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公開番号2025044296
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-01
出願番号2024162003
出願日2024-09-19
発明の名称炭化ケイ素結晶の作製装置及び方法
出願人盛新材料科技股ふん有限公司,TAISIC MATERIALS CORP.
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類C30B 29/36 20060101AFI20250325BHJP(結晶成長)
要約【課題】大寸法の高品質インゴットを作製することができる炭化ケイ素結晶の作製装置及び作製方法を提供する。
【解決手段】炭化ケイ素結晶の作製装置であって、坩堝110及び結晶拡張案内アセンブリ120を備え、坩堝は、原材料を収容する内部空間116を有する坩堝本体112と、種結晶60を固定して坩堝本体を覆う坩堝蓋114と、を含み、結晶拡張案内アセンブリは、坩堝本体に固定され、且つ坩堝蓋と原材料50との間に位置し、直径が種結晶の結晶成長面の直径よりも大きな貫通孔126を有する外縁部材122と、可撓性を持って高純度のグラファイト材料であり、貫通孔の内壁に機械的に接続され、内径が種結晶の結晶成長面の直径以下であり、長さが底部と原材料との距離よりも小さい管状コア部材124と、を含む。結晶成長過程において管状コア部材が結晶の結晶成長前縁の接触により落ちて、外縁部材が結晶と反応しない。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
炭化ケイ素結晶の作製装置であって、坩堝及び結晶拡張案内アセンブリを備え、
前記坩堝は、原材料を収容するための内部空間を有する坩堝本体と、種結晶を固定するためのものであって、前記坩堝本体を覆う坩堝蓋と、を含み、
前記結晶拡張案内アセンブリは、
前記坩堝本体又は前記坩堝本体と前記坩堝蓋との間に固定され、前記種結晶と前記原材料との間に位置し、且つ貫通孔を有し、前記貫通孔の直径が前記種結晶の結晶成長面の直径よりも大きい外縁部材と、
可撓性を持って純度が９９.９％よりも大きなグラファイト材料であり、前記貫通孔の内壁に機械的に接続され、内径が前記種結晶の前記結晶成長面の前記直径以下であり、長さが前記原材料との距離よりも小さく、且つ結晶成長過程において前記外縁部材が結晶と反応せず、前記結晶の結晶成長前縁が接触すると前記原材料の表面に落ちる管状コア部材と、を含む、
炭化ケイ素結晶の作製装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記管状コア部材の外径が本質的に前記貫通孔の前記直径に等しく、前記管状コア部材が前記貫通孔の前記内壁に係合接続される、
請求項１に記載の炭化ケイ素結晶の作製装置。
【請求項３】
前記管状コア部材が可撓性を持つ単一のグラファイト材料層を管状に巻き取ってなり、前記グラファイト材料層が前記貫通孔の前記内壁に係合接続される、
請求項１に記載の炭化ケイ素結晶の作製装置。
【請求項４】
前記管状コア部材が可撓性を持つ複数のグラファイト材料層を管状に巻き取って積層して組み合わせてなり、これらのグラファイト材料層の前記種結晶に向かう頂端が前記管状コア部材の厚さ方向に沿って下り階段状に配置され、又は平行に配置され、これらのグラファイト材料層の厚さが同じであり、又は異なる、
請求項１に記載の炭化ケイ素結晶の作製装置。
【請求項５】
これらのグラファイト材料層の前記種結晶に向かう前記頂端が前記管状コア部材の前記厚さ方向に沿って下り階段状に配置される場合、前記結晶成長過程において、前記結晶の前記結晶成長前縁が順にこれらのグラファイト材料層と接触して、接触されたこれらのグラファイト材料層を順に前記原材料の表面に落ちさせる、
請求項４に記載の炭化ケイ素結晶の作製装置。
【請求項６】
前記グラファイト材料層がグラファイトペーパー、グラファイト箔又はグラファイトブランケットである、
請求項３又は４に記載の炭化ケイ素結晶の作製装置。
【請求項７】
前記外縁部材の材質がグラファイト材料、金属炭化物材料又は耐溶融化合物である、
請求項１に記載の炭化ケイ素結晶の作製装置。
【請求項８】
前記貫通孔の前記直径が本質的に最も大きな結晶成長直径に等しい、
請求項１に記載の炭化ケイ素結晶の作製装置。
【請求項９】
炭化ケイ素結晶の作製方法であって、
炭化ケイ素結晶の作製システムを提供し、前記炭化ケイ素結晶の作製システムは炭化ケイ素結晶の作製装置、種結晶及びヒータを備え、前記炭化ケイ素結晶の作製装置は坩堝及び結晶拡張案内アセンブリを備え、前記坩堝は坩堝本体及び坩堝蓋を含み、前記坩堝本体が原材料を収容するための内部空間を有し、前記ヒータが前記坩堝の周りに設置され、前記坩堝蓋が前記種結晶を固定するためのものであって、前記坩堝本体を覆い、前記結晶拡張案内アセンブリは外縁部材及び管状コア部材を含み、前記外縁部材は前記坩堝本体又は前記坩堝本体と前記坩堝蓋との間に固定され、前記種結晶と前記原材料との間に位置し、且つ貫通孔を有し、前記貫通孔の直径が前記種結晶の結晶成長面の直径よりも大きく、前記管状コア部材は可撓性を持って純度が９９.９％よりも大きなグラファイト材料であり、前記貫通孔の内壁に機械的に接続され、内径が前記種結晶の前記結晶成長面の前記直径以下であり、長さが前記原材料との距離よりも小さいステップ(ａ)と、
前記炭化ケイ素結晶の作製装置の成長圧力を設定し、且つ前記ヒータにより前記炭化ケイ素結晶の作製装置の成長温度を設定し、結晶を前記種結晶から成長させ、且つ結晶成長過程において前記外縁部材が前記結晶と反応せず、前記結晶の結晶成長前縁が前記管状コア部材と接触すると、前記管状コア部材が前記原材料の表面に落ちるステップ(ｂ)と、を含む、
炭化ケイ素結晶の作製方法。
【請求項１０】
前記管状コア部材は、可撓性を持つ単一のグラファイト材料層を管状に巻き取ってなり、且つ前記グラファイト材料層が前記貫通孔の前記内壁に係合接続され、又は、可撓性を持つ複数のグラファイト材料層を管状に巻き取ってなり、且つこれらのグラファイト材料層が平行に積層されて前記貫通孔の前記内壁に係合接続され、前記ステップ(ｂ)は、前記結晶成長過程において、前記結晶の前記結晶成長前縁が前記グラファイト材料層/これらのグラファイト材料層と接触すると、前記グラファイト材料層/これらのグラファイト材料層が前記外縁部材から前記原材料の表面に落ちることを含む、
請求項９に記載の炭化ケイ素結晶の作製方法。
（【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】
本願は炭化ケイ素インゴットの製造技術に関し、特に低欠陥のエッジを有するインゴットを作製することができる炭化ケイ素結晶の作製装置及び方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の炭化ケイ素結晶の作製装置は一般的に結晶拡張方式により徐々に寸法のより大きな結晶を得て、特に摂氏２３００度を超える高温下(即ち、高温に耐える)で依然として一定の強度を持つグラファイト材料で製造された固定構造を有する案内部材(即ち、貫通孔を有する案内部材)を利用して、案内部材の内径により原材料の昇華する経路を計画し、物理気相輸送法(ＰＶＴ、physical vapor transport)を用いる結晶成長過程において新たに生成した結晶が案内部材の形状に応じて成長する。
【０００３】
炭化ケイ素結晶の結晶拡張プロセスにおいて、結晶エッジが案内部材の異質材料と接触ひいては反応することとなるため、結晶拡張プロセスを経た後の結晶エッジがグラファイト材料に接続され、冷却又は案内部材の除去過程において、炭化ケイ素結晶と案内部材の材料との間に熱膨張特性の違いがあるため、結晶に発生した引張応力又は圧縮応力が発生して、結晶が割れてしまう。
【０００４】
また、結晶拡張プロセスにより成長した結晶が大きければ大きいほど、内部応力が大きくなり、元の等径の結晶の厚さ成長速度に応じて結晶成長を行えば、火入れ時に割れやすい。このため、一般的な炭化ケイ素結晶の結晶拡張プロセスは等径で成長する一般的な結晶製造プロセスよりも長い時間をかける必要があり、より遅い成長速度では、結晶拡張領域の結晶は結晶成長過程において最小活性化エネルギーを持つ結晶成長位置に配列調整するために必要な運動エネルギーが十分にあり、欠陥の発生を低減して良い結晶品質を得るようにする以外に、結晶の内部応力を調整して、冷却後の結晶にクラックが入る確率を低下させることもできる。
【０００５】
