KR101934189B1

KR101934189B1 - SiC 단결정 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101934189B1
Application number: KR1020170044381A
Authority: KR
Inventors: 히로노리 다이코쿠; 가즈히코 구스노키; 가즈아키 세키
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-12-31
Also published as: JP2017202969A; KR20170126789A

Abstract

(과제) 4H 이외의 폴리 타입의 발생을 억제하여 4H-SiC 단결정을 성장시키는 SiC 단결정의 제조 방법을 제공한다.
(해결 수단) 내부로부터 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, 종결정 기판을 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법으로서, 상기 종결정 기판이 4H-SiC 이고, 상기 종결정 기판의 (000-1) 면을 성장면으로 하는 것, 상기 Si-C 용액의 표면 중 상기 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부의 온도를 1900 ℃ 이상으로 하는 것, 및 상기 중앙부와 상기 중앙부로부터 연직 방향 하방으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배 (ΔTc) 와, 상기 중앙부와 상기 중앙부로부터 수평 방향으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배 (ΔTa) 의 비 (ΔTc/ΔTa) 를 1.7 이상으로 하는 것을 포함하는, SiC 단결정의 제조 방법.

Description

SiC 단결정 및 그 제조 방법{SiC SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 개시는 SiC 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.

SiC 단결정은, 열적, 화학적으로 매우 안정적이고, 기계적 강도가 우수하며, 방사선에 강하고, 또한 Si 단결정에 비해 높은 절연 파괴 전압, 높은 열전도율 등의 우수한 물성을 갖는다. 그래서, Si 단결정이나 GaAs 단결정 등의 기존 반도체 재료로는 실현할 수 없는 고출력, 고주파, 내전압, 내환경성 등을 실현할 수 있고, 대 (大) 전력 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 결함이라 불리는 중공 관통상의 결함이나 적층 결함 등의 격자 결함 및 이종 폴리 타입 (결정 다형) 이 잘 발생한다는 결점을 갖지만, 종래 SiC 벌크 단결정의 상당수는 승화법에 의해 제조되고 있고, 성장 결정의 결함을 저감시키는 시도도 행해지고 있다. 애치슨법에서는 원료로서 규석과 코크스를 사용하여 전기로 내에서 가열하기 때문에, 원료 중의 불순물 등에 의해 결정성이 높은 단결정을 얻는 것은 불가능하다.

그리고, 용액법은, 흑연 도가니 내에서 Si 융액 또는 Si 이외의 금속을 융해시킨 Si 융액을 형성하고, 그 융액 중에 C 를 용해시키고, 저온부에 설치한 종 (種) 결정 기판 상에 SiC 결정층을 석출시켜 성장시키는 방법이다. 용액법은 기상법에 비해 열평형에 가까운 상태에서의 결정 성장이 실시되기 때문에, 저결함화를 가장 기대할 수 있고, 이종 폴리 타입도 잘 발생하지 않는다. 그래서, 최근에는, 용액법에 의한 SiC 단결정의 제조 방법이 몇 가지 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 종결정 기판으로서 육방정 SiC 단결정의 (000-1) 면을 사용하며, 융액의 깊이 방향의 온도 구배를 1 ∼ 5 ℃/mm 의 범위 내에서 결정 성장시키는, 육방정 SiC 단결정의 제조 방법이 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 1 등의 종래 방법에서는, 예를 들어 4H-SiC 종결정 상에 결정 성장시켜도, 6H 나 15R 등이 결정 성장하여, 4H 를 유지할 수 없는 등, 폴리 타입의 제어를 충분히 실시하는 것이 어려웠다.

일본 공개특허공보 2007-197274호 일본 공개특허공보 2006-131433호

SiC 결정에는, 2H, 3C, 4H, 6H 및 15R 과 같은 폴리 타입 (결정 다형) 을 갖는 것이 알려져 있다. 각 폴리 타입은, 물리적, 전기적 특성이 서로 상이하기 때문에, SiC 결정을 디바이스에 응용하기 위해서는, 폴리 타입의 제어를 실시할 필요가 있다. 디바이스 응용에는, 홀 이동도가 커 파워 디바이스로서 사용했을 때의 온 저항을 작게 할 수 있는 관점에서, 4H-SiC 가 바람직하게 사용된다. 그러나, 특허문헌 1 등의 종래 방법에서는, 이종 폴리 타입이 생성되어, 4H-SiC 단결정을 안정적으로 얻는 것이 어려웠다.

따라서, 폴리 타입의 제어를 충분히 실시할 수 있는 SiC 단결정의 제조 방법이 요망되고 있다.

본원 발명자는, 폴리 타입의 제어에 대해서 예의 연구하여, 특허문헌 1 등의 종래 기술에 있어서는, Si-C 용액의 수평 방향 (성장면에 평행 방향) 의 온도 구배가 고려되어 있지 않아, 수평 방향의 온도 구배가 커진 경우, 테라스 폭이 넓어져, 이종 폴리 타입의 핵이 테라스에 발생하여, 폴리 타입의 제어를 충분히 할 수 없다는 지견을 얻었다. 그리고, 본원 발명자는, 종결정 기판으로서 4H-SiC 단결정을 사용하며, 종결정 기판의 (000-1) 면을 성장면으로 하면서, Si-C 용액의 연직 방향의 온도 구배에 대하여 수평 방향의 온도 구배를 작게 함으로써, 4H 이외의 폴리 타입의 발생을 억제하여 4H-SiC 단결정을 성장시킬 수 있음을 알아냈다.

