(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素粒子を含む粉末を反応容器に装入し、前記反応容器の一面に種結晶を配置する準備ステップと、
前記粉末を昇華させ、前記種結晶から炭化珪素インゴットを成長させる成長ステップとを含み、
前記粉末は、流れ指数が５〜３５であり、
前記粉末に８ｋＰａの圧力を加えて圧縮したとき、圧縮前の内部摩擦角に対する圧縮後の内部摩擦角の変化量が５％〜１８％であり、
前記炭化珪素インゴットは、表面のピット（ｐｉｔ）が１０Ｋ／ｃｍ２以下である、炭化珪素インゴットの製造方法。
【請求項２】
前記粉末のＤ５０が１０μｍ〜８００μｍである、請求項１に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
【請求項３】
前記炭化珪素インゴットが４インチ以上の口径を有する、請求項１に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
【請求項４】
前記炭化珪素インゴットが６インチ以上の口径を有する、請求項１に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
【請求項５】
前記炭化珪素インゴットは、４Ｈ  ＳｉＣ単結晶を含むインゴットである、請求項１に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
【請求項６】
前記炭化珪素インゴットは、その表面が凸形状または平らな形状のものである、請求項１に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
【請求項７】
表面のピット（ｐｉｔ）が１０Ｋ／ｃｍ２以下である炭化珪素インゴットの製造に適用される粉末であって、
前記粉末は、一定の圧力を加えたときに流れが発生し、
炭化珪素粒子を含み、
流れ指数が５〜３５であり、
前記粉末に８ｋＰａの圧力を加えて圧縮したとき、圧縮前の内部摩擦角に対する圧縮後の内部摩擦角の変化量が５％〜１８％である、粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は、炭化珪素粒子を含む炭化珪素インゴット成長用粉末、それを用いて炭化珪素インゴットを成長させる方法などに関する。
【０００２】
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１９年０７月１１日に出願された大韓民国特許出願第１０−２０１９−００８３９１０号に基づく優先権の利益を有し、当該優先権の基礎出願の内容の全ては、本出願の内容として組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
次世代半導体素子の材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのワイドバンドギャップ半導体材料が多く研究されている。
【０００４】
単結晶炭化珪素（ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌ  ＳｉＣ）は、エネルギーバンドギャップ（ｅｎｅｒｇｙ  ｂａｎｄ  ｇａｐ）が大きく、最大絶縁破壊電界（ｂｒｅａｋ  ｆｉｅｌｄ  ｖｏｌｔａｇｅ）及び熱伝導率（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）がシリコン（Ｓｉ）よりも優れている。また、単結晶炭化珪素のキャリア移動度はシリコンと同程度であり、電子の飽和ドリフト速度及び耐圧も大きい。このような特性により、電気自動車の制御、太陽光又は風力発電用パワーコンディショナの電力制御などの用途への適用が進んでいる。
【０００５】
炭化珪素は、液相蒸着法（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ；ＬＰＥ）、化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）、物理的気相輸送法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ；ＰＶＴ）などで製造される。
【０００６】
物理的気相輸送法は昇華（Ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ）法ともいい、高い成長率を有することによってインゴットの形態の炭化珪素を作製できるので、最も広く用いられている。
【０００７】
炭化珪素の製造方法として、例えば、韓国登録特許第１０−１８０９６４２号には、炭素系保護膜が備えられたＳｉＣ単結晶の種結晶を反応容器内に配置し、ＳｉＣ原料物質から前記種結晶にＳｉＣ単結晶を成長させる方法が開示されている。この他にも、大口径の単結晶インゴットを実質的に欠陥なしに製造しようとする試みがある。９６．８°
【０００８】
欠陥の少ない高品質の単結晶インゴットを成長させるために、反応器内に装入される原料の特性を制御する必要がある。反応器内の粉末状の原料は、反応器内で大きな温度変化及び圧力変化を受けるようになり、それによる挙動変化がインゴットの不良を発生させることがある。韓国登録特許公報第１０−１８５４７３１号は、顆粒化した凝集材料を適用する方法が開示されている。
【０００９】
