SiC單晶的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于溶液法的SiC單晶的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC單晶在熱和化學(xué)方面非常穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異、耐放射線方面強(qiáng)，而且與Si(硅)單晶相比具有高的絕緣擊穿電壓、高的熱傳導(dǎo)率等優(yōu)異的物理性質(zhì)，并且具備這樣的特點(diǎn):通過(guò)雜質(zhì)的添加還能夠容易地實(shí)現(xiàn)P、η傳導(dǎo)型的電子控制，同時(shí)具有寬的禁帶寬度(對(duì)于4Η型的單晶SiC為約3.3eV，對(duì)于6H型的單晶SiC為約3.0eV)。因此，可實(shí)現(xiàn)在Si單晶、GaAs (神化嫁)單晶等現(xiàn)有的半導(dǎo)體材料中不能實(shí)現(xiàn)的尚溫、尚頻、耐電壓/耐環(huán)境性，作為新一代的半導(dǎo)體材料的期待正在高漲。
[0003]以往，作為SiC單晶的代表性的生長(zhǎng)方法，已知?dú)庀喾ê腿芤悍?。作為氣相法，通常使用升華法。在升華法中，在石墨制坩禍內(nèi)使SiC原料粉末與作為SiC單晶的晶種對(duì)向地配置，在惰性氣體氣氛下加熱坩禍，從而使單晶外延地生長(zhǎng)。但是已知，在該氣相法中，自坩禍內(nèi)壁生長(zhǎng)出的多晶對(duì)SiC單晶的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
[0004]另外，在溶液法中，例如使用具有由放入原料溶液的坩禍、原料溶液、高頻線圈等外部加熱裝置、隔熱材料、可升降的晶種支持部件(例如石墨棒)以及安裝于晶種支持部件的前端的晶種構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)的SiC單晶制造裝置，在坩禍中，使C (碳)供給源(例如來(lái)自石墨坩禍的C)溶解在Si熔液或者還溶解有金屬的Si合金熔液等含Si熔液中以制得原料溶液，使SiC單晶層通過(guò)溶液析出而在SiC晶種基板上生長(zhǎng)。
[0005]在該基于溶液法的SiC單晶的生長(zhǎng)法中，可使用如下方法中的任一種SiC單晶生長(zhǎng)法:在原料溶液中設(shè)置溫度梯度使得晶種基板附近的溶液溫度與其它部分的溶液溫度相比成為低溫以使其生長(zhǎng)的方法，或者緩慢冷卻原料溶液整體以使其生長(zhǎng)的方法。
[0006]例如，在特開(kāi)2007-186374號(hào)公報(bào)中，記載了一種SiC單晶的制造方法，其是在石墨坩禍內(nèi)的Si熔液內(nèi)一邊維持從內(nèi)部向熔液面溫度降低的溫度梯度，一邊使SiC單晶生長(zhǎng)的方法，其中對(duì)坩禍內(nèi)的熔液施加從坩禍底部向熔液面的向上的縱向磁場(chǎng)，作為具體例，示出了通過(guò)施加向熔液面的向上的縱向磁場(chǎng)，可抑制Si熔液內(nèi)的自然對(duì)流從而提高自坩禍底部向晶種的C(碳)的輸送效率，可使SiC單晶的生長(zhǎng)速度提高至160 ym/小時(shí)左右。
[0007]另外，在特開(kāi)2007-223814號(hào)公報(bào)中，記載了一種單晶半導(dǎo)體的制造方法，使添加有雜質(zhì)的晶種與坩禍內(nèi)的熔液接觸，提升所述晶種由此制造單晶半導(dǎo)體，該單晶半導(dǎo)體的制造方法包括向熔液施加磁場(chǎng)的工序、使熔液與晶種接觸的工序以及在晶種接觸熔液后不進(jìn)行頸縮(necking)處理而提升單晶半導(dǎo)體的工序，作為具體例，示出了如下例子:在使溶液與晶種接觸前的40分鐘以上，預(yù)先對(duì)熔液施加磁場(chǎng)，持續(xù)施加磁場(chǎng)直至硅單晶的生長(zhǎng)結(jié)束從而得到單晶硅半導(dǎo)體。
[0008]在特開(kāi)2009-091233號(hào)公報(bào)中，記載了一種硅錠的生長(zhǎng)方法，其包括:對(duì)裝入了硅的石英坩禍進(jìn)行加熱、對(duì)石英坩禍的內(nèi)部施加500高斯以上的磁場(chǎng)以使硅熔化的步驟，以及對(duì)石英坩禍的內(nèi)部施加小于500高斯的磁場(chǎng)以從熔化的硅生長(zhǎng)單晶硅錠的步驟。
[0009]特開(kāi)2009-274887號(hào)公報(bào)中，記載了一種單晶的制造方法，其是在從使C溶解在S1-Cr熔液中而得到的S1-Cr-C溶液使SiC單晶在SiC晶種上生長(zhǎng)的方法中，對(duì)S1-Cr-C溶液施加直流磁場(chǎng)，作為具體例，示出了使用在高頻加熱線圈的外側(cè)配置了磁場(chǎng)線圈的SiC單晶的生長(zhǎng)裝置，在10?20小時(shí)左右的生長(zhǎng)時(shí)間、施加磁場(chǎng)的條件下使SiC單晶生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)270 μm/小時(shí)左右的SiC單晶生長(zhǎng)速度的例子，以及示出了磁場(chǎng)的方向不限定。
[0010]在特開(kāi)2012-193055號(hào)公報(bào)中，記載了一種SiC單晶的制造方法，其是使用溶液法SiC單晶制造裝置的SiC單晶的制造方法，其中，作為支持部的至少一部分，使用由在支持坩禍的方向的熱導(dǎo)率(TCv)與在垂直于前述方向的方向的熱導(dǎo)率(TCh)之間具有TCH>TCd9關(guān)系的部件構(gòu)成的傳熱各向異性的支持部，可通過(guò)高頻加熱加熱溶液來(lái)抑制多晶的產(chǎn)生。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2007-186374號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)2:特開(kāi)2007-223814號(hào)公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)3:特開(kāi)2009-091233號(hào)公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)4:特開(kāi)2009-274887號(hào)公報(bào)
[0017]專利文獻(xiàn)5:特開(kāi)2012-193055號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]發(fā)明所要解決的課題
[0019]但是，根據(jù)這些現(xiàn)有技術(shù)，由于因通常用于溶液的加熱的高頻加熱引起的液面微振動(dòng)，因此在每個(gè)制造批次中，在晶種的溶液接觸位置產(chǎn)生偏差，難以得到重復(fù)性好的高質(zhì)量的SiC單晶。
[0020]因此，本發(fā)明的目的在于抑制每個(gè)制造批次的晶種的溶液接觸位置的偏差，得到重復(fù)性好的高質(zhì)量的SiC單晶。
[0021]用于解決課題的手段
[0022]本發(fā)明涉及SiC單晶的制造方法，其是使由支持棒支持的SiC晶種與高頻加熱的溶液接觸從而使SiC單晶生長(zhǎng)的SiC單晶的制造方法，在施加于所述溶液的磁場(chǎng)的存在下，使所述支持棒下降，使SiC晶種與所述溶液接觸，隨后停止所述磁場(chǎng)的施加而使SiC單晶生長(zhǎng)。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制每個(gè)制造批次的晶種的溶液接觸位置的偏差，得到重復(fù)性好的高質(zhì)量的SiC單晶。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是用于本發(fā)明的SiC單晶的制造方法的基于溶液法的SiC單晶的生長(zhǎng)裝置的一個(gè)例子的概要示意圖。
[0026]圖2是表示基于溶液法的SiC單晶生長(zhǎng)后的一個(gè)例子的狀態(tài)的截面示意圖。
[0027]圖3是用于說(shuō)明基于溶液法的SiC單晶生長(zhǎng)后的一個(gè)例子的生長(zhǎng)結(jié)晶的擴(kuò)大角的截面示意圖。
[0028]圖4是將在本發(fā)明的實(shí)施例和比較例中于相同條件下多次SiC單晶生長(zhǎng)后的溶液接觸位置的平均值與偏差進(jìn)行比較表示的表。
[0029]圖5是將本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的SiC單晶生長(zhǎng)后的每個(gè)制造批次的溶液接觸位置的實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較表示的表。
[0030]圖6是將本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的SiC單晶生長(zhǎng)后的生長(zhǎng)結(jié)晶的擴(kuò)大角σ (° )進(jìn)行比較表示的表。
[0031]圖7A是實(shí)施例的SiC生長(zhǎng)單晶表面的光學(xué)顯微鏡照片的副本。
[0032]圖7B是比較例的SiC生長(zhǎng)單晶表面的光學(xué)顯微鏡照片的副本。
【具體實(shí)施方式】
[0033]特別地，在本發(fā)明中，可舉出以下實(shí)施方式。
[0034]I)在使SiC晶種與所述溶液接觸前的0.5分鐘以上、10分鐘以內(nèi)開(kāi)始施加所述磁場(chǎng)的所述制造方法。
[0035]2)在所述接觸后I分鐘以內(nèi)停止施加所述磁場(chǎng)的所述制造方法。
[0036]3)基于由所述溶液與SiC晶種的接觸而產(chǎn)生的電信號(hào)來(lái)進(jìn)行停止所述磁場(chǎng)的施加的控制的所述制造方法。
[0037]4)所述磁場(chǎng)的方向?yàn)閺娜芤好嫦蜊岬湹撞肯蛳碌乃鲋圃旆椒ā?br>[0038]5)所述磁場(chǎng)的強(qiáng)度為0.1T (特斯拉，IT = 14G (高斯))以上的所述制造方法。