본 개시는, 내부로부터 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, 종결정 기판을 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법으로서,

상기 종결정 기판이 4H-SiC 이고,

상기 종결정 기판의 (000-1) 면을 성장면으로 하는 것,

상기 Si-C 용액의 표면 중 상기 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부의 온도를 1900 ℃ 이상으로 하는 것, 및

상기 중앙부와 상기 중앙부로부터 연직 방향 하방으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배 (ΔTc) 와, 상기 중앙부와 상기 중앙부로부터 수평 방향으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배 (ΔTa) 의 비 (ΔTc/ΔTa) 를 1.7 이상으로 하는 것을 포함하는, SiC 단결정의 제조 방법을 대상으로 한다.

본 개시는 또한 성장면에 있어서의 테라스 폭이 11 ㎛ 이하이며 4H 율이 46 ％ 이상인 SiC 단결정을 대상으로 한다.

본 개시의 방법에 따르면, 4H 이외의 폴리 타입의 발생을 억제하여 4H-SiC 단결정을 성장시킬 수 있다.

도 1 은, 본 개시의 제조 방법에 이용될 수 있는 SiC 단결정 제조 장치의 단면 모식도이다.
도 2 는, Si-C 용액 (24) 의 표면 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부 부근의 확대 모식도이다.
도 3 은, 큰 폭을 갖는 테라스에 4H 이외의 2 차원 핵이 발생하는 양태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 4 는, 테라스 폭이 작아 4H 이외의 2 차원 핵이 발생하지 않는 양태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 5 는, 종결정 기판 (14) 과 Si-C 용액 (24) 사이에 형성되는 메니스커스 (34) 의 단면 모식도이다.
도 6 은, 4H 로 판정한 성장 결정의 라만 스펙트럼이다.
도 7 은, 얻어진 성장 결정을 성장면으로부터 관찰한 외관 사진이다.
도 8 은, 얻어진 성장 결정의 성장면을 확대한 광학 현미경 사진이다.
도 9 는, 얻어진 성장 결정을 성장면으로부터 관찰한 외관 사진이다.
도 10 은, 얻어진 성장 결정의 성장면을 확대한 광학 현미경 사진이다.
도 11 은, 4H 이외의 폴리 타입이 발생한 성장 결정의 라만 스펙트럼이다.
도 12 는, 얻어진 성장 결정을 성장면으로부터 관찰한 외관 사진이다.
도 13 은, 얻어진 성장 결정의 성장면을 확대한 광학 현미경 사진이다.
도 14 는, ΔTc/ΔTa 에 의한 4H 율을 나타내는 그래프이다.
도 15 는, Si-C 용액의 표면 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부의 온도와 4H 율의 관계를 나타내는 그래프이다.

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

SiC 결정에는 다양한 폴리 타입이 있고, 자유 에너지에 차이가 거의 없기 때문에, 종래, 용액법을 이용하여 4H-SiC 의 종결정 기판 상에 결정 성장시킨 경우에도, 6H 나 15R 등이 결정 성장하여, 4H-SiC 단결정을 안정적으로 얻는 것이 어려웠다.

이에 비해, 본원 발명자는, 종결정 기판으로서 4H-SiC 단결정을 사용하며, 종결정 기판의 (000-1) 면을 성장면으로 하면서, Si-C 용액의 연직 방향의 온도 구배에 대하여 수평 방향의 온도 구배를 작게 함으로써, 4H 이외의 폴리 타입의 발생을 억제하여 4H-SiC 단결정을 안정적으로 성장시킬 수 있음을 알아냈다.

본 개시는, 내부로부터 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, 종결정 기판을 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법으로서, 상기 종결정 기판이 4H-SiC 이고, 상기 종결정 기판의 (000-1) 면을 성장면으로 하는 것, 상기 Si-C 용액의 표면 중 상기 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부의 온도를 1900 ℃ 이상으로 하는 것, 및 상기 중앙부와 상기 중앙부로부터 연직 방향 하방으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배 (ΔTc) 와, 상기 중앙부와 상기 중앙부로부터 수평 방향으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배 (ΔTa) 의 비 (ΔTc/ΔTa) 를 1.7 이상으로 하는 것을 포함하는, SiC 단결정의 제조 방법을 대상으로 한다.

본 개시의 방법에 따르면, 4H 이외의 폴리 타입의 발생을 억제하여 안정적으로 4H-SiC 단결정을 성장시킬 수 있다.

본 개시의 방법에 있어서는 용액법이 이용된다. 용액법이란, 내부 (심부) 로부터 액면 (표면) 을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, SiC 종결정 기판을 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법이다. Si-C 용액의 내부로부터 Si-C 용액의 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 형성함으로써, Si-C 용액의 표면 영역을 과포화로 하고, Si-C 용액에 접촉시킨 종결정 기판으로부터 SiC 단결정을 성장시킬 수 있다.

도 1 에, 본 개시의 제조 방법에 사용될 수 있는 SiC 단결정 제조 장치의 단면 모식도의 일례를 나타낸다. 도시된 SiC 단결정 제조 장치 (100) 는, Si 또는 Si/X (X 는 Si 이외의 1 종 이상의 금속) 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, 연직 방향으로 승강 가능한 종결정 유지축 (12) 의 선단에 유지된 종결정 기판 (14) 을 Si-C 용액 (24) 에 접촉시켜, 종결정 기판 (14) 으로부터 SiC 단결정을 성장시킬 수 있다.

Si-C 용액 (24) 중에 용해된 C 는 확산 및 대류에 의해 분산된다. 종결정 기판 (14) 의 하면 근방은, Si-C 용액 (24) 의 내부보다 저온이 되는 온도 구배 (ΔTc) 가 형성되어 있으므로, 고온에서 용해도가 큰 용액 내부에 녹아든 C 가, 저온에서 용해도가 낮은 종결정 기판 부근에 도달하면 과포화 상태가 되고, 이 과포화도를 구동력으로 하여 종결정 기판 (14) 상에 SiC 결정을 성장시킬 수 있다.

본 개시의 방법에 사용하는 종결정 기판은, (000-1) 면을 갖는 4H-SiC 단결정이면 되고, SiC 단결정의 제조에 일반적으로 사용되는 품질의 단결정을 종결정 기판으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 승화법으로 일반적으로 제조한 SiC 단결정을 종결정 기판으로서 사용할 수 있다.

종결정 기판은, 4H-SiC 단결정이며 (000-1) 면을 갖는 한, 판 형상, 원반 형상, 원기둥 형상, 각기둥 형상, 원뿔사다리 형상, 각뿔사다리 형상 등의 임의의 형상일 수 있다.

본 개시의 방법에 있어서는, 종결정 기판의 (000-1) 면을 성장면으로 한다. 종결정 기판의 (000-1) 면을 성장면으로 함으로써, 성장 계면에 금속 인클루전을 혼입하지 않고 단결정 성장시킬 있다.

본 개시의 방법에 있어서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, Si-C 용액 (24) 의 표면 (액면) 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부 (중앙 위치) 와 상기 중앙부로부터 연직 방향 하방으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배를 ΔTc 로 하고, 상기 중앙부와 상기 중앙부로부터 수평 방향으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배를 ΔTa 로 하여, ΔTc 와 ΔTa 의 비인 ΔTc/ΔTa 를 1.7 이상으로 한다. 도 2 는, Si-C 용액 (24) 의 표면 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부 부근의 확대 모식도이다.

ΔTc 는, Si-C 용액 (24) 의 액면에 대하여 수직 방향인 표면 영역의 온도 구배로서, Si-C 용액의 내부로부터 용액의 액면 (표면) 을 향하여 온도 저하되는 온도 구배이다. ΔTc 는, Si-C 용액의 표면 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부에 있어서의 저온측이 되는 온도 A 와, 상기 중앙부로부터 연직 방향으로 10 mm 인 깊이에 있어서의 고온측이 되는 온도 B 를, 종결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시키기 전에 열전대를 사용하여 사전에 측정하고, 그 온도차를, 온도 A 및 온도 B 를 측정한 위치 간의 거리 10 mm 로 나눔으로써, 평균값으로서 산출할 수 있다.

ΔTa 는, Si-C 용액의 액면 (표면) 의 수평 방향의 온도 구배이다. ΔTa 는, Si-C 용액의 표면 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부로부터 외주부를 향하여 수평 방향으로 온도 상승되는 온도 구배이다. ΔTa 는, Si-C 용액의 표면 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부에 있어서의 저온측이 되는 온도 C 와, 상기 중앙부로부터 수평 방향으로 10 mm 인 위치에 있어서의 고온측이 되는 온도 D 를, 종결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시키기 전에 열전대를 사용하여 사전에 측정하고, 그 온도차를, 온도 C 및 온도 D 를 측정한 위치 간의 거리 10 mm 로 나눔으로써, 평균값으로서 산출할 수 있다.

ΔTc/ΔTa 는 1.7 이상, 바람직하게는 2.0 이상, 보다 바람직하게는 3.0 이상, 더 바람직하게는 4.0 이상, 더욱 더 바람직하게는 5.0 이상, 한층 더 바람직하게는 5.3 이상이다. ΔTc/ΔTa 를 상기 범위 내로 함으로써, 테라스 폭이 작아져 스텝 플로우 성장이 진행된다. 그 결과, 4H-SiC 단결정을 안정적으로 성장시킬 수 있다. 테라스 폭을 작게 하여, SiC 단결정을 성장시킴으로써, 테라스에 4H 이외의 이종 폴리 타입이 발생하는 것을 억제할 수 있어, 성장시키는 SiC 단결정의 4H 의 비율 (이하, 4H 율이라고도 한다) 을 높일 수 있다.

ΔTc 및 ΔTa 는, ΔTc/ΔTa 를 상기 범위 내로 할 수 있으면 특별히 한정되는 것은 아지만, ΔTc 는, 바람직하게는 5 ℃/cm ∼ 50 ℃/cm, 보다 바람직하게는 7 ℃/cm ∼ 30 ℃/cm, 더욱 바람직하게는 8 ℃/cm ∼ 25 ℃/cm 이고, ΔTa 는, 바람직하게는 0 ℃/cm ∼ 15 ℃/cm, 보다 바람직하게는 0 ℃/cm ∼ 8 ℃/cm, 더 바람직하게는 0 ℃/cm ∼ 4 ℃/cm, 더욱 더 바람직하게는 0 ℃/cm ∼ 1.5 ℃/cm, 가장 바람직하게는 0 ℃/cm 이다.

Si-C 용액의 연직 방향의 온도 구배인 ΔTc 는, 종래와 동일한 방법으로 제어할 수 있고, 도가니 주위에 배치한 가열 장치의 출력 조정, 도가니 상부의 덮개의 개구부 크기 등에 따라 제어할 수 있다. 예를 들어, 하단 코일 (22B) 의 출력보다 상단 코일 (22A) 의 출력을 작게 하여, Si-C 용액 (24) 에 용액 상부가 저온, 용액 하부가 고온이 되는 소정의 온도 구배 (ΔTc) 를 형성할 수 있다. Si-C 용액의 수평 방향의 온도 구배인 ΔTa 는, 도가니 내경, 도가니 주위에 배치하는 단열재의 두께 등에 따라 제어할 수 있다. 예를 들어, 도가니 내경을 작게 하면, 수평 방향의 온도 구배 (ΔTa) 를 작게 할 수 있다. 또한, 도가니 주위에 배치하는 단열재의 두께를 크게 해도, 수평 방향의 온도 구배 (ΔTa) 를 작게 할 수 있다. 이와 같이 하여 ΔTc 및 ΔTa 를 제어함으로써, ΔTc/ΔTa 를 제어할 수 있다.

