專利名稱：制造碳化硅單晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過所謂的溶液法制造碳化硅(SiC)單晶的方法。2.相關(guān)技術(shù)描述SiC是表現(xiàn)出優(yōu)異性能的半導(dǎo)體，例如，它的帶隙是硅(Si)的大約三倍，并且它的 介電擊穿場強是Si的大約10倍，并且它對于功率器件的應(yīng)用使得可以實現(xiàn)相比Si功率器件表現(xiàn)出較低功率損失的器件。此外，SiC功率器件不僅提供比Si功率器件低的功率損失，而且還能夠具有比Si功率器件更高的溫度和更快的運行。結(jié)果，通過使用SiC功率器件，對于電功率轉(zhuǎn)換器件如逆變器等可以實現(xiàn)更高的效率和更小的尺寸。升華法和溶液法可用于制造SiC單晶。在溶液法中，將籽晶浸在其中溶解有原料的熔體中，并且使籽晶周圍的溶解在熔體中的原料處于過飽和狀態(tài)(例如，通過建立其中溫度從熔體內(nèi)朝熔體表面下降的溫度梯度)并且由此析出在籽晶上。已經(jīng)報道，通過利用溶液法在SiC單晶制造中的生長過程消除了存在于籽晶中的微管。由石墨形成的坩堝通常用在利用溶液法的SiC單晶制造中，并且從石墨坩堝向Si熔體供給碳(C)，所述碳(C)是SiC單晶的另一原料。結(jié)果，熔體中的碳濃度自然在石墨坩堝的壁附近處于其最大值。此外，熔體表面還具有與大氣的界面，結(jié)果最大溫度梯度易于出現(xiàn)在熔體表面附近。相應(yīng)地，碳濃度在石墨坩堝的壁附近的熔體表面處呈現(xiàn)出過飽和狀態(tài)，這產(chǎn)生易于析出粗SiC晶體(在下文稱為多晶)的趨勢。當(dāng)例如在生長期間該多晶附著于籽晶及其附近時，這導(dǎo)致抑制從籽晶生長單晶(其為初始目的)的風(fēng)險。結(jié)果，該多晶析出成為利用溶液法的單晶生長的主要問題。日本專利申請公開7-69779(JP-A-7-69779)描述了一種單晶拉制設(shè)備，其中將坩堝設(shè)置在腔中，坩堝的內(nèi)部通過圓筒形的分隔壁分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，并且在將粒狀原料連續(xù)進(jìn)料到坩堝外部區(qū)域中的單晶原料熔體中的同時生長單晶。在生長期間在同心環(huán)繞單晶的圓筒體從腔的上部區(qū)域向下延伸，并且在該圓筒體的下端處連接有絕熱環(huán)，所述絕熱環(huán)具有沿向下的方向逐漸變細(xì)的截錐體形狀。該單晶拉制設(shè)備的特征在于，該絕熱環(huán)的殼由碳材料形成，并且該殼的內(nèi)部填充有絕熱材料。JP-A-7-69779進(jìn)一步陳述，由于所描述的單晶拉制設(shè)備可以在分隔壁和熔體表面之間的界面附近保持高溫，所以可以防止分隔壁附近的熔體凝固，可以提高單晶生長速率，并且因此可以獲得提高的生產(chǎn)率。日本專利申請公開2009-274887 (JP-A-2009-274887)描述了通過在SiC籽晶上由溶解在Si-Cr熔體中的C的硅-鉻-碳(Si-Cr-C)溶液生長SiC單晶來制造SiC單晶的方法，所述方法的特征在于向Si-Cr-C溶液施加直流磁場。一種用于通過溶液法制造SiC單晶的設(shè)備描述在日本專利申請2009-030327 (JP-A-2009-030327)中。該設(shè)備設(shè)置有容納含Si熔體并且經(jīng)插入的絕熱材料設(shè)置在生長爐中的坩堝；設(shè)置在生長爐周圍并且具有用于加熱熔體和維持規(guī)定溫度的高頻線圈的外部加熱設(shè)備；可垂直位移的碳棒；和在該碳棒尖端處的籽晶。碳棒下端的側(cè)表面設(shè)置有抑制多晶制造的區(qū)域；該區(qū)域具有比碳棒低的熔體可潤濕性。
