JP5803519B2 - Method and apparatus for producing SiC single crystal - Google Patents
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Description
本発明は、SiC単結晶の溶液法による製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a SiC single crystal by a solution method.
SiC単結晶は、熱的、化学的に非常に安定であり、機械的強度に優れ、放射線に強く、しかもSi単結晶に比べて高い絶縁破壊電圧、高い熱伝導率などの優れた物性を有する。そのため、Si単結晶やGaAs単結晶などの既存の半導体材料では実現できない高出力、高周波、耐電圧、耐環境性等を実現することが可能であり、大電力制御や省エネルギーを可能とするパワーデバイス材料、高速大容量情報通信用デバイス材料、車載用高温デバイス材料、耐放射線デバイス材料等、といった広い範囲における、次世代の半導体材料として期待が高まっている。 SiC single crystals are very thermally and chemically stable, excellent in mechanical strength, resistant to radiation, and have excellent physical properties such as higher breakdown voltage and higher thermal conductivity than Si single crystals. . Therefore, it is possible to realize high power, high frequency, withstand voltage, environmental resistance, etc. that cannot be realized with existing semiconductor materials such as Si single crystal and GaAs single crystal, and power devices that enable high power control and energy saving. Expectations are growing as next-generation semiconductor materials in a wide range of materials, high-speed and large-capacity information communication device materials, in-vehicle high-temperature device materials, radiation-resistant device materials, and the like.
従来、SiC単結晶の成長法としては、代表的には気相法、アチソン(Acheson)法、及び溶液法が知られている。気相法のうち、例えば昇華法では、成長させた単結晶にマイクロパイプ欠陥と呼ばれる中空貫通状の欠陥や積層欠陥等の格子欠陥及び結晶多形が生じやすいという欠点を有するが、結晶の成長速度が大きいため、従来、SiCバルク単結晶の多くは昇華法により製造されており、成長結晶の欠陥を低減する試みも行われている。アチソン法では原料として珪石とコークスを使用し電気炉中で加熱するため、原料中の不純物等により結晶性の高い単結晶を得ることは不可能である。 Conventionally, as a method for growing a SiC single crystal, a gas phase method, an Acheson method, and a solution method are typically known. Among the vapor phase methods, for example, the sublimation method has a defect that a grown single crystal is liable to cause a lattice defect such as a hollow through defect called a micropipe defect or a stacking fault and a crystal polymorphism, but the crystal growth. Because of its high speed, conventionally, most of SiC bulk single crystals have been manufactured by a sublimation method, and attempts have been made to reduce defects in grown crystals. In the Atchison method, since silica and coke are used as raw materials and heated in an electric furnace, it is impossible to obtain a single crystal with high crystallinity due to impurities in the raw materials.
そして、溶液法は、黒鉛坩堝中でSi融液またはSi融液に合金を融解し、その融液中に黒鉛坩堝からCを溶解させ、低温部に設置した種結晶基板上にSiC結晶層を析出させて成長させる方法である。溶液法は気相法に比べ熱平衡に近い状態での結晶成長が行われるため、低欠陥化が最も期待できる。このため、最近では、溶液法によるSiC単結晶の製造方法がいくつか提案されている。 In the solution method, the Si melt or the alloy is melted into the Si melt in the graphite crucible, C is dissolved in the melt from the graphite crucible, and the SiC crystal layer is formed on the seed crystal substrate placed in the low temperature portion. It is a method of growing by precipitation. In the solution method, since crystal growth is performed in a state close to thermal equilibrium as compared with the gas phase method, the reduction of defects can be most expected. For this reason, several methods for producing SiC single crystals by the solution method have recently been proposed.
一般的に、SiC単結晶を成長させる種結晶基板の表層には、転位等の加工変質層や自然酸化膜等が存在していることがあり、溶液法において、SiC単結晶を成長させる前にこれらを溶解して除去するメルトバックを行うことが開示されている(特許文献1)。 In general, there may be a work-affected layer such as dislocation or a natural oxide film on the surface layer of a seed crystal substrate on which a SiC single crystal is grown. Before the SiC single crystal is grown in a solution method, It is disclosed to perform meltback to dissolve and remove these (Patent Document 1).
特許文献1に記載の方法では、SiC単結晶の成長前しかメルトバックすることができず、SiC単結晶の成長中に発生した欠陥を溶かし込むことができない。 In the method described in Patent Document 1, meltback can be performed only before the growth of the SiC single crystal, and defects generated during the growth of the SiC single crystal cannot be melted.
したがって、SiC単結晶の成長の途中においてもメルトバックを行うことができるSiC単結晶の製造方法及び製造装置が求められる。 Accordingly, there is a need for a SiC single crystal manufacturing method and manufacturing apparatus that can perform meltback even during the growth of the SiC single crystal.
本発明は、坩堝の周囲に配置された加熱装置により坩堝中にて内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有するように加熱されたSi−C溶液に、種結晶保持軸に保持されたSiC種結晶を接触させて、種結晶を基点としてSiC単結晶を成長させる、溶液法によるSiC単結晶の製造方法であって、
SiC単結晶の成長中に、Si−C溶液の内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、種結晶と種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶をメルトバックすることを含む、SiC単結晶の製造方法である。
In the present invention, the seed crystal holding shaft holds the Si-C solution heated so as to have a temperature gradient in which the temperature decreases from the inside toward the surface in the crucible by a heating device arranged around the crucible. A method for producing a SiC single crystal by a solution method, wherein a SiC single crystal is grown by bringing a SiC seed crystal into contact with the seed crystal as a base point,
During the growth of the SiC single crystal, the temperature gradient in the surface region from the inside of the Si-C solution is changed to a constant temperature or a temperature gradient that increases in temperature, and the seed crystal and the SiC single crystal grown from the seed crystal are used as the starting point. A method for producing a SiC single crystal, comprising melt-backing the contained single crystal.
本発明はまた、Si−C溶液を収容する坩堝と、
坩堝の周囲に配置された加熱装置と、
上下方向に移動可能に配置された種結晶保持軸とを備え、
種結晶保持軸に保持されたSiC種結晶を、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有するように加熱されたSi−C溶液に接触させて、種結晶を基点としてSiC単結晶を成長させる、溶液法によるSiC単結晶の製造装置であって、
SiC単結晶の成長中に、Si−C溶液の内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、種結晶と種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶をメルトバックする手段を備えた、SiC単結晶の製造装置である。
The present invention also includes a crucible containing a Si-C solution;
A heating device arranged around the crucible;
A seed crystal holding shaft arranged to be movable in the vertical direction,
The SiC seed crystal held on the seed crystal holding shaft is brought into contact with a Si-C solution heated so as to have a temperature gradient that decreases from the inside toward the surface, and a SiC single crystal is grown from the seed crystal as a starting point. An apparatus for producing a SiC single crystal by a solution method,
During the growth of the SiC single crystal, the temperature gradient in the surface region from the inside of the Si-C solution is changed to a constant temperature or a temperature gradient that increases in temperature, and the seed crystal and the SiC single crystal grown from the seed crystal are used as the starting point. The SiC single crystal manufacturing apparatus includes means for melting back the single crystal.
本発明により、SiC単結晶の成長の途中においてもメルトバックを行うことが可能となる。 According to the present invention, meltback can be performed even during the growth of the SiC single crystal.
本発明は、坩堝の周囲に配置された加熱装置により坩堝中にて内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有するように加熱されたSi−C溶液に、種結晶保持軸に保持されたSiC種結晶を接触させて、種結晶を基点としてSiC単結晶を成長させる、溶液法によるSiC単結晶の製造方法であって、SiC単結晶の成長中に、Si−C溶液の内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、種結晶と種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶(以下、成長単結晶という)をメルトバックすることを含む、SiC単結晶の製造方法である。 In the present invention, the seed crystal holding shaft holds the Si-C solution heated so as to have a temperature gradient in which the temperature decreases from the inside toward the surface in the crucible by a heating device arranged around the crucible. A method for producing a SiC single crystal by a solution method in which a SiC single crystal is grown by bringing a SiC seed crystal into contact with the seed crystal as a starting point. During the growth of the SiC single crystal, the surface of the surface is formed from the inside of the Si-C solution. The temperature gradient of the region is changed to a constant temperature or a temperature gradient that increases the temperature, and a single crystal including the seed crystal and the SiC single crystal grown from the seed crystal (hereinafter referred to as a grown single crystal) is melted back. It is a manufacturing method of a SiC single crystal containing.
本発明に係る製造方法によれば、SiC単結晶の成長途中の任意のタイミングで、Si−C溶液の内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、内部から表面の領域のSi−C溶液中のSiC飽和度を低下させることによって、成長単結晶をメルトバックすることができる。また、本発明に係る製造方法によれば、SiC単結晶を成長させる前に種結晶をメルトバックすることも可能である。 According to the manufacturing method of the present invention, at any timing during the growth of the SiC single crystal, the temperature gradient of the surface region from the inside of the Si-C solution is changed to a constant temperature or a temperature gradient that rises in temperature. The grown single crystal can be melted back by lowering the SiC saturation in the Si-C solution in the surface region. Further, according to the production method of the present invention, it is possible to melt back the seed crystal before growing the SiC single crystal.
本明細書においては、上述のように、成長単結晶とは、種結晶と種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶のことをいう。種結晶を基点としてSiC単結晶を成長させている途中にメルトバックを行うため、このように表現するものである。本発明によれば、成長結晶の表層部分に発生した転位や欠陥等が発生、増殖した結晶部を溶かし込むことができる。成長結晶の厚みが非常に薄い場合は、表層部分に含まれる転位や欠陥だけでなく下地の種結晶基板も同時に溶かし込むことができる。 In the present specification, as described above, the growth single crystal refers to a single crystal including a seed crystal and an SiC single crystal grown from the seed crystal. This is expressed in this way because meltback is performed during the growth of the SiC single crystal from the seed crystal as a base point. According to the present invention, it is possible to dissolve a crystal part in which dislocations or defects generated in the surface layer part of the grown crystal are generated and proliferated. When the thickness of the grown crystal is very thin, not only the dislocations and defects contained in the surface layer portion but also the underlying seed crystal substrate can be dissolved simultaneously.
