[发明专利]SiC单晶体的制造装置和SiC单晶体的制造方法

说明书

技术领区域

本发明涉及碳化硅（SiC）单晶体的制造装置和SiC单晶体的制造方法，更加详细地说，涉及基于溶液生长法的SiC单晶体的制造装置和SiC单晶体的制造方法。

背景技术

碳化硅（SiC）是在热学及化学方面较为稳定的化合物半导体。与硅（Si）相比，SiC具有优异的带隙、介质击穿电压、电子饱和速度以及热导率。因此，期待SiC应用于操作损耗较少的功率装置材料、高耐压的高频装置材料、在高温环境下使用的耐环境装置、耐放射线装置等技术领区域中。在上述技术领区域中，谋求晶体缺陷较少的高质量的SiC单晶体。

在SiC单晶体的制造方法中具有升华法和溶液生长法。与升华法相比，溶液生长法能够生成晶体缺陷较少的SiC单晶体。SiC单晶体的溶液生长法通过将SiC晶种浸渍在碳（C）溶解于含有Si或Si及添加元素的熔体而成的溶液（以后称作SiC溶液）中来培育SiC单晶体。通常，使用石墨制的坩埚，碳从坩埚溶解而供给到SiC溶液内。SiC晶种安装在棒状的晶种轴的下端面并浸渍在SiC溶液中。

在溶液生长法中，使SiC溶液中的、所浸漬的SiC晶种的周边部分（以下称作SiC晶种周边区域）的温度比其他的SiC溶液部分的温度低。由此，通过使SiC种结晶周边区域的SiC处于过饱和状态来促进SiC单晶体的生长。

如上所述，溶液生长法与升华法相比能够制造晶体缺陷较少的SiC单晶体。但是，溶液生长法的SiC单晶体的生长速度比升华法慢。例如，在以往的溶液生长法中，在使用1650℃的纯Si溶液的情况下，溶液生长法中的SiC单晶体的生长速度为大致5μm／hr～12μm／hr。该生长速度是升华法的SiC单晶体的生长速度的1／10以下。

溶液生长法中的SiC单晶体的生长速度RA（m／s）由式（A）所示的扩散生长的式定义。

RA＝A0×ΔC×exp（－ΔG／（k×t））（A）

在此，A0是系数。ΔC是碳的过饱和度（单位：mol／m³）。ΔG是从溶质分子去除溶剂分子所必须的能量（单位：J／mol）。K是气体常数（单位：J／K·mol）。T是绝对温度（K）。

根据式（A），只要提高SiC溶液中的碳的过饱和度（ΔC），就能够提高SiC单晶体的生长速度RA。只要增加碳向SiC溶液中的、SiC晶种附近部分供给的供给量，就能够提高碳的过饱和度（ΔC）。

日本特开2006－117441号公报（专利文献1）公开了提高向SiC晶种附近供给的碳的供给量的技术。在专利文献1中，将加速坩埚旋转法（Accelerated Crucible Rotation Technique：以下称作ACRT法）应用于SiC单晶体的溶液生长法中。在ACRT法中，反复使SiC晶种的旋转和坩埚的旋转加速和減速。由此，SiC溶液被搅拌而易于将碳向SiC晶种附近供给。

但是，即使是除ACRT法以外的方法，也优选易于向SiC晶种附近部分供给碳的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在基于溶液生长法的SiC单晶体的制造中易于向SiC溶液中的、SiC晶种附近部分供给碳的SiC单晶体的制造装置。

本发明的实施方式的SiC单晶体的制造装置包括坩埚、腔室、晶种轴、感应加热装置以及控制装置。坩埚具有筒状的侧壁和配置在侧壁的下端的底壁。坩埚能够收纳SiC溶液。腔室用于收纳坩埚。晶种轴沿腔室的上下方向延伸。晶种轴具有供SiC晶种安装的下端面，并将安装于下端面的SiC晶种浸渍在SiC溶液中。感应加热装置配置在腔室内，且配置在坩埚的侧壁周围。控制装置用于控制感应加热装置。在将感应加热装置使电磁波向侧壁浸透的浸透深度设为D1（mm），将感应加热装置使电磁波向SiC溶液浸透的浸透深度设为D2（mm），将侧壁的厚度设为T（mm），将坩埚的内半径设为R（mm）时，控制装置控制感应加热装置，以使得在感应加热装置中流动的交流电流的频率f（Hz）满足式（1）。

（D1－T）×D2／R＞1（1）

在此，D1由式（2）定义，D2由式（3）定义。

D1＝503292×（1／（f×σc×μc））^1/2（2）

D2＝503292×（1／（f×σs×μs））^1/2（3）

在此，σc是侧壁的导电率，σs是SiC溶液的导电率。μc是侧壁的相对磁导率，μs是SiC溶液的相对磁导率。