一種通過溶液法制造單晶的方法描述在日本專利申請2009-256222中。該方法的特征在于使用設(shè)置有冷卻籽晶的冷卻區(qū)域和加熱軸圓周的加熱區(qū)域的軸以及通過加熱軸圓周冋時冷卻桿晶而在桿晶和溶液接觸之后生長單晶
發(fā)明內(nèi)容

在JP-A-7-69779中描述的單晶拉制設(shè)備中，絕熱環(huán)設(shè)置在使其下端距熔體表面至少IOmm的位置處。相應(yīng)地，甚至當(dāng)利用該設(shè)備實施SiC單晶制造時，多晶析出在石墨坩堝的內(nèi)壁附近，結(jié)果不能充分防止多晶粘附在籽晶處及其附近。JP-A-2009-274887陳述了多晶層狀材料的產(chǎn)生通過向Si-Cr-C熔體施加直流磁場而被有效抑制。然而，即使利用JP-A-2009-274887中描述的方法也非常難以完全抑制該多晶層狀材料的產(chǎn)生。本發(fā)明提供一種制造SiC單晶的方法，通過其新型結(jié)構(gòu)，可以防止多晶附著至籽晶及其附近。本發(fā)明的一個方面涉及一種制造SiC單晶的方法。該方法包括通過將第一籽晶浸在坩堝中的原料熔體中，在保持在籽晶保持器下端處的所述第一籽晶上生長SiC單晶；和在所述第一籽晶之外的區(qū)域中實施促進(jìn)多晶生長的處理。在根據(jù)該方面的所述方法中所述促進(jìn)多晶生長的處理可以包括形成呈現(xiàn)出從所述原料熔體的內(nèi)部向所述原料熔體的液體表面的溫度下降和從所述原料熔體的內(nèi)部向所述坩堝的底部的溫度下降的溫度梯度的處理。在根據(jù)該方面的所述方法中所述促進(jìn)多晶生長的處理可以包括通過將石墨材料浸在所述原料熔體的自由表面中而在所述石墨材料上生長多晶的處理，并且浸在所述原料熔體中的所述石墨材料可以設(shè)置有第二籽晶，而且所述促進(jìn)多晶生長的處理可以包括通過將所述第二籽晶浸在所述原料熔體的自由表面中而在所述第二籽晶上生長多晶的處理。在根據(jù)該方面的所述方法中所述促進(jìn)多晶生長的處理可以包括通過將第三籽晶設(shè)置在所述坩堝的內(nèi)壁的底表面處或所述坩堝的內(nèi)壁和所述原料熔體的液體表面之間的接觸區(qū)域中的至少之一處而使得在所述第三籽晶上生長多晶的處理。在根據(jù)該方面的所述方法中所述石墨材料可以是石墨棒或石墨環(huán)。在根據(jù)該方面的所述方法中所述促進(jìn)多晶生長的處理包括在設(shè)置在所述坩堝的內(nèi)壁表面上的紋理化區(qū)域上生長多晶的處理。在根據(jù)該方面的所述方法中所述紋理化區(qū)域可以具有大于2. Oym的表面粗糙度。在根據(jù)該方面的所述方法中所述多晶可以由SiC形成。在根據(jù)該方面的所述方法中所述原料熔體的溫度可以等于或高于1800°C，和等于或低于2300°C，并且在根據(jù)該方面的所述方法中可以等于或低于2000°C。因為在根據(jù)本發(fā)明的方法中多晶在用于生長SiC單晶的籽晶之外和該籽晶附近之外的區(qū)域中析出和生長，所以可以顯著抑制多晶附著在籽晶及其附近處。結(jié)果，本發(fā)明的方法使得SiC單晶可以穩(wěn)定地生長，幾乎不摻入多晶或基本上不摻入多晶。


參考附圖，從以下實施方案的說明，本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得明顯，附圖中類似的附圖標(biāo)記用于表示類似的要素/元件，其中圖I是示意性顯示SiC單晶制造設(shè)備的一個實例的橫截面圖；圖2是示意性顯示設(shè)置有石墨材料的SiC單晶制造設(shè)備的一個實例的橫截面圖；圖3是顯示在實施例I的原料熔體中的溫度分布的圖；圖4是在實施例I中獲得的SiC單晶的照片； 圖5是顯示在對比例I的原料熔體中的溫度分布的圖；和圖6是在對比例I中獲得的晶體的照片。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的實施方案的制造SiC單晶的方法是如下的SiC單晶制造方法其中通過將第一籽晶浸在坩堝中的原料熔體中，使SiC單晶在保持在籽晶保持器下端處的第一籽晶，即用于引發(fā)SiC單晶生長的籽晶上生長，其中在所述第一籽晶之外的區(qū)域中進(jìn)行促進(jìn)多晶生長的處理。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)多晶在籽晶及其附近處的析出和附著可以通過在用于生長SiC單晶的籽晶之外和該籽晶附近之外的區(qū)域中實施促進(jìn)多晶生長的處理來顯著抑制。在本說明書中，“籽晶及其附近”尤其指籽晶自身、周圍熔體表面、和保持籽晶的籽晶保持器的下端。無意于受任何特定理論束縛，據(jù)認(rèn)為通過在籽晶及其附近之外的區(qū)域中促進(jìn)多晶生長，可以降低原料熔體中、特別是在籽晶附近的原料熔體中的碳濃度。相應(yīng)地，據(jù)認(rèn)為，因為可以防止溶解在該區(qū)域中的原料熔體中的碳達(dá)到過飽和條件，或者，換句話說，因為可以使在該區(qū)域中的原料熔體中的碳濃度處于不飽和狀態(tài)，結(jié)果抑制了多晶在籽晶及其附近的析出和附著。用于通過溶液法制造SiC單晶的相關(guān)技術(shù)包括從抑制多晶自身析出的角度考慮的多種方案。相應(yīng)地，非常意料不到的并且應(yīng)當(dāng)被視為出乎意料之外的是，如在根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法中那樣，通過在籽晶及其附近之外的區(qū)域中促進(jìn)多晶的生長，可以實現(xiàn)SiC單晶在籽晶上的穩(wěn)定生長。根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法，可以采用能夠使得多晶在籽晶及其附近之外的區(qū)域中生長的任何處理作為促進(jìn)多晶生長的處理。在根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法中的“促進(jìn)多晶生長的處理”在下文參考附圖描述。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，形成其中溫度從原料熔體的內(nèi)部向原料熔體的液體表面下降和溫度從原料熔體的內(nèi)部向坩堝的底部下降的溫度梯度。圖I是示意性顯示根據(jù)該實施方案的SiC單晶制造設(shè)備的一個實例的橫截面圖。參考圖1，SiC單晶制造設(shè)備10設(shè)置有用于保持形成用于SiC單晶的原料的原料熔體I的坩堝2、設(shè)置在坩堝2的周圍的加熱裝置3、設(shè)置在坩堝2的上部區(qū)域中并且在其下端處具有籽晶4的可垂直位移的籽晶保持器5、用于坩堝2的任選的蓋6、和設(shè)置在蓋6兩側(cè)上的任選的絕熱材料7。更具體而言，坩堝2由在坩堝內(nèi)側(cè)上的內(nèi)坩堝2a和作為保持內(nèi)坩堝2a的基座區(qū)域的外坩堝2b形成。此外，為了防止在利用該SiC單晶制造設(shè)備10的SiC單晶制造期間在大氣氣體和SiC單晶產(chǎn)物之間的化學(xué)反應(yīng)，將坩堝2、和加熱裝置3等設(shè)置在腔8中，并且該腔8的內(nèi)部填充有惰性氣體，例如氬。