本発明に係る製造方法によれば、SiC単結晶の成長途中に発生した転位や欠陥が発生してしまった結晶部を溶かし込むことができるため、転位や欠陥が少ないSiC単結晶を得ることができる。メルトバックに次いでSiC単結晶の成長を続けることができ、また、メルトバックとSiC単結晶の成長とを複数回繰り返すこともできる。当然のことながら、SiC単結晶の成長中に本製造方法によるメルトバックを行うとともに、SiC単結晶の成長前に、種結晶基板に本発明に係る製造方法のメルトバック方法を適用することができ、または従来行われていた種結晶基板のメルトバック方法を併用してもよい。 According to the manufacturing method of the present invention, since a crystal part where dislocations and defects generated during the growth of the SiC single crystal have occurred can be melted, it is possible to obtain a SiC single crystal with few dislocations and defects. it can. Following the meltback, the growth of the SiC single crystal can be continued, and the meltback and the growth of the SiC single crystal can be repeated a plurality of times. As a matter of course, melt back by the manufacturing method can be performed during the growth of the SiC single crystal, and the melt back method of the manufacturing method according to the present invention can be applied to the seed crystal substrate before the growth of the SiC single crystal. Alternatively, a conventional method for melting back a seed crystal substrate may be used.
本明細書において、メルトバックとは、種結晶または種結晶を基点として成長したSiC単結晶の表面層をSi−C溶液中に溶解させて除去することをいう。一般的に、SiC単結晶を成長させる種結晶基板の表層には、転位等の加工変質層や自然酸化膜等が存在していることがあり、SiC単結晶を成長させる前にこれらを溶解して除去することが、高品質なSiC単結晶を成長させるために効果的である。本発明においては、従来除去することができなかった成長中のSiC単結晶に発生し得る転位及び欠陥等を除去することができる。 In this specification, the term “meltback” refers to removing a seed crystal or a surface layer of an SiC single crystal grown from a seed crystal as a starting point by dissolving it in an Si—C solution. In general, a surface layer of a seed crystal substrate on which a SiC single crystal is grown may have a work-affected layer such as a dislocation or a natural oxide film, which is dissolved before the SiC single crystal is grown. This removal is effective for growing a high-quality SiC single crystal. In the present invention, it is possible to remove dislocations, defects and the like that can occur in a growing SiC single crystal that could not be removed conventionally.
メルトバックにより溶解する厚みは、成長中に発生し得る転位及び欠陥を含む層を十分に除去するために、転位、欠陥を含む層の厚みにもよるが、一般的に、およそ1μm〜1mm程度または1μm〜100μm程度が好ましい。 The thickness dissolved by meltback is generally about 1 μm to 1 mm, although it depends on the thickness of the layer containing dislocations and defects in order to sufficiently remove the layer containing dislocations and defects that may occur during growth. Or about 1 micrometer-100 micrometers are preferable.
メルトバックは、Si−C溶液の内部から溶液の表面に向けて温度が一定または増加する温度勾配を、成長単結晶近傍のSi−C溶液に形成することにより行われ得る。SiC単結晶成長を行う場合には、種結晶基板のSi−C溶液の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成するが、この温度勾配を一定または増加する温度勾配に変更することによって成長単結晶をメルトバックすることができる。Si−C溶液の内部から溶液の表面に向けて増加する温度勾配は、溶液表面から10mm、8mm、6mm、4mm、3mm、2mm、1mm等の範囲で、0〜50℃/cmが好ましく、0〜20℃/cmがより好ましい。 The meltback can be performed by forming a temperature gradient in the Si—C solution in the vicinity of the growth single crystal, in which the temperature is constant or increases from the inside of the Si—C solution toward the surface of the solution. When performing SiC single crystal growth, a temperature gradient is formed in which the temperature decreases from the inside of the Si-C solution of the seed crystal substrate toward the surface of the solution, but this temperature gradient is changed to a constant or increasing temperature gradient. Thus, the grown single crystal can be melted back. The temperature gradient increasing from the inside of the Si—C solution toward the surface of the solution is preferably 0 to 50 ° C./cm in the range of 10 mm, 8 mm, 6 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, and the like from the solution surface. -20 ° C / cm is more preferable.
本明細書において、Si−C溶液の内部から表面の領域とは、種結晶を基点としてSiC単結晶を成長させるため、または成長単結晶をメルトバックするためのSi−C溶液の液面近傍の領域をいう。Si−C溶液の内部から表面の領域とは、Si−C溶液の表面から例えば1mm、2mm、4mm、6mm、8mm、または10mm程度の深さの間の領域であることができ、成長単結晶のより近傍領域、例えばSi−C溶液の表面から10μm、50μm、または100μm程度の深さの間の領域であることができる。 In the present specification, the region from the inside to the surface of the Si—C solution is a region near the liquid surface of the Si—C solution for growing the SiC single crystal from the seed crystal or for melting back the grown single crystal. An area. The region from the inside to the surface of the Si-C solution can be a region between the surface of the Si-C solution, for example, a depth of about 1 mm, 2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, or 10 mm, and is a grown single crystal. It can be a region in the vicinity of, for example, a region between the surface of the Si—C solution and a depth of about 10 μm, 50 μm, or 100 μm.
図1に、本発明に係る製造方法を実施するのに用いられ得るSiC単結晶製造装置の基本構成の一例を示す。図示したSiC単結晶製造装置100は、SiまたはSi/Xの融液中にCが溶解してなるSi−C溶液24を収容した坩堝10を備え、Si−C溶液24の内部からSi−C溶液24の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成し、昇降可能な種結晶保持軸12の先端に保持された種結晶基板14をSi−C溶液24に接触させて、種結晶基板14を基点としてSiC単結晶を成長させることができる。坩堝10及び種結晶保持軸12を、種結晶保持軸12の軸を中心に回転させることが好ましい。
FIG. 1 shows an example of a basic configuration of an SiC single crystal manufacturing apparatus that can be used to carry out the manufacturing method according to the present invention. The illustrated SiC single
Si−C溶液24は、原料を坩堝に投入し、加熱融解させて調製したSiまたはSi/Xの融液にCを溶解させることによって調製される。Xは一種類以上の金属であり、SiC(固相)と熱力学的に平衡状態となる液相(溶液)を形成できれば特に制限されない。適当な金属Xの例としては、Ti、Mn、Cr、Ni、Ce、Co、V、Fe等が挙げられる。例えば、坩堝内にSiに加えて、Cr、Ni等を投入し、Si−Cr溶液、Si−Cr−Ni溶液等を形成することができる。また、坩堝10を、黒鉛坩堝などの炭素質坩堝またはSiC坩堝とすることによって、坩堝10の溶解によりCが融液中に溶解し、Si−C溶液が形成される。こうすると、Si−C溶液24中に未溶解のCが存在せず、未溶解のCへのSiC単結晶の析出によるSiCの浪費が防止できる。Cの供給は、例えば、炭化水素ガスの吹込み、または固体のC供給源を融液原料と一緒に投入するといった方法を利用してもよく、またはこれらの方法と坩堝の溶解とを組み合わせてもよい。
The Si-
Si−C溶液24は、その表面温度が、Si−C溶液へのCの溶解量の変動が少ない1800〜2200℃であることが好ましい。
The surface temperature of the Si—
Si−C溶液の温度測定は、熱電対、放射温度計等を用いて行うことができる。熱電対に関しては、高温測定及び不純物混入防止の観点から、ジルコニアやマグネシア硝子を被覆したタングステン−レニウム素線を黒鉛保護管の中に入れた熱電対が好ましい。 The temperature of the Si—C solution can be measured using a thermocouple, a radiation thermometer, or the like. Regarding the thermocouple, from the viewpoint of high temperature measurement and prevention of impurity contamination, a thermocouple in which a tungsten-rhenium strand coated with zirconia or magnesia glass is placed in a graphite protective tube is preferable.
種結晶保持軸12は、その端面に種結晶基板を保持する黒鉛の軸であり、円柱状、角柱状等の任意の形状の黒鉛軸を用いることができる。
The seed
保温のために、坩堝10の外周は、断熱材18で覆われ得る。これらを一括して石英管26内に収容してもよい。断熱材18の周囲には、加熱装置22が配置されている。加熱装置は、例えば高周波コイルであることができる。高周波コイルは、例えばそれぞれ独立して制御可能な上段コイル及び下段コイル等の多段構成から構成され得る。
The outer periphery of the
坩堝10、断熱材18、及び加熱装置22は、高温になるので、水冷チャンバーの内部に配置され得る。水冷チャンバーは、装置内の雰囲気調整を可能にするために、ガス導入口とガス排気口とを備えることができる。
Since the
Si−C溶液24の温度は、通常、輻射等のためSi−C溶液24の内部よりも表面の温度が低くなる温度分布を形成しやすい。また、加熱装置22が上段コイル及び下段コイルを備えた高周波コイルである場合は、上段コイル及び下段コイルの出力をそれぞれ調整することによって、Si−C溶液24の内部から表面の領域に所定の温度低下する温度勾配を形成することができる。温度勾配は、溶液表面から10mm、8mm、6mm、4mm、3mm、2mm、1mm等の範囲で、50℃/cm以下が好ましく、40℃/cm以下がより好ましい。
The temperature of the Si—
Si−C溶液24中に溶解したCは、拡散及び対流により分散される。種結晶基板14の下面近傍は、加熱装置22の出力制御、Si−C溶液24の表面からの放熱、及び種結晶保持軸12を介した抜熱等によって、Si−C溶液24の内部よりも低温となる温度勾配が形成され得る。高温で溶解度の大きい溶液内部に溶け込んだCが、低温で溶解度の低い種結晶基板付近に到達すると過飽和状態となり、この過飽和度を駆動力として種結晶基板上にSiC単結晶を成長させることができる。
C dissolved in the Si-
このようにしてSiC単結晶を成長させているときに、任意のタイミングで、成長単結晶をメルトバックする方法として、幾つかの方法が挙げられる。以下に図面を参照しながら説明する。 There are several methods for melting back the grown single crystal at an arbitrary timing when the SiC single crystal is grown in this way. This will be described below with reference to the drawings.
(本製造方法の第1の実施形態)
本発明に係る製造方法の第1の実施形態においては、坩堝が周囲に断熱材を有し、SiC単結晶の成長中に、坩堝上部の断熱材の厚みを大きくして、Si−C溶液の内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することにより、内部から表面の領域のSi−C溶液中のSiC飽和度を低下させて、成長単結晶をメルトバックすることができる。
(First Embodiment of the Manufacturing Method)
In the first embodiment of the manufacturing method according to the present invention, the crucible has a heat insulating material around it, and during the growth of the SiC single crystal, the thickness of the heat insulating material at the top of the crucible is increased, By changing the temperature gradient that decreases from the inside toward the surface to a constant temperature or a temperature gradient that increases the temperature, the SiC saturation in the Si-C solution in the region from the inside to the surface is decreased, and the grown single crystal is formed. It can be melted back.
