特表 2024-509228 ２つの炭化ケイ素層の同時成長

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-29

(54)【発明の名称】２つの炭化ケイ素層の同時成長

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20240221BHJP

   C30B 23/06 20060101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B23/06

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023554292

(86)(22)【出願日】2022-02-18

(85)【翻訳文提出日】2023-10-26

(86)【国際出願番号】 SE2022050180

(87)【国際公開番号】W WO2022191753

(87)【国際公開日】2022-09-15

(31)【優先権主張番号】2150279-4

(32)【優先日】2021-03-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523337856

【氏名又は名称】キーセルカービッド イ ストックホルム エービー

【氏名又は名称原語表記】ＫＩＳＥＬＫＡＲＢＩＤ Ｉ ＳＴＯＣＫＨＯＬＭ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ドン，リン

(72)【発明者】

【氏名】アラサード，カッシーム

(72)【発明者】

【氏名】エクマン，ジョハン ピエテル

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077BE08

4G077DA02

4G077DA18

4G077DA19

4G077EA02

4G077EA05

4G077ED06

4G077SA04

4G077SA07

(57)【要約】

第１及び第２のエピタキシャル単結晶層をそれぞれの第１及び第２の基板上に同時に製造するためのシステム（１００）が提供されている。当該システムは、第１のソース材料及び第１の基板を収容するための第１のキャビティを画定する第１の内側容器（３）と、第２のソース材料及び第２の基板を収容するための第２のキャビティを画定する第２の内側容器（４）と、第１及び第２の内側容器（３、４）を内部に収容するように配置された断熱容器（６）と、断熱容器（６）並びに第１及び第２の内側容器（３、４）を内部に収容するように配置された外側容器（７）と、外側容器（７）の外側に配置され、第１及び第２のキャビティを同時に加熱するように構成された加熱手段（８）とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１及び第２のエピタキシャル単結晶層をそれぞれの第１及び第２の基板上に同時に製造するためのシステム（１００）であって、
第１のソース材料及び第１の基板を収容するための第１のキャビティを画定する第１の内側容器（３）と、
第２のソース材料及び第２の基板を収容するための第２のキャビティを画定する第２の内側容器（４）と、
前記第１及び第２の内側容器（３，４）を内部に収容するように構成された断熱容器（６）と、
前記断熱容器（６）並びに前記第１及び第２の内側容器（３，４）を内部に収容するように構成された外側容器（７）と、
前記外側容器（７）の外側に配置され、且つ前記第１及び第２のキャビティを同時に加熱するように構成された加熱手段（８）と
を備える、システム。

【請求項2】

前記断熱容器（６）内で、前記第１及び第２の内側容器（３，４）の間に配置された加熱体（５）を更に備え、前記加熱手段（８）は更に、前記加熱体（５）並びに前記第１及び第２のキャビティを同時に加熱するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第１の内側容器（３）、前記第２の内側容器（４）及び前記加熱体（５）が一体に形成されている、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記第１の内側容器（３）は前記第２の内側容器（４）の上方に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１及び第２の内側容器（３，４）は円筒形状であり、同じ直径を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記第１の内側容器（３）は上部及び底部を備え、
前記第２の内側容器（４）は上部及び底部を備え、
前記第１の内側容器（３）の底部は、前記第２の内側容器（４）の上部と本質的に同一である、請求項１～５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１のキャビティ内で前記第１の基板から所定の距離に前記第１のソース材料を配置するための第１の手段（３１４）と、
前記第２のキャビティ内で前記第２の基板から所定の距離に前記第２のソース材料を配置するための第２の手段（３２５）と
を更に備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項8】

前記第１のソース材料は前記第１の基板の下方に配置され、
前記第２のソース材料は前記第２の基板の上方に配置されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項9】

前記断熱容器（６）及び前記外側容器（７）は円筒形状であり、前記第１及び第２のソース材料並びに前記第１及び第２の基板はディスク形状である、請求項１～８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項10】

前記第１の内側容器（３）の内部に配置された第１の炭素ゲッターと、
前記第２の内側容器（４）の内部に配置された第２の炭素ゲッターと
を更に備える、請求項１～９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項11】

前記加熱手段（８）は前記外側容器（７）に沿って移動可能である、請求項１～１０のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項12】

第１及び第２のエピタキシャル単結晶層をそれぞれの第１及び第２の基板上に同時に製造する方法であって、
第１のソース材料及び第１の基板を収容するための第１のキャビティを画定する第１の内部容器（３）を提供するステップと、
第２のソース材料及び第２の基板を収容するための第２のキャビティを画定する第２の内側容器（４）を提供するステップと、
前記第１のソース材料及び前記第１の基板を前記第１のキャビティ内に配置すると共に、前記第２のソース材料と前記第２の基板を前記第２のキャビティ内に配置するステップと、
前記第１及び第２の内側容器（３，４）を断熱容器（６）内に配置するステップと、
前記断熱容器（６）を外側容器（７）内に配置するステップと、
前記外側容器（７）の外側に加熱手段（８）を設けて、前記第１及び第２のキャビティを同時に加熱するステップと、
前記第１及び第２のキャビティを所定の圧力まで排気するステップと、
不活性ガスを前記第１及び第２のキャビティに導入するステップと、
前記加熱手段（８）によって前記第１及び第２のキャビティ内の温度を同時に所定の成長温度まで上昇させるステップと、
それぞれの第１及び第２の基板上の第１及び第２のエピタキシャル単結晶層の所定の厚さが達成されるまで、前記第１及び第２のキャビティ内で前記所定の成長温度を維持するステップと、
前記第１及び第２の基板を冷却するステップと
を含んでなる、方法。

【請求項13】

前記第１及び第２のソース材料はモノリシック炭化ケイ素である、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項14】

前記第１及び第２のソース材料並びに前記第１及び第２の基板をそれぞれの前記第１及び第２のキャビティ内に配置する前記ステップは、
前記第１のソース材料を前記第１の基板の下方に配置するステップと、
前記第２のソース材料を前記第２の基板の上方に配置するステップと
を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第１及び第２の内側容器（３，４）を断熱容器（６）内に配置する前記ステップが、前記第１の内側容器（３）を前記第２の内側容器（４）の上方に配置するステップを含む、請求項１３又は１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の内側容器（３）と前記第２の内側容器（４）との間に加熱体（５）を設けるステップを更に含む、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記第１及び第２のキャビティの温度を上昇させる前記ステップは、前記加熱体（５）の温度を同時に上昇させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、単結晶炭化ケイ素層の昇華（又は凝華）成長のためのシステム及び方法に関する。具体的には、本発明は、２つのエピタキシャル単結晶炭化ケイ素層を同時に成長させるためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、高い電力レベル及び高温で動作することができる電子機器のエネルギー効率の向上に対する要求が高まっている。ケイ素（Ｓｉ）は、現在、パワーデバイス用半導体で最も一般的に使用されている材料であり、その高い熱伝導率、高い飽和電子ドリフト速度及び高い破壊電界強度を持つ炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、非常に適した材料である。

【0003】

昇華（又は凝華）によって単結晶ＳｉＣ層を成長させるために使用される最も一般的な技術は、物理的気相輸送（ＰＶＴ）によるものである。この技術では、単結晶層が成長する種結晶及びソース材料をるつぼに入れ、粉末の形態であることが多いソース材料の昇華温度まで加熱する。続いて、ソース材料からの蒸気種が種結晶上に堆積し、そこから単結晶層が成長することができる。しかしながら、原料として粉末を使用することには、いくつかの欠点がある。粉末は、製造工程の結果として不純物が含まれることが多い。更に、粉末内の熱分布は十分に均一化されないため、粉末の昇華の制御が不十分になる。更に不利な点は、粉末の固体粒子がシード上に落下し、最終的な結晶構造中に介在物や不純物が生じるリスクがあることである。

【0004】

ＰＶＴのバージョンは、昇華サンドイッチ法（ＳＳＭ）であり、粉末の代わりに、モノリシックＳｉＣプレートがソース材料として使用される。プレートの使用は、例えば、ソース材料の温度均一性を制御するために有益である。この方法の別の利点は、ソース材料と種結晶／基板との間の距離が短いことで、蒸気種がるつぼの壁と反応しないというプラスの効果がある。

【0005】

しかしながら、このプロセスはまだ時間がかかり、更に一度に２つ以上の単結晶を製造するのには適していない。ＳｉＣナノ結晶の需要が増加するにつれて、品質を維持し、又は更には向上させながら、製造能力と効率を高める必要がある。１つ以上のＳｉＣ単結晶を同時に成長させるためのシステムは、特許文献１（ＥＰ２６６４６９５ Ａ１）に開示されている。２つの単結晶はそれぞれ２つの成長区画で製造され、単一区画に収められているソース材料は両方の成長区画に供給される。更にソース材料は粉末状である。
したがって、上記で概説した問題の少なくともいくつかを克服する改良されたシステム及び方法が依然として必要とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】欧州特許出願公開第２６６４６９５号（Ａ１）

【発明の概要】

【0007】

本明細書に記載のシステム及び方法は、第１のソース材料及び第１の基板を収容するための第１のキャビティを画定する第１の内側容器と、第２のソース材料及び第２の基板を収容するための第２のキャビティを画定する第２の内側容器と、第１の内側容器及び第２の内側容器を内部に収容するように構成された断熱容器と、断熱容器並びに第１の内側容器及び第２の内側容器を内部に収容するように構成された外側容器と、外側容器の外側に配置され、第１のキャビティ及び第２のキャビティを同時に加熱するように構成された加熱手段とを備え、それぞれの第１及び第２の基板上に第１のエピタキシャル単結晶層及び第２のエピタキシャル単結晶層を同時に製造するためのシステムを提供することによってこれらの問題を克服する。

【0008】

２つのキャビティを画定する２つの容器を提供することにより、両方とも同じ断熱容器内に配置され、製造能力を２倍にすることができる。２つの単結晶層の製造は、１つのシステムを使用して達成することができるので、製造された層あたりのエネルギー消費は少なくとも５０％低減される。

【0009】

本開示の一実施形態では、断熱容器内に、第１及び第２の内側容器の間に配置された加熱体が更に提供され、加熱手段は、加熱体並びに第１及び第２のキャビティを同時に加熱するように更に構成されている。

【0010】

加熱体は、システム全般に、特に第１及び第２のキャビティに均等かつ同時に熱を分配する蓄熱器の機能を有する。この配置では、１つの単一加熱体で２つのキャビティを加熱するのに十分であり、よりエネルギー効率がよく、したがってエネルギー消費を低減することができる。

【0011】

本開示の一実施形態では、第１の内側容器、第２の内側容器及び加熱体は一体に形成される。

【0012】

本開示の一実施形態では、第１の内側容器は、第２の内側容器の上方に配置される。更に、第１及び第２の内側容器は、円筒形状であり、同じ直径を有する。

【0013】

本開示の一実施形態では、第１の内側容器は上部と底部とからなり、第２の内側容器は上部と底部とからなり、第１の内側容器の底部は第２の内側容器の上部と本質的に同一である。

【0014】

第１の内側容器の底部と第２の内側容器の上部とが本質的に同一であるため、２つのキャビティ内の熱降下が等しいという利点がある。

【0015】

本開示の一実施形態は、第１のキャビティ内の第１の基板から所定の距離に第１のソース材料を配置する第１の手段と、第２のキャビティ内の第２の基板から所定の距離に第２のソース材料を配置する第２の手段とを備える。

【0016】

ソース材料とそれぞれの基板との間の距離を制御することにより、２つの単結晶層が同時にかつ均一に成長することが保証される。

【0017】

本開示の一実施形態では、第１のソース材料は第１の基板の下方に配置され、第２のソース材料は第２の基板の上方に配置される。

【0018】

この配置は、第１の内側容器が第２の内側容器の上方に配置され、したがってシステムの中心により近い第１及び第２のソース材料を提供する場合に、特に有益である。更に、内側容器の間に加熱体を配置すれば、ソース材料は加熱体に近づき、したがって昇華温度に十分に速く到達するために、初期温度の上昇が十分に速くなる。

【0019】

本開示の一実施形態では、断熱容器及び外側容器は円筒形状であり、第１及び第２のソース材料並びに第１及び第２の基板はディスク形状である。

【0020】

本開示の一実施形態は、それぞれの第１及び第２の内側容器内に配置された第１及び第２の炭素ゲッター(carbon getter)を更に備える。

【0021】

本開示の一実施形態では、加熱手段は、外側容器に沿って移動可能である。

【0022】

この機能により、第１及び第２のキャビティ内の温度及び熱降下を調整することができるという効果が得られる。

【0023】

本開示の目的はまた、それぞれの第１及び第２の基板上に第１及び第２のエピタキシャル単結晶層を同時に製造する方法を提供することであり、この方法は、第１のソース材料及び第１の基板を収容するための第１のキャビティを画定する第１の内側容器を提供するステップと、第２のソース材料及び第２の基板を収容するための第２のキャビティを画定する第２の内側容器を提供するステップと、第１のソース材料及び第１の基板を第１のキャビティ内に配置し、第２のソース材料及び第２の基板を第２のキャビティ内に配置するステップと、第１及び第２の内側容器を断熱容器内に配置するステップと、断熱容器を外側容器内に配置するステップと、第１のキャビティと第２のキャビティを同時に加熱するために外側容器の外側に加熱手段を設けるステップと、第１及び第２のキャビティを所定の圧力まで排気するステップと、第１及び第２のキャビティ内に不活性ガスを導入するステップと、加熱手段により、第１及び第２のキャビティ内の温度を同時に所定の成長温度まで上昇させるステップと、それぞれの第１及び第２の基板上の第１のエピタキシャル単結晶層及び第２のエピタキシャル単結晶層の所定の厚さが達成されるまで、第１のキャビティ及び第２のキャビティ内の所定の成長温度を維持するステップと、第１及び第２の基板を冷却するステップとを含む。

【0024】

第１及び第２の内側容器を提供し、両方を同じ断熱容器内に配置し、同じ加熱手段を使用して両方を加熱することによって、２つのエピタキシャル単結晶層を１つのシステムで同時に製造することができる。製造は、よりエネルギー効率が高く、スペース効率が高く、製造時間が短縮される。

【0025】

本開示の一実施形態では、第１及び第２のソース材料はモノリシック炭化ケイ素である。

【0026】

本開示の一実施形態では、第１及び第２のソース材料並びに第１及び第２の基板をそれぞれの第１及び第２のキャビティ内に配置するステップは、第１のソース材料を第１の基板の下方に配置するステップと、第２のソース材料を第２の基板の上方に配置するステップとを含む。

【0027】

本開示の一実施形態では、第１及び第２の内側容器を断熱容器内に配置するステップは、第１の内側容器を第２の内側容器の上方に配置するステップを含む。

【0028】

本開示の一実施形態は、第１の内側容器と第２の内側容器との間に加熱体を設けるステップを更に含む。

【0029】

本開示の一実施形態では、第１及び第２のキャビティの温度を上昇させるステップは、第１及び第２の内側容器の間に配置された加熱体の温度を同時に上昇させるステップを更に含む。

【0030】

ここで、添付の図面を参照して、例示によって本発明を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本開示に従うシステムを示す。

【図2a】本開示の内側容器の上部及び底部を示す。

【図2b】本開示の内側容器の上部及び底部を示す。

【図2c】本開示の内側容器の上部及び底部を示す。

【図2d】本開示の内側容器の上部及び底部を示す。

【図3】本開示に従う加熱体を示す。

【図4】本開示に従う第１の内側容器構成を示す。

【図5】本開示に従う炭素ゲッターを示す。

【図6】本開示に従う第２の内側容器構成を示す。

【図7】本開示に従う断熱容器を示す図である。

【図8】本開示に従う方法のプロセスの流れを示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、図面を参照しながら、ＳＳＭを用いて２つのＳｉＣ単結晶層を同時に製造するシステム１００及び方法の詳細な説明を行う。システム１００のセットアップ及び本明細書に説明の方法は、本質的に同一である２つのＳｉＣ単結晶層を同時に製造するように構成され、各ＳｉＣ単結晶層を製造するためにシステム内に必要な空間は最小化される。ＳｉＣ単結晶層は、例えば、サイズ／寸法及び品質に関して同一であり得、品質は、例えば、結晶中の炭素含有物の数及び転位密度又は応力として測定され得る。応力は、例えば、反りに起因し得る。本明細書に開示のシステム及び方法を使用して製造されたＳｉＣ単結晶層の品質は、従来のシステム及び製造方法を使用する場合と比べて更に改善される。

【0033】

図１には、２つのＳｉＣ単結晶層を同時に製造するためのシステム１００が示されており、一般に、第１の内側容器３と、第２の内側容器４と、加熱体５と、断熱容器６と、外側容器７と、加熱手段８とを備える。第１の内側容器３は、第１のソース材料１ａ及び第１の基板１ｂを収容するように構成された第１のキャビティを画定し、第２の内側容器４は、第２のソース材料２ａ及び第２の基板２ｂを収容するように構成された第２のキャビティを画定する。

【0034】

加熱体５と第１、第２の内側容器３、４とのセットアップは、加熱体５を同一部分に２つに分ける対称面に対して鏡面対称となり、図１では、この対称面を点線（破線）で表している。例えば、加熱体５と第１の内側容器３内の第１のソース材料１ａとの間の距離は、加熱体５と第２の内側容器４内の第２のソース材料２ａとの間の距離と等しい。更に、第１のソース材料１ａと第１の基板１ｂとの間の距離は、第２のソース材料２ａと第２の基板２ｂとの間の距離と等しい。温度、熱降下及び加熱速度など、システム１００が提供する熱特性は、第１及び第２のキャビティ内で本質的に同一である。したがって、第１及び第２の内側容器３、４内のそれぞれの第１及び第２の基板１ｂ、２ｂ上に成長する２つのＳｉＣ単結晶層の成長特性は、本質的に同一である。結果として、２つの本質的に同一のＳｉＣ単結晶層が得られる。

【0035】

図１に示す実施形態では、第１の内側容器３、第２の内側容器４及び加熱体５は、いずれも断熱容器６内に配置される。断熱容器６は、外側容器７内に配置される。
加熱手段８は、外側に配置され、外側容器７を取り囲む。加熱手段８は、使用中、第１及び第２のソース材料１ａ、２ａの昇華及び単結晶層が第１及び第２の基板１ｂ、２ｂ上に成長するように、第１及び第２のキャビティ及び加熱体５を同時に加熱するように構成されている。図１に示す実施形態では、加熱手段８は高周波加熱用の誘導コイルである。更に、加熱手段８は、外側容器７の高さ方向に沿って移動可能であるため、第１及び第２のキャビティ内の温度及び熱降下を、第１及び第２のキャビティ内で等しくなり得るように調整することが可能であるという効果がある。

【0036】

システム１００は、第１及び第２の内側容器３、４を排気するためのポンプを更に備える。ポンプは、第１及び第２の内側容器３、４の第１及び第２のキャビティ内に１０^－４～１０^－６ｍｂａｒの圧力を供給し得る。

【0037】

図１に示す実施形態では、第１の内側容器３は、第２の内側容器４の上方に配置され、加熱体５は、第１の内側容器３と第２の内側容器４との間に接触して配置される。別の実施形態では、加熱体５は、第１及び第２の内側容器３、４と一体に形成される。代替的な実施形態では、加熱体５は、第１の内側容器３の底部（３１ｂ）及び第２の内側容器４の上部（３２ａ）と一体に形成される。内側容器３、４及び加熱体５は、例えば、高密度グラファイトによって形成されてもよい。更に、加熱体５は、被覆されてもよい。このセットアップは、システム１００内の高さ単位当たりに製造することができるＳｉＣ単結晶層の数を最大にする。

【0038】

図１に示す実施形態では、第２の内側容器４は、２つの容器支持体９上に配置される。支持体は、断熱容器６の底部に載置され、内側容器３、４及び加熱体５が支持体９上に配置されたときに、第１の内側容器３の上面が断熱容器６の上部から離れた位置にあるような高さを有する。更に、支持体９は、第２の内側容器４の底面と断熱容器６の底部との距離が、第１の内側容器３の上面と断熱容器６の上部との間の距離と等しくなるような高さを有し得る。代替的な実施形態では、２つの容器支持体９は、１つの単一容器支持体、又は複数の容器支持体であってもよい。容器支持体９は、高温に耐える材料、好ましくは高密度グラファイト又はタンタルなどの高融点金属を有する材料で形成されるべきである。

【0039】

図２ａ及び図２ｂは、第１の内側容器３を示す。第１の内側容器３は、円筒形状を有し、上部３ａ及び底部３ｂを備える。図１の実施形態では、図２ａ及び図２ｂに示すように、上部３ａの底縁部は内側に傾斜しており、下部３ｂの上縁部は外側に等しく傾斜しているので、上部３ａ及び下部３１ｂは、取り付け時にいずれの部分も横方向にずれることなく互いにしっかりと嵌合し得る。上部３ａ及び底部３ｂは、互いに嵌合すると、第１のソース材料１ａ及び第１の基板１ｂを収容するように配置された第１のキャビティを画定し、これについては図４に関連してより詳細に説明する。第１の内側容器３は、高密度グラファイト又は高温に耐える能力を有し、加熱手段８として高周波誘導コイルを使用する場合、前記高周波誘導コイルとの結合を容易にする他の適切な材料から形成されてもよい。

