CN102057083B

CN102057083B - 使用熔液法的单晶生长用籽晶轴

Info

Publication number: CN102057083B
Application number: CN200980100137.1A
Authority: CN
Inventors: 坂元秀光; 藤原靖幸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: US8328937B2; WO2011010394A1; CN102057083A; DE112009005084B4; US20120103251A1; JP5218431B2; DE112009005084T5; JPWO2011010394A1

Abstract

本发明提供可防止或抑制使用熔液法的多晶的生成且以高的生长速度使单晶生长的使用熔液法的结晶生长用籽晶轴。本发明的使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，是被用于使用熔液法的单晶制造装置的籽晶轴，是在籽晶支持部件上介有下述碳片接合籽晶而成的，所述碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，并且它是通过粘合剂层叠了多片的碳制薄膜的叠层碳片、将以格子状配置了层叠方向不同的多个小片的叠层碳片、将碳制带从中心卷绕成同心圆状的卷绕型碳片、或者将厚度不同的多个碳制带以从中心趋向外周厚度变厚的方式进行了层叠卷绕的叠层卷绕型碳片。

Description

使用熔液法的单晶生长用籽晶轴

技术领域

本发明涉及使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，更详细来说，涉及可防止或抑制多晶的产生而且可增大生长速度的使用熔液法的单晶生长用籽晶轴。

背景技术

SiC单晶具备如下优点：在热学、化学上非常稳定，机械强度优异，抗辐射线强，而且与Si(硅)单晶相比具有高的绝缘击穿电压、高的导热率等优异的物性，通过添加杂质还可容易地进行p、n传导型的电子控制，并且具有宽的禁带宽度(4H型的单晶SiC为约3.3eV，6H型的单晶SiC为约3.0eV)。因此，可实现使用Si单晶和GaAs(砷化镓)单晶等现有的半导体材料时不能实现的高温、高频、耐电压和耐环境性，作为下一代的半导体材料对它的期望在提高。

以往，作为SiC单晶的代表性的生长方法，已知有气相法和熔液法。作为气相法通常使用升华法。在升华法中，在石墨制坩埚内对向地配置SiC原料粉末和作为SiC单晶的籽晶，在惰性气体气氛中对坩埚进行加热，使单晶外延生长。但是已知在该气相法中，从坩埚内壁生长起来的多晶对SiC单晶的品质造成不良影响。

另外，在熔液法中，使用具有由放入了原料熔液的坩埚例如石墨坩埚、原料熔液、高频线圈等外部加热装置、绝热材料、可升降的籽晶支持部件(例如石墨轴)和安装在籽晶支持部件的端头的籽晶构成的基本结构的SiC单晶制造装置，在坩埚中，使来自C(碳)供给源例如石墨坩埚的C溶解于Si熔融液或还熔解了金属的Si合金熔融液等的含Si的熔融液中从而作为原料熔液，在SiC籽晶上通过熔液析出使SiC单晶层生长。

在使用该熔液法的SiC单晶的生长法中，可使用在原料熔液中设置温度梯度以使籽晶附近的熔液温度变为比其他部分的熔液温度低的温度从而进行生长的方法、或者将原料熔液全体缓冷来进行生长的方法的任何一种的SiC单晶生长法，但已知都不能避免由原料熔液冷却时的熔液中的温度分布、浓度分布所导致的单晶以外的晶体的生成。

因此，正探求可防止或抑制单晶以外的晶体的生长的单晶制造装置。

例如，在国际专利公开2000-39372号公报中记载了：在使用气相法的SiC单晶的生长方法以及生长装置中，具备在从容器壁面向生长容器内突出的、由比生长容器的容器壁面的散热性高的部件构成的SiC籽晶保持单元上保持籽晶的保持部件的生长装置。并且，在上述公报中记载了作为散热性高的保持部件的、具有热传导各向异性的也可用于石墨制坩埚盖的热解定向石墨碳(pyrographite)(碳材料，高导热率方向的导热率：120kcal/mhr℃)。

另外，在日本特开2006-62936号公报中，作为现有技术，记载了通过使可塑性变形的碳片介于籽晶装载部和籽晶之间使其吸收在界面产生的热应力，从而可防止籽晶破坏或脱落的使用气相法的SiC单晶制造装置。

另外，关于热传导各向异性材料，在日本特开平10-24362号公报中记载了以芯材为中心在其外周面重叠碳系材料可挠性片从而形成叠层体的钎焊烙铁的烙铁头。并且，在上述公报中，作为碳系材料可挠性片的具体例子记载了具有热传导各向异性的石墨片。

另外，在日本特开2007-305700中号公报中记载了：厚度方向的导热率比面内方向的导热率高的片状部件a、和面内方向的导热率比厚度方向的导热率高的片状部件b以片状部件a位于接近于发热部的一侧的方式层叠而成的、适于电子部件的加热用途的加热部件。