図2に示すように、SiC単結晶の成長途中に、坩堝10の上部の断熱材18上に、さらに断熱材28を配置することができる。坩堝上部の断熱材18上にさらに断熱材28を配置すると、断熱材による保温効果が向上して、特にSi−C溶液24の表面の温度が上昇し、種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することができる。
As shown in FIG. 2, a
内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することによって、種結晶基板14の近傍の内部から表面の領域のSi−C溶液24中のSiC飽和度を低下させて、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By changing the temperature gradient of the Si—C solution that decreases in temperature from the inside toward the surface, to a constant temperature or a temperature gradient that increases in temperature, the Si—
断熱材28を断熱材18の上部から外すことによりメルトバックを終了することができ、Si−C溶液の温度勾配を、再度、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
The meltback can be terminated by removing the
断熱材28を配置及び取り外す方法は、手動または自動の任意の方法で行うことができ、例えば昇降手段を有する昇降機によって断熱材28を上下に移動させることにより行うことができる。また、2以上の断熱材を積み重ねて用いてもよく、あるいは、断熱材28としていくつかの厚みを有する断熱材を用意しておき、狙いの温度勾配に応じて所望の厚みを有する断熱材を選んで用いてもよい。
The method of arranging and removing the
(本製造方法の第2の実施形態)
本発明に係る製造方法の第2の実施形態においては、SiC単結晶を成長させているときのSi−C溶液が、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有し、且つ内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有するように加熱されており、
坩堝内における加熱中心の位置の上方に移動して、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を、内部から表面に向けて一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、内部から表面の領域のSi−C溶液中のSiC飽和度を低下させることにより、成長単結晶をメルトバックすることができる。
(Second Embodiment of the Manufacturing Method)
In the second embodiment of the manufacturing method according to the present invention, the Si-C solution when growing the SiC single crystal has a temperature gradient in which the temperature decreases from the inside toward the surface, and from the inside to the deep part. Is heated to have a temperature gradient that decreases toward
Change the temperature gradient of the Si-C solution that moves above the center of heating in the crucible and decreases in temperature from the inside to the surface, to a constant temperature or temperature gradient that increases in temperature from the inside to the surface. The grown single crystal can be melted back by reducing the SiC saturation in the Si—C solution from the inside to the surface region.
坩堝に収容されたSi−C溶液24は、図3に示すような周囲に配置された加熱装置22によって加熱される構成を有しているため、加熱装置22の中央部に近いSi−C溶液が最も加熱されやすく、また坩堝の下部から熱が逃げやすいため、通常、Si−C溶液の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成しつつ、Si−C溶液24の内部から溶液の深部に向けて温度低下する温度勾配を形成しやすい。つまり、Si−C溶液24の内部に加熱中心があり、表面及び深部において温度が比較的低く、内部において温度が比較的高い温度勾配を形成することができる。
Since the Si—
本実施形態においては、図3に示すように、SiC単結晶の成長途中に、坩堝10の周囲に配置された加熱装置22を、坩堝10に対して上下方向に移動させることができる。坩堝10に対して加熱装置22を上方に移動させると、坩堝内における加熱中心を坩堝内の上方に移動させることができるので、内部から深部に向けて温度低下する温度勾配をSiC溶液24中の上方に移動させて、種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液24の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することによって、内部から表面の領域のSi−C溶液24中のSiC飽和度を低下させることができ、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By changing the temperature gradient of the Si—
上方に移動させた加熱装置22を、下方に移動させることによりメルトバックを終了することができ、再度、Si−C溶液の温度勾配を、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
The meltback can be terminated by moving the
加熱装置22を上下に移動させる方法は、手動または自動の任意の方法で行うことができ、例えば昇降手段を有する昇降機によって加熱装置22を上下に移動させることにより行うことができる。
The method of moving the
本実施形態においては、成長単結晶近傍のSi−C溶液中の温度勾配を連続的に変化させることができるので、成長単結晶のメルトバックが可能なだけでなく、SiC単結晶の成長速度を連続的に変化させることもできる。 In this embodiment, since the temperature gradient in the Si-C solution in the vicinity of the growth single crystal can be continuously changed, not only the growth single crystal can be melted back, but also the growth rate of the SiC single crystal can be increased. It can also be changed continuously.
別法では、図3に示すように、SiC単結晶の成長途中に、坩堝10の周囲に配置された加熱装置22に対して、Si−C溶液24を収容した坩堝10を上下方向に移動させることができる。加熱装置22に対して坩堝10を下方に移動させると、坩堝内における加熱中心を坩堝内の上方に移動させることができるので、内部から深部に向けて温度低下する温度勾配をSiC溶液24中の上方に移動させて、種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することができる。
In another method, as shown in FIG. 3, during the growth of the SiC single crystal, the
種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液24の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することによって、内部から表面の領域のSi−C溶液24中のSiC飽和度を低下させることができ、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By changing the temperature gradient of the Si—
下方に移動させた坩堝10を、上方に移動させることにより、メルトバックを終了することができ、再度、Si−C溶液24の温度勾配を、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
The meltback can be terminated by moving the
坩堝10を上下に移動させる方法は、手動または自動の任意の方法で行うことができ、例えば昇降手段を有する昇降機によって坩堝10を上下に移動させることにより行うことができる。
The method of moving the
また、加熱装置22及び坩堝10の両方を同時に上下に移動させて、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、成長単結晶をメルトバックしてもよい。
Further, both the
(本製造方法の第3の実施形態)
本発明に係る製造方法の第3の実施形態においては、Si−C溶液の液面上に配置した液面加熱装置によりSi−C溶液を加熱してSi−C溶液の内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、内部から表面の領域のSi−C溶液中のSiC飽和度を低下させることにより、成長単結晶をメルトバックすることができる。
(Third embodiment of the manufacturing method)
In the third embodiment of the manufacturing method according to the present invention, the Si-C solution is heated by a liquid surface heating device disposed on the liquid surface of the Si-C solution, so that the region of the surface region is changed from the inside of the Si-C solution. The grown single crystal can be melted back by changing the temperature gradient to a constant temperature or a temperature gradient increasing in temperature to reduce the SiC saturation in the Si-C solution from the inside to the surface region.
図4に示すように、Si−C溶液24の表面近傍に液面加熱装置30を配置し、SiC単結晶の成長途中に、液面加熱装置30によって、Si−C溶液24を液面から加熱することができる。これにより、Si−C溶液24の表面領域の温度が上昇し、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液24の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することができる。
As shown in FIG. 4, a liquid
液面加熱装置30は、坩堝内に配置して、Si−C溶液24を液面から加熱できるものであれば任意の加熱装置であることができ、例えば、図7に示すようなSi−C溶液24の液面上近傍においてリング形状を有する断面がS字状の黒鉛ヒーターであって高周波コイルヒーター36を備えた黒鉛ヒーター34であることができる。黒鉛ヒーター34は、L字状等他の形状であってもよい。
The liquid
種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液24の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することによって、内部から表面の領域のSi−C溶液24中のSiC飽和度を低下させることができ、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By changing the temperature gradient of the Si—
液面加熱装置30の出力を切ることにより、メルトバックを終了することができ、Si−C溶液24の温度勾配を、再度、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
By turning off the output of the liquid
本実施形態においては、成長単結晶のメルトバックが可能なだけでなく、液面を加熱することができるため、メルトバック後に単結晶の成長を再開させる際のSi−C溶液24の液面における急激な温度低下を抑制でき、液面近傍における多結晶の発生を抑制することができる。
In the present embodiment, not only is it possible to melt back the grown single crystal, but also the liquid surface can be heated. Therefore, in the liquid surface of the Si—
(本製造方法の第4の実施形態)
本発明に係る製造方法の第4の実施形態においては、種結晶保持軸の周囲に配置した種結晶保持軸加熱装置により種結晶保持軸を加熱して、種結晶保持軸を介した熱伝導によるSi−C溶液からの抜熱を抑制して、Si−C溶液の内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、内部から表面の領域のSi−C溶液中のSiC飽和度を低下させることにより、成長単結晶をメルトバックすることができる。実質的に成長単結晶の近傍のみの温度勾配を変更して成長単結晶の近傍のSi−C溶液の飽和度を下げることにより、成長単結晶をメルトバックすることができる。
(Fourth Embodiment of the Manufacturing Method)
In the fourth embodiment of the manufacturing method according to the present invention, the seed crystal holding shaft is heated by a seed crystal holding shaft heating device arranged around the seed crystal holding shaft, and heat conduction is performed through the seed crystal holding shaft. Suppressing heat removal from the Si-C solution and changing the temperature gradient from the inside of the Si-C solution to the surface region to a constant temperature or a temperature gradient increasing in temperature to change the Si-C solution from the inside to the surface region. The grown single crystal can be melted back by reducing the SiC saturation in it. The grown single crystal can be melted back by changing the temperature gradient substantially only in the vicinity of the grown single crystal to lower the saturation of the Si—C solution near the grown single crystal.
図5に示すように、種結晶保持軸12の周囲に種結晶保持軸加熱装置32を配置し、SiC単結晶の成長途中に、種結晶保持軸加熱装置32によって、種結晶保持軸12を加熱して、種結晶保持軸12を介した熱伝導によるSi−C溶液24からの抜熱を低減することができる。
As shown in FIG. 5, a seed crystal holding
Si−C溶液24から種結晶保持軸12を介した抜熱を低減することによって、内部から表面の領域のSi−C溶液24中のSiC飽和度を低下させることができ、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By reducing heat removal from the Si-
種結晶保持軸加熱装置32の出力を切ることにより、メルトバックを終了することができ、内部から表面の領域のSi−C溶液24の温度勾配を、再度、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
By turning off the output of the seed crystal holding
種結晶保持軸加熱装置32は、種結晶保持軸12の周囲に配置して加熱することができる任意の加熱装置であることができ、例えば高周波ヒーター、抵抗ヒーター等であることができる。
The seed crystal holding
本実施形態においては、成長単結晶をメルトバックすることができるだけでなく、Si−C溶液の温度勾配を加熱装置からの加熱により直接変更するのではなく種結晶保持軸を介した抜熱を利用するため、成長単結晶近傍のみのSi−C溶液の飽和度を下げることが可能であり、Si−C溶液の温度ばらつきをより小さく抑えることができ、多結晶の発生を抑制することができる。 In this embodiment, not only can the grown single crystal be melted back, but the temperature gradient of the Si—C solution is not directly changed by heating from the heating device, but heat removal via the seed crystal holding shaft is used. Therefore, the degree of saturation of the Si—C solution only in the vicinity of the grown single crystal can be reduced, the temperature variation of the Si—C solution can be further reduced, and the occurrence of polycrystals can be suppressed.
