單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩堝以及單晶的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩禍以及單晶的制造方法，詳細(xì)地說，涉及用于利用溶液生長法制造單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩禍以及利用溶液生長法制造單晶的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為單晶的制造方法，有溶液生長法。在溶液生長法中，使晶種與成為單晶的原料的溶液相接觸，而使單晶生長。
[0003]在單晶中，存在如例如SiC單晶那樣通過臺(tái)階在橫向上生長而進(jìn)行晶體生長的單晶。在進(jìn)行這樣的臺(tái)階流(step flow)生長的單晶中，由于上級(jí)的臺(tái)階的生長趕上下級(jí)的臺(tái)階的生長，而產(chǎn)生臺(tái)階聚并。若進(jìn)行臺(tái)階聚并，則由于溶液的引入等而產(chǎn)生雜質(zhì)(inclus1n)。其結(jié)果，所生成的單晶的品質(zhì)降低。
[0004]在日本特開2006 - 117441號(hào)公報(bào)中公開有抑制雜質(zhì)的產(chǎn)生而制造品質(zhì)良好的SiC單晶的方法。在上述公報(bào)中，使坩禍的轉(zhuǎn)速或者坩禍的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向周期性變化，從而對(duì)坩禍內(nèi)的熔融液進(jìn)行攪拌。由此，抑制了雜質(zhì)的產(chǎn)生。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-117441號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

_8] 發(fā)明要解決的問題
[0009]然而，需要能夠更穩(wěn)定地抑制產(chǎn)生臺(tái)階聚并、抑制產(chǎn)生雜質(zhì)的技術(shù)。
[0010]本發(fā)明的目的在于，提供能夠更穩(wěn)定地抑制臺(tái)階聚并制造單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩禍以及單晶的制造方法。
[0011]用于解決問題的方案
[0012]本發(fā)明的實(shí)施方式的單晶的制造裝置用于利用溶液生長法制造單晶。制造裝置包括晶種軸、坩禍和驅(qū)動(dòng)源。晶種軸具有用于安裝晶種的下端面。坩禍容納成為單晶的原料的溶液。驅(qū)動(dòng)源使坩禍旋轉(zhuǎn)，并且使坩禍的轉(zhuǎn)速變化。坩禍的內(nèi)周面含有橫切形狀為非圓形的流動(dòng)控制面。
[0013]本發(fā)明的實(shí)施方式的坩禍在用于利用溶液生長法制造單晶的制造裝置(例如，上述制造裝置)中使用，并用于容納單晶的原料。該坩禍包括內(nèi)周面，內(nèi)周面含有橫切形狀為非圓形的流動(dòng)控制面。
[0014]本發(fā)明的實(shí)施方式的單晶的制造方法使用上述制造裝置。該制造方法是利用溶液生長法制造單晶的制造方法，其包括:準(zhǔn)備具有安裝有晶種的下端面的晶種軸的工序；準(zhǔn)備坩禍的工序，其中，該坩禍具有含有橫切形狀為非圓形的流動(dòng)控制面的內(nèi)周面，且用于容納成為單晶的原料的溶液；生成溶液的工序；以及使晶種與溶液相接觸而使單晶生長的工序，在使單晶生長的工序中，使坩禍旋轉(zhuǎn)并且使坩禍的轉(zhuǎn)速變化。
_5] 發(fā)明的效果
[0016]本發(fā)明的實(shí)施方式的單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩禍以及單晶的制造方法能夠更穩(wěn)定地抑制單晶生長中的臺(tái)階聚并。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的單晶的制造裝置的示意圖。
[0018]圖2是圖1所示的制造裝置所包括的坩禍的剖視圖。
[0019]圖3是表示圖2所示的i甘禍所包括的流動(dòng)控制部的俯視圖。
[0020]圖4是表示流動(dòng)控制部的變形例的俯視圖。
[0021]圖5是制造比較例的SiC單晶的制造裝置的示意圖。
[0022]圖6是對(duì)使用圖1所示的制造裝置所制造的SiC單晶(實(shí)施例1)的截面進(jìn)行拍攝而得到的照片。
[0023]圖7是對(duì)使用圖1所示的制造裝置所制造的SiC單晶(實(shí)施例2)的截面進(jìn)行拍攝而得到的照片。
[0024]圖8是對(duì)使用圖5所示的制造裝置所制造的SiC單晶(實(shí)施例2)的截面進(jìn)行拍攝而得到的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明的實(shí)施方式的單晶的制造裝置用于利用溶液生長法制造單晶。制造裝置包括晶種軸、坩禍和驅(qū)動(dòng)源。晶種軸具有用于安裝晶種的下端面。坩禍容納成為單晶的原料的溶液。驅(qū)動(dòng)源使坩禍旋轉(zhuǎn)，并且使坩禍的轉(zhuǎn)速變化。坩禍的內(nèi)周面含有橫切形狀為非圓形的流動(dòng)控制面。
[0026]坩禍的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，根據(jù)慣性定律，坩禍內(nèi)的溶液欲保持轉(zhuǎn)速變化之前的流動(dòng)。此處，流動(dòng)控制面的橫切形狀，也就是說，利用流動(dòng)控制面所形成的孔的與軸向垂直的截面形狀為非圓形。因此，若坩禍的轉(zhuǎn)速變化，則存在于流動(dòng)控制面的內(nèi)側(cè)的溶液的流動(dòng)發(fā)生紊亂。其結(jié)果，在流動(dòng)控制面的內(nèi)側(cè)形成有渦狀的流動(dòng)。該流動(dòng)對(duì)存在于除流動(dòng)控制面的內(nèi)側(cè)以外的部位的溶液的流動(dòng)造成影響。因此，在存在于除流動(dòng)控制面的內(nèi)側(cè)以外的部位的溶液中也形成有同樣的流動(dòng)。其結(jié)果，消除存在于溶液中的溶質(zhì)的偏聚(clustering)，抑制了臺(tái)階聚并，提升了單晶的品質(zhì)。
[0027]特別是，相比于坩禍的轉(zhuǎn)速增加時(shí)，在坩禍的轉(zhuǎn)速減小時(shí)存在于流動(dòng)控制面的內(nèi)側(cè)的溶液的流動(dòng)發(fā)生紊亂更強(qiáng)烈。因此，更大的渦狀的流動(dòng)形成于流動(dòng)控制面的內(nèi)側(cè)。其結(jié)果，臺(tái)階聚并進(jìn)一步被抑制，且單晶的品質(zhì)進(jìn)一步提升。
[0028]優(yōu)選的是，流動(dòng)控制面的橫切形狀為點(diǎn)對(duì)稱。該情況下，當(dāng)坩禍的轉(zhuǎn)速變化時(shí)在流動(dòng)控制面的內(nèi)側(cè)形成渦狀的流動(dòng)。
[0029]優(yōu)選的是，流動(dòng)控制面的橫切形狀為橢圓形。該情況下，當(dāng)坩禍的轉(zhuǎn)速變化時(shí)在流動(dòng)控制面的內(nèi)側(cè)形成更強(qiáng)的渦狀的流動(dòng)。
[0030]優(yōu)選的是，坩禍包括筒部、底部和流動(dòng)控制部。底部位于筒部的下端。流動(dòng)控制部與筒部相接觸地配置，且具有上下方向延伸的孔。在流動(dòng)控制部中，孔的內(nèi)表面為流動(dòng)控制面。
[0031]該情況下，通過改變流動(dòng)控制部，例如，根據(jù)坩禍所容納的溶液的體積等，能夠適當(dāng)?shù)馗淖兞鲃?dòng)控制面的內(nèi)側(cè)的容積等。
[0032]優(yōu)選的是，流動(dòng)控制部與底部相接觸。該情況下，能夠增大流動(dòng)控制部自晶種的距離。其結(jié)果，難以產(chǎn)生由于設(shè)有流動(dòng)控制部而引起的單晶的生長阻礙。
[0033]優(yōu)選的是，流動(dòng)控制部的外周面含有第I外周面和第2外周面。第I外周面與筒部相接觸。第2外周面在該第2外周面與筒部之間形成間隙。
[0034]該情況下，能夠減小流動(dòng)控制部的體積。因此，能夠使流動(dòng)控制部的熱容量變小。其結(jié)果，坩禍所容納的溶液中存在于流動(dòng)控制部的附近的部分的溫度難以降低。
