SiC单晶的制造装置和SiC单晶的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。坩埚由石墨形成，用于容纳SiC溶液。第1感应加热线圈和第2感应加热线圈卷绕在坩埚的周围。第1感应加热线圈配置于比SiC溶液的表面靠上方的位置。第2感应加热线圈配置于第1感应加热线圈的下方。电源用于向第1感应加热线圈供给第1交变电流且向第2感应加热线圈供给第2交变电流，该第2交变电流具有与第1交变电流相同的频率且向与第1交变电流相反的方向流动。自坩埚所具有的侧壁中的与SiC溶液相接触的部分的、因电源向第1感应加热线圈供给第1交变电流且向第2感应加热线圈供给第2交变电流而产生的磁场的强度达到最大的位置到SiC溶液的表面为止的距离满足预定的式子。

Device for manufacturing SiC single crystal and method for manufacturing SiC single crystal

The present invention provides a device for manufacturing a SiC single crystal capable of enabling a step flow direction and a SiC solution flowing in the opposite direction of the crystal growth interface, and a method for manufacturing a SiC single crystal. The crucible is formed of graphite and is used to hold SiC solution. The first induction heating coil and the second induction heating coil are wound around the crucible. The first induction heating coil is positioned above the surface of the SiC solution. The second induction heating coil is arranged below the first induction heating coil. Power supply is used to supply first induction heating coil first and second alternating current to the alternating current supply of induction heating coil second, the second and first alternating current with the same frequency of the alternating current and the direction of current flow in the opposite direction alternating with first. From the side wall of the crucible and the solution of SiC contact part, due to the first power supply induction heating coil first and second alternating current to the alternating current supply of induction heating coil second and the strength of the magnetic field reaches the maximum position of the surface of the solution to SiC the distance to meet the scheduled.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及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。
技术介绍
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(TopSeededSolutionGrowth：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(stepflow)生长而将穿透位错转换为基底面的缺陷。
技术实现思路
