(57)【要約】  ＳｉＣ昇華結晶成長において、坩堝は、間隔を隔ててＳｉＣ原料とＳｉＣ種結晶とが充填され、邪魔板は、成長坩堝内の種結晶の周囲に配置されている。成長坩堝内の邪魔板の第１側面は、ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長する成長領域を画定する。成長坩堝内の邪魔板の第２側面は、ＳｉＣ単結晶の周囲の気化ガス捕獲トラップを画定する。ＳｉＣ原料を昇華させて、ＳｉＣ種結晶上へ気化ガスを析出することにより、ＳｉＣ結晶を成長する成長領域に移送する気化ガスを形成するような成長温度に坩堝は加熱される。この気化ガスの一部は、ＳｉＣ結晶の成長中に成長領域から取り除かれる気化ガス捕獲トラップに入る。【選択図】図５
2013504513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ単結晶の昇華成長の装置であって、
成長坩堝を備え、前記成長坩堝は、間隔を隔てて原料と種結晶とを受ける働きをし、該種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される気化ガスの前記成長坩堝内部からの逃げ道を実質的に防止し、
前記成長坩堝内の該種結晶の周囲に配置された邪魔板をさらに備え、前記邪魔板は、前記成長坩堝において該ＳｉＣ単結晶が該種結晶上に成長する成長領域を第１側面で画定し、前記邪魔板は、前記成長坩堝において該種結晶の周囲の気化ガス捕獲トラップを第２側面で画定する、装置。
【請求項２】
該種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される気化ガスの該逃げ道を防止するために、前記成長坩堝は、
該種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される該気化ガスの経路に対して実質的に不浸透な材料からなり、
該種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される該気化ガスの該成長坩堝の内部から外部への逃げ道のための意図的な経路及び穴を含まない、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該気化ガス捕獲トラップは、該成長坩堝において、該種結晶上へのＳｉＣ単結晶の成長中の該種結晶の温度よりも低い場所に位置付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該気化ガス捕獲トラップ内に配置され、該種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される気化ガスを吸収する働きをする気化ガス吸収部材をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
該気化ガス吸収部材は、該気化ガス捕獲トラップにおいて、該気化ガス吸収部材の温度が該種結晶上への該ＳｉＣ単結晶の成長中の該種結晶の温度よりも低い場所に配置される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
該種結晶上への該ＳｉＣ単結晶の成長中の該気化ガス吸収部材の温度は、該種結晶の温度よりも３℃〜２０℃低い、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
該気化ガス吸収部材は、０．８〜１．６ｇ／ｃｍ3の密度、３０％〜６０％の多孔率、及び１〜１００μｍの細孔径を有する、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
該邪魔板は、該気化ガスが該気化ガス捕獲トラップに流れるように前記成長坩堝の内部の経路を画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記成長坩堝は、該成長坩堝の頂部及び該原料の間にある該種結晶を支持する台座を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
該台座は、５ｍｍ〜２５ｍｍの高さを有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
該経路は、該邪魔板の内径と、該台座の外径との間の隙間を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
該ギャップは、１ｍｍ〜８ｍｍの幅である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
該経路は、該邪魔板内に１以上の穴を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
ＳｉＣ昇華結晶成長の方法であって、
（ａ）間隔を隔てて原料と種結晶とが充填された成長坩堝と、該成長坩堝内の該種結晶の周囲に配置された邪魔板とを提供する工程を備え、前記邪魔板は、前記成長坩堝において該ＳｉＣ単結晶が該種結晶上に成長する成長領域を第１側面で画定し、前記邪魔板は、前記成長坩堝において該種結晶の周囲の気化ガス捕獲トラップを第２側面で画定し、
（ｂ）該原料を昇華させて、該種結晶上への気化ガスの析出によって該単結晶を成長させる該成長坩堝の該成長領域に温度勾配によって移送される該気化ガスを形成させるように、成長チャンバ内に該温度勾配を形成するような成長温度にステップ（ａ）の該成長坩堝を加熱する工程（ｂ）をさらに備え、
該気化ガスの一部は該気化ガス捕獲トラップに入る、方法。
【請求項１５】
該気化ガス捕獲トラップに入る該気化ガスは、その中に堆積物を形成する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
該原料、該種結晶、及び該単結晶の少なくとも１つは、ＳｉＣである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
該気化ガス捕獲トラップは、該成長坩堝において、該種結晶上への該単結晶の成長中の該種結晶の温度よりも低い場所に位置付けられている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
該気化ガス捕獲トラップ内の気化ガス吸収部材をさらに含み、
該気化ガス捕獲トラップに入る該気化ガスは、該結晶の成長中に該気化ガス吸収部材と化学反応してその中に堆積物を形成することにより、該成長領域から取り除かれる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
該気化ガス吸収部材は、該単結晶の成長中の該種結晶の温度よりも低い、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
