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公開番号2025102718
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2024220471
出願日2024-12-17
発明の名称SiC体積単結晶を成長させるための装置および成長方法
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 20060101AFI20250701BHJP(結晶成長)
要約【課題】SiC体積単結晶を成長させるための装置および成長方法を提供する。
【解決手段】電磁エネルギーを吸収するためのサセプタ100が空洞を加熱するためのものであり、サセプタとそれを取り囲む断熱物であり、断熱物がサセプタを装置の外部から断熱するためのものである断熱物とを含む。断熱物はサセプタを成長方向Yおよび周方向Cに取り囲む断熱壁202であり、断熱壁がサセプタから装置の外側の外部への半径方向の熱移送を低減するためのものであり、半径方向が成長方向に対して垂直である断熱壁と、サセプタと断熱性壁との間に配設された熱伝導層210であり、熱伝導層が熱伝導層において熱を分散させるために断熱性壁よりも高い熱伝導率を有する、熱伝導層とを含み、熱伝導層が熱移送を熱伝導によって引き起こされるサセプタから断熱物への熱移送を低減するためにサセプタから離間され、熱伝導層が断熱壁上に配設され、断熱物の反射率を高める。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
空洞（１１０）内で昇華成長によって成長方向（Ｙ）にＳｉＣ体積単結晶を成長させるための装置であって、
電磁エネルギーを吸収するためのサセプタ（１００）であり、前記サセプタ（１００）が前記空洞（１１０）を加熱するためのものである、サセプタ（１００）と、
前記サセプタ（１００）を取り囲む断熱物（２００）であり、前記断熱物（２００）が、前記サセプタ（１００）を前記装置の外部から断熱するためのものであり、前記断熱物（２００）が、
前記サセプタ（１００）を前記成長方向（Ｙ）および周方向（Ｃ）に取り囲む断熱壁（２０２）であり、前記断熱壁（２０２）が、前記サセプタ（１００）から前記装置の外側の前記外部への半径方向（ｒ）の熱移送を低減するためのものであり、前記半径方向（ｒ）が、前記成長方向（Ｙ）に対して垂直である、断熱壁（２０２）と、
前記サセプタ（１００）と前記断熱性壁（２０２）との間に配設された熱伝導層（２１０）であり、前記熱伝導層（２１０）が、前記熱伝導層（２１０）において熱を分散させるために、前記断熱性壁（２０２）よりも高い熱伝導率を有する、熱伝導層（２１０）と
を含み、
前記熱伝導層（２１０）が、熱伝導によって引き起こされる前記サセプタ（１００）から前記断熱物（２００）への熱移送を低減するために前記サセプタ（１００）から離間され、前記熱伝導層（２１０）が、前記断熱壁（２０２）上に配設され、それによって、前記断熱物（２００）のうねりを低減して前記断熱物（２００）の反射率を高める、
断熱物（２００）と
を含む、装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記断熱壁（２０２）の前記熱伝導率に対する前記熱伝導層（２１０）の前記熱伝導率の熱伝導率比が、１０以上であり、好ましくは、１４以上であり、さらに好ましくは、１８以上である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記熱伝導層（２１０）が、前記断熱壁（２０２）に被覆すること、浸透させること、および箔で裏打ちすることのうちの少なくとも１つによって前記断熱壁（２０２）上に配置される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記熱伝導層（２１０）が、金属炭化物を被覆および／または浸透させることによって前記断熱壁（２０２）上に配置され、好ましくは、前記金属炭化物が耐熱性金属炭化物を含み、任意選択で、前記耐熱性金属炭化物が、ＴａＣ、ＷＣ、およびＨｆＣのうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記熱伝導層（２１０）が、前記断熱壁（２０２）に箔を貼ることによって前記断熱壁（２０２）上に配置され、好ましくは、前記箔がグラファイトを含み、任意選択で、前記箔が剥離グラファイトを含む、請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
前記断熱壁（２０２）がフェルトを含み、好ましくは、前記断熱壁（２０２）が、軟質フェルトおよび硬質フェルトのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記断熱壁（２０２）が、
１ｍｍと１０ｍｍとの間の範囲の繊維長さと、０．１ｍｍと１ｍｍとの間の範囲の繊維直径とを有する短い炭素繊維であり、前記短い炭素繊維が、樹脂によって接合され、それによって、硬質フェルトが形成される、短い炭素繊維と、
１０を超える繊維長さを有する長い炭素繊維であり、前記長い炭素繊維がニードリングすることよって接合されて、軟質フェルトが形成される、長い炭素繊維と