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。本专利技术的目的在于，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。本申请的专利技术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。在此，作用于SiC溶液14的洛伦兹力的旋转场的极性(旋转方向)以包括位置MP在内的面为界而成为相反。因此，如图8B所示，在SiC溶液14中，在上下形成有具有彼此为相反方向的旋转方向的两个漩涡14A、14B。下侧的漩涡14A在其与上侧的漩涡14B之间的边界处具有自坩埚12的外侧朝向内侧的流动。上侧的漩涡14B在晶种轴20的下端附近、也就是在安装于晶种轴20的下端的晶种的附近自坩埚12的内侧朝向外侧流动。这样的SiC溶液14的流动在下凸型的晶体生长界面处与台阶流动的方向相同。根据图8B所示的模拟结果，得到了只要使上侧的漩涡14B较小且使下侧的漩涡14A较大就可实现作为目标的SiC溶液14的流动这样的见解。因此，本申请的专利技术人等为了减弱用于形成上侧的漩涡14B的洛伦兹力而尝试了减弱靠SiC溶液14的溶液表面侧的磁场的对策。具体而言，例如，对使感应加热线圈向下方移动的对策、使感应加热线圈的上端侧的卷绕直径大于下端侧的卷绕直径的对策进行了验证。然而，不管在哪一个对策中，均发现，当减弱靠溶液表面侧的磁场时，位置MP也会向下方移动。另外，还研究了使交变电流的频率变化的对策，但该对策无法实现上侧的漩涡14B较小且下侧的漩涡14A较大。在这样的状况下，本申请的专利技术人等着眼于上述位置MP并进行了进一步的研究。其结果，得到如下新的见解：若使位置MP与SiC溶液14的溶液表面分开的距离在预定的范围内，则能够实现作为目标的SiC溶液14的流动。本专利技术是基于如此得到的新的见解而完成的。本专利技术的实施方式的制造装置是基于溶液生长法的SiC单晶的制造装置。制造装置包括坩埚、晶种轴、第1感应加热线圈、第2感应加热线圈以及电源。坩埚用于容纳SiC溶液。坩埚具有在容纳SiC溶液时与SiC溶液相接触的侧壁。坩埚由石墨形成。在晶种轴的下端安装有SiC晶种。晶种轴在安装有SiC单晶时能够使SiC晶种与SiC溶液相接触。第1感应加热线圈卷绕在坩埚的周围。第1感应加热线圈配置于在坩埚内容纳有SiC溶液时比SiC溶液的表面靠上方的位置。第2感应加热线圈卷绕在坩埚的周围。第2感应加热线圈配置于第1感应加热线圈的下方。电源向第1感应加热线圈供给第1交变电流。电源向第2感应加热线圈供给第2交变电流。第2交变电流具有与第1交变电流相同的频率且向与第1交变电流相反的方向流动。在使自侧壁中的与SiC溶液相接触的部分的、因电源向第1感应加热线圈供给第1交变电流且向第2感应加热线圈供给第2交变电流而产生的磁场的强度成为最大的位置到SiC溶液的表面为止的距离为D的情况下，D满足以下的式(1)。D<2dm(1)其中，dm满足以下的式(2)。[数学式1]ρm：SiC溶液的电阻率π：圆周率f：第1交变电流和第2交变电流的频率μm：SiC溶液的导磁率在上述制造装置中，形成有在比SiC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC单晶的制造方法，其是利用溶液生长法来制造SiC单晶的方法，在SiC单晶的制造方法中，通过使SiC晶种与容纳于坩埚的SiC溶液相接触，从而使SiC单晶生长，其中，该SiC单晶的制造方法包括以下工序：对卷绕在所述坩埚的周围并配置于比所述SiC溶液的溶液表面靠上方的位置的第1感应加热线圈供给第1交变电流，且对卷绕在所述坩埚的周围并配置于所述第1感应加热线圈的下方的第2感应加热线圈供给第2交变电流，该第2交变电流具有与所述第1交变电流相同的频率且方向与所述第1交变电流相反；以及使安装于晶种轴的下端的SiC晶种与所述SiC溶液相接触，在使自所述坩埚所具有的侧壁中的与所述SiC溶液相接触的部分的、在供给所述第1交变电流和所述第2交变电流的工序中产生的磁场的强度达到最大的位置到所述溶液表面为止的距离为D的情况下，D满足以下的式(1)，D<2dm  (1)在此，dm满足以下的式(2)，数学式1dm=ρmπfμm---(2)]]>其中，ρm是所述SiC溶液的电阻率，π是圆周率，f是所述频率，μm是所述SiC溶液的导磁率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.10 JP 2014-2084591.一种SiC单晶的制造方法，其是利用溶液生长法来制造SiC单晶的方法，在SiC单晶的制造方法中，通过使SiC晶种与容纳于坩埚的SiC溶液相接触，从而使SiC单晶生长，其中，该SiC单晶的制造方法包括以下工序：对卷绕在所述坩埚的周围并配置于比所述SiC溶液的溶液表面靠上方的位置的第1感应加热线圈供给第1交变电流，且对卷绕在所述坩埚的周围并配置于所述第1感应加热线圈的下方的第2感应加热线圈供给第2交变电流，该第2交变电流具有与所述第1交变电流相同的频率且方向与所述第1交变电流相反；以及使安装于晶种轴的下端的SiC晶种与所述SiC溶液相接触，在使自所述坩埚所具有的侧壁中的与所述SiC溶液相接触的部分的、在供给所述第1交变电流和所述第2交变电流的工序中产生的磁场的强度达到最大的位置到所述溶液表面为止的距离为D的情况下，D满足以下的式(1)，D<2dm(1)在此，dm满足以下的式(2)，数学式1dm=ρmπfμm---(2)]]>其中，ρm是所述SiC溶液的电阻率，π是圆周率，f是所述频率，μm是所述SiC溶液的导磁率。2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在使所述侧壁中的位于所述磁场的强度达到最大的位置的部分的厚度为T1且使所述侧壁中的位于比所述溶液表面靠上方的位置的部分的最大厚度为T2的情况下，T1和T2满足以下的式(3)，T1<T2(3)。3.根据权利要求2所述的制造方法，其中，所述T1满足以下的式(4)且所述T2满足以下的式(5)，T1<dc(4)T2>dc(5)在此，dc满足以下的式(6)，数学式2dc=ρc&p...

【专利技术属性】
技术研发人员：岸田豊，龟井一人，大黑宽典，土井雅喜，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP