單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩堝以及單晶的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩禍以及單晶的制造方法，詳細(xì)地說，涉及用于利用溶液生長法制造單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩禍以及利用溶液生長法制造單晶的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為單晶的制造方法，有溶液生長法。在溶液生長法中，使晶種與成為單晶的原料的溶液相接觸，而使單晶生長。
[0003]在單晶中，存在如例如SiC單晶那樣通過臺階在橫向上生長而進行晶體生長的單晶。在進行這樣的臺階流(step flow)生長的單晶中，由于上級的臺階的生長趕上下級的臺階的生長，而產(chǎn)生臺階聚并。若進行臺階聚并，則由于溶液的引入等而產(chǎn)生雜質(zhì)(inclus1n)。其結(jié)果，所生成的單晶的品質(zhì)降低。
[0004]在日本特開2006 - 117441號公報中公開有抑制雜質(zhì)的產(chǎn)生而制造品質(zhì)良好的SiC單晶的方法。在上述公報中，使坩禍的轉(zhuǎn)速或者坩禍的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向周期性變化，從而對坩禍內(nèi)的熔融液進行攪拌。由此，抑制了雜質(zhì)的產(chǎn)生。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2006-117441號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

_8] 發(fā)明要解決的問題
[0009]然而，需要能夠更穩(wěn)定地抑制產(chǎn)生臺階聚并、抑制產(chǎn)生雜質(zhì)的技術(shù)。
[0010]本發(fā)明的目的在于，提供能夠更穩(wěn)定地抑制臺階聚并制造單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩禍以及單晶的制造方法。
[0011]用于解決問題的方案
[0012]本發(fā)明的實施方式的單晶的制造裝置用于利用溶液生長法制造單晶。制造裝置包括晶種軸、坩禍和驅(qū)動源。晶種軸具有用于安裝晶種的下端面。坩禍容納成為單晶的原料的溶液。驅(qū)動源使坩禍旋轉(zhuǎn)，并且使坩禍的轉(zhuǎn)速變化。坩禍的內(nèi)周面含有橫切形狀為非圓形的流動控制面。
[0013]本發(fā)明的實施方式的坩禍在用于利用溶液生長法制造單晶的制造裝置(例如，上述制造裝置)中使用，并用于容納單晶的原料。該坩禍包括內(nèi)周面，內(nèi)周面含有橫切形狀為非圓形的流動控制面。
[0014]本發(fā)明的實施方式的單晶的制造方法使用上述制造裝置。該制造方法是利用溶液生長法制造單晶的制造方法，其包括:準(zhǔn)備具有安裝有晶種的下端面的晶種軸的工序；準(zhǔn)備坩禍的工序，其中，該坩禍具有含有橫切形狀為非圓形的流動控制面的內(nèi)周面，且用于容納成為單晶的原料的溶液；生成溶液的工序；以及使晶種與溶液相接觸而使單晶生長的工序，在使單晶生長的工序中，使坩禍旋轉(zhuǎn)并且使坩禍的轉(zhuǎn)速變化。
_5] 發(fā)明的效果
[0016]本發(fā)明的實施方式的單晶的制造裝置、用于該制造裝置的坩禍以及單晶的制造方法能夠更穩(wěn)定地抑制單晶生長中的臺階聚并。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的實施方式的單晶的制造裝置的示意圖。
[0018]圖2是圖1所示的制造裝置所包括的坩禍的剖視圖。
[0019]圖3是表示圖2所示的i甘禍所包括的流動控制部的俯視圖。
[0020]圖4是表示流動控制部的變形例的俯視圖。
[0021]圖5是制造比較例的SiC單晶的制造裝置的示意圖。
[0022]圖6是對使用圖1所示的制造裝置所制造的SiC單晶(實施例1)的截面進行拍攝而得到的照片。
[0023]圖7是對使用圖1所示的制造裝置所制造的SiC單晶(實施例2)的截面進行拍攝而得到的照片。
[0024]圖8是對使用圖5所示的制造裝置所制造的SiC單晶(實施例2)的截面進行拍攝而得到的照片。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明的實施方式的單晶的制造裝置用于利用溶液生長法制造單晶。制造裝置包括晶種軸、坩禍和驅(qū)動源。晶種軸具有用于安裝晶種的下端面。坩禍容納成為單晶的原料的溶液。驅(qū)動源使坩禍旋轉(zhuǎn)，并且使坩禍的轉(zhuǎn)速變化。坩禍的內(nèi)周面含有橫切形狀為非圓形的流動控制面。
[0026]坩禍的轉(zhuǎn)速變化時，根據(jù)慣性定律，坩禍內(nèi)的溶液欲保持轉(zhuǎn)速變化之前的流動。此處，流動控制面的橫切形狀，也就是說，利用流動控制面所形成的孔的與軸向垂直的截面形狀為非圓形。因此，若坩禍的轉(zhuǎn)速變化，則存在于流動控制面的內(nèi)側(cè)的溶液的流動發(fā)生紊亂。其結(jié)果，在流動控制面的內(nèi)側(cè)形成有渦狀的流動。該流動對存在于除流動控制面的內(nèi)側(cè)以外的部位的溶液的流動造成影響。因此，在存在于除流動控制面的內(nèi)側(cè)以外的部位的溶液中也形成有同樣的流動。其結(jié)果，消除存在于溶液中的溶質(zhì)的偏聚(clustering)，抑制了臺階聚并，提升了單晶的品質(zhì)。
[0027]特別是，相比于坩禍的轉(zhuǎn)速增加時，在坩禍的轉(zhuǎn)速減小時存在于流動控制面的內(nèi)側(cè)的溶液的流動發(fā)生紊亂更強烈。因此，更大的渦狀的流動形成于流動控制面的內(nèi)側(cè)。其結(jié)果，臺階聚并進一步被抑制，且單晶的品質(zhì)進一步提升。
[0028]優(yōu)選的是，流動控制面的橫切形狀為點對稱。該情況下，當(dāng)坩禍的轉(zhuǎn)速變化時在流動控制面的內(nèi)側(cè)形成渦狀的流動。
[0029]優(yōu)選的是，流動控制面的橫切形狀為橢圓形。該情況下，當(dāng)坩禍的轉(zhuǎn)速變化時在流動控制面的內(nèi)側(cè)形成更強的渦狀的流動。
[0030]優(yōu)選的是，坩禍包括筒部、底部和流動控制部。底部位于筒部的下端。流動控制部與筒部相接觸地配置，且具有上下方向延伸的孔。在流動控制部中，孔的內(nèi)表面為流動控制面。
[0031]該情況下，通過改變流動控制部，例如，根據(jù)坩禍所容納的溶液的體積等，能夠適當(dāng)?shù)馗淖兞鲃涌刂泼娴膬?nèi)側(cè)的容積等。
[0032]優(yōu)選的是，流動控制部與底部相接觸。該情況下，能夠增大流動控制部自晶種的距離。其結(jié)果，難以產(chǎn)生由于設(shè)有流動控制部而引起的單晶的生長阻礙。
[0033]優(yōu)選的是，流動控制部的外周面含有第I外周面和第2外周面。第I外周面與筒部相接觸。第2外周面在該第2外周面與筒部之間形成間隙。
[0034]該情況下，能夠減小流動控制部的體積。因此，能夠使流動控制部的熱容量變小。其結(jié)果，坩禍所容納的溶液中存在于流動控制部的附近的部分的溫度難以降低。
[0035]使用上述的制造裝置所制造的單晶只要是進行臺階生長的單晶，就不特別地進行限定。單晶例如是SiC單晶。在制造SiC單晶的情況下，晶種是SiC晶種，溶液是Si — C溶液。Si — C溶液是在Si或者Si合金的熔融液中溶解有碳(C)的溶液。
[0036]本發(fā)明的實施方式的坩禍用于上述制造裝置。
[0037]本發(fā)明的實施方式的單晶的制造方法使用上述制造裝置。
[0038]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。對圖中相同的或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的附圖標(biāo)記，不重復(fù)進行說明。
[0039](制造裝置)
[0040]圖1是本發(fā)明的實施方式的單晶的制造裝置10的概略結(jié)構(gòu)圖。此外，在本實施方式中，對用于制造SiC單晶的制造裝置進行說明，但本發(fā)明的制造裝置也可以用于除SiC單晶以外的單晶(例如AlN)的制造。
[0041]制造裝置10包括:箱體12、坩禍14、隔熱構(gòu)件16、加熱裝置18、旋轉(zhuǎn)裝置20、以及升降裝置22。
[0042]箱體12容納坩禍14。在制造SiC單晶時，箱體12被冷卻。
[0043]坩禍14容納Si — C溶液15。Si — C溶液15是SiC單晶的原料。Si — C溶液15含有硅(Si)和碳(C)。
[0044]S1-C溶液15的原料例如是Si單體或者Si與其他金屬元素的混合物。加熱原料而形成熔融液，且將碳(C)溶解于該熔融液，由此生成Si — C溶液15。其他金屬元素例如是鈦(Ti)、猛(Mn)、絡(luò)(Cr)、鈷(Co)、|凡(V)、鐵(Fe)等。這些金屬元素中，優(yōu)選的金屬元素是T1、Cr和Fe。更優(yōu)選的金屬元素是Ti和Cr。
[0045]優(yōu)選的是，坩禍14含有碳。在該情況下，坩禍14成為向Si — C溶液15供給碳的碳供給源。坩禍14例如也可以是由石墨構(gòu)成的坩禍，也可以是由SiC構(gòu)成的坩禍。坩禍14也可以用SiC覆蓋其內(nèi)表面。
[0046]隔熱構(gòu)件16由隔熱材料構(gòu)成，并將坩禍14包圍。
[0047]加熱裝置18例如是高頻線圈，并將隔熱構(gòu)件16的側(cè)壁包圍。加熱裝置18對容納有Si — C溶液15的原料的坩禍14進行感應(yīng)加熱，并生成Si — C溶液15。加熱裝置18進一步地將Si — C溶液15保持于晶體生長溫度。晶體生長溫度依賴于Si — C溶液15的組成。晶體生長溫度例如是1600°C?2000°C。
[0048]旋轉(zhuǎn)裝置20包括旋轉(zhuǎn)軸24和驅(qū)動源26。
[0049]旋轉(zhuǎn)軸24在箱體12的高度方向(圖1的上下方向)上延伸。旋轉(zhuǎn)軸24的上端位于隔熱構(gòu)件16內(nèi)。在旋轉(zhuǎn)軸24的上端配置有坩禍14。旋轉(zhuǎn)軸24的下端位于箱體12的外側(cè)。
[0050]驅(qū)動源26配置于箱體12的下方。驅(qū)動源26與旋轉(zhuǎn)軸24相連結(jié)。驅(qū)動源26使旋轉(zhuǎn)軸24繞旋轉(zhuǎn)軸24的中心軸線旋轉(zhuǎn)。由此，坩禍14 (S1- C溶液15)繞中心軸線LI旋轉(zhuǎn)。另外，驅(qū)動源26使旋轉(zhuǎn)軸24的轉(zhuǎn)速變化，或者使旋轉(zhuǎn)軸24的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向變化。
[0051]升降裝置22包括晶種軸28和驅(qū)動源30。
[0052]晶種軸28在箱體12的高度方向上延伸。晶種軸28例如由石墨構(gòu)成。晶種軸28的上端位于箱體12的外側(cè)。在晶種軸28的下端面28S安裝有SiC晶種32。
[0053]SiC晶種32是板狀，其上表面安裝于下端面28S。在本實施方式中，SiC