另外，在日本特开2009-55021号公报中记载了：通过粘合来层叠多层的含有各向异性石墨粒子的具有石墨相的导热片且在与层叠方向垂直的方向将其切断的可作为电子设备的散热部件使用的导热片。

而且，在日本特开2009-43851号公报中记载了：在半导体元件的发热部位配置了热传导各向异性石墨片的半导体组件。

但是，即使将这些公知文献中记载的技术用于使用熔液法的单晶制造装置，也不可能达到下述目标：防止或抑制单晶以外的晶体的生长，可无问题地进行结晶生长，而且使单晶以高的生长速度生长。

即，在为了使籽晶以高的生长速度生长而使其与高温熔液例如加热到超过1600℃的高温例如加热到2000℃左右的原料熔液接触时以及生长中，存在在籽晶周边阻碍单晶生长的几个问题。例如，存在如下问题：在与开始结晶生长的最初期的熔液接触时，在籽晶与石墨轴端头的粘合面上，发生籽晶开裂、从石墨轴剥离，不能进入到生长过程。即使不发生籽晶的脱落，籽晶的粘合面其大部分也剥离，难以得到正常的生长晶体。

另外，在生长中，原料熔液通过搅拌等存在运动，因此，粘合了籽晶的石墨轴部分在与熔液接触时或生长中被熔液润湿，从该部分开始碳与熔液发生反应，可生成SiC核。作为在该轴表面生成的SiC晶核的杂晶逐渐增大，变为阻碍作为本来的目的的从籽晶开始的单晶生长的程度，在熔液法的单晶生长中成为大的问题。

而且，在日本特开2004-2692297号公报中记载了使柔软性碳片介于籽晶和用于保持籽晶的台座之间，从而缓和由籽晶与台座的热膨胀差所导致的应力的使用气相法的SiC单晶制造装置，在日本特开2004-338971号公报中记载了：在SiC单晶的生长方法和生长装置中，在SiC籽晶和用于支持籽晶的籽晶支持部件之间配置由碳制片构成的缓冲件的可缓和籽晶与籽晶支持体的热膨胀差的使用气相法的SiC籽晶的制造装置。另外，在上述公报中，作为碳制片的具体例子，记载了为SiC籽晶的导热率的25％左右的碳制片。

可考虑将该碳片用于使用熔液法的SiC单晶制造装置。但是，碳片通常将片的面与粘合面平行地设置，因此，与原料熔液的熔液面垂直的方向(即石墨轴方向)的导热性低，对生长速度造成不良影响。另外，若使用热传导各向异性材料(固态碳)，则有可能在籽晶和热传导各向异性材料之间发生因热膨胀差所引起的籽晶的破坏、剥离、脱离。

在先专利文献

专利文献1：国际专利公开2000-39372号公报

专利文献2：日本特开2006-62936号公报

专利文献3：日本特开平10-24362号公报

专利文献4：日本特开2007-305700号公报

专利文献5：日本特开2009-55021号公报

专利文献6：日本特开2009-43851号公报

专利文献7：日本特开2004-269297号公报

专利文献8：日本特开2004-338971号公报

专利文献9：日本特开2008-247725号公报

这样，在以往的使用熔液法的SiC单晶的生长方法中，在籽晶周边不能避免石墨轴和原料熔液的接触，石墨轴的与熔液接触的部分的碳和熔液反应，生成SiC核。在该石墨轴表面进行了核生成的SiC晶体(以下称为多晶)逐渐增大，变成阻碍从籽晶开始的单晶生长的程度。

发明内容

本发明人们对该使用熔液法的单晶生长法进行研究的结果发现，单晶生长用籽晶轴的自籽晶向籽晶支持部件的高效散热是重要的，进一步进行研究的结果完成了本发明。

因此，本发明的目的是提供能够防止或抑制使用熔液法的多晶的生成，且以高的生长速度使单晶生长的使用熔液法的单晶生长用籽晶轴。

本申请的权利要求1的发明(以下称为第1发明)涉及一种使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，该籽晶轴是被用于使用熔液法的单晶制造装置的籽晶轴，是在籽晶支持部件上介有叠层碳片接合籽晶而成的，所述叠层碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，它是使多片的碳制薄膜利用粘合剂进行层叠而成的。

另外，本申请的权利要求2的发明(以下称为第2发明)涉及一种使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，该籽晶轴是被用于使用熔液法的单晶制造装置的籽晶轴，是在籽晶支持部件上介有叠层碳片接合籽晶而成的，所述叠层碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，它是多片的碳制薄膜利用粘合剂进行层叠而成的、以格子状配置了层叠方向不同的多个小片的叠层碳片。

另外，本申请的权利要求3的发明(以下称为第3发明)涉及一种使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，该籽晶轴是被用于使用熔液法的单晶制造装置的籽晶轴，是在籽晶支持部件上介有卷绕型碳片接合籽晶而成的，所述卷绕型碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，它是将碳制带从中心卷绕成同心圆状而成的。

进而，本申请的权利要求4的发明(以下称为第4发明)涉及一种使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，该籽晶轴是被用于使用熔液法的单晶制造装置的籽晶轴，是在籽晶支持部件上介有叠层卷绕型碳片接合籽晶而成的，所述叠层卷绕型碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，它是将厚度不同的多个碳制带以随着从中心趋向外周厚度变厚的方式层叠卷绕而成的。

使用上述的任一项发明都可得到能够防止或抑制使用熔液法的多晶的生成、且以高的生长速度使单晶生长的单晶生长用籽晶轴。

附图说明

图1是表示使用了现有技术的使用熔液法的生长方法的状态的示意图。

图2是表示使用了现有技术的使用熔液法的生长后的状态的照片的复印图。

图3是本申请第1发明的实施方式的单晶生长用籽晶轴的主要部分的示意图。

图4是本申请发明的实施方式中使用的碳制薄膜(碳片)的一例子的示意图。

图5是表示本申请发明的实施方式中使用的碳制薄膜(碳片)的各向异性的示意图。

图6是表示用于得到在本申请发明的实施方式中使用的叠层碳片的工序的示意图。

图7是表示本申请第2发明的实施方式中使用的、将小片配置成格子状的叠层碳片(以下有时也简称为格子状配置叠层碳片)的示意图。

图8是表示在本申请第1发明的实施方式中使用的叠层碳片的各向异性的示意图。

图9是表示使用了本申请第1发明的实施例所涉及的单晶生长用籽晶轴的使用熔液法的生长量测定位置的示意图。

图10是表示用于得到在本申请第2发明的另一实施方式中使用的叠层碳片的工序的示意图。

图11是表示用于得到在本申请第3发明的实施方式中使用的卷绕型叠层碳片的工序的示意图。

图12是表示用于得到在本申请第4发明的实施方式中使用的多段卷绕型叠层碳片的工序的示意图。

图13是使用了本申请发明的实施方式的单晶生长用籽晶轴的使用熔液法的SiC单晶生长装置的一例子的示意图。

图14是使用了本申请发明的实施方式的单晶生长用籽晶轴的使用熔液法的SiC单晶生长的一例子的试验结束后的状态的照片的复印图。

图15是使用现有技术的单晶生长用籽晶轴的使用熔液法的SiC单晶生长的试验结束后的状态的照片的复印图。

图16是表示熔液法中的原料熔液温度的测定方法的示意图。

具体实施方式

本申请的上述第1～第4发明涉及使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，该籽晶轴是被用于使用熔液法的单晶制造装置的籽晶轴，是在籽晶支持部件上介有碳片接合籽晶而成的，所述碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，它是通过粘合剂将多片的碳制薄膜层叠而成的叠层碳片、以格子状配置了层叠方向不同的多个小片的叠层碳片、将碳制带从中心卷绕成同心圆状而成的卷绕型碳片、或将厚度不同的多个碳制带以从中心趋向外周厚度变厚的方式层叠卷绕而成的叠层卷绕型碳片。

以下，参照图1～图13对本申请的上述第1～第4发明进行说明。

如图1所示，在表示使用现有技术的使用熔液法的生长方法的状态的示意图中，以往的SiC单晶生长装置20具有介有绝热材料12而设置在反应炉(未图示)内的容纳原料熔液13的坩埚14、和设置在该反应炉的周围的用于加热该熔液13的含有高频线圈15的外部加热装置、以及可升降的碳棒(例如石墨轴)2，在上述碳棒2的端头设置有籽晶3。在图1中，以往的使用熔液法的单晶生长用籽晶轴21是在碳棒2上直接用粘合剂进行粘合来设置籽晶3而成的。

图2表示使用在图1所示的以往的SiC单晶生长装置中使用的以往的使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，采用熔液法进行结晶生长之后的状态。如图2所示可确认，籽晶一部分缺损，其余部分为生长了的晶体，为面性状不均一以及生长量不同的状态。

图3是上述的本申请的第1发明的实施方式的单晶生长用籽晶轴的主要部分的示意图。单晶生长用籽晶轴1为在籽晶支持部件(例如石墨等的碳棒)2介有叠层碳片4接合籽晶3而成的，所述叠层碳片4在与原料熔液的熔液面垂直的方向即与籽晶支持部件的轴向相同的方向具有高导热性，它是用粘合剂层叠多片的碳制薄膜而成的。

上述第1发明中的叠层碳片为用粘合剂层叠了多片的例如图4所示的碳制薄膜(以下也称为碳片)而成的。

上述的碳片较薄，通常为0.15～6mm厚，特别的情况下为0.15～0.6mm厚，如图5所示在热传导方面具有各向异性。对于该热传导各向异性，碳片在制造时的辊轧的方向为高导热性，通常导热率为200～600W/mK左右，厚度方向为低导热性，通常导热率为5～10W/mK左右，所以具有厚度方向的约100倍以上的导热性。这些值与SiC单晶的导热率200～350W/mK、各向同性石墨的导热率120W/mK、挤压材料石墨的174W/mK(轴向)和75W/mK(垂直方向)相比，各向异性显著。

图6表示用于使用该碳片得到第1发明中的叠层碳片的层叠方法。将多片例如5～100片的、例如10～50片的碳片，在如图6所示各片为矩形的情况下在相同的导热性的方向上一致，或者，在各片为正方形的情况下导热性的方向在相同的方向一致或为任意从而进行配置，在各片之间涂布碳粘合剂，通过进行压缩成形来层叠成形，可得到如图6右方所示的块状的叠层碳片。优选：在压缩成形时，在压缩了的状态下进行脱脂、烧成，使片之间切实地固着。该叠层碳片如图6所示具有高导热方向(通常，导热率：200～600W/mK)和低导热方向。通过将上述各碳片以导热性的方向为任意的方式层叠成形，可消除在各碳片的2个面方向(X轴方向、Y轴方向)轻微存在的热传导各向异性。另外，也可以使机械强度比碳片的机械强度大的片介于上述的各碳片的任意位置来进行层叠成形。

由该叠层碳片以叠层碳片的高导热方向(Z轴方向)和原料熔液的熔液面垂直、因此与籽晶支持部件的轴向一致、且叠层碳片的外周和籽晶的外周一致的方式成形，用碳粘合剂与籽晶支持部件接合，接着，在叠层碳片的面上用碳粘合剂粘合地接合籽晶，可以得到第1发明的单晶生长用籽晶轴。

用于得到该块状的叠层碳片的成形，可通过使用例如带锯或切割机切断来进行。该成形为块状的叠层碳片，优选对于成为与籽晶支持部件以及籽晶的粘合面的与高导热方向垂直的2个面加工成为#80～#400的研磨面，将面内的波纹度调整到±10μm以内。

根据上述第1发明的单晶生长用籽晶轴，如上所述，叠层碳片由多片薄碳片的叠体层构成，因此，可以吸收由叠层碳片和籽晶之间的热膨胀系数差所导致的在高温下的大的热应力，可以防止由热应力所导致的籽晶的破坏、剥离、掉落。另外，如上所述，通过使散热方向的导热性高，可提高单晶的生长速度。

而且，薄的碳片自身与固态碳相比润湿性低，因此原料熔液难以附着，可以抑制因原料熔液的附着所导致的多晶的产生和生长。

作为上述的籽晶的外周、从而籽晶的外形，一般为圆形，但也可为其他的正三角形、正方形、菱形或六角形。

图7是上述第2发明的实施方式中使用的格子状配置叠层碳片的示意图。籽晶隔着上述的格子状配置叠层碳片，即隔着将用粘合剂层叠多片的碳制薄膜而成的、层叠方向不同的多个例如4个以上、例如4～8个小片配置成格子状的叠层碳片，而与籽晶支持部件接合。上述的格子状配置叠层碳片，由例如图6右方所示的叠层碳片切断为规定的大小而得到。在图7中示出了表面为正方形的外周为特定形状的叠层碳片，但外周也可为其他的任意形状，例如也可以是正三角形、圆形、菱形或六角形。另外，用碳粘合剂粘合着上述多个小片接触的面。也可在上述的各碳片(碳制薄膜)的任意位置介有比碳片的机械强度高的片。

通过使用该多个小片被配置成格子状的叠层碳片，来消除作为第1发明的叠层碳片如图6所示那样使各碳片在相同的导热性的方向上一致而层叠成形的情况下的、例如如图8所示的箭头的大小所示那样表示大的导热性的方向(Z轴方向)和与该方向垂直的2个方向(X轴方向、Y轴方向)之间存在的少许的各向异性。

上述第1发明中的叠层碳片的各向异性，如图9所示，根据籽晶上的晶体的生长层上的测定点而可看到稍许的影响。

在上述的第2发明中，作为碳片，通常矩形的碳片可容易获得，因此，在实用上具有重要的意义。

由上述的图7所示的块状的叠层碳片，以叠层碳片的高导热方向(Z轴方向)与原料熔液的熔液面垂直、从而与籽晶支持部件的轴向一致、叠层碳片的外周与籽晶的外周一致的方式成形，且用碳粘合剂与籽晶支持部件接合，接着，在叠层碳片的面上用碳粘合剂进行粘合来接合籽晶，可得到第2发明的单晶生长用籽晶轴。

用于得到上述块状的叠层碳片的成形，可与上述同样地通过切断来进行。该成形为块状的叠层碳片，优选对于成为与籽晶支持部件以及籽晶的粘合面的与高导热方向垂直的2个面与上述同样地加工成研磨面，将面内的波纹度调整到±10μm以内。

