CN108796609A - SiC单晶的制造方法和制造装置 - Google Patents

SiC单晶的制造方法和制造装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108796609A
CN108796609A CN201810370122.8A CN201810370122A CN108796609A CN 108796609 A CN108796609 A CN 108796609A CN 201810370122 A CN201810370122 A CN 201810370122A CN 108796609 A CN108796609 A CN 108796609A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
graphite crucible
crucible
mentioned
sic single
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
CN201810370122.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108796609B (zh
Inventor
土井雅喜
大黑宽典
加渡干尚
佐藤友大
关和明
楠彦
楠一彦
岸田丰
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 CN108796609A publication Critical patent/CN108796609A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108796609B publication Critical patent/CN108796609B/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
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/003—Heating or cooling of the melt or the crystallised material
    • 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
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • 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
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • 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
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • 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
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C30B15/305—Stirring of the melt
    • 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
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/08—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • 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
    • C30B30/00—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions
    • C30B30/02—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions using electric fields, e.g. electrolysis
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及SiC单晶的制造方法和制造装置。提供可进行SiC单晶的长时间生长的基于溶液法的SiC单晶的制造方法。SiC单晶的制造方法，其是使保持于晶种保持轴的晶种基板接触放入石墨坩埚且具有从内部向液面温度降低的温度梯度的Si‑C溶液从而使SiC单晶进行晶体生长的SiC单晶的制造方法，包括：利用感应线圈对Si‑C溶液进行电磁搅拌以使其流动，和利用电阻加热器对石墨坩埚的下部进行加热。

Description

SiC单晶的制造方法和制造装置
技术领域
本公开涉及SiC单晶的制造方法和制造装置。
背景技术
SiC单晶在热学、化学方面非常稳定，机械强度优异、耐辐射线强、而且与Si单晶相比具有高的绝缘击穿电压、高的热导率等优异物性。因此，可实现Si单晶和GaAs单晶等现有半导体材料不能实现的高输出、高频、耐电压、耐环境性等，作为可大电力控制和节能的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、车载用高温器件材料、耐辐射线器件材料等这样的宽范围的新一代半导体材料的期待正在高涨。
以往，作为SiC单晶的生长方法，代表性的已知有气相法、艾奇逊(Acheson)法和溶液法。在气相法中，例如在升华法中，虽然具有在所生长的单晶中容易产生被称作微管缺陷的中空贯穿状的缺陷、层叠缺陷等晶格缺陷和多晶型等的缺点，但以往大多SiC块状单晶通过升华法制造，也进行了降低生长晶体的缺陷的尝试。在艾奇逊法中，由于使用硅石和焦炭作为原料并在电炉中进行加热，因此，由于原料中的杂质等而不可能得到结晶性高的单晶。
而且，溶液法为如下方法：在石墨坩埚中形成Si熔液或形成熔融了Si以外的金属的Si熔液，使C溶解到该熔液中，使SiC晶体层在设置于低温部的晶种基板上析出并生长。由于溶液法与气相法相比进行接近热平衡状态下的晶体生长，因此可最期待低缺陷化。因此，近来，提出了一些基于溶液法的SiC单晶的制造方法(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-173645号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1公开了一种使用电阻加热方式的加热器或感应加热方式的加热器的、基于溶液法的SiC单晶的制造方法。但是，在专利文献1等以往技术中，难以减小与石墨坩埚的内部接触的位置处的Si-C溶液的温度分布的偏差(variation)，来自石墨坩埚的碳的溶出量变得不均匀，坩埚的溶解局部变大，在坩埚中形成孔，因此难以进行长时间生长。
因此，需要可长时间生长的SiC单晶的制造方法和制造装置。
用于解决课题的手段
本发明的主旨如以下那样。
(1)SiC单晶的制造方法，其是使保持于晶种保持轴的晶种基板接触放入石墨坩埚且具有从内部向液面温度降低的温度梯度的Si-C溶液从而使SiC单晶进行晶体生长的SiC单晶的制造方法，包括：
利用感应线圈对上述Si-C溶液进行电磁搅拌以使其流动，和
利用电阻加热器对上述石墨坩埚的下部进行加热。
(2)上述(1)所述的SiC单晶的制造方法，其中，对上述石墨坩埚的下部进行加热包括：对上述石墨坩埚的底部进行加热以及对保持上述石墨坩埚的底部的坩埚保持轴进行加热中的至少一者。
(3)上述(1)或(2)所述的SiC单晶的制造方法，其中，包括利用上述电阻加热器进一步对上述石墨坩埚的侧部进行加热。
(4)SiC单晶的制造装置，其是具备收容Si-C溶液的石墨坩埚、感应线圈、电阻加热器和在铅垂方向可移动地配置的晶种保持轴并且使保持于上述晶种保持轴的晶种基板接触以具有从内部向液面温度降低的温度梯度的方式被加热了的上述Si-C溶液，从而使SiC单晶从上述晶种基板生长的、基于溶液法的SiC单晶的制造装置，其中，
上述石墨坩埚通过上述石墨坩埚的底部保持于坩埚保持轴，
上述感应线圈配置在上述石墨坩埚的侧部的周围，
上述电阻加热器配置在对上述石墨坩埚的下部进行加热的位置。
(5)上述(4)所述的SiC单晶的制造装置，其中，所述电阻加热器配置在面对上述石墨坩埚的底部下面的位置以及上述坩埚保持轴的周围中的至少一者。
(6)上述(4)或(5)所述的SiC单晶的制造装置，其中，上述电阻加热器进一步配置在上述石墨坩埚的侧部的周围以及上述感应线圈的内侧。
发明效果
根据本公开的方法和装置，可进行SiC单晶的长时间生长。
附图说明
图1是以往使用的SiC单晶制造装置的剖面示意图。
图2是仅利用感应线圈进行Si-C溶液的流动和加热时的Si-C溶液的流动与温度分布的一例。
图3是仅利用感应线圈进行Si-C溶液的流动和加热、使SiC单晶实际进行了晶体生长后的石墨坩埚的剖面照片。
图4是对图3的由虚线包围的部分的放大照片。
图5是仅利用感应线圈进行Si-C溶液的流动和加热时的石墨坩埚内的Si-C溶液的温度分布的一例。
图6是表示仅使用感应线圈作为加热装置使SiC单晶实际进行了晶体生长时的ΔTd与可生长时间的关系的坐标图。
图7是表示为了使用感应线圈得到Si-C溶液的目标温度的线圈频率与线圈电流(系数)的关系的坐标图。
图8是表示为了使用感应线圈得到Si-C溶液的目标流动速度的线圈频率与线圈电流(系数)的关系的坐标图。
图9是可在本公开的方法中使用的SiC单晶制造装置的一例的剖面示意图。
图10是可在本公开的方法中使用的石墨坩埚的一例的剖面示意图。
图11是表示为了得到Si-C溶液的上升流速12.8mm/秒的线圈频率与线圈输出功率(系数)的关系的坐标图。
图12是可在本公开的方法中使用的SiC单晶制造装置的一例的剖面示意图。
图13是可在本公开的方法中使用的SiC单晶制造装置的一例的剖面示意图。
图14是形成于晶种基板与Si-C溶液之间的弯液面的剖面示意图。
图15是以往使用的SiC单晶制造装置的剖面示意图。
图16是可在本公开的方法中使用的SiC单晶制造装置的一例的剖面示意图。
附图标记说明
1 石墨坩埚的侧部
3 石墨坩埚的底部
5 石墨坩埚的下部
7 坩埚保持轴
8 坩埚保持轴的保持部
10 石墨坩埚
100 单晶制造装置
200 单晶制造装置
12 晶种保持轴
13 晶种保持轴的保持部
14 晶种基板
18 隔热材料
22 感应线圈
24 Si-C溶液
26 石英管
28 坩埚上部的开口部
30A、30A1、30A2 底部加热器
30B 轴部加热器
30C 侧部加热器
30D 侧部加热器
34 弯液面
具体实施方式
在本说明书中，(000-1)面等表达中的“-1”是将原本在数字上方赋予横线来表示之处表达为“-1”。
以往，在基于溶液法的SiC单晶的生长中，通常进行：加热石墨坩埚和原料以使原料熔融，进而使石墨坩埚中的碳溶入熔融原料中，由此形成Si-C溶液，利用感应线圈使Si-C溶液流动以将溶质供给至生长界面，从而进行晶体生长。通过这样使石墨坩埚溶解，可得到SiC单晶的晶体生长所需的碳。但是，由于局部地坩埚的溶解变大、在坩埚中形成孔，因此难以进行长时间生长。
为了可进行SiC单晶的长时间生长，本发明人进行了专心研究，得到了以下见解。
在使用利用以往的SiC单晶制造装置具备的感应线圈(也称作高频线圈)的高频感应加热作为加热方法时，与石墨坩埚的内壁接触的位置处Si-C溶液的温度在坩埚内具有分布。通常，形成与石墨坩埚的侧部内壁接触的位置处Si-C溶液的液面附近成为较高温、与石墨坩埚的底部内壁接触的位置处Si-C溶液的温度成为较低温的温度分布。
由于石墨坩埚通常为密度大致一定的均质的材质，因此石墨坩埚的溶解容易度依赖于与石墨坩埚的内壁接触的位置处的Si-C溶液的温度分布。因此，石墨坩埚优先从与石墨坩埚的内壁接触的位置处的Si-C溶液的温度最高的部位溶解。
图1中示出以往使用的SiC单晶制造装置的剖面示意图。图1所示的SiC单晶制造装置100在石墨坩埚10的侧部的周围具备感应线圈22，可进行由利用感应线圈22的Si-C溶液24的电磁搅拌引起的流动和加热。碳从石墨坩埚10溶入包含Si的熔液中，形成Si-C溶液24。
通常，由图1所示的虚线圆标记表示的Si-C溶液24的液面与石墨坩埚10的侧部内壁的边界附近被加热至最高温，并且通过利用感应线圈22的电磁搅拌，Si-C溶液24在坩埚内流动，因此从石墨坩埚10溶出的碳量(坩埚的溶解量)在上述边界附近最多。上述边界附近的坩埚的局部溶解(以下也称作熔损)限制延长晶体生长时间，生长晶体的长大化变得困难。
图2中示出使用图1所示的SiC单晶制造装置，在石墨坩埚的侧部的周围配置感应线圈，仅利用感应线圈进行Si-C溶液的流动和加热时的Si-C溶液的流动和温度分布的一例。使用CGSim(自溶液的块状晶体生长模拟软件，STR Japan制，Ver.14.1)算出图2的Si-C溶液的流动和温度分布。最加热部是Si-C溶液的液面与石墨坩埚的侧部内壁的边界附近的虚线圆标记所示的部位。Si-C溶液在箭头所示的方向上流动。
图3中示出使用图1所示那样的SiC单晶制造装置，仅利用感应线圈进行Si-C溶液的流动和加热、使SiC单晶实际进行了晶体生长后的石墨坩埚的剖面照片。在石墨坩埚10的内部存在冷却凝固的Si-C溶液。图4中示出图3的由虚线包围的部分的放大照片。图4的由虚线所示的部位表示在将石墨坩埚用于晶体生长之前的初期的坩埚形状。可知Si-C溶液的液面与石墨坩埚的边界附近的坩埚厚度变薄。
图5中示出仅利用以往的感应线圈进行Si-C溶液的流动和加热时的、石墨坩埚内的Si-C溶液的温度分布的一例。使用CGSim算出图5的Si-C溶液的流动和温度分布。为了延长可生长时间，需要降低由箭头所示的区域中的Si-C溶液的温度分布ΔTd。作为与图5所示的石墨坩埚的内壁接触的位置处的Si-C溶液中最高温度与最低温度之差算出ΔTd。由箭头所示的区域为石墨坩埚的内壁与Si-C溶液的边界的右半部分。通常，石墨坩埚具有对称形状，因此可将右半部分或左半部分的ΔTd作为对象。在石墨坩埚具有非对称形状的情况下，可将与石墨坩埚的内壁接触的位置处的Si-C溶液整体的ΔTd作为对象。
图6中示出表示使用图1所示那样的SiC单晶制造装置，使SiC单晶实际进行了晶体生长时的ΔTd与可生长时间的关系的坐标图。可生长时间是从晶体生长开始到在石墨坩埚中形成孔的时间。在仅利用感应线圈进行Si-C溶液的流动和加热的以往技术中，不能将ΔTd降低至小于2.3℃，在SiC单晶的晶体生长中石墨坩埚不均匀地溶解，因此可生长时间期望为50小时以上，但最大为45小时左右。
在此，图7中示出为了使用感应线圈得到Si-C溶液的目标温度的线圈频率与线圈电流(系数)的关系。另外，图8中示出为了使用感应线圈得到Si-C溶液的目标流动速度的线圈频率与线圈电流(系数)的关系。线圈电流(系数)(以下简称为线圈电流)是指在仅利用以往的感应线圈进行Si-C溶液的流动和加热时，将为了同时得到以往通常作为目标的Si-C溶液的温度(2000℃)和流动速度(上升流速12.8mm/秒)的线圈频率(5000Hz)与线圈电流的组合中的线圈电流作为基准(设为1)的由相对大小表示的值。使用CGSim算出图7和8的坐标图。
如图7所示，为了使Si-C溶液的液面温度为2000℃，需要提高线圈频率并且降低线圈电流，或者降低线圈频率并且提高线圈电流。
相对于此，如图8所示，为了得到Si-C溶液的所期望的上升流速12.8mm/秒，需要降低线圈频率并且也降低线圈电流，或者提高线圈频率并且也提高线圈电流。Si-C溶液的上升流速是距晶种基板的底面(生长面)在铅垂方向下方10mm位置处的Si-C溶液的向着铅垂方向上方的流动速度。
如从图7和8中可知的那样，如果为了得到Si-C溶液的上升流12.8mm/秒而一起提高线圈频率和线圈电流，则Si-C溶液变得过加热，如果一起降低线圈频率和线圈电流，则Si-C溶液变得加热不足。换言之，在将线圈频率设为5000Hz且将线圈电流设为1时，能使Si-C溶液的上升流速成为12.8mm/秒且使液面温度成为2000℃，但不能在将上升流速保持为12.8mm/秒的同时得到2000℃以外的液面温度，或者不能在将液面温度保持为2000℃的同时得到12.8mm/秒以外的上升流速。
因此，为了得到Si-C溶液的所期望的流动速度和温度的线圈频率和线圈电流的条件被限定在非常窄的范围，Si-C溶液整体的温度分布也确定。
因此可知，在仅利用以往的感应线圈的加热方式中，不能在确保Si-C溶液的所期望的流动的同时控制Si-C溶液的温度分布，ΔTd的降低变得困难，石墨坩埚的熔损被促进，不能进行长时间的生长。
另外，仅使用以往的电阻加热器的情形也同样，降低ΔTd是困难的，进而也不能得到Si-C溶液的所期望的流动。即使简单组合以往的感应线圈和电阻加热器，也不能在确保Si-C溶液的所期望的流动的同时降低ΔTd。
本发明人新得到了上述见解，发现了在需要Si-C溶液的所期望的流动和加热的溶液法中，采用将用于得到流动的电磁感应和用于得到加热的电阻加热的功能分担进行分开的方式，进而特别规定电阻加热的位置，由此能降低ΔTd、可进行长时间生长的SiC单晶的制造方法和制造装置。
本公开的方法以如下的SiC单晶的制造方法为对象，该制造方法是使保持于晶种保持轴的晶种基板接触放入石墨坩埚且具有从内部向液面温度降低的温度梯度的Si-C溶液从而使SiC单晶进行晶体生长的SiC单晶的制造方法，包括：利用感应线圈对Si-C溶液进行电磁搅拌以使其流动，和利用电阻加热器对石墨坩埚的下部进行加热。
根据本公开的方法，能在得到Si-C溶液的所期望的流动的同时降低ΔTd从而将石墨坩埚比以往更均匀地溶解，因此可通过长时间的晶体生长进行长尺寸晶体的生长。
图9中示出可在本公开的方法中使用的SiC单晶制造装置的一例的剖面示意图。图10中示出可在本公开的方法中使用的石墨坩埚的一例的剖面示意图。
如图10所示，石墨坩埚10的侧部1是指由虚线包围的范围的坩埚的从最上部到最下部的高度方向的坩埚部分。石墨坩埚10的底部3是指由虚线包围的范围的宽度方向的坩埚部分。石墨坩埚10的下部5是指由图10的虚线包围的区域，包括石墨坩埚10的底部和保持底部的坩埚保持轴7的部分。
感应线圈22电磁搅拌Si-C溶液24以使其流动。如图9所示，感应线圈22以包围石墨坩埚10的侧部的外周的方式配置。
根据图8所示的坐标图可知，在得到所期望的Si-C溶液的流动例如上升流速12.8mm/秒时，在将感应线圈的频率低频化至比频率数以往低的数十Hz水平时，感应效率(Si-C溶液的搅拌效率)下降。
图11中示出为了得到Si-C溶液的上升流速12.8mm/秒的线圈频率与线圈输出功率(系数)的关系的坐标图。线圈输出功率(系数)(以下简称为线圈输出功率)是指在仅利用以往的感应线圈进行Si-C溶液的流动和加热时，将为了同时得到以往通常作为目标的Si-C溶液的温度(2000℃)和流动速度(上升流速12.8mm/秒)的线圈频率(5000Hz)与线圈输出功率的组合中的线圈输出功率设为基准(设为1)的由相对大小表示的值。由图11可知，在由虚线包围的250Hz以上且低于1000Hz的范围内能使线圈输出功率最低，感应效率高。在以往技术中，为了得到所期望的Si-C溶液的液面温度和流动速度，需要将线圈频率和线圈电流设定在非常窄的范围，但在本公开的方法中，由于利用以加热石墨坩埚的下部的方式配置的电阻加热器进行Si-C溶液的加热，因此能将线圈频率设在感应效率最好的频率范围。
因此，在本公开的方法中，能将感应线圈的频率设为比以往低的频率范围，优选为250Hz以上且低于1000Hz，更优选为300Hz以上且900Hz以下，进一步优选为350Hz以上且800Hz以下。该范围的频率是以往的感应线圈的频率即约5000Hz的约1/20以上且低于1/5。
在本公开的方法中，利用感应线圈在Si-C溶液中引起规定的流动并抑制Si-C溶液的加热，进而以电阻加热器为主导进行Si-C溶液的加热。虽然在感应线圈电磁搅拌Si-C溶液以使其流动的同时，Si-C溶液可被稍微加热，但Si-C溶液的主要加热利用以加热石墨坩埚的下部的方式配置的电阻加热器进行。在使感应线圈的频率处于上述的低频率范围的情况下，能将由感应线圈引起的Si-C溶液的加热抑制为最小程度。在本公开的方法中，将电阻加热器的输出功率设为零并仅使用感应线圈时的Si-C溶液24的加热作为Si-C溶液的液面温度设为直至优选800℃以下、更优选600℃以下、进一步优选400℃以下。除了利用感应线圈的Si-C溶液的加热，主要利用以加热石墨坩埚的下部的方式配置的电阻加热器对Si-C溶液进行加热，可进行加热使得Si-C溶液的液面温度成为优选1800～2200℃。
对石墨坩埚的下部5进行加热优选包括对石墨坩埚10的底部3进行加热以及对保持石墨坩埚10的底部的坩埚保持轴7进行加热之中的至少一者，更优选包括对石墨坩埚10的底部3进行加热以及对保持石墨坩埚10的底部的坩埚保持轴7进行加热这两者。石墨坩埚10和坩埚保持轴7优选由相同的材料构成。石墨坩埚10和坩埚保持轴7优选密度为1.55～2.00g/cm3的范围的石墨。
如图9和10所例示，坩埚保持轴7配置于坩埚10的底部3的下方，保持石墨坩埚的底部。石墨坩埚的底部3的至少一部分由坩埚保持轴7保持。底部3和坩埚保持轴7可使用碳粘结剂等进行粘接。坩埚10和坩埚保持轴7可以是从石墨切出而得到的一体化的制品。
石墨坩埚的形状不特别限定，可使用与以往同样的形状的石墨坩埚。优选地，石墨坩埚具有内径为80～150mm、外径为90～180mm、深度(从坩埚的底部内壁的最低部位至坩埚侧部的最上部的铅垂方向的长度)为70～150mm的尺寸。
坩埚保持轴的形状只要能保持坩埚就不特别限定，例如可具有圆柱形状(包括正圆柱和椭圆柱)或棱柱形状。从石墨坩埚10的稳定保持的观点考虑，坩埚保持轴7的铅垂方向的长度优选为5mm以上。坩埚保持轴7的铅垂方向的长度的上限不特别限定，可以为例如100mm以下、50mm以下或30mm以下。
放入石墨坩埚10内的Si-C溶液24的深度(从坩埚的底部内壁的最低部位至液面的铅垂方向的长度)为30mm以上，优选为40mm以上，更优选为50mm以上。通过使Si-C溶液24的深度为上述范围，能容易提高向着晶体生长面的Si-C溶液的上升流速，能进行更稳定的SiC单晶的生长。Si-C溶液的上升流速优选为5mm/秒以上，更优选为8mm/秒以上，进一步优选为12mm/秒以上。Si-C溶液的上升流速的上限优选为25mm/秒以下，更优选为20mm/秒以下。在Si-C溶液的上升流速为上述范围时，能进行更稳定的SiC单晶的生长。
图9中示出对石墨坩埚10的底部3进行加热的电阻加热器30A(也称作底部加热器)的优选配置位置。电阻加热器30A以面对石墨坩埚10的底部下面的方式配置于大致水平方向，能对石墨坩埚10的底部3进行加热。通过用电阻加热器30A对石墨坩埚10的底部3进行加热，能提高以往容易成为较低温的底部3的温度。因此，能减小ΔTd。电阻加热器30A例如可配置在距离石墨坩埚10的底部下面在铅垂方向下方2～20mm处。
电阻加热器30A可以为1个或2个以上的个别的电阻加热器。优选地以面对石墨坩埚10的底部下面的方式在水平方向配置2个以上的底部加热器。例如，可使配置于水平方向的多个底部加热器的水平方向内侧(即接近坩埚保持轴的一侧)的输出功率较大、使水平方向外侧(即远离坩埚保持轴的一侧)输出功率较小。通过上述那样控制以面对坩埚的底部下面的方式在水平方向配置的多个底部加热器的输出功率，能进一步减小ΔTd。
通过这样配置多个电阻加热器，可进行部分的温度控制，因此能通过更精确的温度控制来进一步减小ΔTd。
图12示出对坩埚保持轴7进行加热的电阻加热器30B(也称为轴部加热器)的优选配置位置。图12的SiC单晶制造装置也具备电阻加热器30A，但可以仅具备电阻加热器30B。电阻加热器30B在大致铅垂方向配置于坩埚保持轴7的周围，可对坩埚保持轴7进行加热。通过用电阻加热器30B对坩埚保持轴7进行加热，也能提高以往容易成为较低温的底部3的温度。因此，能减小ΔTd。电阻加热器30B例如可配置在距离坩埚保持轴7的侧面在外侧2～10mm处。
坩埚保持轴可以是在铅垂方向可移动的。在坩埚保持轴在铅垂方向可移动的情况下，石墨坩埚也可移动。
优选地，用电阻加热器对石墨坩埚的侧部进行加热。图13中示出对石墨坩埚10的侧部进行加热的电阻加热器(也称作侧部加热器)的优选配置位置。图13例示具备作为两个个别的侧部加热器的电阻加热器30C、30D的SiC单晶制造装置200。侧部加热器与底部加热器和轴部加热器中的至少一者组合地使用。电阻加热器30C、30D在大致铅垂方向配置于石墨坩埚10的侧部的周围，可对石墨坩埚10的侧部进行加热。
侧部加热器优选以面对石墨坩埚10的侧部的方式在大致铅垂方向配置在从坩埚侧部的上部至下部。
侧部加热器可以为1个或2个以上，优选为2个以上的个别的电阻加热器。在对石墨坩埚的侧部进行加热的电阻加热器为2个以上的个别的电阻加热器的情况下，如图13所示，优选2个以上的个别的电阻加热器中的至少一个与Si-C溶液的液面相比配置于基本上铅垂方向上方，至少一个与Si-C溶液的液面相比配置于基本上铅垂方向下方。该情况下，优选使使底部加热器和/或轴部加热器以及与Si-C溶液的液面相比配置于上方的侧部加热器的输出功率相对大、使与Si-C溶液的液面相比配置于下方的侧部加热器的输出功率相对小。通过如上述那样设置电阻加热器的配置和输出功率，可进一步减小ΔTd。
在配置侧部加热器的情况下，可在侧部加热器的周围配置感应线圈。该情况下，可在进行温度控制的Si-C溶液的附近配置侧部加热器，因此Si-C溶液的温度的控制性好。不过，为了不使感应电流影响侧部加热器，优选在侧部加热器中切出狭缝(slit)。优选也在底部加热器和轴部加热器中切出狭缝。狭缝的宽度和间隔可根据石墨坩埚的大小等调整，例如狭缝的宽度可以为3～10mm，狭缝的间隔可以为15～25mm。
即使改变电阻加热器的输出功率，只要不改变感应线圈的条件，则Si-C溶液的上升流速恒定。
根据本公开的方法，ΔTd可减小至优选2.2℃以下、更优选1.0℃以下。如图6所示，在ΔTd为2.2℃以下时，能使可进行晶体生长的时间为50小时以上。
可进行晶体生长的时间优选为50小时以上，更优选为90小时以上。只要石墨坩埚中不形成孔，则可进行晶体生长的时间的上限没有限定，可进行晶体生长的时间例如可设为300小时以内。
根据本公开的方法，由于可使用感应线圈和电阻加热器分别各自地控制Si-C溶液的温度和流动，因此从晶体生长初期到后期，即使相对于由晶体生长进行而导致的Si-C溶液量的减少和石墨坩埚的壁厚减少，也可控制感应线圈和电阻加热器，在将ΔTd维持在所期望的范围内的同时进行长时间的晶体生长。底部加热器、轴部加热器和侧部加热器可在铅垂方向移动，也可在晶体生长中改变铅垂方向的位置。
以下对于本公开涉及的方法的上述以外的构成的例子进行说明。本公开涉及的方法为基于溶液法的SiC单晶的制造方法。在溶液法中，可使SiC晶种基板接触具有从内部向表面(液面)在与液面垂直的方向温度降低的温度梯度的Si-C溶液，以使SiC单晶进行生长。通过形成从Si-C溶液的内部向溶液的液面温度降低的温度梯度，使Si-C溶液的表面区域过饱和，将与Si-C溶液接触的晶种基板为基点，可以使SiC单晶进行生长。
图9中示出可在本公开的方法中使用的SiC单晶制造装置的一例的剖面示意图。图示的SiC单晶制造在200具备收容了碳溶解在Si或Si/X(X为Si以外的一种以上的金属)的熔液中而成的Si-C溶液24的石墨坩埚10，形成从Si-C溶液24的内部向溶液的表面温度降低的温度梯度，使保持于在铅垂方向可移动的晶种保持轴12的前端的晶种基板14接触Si-C溶液24，以晶种基板14为基点，可使SiC单晶进行生长。
Si-C溶液24通过将原料投入石墨坩埚10、使碳溶解在加热熔化而制备的Si或Si/X的熔液中来制备。X为Si以外的一种以上的金属，只要能形成与SiC(固相)处于热力学平衡状态的液相(溶液)就没有特别限定。作为合适的金属X的例子，可举出Ti、Cr、Ni等。例如，可在石墨坩埚10内加入Si，并投入Cr等，形成Si/Cr溶液等。
碳通过包含碳的石墨坩埚10的溶解而溶解在熔液中，可形成Si-C溶液，但除此以外，例如也可以并用与烃气体的吹入、或将固体的碳供给源与熔融原料一起投入这样的方法。
为了保温，在石墨坩埚10和电阻加热器的周围配置有隔热材料18。它们一并收容在石英管26内。在石英管26的外周配置有感应线圈22。作为隔热材料18，通常使用具有0.1～0.16g/cm3的范围的密度的石墨。
由于石墨坩埚、隔热材料、石英管、电阻加热器和感应线圈成为高温，因此配置在水冷室的内部。为了可调整装置内的气氛，水冷室具备气体导入口和气体排出口。
石墨坩埚10在上部具备隔热材料18，隔热材料18具备穿过晶种保持轴12的开口部28。通过调节开口部28处的隔热材料18与晶种保持轴12之间的间隙(间隔)，可改变自Si-C溶液24的表面的辐射热损失的程度。通常，石墨坩埚10的内部需要保持为高温，但如果将开口部28处的隔热材料18与晶种保持轴12之间的间隙设定为较大，则可增大自Si-C溶液24的表面的辐射热损失，如果使开口部28处的隔热材料18与晶种保持轴12之间的间隙变窄，则可减小自Si-C溶液24的表面的辐射热损失。开口部28处的隔热材料18与晶种保持轴12之间的间隙(间隔)优选为1～5mm，更优选为3～4mm。在形成了后述的弯液面时，也可从弯液面部分发生辐射热损失。
Si-C溶液24的温度通常由于辐射等而成为与Si-C溶液24的内部相比表面的温度低的温度分布，但通过除了感应线圈以外进一步主要调整电阻加热器的输出功率，可在Si-C溶液24中以晶种基板14接触的溶液上部成为低温、溶液下部(内部)成为高温的方式形成与Si-C溶液24的表面垂直的方向的温度梯度。温度梯度例如在距离Si-C溶液的液面的深度为约1cm的范围内优选为10～50℃/cm。
在Si-C溶液24中溶解的碳通过扩散和对流而被分散。晶种基板14的底面附近可通过除了感应线圈以外主要电阻加热器的输出功率控制、自Si-C溶液24的表面的热损失以及经由晶种保持轴12的热损失等而形成与Si-C溶液24的内部相比成为低温的温度梯度。在高温且溶解度大的溶液内部溶入的碳到达低温且溶解度低的晶种基板附近时成为过饱和状态，以该过饱和度为驱动力，可使SiC晶体在晶种基板14上生长。
在使SiC单晶进行生长时，优选在晶种基板与Si-C溶液之间形成弯液面的同时进行晶体生长。
如图14所示，弯液面是指在因表面张力而向上润湿了晶种基板14的Si-C溶液24的表面所形成的凹状曲面34。可在晶种基板14与Si-C溶液24之间形成弯液面的同时使SiC单晶进行生长。例如，在使晶种基板14接触Si-C溶液24后，将晶种基板14提拉至晶种基板14的底面高于Si-C溶液24的液面的位置并保持，由此可形成弯液面。
形成于生长界面的外周部的弯液面部分由于辐射热损失而温度容易下降，因此通过形成弯液面，容易使温度梯度变大。另外，由于可形成与晶体生长面的界面正下方的中央部相比外周部的Si-C溶液的温度变低的温度梯度，因此可以使生长界面的外周部的Si-C溶液的过饱和度大于生长界面的中心部的Si-C溶液的过饱和度。
通过这样在晶体生长界面正下方的Si-C溶液内形成水平方向的过饱和度的倾斜，可使SiC晶体以具有凹形状的晶体生长面的方式生长。由此，可以以SiC单晶的晶体生长面不成为正面的方式进行晶体生长，变得容易抑制夹杂物和贯穿位错的产生。
在本公开的方法中，可以使用通常用于SiC单晶的制造的品质的SiC单晶作为晶种基板，可以使用例如通过升华法通常制作的SiC单晶作为晶种基板。
作为晶种基板，例如可使用：生长面平坦、具有(0001)正面或(000-1)正面的SiC单晶，具有与(0001)正面或(000-1)正面相比大于0°、例如8°以下的偏离角度的SiC单晶，或者生长面具有凹形状且凹形状的生长面的中央部附近的一部分具有(0001)面或(000-1)面的SiC单晶。
晶种基板的整体形状例如可以为板状、圆盘状、圆柱状、棱柱状、圆锥台状或棱锥台状等任意的形状。
晶种基板在单晶制造装置中的设置例如可通过使用粘结剂等使晶种基板的顶面保持于晶种保持轴来进行。粘结剂可以为碳粘结剂。
晶种基板与Si-C溶液的接触可通过如下进行：使保持有晶种基板的晶种保持轴向Si-C溶液的液面下降，使晶种基板的底面与Si-C溶液面平行地与Si-C溶液接触。然后，将晶种基板相对于Si-C溶液面保持于规定位置，可以使SiC单晶进行生长。
晶种基板的保持位置可以是晶种基板的底面的位置与Si-C溶液面一致，或相对于Si-C溶液面位于下侧，或者相对于Si-C溶液面位于上侧。在将晶种基板的底面相对于Si-C溶液面保持于上方位置的情况下，一旦使晶种基板接触Si-C溶液从而使晶种基板的底面与Si-C溶液接触之后，提拉至规定位置。可以使晶种基板的底面的位置与Si-C溶液面一致或相对于Si-C溶液面位于下侧，但为了如上所述那样形成弯液面，优选将晶种基板的底面相对于Si-C溶液面保持于上方的位置来进行晶体生长。另外，为了防止多晶的产生，优选使得Si-C溶液不接触晶种保持轴。通过形成弯液面，可容易地防止Si-C溶液与晶种保持轴的接触。在这些方法中，可以在晶体生长中调节晶种基板的位置。
晶种保持轴可以是将晶种基板保持于其端面的石墨的轴。优选地，晶种保持轴由与坩埚相同的材质构成。晶种保持轴可以为圆柱状、棱柱状等任意的形状，也可以使用具有与晶种基板的顶面的形状相同的端面形状的石墨轴。
Si-C溶液的温度测定可以使用热电偶、辐射温度计等来进行。关于热电偶，从高温测定和防止杂质混入的观点考虑，优选将被覆了氧化锆或氧化锰玻璃的钨-铼芯线放入石墨保护管中而成的热电偶。
在SiC单晶的生长前，可以进行使晶种基板的表面层溶解在Si-C溶液中而被除去的回熔。在使SiC单晶进行生长的晶种基板的表层，有时存在位错等加工变质层、自然氧化膜等，在使SiC单晶进行生长前将它们溶解并除去对于使高品质的SiC单晶生长是有效的。溶解的厚度根据晶种基板的表面的加工状态而变，但为了充分地除去加工变质层和自然氧化膜，优选为约5～100μm。
回熔可以通过如下来进行：形成从Si-C溶液的内部向溶液的表面温度增加的温度梯度，即，在Si-C溶液中形成与SiC单晶生长反方向的温度梯度。通过控制高频线圈的输出功率，能够形成上述反方向的温度梯度。
可以在预先加热晶种基板之后使晶种基板接触Si-C溶液。如果使低温的晶种基板接触高温的Si-C溶液，则有时在晶种中产生热冲击位错。在使晶种基板接触Si-C溶液之前预先加热晶种基板，对于防止热冲击位错、使高品质的SiC单晶生长是有效的。晶种基板的加热可以同晶种保持轴一起加热来进行。该情况下，使晶种基板接触Si-C溶液之后、在使SiC单晶生长之前停止晶种保持轴的加热。另外，替代该方法，也可以在使晶种接触较低温的Si-C溶液之后，将Si-C溶液加热至使晶体生长的温度。该情况下，对于防止热冲击位错、使高品质的SiC单晶生长也是有效的。
另外，本公开以SiC单晶的制造装置为对象，其是具备收容Si-C溶液的石墨坩埚、感应线圈、电阻加热器和在铅垂方向可移动地配置的晶种保持轴并且使保持于晶种保持轴的晶种基板接触以具有从内部向液面温度降低的温度梯度的方式被加热了的Si-C溶液，从而使SiC单晶从晶种基板生长的、基于溶液法的SiC单晶的制造装置，其中，石墨坩埚通过石墨坩埚的底部保持于坩埚保持轴，感应线圈配置在石墨坩埚的侧部的周围，电阻加热器配置在对石墨坩埚的下部进行加热的位置。
根据本公开的装置，由于可在得到Si-C溶液的所期望的流动的同时减小ΔTd从而使石墨坩埚与以往相比更均匀地溶解，因此可通过长时间的晶体生长进行长尺寸晶体的生长。
上述的制造方法中记载的内容应用于本装置的构成。
实施例
关于通过溶液法(Flux法)使SiC单晶生长时的ΔTd，使用CGSim(自溶液的块状晶体生长模拟软件，STR Japan制，Ver.14.1)进行了模拟。
作为与图5所示的石墨坩埚的内壁接触的位置处的Si-C溶液中最高温度与最低温度之差算出ΔTd。
(比较例1：以往的仅感应线圈的装置构成)
作为模拟条件，设定了以下的解析模型和条件。
(解析模型和条件)
作为单晶制造装置，制作了图15所示那样的以往的单晶制造装置100的构成的对称模型。采用如下的石墨轴作为晶种保持轴12，该石墨轴在从上部向下部以50mm/67mm/24mm的范围具有11mm/20mm/15mm的直径且具有141mm的长度的圆柱的前端具备厚度4mm和直径50m的圆板。晶种保持轴12的上部保持于最大直径为27mm的不锈钢制的保持部13。将具有厚度0.7mm、直径50mm且具备(000-1)面作为生长面的圆盘状SiC单晶作为晶种基板14。
使晶种基板14的顶面保持于晶种保持轴12的端面。使晶种保持轴12穿过在厚度为27.5mm的石墨的隔热材料18的上部中开设的直径40mm的开口部28，从而配置了晶种保持轴12和晶种基板14。将开口部28处的隔热材料18与保持晶种保持轴12的不锈钢制的保持部13之间的间隙分别设为4mm。
在外径为120mm、内径为100mm、壁厚为10mm、深度(从坩埚底部内壁的最低部位到坩埚侧部的最上部的铅垂方向的长度)为77.5mm的石墨坩埚10内，在距坩埚内壁的深度为35mm的范围内配置Si:Cr＝60:40(at％)的Si/Cr熔液。石墨坩埚10的底部被具有与坩埚相同材质的直径20mm、长度50mm的坩埚保持轴7保持。坩埚保持轴7的下部被高强度高弹性石墨制的保持部8保持。将单晶制造装置200的内部的气氛设为氦。将直径280mm、高度150mm和管外径12mm的感应线圈22在铅垂方向均等地配置于石墨坩埚10的侧部的周围。感应线圈22具备7圈的高频线圈。将感应线圈22的高频电源频率设为5000Hz，将线圈电流设为2.13×106A。
以晶种基板14的底面相对于Si-C溶液24的液面位置位于上方2mm的方式配置被晶种保持轴保持的晶种基板14，以Si-C溶液润湿晶种基板14的整个底面的方式形成了如图14所示那样的弯液面。将Si-C溶液24的液面位置的弯液面部分的直径设为54mm，为了计算的简便，将Si-C溶液24的液面与晶种基板14的底面之间的弯液面的形状设为直线形状。将Si-C溶液24的液面中心处的温度设为2000℃，将Si-C溶液的表面设为低温侧，将Si-C溶液的表面处的温度与从Si-C溶液24的表面向着溶液内部铅垂方向的深度1cm的位置处的温度的温度差设为0.1℃。以晶种保持轴12的中心轴为中心使坩埚10以3rpm旋转。
其它模拟条件为如下那样。
使用2D对称模型计算；
各材料的物性如以下那样：
石墨坩埚10、晶种保持轴12：材质为石墨，密度为1.8g/cm3，2000℃时的热导率＝17W/(m·K)，辐射率＝0.765；
隔热材料18：材质为石墨，密度为0.13g/cm3，2500℃时的热导率＝4.5W/(m·K)，辐射率＝0.8；
Si-C溶液：材质为Si/Cr熔液，2000℃时的热导率＝66.5W/(m·K)，辐射率＝0.9，密度＝2600kg/m3，导电率＝2245000S/m；
He：2000℃时的热导率＝0.579W/(m·K)；
水冷室和感应线圈的温度＝300K；
坩埚保持轴的保持部8：材质为高强度高弹性石墨，密度为1.60g/cm3，热导率为27W/(m·K)，辐射率＝0.765；
晶种保持轴的保持部13：材质为不锈钢，密度为7.93g/cm3，热导率＝25.7W/(m·K)，辐射率＝0.45。
在上述条件下进行模拟，算出ΔTd，结果ΔTd为4.7℃。
(实施例1：感应线圈+底部加热器的装置构成)
作为单晶制造装置，制作图9所示那样的单晶制造装置200的构成的对称模型。将感应线圈22的高频电源频率设为5000Hz，将线圈电流设为1.98×106A，另外如图9所示那样，作为底部加热器，将内径24mm、外径114mm和高5mm的中空圆盘状的电阻加热器30A水平方向地配置在距离石墨坩埚10的底部下面在铅垂方向下方2mm处，将输出功率密度设为23W/cm3，对石墨坩埚的底部进行加热，除此以外，在比较例1相同的条件下算出了ΔTd。ΔTd为2.2℃。
(实施例2：感应线圈+底部加热器、轴部加热器的装置构成)
如图12所示，作为轴部加热器，将内径24mm、外径38mm和高20mm的中空圆柱状的电阻加热器30B铅垂方向地配置于坩埚保持轴7的周围，将电阻加热器30A的输出功率密度设为15W/cm3，将电阻加热器30B的输出功率密度设为25W/cm3，对石墨坩埚的底部进行加热，除此以外，在与实施例1相同的条件下算出了ΔTd。ΔTd为1.1℃。电阻加热器30A和电阻加热器30B可独立地控制输出功率。以下的电阻加热器同样。
(实施例3：感应线圈+底部加热器、轴部加热器、侧部加热器的装置构成)
除了以下的条件以外，在与比较例1相同的条件下算出了ΔTd。
将感应线圈22的高频电源频率设为500Hz，将线圈电流设为1.41×105A。如图13所示那样，石墨坩埚10的底部的外径形状为矩形，底部被直径40mm、长50mm的坩埚保持轴保持，除此以外，使用了与比较例1相同形状的石墨坩埚。如图13所示，作为底部加热器、轴部加热器和侧部加热器，配置了内径50mm、外径140mm、高5mm的中空圆盘状的电阻加热器30A、内径50mm、外径64mm、高20mm的中空圆柱状的电阻加热器30B、内径130mm、外径140mm、高45mm的中空圆柱状的电阻加热器30C和内径130mm、外径140mm、高50mm的中空圆柱状的电阻加热器30D。电阻加热器30A水平方向地配置于距离石墨坩埚10的底部下面的铅垂方向下方5mm处。将相邻的加热器间的间隔设为5mm。将电阻加热器30A～30D的输出功率密度分别设为10W/cm3、10W/cm3、18W/cm3和5W/cm3。
ΔTd为1.5℃。
(实施例4：输出功率改变)
将电阻加热器30A～30D的输出功率密度分别设为10W/cm3、10W/cm3、17W/cm3和4W/cm3，除此以外，在与实施例3相同的条件下算出了ΔTd。ΔTd为1.0℃。
(实施例5：输出功率改变)
将电阻加热器30A～30D的输出功率密度分别设为10W/cm3、10W/cm3、16W/cm3和3.8W/cm3，除此以外，在与实施例3相同的条件下算出了ΔTd。ΔTd为0.9℃。
(实施例6：输出功率改变)
将电阻加热器30A～30D的输出功率密度分别设为10W/cm3、11W/cm3、17W/cm3和4W/cm3，除此以外，在与实施例3相同的条件下算出了ΔTd。ΔTd为0.8℃。
(实施例7：感应线圈+2个底部加热器、轴部加热器、侧部加热器的装置构成)
代替实施例3中使用的电阻加热器30A，图15所示那样，使用内径50mm、外径100mm、高5mm的中空圆盘状电阻加热器30A1以及内径110mm、外径140mm、高5mm的中空圆盘状电阻加热器30A2，将电阻加热器30A1、电阻加热器30A2、电阻加热器30B、电阻加热器30C以及电阻加热器30D的输出功率密度分别设为11W/cm3、10W/cm3、12W/cm3、17W/cm3和5W/cm3，除此以外，在与实施例3相同的条件下算出了ΔTd。ΔTd为0.7℃。
感应线圈和电阻加热器的个数、配置等不受上述例子限定，可根据生长晶体的大小以及与之相伴的坩埚的尺寸来改变。

Claims (6)

1.SiC单晶的制造方法，其是使保持于晶种保持轴的晶种基板接触放入石墨坩埚且具有从内部向液面温度降低的温度梯度的Si-C溶液从而使SiC单晶进行晶体生长的SiC单晶的制造方法，包括：
利用感应线圈对上述Si-C溶液进行电磁搅拌以使其流动，和
利用电阻加热器对上述石墨坩埚的下部进行加热。
2.权利要求1所述的SiC单晶的制造方法，其中，对上述石墨坩埚的下部进行加热包括：对上述石墨坩埚的底部进行加热以及对保持上述石墨坩埚的底部的坩埚保持轴进行加热中的至少一者。
3.权利要求1或2所述的SiC单晶的制造方法，其中，包括利用上述电阻加热器进一步对上述石墨坩埚的侧部进行加热。
4.SiC单晶的制造装置，其是具备收容Si-C溶液的石墨坩埚、感应线圈、电阻加热器和在铅垂方向可移动地配置的晶种保持轴并且使保持于上述晶种保持轴的晶种基板接触以具有从内部向液面温度降低的温度梯度的方式被加热了的上述Si-C溶液，从而使SiC单晶从上述晶种基板生长的基于溶液法的SiC单晶的制造装置，其中，
上述石墨坩埚通过上述石墨坩埚的底部保持于坩埚保持轴，
上述感应线圈配置在上述石墨坩埚的侧部的周围，
上述电阻加热器配置在对上述石墨坩埚的下部进行加热的位置。
5.权利要求4所述的SiC单晶的制造装置，其中，所述电阻加热器配置在面对上述石墨坩埚的底部下面的位置以及上述坩埚保持轴的周围中的至少一者。
6.权利要求4或5所述的SiC单晶的制造装置，其中，上述电阻加热器进一步配置在上述石墨坩埚的侧部的周围以及上述感应线圈的内侧。
CN201810370122.8A 2017-04-26 2018-04-24 SiC单晶的制造方法和制造装置 Active CN108796609B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017087634A JP6558394B2 (ja) 2017-04-26 2017-04-26 ＳｉＣ単結晶の製造方法及び製造装置
JP2017-087634 2017-04-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108796609A true CN108796609A (zh) 2018-11-13
CN108796609B CN108796609B (zh) 2021-03-09

Family

ID=61971976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810370122.8A Active CN108796609B (zh) 2017-04-26 2018-04-24 SiC单晶的制造方法和制造装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10968535B2 (zh)
EP (1) EP3396029B1 (zh)
JP (1) JP6558394B2 (zh)
KR (1) KR102049710B1 (zh)
CN (1) CN108796609B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114481325A (zh) * 2022-01-29 2022-05-13 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 一种碳化硅多晶的制造装置及方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3699328B1 (de) * 2019-02-20 2023-11-29 SiCrystal GmbH Herstellungsverfahren für einen sic-volumeneinkristall und züchtungsanordnung dafür
KR102104751B1 (ko) * 2019-06-17 2020-04-24 에스케이씨 주식회사 탄화규소 잉곳 및 이의 제조방법
KR102284879B1 (ko) 2019-10-29 2021-07-30 에스케이씨 주식회사 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 웨이퍼의 제조방법
JP7347173B2 (ja) * 2019-12-04 2023-09-20 株式会社レゾナック 結晶成長装置
DE102020117661A1 (de) * 2020-07-03 2022-01-20 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Kristallzüchtungsanlage zur Herstellung eines Einkristalls
CN114292129B (zh) * 2021-12-13 2023-03-14 天津理工大学 利用溶液法在石墨件表面沉积碳化硅涂层的方法
CN114411256B (zh) * 2021-12-31 2023-11-10 南京晶升装备股份有限公司 一种碳化硅长晶的加热装置
CN114481293A (zh) * 2022-01-27 2022-05-13 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 一种碳化硅晶体生长装置及碳化硅晶体生长方法
CN115467027B (zh) * 2022-08-15 2024-02-06 上海汉虹精密机械有限公司 一种碳化硅炉腔内用导电结构
CN116695250B (zh) * 2023-06-08 2024-04-12 北京晶格领域半导体有限公司 一种液相法生长碳化硅单晶的装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5345679A (en) * 1976-10-08 1978-04-24 Hitachi Ltd Pulling-up apparatus for sillicon single crystal
CN201933198U (zh) * 2010-12-31 2011-08-17 乐山凯亚达光电科技有限公司 化合物半导体加热装置
CN104120489A (zh) * 2008-12-08 2014-10-29 Ii-Vi有限公司 高晶体质量的SiC单晶晶锭及其形成方法
CN105803530A (zh) * 2015-01-19 2016-07-27 丰田自动车株式会社 单晶制造装置
CN106167916A (zh) * 2015-05-18 2016-11-30 丰田自动车株式会社 SiC单晶的制造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04114992A (ja) * 1990-09-04 1992-04-15 Nippon Steel Corp 単結晶製造装置の制御方法
JP4561000B2 (ja) * 2001-05-31 2010-10-13 住友金属工業株式会社 炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の製造方法
KR100588425B1 (ko) * 2003-03-27 2006-06-12 실트로닉 아게 실리콘 단결정, 결정된 결함분포를 가진 실리콘 단결정 및 실리콘 반도체 웨이퍼의 제조방법
WO2011040743A2 (ko) * 2009-09-29 2011-04-07 주식회사 캐프 차량 와이퍼용 멀티 어댑터
