[发明专利]SiC单晶的制造装置和SiC单晶的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及SiC单晶的制造装置和SiC单晶的制造方法，详细而言，涉及用于溶液生长法的SiC单晶的制造装置和基于溶液生长法的SiC单晶的制造方法。

背景技术

作为碳化硅(SiC)的制造方法，有溶液生长法。在溶液生长法中，使由SiC单晶构成的晶种与SiC溶液相接触。在SiC溶液中，使晶种的附近部分形成为过冷状态，从而使SiC单晶在晶种上生长。

作为一种溶液生长法，有TSSG(Top Seeded Solution Growth：顶部籽晶助熔剂法)法。用于TSSG法的SiC单晶的制造装置包括例如晶种轴、石墨制的坩埚、卷绕在坩埚的周围的感应加热线圈以及用于对感应加热线圈供给交变电流的电源。通过向感应加热线圈供给交变电流，从而对坩埚进行感应加热。通过对坩埚进行感应加热，从而使坩埚所容纳的Si原料熔融而生成熔体。通过使碳(C)自坩埚溶入熔体，从而生成SiC溶液。通过使安装于晶种轴的下端的SiC晶种与SiC溶液相接触，从而使SiC单晶在SiC晶种上生长。

在此，SiC溶液具有电传导性。因此，在坩埚被感应加热时，SiC溶液在洛伦兹力的作用下被感应搅拌。其结果，容易将碳自坩埚供给至晶体生长界面。

与升华再结晶法相比，溶液生长法能够得到缺陷密度较小的高品质的SiC单晶。作为其原因之一，可列举出通过台阶流动(step flow)生长而将穿透位错转换为基底面的缺陷。

发明内容

然而，当SiC溶液在晶体生长界面的附近流动的方向与台阶流动的方向相同的情况下，会产生台阶的蛇行、台阶的间隔的变动。由此，会使台阶构造错乱。其结果，会产生新的晶体缺陷或难以排除穿透位错。因而，为了获得缺陷更少的SiC单晶，期望使台阶流动的方向和SiC溶液在晶体生长界面的附近流动的方向为相反方向。

本发明的目的在于，提供能够使台阶流动的方向和SiC溶液在晶体生长界面的附近流动的方向为相反方向的SiC单晶的制造装置和SiC单晶的制造方法。

本申请的发明人等对用于实现上述目的的对策进行了潜心研究。其结果，得到了以下的见解。

晶体生长界面处的台阶流动的方向由晶体生长界面的形状决定。图7是表示在安装于晶种轴28A的下端的SiC晶种30上成长的SiC单晶32的示意图。如图7所示，在晶体生长界面向下侧凸起的情况下，台阶流动的方向成为自晶体生长界面的中心朝向外周侧的方向。

在TSSG法中，被感应加热了的坩埚的热量经由SiC溶液和晶种传递至晶种轴。在此，晶体生长界面与上述热量的传递路径正交。也就是说，在利用TSSG法来制造SiC单晶的情况下，晶体生长界面如图7所示那样向下侧凸起(以下，也称作“下凸型”)。因而，SiC溶液优选自坩埚(具体而言为侧壁)朝向晶种流动。

作为用于实现这样的SiC溶液的流动的方法，能够想到利用在对坩埚进行感应加热时产生的洛伦兹力来对SiC溶液进行电磁搅拌的方法。然而，并不容易实现SiC溶液自坩埚朝向晶种流动。在下面对该点进行说明。

图8A是表示在对坩埚进行感应加热时产生的磁力线的分布的模拟结果。图8B是表示在产生了图8A所示的磁力线时的SiC溶液的流动的模拟结果。参照图9来说明模拟的条件。

坩埚12为石墨制。坩埚12的外半径R12为58mm。坩埚12的内半径R22为50mm。坩埚12的高度H12为68mm。坩埚12的深度D12为60mm。坩埚12的底部被实施了半径为10mm的圆角加工。坩埚12的壁厚T12为8mm。坩埚12所容纳的SiC溶液14的深度D22为40mm。

感应加热线圈16为将铜制的管呈螺旋状卷绕而成的螺线管。感应加热线圈16配置为与坩埚12同轴。感应加热线圈16的内半径R32为120mm。感应加热线圈16的匝数为12匝。感应加热线圈16的自上端到下端为止的距离H22为300mm。自感应加热线圈16的上端到坩埚12的上端为止的距离H32为150mm。

晶种轴28A为石墨制。晶种轴28A的外半径为25mm。晶种轴28A的长度为270mm。

参照图8A，通过使交变电流流过感应加热线圈16，从而产生磁力线18。在此，SiC溶液14具有电传导性。因此，磁力线18不会较深地穿透到SiC溶液14的内部。磁力线18的间隔在坩埚12所具有的侧壁12A中的与SiC溶液14相接触的部分处变窄。也就是说，在对坩埚12进行感应加热时产生的磁场在侧壁12A中的与SiC溶液14相接触的部分处变强。磁场的强度达到最大的位置MP存在于侧壁12A中的与SiC溶液14相接触的部分。