KR20150063487A

KR20150063487A - SiC 단결정의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150063487A
Application number: KR1020157010894A
Authority: KR
Inventors: 히로노리 다이코쿠; 히데미츠 사카모토; 모토히사 가도; 가즈히코 구스노키
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-06-09
Also published as: US9708734B2; CN104884683A; DE112013006282T5; JP5823947B2; WO2014103539A1; KR101679157B1; JP2014125424A; CN104884683B; US20150299900A1

Abstract

제조 횟수마다의 종결정의 착액 위치에 대해 편차를 억제하여, 재현성이 양호하고 고품질인 SiC 단결정을 얻는다. 지지봉에 의해 지지된 SiC 종결정을 고주파 가열한 용액에 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시키는 SiC 단결정의 제조 방법으로서, 상기 용액에 인가된 자장의 존재하, 상기 지지봉을 강하시켜, 상기 용액에 SiC 종결정을 접촉시킨 후, 상기 자장의 인가를 정지시켜 SiC 단결정을 성장시키는 SiC 단결정의 제조 방법.

Description

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

본 발명은 용액법에 의한 SiC 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.

SiC 단결정은 열적, 화학적으로 매우 안정되고, 기계적 강도가 우수하며, 방사선에 강하고, 게다가 Si (실리콘) 단결정에 비해 높은 절연 파괴 전압, 높은 열전도율 등의 우수한 물성을 가지며, 불순물의 첨가에 의해 p, n 전도형의 전자 제어도 용이하게 할 수 있음과 함께, 넓은 금제대 폭 (4H 형의 단결정 SiC 에서 약 3.3 eV, 6H 형의 단결정 SiC 에서 약 3.0 eV) 을 갖는다는 특장을 구비하고 있다. 이 때문에, Si 단결정이나 GaAs (갈륨비소) 단결정 등의 기존의 반도체 재료로는 실현할 수 없는 고온, 고주파, 내전압·내환경성을 실현하는 것이 가능하여, 차세대 반도체 재료로서 기대가 높아지고 있다.

종래, SiC 단결정의 대표적인 성장 방법으로서 기상법과 용액법이 알려져 있다. 기상법으로는, 통상, 승화법이 사용된다. 승화법에서는, 흑연제 도가니 내에 SiC 원료 분말과 SiC 단결정인 종결정을 대향시켜 배치하고, 도가니를 불활성 가스 분위기 중에서 가열하여, 단결정을 에피텍셜로 성장시킨다. 그러나, 이 기상법에서는, 도가니 내벽으로부터 성장해 오는 다결정이 SiC 단결정의 품질에 악영향을 미치는 것이 알려져 있다.

또, 용액법에서는, 예를 들어 원료 용액을 넣는 도가니, 원료 용액, 고주파 코일 등의 외부 가열 장치, 단열재, 승강 가능한 종결정 지지 부재 (예를 들어, 흑연봉) 및 종결정 지지 부재의 선단에 장착한 종결정으로 이루어지는 기본적 구조를 갖는 SiC 단결정 제조 장치를 사용하여, 도가니 중, Si 융액 또는 추가로 금속을 용해한 Si 합금 융액 등의 Si 함유 융액에 C (탄소) 공급원, 예를 들어 흑연 도가니로부터 C 를 용해시켜 원료 용액으로 하고, SiC 종결정 기판 상에 SiC 단결정층을 용액 석출에 의해 성장시키고 있다.

이 용액법에 의한 SiC 단결정의 성장법에서는, 원료 용액에 종결정 기판 근방의 용액 온도가 다른 부분의 용액 온도보다 저온이 되도록 온도 구배를 설정하여성장시키는 방법, 또는 원료 용액 전체를 서랭시켜 성장시키는 방법 중 어느 SiC 단결정 성장법이 사용된다.

