CN107532329A - SiC单晶的制造方法 - Google Patents

SiC单晶的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107532329A
CN107532329A CN201680027101.5A CN201680027101A CN107532329A CN 107532329 A CN107532329 A CN 107532329A CN 201680027101 A CN201680027101 A CN 201680027101A CN 107532329 A CN107532329 A CN 107532329A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
crystal
sic
high frequency
growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680027101.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107532329B (zh
Inventor
关和明
楠彦
楠一彦
龟井人
龟井一人
旦野克典
大黑宽典
土井雅喜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN107532329A publication Critical patent/CN107532329A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107532329B publication Critical patent/CN107532329B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/10—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
    • C30B19/04—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux the solvent being a component of the crystal composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B9/00—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
    • C30B9/04—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution
    • C30B9/06—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution using as solvent a component of the crystal composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02378—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02529—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H01L21/02625—Liquid deposition using melted materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H01L21/02628—Liquid deposition using solutions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

提供能够抑制SiC多晶产生的SiC单晶的制造方法。本实施方式的SiC单晶的制造方法为利用溶液生长法的SiC单晶的制造方法。本实施方式的SiC单晶的制造方法具备输出功率升高工序(S1)、接触工序(S2)和生长工序(S4)。输出功率升高工序(S1)中，将感应加热装置(3)的高频输出功率升高到晶体生长时的高频输出功率。接触工序(S2)中，使SiC晶种(8)与Si‑C溶液(7)接触。接触工序(S2)中的感应加热装置(3)的高频输出功率大于晶体生长时的高频输出功率的80％。接触工序(S2)中的Si‑C溶液(7)的温度低于晶体生长温度。生长工序(S4)中，在晶体生长温度下使SiC单晶生长。

Description

SiC单晶的制造方法
技术领域
本发明涉及SiC单晶的制造方法，更具体而言，涉及利用溶液生长法的SiC单晶的制造方法。
背景技术
SiC单晶为热和化学上稳定的化合物半导体。SiC单晶与Si单晶相比具有优异的物性。例如SiC单晶与Si单晶相比，具有大的带隙、高的介质击穿电压和高的导热系数，电子的饱和速度快。因此，SiC单晶作为新一代的半导体材料受到关注。