본 개시의 방법에 있어서, Si-C 용액의 표면 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부의 온도는 1900 ℃ 이상, 보다 바람직하게는 1950 ℃ 이상, 더 바람직하게는 2000 ℃ 이상, 더욱 더 바람직하게는 2050 ℃ 이상이다. 상기 중앙부의 온도를 상기 범위 내로 함으로써, 성장시키는 SiC 단결정의 4H 율을 보다 높일 수 있다. 상기 중앙부의 온도의 상한은, 예를 들어 2200 ℃ 이하일 수 있다.

본 개시의 방법에 따르면, 성장시키는 SiC 단결정의 4H 율을 종래보다 높일 수 있다. 본 개시의 방법에 따르면, 4H 율이 46 ％ 이상, 바람직하게는 50 ％ 이상, 보다 바람직하게는 68 ％ 이상, 더 바람직하게는 80 ％ 이상, 더욱 더 바람직하게는 90 ％ 이상, 특히 바람직하게는 100 ％ 인 SiC 단결정을 얻을 수 있다.

성장 결정에 있어서의 4H 율은, 성장 결정의 성장면에 대해서 라만 분광 분석을 실시함으로써, 측정할 수 있다. 4H 율의 측정 순서의 구체예를, 후술하는 실시예에 기재한다.

이론에 속박되는 것은 아니지만, 본 개시의 방법에 따른 4H 율 향상의 메커니즘을 이하에 설명한다.

SiC 의 결정 성장은, 스텝 플로우 성장에 의해 진행된다. 스텝 플로우 성장이란, 결정 성장면 상에 방향이 동일하며 폭이 거의 등간격인 스텝이 순차적으로 형성되는 양태로 결정이 성장하는 양태를 말한다. 스텝 중, 다음으로 성장한 스텝에 덮이지 않는 부분을 테라스라고 한다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 결정 성장시에 테라스 폭이 커지면, 테라스에 4H 이외의 2 차원 핵이 발생하는 확률이 높아지고, 그리고 그 핵을 기점으로 하여 6H, 15R 등의 이종 폴리 타입이 발생하는 것으로 이어진다. Si-C 용액의 수평 방향의 온도 구배가 수직 방향의 온도 구배에 대하여 커지면, 스텝 전진 속도가 빨라지기 때문에, 테라스 폭이 커진다. 도 3 은, 큰 폭을 갖는 테라스에 4H 이외의 2 차원 핵이 발생하는 양태를 나타내는 단면 모식도이다.

Si-C 용액의 액면에 있어서의 수평 방향의 온도 구배를 작게 하면, Si-C 용액의 액면에 있어서의 수평 방향의 온도 구배를 구동력으로 하는 스텝 플로우 성장의 성장 속도가 느려진다. Si-C 용액의 액면에 있어서의 수평 방향의 온도 구배를 구동력으로 하는 스텝 플로우 성장 속도가 느려지면, 도 4 에 나타낸 바와 같이 테라스 폭이 작아진다. 테라스 폭이 작아짐으로써, 4H 이외의 2 차원 핵이 테라스에 부착되기 어려워져, 4H-SiC 가 안정적으로 생성되기 쉬워지는 것으로 생각된다. 도 4 는, 테라스 폭이 작아 4H 이외의 2 차원 핵이 발생하지 않는 양태를 나타내는 단면 모식도이다.

본 개시의 방법에 따르면, 상기 메커니즘에 의해 SiC 성장 결정의 4H 율을 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.

테라스는, 성장면의 외주부에 있어서 동심원 형상으로 형성된다. 본 개시의 방법에 따르면, 성장면에 있어서의 테라스 폭이 11 ㎛ 이하, 바람직하게는 4 ㎛ 이하인 4H-SiC 단결정을 얻을 수 있다. 본원에 있어서, 테라스 폭이란, 성장면의 외주부로부터 성장면의 중심을 향하여 1 mm, 5 mm 및 10 mm 의 3 지점을, 광학 현미경으로 시야 범위 가로 세로 600 ㎛ (10 배로 관찰시) ∼ 가로 세로 1.5 mm (20 배로 관찰시) 에서 관찰하여 측정되는 테라스 폭의 평균값이며, 성장면을 광학 현미경 (배율 10 배 ∼ 20 배) 으로 관찰함으로써 측정된다.

도가니는, 흑연 도가니 등의 탄소질 도가니 또는 SiC 도가니가 바람직하다. 도가니의 형상은 원통형이 바람직하다. 도가니의 내경은, 사용하는 단결정 제조 장치의 크기에 따라 적절히 설정할 수 있고, 예를 들어 30 ∼ 200 mm, 40 ∼ 120 mm 등으로 할 수 있다.

보온을 위해서, 도가니 (10) 의 외주는 단열재 (18) 로 덮여 있다. 단열재 (18) 는 흑연계 단열재료, 탄소 섬유 성형 단열재료 등일 수 있고, 단열재의 두께는 예를 들어 4 ∼ 15 mm 일 수 있다.

본 개시의 방법에 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 금속으로, SiC (고상) 와 열역학적으로 평형 상태가 되는 액상 (용액) 을 형성할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다. 적당한 금속 X 의 예로서는, 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. 원자 조성 백분율로 Si 가 30 ∼ 80, Cr 이 20 ∼ 60, 및 X 가 0 ∼ 10 (Si : Cr : X＝30 ∼ 80 : 20 ∼ 60 : 0 ∼ 10) 의 융액을 용매로 하는 Si-C 용액이, C 의 용해량 변동이 적어 더욱 바람직하다. 예를 들어, 도가니 내에 Si 에 추가하여, Cr, Ni 등을 투입하고, Si-Cr 용액, Si-Cr-Ni 용액 등을 형성할 수 있다.

Si-C 용액 (24) 은, 원료를 도가니에 투입하고, 가열 융해시켜 조제한 Si 또는 Si/X 의 융액에 C 를 용해시킴으로써 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 석출에 의한 SiC 의 낭비를 방지할 수 있다. C 의 공급은, 예를 들어, 탄화수소 가스의 불어넣기, 또는 고체의 C 공급원을 융액 원료와 함께 투입하는 등의 방법을 이용해도 되고, 또는 이들 방법과 도가니의 용해를 조합해도 된다.

단결정 제조 장치에 대한 종결정 기판의 설치는, 종결정 기판의 상면을 종결정 유지축에 유지시킴으로써 행할 수 있다. 종결정 기판의 종결정 유지축에 대한 유지에는 카본 접착제를 사용할 수 있다.

종결정 유지축 (12) 은, 그 단면에 종결정 기판 (14) 을 유지하는 축이며, 흑연의 축일 수 있고, 원기둥 형상, 각기둥 형상 등의 임의의 형상을 가질 수 있다.

종결정 기판 (14) 의 Si-C 용액 (24) 에 대한 접촉은, 종결정 기판 (14) 을 유지한 종결정 유지축 (12) 을 Si-C 용액 (24) 의 액면을 향하여 강하시키고, 종결정 기판 (14) 의 하면인 (000-1) 면을 Si-C 용액 (24) 의 액면에 대하여 평행하게 하여 Si-C 용액 (24) 에 접촉시킴으로써 행할 수 있다. 그리고, Si-C 용액 (24) 의 액면에 대하여 종결정 기판 (14) 을 소정 위치로 유지하여, SiC 단결정을 성장시킬 수 있다.

종결정 기판 (14) 의 수평 방향의 유지 위치는, ΔTc/ΔTa 의 비율을 상기 범위로 하고, 또한 Si-C 용액 (24) 의 표면 온도를 상기 온도 범위로 하여, 종결정 기판 (14) 의 성장면으로부터 결정 성장을 실시할 수 있는 한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 도가니 (10) 에 수용되는 Si-C 용액 (24) 표면의 거의 중앙부에 유지된다.

종결정 기판 (14) 의 연직 방향의 유지 위치는, 종결정 기판 (14) 의 하면의 위치가, Si-C 용액면에 일치하거나, Si-C 용액면에 대하여 하측에 있거나, 또는 Si-C 용액면에 대하여 상측에 있어도 된다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 종결정 기판 (14) 의 하면에만 Si-C 용액 (24) 을 적시어 메니스커스 (34) 를 형성하도록, 종결정 기판의 하면의 위치가, Si-C 용액면에 대하여 상방에 위치해도 된다. 도 5 는, 종결정 기판 (14) 과 Si-C 용액 (24) 사이에 형성되는 메니스커스 (34) 의 단면 모식도이다.

메니스커스를 형성하는 경우, 종결정 기판의 하면의 위치를, Si-C 용액면에 대하여 0.5 ∼ 3 mm 상방의 위치로 유지하는 것이 바람직하다. 종결정 기판의 하면을 Si-C 용액면에 대하여 상방의 위치로 유지할 경우에는, 일단, 종결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시켜 종결정 기판의 하면에 Si-C 용액을 접촉시키고나서 소정 위치로 끌어올린다. 메니스커스를 형성하여 결정 성장시킴으로써, 종결정 유지축에 Si-C 용액이 접촉하는 것을 용이하게 방지하여, 다결정의 발생을 방지할 수 있다.

종결정 기판의 하면의 위치를 Si-C 용액면에 일치시키거나, 또는 Si-C 용액면보다 하측으로 해도 되지만, 다결정의 발생을 방지하기 위해서, 종결정 유지축에 Si-C 용액이 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이들 방법에 있어서, SiC 단결정의 성장 중에 종결정 기판의 위치를 조절해도 된다.

Si-C 용액의 온도 측정은, 열전대, 방사 온도계 등을 사용하여 실시할 수 있다. 열전대에 관해서는, 고온 측정 및 불순물 혼입 방지의 관점에서, 지르코니아나 마그네시아 유리를 피복한 텅스텐-레늄 소선 (素線) 을 흑연 보호관 안에 넣은 열전대가 바람직하다.

단열재 (18) 에 덮인 도가니 (10) 는 일괄적으로 석영관 (26) 내에 수용된다. 석영관 (26) 의 외주에는 가열 장치로서 고주파 코일 (22) 이 배치된다. 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 되기 때문에, 수랭 챔버의 내부에 배치된다. 수랭 챔버는 장치 내의 분위기 조정을 가능하게 하기 위해서, 가스 도입구와 가스 배기구를 구비한다.

도가니 (10) 는, 상부에 종결정 유지축 (12) 을 통과시키는 개구부 (28) 를 구비하고 있고, 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종결정 유지축 (12) 사이의 간극 (간격) 을 조절함으로써, Si-C 용액 (24) 의 액면으로부터의 복사 발열 (拔熱) 의 정도를 변경할 수 있다. 대체로 도가니 (10) 의 내부는 고온으로 유지할 필요가 있는데, 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종결정 유지축 (12) 사이의 간극을 크게 설정하면, Si-C 용액 (24) 의 액면으로부터의 복사 발열을 크게 할 수 있고, 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종결정 유지축 (12) 사이의 간극을 좁히면, Si-C 용액 (24) 의 액면으로부터의 복사 발열을 작게 할 수 있다. 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종결정 유지축 (12) 사이의 간극 (간격) 은 편측 2 ∼ 10 ㎜ 정도가 바람직하다. 메니스커스를 형성했을 때에는 메니스커스 부분으로부터도 복사 발열을 시킬 수 있다.