예를 들어, 일본 공개특허공보 2007-186374호에는, 흑연 도가니 내의 Si 융액 내에 내부로부터 융액면을 향하여 온도 저하되는 온도 구배를 유지하면서 SiC 단결정을 성장시키는 방법에 있어서, 도가니 내의 융액에, 도가니 바닥부로부터 융액면을 향한 상향의 종 (縱) 자장을 인가하는 SiC 단결정의 제조 방법이 기재되어 있고, 구체예로서 융액면을 향한 상향의 종자장을 인가함으로써 Si 융액 내의 자연 대류를 억제하여 도가니 하부에서 종결정으로의 C (탄소) 의 수송 효율을 높여, 160 ㎛/시간 정도의 SiC 단결정 성장 속도로 향상시킬 수 있는 것이 개시되어 있다.

또, 일본 공개특허공보 2007-223814호에는, 도가니 내의 융액에, 불순물이 첨가된 종결정을 착액시켜, 상기 종결정을 끌어올림으로써 단결정 반도체를 제조하는 단결정 반도체의 제조 방법에 있어서, 융액에 자장을 인가하는 공정과, 종결정에 융액을 착액시키는 공정과, 종결정이 융액에 착액된 후에, 네킹 처리를 실시하지 않고 단결정 반도체를 끌어올리는 공정을 포함하는 단결정 반도체의 제조 방법이 기재되어 있고, 구체예로서 종결정에 융액을 착액시키기 40 분 이상 전부터 융액에 자장을 인가해 두고, 실리콘 단결정의 성장이 종료될 때까지 자장을 계속해서 인가하여 단결정 실리콘 반도체를 얻은 예가 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-091233호에는, 실리콘을 장입한 석영 도가니를 가열하고, 석영 도가니의 내부에 500 가우스 이상의 자장을 인가하여 실리콘을 융해시키는 스텝과, 석영 도가니의 내부에 500 가우스 미만의 자장을 인가하여, 융해된 실리콘으로부터 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 스텝을 포함하는 실리콘 잉곳 성장 방법이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-274887호에는, Si-Cr 융액에 C 를 용해시킨 Si-Cr-C 용액으로부터 SiC 종결정 상에 SiC 단결정을 성장시키는 방법에 있어서, Si-Cr-C 용액에 직류 자장을 인가하는 단결정의 제조 방법이 기재되어 있고, 구체예로서 자장 코일을 고주파 가열 코일의 외측에 배치한 SiC 단결정의 성장 장치를 사용하여10 ∼ 20 시간 정도의 성장 시간, 자장의 인가 조건하에 SiC 단결정을 성장시켜 270 ㎛/시간 정도의 SiC 단결정 성장 속도가 달성된 예, 및 자장의 방향은 한정되지 않는 것이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2012-193055호에는, 용액법 SiC 단결정 제조 장치를 사용하는 SiC 단결정의 제조 방법으로서, 지지부의 적어도 일부로서, 도가니를 지지하는 방향의 열전도율 (TC_V) 과 상기 방향에 수직인 방향의 열전도율 (TC_H) 사이에 TC_H ＞ TC_V 의 관계를 갖는 부재로 구성된 전열 이방성 지지부를 사용하는, 고주파 가열에 의해 용액을 가열하여 다결정의 발생을 억제할 수 있는 SiC 단결정 제조 방법이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2007-186374호 일본 공개특허공보 2007-223814호 일본 공개특허공보 2009-091233호 일본 공개특허공보 2009-274887호 일본 공개특허공보 2012-193055호

그러나, 이들 종래 기술에 의하면, 용액의 가열에 일반적으로 사용되는 고주파 가열에 의한 액면 미세 진동 때문에, 제조 횟수마다 종결정의 착액 위치에 편차가 생겨, 재현성이 양호하고 고품질인 SiC 단결정을 얻는 것이 곤란하였다.

따라서, 본 발명은, 제조 횟수마다의 종결정의 착액 위치에 대해 편차를 억제하여, 재현성이 양호하고 고품질인 SiC 단결정을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 지지봉에 의해 지지된 SiC 종결정 상을 고주파 가열한 용액에 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시키는 SiC 단결정의 제조 방법으로서, 상기 용액에 인가된 자장의 존재하, 상기 지지봉을 강하시켜, 상기 용액에 SiC 종결정을 접촉시킨 후, 상기 자장의 인가를 정지시켜 SiC 단결정을 성장시키는 SiC 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 제조 횟수마다의 종결정의 착액 위치에 대해 편차를 억제하여, 재현성이 양호하고 고품질인 SiC 단결정을 얻는 것이 가능하다.

도 1 은, 본 발명의 SiC 단결정의 제조 방법에 사용하는 용액법에 의한 SiC 단결정의 성장 장치의 일례의 개략 모식도이다.
도 2 는, 용액법에 의한 SiC 단결정 성장 후의 일례의 상태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 3 은, 용액법에 의한 SiC 단결정 성장 후의 일례의 성장 결정의 확대각을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 4 는, 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 동일 조건에서의 복수 회의 SiC 단결정 성장 후의 착액 위치의 평균값과 편차를 비교하여 나타내는 표이다.
도 5 는, 본 발명의 실시예 및 비교예의 SiC 단결정 성장 후의 제조 횟수마다의 착액 위치의 실측값을 비교하여 나타내는 표이다.
도 6 은, 본 발명의 실시예 및 비교예의 SiC 단결정 성장 후의 성장 결정의 확대각의 σ (°) 를 비교하여 나타내는 표이다.
도 7a 는, 실시예의 SiC 성장 단결정 표면의 광학 현미경 사진의 사본이다.
도 7b 는, 비교예의 SiC 성장 단결정 표면의 광학 현미경 사진의 사본이다.

특히, 본 발명에 있어서, 이하의 실시양태를 들 수 있다.

1) 상기 자장이, 상기 용액에 SiC 종결정을 접촉시킬 때까지의 0.5 분간 이상이고, 10 분간 이내 인가되는 상기의 제조 방법.

2) 상기 자장이, 상기 접촉 후 1 분간 이내에 인가가 정지되는 상기의 제조 방법.

3) 상기 자장의 인가를 정지시키는 제어가 상기 용액과 SiC 종결정의 접촉에 의해 발생하는 전기적 신호에 기초하여 실시되는 상기의 제조 방법.

4) 상기 자장의 방향이, 용액면으로부터 도가니 바닥부를 향하는 하향인 상기의 제조 방법.

5) 상기 자장의 강도가 0.1 T (테슬라, 1 T = 10⁴ G (가우스)) 이상인 상기의 제조 방법.

6) 상기 SiC 단결정의 성장이, 상기 용액에 SiC 종결정을 접촉시킨 후, 지지봉의 강하를 정지시켜, 지지봉이 끌어올려지면서 실시되는 상기의 제조 방법.

7) 상기 원료 용액의 온도가 1800 ∼ 2100 ℃ 의 범위 내인 상기의 제조 방법.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 서술한다.

본 발명의 실시양태의 용액법에 의한 SiC 단결정의 제조 방법은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, SiC 단결정 성장 장치 (1) 에 있어서, 흑연제 지지봉 (6) 에 의해 지지된 SiC 종결정 (7) 을 고주파 가열한 용액에 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시킬 때에, 상기 용액 (5) 에 자장 코일 (8) 에 의해 인가된 자장 (도시 생략) 의 존재하, 상기 지지봉 (6) 을 강하시켜, 상기 용액 (5) 에 SiC 종결정 (7) 을 접촉시킨 후, 상기 자장의 인가를 정지시켜 SiC 단결정을 성장시키는 방법에 의해 실시된다.

상기의 고주파 가열은, 흑연 도가니 (2) 의 주위를 단열재 (3) 를 개재하여 둘러싸는 고주파 가열 코일 (4) 에 의해 실시된다.

또, 상기 실시양태의 제조 방법에 있어서, 상기 도가니 (2) 는, 바닥부에 구비된 동력 (도시 생략) 에 의해, 상기 지지봉 (6) 의 회전 방향과는 반대 방향으로 회전되어도 된다.

상기 자장의 인가를 정지시키는 제어 방법은, 상기 용액 (5) 과 강하하는 상기 지지봉 (6) 의 하단에 지지된 SiC 종결정 (7) 의 접촉에 의해 발생하는 전기적 신호, 예를 들어 검지한 전류에 기초하여 실시할 수 있다. 요컨대, 자장을 인가하기 위한 자장 코일 (8) 에 가하는 전류를 상기의 전기적 신호에 기초하여 정지 내지는 저감시킴으로써 자장의 인가를 정지시킬 수 있다.

또, 본 발명의 실시양태의 용액법에 의한 SiC 단결정의 제조 방법에 있어서, 상기 자장의 인가는, 바람직하게는 상기 용액에 미리 예측되는 SiC 종결정을 접촉시킬 때까지의 특정 시간, 통상은 0.5 분 이상이고, 바람직하게는 10 분 이내, 더욱 바람직하게는 5 분간 이내, 더욱 바람직하게는 2 분간 이내 실시된다.

또, 상기의 방법에 있어서, 상기 접촉이 된 후, 바람직하게는 1 분간 이내, 더욱 바람직하게는 30 초간 이내에 상기 자장의 인가가 정지된다. 상기 접촉 후에 자장을 인가하는 시간이 지나치게 길어도 효과는 증대되지 않고, 오히려 용액의 균일 혼합이 방해되므로 바람직하지 않다.

상기 자장의 인가를 정지시키는 공정은, 자장의 인가를 완전히 정지시킬 뿐만 아니라 인가되는 자장의 강도를 인가시의 5 분의 1 이하, 예를 들어 10 분의 1 이하로 저감시킴으로써, 바람직하게는 자장의 인가를 완전하게 정지시킴으로써 실시될 수 있다.

상기의 미리 예측되는 SiC 종결정을 접촉시킬 때까지의 특정 시간이란, SiC 단결정 성장 장치 내의 도가니의 용액 상의 공간에 정지되어 있는 지지봉이 강하되어 종결정이 액면에 도달할 때까지의 거리와 강하 속도로부터 역산하여 구해지는 시간을 의미한다. 예를 들어, 지지봉의 정지 위치로부터 액면까지의 거리와 지지봉의 강하 속도로부터 종결정이 용액에 접촉 (착액) 할 때까지 만일 20 분간을 필요로 하는 경우, 착액 시점으로부터 역산하여 착액까지의 일정 시간, 바람직하게는 0.5 분 이상이고, 10 분 이내, 특히 5 분 이내, 그 중에서도 2 분 이내, 자장을 인가하는 것이 보다 바람직하다.

상기의 방법에 있어서, 상기 자장의 방향은, 종자장 (상향 또는 하향의 자장) 이면 특별히 제한은 없지만, 바람직하게는 용액면으로부터 도가니 바닥부를 향하는 하향일 수 있고, 또 상기 자장은 바람직하게는 0.1 T 이상, 특히 0.15 T 이상의 강도일 수 있다. 상기 자장의 강도는 지나치게 작으면 자장 인가의 효과가 저감되어 바람직하지 않고, 상한은 없지만 과도하게 커도 비용적으로 또 불필요한 전력 소비를 필요로 하여 불리해진다.

또한, 상기의 용액에 자장을 인가하는 것에 의한 효과는, 전기 전도성을 갖는 액체 금속 내의 대류가 균일 자장에 의해 억제되어 액면 진동이 억제되는 것으로, 일반적으로 알려져 있다 (H. A. Chedzey 등 Nature 210 (1966) 933).

종래의 SiC 단결정 성장법에 있어서는, 원료 용액의 고온 가열에 수반하여 용액 표면에 발생하는 진동 및/또는 온도 분포의 불균일함에서 기인하는 단결정 표면의 균일성 저하, 예를 들어 성장된 결정 표면에 용매의 침입의 발생 등이 발생하고 있었다. 이 때문에, 단결정 성장 중의 단결정 표면에 발생하는 용매의 침입의 발생 등에 의한 균일성의 저하를 억제할 수 있는 단결정의 성장법이 요구되고 있었던 것이다.

또, SiC 단결정을 성장시키는 경우, 도 2 에 나타내는 바와 같이, SiC 종결정 성장 후에 SiC 단결정 성장 장치 내의 도가니의 표면과 용액의 상호 작용에 의해 형성되는 액면의 굴곡인 메니스커스가 발생한다. 이 메니스커스는, 지지봉을 끌어올림으로써 SiC 종결정을 끌어올린 높이에 의해, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 성장 결정의 확대각이 규정된다. 종래 기술에 의하면, 고주파 가열에 의한 액면 미세 진동 때문에 제조 횟수마다의 착액 위치의 편차가 커, 성장 결정의 확대각이 정해지지 않았던 것이다.

