SiC单晶及其制造方法技术

本发明专利技术涉及SiC单晶及其制造方法。提供不含多晶、除侧面端部外不含裂纹的SiC单晶。SiC单晶的制造方法，其是使保持于晶种保持轴(12)下端面的晶种基板(14)与配置在坩埚(10)内的具有从内部向液面温度降低的温度梯度的Si‑C溶液(24)接触从而使SiC单晶晶体生长的SiC单晶的制造方法，其中，晶种保持轴(12)的端面的外形小于晶种基板(14)的顶面的外形，晶种基板(14)的顶面具有与晶种保持轴(12)的下端面的整个面相接而被保持的中央部(15)、和不与晶种保持轴(12)的下端面相接的外周部(16)，该方法包括：在晶种基板(14)的顶面配置碳片材(30)，使得覆盖中央部(15)和外周部(16)中的至少外周部(16)。

SiC single crystal and manufacturing method thereof

The present invention relates to SiC single crystals and methods of making the same. A SiC single crystal without polysilicon and without cracks at the side ends is provided. Manufacturing method of SiC single crystal, which is to keep the seed to keep the shaft (12) crystal substrate surface (14) and (10) Si configuration in the crucible C solution with the temperature gradient decreases from inside to the surface temperature of the (24) method for producing SiC single crystal contact so that the SiC single crystal growth, crystal axis (12) surface shape is less than a seed crystal substrate (14) of the top surface of the crystal shape, the top surface of the substrate (14) with crystal axis (12) of the entire surface of the lower end connected with the central ministry and be maintained (15), and keep the seed shaft (12) the end connected with the peripheral part (16), the method includes: a seed crystal substrate (14) is arranged on the upper surface of the carbon sheet (30), so as to cover the central portion (15) and peripheral part (16) in the peripheral part (at least 16).

【技术实现步骤摘要】
SiC单晶及其制造方法
本公开涉及SiC单晶及其制造方法。
技术介绍
SiC单晶在热学、化学方面非常稳定、机械强度优异、耐放射线方面强，而且与Si单晶相比具有高的绝缘击穿电压、高的热导率等优异的物理性质。因此，可实现Si单晶和GaAs单晶等现有半导体材料不能实现的高输出、高频、耐电压、耐环境性等，作为可进行大电力控制和节能的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、车载用高温器件材料、耐放射线器件材料等这样宽范围的新一代半导体材料的期待正在高涨。以往，作为SiC单晶的生长方法，代表性的已知有气相法、艾奇逊(Acheson)法和溶液法。在气相法中，例如在升华法中，虽然具有在生长的单晶中易于产生被称作微管缺陷的中空贯穿状的缺陷、层叠缺陷等晶格缺陷和多晶型等的缺点，但在以往，SiC块状单晶大多通过升华法制造，也进行了减少生长晶体的缺陷的尝试。在艾奇逊法中，由于使用硅石和焦炭作为原料并在电炉中进行加热，因此，因原料中的杂质等而不可能得到结晶性高的单晶。而且，溶液法为如下方法：在石墨坩埚中形成Si熔液或熔化了Si以外的金属的Si熔液，使C溶解到该熔液中，使SiC晶体层在设置于低温部的晶种基板上析出从而生长。由于溶液法与气相法相比进行在接近热平衡的状态下的晶体生长，因此最能期待低缺陷化。因此，最近，提出了一些基于溶液法的SiC单晶的制造方法(专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-234342号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，在专利文献1等的以往技术中，有时在生长晶体的整体中产生裂纹，或产生多晶。关于裂纹，虽然即使在距生长晶体的侧面1mm左右的范围的侧面端部产生裂纹也能允许，但有时在生长晶体的整体中产生裂纹从而生长晶体会破裂。已知的是，晶种基板与晶种保持轴之间的热膨胀差为裂纹产生的原因。另外已知的是，如果晶种基板的顶面的外形大于晶种保持轴的端面的外形，则晶种基板的顶面(被晶种保持轴保持的面)的外周部不与晶种保持轴的端面相接，自其非接触部的辐射热损失变多，在生长晶体中可能产生多晶。因此，期望不含多晶、除侧面端部外不含裂纹的SiC单晶。用于解决课题的手段本公开以SiC单晶的制造方法为对象，该制造方法是使保持于晶种保持轴的下端面的晶种基板与配置在坩埚内的具有从内部向液面温度降低的温度梯度的Si-C溶液接触从而使SiC单晶晶体生长的SiC单晶的制造方法，其中，晶种基板的顶面具有与晶种保持轴的下端面的整个面相接而被保持的中央部、和不与晶种保持轴的下端面相接的外周部，该制造方法包括：在晶种基板的顶面配置碳片材，使得覆盖中央部和外周部中的至少外周部。本公开还以SiC单晶为对象，该SiC单晶不含多晶，除侧面端部外不含裂纹，具有30mm以上的直径，并且通过X射线衍射法测定时的晶体取向的偏差为0.22°以下/50mm。专利技术效果根据本公开，可得到不含多晶、除侧面端部外不含裂纹的SiC单晶。附图说明图1是表示可用于本公开的方法的SiC单晶制造装置的一例的截面示意图。图2是晶种基板及具有与晶种基板相同直径的晶种保持轴的截面示意图。图3是晶种基板及具有小于晶种基板的直径的晶种保持轴的截面示意图。图4是晶种基板的顶面被碳片材覆盖的晶种基板及具有小于晶种基板的直径的晶种保持轴的截面示意图。图5是晶种基板的顶面的外周部被碳片材覆盖的晶种基板及具有小于晶种基板的直径的晶种保持轴的截面示意图。图6是示出从铅直方向上方观察时的晶种基板的顶面的外形与晶种保持轴的端面的外形的大小的关系的示意图。图7是被具有大于晶种基板的顶面的外形的碳片材覆盖的晶种基板及具有小于晶种基板的直径的晶种保持轴的截面示意图。图8是形成于晶种基板与Si-C溶液之间的弯液面的截面示意图。图9是基于实施例1的条件进行的Si-C溶液的温度梯度的模拟结果。图10是基于比较例2的条件进行的Si-C溶液的温度梯度的模拟结果。图11是基于比较例4的条件进行的Si-C溶液的温度梯度的模拟结果。附图标记说明100单晶制造装置10坩埚12晶种保持轴14晶种基板15晶种基板的中央部16晶种基板的外周部17生长晶体18隔热材料19生长晶体的生长面处的外形22高频线圈22A上段高频线圈22B下段高频线圈24Si-C溶液26石英管30碳片材34弯液面具体实施方式在本说明书中，(000-1)面等的表达中的“-1”是将原本在数字上方赋予横线而表达之处表达为“-1”。以往，在基于溶液法的SiC单晶的生长中，使用如图2所示那样的具有相同直径的晶种保持轴和晶种基板。图2是晶种保持轴12和具有与晶种保持轴12相同直径的晶种基板14的截面示意图。晶种基板14的顶面保持于晶种保持轴12的下端面。本专利技术人发现，如果使用如图2所示那样的具有相同直径的晶种保持轴和晶种基板，则由于晶种保持轴和晶种基板的热膨胀系数的不同，在生长晶体的整体中可能产生裂纹。特别地，还发现在为了使大口径的晶体生长而使用大直径的晶种基板的情况下，在生长晶体的整体中裂纹变得容易产生。而且，本专利技术人还发现，如果如图3所示的那样，使用具有小于晶种基板14的直径的直径的晶种保持轴12，则虽然可抑制在生长晶体的整体中产生那样的裂纹的发生，但在生长晶体中也可能产生多晶。图3是晶种保持轴12及具有大于晶种保持轴12的直径的晶种基板14的截面示意图。晶种基板14的顶面的中央部与晶种保持轴12的下端面的整个面相接而被保持。发现了如果如图3所示的那样，使用具有小于晶种基板14的顶面的直径的直径的端面的晶种保持轴12，则仅晶种基板14的顶面(被晶种保持轴保持的面)的中央部15与晶种保持轴12的下端面的整个面相接而被保持，晶种基板14的顶面的外周部16不与晶种保持轴12的下端面相接，自该外周部16(非接触部)的辐射热损失变多，晶种基板14的生长面附近的Si-C溶液的温度梯度变得过大，从而在生长晶体中可能产生多晶。在本申请中，将晶种基板的与晶种保持轴的下端面的整个面相接而被保持的部分称作中央部或接触部，将晶种基板的不与晶种保持轴的下端面相接的部分称作外周部或非接触部。本专利技术人基于上述认识发现，如果如图4和图5所示的那样，以成为非接触部的外周部不露出的方式在晶种基板14的顶面配置碳片材30，则能抑制在生长晶体中产生多晶。图4是晶种保持轴12、具有大于晶种保持轴12的直径的晶种基板14及配置于晶种基板14的顶面的中央部和外周部的碳片材30的截面示意图。在图4中，碳片材30配置于晶种基板14的顶面，顶面被碳片材30覆盖的晶种基板14保持于晶种保持轴12的下端面。图5是晶种保持轴12、具有大于晶种保持轴12的直径的晶种基板14及配置于晶种基板14的顶面的外周部的碳片材30的截面示意图。在图5中，碳片材30配置于晶种基板14的顶面的外周部上，晶种基板14保持于晶种保持轴12的下端面。碳片材30可以如图4所示那样，以介于晶种基板14的顶面与晶种保持轴12的下端面之间的方式配置，或者也可以如图5所示那样，具有在中央部具有穿过晶种保持轴的孔且仅覆盖晶种基板14的外周部的圆环(donut)形状。本公开以SiC单晶的制造方法为对象，该制造方法是使保持于晶种保持轴的下端面的晶种基板与配置在坩埚内的具有从内部向液面温度降低的温度梯度的Si-C溶液接触从而使Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
SiC单晶的制造方法，其是使保持于晶种保持轴的下端面的晶种基板与配置在坩埚内的具有从内部向液面温度降低的温度梯度的Si‑C溶液接触从而使SiC单晶晶体生长的SiC单晶的制造方法，其中，所述晶种基板的顶面具有与所述晶种保持轴的所述下端面的整个面相接而被保持的中央部、和不与所述晶种保持轴的所述下端面相接的外周部，该制造方法包括：在所述晶种基板的所述顶面配置碳片材，使得覆盖所述中央部和所述外周部中的至少所述外周部。

【技术特征摘要】
2015.12.15 JP 2015-2442331.SiC单晶的制造方法，其是使保持于晶种保持轴的下端面的晶种基板与配置在坩埚内的具有从内部向液面温度降低的温度梯度的Si-C溶液接触从而使SiC单晶晶体生长的SiC单晶的制造方法，其中，所述晶种基板的顶面具有与所述晶种保持轴的所述下端面的整个面相接而被保持的中央部、和不与所述晶种保持轴的所述下端面相接的外周部，该制造方法包括：在所述晶种基板的所述顶面配置碳片材，使得覆盖所述中央部和所述外周部中的至少所述外周部。2.权利要求1所述的SiC单晶的制造方法，其中，所述碳片材具有与所述晶种基板的所述顶面的外形相同的外形或大于所述晶种基板的所述顶面的外形的外形，该制造方法包括：在所述晶种基板的所述顶面配置所述碳片材，使得覆盖所述晶种基板的所述顶面的所述中央部及所述外周部的全部，和使配置有所述碳片材的所述晶种基板的所述中央部保持于所述晶种保持轴的所述下端面。3.权利要求1所述的SiC单晶的制造方法，其中，所述碳片材具有与所述晶体生长的Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：旦野克典，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP