KR101791652B1

KR101791652B1 - SiC 단결정의 제조 방법

Info

Publication number: KR101791652B1
Application number: KR1020157031813A
Authority: KR
Inventors: 가즈히코 구스노키; 가즈히토 가메이; 히로노리 다이코쿠; 히데미츠 사카모토; 모토히사 가도
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2017-10-30
Also published as: US20160053402A1; EP2985369A1; KR20150140754A; WO2014167844A1; EP2985369A4; CN105264126A

Abstract

메니스커스를 형성하여 결정 성장을 행하는 경우여도, 단결정의 질을 향상시킬 수 있는 SiC 단결정의 제조 방법을 제공한다. 본 실시 형태에 의한 제조 방법에 있어서의 성장 공정은, 형성 공정과, 제1 유지 공정을 포함한다. 형성 공정에서는, SiC 단결정의 성장 계면과 Si-C 용액의 액면 사이에 메니스커스를 형성한다. 제1 유지 공정에서는, 시드 샤프트 및 도가니의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시킴으로써, 메니스커스의 높이의 변동폭을 소정의 범위 내에 유지한다.

Description

SiC 단결정의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SiC SINGLE CRYSTAL}

본 발명은, SiC 단결정의 제조 방법에 관한 것이고, 상세하게는, 용액 성장법에 의한 SiC 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.

SiC 단결정의 제조 방법으로서, 용액 성장법이 있다. 용액 성장법은, 예를 들어, 국제 공개 제2010/024392호(특허 문헌 1), 국제 공개 제2012/127703호(특허 문헌 2), 및, 일본국 특허 공개 2012-184120(특허 문헌 3)에 개시되어 있다. 이들 문헌에 개시되어 있는 용액 성장법에서는, Si-C 용액에 SiC 단결정으로 이루어지는 SiC 종결정을 접촉시킨다. Si-C 용액은, Si 또는 Si 합금의 융액에 카본(C)이 용해된 용액을 말한다. Si-C 용액에 있어서의 SiC 종결정의 근방을 과냉각 상태로 하여, SiC 종결정의 표면(결정 성장면)에 SiC 단결정을 성장시킨다.

특허 문헌 2에 개시된 제조 방법에서는, SiC 단결정을 제조할 때에, SiC 종결정의 결정 성장면과 Si-C 용액의 액면 사이에 메니스커스를 형성한다.

국제 공개 제2010/024392호 국제 공개 제2012/127703호 일본국 특허 공개 2012/184120호

최근, SiC 종결정의 결정 성장면 상에 형성되는 SiC 단결정의 두께를 두껍게 하는 것이 검토되고 있다. SiC 단결정의 두께를 두껍게 하려면, SiC 단결정의 성장 속도를 크게 하거나, 또는, SiC 단결정의 성장 시간을 길게 할 필요가 있다.

본 발명자들은, SiC 단결정의 성장 시간을 길게 하는 것에 대해, 열심히 검토했다. 그 결과, 이하의 지견을 찾아냈다.

SiC 단결정의 성장 시간이 길어지면, Si-C 용액의 액면이 저하한다. 이것은, SiC 단결정의 성장이 진행하는 것에 의한다. 그 외의 이유로서는, 예를 들어, Si-C 용액의 증발 등이 있다. Si-C 용액의 액면이 저하하는 속도는, SiC 단결정의 성장 계면이 결정 성장에 수반하여 하방으로 이동하는 속도보다 커지는 경우가 많다.

특허 문헌 2에서는, SiC 종결정의 결정 성장면과 Si-C 용액의 액면 사이에 메니스커스를 형성한다. 이 경우, SiC 단결정이 성장함에 따라, 메니스커스의 높이가 커진다. 메니스커스의 높이가 커지면, Si-C 용액에 있어서의 SiC 종결정 근방 영역에서의 과포화도(SiC의 과포화도를 말한다. 이하 동일)가 커진다. 과포화도가 과잉으로 커지면, SiC 단결정 중에 개재물이 형성되기 쉬워져, SiC 단결정의 질이 저하한다.

본 발명의 목적은, 메니스커스를 형성하여 결정 성장을 장시간 행하는 경우여도, SiC 단결정의 질의 저하를 억제할 수 있는, SiC 단결정의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 형태에 의한 SiC 단결정의 제조 방법은, 용액 성장법에 의해 SiC 단결정을 제조한다. 제조 방법은, 준비 공정과, 생성 공정과, 성장 공정을 구비한다. 준비 공정에서는, Si-C 용액의 원료가 수용되는 도가니와, SiC 종결정이 부착되는 시드 샤프트를 포함하는 제조 장치를 준비한다. 생성 공정에서는, 도가니 내의 원료를 가열하여 용융하고, Si-C 용액을 생성한다. 성장 공정에서는, Si-C 용액에 SiC 종결정을 접촉시켜, SiC 종결정 상에서 SiC 단결정을 성장시킨다. 성장 공정은, 형성 공정과, 제1 유지 공정을 포함한다. 형성 공정에서는, SiC 단결정의 성장 계면과 Si-C 용액의 액면 사이에 메니스커스를 형성한다. 제1 유지 공정에서는, 시드 샤프트 및 도가니의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시킴으로써, 메니스커스의 높이의 변동폭을 소정의 범위 내에 유지한다.

본 발명의 실시 형태에 의한 SiC 단결정의 제조 방법은, SiC 단결정의 질의 저하를 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 SiC 단결정의 제조 방법에 이용되는 제조 장치의 모식도이다.
도 2는, SiC 종결정의 결정 성장면과 Si-C 용액 사이에 형성되는 메니스커스를 도시하는 모식도이다.
도 3은, SiC 종결정의 결정 성장면 상에 육성되는 SiC 단결정의 성장 계면과 Si-C 용액 사이에 형성되는 메니스커스를 도시하는 모식도이다.
도 4는, 본 발명예 1에 따른 SiC 단결정의 표면을 도시하는 사진이다.
도 5는, 본 발명예 2에 따른 SiC 단결정의 표면을 도시하는 사진이다.
도 6은, 비교예 1에 따른 SiC 단결정의 표면을 도시하는 사진이다.
도 7은, 비교예 2에 따른 SiC 단결정의 표면을 도시하는 사진이다.

상기 제조 방법에 있어서는, SiC 단결정을 성장시킬 때에, 메니스커스의 높이의 변동폭을 소정의 범위 내에 유지한다. 그로 인해, 메니스커스 높이의 변동에 기인하는, Si-C 용액에 있어서의 SiC 종결정 근방의 과포화도의 변화를 억제할 수 있다. 그 결과, 안정된 SiC 단결정의 성장이 실현된다. 즉, 상기 제조 방법에 의하면, SiC 단결정의 질의 저하를 억제할 수 있다.

상술의 SiC 단결정의 성장 계면에는, SiC 종결정의 결정 성장면 상에 성장하는 SiC 단결정의 성장 계면뿐만 아니라, SiC 단결정이 SiC 종결정의 결정 성장면 상에 성장하지 않을 때의 SiC 종결정의 결정 성장면도 포함된다.

