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公開番号2025138591
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2025035434
出願日2025-03-06
発明の名称バルクSiC結晶を成長させるシードユニット及び装置
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
主分類C30B 29/36 20060101AFI20250917BHJP(結晶成長)
要約【課題】SiC種結晶における温度場に公知のアプローチに比べてより簡単且つより良好に影響を与えられるシードユニット及び装置を提供する。
【解決手段】シードユニット(1)は、バルクSiC単結晶を成長させることを意図し、成長させるべきバルクSiC単結晶を成長させるためにウェハー前側(4)に配置された成長表面(4a)を有するウェハー状の単結晶構造のSiC種結晶(2)を有する。SiC種結晶(2)は軸方向に延びる結晶長手中間軸(6)を有する。半径方向が軸方向と垂直に指向している。シードユニット(1)はまた、SiC種結晶(2)のウェハー後側(5)に配置された後側層部品(3)を有し、その構造は、結晶長手中間軸(6)から出発して半径方向に変化し、そのため半径方向の温度勾配が、バルクSiC単結晶の成長中にSiC種結晶(2)内で調節される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
バルクＳｉＣ単結晶を成長させるシードユニットであって、
ａ）成長させるべきバルクＳｉＣ単結晶を成長させるためにウェハー前側（４）に配置された成長表面（４ａ）を有するウェハー状の単結晶構造のＳｉＣ種結晶（２）と、
ｂ）前記ＳｉＣ種結晶（２）のウェハー後側（５）に配置された後側層部品（３；２２；２４；３２；３７；４２）と、を含み、
ａ１）前記ＳｉＣ種結晶（２）は軸方向に延びる結晶長手中間軸（６）を有し、半径方向が前記軸方向と垂直に指向しており、
ｂ１）前記後側層部品の構造が、前記結晶長手中間軸（６）から出発して半径方向に変化し、そのため半径方向の温度勾配が、前記バルクＳｉＣ単結晶の成長中に前記ＳｉＣ種結晶（２）内で調節される、
シードユニット。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記後側層部品（３；２２；４２）が単層から成る、ことを特徴とする請求項１に記載のシードユニット。
【請求項３】
前記単層が、０．５μｍ～１０μｍの、特に１μｍ～５μｍの軸方向の層厚さを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のシードユニット。
【請求項４】
前記後側層部品（２４；３２；３７）が、複数の単層（２５，２６，２７，２８，２９；３３，３４，３５；３８，３９；４０）から成る、ことを特徴とする請求項１に記載のシードユニット。
【請求項５】
前記複数の単層（２５，２６，２７，２８，２９；３３，３４，３５；３８，３９；４０）の少なくとも幾つかが、軸方向に上下に及び／又は半径方向に隣同士に配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載のシードユニット。
【請求項６】
全ての前記単層（２５，２６，２７，２８，２９；３３，３４，３５；３８，３９；４０）の軸方向の全体的な層厚さが、０．５μｍ～２０μｍ、特に１μｍ～１０μｍである、ことを特徴とする請求項４又は５に記載のシードユニット。
【請求項７】
前記単層（２５，２６，２７，２８，２９；３３，３４，３５；３８，３９；４０）が、少なくとも部分的に、相互に異なる層材料を有する、ことを特徴とする請求項４～６のいずれか一項に記載のシードユニット。
【請求項８】
前記後側層部品（３；２２；２４；３２；３７；４２）の各々の単層（２５，２６，２７，２８，２９；３３，３４，３５；３８，３９；４０）が、炭素及び炭化物の群から選択される材料である層材料から成る、又はこの群の少なくとも１つの材料を含む、ことを特徴とする請求項２～７のいずれか一項に記載のシードユニット。
【請求項９】
前記後側層部品（３；２２；２４；３２；４２）が、前記結晶長手中間軸（６）から出発して半径方向に増加する軸方向の部品厚さを有する、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のシードユニット。
【請求項１０】
前記軸方向の部品厚さが連続的に又は個別の段により増加する、ことを特徴とする請求項９に記載のシードユニット。
（【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】
本発明は、バルクＳｉＣ結晶を成長させるシードユニット及びバルクＳｉＣ結晶を成長させる装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
その優れた物理的、化学的、電気的及び光学特性の理由で、半導体材料炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、とりわけ、電力切り替え半導体部品のための、高周波部品のための及び特別な発光半導体部品のための出発原料として使用される。これらの部品（コンポーネント）は、最大の可能なサブストレート直径を有し、最高の可能な品質を有するＳｉＣサブストレート（＝ＳｉＣウェハー）を必要とする。これらは、高価値のバルクＳｉＣ単結晶を基礎とする。
【０００３】
このようなバルクＳｉＣ単結晶は一般的に、物理気相輸送（ＰＶＴ）により、例えば特許文献１に記載された昇華法により作られる。その場合、ＳｉＣ種結晶としての単結晶ＳｉＣウェハーが、適切な原料物質と共に成長るつぼに導入される。制御された温度、圧力及びガス条件下で、原料物質が昇華される。ガス種（＝ＳｉＣ、Ｓｉ
２
Ｃ、ＳｉＣ
２
）が、軸方向の温度勾配の理由でＳｉＣ種結晶に輸送され、この位置でそれらガス種はＳｉＣ成長気相からＳｉＣ種結晶上に析出され、バルクＳｉＣ単結晶の状態になる。
【０００４】
これらバルクＳｉＣ単結晶から、ウェハー状の単結晶ＳｉＣサブストレートが、例えばワイヤーソーによって切断され、次に、－特に－部品製造の一部としてのそれらの表面の多段階の研磨処理の後に、特にＳｉＣから成る少なくとも１つのエピタキシャル層を備えられる。欠陥が一般的に、ＳｉＣサブストレートから適用されるエピタキシャル層に伝播され、ゆえに部品特性の劣化をもたらす。したがって、部品の品質は基本的に、成長したバルクＳｉＣ単結晶とそこから得られるＳｉＣサブストレートの品質に依存する。
【０００５】
使用されるＳｉＣサブストレートの幾何学形状は部品のエピタキシャル層の製造にとって非常に重要である。よって、エピタキシャルリアクターにおいて、均質的且つ高品質のエピタキシャル層成長のために非常に重要である良好な熱カップリングは基本的に、相当な反りを有さないＳｉＣサブストレートの場合にのみ実現される。対照的に、悪い幾何学的特性を有する、すなわち過度の量の反り及び／又は撓みを有するＳｉＣサブストレートは、エピタキシャル工程からより悪い品質及び／又は低めの歩留まりを不可避的にもたらす。
【０００６】
バルクＳｉＣ単結晶の成長中、軸方向の温度勾配は、原料物質からＳｉＣ種結晶への物質輸送の決定的な原因となる。一方で、それが経済的に有益な成長速度をもたらす可能性が高いが、他方で、バルクＳｉＣ単結晶から作られるＳｉＣサブストレートに前述した問題をもたらす熱応力が結晶体積においてかなり生じる可能性は高くない。成長るつぼ内に広がる軸方向の温度勾配のおかげで、ＳｉＣ種結晶のより暖かいウェハー後側とＳｉＣ種結晶の背後のより冷たいるつぼ領域の間の温度差はまた、ＳｉＣ種結晶の後側で作られる。ＳｉＣ種結晶のウェハー後側からリヤへの物質の蒸発と、ＳｉＣ種結晶のウェハー前側で成長するバルクＳｉＣ単結晶における関連する欠陥形成を避けるために、後側不動態化がＳｉＣ種結晶で実行される。
【０００７】
例えば、特許文献２は、ＳｉＣ種結晶が、そのウェハー後側に、炭素、特にグラファイトから成る多層保護層を備えられることを記載している。
【０００８】
特許文献３が、物質蒸発を回避するために、ＳｉＣ種結晶が、そのウェハー後側に、硬質炭素、特にダイヤモンド状炭素、ダイヤモンド、タンタル又は炭化タンタルから成る単層保護層又は多層保護層を備えられることを記載している。特許文献３はまた、場合により後側保護層を備えたＳｉＣ種結晶が、接着剤層により又は機械的なホルダーにより成長用に使用されるるつぼのるつぼカバーに固定されることを記載している。
【０００９】
特許文献４が、ＳｉＣ種結晶内の温度が一様にされる別なアプローチを記載している。このようにして、ＳｉＣ種結晶における温度差及びそれから生じる内部応力が減少される。この目的のために、移動可能な適合要素を含むマルチパート断熱材がＳｉＣ種結晶の後側に配置される。前記適合要素の移動は、ＳｉＣ種結晶の後側に設けられるキャビティがその寸法をそれぞれの（熱）条件に適合され得ることを意味する。しかしながら、この構造は複雑であり、ゆえに高価でもある。
【００１０】
特許文献５は、ＳｉＣ種結晶の後側に配置されるマルチパートの付加的な加熱装置を記載しており、成長工程中においても狙い通りに温度場を変更させられるように、その単一部品が移動され得る。この構造でさえ複雑であり、高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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