SiC示出多晶型。SiC的代表性的晶体结构为6H、4H和3C。这些晶体结构之中，具有4H的晶体结构的SiC单晶与具有其它晶体结构的SiC单晶相比，带隙大。因此，期待具有4H的晶体结构的SiC单晶。
作为制造SiC单晶的方法，已知升华再结晶法和溶液生长法等。升华再结晶法为使原料形成气相的状态并供给到SiC晶种之上，由此使SiC单晶生长的方法。
溶液生长法(日文：溶液成長法)为使Si-C溶液与SiC晶种的晶体生长面接触，将SiC晶种附近的Si-C溶液(日文：溶液)过冷却，由此在SiC晶种之上生长SiC单晶的方法。在此，Si-C溶液指的是在Si或Si合金的熔体(日文：融液)中溶解(日文：溶解)碳(C)而成的溶液。溶液生长法中，通常作为容纳Si-C溶液的容器，使用石墨坩埚。在石墨坩埚内，将含有Si的原料利用高频感应加热等熔解而形成熔体。此时，C由石墨坩埚溶出到熔体中。其结果，熔体形成Si-C溶液。溶液生长法例如公开于日本特开2009-91222号公报(专利文献1)。
溶液生长法中，为了去除SiC晶种的表面的形变、氧化膜而进行回熔。回熔指的是使SiC晶种与Si-C溶液接触后，使Si-C溶液的温度升高的方法。由此，使Si-C溶液中的C的浓度达到未饱和，使SiC晶种的晶体生长面一部分溶解。
但是，若进行回熔则Si-C溶液有可能润升到SiC晶种的侧面、或保持SiC晶种的石墨支承棒的侧面。此时，容易产生SiC多晶。
国际公开第2012/127703号(专利文献2)提出了抑制SiC多晶的产生的SiC单晶的制造方法。专利文献2中，对SiC晶种的侧面的溶液的润升高度处于自晶体生长面生长的SiC单晶与自侧面生长的SiC单晶作为一体的SiC单晶生长的范围内。由此，多晶化得到抑制被记载于专利文献2。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-91222号公报
专利文献2：国际公开第2012/127703号
但是，即使是上述的专利文献2中公开的SiC单晶的制造方法也有可能产生SiC多晶。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够抑制SiC多晶产生的SiC单晶的制造方法。
本实施方式的SiC单晶的制造方法为利用溶液生长法的SiC单晶的制造方法。本实施方式的SiC单晶的制造方法具备输出功率升高工序、接触工序和生长工序。输出功率升高工序中，将感应加热装置的高频输出功率升高到晶体生长时的高频输出功率。接触工序中，使SiC晶种与Si-C溶液接触。接触工序中的感应加热装置的高频输出功率大于晶体生长时的高频输出功率的80％。接触工序中的Si-C溶液的温度低于晶体生长温度。生长工序中，在晶体生长温度下使SiC单晶生长。
本实施方式的SiC单晶的制造方法能够抑制SiC多晶产生。
附图说明
图1为本实施方式的SiC单晶的制造装置的示意图。
图2为表示利用溶液生长法的SiC单晶的制造工序中的随着时间经过的感应加热装置的高频输出功率、Si-C溶液的液面高度、和Si-C溶液的温度的关系的图。
图3为在实施例1的条件下制作的SiC单晶的外观。
图4为在实施例2的条件下制作的SiC单晶的外观。
图5为在比较例的条件下制作的SiC单晶的外观。
具体实施方式
本实施方式的SiC单晶的制造方法为利用溶液生长法的SiC单晶的制造方法。本实施方式的SiC单晶的制造方法具备输出功率升高工序、接触工序和生长工序。输出功率升高工序中，将感应加热装置的高频输出功率升高到晶体生长时的高频输出功率。接触工序中，使SiC晶种与Si-C溶液接触。接触工序中的感应加热装置的高频输出功率大于晶体生长时的高频输出功率的80％。接触工序中的Si-C溶液的温度低于晶体生长温度。生长工序中，在晶体生长温度下使SiC单晶生长。本说明书中的“晶体生长温度”指的是使SiC单晶生长时的Si-C溶液的温度。
上述制造方法进而在输出功率升高工序中、接触工序之前可以具备输出功率维持工序。输出功率维持工序中，将感应加热装置的高频输出功率以比晶体生长时的高频输出功率低的状态维持一定时间。
上述制造方法进而在接触工序之后可以具备弯月面形成工序。弯月面形成工序中，使SiC晶种向上方移动而形成弯月面。此时，可以进一步抑制SiC多晶的产生。
上述制造方法中，生长工序中，可以使晶体生长温度升高的同时进行晶体生长。此时，可以进一步抑制SiC多晶的产生。
以下参照附图对本实施方式进行详细说明。对于图中相同或相当部分附加同一符号、不重复其说明。
[制造装置]
图1为本实施方式的SiC单晶的制造方法中使用的制造装置1的一例的示意图。
制造装置1具备腔室2、坩埚5、绝热构件4、感应加热装置3、旋转装置20和籽晶轴6。
腔室2为筐体。腔室2容纳绝热构件4和感应加热装置3。腔室2能够还容纳坩埚5。制造SiC单晶时，腔室2用冷却介质冷却。
坩埚5容纳于筐体状的绝热构件4内。坩埚5为上端开口了的筐体。在坩埚5可以设置顶板。此时，可以抑制Si-C溶液7的蒸发。坩埚5容纳Si-C溶液7。Si-C溶液7利用加热将Si-C溶液7的原料熔融来生成。原料可以仅为Si、也可以含有Si和其它金属元素。Si-C溶液7的原料中含有的金属元素例如为钛(Ti)、锰(Mn)、铬(Cr)、钴(Co)、钒(V)和铁(Fe)等。
坩埚5优选含有碳。此时，坩埚5成为向Si-C溶液7供给碳的碳供给源。更优选坩埚5的原材料为石墨。但是，坩埚5的原材料也可以为石墨以外的材料。例如坩埚5的原材料可以为陶瓷、高熔点的金属。坩埚5不能作为碳供给源利用的情况下，Si-C溶液7的原料含有碳。坩埚5为石墨以外的原材料的情况下，可以在坩埚5的内表面形成含有石墨的覆膜。
绝热构件4包围坩埚5。绝热构件4由周知的绝热材料形成。绝热材料例如为纤维系或非纤维系的成型绝热材料。
感应加热装置3包围绝热构件4。感应加热装置3含有高频线圈。高频线圈与籽晶轴6同轴配置。感应加热装置3通过电磁感应将坩埚5感应加热，将容纳于坩埚5内的原料熔融、生成Si-C溶液7。感应加热装置3进而将Si-C溶液7维持于晶体生长温度。
旋转装置20为在腔室2的高度方向延伸的轴。旋转装置20的上端配置于腔室2的内部。坩埚5配置于旋转装置20的上表面。旋转装置20连接旋转机构，绕旋转装置20的中心轴旋转。通过旋转装置20旋转，坩埚5旋转。坩埚5和旋转装置20可以旋转、也可以不旋转。
籽晶轴6为在腔室2的高度方向延伸的轴。籽晶轴6的上端配置于腔室2的外部。籽晶轴6在腔室2的外部安装于驱动源9。籽晶轴6的下端配置于坩埚5的内部。在籽晶轴6的下端安装SiC晶种8。
SiC晶种8为板状、由SiC单晶形成。利用溶液生长法制造时，在SiC晶种8的表面(晶体生长面)生成并生长SiC单晶。优选SiC晶种8的晶体结构与想要制造的SiC单晶的晶体结构相同。例如制造具有4H的晶体结构的SiC单晶的情况下，优选使用具有4H的晶体结构的SiC晶种8。
籽晶轴6可以通过驱动源9而升降以及旋转。籽晶轴6通过驱动源9下降、SiC晶种8与Si-C溶液7接触。籽晶轴6通过驱动源9旋转、SiC晶种8旋转。籽晶轴6可以旋转、也可以不旋转。优选籽晶轴6为石墨。
[制造方法]
图2为表示利用溶液生长法的SiC单晶的制造工序中的随着时间经过的感应加热装置3的高频输出功率、Si-C溶液7的液面高度、和Si-C溶液7的温度的关系的图。以下参照图2对于本实施方式的制造方法进行说明。
本实施方式的SiC单晶的制造方法包括准备工序、输出功率升高工序S1、接触工序S2、回熔工序S3和生长工序S4。本实施方式的SiC单晶的制造方法还可以包括输出功率维持工序S5和弯月面形成工序。
[与以前的制造方法的对比]
如上所述，产生回熔的情况下，使低于晶体生长温度的Si-C溶液7与SiC晶种8接触，使Si-C溶液7的温度升高。此时，随着温度升高而Si-C溶液7的C浓度成为未饱和，因此SiC晶种8中与Si-C溶液7接触的部分发生溶解而产生回熔。
以前的制造方法中，使感应加热装置3的高频输出功率升高到晶体生长时的高频输出功率之前，例如在图2中的时点P1使SiC晶种8与Si-C溶液7的液面接触。然后，升高感应加热装置3的输出功率来使Si-C溶液7的温度形成晶体生长温度。由此，产生上述回熔。
若升高感应加热装置3的输出功率则在坩埚5内产生磁通量。磁通量通过电磁感应在Si-C溶液7产生焦耳热。通过焦耳热，Si-C溶液7的温度升高。磁通量进而不仅产生焦耳热还在Si-C溶液7产生洛伦兹力。洛伦兹力将Si-C溶液7搅拌的同时作为夹紧力发挥作用使Si-C溶液7以山状隆起。
如图2所示，由于洛伦兹力所造成的Si-C溶液7的隆起对应于输出功率升高而瞬间产生。因此，以前的制造方法例如在时点P1使SiC晶种8与Si-C溶液7接触的情况下，Si-C溶液7隆起而润升到SiC晶种8的侧面。
另一方面，Si-C溶液7的温度达到晶体生长温度后，例如在图2中的时点P5，即使使SiC晶种8与Si-C溶液7接触，也不能进行回熔。Si-C溶液7的温度已经达到晶体生长温度的情况下，Si-C溶液7的C浓度饱和。因此，即使使SiC晶种8与Si-C溶液7接触、SiC晶种8也不会溶解。
本实施方式中，在将感应加热装置3的高频输出功率升高而使Si-C溶液7隆起某种程度后(例如时点P2)，使籽晶轴6下降而使SiC晶种8与Si-C溶液7的液面接触。由于焦耳热所造成的Si-C溶液7的温度升高速度，比由于洛伦兹力所造成的Si-C溶液7的隆起速度慢得多。因此，本实施方式的制造方法的情况下，SiC晶种8在Si-C溶液7达到晶体生长温度之前与Si-C溶液7接触。SiC晶种8与Si-C溶液7接触之后，Si-C溶液7的温度也升高，因此溶液内的C浓度形成未饱和。因此，SiC晶种8的一部分溶解而产生回熔。另一方面，由于洛伦兹力所造成的液面隆起伴随的润升得到抑制。这是由于，Si-C溶液7已经通过输出功率升高而隆起某种程度后，使SiC晶种8与Si-C溶液7接触。
以下对于本实施方式的制造方法进行详细说明。
[准备工序]
准备工序中，生成Si-C溶液7。首先在坩埚5内容纳Si-C溶液7的原料。将容纳有原料的坩埚5配置于腔室2内的旋转装置20的上表面。将坩埚5容纳于腔室2内后，向腔室2内填充非活性气体、例如氩气。进而，通过感应加热装置3，将坩埚5和Si-C溶液7的原料加热到Si-C溶液7的原料的熔点以上。若将含有碳的坩埚5加热则碳自坩埚5溶入熔体。其结果生成Si-C溶液7。
