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公開番号2024133020
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-01
出願番号2024040412
出願日2024-03-14
発明の名称半導体材料の少なくとも1つの単結晶を成長させる昇華システム及び方法
出願人サイクリスタルゲーエムベーハー
代理人個人,個人,個人
主分類C30B 23/06 20060101AFI20240920BHJP(結晶成長)
要約【課題】本発明は、バルク半導体単結晶を成長させるためのシステム及び方法、より具体的には、物理的気相輸送に基づいて、バルク半導体単結晶、例えば、炭化ケイ素を成長させるためのシステム及び方法に関する。
【解決手段】昇華システムは、長手方向軸(212)と、長手方向軸(212)に沿って延在する側壁(218)とを有するるつぼ(202)であって、少なくとも1つの種結晶(210)のための固定手段と、原材料(208)を収容するための少なくとも1つの原材料区画(204)とを含むるつぼ(202)と、るつぼ(202)の長手方向軸(212)に沿ってるつぼ(202)の周囲に温度場を発生させるための加熱系と、るつぼ(202)の側壁(218)において原材料区画(204)内に配置された断熱ユニット(214)とを含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
昇華成長工程によって半導体材料の少なくとも１つの単結晶を成長させるための昇華システム（２００）であって、前記昇華システム（２００）は、
長手方向軸（２１２）と、前記長手方向軸（２１２）に沿って延在する側壁（２１８）とを有するるつぼ（２０２）であって、少なくとも１つの種結晶（２１０）のための固定手段と、原材料（２０８）を収容するための少なくとも１つの原材料区画（２０４）とを備える、るつぼ（２０２）と、
前記るつぼ（２０２）の前記長手方向軸（２１２）に沿って前記るつぼ（２０２）の周囲に温度場を発生させるための加熱系と、
前記るつぼ（２０２）の前記側壁（２１８）において前記原材料区画（２０４）内に配置された断熱ユニット（２１４）と、
を備える、昇華システム（２００）。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
断熱材料は、動作中に温度が前記原材料区画（２０４）の前記側壁（２１８）の残りの部分よりも高い領域に隣接して配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記システムは、前記るつぼ（２０２）を囲む外側絶縁ユニットをさらに備える、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも１つのピラーが、前記原材料区画（２０４）内に前記長手方向軸（２１２）に沿って配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記原材料区画（２０４）は、前記長手方向軸（２１２）を横切って延在するバリアによって２つの別個の区画に分割され、
前記るつぼ（２０２）は、少なくとも２つの種結晶（２１０）のための固定手段を備える、
請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記加熱系は、動作中に前記長手方向軸（２１２）を横切って延在する前記バリアにおける温度が、前記原材料区画（２０４）の前記側壁（２１８）の残りの部分よりも高くなるように配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記断熱ユニット（２１４）の熱伝導率は、前記原材料（２０８）の熱伝導率及び／又は前記側壁（２１８）の材料の熱伝導率よりも低い、請求項１から６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記断熱ユニット（２１４）の気孔率は、前記原材料（２０８）の気孔率及び／又は前記外側絶縁ユニットの材料の気孔率よりも高い、請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記断熱ユニット（２１４）の体積は、前記るつぼ（２０２）の体積の１０％～５０％であり、好ましくは、前記断熱ユニット（２１４）の体積は、前記るつぼ（２０２）の体積の３５％である、請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記断熱ユニット（２１４）の熱伝導率は、前記るつぼ（２０２）の材料の熱伝導率よりも少なくとも２０％小さい、請求項１から９のいずれか１項に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルク半導体単結晶を成長させるためのシステム及び方法、より具体的には、物理的気相輸送に基づいて、バルク半導体単結晶、例えば、炭化ケイ素を成長させるためのシステム及び方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、広範囲の用途、例えば、パワーエレクトロニクス、無線周波数、及び発光半導体部品における電子部品のための半導体基板材料として広く使用されている。
