碳化硅单晶的制造方法与流程

本公开涉及碳化硅单晶的制造方法。

背景技术：

日本特表2012-510951号公报(专利文献1)公开了通过升华法制造碳化硅单晶的方法。

现有技术文献.

专利文献

专利文献1：日本特表2012-510951号公报

技术实现要素：

技术问题

本公开的目的在于提供其中不同多型的混入受到抑制的碳化硅单晶。

技术方案

本公开的碳化硅单晶的制造方法包括：将碳化硅原料填充到坩埚中的步骤，所述碳化硅原料的流动性指数为70以上且100以下；和通过加热所述碳化硅原料而使所述碳化硅原料升华的步骤。

有益效果

根据上述构成，可以提供其中不同多型的混入受到抑制的碳化硅单晶。

附图说明

图1为示意性显示本公开的碳化硅单晶的制造方法的流程图。

图2为说明本公开的碳化硅单晶的制造方法的示意剖视图。

具体实施方式

[本公开实施方案的说明]

首先，列举并说明本公开的实施方案。

[1]本公开的碳化硅单晶的制造方法包括：将碳化硅原料填充到坩埚中的步骤，所述碳化硅原料的流动性指数为70以上且100以下；和通过加热所述碳化硅原料而使所述碳化硅原料升华的步骤。

在[1]中的制造方法中，通过升华法生长碳化硅单晶。所述升华法是指如下的晶体生长法：使填充在坩埚的底部的原料粉末在高温下升华、并将升华的原料再沉积在配置在坩埚的上部的晶种上。使用所述升华法制造碳化硅体单晶(バルク単結晶)。

对于碳化硅的晶体结构，确认有多种多型。其代表性的实例包括3c-sic、4h-sic、6h-sic、15r-sic等。目前，4h-sic可用于功率器件。在制造体单晶时，重要的是抑制产生期望的多型以外的多型，即抑制产生不同的多型，因为混入的不同的多型导致产生由于晶体失配引起的称为微管缺陷的中空孔状晶体缺陷，结果晶体品质显著劣化。

在此，本发明人发现了产生不同多型的原因之一并且完成了上述[1]的制造方法。具体地，在上述[1]中的制造方法中，使用了流动性指数为70以上且100以下的碳化硅原料。

根据本发明人的研究，产生不同多型的原因之一在于原料粉末的流动性。以往，未考虑原料粉末的流动性。因此，当倾倒原料粉末以将其填充到坩埚中时，原料粉末不能被均匀地填充，结果原料粉末可能会被以局部不平衡的方式填充。如果原料在这种状态下被加热并升华，则产生的升华气体的面内组成变得不均匀，由此可能导致产生不同的多型。此外，如果在填充到坩埚中的原料粉末中局部存在具有高堆积密度的部分，则认为颗粒在该部分结合在一起。这样的现象预期也会导致升华气体的面内组成不均匀。

鉴于此，通过使用如上述[1]中的高流动性指数的碳化硅原料，原料粉末可以被均匀地填充到坩埚中。由此，可以产生具有均匀的面内组成的升华气体，从而制造其中不同多型的混入受到抑制的碳化硅单晶。

在此，“流动性指数”表示由r.l.carr提出的流动性指数，所谓的“carr流动性指数”。所述流动性指数是表示粉末流动的容易性的指数，并且值在0到100的范围内。流动性越优异的粉末的流动性指数的值越大。为了计算流动性指数，使用了以下四种粉末性质：(a)休止角，(b)压缩率，(c)抹角(スパチユラ角)，和(d)均一度或凝聚度。所述流动性指数可以通过如下确定：测定所述四种粉末性质，基于carr理论将各测定结果分类成0-25的指数，并且将它们加起来。流动性指数例如可以通过hosokawamicron制造的“powdertester(粉末测试仪)”等进行测定。使用一台“粉末测试仪”可以测定全部四种粉末性质以确定流动性指数。当然，可以使用具有与“粉末测试仪”同等功能和精度的测量设备。

(a)休止角

休止角[单位：°]表示粉末自然落下时形成的圆锥体的斜面与水平面之间形成的角(仰角)。在此，圆锥体表示粉末的堆。粉末的堆例如通过倾倒方法形成。所述倾倒方法为通过使粉末样品经由漏斗落下而形成粉末的堆的方法。

(b)压缩率

压缩率[单位：％]可以通过(p-a)/p×100进行计算，其中a表示松散堆积密度(ゅゐみ嵩密度)，p表示振实堆积密度(固め嵩密度)。在此，“松散堆积密度”是指粉末自然落下时的堆积密度。通过在具有限定容积的杯中填充并且称量粉末样品而测定松散堆积密度。“振实堆积密度”是指当在测定松散堆积密度之后通过敲击杯子以脱除颗粒之间的空气而密实地填充粉末时的堆积密度。该堆积密度可以表示为表观比重。

(c)抹角

抹角[单位：°]是当将粉末放在抹板上然后向上移动抹板时形成的圆锥体的斜面与水平面之间形成的角。具体地，如下测定抹角。首先，将粉末放置在抹板上，然后将抹板轻轻地垂直向上移动，并且测定抹板上残留的圆锥体的斜面与水平面之间的角度。接着，施加预定的冲击，然后再次测定该圆锥体的斜面与水平面之间的角度。采用在施加冲击之前和之后的角度的平均值作为抹角。

(d)均一度或凝聚度

当原料粉末的粒径为约300μm以上时，测定均一度作为第四项。可以从通过筛分测定的粒度分布确定均一度(单位：无量纲数)。可以通过将粒度分布中在60％累积值处的粒径(d60)除以在10％累积值处的粒径(d10)而确定均一度。

原料粉末是凝聚性强的粉末。当能够测定凝聚度时，可以采用凝聚度作为第四项。可以在将粉末样品堆积在标准筛上然后以预定的强度将标准筛振动预定的时间之后，从通过标准筛的粉末样品的量确定凝聚度[单位：％]。

基于表1中所示的标准将(a)至(d)的测定结果变成指数。所述指数的总和为流动性指数。

[表1]

在表1中，例如符号如“＜25”表示小于25的值。符号如“45＜”表示大于45的值。此外，符号如“26-29”表示26-29的值。

[2]碳化硅原料的流动性指数可以为80以上且100以下。

[3]碳化硅原料的流动性指数可以为90以上且100以下。

[4]本公开的碳化硅单晶的制造方法包括：将碳化硅原料填充到坩埚中的步骤，所述碳化硅原料的流动性指数为90以上且100以下；和通过加热所述碳化硅原料而使所述碳化硅原料升华的步骤。

根据上述制造方法，可以提供其中不同多型的混入受到抑制的碳化硅单晶。

[本公开实施方案的详情]

以下详细说明本公开的一个实施方案(以下称作“本实施方案”)；然而，本实施方案不限于此。在以下说明中，相同或相应的元素被赋予相同的附图标记并且不重复说明。

[碳化硅单晶的制造方法]

图1为示意性显示本实施方案的碳化硅单晶的制造方法的流程图。如图1中所示，所述制造方法包括原料填充步骤(s01)和原料升华步骤(s02)。以下将对各个步骤进行说明。

[原料填充步骤(s01)]

图2为说明本实施方案的碳化硅单晶的制造方法的示意剖视图。图2中所示的晶体生长装置100包含腔室6。腔室6设置有进气口7和排气口8。排气口8与排气泵9连接。在腔室6中，配置有坩埚5、电阻加热器2和绝热材料10。坩埚5、电阻加热器2和绝热材料10例如由石墨制成。

坩埚5包括基座3和收容部4。基座3被构造成保持晶种11。基座3还起作为坩埚5的盖的作用。晶种11例如为由4h-sic构成的碳化硅单晶基板。晶种11例如可以具有100mm以上、150mm以上或200mm以上的直径。随着晶种的直径变大，可以生长具有更大直径的碳化硅单晶。此外，据认为随着碳化硅单晶的直径变大，更易于混入不同的多型。因此预期随着直径变大，在本实施方案中抑制不同多型的效果更加显著。晶种的直径例如可以为300mm以下。

收容部4具有例如有底的筒状外形。在原料填充步骤中，将流动性指数为70以上且100以下的碳化硅原料12填充到收容部4、即坩埚5中。碳化硅原料例如为通过粉碎碳化硅多晶而获得的粉末。碳化硅原料例如可以具有约300μm～约700μm或约400μm～约600μm的d50。在此，“d50”表示在通过筛分测定的粒度分布中的50％累积值处的粒径。上述“粉末测试仪”也能够测定d50。

准备流动性指数为70以上且100以下的碳化硅原料的方法没有特别限制。例如，一些碳化硅多晶粉末由市场获得并且使用上述“粉末测试仪”测定流动性指数以筛选流动性指数为70以上且100以下的粉末。碳化硅原料的流动性指数优选为80以上，更优选为90以上且特别优选为95以上。预期随着碳化硅原料的流动性指数变高，坩埚中的碳化硅原料的填充状态变得更均匀。

在将碳化硅原料12倾倒入收容部4中之后，例如可以通过对收容部4进行轻微摇动或轻微敲击等而给予碳化硅原料12适当的振动以将粉末层的表面调整平坦。由于在本实施方案中碳化硅原料的流动性指数为70以上，因此可以将碳化硅原料均匀地填充到收容部中。

[原料升华步骤(s02)]

在原料升华步骤(s02)中，通过加热碳化硅原料12使碳化硅原料12升华。升华的碳化硅原料再沉积在晶种11上并且生长成碳化硅单晶13。

坩埚5通过电阻加热器2进行加热。由此，加热碳化硅原料12并且在坩埚5中形成预定的温度梯度。此时，碳化硅原料12周围的温度例如可以调节至约2300℃～约2500℃。此外，晶种11周围的温度例如可以调节至约2000℃～约2300℃。例如通过辐射温度计(未示出)测定坩埚5各个部分的温度。

由进气口7引入惰性气体如氩气(ar)。通过排气泵9将引入的惰性气体由排气口8排出。通过惰性气体的引入量和惰性气体的排出量调节腔室6中的压力。通过腔室6中的压力控制碳化硅原料12的升华。也就是说，例如当在加热碳化硅原料12的状态下例如将腔室6中的压力降低至5kpa以下时，碳化硅原料12开始升华。得到的升华气体再沉积在晶种11上并且生长成碳化硅单晶13。

在本实施方案中，由于如上所述碳化硅原料12被均匀地填充到坩埚5中，因此产生的升华气体的面内组成变得均匀。由此，抑制不同的多型混入碳化硅单晶13中。

在此公开的实施方案在任何方面都是说明性的并且是非限制性的。本发明的范围由权利要求书而不是上述实施方案限定，并意图包括在所述权利要求书的等同范围和含义内的任何变更。

标号说明

2：电阻加热器；3：基座；4：收容部；5：坩埚；6：腔室；7：进气口；8：排气口；9：排气泵；10：绝热材料；11：晶种；12：碳化硅原料；13：碳化硅单晶；100：晶体生长装置。