SiC單晶的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及基于溶液法的SiC單晶的制造方法。
【背景技術】
[0002]SiC單晶在熱和化學方面非常穩定、機械強度優異、耐放射線方面強，而且與Si(硅)單晶相比具有高的絕緣擊穿電壓、高的熱傳導率等優異的物理性質，并且具備這樣的特點:通過雜質的添加還能夠容易地實現P、η傳導型的電子控制，同時具有寬的禁帶寬度(對于4Η型的單晶SiC為約3.3eV，對于6H型的單晶SiC為約3.0eV)。因此，可實現在Si單晶、GaAs (神化嫁)單晶等現有的半導體材料中不能實現的尚溫、尚頻、耐電壓/耐環境性，作為新一代的半導體材料的期待正在高漲。
[0003]以往，作為SiC單晶的代表性的生長方法，已知氣相法和溶液法。作為氣相法，通常使用升華法。在升華法中，在石墨制坩禍內使SiC原料粉末與作為SiC單晶的晶種對向地配置，在惰性氣體氣氛下加熱坩禍，從而使單晶外延地生長。但是已知，在該氣相法中，自坩禍內壁生長出的多晶對SiC單晶的質量產生不利影響。
[0004]另外，在溶液法中，例如使用具有由放入原料溶液的坩禍、原料溶液、高頻線圈等外部加熱裝置、隔熱材料、可升降的晶種支持部件(例如石墨棒)以及安裝于晶種支持部件的前端的晶種構成的基本結構的SiC單晶制造裝置，在坩禍中，使C (碳)供給源(例如來自石墨坩禍的C)溶解在Si熔液或者還溶解有金屬的Si合金熔液等含Si熔液中以制得原料溶液，使SiC單晶層通過溶液析出而在SiC晶種基板上生長。
[0005]在該基于溶液法的SiC單晶的生長法中，可使用如下方法中的任一種SiC單晶生長法:在原料溶液中設置溫度梯度使得晶種基板附近的溶液溫度與其它部分的溶液溫度相比成為低溫以使其生長的方法，或者緩慢冷卻原料溶液整體以使其生長的方法。
[0006]例如，在特開2007-186374號公報中，記載了一種SiC單晶的制造方法，其是在石墨坩禍內的Si熔液內一邊維持從內部向熔液面溫度降低的溫度梯度，一邊使SiC單晶生長的方法，其中對坩禍內的熔液施加從坩禍底部向熔液面的向上的縱向磁場，作為具體例，示出了通過施加向熔液面的向上的縱向磁場，可抑制Si熔液內的自然對流從而提高自坩禍底部向晶種的C(碳)的輸送效率，可使SiC單晶的生長速度提高至160 ym/小時左右。
[0007]另外，在特開2007-223814號公報中，記載了一種單晶半導體的制造方法，使添加有雜質的晶種與坩禍內的熔液接觸，提升所述晶種由此制造單晶半導體，該單晶半導體的制造方法包括向熔液施加磁場的工序、使熔液與晶種接觸的工序以及在晶種接觸熔液后不進行頸縮(necking)處理而提升單晶半導體的工序，作為具體例，示出了如下例子:在使溶液與晶種接觸前的40分鐘以上，預先對熔液施加磁場，持續施加磁場直至硅單晶的生長結束從而得到單晶硅半導體。
[0008]在特開2009-091233號公報中，記載了一種硅錠的生長方法，其包括:對裝入了硅的石英坩禍進行加熱、對石英坩禍的內部施加500高斯以上的磁場以使硅熔化的步驟，以及對石英坩禍的內部施加小于500高斯的磁場以從熔化的硅生長單晶硅錠的步驟。
[0009]特開2009-274887號公報中，記載了一種單晶的制造方法，其是在從使C溶解在S1-Cr熔液中而得到的S1-Cr-C溶液使SiC單晶在SiC晶種上生長的方法中，對S1-Cr-C溶液施加直流磁場，作為具體例，示出了使用在高頻加熱線圈的外側配置了磁場線圈的SiC單晶的生長裝置，在10?20小時左右的生長時間、施加磁場的條件下使SiC單晶生長，從而實現270 μm/小時左右的SiC單晶生長速度的例子，以及示出了磁場的方向不限定。
[0010]在特開2012-193055號公報中，記載了一種SiC單晶的制造方法，其是使用溶液法SiC單晶制造裝置的SiC單晶的制造方法，其中，作為支持部的至少一部分，使用由在支持坩禍的方向的熱導率(TCv)與在垂直于前述方向的方向的熱導率(TCh)之間具有TCH>TCd9關系的部件構成的傳熱各向異性的支持部，可通過高頻加熱加熱溶液來抑制多晶的產生。
[0011]現有技術文獻
[0012]專利文獻
[0013]專利文獻1:特開2007-186374號公報
[0014]專利文獻2:特開2007-223814號公報
[0015]專利文獻3:特開2009-091233號公報
[0016]專利文獻4:特開2009-274887號公報
[0017]專利文獻5:特開2012-193055號公報
【發明內容】
[0018]發明所要解決的課題
[0019]但是，根據這些現有技術，由于因通常用于溶液的加熱的高頻加熱引起的液面微振動，因此在每個制造批次中，在晶種的溶液接觸位置產生偏差，難以得到重復性好的高質量的SiC單晶。
[0020]因此，本發明的目的在于抑制每個制造批次的晶種的溶液接觸位置的偏差，得到重復性好的高質量的SiC單晶。
[0021]用于解決課題的手段
[0022]本發明涉及SiC單晶的制造方法，其是使由支持棒支持的SiC晶種與高頻加熱的溶液接觸從而使SiC單晶生長的SiC單晶的制造方法，在施加于所述溶液的磁場的存在下，使所述支持棒下降，使SiC晶種與所述溶液接觸，隨后停止所述磁場的施加而使SiC單晶生長。
[0023]發明效果
[0024]根據本發明，能夠抑制每個制造批次的晶種的溶液接觸位置的偏差，得到重復性好的高質量的SiC單晶。
【附圖說明】
[0025]圖1是用于本發明的SiC單晶的制造方法的基于溶液法的SiC單晶的生長裝置的一個例子的概要示意圖。
[0026]圖2是表示基于溶液法的SiC單晶生長后的一個例子的狀態的截面示意圖。
[0027]圖3是用于說明基于溶液法的SiC單晶生長后的一個例子的生長結晶的擴大角的截面示意圖。
[0028]圖4是將在本發明的實施例和比較例中于相同條件下多次SiC單晶生長后的溶液接觸位置的平均值與偏差進行比較表示的表。
[0029]圖5是將本發明的實施例和比較例的SiC單晶生長后的每個制造批次的溶液接觸位置的實測值進行比較表示的表。
[0030]圖6是將本發明的實施例和比較例的SiC單晶生長后的生長結晶的擴大角σ (° )進行比較表示的表。
[0031]圖7A是實施例的SiC生長單晶表面的光學顯微鏡照片的副本。
[0032]圖7B是比較例的SiC生長單晶表面的光學顯微鏡照片的副本。
【具體實施方式】
[0033]特別地，在本發明中，可舉出以下實施方式。
[0034]I)在使SiC晶種與所述溶液接觸前的0.5分鐘以上、10分鐘以內開始施加所述磁場的所述制造方法。
[0035]2)在所述接觸后I分鐘以內停止施加所述磁場的所述制造方法。
[0036]3)基于由所述溶液與SiC晶種的接觸而產生的電信號來進行停止所述磁場的施加的控制的所述制造方法。
[0037]4)所述磁場的方向為從溶液面向坩禍底部向下的所述制造方法。
[0038]5)所述磁場的強度為0.1T (特斯拉，IT = 14G (高斯))以上的所述制造方法。
[0039]6)使SiC晶種與所述溶液接觸，隨后停止支持棒的下降，一邊提升支持棒一邊進行所述SiC單晶的生長的所述制造方法。
[0040]7)所述溶液的溫度在1800?2100°C的范圍內的所述制造方法。
[0041 ] 以下，參照附圖詳細描述本發明。
[0042]本發明的實施方式的基于溶液法的SiC單晶的制造方法，如圖1所示，通過如下方法進行:在SiC單晶生長裝置I中，在使被石墨制支持棒6支持的SiC晶種7與高頻加熱的溶液接觸從而使SiC單晶生長時，在利用磁場線圈8施加于所述溶液5的磁場(未圖示)的存在下，使所述支持棒6下降，使SiC晶種7與所述溶液5接觸，隨后停止所述磁場的施加而使SiC單晶9生長。
[0043]所述高頻加熱是通過隔著隔熱材料3包圍石墨坩禍2的周圍的高頻加熱線圈4來進行的。
[0044]另外，在所述的實施方式的制造方法中，所述坩禍2可以通過配置在底部的動力(未圖示)而在與所述支持棒6的旋轉方向相反的方向上旋轉。
[0045]停止所述磁場的施加的控制方法，可基于由所述溶液5與支持于下降的所述支持棒6的下端的SiC晶種7的接觸所產生的電信號(例如檢測出的電流)來進行。也就是說，可通過基于所述的電信號來停止或者降低施予用于施加磁場的磁場線圈8的電流來停止磁場的施加。
[0046]另外，在根據本發明的實施方式的基于溶液法的SiC單晶的制造方法中，所述磁場的施加，優選在事先預測的使SiC晶種與所述溶液接觸前的規定時間開始進行，通常為0.5分鐘以上，優選為10分鐘以內，更優選為5分鐘以內，更優選為2分鐘以內。
[0047]另外，在所述方法中，進行所述接觸后，優選在I分鐘以內、更優選在30秒以內停止所述磁場的施加。即使在所述接觸后施加磁場的時間過長，效果也沒有增加，反而妨礙溶液的均勻混合，因此不優選。
[0048]停止所述磁場的施加的工序，不但可以完全地停止磁場的施加來進行，而且也可以通過將施加的磁場的強度降低至施加時的五分之一以下(例如十分之一以下)來進行，優選完全地停止磁場的施加來進行。
[0049]所述的事先預測的使SiC晶種接觸前的規定時間是指根據在SiC單晶生長裝置內的坩禍的溶液上的空間停止的支持棒下降直到種晶到達液面的距離與下降速度而反算求出的時間。例如，在根據從支持棒的停止位置到液面的距離與支持棒的下降速度，假設直至晶種接觸溶液(溶液接觸)需要20分鐘的情況下，在自溶液接觸時間點反算直至溶液接觸施加磁場一定時間，優選為0.5分鐘以上、10分鐘以內，特別為5分鐘以內，其中更優選在2分鐘以內。
[0050]在所述方法中，所述磁場的方向只要是縱向磁場(向上或向下的磁場)就不特別限定，但可優選為從溶液面向坩禍底部向下的磁場，另外，所述磁場可優選0.1T以上、特別是0.15T以上的強度。如果所述磁場的強度過小，則磁場施加的效果降低，因而不優選，不存在上限，但即使過度地增大，在成本上不利或者需要不必要的電力消費而不利。
[0051]予以說明，由向所述的溶液施加磁場的效果在于，由于均勾的磁場，具有導電性的液體金屬內的對流被抑制，液面振動被抑制，并且是通常已知的(H.A.Chedzey等，Nature210(1966)933)。
[0052]在以往的SiC單晶生長法中，伴隨著原料溶液的高溫加熱，由在溶液表面產生的振動和/或溫度分布的不均