SiC单晶的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及基于溶液法的SiC单晶的制造方法。
【背景技术】
[0002] SiC单晶在热、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尚输出、尚频、耐电压、耐环境性等，作为可进彳丁大 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的半导体材料的期待正在高涨。
[0003] 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，具有在生长的单晶中容易产生称作微管缺陷的中空 贯通状的缺陷、层叠缺陷等晶格缺陷以及结晶多形这样的缺点，但以往大量SiC体单晶通 过升华法制造。在艾奇逊法中，作为原料使用硅石和焦炭并在电炉中进行加热，因此，由于 原料中的杂质等不可能得到结晶性高的单晶。
[0004] 溶液法为如下方法：在石墨坩埚中形成Si熔液或形成在Si加入了其它金属的熔 液，使C溶解到该熔液中，在设置于低温部的晶种基板上使SiC结晶层析出并生长。在石墨 坩埚中配置的溶解了C的熔液（Si-c溶液）通过配置在石墨坩埚周围的高频线圈来加热 (专利文献1)。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :特开2009-167044号公报
[0008] 专利文献2 :特开2014-19614号公报
【发明内容】
[0009] 发明所要解决的课题
[0010] 与气相法相比，溶液法进行在接近热平衡状态下的晶体生长，能够期待低缺陷化， 因此，如上所述，提出了一些基于溶液法的SiC单晶的制造方法，但仍然有时在SiC单晶的 生长时在SiC晶体内产生夹杂物，不能进行均匀的晶体生长。因此，期望与以往相比可抑制 夹杂物的产生从而进行更均匀的晶体生长的SiC单晶的制造方法。
[0011] 用于解决课题的手段
[0012] 本公开的一个实施方式的对象在于SiC单晶的制造方法，其是使保持于晶种保持 轴的晶种基板与容纳于坩埚内的具有从内部向表面温度降低的温度梯度的Si-c溶液接触 以使SiC单晶晶体生长的基于溶液法的SiC单晶的制造方法，其中，
[0013] 在坩埚的侧面部的周围配置高频线圈，
[0014] 坩埚具有包括中坩埚和以包围中坩埚的方式配置的一个以上的外坩埚的多层结 构，
[0015] 该制造方法包括如下工序：
[0016] 在使SiC单晶生长时，以对Si-C溶液的液面与高频线圈的中心部的垂直方向的相 对位置变化进行控制的方式，仅使中坩埚沿垂直方向向上移动。
[0017] 发明效果
[0018] 根据本公开的一个实施方式，能够得到与以往相比抑制夹杂物的产生从而更均匀 地进行晶体生长的SiC单晶。
【附图说明】
[0019] 图1是示出可在本公开的一个实施方式中使用的基于溶液法的单晶制造装置的 一个例子的截面示意图。
[0020] 图2是示出以往所使用的基于溶液法的单晶制造装置的一个例子的截面示意图。
[0021] 图3是具有凹形状的晶体生长面的SiC单晶徒的截面不意图。
[0022] 图4是示出了在检查生长晶体中有无夹杂物时的生长晶体的切出部位的示意图。
[0023] 图5是在晶种基板与Si-C溶液之间形成的弯液面的截面示意图。
[0024] 图6是具有中心部的热导率小于侧面部的热导率的结构的晶种保持轴的截面示 意图。
[0025] 图7是在中心部的空腔内配置了隔热材料的晶种保持轴的截面示意图。
[0026] 图8是示出晶体生长开始时的单晶制造装置的结构的截面示意图。
[0027] 图9是示出在参考例中使热区（hotzone)整体移动时的晶体生长中的单晶制造 装置的结构的截面示意图。
[0028] 图10是示出仅使实施例中的中坩埚移动时的晶体生长中的单晶制造装置的结构 的截面示意图。
[0029] 图11是示出比较例中的晶体生长中的单晶制造装置的结构的截面示意图。
[0030] 图12是对晶体生长开始时（初始设定）的晶体生长面正下方的Si-C溶液的流动 状态进行模拟的结果。
[0031] 图13是对在仅使实施例中的中坩埚移动时的晶体生长面正下方的Si-C溶液的流 动状态进行模拟的结果。
[0032] 图14是对使参考例中的热区整体移动时的晶体生长面正下方的Si-C溶液的流动 状态进行模拟的结果。
[0033] 图15是对比较例中的晶体生长面正下方的Si-C溶液的流动状态进行了模拟的结 果。
[0034] 附图标记说明
[0035] 100 单晶制造装置
[0036] 200 单晶制造装置
[0037] 10 坩埚
[0038] 101 中坩埚
[0039] 102 外坩埚
[0040] 12 晶种保持轴
[0041] 14 晶种基板
[0042] 16 晶种基板的正面
[0043] 18 隔热材料
[0044] 20 凹形状的晶体生长面
[0045] 22 高频线圈
[0046] 22A 上段高频线圈
[0047] 22B 下段高频线圈
[0048] 24 Si-C溶液
[0049] 26 石英管
[0050] 28 坩埚上部的开口部
[0051] 34 弯液面
[0052] 40 SiC生长晶体
[0053] 42 切出的生长晶体
[0054] 50 晶种保持轴的侧面部
[0055] 52 晶种保持轴的中心部
[0056] 54 在晶种保持轴的中心部配置的隔热材料
【具体实施方式】
[0057] 在本说明书中，（000-1)面等的表达中的"-1"是将原本在数字的上方赋予横线而 表达之处表达为"-1"。
[0058] 本发明人在对于与以往相比抑制夹杂物的产生以使SiC单晶更均匀地晶体生长 的方法进行专心研究时发现，如果在使SiC单晶生长时，Si-C溶液的液面的垂直方向的位 置易于变动，若Si-C溶液的液面与高频线圈的中心部的相对位置改变，则由于Si-C溶液的 流动状态和温度梯度变化，因此夹杂物产生而不能进行均匀的单晶生长。
[0059] 本公开的一个实施方式是基于上述发现而得到的，并以如下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晶种基板与容纳于坩埚内的具有从内部向表 面温度降低的温度梯度的Si-C溶液接触以使SiC单晶晶体生长的基于溶液法的SiC单晶 的制造方法：在坩埚的侧面部的周围配置高频线圈，坩埚具有包括中坩埚和以包围中坩埚 的方式配置的一个以上的外坩埚的多层结构，该制造方法包括如下工序：使SiC单晶生长 时，以对Si-c溶液的液面与高频线圈的中心部的垂直方向的相对位置变化进行控制的方 式，仅使中坩埚沿垂直方向向上移动。
[0060] 根据本公开的一个实施方式，由于与以往相比能够控制Si-C溶液的流动状态和 温度梯度的变化，因此与以往相比能够抑制夹杂物的产生以进行更均匀的晶体生长。
[0061] 所谓夹杂物，是指在SiC单晶的生长中使用的Si-C溶液向生长晶体中的夹入。夹 杂物对于单晶而言是大缺陷，是作为器件材料不能容许的缺陷。在生长晶体中产生夹杂物 的情况下，作为夹杂物，例如能够检出可在用作Si-C溶液的溶剂中包含的Cr等溶剂成分 来。
[0062] 所谓溶液法，是指如下的SiC单晶的制造方法：使SiC晶种与具有从内部向表面 温度降低的温度梯度的Si-C溶液接触以使SiC单晶生长。通过形成从Si-C溶液的内部向 Si-C溶液的表面温度降低的温度梯度，能够使Si-C溶液的表面区域过饱和，以与Si-C溶液 接触的晶种基板为基点，使SiC单晶生长。
[0063] 在本申请中，Si-C溶液的流动状态可表示为从Si-C溶液的深部向晶体生长面的 Si-C溶液的上升流的速度。
[0064] Si-C溶液的流动由从Si-C溶液的深部向晶体生长面的Si-C溶液的上升、从晶体 生长面正下方的中央部向晶体生长面的外周部的Si-C溶液的流动以及从外周部向深部的 Si-C溶液的流动构成，Si-C溶液以在坩埚内循环的方式进行流动。该Si-C溶液的流动可通 过利用高频线圈的电磁搅拌、与Si-C溶液接触的晶种基板的旋转或坩埚的旋转等来形成。
[0065] 在这样的Si-C溶液在坩埚内的循环中，从与晶体生长面直接接触的Si-C溶液的