CN110408996A - 坩埚和SiC单晶生长装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供能够提高原料的使用效率的坩埚和SiC单晶生长装置。该坩埚具备盖和容器，所述容器具有与所述盖对向的底部，在所述底部具有朝向所述盖凹陷的凹部。

Description

坩埚和SiC单晶生长装置
技术领域
本发明涉及坩埚和SiC单晶生长装置。
背景技术
碳化硅(SiC)具有特征性的特性。例如，与硅(Si)相比，绝缘击穿电场大一个数量级，带隙大3倍，热导率高3倍左右。因而，期待着碳化硅(SiC)应用于功率器件、高频器件、高温工作器件等。
随着近年的技术开发，要求使用SiC的SiC器件低价格化。SiC器件通过加工SiC外延晶片来制作。因此，要求SiC外延晶片的大口径化、以及用于得到SiC外延晶片的SiC单晶的大口径化。
作为制造SiC单晶的方法之一，升华法是广为人知的。升华法是使晶种生长成更大的SiC单晶的方法。在配置于石墨制的坩埚内的台座配置由SiC单晶构成的晶种，并加热坩埚。并且，向晶种供给由坩埚内的原料粉末升华的升华气体，使晶种生长成更大的SiC单晶。
例如，在专利文献1中记载了：为了得到大口径的SiC单晶而在坩埚的内部设置棒状的石墨。在专利文献1中记载了：通过热传导或热辐射来加热棒状的石墨，由此在坩埚的中央部和外周部使单晶的生长速度稳定化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5－58774号公报
发明内容
然而，专利文献1的坩埚中的棒状的石墨不能充分地加热设置于坩埚中央的原料。在专利文献1中记载了：通过热传导来加热设置于坩埚中央的棒状的石墨。但是，热传导是由于温度差而产生的，不能够充分地抑制坩埚外周部和中央部的温度差。
另一方面，也可考虑通过感应加热来对棒状的石墨进行加热。但是，由线圈产生的高频会被坩埚的外周吸收。因此，不能够利用高频来对设置于坩埚内部的棒状的石墨进行充分加热。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供能够提高原料的使用效率的坩埚和SiC单晶生长装置。
本发明人发现：通过在坩埚设置凹部，并在该凹部设置内侧加热单元，能够使设置于坩埚中央的原料也高效率地升华。
即，本发明为了解决上述课题，提供以下的技术方案。
(1)第1方式涉及的坩埚，具备盖和容器，所述容器具有与所述盖对向的底部，在所述底部具有朝向所述盖凹陷的凹部。
(2)在上述方式涉及的坩埚中，可以：所述凹部位于所述底部的俯视中央，所述凹部的俯视形状为圆形。
(3)在上述方式涉及的坩埚中，可以：所述凹部位于相对于所述底部的俯视中央呈同心圆状的位置，所述凹部的俯视形状为环状。
(4)第2方式涉及的SiC单晶生长装置，具备：上述方式涉及的坩埚；设置在所述坩埚的凹部的内侧加热单元；和设置在所述坩埚的外侧的外侧加热单元。
(5)在上述方式涉及的SiC单晶生长装置中，也可以还具备使所述内侧加热单元在所述坩埚的高度方向移动的移动机构。
(6)在上述方式涉及的SiC单晶生长装置中，所述内侧加热单元的加热方式可以为电阻加热。
本发明的一方式涉及的坩埚和SiC单晶生长装置，能够提高原料的使用效率。
附图说明
图1是本实施方式涉及的SiC单晶生长装置的截面示意图。
图2是本实施方式涉及的SiC单晶生长装置的另一例的截面示意图。
图3是示意地表示内侧加热单元的形状的图。
图4是不具有内侧加热单元的SiC单晶生长装置的截面示意图。
图5是内侧加热单元在坩埚的高度方向移动的情况下的SiC单晶生长装置的截面示意图。
附图标记说明
10、10’…坩埚；11…盖；12…容器；12A…底部；12a、12b…凹部；20、21、22…内侧加热单元；30…外侧加热单元；31…线圈；32…加热器；100、101、102、103…SiC单晶生长装置；S…晶种；G…原料。
具体实施方式
以下，一边适当参照附图，一边对本实施方式进行详细说明。在以下的说明中使用的附图，为了容易理解本发明的特征，为方便起见有时放大地示出成为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材质、尺寸等为一例，本发明并不被它们限定，能够在不变更其主旨的范围适当地变更来实施。
“SiC单晶生长装置”
图1是本实施方式涉及的SiC单晶生长装置的截面示意图。图1所示的SiC单晶生长装置100，具备坩埚10、内侧加热单元20、和外侧加热单元30。在图1中，为了容易理解，同时图示了晶种S和原料G。
“坩埚”
坩埚10是用于通过升华法使单晶进行结晶生长的坩埚。坩埚10具备盖11和容器12。盖11能够设置晶种，容器12保持原料G。当在容器12中设置原料G，并在盖11设置晶种S时，晶种S相对于原料G对向地配置。由原料G升华出的原料气体在晶种S上进行再结晶，从而单晶生长。
在坩埚10的容器12的与盖11对向的底部12A，形成有凹部12a。从坩埚10的外侧观看，凹部12a朝向盖11凹陷。凹部12a如图1所示那样收纳内侧加热单元20。
优选凹部12a相对于坩埚10的俯视中央对称地设置。能够利用设置在凹部12a的内侧加热单元20来均匀地加热坩埚10。通过均匀地加热坩埚10，能够使原料G高效率地升华。
作为相对于坩埚的俯视中央对称地具有凹部12a的情况的具体例，能够列举以下的例子。作为第1例，可举出以下结构：在坩埚10的俯视中央设置凹部12a，使凹部12a的俯视形状为圆形。图1对应于第1例。另外，作为第2例，可举出以下结构：相对于坩埚10的俯视中央呈同心圆状地设置凹部12a，使凹部12a的俯视形状为环状。图2是本实施方式涉及的SiC单晶生长装置的另一例的截面示意图，对应于第2例。图2所示的SiC单晶生长装置101具有俯视环状的凹部12b，在凹部12b内收纳有内侧加热单元21。另外，除此之外，也可以是下述结构：在相对于坩埚10的俯视中央呈同心圆状的位置分散存在柱状的凹部的结构。
“内侧加热单元”
内侧加热单元20被收纳在坩埚10的凹部12a中。内侧加热单元20从坩埚10的内部加热原料G。
内侧加热单元20能够采用公知的加热方式。例如，作为加热方式，可举出电阻加热、感应加热等。内侧加热单元优选为电阻加热方式。在内侧加热单元20为电阻加热方式的情况下，仅是将内侧加热单元20与外部的电流源连接即可。即，能够防止SiC单晶生长装置100的结构复杂化。
在内侧加热单元20为感应加热方式的情况下，内侧加热单元20需要具有线圈等的高频发生源。在使SiC单晶生长的情况下，用绝热材料等被覆高频发生源。通过用绝热材料被覆高频发生源，即使在使SiC单晶生长的高温的温度环境下也能够防止高频发生源的熔融。
内侧加热单元20的形状，只要能够收纳在凹部12a、12b内就不特别限制，但优选配合凹部12a、12b的形状而设定。图3是示意地表示内侧加热单元的形状的图。在凹部12a为俯视圆形的情况下(图1)，能够使用图3(a)所示的内侧加热单元20，在凹部12b为俯视圆环状的情况下(图2)，能够使用图3(b)所示的内侧加热单元21、图3(c)所示的内侧加热单元22。
另外，也可以还具有能够使内侧加热单元20在坩埚10的高度方向移动的移动机构。通过能够在坩埚10的高度方向移动内侧加热单元20，能够重点性地加热原料G难以升华的部分。使内侧加热单元20移动的移动机构不特别限制。例如，能够使用使内侧加热单元20在高度方向上下移动的升降机(lift)等。
“外侧加热单元”