為了利用SiC單晶制造設(shè)備10制造SiC單晶，例如，首先將起始材料引入坩堝2中；排空腔8的內(nèi)部；和之后用惰性氣體如氬將腔8的內(nèi)部增壓至大氣壓或高于大氣壓的壓力。然后通過加熱裝置3加熱坩堝2以使熔體起始材料熔融并且形成原料熔體I。隨后使籽晶保持器5從熔融的原料熔體I的液面上方下降，以使籽晶與原料熔體I的液面接觸。之后，例如，通過將籽晶保持器5向上提拉并且同時例如緩慢轉(zhuǎn)動籽晶保持器5在籽晶上形成SiC單晶。如前所述，由石墨形成的坩堝通常用于利用溶液法的SiC單晶制造，并且作為用于SiC單晶的其它原料的碳(C)從該石墨坩堝供給到Si熔體中。相應(yīng)地，高的碳濃度通常出現(xiàn)在坩堝內(nèi)壁附近的原料熔體的表面處，結(jié)果粗SiC晶體即多晶易于在坩堝內(nèi)壁和原料熔體的表面之間的接觸區(qū)域中析出。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，通過建立其中溫度從原料熔體的內(nèi)部向原料熔體的液體表面下降的溫度梯度，可以使該區(qū)域中一般性高的碳濃度進(jìn)入更過飽和的狀態(tài)，結(jié)果可以促進(jìn)多晶在該區(qū)域中的析出和生長。此外，通過建立其中溫度從原料熔體的內(nèi)部向坩堝的底部下降的溫度梯度，還可 以使原料熔體中的碳濃度在坩堝的底部內(nèi)壁區(qū)域處進(jìn)入過飽和狀態(tài)，結(jié)果可以顯著促進(jìn)多晶在坩堝的底部內(nèi)壁處的析出和生長-正如在坩堝的內(nèi)壁和原料熔體的表面之間的接觸區(qū)域中一樣。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，如在前文所述的，在籽晶及其附近之外的區(qū)域、特別是在坩堝的內(nèi)壁和原料熔體的表面之間的接觸區(qū)域中和在坩堝內(nèi)壁的底部處可以顯著促進(jìn)多晶的析出和生長。結(jié)果，原料熔體中的碳濃度在籽晶附近降低，即防止溶解在該區(qū)域中的原料熔體中的碳呈現(xiàn)出過飽和狀態(tài)，并且，因為這點，可以顯著抑制多晶在籽晶及其附近的析出和附著。在通過溶液法根據(jù)SiC單晶的該實例的制造中原料熔體的溫度應(yīng)當(dāng)為等于或大于原料的熔點的溫度以使原料保持熔融狀態(tài)，并且通?？梢允褂弥辽?800°C的溫度。由于在原料熔體的溫度超過2300°C時發(fā)生諸如Si從原料熔體顯著蒸發(fā)的現(xiàn)象，所以原料熔體的溫度一般不高于2300°C，并且優(yōu)選不高于2000°C。因此，在本發(fā)明的第一實施方案中，溫度梯度可以通常形成在從1800°C至2300°C的溫度范圍內(nèi)，并且優(yōu)選在從1800°C至2000°C的溫度范圍內(nèi)。溫度梯度可以形成為其中原料熔體的液體表面呈現(xiàn)出1800°C至2000°C的溫度并且坩堝的內(nèi)壁的底部呈現(xiàn)出1800°C至2000°C的溫度。在前文中描述的溫度梯度可以通過例如將設(shè)置在坩堝周圍的加熱裝置3形成為兩段，即上段和下段，并且使這兩個加熱裝置獨立控制來產(chǎn)生。該溫度控制可以通過例如基于如利用插入籽晶保持器中和/或原料材料熔體中的輻射溫度計或熱電偶(例如鎢-錸(W-Re)熱電偶)測量的原料熔體的溫度來調(diào)節(jié)從這兩個加熱裝置的輸出來進(jìn)行。在本發(fā)明的第二實施方案中，將石墨材料浸在原料熔體的自由表面中和/或?qū)⒌诙丫гO(shè)置在坩堝的內(nèi)壁的底表面處或在坩堝的內(nèi)壁和原料熔體的液體表面之間的接觸區(qū)域處、或兩個位置處。