[發(fā)明專利]SiC單晶體的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380045663.9
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號: CN104603336B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 加渡干尚;楠一彥;龜井一人
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社;新日鐵住金株式會社
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B19/10
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 金光華

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及作為半導體元件優(yōu)選的SiC單晶體的制造方法。

背景技術(shù)

SiC單晶體在熱、化學方面非常地穩(wěn)定，機械性強度優(yōu)良，抗放射線能力強，而且具有比Si單晶體更高的絕緣破壞電壓、更高的熱傳導率等優(yōu)良的物質(zhì)性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)利用Si單晶體、GaAs單晶體等現(xiàn)有的半導體材料無法實現(xiàn)的高輸出、高頻、耐電壓、耐環(huán)境性等，作為能夠?qū)崿F(xiàn)大功率控制、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的寬范圍內(nèi)的下一代的半導體材料，受到較高的期待。

以往，作為SiC單晶體的生長法，代表性地已知氣相法、艾奇遜(Acheson)法、以及溶液法。在氣相法之中的例如升華法中，具有在所生長的單晶體中易于產(chǎn)生被稱為微管缺陷的中空貫通狀的缺陷、層疊缺陷等晶格缺陷以及晶體多態(tài)等的缺點，但由于晶體的生長速度快，所以以往大多數(shù)的SiC塊單晶體通過升華法來制造，還進行了降低生長晶體的缺陷的嘗試。在艾奇遜法中作為原料使用硅石和焦炭而在電爐中進行加熱，所以由于原料中的雜質(zhì)等，不可能得到晶體性高的單晶體。

另外，溶液法是如下方法：在石墨坩堝中形成Si熔液或者使合金熔解得到的Si熔液，在該熔液中從石墨坩堝溶解C，在設置于低溫部的晶種基板上使SiC晶體層析出而生長。溶液法相比于氣相法，在更接近熱平衡的狀態(tài)下進行晶體生長，所以低缺陷化最值得期待。因此，最近提出了幾個利用溶液法的SiC單晶體的制造方法。

例如，公開了為了得到缺陷少的SiC單晶體而將晶種基板的附近的Si-C溶液的溫度梯度設為5℃/cm以下的SiC單晶體的制造方法(專利文獻1)。

專利文獻1：日本特開2009-91222號公報

發(fā)明內(nèi)容

這樣，根據(jù)溶液法，雖然易于得到缺陷比其他方法少的SiC單晶體，但在專利文獻1等記載的以往的方法中，存在SiC單晶體的生長速度慢這樣的問題。

本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種在溶液法中能夠比以往大幅提高生長速度的SiC單晶體的制造方法。

本發(fā)明提供一種SiC單晶體的制造方法，使晶種基板接觸被放入到坩堝內(nèi)且具有溫度從內(nèi)部朝向液面降低的溫度梯度的Si-C溶液，而晶體生長SiC單晶體，其中，

所述坩堝的深度/內(nèi)徑小于1.71，

從所述Si-C溶液的液面至液面下10mm的范圍的溫度梯度大于42℃/cm。

根據(jù)本發(fā)明，能夠以比以往大幅快的生長速度使SiC單晶體生長。

附圖說明

圖1是能夠在本發(fā)明的方法中使用的坩堝構(gòu)造的剖面示意圖。

圖2是增大了坩堝深度時的坩堝構(gòu)造的剖面示意圖。

圖3是減小了坩堝深度時的坩堝構(gòu)造的剖面示意圖。

圖4是在晶種基板與Si-C溶液之間形成的彎月面(Meniscus)的剖面示意圖。

圖5是示出檢查在生長晶體中有無內(nèi)含物(Inclusion)時的生長晶體的切出部位的示意圖。

圖6是示出能夠在本發(fā)明中使用的單晶體制造裝置的一個例子的剖面示意圖。

圖7是包括在實施例1中所生長的SiC單晶體以及晶種基板的SiC結(jié)晶的剖面的光學顯微鏡照片。

圖8是在實施例1中所生長的SiC單晶體的蝕刻面的顯微鏡照片。

圖9是描繪了在實施例1～3、參考例1～5以及比較例1～12中所得到的相對Si-C溶液的表面區(qū)域的溫度梯度的SiC單晶體的生長速度的曲線圖。

(符號說明)

100：單晶體制造裝置；10：坩堝；12：晶種保持軸；14：晶種基板；16：坩堝高度；17：坩堝內(nèi)徑；18：隔熱材料；20：坩堝上部的蓋；22：高頻線圈；22A：上段高頻線圈；22B：下段高頻線圈；24：Si-C溶液；26：石英管；28：坩堝上部的開口部；34：彎月面；40：SiC生長晶體；42：切出的生長晶體。

具體實施方式

在本說明書中，(000-1)面等表述中的“-1”是指，將原本在數(shù)字的上方附加橫線來表述的情形記載為“-1”。

利用以往的溶液法的SiC單晶體的生長是接近熱平衡的狀態(tài)下的晶體生長，所以雖然能夠期待低缺陷化，但一般生長速度慢，難以得到期望的生長速度。

本申請發(fā)明人針對SiC單晶體生長中的生長速度的提高進行潛心研究，發(fā)現(xiàn)了能夠大幅提高生長速度的SiC單晶體的制造方法。