상기 제조 방법에 있어서, 제1 유지 공정에서는, 경과 시간에 따른 SiC 단결정의 성장 두께와, 성장 공정에 있어서의 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 시드 샤프트 및 도가니의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시켜도 된다.

이 경우, 성장 공정에 있어서 SiC 단결정을 성장시킬 때와 같은 성장 조건으로 성장시킨 샘플 SiC 단결정의 성장 두께에 의거하여, 경과 시간에 따른 SiC 단결정의 성장 두께를 구하는 공정을 더 구비해도 된다.

상기 제조 방법에 있어서, 제1 유지 공정에서는, 경과 시간에 따른 SiC 단결정의 성장 두께 및 경과 시간에 따른 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 시드 샤프트 및 도가니의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시켜도 된다.

이 경우, 성장 공정에 있어서 SiC 단결정을 성장시킬 때와 같은 성장 조건으로 성장시킨 샘플 SiC 단결정의 성장 두께에 의거하여, 경과 시간에 따른 SiC 단결정의 성장 두께를 구하는 공정과, 샘플 SiC 단결정의 성장에 이용되는 샘플 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 경과 시간에 따른 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량을 구하는 공정을 더 구비해도 된다.

바람직하게는, 제조 장치는, 고주파 코일을 더 포함한다. 고주파 코일은, 도가니의 측벽의 주위에 배치된다. 성장 공정은, 도가니 및 상기 고주파 코일의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시켜, Si-C 용액의 액면과 고주파 코일의 높이 중심의 높이 방향에 있어서의 이격 거리의 변동폭을 소정의 범위 내에 유지하는 제2 유지 공정을 더 포함해도 된다.

SiC 단결정의 성장 시간을 길게 하면, Si-C 용액의 액면이 저하한다. 이것은, SiC 단결정의 성장이 진행하는 것에 의한다. 그 외의 이유로서는, 예를 들어, Si-C 용액의 증발 등이 있다.

상기한 대로 배치된 고주파 코일에서는, 가열 온도가 높이 방향에서 상이하다.

Si-C 용액의 액면이 저하하면, Si-C 용액의 액면과, 고주파 코일의 위치 관계가 변화한다. 그로 인해, Si-C 용액에 있어서의 SiC 종결정 근방의 영역(이하, 근방 영역이라고 한다)의 온도가 변화한다. 근방 영역의 온도가 변화하면, 근방 영역의 과포화도가 변화한다. 이 경우, SiC 단결정이 안정적으로 성장하기 어렵다. 그로 인해, SiC 단결정의 질이 저하한다.

본 실시 형태의 제조 방법에서는, SiC 단결정을 육성할 때, 상기 이격 거리의 변동폭을 소정의 범위 내에 유지한다. 이 경우, 고주파 코일에 의한 Si-C 용액의 가열 조건이 변화하기 어렵다. 그로 인해, 근방 영역의 온도 변화가 억제되고, 근방 영역의 과포화도의 변화가 억제된다. 그 결과, SiC 단결정이 안정적으로 성장하고, SiC 단결정의 질이 향상한다.

상기 제조 방법에 있어서, 제2 유지 공정에서는, Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 도가니 및 고주파 코일의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시켜도 된다.

상기 제조 방법에 있어서, 제2 유지 공정에서는, 경과 시간에 따른 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 도가니 및 고주파 코일의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시켜도 된다.

이 경우, 상기 제조 방법은, 성장 공정에 있어서 SiC 단결정과 같은 성장 조건으로 샘플 SiC 단결정을 성장시키는 공정과, 샘플 SiC 단결정을 성장시킬 때에 이용되는 샘플 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 경과 시간에 따른 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량을 구하는 공정을 더 구비해도 된다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 도면 중동일 또는 상당 부분에는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다.

［제1 실시 형태］

본 발명의 제1 실시 형태에 의한 SiC 단결정의 제조 방법은, 용액 성장법에 의한다. 본 제조 방법은, 준비 공정과, 생성 공정과, 성장 공정을 구비한다. 준비 공정에서는, 제조 장치를 준비한다. 생성 공정에서는, Si-C 용액을 생성한다. 성장 공정에서는, SiC 종결정을 Si-C 용액에 접촉시켜, SiC 단결정을 성장시킨다. 이하, 각 공정의 상세를 설명한다.

［준비 공정］

준비 공정에서는, 용액 성장법에 이용되는 제조 장치를 준비한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 SiC 단결정의 제조 방법에 이용되는 제조 장치(10)의 모식도이다. 또한, 도 1에 도시하는 제조 장치(10)는, 용액 성장법에 이용되는 제조 장치의 일 예이다. 따라서, 용액 성장법에 이용되는 제조 장치는, 도 1에 도시하는 제조 장치(10)에 한정되지 않는다.

제조 장치(10)는, 챔버(12)와, 도가니(14)와, 단열 부재(16)와, 가열 장치(18)와, 회전 장치(20)와, 승강 장치(22)를 구비한다.

챔버(12)는, 도가니(14)를 수용한다. SiC 단결정을 제조할 때, 챔버(12)는 냉각된다.

도가니(14)는, Si-C 용액(15)의 원료를 수용한다. 바람직하게는, 도가니(14)는, 탄소를 함유한다. 이 경우, 도가니(14)는, Si-C 용액(15)으로의 탄소 공급원이 된다.

단열 부재(16)는, 단열재로 이루어지고, 도가니(14)를 둘러싼다.

가열 장치(18)는, 예를 들어 고주파 코일이며, 단열 부재(16)의 측벽을 둘러싼다. 가열 장치(18)는, 도가니(14)를 유도 가열하여, Si-C 용액(15)을 생성한다. 가열 장치(18)는, 또한, Si-C 용액(15)을 결정 성장 온도로 유지한다. 결정 성장 온도는, SiC 단결정을 성장시킬 때의 Si-C 용액(15)의 온도이다. 결정 성장 온도는, 예를 들어, 1600~2000℃이며, 바람직하게는, 1900~2000℃이다.

회전 장치(20)는, 회전축(24)과, 구동원(26)을 구비한다.

회전축(24)은, 챔버(12)의 높이 방향(도 1의 상하 방향)으로 연장된다. 회전축(24)의 상단은, 단열 부재(16) 내에 위치한다. 회전축(24)의 상단에는, 도가니(14)가 배치된다. 회전축(24)의 하단은, 챔버(12)의 외측에 위치한다.

구동원(26)은, 챔버(12)의 하방에 배치된다. 구동원(26)은, 회전축(24)에 연결된다. 구동원(26)은, 회전축(24)의 중심축선 둘레로, 회전축(24)을 회전시킨다.

승강 장치(22)는, 시드 샤프트(28)와, 구동원(30)을 구비한다.

시드 샤프트(28)는, 챔버(12)의 높이 방향으로 연장된다. 시드 샤프트(28)의 상단은, 챔버(12)의 외측에 위치한다. 시드 샤프트(28)의 하단면에는, SiC 종결정(32)이 부착된다.

구동원(30)은, 챔버(12)의 상방에 배치된다. 구동원(30)은, 시드 샤프트(28)에 연결된다. 구동원(30)은, 시드 샤프트(28)를 승강시킨다. 구동원(30)은, 시드 샤프트(28)의 중심축선 둘레로, 시드 샤프트(28)를 회전시킨다.

