SiC單晶及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及SiC單晶及其制造方法。提供不含多晶、除側(cè)面端部外不含裂紋的SiC單晶。SiC單晶的制造方法，其是使保持于晶種保持軸(12)下端面的晶種基板(14)與配置在坩堝(10)內(nèi)的具有從內(nèi)部向液面溫度降低的溫度梯度的Si?C溶液(24)接觸從而使SiC單晶晶體生長(zhǎng)的SiC單晶的制造方法，其中，晶種保持軸(12)的端面的外形小于晶種基板(14)的頂面的外形，晶種基板(14)的頂面具有與晶種保持軸(12)的下端面的整個(gè)面相接而被保持的中央部(15)、和不與晶種保持軸(12)的下端面相接的外周部(16)，該方法包括：在晶種基板(14)的頂面配置碳片材(30)，使得覆蓋中央部(15)和外周部(16)中的至少外周部(16)。

SiC single crystal and manufacturing method thereof

The present invention relates to SiC single crystals and methods of making the same. A SiC single crystal without polysilicon and without cracks at the side ends is provided. Manufacturing method of SiC single crystal, which is to keep the seed to keep the shaft (12) crystal substrate surface (14) and (10) Si configuration in the crucible C solution with the temperature gradient decreases from inside to the surface temperature of the (24) method for producing SiC single crystal contact so that the SiC single crystal growth, crystal axis (12) surface shape is less than a seed crystal substrate (14) of the top surface of the crystal shape, the top surface of the substrate (14) with crystal axis (12) of the entire surface of the lower end connected with the central ministry and be maintained (15), and keep the seed shaft (12) the end connected with the peripheral part (16), the method includes: a seed crystal substrate (14) is arranged on the upper surface of the carbon sheet (30), so as to cover the central portion (15) and peripheral part (16) in the peripheral part (at least 16).

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
SiC單晶及其制造方法
本公開涉及SiC單晶及其制造方法。
技術(shù)介紹
SiC單晶在熱學(xué)、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單晶相比具有高的絕緣擊穿電壓、高的熱導(dǎo)率等優(yōu)異的物理性質(zhì)。因此，可實(shí)現(xiàn)Si單晶和GaAs單晶等現(xiàn)有半導(dǎo)體材料不能實(shí)現(xiàn)的高輸出、高頻、耐電壓、耐環(huán)境性等，作為可進(jìn)行大電力控制和節(jié)能的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、車載用高溫器件材料、耐放射線器件材料等這樣寬范圍的新一代半導(dǎo)體材料的期待正在高漲。以往，作為SiC單晶的生長(zhǎng)方法，代表性的已知有氣相法、艾奇遜(Acheson)法和溶液法。在氣相法中，例如在升華法中，雖然具有在生長(zhǎng)的單晶中易于產(chǎn)生被稱作微管缺陷的中空貫穿狀的缺陷、層疊缺陷等晶格缺陷和多晶型等的缺點(diǎn)，但在以往，SiC塊狀單晶大多通過升華法制造，也進(jìn)行了減少生長(zhǎng)晶體的缺陷的嘗試。在艾奇遜法中，由于使用硅石和焦炭作為原料并在電爐中進(jìn)行加熱，因此，因原料中的雜質(zhì)等而不可能得到結(jié)晶性高的單晶。