該気化ガス吸収部材は、密度が０．８〜１．６ｇ／ｃｍ3で、多孔率が３０％〜６０％で、細孔径が１〜１００μｍである多孔質グラファイトからなる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
該堆積物の重量は、該成長された結晶の重量の５％〜２０％である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記邪魔板は、該気化ガスが該気化ガス捕獲トラップへ流れる経路を画定する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
ステップ（ａ）の該成長坩堝は、該成長坩堝と該原料との間にある該種結晶を支持する台座をさらに含み、
該経路は、該邪魔板の内径と該台座の外径との間に形成される隙間を備える、請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記経路は、前記邪魔板の壁に１以上の穿孔を備える、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、ＳｉＣ単結晶の物理的気相輸送（Physical Vapor Transport）成長に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
４Ｈ及び６Ｈの結晶多形の炭化珪素ウエハは、ＳｉＣ系及びＧａＮ系のパワーデバイス及びＲＦデバイスのための半導体デバイスの製造のために用いられるＳｉＣ及びＧａＮのエピタキシャル層を成長させるための格子整合基板としての機能を果たす。
【０００３】
大きな工業規模のＳｉＣ単結晶は、通称物理的気相輸送（ＰＶＴ）である昇華技術により成長されている。ＰＶＴ成長は、通常グラファイト製の坩堝の中で実施され、坩堝は、典型的には坩堝の底部に配置された固体のＳｉＣ昇華原料と、典型的には坩堝の頂部に配置されたＳｉＣ種単結晶とを含む。昇華原料は、通常、別に合成された多結晶のＳｉＣ粒である。負荷が加えられた坩堝は、炉内に配置され、一般的には２０００℃〜２４００℃の成長温度まで加熱される。成長中、原料の温度は、種結晶の温度よりも１０℃〜２００℃高くなるように保持される。
【０００４】
適した高温に達すると、昇華源は気化し、Ｓｉ、Ｓｉ2Ｃ、及び／またはＳｉＣ2のような気化ガス種で坩堝の内部を満たす。昇華源と種結晶との温度差により、種結晶上に気化ガス種が移動及び析出し、これにより種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させる。成長速度を制御し、これにより良好な結晶品質を製造するために、典型的には１Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの低圧の不活性ガスの存在下でＰＶＴ成長が行われる。
【０００５】
一般的に、基本的なＰＶＴ配置を用いて成長されたＳｉＣ結晶は、介在物（inclusions）、マイクロパイプ、転位などの構造的な欠陥の問題がある。カーボン、シリコン、及び異質な結晶多形の介在物は、通常Ｓｉ：Ｃの原子比で表される、気相での化学量論からはずれることによって生じると、一般的には考えられている。気相中のＳｉ：Ｃの原子比が１よりも大きくなるようにＳｉＣが昇華することがよく知られている。ＳｉＣ原料の状態（粒の構造、大きさ、結晶多形の組成物、化学量論、温度など）によって、昇華原料からの気化ガス中のＳｉ：Ｃの割合は、１．５以上にもなる場合がある。気化ガス中のＳｉ：Ｃの割合が非常に高い場合には、成長しているＳｉＣ結晶中にシリコン介在物が形成される。逆に言えば、気化ガス中のＳｉ：Ｃの原子比が非常に低い場合には、成長しているＳｉＣ結晶中にカーボン介在物が形成される。
【０００６】
六方晶系の４Ｈ及び６Ｈの結晶多形のＳｉＣ結晶１５の安定した成長は、カーボンリッチの気相を必要とし、１５Ｒのような異質な結晶外形の介在物は、気相の化学量論からはずれることにより生じると考えられている。
【０００７】
ＳｉＣ昇華原料が金属炭化物を含有している場合には、金属炭化物の介在物はＳｉＣ単結晶の成長中に見られる。
【０００８】
ＰＶＴ成長されたＳｉＣ単結晶中の介在物により局所的な応力が加えられ、介在物は転位及びマイクロパイプの発生、増加、及び移動により取り除かれる。ＳｉＣ単結晶ウエハはＧａＮまたはＳｉＣのエピタキシーの基板として用いられ、基板中の介在物、マイクロパイプ、転位の存在は、エピ層の品質及び前記エピ層上に形成された半導体デバイスの性能に有害である。
【０００９】
ＰＶＴ成長技術が始まってから、成長された結晶の品質を向上し、かつ欠陥密度を低減するために、多くのプロセスの変更がなされてきた。
【００１０】
例えば、ハンター（Hunter）の米国特許第５，８５８，０８６号明細書（以降、「‘０８６特許」と言う）は、昇華法によるＡｌＮ（窒化アルミニウム）結晶の成長のためのシステムを開示している。ハンターの‘０８６特許において開示されたシステムの回路図は図１に示されている。図１において、ＡｌＮ原料４からの気化ガス２はＡｌＮ種結晶８の前の空間６に入り、前記種結晶８上に析出し、ＡｌＮ結晶１０を成長させる。ＡｌＮ結晶１０の成長が進むと、成長している結晶１０を取り囲む気化ガス２は停滞し、汚染され、概して高品質のＡｌＮ結晶１０の成長に不適切になる。この不備を避けるために、穴が開けられた邪魔板１２がＡｌＮ種結晶８及びＡｌＮ結晶１０が成長する空間の周囲に配置されている。図１に示すように、邪魔板１２はＡｌＮ源４に向けて延在する。矢印１８に示されるように、穴が開けられた邪魔板１２を通る気化ガス２の一部が、ベント１９の１以上の穴を介して、成長坩堝１４の内部から、成長坩堝１４の外側の空間に逃げることができる隙間（gap）１６が画定されるように、邪魔板１２を取り囲む成長坩堝１４の部分は構成されている。
【００１１】
バラクリッシュナ（Balakrishna）などの米国特許第５，９８５，０２４号明細書は高純度のＳｉＣ単結晶の成長のためのシステムを開示している。バラクリッシュナなどの特許に開示されたシステムの回路図は図２に示されている。図２において、Ｓｉ昇華原料２２からのシリコン気化ガス２０は、外部から供給されるカーボンを含有するガス２６と混合されて、ＳｉＣ種結晶２４に向けて上昇する。Ｓｉ及びＣを含有する気化ガス間の反応の結果として生成されるＳｉＣ気化ガス２８は、ＳｉＣ種結晶２４に到達し、その上で析出し、これによりＳｉＣ種結晶２４上にＳｉＣ単結晶を成長させる。使用済みのＳｉＣ気化ガス２８、ガス及びガス状の汚染要因物は、好ましくは高純度の炭化珪素または炭化タンタルからなる保護ライナー３６とＳｉＣ結晶３０との間の隙間３４、及び成長坩堝３２の頂部の１以上の穴またはベント３８を介して、成長坩堝３２の内部から成長坩堝３２の外部の空間へ逃げる。多孔質の壁４０は、保護ライナー３６を成長坩堝３２内の適切な位置で支持する。