関連先行技術文献として、大韓民国登録特許第１０−１８０９６４２号、大韓民国登録特許第１０−１８５４７３１号などがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
実施例の目的は、欠陥が少ないか又は実質的に欠陥のない優れた品質の炭化珪素インゴットを効果的に成長させることができる炭化珪素インゴット成長用粉末、それを用いた炭化珪素インゴットの製造方法などを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一具現例に係る炭化珪素インゴットの製造方法は、炭化珪素粒子を含む粉末を反応容器に装入し、前記反応容器の一面に種結晶を配置する準備ステップ；及び前記粉末を昇華させ、前記種結晶から炭化珪素インゴットを成長させる成長ステップ；を含む。
【００１２】
前記粉末は、流れ指数が５〜３５であるものであってもよい。
【００１３】
前記粉末は、Ｄ５０が１０μｍ〜８００μｍであるものであってもよい。
【００１４】
前記粉末は、前記粉末に８ｋＰａの圧力を加えて圧縮したとき、圧縮前の内部摩擦角に対する圧縮後の内部摩擦角の変化量が５％〜１８％であるものであってもよい。
【００１５】
前記炭化珪素インゴットは、表面のピット（ｐｉｔ）が１０Ｋ／ｃｍ２以下であるものであってもよい。
【００１６】
前記炭化珪素インゴットは、口径が４インチ以上であってもよい。
【００１７】
前記炭化珪素インゴットは、口径が６インチ以上であってもよい。
【００１８】
前記炭化珪素インゴットは、４Ｈ  ＳｉＣ単結晶を含むインゴットであってもよい。
【００１９】
前記炭化珪素インゴットは、その表面が凸形状または平らな形状のものであってもよい。
【００２０】
他の一具現例に係る炭化珪素インゴットは、４Ｈ  ＳｉＣを含み、口径が４インチ以上であり、（０００１）面に対するオフアングルを４°として適用したウエハが有するロッキング角度が−１．５〜＋１．５°である、炭化珪素インゴットである。
【００２１】
他の一具現例に係る粉末は、一定の圧力を加えたときに流れが発生し、炭化珪素粒子を含み、圧力変化による流れ指数が５〜３５であってもよい。
【００２２】
前記粉末は、前記粉末に８ｋＰａの圧力を加えて圧縮したとき、圧縮前の内部摩擦角に対する圧縮後の内部摩擦角の変化量が５％〜１８％である粉末であってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
具現例のインゴット成長用粉末、それを用いたインゴットの製造方法などは、異種ポリタイプの混入が抑制されることで、欠陥が少ないか又は実質的に欠陥のない優れた品質の炭化珪素インゴット、それから製造されるウエハなどを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】インゴット成長装置の構造を説明する概念図である。
【図２】実験実施例において実施例及び比較例の流れ指数を示すグラフである。図２において、Ｅ１〜Ｅ６はそれぞれ実施例１〜６であり、ＣＥ１は比較例１を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、後述する実施例を参照すると明らかになるであろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現可能であり、単に本実施例は、本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。
【００２６】
本明細書において、ある構成が他の構成を「含む」とするとき、これは、特に反対の記載がない限り、それ以外の他の構成を除くものではなく、他の構成をさらに含むこともできることを意味する。
【００２７】
図面において、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のため、一部の層及び領域の厚さを誇張して示した。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指す。
【００２８】
本明細書において、「Ａ及び／又はＢ」の記載は、「Ａ、Ｂ、又は、Ａ及びＢ」を意味する。
【００２９】
本明細書において、「第１」、「第２」又は「Ａ」、「Ｂ」のような用語は、特に説明がない限り、同一の用語を互いに区別するために使用される。
【００３０】
本明細書において、単数の表現は、特に説明がなければ、文脈上解釈される単数又は複数を含む意味で解釈される。
【００３１】
また、本明細書において、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」又は「上部に」あるとするとき、これは、他の部分の「真上に」ある場合のみならず、それらの間に他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「真上に」あるとするときは、それらの間に他の部分がないことを意味する。併せて、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」又は「下部に」あるとするとき、これは、他の部分の「真下に」ある場合のみならず、それらの間に他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「真下に」あるとするときは、それらの間に他の部分がないことを意味する。
【００３２】
