JP2010111521A - Manufacturing apparatus of silicon carbide single crystal, and manufacturing method of silicon carbide single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素を含む種結晶と、種結晶の成長に用いられる昇華用原料とを収容する収容部と、収容部の側部の周囲を加熱する加熱部とを備える炭化珪素単結晶の製造装置、及び炭化珪素単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide single crystal comprising: a seed crystal containing silicon carbide; a housing part that houses a sublimation raw material used for seed crystal growth; and a heating part that heats the periphery of the side part of the housing part. The present invention relates to a manufacturing apparatus and a method for manufacturing a silicon carbide single crystal.
従来、炭化珪素によって形成された種結晶と、昇華用原料とが収容された坩堝(収容部)を用いて炭化珪素単結晶を製造する方法が知られている。例えば、粉体状の昇華用原料が坩堝の底部に載置され、種結晶が坩堝の上部に配設される(特許文献1参照)。また、坩堝の外周部には、坩堝を加熱する誘導加熱コイルが配設される。 Conventionally, a method of manufacturing a silicon carbide single crystal using a crucible (accommodating portion) in which a seed crystal formed of silicon carbide and a sublimation raw material are accommodated is known. For example, a powdery sublimation raw material is placed on the bottom of the crucible, and a seed crystal is disposed on the top of the crucible (see Patent Document 1). An induction heating coil for heating the crucible is disposed on the outer periphery of the crucible.
誘導加熱コイルを用いて加熱された坩堝内において昇華した昇華用原料は、冷却されることによって種結晶上に再結晶化する。このように種結晶を成長させることによって、炭化珪素単結晶のインゴットが製造される。 The sublimation raw material sublimated in the crucible heated using the induction heating coil is recrystallized on the seed crystal by being cooled. By growing the seed crystal in this way, a silicon carbide single crystal ingot is manufactured.
しかしながら、上述した従来の炭化珪素単結晶の製造方法には、次のような問題があった。すなわち、誘導加熱コイルを用いて加熱される坩堝内の温度は、坩堝内の位置によって異なるため、昇華用原料が均一に昇華しない問題があった。具体的には、高温となる領域に配設されている昇華用原料は早く昇華し、他の領域と比較して低温となる領域に配設されている昇華用原料は昇華し難い。 However, the conventional method for manufacturing a silicon carbide single crystal described above has the following problems. That is, since the temperature in the crucible heated using the induction heating coil varies depending on the position in the crucible, there is a problem that the sublimation raw material does not sublime uniformly. Specifically, the sublimation raw material disposed in the high temperature region sublimes quickly, and the sublimation raw material disposed in the low temperature region is difficult to sublime compared to other regions.
このため、坩堝の加熱開始直後は、昇華用原料が昇華する量が多く、加熱開始から時間が経過するに連れて昇華用原料が昇華する量が少なくなる。つまり、炭化珪素単結晶の成長速度が徐々に鈍化するため、炭化珪素単結晶の均一な結晶成長の促進が妨げられる問題があった。 For this reason, immediately after the start of heating of the crucible, the amount of sublimation raw material sublimates is large, and as the time elapses from the start of heating, the amount of sublimation raw material sublimates decreases. That is, since the growth rate of the silicon carbide single crystal gradually slows, there is a problem that the promotion of uniform crystal growth of the silicon carbide single crystal is hindered.
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より均一な結晶成長を促進する炭化珪素単結晶の製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and a silicon carbide single crystal manufacturing method that promote more uniform crystal growth. .
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第1の特徴は、炭化珪素を含む種結晶(種結晶70)と、前記種結晶の成長に用いられる昇華用原料(昇華用原料80)とを収容する収容部(収容部14)と、前記収容部の側部の周囲に配設され、前記収容部を加熱する加熱部(誘導加熱コイル30)とを備える炭化珪素単結晶の製造装置(製造装置1)であって、前記昇華用原料の少なくとも一部は、中空部(中空部81)が形成された筒状であり、前記種結晶は、前記昇華用原料の中空部に配設されるとともに、前記種結晶と前記昇華用原料との位置関係は、前記加熱部による加熱時間の経過とともに前記中空部の延在方向(方向F)に沿って変化し、前記加熱部によって所定温度に加熱される加熱位置は、前記種結晶の位置とともに移動することを要旨とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following features. First, the first feature of the present invention is that a housing portion (housing portion) housing a seed crystal containing silicon carbide (seed crystal 70) and a sublimation raw material (sublimation raw material 80) used for growing the seed crystal. 14) and a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus (manufacturing apparatus 1) comprising a heating section (induction heating coil 30) disposed around the side portion of the housing section and heating the housing section, At least a part of the sublimation raw material has a cylindrical shape in which a hollow portion (hollow portion 81) is formed, and the seed crystal is disposed in the hollow portion of the sublimation raw material, and the seed crystal and the The positional relationship with the sublimation raw material changes along the elongating direction (direction F) of the hollow portion with the elapse of the heating time by the heating unit, and the heating position heated to a predetermined temperature by the heating unit is The gist is to move with the position of the seed crystal.
本発明の第1の特徴によれば、昇華用原料における加熱位置と中空部における種結晶の位置は、加熱時間の経過とともに移動する。加熱部によって所定温度に加熱される加熱位置から原料ガスが昇華する。 According to the first feature of the present invention, the heating position in the sublimation raw material and the position of the seed crystal in the hollow portion move as the heating time elapses. The source gas is sublimated from the heating position heated to a predetermined temperature by the heating unit.
本発明の第1の特徴によれば、昇華用原料の一部が加熱され、時間の経過とともに加熱位置と種結晶の位置とが対応して変化させられる。すなわち、反応開始時には、炭化珪素単結晶を得るために必要な昇華用原料の全体が加熱されるわけではない。 According to the first feature of the present invention, a part of the sublimation raw material is heated, and the heating position and the position of the seed crystal are correspondingly changed with the passage of time. That is, at the start of the reaction, the entire sublimation raw material necessary for obtaining a silicon carbide single crystal is not heated.
このように、昇華用原料の加熱位置が変化するため、反応処理全体を通じて昇華用原料に温度ムラが生じることで起こる昇華用原料の残留を防ぐことができる。これにより、加熱開始から時間が経過するに連れて、昇華用原料の昇華量が少なくなることを防止できる。 Thus, since the heating position of the sublimation raw material changes, it is possible to prevent the sublimation raw material from remaining due to temperature unevenness occurring in the sublimation raw material throughout the reaction process. Thereby, it can prevent that the amount of sublimation of the sublimation raw material decreases as time elapses from the start of heating.
従って、炭化珪素単結晶の成長速度が徐々に鈍化することを防ぎ、炭化珪素単結晶の均一な結晶成長を促進することができる。 Therefore, the growth rate of the silicon carbide single crystal can be prevented from gradually decreasing, and uniform crystal growth of the silicon carbide single crystal can be promoted.
本発明の第2の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、延在方向(方向F)に沿って前記種結晶を移動させる種結晶移動機構(種結晶移動機構44)を備えることを要旨とする。 A second feature of the present invention relates to the first feature of the present invention, and is provided with a seed crystal moving mechanism (seed crystal moving mechanism 44) for moving the seed crystal along the extending direction (direction F). The gist.