外侧加热单元30能够采用公知的加热方式。例如，作为加热方式，可举出电阻加热、感应加热等。图1所示的外侧加热单元30具备线圈31、和接受由线圈31产生的高频而发热的加热器32。图1所示的外侧加热单元30，是在线圈31中流动电流而使加热器32进行感应加热的感应加热方式的加热单元。
至此，对SiC单晶生长装置的构成进行了具体说明。接着，对SiC单晶生长装置的作用进行说明。
图4是不具有内侧加热单元的SiC单晶生长装置102的截面示意图。图4所示的SiC单晶生长装置102，未设置内侧加热单元20以及用于设置内侧加热单元20的凹部12a，这一点与图1所示的SiC单晶生长装置100不同。在图3中，对于与图1相同的构成，附带了相同的标记。
图4所示的坩埚10’利用外侧加热单元30来加热。也就是说，坩埚10’的中央部与外周部相比，温度相对地低。因此，设置在坩埚10’的中央部的原料G变得难以升华。
随着在晶种S上结晶生长的单晶的口径变大，该倾向变得显著。在单晶的口径为3英寸～4英寸左右的情况下，坩埚10’的直径也不那么大，因此即使在坩埚10’内产生温度差也能够使中央部的原料G升华。与此相对，当单晶的口径超过6英寸时，坩埚10’的直径变大，变得不能够充分地加热中央部。即，中央部的原料G变得不升华，不能将原料G高效率地用于单晶的生长。
另外，随着使原料G升华所需要的温度变成高温，该倾向变得显著。例如，在原料G为SiC的情况下，为了使原料G升华，需要超过2000℃的温度。因此，被加热了的部分与未被加热的部分的温度差容易变大。
与此相对，如图1所示，本实施方式涉及的SiC单晶生长装置100，利用内侧加热单元20和外侧加热单元30来加热坩埚10。由于坩埚10被从外周侧和从中央部侧加热，因此坩埚10的外周部与中央部的温度差减少。另外，内侧加热单元20与外侧加热单元30相独立而加热。即，由内侧加热单元20进行的加热不会变得不充分。
如上述那样，根据本实施方式涉及的SiC单晶生长装置100，也能够充分加热坩埚10的中央部，能够使设置于坩埚10的中央部的原料G升华。即，能够将设置在坩埚10内的原料G无遗漏地高效率地利用。
另外，图5是内侧加热单元20在坩埚10的高度方向移动的情况下的SiC单晶生长装置103的截面示意图。如图5所示，在内侧加热单元20的高度方向的厚度小于凹部12a的深度的情况下，有时在原料G内原料的一部分烧结而形成原料烧结部Gs。即使在该情况下，通过使内侧加热单元20移动到形成原料烧结部Gs的部分，也能够使原料烧结部Gs的原料高效率地升华。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于特定的实施方式，能够在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内进行各种的变形、变更。
例如，在图1、图2、图5中，原料G被收纳在由于凹部而在坩埚内形成的沟槽部内。原料G不一定需要被收纳在沟槽部内。例如，原料G的最表面也可以存在于比沟槽部的盖部侧的一端高的位置。

Claims (6)

1.一种坩埚，具备盖和容器，
所述容器具有与所述盖对向的底部，
在所述底部具有朝向所述盖凹陷的凹部。
2.根据权利要求1所述的坩埚，
所述凹部位于所述底部的俯视中央，所述凹部的俯视形状为圆形。
3.根据权利要求1所述的坩埚，
所述凹部位于相对于所述底部的俯视中央呈同心圆状的位置，所述凹部的俯视形状为环状。
4.一种SiC单晶生长装置，具备：
权利要求1～3的任一项所述的坩埚；
设置在所述坩埚的凹部的内侧加热单元；和
设置在所述坩埚的外侧的外侧加热单元。
5.根据权利要求4所述的SiC单晶生长装置，
还具备使所述内侧加热单元在所述坩埚的高度方向移动的移动机构。
6.根据权利要求4或5所述的SiC单晶生长装置，
所述内侧加热单元的加热方式为电阻加热。
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