KR101788906B1 - 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재 및 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 방법 - Google Patents

단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재 및 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저렴한 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재를 제공한다. 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재(12)는, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 표층을 갖는다. 표층의 X선 회절에 의해, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되고, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않는다.

Description

단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재 및 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 방법{SEED MATERIAL FOR LIQUID PHASE EPITAXIAL GROWTH OF MONOCRYSTALLINE SILICON CARBIDE, AND METHOD FOR LIQUID PHASE EPITAXIAL GROWTH OF MONOCRYSTALLINE SILICON CARBIDE}
본 발명은 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재 및 그것을 이용한 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 방법에 관한 것이다.
탄화규소(SiC)는 규소(Si)나 갈륨비소(GaAs) 등의 종래의 반도체 재료로는 실현할 수 없는 고온 내성, 고 내전압성, 내고주파성 및 고 내환경성을 실현하는 것이 가능한 것으로 생각되고 있다. 이 때문에, 탄화규소는, 차세대의 파워 디바이스용의 반도체 재료나 고주파 디바이스용 반도체 재료로서 기대되고 있다.
종래, 단결정 탄화규소를 성장시키는 방법으로서, 예를 들면, 하기의 특허문헌 1 등에서, 승화 재결정법(개량 레리법(Modified Lely Method))이 제안되어 있다. 이 개량 레리법에서는, 도가니 내의 저온측 영역에 단결정 탄화규소를 포함하는 시드재를 배치하고, 고온측 영역에 원료가 되는 Si를 포함하는 원료 분말을 배치한다. 그리고, 도가니 내를 불활성 분위기로 한 뒤에, 1450℃ 내지 2400℃의 고온으로 가열함으로써, 고온측 영역에 배치되어 있는 원료 분말을 승화시킨다. 그 결과, 저온측 영역에 배치되어 있는 시드재의 표면 위에 탄화규소를 에피택셜 성장시킬 수 있다.
그러나, 개량 레리법은, 기상 중에서 온도 경사를 형성함으로써 탄화규소 결정을 성장시키는 방법이다. 이 때문에, 개량 레리법을 이용한 경우, 탄화규소의 에피택셜 성장에 대형 장치를 필요로 하고, 또한, 탄화규소 에피택셜 성장의 공정 제어가 곤란해진다. 따라서, 탄화규소 에피택셜 성장막의 제조 비용이 높아진다는 문제가 있다. 또한, 기상 중에서의 탄화규소 에피택셜 성장은 비평형이다. 이 때문에, 형성되는 탄화규소 에피택셜 성장막에 결정 결함이 생기기 쉽고, 또한, 결정 구조에 거칠음이 생기기 쉽다는 문제가 있다.
개량 레리법 이외의 탄화규소의 에피택셜 성장법으로는, 예를 들면 특허문헌 2 등에서 제안되어 있는, 액상에 있어서 탄화규소를 에피택셜 성장시키는 방법인 준 안정 용매 에피택시(Metastable Solvent Epitaxy: MSE)법을 들 수 있다.
MSE법에서는, 단결정 탄화규소나 다결정 탄화규소 등의 결정성 탄화규소를 포함하는 시드재와, 탄화규소를 포함하는 피드재를, 예를 들면 100㎛ 이하와 같은 작은 간격을 두고 대향시켜, 그 사이에 Si의 용융층을 개재시킨다. 그리고, 진공 고온 환경에서 가열 처리함으로써, 시드재의 표면 위에 탄화규소를 에피택셜 성장시킨다.
이 MSE법에서는, 시드재의 화학 포텐셜과, 피드재의 화학 포텐셜의 차에 기인하여, Si 용융층에 용해하는 탄소의 농도 구배가 생김으로써 탄화규소 에피택셜 성장막이 형성되는 것으로 생각되고 있다. 이 때문에, 개량 레리법을 이용하는 경우와는 달리, 시드재와 피드재의 사이에 온도차를 둘 필요가 반드시 있지는 않다. 따라서, MSE법을 이용한 경우, 간소한 장치로, 탄화규소의 에피택셜 성장 공정을 용이하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 고품위의 탄화규소 에피택셜 성장막을 안정적으로 형성할 수 있다.
또한, 큰 면적을 갖는 시드 기판 위에도 탄화규소 에피택셜 성장막을 형성할 수 있다는 이점, Si 용융층이 매우 얇기 때문에, 피드재로부터의 탄소가 확산되기 쉬워, 탄화규소의 에피택셜 성장 공정의 저온화를 도모할 수 있다는 이점도 있다.
따라서, MSE법은, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장법으로서 매우 유용한 방법이라고 생각되고 있어, MSE법에 관한 연구가 활발히 행해지고 있다.
일본 특허 공개 제2005-97040호 공보 일본 특허 공개 제2008-230946호 공보
상술한 바와 같이, MSE법에서는, 피드재의 자유 에너지가 시드재의 자유 에너지보다 높아지도록, 피드재 및 시드재를 선택할 필요가 있는 것으로 생각되고 있다. 이 때문에, 예를 들면 상기 특허문헌 2에는, 피드 기판과 시드 기판의 결정 다형을 다르게 함으로써, 피드 기판과 시드 기판에서 자유 에너지를 다르게 하는 것이 기재되어 있다. 구체적으로는, 피드 기판을 다결정 3C-SiC 기판에 의해 구성한 경우에는, 3C-SiC 기판보다 낮은 자유 에너지를 갖는 단결정 4H-SiC 기판 등에 의해 시드 기판을 구성하는 것이 기재되어 있다.
여기서, 다결정 3C-SiC 기판은, CVD법에 의해 용이하게 제작할 수 있다. 이 때문에, 특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 3C-SiC 기판을 피드 기판으로서 이용함으로써, 탄화규소 에피택셜 성장막의 형성 비용을 낮게 억제할 수 있다.