本発明の第3の特徴は、本発明の第2の特徴に係り、前記種結晶移動機構による前記種結晶の移動に応じて前記加熱部を移動させる加熱部移動機構(誘導加熱コイル移動機構140)を備えることを要旨とする。 A third feature of the present invention relates to the second feature of the present invention, and is a heating unit moving mechanism (induction heating coil moving mechanism 140) that moves the heating unit in accordance with the movement of the seed crystal by the seed crystal moving mechanism. ).
本発明の第4の特徴は、本発明の第2又は第3の特徴に係り、前記種結晶が載置される種結晶載置部(種結晶載置部52)を有することを要旨とする。 The fourth feature of the present invention relates to the second or third feature of the present invention, and is characterized by having a seed crystal placement part (seed crystal placement part 52) on which the seed crystal is placed. .
本発明の第5の特徴は、本発明の第2乃至第4の何れか一つの特徴に係り、前記中空部を封止する一対の封止部(封止部50,60)を備え、一方の前記封止部(封止部50)は、前記種結晶移動機構に取り付けられるとともに、前記中空部の一端部側を封止し、他方の前記封止部(封止部60)は、前記中空部の他端部側を封止し、前記一対の封止部は、前記種結晶移動機構による前記種結晶の移動に応じて前記中空部の内壁面を摺動することを要旨とする。
A fifth feature of the present invention relates to any one of the second to fourth features of the present invention, comprising a pair of sealing portions (sealing
本発明の第6の特徴は、本発明の第4の特徴に係り、加熱位置は、前記種結晶の成長方向の端部(結晶端部100a)と、前記中空部の他端部側を封止する前記封止部(封止部50)との間に設定されることを要旨とする。
A sixth feature of the present invention relates to the fourth feature of the present invention, wherein the heating position is sealed between the end portion (
本発明の第7の特徴は、本発明の第5又は第6の特徴に係り、前記封止部は、黒鉛を含む部材で形成され、前記封止部の温度を測定する温度測定部(温度測定部90)を備えることを要旨とする。 A seventh feature of the present invention relates to the fifth or sixth feature of the present invention, wherein the sealing portion is formed of a member containing graphite, and a temperature measuring portion (temperature) that measures the temperature of the sealing portion. The gist is to include a measuring unit 90).
本発明の第8の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、前記昇華用原料を前記延在方向に沿って移動させる原料移動機構(原料移動機構45、46)を備えることを要旨とする。
An eighth feature of the present invention relates to the first feature of the present invention, and is characterized by comprising a raw material moving mechanism (raw
本発明の第9の特徴は、本発明の第8の特徴に係り、前記原料移動機構は、前記昇華用原料を鉛直方向に沿って上方に移動させることを要旨とする。 A ninth feature of the present invention relates to the eighth feature of the present invention, and is summarized in that the raw material moving mechanism moves the sublimation raw material upward along a vertical direction.
本発明の第10の特徴は、本発明の第1乃至第9の何れか一つに係り、前記加熱部は、前記収容部の周囲に沿って回旋させられた誘導コイルを含むことを要旨とする。 A tenth feature of the present invention according to any one of the first to ninth aspects of the present invention is that the heating unit includes an induction coil that is rotated along the periphery of the housing unit. To do.
本発明の第11の特徴は、炭化珪素を含む種結晶と、前記種結晶の成長に用いられる中空部を有する昇華用原料とを収容部に収容し、前記種結晶を前記昇華用原料の前記中空部に配設し、前記収容部の外周部に沿って配設される加熱部によって前記昇華用原料を加熱して前記昇華用原料を昇華させ、昇華させた前記昇華用原料を前記種結晶上に再結晶化させて炭化珪素単結晶を製造する炭化珪素単結晶の製造方法であって、前記昇華用原料を加熱する工程(工程S3)と、加熱された前記昇華用原料が前記昇華用原料の中空部に配設された種結晶を元に再結晶化し、前記再結晶化された炭化珪素単結晶を成長させる工程(工程S4)とを有し、前記成長させる工程では、前記種結晶と前記昇華用原料との位置関係が加熱時間の経過とともに前記中空部の延在方向に沿って変化し、前記加熱部によって所定温度に加熱される前記昇華用原料の加熱位置が前記種結晶の位置とともに移動することを要旨とする。 An eleventh feature of the present invention is that a seed crystal containing silicon carbide and a sublimation raw material having a hollow part used for growth of the seed crystal are accommodated in a housing part, and the seed crystal of the sublimation raw material is The sublimation raw material is sublimated by heating the sublimation raw material by a heating unit disposed in a hollow portion and disposed along the outer periphery of the housing portion, and the sublimated raw material is sublimated with the seed crystal. A method for producing a silicon carbide single crystal, which is recrystallized to produce a silicon carbide single crystal, wherein the sublimation raw material is heated (step S3), and the heated sublimation raw material is used for the sublimation. Recrystallizing the seed crystal disposed in the hollow portion of the raw material, and growing the recrystallized silicon carbide single crystal (step S4). In the growing step, the seed crystal And the positional relationship between the sublimation raw material and the heating time Along the extending direction of the hollow portion changes, heating position of the sublimation raw material is heated to a predetermined temperature by the heating unit is summarized in that that moves with the position of the seed crystal.
本発明によれば、より均一な結晶成長を促進する炭化珪素単結晶の製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and a silicon carbide single crystal manufacturing method that promote more uniform crystal growth.
次に、本発明に係る炭化珪素粉体の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、1.第1実施形態、2.第2実施形態、3.第3実施形態、4.その他の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of a method for producing silicon carbide powder according to the present invention will be described with reference to the drawings. Specifically, First Embodiment, 2. Second embodiment, 3. Third embodiment, 4. Other embodiments will be described.
なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。 In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions are different from actual ones.
したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
1.第1実施形態
(1)製造装置の概略構成
図1,図2を用いて、本発明の実施形態として示す炭化珪素単結晶の製造装置1を説明する。図1は、炭化珪素単結晶の製造装置1を説明する構成図である。
1. First Embodiment (1) Schematic Configuration of Manufacturing Apparatus A silicon carbide single
図1に示すように、炭化珪素単結晶の製造装置1は、反応炉10と、反応炉10の少なくとも側面を覆う石英管20と、石英管20の外周に配置された誘導加熱コイル30とを有する。
As shown in FIG. 1, a silicon carbide single
反応炉10は、円筒状の黒鉛製隔壁11と、黒鉛製蓋部12と、黒鉛製底部13とを有する。黒鉛製隔壁11は、反応炉10の側面を構成する。黒鉛製隔壁11は、断熱材(不図示)で外面を覆われている。黒鉛製蓋部12は、反応炉10の上面を構成する。黒鉛製底部13は、反応炉10の底面を構成する。
The
黒鉛製蓋部12の外側の上面は、断熱材21で覆われる。黒鉛製底部13の外側の上面は、断熱材22で覆われる。黒鉛製蓋部12の外側の上面には、開口部12aが設けられる。開口部12aには支持棒41が挿通される。黒鉛製底部13の外側の上面にも開口部13aが設けられる。開口部13aには支持棒42が挿通される。
The upper surface outside the
開口部12a、13aと支持棒41、42との間は、図示しない封止材によって封止されている。支持棒41、42は、開口部12a、13aに対して抜き差し方向に移動しても密封性が保持されている。
A space between the
黒鉛製蓋部12及び黒鉛製底部13は、黒鉛製隔壁11に螺合により着脱自在に設けられていてもよい。
The
黒鉛製隔壁11、黒鉛製蓋部12、黒鉛製底部13によって収容部14が形成される。収容部14は、炭化珪素を含む種結晶70と、種結晶70の成長に用いられる昇華用原料80とを収容する。昇華用原料80は、黒鉛製隔壁11の内壁面に沿って配設される。すなわち、昇華用原料80は、円筒状である。
An
収容部14に配設された昇華用原料80の中空部81、つまり筒内部には、黒鉛製の封止部50及び封止部60が配設される。
In the hollow portion 81 of the sublimation
封止部50は、収容部14内部の下方に配設されており、中空部81の一端部側(下方)を封止している。封止部60は、封止部50よりも上方に配設されており、中空部81の他端部側(上方)を封止している。
The sealing
封止部50,60は、平面視において、昇華用原料80の断面形状に略同一の平面形状を有する。封止部50及び封止部60の外周面と、昇華用原料80の内壁面との間隔は、0.5mm以下であることが好ましい。昇華用原料80から昇華した原料ガスが漏洩しないように、封止部50と封止部60の外周面は、昇華用原料80の内壁面に当接していることが好ましい。
The sealing
封止部50は、種結晶70が載置される種結晶載置部52を有する。種結晶載置部52は、封止部50の表面51の略中央部分に形成される。封止部50は、黒鉛を含む部材で形成される。封止部50の表面51と反対の面には、封止部50の温度を測定する温度測定部90が設けられる。支持棒42は、中空構造とされている。温度測定部90は、封止部50に接触した状態で、支持棒42の内部に配設されている。
The sealing
封止部50には、支持棒42が連結される。支持棒42は、種結晶移動機構44に連結される。また、封止部60には、支持棒41が連結される。支持棒41は、封止部移動機構43に連結される。
A
封止部50,60は、反応炉10の内部において、加熱時間の経過とともに、昇華用原料80の内壁面を摺動し、例えば、上方から下方に向けて移動することができる(図1に示す矢印方向)。
The sealing
誘導加熱コイル30は、第1コイル31、第2コイル32、第3コイル33、第4コイル34、及び第5コイル35を有する。誘導加熱コイル30は、石英管20の外周部に沿って巻回されている。誘導加熱コイル30は、黒鉛製隔壁10を加熱する。
The
誘導加熱コイル30のコイル径の中心を通る中心線CL3の位置は、収容部14の中心線CL1と、種結晶70の中心を通る結晶中心線CL2と重なる。
The position of the center line CL3 passing through the center of the coil diameter of the
誘導加熱コイル30の各々は、図1に図示しない制御部によって、電力のオンオフ又は電力の強弱が制御される。従って、誘導加熱コイル30は、加熱時間の経過とともに、封止部50及び封止部60の移動に伴って、少なくとも種結晶70の位置に対応する反応炉10の外周を加熱することができる。反応炉10内の温度は、成長させたい炭化珪素単結晶の結晶多形に応じて適宜選択可能である。
Each of the induction heating coils 30 is controlled by a control unit (not shown) in FIG. Therefore, the
また、誘導加熱コイル30の中心線CL3は、昇華用原料80の筒の中心線CL4と一致する。誘導加熱コイル30の中心線CL3と、収容部14の中心線CL1と、昇華用原料80の筒の中心線CL4とを一致させると、昇華用原料80にも誘導電流が流れる。従って、昇華原料80が自己発熱する。これにより、昇華用原料80の加熱効率を向上させることができる。
Further, the center line CL3 of the
黒鉛製隔壁11の内面11aと円筒形状の昇華用原料80の外面80aとの間隔は、狭ければ狭いほど良く、具体的には、0.5mm以下であり、更には、黒鉛製隔壁11の内径と円筒形状の昇華用原料80の外径とは略同一であることが好ましい。間隔が0.5mm以下であると、後述する誘導加熱コイル30からの誘導電流が昇華用原料80に侵入し易くなり、昇華用原料80の加熱効率が向上する。
The smaller the gap between the
更に、誘導電流の流れ易さを考慮すると、昇華用原料80として、導電率の高いn型又はp型の炭化珪素を用いることが好ましい。
Furthermore, considering the ease of flow of the induced current, it is preferable to use n-type or p-type silicon carbide having high conductivity as the sublimation
また、昇華用原料80における誘導電流の流れ易さを考慮すると、黒鉛製隔壁11の側壁の厚さは、より薄くすることが必要であるが、黒鉛製隔壁11の強度を勘案して、5mm以上10mm以下とすることが好ましい。
Further, considering the ease of induction current flow in the sublimation
種結晶70は、例えば、炭化珪素単結晶である。種結晶70は、収容部14の中央部に配設される。結晶成長面に鏡面研磨加工が施される。種結晶70は、封止部50の表面51に形成された種結晶載置部52に載置される。
昇華用原料80は、炭化珪素を含む炭化珪素原料である。昇華用原料80は、黒鉛製隔壁10の内側面に沿って配設される。すなわち、昇華用原料80は、円筒状である。
Sublimation
昇華用原料80は、炭化珪素を焼結することによって生成された炭化珪素焼結体である。炭化珪素焼結体は、粉体に比べて成形性がよいため、反応容器本体50における昇華用原料80の配置位置の自由度が増す。そのため、本実施形態のように、円筒状に成形できる。昇華用原料80と種結晶70とは、同一多形であることが好ましい。
Sublimation
図2は、炭化珪素単結晶の製造装置1内に配設される昇華用原料80と種結晶70との位置関係を説明する斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view for explaining the positional relationship between sublimation
図2に示すように、種結晶70は、種結晶載置部52に載置された状態で、円筒形状を有する昇華用原料80によって取り囲まれている。すなわち、種結晶70の側方は、昇華用原料80により囲まれる。昇華用原料80の筒の中心線CL4は、種結晶70の結晶中心線CL2と略一致する。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、封止部50と封止部60との間には、円筒状の昇華用原料80の延在方向Fに沿って所定の間隔dが設けられる。封止部50,60は、反応炉10の内部において、間隔dを一定として、加熱時間の経過とともに、例えば、上から下に移動することができる。すなわち、封止部50と封止部60と昇華用原料80とで囲まれた空間が、炭化珪素単結晶の昇華及び再結晶化の反応系15に相当する。
As shown in FIG. 2, a predetermined distance d is provided between the sealing
昇華用原料80の内径D1と、種結晶70の径方向の長さD2との関係は、10mm≦(D1−D2)≦20mmであることが好ましい。D1−D2が20mmを超えると、昇華した炭化珪素が種結晶70と昇華用原料80との間の封止部50の表面51で再結晶化し易くなるため、好ましくない。
The relationship between the inner diameter D1 of the sublimation
一方、D1−D2が10mm以下の場合には、種結晶上の成長が進み、結晶が中心軸方向に成長するとともに径方向に成長すると、成長した単結晶が昇華用原料80に接触する可能性があるため、好ましくない。
On the other hand, when D1-D2 is 10 mm or less, the growth on the seed crystal proceeds, and when the crystal grows in the central axis direction and grows in the radial direction, the grown single crystal may come into contact with the sublimation
次に、炭化珪素単結晶の製造装置1の稼動例を説明する。図3は、炭化珪素単結晶の製造装置1の加熱開始から所定時間t経過後の状態を示す図である。
Next, an operation example of the silicon carbide single
封止部50、封止部60は、加熱時間の経過に伴って、上から下へと移動する。反応炉10における加熱位置は、少なくとも種結晶70の成長方向の端部である結晶端部100aと、封止部50との間に設定される。すなわち、図3に示す状態では、第3コイル33と第4コイル34が稼動している。
