SiC单晶的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据SiC单晶的溶液法的制造方法。
【背景技术】
[0002]SiC单晶在热和化学性方面非常稳定、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破坏电压、高的热传导率等优异的物理特性。因此，可实现在Si单晶及GaAs单晶等现有的半导体材料中不能实现的尚输出功率、尚频、耐电压、耐环境性等，作为可进行大电力控制及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广泛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单晶的成长方法，代表性地公知有气相法、艾奇逊(Acheson)法、及溶液法。在气相法中，例如在升华法中，具有在成长的单晶中容易产生称作微管缺陷的中空贯通状的缺陷和层叠缺陷等晶格缺陷以及结晶多形这样的缺点，但因结晶的成长速度大，因此，以往大量SiC体单晶通过升华法制造，也进行了降低成长的结晶的缺陷的尝试。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获得结晶性尚的单晶。
[0004]而且，溶液法是在石墨坩祸中熔化Si熔液或在Si熔液中熔化合金，使C从石墨坩祸溶解到该熔液中，在设置于低温部的晶种基板上使SiC结晶层析出并使之成长的方法。由于溶液法与气相法相比进行接近热平衡状态下的结晶成长，因此，最能够期待低缺陷化。因此，最近，提出了一些根据溶液法的SiC单晶的制造方法。
[0005]而且，记载有在溶液法中使籽晶接触时的温度与使SiC单晶成长时的温度不同的制造方法(专利文献I)。在专利文献I中，记载有将在使SiC单晶成长的晶种基板的表层可能存在的应变及氧化膜除去的所谓的回熔。
[0006]另外，为了防止发生热冲击位错，提出在低温下进行籽晶接触，之后，升温到成长温度(专利文献2)。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:特开2000-264790号公报
[0010]专利文献2:特开2011-251881号公报
【发明内容】
[0011]发明所要解决的课题
[0012]但是，在溶液法中，在这样使籽晶接触后改变S1-C溶液的温度的情况下，有时在SiC的成长的结晶中产生多晶。
[0013]因此，正在寻求一种即使在使籽晶接触后改变S1-C溶液的温度，也能够抑制多晶发生的SiC单晶的制造方法。
[0014]用于解决课题的手段
[0015]本发明为一种SiC单晶的制造方法，其使被晶种保持轴保持的SiC晶种基板与具有温度从内部向表面降低的温度梯度的S1-C溶液接触，使SiC单晶成长，其具备:
[0016](A)使S1-C溶液为第一温度的工序；
[0017](B)使被晶种保持轴保持的晶种基板与S1-C溶液接触的工序；
[0018](C)在使晶种基板与S1-C溶液接触后，使S1-C溶液为第二温度的工序；以及
[0019](D)根据从第一温度至第二温度时的S1-C溶液的液面高度的变化，使被晶种保持轴保持的晶种基板在上下方向上移动的工序。
[0020]发明效果
[0021]根据本发明，即使在使籽晶接触后改变S1-C溶液的温度，也能够抑制多晶的发生，能够使SiC单晶成长。
【附图说明】
[0022]图1是使用了图2的单晶制造装置的情况下的、以S1-C溶液的液面温度为1974°C时的S1-C溶液的液面位置为基准(零)时的、S1-C溶液的液面温度引起的液面高度的曲线图；
[0023]图2是表示在本发明中可使用的溶液法的单晶制造装置的一例的剖面示意图；
[0024]图3是使用了图4的单晶制造装置的情况下的、以S1-C溶液的液面温度为1699°C时的S1-C溶液的液面位置为基准(零)时的、S1-C溶液的液面温度引起的液面高度的曲线图；
[0025]图4是表示可在本发明中使用的溶液法的单晶制造装置的一例的剖面示意图；
[0026]图5是在晶种基板与S1-C溶液之间形成的弯月面的剖面示意图；
[0027]图6是从侧面观察的实施例中以晶种基板为基点成长的SiC单晶的外观照片；
[0028]图7表示从成长面观察的实施例中以晶种基板为基点成长的SiC单晶的外观照片;
[0029]图8是从侧面观察的比较例中以晶种基板为基点成长的SiC单晶的外观照片；
[0030]图9表示从成长面观察的比较例中以晶种基板为基点成长的SiC单晶的外观照片。
【具体实施方式】
[0031]在本说明书中，(000-1)面等表示中的“-1”为将本来在数字上标记横线进行表示之处表示为“-1”。
[0032]以往，在根据溶液法的SiC单晶的制造方法中，进行在使籽晶接触后改变S1-C溶液的温度的方法。在使籽晶接触后改变S1-C溶液的温度，例如，进行除去晶种基板表面的应变及氧化膜的回熔。在本说明书中，所谓籽晶接触，是指使晶种基板与S1-C溶液接触。
[0033]在本说明书中，所谓回熔是指使晶种基板的表面层溶解于S1-C溶液中而除去。一般，有时在使SiC单晶成长的晶种基板的表层存在位错等加工变质层及自然氧化膜等。通过回熔，在晶种基板的表层部分存在的位错及缺陷溶解而被除去，能够使位错及缺陷少的SiC单晶成长。
[0034]可通过使晶种基板的成长面与低温的S1-C溶液接触(籽晶接触)，升温到更高的温度来进行回熔。在使S1-C溶液的温度升温时，S1-C溶液的饱和度降低，因此，晶种基板与S1-C溶液接触的部分向S1-C溶液中溶出，进行回熔。
[0035]还可以通过使晶种基板的成长面与具有温度从内部向表面升高的温度梯度的S1-C溶液接触来进行回熔。通过在S1-C溶液中形成温度从内部向表面升高的温度梯度，S1-C溶液的表面区域的饱和度降低，因此，晶种基板与S1-C溶液接触的部分向S1-C溶液溶出，进行回熔。
[0036]另外，为了防止热冲击位错发生，在低温下进行籽晶接触，之后，进行升温至成长温度。
[0037]但是，这样，在使籽晶接触之后要改变S1-C溶液的温度而使用溶液法使SiC单晶成长的情况下，有时在SiC的成长的结晶中产生多晶。
[0038]为了抑制在使籽晶接触后，改变S1-C溶液的温度时的成长的结晶中多晶的产生，本发明人进行了锐意研宄，结果发现，在使晶种基板与S1-C溶液进行籽晶接触时的第一温度及其后的第二温度之间，S1-C溶液的液面高度可发生变化，以及由此当S1-C溶液与晶种保持轴接触时，在成长的结晶中可产生多晶。
[0039]本发明为根据溶液法的SiC单晶的制造方法，其以具备如下工序的制造方法为对象，该制造方法具备:
[0040](A)使S1-C溶液为第一温度的工序；
[0041](B)使晶种基板与S1-C溶液接触的工序；
[0042](C)在使晶种基板与S1-C溶液接触后，使S1-C溶液为第二温度的工序；以及
[0043](D)根据从第一温度至第二温度时的S1-C溶液的液面高度的变化，使被晶种保持轴保持的晶种基板在上下方向上移动的工序。
[0044]在本发明的方法中，所谓S1-C溶液的第一温度及第二温度是指S1-C溶液的表面温度(也称为液面温度)。另外，在没有特别地说明而只提及S1-C溶液的温度时，也是指S1-C溶液的表面温度。
[0045]图1表示以S1-C溶液的液面温度为1974°C时的S1-C溶液的液面位置为基准(零)时的、S1-C溶液的液面温度引起的液面高度的曲线图。图1的曲线图是使用了图2中示意性表示的单晶制造装置时的数据。图2是表示可在本发明中使用的溶液法的单晶制造装置的一例的剖面示意图，该单晶制造装置具备作为加热装置配置于坩祸周围的高频线圈。
[0046]由图1的曲线图可看出:在例如S1-C溶液的温度为1700°C时进行籽晶接触，接着，在将S1-C溶液的温度升高到2000°C的情况下，S1-C溶液的液面高度增高2.5mm。
[0047]因此，例如在1700°C使晶种基板的下面与S1-C溶液的表面接触，在固定了晶种基板的保持位置的状态下升温到2000°C时，S1-C溶液的液面高度增高2.5mm，所以，S1-C溶液润湿晶种基板的侧面，进一步，S1-C溶液可超过晶种基板而与晶种保持轴接触。这样，当S1-C溶液与晶种保持轴接触时，在成长的结晶中可产生多晶。
[0048]另外，图3表不使用了图4中不意性表不的另外的单晶制造装置的情况下的、S1-C溶液的液面温度引起的液面高度的曲线图。图4是表示可在本发明中使用的溶液法的单晶制造装置的一例的剖面示意图，该单晶制造装置具备作为加热装置配置于坩祸周围的石墨制加热器。图3的曲线图将S1-C溶液的液面温度为1699°C时的液面位置作为基准(零)。
[0049]根据图3的曲线图可知，在例如S1-C溶液的温度为1600°C时进行籽晶接触，接着，在将S1-C溶液的温度升高到1850°C的情况下，S1-C溶液的液面高度大致相同，但是，在升温中途的1700°C附近，S1-C溶液的液面高度增高约3mm。
[0050]因此，在例如1600°C使晶种基板的下面与S1-C溶液的表面接触，在固定了晶种基板的保持位置的状态下升温到1850°C时，在升温中途的1700°C附近，S1-C溶液的液面高度增高约3_，所以，S1-C溶液润湿晶种基板的侧面，进一步，可超过晶种基板，与晶种保持轴接触。一旦S1-C溶液与晶种保持轴接触，则其后即使S1-C溶液的液面位置变低，S1-C溶液和晶种保持轴也变为润湿状态，在成长的结晶中容易产生多晶。
[0051]这样，可知S1-C溶液的液面高度根据S1-C溶液的温度而变化，另外可知，根据使用的单晶制造装置，S1-C溶液的温度引起的S1-C溶液的液面高度的变化倾向也改变。另外也可知，为了防止S1-C溶液与晶种保持轴接触，不仅考虑进行籽晶接触的第一温度的S1-C溶液的液面高度、之后的第二温度的S1-C溶液的液面高度，还考虑第一温度与第二温度间的液面高度的变化，需要使晶种基板的位置移动。
[0052]不受理