[0035]使用上述的制造裝置所制造的單晶只要是進(jìn)行臺(tái)階生長的單晶，就不特別地進(jìn)行限定。單晶例如是SiC單晶。在制造SiC單晶的情況下，晶種是SiC晶種，溶液是Si — C溶液。Si — C溶液是在Si或者Si合金的熔融液中溶解有碳(C)的溶液。
[0036]本發(fā)明的實(shí)施方式的坩禍用于上述制造裝置。
[0037]本發(fā)明的實(shí)施方式的單晶的制造方法使用上述制造裝置。
[0038]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。對(duì)圖中相同的或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的附圖標(biāo)記，不重復(fù)進(jìn)行說明。
[0039](制造裝置)
[0040]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的單晶的制造裝置10的概略結(jié)構(gòu)圖。此外，在本實(shí)施方式中，對(duì)用于制造SiC單晶的制造裝置進(jìn)行說明，但本發(fā)明的制造裝置也可以用于除SiC單晶以外的單晶(例如AlN)的制造。
[0041]制造裝置10包括:箱體12、坩禍14、隔熱構(gòu)件16、加熱裝置18、旋轉(zhuǎn)裝置20、以及升降裝置22。
[0042]箱體12容納坩禍14。在制造SiC單晶時(shí)，箱體12被冷卻。
[0043]坩禍14容納Si — C溶液15。Si — C溶液15是SiC單晶的原料。Si — C溶液15含有硅(Si)和碳(C)。
[0044]S1-C溶液15的原料例如是Si單體或者Si與其他金屬元素的混合物。加熱原料而形成熔融液，且將碳(C)溶解于該熔融液，由此生成Si — C溶液15。其他金屬元素例如是鈦(Ti)、猛(Mn)、絡(luò)(Cr)、鈷(Co)、|凡(V)、鐵(Fe)等。這些金屬元素中，優(yōu)選的金屬元素是T1、Cr和Fe。更優(yōu)選的金屬元素是Ti和Cr。
[0045]優(yōu)選的是，坩禍14含有碳。在該情況下，坩禍14成為向Si — C溶液15供給碳的碳供給源。坩禍14例如也可以是由石墨構(gòu)成的坩禍，也可以是由SiC構(gòu)成的坩禍。坩禍14也可以用SiC覆蓋其內(nèi)表面。
[0046]隔熱構(gòu)件16由隔熱材料構(gòu)成，并將坩禍14包圍。
[0047]加熱裝置18例如是高頻線圈，并將隔熱構(gòu)件16的側(cè)壁包圍。加熱裝置18對(duì)容納有Si — C溶液15的原料的坩禍14進(jìn)行感應(yīng)加熱，并生成Si — C溶液15。加熱裝置18進(jìn)一步地將Si — C溶液15保持于晶體生長溫度。晶體生長溫度依賴于Si — C溶液15的組成。晶體生長溫度例如是1600°C?2000°C。
[0048]旋轉(zhuǎn)裝置20包括旋轉(zhuǎn)軸24和驅(qū)動(dòng)源26。
[0049]旋轉(zhuǎn)軸24在箱體12的高度方向(圖1的上下方向)上延伸。旋轉(zhuǎn)軸24的上端位于隔熱構(gòu)件16內(nèi)。在旋轉(zhuǎn)軸24的上端配置有坩禍14。旋轉(zhuǎn)軸24的下端位于箱體12的外側(cè)。
[0050]驅(qū)動(dòng)源26配置于箱體12的下方。驅(qū)動(dòng)源26與旋轉(zhuǎn)軸24相連結(jié)。驅(qū)動(dòng)源26使旋轉(zhuǎn)軸24繞旋轉(zhuǎn)軸24的中心軸線旋轉(zhuǎn)。由此，坩禍14 (S1- C溶液15)繞中心軸線LI旋轉(zhuǎn)。另外，驅(qū)動(dòng)源26使旋轉(zhuǎn)軸24的轉(zhuǎn)速變化，或者使旋轉(zhuǎn)軸24的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向變化。
[0051]升降裝置22包括晶種軸28和驅(qū)動(dòng)源30。
[0052]晶種軸28在箱體12的高度方向上延伸。晶種軸28例如由石墨構(gòu)成。晶種軸28的上端位于箱體12的外側(cè)。在晶種軸28的下端面28S安裝有SiC晶種32。
[0053]SiC晶種32是板狀，其上表面安裝于下端面28S。在本實(shí)施方式中，SiC