그러나, 4H-SiC 기판이나 3C-SiC 기판 등의 탄화규소 기판 중에서, 3C-SiC 기판이 가장 높은 자유 에너지를 갖는다. 이 때문에, 자유 에너지가 낮을 것이 요구되는 시드 기판으로서 3C-SiC 기판을 이용할 수는 없는 것으로 생각되고 있었다. 따라서, 특허문헌 2에서는, 제조가 곤란하고 고비용인 단결정 4H-SiC 기판이 시드 기판으로서 이용되고 있어, 탄화규소 에피택셜 성장층의 형성 비용이 높다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 저렴한 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재를 제공하는 데에 있다.
본 발명자는, 예의 연구의 결과, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소재 중에도, 규소 용융층으로의 용출이 생기기 쉬운 것과 용출이 생기기 어려운 것이 있어, 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어려운 것은, 탄화규소의 액상 에피택셜 성장의 시드재로서 바람직하게 사용할 수 있음을 발견하였다. 그 결과, 본 발명자는, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재는, 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 방법에 이용되는 시드재이다. 본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재는, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 표층을 갖는다.
표층의 X선 회절에 의해, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되고, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않는다. 이 때문에, 본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재로부터는, 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재를 이용함으로써, 규소 용융층에서의 농도 구배를 바람직하게 형성할 수 있어, 탄화규소의 액상 에피택셜 성장을 바람직하게 행할 수 있다. 또한, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않는 경우에 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어렵게 되는 것은, (111) 결정면은, 다른 결정면보다 규소 용융층에 용출하기 어려운 결정면이기 때문이라고 생각된다.
또한, 본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재의 표층은, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 것이다. 이 때문에, 표층을, 결정 다형이 4H나 6H 등인 다결정 탄화규소를 포함하는 것으로 하거나, 단결정 탄화규소를 포함하는 것으로 하는 경우와는 달리, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 용이하면서도 또한 저렴하게 제조할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재를 이용함으로써, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장막을 용이하면서도 또한 저렴하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재를 이용함으로써, 우수한 특성을 갖는 육방정의 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장막을 형성하는 것이 가능해진다. (111) 결정면이 육방정의 (0001) 결정면과 등가이기 때문에 스태킹 에러가 용이하게 발생한다. 그 결과, (111) 결정면이 많이 노출되어 있는 경우, 육방정의 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장이 바람직하게 진행되는 것으로 생각된다.
본 발명에서, "액상 에피택셜 성장 방법"이란, 시드재와 피드재를 규소 용융층을 사이에 두고 대향시킨 상태에서 가열함으로써 규소 용융층 중에 용융하는 흑연의 농도 구배를 형성하고, 그 농도 구배에 의해, 시드재 위에 단결정 탄화규소를 에피택셜 성장시키는 방법을 말한다.
본 발명에서, "X선 회절"이란, 8.048keV인 X선(CuKα선)을 이용한 회절을 말한다.
본 발명에서, "피드재"란, 예를 들면, Si, C, SiC 등의 단결정 탄화규소 에피택셜 성장의 재료가 되는 것을 공급하는 부재를 말한다. 한편, "시드재"란, 표면 위에 단결정 탄화규소가 성장해 가는 부재를 말한다.
본 발명에서, 표층의 X선 회절에 의해, (111) 결정면, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면 중 적어도 하나에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되고, 이 적어도 하나의 1차 회절 피크로부터 산출되는 평균 결정자 직경이 700Å보다 큰 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 속도를 더욱 효과적으로 높일 수 있다. 이것은, 표층에 있어서 다결정 탄화규소 결정의 높은 반응성을 갖는 입계가 차지하는 비율이 적어져, 표층의 규소 용융층으로의 용출이 보다 생기기 어려워지기 때문이라고 생각된다.
또한, 본 발명에서, "결정자 직경"은, 하기의 식 (1)에 나타내는 홀(Hall)의 식에 기초하여 산출된 결정자 직경을 말한다.
β·(cosθ)/λ=2η·(sinθ)/λ+1/ε ……… (1)
단,
β: 반값 폭,
θ: 회절선의 블랙각,
λ: 측정에 이용한 X선의 파장,
η: 결정의 불균일 왜곡의 값,
ε: 결정자 직경의 평균 크기,
이다.
또한, 상기 결정자 직경의 산출에 있어서는, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크와, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면 중, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크의 강도의 3% 이상의 강도를 갖는 회절 피크를 이용하는 것으로 한다.
본 발명에서, 표층의 X선 회절에 의해 관찰되는 (111) 결정면 중, 배향 각도가 67.5° 이상인 것이 차지하는 비율이 80% 이상인 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 속도를 더욱 효과적으로 높일 수 있다. 이것은, (111) 결정면을 노출시키고 있는 결정의, (111) 결정면보다 안정성이 낮은 면의 노출도를 낮게 할 수 있기 때문에, (111) 결정면을 노출시키고 있는 결정의 용출을 억제할 수 있기 때문이라고 생각된다.
본 발명에서, 표층의, 여기 파장을 532nm로 하는 라만 분광 해석에 의해, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에서 유래하는 L0 피크가 관찰되고, 이 L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치가 4cm-1 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 시드재로부터 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어렵다. 따라서, 이 구성의 시드재를 이용함으로써, 규소 용융층에서의 농도 구배를 바람직하게 형성할 수 있어, 탄화규소의 액상 에피택셜 성장을 보다 바람직하게 행할 수 있다.
또한, 이 구성의 시드재를 이용함으로써, 더욱 우수한 특성을 갖는 육방정의 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장막을 형성하는 것이 가능해진다. 이것은, 표층의 치밀성이 높아짐으로써, 표층의 표면에 노출되어 있는 결정면의 대부분이, 육방정의 (0001) 결정면과 닮은 형상으로 되어, 육방정의 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장이 보다 바람직하게 진행되기 때문이라고 생각된다.
또한, L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치가 4cm-1 이상인 경우에 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어려워지는 것은, 시드재의 표층에서의 내부 응력이 커져, 표층의 치밀성이 높아지기 때문이라고 생각된다.
또한, 본 발명에서, "다결정 탄화규소에서 유래하는 L0 피크"란, 탄화규소 결정 중의 Si-C의 2 원자간에서 진동하는 광학 모드 중 세로 광학(longitudinal optical) 모드에서 유래하는 피크이고, 통상 3C 다형인 경우, 972cm-1에 나타나는 피크이다.
L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량은, 4cm-1 이상인 것이 바람직하다.
L0 피크의 반값 폭이 15cm-1 이하인 것이 바람직하다. 이 구성을 갖는 시드재를 이용함으로써, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 속도를 더욱 향상할 수 있다.
L0 피크의 반값 폭이 15cm-1 이하인 경우에, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 속도를 더욱 향상시킬 수 있는 것은, L0 피크의 반값 폭이 작을수록, 표층에서의 다결정 탄화규소의 결정성이 높거나 불순물 농도가 낮기 때문에, 표층으로부터의 용출이 더 생기기 어려워지기 때문이라고 생각된다.
본 발명에서, 표층은, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 주성분으로서 포함하는 것이 바람직하고, 실질적으로, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 속도를 더욱 효과적으로 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서, "주성분"이란, 50질량% 이상 포함되는 성분의 것을 말한다.
본 발명에서, "실질적으로, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는"이란, 불순물 이외에, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소 이외의 성분을 포함하지 않는 것을 의미한다. 통상, "실질적으로, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는" 경우에 포함되는 불순물은 5질량% 이하이다.
본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재는, 지지재와, 지지재 위에 형성되어 있고, 표층을 구성하고 있는 다결정 탄화규소막을 구비하고 있을 수도 있다. 그러한 경우에, 다결정 탄화규소막의 두께는, 30㎛ 내지 800㎛의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재는, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 다결정 탄화규소 기판 등의 다결정 탄화규소재에 의해 구성되어 있을 수도 있다.
본 발명에 따른 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 방법에서는, 상기 본 발명에 따른 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재의 표층과, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 표층을 갖는 피드재의 표층을 규소 용융층을 사이에 두고 대향시킨 상태에서 가열함으로써 시드재의 표층 위에 단결정 탄화규소를 에피택셜 성장시킨다. 이 방법에 따르면, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장막을 저렴하게 형성할 수 있다. 또한, 시드재와 피드재의 사이에 온도차를 둘 필요가 반드시 있지는 않다. 따라서, 간소한 장치로, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 공정을 용이하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 고품위의 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막을 안정적으로 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저렴한 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에서의 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에서의 피드 기판의 개략도적 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에서의 시드 기판의 개략도적 단면도이다.
도 4는, 변형예에서의 피드 기판의 개략도적 단면도이다.
도 5는, 변형예에서의 시드 기판의 개략도적 단면도이다.
도 6은, 샘플 1 내지 4의 X선 회절 차트이다.
도 7은, (111) 결정면의 배향성의 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은, 샘플 1에서의 (111) 결정면의 배향성을 나타내는 그래프이다.
도 9는, 샘플 2에서의 (111) 결정면의 배향성을 나타내는 그래프이다.
도 10은, 샘플 3에서의 (111) 결정면의 배향성을 나타내는 그래프이다.
도 11은, 샘플 4에서의 (111) 결정면의 배향성을 나타내는 그래프이다.
도 12는, 샘플 1 내지 4에서의 L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량(Δω)과, L0 피크의 반값 폭(FWHM)을 나타내는 그래프이다.
도 13은, 샘플 1, 2 및 4에서의 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막의 성장 속도를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 샘플 1, 2 및 4에서의 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막의 성장 속도를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 샘플 3, 4에서의 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막의 성장 속도를 나타내는 그래프이다.
도 16은, 실시예에서의 액상 에피택셜 성장 실험 실시 후의 시드 기판(샘플 3)의 SEM 사진이다.
도 17은, 비교예에서의 액상 에피택셜 성장 실험 실시 후의 시드 기판(샘플 2)의 SEM 사진이다.
이하, 본 발명을 실시한 바람직한 형태의 일례에 대해서 설명한다. 단, 이하의 실시 형태는 단순한 예시이다. 본 발명은 이하의 실시 형태에 전혀 한정되지 않는다.
도 1은, 본 실시 형태에서의 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
본 실시 형태에서는, MSE법을 이용하여 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장막을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 용기(10) 내에서, 시드재로서의 시드 기판(12)과, 피드재로서의 피드 기판(11)을, 시드 기판(12)의 주면(12a)과 피드 기판(11)의 주면(11a)이 실리콘 플레이트를 사이에 두고 대향하도록 배치한다. 그 상태에서 시드 기판(12) 및 피드 기판(11)을 가열하여 실리콘 플레이트를 용융한다. 그렇게 함으로써, 시드 기판(12)과 피드 기판(11)이 규소 용융층(13)을 사이에 두고 대향한 상태가 된다. 이 상태를 유지함으로써, 시드 기판(12)측에서 규소, 탄소, 탄화규소 등의 원료가 규소 용융층(13)으로 용출한다. 이에 따라, 규소 용융층(13)에 농도 구배가 형성된다. 그 결과, 시드 기판(12)의 주면(12a) 위에 단결정 탄화규소가 에피택셜 성장하여, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)이 형성된다. 또한, 규소 용융층(13)의 두께는 매우 얇게, 예를 들면, 10㎛ 내지 100㎛ 정도로 할 수 있다.
(시드 기판(12))
시드 기판(12)은, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 표층을 갖는다. 구체적으로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 시드 기판(12)은, 흑연을 포함하는 지지재(12b)와, 다결정 탄화규소막(12c)을 갖는다. 흑연을 포함하는 지지재(12b)는, 탄화규소의 에피택셜 성장 공정에 충분히 견딜 수 있는 높은 내열성을 갖고 있다. 또한, 흑연을 포함하는 지지재(12b)는, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)과 서로 비슷한 열팽창율을 갖는다. 따라서, 흑연을 포함하는 지지재(12b)를 이용함으로써, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)을 바람직하게 형성할 수 있다.
또한, 흑연의 구체예로는, 예를 들면, 천연 흑연, 인조 흑연, 석유 코우크스, 석탄 코우크스, 피치 코우크스, 카본 블랙, 메조 카본 등을 들 수 있다. 흑연을 포함하는 지지재(12b)의 제조 방법은, 예를 들면, 일본 특허 공개 제2005-132711호 공보에 기재된 제조 방법 등을 들 수 있다.
다결정 탄화규소막(12c)은, 지지재(12b)의 주면 및 측면을 덮도록 형성되어 있다. 다결정 탄화규소막(12c)은, 다결정 탄화규소를 포함한다. 이 다결정 탄화규소막(12c)에 의해서, 시드 기판(12)의 표층이 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서의 다결정 탄화규소막(12c)은, 다결정 3C-SiC를 주성분으로서 포함하는 것이 바람직하고, 실질적으로 다결정 3C-SiC를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시 형태에서, 시드 기판(12)의 표층은, 다결정 3C-SiC를 주성분으로서 포함하는 것이 바람직하고, 실질적으로 다결정 3C-SiC를 포함하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 높일 수 있다.
다결정 탄화규소막(12c)의 두께(t12)는, 30㎛ 내지 800㎛의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 40㎛ 내지 600㎛의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하고, 100㎛ 내지 300㎛의 범위 내에 있는 것이 더욱 바람직하다. 다결정 탄화규소막(12c)의 두께(t12)가 너무 얇으면, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 형성시에, 흑연을 포함하는 지지재(12b)가 노출되어, 지지재(12b)로부터의 용출에 기인하여 바람직한 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)을 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 한편, 다결정 탄화규소막(12c)의 두께(t12)가 너무 두꺼우면, 다결정 탄화규소막(12c)에 균열이 생기기 쉬워지는 경우가 있다.
다결정 탄화규소막(12c)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 다결정 탄화규소막(12c)은, 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나, 스퍼터링법 등에 의해 형성할 수 있다. 특히, 본 실시 형태에서는, 다결정 탄화규소막(12c)이 다결정 3C-SiC를 포함하는 것이기 때문에, CVD법에 의해 치밀한 다결정 탄화규소막(12c)을 용이하면서도 또한 저렴하게 형성할 수 있다.
시드 기판(12)의 표층을 구성하고 있는 다결정 탄화규소막(12c)은, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되고, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않는 것이다.
또한, 시드 기판(12)의 표층을 구성하고 있는 다결정 탄화규소막(12c)을, 여기 파장을 532nm로 하는 라만 분광 해석하면, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에서 유래하는 L0 피크가 관찰된다. 그 L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치는 4cm-1 이상이다.
그런데, 종래, 상술한 바와 같이, 피드재의 자유 에너지가 시드재의 자유 에너지보다 높아지도록 피드재 및 시드재를 선택할 필요가 있어, 자유 에너지가 낮은 3C-SiC 기판을 피드 기판으로서 이용한 경우에는, 3C-SiC 기판을 시드 기판으로서 사용할 수 없고, 4H-SiC 기판이나 6H-SiC 기판 등의 다른 결정 다형을 갖는 탄화규소 기판을 시드 기판으로서 이용할 필요가 있는 것으로 생각되고 있었다.
그러나, 본 발명자는, 예의 연구한 결과, 3C-SiC 기판 중에도, 규소 용융층으로의 용출이 생기기 쉬운 것과 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어려운 것이 있어, 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어려운 것은, 탄화규소의 액상 에피택셜 성장의 시드재로서 바람직하게 사용할 수 있음을 발견하였다. 그리고, 본 발명자는, 한층더 예의 연구한 결과, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않은 경우에, 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어려워지는 것을 발견하였다. 이 지견에 따라서, 본 발명자는, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되고, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않는 표층을 갖는 기판을 시드 기판(12)으로서 이용하였다. 그렇게 함으로써, 표층이 다결정 3C-SiC를 포함하고, CVD법에 의해 저렴하게 제작할 수 있는 시드 기판(12)을 이용했을 때에도 탄화규소를 바람직하게 액상 에피택셜 성장시킬 수 있었다. 또한, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않는 경우에 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어려워지는 것은, (111) 결정면은, 다른 결정면보다 규소 용융층에 용출하기 어려운 결정면이기 때문이라고 생각된다.
또한, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로는, 이하의 표 1에 나타내는 피크를 들 수 있다.
Figure 112013055661012-pct00001
또한, 본 실시 형태의 시드 기판(12)을 이용한 경우에는, 우수한 특성을 갖는 육방정의 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장막을 형성하는 것이 가능해진다. 이것은, (111) 결정면이 육방정의 (0001)면과 등가이기 때문에, (111) 결정면이 많이 노출되어 있는 경우, 육방정의 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장이 바람직하게 진행되기 때문이라고 생각된다.
또한, 육방정의 단결정 탄화규소의 대표예로는, 결정 다형이 4H 또는 6H인 단결정 탄화규소를 들 수 있다. 이들 결정 다형이 4H 또는 6H인 단결정 탄화규소(4H-SiC, 6H-SiC)는 다른 결정 다형의 탄화규소와 비교하여 밴드갭이 넓어, 우수한 내열성을 갖는 반도체 디바이스의 실현이 가능해진다는 이점을 갖는다.
또한, 다결정 탄화규소막(12c)은, X선 회절에 의해 관찰되는, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에 대응하는 1차 회절 피크로부터 산출되는 평균 결정자 직경이 700Å보다 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 더욱 높일 수 있다. 이것은, 다결정 탄화규소막(12c)에서 다결정 탄화규소 결정의 높은 반응성을 갖는 입계가 차지하는 비율이 적어져, 다결정 탄화규소막(12c)의 규소 용융층으로의 용출이 보다 생기기 어려워지기 때문이라고 생각된다.
또한, 다결정 탄화규소막(12c)은, X선 회절에 의해 관찰되는 (111) 결정면 중, 배향 각도가 67.5° 이상인 것이 차지하는 비율이 80% 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 더욱 효과적으로 높일 수 있다. 이것은, (111) 결정면을 노출시키고 있는 결정의, (111) 결정면보다 안정성이 낮은 면의 노출도를 낮게 할 수 있기 때문에, (111) 결정면을 노출시키고 있는 결정의 용출을 억제할 수 있기 때문이라고 생각된다.
또한, 다결정 탄화규소막(12c)은, 여기 파장을 532nm로 하는 라만 분광 해석에 의해서, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에서 유래하는 L0 피크가 관찰되고, L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치가 4cm-1 이상이다. 이 때문에, 규소 용융층으로의 용출이 보다 발생하기 어려워, 보다 바람직하게 액상 에피택셜 성장시킬 수 있다. 또한, L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치가 4cm-1 이상인 경우에 규소 용융층으로의 용출이 생기기 어려워지는 것은, 시드 기판(12)의 표층에서의 내부 응력이 커져, 표층의 치밀성이 높아지기 때문이라고 생각된다.
또한, L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치가 4cm-1 이상인 경우에는, 다결정 탄화규소막(12c)의 치밀성이 보다 높아지기 때문에, 다결정 탄화규소막(12c)의 표면에 노출되어 있는 결정면의 대부분이, 육방정의 (0001) 결정면과 닮은 형상으로 되어, 육방정의 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장이 보다 바람직하게 진행되는 것이라고 생각된다.
본 실시 형태에서, L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량이 4cm-1 이상인 것이 바람직하다.
또한, L0 피크의 반값 폭은 15cm-1 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.
L0 피크의 반값 폭이 15cm-1 이하인 경우에, 단결정 탄화규소의 에피택셜 성장 속도를 더욱 향상시킬 수 있는 것은, L0 피크의 반값 폭이 작을수록, 시드 기판(12)의 표층에서의 다결정 탄화규소의 결정성이 높거나 불순물 농도가 낮기 때문에, 시드 기판(12)의 표층으로부터의 용출이 더욱 생기기 어려워지기 때문이라고 생각된다.
(피드 기판(11))
본 실시 형태에서는, 피드 기판(11)은, 시드 기판(12)보다 규소 용융층(13)으로의 용출이 생기기 어려운 것인 한 특별히 한정되지 않다. 이 때문에, 피드 기판(11)으로는, 예를 들면, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 표층을 갖고, 그 표층의 X선 회절에 의해, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크와 함께, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크 이외의 회절 피크가 관찰되는 기판을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 피드 기판(11)으로는, 예를 들면, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 표층을 갖고, 그 표층의, 여기 파장을 532nm로 하는 라만 분광 해석에 의해 관찰되는 L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치가 4cm-1 미만인 기판을 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
도 2에, 본 실시 형태의 피드 기판(11)의 개략도적 단면도를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 구체적으로는, 피드 기판(11)은, 흑연을 포함하는 지지재(11b)와, 다결정 탄화규소막(11c)을 갖는다. 흑연을 포함하는 지지재(11b)는, 탄화규소의 에피택셜 성장 공정에 충분히 견딜 수 있는 높은 내열성을 갖고 있다. 또한, 흑연을 포함하는 지지재(11b)는, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)과 서로 비슷한 열팽창율을 갖는다. 따라서, 흑연을 포함하는 지지재(11b)를 이용함으로써, 탄화규소 에피택셜 성장막(20)을 바람직하게 형성할 수 있다.
또한, 흑연의 구체예로는, 예를 들면, 천연 흑연, 인조 흑연, 석유 코우크스, 석탄 코우크스, 피치 코우크스, 카본 블랙, 메조 카본 등을 들 수 있다. 흑연을 포함하는 지지재(11b)의 제조 방법은, 예를 들면, 일본 특허 공개 제2005-132711호 공보에 기재된 제조 방법 등을 들 수 있다.
다결정 탄화규소막(11c)은, 지지재(11b)의 주면 및 측면을 덮도록 형성되어 있다. 다결정 탄화규소막(11c)은, 다결정 탄화규소를 포함한다. 이 다결정 탄화규소막(11c)에 의해서 피드 기판(11)의 표층이 형성되어 있다. 또한, 다결정 탄화규소막(11c)은, 다결정 3C-SiC를 주성분으로서 포함하는 것이 바람직하고, 실질적으로 다결정 3C-SiC를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 피드 기판(11)의 표층은, 다결정 3C-SiC를 주성분으로서 포함하는 것이 바람직하고, 실질적으로 다결정 3C-SiC를 포함하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 높일 수 있다.
다결정 탄화규소막(11c)의 두께(t11)는, 30㎛ 내지 800㎛의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 40㎛ 내지 600㎛의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하고, 100㎛ 내지 300㎛의 범위 내에 있는 것이 더욱 바람직하다. 다결정 탄화규소막(11c)의 두께(t11)가 너무 얇으면, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 형성시에, 흑연을 포함하는 지지재(11b)가 노출되어, 지지재(11b)로부터의 용출에 기인하여 바람직한 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)을 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 한편, 다결정 탄화규소막(11c)의 두께(t11)가 너무 두꺼우면, 다결정 탄화규소막(11c)에 균열이 생기기 쉬워지는 경우가 있다.
다결정 탄화규소막(11c)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 다결정 탄화규소막(11c)은, 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 스퍼터링법 등에 의해 형성할 수 있다. 특히, 본 실시 형태에서는, 다결정 탄화규소막(11c)이 다결정 3C-SiC를 포함하는 것이기 때문에, CVD법에 의해 치밀한 다결정 탄화규소막(11c)을 용이하면서도 또한 저렴하게 형성할 수 있다.
피드 기판(11)의 표층을 구성하고 있는 다결정 탄화규소막(11c)은, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크와 함께, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크 이외의 회절 피크가 관찰되는 것이다. 구체적으로는, 다결정 탄화규소막(11c)은, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크와 함께, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면 중의 적어도 하나에 대응하는 회절 피크가 관찰되는 것이다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)을 높은 성장 속도로 형성할 수 있다. 그 이유로는, (111) 결정면으로부터보다, (111) 결정면 이외의 결정면으로부터가 규소 용융층(13)으로의 용출이 더 생기기 쉬운 것으로 생각된다.
다결정 탄화규소막(11c)은, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크와 함께, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면 중의 적어도 하나에 대응하는 회절 피크가 관찰되는 것이 바람직하고, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면의 각각에 대응하는 회절 피크가 관찰되는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 보다 높일 수 있다. 이것은, (111) 결정면 이외의 결정면 중에서도, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면은 특히 높은 반응성을 갖기 때문에, 규소 용융층(13)으로의 용출이 보다 생기기 쉬워지기 때문이라고 생각된다.
또한, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크 이외의 1차 회절 피크의 강도의 총합이, 모든 1차 회절 피크의 강도의 총합의 10% 이상인 것이 보다 바람직하고, 20% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 다결정 탄화규소막(11c)은, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서 관찰되는 복수의 1차 회절 피크 중, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크가, 가장 큰 회절 강도를 갖는 주 회절 피크인 것이 바람직하다.
또한, 다결정 탄화규소막(11c)은, X선 회절에 의해 관찰되는, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에 대응하는 1차 회절 피크로부터 산출되는 평균 결정자 직경이 700Å 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 더욱 높일 수 있다. 이것은, 다결정 탄화규소막(11c)에서 다결정 탄화규소 결정의 높은 반응성을 갖는 입계가 차지하는 비율이 많아져, 다결정 탄화규소막(11c)으로부터의 용출이 보다 생기기 쉬워지기 때문이라고 생각된다.
나아가, 다결정 탄화규소막(11c)은, X선 회절에 의해, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크와, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면 중 적어도 하나에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되며, (I1/I0)-1·D2가 108 이하인 것이 바람직하다.
단,
I0: (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 강도와, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면 중 적어도 하나에 대응하는 1차 회절 피크의 합계 강도의 합,
I1: (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면 중 적어도 하나에 대응하는 1차 회절 피크의 합계 강도,
D: (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면 중 적어도 하나에 대응하는 1차 회절 피크에서 홀의 식을 이용하여 산출되는 평균 결정자 직경,
이다.
이 경우, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 더욱 효과적으로 높일 수 있다. 이것은, 다결정 탄화규소막(11c)에서의, 반응성이 비교적 높은 (200) 결정면, (220) 결정면, (311) 결정면의 비율이 많아지고, 또한, 평균 결정자 직경이 작아지기 때문이라고 생각된다.
또한, 다결정 탄화규소막(11c)은, X선 회절에 의해 관찰되는 (111) 결정면 중, 배향 각도가 67.5° 이상인 것이 차지하는 비율이 80% 미만인 것이 바람직하다. 이 경우, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 더욱 효과적으로 높일 수 있다. 이것은, (111) 결정면을 노출시키고 있는 결정의, (111) 결정면보다 안정성이 낮은 면의 노출도가 높아지기 때문에, (111) 결정면을 노출시키고 있는 결정의 반응성이 높아지기 때문이라고 생각된다.
피드 기판(11)의 표층을 구성하고 있는 다결정 탄화규소막(11c)은, 여기 파장을 532nm로 하는 라만 분광 해석에 의해 관찰되는 L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치가 4cm-1 미만인 것이다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)을 높은 성장 속도로 형성할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 피드 기판(11) 및 시드 기판(12) 각각이 지지재(11b, 12b)와 다결정 탄화규소막(11c, 12c)에 의해 구성되어 있는 예에 대해서 설명하였다. 단, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 피드 기판(11)은, 탄화규소를 포함하는 탄화규소 기판에 의해 구성되어 있을 수도 있다. 또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 시드 기판(12)은, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 다결정 규소 기판에 의해 구성되어 있을 수도 있다.
또한, 탄화규소 기판은, 예를 들면, 흑연 기재에 CVD법에 의해 다결정 탄화규소를 피복하고, 그 후, 흑연을 기계적 또는 화학적으로 제거함으로써 제작할 수 있다. 또한, 탄화규소 기판은, 흑연재와 규산 가스를 반응시켜 흑연재를 탄화규소로 전화시킴으로써도 제작할 수 있다. 또한, 탄화규소 기판은, 탄화규소 분말에 소결 보조제를 첨가하여 1600℃ 이상의 고온에서 소결시킴으로써도 제작할 수 있다.
이하, 구체예에 기초하여, 본 발명에 대해서 더 설명하지만, 본 발명은 이하의 구체예에 전혀 한정되지 않는다.
(제작예 1)
벌크 밀도 1.85g/cm3, 회분 5ppm 이하인 고순도 등방성 흑연 재료를 포함하는 흑연재(15mm×15mm×2mm)를 기재로서 이용하였다. 이 기재를 CVD 반응 장치 내에 넣고, CVD법에 의해 기재 위에 두께 30㎛의 다결정 탄화규소 피막을 형성하여 샘플 1을 제작하였다. 또한, 원료 가스로는, 사염화규소 및 프로판 가스를 이용하였다. 성막은, 상압, 1200℃에서 행하였다. 성막 속도는 30㎛/h로 하였다.
(제작예 2)
반응 온도를 1400℃로 하고, 성막 속도를 60㎛/h로 한 것 이외에는, 상기 제작예 1과 마찬가지로 하여 흑연재의 표면 위에 50㎛의 다결정 탄화규소 피막을 형성하여 샘플 2를 제작하였다.
(제작예 3)
반응 온도를 1250℃로 하고, 성막 속도 10㎛/h로 하고, 사염화규소 대신에 CH3SiCl3을 사용한 것 이외에는, 상기 제작예 1과 마찬가지로 하여 흑연재의 표면 위에 50㎛의 다결정 탄화규소 피막을 형성하여 샘플 3을 제작하였다.
(제작예 4)
사염화규소 및 프로판 가스 대신에 디클로로실란(SiH2Cl2) 및 아세틸렌을 이용하고, 반응 온도를 1300℃로 하고, 성막 속도 10㎛/h로 한 것 이외에는, 상기 제작예 1과 마찬가지로 하여 흑연재의 표면 위에 50㎛의 다결정 탄화규소 피막을 형성하여 샘플 4를 제작하였다. 또한, 샘플 4에서는, 다결정 탄화규소 피막의 두께는 약 1mm였다.
(X선 회절 측정)
상기 제작의 샘플 1 내지 4의 표층의 X선 회절을 행하였다. 또한, X선 회절은, 리가꾸사 제조 얼티머(Ulutima)를 이용하여 행하였다. 측정 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 샘플 1, 2에서는, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크(2θ=35.6°)와 함께, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크의 강도의 10% 이상의 강도를 갖는 (111) 결정면 이외의 결정면에 대응하는 회절 피크가 관찰되었다. 구체적으로는, 샘플 1, 2에서는, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크(2θ=35.6°) 이외에도, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크의 강도의 10% 이상의 강도를 갖는 (200) 결정면에 대응하는 회절 피크(2θ=41.4°), (220) 결정면에 대응하는 회절 피크(2θ=60.0°), (311) 결정면에 대응하는 회절 피크(2θ=71.7°)가 관찰되었다.
한편, 샘플 3, 4에서는, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크(2θ=35.6°)와, 그 고차 회절 피크인 (222) 결정면에 대응하는 회절 피크(2θ=75.5°)가 관찰되었지만, 그 이외에는, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 강도의 10% 이상의 강도를 갖는 1차 회절 피크는 관찰되지 않았다.
하기의 표 2에, 샘플 1 내지 4에서의, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 강도를 100으로 했을 때의 각 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 상대 강도를 정리한다.
Figure 112013055661012-pct00002
(평균 결정자 직경의 산출)
상기 X선 회절 측정의 결과에 기초해서, 홀의 식을 이용하여, 샘플 1 내지 4 각각의 평균 결정자 직경을 산출하였다. 또한, 산출에는, (111) 결정면, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면에 관한 회절 피크의 데이터를 이용하였다. 결과를, 하기의 표 3에 나타내었다.
Figure 112013055661012-pct00003
상기 표 3에 나타내는 결과로부터, 샘플 1, 2에서는, 평균 결정자 직경이 700Å 이하, 보다 상세하게는 500Å 이하인 한편, 샘플 3, 4에서는, 평균 결정자 직경이 700Å보다 크고, 보다 상세하게는 1000Å 이상이었다.
((111) 결정면의 배향성 평가)
다음으로, 샘플 1 내지 4에 대해서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 샘플을 회전시키면서 (111)면의 회절 피크가 나타나는 각도를 측정하였다. 결과를 도 8 내지 도 11에 나타내었다. 또한, 도 8 내지 도 11에 나타내는 그래프에 있어서, 횡축은, 도 7에 나타내는 배향 각도(α)이다. 종축은 강도이다.
또한, 하기의 표 4에, 배향 각도(α)가 15° 내지 90°에서의 전체 영역의 강도 적분치에 대한 배향 각도(α)가 67.5° 이상의 영역의 강도 적분치의 비율((배향 각도(α)가 67.5° 이상의 영역의 강도 적분치)/(배향 각도(α)가 15° 내지 90°에서의 전체 영역의 강도 적분치))를 나타낸다. 또한, ((배향 각도(α)가 67.5° 이상의 영역의 강도 적분치)/(배향 각도(α)가 15° 내지 90°에서의 전체 영역의 강도 적분치))는 X선 회절에 의해 관찰된 (111) 결정면 중, 배향 각도가 67.5° 이상인 것이 차지하는 비율에 상당한다.
Figure 112013055661012-pct00004
도 8 및 도 9 및 상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 샘플 1, 2에서는, 배향 각도(α)가 67.5° 미만의 영역에도 큰 강도 분포가 존재하고, (111) 결정면 중, 배향 각도(α)가 67.5° 이상인 것의 비율이 80% 미만이었다. 그에 반해 샘플 3, 4에서는, 도 10 및 도 11 및 상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 배향 각도(α)가 67.5° 미만의 영역에는 큰 강도 분포가 존재하지 않고, 배향 각도(α)가 67.5° 이상인 것의 비율이 80% 이상이었다.
(라만 분광 해석)
상기 제작의 샘플 1 내지 4의 표층의 라만 분광 해석을 행하였다. 또한, 라만 분광 해석에는 532nm의 여기 파장을 이용하였다. 측정 결과를 도 12에 나타내었다.
다음으로, 도 12에 나타내는 측정 결과로부터, 샘플 1 내지 4에서의 L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량(Δω)과, L0 피크의 반값 폭(FWHM)을 구하였다. 결과를 도 13에 나타내었다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 샘플 3, 4는, Δω의 절대치가 4cm-1 이상이고, FWHM이 7cm-1 이상이었다. 한편, 샘플 1, 2는, FWHM에 관해서는 샘플 3, 4와 마찬가지로 7cm-1 이상이었지만, Δω의 절대치는 4cm-1 미만이었다.