[输出功率升高工序S1]
输出功率升高工序S1在准备工序之后进行。输出功率升高工序S1中，将感应加热装置3的高频输出功率升高到Si-C溶液7形成晶体生长温度的输出功率。由此，将Si-C溶液7加热，形成晶体生长温度。进而，在Si-C溶液7产生洛伦兹力而Si-C溶液7以山状隆起。
Si-C溶液7的隆起速度比Si-C溶液7的温度升高速度快得多。因此，若升高感应加热装置3的高频输出功率则首先Si-C溶液7的液面隆起。接着Si-C溶液7的温度升高。
输出功率升高工序S1中的升高感应加热装置3的高频输出功率的速度可以根据进行回熔的厚度改变。若升高高频输出功率的速度大则Si-C溶液7的升温速度增大。若Si-C溶液7的升温速度大则可以更切实地进行回熔。通过控制升高高频输出功率的速度，可以使后述的回熔工序中的Si-C溶液7的升温速度处于优选范围内。
[接触工序S2]
接触工序S2中，使籽晶轴6下降而使SiC晶种8与Si-C溶液7接触。
接触工序S2在正当进行输出功率升高工序S1中(例如时点P2)进行。接触工序S2在高频输出功率大于晶体生长工序时的高频输出功率的80％时进行。总之，通过高频输出功率的升高，Si-C溶液7隆起某种程度后，使SiC晶种8与Si-C溶液7接触。由此，Si-C溶液7的润升得到抑制。进而，接触工序S2中的Si-C溶液7的温度低于晶体生长温度。在接触工序S2之后，通过Si-C溶液7的温度升高到晶体生长温度，可以进行回熔。接触工序S2中的高频输出功率更优选为晶体生长时的高频输出功率的85％以上、进一步优选90％以上。
接触工序S2可以在输出功率升高工序S1之后(例如时点P4)进行。此时，感应加热装置3的高频输出功率为晶体生长时的高频输出功率，因此Si-C溶液7已经充分隆起。因此，若使SiC晶种8的接触在输出功率升高工序S1之后进行则Si-C溶液7的润升得到进一步抑制。使接触工序S2在输出功率升高工序S1之后进行的情况下，在Si-C溶液7的温度达到晶体生长温度之前进行。由此，可以进行回熔。
接触工序S2可以在输出功率升高工序S1最后(例如时点P3)进行。此时，感应加热装置3的高频输出功率为晶体生长时的高频输出功率并且Si-C溶液7的温度比时点P4低。因此，可以进一步抑制Si-C溶液7的润升的同时进行更多回熔。进行接触工序S2的时点可以根据进行回熔的厚度由上述时点适当选择。
[回熔工序S3]
接触工序S2时的Si-C溶液7的温度低于晶体生长温度。接触工序S2后，Si-C溶液7的温度继续升高至晶体生长温度。随着温度升高，Si-C溶液7的C浓度成为未饱和，因此SiC晶种8中与Si-C溶液7接触的部分发生溶解而产生回熔。图2中，假定在时点P2进行接触工序S2，图示回熔工序S3。在图2的时点P3进行接触工序S2的情况下，回熔工序S3由时点P3开始。
[生长工序S4]
Si-C溶液7的温度形成晶体生长温度后，实施生长工序S4。生长工序S4中，在晶体生长温度下在SiC晶种8的晶体生长面生长SiC单晶。具体而言，将Si-C溶液7中的SiC晶种8的附近区域过冷却、使该附近区域的SiC形成过饱和状态。由此，在SiC晶种8之上生长SiC单晶。对于将Si-C溶液7中的SiC晶种8的附近区域过冷却的方法没有特别限定。例如可以控制感应加热装置3，使Si-C溶液7中的SiC晶种8的附近区域的温度比其它区域的温度低。
通过晶体生长温度高于1500℃，可以增大SiC单晶的生长速度。通过晶体生长温度低于2100℃，可以抑制Si-C溶液7的蒸发。因此，晶体生长温度优选为1500～2100℃。晶体生长温度的更优选的下限为1600℃、进一步优选1700℃。晶体生长温度的更优选的上限为2050℃、进一步优选2000℃。
对于晶体生长，可以将温度维持恒定的同时进行，也可以使温度升高的同时进行。通过使温度升高的同时进行晶体生长，可以将Si-C溶液7中的C浓度的过饱和度调整到适当的范围内。因此，可以抑制SiC多晶的产生。
利用以上工序的制造方法的情况下，可以抑制Si-C溶液7润升到SiC晶种8的侧面。因此可以抑制SiC多晶的产生。
[其它工序]
本实施方式的SiC单晶的制造方法还可以包括下述工序。
[输出功率维持工序S5]
本实施方式的制造方法可以在上述输出功率升高工序S1中、接触工序S2之前包括输出功率维持工序S5。输出功率维持工序S5中，使感应加热装置3的高频输出功率以比晶体生长时的高频输出功率低的状态维持一定时间。输出功率维持工序S5中的Si-C溶液7的温度为Si-C溶液7的原料的熔点以上。通过维持感应加热装置3的高频输出功率，将Si-C溶液7的温度维持恒定。由此，在坩埚5内，Si-C溶液7的浓度容易变得均匀。输出功率维持工序S5可以进行多次，也可以阶段性地升温。输出功率维持工序S5中，Si-C溶液7的温度优选与Si的熔点相比充分高。因此，输出功率维持工序S5中的Si-C溶液7的温度的下限优选为1450℃、更优选1500℃。输出功率维持工序S5中的Si-C溶液7的温度与晶体生长时的Si-C溶液7的温度相比充分低的情况下，可以更切实地进行回熔。因此，输出功率维持工序S5中的Si-C溶液7的温度的上限优选为1700℃、更优选1600℃。