ところが、固定構造を有する案内部材がグラファイト材料を用いる場合、結晶作製装置により作製された結晶はエッジに多結晶、高い炭素被覆物濃度、ポリタイプ(ｐｏｌｙｔｙｐｅ)を有する結晶欠陥が発生しやすいが、結晶の多結晶、高い炭素被覆物濃度、ポリタイプなどの欠陥は常に応力集中領域であるため、後続の結晶又はチップの加工による割れを引き起こしてしまう。このため、固定構造を有する案内部材がグラファイト材料を用いる場合、利用可能な結晶又はウェハを得ることができず、又は利用比率が低いため、材料費及び時間コストが増加して、効果と利益が低くなってしまう。
【０００６】
このため、業界において炭化タンタル又は炭化タングステン塗膜(又は、めっき)層を備えるグラファイト材料で製造された固定構造を有する案内部材を提供し、低いエッチングピット密度(ＥＰＤ、etching pits density)を有する結晶を作製することができるが、コストが高く、割れやすくて加工しにくく、抵抗率を調整しにくく、Ｎ型結晶を製造しにくく、膨張係数に適合せず、応力が集中し、且つ結晶の寸法が増加する場合に効果がより顕著になり、また、結晶に高温金属の不純物があることを検出して後続の応用に失効又は予期せぬ影響を与えてしまうという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願の実施例は炭化ケイ素結晶の作製装置及び方法を提供し、従来の炭化ケイ素結晶の作製装置がグラファイト材料で製造された固定構造を有する案内部材を用いることによる、利用可能なインゴット又はウェハを得ることができず、又は利用比率が低い問題、及び炭化タンタル又は炭化タングステン塗膜(又は、めっき)層を備えるグラファイト材料で製造された固定構造を有する案内部材を用いることによる、コストが高く、結晶に高温金属の不純物があることを検出して後続の応用に失効又は予期せぬ影響を与えてしまう問題を解決することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記技術的問題を解決するために、本願は以下のように実現される。
【０００９】
本願は炭化ケイ素結晶の作製装置を提供し、坩堝及び結晶拡張案内アセンブリを備え、坩堝は、原材料を収容するための内部空間を有する坩堝本体と、種結晶を固定するためのものであって、坩堝本体を覆う坩堝蓋と、を含み、結晶拡張案内アセンブリは、坩堝本体又は坩堝本体と坩堝蓋との間に固定され、且つ坩堝蓋と原材料との間に位置し(即ち、種結晶と原材料との間に位置する)、且つ貫通孔を有し、貫通孔の直径が種結晶の結晶成長面の直径よりも大きい外縁部材と、可撓性を持って純度が９９.９％よりも大きなグラファイト材料であり、貫通孔の内壁に機械的に接続され、内径が種結晶の結晶成長面の直径以下であり、長さが底部と原材料との距離よりも小さい管状コア部材と、を含む。結晶成長過程において、管状コア部材が結晶の結晶成長前縁の接触により原材料の表面に落ちて、外縁部材が結晶と反応しない。
【００１０】
本願は炭化ケイ素結晶の作製方法を更に提供し、炭化ケイ素結晶の作製システムを提供し、炭化ケイ素結晶の作製システムは炭化ケイ素結晶の作製装置、種結晶及びヒータを備え、炭化ケイ素結晶の作製装置は坩堝及び結晶拡張案内アセンブリを備え、該坩堝は坩堝本体及び坩堝蓋を含み、坩堝本体が原材料を収容するための内部空間を有し、ヒータが坩堝の周りに設置され、坩堝蓋が種結晶を固定するためのものであって、坩堝本体を覆い、結晶拡張案内アセンブリは外縁部材及び管状コア部材を含み、外縁部材は坩堝本体又は坩堝本体と坩堝蓋との間に固定され、且つ坩堝蓋と原材料との間に位置し(即ち、種結晶と原材料との間に位置する)、且つ貫通孔を有し、貫通孔の直径が種結晶の結晶成長面の直径よりも大きく、管状コア部材は可撓性を持って純度が９９.９％よりも大きなグラファイト材料であり、貫通孔の内壁に機械的に接続され、内径が種結晶の結晶成長面の直径以下であり、長さが原材料との距離よりも小さいステップと、炭化ケイ素結晶の作製装置の成長圧力を設定し、且つヒータにより炭化ケイ素結晶の作製装置の成長温度を設定し、結晶を種結晶から成長させ、且つ結晶成長過程において外縁部材が結晶と反応せず、結晶の結晶成長前縁が管状コア部材と接触すると、管状コア部材が原材料の表面に落ちるステップと、を含む。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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