즉, 본 발명의 범위 외의 용액법인 상기 용액에 자장을 인가하지 않고 SiC 단결정을 성장시키는 방법에 의하면, 도 4 ∼ 도 6 에 나타내는 바와 같이, 종결정과 용액이 접촉하는 착액 위치의 편차 및 성장 결정의 확대각의 편차가 커, 예를 들어 착액 위치의 표준 편차 σ (㎜) 가 1 ㎜ 이상, 성장 결정 확대각의 표준 편차 σ (°) 가 20°이상이다.

또, 상기 용액에 자장을 인가해도, 본 발명의 범위 외의 용액법인 상기 용액에 SiC 종결정을 접촉시킨 후에 상기 자장의 인가를 정지시키지 않고 계속해서 자장을 인가하면서 SiC 단결정을 성장시키는 방법에 의하면, 도 7b 에 나타내는 바와 같이, 단결정 표면에 발생하는 용매의 침입의 발생 면적률이 커, 예를 들어 60 ％ 이상으로, 단결정 표면에 발생하는 용매의 침입의 발생을 억제할 수 없다.

이에 반해, 본 발명의 실시양태의 방법에 의하면, 도 4 ∼ 도 6 및 도 7a 에 나타내는 바와 같이, 종결정과 용액이 접촉하는 착액 위치의 편차가 작고 성장 결정 확대각이 정해져 있고, 또한 성장 결정 표면의 용매의 침입 발생 면적률이 작아, 예를 들어 착액 위치의 σ 가 0.25 ㎜ 이하, 성장 결정 확대각의 σ 가 3°이하, 특히 2.5°이하이고, 성장 결정 표면의 용매의 침입 발생 면적률이 10 ％ 이하, 특히 7 ％ 이하이다.

이와 같이 본 발명의 방법에 의해, 상기 접촉이 된 후, 바람직하게는 1 분간 이내, 더욱 바람직하게는 30 초간 이내에 상기 자장의 인가를 정지시켜 결정 성장함으로써 상기와 같이 단결정 표면에 발생하는 용매의 침입의 발생을 억제할 수 있는 것은 예상 외의 결과였다.

상기 자장의 인가는, 단결정 표면에 발생하는 용매의 침입의 발생 면적률을 가능한 한 줄이기 위해서 접촉 후, 즉시 정지시키는 것이 바람직하다. 그러나, 접촉하기 전에 자장의 인가를 정지시키는 것을 피하고, 한편으로 상기 자장을 인가하고 그리고 정지시키는 제어를, 예를 들어 상기 용액과 SiC 종결정의 접촉에 의해 발생하는 전기적 신호에 기초하여 실시하는 경우, 접촉 후 일정 시간, 예를 들어 1 분간 이내, 특히 30 초간 이내에 실시하는 것이 실제적이다.

본 발명에 있어서 SiC 단결정을 성장시키기 위한 원료 용액으로는, Si 와 C 를 필수 성분으로 하는 임의의 용액을 들 수 있고, 예를 들어, 성장 결정의 품질의 관점에서, 원료 용액으로서 상기 성분에 추가로 Ti 및/또는 Cr 을 함유하는 것을 들 수 있다.

상기의 원료 용액의 온도는, 예를 들어 1800 ∼ 2100 ℃ 의 범위, 그 중에서도 1800 ∼ 2050 ℃, 특히 1850 ∼ 2050 ℃ 정도일 수 있다.

상기의 원료 용액의 온도의 제어는, 예를 들어 고주파 유도 가열에 의해 가열하고, 예를 들어 방사 온도계에 의한 원료 용액면의 온도 관찰 및/또는 탄소봉 내측에 설치한 열전쌍, 예를 들어 W-Re (텅스텐/레늄) 열전쌍을 사용하여 온도 측정을 실시하여 구해진 측정 온도에 기초하여 온도 제어 장치에 의해 실시할 수 있다.

본 발명의 용액법에 의한 SiC 단결정의 제조 방법에 있어서, 결정 성장 조건, 예를 들어 흑연 도가니의 형상, 가열 방법, 가열 시간, 지지봉의 강하 및 상승 속도, 승온 속도 및 냉각 속도에 대해서는 용액법에 있어서의 종래 공지된 조건 중에서 최적 조건을 적절히 선택함으로써 실시할 수 있다.

예를 들어, 고주파 유도 가열에 의한 가열 시간 (원료의 주입으로부터 SiC 포화 농도에 도달할 때까지의 대략적인 시간) 으로는 도가니의 크기에 따라 상이하기도 하지만, 1 ∼ 20 시간 정도의 범위, 예를 들어 5 ∼ 15 시간 정도이고, 분위기로는 희가스, 예를 들어 He, Ne, Ar 등의 불활성 가스나 상기 불활성 가스와 N₂ 나 메탄 가스의 혼합 가스를 들 수 있다.

상기의 본 발명에 있어서의 용액법에 의한 SiC 단결정의 제조 방법에 의해, 고온에서 장시간, 예를 들어 5 시간 이상, 종결정과 용액이 접촉하는 착액 위치의 편차가 작고 성장 결정 확대각이 정해져 있고, 바람직하게는 착액 위치의 σ 가 0.25 ㎜ 이하, 성장 결정의 종단면에서의 결정 성장 확대각의 σ 가 3°이하이고, 또한 성장 결정 표면의 용매의 침입 발생 면적률이 작아, 바람직하게는 10 ％ 이하이고, 단결정 표면에 발생하는 용매의 침입의 발생을 억제할 수 있어, 재현성이 양호하고 고품질인 SiC 단결정을 얻을 수 있다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하의 각 예에 있어서, SiC 단결정의 성장은 도 1 에 개략 모식도를 나타내는 용액법에 의한 SiC 단결정의 제조 장치 (봄베, 배관, 가스 출구, 가스 입구, 압력계, 진공 펌프는 도시 생략) 를 사용하여 실시하였다.

이하의 각 예에 있어서, SiC 단결정 성장의 평가는 이하의 항목에 대해 이하의 측정법에 의해 실시하였다.

착액 위치：도가니 바닥으로부터의 거리

흑연 지지봉과 도가니에 일정 전압을 부가해 두고, 종결정이 용액에 착액되었을 때에 전류로 검지

결정 확대각：결정을 다이아몬드 커터로 절단하고, 종단면을 촬영한 사진을 육안으로 관찰하여 평가

결정 표면의 용매의 침입：결정 표면의 광학 현미경 사진에 의해 평가

실시예 1

흑연 도가니에 Si 이어서 Cr 및 Ni 를 동시에 첨가하여 용매：Si-40 at％ Cr-5 at％ Ni (Si 에 대한 비율을 at％ 로 표시) 를 조제하고, 종결정의 SiC (000-1, C 면) 를 흑연 지지봉의 선단에 고정시키고, 고주파에 의한 흑연 도가니 유도 가열 방식에 의해 설정 온도：2000 ℃ 로 유지한 후, 흑연 도가니로부터 C 가 용해되어 SiC 포화 농도에 도달하면, 흑연 지지봉을 회전시키면서 강하시켜, 2 분간, 0.15 T 의 자장 (하향) 을 인가한 후, 종결정을 착액시켜, 착액 위치의 측정을 실시하였다. 그리고, 착액 후 30 초 후에 자장의 인가를 스톱시키고, 성장 시간 5 ∼ 20 시간 동안 결정 성장시켰다.

이 결정 성장에 의해, 도 2 에 나타내는 바와 같이 메니스커스가 형성되었다.

상기의 일련의 공정을 합계 횟수 12 회 실시하여, 착액 위치의 평균값과 n = 12 에서의 σ (㎜) 를 구하였다. 또, 성장 결정의 확대각을 4 샘플에서 측정하고, 확대각의 n = 4 에서의 σ (°) 를 구하였다.

평가 결과를 다른 결과와 합하여 도 4 ∼ 도 6 에 나타낸다.

비교예 1

자장을 인가하지 않은 것 외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 결정 성장시켰다.