在該實施方案中“原料熔體的自由表面”是指原料熔體的不與坩堝的內(nèi)壁接觸、不與籽晶保持器接觸、并且不與保持在籽晶保持器下端處的第一籽晶接觸的液體表面。圖2是示意性顯示設(shè)置有上述石墨材料的SiC單晶制造設(shè)備的一個實例的橫截面圖。參考圖2，L形石墨材料9的一端附接至籽晶保持器5的側(cè)表面，并且該石墨材料9的另一端浸在原料熔體的自由表面中。雖然在圖2中石墨材料9的一端附接至籽晶保持器5的側(cè)表面，但是該端可以例如附接至坩堝2，具體地例如內(nèi)坩堝2a的內(nèi)壁。將該石墨材料浸在原料熔體的自由表面中使得在原料熔體中析出的多晶附著并生長在石墨上。這導(dǎo)致籽晶附近的原料熔體中的碳濃度下降；也就是說，因為防止了在該區(qū)域中的溶解在原料熔體中的碳呈現(xiàn)出過飽和狀態(tài)，所以可以顯著抑制多晶在籽晶及其附近的析出和附著。對于該石墨材料可以使用任意形狀，并且對其形狀沒有特別限制。例如，可以使用如圖2所示的棒狀石墨材料，或者可以使用環(huán)形石墨材料。當(dāng)采用環(huán)形石墨材料(在下文稱為石墨環(huán))時，例如，可以將石墨環(huán)附接到圖2中顯示的石墨材料9的與原料熔體接觸的一端。以該方式將石墨環(huán)設(shè)置在第一籽晶周圍使得能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的和牢固的附著以及在原料熔體中析出的多晶在石墨環(huán)上的生長，結(jié)果可以顯著抑制多晶在第一籽晶及其附近的析出和附著。 此外，該石墨材料可以自身浸在原料熔體的自由表面中，或者可以優(yōu)選在作為與原料熔體接觸的區(qū)域的一端設(shè)置有第二籽晶。由于在這樣做時容易被SiC核附著，所以與僅將石墨材料浸在原料熔體的自由表面中相比，可以進(jìn)一步促進(jìn)多晶的析出和生長。代替或除了將該第二籽晶附接至石墨材料之外，可以將第三籽晶設(shè)置在坩堝的內(nèi)壁的底表面上或在坩堝內(nèi)壁和原料熔體的液體表面之間的接觸區(qū)域中或兩個位置處。如前所述，由于由坩堝供給作為用于SiC單晶的一種原料的碳，所以在坩堝內(nèi)壁附近的原料熔體中出現(xiàn)高碳濃度，因此多晶的析出容易在坩堝內(nèi)壁的附近發(fā)生。相應(yīng)地，通過將第三籽晶設(shè)置在該區(qū)域中，特別是在坩堝的內(nèi)壁的底表面處和/或在坩堝內(nèi)壁和原料熔體的液體表面之間的接觸區(qū)域中，可以獲得這些區(qū)域中的多晶析出和生長的顯著促進(jìn)。作為本發(fā)明第二實施方案的一個修改方案或除了該第二實施方案之外，可以在原料熔體中形成溫度分布，由此坩堝壁具有較低的溫度。通過這樣做，可以使原料熔體中的碳濃度在坩堝壁的附近特別是在坩堝內(nèi)壁的底表面以及坩堝內(nèi)壁和原料熔體的液體表面之間的接觸區(qū)域處處于過飽和狀態(tài)，結(jié)果，可以獲得這些區(qū)域中的多晶析出和生長的更大促進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，將紋理化區(qū)域設(shè)置在與原料熔體接觸的坩堝內(nèi)壁表面上。將紋理化區(qū)域設(shè)置在坩堝內(nèi)壁表面中導(dǎo)致坩堝內(nèi)壁表面和原料熔體之間具有較大的接觸面積，結(jié)果可以增加由坩堝溶解到原料熔體中的碳的量。結(jié)果可以促進(jìn)該紋理化區(qū)域中的多晶析出和生長。