【００１２】
ハンター（Hunter）の米国特許第６，０４５，６１３号明細書（以降、「‘６１３特許」と言う）は、図３に示されたＳｉＣ結晶成長システムを開示している。図３において、ＣまたはＮに加えて、Ｓｉ昇華原料５０からのＳｉ気化ガス４８が、ＳｉＣまたはＳｉＮ単結晶種５４に向けて上昇し、ＳｉＣまたはＳｉＮ結晶５６のそれぞれを成長させる（図３に示される成長システムはＡｌＮ結晶を成長するためにも利用され得る）。‘０８６特許（図１）と同様に、使用済みまたは汚染されたガス及び気化ガス４８、５２は、成長坩堝５９の頂部に設けられた１以上のベントまたは穴５８を介して、成長坩堝５９に逃がされる。成長坩堝５９の外部に排出されると、逃がされた気化ガス４８、５２は、成長坩堝の外部の専用のゲッタリング炉（図示せず）で処理される。
【００１３】
ハンター（Hunter）の米国特許第６，０８６，６７２号明細書は、上述したハンターの‘０８６特許（図１）に開示されている成長システムと同様のＡｌＮ−ＳｉＣ結晶合金の成長システムを開示している。
【００１４】
ツベトコブ（Tsvetkov）の米国特許第７，３２３，０５２号は、点欠陥密度が低減されたＳｉＣ単結晶の昇華成長を開示している。このような欠陥の原因は、気化ガス種がシリコンを多く含有していることと考えられている。この特許に開示された装置の回路図は、図４に示されている。図４において、グラファイト製の成長坩堝６０は、チャンバ６２の底部のＳｉＣ原料６４と、チャンバ６２の頂部のホルダー６８に配置されたＳｉＣ種結晶６６とを有する昇華チャンバ６２を画定する。種結晶６６上のＳｉＣ結晶７０の成長中、気化ガスの化学量論を最適化するために、成長坩堝６０の内部から、成長坩堝６０の頂部の１以上の排出口を介して、成長坩堝６０の外部のチャンバまたは空間７６に、ＳｉＣ気化ガス７４の一部は排出される。チャンバ７６は、成長坩堝６０の外部と、炉チャンバの外壁７８の内部との間に画定されている。適切な断熱材８０は、典型的にはチャンバ７６内に存在する。
【００１５】
一般的に、高密度で、小さい粒のグラファイトからなる坩堝は、ＳｉＣ昇華結晶成長に利用される。ここで、高密度または隙間のないグラファイトは、１．７０〜１．８５ｇ／ｃｍ3の密度、数μｍ〜数十μｍの粒径、及び約１０％の多孔率を有するグラファイトである。このようなグラファイトは、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ、ＣＯ2、ＨＣｌなどのような一般的なガスに対して高い透過性を有することを当業者は認識している。しかしながら、高密度のグラファイトは、ＳｉＣの昇華の結果形成された気化ガス（Ｓｉ、Ｓｉ2Ｃ及びＳｉＣ2）に対して非常に低い透過性を示す。ＳｉＣの昇華成長中に受ける高密度のグラファイトからなる閉鎖性の坩堝からの気化ガスの損失は、数グラムを超えないので、坩堝から十分にまたは望ましい気化ガスの除去を十分に提供できない。このＳｉを有する気化ガスに対する高密度グラファイトの低い透過性は、排出の目的のために上述した従来技術の成長坩堝中に特別な穴またはベントが作製される主な理由である。
【００１６】
低密度の多孔性グラファイトは、ＳｉＣ昇華の結果形成されるＳｉを含有する気化ガスに対して高い透過性を示すことが知られている。ここで、低密度グラファイトは、０．８〜１．６ｇ／ｃｍ3の密度、３０〜６０％の多孔率、及び１〜１００μｍの細孔径を有するグラファイトである。このような低密度グラファイトの特性は、ツベトコブなどの米国特許第７，３２３，０５２号で利用されており、図４に示される排出口７２の代わりに、坩堝６０の１以上の部分が、特にシリコン気化ガス原子に対して透過性のある低密度グラファイトからなる。前記低密度グラファイトを介してチャンバ７６に拡散することにより、成長坩堝６０の内部からＳｉ原子は抜け、これによりＳｉＣ結晶７０が成長するチャンバ６２の領域に、気化ガス７４のＳｉ含有量を低減することができる。
【００１７】
要するに、前述の従来技術は、例えば、チャンバ、及び、典型的には断熱材が存在する炉チャンバの外壁と成長坩堝との間に形成された空間のように、成長坩堝の内部から成長坩堝の外部の空間に前記気化ガスを排出することによって、成長する結晶を取り囲む空間から部分的に気化ガスを除去することを教示している。
【００１８】
しかしながら、チャンバから気化ガスを排出することは、問題を有する。具体的には、成長坩堝を取り囲むチャンバまたは空間は、通常、純化され、軽量の繊維状グラファイトからなる断熱材で塞がれている。Ｓｉを含有する気化ガスは、グラファイト、特に軽量のグラファイトに対して非常に反応性が高い。気化ガスにより生じる断熱材の分解により、坩堝、それ故に原料及び結晶の温度変化を制御できない。これは、成長プロセス及び結晶品質に悪影響を及ぼす。
【００１９】
坩堝からチャンバへの気化ガスの逃げ道の別の影響は、高価な断熱材のサービス時間を低減することにある。逃がした気化ガスの処理のための専用のゲッタリング炉の利用は、‘６１３特許で教示されているように、成長システムを複雑にし、費用がかかる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
発明の概要
本発明は、２”、３”、１００ｍｍ、１２５ｍｍ及び１５０ｍｍの直径を含む工業規模の基板の製造に適した高品質のＳｉＣ単結晶の成長のための改良されたＳｉＣ昇華結晶成長のプロセス及び装置である。結晶成長の坩堝は、封止されたグラファイト製の坩堝内に間隔を隔てて配置されたＳｉＣ原料の粒及びＳｉＣ種結晶を含む。成長中、ＳｉＣ原料は、Ｓｉ、Ｓｉ2Ｃ、及びＳｉＣ2のような揮発性気化ガス種に蒸発する。坩堝の内部に温度勾配を形成すれば、これらの気化ガス種が種結晶に移動及び析出し、これにより種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させる。
【００２１】
ＳｉＣ結晶成長の坩堝は、成長坩堝内の種結晶の周囲に配置された邪魔板を含み、前記邪魔板は、前記成長坩堝においてＳｉＣ単結晶が種結晶上に成長する成長領域を第１側面で画定し、前記邪魔板は、前記成長坩堝において種結晶の周囲の気化ガス捕獲トラップ（vapor-capture trap）を第２側面で画定する。該気化ガス捕獲トラップは、成長坩堝において、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の成長中に、種結晶よりも温度が低い場所に位置付けられていてもよい。気化ガスを捕獲するトラップ内の温度は、種結晶の温度よりも３℃〜２０℃低くてもよい。坩堝は、気化ガス捕獲トラップに向けて気化ガスを移動させ、その中に入ることが可能な経路を含むように設計される。
【００２２】
気化ガス捕獲トラップに到達すると、Ｓｉを有する気化ガスは過冷却され、気化ガス捕獲トラップ内では固形状の多結晶のＳｉＣの堆積物を形成するように析出する。このプロセスの結果として、成長しているＳｉＣ単結晶の近辺から気化ガスの一部が取り除かれる。つまり、ＳｉＣ単結晶の成長界面の近辺から気化ガスが取り除かれる。同時に、結晶の品質に有害で不要な気化ガスの成分も取り除かれる。これらの有害な成分は、揮発性の汚染物と同様に、過度のＳｉまたはＣを含有する気化ガスを含む。
【００２３】
ＳｉＣ結晶の成長坩堝は、気化ガス捕獲トラップ内に配置され、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の成長中に生成される気化ガスを吸収する働きをする、多孔質の気化ガス吸収部材をさらに含んでいてもよい。
【００２４】
多孔質の気化ガス吸収部材は、気化ガス捕獲トラップにおいて、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の成長中の種結晶の温度よりも低い温度になる場所に配置されてもよい。種結晶上へのＳｉＣ単結晶の成長中の気化ガス吸収部材の温度は、種結晶の温度よりも３℃〜２０℃低くてもよい。坩堝は、多孔質の気化ガスを吸収部材に向けて気化ガスを移動させ、析出させ、反応させることが可能な径路を含むように設計されることが好ましい。
【００２５】
気化ガスが気化ガス吸収部材に到達すると、気化ガスは気化ガス吸収部材の孔に広がり、部材の材料と化学的に反応し、固体の生成物を形成する。このプロセスの結果、成長しているＳｉＣ単結晶の近辺から気化ガスの一部が取り除かれる。同時に、結晶品質に有害な不要な気化ガスの成分も取り除かれる。これらの有害な成分は、揮発性の汚染物と同様に、過度のＳｉまたはＣを含有する気化ガスを含む。
【００２６】
一実施形態では、気化ガス吸収部材は、好ましくは０．８〜１．６ｇ／ｃｍ3の密度、好ましくは３０％〜６０％の多孔率、好ましくは１μｍ〜１００μｍの細孔径を有する純化された多孔質のグラファイトからなる。
【００２７】
成長坩堝の内部の気化ガス吸収部材の使用は、介在物、マイクロパイプ及び転位のような欠陥密度を低減したＳｉＣ単結晶ブール（boules）の成長を促進する。
【００２８】
より具体的には、本発明は、ＳｉＣ単結晶の昇華成長のための装置であり、間隔を隔てた原料及び種結晶を受け、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される気化ガスの前記成長坩堝内部からの逃げ道を実質的に防止する働きをする成長坩堝と、成長坩堝内の種結晶の周囲に配置された邪魔板とを含み、前記邪魔板は、前記成長坩堝において種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長する成長領域を第１側面で画定し、前記邪魔板は、前記成長坩堝において種結晶の周囲に気化ガスを捕獲する空間（以降、「気化ガス捕獲トラップ」と言う）を第２側面で画定する。
【００２９】
種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される気化ガスの逃げ道を実質的に防止するためには、前記成長坩堝は、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される気化ガスの経路に対して実質的に不浸透である材料からなっていてもよく、成長坩堝の内部から外部において、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される気化ガスを逃がすための意図的な経路または孔を含まなくてもよい。
【００３０】
気化ガス捕獲トラップは、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中の単結晶の温度よりも成長坩堝において低い場所に位置付けられてもよい。
【００３１】
装置は、気化ガス捕獲トラップ内に、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の昇華成長中に生成される気化ガスを吸収する働きをする気化ガス吸収部材をさらに含んでいてもよい。
【００３２】
気化ガス吸収部材は、気化ガス捕獲トラップにおいて、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の成長中の種結晶の温度よりも気化ガス吸収部材が低い温度となる場所に配置されてもよい。
【００３３】
種結晶上へのＳｉＣ単結晶の成長中の気化ガス吸収部材の温度は、種結晶の温度よりも３℃〜２０℃低くてもよい。
【００３４】
気化ガス吸収部材は、０．８〜１．６ｇ／ｃｍ3の密度、３０％〜６０％の多孔率、及び１〜１００μｍの細孔径を有する多孔質のグラファイトからなっていてもよい。
【００３５】
邪魔板は、気化ガスが気化ガス捕獲トラップへ流れるように前記成長坩堝内の経路を画定してもよい。
【００３６】
成長坩堝は、その頂部と原料とに介在し、種結晶を支持する台座を含んでいてもよい。台座は、５ｍｍ〜２５ｍｍの高さを有していてもよい。経路は、邪魔板の内径と、台座の外径との間の隙間を備えていてもよい。隙間は、１ｍｍ〜８ｍｍの幅を有していてもよい。経路は、邪魔板中の１以上の孔を備えていてもよい。
【００３７】
本発明は、ＳｉＣ昇華成長方法でもあり、（ａ）間隔を隔てた原料と種結晶で満たされた成長坩堝と、成長坩堝において種結晶の周囲に配置され、種結晶上への単結晶を成長する成長領域を第１側面で画定し、種結晶の周囲の気化ガス捕獲トラップを第２側面で画定する邪魔板とを提供する工程と、（ｂ）原料を昇華させて、種結晶上への気化ガスの析出によって単結晶を成長させる成長坩堝の成長領域に温度勾配によって移送される気化ガスを形成させるように、成長チャンバ内に温度勾配を形成するような成長温度にステップ（ａ）の成長坩堝を加熱する工程とを備え、気化ガスの一部は気化ガス捕獲トラップに入る。
【００３８】
気化ガス捕獲トラップに入る気化ガスは、結晶の成長中に、気化ガス捕獲トラップに堆積物を形成することにより成長領域から取り除かれてもよい。原料、種結晶、及び単結晶の少なくとも１つは、ＳｉＣであってもよい。
【００３９】
気化ガス捕獲トラップは、成長坩堝において、種結晶上への単結晶の成長中の種結晶の温度よりも低い温度の場所に位置付けられていてもよい。
【００４０】
気化ガス吸収部材は、気化ガス捕獲トラップの内部に配置されていてもよい。気化ガス捕獲トラップに入る気化ガスは、結晶の成長中に、限定されないが、気化ガス吸収部材と化学的に反応し、堆積物を形成することにより、成長領域から取り除かれてもよい。
【００４１】
気化ガス吸収部材は、単結晶の成長中の種結晶よりも低い温度であってもよい。
【００４２】
気化ガス吸収部材は、０．８〜１．６ｇ／ｃｍ3の密度、３０％〜６０％の多孔率、及び１〜１００μｍの細孔径を有する多孔質のグラファイトからなっていてもよい。
【００４３】
気化ガス捕獲トラップに形成される堆積物の重量は、成長された結晶の重量の５％〜２０％であってもよい。異なる言い方をすれば、気化ガス吸収部材により吸収された気化ガスの重量は、成長された結晶の５％〜２０％であってもよい。
【００４４】
邪魔板は、気化ガスが気化ガス捕獲トラップに流れる経路を画定してもよい。ステップ（ａ）の成長坩堝は、その頂部と原料とに介在し、種結晶を支持する台座をさらに含んでいてもよい。経路は、邪魔板の内径と、台座の外形との間の隙間を備えていてもよい。
【００４５】
経路は、邪魔板の壁において少なくとも１つの穿孔を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
図面簡単な説明
【図１】従来技術の昇華法による結晶の成長のシステムを示す。
【図２】従来技術の昇華法による結晶の成長のシステムを示す。
【図３】従来技術の昇華法による結晶の成長のシステムを示す。
【図４】従来技術の昇華法による結晶の成長のシステムを示す。
【００４７】
【図５】本発明にしたがった昇華法による結晶、特にＳｉＣ結晶の成長のシステムを示す。
【図６】本発明にしたがった昇華法による結晶、特にＳｉＣ結晶の成長のシステムを示す。
【図７】本発明にしたがった昇華法による結晶、特にＳｉＣ結晶の成長のシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明の詳細な説明
本発明は、対応する要素には同様の参照符号を付した図５〜７を参照して、説明される。
【００４９】
図５を参照して、ＳｉＣ、好ましくはＳｉＣ単結晶のＰＶＴ成長は、間隔を隔てたＳｉＣ原料１０４の粒及びＳｉＣ種結晶１０６を含むグラファイト製の坩堝１０２内で実施される。好ましくは、原料１０４は、坩堝１０２の底部に配置され、種結晶１０６は坩堝１０２の頂部に配置される。種結晶１０６は、例えば坩堝１０２の蓋１０８に取り付けられる。好ましい昇華成長温度に達すると、ＳｉＣ原料１０４は昇華し、坩堝１０２の内部に、Ｓｉ、Ｓｉ2Ｃ、及びＳｉＣ2のような揮発性分子種のようなＳｉリッチの気化ガス種１１０で充填される。
【００５０】
坩堝１０２の内部に鉛直の温度勾配を設けると、気化ガス１１０は種結晶１０６に向けた軸方向に移動し、種結晶１０６上で析出し、その上にＳｉＣ単結晶が成長する。成長しているＳｉＣ結晶１１２は、成長しているＳｉＣ結晶１１２に隣接する空間１１６を区切る邪魔板１１４により取り囲まれている。空間１１６は「成長領域」としても知られている。成長中、成長領域１１６は、気化ガスの析出、結晶成長、及びグラファイトの腐食の結果として現れる揮発性の副生成物で充填される。これらの副生成物は、過度のシリコンまたはカーボンと同様に不純物を含んでいてもよい。成長領域１１６中の気相の組成物におけるこのような不要な変化は、成長しているＳｉＣ結晶１１２の品質に悪影響を及ぼす。
【００５１】
好ましくは、坩堝１０２は、坩堝１０２内部からの気化ガス１１０の逃げ道を「実質的に防止する」高密度のグラファイトで形成されている。坩堝１０２内部からの気化ガス１１０の逃げ道を「実質的に防止する」ために、坩堝１０２を形成する高密度のグラファイトは、気化ガス１１０に対して「実質的に不浸透」であり、坩堝１０２は、坩堝１０２の内部から気化ガス１１０の逃げ道のための意図的な穴またはベントを含まない。ここで、気化ガス１１０に対して「実質的に不浸透」である高密度のグラファイトからなる坩堝１０２の内部からの気化ガス１１０の逃げ道を「実質的に防止する」ことは、種結晶１０６上へのＳｉＣ単結晶１１２の成長中に坩堝１０２の内部からの気化ガス１１０のこのような損失が、坩堝１０２の壁及び蓋１０８を通る気化ガス１１０の拡散を介して生じ、種結晶１０６上へのＳｉＣ単結晶１１２の成長中の坩堝１０２の内部からの気化ガス１１０のこのような損失の合計が、最初のＳｉＣ原料１０４の重量の１％〜５％であることを意味する。
【００５２】
成長領域内に気化ガス相組成物における上述した不要な変化を低減するために、気化ガス捕獲トラップ１１７は坩堝１０２の内部に設けられる。気化ガス捕獲トラップ１１７が坩堝内部で最も低い温度になるように、坩堝内の温度場は調整される。特に、気化ガス捕獲トラップ１１７は種１０６の温度よりも低いことが好ましい。ＳｉＣ成長坩堝の内部の温度場を調整するための一般的なやり方は、有限要素熱モデルを用いることである。温度及び圧力の勾配を設けることで、気化ガス１１０は坩堝の頂部に向けて移動し、気化ガス捕獲トラップ１１７に到達し、限定されないが、例えば、蓋１０８に隣接する坩堝１０２の壁の内側表面上や、坩堝１０２の壁に隣接した蓋１０８の内側表面上など、気化ガス捕獲トラップ１１７内に析出して、固形の多結晶ＳｉＣ堆積物１２６を形成する。固形の多結晶のＳｉＣ堆積物１２６の形成の結果として、気化ガスの一部は成長領域１１６から取り除かれる。図５における気化ガス捕獲トラップ１１７の形状は図示の目的のためのみであり、本発明を限定するように理解されず、この空間は、適切な及び／または好ましい如何なる形状を有していてもよい。
【００５３】
気化ガスを吸収し、多孔質材料からなる気化ガス捕獲部材１１７ａ（図５において透視で示されている）は、成長領域１１６内の気相の組成物における不要な変化の低減を助けるために、坩堝１０２の内部に任意に配置されてもよく、好ましくは気化ガス捕獲トラップ１１７内に配置される。部材１１７ａに到達した気化ガスは孔に浸透し、部材１１７ａの材料と化学的に反応し、部材１１７ａの上または中に固形の多結晶のＳｉＣ堆積物１２８を形成する。
【００５４】
２つの考えられる気化ガスの流れは、成長領域１１６から、気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には部材１１７ａに向けて流れ、図５において矢印１１８、１２０で示される。矢印１１８は、邪魔板１１４、例えば邪魔板１１４中の１以上の穿孔を通る、気化ガスの流れを示す。矢印１２０は、例えば邪魔板１１４と種結晶１０６の間に形成された隙間１２２、種結晶１０６、成長している結晶１１２、及び／または種結晶１０６がその上に搭載される種の台座１２４を通る、邪魔板１１４の周囲の気化ガスの流れを示す。邪魔板１１４は図５に示され、種結晶１０６、成長している結晶１１２、隙間１２２で画定される円錐の狭い開口部と、原料１０４に対向する円錐の広い開口部とを有する円錐形状を有する。しかしながら、円錐形状を有するような邪魔板１１４の図示は本発明を限定するように理解されず、邪魔板１１４が適切な及び／または好ましい如何なる形状を有することも想定される。
【００５５】
好ましくは、気化ガス吸収部材１１７ａは、純化されたグラファイトからなり、グラファイトは、好ましくは０．８〜１．６ｇ／ｃｍ3の密度、好ましくは３０％〜６０％の多孔率、好ましくは１〜１００μｍの細孔径を有する、例えば低密度グラファイトである。気化ガス１１０と部材１１７ａのカーボンとの化学反応により、部材１１７ａの孔の上または中に固形の多結晶のＳｉＣ堆積物１２８を形成する。この反応及びＳｉＣ堆積物１２８の形成の結果、気化ガス１１０の一部は成長領域１１６から取り除かれる。同時に、揮発性汚染物と同様に、過度のＳｉまたはＣを含有する気化ガスも、成長領域１１６から取り除かれる。
【００５６】
続けて図５を参照し、気化ガス捕獲トラップ１１７は、成長領域１１６に背を向ける邪魔板１１４の側面、邪魔板１４４上の蓋１０８の一部、及び、蓋１０８と邪魔板１４４の低い方の端部との間の坩堝１０２の内壁の一部によって境界となる空間の全部または一部を備えていてもよい。提供される場合には、部材１１７ａは、この空間内において適した及び／または好ましい如何なる場所に位置付けられていてもよい。好ましくは、気化ガス捕獲トラップ１１７は、坩堝１０２の内部の上部外側に隣接する空間１３６（図５において透視で示されている）を備えている。図５において、蓋１０８及び蓋１０８に隣接する坩堝１０２の内壁は、空間１３６の２つの境界で画定される。しかしながら、これは本発明を限定するように理解されない。提供される場合には、部材１１７ａは、図５において透視で示されるように、空間１３６において適切な及び／または好ましい如何なる場所に位置付けられてもよい。
【００５７】
気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には、気化ガス捕獲トラップ１１７中の気化ガス吸収部材１１７ａがＳｉＣ結晶１１２の成長及び成長したＳｉＣ結晶１１２の品質を有益にするために、２つの極端なことを避けることが好ましい。一つの極端なこととして、気化ガスの非常に多くが成長領域１１６から取り除かれると、ＳｉＣ結晶１１２の成長速度が非常に遅くなる。別の極端なこととして、成長領域１１６からほとんど気化ガスが取り除かれない場合、坩堝１０２内において、気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス吸収部材１１７ａの存在は、成長されたＳｉＣ結晶１１２の品質に有益な効果をもたらさない。
【００５８】
気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７内の気化ガス吸収部材１１７ａの有益な効果を実現するために、気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス吸収部材１１７ａにおけるＳｉＣ堆積物１２６または１２８の重量のそれぞれは、成長されたＳｉＣ単結晶１１２の重量の５％〜２０％であることが好ましいことが実験結果から示される。例えば、気化ガス捕獲トラップ１１７のみがある場合（すなわち、気化ガス吸収部材１１７ａがない場合）、気化ガス捕獲トラップ１１７中に形成されるＳｉＣ堆積物１２６の重量は、成長されたＳｉＣ単結晶１１２の重量の５％〜２０％であることが好ましい。一方、気化ガス吸収部材１１７ａが気化ガス捕獲トラップ１１７中に含まれる場合には、気化ガス吸収部材１１７ａ内に形成されたＳｉＣ堆積物１２８の重量は、成長されたＳｉＣ単結晶１１２の重量の５％〜２０％であることが好ましい。
【００５９】
気化ガス吸収部材１１７ａが気化ガス捕獲トラップ１１７内に含まれているとき、ＳｉＣ堆積物１２６の一部は、空間１３６に隣接する坩堝１０２の壁、蓋１０８の内面、あるいはその両方上にも形成されるかもしれないことは想定される。しかしながら、ＳｉＣ堆積物１２６、１２８の合計は、成長されたＳｉＣ単結晶１１２の重量の５％〜２０％であることが好ましいことが想定される。
【００６０】
好ましくは、気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７中の気化ガス吸収部材１１７ａで吸収された気化ガス１１０の量の制御は、気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ中の気化ガス吸収部材１１７ａの温度を制御することによって、及び、成長領域１１６から気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７中の気化ガス吸収部材１１７ａに気化ガス１１０が流れるように所望の横断面、長さ及び配置の経路１１８及び／または１２０を提供することによって、達成される。
【００６１】
気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７中の気化ガス吸収部材１１７ａの内部にＳｉＣ堆積物を確実に形成するためには、気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７中の気化ガス吸収部材１１７ａの温度は、ＳｉＣ結晶１１２の成長中の坩堝１０２の内部において最も低いことが好ましい。より具体的には、気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７中の気化ガス吸収部材１１７ａの温度は、種結晶１０６の温度よりも低いことが好ましい。一実施形態において、気化ガス捕獲トラップ、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７中の気化ガス吸収部材１１７ａは、種結晶１０６の温度よりも３℃〜２０℃低いことが好ましい。
【００６２】
気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７中の気化ガス吸収部材１１７ａと、種結晶１０６との温度差は、いくつかの方法により把握できる。一実施形態において、種結晶１０６と気化ガス捕獲トラップ１１７中の気化ガス吸収部材１１７ａとの温度差は、以下の組み合わせにより達成される。すなわち、（ｉ）図６に示すように、吸収部材１１７ａ（気化ガス捕獲トラップ１１７内に含まれる）は、短いシリンダー、円錐台あるいはその組み合わせのように成形される、（ｉｉ）気化ガス吸収部材１１７ａは、例えば坩堝１０２の上端部または頂部に隣接するように、上端に配置される、（ｉｉｉ）図５に示すように、坩堝１０２内に配置された種結晶１０６が、坩堝１０２の頂部または蓋１０８から離れて配置され、台座上に配置される、（ｉｖ）台座１２４の高さＨが好ましくは５〜２５ｍｍである。
【００６３】
気化ガス捕獲トラップ１１７、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ中の気化ガス吸収部材１１７ａに気化ガスが横断して到達するような気化ガスの経路の形状、具体的には気化ガスの経路の長さ及び横断面は、取り除かれる気化ガス１１０の量を制御するために用いることができる別の要因である。２つの例示的な気化ガスの経路は、図６及び７に概略的に示されている。これらの２つの気化ガスの経路は、成長しているＳｉＣ結晶１１２の品質に有害な影響を与えず、容易に実施することができる。
【００６４】
図６において、坩堝１０２は、台座１２４の下部、種結晶１０６、及びＳｉＣ結晶１１２が成長する空間を取り囲む高密度のグラファイトからなる邪魔板１１４’を含む。環状の隙間１３０は、邪魔板１１４’と台座１２４との間に存在する。隙間１３０は、気化ガス捕獲トラップ１１７’、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７’中の気化ガス吸収部材１１７ａ’に気化ガス１１０が流れるための経路を形成する。図７において、種結晶１０６とＳｉＣ結晶が成長する空間とを取り囲む邪魔板１１４”は、穴があけられている。すなわち、気化ガス捕獲トラップ１１７”、提供される場合には気化ガス捕獲トラップ１１７”中の気化ガス吸収部材１７ａ”に気化ガス１１０が流れるための経路を形成する複数の開口部１３２を邪魔板１１４”は含む。
【００６５】
気化ガス捕獲トラップ１１７’に配置された気化ガス吸収部材１１７ａ’に気化ガスが到達すると、気化ガス１１０はそれを透過し、バルクを通って拡散し、前記部材１１７ａ’を形成するカーボンと反応する。このような反応の結果、部材１１７ａ’の上及び／または前記部材１１７ａ’の最も温度の低い部分の内部に、多結晶のＳｉＣ堆積物１３４’が形成される。ＳｉＣ堆積物１３４’の一部は、気化ガス捕獲トラップ１１７’の壁上に形成されることも想定される。
【００６６】
利口に、気化ガス捕獲トラップ１１７”中の気化ガス吸収部材１１７ａ”に到達すると、気化ガス１１７ａ”はそれを透過し、バルクを通って拡散し、前記部材１１７ａ”を形成するカーボンと反応する。このような反応の結果、部材１１７ａ”の上及び／または前記部材１１７ａ”の最も温度の低い部分の内部に、多結晶のＳｉＣ堆積物１３４”が形成される。ＳｉＣ堆積物１３４”の一部は、気化ガス捕獲トラップ１１７”の壁上に形成されることも想定される。
【００６７】
図６における気化ガス捕獲トラップ１１７’が気化ガス吸収部材１１７ａ’を含まないとき、ＳｉＣ堆積物１３４’は最も温度の低い気化ガス捕獲トラップ１１７’の壁上に形成される。同様に、図７における気化ガス捕獲トラップ１１７”が気化ガス吸収部材１１７ａ”を含まないとき、ＳｉＣ堆積物１３４”は最も温度の低い気化ガス捕獲トラップ１１７”の壁上に形成される。
【００６８】
実施例１．  直径３”の半絶縁性の６ＨＳｉＣ結晶の成長
【００６９】
この成長運転は、図６に示されるような配置の坩堝、邪魔板、気化ガス吸収部材１１７ａ’を有する成長炉で実施された。この成長運転において、高密度で平衡にモールドされたグラファイトからなる結晶成長坩堝１０２が準備され、ハロゲンを含有する雰囲気で高温処理により純化された。高純度ＳｉＣ昇華原料１０４、すなわち大きさが０．５〜２ｍｍのＳｉＣ粒は、ＳｉＣ結晶１１２の成長に先立って、分離した合成プロセスにおいて合成された。６００ｇのＳｉＣ原料１０４は、坩堝１０２の底部に配置され、固形のＳｉＣ昇華原料として、ＳｉＣ結晶１１２の成長中に供給された。半絶縁性のＳｉＣ結晶１１２を製造するために、原料１０４は補償するドーパントとしてのバナジウムを含んでいた。バナジウムの量及びバナジウムのドーピングの詳細は従来技術にしたがった。
【００７０】
結晶多形が６Ｈで、直径が３．２５”のＳｉＣウエハが種結晶１０６として用いられた。このウエハは軸上、つまりｃ面に平行な面を有していた。ＳｉＣ結晶１１２の成長に先立って、ＳｉＣ結晶１１２が成長するウエハの表面は、傷及び表面のダメージを除去するために、化学機械的研磨技術（ＣＭＰ）を用いて磨かれた。種結晶１０６は、高温カーボン接着剤を用いて坩堝の蓋１０８の台座１２４に取り付けられた。台座１２４は１２．５ｍｍの高さＨを有していた。
【００７１】
邪魔板１１４’は、高密度で平衡にモールドされ、ハロゲンで純化されたグラファイトから加工され、３ｍｍの厚みの壁を有していた。台座１２４と邪魔板１１４’との間に２ｍｍの幅の環状の隙間１３０を形成するために、邪魔板１１４’の内径は、台座１２４の外径よりも大きかった。
【００７２】
図６におけるシリンダー形状に形成された気化ガス吸収部材１１７ａ’は、１．０ｇ／ｃｍ3の密度、５０％の多孔率、及び２０〜８０μｍの範囲の細孔径のハロゲンで純化された多孔質のグラファイトから加工された。気化ガス部材１１７ａ’は、図６に示すような気化ガス捕獲トラップ１１７’内に配置されていた。［００６８］従来技術において知られた態様でＲＦのサセプタとして振舞い、坩堝１０２を誘導加熱するために用いられるＲＦ外コイルと、石英ガラスからなる外壁とを有する成長炉の水冷式チャンバに坩堝１０２は収容された。繊維状の軽量のグラファイト発泡体からなる断熱材は、坩堝１０２の周囲の成長チャンバに配置された。成長炉、つまり坩堝１０２の内部は、１×１０-6Ｔｏｒｒの圧力まで減圧され、吸収されたガス及び水分を除去するために９９．９９９９％の純アルゴンで数回流した。その後、成長炉の内部、つまり坩堝１０２の内部は、５００Ｔｏｒｒのアルゴンで埋め戻され、坩堝１０２の温度を６時間で２１００℃まで上昇させるためにＲＦコイルで誘導加熱するようにＲＦにパワーを加えた。坩堝１０２のガスに対する多孔性のために、坩堝１０２の内部のガス圧力は、成長チャンバの内部のガス圧力とすぐに同様になる。
【００７３】
これに次いで、ＲＦコイルの位置及びＲＦのパワーは、原料１０４が２１２０℃の温度で、種結晶１０６が２０９０℃の温度に達するように調整された。Ａｒ圧力は１０Ｔｏｒｒまで減圧され、ＳｉＣ結晶１１２ブールの昇華成長が始まった。運転が完了すると、成長炉は、１２時間にわたって室温まで冷却された。
【００７４】
成長された６ＨのＳｉＣ結晶１１２ブールは、３００ｇの重量であった。気化ガス吸収部材１１７’の内部に形成された多結晶のＳｉＣ堆積物１３４の重量は約２０ｇであった。成長されたＳｉＣ結晶１１２のブールは、カーボンパーティクル、Ｓｉドロップレット、及び異質な結晶外形の介在物も含んでいなかった。このＳｉＣ結晶１１２のブールのマイクロパイプ密度は、約０．９ｃｍ-2で、転位密度は１×１０4ｃｍ-2であった。
【００７５】
ＳｉＣ結晶１１２のブールは標準的な直径が３”で厚さが４００μｍの２５のウエハに製造され、それらの抵抗率は非接触式抵抗率測定具（Ｃｏｒｅｍａ）を用いて測定され、マッピングされた。すべてのウエハの抵抗率はほとんど１×１０11Ｏｈｍ−ｃｍであり、標準偏差は１０％を下回っていた。
【００７６】
実施例２．  直径１００ｍｍの半絶縁性の６ＨＳｉＣ結晶の成長
【００７７】
この成長運転は、図７に示されるような配置の坩堝、邪魔板、及び気化ガス吸収部材１１７ａ”を有する成長炉で実施された。成長坩堝１０２は、高密度で平衡にモールドされ、ハロゲンで純化されたグラファイトからなっていた。高純度ＳｉＣ昇華原料１０４、すなわち大きさが０．５〜２ｍｍのＳｉＣ粒は、成長に先立って、分離した合成プロセスにおいて合成された。９００ｇのＳｉＣ原料１０４粒は、坩堝１０２の底部に配置され、固形の昇華原料として、成長中に供給された。
【００７８】
結晶多形が６Ｈで、直径が１１０ｍｍで、軸上に配向したＳｉＣウエハが種結晶１０６として用いられた。成長に先立って、ＳｉＣ結晶１１２が成長するウエハの表面は、ＣＭＰ研磨された。種結晶１０６は、高温接着剤を用いて坩堝の蓋１０８の台座１２４に取り付けられた。台座１２４は１０ｍｍの高さＨを有していた。
【００７９】
この運転で用いられた邪魔板１１４”は、図７に示される形状を有していた。邪魔板１１４”の壁厚は３ｍｍであった。邪魔板１１４”は、その壁に直径２ｍｍの２４の穴がドリルで開けられ、邪魔板１１４”の外周に８つの穴が３列に均一に形成されていた。しかしながら、穿孔の数は４〜４０であってもよく、各々の穴の直径は１〜３ｍｍであってもよい。
【００８０】
気化ガス吸収部材１１７”は、図７に示される形状、すなわち、シリンダー形状（頂部）及び円錐台（底部）の組み合わせの形状を有していた。気化ガス吸収部材１１７”は、１．０ｇ／ｃｍ3の密度、５０％の多孔率、及び２０〜８０μｍの細孔径のハロゲンで純化された多孔質のグラファイトから加工された。
【００８１】
成長条件は以下の通りであった。原料１０４の温度は２１５０℃であった、種結晶１０６の温度は２１００℃であった。挿入ガス（Ａｒ）の圧力は２０Ｔｏｒｒであった。
【００８２】
成長された６ＨのＳｉＣ結晶１１２ブールは、３８０ｇの重量であった。気化ガス吸収部材１１７”の内部に形成された多結晶のＳｉＣ堆積物１３４の重量は約３５ｇであった。検査した結果、このブールのバルクには、介在物が検出されなかった。このブールのマイクロパイプ密度は、０．３ｃｍ-2を下回っており、転位密度は９×１０3ｃｍ-2であった。
【００８３】
ＳｉＣ結晶１１２のブールは標準的な直径が１００ｍｍで厚さが４００μｍの２３のウエハに製造された。すべてのウエハの抵抗率はほとんど１×１０11Ｏｈｍ−ｃｍであり、標準偏差は１０％を下回っていた。
【００８４】
以上のように、本発明にしたがったＳｉＣ単結晶の昇華成長は、異質な結晶外形、シリコンドロップレット及びカーボンパーティクルのような介在物の密度を低減したＳｉＣブールを製造する。本発明は、マイクロパイプ及び転位密度を低減することもできる。
【００８５】
本発明は好ましい実施形態を参照して説明された。上述のような詳細な説明を読み、そして理解することで、他の者は、自明な修正及び代替を生じさせるであろう。本発明は、添付されたクレームまたはその均等物の範囲内において、そのような変更及び代替を全て含んでいるものと解釈されることを意図するものである。
【図１】
2013504513.tif 000003
【図２】
2013504513.tif 000004
【図３】
2013504513.tif 000005
【図４】
2013504513.tif 000006
【図５】
2013504513.tif 000007
【図６】
2013504513.tif 000008
【図７】
2013504513.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月29日(2011.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
続けて図５を参照し、気化ガス捕獲トラップ１１７は、成長領域１１６に背を向ける邪魔板１１４の側面、邪魔板１１４上の蓋１０８の一部、及び、蓋１０８と邪魔板１１４の低い方の端部との間の坩堝１０２の内壁の一部によって境界となる空間の全部または一部を備えていてもよい。提供される場合には、部材１１７ａは、この空間内において適した及び／または好ましい如何なる場所に位置付けられていてもよい。好ましくは、気化ガス捕獲トラップ１１７は、坩堝１０２の内部の上部外側に隣接する空間１３６（図５において透視で示されている）を備えている。図５において、蓋１０８及び蓋１０８に隣接する坩堝１０２の内壁は、空間１３６の２つの境界で画定される。しかしながら、これは本発明を限定するように理解されない。提供される場合には、部材１１７ａは、図５において透視で示されるように、空間１３６において適切な及び／または好ましい如何なる場所に位置付けられてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
同様に、気化ガス捕獲トラップ１１７”中の気化ガス吸収部材１１７ａ”に到達すると、気化ガス１１７ａ”はそれを透過し、バルクを通って拡散し、前記部材１１７ａ”を形成するカーボンと反応する。このような反応の結果、部材１１７ａ”の上及び／または前記部材１１７ａ”の最も温度の低い部分の内部に、多結晶のＳｉＣ堆積物１３４”が形成される。ＳｉＣ堆積物１３４”の一部は、気化ガス捕獲トラップ１１７”の壁上に形成されることも想定される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
図６におけるシリンダー形状に形成された気化ガス吸収部材１１７ａ’は、１．０ｇ／ｃｍ3の密度、５０％の多孔率、及び２０〜８０μｍの範囲の細孔径のハロゲンで純化された多孔質のグラファイトから加工された。気化ガス部材１１７ａ’は、図６に示すような気化ガス捕獲トラップ１１７’内に配置されていた。従来技術において知られた態様でＲＦのサセプタとして振舞い、坩堝１０２を誘導加熱するために用いられるＲＦ外コイルと、石英ガラスからなる外壁とを有する成長炉の水冷式チャンバに坩堝１０２は収容された。繊維状の軽量のグラファイト発泡体からなる断熱材は、坩堝１０２の周囲の成長チャンバに配置された。成長炉、つまり坩堝１０２の内部は、１×１０-6Ｔｏｒｒの圧力まで減圧され、吸収されたガス及び水分を除去するために９９．９９９５％の純アルゴンで数回流した。その後、成長炉の内部、つまり坩堝１０２の内部は、５００Ｔｏｒｒのアルゴンで埋め戻され、坩堝１０２の温度を６時間で２１００℃まで上昇させるためにＲＦコイルで誘導加熱するようにＲＦにパワーを加えた。坩堝１０２のガスに対する多孔性のために、坩堝１０２の内部のガス圧力は、成長チャンバの内部のガス圧力とすぐに同様になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
結晶多形が６Ｈで、直径が１００ｍｍで、軸上に配向したＳｉＣウエハが種結晶１０６として用いられた。成長に先立って、ＳｉＣ結晶１１２が成長するウエハの表面は、ＣＭＰ研磨された。種結晶１０６は、高温接着剤を用いて坩堝の蓋１０８の台座１２４に取り付けられた。台座１２４は１０ｍｍの高さＨを有していた。
【国際調査報告】
2013504513.tif 000010