[发明专利]SiC单晶的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用溶液制造SiC单晶的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)的能带隙大于硅(Si)的能带隙。因此，已经提 出了各种方法来制造适合作为半导体材料的高品质SiC单晶。这些方 法主要分为升华法和溶液法。溶液法由于具有相对高的多型体可控性 并有效地减少微管，因而已经引起本领域技术人员的更多的关注。

在典型的溶液法中，这样保持石墨坩埚中的Si熔融液的温 度梯度，使得从Si熔融液内部向其表面的温度下降。石墨坩埚下侧高 温区的碳(C)溶解入Si熔融液中，然后其主要通过Si熔融液的对流上 升而到达Si熔融液表面附近的低温区，由此使C在低温区中过饱和。 将把放在石墨棒端头的SiC籽晶保持在紧邻Si熔融液表面的下方。在 这段时间期间，在SiC籽晶上发生过饱和的C的外延生长，由此得到 SiC单晶。

然而，根据这类溶液方法，在晶体的生长面上往往会相对 容易地产生小丘。如果产生小丘的话，单晶可以由小丘单独地生长， 从而导致多晶化。因此，不能以稳定的方式制造具有平滑生长面的独 立单晶。

日本专利申请2004-02173号公报(JP-A-2004-02173)描述 了一种溶液法，其中使用Si熔融液制造SiC单晶，所述Si熔融液中添 加了钛(Ti)或锰(Mn)以增加C向Si熔融液中的溶解量，从而加速SiC 单晶的生长。在该方法中，每个籽晶的某些部分上也会发生多晶化， 由此使晶体的生长面变得不平滑。

另一方面，日本专利申请2005-82435号公报 (JP-A-2005-82435)提出向Si熔融液中添加Al、Ga、In、As、Sb、Au、 Ag和Pt中的一种，以提高单晶生长面的平滑度。然而，这种方法未加 速单晶的生长。

此外，日本专利申请2006-69861号公报(JP-A-2006-69861) 提出向Si熔融液中添加Ti、Fe、Mn和Co中的至少一种，日本专利申 请2000-264790号公报(JP-A-2000-264790)提出向Si熔融液中添加过渡 金属，而日本专利申请2006-143555号公报(JP-A-2006-143555)提出向 Si熔融液中添加Fe和Co中的至少一种。所有这些技术用于促进C向 Si熔融液中的溶解，并由此确保单晶的快速生长以及它们平滑的生长 面。然而，这些技术都未充分满足这两个要求。

因而，上述相关领域的技术都未实现高的晶体生长速度和高 的生长面平滑度。

发明内容

本发明提供以稳定的方式在高生长速度下制造具有平滑 生长面的碳化硅(SiC)单晶的方法。

本发明的一个方面涉及一种SiC单晶的制造方法，其包括： 向硅(Si)熔融液中添加钛(Ti)和选自锡(Sn)与锗(Ge)中的一种元素；和在 保持从Si熔融液内部向Si熔融液表面温度下降的温度梯度的同时，将 SiC籽晶保持在石墨坩埚中紧邻Si熔融液表面的下方，由此由SiC籽 晶生长SiC单晶。在此方法中，Si熔融液中Ti的添加量为5至30原 子％，Si熔融液中Ge的选择性添加量为1至20原子％，而Si熔融液 中Sn的选择性添加量为1至30原子％。

根据上述方法，由于Si熔融液中添加的Ti，碳(C)的溶解 度增大，由此SiC单晶生长速度加快，并且由于Sn或Ge的表面活性 剂特性，每个SiC单晶的生长面的平滑度高。

上述SiC单晶的制造方法可以是这样的，即当向Si熔融 液中添加Sn时，使用密度为1.85g/cm³以上的石墨坩埚作为所述石墨 坩埚。此外，上述SiC单晶的制造方法可以是这样的，即当向Si熔融 液中添加Sn时，使用孔隙度为18％以下的石墨坩埚作为所述石墨坩埚。 此外，上述SiC单晶的制造方法可以是这样的，即SiC籽晶是6H-SiC 六方晶体。此外，上述SiC单晶的制造方法可以是这样的，即Si熔融 液表面的温度是1800至1850℃。此外，上述SiC单晶的制造方法可以 是这样的，即从Si熔融液内部向Si熔融液表面温度下降的温度梯度为 15至20℃/cm。此外，上述SiC单晶的制造方法可以是这样的，即将 SiC单晶生长10小时。

附图说明