該紋理化區(qū)域可以是能夠提供坩堝內(nèi)壁表面和原料熔體之間的大的接觸面積的任意紋理化區(qū)域，并且不具體限制；然而，優(yōu)選具有例如超過2. 0 y m的表面粗糙度Ra的紋理化區(qū)域。在本發(fā)明中“表面粗糙度Ra”是指在JIS B0601中規(guī)定的算術(shù)平均粗糙度。當(dāng)紋理化區(qū)域具有2. 0 y m或更小的表面粗糙度Ra時，可在增加由坩堝溶解到原料熔體中的碳的量方面不能獲得令人滿意的效果。該紋理化區(qū)域可以設(shè)置在與原料熔體接觸的坩堝內(nèi)壁表面上的任意位置處，并且此處沒有特別限制；然而，紋理化區(qū)域優(yōu)選設(shè)置在例如坩堝內(nèi)壁的底表面上和/或在坩堝內(nèi)壁和原料熔體的液體表面之間的接觸區(qū)域中。如上所述，由于這些區(qū)域(特別是坩堝內(nèi)壁和原料熔體的液體表面之間的接觸區(qū)域)是其中多晶易于析出的區(qū)域，所以在這樣的區(qū)域中設(shè)置紋理化區(qū)域可以進(jìn)一步促進(jìn)多晶析出和生長。在前文中描述的各實施方案可以單獨實施，或者可以實施它們的組合。如前所述，在本發(fā)明實施方案的每一實施方案中，為了防止多晶附著在籽晶及其附近，防止了碳濃度在原料熔體、特別是在籽晶周圍的原料熔體中呈現(xiàn)出過飽和狀態(tài)。在通 過溶液法的SiC單晶制造中，通常必須在籽晶和原料熔體之間的接觸界面處產(chǎn)生足以引發(fā)由籽晶生長SiC單晶的溫度梯度。相應(yīng)地，在根據(jù)本發(fā)明的每一實施方案中，可以通過例如利用合適的籽晶本身的冷卻來僅降低籽晶和原料熔體之間的接觸界面處的溫度而在該接觸界面處產(chǎn)生足以引發(fā)由籽晶生長SiC單晶的溫度梯度?？梢允褂帽绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員可得到的任意方法作為用于在前述每一實施方案中用于冷卻籽晶自身的方法，而沒有特別限制。作為一個例子，可以使用如下方法其中將保持籽晶并且由例如石墨形成的籽晶保持器附接在具有雙管結(jié)構(gòu)并且由例如不銹鋼或Mo形成的管的下端，并且通過使水或氣體以規(guī)定流量從雙管的內(nèi)管流到外管中來冷卻保持在籽晶保持器下端的籽晶。由于在利用溶液法的SiC單晶制造中由石墨坩堝溶解在Si熔體中的碳的量非常少，所以在一些情況下可能不能獲得令人滿意的SiC單晶生長速率。結(jié)果，為了提高SiC單晶生長速率，可以任選以規(guī)定量向在通過本發(fā)明的每一實施方案的方法的SiC單晶制造中的原料熔體添加元素如鈦(Ti)、猛(Mn)、Cr或招(Al)。此外，可以任選使例如坩堝和籽晶保持器中任一或二者旋轉(zhuǎn)以在通過根據(jù)前述每一實施方案的利用溶液方法的SiC單晶制造中產(chǎn)生均勻的SiC單晶生長。這種旋轉(zhuǎn)可以是恒定的旋轉(zhuǎn)或可變的旋轉(zhuǎn)。此外，坩堝旋轉(zhuǎn)的方向可以與籽晶保持器旋轉(zhuǎn)的方向相同或相反。它們的旋轉(zhuǎn)速率、旋轉(zhuǎn)方向等可以依據(jù)例如用于SiC單晶制造設(shè)備的操作條件來合適地確定。在下文中詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。[實施例I]在該實施例中，利用圖I中顯示的SiC單晶制造設(shè)備進(jìn)行利用溶液法的SiC單晶的制造，并且檢驗在籽晶之外的區(qū)域中實施促進(jìn)多晶生長的處理的效果。實驗條件在下文