のうちの少なくとも１つを含むグラファイト断熱材料を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記断熱壁（２０２）が、前記成長方向（Ｙ）に延び、前記周方向（Ｃ）に前記サセプタ（１００）を取り囲む中空円筒によって形成され、好ましくは、複数の共軸中空円筒層が、一方が他方の内側に重ねられ、各円筒層が異なる半径を有し、最も小さい半径を有する前記円筒が、前記サセプタ（１００）に面する内面上に前記熱伝導層（２１０）を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記断熱壁（２０２）の反射率比に対する前記熱伝導層（２１０）の反射率比の反射率が、１．３以上であり、好ましくは、１．４以上であり、さらに好ましくは、１．５以上である、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記熱伝導層（２１０）のうねり高さが、２ｍｍ以下、好ましくは、１ｍｍ以下、さらに好ましくは、０．５ｍｍ以下である、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
（【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】
本出願は、ＳｉＣ体積単結晶を成長させるための装置および成長方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、その優れた物理的、化学的、電気的、および光学的特性により、電力用半導体構成要素用出発材料として使用されることを含めて、高周波構成要素用および特殊な発光半導体構成要素用半導体材料として使用される。これらの構成要素では、大きい基板直径（２００ｍｍ以上の）および高品質を有するＳｉＣ基板、例えば、米国特許第８，７４７，９８２Ｂ２号明細書に記載されているものなどが必要とされる。
【０００３】
適切な出発材料を使用して、ＳｉＣ単結晶は、例えば、例えば米国特許第８，８６５，３２４Ｂ２号明細書に開示されているような物理気相堆積（ＰＶＴ）プロセスによって成長される。次いで、結晶は、ワイヤソーまたは類似のスライシング技法を使用して、ＳｉＣ基板にスライスされ、次いで、表面が、多段階の研磨ステップを使用して精緻化される。後続のエピタキシプロセスにおいて、薄い単結晶層（例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ）が最初にＳｉＣ基板に堆積される。これらの層および結果として得られるデバイスの特性は、ＳｉＣ基板の品質に依存する。
【０００４】
ＳｉＣ結晶の成長は、非常にエネルギー集約的な、それゆえ、高価なプロセスである。同じかまたはより大きい結晶でのあらゆるエネルギー節約は、結果として得られる電気構成要素の経済効率の向上をもたらす。例えば、独国特許出願公開第１０２００９００４７５１Ｂ４号明細書に記載されているように断熱物を使用することが提案されている。このようにして、エネルギーを節約することができ、品質を保証することができる。
【０００５】
同時に、結晶成長における品質の低下は莫大なコストにつながる。結晶成長において高い歩留まりを達成するためには、清浄度、温度安定性、および電磁場に対する透明性などの高い要件を満たさなければならない、一貫した品質の出発材料および補助材料、特に断熱物を使用できることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
米国特許第８，７４７，９８２Ｂ２号明細書
米国特許第８，８６５，３２４Ｂ２号明細書
独国特許出願公開第１０２００９００４７５１Ｂ４号明細書
【発明の概要】
【０００７】
上述の観点から、コストを低減し、エネルギーを節約することが目的である。同時に、品質を保証するために、規定された温度プロフィル（成長ごとに一貫している）を設定することを可能にする材料が選択されることが目的である。高品質ＳｉＣ結晶の成長のために、さらに、規定された温度プロフィルが成長セットアップにおいて支配することが目的である。別の目的は、高温で使用することができる材料を使用することである。さらなる目的は、材料が、真空条件下で使用され、清浄度の要件を満たすことができることである。
【０００８】
これらの目的のうちの少なくとも１つは、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項によって解決される。
【０００９】
一般的な態様によれば、断熱物の表面を最適化することが提案される。より具体的には、結晶成長用途に使用することができる断熱物は、通常、波状面と、様々な密度をもつ構造とを有する。これは、結晶成長に対して二重の悪影響を有する。
【００１０】
より具体的には、通常、繊維ベース微細構造は、強い起伏および空隙をもつ表面をもたらす。これは、断熱材から表面への熱放射の最適でない反射に起因して、サセプタへのエネルギーの最適でなく均質でない戻りをもたらす。代わりに、断熱材は、望ましくない吸収に起因して、またはサセプタへの直接的な後方散乱が不都合な断熱材表面に起因して可能ではないので熱くなる。低い繊維密度（大きい空隙）の区域では、るつぼからの放射エネルギーの多くが断熱材によって吸収され、高い繊維密度（小さい空隙）の区域では、吸収される放射エネルギーは少ない。
（【００１１】以降は省略されています）

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