일 실시 양태에 있어서, SiC 단결정의 성장 전에, 종결정 기판의 표면층을 Si-C 용액 중에 용해시켜 제거하는 멜트백을 실시해도 된다. SiC 단결정을 성장시키는 종결정 기판의 표층에는, 전위 등의 가공 변질층이나 자연 산화막 등이 존재하고 있는 경우가 있고, SiC 단결정을 성장시키기 전에 이것들을 용해시켜 제거하는 것이, 고품질의 SiC 단결정을 성장시키기 때문에 효과적이다. 용해되는 두께는 종결정 기판 표면의 가공 상태에 따라서 바뀌지만, 가공 변질층이나 자연 산화막을 충분히 제거하기 위해서 대략 5 ∼ 50 ㎛ 가 바람직하다.

멜트백은 Si-C 용액의 내부로부터 Si-C 용액의 액면을 향하여 온도가 증가되는 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.

일 실시 양태에 있어서, 미리 종결정 기판을 가열해 두고 나서 종결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시켜도 된다. 저온의 종결정 기판을 고온의 Si-C 용액에 접촉시키면, 종결정에 열쇼크 전위가 발생되는 경우가 있다. 종결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시키기 전에 종결정 기판을 가열해 두는 것이 열쇼크 전위를 방지하여 고품질의 SiC 단결정을 성장시키기 때문에 효과적이다. 종결정 기판의 가열은 종결정 유지축째 가열하여 실시할 수 있다. 이 경우, 종결정 기판을 Si-C 용액에 접촉시킨 후, SiC 단결정을 성장시키기 전에 종결정 유지축의 가열을 정지시킨다. 또는, 이 방법 대신에, 비교적 저온의 Si-C 용액에 종결정 기판을 접촉시키고 나서, 결정을 성장시키는 온도로 Si-C 용액을 가열해도 된다. 이 경우에도 열쇼크 전위를 방지하여 고품질의 SiC 단결정을 성장시키기 때문에 효과적이다.

본 개시는 또한 성장면에 있어서의 테라스 폭이 11 ㎛ 이하이며 종래보다 4H 율이 높은, 특히 4H 율이 46 ％ 이상인 SiC 단결정을 대상으로 한다.

테라스는, 성장면의 외주부에 있어서 동심원 형상으로 형성되어 있다. 성장면에 있어서의 테라스 폭이 상기 범위 내인 4H-SiC 단결정은, 테라스에 이종 폴리 타입의 핵이 발생하는 것이 억제되므로, 종래보다 4H 율이 높은 SiC 단결정이 얻어진다.

테라스 폭은 바람직하게는 4 ㎛ 이하이다. 4H 율은, 바람직하게는 50 ％ 이상, 보다 바람직하게는 68 ％ 이상, 더 바람직하게는 80 ％ 이상, 더욱 더 바람직하게는 90 ％ 이상, 특히 바람직하게는 100 ％ 이다.

상기 제조 방법에 있어서 기재한 테라스 폭의 관찰, 측정 방법 등의 내용은, 본 SiC 단결정에 대해서도 적용된다.

실시예

이하의 실시예 및 비교예에 있어서의 4H 율의 산출은, 이하의 방법에 의해 실시하였다.

성장 결정의 성장면을, 균등하게 1 mm 간격으로 구분 지어, 각각의 구획의 거의 중앙부에 대해서 라만 분광 분석을 실시하였다. 분석 조건은 다음과 같다 : 여기 파장 532 nm, 20 mW, 레이저 조사 직경 2.7 ㎛, 후방 산란 배치, 노광 시간 2 초, 적산 횟수 1 회, 회절 격자 1600 gr/mm, 공 (共) 초점 홀 직경 10 ㎛, 실온, 대기 중.

라만 분광 분석한 성장면의 전체 구획이 4H 인 경우, 성장 결정을 4H-SiC 로 판정하였다. 각 구획에 있어서의 4H 인지 어떤지의 판정은, 4H 만의 라만 피크가 얻어지면 4H 로 판정하고, 4H 이외의 라만 피크가 보인다면 4H 가 아닌 것으로 판정하였다. 각 실시예 및 비교예에 있어서 동일 조건에서 복수회 결정 성장시켜 복수 개의 성장 결정을 얻고, 상기 복수 개의 성장 결정의 성장면에 대해서 라만 분광법으로 분석을 실시하여, 4H-SiC 로 판정된 성장 결정 수의, 상기 복수 개의 성장 결정의 개수에 대한 비율을 4H 율로 하였다. 즉, 4H 율이 100 ％ 라는 것은, 예를 들어 30 개의 성장 결정 중, 30 개의 성장 결정의 각각의 성장면의 전체 구획이 4H-SiC 로 판정되는 경우를 말하고, 4H 율이 50 ％ 라는 것은, 예를 들어 30 개의 성장 결정 중, 15 개의 성장 결정의 각각 성장면의 전체 구획이 4H-SiC 로 판정되고, 나머지 15 개의 성장 결정이 4H-SiC 로 판정되지 않는 경우를 말한다. 성장면의 전체 구획 중 하나라도 4H-SiC 로 판정되지 않는 구획이 있는 경우에는, 그 성장 결정은 4H-SiC 가 아닌 것으로 판정되었다.

(실시예 1)

도 1 에 나타내는 단결정 제조 장치를 사용하였다. 직경이 12.7 mm, 두께가 700 ㎛ 인 원반 형상 4H-SiC 단결정으로서, 하면이 (000-1) 면을 갖는 승화법에 의해 제조한 SiC 단결정을 준비하여, 종결정 기판 (14) 으로서 사용하였다. 직경이 12.7 mm 및 길이가 200 mm 이며 종결정 기판의 상면과 동일한 형상의 단면을 갖는 원기둥 형상의 흑연 종결정 유지축 (12) 을 준비하였다. 종결정 기판 (14) 의 하면이 (000-1) 면이 되도록 하여, 종결정 기판 (14) 의 상면을, 종결정 유지축 (12) 의 단면의 거의 중앙부에 흑연 접착제를 사용하여 접착하였다.

도가니 (10) 의 상부 덮개 중앙부에 형성된 직경이 18.7 mm 인 원형 개구부 (28) 에 종결정 유지축 (12) 을 통과시키도록 하여 종결정 유지축 (12) 및 종결정 기판 (14) 을 배치하였다. 개구부 (28) 에 있어서의 도가니 (10) 와 종결정 유지축 (12) 사이의 간극은 편측 3 mm 씩이었다.

15 mm 두께의 탄소 섬유 펠트 성형 단열재를 주위에 배치한 내경 40 mm 의 흑연 도가니에, Si, Cr 및 Ni 를, Si : Cr : Ni＝55 : 40 : 5 (at％) 의 원자 조성 비율로 Si-C 용액을 형성하기 위한 융액 원료로서 주입하였다.

단결정 제조 장치의 내부를 1 × 10^-3Pa 로 진공화한 후, 1 기압이 될 때까지 아르곤 가스를 도입하여, 그 단결정 제조 장치 내부의 공기를 아르곤으로 치환하였다. 고주파 코일에 통전시켜 가열에 의해 흑연 도가니 내의 원료를 융해시켜 Si/Cr/Ni 합금의 융액을 형성하였다. 그리고 흑연 도가니로부터 Si/Cr/Ni 합금의 융액에 충분한 양의 C 를 용해시켜 Si-C 용액을 형성하였다.

상단 코일 및 하단 코일의 출력을 조절하여 흑연 도가니를 가열하고, Si-C 용액의 표면 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부에 있어서의 온도를 1900 ℃ 이상 1950 ℃ 미만의 온도 범위로 승온시키고, Si-C 용액의 표면 중앙부로부터 10 mm 인 범위에서 용액 내부로부터 Si-C 용액의 액면을 향하여 연직 방향으로 온도 저하되는 온도 구배 (ΔTc) 가 8 ℃/cm 가 되도록 제어하였다. 본 예에 있어서, 상기 Si-C 용액의 표면 중 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부란 Si-C 용액의 표면 중앙부이다. 이 때의 Si-C 용액의 표면 중앙부와 상기 표면 중앙부로부터 수평 방향으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배 (ΔTa) 는 1.5 ℃/cm 였다. ΔTc/ΔTa 는 5.3 이었다. Si-C 용액의 액면의 수평 방향의 온도 측정은 방사 온도계에 의해 실시하고, Si-C 용액의 연직 방향의 온도 측정은, 연직 방향으로 이동할 수 있는 열전대를 사용하여 실시하였다.

종결정 유지축 (12) 에 접착된 종결정 기판의 하면이 되는 (000-1) 면을 Si-C 용액면에 평행하게 하고, 종결정 기판의 하면의 위치를, Si-C 용액의 액면에 일치시키는 위치에 배치하고, Si-C 용액에 종결정 기판의 하면만을 Si-C 용액에 접촉시키는 시드 터치를 실시하여, 그 위치에서 10 시간 유지함으로써, 결정 성장을 실시하였다.

결정 성장의 종료후, 종결정 유지축 (12) 을 상승시켜, 종결정 기판 (14) 및 종결정 기판으로부터 성장한 SiC 단결정을, Si-C 용액 (24) 및 종결정 유지축 (12) 으로부터 떼어내어 회수하였다. 이어서, 동일한 조건에서 26 회 결정 성장을 실시하여, 합계 27 개의 성장 결정을 얻었다.

성장 결정의 폴리 타입을 라만 분광 분석에 의해 조사한 바, 얻어진 27 개의 성장 결정의 4H 율은 100 ％ 였다. 4H 율의 산출은, 상기 서술한 방법을 이용하여 실시하였다. 도 6 에, 4H 로 판정한 성장 결정의 라만 스펙트럼을 나타낸다. 204 cm^-1 에서 4H 의 피크가 보였는데, 4H 이외의 폴리 타입의 피크는 보이지 않았다. 도 7 에, 얻어진 성장 결정의 성장면으로부터 관찰한 외관 사진을 나타낸다. 이 성장 결정의 성장 두께는 2.8 mm 였다. 성장 결정의 성장면의 외주부로부터 성장면의 중심을 향하여 1 mm, 5 mm 및 10 mm 의 3 지점에 대해서 광학 현미경을 사용하여 가로 세로 600 ㎛ 의 범위를 20 배의 배율로 관찰한 바, 이 성장 결정의 성장면의 테라스 폭은 4 ㎛ 였다. 도 8 에, 얻어진 성장 결정의 성장면을 확대한 광학 현미경 사진을 나타낸다. 테라스 폭을 화살표 사이로 나타냈다.

(실시예 2-1)

종결정 기판으로서 직경이 50.4 mm 인 SiC 단결정 및 내경이 70 mm 인 흑연 도가니를 사용하며, ΔTc 를 25 ℃/cm 로 하고, ΔTa 를 15 ℃/cm 로 하고, ΔTc/ΔTa 를 1.7 로 하여, 13 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 13 개의 성장 결정의 4H 율은 46 ％ 였다. 도 9 에, 얻어진 성장 결정의 성장면으로부터 관찰한 외관 사진을 나타낸다. 이 성장 결정의 성장 두께는 2.4 mm 였다. 성장 결정의 성장면의 외주부로부터 성장면의 중심을 향하여 1 mm, 5 mm 및 10 mm 의 3 지점에 대해서, 광학 현미경을 사용하여 가로 세로 600 ㎛ 의 범위를 20 배의 배율로 관찰한 바, 이 성장 결정의 성장면의 테라스 폭은 11 ㎛ 였다. 도 10 에, 얻어진 성장 결정의 성장면을 확대한 광학 현미경 사진을 나타낸다. 테라스 폭을 화살표 사이로 나타냈다.

(실시예 2-2)

Si-C 용액의 표면 중앙부에 있어서의 온도를 1950 ℃ 이상 2000 ℃ 미만의 온도로 하고, 이 온도 범위에서 25 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 실시예 2-1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 25 개의 성장 결정의 4H 율은 68 ％ 였다.

(실시예 2-3)

Si-C 용액의 표면 중앙부에 있어서의 온도를 2000 ℃ 이상 2050 ℃ 미만의 온도로 하고, 이 온도 범위에서 10 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 실시예 2-1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 10 개의 성장 결정의 4H 율은 70 ％ 였다.

(실시예 2-4)

Si-C 용액의 표면 중앙부에 있어서의 온도를 2050 ℃ 이상 2100 ℃ 미만의 온도로 하고, 이 온도 범위에서 18 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 실시예 2-1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 18 개의 성장 결정의 4H 율은 100 ％ 였다.

(실시예 3)

도가니 주위에 8 mm 두께의 단열재를 배치하며, ΔTc 를 8 ℃/cm 로 하고, ΔTa 를 4 ℃/cm 로 하고, ΔTc/ΔTa 를 2.0 으로 하여, 11 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 11 개의 성장 결정의 4H 율은 100 ％ 였다.

(비교예 1-1)

종결정 기판으로서 직경이 50.4 mm 인 SiC 단결정 및 내경이 120 mm 인 흑연 도가니를 사용하며, ΔTc 를 1.5 ℃/cm 로 하고, ΔTa 를 3 ℃/cm 로 하고, ΔTc/ΔTa 를 0.5 로 하여, 10 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 10 개의 성장 결정의 4H 율은 0 ％ 였다. 도 11 에, 4H 이외의 폴리 타입이 발생한 성장 결정의 라만 스펙트럼을 나타낸다. 155 cm^-1 에서 6H 의 피크가 보였는데, 4H 의 피크는 보이지 않았다. 도 12 에, 얻어진 성장 결정의 성장면으로부터 관찰한 외관 사진을 나타낸다. 이 성장 결정의 성장 두께는 2.3 mm 였다. 성장 결정의 성장면의 외주부로부터 성장면의 중심을 향하여 1 mm, 5 mm 및 10 mm 의 3 지점에 대해서, 광학 현미경을 사용하여 가로 세로 1.5 mm 의 범위를 10 배의 배율로 관찰한 바, 이 성장 결정의 성장면의 테라스 폭은 56.8 ㎛ 였다. 도 13 에, 얻어진 성장 결정의 성장면을 확대한 광학 현미경 사진을 나타낸다. 테라스 폭을 화살표 사이로 나타냈다.

(비교예 1-2)

Si-C 용액의 표면 중앙부에 있어서의 온도를 1950 ℃ 이상 2000 ℃ 미만의 온도로 하고, 이 온도 범위에서 18 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 비교예 1-1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 18 개의 성장 결정의 4H 율은 0 ％ 였다.

(비교예 1-3)

Si-C 용액의 표면 중앙부에 있어서의 온도를 2000 ℃ 이상 2050 ℃ 미만의 온도로 하고, 이 온도 범위에서 56 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 비교예 1-1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 56 개의 성장 결정의 4H 율은 0 ％ 였다.

(비교예 1-4)

Si-C 용액의 표면 중앙부에 있어서의 온도를 2050 ℃ 이상 2100 ℃ 미만의 온도로 하고, 이 온도 범위에서 26 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 비교예 1-1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 26 개의 성장 결정의 4H 율은 0 ％ 였다.

(비교예 2)

도가니 주위에 4 mm 두께의 단열재를 배치하며, ΔTc 를 8 ℃/cm 로 하고, ΔTa 를 8 ℃/cm 로 하고, ΔTc/ΔTa 를 1.0 으로 하여, 28 회 결정 성장을 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 조건에서 SiC 단결정을 성장시켜 회수하였다.

얻어진 28 개의 성장 결정의 4H 율은 35.7 ％ 였다.

실시예 1, 2-1 ∼ 2-4 및 3, 그리고 비교예 1-1 ∼ 1-4 및 2 의, ΔTc, ΔTa, ΔTc/ΔTa, 및 4H 율을 표 1 에 나타낸다. 도 14 에, 전체 실시예 및 비교예의, ΔTc/ΔTa 에 의한 4H 율을 나타내는 그래프를 나타낸다. 도 15 에, 실시예 1, 실시예 2-1 ∼ 2-4 및 비교예 1-1 ∼ 1-4 의, Si-C 용액의 표면 중앙부의 온도와 4H 율의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다.

100 : 단결정 제조 장치
10 : 도가니
12 : 종결정 유지축
14 : 종결정 기판
18 : 단열재
22 : 고주파 코일
22A : 상단 고주파 코일
22B : 하단 고주파 코일
24 : Si-C 용액
26 : 석영관
28 : 도가니 상부의 개구부
34 : 메니스커스

Claims

내부로부터 액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 갖는 Si-C 용액에, 종결정 기판을 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법으로서,
상기 종결정 기판이 4H-SiC 이고,
상기 종결정 기판의 (000-1) 면을 성장면으로 하는 것,
상기 Si-C 용액의 표면 중 상기 종결정 기판의 성장면이 접촉하는 영역의 중앙부의 온도를 1900 ℃ 이상으로 하는 것, 및
상기 중앙부와 상기 중앙부로부터 연직 방향 하방으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배 (ΔTc) 와, 상기 중앙부와 상기 중앙부로부터 수평 방향으로 10 mm 인 위치 사이의 온도 구배 (ΔTa) 의 비 (ΔTc/ΔTa) 를 1.7 이상으로 하는 것을 포함하는, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 중앙부의 온도를 1950 ℃ 이상으로 하는 것을 포함하는, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 종결정 기판의 수평 방향의 유지 위치가 상기 Si-C 용액의 표면 중앙부인, SiC 단결정의 제조 방법.
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