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公開番号
2025097954
公報種別
公開特許公報(A)
公開日
2025-07-01
出願番号
2024221252
出願日
2024-12-18
発明の名称
SiCボリューム単結晶を生成するための坩堝、およびSiCボリューム単結晶を成長させるための方法
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
29/36 20060101AFI20250624BHJP(結晶成長)
要約
【課題】SiCボリューム単結晶を生成するための坩堝、およびSiCボリューム単結晶を成長させるための方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、昇華成長によってSiCボリューム単結晶を成長方向(Y)に成長させるための空洞を有する坩堝に関する。坩堝は、空洞内でSiCシード結晶を保持するためのシード保持体(112)を有する端壁(110)であって、成長方向(Y)に対して垂直の方向(r)に延びる端壁(110)と、成長方向(Y)に延びる側壁(140)であって、側壁(140)は、外部から空洞内へのドーピングガスの透過を阻止し、ドーピングガスは、昇華成長中にSiCボリューム単結晶をドープするためのものである、側壁(140)と、ドーピングガスを外部から空洞内に透過させる拡散領域(114)であって、シード保持体(112)と側壁(140)の縁部(142)との間に位置する拡散領域(114)とを備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲
【請求項1】
昇華成長によってSiCボリューム単結晶を成長方向(Y)に成長させるための空洞を有する坩堝であって、
前記空洞内でSiCシード結晶を保持するためのシード保持体(112)を有する端壁(110)であって、前記成長方向(Y)に対して垂直の方向(r)に延びる端壁(110)と、
前記成長方向(Y)に延びる側壁(140)であって、前記側壁(140)は、外部から前記空洞内へのドーピングガスの透過を阻止し、前記ドーピングガスは、前記昇華成長中に前記SiCボリューム単結晶をドープするためのものである、側壁(140)と、
前記ドーピングガスを外部から前記空洞内に透過させる拡散領域(114)であって、前記シード保持体(112)と前記側壁(140)の縁部(142)との間に位置する拡散領域(114)と
を備える、坩堝。
続きを表示(約 1,200 文字)
【請求項2】
前記側壁(140)が、ドーピングガスの透過を阻止するための材料を含み、前記材料が、密度が1.8g/cm
3
以上のグラファイト、ガラス状炭素、および耐熱金属カーバイドの少なくとも1つを含み、任意選択で、前記材料が、密度が1.85g/cm
3
以上のグラファイトを含み、および/または、前記材料が、密度が1.9g/cm
3
以下のグラファイトを含む、請求項1に記載の坩堝。
【請求項3】
前記側壁(140)が、内側表面および反対側の外側表面の少なくとも一方に層(144、146)を備え、前記層が、前記ドーピングガスの透過を阻止するためのものであり、前記内側表面は空洞の方を向く、請求項1または2に記載の坩堝。
【請求項4】
前記層(144、146)が、フォトレジスト、黒鉛化砂糖層、TaC、WC、およびTa4HfC5の少なくとも1つを含む、請求項3に記載の坩堝。
【請求項5】
前記層(144、146)が、0.5μm以上の厚みを有し、好ましくは、前記厚みが1μm以上であり、さらに好ましくは、前記厚みが2μm以上であり、任意選択で、最大厚みが5μm以下である、請求項4から5のいずれかに記載の坩堝。
【請求項6】
前記側壁(140)が、ドーピングガスの透過を阻止するための層状構造を備え、前記層状構造は、交互の第1の層と第2の層を備え、任意選択で、前記第1の層がグラファイトを含み、前記第2の層が金属カーバイドを含む、請求項1から5のいずれかに記載の坩堝。
【請求項7】
前記端壁(110)が前記拡散領域(114)を備え、任意選択で、前記拡散領域(114)が、前記シード保持体の周りに円環を形成する、請求項1から6のいずれかに記載の坩堝。
【請求項8】
前記端壁(110)の内側表面に対する前記拡散領域(114)の面積が、20%以上、40%以下であり、前記端壁(110)の前記内側表面が前記空洞の方を向き、有利には、前記端壁(110)の前記内側表面に対する前記拡散領域(114)の面積が、25%以上、35%以下である、請求項7に記載の坩堝。
【請求項9】
封止要素(180)をさらに備え、前記封止要素(180)は、前記端壁(110)と前記側壁(140)の前記縁部(142)との間の接触領域(172)を封止し、それにより前記接触領域(172)を通る前記ドーピングガスの透過を低減するためのものである、請求項1から8のいずれかに記載の坩堝。
【請求項10】
締結要素(170)をさらに備え、前記締結要素(170)は、前記端壁(110)を前記側壁(140)に締結し、それにより前記端壁(119)と前記側壁(140)の前記縁部(142)との間の接触領域(172)を通る前記ドーピングガスの透過率を調整するためのものである、請求項1から9のいずれかに記載の坩堝。
(【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】
続きを表示(約 1,600 文字)
【背景技術】
【0002】
半導体材料のシリコンカーバイド(SiC)は、優れた物理的、化学的、電気的および光学的性質のために高周波部品および特殊な光供給半導体部品に使用され、とりわけパワーエレクトロニクス半導体部品の開始材料としても使用される。例えば米国特許、米国特許第8,747,982号明細書に述べられるように、基板直径が大きく(200mm以上)かつ高品質のSiC基板がこのような部品に必要とされる。大径かつ高品質のSiCボリューム単結晶が、本明細書の目的である。
【0003】
少なくともこの目的が独立請求項によって達成される。有利な実施形態が従属請求項によって達成される。
【0004】
より詳細には、単結晶は、粒界がなく、試料全体の結晶格子が試料の端部まで連続し、途切れていない物質である。粒界に伴う欠陥が存在しないことが、単結晶に固有の性質、特に機械的、光学的、および電気的性質を与えることができる。これらの性質は、各種の技術用途、特に光学および電子工学で産業的に利用される。
【0005】
適切な原料を使用して、例えば物理蒸気移送(physical vapor transport:PVT)法により、SiCボリューム単結晶を成長させることができ、PVT法は、単結晶を生成するために使用することが可能な真空堆積方法を表す。PVTは、材料が凝縮相から蒸気相に遷移し(すなわち、昇華相)、その後、薄膜の凝縮相に戻る過程を特徴とする。材料は、ソース領域からシード領域まで蒸気相で搬送される。最も一般的なPVT法は、スパッタリングおよび蒸着である。PVT法のさらなる詳細は、例えば米国特許、米国特許第8,747,982号明細書で得られる。
【0006】
円盤形状の単結晶SiC基板が、SiCボリューム単結晶から切り出されて、特に同じくSiCからなる少なくとも1つのエピタキシー層を有する部品の製造時に提供される。続くエピタキシャル工程では、薄い単結晶層(例えば、SiC、GaN)が最初にSiC基板に堆積され得る。このエピタキシー層の質は、単結晶基板の局所的配向に決定的に依存し、言い換えると、SiCボリューム単結晶から切り出されるSiC基板に依存する。最適な配向からの局所的逸脱がSiC基板の結晶構造中で発生すると、それがエピタキシー層内に伝搬する可能性がある。すると、エピタキシー層も局所的欠陥を含むことになり、それが最終的にエンド製品、言い換えると半導体部品、の不良な性質につながることがある。
【0007】
図9に示すように、PVT結晶の成長は、坩堝1100の中で行われる。坩堝は、例えばSiCなどの材料が非常に高い温度(2000℃超)、例えばSiCの昇華が可能な温度、にさらされることが可能な容器である。詳細には、坩堝は、その内容物を溶融および/または昇華させるのに十分な高温に耐える材料で作られる。
【0008】
図10に示すように、坩堝1100は、筒状容器1200の中に配置され、容器は、石英ガラス(後述する誘導加熱に適する)またはステンレス鋼(後述する抵抗加熱に適する)として設計されることがあり、プラント2000の中核である反応器を形成する。例えば、坩堝は、筒状容器1200内に配置されたスタンド1210によって保持される。筒状容器1200は、周囲の圧力および/または温度に対して高められた温度および圧力を必要とする工程を実施するために使用される機械である。
【0009】
実際の結晶成長は、反応器の中で行われる。成長構造は、坩堝の周囲に配置された断熱体1300を備える。
【0010】
坩堝の壁は、グラファイトや炭素などの材料を含むことができる。これらの材料は、坩堝がSiCを2000℃超の成長温度まで加熱できることを可能にする。
(【0011】以降は省略されています)
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