The sealing
選択された誘導加熱コイルによって加熱された昇華用原料80の加熱位置から、原料ガスが昇華し、種結晶70を元に再結晶化されて、種結晶70上に炭化珪素単結晶が成長する。
The source gas is sublimated from the heating position of the sublimation
製造装置1では、昇華用原料80の加熱位置が移動するとともに種結晶70の位置が移動する。すなわち、昇華によって珪素が抜け出した昇華用原料80を反応系15の外に送り出すとともに、反応系15に未反応の昇華用原料80を供給する。従って、製造装置1によれば、加熱開始から時間が経過しても、昇華用原料80の昇華量及び昇華された原料ガスの成分が一定に保たれる。
In the
(2)炭化珪素単結晶の製造方法
(2−1)昇華用原料の作製
昇華用原料80について説明する。昇華用原料80としては、一例として、高純度の炭化珪素焼結体を使用することが好ましい。昇華用原料80は、珪素含有原料と炭素含有原料とから作製される。珪素含有原料と炭素含有原料とを混合し、混合された原料混合物を架橋又は重合させると、炭化珪素前駆体が得られる。得られた炭化珪素前駆体を乾燥させ、非酸化性雰囲気下において、1600〜2000℃で焼成させると、高純度の炭化珪素粉体(いわゆる、高純度プリカーサ法粉体という)が得られる。この高純度プリカーサ法粉体を円筒状に成形し、焼成によって得られた焼結体を昇華用原料80とする。
(2) Production Method of Silicon Carbide Single Crystal (2-1) Production of Sublimation Raw Material Sublimation
珪素含有原料は、液状の珪素化合物、加水分解性珪素化合物より合成された珪素質固体とを含む群より選ばれる少なくとも1種の珪素含有原料である。 The silicon-containing raw material is at least one silicon-containing raw material selected from the group comprising a liquid silicon compound and a silicon solid synthesized from a hydrolyzable silicon compound.
珪素含有原料としては、加水分解性珪酸化合物をトリメチル化して得られる1群のポリマー、加水分解性珪酸化合物と1価もしくは多価アルコール(例えば、ジオール、トリオール)とのエステル(例えば、四塩化珪素とエタノールとの反応で合成されるエチルシリケート)、加水分解性珪素化合物と有機化合物との反応で得られたエステル以外の反応生成物(例えば、テトラメチルシラン、ジメチルジフェニルシラン、ポリジメチルシラン)等の珪素化合物が挙げられる。 Examples of the silicon-containing raw material include a group of polymers obtained by trimethylation of a hydrolyzable silicic acid compound, and an ester (for example, silicon tetrachloride) of a hydrolyzable silicic acid compound and a monovalent or polyhydric alcohol (eg, diol, triol). Ethyl silicate synthesized by the reaction of ethanol with ethanol), reaction products other than esters obtained by the reaction of hydrolyzable silicon compounds and organic compounds (for example, tetramethylsilane, dimethyldiphenylsilane, polydimethylsilane), etc. The silicon compound is mentioned.
珪素化合物は、製造工程で不純物を含まない原料と、不純物を含まない触媒とを用いて合成された化合物である。この珪素化合物の不純物の含有量は、各1ppm以下であることが好ましい。 A silicon compound is a compound synthesized in a manufacturing process using a raw material not containing impurities and a catalyst containing no impurities. The content of impurities in this silicon compound is preferably 1 ppm or less.
ここで、半導体製造に有害な元素(以下、不純物という)とは、ウェハーの熱処理工程でウェハーに不純物として取り込まれることにより、ウェハーの電気特性の低下を引き起こす元素のことである。 Here, an element harmful to semiconductor manufacturing (hereinafter referred to as an impurity) is an element that causes a decrease in electrical characteristics of a wafer by being incorporated into the wafer as an impurity in the wafer heat treatment process.
不純物の一例としては、1989年IUPAC無機化学命名法改訂版の周期律表における1族から17族元素に属しかつ原子番号3以上(但し、炭素原子、酸素原子及びケイ素原子を除く)である元素をいう。また、成長する炭化ケイ素単結晶にn型あるいはp型の導電性を付与するため故意にそれぞれ窒素、アルミニウムなどのドーパント元素を添加した場合はそれらも除くこととする。
As an example of an impurity, an element belonging to
加水分解性珪素化合物より合成された珪素質固体も同様に、不純物の含有量が各1ppm以下であることが好ましい。この珪素質固体は、高温の非酸化性雰囲気中で炭素と反応して炭化珪素を生成するものであればよい。珪素質固体の好ましい例は、四塩化珪素の加水分解により得られる無定型シリカ微粉末である。 Similarly, the silicon solid synthesized from the hydrolyzable silicon compound preferably has an impurity content of 1 ppm or less. This silicon solid may be any material that reacts with carbon in a high-temperature non-oxidizing atmosphere to produce silicon carbide. A preferred example of the siliceous solid is amorphous silica fine powder obtained by hydrolysis of silicon tetrachloride.
炭素含有原料は、不純物を含まない触媒を用いて合成され、加熱及び/又は触媒、若しくは架橋剤により重合又は架橋して硬化しうる任意の1種もしくは2種以上の有機化合物から構成されるモノマー、オリゴマー及びポリマーである。 The carbon-containing raw material is a monomer that is synthesized using a catalyst that does not contain impurities, and is composed of any one or more organic compounds that can be cured by polymerization and crosslinking with heating and / or a catalyst or a crosslinking agent. , Oligomers and polymers.
炭素含有原料の好適な具体例としては、不純物を含まない触媒を用いて合成されたフェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂などの硬化性樹脂が挙げられる。特に、残炭率が高く、作業性に優れているレゾール型またはノボラック型フェノール樹脂が好ましい。 Preferable specific examples of the carbon-containing raw material include curable resins such as a phenol resin, a furan resin, a urea resin, an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a polyimide resin, and a polyurethane resin synthesized using a catalyst that does not contain impurities. Can be mentioned. In particular, a resol type or novolac type phenol resin having a high residual carbon ratio and excellent workability is preferable.
本実施形態に有用なレゾール型フェノール樹脂は、不純物を含まない触媒(具体的には、アンモニアまたは有機アミン)の存在下において、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、ビスフェノールAなどの1価または2価のフェノール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類とを反応させて製造する。 The resol type phenolic resin useful in the present embodiment is monovalent or divalent such as phenol, cresol, xylenol, resorcin, bisphenol A, etc. in the presence of an impurity-free catalyst (specifically, ammonia or organic amine). This is produced by reacting phenolic compounds with aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde and benzaldehyde.
触媒として用いる有機アミンは、第一級、第二級、および第三級アミンのいずれでもよい。有機アミンとしては、ジメチルアミン、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、N−メチルアニリン、ピリジン、モルホリン等を用いることができる。 The organic amine used as the catalyst may be any of primary, secondary, and tertiary amines. As the organic amine, dimethylamine, trimethylamine, diethylamine, triethylamine, dimethylmonoethanolamine, monomethyldiethanolamine, N-methylaniline, pyridine, morpholine and the like can be used.
フェノール類とアルデヒド類とをアンモニアまたは有機アミンの存在下に反応させてレゾール型フェノール樹脂を合成する方法は、使用触媒が異なる以外は、従来公知の方法を採用できる。 As a method of synthesizing a resol type phenol resin by reacting phenols and aldehydes in the presence of ammonia or an organic amine, conventionally known methods can be adopted except that the catalyst used is different.
本実施形態に有用なノボラック型フェノール樹脂は、上記と同様の1価または2価フェノール類とアルデヒド類とを混合し、不純物を含まない酸類(具体的には、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸またはシュウ酸など)を触媒として反応させて製造することができる。 The novolak type phenolic resin useful in the present embodiment is a mixture of monovalent or divalent phenols and aldehydes similar to those described above, and contains no impurities (specifically, hydrochloric acid, sulfuric acid, p-toluenesulfone). Acid or oxalic acid) as a catalyst.
(2−2)炭化珪素単結晶の製造方法
次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。図4は、炭化珪素単結晶の製造方法を説明する図である。
(2-2) Manufacturing method of silicon carbide single crystal Next, the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a silicon carbide single crystal.
図4に示すように、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、工程S1乃至工程S4を有する。なお、図4に示す工程S5及び工程S6を続けて行うことにより、半導体ウェハを製造することができる。 As shown in FIG. 4, the method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to this embodiment includes steps S1 to S4. In addition, a semiconductor wafer can be manufactured by performing step S5 and step S6 shown in FIG. 4 continuously.
工程S1は、上述した昇華用原料80を準備する工程である。昇華用原料80の作製は、上述した昇華用原料80の作製方法に基づく。
Step S1 is a step of preparing the above-described sublimation
工程S2は、工程S1で作製された昇華用原料80、種結晶70等を製造装置1に配置する工程である。
Step S2 is a step of arranging the sublimation
工程S2では、種結晶70は、封止部50の表面51に形成された種結晶載置部52に載置される。このとき、種結晶70の中心を通る結晶中心線CL2は、収容部14の中心線CL1と一致させた状態で種結晶載置部52上に載置される。
In step S <b> 2, the
また、円筒形状を有する昇華用原料80の筒の中心線CL4は、収容部14の中心線CL1及び結晶中心線CL2に重ねて配設される。収容部14の中心線CL1、結晶中心線CL2、及び昇華用原料80の筒の中心線CL4は、誘導加熱コイル30のコイルの中心線CL3とも略一致される。
In addition, the center line CL4 of the cylinder of the sublimation
工程S3は、黒鉛製隔壁10を加熱し、昇華用原料80を昇華させる工程である。炭化珪素単結晶の製造装置1において、誘導加熱コイル30に電流を通電させて、昇華用原料80を加熱する。
Step S3 is a step of heating the
工程S4は、種結晶70を元に炭化珪素単結晶を成長させる工程である。工程S3において昇華した昇華用原料80は、黒鉛製隔壁10の中央部に配設された種結晶70を元に再結晶化する。すなわち、昇華用原料80から昇華した原料ガスは、昇華用原料80の中空部81に配設された種結晶70を元に再結晶化し、種結晶70上に炭化珪素単結晶100を成長させる。
Step S4 is a step of growing a silicon carbide single crystal based on the
工程S4は、種結晶70と昇華用原料80との位置関係が加熱時間の経過とともに中空部81の延在方向F(図2参照)に沿って変更する工程S41を含む。工程S41では、誘導加熱コイル30の各コイルによって所定温度に加熱される昇華用原料80の加熱位置が種結晶70の位置とともに移動する。
Step S4 includes a step S41 in which the positional relationship between the
これにより、炭化珪素単結晶(単結晶インゴットという)が時間とともに、反応容器本体50の径方向に成長させることができる。上述の工程S1〜S4を行うことにより、単結晶インゴットを得ることができる。
Thereby, a silicon carbide single crystal (referred to as a single crystal ingot) can be grown in the radial direction of the reaction vessel
工程S5は、所望とするサイズに成長した単結晶インゴットに外周研削加工等を施す工程である。工程S5では、単結晶インゴットに、結晶方位(例えば、Si面やC面)を示すオリエンテーションフラット(オリフラ)を形成するオリフラ形成加工を行ってもよい。工程S6は、単結晶インゴットから半導体ウェハを切り出す(スライス)工程である。 Step S5 is a step of subjecting the single crystal ingot grown to a desired size to peripheral grinding. In step S5, orientation flat forming processing for forming an orientation flat (orientation flat) indicating a crystal orientation (for example, Si plane or C plane) may be performed on the single crystal ingot. Step S6 is a step of slicing (slicing) a semiconductor wafer from the single crystal ingot.
図4に示す製造方法によれば、選択された誘導加熱コイルによって加熱された昇華用原料80の加熱位置から原料ガスが昇華し、種結晶70を元に再結晶化されて、種結晶70上に炭化珪素単結晶が成長する。図4に示す製造方法では、昇華用原料80の加熱位置が移動するとともに種結晶70の位置が移動する。
According to the manufacturing method shown in FIG. 4, the raw material gas is sublimated from the heating position of the sublimation
すなわち、昇華によって珪素が抜け出した昇華用原料80を反応系15の外に送り出すとともに、反応系15に未反応の昇華用原料80を供給する。従って、上述の製造方法によれば、加熱開始から時間が経過しても、昇華用原料80の昇華量及び昇華された原料ガスの成分が一定に保たれる。
That is, the sublimation
(3)変形例
(3−1)変形例1
図5は、第1実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置1における封止部の変形例1を示す図である。第1実施形態では、封止部50の表面51には、種結晶載置部52が形成される。しかし、変形例1として示す封止部50aは、種結晶載置部として、製造装置1の下方に向けて凹んだ凹状部分53aが形成されていてもよい。種結晶70は、凹状部分53aに載置される。
(3) Modification (3-1)
FIG. 5 is a
凹状部分53aは、種結晶70の平面形状と略同形状を有する。また、凹状部分53aの深さd2は、種結晶70の厚さd1以下である。種結晶70は、凹状部分53aに載置されるが接着されない。
The
変形例1では、封止部50に凹状部分53aが形成されることにより、種結晶70を載置する位置が決められる。これにより、種結晶70を配置する工程S2における位置決め作業を厳密に行わなくても、種結晶70の載置位置を正確に定めることができる。従って、種結晶70を配置する工程S2において、位置決めを正確に行うことができるとともに、作業効率を高めることができる。
In the first modification, the
(3−2)変形例2,3
図6(a)は、封止部の変形例2を示す図である。位置決めの為の構成は、凹状部分53a以外の形状であってもよい。例えば、変形例2として示す封止部50bは、種結晶載置部52bを有する。種結晶載置部52bは、封止部50bの表面51bよりも高い。
(3-2)
Fig.6 (a) is a figure which shows the
図6(b)は、封止部の変形例3を示す図である。変形例3として示す封止部50cは、種結晶載置部52cを有する。種結晶載置部52cは、封止部50cの表面51cよりも高い。また、種結晶載置部52cに、製造装置1の下方に向けて凹んだ凹状部分53cが形成される。
FIG.6 (b) is a figure which shows the
変形例2,3の場合も変形例1と同様に、種結晶70を配置する工程S2における位置決め作業を厳密に行わなくても、種結晶70の載置位置を正確に定めることができる。従って、種結晶70を配置する工程S2において、位置決めを正確に行うことができるとともに、作業効率を高めることができる。
In the second and third modifications, similarly to the first modification, the placement position of the
(4)作用・効果
上述した炭化珪素単結晶の製造装置1によれば、昇華用原料80における加熱位置と中空部81における種結晶70の位置は、加熱時間の経過とともに移動する。誘導加熱コイル30によって所定温度に加熱される加熱位置から原料ガスが昇華する。
(4) Action / Effect According to the silicon carbide single
上述した炭化珪素単結晶の製造装置1によれば、昇華用原料80の一部が加熱され、時間の経過とともに加熱位置と種結晶70の位置とが対応して変化させられる。すなわち、反応開始時には、炭化珪素単結晶(単結晶インゴット)を得るために必要な昇華用原料80の全体が加熱されるわけではない。
According to the silicon carbide single
このように、昇華用原料の加熱位置が変化するため、反応処理全体を通じて昇華用原料80に温度ムラが生じることで起こる昇華用原料80の残留を防ぐことができる。これにより、加熱開始から時間が経過するに連れて、昇華用原料80の昇華量が少なくなることを防止できる。
Thus, since the heating position of the sublimation raw material changes, it is possible to prevent the sublimation
従って、炭化珪素単結晶の成長速度が徐々に鈍化することを防ぎ、炭化珪素単結晶の均一な結晶成長を促進することができる。 Therefore, the growth rate of the silicon carbide single crystal can be prevented from gradually decreasing, and uniform crystal growth of the silicon carbide single crystal can be promoted.
第1実施形態に係る製造装置1は、昇華用原料80の延在方向Fに沿って種結晶70を移動させる種結晶移動機構44を備える。また、昇華用原料80の加熱位置は、種結晶70の成長方向の結晶端部100aと、封止部50との間に設定される。
The
このように、製造装置1では、再結晶のために加熱する昇華用原料は、全体のうち一部分でよい。従って、昇華用原料80の加熱に必要な誘導加熱コイル30の電力を低減することができる。
Thus, in the
従来の炭化珪素単結晶の製造方法では、昇華温度付近において、昇華用原料から珪素が優先的に昇華するため、反応後半になると、原料ガスに占める炭素の比率が高まり、炭化珪素単結晶の品質が変化することが判っている。また、昇華用原料の昇華量が減少するため、炭化珪素単結晶の成長速度が著しく低下することが判っている。 In the conventional method for producing a silicon carbide single crystal, silicon preferentially sublimates from the sublimation raw material near the sublimation temperature, so that in the latter half of the reaction, the proportion of carbon in the raw material gas increases, and the quality of the silicon carbide single crystal Is known to change. Further, it has been found that the growth rate of the silicon carbide single crystal is remarkably reduced because the sublimation amount of the sublimation raw material is reduced.
これに対して、上述した炭化珪素単結晶の製造装置1では、一対の封止部50,60により、昇華用原料80の中空部81が封止される。封止部50,60は、所定の間隔dを保持した状態で種結晶70の移動に応じて中空部81の内壁面を摺動する。また、加熱位置は、種結晶70の成長方向の結晶端部100aと、封止部50との間に設定される。
In contrast, in the silicon carbide single
つまり、昇華用原料80の中空部81の内壁面と一対の封止部50,60とに囲まれる閉じた反応系15が形成され、この反応系15が昇華用原料80の延在方向Fに沿って変化する。
That is, a
すなわち、上述した炭化珪素単結晶の製造装置1によれば、昇華によって珪素が抜け出た昇華用原料80が反応系15の外に送り出されるとともに、未反応の昇華用原料80が反応系15の内部に供給される。これにより、加熱開始から時間が経過しても、昇華用原料80の昇華量及び昇華された原料ガスの成分が一定に保たれる。
That is, according to the silicon carbide single
従って、炭化珪素単結晶の成長速度が徐々に鈍化することを防ぎ、炭化珪素単結晶の均一な結晶成長を促進することができる。 Therefore, the growth rate of the silicon carbide single crystal can be prevented from gradually decreasing, and uniform crystal growth of the silicon carbide single crystal can be promoted.
従来の製造装置では、坩堝の側壁に誘導電流が流れることにより、坩堝が発熱し、その熱が輻射等により昇華用原料に伝わっていた。そのため、昇華用原料への熱伝導効率が悪く、エネルギー損失に繋がっていた。 In the conventional manufacturing apparatus, when the induced current flows through the side wall of the crucible, the crucible generates heat, and the heat is transmitted to the sublimation raw material by radiation or the like. Therefore, the heat conduction efficiency to the raw material for sublimation is poor, leading to energy loss.
これに対して、上述した炭化珪素単結晶の製造装置1では、収容部14の中心線CL1、種結晶70の結晶中心線CL2、誘導加熱コイル30のコイル径の中心を通る中心線CL3、及び昇華用原料80の筒の中心線CL4を一致させると、昇華用原料80にも誘導電流が流れ、昇華用原料80が自己発熱する。
On the other hand, in the silicon carbide single
このように、炭化珪素単結晶の製造装置1では、昇華用原料80自体に誘導電流を流して発熱させることができるため、昇華用原料80の加熱効率を向上させることができる。従って、炭化珪素単結晶の製造にかかる電力消費を抑えることができる。
Thus, in the silicon carbide single
2.第2実施形態
(1)製造装置の概略構成
次に、図7を用いて、本発明の第2実施形態として示す炭化珪素単結晶の製造装置2を説明する。図7は、炭化珪素単結晶の製造装置2を説明する構成図である。
2. Second Embodiment (1) Schematic Configuration of Manufacturing Apparatus Next, a silicon carbide single
以下の図面の記載において、第1実施形態として示す製造装置1と同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付して、詳細な説明を省略する。
In the following description of the drawings, the same or similar parts as those of the
図7に示すように、炭化珪素単結晶の製造装置2は、反応炉10と、反応炉10の少なくとも側面を覆う石英管20と、可動式の誘導加熱コイル移動機構140を有する。
As shown in FIG. 7, the silicon carbide single
製造装置1では、誘導加熱コイル30の第1コイル31、第2コイル32、第3コイル33、第4コイル34、及び第5コイル35を順番に稼動させて、加熱位置を変化させていた。しかし、製造装置2は、種結晶移動機構44による種結晶70の移動に応じて加熱位置を移動させる誘導加熱コイル移動機構140を備える。
In the
誘導加熱コイル移動機構140は、誘導加熱コイル130と、コイルカバー131と、スクリューネジ141と、モータ142と、コイルガイド143とを有する。
The induction heating coil moving mechanism 140 includes an
誘導加熱コイル130は、石英管20の外周部に沿って巻回されている。誘導加熱コイル130は、黒鉛製隔壁10を加熱する。誘導加熱コイル130は、コイルカバー131に覆われる。コイルカバー131は、スクリューネジ141を介して、モータ142に連結される。コイルカバー131は、スクリューネジ141とは異なる位置において、コイルガイド143によって支持される。
The
誘導加熱コイル移動機構140によれば、モータ142が回転されると、誘導加熱コイル130が上下方向に移動する。
According to the induction heating coil moving mechanism 140, when the
図8に、炭化珪素単結晶の製造装置2の動作説明図を示す。図8は、炭化珪素単結晶の製造装置2の加熱開始から所定時間t経過後を示す図である。
FIG. 8 shows an operation explanatory diagram of the silicon carbide single
封止部50、封止部60は、加熱時間の経過に伴って、上方から下方へと移動する。また、誘導加熱コイル130は、封止部50(すなわち、種結晶70)の中空部81における位置に対応して、上方から下方へと移動する。このとき、反応炉10における加熱位置は、少なくとも種結晶70の成長方向の端部である結晶端部100aと、封止部50との間に設定される。
The sealing
誘導加熱コイル130によって加熱された昇華用原料80の加熱位置から、原料ガスが昇華し、種結晶70を元に再結晶化されて、種結晶70上に炭化珪素単結晶が成長する。
The source gas is sublimated from the heating position of the sublimation
(2)作用・効果
上述した第2実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置2によれば、種結晶移動機構44による種結晶70の移動に応じて、誘導加熱コイル130が移動する。これにより、昇華用原料80の一部が加熱され、時間の経過とともに加熱位置と種結晶70の位置とが対応して変化させられる。
(2) Action / Effect According to the silicon carbide single
また、製造装置2では、一対の封止部50,60により、昇華用原料80の中空部81が封止される。封止部50,60は、所定の間隔dを保持した状態で種結晶70の移動に応じて中空部81の内壁面を摺動する。また、加熱位置は、種結晶70の成長方向の結晶端部100aと、封止部50との間に設定される。
In the
つまり、昇華用原料80の中空部81の内壁面と一対の封止部50,60とに囲まれる閉じた反応系15が形成される。反応系15と誘導加熱コイル130とは、昇華用原料80の延在方向Fに沿って変化する。
That is, the
3.第3実施形態
(1)製造装置の概略構成
次に、図9,図10を用いて、本発明の第3実施形態として示す炭化珪素単結晶の製造装置2を説明する。図9は、炭化珪素単結晶の製造装置3を説明する構成図である。図10は、炭化珪素単結晶の製造装置3の加熱開始から所定時間t経過後の状態を示す図である。以下の図面の記載において、第1,2実施形態として示す製造装置1,2と同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付して、詳細な説明を省略する。
3. Third Embodiment (1) Schematic Configuration of Manufacturing Apparatus Next, a silicon carbide single
図9に示すように、炭化珪素単結晶の製造装置3は、黒鉛製坩堝200と、黒鉛製坩堝200の少なくとも側面を覆う石英管20と、石英管20の外周に配置された誘導加熱コイル30とを有する。
As shown in FIG. 9, the silicon carbide single
黒鉛製坩堝200の少なくとも上面及び下面は、断熱材221,222で覆われている。黒鉛製坩堝200は、反応容器本体250と、蓋部260とを有する。反応容器本体250は、炭化珪素を含む種結晶70を収容する。
At least the upper and lower surfaces of the
黒鉛製坩堝200は、支持部452及び支持部454によって支持される。また黒鉛製坩堝200は、柱部453に固定される。
The
反応容器本体250は、少なくとも内部が円筒状である。反応容器本体250の内部は、反応系270となっている。反応容器本体250は、種結晶70が載置される種結晶載置部252を有する。種結晶載置部252は、黒鉛製坩堝200の底部、すなわち、反応容器本体250の底部251の中央部分に形成される。
At least the inside of the reaction vessel main body 250 is cylindrical. The reaction vessel main body 250 has a
種結晶70の成長に用いられる昇華用原料180は、炭化珪素を含む炭化珪素原料である。昇華用原料180は、種結晶70よりも黒鉛製坩堝200の外周部側に配設され、種結晶70の周囲の少なくとも一部を囲んでいる。
Sublimation
本実施形態では、昇華用原料180は、円筒形状を有しており、延在方向の長さが黒鉛製坩堝200の高さよりも大きい。
In this embodiment, the sublimation
反応容器本体250の底部251,蓋部260には、円筒形状の昇華用原料180が挿通可能な挿通口が設けられている。昇華用原料180は、底部251及び蓋部260に対して、できるだけ隙間が小さくなるように形成される。
The bottom portion 251 and the
誘導加熱コイル30は、石英管20の外周部に沿って配設されており、黒鉛製坩堝10を加熱する。
The
製造装置3は、昇華用原料180を延在方向に沿って移動させる原料移動機構45を備える。原料移動機構45は、昇華用原料80を支持する支持部451が連結されている。原料移動機構45は、加熱時間の経過とともに、昇華用原料180を鉛直方向に沿って上方に移動させる。
The
(2)作用・効果
上述した炭化珪素単結晶の製造装置3によれば、昇華用原料180の、黒鉛製坩堝200の内部に位置する一部分が加熱される。昇華用原料180は、原料移動機構45によって移動させられる。すなわち、昇華用原料180は、黒鉛製坩堝200の内部に差し掛かった部分のみが加熱される。
(2) Action / Effect According to the silicon carbide single
4.実施例
昇華用原料として、n型の炭化珪素からなる円筒形状の昇華用原料80を用い、種結晶70として炭化珪素単結晶を用い、下記条件により、単結晶インゴットを作製した。
4). Example A cylindrical sublimation
黒鉛製隔壁10…側壁の厚さ5mm
昇華用原料80…内径60mm、外径70mm、長さ200mm
中空部81の厚さ10mm
種結晶70…直径50mm、厚さ1mm、円形状
変形例1を参考にして、封止部50の表面51に直径が50mmよりも若干大きく、深さ0.4mmの凹状部分を形成した。種結晶70を凹状部分に載置した。封止材50と封止材60との間隔dは、30mmとした。
Graphite partition wall 10: side wall thickness 5 mm
Raw material for
The thickness of the hollow part 81 is 10 mm
Seed crystal 70:
温度計測部90によって計測される封止部50の温度を2000℃に設定し、反応炉10の圧力を1333.22Paとし、50時間保持した。
The temperature of the sealing
加熱部として、可動する誘導加熱コイル30を採用した。すなわち、昇華用原料80を固定し、種結晶70と誘導加熱コイル30との位置を下方向に向かって変化させた。移動速度は、1mm/時とし、50mm移動させた(50時間)。
A movable
この結果、昇華用原料80の延在方向の長さが20mmの単結晶インゴットが得られた。得られた結晶をスライスし、ウェハに加工して成長の初期、中期、後期におけるウェハの状態を調べたが、結晶欠陥の数、密度、結晶内に取り込まれた窒素原子の密度は、成長させた後の結晶全体に亘って均一であった。そのため、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、長時間に亘る成長プロセスを通じて、一定の温度環境下で、単結晶を得ることができることが判った。
As a result, a single crystal ingot having a length of 20 mm in the extending direction of the sublimation
5.その他の実施形態
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。
5). Other Embodiments As described above, the contents of the present invention have been disclosed through one embodiment of the present invention. However, it should be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. Absent. From this disclosure, various alternative embodiments will be apparent to those skilled in the art.