本明細書において、オフアングルがＸ°ということは、通常許容する誤差範囲内で基準面からＸ°と評価されるオフアングルを有するということを意味し、例示的に、（Ｘ−０．０５°）〜（Ｘ＋０．０５°）の範囲のオフアングルを含む。４Ｈ  ＳｉＣの場合、基準面として（０００１）面が適用され得る。
【００３３】
本明細書において、ロッキング角度が「１〜＋１°」ということは、特に言及がなくても、基準角度に対し−１〜＋１°を意味する。
【００３４】
本明細書において、ロッキング角度が「基準角度に対し−１〜＋１°」ということは、ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）値が、基準角度である（ピーク角度−１°）〜（ピーク角度＋１°）の範囲内にあるということを意味する。
【００３５】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００３６】
物理的気相輸送法（ＰＶＴ）を適用して製造された炭化珪素の結晶構造には様々な結晶相があり得、代表的に、３Ｃ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、１５Ｒ−ＳｉＣなどがある。単結晶インゴットを製造するためには、目的とする結晶相以外の結晶相（異種結晶相）の発生を抑制することが重要である。異種結晶相が混入すると、結晶不一致によって、マイクロパイプ（Ｍｉｃｒｏｐｉｐｅ）欠陥、基底面転位（Ｂａｓａｌ  Ｐｌａｎｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ、ＢＰＤ）、貫通刃状転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  Ｅｄｇｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ、ＴＥＤ）または貫通螺旋転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  Ｓｃｒｅｗ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ、ＴＳＤ）などと呼ばれる結晶欠陥のうちの１つ以上が発生することがあり、品質の低下に大きな影響を及ぼすためである。
【００３７】
本発明者らは、欠陥に影響を及ぼす要因の一つとして、原料粉末の性質に注目した。物理的気相輸送法によりインゴットを成長させる従来の方法は、原料粉末の外部環境の変化（温度又は圧力）による流れ性を考慮しなかった。外部環境の変化により粒子の微細表面領域間の衝突挙動及び固化挙動が変わる場合、昇華工程で部分的な偏重が発生することがあり、発生する昇華ガスの面内の組成が不均一になることがある。
【００３８】
一般に、粒子の大きさはＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０などで表示し、これは、粒子の累積分布において最も大きい値に対して、それぞれ１０％、５０％、９０％に該当する大きさを意味する。本発明者らは、原料粒子の大きさがほぼ同一であっても成長後にインゴットの品質が変わる原因の一つを解明し、前記製造方法を完成させるに至った。特に、結晶成長の条件には圧力の変化が必ず伴うため、圧力の変化による原料粉末の流れ指数が重要であり、これを通じて、より優れた品質の炭化珪素を製造できるという点を確認し、本発明を完成した。
【００３９】
図１は、炭化珪素インゴットの製造装置の構造を説明する概念図である。以下、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【００４０】
上記目的を達成するために、一具現例に係る炭化珪素インゴットの製造方法は、準備ステップと成長ステップを含んで、４Ｈ  ＳｉＣを含む炭化珪素インゴットを製造する。
【００４１】
前記炭化珪素インゴットの製造方法は、炭化珪素粒子を含む粉末を反応容器に装入するステップと；前記反応容器の一面に種結晶を配置するステップと；前記粉末を昇華させ、前記種結晶から炭化珪素インゴットを成長させるステップと；を含む。このとき、前記粉末は、下記式１による流れ指数が５〜３５であることを特徴の一つとする。
【００４２】
前記準備ステップは、内部空間を有する坩堝本体３１０と、前記坩堝本体を覆う坩堝蓋３２０とを含む坩堝組立体３００を準備し、前記坩堝組立体３００内に原料物質である粉末２００を装入し、前記粉末上には、炭化珪素種結晶１００を前記粉末と一定の間隔をおいて配置されるようにするステップを総称する。
【００４３】
前記坩堝本体３１０は、例えば、上面が開放された開口部を有する円筒状で、その内部に粉末などの形態を有する炭化珪素原料を装入することができる構造を有するものが適用されてもよい。
【００４４】
前記坩堝本体３１０及び前記坩堝蓋３２０の材料はグラファイトが含まれ得る。
【００４５】
前記炭化珪素種結晶１００は、前記坩堝蓋３２０に直接接着するか、または坩堝本体内の載置台１２０に直接載置するなどの方法で前記粉末上に配置されてもよい。この場合、別途の種結晶ホルダ１１０が適用されずに済み、坩堝蓋３２０が種結晶ホルダと一体型に適用され得る。
【００４６】
前記炭化珪素種結晶１００は、前記種結晶ホルダ１１０に直接接着して配置され得る。
【００４７】
具体的には、前記種結晶１００が付着された種結晶ホルダ１１０は、前記坩堝本体３１０と前記坩堝蓋３２０との間に位置した坩堝本体の載置台１２０に配置され得る。
【００４８】