준비 공정에서는, 또한, SiC 종결정(32)을 준비한다. SiC 종결정(32)은, SiC 단결정으로 이루어진다. 바람직하게는 SiC 종결정(32)의 결정 구조는, 제조하려고 하는 SiC 단결정의 결정 구조와 같다. 예를 들어, 4H 다형의 SiC 단결정을 제조하는 경우, 4H 다형의 SiC 종결정(32)을 이용한다. 4H 다형의 SiC 종결정(32)을 이용하는 경우, 결정 성장면은, (0001)면 또는 (000-1)면이거나, 또는, (0001)면 또는 (000-1)면으로부터 8^о이하의 각도로 경사진 면인 것이 바람직하다. 이 경우, SiC 단결정이 안정적으로 성장한다.

제조 장치(10)와, SiC 종결정(32)을 준비하면, SiC 종결정(32)을 시드 샤프트(28)의 하단면에 부착한다.

다음에, 챔버(12) 내의 회전축(24) 상에, 도가니(14)를 배치한다. 이때, 도가니(14)는, Si-C 용액(15)의 원료를 수용하고 있다. 원료는, 예를 들어, Si만, 또는, Si와 다른 금속 원소의 혼합물이다. 금속 원소는, 예를 들어, 티탄(Ti), 망간(Mn), 크롬(Cr), 코발트(Co), 바나듐(V), 철(Fe) 등이다. 원료의 형태로서는, 예를 들어, 복수의 덩어리나 분말 등이 있다.

［생성 공정］

다음에, Si-C 용액(15)을 생성한다. 먼저, 챔버(12) 내에 불활성 가스를 충전한다. 그리고, 가열 장치(18)에 의해, 도가니(14) 내의 Si-C 용액(15)의 원료를 융점 이상으로 가열한다. 도가니(14)가 흑연으로 이루어지는 경우, 도가니(14)를 가열하면, 도가니(14)로부터 탄소가 융액에 녹아들어, Si-C 용액(15)이 생성된다. 도가니(14)의 탄소가 Si-C 용액(15)에 녹아들면, Si-C 용액(15) 내의 탄소 농도는 포화 농도에 가까워진다.

［성장 공정］

다음에, 구동원(30)에 의해, 시드 샤프트(28)를 강하하여, SiC 종결정(32)을 Si-C 용액(15)에 접촉시킨다. SiC 종결정(32)을 Si-C 용액(15)에 접촉시킨 후, 시드 샤프트(28)를 상승시킨다. 이것에 의해, 도 2에 도시하는 바와 같이, SiC 종결정(32)의 결정 성장면(34)과 Si-C 용액(15)의 액면(15A) 사이에 메니스커스(36)를 형성한다(형성 공정). 결정 성장 개시 초기의 메니스커스(36)의 높이(H1)는, 결정 성장면(34)과 액면(15A)의 차로 규정된다.

메니스커스(36)가 형성된 후, 가열 장치(18)에 의해, Si-C 용액(15)을 결정 성장 온도로 유지한다. 또한, Si-C 용액(15)에 있어서의 SiC 종결정(32)의 근방을 과냉각 하여, SiC를 과포화 상태로 한다.

SiC 종결정(32)의 근방을 과냉각하는 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 가열 장치(18)를 제어하여, SiC 종결정(32)의 근방 영역의 온도를 다른 영역의 온도보다 낮게 한다. 또, SiC 종결정(32)의 근방을 냉매에 의해 냉각해도 된다. 구체적으로는, 시드 샤프트(28)의 내부에 냉매를 순환시킨다. 냉매는, 예를 들어, 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스이다. 시드 샤프트(28) 내에 냉매를 순환시키면, SiC 종결정(32)이 냉각된다. SiC 종결정(32)이 차가워지면, SiC 종결정(32)의 근방 영역도 차가워진다.

SiC 종결정(32)의 근방 영역의 SiC를 과포화 상태로 한 채로, SiC 종결정(32)과 Si-C 용액(15)(도가니(14))을 회전시킨다. 시드 샤프트(28)가 회전함으로써, SiC 종결정(32)이 회전한다. 회전축(24)이 회전함으로써, 도가니(14)가 회전한다. SiC 종결정(32)의 회전 방향은, 도가니(14)의 회전 방향과 역방향이어도 되고, 같은 방향이어도 된다. 또, 회전 속도는 일정해도 되고, 변동해도 된다. 이때, Si-C 용액(15)에 접촉된 SiC 종결정(32)의 결정 성장면(34)에 SiC 단결정이 생성하고, 성장한다. 또한, 시드 샤프트(28)는, 회전하지 않아도 된다.

성장 시간을 길게 함으로써, 결정 성장면(34) 상에 형성되는 SiC 단결정의 두께를 두껍게 할 수 있다. 성장 시간을 길게 하면, Si-C 용액(15)의 액면이 저하한다. 그 이유는, SiC 종결정(32)의 결정 성장면(34) 상에 있어서, SiC 단결정의 성장이 진행하기 때문이다. 그 외의 이유로서는, 예를 들어, Si-C 용액(15)이 증발하는 것이나, 도가니(14)로부터 Si-C 용액(15) 중에 탄소가 용해되기 시작하여 도가니(14)의 감육이 일어나, 도가니(14)의 용적이 증가하는 것 등이 있다. 그로 인해, Si-C 용액(15)의 액면이 저하하는 속도는, SiC 단결정의 성장 계면이 결정 성장에 수반하여 하방으로 이동하는 속도보다 커지는 경우가 많다. 그 결과, SiC 단결정의 성장 계면과 Si-C 용액(15)의 액면 사이에 형성되는 메니스커스의 높이가 커지는 경우가 많다.

도 3을 참조하면서, SiC 단결정의 성장에 수반하는 메니스커스의 높이의 변동에 대해 설명한다. 결정 성장을 개시하고 나서부터 소정 시간 경과하면, 두께(T)를 가지는 SiC 단결정(40)이 결정 성장면(34) 상에 형성된다. 또, SiC 단결정(40)이 성장함에 따라, Si-C 용액(15)의 액면(151)이 결정 성장을 개시했을 때의 액면(15A)보다 낮아진다. SiC 단결정(40)의 성장이 진행되고 있을 때의 메니스커스(36)의 높이(H2)는, SiC 단결정(40)의 성장 계면(40A)과 Si-C 용액(15)의 액면(151)의 차로 규정된다.

상술한 바와 같이, 액면(151)이 저하하는 속도는, 성장 계면(40A)이 하방으로 이동하는 속도보다 커지는 경우가 많다. 그로 인해, 결정 성장시의 메니스커스(36)의 높이(H2)는, 결정 성장 개시 초기의 메니스커스(36)의 높이(H1)(도 2 참조)보다 커지는 경우가 많다.

메니스커스(36)의 높이(H2)가 초기의 높이(H1)보다 커지면, Si-C 용액(15)에 있어서의 SiC 종결정(32) 근방의 과포화도가 커진다. 과포화도가 과잉으로 커지면, 개재물이 형성되기 쉬워져, SiC 단결정(40)의 질이 저하한다.

본 제조 방법에서는, 메니스커스(36)의 높이의 변동폭(성장시의 높이(H2)와, 초기의 높이(H1)의 차)을 소정의 범위 내에 유지하면서, SiC 단결정(40)을 성장시킨다. 그로 인해, 메니스커스(36)의 높이의 변동에 기인하는, SiC 종결정(32)의 근방 영역의 과포화도의 변화를 억제할 수 있다. 그 결과, 개재물의 형성이 억제되어, 안정된 SiC 단결정(40)의 성장이 실현된다. 따라서, 메니스커스(36)를 형성하여 장시간 결정 성장하는 경우여도, SiC 단결정(40)의 질이 저하하는 것을 억제할 수 있다.

덧붙여, SiC 단결정(40)의 확대각이 변화하기 어려워진다. 그 결과, 목적으로 하는 크기의 SiC 단결정(40)을 성장시킬 수 있다.

성장시의 메니스커스(36)의 높이(H2)는, 초기의 높이(H1)보다 작아져도 되고, 커져도 된다. 성장시의 메니스커스(36)의 높이(H2)가 초기의 높이(H1)보다 작아지는 경우, 메니스커스(36)의 높이의 변동폭(성장시의 높이(H2)와, 초기의 높이(H1)의 차)은, 바람직하게는 1.0mm 이하이고 또한 H1 미만이며, 보다 바람직하게는 0.7mm 이하이고 또한 H1 미만이며, 보다 바람직하게는 0.5mm 이하이고 또한 H1 미만이며, 더 바람직하게는 0.3mm 이하이고 또한 H1 미만이다. 성장시의 메니스커스(36)의 높이(H2)가 초기의 높이(H1)보다 커지는 경우, 메니스커스(36)의 높이의 변동폭(성장시의 높이(H2)와, 초기의 높이(H1)의 차)은, 바람직하게는 1.0mm 이하이고, 보다 바람직하게는 0.7mm 이하이며, 보다 바람직하게는 0.5mm 이하이고, 더 바람직하게는 0.3mm 이하이다.

성장시의 메니스커스(36)의 높이의 변동폭을 상기 범위 내로 하려면, 시드 샤프트(28) 및 도가니(14)의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 상대 이동시킨다. 구체적인 방법으로서는, (1) 시드 샤프트(28)를 도가니(14)에 대해 접근/이격시키는 방법이나, (2) 도가니(14)를 시드 샤프트(28)에 대해 접근/이격시키는 방법이나, (3) 시드 샤프트(28)를 도가니(14)에 대해 접근/이격시키고, 또한, 도가니(14)를 시드 샤프트(28)에 대해 접근/이격시키는 방법이 있다.

성장시의 메니스커스(36)의 높이(H2)는, 성장 계면(40A)과 액면(151)의 차이다. 따라서, 성장시의 메니스커스(36)의 높이(H2)를 구하려면, 성장 계면(40A)의 위치와, 액면(151)의 위치(높이 방향의 위치를 말한다. 이하 동일)를 구하면 된다.

성장 계면(40A)의 위치를 구하기 위해, 예를 들어, 결정 성장을 개시하고 나서부터의 시간(경과 시간)에 따른 SiC 단결정(40)의 성장 두께를 구하는 공정을 더 구비해도 된다. 이 공정은, 상술의 성장 공정보다 앞서 실시된다.

구체적으로는, 먼저, 상술의 성장 공정에 있어서 SiC 단결정(40)을 성장시킬 때와 같은 성장 조건으로 샘플 SiC 단결정을 성장시킨다. 계속해서, 샘플 SiC 단결정의 성장 두께를 샘플 성장 시간으로 나눔으로써, 단위 시간당의 샘플 SiC 단결정의 성장 두께를 구한다. 이와 같이 하여 얻어진 단위 시간당의 샘플 SiC 단결정의 성장 두께를, 단위 시간당의 SiC 단결정(40)의 성장 두께로 설정한다.

이와 같이 하여 설정된 단위 시간당의 SiC 단결정(40)의 성장 두께와, 경과 시간을 곱함으로써, 경과 시간에 따른 SiC 단결정(40)의 성장 두께(T)가 구해진다. 즉, 성장 계면(40A)의 위치가 구해진다.

성장 계면(40A)의 위치를 구하기 위해, SiC 단결정(40)의 단위 시간당의 성장 두께를 구하지 않아도 된다. 예를 들어, 어느 경과 시간에 있어서의 SiC 단결정(40)의 성장 두께로부터 다른 경과 시간에 있어서의 SiC 단결정(40)의 성장 두께를 추정해도 된다. 이 경우, 추정된 성장 두께로부터 성장 계면(40A)의 위치가 구해진다. SiC 단결정(40)의 단위 시간당의 성장 두께나, 경과 시간에 따른 SiC 단결정(40)의 성장 두께는, 시뮬레이션으로 구해도 된다. SiC 단결정(40)의 성장 조건을 바꾸는 경우에는, 이미 취득한 데이터로부터 추정해도 된다.

액면(151)의 위치를 구하기 위해, 예를 들어, 경과 시간에 따른 액면 높이의 변동량을 구하는 공정을 더 구비해도 된다. 이 공정은, 상술의 성장 공정보다 앞서 실시된다.

구체적으로는, 먼저, 상술의 성장 공정에 있어서 SiC 단결정(40)을 성장시킬 때와 같은 성장 조건으로 샘플 SiC 단결정을 성장시킨다.

계속해서, 샘플 SiC 단결정의 성장에 이용되는 샘플 Si-C 용액의 액면의 위치(높이 방향의 위치를 말한다. 이하 동일)를 구한다. 구체적으로는, 샘플 성장 개시시의 액면의 위치와, 샘플 성장 종료 후의 액면의 위치를 구한다.

샘플 성장 개시시의 액면의 위치를 구하려면, 예를 들어, 다음과 같은 방법이 있다. 먼저, 샘플 Si-C 용액을 생성한다. 계속해서, 샘플 SiC 단결정을 성장시키지 않고, 생성한 샘플 Si-C 용액을 응고시킨다. 그리고, 응고시킨 샘플 Si-C 용액의 표면의 위치를, 샘플 성장 개시시의 액면의 위치로 설정한다.

샘플 성장 개시시의 액면의 위치를 구하는 방법은, 상기 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다음과 같은 방법이 있다. 먼저, 샘플 SiC 단결정을 성장시킨다. 계속해서, 샘플 Si-C 용액을 응고시킨다. 그리고, 도가니의 내주면에 나타나는 샘플 Si-C 용액의 흔적을 참조하여, 샘플 성장 개시시의 액면의 위치를 설정한다.

샘플 성장 종료 후의 액면의 위치를 구하려면, 예를 들어, 다음과 같은 방법이 있다. 먼저, 샘플 Si-C 용액을 생성한다. 계속해서, 샘플 Si-C 용액을 응고시킨다. 그리고, 응고시킨 샘플 Si-C 용액의 표면의 위치를, 샘플 성장 종료 후의 액면의 위치로 설정한다.

계속해서, 샘플 성장 개시시의 액면의 위치와, 샘플 성장 종료 후의 액면의 위치의 차를 구한다. 이와 같이 하여 구한 액면 위치의 차를 샘플 성장 시간으로 나눈다. 이에 의해, 단위 시간당의 샘플 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량이 얻어진다. 이것을 단위 시간당의 Si-C 용액(15)의 액면 높이의 변동량으로 설정한다.