(단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장막의 성장 속도 평가)
상기 실시 형태에서 설명한 액상 에피택셜 성장 방법에 의해, 샘플 1 내지 4를 피드 기판으로서 이용하여, 하기의 조건으로 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)을 제작하였다. 그리고, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 단면을 광학 현미경을 이용하여 관찰함으로써, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 두께를 측정하였다. 측정된 두께를 탄화규소 에피택셜 성장을 행한 시간으로 나눔으로써, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도를 구하였다.
결과를 도 14 및 도 15에 나타내었다. 또한, 도 14 및 도 15에서, 종축은, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도이고, 횡축은 규소 용융층(13)의 두께(L)의 역수(1/L)이다.
도 14 및 도 15에 나타내는 결과로부터, 피드 기판(11)의 표층을 구성하고 있는 다결정 탄화규소막(11c)이, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크와 함께, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크 이외의 회절 피크가 관찰되는 것인 샘플 1, 2를 이용한 경우에는, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도가 높았다. 한편, 피드 기판(11)의 표층을 구성하고 있는 다결정 탄화규소막(11c)이, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 회절 피크만이 관찰되고, (111) 결정면에 대응하는 1차 피크 이외에는, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 강도의 10% 이상의 강도를 갖는 1차 회절 피크가 관찰되지 않은 샘플 3, 4를 이용한 경우에는, 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도가 낮았다. 이로부터, 샘플 3, 4로부터는, 규소 용융층(13)으로의 용출이 생기기 어려운 것을 알 수 있다.
(단결정 탄화규소 에피택셜 성장막(20)의 성장 속도의 측정 조건)
시드 기판: 결정 다형이 4H인 탄화규소 기판
분위기의 압력: 10-6 내지 10-4Pa
분위기 온도: 1900℃
(실시예)
상기 제작의 샘플 1을 피드 기판(11)으로서 이용하고, 상기 제작의 샘플 3을 시드 기판(12)으로서 이용하여, 상기 성장 속도 평가 실험과 마찬가지의 조건으로 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 실험을 행하였다. 그 후, 시드 기판(12)으로서의 샘플 3의 표면의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진을 촬영하였다. 샘플 3의 표면의 SEM 사진을 도 16에 나타내었다. 도 16에 나타내는 사진으로부터, 다결정 탄화규소막이, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 1차 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되고, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않는 것인 샘플 3을 시드 기판(12)으로서 이용함으로써, 육방정인 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
(비교예)
상기 제작의 샘플 1을 피드 기판으로서 이용하고, 상기 제작의 샘플 2를 시드 기판으로서 이용하여, 상기 성장 속도 평가 실험과 마찬가지의 조건으로 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 실험을 행하였다. 그 후, 시드 기판으로서의 샘플 2의 표면의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진을 촬영하였다. 샘플 2의 표면의 SEM 사진을 도 17에 나타내었다. 도 17에 나타내는 사진으로부터, 다결정 탄화규소막이, X선 회절에 의해, 결정 다형이 다결정 3C-SiC에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰됨과 동시에, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되는 것인 샘플 2를 시드 기판으로서 이용한 경우에는, 거의 에피택셜 성장이 진행되지 않고, 또한, 육방정인 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막을 바람직하게 얻을 수 없음을 알 수 있다.
10 : 용기
11 : 피드 기판
11a : 주면
11b : 지지재
11c : 다결정 탄화규소막
12 : 시드 기판
12a : 주면
12b : 지지재
12c : 다결정 탄화규소막
13 : 규소 용융층
20 : 단결정 탄화규소 에피택셜 성장막

Claims (12)

  1. 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 방법에 이용되는 시드재이며,
    결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 표층을 갖고,
    상기 표층의 X선 회절에 의해, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되고, 상기 (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않고, 상기 표층의 X선 회절에 의해 관찰되는 상기 (111) 결정면 중, 배향 각도가 67.5° 이상인 것이 차지하는 비율이 80% 이상인, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표층의, 여기 파장을 532nm로 하는 라만 분광 해석에 의해서, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에서 유래하는 L0 피크가 관찰되고, 상기 L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치가 4cm-1 이상인, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  3. 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 방법에 이용되는 시드재이며,
    결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 표층을 갖고,
    상기 표층의 X선 회절에 의해, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에 대응하는 회절 피크로서, (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되고, 상기 (111) 결정면에 대응하는 1차 회절 피크의 회절 강도의 10% 이상의 회절 강도를 갖는 다른 1차 회절 피크가 관찰되지 않고, 상기 표층의, 여기 파장을 532nm로 하는 라만 분광 해석에 의해서, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소에서 유래하는 L0 피크가 관찰되고, 상기 L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량의 절대치가 4cm-1 이상인, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 L0 피크의 972cm-1로부터의 시프트량이 4cm-1 이상인, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 L0 피크의 반값 폭이 15cm-1 이하인, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표층의 X선 회절에 의해, (111) 결정면, (200) 결정면, (220) 결정면 및 (311) 결정면 중 적어도 하나에 대응하는 1차 회절 피크가 관찰되고,
    상기 적어도 하나의 1차 회절 피크로부터 산출되는 평균 결정자 직경이 700Å보다 큰, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표층은, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 50 질량% 이상 포함하는, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 표층은, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 95 질량% 초과로 포함하는, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 지지재와, 상기 지지재 위에 형성되어 있고, 상기 표층을 구성하고 있는 다결정 탄화규소막을 구비하는, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  10. 제9항에 있어서, 상기 다결정 탄화규소막의 두께는, 30㎛ 내지 800㎛의 범위 내에 있는, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 결정 다형이 3C인 다결정 탄화규소를 포함하는 다결정 탄화규소재에 의해 구성되어 있는, 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 단결정 탄화규소 액상 에피택셜 성장용 시드재의 표층과, 탄화규소를 포함하는 표층을 갖는 피드재의 표층을 규소 용융층을 사이에 두고 대향시킨 상태에서 가열함으로써 상기 시드재의 표층 위에 단결정 탄화규소를 에피택셜 성장시키는, 단결정 탄화규소의 액상 에피택셜 성장 방법.
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