상기의 일련의 공정을 합계 횟수 14 회 실시하여, 착액 위치의 평균값과 n = 14 에서의 σ (㎜) 를 구하였다. 또, 성장 결정의 확대각을 7 샘플에서 측정하고, 확대각의 n = 7 에서의 σ (°) 를 구하였다.

평가 결과를 다른 결과와 합하여 도 4 ∼ 도 6 에 나타낸다.

실시예 2

실시예 1 과 동일한 조건에서, 설정 온도：2000 ℃, 흑연 지지봉을 회전시키면서 강하시켜, 2 분간, 0.15 T 의 자장 (하향) 을 인가한 후, 종결정을 착액시키고, 착액 후 30 초 후에 자장의 인가를 스톱시키고, 성장 시간 12 시간 동안 결정 성장시켰다.

얻어진 SiC 단결정 표면의 광학 현미경 사진의 사본을 도 7a 에 나타낸다.

사진으로부터 용매의 침입 발생 면적률은 6.9 ％ 이다.

비교예 2

착액 후에도 자장의 인가를 정지시키지 않고 계속해서 자장을 인가하여 결정 성장을 실시한 것 외에는 실시예 2 와 동일하게 하여 결정 성장시켰다.

얻어진 SiC 단결정 표면의 광학 현미경 사진의 사본을 도 7b 에 나타낸다.

사진으로부터 용매의 침입 발생 면적률은 64 ％ 이다.

도 4 ∼ 도 6 과 도 7a 와 도 7b 의 비교로부터, 실시예에서는 착액 위치의 σ 가 0.23 ㎜ 이고 성장 결정의 종단면에서의 확대각의 σ 가 2.05°인 데에 반해, 비교예 1 에서는 착액 위치의 σ 가 1.05 ㎜ 이고 확대각의 σ 가 26.8°였다. 또, 실시예에서는, 성장 결정 표면의 용매의 침입 발생 면적률이 6.9 ％ 인 데에 반해, 비교예 2 에서는 용매의 침입 발생 면적률이 64 ％ 였다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 착액 위치의 편차가 작고 확대각이 정해져 있어, 단결정 표면에 발생하는 용매의 침입의 발생이 현저하게 억제될 수 있는 것이 확인되었다.

산업상 이용가능성

본 발명의 방법에 의하면, 제조 횟수마다의 SiC 단결정 성장의 편차 및 단결정 표면에 발생하는 용매의 침입의 발생을 억제하여 차세대 반도체 재료로서 기대되는 SiC 단결정을 제조하는 것이 가능해진다.

1 : 본 발명의 실시양태에 사용되는 SiC 단결정 성장 장치
2 : 흑연 도가니
3 : 단열재
4 : 고주파 가열 코일
5 : 원료 용액
6 : 흑연제 지지봉
7 : SiC 종결정
8 : 자장 코일
9 : 착액 위치
10 : 흑연 지지봉의 회전 방향
11 : 흑연 도가니의 회전 방향

Claims

지지봉에 의해 지지된 SiC 종결정을 고주파 가열한 용액에 접촉시켜 SiC 단결정을 성장시키는 SiC 단결정의 제조 방법으로서, 상기 용액에 인가된 자장의 존재하, 상기 지지봉을 강하시켜, 상기 용액에 SiC 종결정을 접촉시킨 후, 상기 자장의 인가를 정지시켜 SiC 단결정을 성장시키는, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 자장이, 상기 용액에 SiC 종결정을 접촉시킬 때까지의 0.5 분간 이상이고 10 분간 이내 인가되는, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 자장이, 상기 접촉 후 1 분간 이내에 인가가 정지되는, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자장의 인가를 정지시키는 제어가 상기 용액과 SiC 종결정의 접촉에 의해 발생하는 전기적 신호에 기초하여 실시되는, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자장의 방향이, 용액면으로부터 도가니 바닥부를 향하는 하향인, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자장의 강도가 0.1 T 이상인, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SiC 단결정의 성장이, 상기 용액에 SiC 종결정을 접촉시킨 후, 지지봉의 강하를 정지시켜, 지지봉이 끌어올려지면서 실시되는, SiC 단결정의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용액의 온도가 1800 ∼ 2100 ℃ 의 범위 내인, SiC 단결정의 제조 방법.