이와 같이 하여 설정된, 단위 시간당의 Si-C 용액(15)의 액면 높이의 변동량에 대해, 결정 성장을 개시하고 나서부터의 시간(경과 시간)을 곱한다. 이것에 의해, 경과 시간에 따른 Si-C 용액(15)의 액면 높이의 변동량이 구해진다.

또, 상술한 바와 같이 하여 구한, 샘플 SiC 단결정의 성장을 개시할 때의 샘플 Si-C 용액의 액면의 위치를, SiC 단결정(40)의 성장을 개시할 때의 Si-C 용액(15)의 액면의 위치로 설정한다.

이와 같이 하여 설정된, SiC 단결정(40)의 성장을 개시할 때의 Si-C 용액(15)의 액면의 위치로부터, 상술한 바와 같이 하여 구한, 경과 시간에 따른 Si-C 용액(15)의 액면 높이의 변동량을 감산한다. 이것에 의해, 액면(151)의 위치가 구해진다.

또한, 액면(151)의 위치를 구하는 방법은, 상술의 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액면(151)의 위치는 시뮬레이션으로 구해도 된다. 또, SiC 단결정(40)의 성장 조건을 바꾸는 경우에는, 이미 취득한 데이터로부터 추정해도 된다.

경과 시간에 따른 Si-C 용액(15)의 액면 높이의 변동량을 구하기 위해, 단위 시간당의 샘플 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량을 구하지 않아도 된다. 예를 들어, 샘플 성장의 개시시 및 어느 경과 시간에 있어서의 샘플 Si-C 용액의 액면의 위치로부터 추측하여, 경과 시간에 따른 Si-C 용액(15)의 액면 높이의 변동량을 구해도 된다.

또, 액면(151)의 위치를 실제로 측정해도 된다. 이 경우, 액면(151)의 위치를 측정하는 방법으로서는, 예를 들어, 비접촉으로 광학적으로 검출하는 방법이나, 액면(151)에 지그를 접촉시켜, 전기적으로 검출하는 방법이 있다. 비접촉으로 광학적으로 검출하는 방법은, 예를 들어, 삼각 측량의 원리에 의거한다. 액면(151)을 직접적인 반사체로 하여, 액면(151)의 위치를 구한다. 전기적으로 검출하는 방법은, 예를 들어, 챔버(12)와는 전기적으로 절연된 도전성 재료로 이루어지는 지그(예를 들어, 흑연제의 봉)를 강하시켜, 액면(151)에 접촉시킨다. 이때, 지그에 전압을 인가해 두면, 지그가 액면(151)과 접촉했을 때에 통전한다. 예를 들어, 지그가 한 쌍 있는 경우에는, 한 쌍의 지그 사이에서 통전한다. 혹은, 하나의 지그와 시드 샤프트(28) 사이에서 통전시켜도 된다. 통전이 발생했을 때의 지그의 위치에 의거하여, 액면(151)의 위치를 검출한다. 액면(151)의 위치를 검출하면, 지그를 상승시켜, 액면(151)으로부터 떼어 놓는다. 소정 시간 경과하면, 지그를 다시 강하시켜, 액면(151)의 위치를 검출한다. 이때에 이용하는 지그는, 앞선 검출에 이용한 지그와는 상이한 지그인 것이 바람직하다. 앞선 검출에 이용한 지그로는, 지그에 부착하여 응고한 Si-C 용액(15)에 의해, 정확한 액면 위치의 검출을 할 수 없을 우려가 있기 때문이다.

상술과 같이 하여 구한 성장 계면(40A)의 위치와 액면(151)의 위치의 차를, 성장시의 메니스커스(36)의 높이(H2)로 설정한다. 그리고, 성장시의 높이(H2)와 초기의 높이(H1)의 차를, 성장시에 있어서의 메니스커스(36)의 높이의 변동폭으로 설정한다. 이 변동폭이, 소정의 범위 내(구체적으로는, 상술의 범위 내)가 되도록, 시드 샤프트(28) 및 도가니(14)의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 상대 이동시킨다. 이것에 의해, 안정된 SiC 단결정(40)의 성장을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 제조 방법은, SiC 단결정(40)을 성장시키고 있을 때의 메니스커스(36)의 높이(H2)의 변동폭을 소정의 범위 내로 하면 되며, 상술의 제조 방법에 한정되지 않는다.

［제2 실시 형태］

상술한 대로, 성장 시간을 길게 하면, SiC 단결정을 두껍게 육성할 수 있는 한편, Si-C 용액의 액면이 저하한다.

Si-C 용액(15)의 액면이 저하하면, 액면과 고주파 코일(18)의 위치 관계가 어긋난다. 그로 인해, 고주파 코일(18)에 의한 Si-C 용액(15)의 가열 조건이 변화하기 쉽다. 이하, 이 점에 대해 설명한다.

고주파 코일(18)은, 통 형상의 공심 코일이며, 도 1에 도시하는 바와 같이, 도가니(14)를 둘러싸도록 배치된다. 고주파 코일(18)의 높이 중앙 위치(C1)에서의 가열 온도는, 고주파 코일(18)의 상단 또는 하단에서의 가열 온도보다 높다. 즉, 고주파 코일(18)의 가열 온도는, 고주파 코일(18)의 높이 방향에서 상이하다. 그로 인해, SiC 단결정의 성장이 진행하여, 만일, Si-C 용액(15)의 액면(15A)이 저하하면, 고주파 코일(18)과 액면(15A)의 위치 관계가 변화한다. 이 경우, 고주파 코일(18)에 의한 Si-C 용액(15)의 가열 조건이 변화하는 경우가 있다.

고주파 코일(18)에 의한 Si-C 용액(15)의 가열 조건이 변화하면, SiC 종결정(32)의 근방 영역의 온도가 변화한다. 근방 영역의 온도가 변화하면, 근방 영역의 SiC의 과포화도가 변화한다. 이 과포화도가 적정한 범위로부터 벗어나면, 개재물이 발생하기 쉬워져, SiC 단결정의 질이 저하한다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 성장 공정에 있어서, 제1 실시 형태와 마찬가지로 메니스커스의 변동폭을 소정의 범위(X1) 내에 유지하면서, 또한, Si-C 용액(15)의 액면과 고주파 코일(18)의 높이 중심(C1)의 높이 방향에 있어서의 이격 거리의 변동폭(H3-H4=D1)을 소정의 범위 내에 유지한다(도 1 참조). 이 경우, 고주파 코일(18)과 Si-C 용액(15)의 액면의 위치 관계가 소정 범위(X2) 내에 유지된다. 그로 인해, Si-C 용액(15)의 가열 조건의 변화가 억제된다. 그 결과, 개재물의 발생이 억제되어, SiC 단결정의 질이 향상한다. 또한, 소정 범위(X1)와 소정 범위(X2)는 같은 값이어도 되고, 상이해도 된다.

결정 성장시의 액면(151)과 높이 중심(C1)의 높이 방향에 있어서의 이격 거리(H3)는, 결정 성장 개시 초기의 액면(15A)과 높이 중심(C1)의 높이 방향에 있어서의 이격 거리(H4)보다 작아져도 되고, 커져도 된다. 결정 성장시의 이격 거리(H3)가 초기의 이격 거리(H4)보다 작아지는 경우, 변동폭(D1)은, 바람직하게는 1.0mm 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5mm 이하이며, 더 바람직하게는 0.2mm 이하이다. 성장시의 이격 거리(H3)가 초기의 이격 거리(H4)보다 커지는 경우, 변동폭(D1)은, 바람직하게는 1.0mm 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5mm 이하이며, 더 바람직하게는 0.2mm 이하이다.

이해를 용이하게 하기 위해, 도 1에서는, 높이 중심(C1)은 결정 성장 개시 초기의 액면(15A)보다 높은 위치에 있다. 결정 성장 개시 초기에 있어서, 높이 중심(C1)은 액면(15A)과 같은 높이에 있어도 된다.

변동폭(D1)을 소정 범위 내로 하려면, 변동폭(D1)에 의거하여, 도가니(14) 및 고주파 코일(18)의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시킨다. 구체적인 방법으로서는, (1) 고주파 코일(18)을 도가니(14)에 대해 높이 방향으로 상대 이동시키는 방법, (2) 도가니(14)를 고주파 코일(18)에 대해 높이 방향으로 상대 이동시키는 방법, 및, (3) 고주파 코일(18)을 도가니(14)에 대해 높이 방향으로 상대 이동시키고, 또한, 도가니(14)를 고주파 코일(18)에 대해 높이 방향으로 상대 이동시키는 방법, 등이 있다.

변동폭(D1)을 상기 범위 내로 하려면, 예를 들어, Si-C 용액(15)의 액면의 위치를 구하면 된다.

Si-C 용액(15)의 액면의 위치를 구하기 위해, 예를 들어, 경과 시간에 따른 Si-C 용액(15)의 액면 높이의 변동량을 설정하는 공정(설정 공정)을 더 구비해도 된다. 이 공정은, 상술의 성장 공정보다 앞서 실시된다. 경과 시간에 따른 액면 높이의 변동량을 구하는 방법은, 예를 들어, 제1 실시 형태에서 서술한 대로이다.

경과 시간에 따른 Si-C 용액(15)의 액면의 위치와, 초기의 Si-C 용액(15)의 액면의 위치의 차를, 변동폭(D1)이라고 정의한다. 변동폭(D1)이, 소정의 범위 내(구체적으로는, 상술의 범위 내)가 되도록, 도가니(14) 및 고주파 코일(18)의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 상대 이동시킨다. 이것에 의해, 성장 시간이 길어지는 경우여도, 안정된 SiC 단결정의 성장을 실현할 수 있다.

상술의 제2 실시 형태에서는, 성장 공정에 있어서, 메니스커스의 높이의 변동폭이 소정 범위(X1) 내가 되도록 제어하고, 또한, 변동폭(D1)이 소정 범위(X2) 내가 되도록 제어한다. 그러나, 성장 공정에 있어서, 메니스커스 높이의 변동폭에 대해서는 제어하지 않고, 변동폭(D1)이 소정 범위 내가 되도록 제어해도 된다.

제2 실시 형태에 의한 제조 방법에서는, 메니스커스의 높이의 변동폭 및 변동폭(D1)을 소정의 범위 내로 하면 되고, 상술의 제조 방법에 한정되지 않는다.

제2 실시 형태에서는, 가열 장치로서 고주파 코일(18)을 이용한다. 그러나, 가열 장치는 고주파 코일(18) 이외의 다른 가열 장치여도 된다.

실시예 1

성장 공정에 있어서의 메니스커스 높이의 변동폭을 변경하여, 4종류의 SiC 단결정(실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2)을 제조했다. 제조된 SiC 단결정의 질을 평가했다.

［본 발명예 1의 제조 조건］

Si-C 용액의 원료의 조성은, 원자비로, Si：Cr=0.6：0.4였다. Si-C 용액에 있어서의 SiC 종결정 근방의 온도(결정 성장 온도)는, 1850℃였다. SiC 종결정 근방의 온도 구배는, 15℃/cm였다. SiC 종결정은, 4H 다형의 SiC 종결정이었다. SiC 종결정의 결정 성장면은, (000-1)면이었다. SiC 종결정을 Si-C 용액에 접촉시킨 후, SiC 종결정을 1.0mm 끌어올려, SiC 종결정의 결정 성장면과 Si-C 용액 사이에 메니스커스를 형성했다. 즉, 결정 성장을 개시할 때의 메니스커스 높이는, 1.0mm였다. 결정 성장을 개시하고 나서부터 5시간 경과한 후, 시드 샤프트를 강하시켰다. 성장 공정 중에 있어서의 시드 샤프트의 강하 속도는, 0.1mm/hr였다. 시드 샤프트의 강하 속도는, 메니스커스 높이의 변동폭이 0.3mm가 되도록 설정했다. 구체적으로는, 같은 제조 조건으로 샘플 SiC 단결정을 제조했을 때의, 샘플 SiC 단결정의 성장 두께, 및, 샘플 Si-C 용액의 액면 저하량에 의거하여, 시드 샤프트의 강하 속도를 설정했다. 성장 시간은, 20시간이었다. 즉, 시드 샤프트를 강하시키고 있던 시간은 15시간이었다. 시드 샤프트의 강하량은, 1.5mm였다.

［본 발명예 2의 제조 조건］

본 발명예 2의 제조 조건은, 본 발명예 1의 제조 조건에 비해, 시드 샤프트의 강하 속도가 상이했다. 구체적으로는, 시드 샤프트의 강하 속도는, 0.06mm/hr였다. 시드 샤프트의 강하 속도는, 메니스커스 높이의 변동폭이 0.7mm가 되도록 설정했다. 구체적으로는, 같은 제조 조건으로 샘플 SiC 단결정을 제조했을 때의, 샘플 SiC 단결정의 성장 두께, 및, 샘플 Si-C 용액의 액면 저하량에 의거하여 설정했다. 시드 샤프트를 강하시킨 시간은 15시간이었다. 시드 샤프트의 강하량은 0.9mm였다. 본 발명예 2의 그 외의 제조 조건은, 본 발명예 1과 같았다.

［비교예 1의 제조 조건］

비교예 1의 제조 조건은, 본 발명예 1의 제조 조건에 비해, 결정 성장 때에 시드 샤프트를 같은 위치에 유지했다. 비교예 1의 그 외의 제조 조건은 본 발명예 1과 같았다.

［비교예 2의 제조 조건］

비교예 2의 제조 조건은, 본 발명예 1의 제조 조건에 비해, 시드 샤프트를 강하시키는 대신에, 시드 샤프트를 상승시켰다. 시드 샤프트의 상승 속도는, 0.1mm/hr였다. 그 외의 제조 조건은, 본 발명예 1과 같았다.

［평가 방법］

제조된 SiC 단결정의 표면을 광학 현미경으로 관찰했다. 그 결과를, 도 4~도 7에 도시한다. 도 4는, 본 발명예 1에 따른 SiC 단결정의 표면을 도시하는 사진이다. 도 5는, 본 발명예 2에 따른 SiC 단결정의 표면을 도시하는 사진이다. 도 6은, 비교예 1에 따른 SiC 단결정의 표면을 도시하는 사진이다. 도 7은, 비교예 2에 따른 SiC 단결정의 표면을 도시하는 사진이다.

SiC 단결정을 결정 성장 방향으로 절단하여, 양호하게 성장한 SiC 단결정의 성장 두께를 측정했다. 구체적으로는, 연마한 절단면(관찰면)을 광학 현미경으로 관찰했다. 관찰면에 있어서, SiC 다결정을 두께의 측정 대상으로부터 제외했다. 또한, 용매의 혼입(개재물)을 포함하는 SiC 단결정 부분을, 두께의 측정 대상으로부터 제외했다. 관찰면 중, 개재물이 없는 것이 확인된 SiC 단결정의 성장 두께를 측정했다. 다결정 및 개재물의 확인은, 배율 100배로 행했다.

도가니의 내주면에 형성된 Si-C 용액의 흔적에 의거하여, Si-C 용액의 액면의 저하량을 측정했다. Si-C 용액의 액면의 저하량, SiC 단결정의 두께 및 시드 샤프트의 변위량에 의거하여, 메니스커스 높이의 변동폭을 구했다. 구체적으로는, 시드 샤프트가 하강하는 경우(본 발명예 1, 2)에는, Si-C 용액의 액면의 저하량으로부터 SiC 단결정의 두께 및 시드 샤프트의 변위량을 감산했다. 시드 샤프트가 상승하는 경우(비교예 2)에는, Si-C 용액의 액면의 저하량으로부터 SiC 단결정의 두께를 감산한 후, 시드 샤프트의 변위량을 가산했다. 그 결과를, 표 1에 기재한다. 또한, 비교예 1, 2에서는, SiC 단결정의 표면(성장 계면)에 다결정이 성장했기 때문에, SiC 단결정의 두께를 측정할 수 없었다. 그로 인해, 메니스커스 높이의 변동폭을 구할 때에 이용하는 SiC 단결정의 두께에는, 실시예 1의 SiC 단결정의 두께를 이용했다.

[표 1]

본 발명예 1, 2의 메니스커스 높이의 변동폭은, 의도한 변동폭과 같았다. 이들은, 어느 쪽도, 초기의 메니스커스 높이보다 작았다. 따라서, 본 발명예 1, 2의 메니스커스 높이의 변동폭은, 본 발명의 범위 내였다.

비교예 1, 2의 메니스커스 높이의 변동폭은, 초기의 메니스커스 높이보다 컸다. 따라서, 비교예 1, 2의 메니스커스 높이의 변동폭은, 본 발명의 범위 외였다.

도 4~도 7을 참조하여, 본 발명예 1, 2에서는, 비교예 1, 2에 비해, 제조된 SiC 단결정의 표면이 평탄했다. 본 발명예 1 및 2에 있어서, 개재물을 포함하지 않는 SiC 단결정의 두께는, 2.0mm 이상이었다. 한편, 비교예 1 및 2에서는, 개재물을 포함하지 않는 SiC 단결정은 제조되지 않았다. 따라서, 본 발명예의 제조 방법에 의하면, SiC 단결정의 질이 향상하는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 2

SiC 단결정을 성장시킬 때의 Si-C 용액의 액면과 고주파 코일의 높이 중심의 높이 방향에 있어서의 이격 거리의 변동폭을 변경하여, 5종류의 SiC 단결정(본 발명예 3, 본 발명예 4, 본 발명예 5, 및, 비교예 3)을 제조했다. 그리고, 제조된 SiC 단결정의 질을 평가했다.

［본 발명예 3의 제조 조건］

Si-C 용액의 원료의 조성은, 원자비로, Si：Cr=0.6：0.4였다. Si-C 용액에 있어서의 SiC 종결정 근방의 온도(결정 성장 온도)는, 1940℃이었다. SiC 종결정 근방의 온도 구배는, 15℃/cm였다. SiC 종결정은, 4H 다형의 SiC 종결정이었다. SiC 종결정의 결정 성장면은, (000-1)면이었다. SiC 종결정을 Si-C 용액에 접촉시킨 후, SiC 종결정을 0.5mm 끌어올려, SiC 종결정의 결정 성장면과 Si-C 용액의 액면 사이에 메니스커스를 형성했다. 즉, 결정 성장을 개시할 때의 메니스커스 높이는, 0.5mm였다. 결정 성장을 개시하고 나서 5시간 경과한 후, 고주파 코일을 강하했다. 고주파 코일의 강하 속도는, 0.2mm/hr였다. 고주파 코일의 강하 속도는, Si-C 용액의 액면과 고주파 코일의 높이 중심의 높이 방향에 있어서의 이격 거리의 변동폭이 0.2mm가 되도록 설정했다. 구체적으로는, 같은 제조 조건으로 샘플 SiC 단결정을 제조했을 때의 샘플 Si-C 용액의 액면 저하량에 의거하여, 고주파 코일의 강하 속도를 설정했다. 성장 시간은, 25시간이었다. 즉, 고주파 코일을 강하시키고 있던 시간은 20시간이었다.

［본 발명예 4의 제조 조건］

본 발명예 4의 제조 조건은, 본 발명예 3의 제조 조건에 비해, 고주파 코일의 강하 속도가 상이했다. 또한, 본 발명예 4에서는, 고주파 코일의 강하와 더불어, 도가니를 상승시켰다. 고주파 코일의 강하 속도는, 0.1mm/hr였다. 도가니의 상승 속도는, 0.1mm/hr였다. 고주파 코일의 강하 속도 및 도가니의 상승 속도는, Si-C 용액의 액면과 고주파 코일의 높이 중심의 높이 방향에 있어서의 이격 거리의 변동폭이 0.2mm가 되도록 설정했다. 구체적으로는, 같은 제조 조건으로 샘플 SiC 단결정을 제조했을 때의 샘플 Si-C 용액의 액면 저하량에 의거하여, 고주파 코일의 강하 속도 및 도가니의 상승 속도를 설정했다. 그 외의 조건은 본 발명예 3과 같게 했다.

［본 발명예 5의 제조 조건］

본 발명예 5의 제조 조건은, 본 발명예 3의 제조 조건에 비해, 시드 샤프트를 강하했다. 시드 샤프트의 강하는, 고주파 코일의 강하와 더불어 행했다. 시드 샤프트의 강하 속도는, 0.025mm/hr였다. 시드 샤프트의 강하 속도는, 메니스커스 높이의 변동폭이 0.3mm가 되도록 설정했다. 구체적으로는, 같은 제조 조건으로 샘플 SiC 단결정을 제조했을 때의, 샘플 SiC 단결정의 성장 두께, 및, 샘플 Si-C 용액의 액면 저하량에 의거하여, 시드 샤프트의 강하 속도를 설정했다. 본 발명예 5의 그 외의 조건은, 본 발명예 3과 같게 했다.

［비교예 3의 제조 조건］

비교예 3의 제조 조건은, 본 발명예 3의 제조 조건에 비해, 고주파 코일을 강하하지 않았다. 즉, 성장 공정에 있어서, 고주파 코일, 도가니 및 시드 샤프트는, 어느 쪽도 같은 위치에 있었다. 비교예 3의 그 외의 조건은, 본 발명예 3과 같게 했다.

［평가 방법］

실시예 1과 같은 방법에 의해, 본 발명예 3~5 및 비교예 3의, 개재물을 포함하지 않는 SiC 단결정의 성장 두께를 측정했다. 측정 결과를 표 2에 기재한다.

표 2 중의 평가란의 「E」(Excellent)는, 개재물을 포함하지 않는 SiC 단결정의 성장 두께가 3.5mm 이상인 것을 의미한다. 「G」(Good)는, 성장 두께가 2.5~3.5mm 미만인 것을 의미한다. 「NA」(Not Acceptable)는, 성장 두께가 2.5mm 미만인 것을 의미한다.

또한, 본 발명예 3~5 및 비교예 3에 있어서, Si-C 용액의 액면과 고주파 코일의 높이 중심의 높이 방향에 있어서의 이격 거리의 변동폭, 및, 메니스커스 높이의 변동폭을 구했다. 그 결과를 표 2에 기재한다. 이들 변동폭을 구할 때에 이용한 Si-C 용액의 액면의 저하량은, 도가니의 내주면에 형성된 Si-C 용액의 흔적에 의거하여 측정했다.

Si-C 용액의 액면과 고주파 코일의 높이 중심의 높이 방향에 있어서의 이격 거리의 변동폭을 다음의 방법으로 구했다. 본 발명예 3 및 5에 대해서는, 고주파 코일의 강하량과 Si-C 용액의 액면 저하량의 차분을 상기 변동폭으로 했다. 본 발명예 4에 대해서는, 고주파 코일의 도가니에 대한 상대 이동 거리와, Si-C 용액의 액면 저하량의 차를 상기 변동폭으로 했다. 비교예 3에 대해서는, Si-C 용액의 액면 저하량을 상기 변동폭으로 했다.

메니스커스 높이의 변동폭에 대해서는, 이하와 같이 하여 구했다. 본 발명예 3 및 비교예 3에 대해서는, Si-C 용액의 액면 저하량으로부터 SiC 단결정의 성장 두께를 감산한 값을, 메니스커스 높이의 변동폭으로 했다. 본 발명예 4에 대해서는, Si-C 용액의 액면 저하량으로부터 SiC 단결정의 성장 두께 및 도가니의 상승량을 감산한 값을, 메니스커스 높이의 변동폭으로 했다. 본 발명예 5에 대해서는, Si-C 용액의 액면 저하량으로부터 SiC 단결정의 성장 두께 및 시드 샤프트의 강하량을 감산한 값을, 메니스커스 높이의 변동폭으로 했다.

[표 2]

본 발명예 3~5는, 비교예 3에 비해, 제조된 SiC 단결정의 표면이 평탄했다. 비교예 3은, 제조된 SiC 단결정의 표면에 SiC 다결정이 성장했다.

본 발명예 3~5에서는 또한, 비교예 3에 비해, 개재물을 포함하지 않는 SiC 단결정의 두께가 두꺼웠다. 특히, 본 발명예 5에서는, 본 발명예 3 및 4보다, 개재물을 포함하지 않는 SiC 단결정의 두께가 두꺼웠다. 본 발명예의 제조 방법에 의해 SiC 단결정의 질이 향상하는 것을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해, 상술해 왔으나, 이들은 어디까지나 예시이며, 본 발명은, 상술의 실시 형태에 의해, 하등, 한정되지 않는다.

예를 들어, SiC 단결정을 성장시키고 있을 때에, Si-C 용액의 원료를 추가해도 된다. 이 경우, Si-C 용액의 액면은 상승한다. 본 발명은, Si-C 용액의 액면이 상승하는 경우에도 적용할 수 있다.

Claims

용액 성장법에 의해 SiC 단결정을 제조하는 제조 방법으로서,
Si-C 용액의 원료가 수용되는 도가니와, SiC 종결정이 부착되는 시드 샤프트를 포함하는 제조 장치를 준비하는 준비 공정과,
상기 도가니 내의 원료를 가열하여 용융하고, 상기 Si-C 용액을 생성하는 생성 공정과,
상기 Si-C 용액에 상기 SiC 종결정을 접촉시켜, 상기 SiC 종결정 상에서 상기 SiC 단결정을 성장시키는 성장 공정을 구비하고,
상기 성장 공정은,
상기 SiC 단결정의 성장 계면과 상기 Si-C 용액의 액면 사이에 메니스커스를 형성하는 형성 공정과,
상기 시드 샤프트 및 상기 도가니의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시킴으로써, 상기 메니스커스의 높이의 변동폭을 소정의 범위 내에 유지하는 제1 유지 공정을 포함하고,
상기 제1 유지 공정에서는, 경과 시간에 따른 상기 SiC 단결정의 성장 두께와, 상기 성장 공정에 있어서의 상기 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 상기 시드 샤프트 및 상기 도가니의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시키는, 제조 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 성장 공정에 있어서 상기 SiC 단결정을 성장시킬 때와 같은 성장 조건으로 성장시킨 샘플 SiC 단결정의 성장 두께에 의거하여, 상기 경과 시간에 따른 상기 SiC 단결정의 성장 두께를 구하는 공정을 더 구비하는, 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 유지 공정에서는, 경과 시간에 따른 상기 SiC 단결정의 성장 두께 및 상기 경과 시간에 따른 상기 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 상기 시드 샤프트 및 상기 도가니의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시키는, 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 성장 공정에 있어서 상기 SiC 단결정을 성장시킬 때와 같은 성장 조건으로 성장시킨 샘플 SiC 단결정의 성장 두께에 의거하여, 상기 경과 시간에 따른 상기 SiC 단결정의 성장 두께를 구하는 공정과,
상기 샘플 SiC 단결정의 성장에 이용되는 샘플 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 상기 경과 시간에 따른 상기 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량을 구하는 공정을 더 구비하는, 제조 방법.
청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제조 장치는,
상기 도가니의 측벽의 주위에 배치되는 고주파 코일을 더 포함하고,
상기 성장 공정은,
상기 도가니 및 상기 고주파 코일의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시켜, 상기 Si-C 용액의 액면과 상기 고주파 코일의 높이 중심의 높이 방향에 있어서의 이격 거리의 변동폭을 소정의 범위 내에 유지하는 제2 유지 공정을 더 포함하는, 제조 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 유지 공정에서는, 상기 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 상기 도가니 및 상기 고주파 코일의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시키는, 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 유지 공정에서는, 경과 시간에 따른 상기 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 상기 도가니 및 상기 고주파 코일의 적어도 한쪽을 다른쪽에 대해 높이 방향으로 상대 이동시키는, 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 성장 공정에 있어서 상기 SiC 단결정을 성장시킬 때와 같은 성장 조건으로 샘플 SiC 단결정을 성장시키는 공정과,
상기 샘플 SiC를 성장시킬 때에 이용되는 샘플 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량에 의거하여, 경과 시간에 따른 상기 Si-C 용액의 액면 높이의 변동량을 구하는 공정을 더 구비하는, 제조 방법.