US10167573B2 (en) 2010-11-26 2019-01-01 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method of producing SiC single crystal
JP5273130B2 (ja) * 2010-11-26 2013-08-28 信越化学工業株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
CN103282559B (zh) * 2010-12-27 2016-03-02 新日铁住金株式会社 SiC单晶体的制造装置和SiC单晶体的制造方法
JP5568034B2 (ja) * 2011-03-02 2014-08-06 トヨタ自動車株式会社 半導体単結晶の製造装置および製造方法
JP5580764B2 (ja) * 2011-03-03 2014-08-27 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶製造装置
JP5888647B2 (ja) 2012-02-24 2016-03-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 結晶成長装置及び結晶成長方法
KR101353679B1 (ko) * 2012-05-04 2014-01-21 재단법인 포항산업과학연구원 대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법
JP6046405B2 (ja) 2012-07-19 2016-12-14 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶のインゴット、その製造装置及びその製造方法
JPWO2016059790A1 (ja) * 2014-10-17 2017-06-29 新日鐵住金株式会社 溶液成長法によるＳｉＣ単結晶の製造装置、及びそれに用いられる坩堝
JP6354615B2 (ja) * 2015-02-18 2018-07-11 トヨタ自動車株式会社 ＳｉＣ単結晶の製造方法
KR101724290B1 (ko) * 2015-11-19 2017-04-10 재단법인 포항산업과학연구원 탄화규소 단결정 성장장치
JP6845418B2 (ja) * 2017-01-13 2021-03-17 セントラル硝子株式会社 炭化ケイ素単結晶ウェハ、インゴット及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5345679A (en) * 1976-10-08 1978-04-24 Hitachi Ltd Pulling-up apparatus for sillicon single crystal
CN104120489A (zh) * 2008-12-08 2014-10-29 Ii-Vi有限公司 高晶体质量的SiC单晶晶锭及其形成方法
CN201933198U (zh) * 2010-12-31 2011-08-17 乐山凯亚达光电科技有限公司 化合物半导体加热装置
CN105803530A (zh) * 2015-01-19 2016-07-27 丰田自动车株式会社 单晶制造装置
CN106167916A (zh) * 2015-05-18 2016-11-30 丰田自动车株式会社 SiC单晶的制造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114481325A (zh) * 2022-01-29 2022-05-13 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 一种碳化硅多晶的制造装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6558394B2 (ja) 2019-08-14
EP3396029B1 (en) 2020-02-12
KR20180120076A (ko) 2018-11-05
US10968535B2 (en) 2021-04-06
US20180312996A1 (en) 2018-11-01
KR102049710B1 (ko) 2019-11-28
CN108796609B (zh) 2021-03-09
EP3396029A1 (en) 2018-10-31
JP2018184324A (ja) 2018-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108796609A (zh) SiC单晶的制造方法和制造装置
CN104471118B (zh) SiC单晶锭及其制造方法
CN105531407B (zh) SiC单晶及其制造方法
CN103608497B (zh) SiC单晶及其制造方法
CN104870698B (zh) n型SiC单晶的制造方法
CN104246026B (zh) SiC单晶及其制造方法
CN105568362B (zh) SiC单晶的制造方法
CN105593414B (zh) SiC单晶及其制造方法
CN104350186B (zh) SiC单晶锭、SiC单晶以及制造方法
CN104603336B (zh) SiC单晶体的制造方法
CN105463571A (zh) SiC单晶的制造方法
CN104099660B (zh) 大公斤数蓝宝石晶体的旋转扩肩稳定拉升法
CN104651938A (zh) SiC单晶的制造方法
CN106884205B (zh) SiC单晶及其制造方法
CN106167916B (zh) SiC单晶的制造方法
US9920449B2 (en) Production method of SiC single crystal
JP6354615B2 (ja) ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP2014162665A (ja) サファイア単結晶の製造方法
CN106958039B (zh) SiC单晶的制造方法及制造装置
CN107354510A (zh) SiC 单晶及其制造方法
CN109972196A (zh) 蓝宝石单晶生长装置用坩埚、蓝宝石单晶生长装置及方法
US10260167B2 (en) Method for producing silicon carbide single crystal in a solution process using a seed crystal having a bottom face with a circular shape and at least a partially removed section
CN106337205A (zh) SiC单晶及其制造方法
JP2004315281A (ja) 温度勾配炉を用いた単結晶の製造方法

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