前記粉末２００は炭素源と珪素源を含む。前記粉末２００は炭化珪素粒子を含むことができる。前記粉末２００は、炭素−珪素源を含むか、又は、これに炭素源及び／又は珪素源をさらに含むことができる。前記炭素源としては高炭素樹脂（例：フェノール樹脂）などが適用されてもよく、前記珪素源としては珪素粒子が適用されてもよいが、これに限定されない。具体的には、前記粉末は炭化珪素粒子からなることができる。
【００４９】
一具現例において、前記粉末２００の粒径（Ｄ５０）は、例えば、１０μｍ〜８００μｍ、例えば、３０μｍ〜６５０μｍ、例えば、６０μｍ〜６００μｍ、例えば、８０μｍ〜５００μｍ、例えば、１００μｍ〜４７０μｍであってもよい。
【００５０】
前記粉末２００は、下記式１による流れ指数（Ｆｌｏｗ  Ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）が５〜３５であり得、例えば、７〜３２であってもよい。
【００５１】
［式１］
Ｙ＝ａＸ＋ｂ、ＦＦ＝１／ａ
【００５２】
前記式１による流れ指数（Ｆｌｏｗ  Ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）は、粉末を限定された空間で一定の圧力を加えて（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ  ｓｔｒｅｓｓ、ＣＳ）凝集させた後、限定された空間を解除した後、凝集が崩壊する圧力（Ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ  ｆａｉｌｕｒｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ、ＵＦＳ）を測定して、Ｘ軸をＣＳとして、Ｙ軸をＵＦＳとして図式化したときに得た傾向線の傾きの逆数で定義する。ＦＦは、例えば、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ社のＰＦＴＴＭ装備を用いて測定することができる。
【００５３】
粉末の平均サイズが類似しても、ＦＦ値は類似しなくなり得る。これは、実際に全ての粉末の粒子サイズが同一又は均一ではなく、一般に特定の範囲内に分布する形態を有し、粒子のそれぞれの形状もまた同一ではなく、外部環境（温度及び圧力）により粒子の微細表面領域間の衝突挙動及び固化挙動が変わるためであると考えられる。
【００５４】
前記ＦＦ値が５未満であると、圧力変化による原料粉末の流れがほとんどないため、昇華する原料の不均衡性が増加することがある。前記ＦＦ値が３５を超えると、微細な圧力変化にも原料粉末の流れ性が極大化され、成長ステップで発生する昇華ガスの成長面内の組成が不均一になることがある。
【００５５】
一具現例において、前記原料物質は粉末の形態であって、前述した粒径（Ｄ５０）の範囲と、前記式１によるＦＦ値の範囲とを同時に満たすことによって、目的とするレベルの物性を有するインゴットを製造するのにより有利である。
【００５６】
前記粉末２００の圧縮前の内部摩擦角は３０°〜４０°であり得る。前記粉末２００の８ｋＰａ圧縮後の内部摩擦角は３０°〜３５°であり得る。
【００５７】
内部摩擦角の変化量は、下記式２で定義される。前記粉末は、内部摩擦角の変化量が５％〜１８％であり得る。
【００５８】
［式２］
0006758527.tif 000002
【００５９】
前記内部摩擦角の変化量が５％未満であると、圧力変化による粉末の流れ性がほとんどなくなり得る。前記内部摩擦角の変化量が１８％を超える場合、粉末の流れの問題から原料材料の不均一性を引き起こすことがある。圧縮前後の内部摩擦角は、例えば、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ社のＰＦＴＴＭ装備を用いて測定することができる。
【００６０】
上述したＦＦ値及び／又は内部摩擦角の変化量値を有する粉末を具現例の製造方法に適用する場合、ロッキング角度で評価される結晶性及びインゴット表面のピット（ｐｉｔ）値がいずれも優れた炭化珪素インゴットなどを成長させることができる。
【００６１】
前記成長ステップは、前記坩堝本体３１０の内部空間を結晶成長雰囲気に調節して、前記原料が前記炭化珪素シードに蒸気移送されて蒸着され、前記炭化珪素シードから成長した炭化珪素インゴットを設けるステップである。
【００６２】
前記成長ステップは、前記坩堝組立体の内部空間を結晶成長雰囲気に調節する過程が含まれる。前記成長ステップは、断熱材４００で前記坩堝組立体３００を取り囲むことで、前記坩堝組立体とこれを取り囲む前記断熱材を含む反応容器を設け、これを石英管４１０などの反応チャンバに位置させた後、加熱手段５００によって前記坩堝などを加熱する方式で行われ得る。
【００６３】
前記反応チャンバ内には前記反応容器が位置する。加熱手段５００は、前記坩堝本体３１０の内部空間を結晶成長雰囲気に適した温度に誘導する。前記温度は、前記結晶成長雰囲気に重要な要素の一つであり、圧力及びガスの移動などの条件を調節して、より適した結晶成長雰囲気を形成する。前記反応チャンバと前記反応容器との間には断熱材４００が位置して、結晶成長雰囲気の形成及び制御をより容易に助けることができる。
【００６４】
前記断熱材４００は、成長雰囲気において、前記坩堝本体の内部又は前記反応容器の内部の温度勾配に影響を及ぼし得る。前記断熱材はグラファイト断熱材を含むことができ、例示的に、前記断熱材は、レーヨン系グラファイトフェルトまたはピッチ系グラファイトフェルトを含むことができる。
【００６５】
前記結晶成長雰囲気は、前記反応チャンバの外部の加熱手段５００の加熱を通じて設けられ得る。前記結晶成長雰囲気は、前記加熱と同時又は別途に減圧して反応チャンバ又は坩堝内の空気を除去して設けられてもよい。前記結晶成長雰囲気は、加圧／減圧雰囲気及び／又は不活性雰囲気（例：Ａｒ雰囲気、Ｎ２雰囲気、またはその混合雰囲気）であってもよい。
【００６６】
前記結晶成長雰囲気は、原料を炭化珪素シードの表面に蒸気移送されるようにして炭化珪素結晶の成長を誘導する。前記結晶成長雰囲気において、炭化珪素結晶は成長してインゴット１００を形成する。
【００６７】
前記結晶成長雰囲気は、２０００〜２５００℃の成長温度及び１〜２００ｔｏｒｒの成長圧力の条件が適用され得、このような温度及び圧力を適用する場合、より効率的に炭化珪素インゴットを製造することができる。
【００６８】
一具現例において、前記インゴット成長ステップにおいてインゴットの成長速度は、例えば、５０μｍ／ｈｒ以上であってもよく、例えば、１００μｍ／ｈｒ以上であってもよく、例えば、１００μｍ／ｈｒ〜５００μｍ／ｈｒであってもよく、例えば、１５０μｍ／ｈｒ〜３００μｍ／ｈｒであってもよい。
【００６９】
このような前記インゴットの成長速度は、ＦＦ値が５〜３５及び／又は圧縮前後の内部摩擦角の変化量が５％〜１８％である原料を適用することで、均一な昇華条件が形成されたため得られると考えられる。
【００７０】
上述した結晶成長雰囲気を適用する場合、一具現例に係る製造方法がより高品質の炭化珪素インゴットを製造するのに有利であり得る。
【００７１】
前記炭化珪素シード１００は、成長させようとするインゴットの特性に応じて異なって適用することができ、例示的に、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣ、１５Ｒ−ＳｉＣなどが適用されてもよく、これに限定されない。
【００７２】
前記炭化珪素シード１００は、成長させようとするインゴットのサイズに応じて異なって適用することができ、前記インゴットは、４インチ以上の直径を有するものであり得る。前記インゴットは、４インチ以上、例えば、５インチ以上、例えば、６インチ以上の口径を有することができる。前記インゴットは、４インチ〜１２インチ、例えば、４インチ〜１０インチ、例えば、６インチ〜８インチの直径を有することができる。
【００７３】
前記炭化珪素シード１００は、好適に単結晶４Ｈ−ＳｉＣを成長させることができるものであれば、適用可能であり、例示的に、炭化珪素インゴットが成長する前面がＣ面（０００１）である４Ｈ−ＳｉＣシードが適用されてもよい。
【００７４】
前記粉末２００は、結晶成長雰囲気で蒸気移送されて炭化珪素シードの方向に移動し、前記炭化珪素シードの表面から炭化珪素インゴットを成長させる。
【００７５】
一具現例において、前記炭化珪素インゴット１０は４Ｈ  ＳｉＣを含有することができ、その表面が凸形状または平らな形状のものであってもよい。
【００７６】
前記炭化珪素インゴット１０の表面が凹形状に形成される場合、意図する４Ｈ−ＳｉＣ結晶以外に、６Ｈ−ＳｉＣのような他の多形が混入されたものであり得る。これは、炭化珪素インゴットの品質を低下させ得る。また、前記炭化珪素インゴットの表面が過度に凸形状に形成される場合には、インゴット自体にクラックが発生したり、ウエハに加工するときに結晶が割れたりすることがある。
【００７７】
このとき、前記炭化珪素インゴット１０が過度に凸形状のインゴットであるか否かは、反りの程度を基準として判断し、本明細書で製造される炭化珪素インゴットは、反りが１５ｍｍ以下である。
【００７８】
前記反りは、炭化珪素インゴットの成長が完了したサンプルを定盤上に置き、インゴットの後面を基準として、インゴットの中心と縁部の高さを高さゲージ（Ｈｅｉｇｈｔ  Ｇａｕｇｅ）で測定し、（中心の高さ−縁部の高さ）の値で評価する。反りの数値が正の値であると、凸形状であることを意味し、０の値は平らな形状、そして、負の値は凹形状であることを意味する。
【００７９】
前記炭化珪素インゴット１０は、その表面が凸形状または平らな形状のものであって、反りが０ｍｍ〜１５ｍｍであるものであり得る。前記炭化珪素インゴット１０は、反りが０ｍｍ〜１２ｍｍであってもよく、または０ｍｍ〜１０ｍｍであるものであってもよい。このような反りの程度を有する炭化珪素インゴットは、ウエハへの加工がより容易であり、割れの発生を減少させることができる。
【００８０】
前記炭化珪素インゴット１０は、欠陥や多形の混入が最小化された実質的に単結晶である４Ｈ  ＳｉＣインゴットであり得る。
【００８１】
前記炭化珪素インゴット１０は、実質的に４Ｈ  ＳｉＣからなるもので、その表面が凸形状または平らな形状のものであってもよい。
【００８２】
前記炭化珪素インゴット１０は、炭化珪素インゴットから発生し得る欠陥を減らしたものであり得る。このような炭化珪素インゴットを適用する場合、高品質の炭化珪素ウエハを提供することができる。
【００８３】
前記炭化珪素インゴットは、前記炭化珪素インゴットの製造方法で製造されたもので、表面のピット（ｐｉｔ）を減少させることができる。前記炭化珪素インゴットは、４インチ以上の直径を有するものを基準として、その表面に含まれるピット（ｐｉｔ）が１０ｋ／ｃｍ２以下であり得る。
【００８４】
本明細書において、前記炭化珪素インゴットの表面のピットの測定は、インゴットの表面においてファセットを除いた中央部分の１箇所、そして、炭化珪素インゴットのエッジから中央部の方向に約１０ｍｍ内側に位置する３時、６時、９時、そして、１２時方向の４箇所、計５箇所を光学顕微鏡で観察し、各位置で単位面積（１ｃｍ２）当たりのピット（ｐｉｔ）を測定した後、その平均値で評価する。
【００８５】
前記炭化珪素インゴットは、通常の方法で炭化珪素ウエハに加工することができる。例示的に、前記炭化珪素インゴットを、外径研削装備を適用してインゴットの外縁部分を削り（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、一定の厚さに切削（Ｓｌｉｃｉｎｇ）した後、縁部の研削及び表面研磨、ポリッシングなどの加工を行うことができる。
【００８６】
前記炭化珪素インゴットは、前記インゴットから（０００１）面に対するオフアングルを０°として適用して得られるウエハのロッキング角度が、基準角度に対し−１．０〜＋１．０°であるものであり得、例えば、基準角度に対し−０．５〜＋０．５°であり得る。前記ロッキング角度は、例えば、基準角度に対し−０．１〜＋０．１°であり得、例えば、基準角度に対し−０．０５〜＋０．０５°であり得る。このような特徴を有するインゴットは、優れた結晶質特性を有する。
【００８７】
前記ロッキング角度は、高分解能Ｘ線回折分析システム（ＨＲ−ＸＲＤ  ｓｙｓｔｅｍ）を適用して、前記ウエハの［１１−２０］方向をＸ−ｒａｙ経路に合わせ、Ｘ−ｒａｙ  ｓｏｕｒｃｅ  ｏｐｔｉｃとＸ−ｒａｙ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃ角度を２θ（３５〜３６°）に設定した後、ウエハのオフアングルに合わせてオメガ（ω、又はシータθ、Ｘ−ｒａｙ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃ）角度を調節してロッキングカーブ（Ｒｏｃｋｉｎｇ  ｃｕｒｖｅ）を測定し、基準角度であるピーク角度と２つのＦＷＨＭ値の差値をそれぞれロッキング角度として設定して結晶性を評価する（以下、ロッキング角度において同一である）。
【００８８】
本明細書において、オフアングルがＸ°ということは、通常許容する誤差範囲内でＸ°と評価されるオフアングルを有するということを意味し、例示的に、（Ｘ−０．０５°）〜（Ｘ＋０．０５°）の範囲のオフアングルを含む。
【００８９】
本明細書において、ロッキング角度が「基準角度に対し−１〜＋１°」ということは、半値幅（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）値が、基準角度であるピーク角度を基準として（ピーク角度−１°）〜（ピーク角度＋１°）の範囲内にあるということを意味する。
【００９０】
また、前記ロッキング角度は、ウエハの中央部分と縁部から中央方向に５ｍｍ以内の部分を除いた表面を実質的に均等に３等分し、各部分で３回以上測定した結果を平均して、前記のロッキング角度として取り扱う。
【００９１】
具体的には、０°のオフアングルを基準として、オメガ角度は１７．８１１１°であり、４°のオフアングルを基準として、オメガ角度は１３．８１１°、そして、８°のオフアングルを基準として、オメガ角度は９．８１１１°で、前記オメガ角度は９．８１１１°〜１７．８１１１°の範囲であり得る。
【００９２】
具体的には、前記炭化珪素インゴットは、前記インゴットから得られるオフアングルを４°として適用したウエハにおいて、そのロッキング角度が基準角度に対し−１．５〜＋１．５°であるものを含むことができる。前記炭化珪素インゴットは、前記インゴットから得られるオフアングルを４°として適用したウエハにおいて、そのロッキング角度が基準角度に対し−１．０〜＋１．０°であるものを含むことができ、または基準角度に対し−０．５〜＋０．５°であるものを含むことができる。前記炭化珪素インゴットは、前記インゴットから得られるオフアングルを４°として適用したウエハにおいて、そのロッキング角度が基準角度に対し−０．１〜＋０．１°であるものを含むことができ、または基準角度に対し−０．０５〜＋０．０５°であるものを含むことができる。このような特徴を有するインゴットは、優れた結晶質特性を有する。
【００９３】
前記炭化珪素インゴットは、前記インゴットから得られるオフアングルを８°として適用したウエハにおいて、そのロッキング角度が基準角度に対し−１．０〜＋１．０°であるものを含むことができ、または基準角度に対し−０．５〜＋０．５°であるものを含むことができる。前記炭化珪素インゴットは、前記インゴットから得られるオフアングルを８°として適用したウエハにおいて、そのロッキング角度が基準角度に対し−０．１〜＋０．１°であるものを含むことができ、または基準角度に対し−０．０５〜＋０．０５°であるものを含むことができる。このような特徴を有するインゴットは、優れた結晶質特性を有する。
【００９４】
他の一具現例に係る炭化珪素インゴットは、４インチ以上の大口径を有するもので、４Ｈ  ＳｉＣを含有し、表面のピット（ｐｉｔ）が１０ｋ／ｃｍ２以下である。
【００９５】
前記炭化珪素インゴットのオフアングルを４°として適用したウエハは、そのロッキング角度が基準角度に対し−１．０〜＋１．０°であるものを含むことができる。前記オフアングルは、４Ｈ  ＳｉＣの（０００１）面を基準とする。このような特徴を有する炭化珪素インゴットは、大面積でありながらも、その結晶品質に優れる。
【００９６】
前記炭化珪素インゴットについての具体的な説明は、上述の説明と重複するので、その記載を省略する。
【００９７】
更に他の一具現例に係る粉末は、炭化珪素インゴットの成長のための原料物質として適用され、一定の圧力を加えたときに流れが発生し、炭化珪素粒子を含み、流れ指数が５〜３５である。
【００９８】
前記粉末についての具体的な説明は、上述の説明と重複するので、その記載を省略する。
【００９９】
以下、具体的な実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。下記の実施例は、本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本明細書が開示する発明の範囲がこれに限定されるものではない。
【０１００】
＜実施例及び比較例＞
【０１０１】
実施例１
【０１０２】
図１に簡単に構造を提示したように、ＳｉＣ粒子が含まれた粉末２００を坩堝本体３１０の内部に装入した。使用されたＳｉＣ粒子が含まれた粉末の特性は、以下に説明する方法で測定し、下記の表１に示した。
【０１０３】
前記粉末の上部に炭化珪素種結晶１００及び種結晶ホルダ１１０を配置した。このとき、炭化珪素種結晶（４Ｈ  ＳｉＣ単結晶、６インチ）のＣ面（０００−１）が坩堝の下部に向かうように通常の方法で固定し、下記の実施例２〜４及び比較例１〜３に同一に適用した。
【０１０４】
前記種結晶１００及び種結晶ホルダ１１０が設置された坩堝本体を坩堝蓋３２０で覆い、断熱材４００で取り囲んだ後、加熱手段である加熱コイル５００が備えられた反応チャンバ内に入れた。
【０１０５】
坩堝の内部を真空状態にした後、アルゴンガスを徐々に注入して、前記坩堝の内部が大気圧に達するようにし、再び前記坩堝の内部を徐々に減圧させた。これと共に、坩堝の内部の温度を２３００℃まで徐々に昇温させた。
【０１０６】
２３００℃の温度及び２０ｔｏｒｒの圧力条件下で１００時間の間、炭化珪素種結晶からＳｉＣ単結晶インゴットを成長させた。
【０１０７】
実施例２
【０１０８】
粉末として、下記の表２に示した特徴を有するものを適用した以外は、実施例１と同様にＳｉＣ単結晶インゴットを成長させた。
【０１０９】
実施例３
【０１１０】
粉末として、下記の表２に示した特徴を有するものを適用した以外は、実施例１と同様にＳｉＣ単結晶インゴットを成長させた。
【０１１１】
実施例４
【０１１２】
粉末として、下記の表２に示した特徴を有するものを適用した以外は、実施例１と同様にＳｉＣ単結晶インゴットを成長させた。
【０１１３】
実施例５
【０１１４】
粉末として、下記の表２に示した特徴を有するものを適用した以外は、実施例１と同様にＳｉＣ単結晶インゴットを成長させた。
【０１１５】
実施例６
【０１１６】
粉末として、下記の表２に示した特徴を有するものを適用した以外は、実施例１と同様にＳｉＣ単結晶インゴットを成長させた。
【０１１７】
比較例１
【０１１８】
粉末として、下記の表２に示した特徴を有するものを適用した以外は、実施例１と同様にＳｉＣ単結晶インゴットを成長させた。
【０１１９】
炭化珪素インゴットの物性評価
【０１２０】
１）流れ指数（Ｆｌｏｗ  Ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）及び内部摩擦角の測定
【０１２１】
粉末を２３０ｃｃのトラフ（ｔｒｏｕｇｈ）に入れて重量を測り、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ社のＰＦＴＴＭ装備を用いて流れ指数、内部摩擦角などを測定した。
【０１２２】
圧力変化による流れ指数（Ｆｌｏｗ  Ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）は、限定された空間で一定の圧力をそれぞれ加えて（Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ  Ｓｔｒｅｓｓ、ＣＳ）凝集させた後、限定された空間を解除した後、凝集が崩壊する圧力（Ｕｎｃｏｎｆｉｅｎｄ  ｆａｉｌｕｒｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ、ＵＦＳ）を測定した。圧力は、それぞれ０．５、１、２、４及び９ｋＰａに変化し、繰り返して測定した結果を図式化し、Ｘ軸をＣＳ、Ｙ軸をＵＦＳとして適用して傾向線を得、この傾向線の傾きの逆数で流れ指数を求めた（式１参照）。
【０１２３】
［式１］
Ｙ＝ａＸ＋ｂ、ＦＦ＝１／ａ
【０１２４】
前記式１による流れ指数（Ｆｌｏｗ  Ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）は、粉末を限定された空間で一定の圧力を加えて（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ  ｓｔｒｅｓｓ、ＣＳ）凝集させた後、限定された空間を解除した後、凝集が崩壊する圧力（Ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ  ｆａｉｌｕｒｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ、ＵＦＳ）を測定して、Ｘ軸をＣＳとして、Ｙ軸をＵＦＳとして図式化したときに得た傾向線の傾きの逆数で定義する。ＦＦは、例えば、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ社のＰＦＴＴＭ装備を用いて測定することができる。
【０１２５】
表１に実施例及び比較例のＣＳ、ＵＦＳ、及び傾向線の傾き値をまとめ、それぞれのグラフを図２に図式化した。
【０１２６】
圧縮の強度を増加させながら、圧縮前と圧縮後の内部摩擦角を測定し、８ｋＰａでの内部摩擦角の変化量を求めた。内部摩擦角の変化量（％）は、下記式２に従って計算した。
【０１２７】
［式２］
内部摩擦角の変化量（％）＝［｛（圧縮前の内部摩擦角）―（８ｋＰａ圧縮後の内部摩擦角）｝／（圧縮前の内部摩擦角）×１００］
【０１２８】
２）表面のピット（Ｐｉｔ）の測定
【０１２９】
インゴットの表面においてファセットを除いた中央部中の真ん中である１箇所と、インゴットのエッジから中央部に１０ｍｍ内側に位置し、それぞれ３時、６時、９時、そして、１２時方向の４箇所で、計５箇所を光学顕微鏡でピットを測定した後、平均値を下記の表２にピット値として提示した。
【０１３０】
３）多形混入の有無
【０１３１】
成長させたインゴットの多形混入の有無は、紫外線誘導発光イメージ分析方法により評価した。多形混入がある場合はｆａｉｌ、多形混入が観察されなかった場合はｐａｓｓと評価し、下記の表２に示した。
【０１３２】
４）ロッキング角度の評価
【０１３３】
高分解能Ｘ線回折分析システム（ＨＲ−ＸＲＤ  ｓｙｓｔｅｍ、Ｒｉｇａｋｕ社のＳｍａｒｔＬａｂ  Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）を適用して、前記インゴットの（０００１）面を基準として、表３に提示されたそれぞれのオフ角が適用されたウエハを準備し、ウエハの［１１−２０］方向をＸ−ｒａｙ経路に合わせ、Ｘ−ｒａｙ  ｓｏｕｒｃｅ  ｏｐｔｉｃとＸ−ｒａｙ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃ角度を２θ（３５°〜３６°）に設定した後、ウエハのオフ角度に合わせてオメガ（ω、又はシータθ、Ｘ−ｒａｙ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃ）角度を調節して測定した。具体的には、０°オフを基準として、オメガ角度は１７．８１１１°であり、４°オフを基準として、オメガ角度は１３．８１１°、そして、８°オフを基準として、オメガ角度は９．８１１１°を適用した。
【０１３４】
Ｘ−ｒａｙ  ｐｏｗｅｒは９ｋＷ、そして、Ｘ−ｒａｙ  ｔａｒｇｅｔはＣｕを適用し、Ｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎは０．０００１°であるものが適用された。Ｍａｘ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙでの角度を基準としてＦＷＨＭを測定して、それぞれロッキング角度（Ｒｏｃｋｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）として評価し、その結果を表３に示した。
【０１３５】
下記の結果は、ウエハの中央部と縁部から５ｍｍ以内の部分を除いた表面を３等分し、各部分で少なくとも３回以上を測定した結果を平均して示した。
【０１３６】
【表１】
0006758527.tif 000003
【０１３７】
【表２】
0006758527.tif 000004
【０１３８】
【表３】
0006758527.tif 000005
【０１３９】
前記表１及び表２を参照すると、前記ＦＦ値が５〜３５である場合、表面のピットが１０ｋ／ｃｍ２以下で、同一の条件で評価時に、さらに優れた物性を示した。前記ＦＦ値が７〜３２を外れる６．４や３７．２のように、前記範囲を外れた結果と比較して、ロッキング角度の値が著しく小さく示され、製造されたインゴットなどの結晶特性がさらに優れることが確認できた。また、前記内部摩擦角の変化量の場合も、５％〜１８％である場合に、実施例において全体的にロッキング角度及びピット値がいずれも優れるものと示された。
【符号の説明】
【０１４０】
１０    インゴット
１００    種結晶
１１０    種結晶ホルダ
１２０    載置台
２００    原料物質、粉末
３００    坩堝、反応容器
３１０    坩堝本体
３２０    坩堝蓋
４００    断熱材
４１０    石英管
５００    加熱手段
【要約】      （修正有）【課題】欠陥が少ないか又は実質的に欠陥のない優れた品質の炭化珪素インゴットを効果的に成長させることができる炭化珪素インゴット成長用粉末、それを用いた炭化珪素インゴットの製造方法などを提供する。【解決手段】内部空間を有する坩堝本体３１０と、前記坩堝本体３１０を覆う坩堝蓋３２０とを含む坩堝組立体を準備し、原料粉末２００と炭化珪素シード１００を配置した後、炭化珪素インゴット１０を成長させる。原料粉末２００の圧力変化による流れ指数が５〜３５であり、８ｋＰａの圧力を加えて圧縮したとき、圧縮前の内部摩擦角に対する圧縮後の内部摩擦角の変化量が５％〜１８％であり、前記炭化珪素インゴット１０は、表面のピット（ｐｉｔ）が１０Ｋ／ｃｍ２以下である、炭化珪素インゴットの製造方法。【選択図】図１【図１】
0006758527.tif 000006
【図２】
0006758527.tif 000007