【０００３】
物理的気相輸送（ＰＶＴ）は、一般に、バルクＳｉＣ単結晶を成長させるために、特に商業目的のために使用される。ＳｉＣ基板は、（例えばワイヤソーを使用して）バルクＳｉＣ結晶からスライスを切断し、一連の研磨ステップでスライス面を仕上げることによって製造される。仕上げられたＳｉＣ基板は、半導体部品の製造、例えば、適切な半導体材料（例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ）の薄い単結晶層がＳｉＣ基板上に堆積されるエピタキシャル工程に使用される。堆積した単層及びそこから生成される成分の特性は、下地基板の品質及び均一性に決定的に依存する。このために、ＳｉＣの優れた物理的、化学的、電気的及び光学的特性は、パワーデバイス用途のための好ましい半導体基板材料となる。
【０００４】
ＰＶＴは、適切な原材料の昇華と、それに続く、単結晶の形成が起こる種結晶での再凝縮とを本質的に含む結晶成長方法である。原材料及び種結晶は、成長構造の内部に配置され、そこで原材料は加熱によって昇華される。その後、昇華した蒸気は、原材料と種結晶との間に確立された勾配を有する温度場により制御された様式で拡散し、種上に堆積して、単結晶として成長する。
【０００５】
従来のＰＶＴベースの成長システムは、一般に、原材料を昇華させるために誘導加熱系又は抵抗加熱系のいずれかを使用する。いずれの場合も、ＰＶＴベースの成長システムの核心は、いわゆる反応器である。るつぼと種結晶のための固定手段とを本質的に含み、従来は黒鉛及び炭素材料から作製される成長構造は、反応器の内部に配置され、反応器の外側に配置された誘導コイルによって、又は反応器の外側若しくは内側に配置された抵抗加熱器によって加熱される。成長構造内の温度は、１つ若しくはそれ以上の高温計、又は成長構造の導入部の近くに設置された１つ若しくはそれ以上の熱電対によって測定される。真空封止された反応器は、１つ又はそれ以上の真空ポンプによって排気され、１つ又はそれ以上のガス供給部を介して不活性ガス又はドーピングガスが供給され、制御されたガス（ガス混合物雰囲気）が生成される。すべてのプロセスパラメータ（圧力、温度、ガス流量など）は、すべての関連するコンポーネント（例えば、インバータ、高温計、真空制御弁、質量流量制御（ＭＦＣ）、及び圧力計）と通信するコンピュータ作動システムコントローラによって調節、制御、及び記憶されることができる。
【０００６】
誘導加熱ＰＶＴシステムの場合、反応器は、通常、１つ又はそれ以上の複数のガラス管を含み、ガラス管は、任意選択により水で冷却され、反応器の内部を大気に対して封止するために両端にフランジが設けられる。このような誘導加熱ＰＶＴシステムの例は、米国特許第８，８６５，３２４Ｂ２号明細書に記載されている。図１３は、このような従来の誘導加熱ＰＶＴシステム１３００を示す。
【０００７】
成長装置１３００は、ＳｉＣ供給領域１３０４と結晶成長領域１３０６とを含む成長るつぼ１３０２を含む。ＳｉＣ供給領域１３０４には、例えば、成長工程の開始前の予め仕上げられた出発材料として成長るつぼ１３０２のＳｉＣ供給領域１３０４に注入される粉末状のＳｉＣ原材料１３０８が配置される。原材料１３０８はまた、原材料１３０８の密度を高めるために、高密度化されてもよく、又は少なくとも部分的に固体材料からなってもよい。
【０００８】
結晶成長領域１３０６において、成長るつぼ１３０２のＳｉＣ供給領域１３０４に対向する内壁上、例えば、そのるつぼ蓋１３１２上には、種結晶１３１０が設けられている。成長されるバルクＳｉＣ単結晶は、結晶成長領域１３０６内に形成されるＳｉＣ成長気相からの堆積によって種結晶１３１０上に成長する。成長バルクＳｉＣ単結晶及び種結晶１３１０は、ほぼ同じ直径を有することができる。
【０００９】
るつぼ蓋１３１２を含む成長るつぼ１３０２は、電気的及び熱的に伝導性の黒鉛るつぼ材料から製造され得る。その周りには、断熱材（図示せず）が配置され、これは、例えば、フォーム状の黒鉛断熱材料を含むことができ、その気孔率は、特に、黒鉛るつぼ材料の気孔率よりも高い。
【００１０】
断熱された成長るつぼ１３０２は、石英ガラス管として構成されてもよく、オートクレーブ又は反応器を形成する管状容器１３１４の内側に配置される。加熱コイル１３１６の形態の誘導加熱デバイスは、成長るつぼ１３０２を加熱するために容器１３１４の周りに配置される。成長るつぼ１３０２は、加熱コイル１３１６によって２０００℃を超える成長温度まで、特に約２２００℃まで加熱される。加熱コイル１３１６は、成長るつぼ１３０２の導電性るつぼ壁（いわゆるサセプタ）に電流を誘導結合する。この電流は、実質的に循環電流として、円形で中空円筒形のるつぼ壁内を周方向に流れ、その過程で成長るつぼ１３０２を加熱する。サセプタは、黒鉛、ＴａＣ、ＷＣ、Ｔａ、Ｗ、又は他の高融点金属から作製することができる。サセプタの主な目的は、るつぼ１３０２の内部に熱源を提供することである。サセプタが誘導加熱されると、サセプタの表面は高温になり、その温度は伝導及び／又は放射によってるつぼ１３０２の内部に伝達される。
（【００１１】以降は省略されています）

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