[弯月面形成工序]
本实施方式的制造方法在接触工序S2之后可以包括弯月面形成工序。弯月面形成工序中，将与Si-C溶液7接触的SiC晶种8自Si-C溶液7的液面向上方提升，形成弯月面。通过形成弯月面，可以进一步抑制Si-C溶液7的润升。弯月面高度的优选下限为0.1mm、更优选0.5mm。弯月面高度的优选上限为4.0mm、更优选3.0mm。
实施例
[实施例1]
本实施例中，使用图1所示的制造装置1。本实施例中，坩埚5为石墨坩埚，感应加热装置3为高频线圈，籽晶轴6为石墨，腔室2为水冷不锈钢腔室。
向石墨坩埚内按原子比计以Si:Cr＝0.5:0.5方式装入Si-C溶液的原料。将制造装置的内部用氩气置换。制造装置内的气氛置换利用气体插入口和气体排气口进行。通过高频线圈将石墨坩埚和Si-C溶液的原料加热从而制作Si-C溶液。
本实施例中，以Si-C溶液的上部形成低温的方式形成温度梯度。温度梯度的形成通过控制石墨坩埚与高频线圈的位置关系来形成。具体而言，通过以Si-C溶液的中央部与高频线圈的高度的中央相比形成下侧的方式配置，由此形成温度梯度。温度梯度通过与本实施例不同地，预先在Si-C溶液内插入热电偶并测定温度来确认。
本实施例中，晶体生长温度为1897℃，适合的感应加热装置的高频输出功率为15kW。感应加热装置的高频输出功率刚升高到15kW之后，使保持SiC晶种的籽晶轴下降、使Si-C溶液与SiC晶种接触。此时，Si-C溶液的温度为1687℃。尽管为相当于Si-C溶液的温度为1897℃的情况的感应加热装置的高频输出功率(15kW)，接触时的Si-C溶液的温度也低于1897℃。这是由于，相对于感应加热装置的高频输出功率的升高，Si-C溶液的温度升高慢。所使用的SiC晶种为4H多晶型的SiC单晶、SiC晶种的下表面(晶体生长面)为(000-1)面。SiC晶种的厚度为445μm。使Si-C溶液与SiC晶种接触后，提升SiC晶种、形成弯月面。弯月面高度为2mm。将感应加热装置的高频输出功率维持于15kW使SiC单晶生长。生长时间为20小时。
[实施例2]
使用425μm厚度的SiC晶种。进而，弯月面设为4mm。其它条件与实施例1同样地制造SiC单晶。
[实施例3]
使用490μm厚度的SiC晶种。进而，在输出功率升高工序中的感应加热装置的高频输出功率为晶体生长时的高频输出功率的81％的时点进行接触工序。即，使SiC晶种与Si-C溶液接触时的感应加热装置的高频输出功率为12.2kW。其它条件与实施例1同样地制造SiC单晶。
[实施例4]
使用450μm厚度的SiC晶种。进而，不形成弯月面(弯月面高度0mm)。其它条件与实施例1同样地制造SiC单晶。
[比较例]
比较例中，在输出功率升高工序中的感应加热装置的高频输出功率为晶体生长时的高频输出功率的80％的时点进行接触工序。即，使SiC晶种与Si-C溶液接触时的感应加热装置的高频输出功率为12kW。此时的Si-C溶液的温度为1687℃。接触工序之后，将高频输出功率升高到15kW来进行输出功率升高工序。其它与实施例1同样地制造SiC单晶。
[评价结果]
各测定条件和评价结果如表1所示。润升有无，在各制造条件下制造SiC单晶后通过肉眼确认。表中，“ND”表示没有确认润升、“D”表示确认了润升。
[表1]
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 比较例
接触时输出功率[kW] 15 15 12.2 15 12
接触时温度[℃] 1687 1687 1687 1687 1687
弯月面高度[mm] 2 4 2 0 2
晶体生长时输出功率[kW] 15 15 15 15 15
晶体生长温度[℃] 1897 1897 1897 1897 1897
晶体生长时间[小时] 20 20 20 20 20
晶种厚度[μm] 445 425 490 450 445
晶体生长厚度[μm] 3309 3797 3115 2236 2373
润升有无 ND ND ND ND D
对于实施例1～4，在感应加热装置的高频输出功率大于晶体生长时的高频输出功率的80％并且Si-C溶液的温度低于晶体生长温度时，进行接触工序。因此，Si-C溶液的润升得到抑制(参照表1、图3及图4)。
另一方面，对于比较例，在感应加热装置的高频输出功率为晶体生长时的高频输出功率的80％的时点进行接触工序。因此，确认了Si-C溶液的润升(参照表1及图5)。认为这是由于，接触工序之后，将感应加热装置的高频输出功率升高至相当于晶体生长温度的高频输出功率，由此Si-C溶液的液面进一步隆起。
以上对本发明的实施方式进行了说明。但是，上述实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因此，本发明不被上述实施方式所限定，在不脱离其宗旨的范围内可以适当变更上述实施方式来实施。
附图标记说明
1 制造装置
3 感应加热装置
7 Si-C溶液
8 SiC晶种

Claims (4)

1.一种利用溶液生长法的SiC单晶的制造方法，其具备：
将感应加热装置的高频输出功率升高到晶体生长时的高频输出功率的输出功率升高工序，
在所述感应加热装置的所述高频输出功率大于所述晶体生长时的所述高频输出功率的80％并且Si-C溶液的温度低于晶体生长温度时、使SiC晶种与Si-C溶液接触的接触工序，和
在所述晶体生长温度下使SiC单晶生长的生长工序。
2.根据权利要求1所述的利用溶液生长法的SiC单晶的制造方法，其在所述输出功率升高工序中、所述接触工序之前，还具备：将所述感应加热装置的所述高频输出功率以比所述晶体生长时的所述高频输出功率低的状态维持一定时间的输出功率维持工序。
3.根据权利要求1或2所述的利用溶液生长法的SiC单晶的制造方法，其在所述接触工序之后还具备使所述SiC晶种向上方移动而形成弯月面的弯月面形成工序。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的利用溶液生长法的SiC单晶的制造方法，其中，所述生长工序中，使所述晶体生长温度升高的同时进行晶体生长。
CN201680027101.5A 2015-03-18 2016-03-16 SiC单晶的制造方法 Active CN107532329B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-055455 2015-03-18
JP2015055455 2015-03-18
PCT/JP2016/058395 WO2016148207A1 (ja) 2015-03-18 2016-03-16 ＳｉＣ単結晶の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107532329A true CN107532329A (zh) 2018-01-02
CN107532329B CN107532329B (zh) 2020-06-26

Family

ID=56919067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680027101.5A Active CN107532329B (zh) 2015-03-18 2016-03-16 SiC单晶的制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10145025B2 (zh)
JP (1) JP6500977B2 (zh)
KR (1) KR101983491B1 (zh)
CN (1) CN107532329B (zh)
WO (1) WO2016148207A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023143298A1 (zh) * 2022-01-27 2023-08-03 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 制造碳化硅晶体的装置及制造碳化硅晶体的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102122739B1 (ko) 2017-12-19 2020-06-16 한국세라믹기술원 단결정 성장을 위하여 용액에 침잠되는 돌설부를 구비하는 도가니

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102449208A (zh) * 2009-07-17 2012-05-09 丰田自动车株式会社 SiC单晶的制造方法
CN102471927A (zh) * 2009-07-17 2012-05-23 丰田自动车株式会社 SiC单晶的制造方法
WO2014013773A1 (ja) * 2012-07-19 2014-01-23 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶のインゴット及びその製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4853449B2 (ja) 2007-10-11 2012-01-11 住友金属工業株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法、ＳｉＣ単結晶ウエハ及びＳｉＣ半導体デバイス
US9617655B2 (en) * 2010-12-27 2017-04-11 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Manufacturing apparatus of SiC single crystal and method for manufacturing SiC single crystal
WO2012127703A1 (ja) 2011-03-23 2012-09-27 トヨタ自動車株式会社 SiC単結晶の製造方法および製造装置
JP5876390B2 (ja) 2012-08-30 2016-03-02 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
EP2881499B1 (en) * 2013-12-06 2020-03-11 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for growing silicon carbide crystal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102449208A (zh) * 2009-07-17 2012-05-09 丰田自动车株式会社 SiC单晶的制造方法
CN102471927A (zh) * 2009-07-17 2012-05-23 丰田自动车株式会社 SiC单晶的制造方法
WO2014013773A1 (ja) * 2012-07-19 2014-01-23 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶のインゴット及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023143298A1 (zh) * 2022-01-27 2023-08-03 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 制造碳化硅晶体的装置及制造碳化硅晶体的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016148207A1 (ja) 2016-09-22
US20180112329A1 (en) 2018-04-26
KR101983491B1 (ko) 2019-05-28
JP6500977B2 (ja) 2019-04-17
JPWO2016148207A1 (ja) 2017-12-28
US10145025B2 (en) 2018-12-04
KR20170128527A (ko) 2017-11-22
CN107532329B (zh) 2020-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3396029B1 (en) Sic single crystal production method and production apparatus
JP5803519B2 (ja) ＳｉＣ単結晶の製造方法及び製造装置
JP5925319B2 (ja) ＳｉＣ単結晶の製造装置及びＳｉＣ単結晶の製造方法
CN104066874B (zh) 单晶制造装置所使用的籽晶保持轴以及单晶制造方法
CN101910474A (zh) 单晶制造装置
US9982365B2 (en) Method for producing SiC single crystal
JP5163386B2 (ja) シリコン融液形成装置
CN107532329A (zh) SiC单晶的制造方法
JP6033650B2 (ja) 単結晶製造装置、および単結晶の製造方法
KR101842487B1 (ko) 도가니 및 단결정 육성 장치 및 단결정 육성 방법
JP4645496B2 (ja) 単結晶の製造装置および製造方法
JP6354615B2 (ja) ＳｉＣ単結晶の製造方法
WO2014013305A2 (en) APPARATUS FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL BY SOLUTION GROWTH METHOD, AND METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL BY USING THE PRODUCTION APPARATUS AND CRUCIBLE USED IN THE PRODUCTION APPARATUS
JP5489064B2 (ja) シリコン単結晶の育成方法
CN107532328B (zh) SiC单晶的制造方法
JP5823947B2 (ja) ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP6958854B2 (ja) 磁歪材料の製造方法
CN115595656B (zh) 一种用于升华法生长氮化铝晶体的装置
CN107354510A (zh) SiC 单晶及其制造方法
JP2018150193A (ja) ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP2017193469A (ja) アフターヒータ及びサファイア単結晶製造装置
JP2016088812A (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法及び製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant