루어지고 있다. 애치슨법에서는 원료로서 규석과 코크스를 사용하여 전기로 중에서 가열하기 때문에, 원료 중의 불순물 등으로 인해 결정성이 높은 단결정을 얻는 것은 불가능하다.

그리고, 용액법은, 흑연 도가니 중에서 Si 융액 또는 합금을 융해시킨 Si 융액을 형성하고, 그 융액 중에 흑연 도가니로부터 C 를 용해시키고, 저온부에 설치한 종 결정 기판 상에 SiC 결정층을 석출시켜 성장시키는 방법이다. 용액법은 기상법에 비해 열평형에 가까운 상태에서의 결정 성장이 이루어지기 때문에, 저결함화를 가장 기대할 수 있다. 이 때문에, 최근에는, 용액법에 의한 SiC 단결정의 제조 방법이 몇 가지 제안되어 있다.

예를 들어, 결함이 적은 SiC 단결정을 얻기 위해서, 종 결정 기판 근방의 Si-C 용액의 온도 구배를 5 ℃/㎝ 이하로 하는 SiC 단결정의 제조 방법이 개시되어 있다 (특허문헌 1).

일본 공개특허공보 2009-91222호

이와 같이, 용액법에 의하면, 다른 방법보다 결함이 적은 SiC 단결정을 얻을 수 있기 쉽지만, 특허문헌 1 등에 기재된 종래의 방법에서는, SiC 단결정의 성장 속도가 느리다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로, 용액법에 있어서, 종래보다 성장 속도를 대폭 향상시킬 수 있는 SiC 단결정의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 도가니 내에 넣어지고, 내부로부터 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, 종 결정 기판을 접촉시켜 SiC 단결정을 결정 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법으로서,

도가니의 깊이/내경이 1.71 미만이고,

Si-C 용액의 액면으로부터 10 ㎜ 아래까지의 범위의 온도 구배가 42 ℃/㎝ 보다 큰, SiC 단결정의 제조 방법이다.

본 발명에 의하면, 종래보다 대폭 빠른 성장 속도로 SiC 단결정을 성장시키는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 방법에 사용할 수 있는 도가니 구조의 단면 모식도이다.
도 2 는, 도가니 깊이를 크게 하였을 때의 도가니 구조의 단면 모식도이다.
도 3 은, 도가니 깊이를 작게 하였을 때의 도가니 구조의 단면 모식도이다.
도 4 는, 종 결정 기판과 Si-C 용액 사이에 형성되는 메니스커스의 단면 모식도이다.
도 5 는, 성장 결정 중의 인클루전 유무를 검사할 때의, 성장 결정의 절단 지점을 나타낸 모식도이다.
도 6 은, 본 발명에 있어서 사용할 수 있는 단결정 제조 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 7 은, 실시예 1 에서 성장시킨 SiC 단결정 및 종 결정 기판을 포함하는 SiC 잉곳의 단면의 광학 현미경 사진이다.
도 8 은, 실시예 1 에서 성장시킨 SiC 단결정의 에칭면의 현미경 사진이다.
도 9 는, 실시예 1 ∼ 3, 참고예 1 ∼ 5, 및 비교예 1 ∼ 12 에서 얻어진 Si-C 용액의 표면 영역의 온도 구배에 대한 SiC 단결정의 성장 속도를 플롯한 그래프이다.

본 명세서에 있어서, (000-1) 면 등의 표기에 있어서의 「-1」은, 본래, 숫자 위에 횡선을 부여하여 표기한 바를 「-1」로 표기한 것이다.

종래의 용액법에 의한 SiC 단결정의 성장은, 열평형에 가까운 상태에서의 결정 성장이기 때문에 저결함화를 기대할 수 있지만, 대체로 성장 속도가 느려, 원하는 성장 속도를 얻는 것이 어려웠다.

본원 발명자는, SiC 단결정 성장에 있어서의 성장 속도의 향상에 대해 예의 연구를 실시하여, 대폭적으로 성장 속도를 향상시킬 수 있는 SiC 단결정의 제조 방법을 알아냈다.

본 발명은, 도가니 내에 넣어지고, 내부로부터 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, 종 결정 기판을 접촉시켜 SiC 단결정을 결정 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법으로서, Si-C 용액의 액면으로부터 10 ㎜ 아래까지의 범위의 온도 구배가 42 ℃/㎝ 보다 큰, SiC 단결정의 제조 방법을 대상으로 한다.

본 발명에 의하면, Si-C 용액의 액면으로부터 10 ㎜ 아래까지의 범위의 온도 구배 (이하, Si-C 용액의 표면 영역의 온도 구배, 또는 온도 구배라고 한다) 를 42 ℃/㎝ 보다 크게 함으로써, 종래보다 대폭적으로 SiC 단결정의 성장 속도를 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명에 관련된 방법은, 용액법에 의한 SiC 단결정의 제조 방법이고, 내부로부터 표면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, SiC 종 결정을 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시킬 수 있다. Si-C 용액의 내부로부터 용액의 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 형성함으로써 Si-C 용액의 표면 영역을 과포화로 하고, Si-C 용액에 접촉시킨 종 결정 기판을 기점으로 하여 SiC 단결정을 성장시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, Si-C 용액의 표면 영역의 온도 구배는 42 ℃/㎝ 초과이며, 바람직하게는 47 ℃/㎝ 이상, 보다 바람직하게는 50 ℃/㎝ 이상, 더욱 바람직하게는 57 ℃/㎝ 이상이다. 이들 온도 구배 범위에 있어서, 매우 높은 SiC 단결정의 성장 속도를 얻을 수 있다.

온도 구배의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 실제로 형성 가능한 온도 구배가 실질적인 상한이 될 수 있고, 예를 들어 70 ℃/㎝ 정도이다.

Si-C 용액의 표면 영역의 온도 구배는, 도가니 주위에 배치한 고주파 코일 등의 히터의 출력 조절, 도가니와 고주파 코일의 위치 관계의 조절, Si-C 용액의 표면으로부터의 복사 발열이나 종 결정 유지축을 통한 발열 등에 의해 형성할 수 있는데, 이번에 특히 높은 온도 구배를 형성하기 위해서는, 도가니 깊이를 작게 하거나, 도가니 내경을 크게 하거나, 또는 그 양방을 실시하는 것이 효과적임을 알 수 있었다.

도 1 에, 본 발명에 관련된 방법에 사용할 수 있는 도가니 구조의 단면 모식도를 나타낸다. 흑연제의 도가니 (10) 는, 내부에 Si-C 용액 (24) 을 유지하고, 도가니 상부의 덮개 (20) 에 형성한 개구부 (28) 를 통과시켜, 종 결정 기판 (14) 을 유지한 종 결정 유지축 (12) 을 배치할 수 있다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 도가니 깊이 (16) 는, Si-C 용액을 수용하는 도가니 하부부터 도가니 측벽 상단까지의 길이이고, 이 측벽 부분이 도가니 주위에 배치된 히터에 의해 가열된다. 또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 도가니 내경 (17) 은, Si-C 용액을 수용하는 도가니 내경의 직경이다.

예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이 도가니 깊이를 크게 하면 높은 온도 구배를 형성하기 어려워지지만, 도 3 에 나타내는 바와 같이 도가니 깊이를 작게 하면 높은 온도 구배를 형성하기 쉬워진다. 도가니 내경에 대해서도 마찬가지로, 도가니 내경을 작게 하면 높은 온도 구배를 형성하기 어려워지지만, 도가니 내경을 크게 하면 높은 온도 구배를 형성하기 쉬워진다.

이론에 속박되는 것은 아니지만, 도가니 깊이 (16) 를 작게 하면, Si-C 용액 (24) 의 액면과 도가니 상부의 덮개 (20) 의 거리가 좁아져, 도가니 상부의 덮개 (20) 로부터의 발열의 영향이 커져, Si-C 용액 (24) 의 표면 영역의 온도 구배를 크게 할 수 있는 것으로 생각된다. 또, 도가니 내경 (17) 을 크게 하면, 히터에 의해 가열되는 도가니의 측벽으로부터 종 결정 기판이 멀어지기 때문에, 종 결정 기판 주변의 온도 저하가 일어나기 쉬워져, Si-C 용액 (24) 의 표면 영역의 온도 구배를 크게 할 수 있는 것으로 생각된다.

도가니 깊이/도가니 내경의 치수 비율은, 바람직하게는 1.71 미만이고, 보다 바람직하게는 1.14 이하이다. 이들 범위의 도가니 깊이/도가니 내경의 치수 비율을 갖는 도가니를 사용함으로써, Si-C 용액의 표면 영역의 온도 구배를 크게 하기 쉬워진다.

이와 같이, 도가니 깊이/도가니 내경의 치수 비율이 작을수록 온도 구배를 크게 하기 쉬워지고, 이 관점에서는, 도가니 깊이/도가니 내경의 치수 비율의 하한은 특별히 한정되는 것은 아니다. 도가니 깊이/도가니 내경의 치수 비율의 하한은, SiC 단결정을 안정적으로 성장시킬 수 있는 범위로 하면 되고, 예를 들어, 도가니 깊이/도가니 내경의 비율이 0.3 이상에서 SiC 단결정을 안정적으로 성장시킬 수 있다.

또, 놀랍게도, 도가니 깊이/도가니 내경의 치수 비율을 작게 하면, Si-C 용액의 표면 영역의 온도 구배가 동일하더라도, SiC 단결정의 성장 속도를 크게 할 수 있음을 알 수 있었다.

또, 높은 결정 성장 속도를 얻으면서, 추가로, 인클루전 및 관통 전위 등의 결함의 발생을 억제한 고품질의 SiC 단결정을 얻기 위해서, 결정 성장면의 계면 바로 아래의 중앙부로부터 외주부에 Si-C 용액을 유동시켜, Si-C 용액의 체류를 억제하는 것이 효과적이다.

본 명세서에 있어서, 인클루전이란, SiC 단결정 성장에 사용하는 Si-C 용액의, 성장 결정 중의 혼입이다. 성장 결정에 인클루전이 발생하는 경우, 인클루전으로서, 예를 들어, Si-C 용액으로서 사용하는 용매 중에 함유될 수 있는 Cr 이나 Ni 등의 용매 성분을 검출할 수 있다.

결정 성장면의 계면 바로 아래의 중앙부로부터 외주부에 Si-C 용액을 유동시킴으로써, 결정 성장면에 용질을 공급하면서, 외주부를 포함하는 성장 계면 전체에 대한 용질의 안정적인 공급이 가능하게 되어, 인클루전을 포함하지 않고, 종 결정 기판과 동등한 관통 전위 밀도를 갖는 SiC 단결정을 얻을 수 있다.

결정 성장면의 계면 바로 아래의 중앙부로부터 외주부에 대한 Si-C 용액의 유동은, Si-C 용액의 기계적 교반이나 고주파 가열에 의한 전자 교반 등에 의해, Si-C 용액의 심부로부터 결정 성장면을 향하여 Si-C 용액을 유동시키고, 나아가 중앙부로부터 외주부에 Si-C 용액을 유동시켜, 외주부로부터 심부에 Si-C 용액이 순환되는 것과 같은 유동을 형성함으로써 실시할 수 있다.

결정 성장면의 계면 바로 아래의 중앙부로부터 외주부에 Si-C 용액을 유동시키기 위한 바람직한 방법으로서, 예를 들어, 종 결정 기판을 소정 속도로 소정 시간 이상 연속해서 일정 방향으로 회전시키는 방법이 있다.

종 결정 기판을 소정 속도로 소정 시간 이상 연속해서 일정 방향으로 회전시킴으로써, 결정 성장 계면 바로 아래의 Si-C 용액의 유동을 촉진시킬 수 있고, 특히, 외주부에 있어서의 Si-C 용액의 유동 정체부를 해소할 수 있고, 외주부에 있어서의 용액 혼입 (인클루전) 을 억제하여, 종 결정 기판과 동등한 관통 전위 밀도를 갖는 SiC 단결정을 성장시킬 수 있다.

본 명세서에 있어서, 종 결정 기판의 회전 속도란, 종 결정 기판의 성장면 (하면) 의 최외주부 (본 명세서에 있어서, 종 결정 기판의 외주부 또는 최외주부라고도 한다) 의 속도이다. 종 결정 기판의 외주부의 속도는, 25 ㎜/초보다 빠른 속도가 바람직하고, 45 ㎜/초 이상이 보다 바람직하며, 63 ㎜/초 이상이 더욱 바람직하다. 종 결정 기판의 외주부의 속도를 상기 범위로 함으로써 인클루전을 억제하고, 관통 전위의 발생을 억제하기 쉬워진다.

종 결정 기판의 외주부의 속도를 제어하여 SiC 단결정의 성장이 진행된 경우, 종 결정 기판의 성장면에 대해 성장 결정은 대체로 구경이 동일하거나 구경 확대되도록 성장하기 때문에, 성장 결정의 외주부의 회전 속도는 종 결정 기판의 외주부의 속도와 동일하거나 그보다 커진다. 따라서, 종 결정 기판의 외주부의 속도를 상기 범위로 제어함으로써, 결정 성장이 진행된 경우에도, 성장 결정 바로 아래의 Si-C 용액의 유동을 계속할 수 있다.

또, 종 결정 기판의 외주부의 속도 대신에, 성장 결정의 외주부의 속도를 상기 속도 범위로 제어해도 된다. SiC 단결정의 성장이 진행됨에 따라, 종 결정 기판의 성장면에 대해 성장 결정은 대체로 구경이 동일하거나 구경 확대되도록 성장하여, 성장 결정의 외주부의 속도는 빨라지는데, 이 경우, 1 분간당 회전수 (rpm) 를 유지해도 되고, 혹은 성장 결정의 외주부의 속도가 일정해지도록 1 분간당 회전수 (rpm) 를 낮춰도 된다.

또, 종 결정 기판의 회전 방향을 주기적으로 전환하는 경우에, 종 결정 기판을 동일 방향으로 회전시키고 있는 시간 (회전 유지 시간) 을 소정 시간보다 길게 설정함으로써, 용액 유동을 안정화시킬 수 있고, 외주부의 용액 혼입을 억제할 수 있다.

종 결정 기판의 회전 방향을 주기적으로 변화시킴으로써, 동심원상으로 SiC 단결정을 성장시키는 것이 가능해져, 성장 결정 중에 발생할 수 있는 결함의 발생을 억제할 수 있지만, 그 때, 동일 방향의 회전을 소정 시간 이상 유지함으로써, 결정 성장 계면 바로 아래의 Si-C 용액의 유동을 안정화시킬 수 있다. 회전 유지 시간이 지나치게 짧으면, 회전 방향의 전환을 빈번하게 실시하게 되어, Si-C 용액의 유동이 불충분 또는 불안정해지는 것으로 생각된다.

종 결정 기판의 회전 방향을 주기적으로 변화시키는 경우, 동일 방향의 회전 유지 시간은, 30 초보다 긴 것이 바람직하고, 200 초 이상이 보다 바람직하며, 360 초 이상이 더욱 바람직하다. 종 결정 기판의 동일 방향의 회전 유지 시간을 상기 범위로 함으로써 인클루전 및 관통 전위의 발생을 보다 억제하기 쉬워진다.

종 결정 기판의 회전 방향을 주기적으로 변화시키는 경우, 회전 방향을 역방향으로 전환할 때의 종 결정 기판의 정지 시간은 짧을수록 좋고, 바람직하게는 10 초 이하, 보다 바람직하게는 5 초 이하, 더욱 바람직하게는 1 초 이하, 보다 더 바람직하게는 실질적으로 0 초이다.

또, SiC 단결정을 성장시킬 때에, 종 결정 기판과 Si-C 용액 사이에 메니스커스를 형성하면서 결정 성장시키는 것이 바람직하다.

본원에 있어서, 메니스커스란, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 표면 장력에 의해 종 결정 기판 (14) 에 젖어오른 Si-C 용액 (24) 의 표면에 형성되는 오목상의 곡면 (34) 을 말한다. 종 결정 기판과 Si-C 용액 사이에 메니스커스를 형성하면서, SiC 단결정을 성장시킬 수 있다. 예를 들어, 종 결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시킨 후, 종 결정 기판의 하면이 Si-C 용액의 액면보다 높아지는 위치에 종 결정 기판을 끌어올려 유지함으로써 메니스커스를 형성할 수 있다.

성장 계면의 외주부에 형성되는 메니스커스 부분은 복사 발열에 의해 온도가 저하되기 쉽기 때문에, 메니스커스를 형성함으로써, 결정 성장면의 계면 바로 아래의 중앙부보다 외주부의 Si-C 용액의 온도가 낮아지는 온도 구배를 형성할 수 있다. 이로써, 성장 계면의 외주부의 Si-C 용액의 과포화도를, 성장 계면의 중심부의 Si-C 용액의 과포화도보다 크게 할 수 있다.

이와 같이 결정 성장 계면 바로 아래의 Si-C 용액 내에서 수평 방향의 과포화도의 경사를 형성함으로써, 오목 형상의 결정 성장면을 갖도록 SiC 결정을 성장시키는 것이 가능해진다. 이로써, SiC 단결정의 결정 성장면이 저스트면이 되지 않도록 결정 성장시킬 수 있고, 인클루전 및 관통 전위의 발생을 억제하기 쉬워진다.

인클루전의 검사 방법으로는, 특별히 한정되지 않지만, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이 성장 결정 (40) 을 성장 방향에 대해 평행하게 슬라이스하고, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같은 성장 결정 (42) 을 잘라내고, 성장 결정 (42) 의 전체면이 연속된 결정인지 여부를 투과 화상으로부터 관찰하여 인클루전의 유무를 검사할 수 있다. 또, 성장 결정을 성장 방향에 대해 수직으로 슬라이스하고, 잘라낸 성장 결정에 대해, 동일한 방법으로 인클루전의 유무를 검사해도 된다. 혹은, 상기와 같이 성장 결정을 잘라내고, 에너지 분산형 X 선 분광법 (EDX) 이나 파장 분산형 X 선 분석법 (WDX) 등에 의해, 잘라낸 성장 결정 내의 Si-C 용액 성분에 대해 정성 분석 또는 정량 분석을 실시하여 인클루전을 검출할 수도 있다.

투과 화상 관찰에 의하면, 인클루전이 존재하는 부분은 가시광이 투과되지 않기 때문에, 가시광이 투과되지 않는 부분을 인클루전으로서 검출할 수 있다. EDX 나 WDX 등에 의한 원소 분석법에 의하면, 예를 들어 Si-C 용액으로서 Si/Cr 계 용매, Si/Cr/Ni 계 용매 등을 사용하는 경우, 성장 결정 내에 Cr 이나 Ni 등의 Si 및 C 이외의 용매 성분이 존재하는지 분석하고, Cr 이나 Ni 등의 Si 및 C 이외의 용매 성분을 인클루전으로서 검출할 수 있다.

성장 결정의 관통 전위 유무의 평가는, (0001) 면을 노출시키도록 경면 연마하고, 용융 수산화칼륨, 과산화나트륨 등을 사용한 용융 알칼리 에칭을 실시하고, 전위를 강조시켜, SiC 단결정의 표면의 에치 피트를 현미경 관찰함으로써 실시될 수 있다.

본 방법에 있어서는, SiC 단결정의 제조에 일반적으로 사용되는 품질의 SiC 단결정을 종 결정 기판으로서 사용할 수 있고, 예를 들어 승화법에 의해 일반적으로 제조한 SiC 단결정을 종 결정 기판으로서 사용할 수 있다.

예를 들어, 성장면이 플랫이며 (0001) 저스트면 또는 (000-1) 저스트면을 갖는 SiC 단결정, (0001) 저스트면 또는 (000-1) 저스트면으로부터 0°보다 크고 예를 들어 8°이하의 오프셋 각도를 갖는 SiC 단결정 등을 종 결정 기판으로서 사용할 수 있다.

상기의 방법과 같이, 메니스커스를 형성하면서 종 결정 기판을 소정 속도로 소정 시간 이상 연속해서 일정 방향으로 회전시킴으로써 SiC 단결정을 결정 성장시키는 경우에는, 성장면이 플랫이며 (0001) 저스트면 또는 (000-1) 저스트면을 갖는 SiC 단결정이 바람직하게 사용된다.

승화법에 의해 일반적으로 제조한 SiC 단결정에는, 대체로 관통 나선 전위 및 관통 날 형상 전위를 포함하는 관통 전위가 많이 포함되어 있지만, 본 발명에 사용하는 종 결정 기판에는, 관통 전위는 포함되어 있어도 되고 포함되어 있지 않아도 된다.

상기의 방법과 같이, 메니스커스를 형성하면서 종 결정 기판을 소정 속도로 소정 시간 이상 연속해서 일정 방향으로 회전시킴으로써 SiC 단결정을 결정 성장시키는 경우에는, 종 결정 기판과 동일한 정도의 관통 전위 밀도를 갖는 SiC 단결정을 성장시킬 수 있기 때문에, 관통 전위 밀도가 작은 SiC 단결정을 종 결정 기판으로서 사용하는 것에 의해, 관통 전위 밀도가 작거나 혹은 관통 전위를 포함하지 않는 SiC 단결정을 성장시킬 수 있는 점에서, 관통 전위 밀도가 작거나 혹은 관통 전위를 포함하지 않는 SiC 단결정이 종 결정 기판으로는 바람직하다.

종 결정 기판의 전체 형상은, 예를 들어 판상, 원반상, 원기둥상, 각기둥상, 원추대상, 또는 각추대상 등의 임의의 형상일 수 있다.

단결정 제조 장치에 대한 종 결정 기판의 설치는, 접착제 등을 사용하여 종 결정 기판의 상면을 종 결정 유지축에 유지시킴으로써 실시할 수 있다.

종 결정 기판의 Si-C 용액에 대한 접촉은, 종 결정 기판을 유지한 종 결정 유지축을 Si-C 용액의 액면을 향하여 강하시켜, 종 결정 기판의 하면을 Si-C 용액면에 대해 평행하게 하여 Si-C 용액에 접촉시킴으로써 실시할 수 있다. 그리고, Si-C 용액면에 대해 종 결정 기판을 소정 위치로 유지하여, SiC 단결정을 성장시킬 수 있다.

종 결정 기판의 유지 위치는, 종 결정 기판의 하면의 위치가, Si-C 용액면에 일치하거나, Si-C 용액면에 대해 하측에 있거나, 또는 Si-C 용액면에 대해 상측에 있어도 된다. 종 결정 기판의 하면을 Si-C 용액면에 대해 상방의 위치에 유지하는 경우에는, 일단, 종 결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시켜 종 결정 기판의 하면에 Si-C 용액을 접촉시키고 나서 소정 위치로 끌어올리다. 종 결정 기판의 하면의 위치를, Si-C 용액면에 일치시키거나, 또는 Si-C 용액면보다 하측으로 해도 되지만, 상기와 같이 메니스커스를 형성하기 위해서, 종 결정 기판의 하면을 Si-C 용액면에 대해 상방의 위치에 유지하여 결정 성장시키는 것이 바람직하다. 또, 다결정의 발생을 방지하기 위해서, 종 결정 유지축에 Si-C 용액이 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이들 방법에 있어서, 결정 성장 중에 종 결정 기판의 위치를 조절해도 된다.

종 결정 유지축은 그 끝면에 종 결정 기판을 유지하는 흑연의 축일 수 있다. 종 결정 유지축은, 원기둥상, 각기둥상 등의 임의의 형상일 수 있고, 종 결정 기판의 상면의 형상과 동일한 끝면 형상을 갖는 흑연축을 사용해도 된다.

본원에 있어서, Si-C 용액이란, Si 또는 Si/X (X 는 Si 이외의 1 종 이상의 금속) 의 융액을 용매로 하는 C 가 용해된 용액을 말한다. X 는 1 종류 이상의 금속이고, SiC (고상) 와 열역학적으로 평형 상태가 되는 액상 (용액) 을 형성할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다. 적당한 금속 X 의 예로는, Ti, Mn, Cr, Ni, Ce, Co, V, Fe 등을 들 수 있다.

Si-C 용액은 Si/Cr/X (X 는 Si 및 Cr 이외의 1 종 이상의 금속) 의 융액을 용매로 하는 Si-C 용액이 바람직하다. 또한, 원자 조성 백분율로 Si/Cr/X ＝ 30 ∼ 80/20 ∼ 60/0 ∼ 10 의 융액을 용매로 하는 Si-C 용액이, C 의 용해량 변동이 적어 바람직하다. 예를 들어, 도가니 내에 Si 에 더하여, Cr, Ni 등을 투입하여, Si-Cr 용액, Si-Cr-Ni 용액 등을 형성할 수 있다.

Si-C 용액은, 그 표면 온도가, Si-C 용액에 대한 C 의 용해량 변동이 적은 1800 ∼ 2200 ℃ 가 바람직하다.

Si-C 용액의 온도 측정은, 열전쌍, 방사 온도계 등을 사용하여 실시할 수 있다. 열전쌍에 관해서는, 고온 측정 및 불순물 혼입 방지의 관점에서, 지르코니아나마그네시아 유리를 피복한 텅스텐-레늄 소선을 흑연 보호관 중에 넣은 열전쌍이 바람직하다.

도 6 에, 본 발명을 실시할 수 있는 SiC 단결정 제조 장치의 일례를 나타낸다. 도시한 SiC 단결정 제조 장치 (100) 는, Si 또는 Si/X 의 융액 중에 C 가 용해되어 이루어지는 Si-C 용액 (24) 을 수용한 도가니 (10) 를 구비하고, Si-C 용액의 내부로부터 용액의 표면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 형성하고, 승강 가능한 종 결정 유지축 (12) 의 선단에 유지된 종 결정 기판 (14) 을 Si-C 용액 (24) 에 접촉시켜, 종 결정 기판 (14) 을 기점으로 하여 SiC 단결정을 성장시킬 수 있다.

Si-C 용액 (24) 은, 원료를 도가니에 투입하고, 가열 융해시켜 조제한 Si 또는 Si/X 의 융액에 C 를 용해시키는 것에 의해 조제된다. 도가니 (10) 를, 흑연 도가니 등의 탄소질 도가니 또는 SiC 도가니로 함으로써, 도가니 (10) 의 용해에 의해 C 가 융액 중에 용해되어, Si-C 용액을 형성할 수 있다. 이렇게 하면, Si-C 용액 (24) 중에 미용해된 C 가 존재하지 않고, 미용해된 C 에 대한 SiC 단결정의 석출로 인한 SiC 의 낭비를 방지할 수 있다. C 의 공급은, 예를 들어, 탄화수소 가스의 주입, 또는 고체의 C 공급원을 융액 원료와 함께 투입하는 등의 방법을 이용해도 되고, 또는 이들 방법과 도가니의 용해를 조합해도 된다.

보온을 위해서 도가니 (10) 의 외주는 단열재 (18) 로 덮여 있다. 이들이 일괄적으로 석영관 (26) 내에 수용되어 있다. 석영관 (26) 의 외주에는, 가열용의 고주파 코일 (22) 이 배치되어 있다. 고주파 코일 (22) 은, 상단 코일 (22A) 및 하단 코일 (22B) 로 구성되어도 되고, 상단 코일 (22A) 및 하단 코일 (22B) 은 각각 독립적으로 제어 가능하다.

도가니 (10), 단열재 (18), 석영관 (26), 및 고주파 코일 (22) 은 고온이 되므로, 수랭 챔버의 내부에 배치된다. 수랭 챔버는, 장치 내의 분위기 조정을 가능하게 하기 위해서, 가스 도입구와 가스 배기구를 구비한다.

도가니 (10) 는, 상부에 종 결정 유지축 (12) 을 통과시키는 개구부 (28) 를 구비하고 있고, 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종 결정 유지축 (12) 사이의 간극 (간격) 을 조절함으로써, Si-C 용액 (24) 의 표면으로부터의 복사 발열의 정도를 변경할 수 있다. 대체로 도가니 (10) 의 내부는 고온으로 유지할 필요가 있는데, 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종 결정 유지축 (12) 사이의 간극을 크게 설정하면, Si-C 용액 (24) 의 표면으로부터의 복사 발열을 크게 할 수 있고, 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종 결정 유지축 (12) 사이의 간극을 좁히면, Si-C 용액 (24) 의 표면으로부터의 복사 발열을 작게 할 수 있다. 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종 결정 유지축 (12) 사이의 간극 (간격) 은 바람직하게는 1 ∼ 5 ㎜ 이고, 보다 바람직하게는 3 ∼ 4 ㎜ 이다. 메니스커스를 형성하였을 때에는, 메니스커스 부분으로부터도 복사 발열을 시킬 수 있다.

Si-C 용액 (24) 중에 용해된 C 는, 확산 및 대류에 의해 분산된다. 종 결정 기판 (14) 의 하면 근방은, 고주파 코일 등의 가열 장치의 출력 제어, Si-C 용액 (24) 의 표면으로부터의 발열, 및 종 결정 유지축 (12) 을 통한 발열 등에 의해, Si-C 용액 (24) 의 내부보다 저온이 되는 온도 구배가 형성될 수 있다. 고온에서 용해도가 큰 용액 내부에 녹아든 C 가, 저온에서 용해도가 낮은 종 결정 기판 부근에 도달하면 과포화 상태가 되고, 이 과포화도를 구동력으로 하여 종 결정 기판 (14) 상에 SiC 결정을 성장시킬 수 있다.

몇 가지 양태에 있어서, SiC 단결정의 성장 전에, 종 결정 기판의 표면층을 Si-C 용액 중에 용해시켜 제거하는 멜트백을 실시해도 된다. SiC 단결정을 성장시키는 종 결정 기판의 표층에는, 전위 등의 가공 변질층이나 자연 산화막 등이 존재하고 있는 경우가 있고, SiC 단결정을 성장시키기 전에 이들을 용해시켜 제거하는 것이 고품질의 SiC 단결정을 성장시키기 위해서 효과적이다. 용해시키는 두께는, 종 결정 기판의 표면의 가공 상태에 따라 다르지만, 가공 변질층이나 자연 산화막을 충분히 제거하기 위해서, 대략 5 ∼ 50 ㎛ 가 바람직하다.

멜트백은, Si-C 용액의 내부로부터 용액의 표면을 향하여 온도가 증가하는 온도 구배, 즉, SiC 단결정 성장과는 역방향의 온도 구배를 Si-C 용액에 형성함으로써 실시할 수 있다. 고주파 코일의 출력을 제어함으로써 상기 역방향의 온도 구배를 형성할 수 있다.

멜트백은, Si-C 용액에 온도 구배를 형성하지 않고, 단순히 액상선 온도보다 고온으로 가열된 Si-C 용액에 종 결정 기판을 침지하는 것에 의해서도 실시할 수 있다. 이 경우, Si-C 용액 온도가 높아질수록 용해 속도는 높아지지만 용해량의 제어가 어려워지고, 온도가 낮으면 용해 속도가 느려지는 경우가 있다.

몇 가지 양태에 있어서, 미리 종 결정 기판을 가열해 두고 나서 종 결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시켜도 된다. 저온의 종 결정 기판을 고온의 Si-C 용액에 접촉시키면, 종 결정에 열쇼크 전위가 발생하는 경우가 있다. 종 결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시키기 전에 종 결정 기판을 가열해 두는 것이, 열쇼크 전위를 방지하고, 고품질의 SiC 단결정을 성장시키기 위해서 효과적이다. 종 결정 기판의 가열은 종 결정 유지축마다 가열하여 실시할 수 있다. 이 경우, 종 결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시킨 후, SiC 단결정을 성장시키기 전에 종 결정 유지축의 가열을 멈춘다. 또는, 이 방법 대신에, 비교적 저온의 Si-C 용액에 종 결정을 접촉시키고 나서, 결정을 성장시키는 온도로 Si-C 용액을 가열해도 된다. 이 경우도, 열쇼크 전위를 방지하고, 고품질의 SiC 단결정을 성장시키기 위해서 효과적이다.

실시예

(실시예 1-1)

도 6 에 나타내는 단결정 제조 장치 (100) 를 사용하여 SiC 단결정의 성장을 실시하였다. Si-C 용액 (24) 을 수용하는 깊이가 80 ㎜, 내경이 70 ㎜ (도가니 깊이/도가니 내경 ＝ 1.14) 인 흑연 도가니 (10) 에 Si/Cr/Ni 를 원자 조성 백분율로 54：40：6 의 비율로 융액 원료로서 주입하였다. 단결정 제조 장치의 내부의 공기를 아르곤으로 치환하였다. 흑연 도가니 (10) 의 주위에 배치된 고주파 코일 (22) 에 통전하여 가열에 의해 흑연 도가니 (10) 내의 원료를 융해시켜, Si/Cr/Ni 합금의 융액을 형성하였다. 그리고 Si/Cr/Ni 합금의 융액에 흑연 도가니 (10) 로부터 충분한 양의 C 를 용해시켜, Si-C 용액 (24) 을 형성하였다.

상단 코일 (22A) 및 하단 코일 (22B) 의 출력을 조절하여 흑연 도가니 (10) 를 가열하여, Si-C 용액 (24) 의 내부로부터 용액의 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 형성하였다. 이 때, 고주파 코일 (22) 의 발열 중심에 대해 도가니의 위치를 상하로 변화시켜 온도 구배를 측정하고, 온도 구배가 최대가 되는 위치에 도가니를 배치하였다. 온도 구배의 측정은, 승강 가능한 열전쌍을 사용하여, Si-C 용액 (24) 의 온도를 측정함으로써 실시하였다. Si-C 용액 (24) 의 표면에 있어서의 온도를 2000 ℃ 로 하고, Si-C 용액의 액면을 저온측으로 하여 Si-C 용액 (24) 의 액면에 있어서의 온도와, Si-C 용액 (24) 의 액면으로부터 용액 내부를 향하여 수직 방향의 깊이 10 ㎜ 의 위치에 있어서의 온도의 온도차를 57 ℃ 로 하여, 57 ℃/㎝ 의 온도 구배를 형성하였다.

직경이 12 ㎜ 및 길이가 200 ㎜ 인 원기둥 형상의 흑연의 종 결정 유지축 (12) 을 준비하였다. 승화법에 의해 제조되고, 두께 1 ㎜, 직경 12 ㎜ 의 (000-1) 저스트면을 갖고, 5.5 × 10³ 개/㎠ 의 관통 전위 밀도를 갖는 원반상 4H-SiC 단결정을 준비하여 종 결정 기판 (14) 으로서 사용하였다.

종 결정 기판 (14) 의 하면이 (000-1) 면이 되도록 하여 종 결정 기판 (14) 의 상면을, 종 결정 유지축 (12) 의 끝면의 대략 중앙부에, 흑연의 접착제를 사용하여 접착하였다. 단열재 (18) 및 흑연제의 도가니 상부의 덮개 (20) 의 상부에 형성한 직경 20 ㎜ 의 개구부 (28) 에 종 결정 유지축 (12) 을 통과시키도록 하여 종 결정 유지축 (12) 및 종 결정 기판 (14) 을 배치하였다. 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종 결정 유지축 (12) 사이의 간극은 4.0 ㎜ 였다.

이어서, 종 결정 기판 (14) 을 유지한 종 결정 유지축 (12) 을 강하시켜, Si-C 용액 (24) 의 표면 위치에 종 결정 기판 (14) 의 하면이 일치하도록 하여 종 결정 기판 (14) 을 Si-C 용액 (24) 에 접촉시켜, 종 결정 기판 (14) 의 하면을 Si-C 용액 (24) 에 적셨다. 이어서, Si-C 용액 (24) 의 액면으로부터 종 결정 기판 (14) 의 하면이 1.0 ㎜ 상방에 위치하도록 종 결정 기판 (14) 을 끌어올려 Si-C 용액의 메니스커스를 형성시키고, 1 시간, SiC 결정을 성장시켰다.

결정 성장을 시키고 있는 동안, 종 결정 기판 (14) 의 하면의 외주부가 94.2 ㎜/초의 속도로 회전하도록 종 결정 유지축 (12) 을 150 rpm 의 속도로 회전시키며, 또한 종 결정 기판 (14) 을 동일 방향으로 연속해서 회전시키는 회전 유지 시간을 15 초간으로 하고, 회전 방향 전환시의 종 결정 기판 (14) 의 정지 시간을 5 초로 하여 주기적으로 회전 방향을 전환하였다.

결정 성장 종료 후 흑연축을 상승시키고, 종 결정 및 종 결정을 기점으로 하여 성장한 SiC 결정을 Si-C 용액 및 흑연축으로부터 분리하여 회수하였다. 얻어진 성장 결정은 SiC 단결정이며, 직경이 12 ㎜, 성장면의 중심에 있어서의 두께가 1.96 ㎜ 이고, SiC 단결정의 성장 속도는 1.96 ㎜/시간이었다.

도 5 에 나타내는 바와 같이 하여, 얻어진 SiC 단결정을 종 결정 기판 (14) 과 함께, 성장 방향과 평행 방향으로 성장면의 중심 부분이 포함되도록 1 ㎜ 두께로 잘라내어 경면 연마를 실시하고, 잘라낸 성장 결정의 단면에 대해, 투과 모드로 광학 현미경 관찰을 실시하였다. 도 7 에, 본 예에서 성장시킨 SiC 단결정 및 종 결정 기판을 포함하는 SiC 잉곳의 단면의 광학 현미경 사진을 나타낸다.

성장시킨 SiC 단결정에는, 직경 8 ㎜ 의 범위의 넓은 범위에 걸쳐 흑색부는 관찰되지 않아, 인클루전은 포함되어 있지 않았다.

또, 얻어진 성장 결정을 성장면으로부터 0.5 ㎜ 의 두께로 잘라내고, 잘라낸 성장 결정의 (0001) 면을 경면 연마하고, 510 ℃ 의 용융 KOH 를 사용하여 알칼리 에칭하였다. 에칭면에 대해 현미경 관찰을 실시하였다. 도 8 에 에칭면의 현미경 사진을 나타낸다. 도 8 에 보여지는 에치 피트의 개수를 계측하고, 성장 결정의 관통 전위 밀도를 측정하였다. 관통 전위 밀도는 5.5 × 10³ 개/㎠ 로, 종 결정 기판의 전위 밀도와 동등하여, 신규 전위 발생은 거의 없는 것을 확인하였다.

(실시예 1-2)

실시예 1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시키고, 재현성을 평가한 결과, 1.92 ㎜/시간의 SiC 단결정의 성장 속도가 얻어지며, 또한 직경 8 ㎜ 의 범위에 걸쳐 인클루전을 포함하지 않고, 종 결정 기판과 동등한 전위 밀도를 갖는 SiC 단결정이 얻어진 것을 확인하였다.

(실시예 2)

Si-C 용액의 액면 온도를 2000 ℃ 로 하면서, 실시예 1 에서 배치한 도가니의 위치에 대해, 도가니를 하방으로 1 ㎜ 이동시켜 배치하고, Si-C 용액의 액면과 Si-C 용액 (24) 의 액면으로부터 용액 내부를 향하여 수직 방향의 깊이 10 ㎜ 의 위치와의 사이에서 50 ℃/㎝ 의 온도 구배를 형성한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 결정 성장을 실시한 결과, 1.72 ㎜/시간의 SiC 단결정 성장 속도가 얻어졌다.

실시예 1 과 동일하게 하여, 성장 결정에 대해 인클루전의 관찰 및 전위 밀도의 측정을 실시하여, 직경 8 ㎜ 의 범위에 걸쳐 인클루전을 포함하지 않으며, 또한 종 결정 기판과 동등한 전위 밀도를 갖는 SiC 단결정이 얻어진 것을 확인하였다.

(실시예 3)

Si-C 용액의 액면 온도를 2000 ℃ 로 하면서, 실시예 1 에서 배치한 도가니의 위치에 대해, 도가니를 하방으로 5 ㎜ 이동시켜 배치하고, Si-C 용액의 액면과 Si-C 용액 (24) 의 액면으로부터 용액 내부를 향하여 수직 방향의 깊이 10 ㎜ 의 위치와의 사이에서 47 ℃/㎝ 의 온도 구배를 형성한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 결정 성장을 실시한 결과, 1.27 ㎜/시간의 SiC 단결정 성장 속도가 얻어졌다.