而且，溶液法為如下方法：在石墨坩堝中形成Si熔液或熔化了Si以外的金屬的Si熔液，使C溶解到該熔液中，使SiC晶體層在設(shè)置于低溫部的晶種基板上析出從而生長(zhǎng)。由于溶液法與氣相法相比進(jìn)行在接近熱平衡的狀態(tài)下的晶體生長(zhǎng)，因此最能期待低缺陷化。因此，最近，提出了一些基于溶液法的SiC單晶的制造方法(專利文獻(xiàn)1)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本特開2014-234342號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)所要解決的課題但是，在專利文獻(xiàn)1等的以往技術(shù)中，有時(shí)在生長(zhǎng)晶體的整體中產(chǎn)生裂紋，或產(chǎn)生多晶。關(guān)于裂紋，雖然即使在距生長(zhǎng)晶體的側(cè)面1mm左右的范圍的側(cè)面端部產(chǎn)生裂紋也能允許，但有時(shí)在生長(zhǎng)晶體的整體中產(chǎn)生裂紋從而生長(zhǎng)晶體會(huì)破裂。已知的是，晶種基板與晶種保持軸之間的熱膨脹差為裂紋產(chǎn)生的原因。另外已知的是，如果晶種基板的頂面的外形大于晶種保持軸的端面的外形，則晶種基板的頂面(被晶種保持軸保持的面)的外周部不與晶種保持軸的端面相接，自其非接觸部的輻射熱損失變多，在生長(zhǎng)晶體中可能產(chǎn)生多晶。因此，期望不含多晶、除側(cè)面端部外不含裂紋的SiC單晶。用于解決課題的手段本公開以SiC單晶的制造方法為對(duì)象，該制造方法是使保持于晶種保持軸的下端面的晶種基板與配置在坩堝內(nèi)的具有從內(nèi)部向液面溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液接觸從而使SiC單晶晶體生長(zhǎng)的SiC單晶的制造方法，其中，晶種基板的頂面具有與晶種保持軸的下端面的整個(gè)面相接而被保持的中央部、和不與晶種保持軸的下端面相接的外周部，該制造方法包括：在晶種基板的頂面配置碳片材，使得覆蓋中央部和外周部中的至少外周部。本公開還以SiC單晶為對(duì)象，該SiC單晶不含多晶，除側(cè)面端部外不含裂紋，具有30mm以上的直徑，并且通過X射線衍射法測(cè)定時(shí)的晶體取向的偏差為0.22°以下/50mm。專利技術(shù)效果根據(jù)本公開，可得到不含多晶、除側(cè)面端部外不含裂紋的SiC單晶。附圖說明圖1是表示可用于本公開的方法的SiC單晶制造裝置的一例的截面示意圖。圖2是晶種基板及具有與晶種基板相同直徑的晶種保持軸的截面示意圖。圖3是晶種基板及具有小于晶種基板的直徑的晶種保持軸的截面示意圖。圖4是晶種基板的頂面被碳片材覆蓋的晶種基板及具有小于晶種基板的直徑的晶種保持軸的截面示意圖。圖5是晶種基板的頂面的外周部被碳片材覆蓋的晶種基板及具有小于晶種基板的直徑的晶種保持軸的截面示意圖。圖6是示出從鉛直方向上方觀察時(shí)的晶種基板的頂面的外形與晶種保持軸的端面的外形的大小的關(guān)系的示意圖。圖7是被具有大于晶種基板的頂面的外形的碳片材覆蓋的晶種基板及具有小于晶種基板的直徑的晶種保持軸的截面示意圖。圖8是形成于晶種基板與Si-C溶液之間的彎液面的截面示意圖。圖9是基于實(shí)施例1的條件進(jìn)行的Si-C溶液的溫度梯度的模擬結(jié)果。圖10是基于比較例2的條件進(jìn)行的Si-C溶液的溫度梯度的模擬結(jié)果。圖11是基于比較例4的條件進(jìn)行的Si-C溶液的溫度梯度的模擬結(jié)果。附圖標(biāo)記說明100單晶制造裝置10坩堝12晶種保持軸14晶種基板15晶種基板的中央部16晶種基板的外周部17生長(zhǎng)晶體18隔熱材料19生長(zhǎng)晶體的生長(zhǎng)面處的外形22高頻線圈22A上段高頻線圈22B下段高頻線圈24Si-C溶液26石英管30碳片材34彎液面具體實(shí)施方式在本說明書中，(000-1)面等的表達(dá)中的“-1”是將原本在數(shù)字上方賦予橫線而表達(dá)之處表達(dá)為“-1”。以往，在基于溶液法的SiC單晶的生長(zhǎng)中，使用如圖2所示那樣的具有相同直徑的晶種保持軸和晶種基板。圖2是晶種保持軸12和具有與晶種保持軸12相同直徑的晶種基板14的截面示意圖。晶種基板14的頂面保持于晶種保持軸12的下端面。本專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，如果使用如圖2所示那樣的具有相同直徑的晶種保持軸和晶種基板，則由于晶種保持軸和晶種基板的熱膨脹系數(shù)的不同，在生長(zhǎng)晶體的整體中可能產(chǎn)生裂紋。特別地，還發(fā)現(xiàn)在為了使大口徑的晶體生長(zhǎng)而使用大直徑的晶種基板的情況下，在生長(zhǎng)晶體的整體中裂紋變得容易產(chǎn)生。而且，本專利技術(shù)人還發(fā)現(xiàn)，如果如圖3所示的那樣，使用具有小于晶種基板14的直徑的直徑的晶種保持軸12，則雖然可抑制在生長(zhǎng)晶體的整體中產(chǎn)生那樣的裂紋的發(fā)生，但在生長(zhǎng)晶體中也可能產(chǎn)生多晶。圖3是晶種保持軸12及具有大于晶種保持軸12的直徑的晶種基板14的截面示意圖。晶種基板14的頂面的中央部與晶種保持軸12的下端面的整個(gè)面相接而被保持。發(fā)現(xiàn)了如果如圖3所示的那樣，使用具有小于晶種基板14的頂面的直徑的直徑的端面的晶種保持軸12，則僅晶種基板14的頂面(被晶種保持軸保持的面)的中央部15與晶種保持軸12的下端面的整個(gè)面相接而被保持，晶種基板14的頂面的外周部16不與晶種保持軸12的下端面相接，自該外周部16(非接觸部)的輻射熱損失變多，晶種基板14的生長(zhǎng)面附近的Si-C溶液的溫度梯度變得過大，從而在生長(zhǎng)晶體中可能產(chǎn)生多晶。在本申請(qǐng)中，將晶種基板的與晶種保持軸的下端面的整個(gè)面相接而被保持的部分稱作中央部或接觸部，將晶種基板的不與晶種保持軸的下端面相接的部分稱作外周部或非接觸部。本專利技術(shù)人基于上述認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)，如果如圖4和圖5所示的那樣，以成為非接觸部的外周部不露出的方式在晶種基板14的頂面配置碳片材30，則能抑制在生長(zhǎng)晶體中產(chǎn)生多晶。圖4是晶種保持軸12、具有大于晶種保持軸12的直徑的晶種基板14及配置于晶種基板14的頂面的中央部和外周部的碳片材30的截面示意圖。在圖4中，碳片材30配置于晶種基板14的頂面，頂面被碳片材30覆蓋的晶種基板14保持于晶種保持軸12的下端面。圖5是晶種保持軸12、具有大于晶種保持軸12的直徑的晶種基板14及配置于晶種基板14的頂面的外周部的碳片材30的截面示意圖。在圖5中，碳片材30配置于晶種基板14的頂面的外周部上，晶種基板14保持于晶種保持軸12的下端面。碳片材30可以如圖4所示那樣，以介于晶種基板14的頂面與晶種保持軸12的下端面之間的方式配置，或者也可以如圖5所示那樣，具有在中央部具有穿過晶種保持軸的孔且僅覆蓋晶種基板14的外周部的圓環(huán)(donut)形狀。本公開以SiC單晶的制造方法為對(duì)象，該制造方法是使保持于晶種保持軸的下端面的晶種基板與配置在坩堝內(nèi)的具有從內(nèi)部向液面溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液接觸從而使Si本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
SiC單晶的制造方法，其是使保持于晶種保持軸的下端面的晶種基板與配置在坩堝內(nèi)的具有從內(nèi)部向液面溫度降低的溫度梯度的Si?C溶液接觸從而使SiC單晶晶體生長(zhǎng)的SiC單晶的制造方法，其中，所述晶種基板的頂面具有與所述晶種保持軸的所述下端面的整個(gè)面相接而被保持的中央部、和不與所述晶種保持軸的所述下端面相接的外周部，該制造方法包括：在所述晶種基板的所述頂面配置碳片材，使得覆蓋所述中央部和所述外周部中的至少所述外周部。

【技術(shù)特征摘要】
2015.12.15 JP 2015-2442331.SiC單晶的制造方法，其是使保持于晶種保持軸的下端面的晶種基板與配置在坩堝內(nèi)的具有從內(nèi)部向液面溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液接觸從而使SiC單晶晶體生長(zhǎng)的SiC單晶的制造方法，其中，所述晶種基板的頂面具有與所述晶種保持軸的所述下端面的整個(gè)面相接而被保持的中央部、和不與所述晶種保持軸的所述下端面相接的外周部，該制造方法包括：在所述晶種基板的所述頂面配置碳片材，使得覆蓋所述中央部和所述外周部中的至少所述外周部。2.權(quán)利要求1所述的SiC單晶的制造方法，其中，所述碳片材具有與所述晶種基板的所述頂面的外形相同的外形或大于所述晶種基板的所述頂面的外形的外形，該制造方法包括：在所述晶種基板的所述頂面配置所述碳片材，使得覆蓋所述晶種基板的所述頂面的所述中央部及所述外周部的全部，和使配置有所述碳片材的所述晶種基板的所述中央部保持于所述晶種保持軸的所述下端面。3.權(quán)利要求1所述的SiC單晶的制造方法，其中，所述碳片材具有與所述晶體生長(zhǎng)的Si...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：旦野克典，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：豐田自動(dòng)車株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國別省市：日本,JP