【0040】

図２ｃ及び図２ｄは、第２の内側容器４を示す。第２の内側容器４は、円筒形状を有し、上部４ａ及び底部４ｂを備える。上部４ａは、第１の内側容器３の底部３ｂと本質的に同一である。底部４ｂは、第１の内側容器３の上部３ａと本質的に同一である。更に、第２の内側容器４は、第１の内側容器３の外径及び内径と本質的に同一の外径及び内径を有する。したがって、第１及び第２の内側容器は、加熱体５の上方及び下方に配置されたときに、加熱体５に対して鏡面対称となる。上部４ａ及び底部４ｂは、互いに嵌合すると、第２のソース材料２ａ及び第２の基板２ｂを収容するように配置された第２のキャビティを画定し、これについては図６に関連してより詳細に説明する。第２の内側容器４は、高密度グラファイト、又は高温に耐える能力を有し、加熱手段８として高周波誘導コイルを使用する場合、前記高周波誘導コイルとの結合を容易にする他の適切な材料から形成されてもよい。

【0041】

図３は、加熱体５を示す。図１に関連して述べたように、加熱体５は、第２の内側容器４の上方、及び第１の内側容器３の下方に配置され、第１の内側容器３及び第２の内側容器４の両方と接触する。加熱体５は、第１及び第２の内側容器３、４に対して同時に加熱され、第１及び第２のキャビティ内の温度分布が本質的に等しくなるように、第１及び第２の内側容器３、４に熱を分配する機能を有する。加熱体５は、略円筒形状の中実体として形成される。加熱体５の直径は、好ましくは第１及び第２の内側容器３、４の外径の５０～１５０％であるべきであり、より好ましくは７０～１１０％であるべきである。加熱体５の高さは、好ましくは、第１の内側容器の底部３ｂ（又は第２の内側容器４の頂部４ａ）の厚さよりも２～４倍大きく、より好ましくは２．５～３倍大きい。第１及び第２のキャビティの両方を加熱するのに必要な加熱体５は１つだけなので、第１及び第２のキャビティにそれぞれ１つの加熱体５が必要な場合と比ベて、システムの全高を低減することができる。したがって、システム内の高さ単位当たりに製造されるＳｉＣ単結晶層の数は最大化される。

【0042】

図４は、第１の内側容器３内における第１のソース材料１ａ及び第１基板１ｂの配置を示している。第１のソース材料１ａの直径は、第１の基板１ｂの直径よりも大きいことが好ましい。例えば、第１の基板１ｂの直径は１５０ｍｍであり、第１のソース材料１ａの直径は１６０ｍｍであってもよい。第１のソース材料１ａは、第１の内側容器３の底部３ｂに配置された少なくとも１つの第１のソース支持体１０ａ上に配置される。これにより、第１のソース材料１ａは、第１の内側容器３の底部３ｂから離れた位置に配置される。第１のソース材料１ａは、例えば、柱状マイクログレイン構造を有するモノリシック多結晶ＳｉＣプレートであってもよい。他の微細構造も可能である。少なくとも１つの第１の基板支持体１０ｂは、第１のソース材料１ａ上に配置され、それによって第１のソース材料１ａの上方に、第１のソース材料１ａから離れた位置に配置される第１の基板１ｂを支持する。上方とは、上部３ａにより近く、それによって加熱体５から更に離れていると理解すべきである。第１のソース材料１ａと第１の基板１ｂとの間の距離は、０．７～１．２ｍｍであることが好ましい。少なくとも１つの第１の基板支持体１０ｂは、例えば立方体状であってもよい。
更に、第１のソース材料１ａの外縁に配置される基板支持体１０ｂは、例えば３つであってもよい。図４に示す実施形態では、第１の内側容器３の底部３ｂに第１の炭素ゲッター１１が配置されており、これについては図５に関連して更に説明する。

【0043】

図５は、第１の炭素ゲッター１１を示す。炭素ゲッター１１は、第１の内側容器３の内径と本質的に等しいか、又はそれよりわずかに小さい外径を有するリング形状を有する。例えば、第１の内側容器３の内径が２００ｍｍであれば、第１の炭素ゲッター１１の外径は１９８ｍｍであってもよい。炭素ゲッター１１の内径は第１のソース材料１ａの直径よりも大きいので、第１の炭素ゲッター１１は第１のソース材料１ａを取り囲むことができる。例えば、第１のソース材料１ａの直径が１６０ｍｍであれば、第１の炭素ゲッター１１の内径は１７０ｍｍであってもよい。第１のソース支持体１０ａ、第１の基板支持体１０ｂ及び炭素ゲッター１１はいずれも、２２００℃を超える融点を有し、ソース材料から蒸発した炭素種と反応して炭化物層を形成する能力を有する材料から形成される。このような材料は、タンタル、ニオブ及びタングステンであり得るが、これらに限定されない。代替的な実施形態では、第１の炭素ゲッター１１は複数の部分から構成される。前記複数の部分は、同じ又は異なる材料によって形成されてもよい。

【0044】

図６は、第２の内側容器４内の第２のソース材料２ａ及び第２の基板２ｂの配置を示す。第２のソース材料２ａの直径は、第２の基板２ｂの直径よりも大きい。例えば、第２の基板２ｂの直径が１５０ｍｍであり、第２のソース材料２ａの直径が１６０ｍｍであってもよい。第２の基板２ｂは、少なくとも１つの第２の基板支持体１２ｂ上に配置される。少なくとも１つの第２の基板支持体１２ｂは、第２の内側容器４の底部４ｂに配置される。第２の基板２ｂは、第１のソース材料１ａが第１の内側容器３内に配置されているのと同様に配置されていると見ることができる。第２のソース材料２ａは、少なくとも１つの第２のソース支持体１２ａ上に配置される。少なくとも１つの第２のソース支持体１２ａも底部４ｂに配置され、更に少なくとも１つの第２の基板支持体１２ｂの外側に配置されており、外側とは、ここでは第２の内側容器４の中心軸から更に離れていると理解すべきである。少なくとも１つの第２のソース支持体１２ａの高さは、第２のソース材料２ａが少なくとも１つの第２のソース支持体１２ａ上に配置されるとき、第２のソース材料２ａが第２の基板２ｂの上方に配置されるように、少なくとも１つの第２の基板支持体１２ｂの高さよりも高い。上方とは、ここでは上部４ａに近く、したがって加熱体５に近いと理解すべきである。例えば、第２の内側容器４の内側高さは２０ｍｍであってもよく、少なくとも１つの第２のソース支持体１２ａの高さは１７ｍｍであってもよく、少なくとも１つの第２の基板支持体１２ｂの高さは、第２の基板２ｂが第２のソース材料２ａの下方に１ｍｍの距離で配置されるような高さであってもよい。第２のソース材料２ａは、例えば、柱状のマイクログレイン構造を有するモノリシック多結晶ＳｉＣプレートであってもよく、更に第１のソース材料１ａと本質的に同一であるべきである。第２のソース材料２ａのための他の微細構造も可能である。

【0045】

図６の実施形態はまた、第２の炭素ゲッター１３を備える。
第２の炭素ゲッター１３は、第１の炭素ゲッター１１と同じ形状であってもよいし、他の形状であってもよい。第２の炭素ゲッター１３は、第２の内側容器４の内面上の棚部上に配置されるのが好ましい。例えば、底部４ｂの壁は、上部４ａの壁より厚くてもよく、したがって、取り付けられたとき、底部４ｂの内縁は、第２の内側容器４の中心軸に向かって更に延び、それによって棚部を形成し得る。第２の炭素ゲッター１３は、２２００℃を超える融点を有し、ソース材料から蒸発した炭素種と反応して炭化物層を形成する能力を有する材料から形成される。このような材料は、タンタル、ニオブ及びタングステンであり得るが、これらに限定されない。代替的な実施形態では、第２の炭素ゲッター１３は複数の部分から構成される。前記複数の部分は、同じ又は異なる材料によって形成されてもよい。

【0046】

第１の内側容器３内の第１のソース材料１ａ及び第１の基板１ｂのセットアップ、並びに第２の内側容器４内の第２のソース材料２ａ及び第２の基板２ｂのセットアップは、それぞれの第１及び第２の基板１ｂ、２ｂ上に成長する２つの単結晶層に対して本質的に同一の成長特性を提供する。

【0047】

図７に断熱容器６を示す。断熱容器は、好ましくは円筒形であり、高密度グラファイトによって形成され、上部６ａ、中間部６ｂ及び底部６ｃを更に備える。上部６ａ及び底部６ｃは、円筒状の断熱容器６の中心軸に対して垂直な繊維方向を有する。中間部６ｂは、中心軸と平行な繊維方向を有する。好ましい繊維方向は、図７に矢印で示されている。このような繊維方向を有することにより、放熱性が向上し、断熱容器６内の温度均一性が向上する。上部６ａは、測定孔６ｄを更に備える。孔６ｄは、温度測定装置などの測定装置に適合し、測定装置を受け入れるのに十分な大きさでなければならない。更に、測定孔６ｄは、断熱容器６内に十分な圧力を維持するように適合されるべきである。代替的な実施形態では、測定孔は代わりに底部６ｃに配置される。代替的な実施形態では、上部６ａ及び底部６ｃはそれぞれ測定孔を備える。別の実施形態では、断熱容器６は測定孔６ｄを備えない。この実施形態では、断熱容器内の温度は、システムに入力される既知のエネルギーから計算される。断熱容器６は、外側容器７の底部に配置された断熱容器支持体（図示せず）上の外側容器７内に配置される。断熱容器６は、石英（ＳｉＯ_２）管であることが好ましい。

【0048】

ここで、上記のようなシステム設計を参照して本方法について説明するが、当業者は、この設計は一例に過ぎず、所望の成長条件が達成される限り、他の設計も使用できることを知っている。

【0049】

この方法は、上述の実施形態に従ってシステム１００を設定することによって、第１の内側容器内に第１のソース材料１ａ及び第１の基板１ｂを配置し、第２の内側容器内に第２のソース材料２ａ及び第２の基板２ｂを配置することを含み、第１及び第２のＳｉＣ単結晶層は、それぞれの第１及び第２の基板１ｂ、２ｂ上で成長し得る。

【0050】

図８は、本方法のプロセスの流れを示す。第１のステップは、外側容器７の外側に配置されたポンプを使用してシステム１００を排気することを含む排気ステップＳ１０１である。具体的には、第１及び第２の内側容器３、４内の圧力は、好ましくは１０^－４ｍｂａｒ未満であるべきである。排気ステップＳ１０１では、システム１００が予熱される。第２のステップは、システム１００を不活性ガス、好ましくはアルゴン（Ａｒ）ガスでフラッシングするフラッシングステップＳ１０２である。フラッシングステップＳ１０２の後、システム１００内の圧力は、好ましくは５ｍｂａｒ、更により好ましくは１ｍｂａｒを超えてはならない。第３のステップは、システム１００を単結晶層の成長温度まで加熱する加熱ステップＳ１０３である。例示的な成長温度は、１９００～２０００℃である。加熱ステップの間、温度は、第１及び第２のソース材料の所望の初期昇華を与え、基板での核生成を促進する速度で上昇する。このような温度上昇は、好ましくは１０～５０℃／分、更に好ましくは２０～３０℃／分である。第４のステップは、第１及び第２の基板のそれぞれの上で２つの単結晶層が成長する間、システム内の温度を成長温度に一定に保つ成長ステップＳ１０４である。この温度は、単結晶層の厚さが所望の厚さ、好ましくは少なくとも５０μｍに達するまで、この温度に維持される。第５のステップは、冷却ステップＳ１０５であり、システム１００及び単結晶層は室温に冷却される。

【0051】

本開示を、論じられた実施形態に関連して詳細に説明したが、当業者であれば、本開示の発明的思想から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で様々な修正が行われてもよい。例えば、本明細書に開示したシステムは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）など、ＳｉＣ以外の材料から単結晶層を製造するのに適し得る。このような場合、当然、他のソース材料を使用する必要があり、当業者は、本明細書に開示されたソース材料の特性と本質的に等しい特性を有するソース材料を使用することを知っている。更に、本方法は、当業者によって容易に実現されるように、同じキャビティ内に２つ以上の層を製造するために使用することができる。

【0052】

上記の全ての説明された代替実施形態又は実施形態の一部は、組合せが矛盾しない限り、本発明の概念から逸脱することなく自由に組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0053】

１ａ，２ａ 第１及び第２のソース材料
１ｂ，２ｂ 第１及び第２の基板
３ 第１の内側容器
４ 第２の内側容器
５ 加熱体
６ 断熱容器
７ 外側容器
８ 加熱手段（高周波加熱用の誘導コイル）
１１，１３ 炭素ゲッター
１０ａ，１２ａ ソース支持体
１０ｂ，１２ｂ 基板支持体
１００ システム

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】