(참고예 1 ∼ 5)

참고예 1 ∼ 5 에 있어서는, 각각, Si-C 용액의 액면 온도를 2000 ℃ 로 하면서, 표 1 에 나타낸 온도 구배를 갖도록 고주파 코일 (22) 에 대해 도가니를 배치한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 결정 성장을 실시한 결과, 각각, 표 1 에 나타내는 SiC 단결정의 성장 속도가 얻어졌다.

실시예 1 과 동일하게 하여, 참고예 1 ∼ 5 에서 성장시킨 SiC 단결정에 대해 인클루전의 관찰 및 전위 밀도의 측정을 실시하여, 직경 8 ㎜ 의 범위에 걸쳐 인클루전을 포함하지 않으며, 또한 종 결정 기판과 동등한 전위 밀도를 갖는 SiC 단결정이 얻어진 것을 확인하였다.

(비교예 1)

비교예 1 에 있어서는, 깊이가 120 ㎜, 내경이 70 ㎜ (도가니 깊이/도가니 내경 ＝ 1.71) 인 흑연 도가니 (10) 를 사용하고, 고주파 코일 (22) 의 발열 중심에 대한 도가니의 위치를 상하로 변화시켜 온도 구배를 측정하고, Si-C 용액 (24) 의 표면에 있어서의 온도를 2000 ℃ 로 하면서, 온도 구배가 최대가 되는 위치에 도가니를 배치하고, 42 ℃/㎝ 의 Si-C 용액 표면 영역의 온도 구배를 형성한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정의 결정 성장을 실시하였다.

결정 성장 종료 후 흑연축을 상승시키고, 종 결정 및 종 결정을 기점으로 하여 성장한 SiC 결정을 Si-C 용액 및 흑연축으로부터 분리하여 회수하였다. 얻어진 성장 결정은 SiC 단결정이며, 직경이 12 ㎜, 성장면의 중심에 있어서의 두께가 0.57 ㎜ 이고, SiC 단결정의 성장 속도는 0.57 ㎜/시간이었다.

실시예 1 과 동일하게 하여, 비교예 1 에서 성장시킨 SiC 단결정에 대해 인클루전의 관찰 및 전위 밀도의 측정을 실시하여, 직경 8 ㎜ 의 범위에 걸쳐 인클루전을 포함하지 않으며, 또한 종 결정 기판과 동등한 전위 밀도를 갖는 SiC 단결정이 얻어진 것을 확인하였다.

(비교예 2 ∼ 12)

비교예 2 ∼ 12 에 있어서는, 각각, Si-C 용액의 액면 온도를 2000 ℃ 로 하면서, 표 1 에 나타낸 온도 구배를 갖도록 고주파 코일 (22) 에 대해 도가니를 배치한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 결정 성장을 실시한 결과, 각각, 표 1 에 나타내는 SiC 단결정의 성장 속도가 얻어졌다.

실시예 1 과 동일하게 하여, 비교예 2 ∼ 12 에서 성장시킨 SiC 단결정에 대해 인클루전의 관찰 및 전위 밀도의 측정을 실시하여, 직경 8 ㎜ 의 범위에 걸쳐 인클루전을 포함하지 않으며, 또한 종 결정 기판과 동등한 전위 밀도를 갖는 SiC 단결정이 얻어진 것을 확인하였다.

표 1 에, 실시예 1 ∼ 3, 참고예 1 ∼ 5, 및 비교예 1 ∼ 12 에서 얻어진 Si-C 용액의 표면 영역의 온도 구배 및 SiC 단결정의 성장 속도를 나타낸다.

또, 도 9 에, 실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 17 에서 얻어진 Si-C 용액의 표면 영역의 온도 구배에 대한 SiC 단결정의 성장 속도를 플롯한 그래프를 나타낸다. 각각의 플롯에 그어진 점선은, 최소 제곱법에 의해 산출한 근사선이다. 실시예 1 ∼ 3 에서 얻어진 데이터의 근사선의 기울기는 0.0585 이며, 참고예 1 ∼ 5 에서 얻어진 데이터의 근사선의 기울기는 0.0109 이고, 비교예 1 ∼ 12 에서 얻어진 데이터의 근사선의 기울기는 0.0122 였다.

도가니 깊이/도가니 내경의 치수 비율이 1.14 인 도가니를 사용한 경우, 도가니 깊이/도가니 내경의 치수 비율이 1.71 인 도가니를 사용한 경우와 비교하여, 온도 구배가 동일해도 SiC 단결정의 높은 성장 속도가 얻어졌다. 또, Si-C 용액의 표면 영역의 온도 구배가 42 ℃/㎝ 보다 큰 영역에서, SiC 단결정의 매우 높은 성장 속도가 얻어졌다.

100 : 단결정 제조 장치
10 : 도가니
12 : 종 결정 유지축
14 : 종 결정 기판
16 : 도가니 높이
17 : 도가니 내경
18 : 단열재
20 : 도가니 상부의 덮개
22 : 고주파 코일
22A : 상단 고주파 코일
22B : 하단 고주파 코일
24 : Si-C 용액
26 : 석영관
28 : 도가니 상부의 개구부
34 : 메니스커스
40 : SiC 성장 결정
42 : 잘라낸 성장 결정

Claims

도가니 내에 넣어지고, 내부로부터 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, 종 (種) 결정 기판을 접촉시켜 SiC 단결정을 결정 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법으로서,
상기 도가니가, 상기 도가니의 상부에 덮개를 갖고, (상기 도가니의 깊이)/(상기 도가니의 내경)이 1.71 미만이고,
상기 도가니의 주위에 배치한 히터에 의해 상기 도가니의 측벽을 가열하는 것, 및
상기 Si-C 용액의 액면으로부터 10 ㎜ 아래까지의 범위의 온도 구배를 47 ℃/㎝ 이상으로 하는 것을 포함하는, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 구배가 50 ℃/㎝ 이상인, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 구배가 57 ℃/㎝ 이상인, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
(상기 도가니의 깊이)/(상기 도가니의 내경)이 1.14 이하인, SiC 단결정의 제조 방법.
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