本発明に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、加熱部及び種結晶と、昇華用原料との相対的な位置関係が変化する構成を備えていれば良く、上述した第1〜第3実施形態に示す構成に限定されない。 The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present invention only needs to have a configuration in which the relative positional relationship between the heating unit, the seed crystal, and the sublimation raw material changes, and the first to third embodiments described above. It is not limited to the configuration shown in FIG.
加熱部は、誘導加熱コイル30,130であるとしたが、誘導加熱コイルに限定されない。抵抗加熱(カーボンヒータなど)であってもよい。また、上述の実施形態では、誘導加熱コイル30,130の巻回数及び電線間隔は、図1,3,図7乃至図10に示すものに限定されない。例えば、第1コイル31、第2コイル…の巻回数は、3回に限定されない。また、電線間隔は、狭いほど好ましい。
Although the heating unit is the induction heating coils 30 and 130, the heating unit is not limited to the induction heating coil. Resistance heating (carbon heater or the like) may be used. In the above-described embodiment, the number of turns of the induction heating coils 30 and 130 and the interval between the electric wires are not limited to those shown in FIGS. For example, the number of turns of the
上述した実施形態では、反応炉10の側壁として黒鉛製隔壁11を用いているが、黒鉛に限定されない。昇華用原料又は種結晶の組成に応じて変更可能である。また、種結晶70の結晶方位は、任意に選択できる。
In the embodiment described above, the
上述した実施形態では、昇華用原料80は、高純度プリカーサ法粉体を円筒状に成形し、焼成によって形成された焼結体として説明した。しかし、昇華用原料80の形状及び原料は、これに限定されない。昇華用原料80は、炭化珪素であればよい。また、円筒状に限定されない。断面形状が四角形の筒状であってもよい。また、結晶の多形、使用量、純度、製造方法等は、適宜選択可能である。例えば、炭化珪素のホットプレス焼結体、反応焼結体、又は仮焼体から選択可能である。昇華用原料80のサイズ、形状等は、成長させる単結晶の大きさに応じて適宜選択できる。
In the above-described embodiment, the sublimation
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1,2,3…製造装置、10…反応炉、11…黒鉛製隔壁、11a…黒鉛製隔壁の内面、12…黒鉛製蓋部、13…黒鉛製底部、14…収容部、15…反応系、12a,13a…開口部、20…石英管、21,22…断熱材、30…誘導加熱コイル、31…第1コイル、32…第2コイル、33…第3コイル、34…第4コイル、35…第5コイル、41,42…支持棒、43…封止部移動機構、44…種結晶移動機構、45,46…原料移動機構、50,50a,50b…封止部、51,51a,51b…表面、52,52b,52c…種結晶載置部、53a,53c…凹状部分、60…封止部、70…種結晶、80…昇華用原料、80a…昇華用原料80の外面、81…中空部、90…温度測定部、100…炭化珪素単結晶、100a…結晶端部、130…誘導加熱コイル、131…コイルカバー、140…誘導加熱コイル移動機構、141…スクリューネジ、142…モータ、143…コイルガイド、180…昇華用原料、200…黒鉛製坩堝、221,222…断熱材、250…反応容器本体、252…種結晶載置部、251…底部、260…蓋部、F…延在方向、d…封止部50と封止部60との間隔、d1…種結晶70の厚さ、d2…凹状部分53aの深さ、CL1…収容部14の中心線、CL2…種結晶70の結晶中心線、CL3…誘導加熱コイル30のコイル径の中心線、CL4…昇華用原料80の筒の中心線
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記収容部の側部の周囲に配設され、前記収容部を加熱する加熱部とを備える炭化珪素単結晶の製造装置であって、
前記昇華用原料の少なくとも一部は、中空部が形成された筒状であり、
前記種結晶は、前記昇華用原料の中空部に配設されるとともに、
前記種結晶と前記昇華用原料との位置関係は、前記加熱部による加熱時間の経過とともに前記中空部の延在方向に沿って変化し、
前記加熱部によって所定温度に加熱される加熱位置は、前記種結晶の位置とともに移動する炭化珪素単結晶の製造装置。 An accommodating portion for accommodating a seed crystal containing silicon carbide and a sublimation raw material used for growing the seed crystal;
A silicon carbide single crystal manufacturing apparatus provided with a heating unit that is disposed around a side portion of the housing unit and heats the housing unit;
At least a part of the sublimation raw material has a cylindrical shape in which a hollow portion is formed,
The seed crystal is disposed in a hollow portion of the sublimation raw material,
The positional relationship between the seed crystal and the raw material for sublimation changes along the extending direction of the hollow part with the elapse of the heating time by the heating part,
The apparatus for producing a silicon carbide single crystal, wherein a heating position heated to a predetermined temperature by the heating unit moves with the position of the seed crystal.
一方の前記封止部は、前記種結晶移動機構に取り付けられるとともに、前記中空部の一端部側を封止し、
他方の前記封止部は、前記中空部の他端部側を封止し、
前記一対の封止部は、前記種結晶移動機構による前記種結晶の移動に応じて前記中空部の内壁面を摺動する請求項2乃至4の何れか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 A pair of sealing portions for sealing the hollow portion;
One of the sealing portions is attached to the seed crystal moving mechanism, and seals one end portion side of the hollow portion,
The other sealing part seals the other end part side of the hollow part,
5. The silicon carbide single crystal according to claim 2, wherein the pair of sealing portions slide on an inner wall surface of the hollow portion in accordance with the movement of the seed crystal by the seed crystal moving mechanism. Manufacturing equipment.
前記封止部の温度を測定する温度測定部を備える請求項5または6に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 The sealing portion is formed of a member containing graphite,
The manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal of Claim 5 or 6 provided with the temperature measurement part which measures the temperature of the said sealing part.
前記昇華用原料を加熱する工程と、
加熱された前記昇華用原料が前記昇華用原料の中空部に配設された種結晶を元に再結晶化し、前記再結晶化された炭化珪素単結晶を成長させる工程と
を有し、
前記成長させる工程では、前記種結晶と前記昇華用原料との位置関係が加熱時間の経過とともに前記中空部の延在方向に沿って変化し、
前記加熱部によって所定温度に加熱される前記昇華用原料の加熱位置が前記種結晶の位置とともに移動する炭化珪素単結晶の製造方法。 A seed crystal containing silicon carbide and a sublimation raw material having a hollow part used for growth of the seed crystal are housed in a housing part, the seed crystal is disposed in the hollow part of the sublimation raw material, and the housing The sublimation raw material is heated by a heating unit disposed along the outer periphery of the part to sublimate the sublimation raw material, and the sublimated raw material is recrystallized on the seed crystal to form silicon carbide. A method for producing a silicon carbide single crystal for producing a single crystal,
Heating the sublimation raw material;
The heated sublimation material is recrystallized based on a seed crystal disposed in the hollow portion of the sublimation material, and the recrystallized silicon carbide single crystal is grown.
In the growing step, the positional relationship between the seed crystal and the raw material for sublimation changes along the extending direction of the hollow portion with the passage of heating time,
A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein a heating position of the sublimation raw material heated to a predetermined temperature by the heating unit moves together with a position of the seed crystal.
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