(本製造方法の第5の実施形態)
本発明に係る製造方法の第5の実施形態においては、坩堝の周囲に配置された加熱装置により坩堝内にて内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有し、且つ内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有するように加熱されたSi−C溶液に、種結晶保持軸に保持されたSiC種結晶基板を接触させて、種結晶基板を基点としてSiC単結晶を成長させる、溶液法によるSiC単結晶の製造方法であって、
SiC単結晶の成長中に、成長単結晶の少なくとも一部を、内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有する領域まで浸漬して、成長単結晶をメルトバックすることができる。
(Fifth Embodiment of the Manufacturing Method)
In the fifth embodiment of the manufacturing method according to the present invention, the heating device arranged around the crucible has a temperature gradient that decreases in temperature from the inside toward the surface in the crucible, and from the inside toward the deep part. The SiC seed crystal substrate held on the seed crystal holding shaft is brought into contact with the Si-C solution heated so as to have a temperature gradient that decreases in temperature, and a SiC single crystal is grown from the seed crystal substrate as a base point. A method for producing a SiC single crystal by a method,
During the growth of the SiC single crystal, at least a part of the grown single crystal can be immersed in a region having a temperature gradient in which the temperature decreases from the inside toward the deep portion, and the grown single crystal can be melted back.
図6に示すように、Si−C溶液24が、内部よりも表面の温度が低い温度勾配を有し、且つ内部よりも深部の温度が低い温度勾配を有するように加熱され、
SiC単結晶の成長途中に、成長単結晶の少なくとも一部を、内部から深部に向けて温度が一定または低下する温度勾配を有する領域まで浸漬することができる。
As shown in FIG. 6, the Si—
During the growth of the SiC single crystal, at least a part of the grown single crystal can be immersed in a region having a temperature gradient in which the temperature is constant or decreases from the inside toward the deep portion.
成長単結晶の少なくとも一部を、内部から深部の一定温度または温度低下する温度勾配を有する領域にまで浸漬することによって、成長単結晶をメルトバックすることができる。これは、上記領域まで成長単結晶を浸漬することによって、成長単結晶の近傍のSiC溶液中のSiC飽和度が低くなるためである。 The growing single crystal can be melted back by immersing at least a part of the growing single crystal from the inside to a region having a constant temperature in the deep part or a temperature gradient in which the temperature decreases. This is because the SiC saturation in the SiC solution in the vicinity of the grown single crystal is lowered by immersing the grown single crystal up to the above region.
成長単結晶の下面、下面及び側面等の成長単結晶のメルトバックしたい範囲に応じて、成長単結晶の浸漬深さを変えることができ、内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有する領域に到達する成長単結晶の範囲を調節することができる。 A region having a temperature gradient in which the immersion depth of the grown single crystal can be changed according to the range where the grown single crystal is to be melted back, such as the lower surface, the lower surface, and the side surface of the grown single crystal, and the temperature decreases from the inside toward the deep portion. It is possible to adjust the range of the grown single crystal that reaches.
成長単結晶を元の位置に戻すことにより、メルトバックを終了することができ、SiC単結晶を成長させることもできる。 By returning the grown single crystal to the original position, the meltback can be completed and the SiC single crystal can be grown.
本実施形態においては、追加の装置を必要としないので、コスト的に有利である。 In this embodiment, no additional device is required, which is advantageous in terms of cost.
また、図6において、Si−C溶液の表面から成長単結晶の下面までの浸漬深さをdとし、成長単結晶の厚みをtとすると、t≧dの関係を有することが好ましい。これにより、Si−C溶液24の一定温度または温度低下する温度勾配を有する内部から深部の領域まで成長単結晶を浸漬してメルトバックしつつも、種結晶保持軸12に、Si−C溶液24が接触することを防止することができ、多結晶の発生を抑制することができる。
In FIG. 6, it is preferable that a relationship of t ≧ d is satisfied, where d is the immersion depth from the surface of the Si—C solution to the lower surface of the grown single crystal, and t is the thickness of the grown single crystal. As a result, the Si—
t≧dの関係を得るために、成長単結晶の厚みtよりもSi−C溶液24の表面から加熱中心までの距離が小さくなるような温度分布を有するように、Si−C溶液24を加熱することができる。または、t≧dの関係を得るために、Si−C溶液24の表面から加熱中心までの距離よりも、成長単結晶の厚みtが大きくなるような種結晶を準備することもできる。
In order to obtain the relationship of t ≧ d, the Si—
上記実施形態1〜5のいずれにおいても、あらかじめ種結晶基板を加熱しておいてから種結晶基板をSi−C溶液に接触させてもよい。低温の種結晶基板を高温のSi−C溶液に接触させると、種結晶に熱ショック転位が発生することがある。種結晶基板をSi−C溶液に接触させる前に、種結晶基板を加熱しておくことが、熱ショック転位を防止し、高品質なSiC単結晶を成長させるために効果的である。種結晶基板の加熱は種結晶保持軸ごと加熱して行うことができる。また、比較的低温のSi−C溶液に種結晶を接触させてから、SiC単結晶を成長させる温度にSi−C溶液を加熱してもよい。この場合も、熱ショック転位を防止し、高品質なSiC単結晶を成長させるために効果的である。 In any of the first to fifth embodiments, the seed crystal substrate may be heated in advance and then contacted with the Si-C solution. When a low-temperature seed crystal substrate is brought into contact with a high-temperature Si—C solution, heat shock dislocation may occur in the seed crystal. Heating the seed crystal substrate before bringing the seed crystal substrate into contact with the Si—C solution is effective for preventing thermal shock dislocation and growing a high-quality SiC single crystal. The seed crystal substrate can be heated by heating the seed crystal holding shaft. Alternatively, the Si—C solution may be heated to a temperature at which the SiC single crystal is grown after bringing the seed crystal into contact with a relatively low temperature Si—C solution. This case is also effective for preventing heat shock dislocation and growing a high-quality SiC single crystal.
本発明はまた、Si−C溶液を収容する坩堝と、
坩堝の周囲に配置された加熱装置と、
上下方向に移動可能に配置された種結晶保持軸とを備え、
種結晶保持軸に保持されたSiC種結晶を、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有するように加熱されたSi−C溶液に接触させて、種結晶を基点としてSiC単結晶を成長させる、溶液法によるSiC単結晶の製造装置であって、
SiC単結晶の成長中に、Si−C溶液の内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、種結晶と種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶(以下、成長単結晶という)をメルトバックする手段を備えた、SiC単結晶の製造装置である。
The present invention also includes a crucible containing a Si-C solution;
A heating device arranged around the crucible;
A seed crystal holding shaft arranged to be movable in the vertical direction,
The SiC seed crystal held on the seed crystal holding shaft is brought into contact with a Si-C solution heated so as to have a temperature gradient that decreases from the inside toward the surface, and a SiC single crystal is grown from the seed crystal as a starting point. An apparatus for producing a SiC single crystal by a solution method,
During the growth of the SiC single crystal, the temperature gradient in the surface region from the inside of the Si-C solution is changed to a constant temperature or a temperature gradient that increases in temperature, and the seed crystal and the SiC single crystal grown from the seed crystal are used as the starting point. The SiC single crystal manufacturing apparatus includes means for melting back a single crystal including the crystal (hereinafter referred to as a grown single crystal).
本発明に係る製造装置によれば、SiC単結晶の成長途中の任意のタイミングで、Si−C溶液の内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、内部から表面の領域のSi−C溶液中のSiC飽和度を低下させることによって、成長単結晶をメルトバックすることができる。また、本発明に係る製造装置によれば、SiC単結晶を成長させる前に種結晶をメルトバックすることも可能である。 According to the manufacturing apparatus of the present invention, at any timing during the growth of the SiC single crystal, the temperature gradient of the surface region from the inside of the Si-C solution is changed to a constant temperature or a temperature gradient that increases in temperature, The grown single crystal can be melted back by lowering the SiC saturation in the Si-C solution in the surface region. Moreover, according to the manufacturing apparatus which concerns on this invention, it is also possible to melt back a seed crystal before growing a SiC single crystal.
本発明に係る製造装置によれば、SiC単結晶の成長途中に発生した転位や欠陥を溶かし込むことができるため、転位や欠陥が少ないSiC単結晶を得ることができる。メルトバックに次いでSiC単結晶の成長を続けることができ、また、メルトバックとSiC単結晶の成長とを複数回繰り返すこともできる。当然のことながら、SiC単結晶の成長中に本製造装置によるメルトバック手段を適用するとともに、SiC単結晶の成長前に、種結晶基板に本発明に係る製造装置に備えるメルトバック手段を適用することができ、または従来行われていた種結晶基板のメルトバック手段を併用してもよい。 According to the manufacturing apparatus of the present invention, since dislocations and defects generated during the growth of the SiC single crystal can be dissolved, a SiC single crystal with few dislocations and defects can be obtained. Following the meltback, the growth of the SiC single crystal can be continued, and the meltback and the growth of the SiC single crystal can be repeated a plurality of times. As a matter of course, the meltback means by the present manufacturing apparatus is applied during the growth of the SiC single crystal, and the meltback means provided in the manufacturing apparatus according to the present invention is applied to the seed crystal substrate before the growth of the SiC single crystal. Or a conventional melt-back means for the seed crystal substrate may be used in combination.
上述した本発明に係る製造方法に関連して記載した、成長単結晶及びメルトバックの定義及び関連する記載、並びに用いられ得るSiC単結晶製造装置の基本構成の一例に関連する説明は、本製造装置についても同様である。 The definitions related to the growth single crystal and meltback described above in relation to the manufacturing method according to the present invention and the related description, and the explanation related to an example of the basic configuration of the SiC single crystal manufacturing apparatus that can be used are The same applies to the apparatus.
SiC単結晶を成長させているときに、任意のタイミングで、成長単結晶をメルトバックする手段として、幾つかの方法が挙げられる。以下に図面を参照しながら説明する。 There are several methods for melting back the grown single crystal at an arbitrary timing when growing the SiC single crystal. This will be described below with reference to the drawings.
(本製造装置の第1の実施形態)
本発明に係る製造装置の第1の実施形態を図2に示す。
(First embodiment of the manufacturing apparatus)
A first embodiment of a manufacturing apparatus according to the present invention is shown in FIG.
図2に示すように、本製造装置の第1の実施形態は、SiC単結晶の成長途中に、坩堝10の上部の断熱材18上に、さらに断熱材28を配置する手段を備える。坩堝上部の断熱材18上にさらに断熱材28を配置すると、断熱材による保温効果が向上して、特にSi−C溶液24の表面の温度が上昇し、種結晶基板14の近傍の内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液24の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することができる。
As shown in FIG. 2, the first embodiment of the manufacturing apparatus includes means for further arranging a
種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することによって、内部から表面の領域のSi−C溶液中のSiC飽和度を低下させることができ、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By changing the temperature gradient of the Si—C solution in the vicinity of the
本製造装置の第1の実施形態はまた、断熱材28を断熱材18の上部から外す手段を備える。断熱材28を断熱材18の上部から外すことによりメルトバックを終了することができ、Si−C溶液の温度勾配を、再度、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
The first embodiment of the manufacturing apparatus also includes means for removing the
断熱材28を配置及び取り外す手段は、手動または自動の任意の手段であることができ、例えば昇降手段を有する昇降機によって断熱材28を上下に移動させる手段を有することができる。また、2以上の断熱材を積み重ねて用いる手段を有してもよく、あるいは、断熱材28としていくつかの厚みを有する断熱材を用意しておき、狙いの温度勾配に応じて所望の厚みを有する断熱材を選択する手段を有してもよい。
The means for arranging and removing the
(本製造装置の第2の実施形態)
本発明に係る製造装置の第2の実施形態を図3に示す。
(Second embodiment of the manufacturing apparatus)
A second embodiment of the manufacturing apparatus according to the present invention is shown in FIG.
図3に示すように、坩堝10に収容されたSi−C溶液24は、周囲に配置された加熱装置22によって加熱される構成を有しているため、加熱装置22の中央部に近い位置にあるSi−C溶液が最も加熱されやすく、また坩堝の下部から熱が逃げやすいため、通常、Si−C溶液の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成しつつ、Si−C溶液24の内部から溶液の深部に向けて温度低下する温度勾配を形成しやすい。つまり、Si−C溶液24の内部に加熱中心があり、表面及び深部において温度が比較的低く、内部において温度が比較的高い温度勾配を形成することができる。
As shown in FIG. 3, since the Si—
本実施形態においては、図3に示すように、SiC単結晶の成長途中に、坩堝10の周囲に配置された加熱装置22を、坩堝10に対して上下方向に移動させる手段を有することができる。坩堝10に対して加熱装置22を上方に移動させると、坩堝内における加熱中心を坩堝内の上方に移動させることができるので、内部から深部に向けて温度低下する温度勾配をSiC溶液24中の上方に移動させて、種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, it is possible to have means for moving the
種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液24の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することによって、内部から表面の領域のSi−C溶液24中のSiC飽和度を低下させることができ、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By changing the temperature gradient of the Si—
上方に移動させた加熱装置22を、下方に移動させることによりメルトバックを終了することができ、再度、Si−C溶液の温度勾配を、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
The meltback can be terminated by moving the
加熱装置22を上下に移動させる手段は、手動または自動の任意の手段であることができ、例えば昇降手段を有する昇降機によって加熱装置22を上下に移動させる手段を有することができる。
The means for moving the
本実施形態においては、成長単結晶近傍のSi−C溶液中の温度勾配を連続的に変化させることができるので、成長単結晶のメルトバックが可能なだけでなく、SiC単結晶の成長速度を連続的に変化させることもできる。 In this embodiment, since the temperature gradient in the Si-C solution in the vicinity of the growth single crystal can be continuously changed, not only the growth single crystal can be melted back, but also the growth rate of the SiC single crystal can be increased. It can also be changed continuously.
第2の実施形態の変化態様においては、図3に示すように、SiC単結晶の成長途中に、坩堝10の周囲に配置された加熱装置22に対して、Si−C溶液24を収容した坩堝10を上下方向に移動させる手段を有する。加熱装置22に対して坩堝10を下方に移動させると、坩堝内における加熱中心を坩堝内の上方に移動させることができるので、内部から深部に向けて温度低下する温度勾配をSi−C溶液24中の上方に移動させて、種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することができる。
In the variation of the second embodiment, as shown in FIG. 3, a crucible containing a Si—
種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液24の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することによって、内部から表面の領域のSi−C溶液24中のSiC飽和度を低下させることができ、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By changing the temperature gradient of the Si—
下方に移動させた坩堝10を、上方に移動させることにより、メルトバックを終了することができ、再度、Si−C溶液24の温度勾配を、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
The meltback can be terminated by moving the
坩堝10を上下に移動させる手段は、手動または自動の任意の方法で行うことができ、例えば昇降手段を有する昇降機によって坩堝10を上下に移動させる手段を有することができる。
The means for moving the
また、加熱装置22及び坩堝10の両方を同時に上下に移動させて、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、成長単結晶をメルトバックする手段を有してもよい。
Further, both the
(本製造装置の第3の実施形態)
本発明に係る製造装置の第3の実施形態を図4に示す。
(Third embodiment of the manufacturing apparatus)
FIG. 4 shows a third embodiment of the manufacturing apparatus according to the present invention.
図4に示すように、本製造装置の第3の実施形態においては、Si−C溶液24の液面近傍上に配置した液面加熱装置30を備える。SiC単結晶の成長途中に、液面加熱装置30によりSi−C溶液24を液面から加熱してSi−C溶液24の内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することができる。
As shown in FIG. 4, the third embodiment of the present manufacturing apparatus includes a liquid
種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することによって、内部から表面の領域のSi−C溶液中のSiC飽和度を低下させることができ、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By changing the temperature gradient of the Si—C solution in the vicinity of the
液面加熱装置30は、坩堝内に配置して、Si−C溶液24を液面から加熱できるものであれば任意の加熱装置であることができ、例えば、図7に示すようなSi−C溶液24の液面上近傍においてリング形状を有する断面がS字状の黒鉛ヒーターであって高周波コイルヒーター36を備えた黒鉛ヒーター34であることができる。黒鉛ヒーター34は、L字状等他の形状であってもよい。
The liquid
液面加熱装置30の出力を切ることにより、メルトバックを終了することができ、Si−C溶液の温度勾配を、再度、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
By turning off the output of the liquid
本実施形態においては、成長単結晶のメルトバックが可能なだけでなく、液面を加熱することができるため、メルトバック後に単結晶の成長を再開させる際のSi−C溶液24の液面における急激な温度低下を抑制でき、液面近傍における多結晶の発生を抑制することができる。
In the present embodiment, not only is it possible to melt back the grown single crystal, but also the liquid surface can be heated. Therefore, in the liquid surface of the Si—
(本製造装置の第4の実施形態)
本発明に係る製造装置の第4の実施形態を図5に示す。
(Fourth embodiment of the manufacturing apparatus)
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the manufacturing apparatus according to the present invention.
図5に示すように、本製造装置の第4の実施形態においては、種結晶保持軸12の周囲に配置された種結晶保持軸加熱装置32を備える。SiC単結晶の成長途中に、種結晶保持軸加熱装置32により種結晶保持軸12を加熱して、種結晶保持軸12を介した熱伝導によるSi−C溶液24からの抜熱を抑制して、種結晶基板14の近傍の内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することができる。
As shown in FIG. 5, the fourth embodiment of the manufacturing apparatus includes a seed crystal holding
種結晶基板14の近傍の、内部から表面に向けて温度低下するSi−C溶液の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することによって、内部から表面の領域のSi−C溶液中のSiC飽和度を低下させることができ、成長単結晶をメルトバックすることができる。
By changing the temperature gradient of the Si—C solution in the vicinity of the
種結晶保持軸加熱装置32の出力を切ることにより、メルトバックを終了することができ、内部から表面の領域のSi−C溶液24の温度勾配を、再度、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配に変更して、SiC単結晶を成長させることもできる。
By turning off the output of the seed crystal holding
種結晶保持軸加熱装置32は、種結晶保持軸12の周囲に配置して加熱することができる任意の加熱装置であることができ、例えば高周波ヒーター、抵抗ヒーター等であることができる。
The seed crystal holding
本実施形態においては、成長単結晶をメルトバックすることができるだけでなく、Si−C溶液の温度勾配を加熱装置からの加熱により直接変更するのではなく、種結晶保持軸を介した抜熱を利用するため、成長単結晶近傍のSi−C溶液の所定温度からのばらつきをより小さく抑えることができ、多結晶の発生を抑制することができる。 In this embodiment, not only can the grown single crystal be melted back, but the temperature gradient of the Si—C solution is not directly changed by heating from the heating device, but heat removal via the seed crystal holding shaft is performed. Since it uses, the dispersion | variation from the predetermined temperature of the Si-C solution of the growth single crystal vicinity can be suppressed smaller, and generation | occurrence | production of a polycrystal can be suppressed.
(本製造装置の第5の実施形態)
本発明に係る製造装置の第5の実施形態を図6に示す。
(Fifth embodiment of the manufacturing apparatus)
A fifth embodiment of the manufacturing apparatus according to the present invention is shown in FIG.
本製造装置の第5の実施形態は、
Si−C溶液を収容する坩堝と、
坩堝の周囲に配置された加熱装置と、
上下方向に移動可能に配置された種結晶保持軸とを備え、
種結晶保持軸に保持されたSiC種結晶を、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有し、且つ内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有するように加熱されたSi−C溶液に接触させて、種結晶を基点としてSiC単結晶を成長させる、溶液法によるSiC単結晶の製造装置であり、
SiC単結晶の成長中に、成長単結晶の少なくとも一部を、内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有する領域まで浸漬して、成長単結晶をメルトバックする手段を備える。
The fifth embodiment of the manufacturing apparatus is
A crucible containing a Si-C solution;
A heating device arranged around the crucible;
A seed crystal holding shaft arranged to be movable in the vertical direction,
The SiC seed crystal held on the seed crystal holding shaft is heated to have a temperature gradient in which the temperature decreases from the inside toward the surface and a temperature gradient in which the temperature decreases from the inside toward the deep portion. A SiC single crystal manufacturing apparatus by a solution method, which is brought into contact with a solution and grows a SiC single crystal based on a seed crystal.
During the growth of the SiC single crystal, there is provided means for immersing at least a part of the grown single crystal to a region having a temperature gradient in which the temperature decreases from the inside toward the deep part, and melt-back the grown single crystal.
図6に示すように、本製造装置の第5の実施形態は、Si−C溶液24が、内部よりも表面の温度が低い温度勾配を有し、且つ内部よりも深部の温度が低い温度勾配を有するように加熱され、
SiC単結晶の成長途中に、成長単結晶の少なくとも一部を、内部から深部に向けて温度が一定温度低下する温度勾配を有する領域まで浸漬する手段を備える。
As shown in FIG. 6, in the fifth embodiment of the manufacturing apparatus, the Si—
During the growth of the SiC single crystal, there is provided means for immersing at least a part of the grown single crystal to a region having a temperature gradient in which the temperature decreases from the inside toward the deep portion.
成長単結晶の少なくとも一部を、内部から深部の一定温度または温度低下する温度勾配を有する領域にまで浸漬することによって、成長単結晶をメルトバックすることができる。これは、上記領域まで成長単結晶を浸漬することによって、成長単結晶の近傍のSiC溶液中のSiC飽和度が低くなるためである。 The growing single crystal can be melted back by immersing at least a part of the growing single crystal from the inside to a region having a constant temperature in the deep part or a temperature gradient in which the temperature decreases. This is because the SiC saturation in the SiC solution in the vicinity of the grown single crystal is lowered by immersing the grown single crystal up to the above region.