根据上述第2发明的单晶生长用籽晶轴，除了可得到上述第1发明的效果之外，还可得到以下的效果。即，在第1发明中的叠层碳片中，导热性如图8所示可具有Z轴方向＞＞Y轴方向＞X轴方向的大小关系，但在第2发明中的叠层碳片中，这种关系被消除，因此，在X-Y平面的热分布被均匀化，而且可得到高品质的单晶。另外，还能谋求对热应力的缓和能力在X-Y平面也均匀化，因此可进一步提高防止籽晶的破坏、剥离、掉落的效果。

图10是表示用于得到在本申请第2发明的另一实施方式中使用的叠层碳片的工序的示意图。如图10所示，在图7所示的一例子的与籽晶的外周大致一致而成形出的叠层碳片的外周卷绕碳片，由此可得到具有碳片卷绕层的叠层碳片。该叠层碳片如图10右下方所示，由粘合剂层叠了多片的碳制薄膜，且层叠方向不同的多个小片被配置成格子状，而且具有碳片卷绕层的叠层碳片的外周具有与籽晶的外周相同的形状。另外，碳片卷绕层由碳粘合剂固定在叠层碳片上。

使用具有图10的右下方所示的碳片卷绕层的叠层碳片，与上述同样地使叠层碳片的高导热方向与原料熔液的熔液面垂直，从而与籽晶支持部件接合，接着，在叠层碳片的面上用碳粘合剂进行粘合来接合籽晶，可得到第2发明的单晶生长用籽晶轴。

根据使用了具有图10的右下所示的碳片卷绕层的叠层碳片的第2发明的单晶生长用籽晶轴，除了具有上述第2发明的效果之外，还可防止因原料熔液与碳片的外周部接触所引起的原料熔液向粘合剂层的侵蚀，可长时间稳定生长。

图11是表示用于得到在上述第3发明的实施方式中使用的卷绕型叠层碳片的工序的示意图。如图11所示，上述的第3发明中的卷绕型叠层碳片，可作为：将长形的碳片或多个碳片串联连接，以其高导热方向为与原料熔液的熔液面垂直的方向、从而为与籽晶支持部件的轴向的方式从中心卷绕成同心圆状，用碳粘合剂粘合碳片的层间的一部分或全面来进行了层叠的卷绕型碳片而得到。也可使上述的长形的碳片之间介有比碳片的机械强度大的片。

使用该卷绕型碳片，与上述同样地以使卷绕型碳片的高导热方向为与原料熔液的熔液面垂直的方向、从而与籽晶支持部件的轴向一致的方式与籽晶支持部件接合，接着，在叠层碳片的面上用碳粘合剂进行粘合来接合籽晶，从而可得到第3发明的单晶生长用籽晶轴。

根据使用了图11所示的卷绕型叠层碳片的第3发明的单晶生长用籽晶轴，除了具有上述第1和第2发明的效果之外，还可以进一步提高对热应力的缓和效果的均匀化，在最外周面不会露出粘合部，因此，可以抑制原料熔液对粘合部的附着、侵入。

图12是表示用于得到在上述第4发明的实施方式中使用的多段卷绕型叠层碳片的工序的示意图。如图12所示，上述第4发明的多段卷绕型叠层碳片，可作为：以如图12所示的棱柱状、例如0.6mm左右的棱柱状或圆柱状的厚的碳片为芯，使用厚度不同的长形的碳片，采用多周、例如3～6周、例如图13中为3周，每增加一道工序就增大碳片的厚度，将碳片进行多周卷绕，以使其高导热方向为与原料熔液的熔液面垂直的方向、从而为籽晶支持部件的轴方向的方式从中心卷绕成同心圆状，用碳粘合剂粘合碳片的层间的一部分或全面从而进行了层叠的多段卷绕型碳片而得到。作为上述厚度不同的长形的碳片，优选在图12所示的工序1(步骤1)中使用厚度为0.15～0.3mm左右的碳片，在工序2(步骤2)中使用厚度为0.3～0.45mm的碳片，在工序3(步骤3)中使用厚度为0.5～0.6mm的碳片。

使用该多段卷绕型碳片，与上述同样地以使多段卷绕型碳片的高导热方向为与原料熔液的熔液面垂直的方向、从而与籽晶支持部件的轴向一致的方式与籽晶支持部件接合，接着，在叠层碳片的面上用碳粘合剂进行粘合来接合籽晶，可得到第4发明的单晶生长用籽晶轴。

根据使用了图12的右图(步骤3)所示的多段卷绕型碳片的第4发明的单晶生长用籽晶轴，除了具有上述第3发明的效果之外，因为能够使层叠密度高密度化，所以能够进一步提高导热性，可提高生长速度。另外，除了具有第2发明的效果之外，由于在最外周没有露出粘合部，因此，可抑制原料熔液对粘合部的附着、侵入。

作为上述的第1～第4的任一发明中的籽晶支持部件，没有特别的限制，例如可举出碳棒、例如石墨轴。碳棒通常为200～600mm长，可为圆柱形或棱柱形，另外，与上述的叠层碳片、卷绕型碳片或者叠层卷绕型碳片接合的附近可以为圆锥形或棱锥形。