[0039]6)使SiC晶種與所述溶液接觸，隨后停止支持棒的下降，一邊提升支持棒一邊進(jìn)行所述SiC單晶的生長(zhǎng)的所述制造方法。
[0040]7)所述溶液的溫度在1800?2100°C的范圍內(nèi)的所述制造方法。
[0041 ] 以下，參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0042]本發(fā)明的實(shí)施方式的基于溶液法的SiC單晶的制造方法，如圖1所示，通過(guò)如下方法進(jìn)行:在SiC單晶生長(zhǎng)裝置I中，在使被石墨制支持棒6支持的SiC晶種7與高頻加熱的溶液接觸從而使SiC單晶生長(zhǎng)時(shí)，在利用磁場(chǎng)線圈8施加于所述溶液5的磁場(chǎng)(未圖示)的存在下，使所述支持棒6下降，使SiC晶種7與所述溶液5接觸，隨后停止所述磁場(chǎng)的施加而使SiC單晶9生長(zhǎng)。
[0043]所述高頻加熱是通過(guò)隔著隔熱材料3包圍石墨坩禍2的周圍的高頻加熱線圈4來(lái)進(jìn)行的。
[0044]另外，在所述的實(shí)施方式的制造方法中，所述坩禍2可以通過(guò)配置在底部的動(dòng)力(未圖示)而在與所述支持棒6的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上旋轉(zhuǎn)。
[0045]停止所述磁場(chǎng)的施加的控制方法，可基于由所述溶液5與支持于下降的所述支持棒6的下端的SiC晶種7的接觸所產(chǎn)生的電信號(hào)(例如檢測(cè)出的電流)來(lái)進(jìn)行。也就是說(shuō)，可通過(guò)基于所述的電信號(hào)來(lái)停止或者降低施予用于施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)線圈8的電流來(lái)停止磁場(chǎng)的施加。
[0046]另外，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的基于溶液法的SiC單晶的制造方法中，所述磁場(chǎng)的施加，優(yōu)選在事先預(yù)測(cè)的使SiC晶種與所述溶液接觸前的規(guī)定時(shí)間開(kāi)始進(jìn)行，通常為0.5分鐘以上，優(yōu)選為10分鐘以內(nèi)，更優(yōu)選為5分鐘以內(nèi)，更優(yōu)選為2分鐘以內(nèi)。
[0047]另外，在所述方法中，進(jìn)行所述接觸后，優(yōu)選在I分鐘以內(nèi)、更優(yōu)選在30秒以內(nèi)停止所述磁場(chǎng)的施加。即使在所述接觸后施加磁場(chǎng)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，效果也沒(méi)有增加，反而妨礙溶液的均勻混合，因此不優(yōu)選。
[0048]停止所述磁場(chǎng)的施加的工序，不但可以完全地停止磁場(chǎng)的施加來(lái)進(jìn)行，而且也可以通過(guò)將施加的磁場(chǎng)的強(qiáng)度降低至施加時(shí)的五分之一以下(例如十分之一以下)來(lái)進(jìn)行，優(yōu)選完全地停止磁場(chǎng)的施加來(lái)進(jìn)行。
[0049]所述的事先預(yù)測(cè)的使SiC晶種接觸前的規(guī)定時(shí)間是指根據(jù)在SiC單晶生長(zhǎng)裝置內(nèi)的坩禍的溶液上的空間停止的支持棒下降直到種晶到達(dá)液面的距離與下降速度而反算求出的時(shí)間。例如，在根據(jù)從支持棒的停止位置到液面的距離與支持棒的下降速度，假設(shè)直至晶種接觸溶液(溶液接觸)需要20分鐘的情況下，在自溶液接觸時(shí)間點(diǎn)反算直至溶液接觸施加磁場(chǎng)一定時(shí)間，優(yōu)選為0.5分鐘以上、10分鐘以內(nèi)，特別為5分鐘以內(nèi)，其中更優(yōu)選在2分鐘以內(nèi)。
[0050]在所述方法中，所述磁場(chǎng)的方向只要是縱向磁場(chǎng)(向上或向下的磁場(chǎng))就不特別限定，但可優(yōu)選為從溶液面向坩禍底部向下的磁場(chǎng)，另外，所述磁場(chǎng)可優(yōu)選0.1T以上、特別是0.15T以上的強(qiáng)度。如果所述磁場(chǎng)的強(qiáng)度過(guò)小，則磁場(chǎng)施加的效果降低，因而不優(yōu)選，不存在上限，但即使過(guò)度地增大，在成本上不利或者需要不必要的電力消費(fèi)而不利。
[0051]予以說(shuō)明，由向所述的溶液施加磁場(chǎng)的效果在于，由于均勾的磁場(chǎng)，具有導(dǎo)電性的液體金屬內(nèi)的對(duì)流被抑制，液面振動(dòng)被抑制，并且是通常已知的(H.A.Chedzey等，Nature210(1966)933)。
[0052]在以往的SiC單晶生長(zhǎng)法中，伴隨著原料溶液的高溫加熱，由在溶液表面產(chǎn)生的振動(dòng)和/或溫度分布的不均