本製造装置の第5の実施形態は、成長単結晶の下面、下面及び側面等の成長単結晶のメルトバックしたい範囲に応じて、成長単結晶の浸漬深さを変える手段を有し、内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有する領域に到達する成長単結晶の範囲を調節する手段を有する。 The fifth embodiment of the manufacturing apparatus has means for changing the immersion depth of the grown single crystal depending on the range where the grown single crystal is to be melted back, such as the lower surface, the lower surface, and the side surface of the grown single crystal. Means are provided for adjusting the range of the growing single crystal reaching the region having a temperature gradient in which the temperature decreases toward the deep part.
本製造装置の第5の実施形態はまた、成長単結晶を元の位置に戻すことにより、メルトバックを終了することができ、SiC単結晶を成長させることもできる。 The fifth embodiment of the manufacturing apparatus can also end the meltback by returning the grown single crystal to the original position, and can grow the SiC single crystal.
本製造装置の第5の実施形態は、追加の装置を必要としないので、コスト的に有利である。 The fifth embodiment of the manufacturing apparatus is advantageous in terms of cost because no additional apparatus is required.
また、図6に示すように、第5の実施形態に係る製造装置は、Si−C溶液の表面から成長単結晶の下面までの浸漬深さをdとし、成長単結晶の厚みをtとすると、t≧dの関係を有するように制御する手段を有することが好ましい。これにより、Si−C溶液24の一定温度または温度低下する温度勾配を有する内部から深部の領域まで成長単結晶を浸漬してメルトバックしつつも、種結晶保持軸12に、Si−C溶液24が接触することを防止することができ、多結晶の発生を抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the manufacturing apparatus according to the fifth embodiment is such that the immersion depth from the surface of the Si—C solution to the lower surface of the grown single crystal is d, and the thickness of the grown single crystal is t. , T ≧ d is preferably included. As a result, the Si—
第5の実施形態に係る製造装置は、t≧dの関係を得るために、成長単結晶の厚みtよりもSi−C溶液24の表面から加熱中心までの距離が小さくなるような温度分布を有するように、Si−C溶液24を加熱することができる。また、第5の実施形態に係る製造装置は、t≧dの関係を得るために、Si−C溶液24の表面から加熱中心までの距離よりも、成長単結晶の厚みtが大きくなるような種結晶を配置することもできる。
The manufacturing apparatus according to the fifth embodiment has a temperature distribution such that the distance from the surface of the Si-
上記の実施形態に係る製造装置1〜5のいずれにおいても、あらかじめ種結晶基板を加熱しておいてから種結晶基板をSi−C溶液に接触させる手段を有してもよい。低温の種結晶基板を高温のSi−C溶液に接触させると、種結晶に熱ショック転位が発生することがある。種結晶基板をSi−C溶液に接触させる前に、種結晶基板を加熱しておくことが、熱ショック転位を防止し、高品質なSiC単結晶を成長させるために効果的である。種結晶基板の加熱は種結晶保持軸ごと加熱して行うことができる。また、比較的低温のSi−C溶液に種結晶を接触させてから、結晶を成長させる温度にSi−C溶液を加熱する手段を有してもよい。この場合も、熱ショック転位を防止し、高品質なSiC単結晶を成長させるために効果的である。 In any of the manufacturing apparatuses 1 to 5 according to the above embodiments, the seed crystal substrate may be heated in advance, and then the seed crystal substrate may be brought into contact with the Si—C solution. When a low-temperature seed crystal substrate is brought into contact with a high-temperature Si—C solution, heat shock dislocation may occur in the seed crystal. Heating the seed crystal substrate before bringing the seed crystal substrate into contact with the Si—C solution is effective for preventing thermal shock dislocation and growing a high-quality SiC single crystal. The seed crystal substrate can be heated by heating the seed crystal holding shaft. Moreover, after making a seed crystal contact a comparatively low temperature Si-C solution, you may have a means to heat a Si-C solution to the temperature which makes a crystal grow. This case is also effective for preventing heat shock dislocation and growing a high-quality SiC single crystal.
本発明に係るSiC単結晶の製造方法及び製造装置は、第1〜5の実施形態による製造方法及び製造装置に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The SiC single crystal manufacturing method and manufacturing apparatus according to the present invention are not limited to the manufacturing methods and manufacturing apparatuses according to the first to fifth embodiments. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
以下に示す実施例及び比較例によって、本発明に係る製造方法及び製造装置について、種結晶基板をメルトバックできたか否かについて評価を行った。本実施例及び比較例においては、便宜上、成長単結晶の代わりに種結晶基板を用いてメルトバックの可否について評価したが、成長単結晶を用いても結果は同様である。メルトバックの可否については、種結晶基板の厚みが減少あるいは変化していない場合にメルトバックできており、種結晶基板の厚みが増加した場合はメルトバックできずに結晶成長した、という基準に基づいて判断した。 The production method and production apparatus according to the present invention were evaluated as to whether or not the seed crystal substrate could be melt-backed by the following examples and comparative examples. In this example and the comparative example, for the sake of convenience, the possibility of meltback was evaluated using a seed crystal substrate instead of the grown single crystal, but the results are the same even when the grown single crystal is used. The possibility of meltback is based on the criteria that when the thickness of the seed crystal substrate is not reduced or changed, the meltback is possible, and when the thickness of the seed crystal substrate is increased, the crystal grows without being meltbacked. Judged.
(共通条件)
実施例1〜5及び比較例1〜3に共通する条件を示す。各例において、それぞれ、図1〜5に示す単結晶製造装置を用い、Si−C溶液を収容する内径40mm、高さ185mmの黒鉛坩堝、及び黒鉛坩堝の周囲に厚さ10mmの断熱材を配置し、Si/Cr/Ni/Ceを原子組成百分率で50:40:4:6の割合で融液原料として仕込んだ。単結晶製造装置の内部の空気をアルゴンで置換した。坩堝の周囲に配置される加熱装置として高上段コイル及び下段コイルを備えた高周波コイルを用いた。高周波コイルに通電して加熱により黒鉛坩堝内の原料を融解し、Si/Cr/Ni/Ce合金の融液を形成した。そして黒鉛坩堝からSi/Cr/Ni/Ce合金の融液に、十分な量のCを溶解させて、Si−C溶液を形成した。
(Common conditions)
Conditions common to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 are shown. In each example, using the single crystal manufacturing apparatus shown in FIGS. 1 to 5, a graphite crucible having an inner diameter of 40 mm and a height of 185 mm for accommodating the Si—C solution, and a heat insulating material having a thickness of 10 mm are arranged around the graphite crucible. Then, Si / Cr / Ni / Ce was charged as a melt raw material at an atomic composition percentage of 50: 40: 4: 6. The air inside the single crystal production apparatus was replaced with argon. A high-frequency coil including a high upper coil and a lower coil was used as a heating device disposed around the crucible. The raw material in the graphite crucible was melted by energizing and heating the high frequency coil to form a Si / Cr / Ni / Ce alloy melt. Then, a sufficient amount of C was dissolved from the graphite crucible into the Si / Cr / Ni / Ce alloy melt to form a Si—C solution.
実施例1〜4及び比較例1〜2においては、厚み1mm、直径12mmの円盤状4H−SiC単結晶であって、下面がc面に対して0°のオフセット角度を有するSiC単結晶を用意して種結晶基板として用いた。実施例5においては、種結晶として、縦5mm、横5mm、及び厚み15mmの直方体の4H−SiC単結晶であって、下面がc面に対して0°のオフセット角度を有する種結晶を用い、比較例3においては、種結晶として、縦5mm、横5mm、及び厚み5mmの直方体の4H−SiC単結晶であって、下面がc面に対して0°のオフセット角度を有する種結晶を用いた。 In Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2, a SiC single crystal having a disc-shaped 4H-SiC single crystal having a thickness of 1 mm and a diameter of 12 mm and having an offset angle of 0 ° with respect to the c-plane is prepared. And used as a seed crystal substrate. In Example 5, a 4H-SiC single crystal having a rectangular parallelepiped shape having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 15 mm was used as a seed crystal, and the lower surface had a 0 ° offset angle with respect to the c-plane. In Comparative Example 3, a 4H—SiC single crystal having a rectangular parallelepiped shape having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 5 mm was used as a seed crystal, and the seed crystal having a lower surface having an offset angle of 0 ° with respect to the c-plane was used. .
種結晶保持軸として長さ20cm及び直径12mmの円柱形状の黒鉛軸を用いて、種結晶基板の上面を、黒鉛軸の端面に、黒鉛の接着剤を用いて接着した。 Using a cylindrical graphite shaft having a length of 20 cm and a diameter of 12 mm as a seed crystal holding shaft, the upper surface of the seed crystal substrate was bonded to the end surface of the graphite shaft using a graphite adhesive.
上段コイル及び下段コイルの出力を調節して、Si−C溶液の表面における温度を1920℃まで昇温させ、並びに溶液表面から8mmの範囲の溶液内部から溶液表面に向けた温度勾配が1℃/mmで温度低下する温度勾配を有しつつ、8mmの深さから10mmの深さの深部に向けて2℃/mmで温度低下する温度勾配を有するように制御した。つまり、溶液表面から8mmの深さに加熱中心がある温度分布を有していた。温度の測定は、昇降可能なタングステン−レニウム素線を黒鉛保護管の中に入れた熱電対を用いて行った。 The temperature of the surface of the Si—C solution is increased to 1920 ° C. by adjusting the outputs of the upper coil and the lower coil, and the temperature gradient from the inside of the solution in the range of 8 mm from the solution surface to the solution surface is 1 ° C. / The temperature was controlled to have a temperature gradient that decreased at 2 ° C./mm from a depth of 8 mm to a depth of 10 mm while having a temperature gradient that decreased in mm. That is, it had a temperature distribution with a heating center at a depth of 8 mm from the solution surface. The temperature was measured using a thermocouple in which a tungsten-rhenium strand capable of raising and lowering was placed in a graphite protective tube.
(比較例1)
図1に示す単結晶製造装置を用い、黒鉛軸に接着した種結晶の下面をSi−C溶液面に並行なるように保ちながら種結晶下面の位置を、Si−C溶液の液面に一致する位置に配置してSi−C溶液に種結晶を接触させ、10時間、保持した。この間、Si−C溶液は黒鉛軸に接触しなかった。
(Comparative Example 1)
The single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is used, and the position of the lower surface of the seed crystal coincides with the liquid surface of the Si-C solution while keeping the lower surface of the seed crystal adhered to the graphite shaft in parallel with the Si-C solution surface. The seed crystal was placed in position and contacted with the Si-C solution, and held for 10 hours. During this time, the Si-C solution did not contact the graphite shaft.
次いで、黒鉛軸を上昇させて、種結晶基板をSi−C溶液及び黒鉛軸から切り離して回収した。種結晶基板を基点として種結晶の下面に垂直方向に1mm厚の結晶成長がみられ、種結晶基板はメルトバックされていなかった。 Next, the graphite shaft was raised, and the seed crystal substrate was separated from the Si-C solution and the graphite shaft and collected. From the seed crystal substrate as a starting point, 1 mm thick crystal growth was observed in the vertical direction on the lower surface of the seed crystal, and the seed crystal substrate was not melted back.
(実施例1)
図2に示す単結晶製造装置を用い、坩堝上部に配置した断熱材上に厚さ5mmの追加の断熱材を配置し、坩堝上部の断熱材の厚みを合計15mmとし、高周波コイルの出力を下げてSi−C溶液の表面における温度を1920℃に維持した。このとき、溶液表面から8mmの範囲の溶液内部から溶液表面に向けた温度勾配は1℃/mmで温度上昇する温度勾配を有した。これら以外の条件は、比較例1に示した条件と同じ条件として種結晶基板をSi−C溶液に接触させた。
(Example 1)
Using the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 2, an additional 5 mm thick heat insulating material is arranged on the heat insulating material arranged on the crucible upper part, the total thickness of the heat insulating material on the crucible upper part is 15 mm, and the output of the high frequency coil is lowered. The temperature at the surface of the Si—C solution was maintained at 1920 ° C. At this time, the temperature gradient from the inside of the solution in the range of 8 mm from the solution surface to the solution surface had a temperature gradient in which the temperature increased at 1 ° C./mm. The conditions other than these were the same as the conditions shown in Comparative Example 1, and the seed crystal substrate was brought into contact with the Si—C solution.
種結晶基板をSi−C溶液及び黒鉛軸から切り離して回収したところ、種結晶基板が溶けて厚みが減少しており、種結晶基板はメルトバックされていた。 When the seed crystal substrate was separated from the Si-C solution and the graphite shaft and recovered, the seed crystal substrate was melted and the thickness was reduced, and the seed crystal substrate was melted back.
(実施例2)
図3に示す単結晶製造装置を用い、高周波コイルに対して黒鉛坩堝を下方に20mm移動させて、黒鉛坩堝内における加熱中心を20mm上方に移動させた。このとき、高周波コイルの出力を調節してSi−C溶液の表面における温度を1920℃に維持しつつ、溶液表面から8mmの範囲の溶液内部から溶液表面に向けた温度勾配は、0℃/mmであった。これら以外の条件は、比較例1に示した条件と同じにして、種結晶基板をSi−C溶液に接触させた。
(Example 2)
Using the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the graphite crucible was moved 20 mm downward relative to the high-frequency coil, and the heating center in the graphite crucible was moved 20 mm upward. At this time, while adjusting the output of the high frequency coil to maintain the temperature at the surface of the Si—C solution at 1920 ° C., the temperature gradient from the inside of the solution in the range of 8 mm from the solution surface toward the solution surface is 0 ° C./mm. Met. Conditions other than these were the same as those shown in Comparative Example 1, and the seed crystal substrate was brought into contact with the Si-C solution.
種結晶基板をSi−C溶液及び黒鉛軸から切り離して回収したところ、種結晶基板は溶けて厚みが減少しており、メルトバックされていた。 When the seed crystal substrate was separated from the Si-C solution and the graphite shaft and recovered, the seed crystal substrate was melted and reduced in thickness and melted back.
(比較例2)
高周波コイルに対して黒鉛坩堝を上方に10mm移動させて、黒鉛坩堝内における加熱中心を10mm下方に移動させた。このとき、高周波コイルの出力を調節してSi−C溶液の表面における温度を1920℃に維持しつつ、溶液表面から8mmの範囲の溶液内部から溶液表面に向けた温度勾配は、1℃/mmで温度低下する温度勾配を有した。これら以外の条件は、比較例1に示した条件と同じにして、種結晶基板をSi−C溶液に接触させた。
(Comparative Example 2)
The graphite crucible was moved upward by 10 mm with respect to the high frequency coil, and the heating center in the graphite crucible was moved downward by 10 mm. At this time, while adjusting the output of the high-frequency coil to maintain the temperature at the surface of the Si—C solution at 1920 ° C., the temperature gradient from the inside of the solution in the range of 8 mm from the solution surface toward the solution surface is 1 ° C./mm. It had a temperature gradient that decreased in temperature. Conditions other than these were the same as those shown in Comparative Example 1, and the seed crystal substrate was brought into contact with the Si-C solution.
種結晶基板をSi−C溶液及び黒鉛軸から切り離して回収したところ、種結晶基板を基点として1.1mm厚の結晶成長がみられ、種結晶基板はメルトバックされていなかった。 When the seed crystal substrate was separated from the Si-C solution and the graphite axis and recovered, 1.1 mm thick crystal growth was observed with the seed crystal substrate as a base point, and the seed crystal substrate was not melted back.
(実施例3)
図7に示す単結晶製造装置を用い、液面加熱装置として、Si−C溶液の表面近傍にてリング形状を有し、断面がS字状の黒鉛ヒーターであって高周波コイルヒーターを備えた黒鉛ヒーターを、リング形状ヒーターの下面のSi−C溶液の液面からの距離が16mmになるように配置し、Si−C溶液を液面から加熱した。このとき、高周波コイルの出力を調節してSi−C溶液の表面における温度を1920℃に維持しつつ、溶液表面から8mmの範囲の溶液内部から溶液表面に向けた温度勾配は、1.5℃/mmで温度上昇する温度勾配を有した。これら以外の条件は、比較例1に示した条件と同じ条件として、種結晶基板をSi−C溶液に接触させた。
(Example 3)
7 is a graphite heater having a ring shape in the vicinity of the surface of the Si-C solution and having an S-shaped cross section and a high-frequency coil heater as a liquid surface heating device using the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. The heater was arranged so that the distance from the liquid surface of the Si—C solution on the lower surface of the ring-shaped heater was 16 mm, and the Si—C solution was heated from the liquid surface. At this time, while adjusting the output of the high-frequency coil to maintain the temperature at the surface of the Si-C solution at 1920 ° C., the temperature gradient from the inside of the solution in the range of 8 mm from the solution surface toward the solution surface is 1.5 ° C. It had a temperature gradient that increased in temperature at / mm. The conditions other than these were the same as the conditions shown in Comparative Example 1, and the seed crystal substrate was brought into contact with the Si—C solution.
種結晶基板をSi−C溶液及び黒鉛軸から切り離して回収したところ、種結晶基板は溶けて厚みが減少しており、メルトバックされていた。 When the seed crystal substrate was separated from the Si-C solution and the graphite shaft and recovered, the seed crystal substrate was melted and reduced in thickness and melted back.
(実施例4)
図5に示す単結晶製造装置を用い、種結晶保持軸加熱装置32として高周波ヒーターを用いて種結晶保持軸の上部を加熱しつつ、種結晶近傍のSi−C溶液の飽和度を下げるように加熱装置22である高周波コイルの出力を下げてSi−C溶液の表面における温度を1920℃に維持した。これら以外の条件は、比較例1に示した条件と同じ条件として、種結晶基板をSi−C溶液に接触させた。
Example 4
The single crystal production apparatus shown in FIG. 5 is used, and the upper part of the seed crystal holding shaft is heated using a high frequency heater as the seed crystal holding
種結晶基板をSi−C溶液及び黒鉛軸から切り離して回収したところ、種結晶基板は溶けて厚みが減少しており、メルトバックされていた。 When the seed crystal substrate was separated from the Si-C solution and the graphite shaft and recovered, the seed crystal substrate was melted and reduced in thickness and melted back.
(実施例5)
図6に示す単結晶製造装置を用い、種結晶基板として、縦5mm、横5mm、及び厚み15mmの直方体の種結晶を用いて、種結晶の下面をSi−C溶液の表面から8mmの深さまで浸漬した。これら以外の条件は、比較例1に示した条件と同じ条件とした。
(Example 5)
Using the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 6, a rectangular parallelepiped seed crystal having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 15 mm is used as a seed crystal substrate, and the lower surface of the seed crystal is brought to a depth of 8 mm from the surface of the Si—C solution. Soaked. The other conditions were the same as those shown in Comparative Example 1.
種結晶基板をSi−C溶液に接触させている際、種結晶基板の厚みが浸漬深さよりも大きいので、黒鉛軸までSi−C溶液が濡れ上がらす、Si−C溶液が黒鉛軸に接触しなかった。 When the seed crystal substrate is in contact with the Si-C solution, the thickness of the seed crystal substrate is larger than the immersion depth, so that the Si-C solution is wetted up to the graphite axis, and the Si-C solution is in contact with the graphite axis. There wasn't.
種結晶基板をSi−C溶液及び黒鉛軸から切り離して回収したところ、種結晶基板は溶けて厚みが減少しており、メルトバックされていた。Si−C溶液が黒鉛軸に接触しなかったため、多結晶の発生も抑制できた。 When the seed crystal substrate was separated from the Si-C solution and the graphite shaft and recovered, the seed crystal substrate was melted and reduced in thickness and melted back. Since the Si-C solution did not contact the graphite shaft, the generation of polycrystals could be suppressed.
(比較例3)
種結晶基板として、縦5mm、横5mm、及び厚み5mmの直方体の種結晶を用いて、種結晶の下面を1mmの深さまで浸漬した。これら以外の条件は、比較例1に示した条件と同じ条件とした。
(Comparative Example 3)
As the seed crystal substrate, a rectangular parallelepiped seed crystal having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 5 mm was used, and the lower surface of the seed crystal was immersed to a depth of 1 mm. The other conditions were the same as those shown in Comparative Example 1.
種結晶基板をSi−C溶液及び黒鉛軸から切り離して回収したところ、種結晶基板を基点とした結晶成長がみられ、種結晶基板はメルトバックされていなかった。 When the seed crystal substrate was separated from the Si-C solution and the graphite axis and recovered, crystal growth was observed with the seed crystal substrate as a starting point, and the seed crystal substrate was not melted back.
100 単結晶製造装置
10 黒鉛坩堝
12 黒鉛軸
14 種結晶基板
18 断熱材
22 加熱装置
24 Si−C溶液
26 石英管
28 断熱材
30 液面加熱装置
32 種結晶保持軸加熱装置
34 S字状液面加熱ヒーター
36 液面加熱ヒーターに備えられた高周波コイル
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記SiC単結晶の成長中に、前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、前記種結晶と前記種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶をメルトバックすることを含み、
前記SiC単結晶の成長中または前記メルトバック中に、前記Si−C溶液が、前記種結晶保持軸に接触しない、
SiC単結晶の製造方法。 A SiC seed crystal held on a seed crystal holding shaft in a Si-C solution heated to have a temperature gradient decreasing from the inside toward the surface in the crucible by a heating device arranged around the crucible A SiC single crystal by a solution method, wherein a SiC single crystal is grown from the seed crystal as a base point,
During the growth of the SiC single crystal, the temperature gradient in the region from the inside to the surface of the Si-C solution was changed to a constant temperature or a temperature gradient increasing in temperature, and the seed crystal and the seed crystal were grown as a starting point. look including to melt back the single crystal and a SiC single crystal,
During the growth of the SiC single crystal or during the meltback, the Si-C solution does not contact the seed crystal holding shaft.
A method for producing a SiC single crystal.
前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することが、前記坩堝上部の断熱材の厚みを大きくすることにより行われる、請求項1に記載のSiC単結晶の製造方法。 The crucible has a heat insulating material around the crucible;
The temperature gradient of the region from the inside to the surface of the Si-C solution is changed to a constant temperature or a temperature gradient that increases in temperature by increasing the thickness of the heat insulating material at the top of the crucible. The manufacturing method of the SiC single crystal of description.
前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更することが、前記坩堝内における加熱中心の位置を上方に移動させることにより行われる、請求項1に記載のSiC単結晶の製造方法。 The Si-C solution when growing the SiC single crystal has a temperature gradient that decreases in temperature from the inside toward the surface, and a temperature gradient that decreases in temperature from the inside toward the deep part. Is heated,
The temperature gradient in the region from the inside to the surface of the Si-C solution is changed to a constant temperature or a temperature gradient that increases in temperature by moving the position of the heating center in the crucible upward. 2. A method for producing a SiC single crystal according to 1.
前記SiC単結晶の成長中に、前記種結晶と前記種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶の少なくとも一部を、前記内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有する領域まで浸漬して、前記種結晶と前記種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶をメルトバックすることを含み、
前記SiC単結晶の成長中または前記メルトバック中に、前記Si−C溶液が、前記種結晶保持軸に接触しない、
SiC単結晶の製造方法。 The crucible was heated by the heating device arranged around the crucible so as to have a temperature gradient in the crucible that decreases in temperature from the inside toward the surface, and a temperature gradient in which the temperature decreases from the inside toward the deep part. A method for producing a SiC single crystal by a solution method, wherein a SiC single crystal held on a seed crystal holding shaft is brought into contact with a Si-C solution, and a SiC single crystal is grown from the seed crystal as a base point.
During the growth of the SiC single crystal, a region having a temperature gradient in which at least a part of the single crystal including the seed crystal and the SiC single crystal grown with the seed crystal as a base point is decreased in temperature from the inside toward the deep portion. by immersing up, it looks including to melt back the single crystal comprising said seed crystal and the grown SiC single crystal the seed crystal as a base point,
During the growth of the SiC single crystal or during the meltback, the Si-C solution does not contact the seed crystal holding shaft.
A method for producing a SiC single crystal.
前記坩堝の周囲に配置された加熱装置と、
上下方向に移動可能に配置された種結晶保持軸とを備え、
前記種結晶保持軸に保持されたSiC種結晶を、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有するように加熱された前記Si−C溶液に接触させて、前記種結晶を基点としてSiC単結晶を成長させる、溶液法によるSiC単結晶の製造装置であって、
前記SiC単結晶の成長中に、前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更して、前記種結晶と前記種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶をメルトバックする手段を備え、
前記SiC単結晶の成長中または前記メルトバック中に、前記Si−C溶液が、前記種結晶保持軸に接触しないようにする制御手段を有する、
SiC単結晶の製造装置。 A crucible containing a Si-C solution;
A heating device arranged around the crucible;
A seed crystal holding shaft arranged to be movable in the vertical direction,
The SiC seed crystal held on the seed crystal holding shaft is brought into contact with the Si-C solution heated so as to have a temperature gradient that decreases from the inside toward the surface, and the SiC single crystal is used as a base point. An apparatus for producing a SiC single crystal by a solution method for growing a crystal,
During the growth of the SiC single crystal, the temperature gradient in the region from the inside to the surface of the Si-C solution was changed to a constant temperature or a temperature gradient increasing in temperature, and the seed crystal and the seed crystal were grown as a starting point. for example Bei a means to melt back the single crystal and a SiC single crystal,
Control means for preventing the Si-C solution from coming into contact with the seed crystal holding shaft during the growth of the SiC single crystal or during the meltback.
SiC single crystal manufacturing equipment.
前記メルトバック手段が、
前記坩堝上部の前記断熱材の厚みを変更する断熱材厚みを変更する手段、並びに
前記SiC単結晶の成長中に、前記断熱材厚みを変更する手段により前記坩堝上部の前記断熱材の厚みを厚くすることにより、前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を一定温度または温度上昇する温度勾配に変更する手段、
を有する、請求項11に記載のSiC単結晶の製造装置。 The crucible has a heat insulating material around the crucible;
The meltback means,
A means for changing the thickness of the heat insulating material at the top of the crucible, and a means for changing the thickness of the heat insulating material during the growth of the SiC single crystal, thereby increasing the thickness of the heat insulating material at the top of the crucible. Means for changing the temperature gradient of the region from the inside to the surface of the Si-C solution to a constant temperature or a temperature gradient that increases in temperature.
The apparatus for producing a SiC single crystal according to claim 11 , comprising:
前記メルトバック手段が、
前記坩堝内における加熱中心の位置の上方に移動させて、前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更する手段、
を有する、請求項11に記載のSiC単結晶の製造装置。 The Si-C solution when growing the SiC single crystal has a temperature gradient that decreases in temperature from the inside toward the surface, and a temperature gradient that decreases in temperature from the inside toward the deep part. Is heated,
The meltback means,
Means for moving above the position of the heating center in the crucible to change the temperature gradient in the region from the inside to the surface of the Si-C solution to a constant temperature or a temperature gradient increasing in temperature;
The apparatus for producing a SiC single crystal according to claim 11 , comprising:
前記昇降手段により、前記加熱装置を、前記坩堝に対して上方に移動させて、前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更する手段、
を有する、請求項13に記載のSiC単結晶の製造装置。 Elevating means for moving the heating device in the vertical direction;
Means for moving the heating device upward with respect to the crucible by the elevating means to change the temperature gradient from the inside to the surface area of the Si-C solution to a constant temperature or a temperature gradient increasing in temperature. ,
The SiC single crystal manufacturing apparatus according to claim 13 , comprising:
前記昇降手段により、前記坩堝を、前記加熱装置に対して下方に移動させることにより、前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更する手段、
を有する、請求項13に記載のSiC単結晶の製造装置。 Elevating means for moving the crucible up and down;
By moving the crucible downward with respect to the heating device by the elevating means, the temperature gradient in the region from the inside to the surface of the Si-C solution is changed to a constant temperature or a temperature gradient increasing in temperature. means,
The SiC single crystal manufacturing apparatus according to claim 13 , comprising:
前記Si−C溶液の表面に配置した液面加熱手段、並びに
前記SiC単結晶の成長中に、前記液面加熱手段により前記Si−C溶液を表面から加熱することにより、前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更する手段、
を有する、請求項11に記載のSiC単結晶の製造装置。 The meltback means,
The liquid surface heating means disposed on the surface of the Si-C solution, and the Si-C solution is heated from the surface by the liquid surface heating means during the growth of the SiC single crystal. Means for changing the temperature gradient in the region from the inside to the surface to a constant temperature or a temperature gradient that increases in temperature;
The apparatus for producing a SiC single crystal according to claim 11 , comprising:
前記種結晶保持軸の周囲に配置した種結晶保持軸加熱手段、並びに
前記SiC単結晶の成長中に、前記種結晶保持軸加熱手段により前記種結晶保持軸を加熱することにより、前記種結晶保持軸を介したSiC溶液からの抜熱を抑制して、前記Si−C溶液の前記内部から表面の領域の温度勾配を、一定温度または温度上昇する温度勾配に変更する手段、
を有する、請求項11に記載のSiC単結晶の製造装置。 The meltback means,
A seed crystal holding shaft heating means disposed around the seed crystal holding shaft, and the seed crystal holding shaft is heated by the seed crystal holding shaft heating means during the growth of the SiC single crystal, thereby holding the seed crystal. Means for suppressing heat removal from the SiC solution via the shaft, and changing the temperature gradient in the region from the inside to the surface of the Si-C solution to a constant temperature or a temperature gradient increasing in temperature;
The apparatus for producing a SiC single crystal according to claim 11 , comprising:
前記坩堝の周囲に配置された加熱装置と、
上下方向に移動可能に配置された種結晶保持軸とを備え、
前記種結晶保持軸に保持されたSiC種結晶を、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有し、且つ前記内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有するように加熱されたSi−C溶液に接触させて、前記種結晶を基点としてSiC単結晶を成長させる、溶液法によるSiC単結晶の製造装置であって、
前記SiC単結晶の成長中に、前記種結晶と前記種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶の少なくとも一部を、前記内部から深部に向けて温度低下する温度勾配を有する領域まで浸漬して、前記種結晶と前記種結晶を基点として成長したSiC単結晶とを含む単結晶をメルトバックする手段を備え、
前記SiC単結晶の成長中または前記メルトバック中に、前記Si−C溶液が、前記種結晶保持軸に接触しないようにする制御手段を有する、
SiC単結晶の製造装置。 A crucible containing a Si-C solution;
A heating device arranged around the crucible;
A seed crystal holding shaft arranged to be movable in the vertical direction,
The SiC seed crystal held on the seed crystal holding shaft has a temperature gradient that decreases in temperature from the inside toward the surface, and is heated so as to have a temperature gradient that decreases in temperature from the inside toward the deep portion. A SiC single crystal production apparatus by a solution method, which is brought into contact with a -C solution and grows a SiC single crystal based on the seed crystal,
During the growth of the SiC single crystal, a region having a temperature gradient in which at least a part of the single crystal including the seed crystal and the SiC single crystal grown with the seed crystal as a base point is decreased in temperature from the inside toward the deep portion. was immersed to, e Bei means for melt-back the single crystal and a grown SiC single crystal the seed crystal and the seed crystal as a base point,
Control means for preventing the Si-C solution from coming into contact with the seed crystal holding shaft during the growth of the SiC single crystal or during the meltback.
SiC single crystal manufacturing equipment.
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