另外，作为上述的碳粘合剂，没有特别的限制，可以为含有碳和热固性树脂的混合物。

根据上述的第1～第4发明的单晶生长用籽晶轴，与以往的设有碳片的结晶轴相比，可得到50倍～100倍的导热效果。

另外，根据上述的第1～第4发明的单晶生长用籽晶轴，即使为较大径，例如最大径(外周为圆形的情况下相当于直径)为1英寸(2.5cm)以上、例如2英寸(5.1cm)以上、特别是3～6英寸(7.6～15.2cm)的面积的籽晶也可适用。

上述的第1～第4发明的使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，可适用于使用熔液法的得到任意的单晶的生长装置。作为上述的单晶，只要是需要在高温下的单晶的结晶生长的单晶即可，没有特别限制，可以举出例如SiC单晶。若将上述的第1～第4发明的使用熔液法的单晶生长用籽晶轴用于SiC单晶生长装置，例如如图13所示，使用熔液法的SiC单晶生长装置10具有：在反应炉11内隔着绝热材料12而设置的容纳原料熔液13的坩埚14、设置在该反应炉的周围的用于加热该熔液13的含有高频线圈15的外部加热装置、和可升降的单晶生长用籽晶轴1，该单晶生长用籽晶轴1是在碳棒2上介有下述碳片5接合籽晶3而成，所述碳片5在与原料熔液的熔液面垂直方向具有高导热性，且是通过粘合剂层叠了多片的碳制薄膜的叠层碳片、将以格子状配置了层叠方向不同的多个小片的叠层碳片、将碳制带从中心卷绕成同心圆状的卷绕型碳片、或者将厚度不同的多个碳制带以从中心趋向外周厚度变厚的方式进行了层叠卷绕的叠层卷绕型碳片5。

作为上述的原料熔液，可以举出以Si和C为必需成分的任意的熔液。例如，作为原料熔液可举出：还含有Ti和/或Cr的原料熔液，例如Si-Ti-C熔液、或者含有Ni且与Ni的比例(原子比)(Ni/Cr)为0.2以下的原料熔液，例如包含作为Si、Cr、Ni和C以外的元素的、选自稀土类元素、过渡金属元素和碱土金属元素之中的任一种元素的原料熔液，例如上述的元素为Ce的原料熔液。

上述的原料熔液的温度可为1600～2050℃，尤其是可为1800～2050℃、特别是可为1850～2050℃左右。

上述的温度控制例如如图16所示通过高频感应加热进行加热，例如可通过图16所示的使用辐射温度计的原料熔液面的温度观察和/或使用设置在碳棒内侧的热电偶例如W-Re(钨/铼)热电偶来进行温度测定，基于所求出的测定温度由温度控制装置(未图示)来进行。

在使用上述的使用熔液法的SiC单晶生长装置制造SiC单晶的方法中，可通过从使用熔液法的其自身公知的制造法、例如石墨坩埚的形状、加热方法、加热时间、气氛、升温速度和冷却速度中适当选择最佳条件来进行。

例如，作为高频感应加热的加热时间(从原料的装入到达到SiC饱和浓度的大约时间)，虽也取决于坩埚的大小，但为20分钟～10小时左右(例如3～7小时左右)，作为气氛，可举出稀有气体，例如He、Ne、Ar等惰性气体、将其一部分用N₂、甲烷气置换而得到的气体。

通过使用上述的使用熔液法的SiC单晶生长装置，可以在上述的高温下长时间例如2小时以上防止或抑制多晶的生长，且使SiC单晶以高的生长速度生长。

实施例

以下举出实施例和比较例来更具体地说明本发明，但本发明不限于以下实施例。

在以下的各例子中，SiC单晶的生长使用图13所示的使用熔液法的SiC单晶制造装置进行。另外，原料熔液的高温(2000～2050℃)下的温度确认采用图16中所示的示意图的测定表面温度的方式进行。辐射温度计设置在可直接观察的熔液上方的观察窗，测定使籽晶与熔液接触前后的温度。另外，在单晶生长用籽晶轴内侧(距离籽晶2mm的位置)设置热电偶，测定刚与原料熔液接触之后的温度。

另外，在以下各例子中，作为碳粘合剂，使用了如下所示的通常被称为A组成的粘合剂，

A组成的碳粘合剂组成

酚醛树脂(C₆H₆O·CH₂O) 45质量％

苯酚(C₆H₆O₁₄) 14质量％

水分 1质量％

碳(固)(C) 40质量％

将该A组成的碳粘合剂均匀涂布在石墨轴、籽晶粘合面以及碳片、侧面而使用。

实施例1～2

使用0.4mm厚的碳片，按照图6所示示意图的用于得到叠层碳片的工序，制作5mm和20mm厚的2种厚度的叠层碳片，接着，按照以下的工序制作了单晶生长用籽晶轴。

1)在碳片上均匀涂布A组成的碳粘合剂。

2)将各个面贴合，一边对该粘合面施加0.5～2.0Kgf左右的载荷一边加热到约200℃，进行一次脱脂和固定(在后述的卷绕叠层型中没有加载荷)

3)对其使用加热气氛(脱脂炉以及烧成炉)进行粘合剂的热效果处理。此时，与2)同样地施加0.5～2.0Kgf左右的载荷。

加热条件：200℃×1小时以及700℃×3小时，以后，炉冷，结束。

使用得到的单晶生长用籽晶轴，制作SiC单晶生长装置，进行使用熔液法的SiC单晶生长。向石墨坩埚中添加Si接着同时添加Cr和Ni，持续加热2～3小时左右维持在设定温度(1800～2100℃)，然后，从石墨坩埚溶解C，一达到SiC饱和浓度就使安装在单晶生长用籽晶轴的端头的SiC单晶浸渍在熔液中。将轴冷却装置(未图示)的冷却水温设定为17.5℃，保持在原料熔液的设定温度之后，在SiC单晶上生长出SiC单晶。经过规定的生长时间之后，从原料熔液中完全地提拉生长晶体，将石墨坩埚缓慢冷却到室温，得到SiC单晶。在测定生长速度的同时，观察SiC籽晶附近，评价杂晶(含多晶)析出的程度。

对于在各例子中得到的SiC晶体，通过X射线(XRD)确认是单晶还是多晶。

将由结晶轴的种类导致的对生长速度的影响与比较例1的结果汇总示于表1中，将由结晶轴的种类导致的对多晶析出的影响与其他实施例的结果汇总示于表5中。

比较例1

除了使用碳片(在石墨轴方向为低导热方向)代替叠层碳片以外，与实施例1同样地操作，得到籽晶+碳片(低导热方向)+石墨轴结构的结晶轴。

使用采用了该结晶轴的SiC单晶生长装置，进行使用熔液法的SiC单晶生长，测定了生长速度。

将由结晶轴的种类导致的对生长速度的影响与实施例1～2的结果汇总示于表1中。

表1

比较例2

除了没有使用叠层碳片以外，与实施例1同样地操作，得到籽晶++石墨轴结构的结晶轴。

除了使用了采用该结晶轴的SiC单晶生长装置以外，与实施例1同样地操作，进行了使用熔液法的SiC单晶生长。在图15中示出了经2小时结晶生长后的籽晶附近的照片的复印图。将该照片表示的状态用于多晶析出状态的评价基准(※2、评价：不良)。

另外，将由结晶轴的种类导致的对多晶析出的影响与其他的实施例的结果汇总示于表5中。

实施例3

与实施例2同样地操作，制作5mm厚的叠层碳片，将其如图7所示那样均等地切断为4个小片，用碳粘合剂将各小片接合而配置出格子状配置叠层碳片，除了使用该格子状配置叠层碳片以外，与实施例1同样地操作，制作了单晶生长用籽晶轴。

使用采用该结晶轴的SiC单晶生长装置，并使冷却水温为25.2℃，除此以外与实施例1同样地操作，进行了使用熔液法的SiC单晶生长。对于如图9所示那样测定位置不同的部位，评价了单晶的生长量。

另外，将由结晶轴的种类导致的对生长速度的影响与采用了实施例2的单晶生长用籽晶轴的情况相比较，汇总示于表2中。在表2中，在生长面内的图9的位置的平均生长量，作为经2小时生长时的1小时平均生长量表示。另外，表2中的a、b、c表示图9中的测定位置，b’、c’表示在相同位置的第2次的实验值。

表2

单位：μm

实施例4

使用与实施例3同样地操作而制作的格子状配置叠层碳片，按照图10中所示示意图的工序得到侧面卷绕碳片。除了使用该侧面卷绕碳片以外，与实施例3同样地操作，制作单晶生长用籽晶轴，除了使用采用该结晶轴的SiC单晶生长装置以外，与实施例3同样地操作，进行了使用熔液法的SiC单晶生长。生长速度被推定为与实施例3同等，因此不进行测定。图14中表示经2小时结晶生长后的籽晶附近的照片的复印图。将该照片表示的状态用于多晶析出状态的评价基准(※1、评价：良好)。

实施例5

使用将0.5mm厚的碳片如图11所示从中心卷绕成同心圆状的卷绕型碳片，除此以外与实施例1同样地操作，制作了单晶生长用籽晶轴。

使用采用了该结晶轴的SiC单晶生长装置，且将冷却水温设为25.0℃，除此以外与实施例1同样地操作，进行了使用熔液法的SiC单晶生长。

在表3中示出了由结晶轴导致的对生长速度的影响。另外，图4中示出了卷绕型碳片的密度与生长速度的关系。在表3中，在生长面内的与图9相当的3处位置的平均生长量，作为经2小时生长时的1小时平均生长量表示。另外，观察SiC籽晶附近，评价杂晶(含多晶)析出的程度，与其他实施例的结果汇总示于表5中。

表3

单位：μm

实施例6

使用以下3种碳片，按照图12所示的工序进行卷绕，除此以外与实施例1同样地操作，制作了叠层卷绕型碳片。

在各工序中所使用的碳片的种类

步骤1、卷绕直径：～φ8、片厚度：～0.2mm

步骤2、卷绕直径：～φ8～φ20、片厚度：～0.4mm

步骤3、卷绕直径：～φ16以上、片厚度：～0.6mm

除了使用该叠层卷绕型碳片以外，与实施例1同样地操作，制作了单晶生长用籽晶轴。使用采用了该单晶生长用籽晶轴的SiC单晶生长装置，且将冷却水温设为25.0℃，除此以外与实施例1同样地操作，进行了使用熔液法的SiC单晶生长。

将使用该单晶生长用籽晶轴得到的生长速度与使用其他的结晶轴得到的结果汇总示于表4中。与在结晶轴中使用的叠层碳片或卷绕型碳片的密度比较并汇总示于表4中。另外，观察SiC籽晶附近，评价杂晶(含多晶)析出的程度，与其他实施例的结果汇总示于表5中。

表4

	层叠方法	密度	生长速度μm/mm
				实施例5	卷绕	0.51～0.68	380
实施例6	多段卷绕	0.86～0.93	472
				实施例2	叠层碳片	1	520

表5

	层叠方法	1小时	2小时	5小时
					比较例2	通常粘合	△	×※2	×
实施例2	叠层碳片	○	△	△
					实施例4	侧面卷绕	○	○※1	○
实施例5	卷绕	○	○	○
					实施例6	多段卷绕	○	○	○

○：对生长没有影响(即使存在析出也是极少量)

△：在生长晶体周边析出

×：对生长状态产生影响

根据以上的表1～表4的结果，上述第1～第4发明的单晶生长用籽晶轴与以往的结晶轴相比显示出得到了改良的生长速度。另外，第2～第3发明的结晶轴，显示出生长面内的平均生长量在整个面上均匀。

另外，根据表5的结果，上述第1～第4发明的单晶生长用籽晶轴，与以往的结晶轴相比，显示出得到了大幅度改良的抑制多晶效果。

产业上的利用可能性

本申请第1～第4发明的单晶生长用籽晶轴，适用于使用熔液法的单晶制造装置，能够防止或抑制使用熔液法的多晶的生成，且以高的生长速度使单晶例如SiC单晶生长。

标号说明

1：本申请发明的单晶生长用籽晶轴；

2：籽晶支持部件(碳棒)；

3：籽晶；

4：叠层碳片；

5：叠层碳片、卷绕型碳片或叠层卷绕型碳片；

10：使用了本申请发明的单晶生长用籽晶轴的SiC单晶生长装置；

11：生长炉；

12：绝热材料；

13：原料熔液；

14：坩埚；

15：高频线圈；

16：辐射温度计；

17：W-Re热电偶；

20：以往的SiC单晶生长装置；

21：以往的SiC单晶生长用籽晶轴。

Claims

1.一种使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，是被用于使用熔液法的单晶制造装置的籽晶轴，该籽晶轴是在籽晶支持部件上介有叠层碳片接合籽晶而成的，所述叠层碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，它是使多片的碳制薄膜利用粘合剂进行层叠而成的。

2.一种使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，是被用于单晶制造装置的籽晶轴，该籽晶轴是在籽晶支持部件上介有叠层碳片接合籽晶而成的，所述叠层碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，它是多片的碳制薄膜利用粘合剂进行层叠而成的、以格子状配置了层叠方向不同的多个小片的叠层碳片。

3.一种使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，是被用于单晶制造装置的籽晶轴，该籽晶轴是在籽晶支持部件上介有卷绕型碳片接合籽晶而成的，所述卷绕型碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，它是将碳制带从中心卷绕成同心圆状而成的。

4.一种使用熔液法的单晶生长用籽晶轴，是被用于使用熔液法的单晶制造装置的籽晶轴，该籽晶轴是在籽晶支持部件上介有叠层卷绕型碳片接合籽晶而成的，所述叠层卷绕型碳片在与原料熔液的熔液面垂直的方向具有高导热性，它是将厚度不同的多个碳制带以随着从中心趋向外周厚度变厚的方式层叠卷绕而成的。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的单晶生长用籽晶轴，其中，籽晶支持部件是碳棒。

6.根据权利要求2所述的单晶生长用籽晶轴，其中，在格子状地配置的叠层碳片上，层叠有将高导热方向取为与叠层碳片的高导热方向相同的方向的相同宽度的碳制带。

7.根据权利要求1～4的任一项所述的单晶生长用籽晶轴，其中，单晶生长用籽晶轴被设置于单晶制造装置中，并且能够升降，所述单晶制造装置具有在生长炉内隔着绝热材料而设置的容纳原料熔液的坩埚、和设置于该生长炉的周围的用于加热该熔液的外部加热装置。