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5 口 QQ o<實驗條件>原料熔體的初始組成Si/Ti/Al = 70/20/10 (原子％ )高頻線圈輸出上段線圈/下段線圈=30/50 (kW)高頻線圈頻率上段線圈/下段線圈=20/8 (kHz)高頻線圈電流值上段線圈/下段線圈=291. 6/356. O(A)高頻線圈電流值之比上段線圈下段線圈=I 1.22籽晶軸上n 型 4H_SiC (0001)籽晶保持器各項同性的石墨軸壓力気(Ar)氣氛，30kPa (表壓)生長時間10小時i甘禍?zhǔn)珮涞?內(nèi)直徑=150mm)
溫度條件參考圖3利用加速坩堝旋轉(zhuǎn)技術(shù)(ACRT)實施上述利用溶液法的SiC單晶的制造。具體而言，將以下過程重復(fù)10小時以50rpm(轉(zhuǎn)每分鐘)旋轉(zhuǎn)籽晶保持器，并且以5rpm以相同的方向旋轉(zhuǎn)坩堝，例如，實施順時針旋轉(zhuǎn)45秒；之后停止20秒；然后分別以與之前相同的旋轉(zhuǎn)速度以相反的方向?qū)嵤┬D(zhuǎn)，例如以逆時針方向旋轉(zhuǎn)45秒；并且之后停止20秒。將在該實施例中使用的籽晶保持器附接在 例如不銹鋼或鑰(Mo)的雙管下端，并且通過使25°C的水以12L/分鐘的流量從雙管的內(nèi)管流到其外管中來冷卻保持在籽晶保持器下端的籽晶。將原料熔體的液體表面設(shè)定為與由上段線圈和下段線圈形成的高頻線圈的全長的中間一致，從原料熔體的液體表面到坩堝內(nèi)壁的底表面的總長度為約32至33_。圖3中顯示的針對原料熔體的溫度分布基于利用插入石墨保護管中的W-Re熱電偶在原料熔體中每個深度點處的溫度測量結(jié)果。在實施例I中獲得的SiC單晶的照片在圖4中示出。在圖4中右下方的灰色區(qū)域是當(dāng)從原料熔體向上提拉該SiC單晶時來自附著并結(jié)晶在所產(chǎn)生的SiC單晶上的坩堝內(nèi)的原料熔體。如從圖4中的照片清楚可見的，對于所獲得的SiC單晶，觀察到了源自與籽晶相同的六方晶體結(jié)構(gòu)的晶體形貌，并且?guī)缀鯖]有摻入假晶體(多晶)。此外，在實施例I中的SiC單晶制造之后在坩堝內(nèi)壁的側(cè)表面和底表面上存在特別顯著的SiC多晶沉積。這些結(jié)果證明根據(jù)本發(fā)明的該實施例的方法可以顯著促進(jìn)籽晶及其附近之外的區(qū)域中、特別是其中在坩堝內(nèi)壁的側(cè)表面和坩堝內(nèi)壁的底表面中的多晶析出和生長，結(jié)果可以抑制多晶在籽晶處的析出和附著，并且可以使得SiC單晶穩(wěn)定地生長而基本上沒有多晶摻入。[對比例I]除了如圖5所示調(diào)節(jié)在原料熔體中的溫度分布并且使用5小時的生長時間之外，以與實施例I中相同的方式在該對比例中通過溶液法制造SiC單晶。用于對比例I的具體實驗條件在下文給出。<實驗條件>原料熔體的初始組成Si/Ti/Al = 70/20/10 (原子％ )高頻線圈輸出上段線圈/下段線圈=30/50 (kW)高頻線圈頻率上段線圈/下段線圈=20/8 (kHz)高頻線圈電流值上段線圈/下段線圈=303. 1/356. O(A)高頻線圈電流值之比上段線圈下段線圈=I I. 17籽晶軸上n 型 4H_SiC (0001)籽晶保持器各項同性的石墨軸壓力Ar氣氛，3OkPa (表壓)生長時間5小時i甘禍?zhǔn)珮涞?內(nèi)直徑=150mm)溫度條件參考圖5在對比例I中獲得的晶體的照片在圖6中示出。參考圖6，與在實施例I中的情形不同，對于所獲得的晶體沒有看到源自與籽晶相同的六方晶體結(jié)構(gòu)的晶體形貌，并且觀察了大量的假晶體(多晶)摻入。雖然上文已經(jīng)舉例說明了本發(fā)明的一些實施方案，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所示出實施方案的細(xì)節(jié)，而是可以體現(xiàn)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以想到的多種變化、修改或改進(jìn)方案，而不脫離本發(fā)明的范圍 。
權(quán)利要求
1.一種用于制造SiC單晶的方法，其特征在于包括 通過將第一籽晶浸在坩堝中的原料熔體中而在保持在籽晶保持器下端處的所述第一桿晶上生長SiC單晶；和 在所述第一籽晶之外的區(qū)域中實施促進(jìn)多晶生長的處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述促進(jìn)多晶生長的處理包括形成呈現(xiàn)出從所述原料熔體的內(nèi)部向所述原料熔體的液體表面的溫度下降和從所述原料熔體的內(nèi)部向所述坩堝的底部的溫度下降的溫度梯度的處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述促進(jìn)多晶生長的處理包括通過將石墨材料浸在所述原料熔體的自由表面中而在所述石墨材料上生長多晶的處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中浸在所述原料熔體中的所述石墨材料設(shè)置有第二籽晶，并且所述促進(jìn)多晶生長的處理包括通過將所述第二籽晶浸在所述原料熔體的自由表面中而在所述第二籽晶上生長多晶的處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的方法，其中所述促進(jìn)多晶生長的處理包括通過將第三籽晶設(shè)置在所述坩堝的內(nèi)壁的底表面處、所述坩堝的內(nèi)壁和所述原料熔體的液體表面之間的接觸區(qū)域中的至少之一處使得在所述第三籽晶上生長多晶的處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中所述石墨材料是石墨棒或石墨環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的方法，其中所述促進(jìn)多晶生長的處理包括在設(shè)置在所述坩堝的內(nèi)壁表面上的紋理化區(qū)域上生長多晶的處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述紋理化區(qū)域具有大于2.O y m的表面粗糙度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項所述的方法，其中所述多晶由SiC形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項所述的方法，其中所述原料熔體的溫度等于或高于18000C，并且等于或低于2300°C。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述原料熔體的溫度等于或低于2000°C。
全文摘要
提供一種制造SiC單晶的方法，其中通過將第一籽晶浸在坩堝中的原料熔體中，在保持在籽晶保持器下端處的所述第一籽晶上生長SiC單晶；制造SiC單晶的該方法的特征在于在所述第一籽晶之外的區(qū)域中實施促進(jìn)多晶生長的處理。
文檔編號C30B29/36GK102762780SQ201180009847
公開日2012年10月31日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者石井伴和 申請人:豐田自動車株式會社