專利名稱：碳化硅單晶的制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在制造碳化硅單晶時(shí)所使用的碳化硅單晶的制造裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為自包含碳化硅的晶種及升華用原料制造出碳化硅單晶(以下，適宜地簡(jiǎn)稱為單晶)的碳化硅單晶的制造方法，公知有升華再結(jié)晶法。使用該升華再結(jié)晶法的制造裝置大體上由反應(yīng)容器和加熱構(gòu)件構(gòu)成，在反應(yīng)容器主體的內(nèi)部容納粉末狀的升華用原料，利用蓋體封閉反應(yīng)容器主體的上部開口，將晶種安裝于該反應(yīng)容器的內(nèi)表面?zhèn)龋⑶以诜磻?yīng)容器主體的外周側(cè)卷繞有加熱構(gòu)件即加熱線圈。然后，在加熱線圈中通入電流而加熱上述升華用原料并使其升華，產(chǎn)生升華氣體，向晶種供給該升華氣體，從而能夠從該晶種生長(zhǎng)碳化硅的單晶(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平5-178698號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，上述專利文獻(xiàn)1所記載的加熱線圈由安裝于蓋體并用于加熱晶種的上部線圈、以及容納于反應(yīng)容器主體的底部并用于加熱升華用原料的下部線圈分別獨(dú)立構(gòu)成。因此，需要分別調(diào)整通入上部線圈的電流值和通入下部線圈的電流值。因而，加熱構(gòu)件的構(gòu)造變得復(fù)雜，存在通過調(diào)整通入上部線圈和下部線圈的電流量來調(diào)整加熱溫度的溫度控制較難的問題。因此，本發(fā)明是鑒于這種情況而完成的，其目的在于提供一種加熱構(gòu)件的構(gòu)造簡(jiǎn)單且容易進(jìn)行溫度控制的碳化硅單晶的制造裝置。為了解決上述問題，本發(fā)明具有以下特征。首先，本發(fā)明的第1特征的主旨在于，提供一種碳化硅單晶的制造裝置(制造裝置 1)，包括反應(yīng)容器(石墨制反應(yīng)容器10)和加熱構(gòu)件(加熱構(gòu)件30)，該加熱構(gòu)件由連續(xù)卷繞在上述反應(yīng)容器的外周側(cè)的單一的加熱線圈構(gòu)成，在上述反應(yīng)容器的底部容納升華用原料(升華用原料50)，在上述反應(yīng)容器的與上述底部相對(duì)的內(nèi)表面上安裝晶種(晶種60)， 上述加熱線圈具有多種線圈間距(例如，線圈間距P1、P3)。如此，通過改變單一的加熱線圈的卷繞圈數(shù)來調(diào)整線圈間距，從而能夠由1根加熱線圈形成卷繞密集的部分和稀疏的部分，因此具有構(gòu)造簡(jiǎn)單且電力效率高的效果。本發(fā)明的另一特征的主旨在于，上述加熱構(gòu)件包括下部線圈(下部線圈31)，其用于卷繞上述底部；上部線圈(上部線圈32)，其用于卷繞上述反應(yīng)容器的與上述底部相對(duì)的內(nèi)表面；以及中央部線圈(中央部線圈33)，其用于卷繞上述反應(yīng)容器的高度方向上的中央部；上述上部線圈和上述下部線圈的線圈間距(線圈間距P1、P3)設(shè)定得小于上述中央部線圈的線圈間距(線圈間距P2)。本發(fā)明的另一特征的主旨在于，上述中央部線圈(中央部線圈33)的線圈間距設(shè)定在上部線圈(上部線圈32)的線圈間距P3或下部線圈(下部線圈31)的線圈間距Pl的1.5倍 20倍的范圍內(nèi)。本發(fā)明的另一特征的主旨在于，自上述下部線圈(下部線圈31)的上端至上部線圈(上部線圈32)的下端的高度H相對(duì)于反應(yīng)容器(石墨制反應(yīng)容器10)的高度h滿足H < 1. 2Xh。根據(jù)本發(fā)明，可得到構(gòu)造簡(jiǎn)單并電力效率高并且容易進(jìn)行溫度控制的碳化硅單晶的制造裝置。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的碳化硅單晶的制造裝置的概略的剖視圖；圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的加熱構(gòu)件的立體圖；圖3是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式的石墨制反應(yīng)容器和加熱構(gòu)件的剖面圖；圖4是概略地表示實(shí)施例中以往例1的石墨制反應(yīng)容器和加熱構(gòu)件的剖視圖；圖5是概略地表示實(shí)施例中以往例2的石墨制反應(yīng)容器和加熱構(gòu)件的剖視圖；圖6是概略地表示實(shí)施例中本發(fā)明例的石墨制反應(yīng)容器和加熱構(gòu)件的剖視圖；圖7是表示實(shí)施例的用于表示石墨制反應(yīng)容器及加熱線圈加熱條件的石墨制反應(yīng)容器和加熱構(gòu)件的剖視圖；圖8表示石墨制反應(yīng)容器內(nèi)的溫度沿圖7的箭頭A變化的情況；圖9是表示以往例1和以往例2的石墨制反應(yīng)容器內(nèi)的測(cè)量結(jié)果的圖；圖10是表示實(shí)施例的石墨制反應(yīng)容器的測(cè)量結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式接著，參照

本發(fā)明的碳化硅單晶的制造裝置的實(shí)施方式。在以下的附圖中，對(duì)相同或類似的部分標(biāo)注相同或類似的附圖標(biāo)記。需要留意的是，附圖只是示意性地示出，各尺寸的比例等與實(shí)物不同。因而，具體的尺寸等應(yīng)該參考以下的說明來判斷。此外，在附圖的彼此之間也當(dāng)然包括彼此尺寸的關(guān)系、比例不同的部分。(碳化硅單晶的制造裝置)首先，簡(jiǎn)單說明本發(fā)明的實(shí)施方式的碳化硅單晶的制造裝置。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的碳化硅單晶的制造裝置的概略的剖視圖。如圖1所示，碳化硅單晶的制造裝置1包括石墨制反應(yīng)容器10和加熱構(gòu)件30，該石墨制反應(yīng)容器10用于構(gòu)成反應(yīng)容器，該加熱構(gòu)件30由在石墨制反應(yīng)容器10的外周側(cè)連續(xù)卷繞的單一的加熱線圈構(gòu)成。具體地說，碳化硅單晶的制造裝置1包括石墨制反應(yīng)容器 (反應(yīng)容器)10、用于覆蓋該石墨制反應(yīng)容器10的側(cè)面的石英管20、以及配置于該石英管 20的外周側(cè)的加熱構(gòu)件30。碳化硅單晶的制造裝置1將升華用原料50容納于石墨制反應(yīng)容器10的底部11a， 將晶種60安裝于石墨制反應(yīng)容器10的與底部Ila相對(duì)的內(nèi)表面即蓋部12。具體地說，所述石墨制反應(yīng)容器10由反應(yīng)容器主體11和蓋體12構(gòu)成，利用支承棒40移動(dòng)并固定于石英管20的內(nèi)部。在反應(yīng)容器主體11的底部Ila容納包含碳化硅的粉末即升華用原料50。蓋體12用于堵塞反應(yīng)容器主體11的上部開口 11b，并且通過螺紋結(jié)合而裝拆自如地設(shè)置于反應(yīng)容器主體11的上端部的內(nèi)周面。此外，在反應(yīng)容器的內(nèi)面?zhèn)?1 上利用粘接劑固定有包含碳化硅的晶種60。在反應(yīng)容器主體11的內(nèi)周面Ilc上安裝有用于聚集升華氣體G并向晶種60引導(dǎo)的引導(dǎo)構(gòu)件45。升華用原料50為包含碳化硅的粉末狀的升華用原料。若石墨制反應(yīng)容器10的內(nèi)部成為預(yù)定的溫度條件及壓力條件，則升華用原料50升華而成為升華氣體G。升華氣體G 被供給到晶種60上，升華氣體G再結(jié)晶。由此，形成碳化硅單晶，碳化硅單晶成長(zhǎng)。此外，加熱構(gòu)件30是由下部線圈31、上部線圈32、以及中央部線圈33連續(xù)相連而形成的單一的加熱線圈，該下部線圈31配設(shè)于至少包含與反應(yīng)容器主體11的底部Ila對(duì)應(yīng)的高度的位置，該上部線圈32配設(shè)于至少包含與蓋體12對(duì)應(yīng)的高度的位置，該中央部線圈33配置于反應(yīng)容器主體11的高度方向中央部。通過使上述支承棒40移動(dòng)而改變石墨制反應(yīng)容器10的高度，從而能夠在與容納于反應(yīng)容器主體11的底部Ila上的升華用原料50 對(duì)應(yīng)的高度配置下部線圈31，并能夠在支承于蓋體12的晶種60的高度配置上部線圈32。 在本實(shí)施方式中，上部線圈32和下部線圈31的卷繞圈數(shù)均為6圈，但本發(fā)明不限于此，可以配合促長(zhǎng)的單晶的制造條件等來設(shè)定各種卷繞圈數(shù)。(加熱構(gòu)件的結(jié)構(gòu))圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的加熱構(gòu)件的立體圖，圖3是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式的反應(yīng)容器和加熱構(gòu)件的剖面圖。如圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施方式的加熱構(gòu)件30為一根連續(xù)的加熱線圈，形成為直徑大致相同的螺旋形狀。如圖2、圖3所示，該加熱構(gòu)件30由配置于下側(cè)的下部線圈31、配置于上側(cè)的上部線圈32、以及配置于這些上部線圈32和下部線圈31的高度方向中央部的中央部線圈33 —體形成。如圖3所示，設(shè)定下部線圈31的線圈間距為P1，設(shè)定中央部線圈33的線圈間距為P2，并設(shè)定上部線圈32的線圈間距為P3。在這里，用于構(gòu)成加熱構(gòu)件30的加熱線圈卷繞成螺旋狀，表示沿上下方向相鄰的加熱線圈之間的上下間距。但是，在本實(shí)施方式中，由于中央部線圈33只卷繞1圈，因此中央部線圈33的線圈間距P2表示中央部線圈33與上部線圈32的下端位置的線圈之間的上下間距。因而，在中央部線圈33卷繞多圈的情況下， 中央部線圈33的線圈間距P2表示沿上下方向相鄰的加熱線圈之間的上下間距。這些線圈間距設(shè)定為P2 > Pl并且P2 > P3。此外，優(yōu)選的是，P2設(shè)定為Pl的1. 5 倍至20倍之間的間距。即，優(yōu)選的是，滿足1. 5XP1 <P2 < 20 XPl，且滿足1. 5XP3 < P2 <20XP3。而且，若設(shè)自下部線圈31的上端至上部線圈32的下端的上下高度為H，設(shè)石墨制反應(yīng)容器10的上下高度為h，則優(yōu)選的是滿足H < 1. 2Xh的關(guān)系。(碳化硅單晶的制造方法)接著，按順序說明本實(shí)施方式的碳化硅單晶的制造方法。首先，如圖1所示，準(zhǔn)備上述升華用原料50，容納于石墨制反應(yīng)容器10的反應(yīng)容器主體11的底部11a。接著，將晶種60保持于反應(yīng)容器的內(nèi)面?zhèn)? 之后，使蓋體12螺紋結(jié)合于反應(yīng)容器主體11的上端。接著，一邊使Ar氣體流入石英管20內(nèi)，一邊對(duì)用于構(gòu)成加熱構(gòu)件30的下部線圈 31、中央部線圈33及上部線圈32通入電流而加熱石墨制反應(yīng)容器10。由于通過對(duì)下部線圈31通電來加熱升華用原料50，因此升華用原料50升華而產(chǎn)生升華氣體G，該升華氣體G
5由引導(dǎo)構(gòu)件45聚集并向晶種60供給。另一方面，雖然通過對(duì)上部線圈32通電來加熱晶種60，但上述升華用原料50的加熱溫度設(shè)定得高于晶種60的加熱溫度，通過向晶種60供給升華氣體G來生成成長(zhǎng)結(jié)晶。這樣，形成單晶錠，之后對(duì)成長(zhǎng)為希望尺寸的單晶錠實(shí)施外周磨削加工等，經(jīng)過自單晶錠切出半導(dǎo)體晶圓的切片工序，最終完成半導(dǎo)體晶圓。(作用效果)以下，說明本發(fā)明的實(shí)施方式的作用效果。(1)本發(fā)明的實(shí)施方式的碳化硅單晶的制造裝置1是如下碳化硅單晶的制造裝置其包括石墨制反應(yīng)容器10和加熱構(gòu)件30，該石墨制反應(yīng)容器10的呈筒狀形成的反應(yīng)容器主體11的上部開口 lib被蓋體12封閉，該加熱構(gòu)件30由在該石墨制反應(yīng)容器10的外周側(cè)連續(xù)卷繞的單一的加熱線圈構(gòu)成，將升華用原料50容納于上述反應(yīng)容器主體11的底部11a，將晶種60安裝于反應(yīng)容器的內(nèi)面?zhèn)?2a。卷繞上述反應(yīng)容器主體11的底部Ila 的下部線圈31和卷繞蓋體12的上部線圈32的至少一者的線圈間距PI、P3設(shè)定得小于卷繞反應(yīng)容器主體11的高度方向中央部的中央部線圈33的線圈間距P2。如此，通過改變單一的加熱線圈的卷繞圈數(shù)來調(diào)整線圈間距，從而利用一根加熱線圈形成卷繞密集的部分和稀疏的部分，因此具有構(gòu)造簡(jiǎn)單且電力效率高這樣的效果。(2)由于上述上部線圈32和下部線圈31的線圈間距P3、P1設(shè)定得小于中央部線圈33的線圈間距P2，因此能夠同時(shí)并高效地加熱晶種60和升華用原料50。(3)上述中央部線圈33的線圈間距P2設(shè)定為上部線圈32或下部線圈31的線圈間距P3、Pl的1. 5倍 20倍。因此，能夠可靠地防止反應(yīng)容器主體11的高度方向中央部的溫度過于低。通過防止反應(yīng)容器主體11的高度方向中央部的溫度過于低，能夠可靠地防止升華氣體在該中央部發(fā)生再結(jié)晶。(4)自上述下部線圈31的上端至上部線圈32的下端的高度H相對(duì)于石墨制反應(yīng)容器10的高度h滿足H < 1. 2Xh。因此，上部線圈32和下部線圈31能夠可靠地對(duì)反應(yīng)容器主體11的在反應(yīng)容器主體11的高度方向上除中央部以外的部分加熱。實(shí)施例以下，為了進(jìn)一步明確本發(fā)明的效果，通過以下的實(shí)施例具體地進(jìn)行說明。圖4 圖6是表示實(shí)施例中以往例1、2及本發(fā)明例的石墨制反應(yīng)容器和加熱線圈的剖面圖。如圖6所示，與圖1的石墨制反應(yīng)容器10和加熱線圈70相比，實(shí)施例的石墨制反應(yīng)容器和加熱線圈的不同點(diǎn)在于具有隔熱構(gòu)件65。此外，如圖4及圖5所示，以往例1、2的加熱線圈在線圈間距為恒定這一點(diǎn)上，與圖1的加熱線圈30、圖6的本發(fā)明例的加熱線圈 90不同。除上述一點(diǎn)以外，實(shí)施例的石墨制反應(yīng)容器和加熱構(gòu)件與圖1相同，因此省略詳細(xì)的說明。(測(cè)量條件)圖7是表示實(shí)施例的用于表示石墨制反應(yīng)容器及加熱線圈加熱條件的石墨制反應(yīng)容器和加熱線圈的剖視圖。圖8是用于說明實(shí)施例的石墨制反應(yīng)容器內(nèi)的溫度條件的圖。圖8示出石墨制反應(yīng)容器內(nèi)溫度沿圖7的箭頭A變化的情況。圖8示出用于生長(zhǎng)出高品質(zhì)的碳化硅單晶的溫度條件。但是，在這里所說明的溫度條件應(yīng)該根據(jù)被要求的結(jié)晶質(zhì)量等適宜地設(shè)定。因而，不一定要必須滿足該溫度條件。但是，為了獲得高質(zhì)量的碳化硅單晶，需要將成長(zhǎng)速度抑制在一定值(例如，在本實(shí)施例中為0. 3mm/h)以下。成長(zhǎng)速度依賴于升華用原料的表面和晶種的表面之間的溫差即圖8中的溫差 ΔΤ。因此，為了將成長(zhǎng)速度抑制在一定值以下，需要使溫差ΔΤ在一定值以下(例如，在本實(shí)施例中為30度以下)(條件1)。此外，為了使碳化硅單晶的成長(zhǎng)連續(xù)性地持續(xù)，需要使自升華用原料的底部(圖7 中的z = 0)至升華用原料的表面(圖7中的ζ = hur)、晶種的表面(圖7中的ζ = heed) 的溫度均勻下降。即，若設(shè)升華用原料的底部為ζ = 0，沿石墨制反應(yīng)容器的上下方向形成 Z軸，并定義任意Z下的溫度為T (ζ)，則使碳化硅單晶的成長(zhǎng)連續(xù)地持續(xù)的條件成為式(1) (條件2)。式(1)dT(z)/dz < 0(其中，0 < ζ < heed)式(1)由此，由于自升華用原料的底部側(cè)向晶種的表面始終供給原料，因此能夠使碳化硅單晶的成長(zhǎng)持續(xù)。(測(cè)量結(jié)果)圖9是表示以往例1和以往例2的石墨制反應(yīng)容器內(nèi)的測(cè)量結(jié)果的圖。圖10是表示實(shí)施例的石墨制反應(yīng)容器的測(cè)量結(jié)果的圖。(以往例1)圖4示出以往例1的石墨制反應(yīng)容器10和加熱線圈70的剖面。石墨制反應(yīng)容器 10具有與圖1大致相同的構(gòu)造，將升華用原料50容納于反應(yīng)容器主體11的底部，將晶種60 配設(shè)于反應(yīng)容器的內(nèi)表面?zhèn)?2a，并且在晶種的周圍設(shè)置有引導(dǎo)構(gòu)件45。此外，在石墨制反應(yīng)容器10的外周側(cè)配設(shè)有距石墨制反應(yīng)容器10留有間隔地卷繞成螺旋狀的加熱線圈70。 該加熱線圈70的卷繞圈數(shù)為10，以相同間距卷繞。而且，使加熱線圈70的高度方向中央部與升華用原料50的上表面的高度對(duì)應(yīng)。在此狀態(tài)下，對(duì)加熱線圈70通入電流，加熱石墨制反應(yīng)容器10的外周。其結(jié)果，如圖9所示，升華用原料的表面和晶種的表面之間的溫差ΔΤ為25度。但是，該結(jié)果不滿足上述條件2。(以往例2)在以往例2中，使用與圖4的以往例1大致相同的裝置，將加熱線圈80的高度下降到比以往例1的高度低的下側(cè)，使加熱線圈80的高度方向中央部與反應(yīng)容器主體11的底部Ila的高度對(duì)應(yīng)。其結(jié)果，如圖90所示，升華用原料的表面和晶種的表面之間的溫差ΔΤ為60度。 因此，結(jié)果不滿足上述條件1。(本發(fā)明例)在本發(fā)明例中，由上側(cè)的上部線圈91和下側(cè)的下部線圈92構(gòu)成加熱線圈90，利用一根單一線圈將這些上部線圈91和下部線圈92連成一體。其結(jié)果，如圖10所示，升華用原料的表面和晶種的表面之間的溫差ΔΤ為25度。此外，結(jié)果不滿足上述條件2。(結(jié)果)如以上那樣可知，根據(jù)本發(fā)明，由于能夠同時(shí)滿足上述條件1和上述條件2，因此能夠制造質(zhì)量良好的單晶錠。另外，通過參考而將日本國(guó)專利申請(qǐng)第2009-90963號(hào)(2009年4月3日提出申請(qǐng))的全部?jī)?nèi)容引入本申請(qǐng)的說明書中。產(chǎn)業(yè)上的可利用件如以上那樣，本發(fā)明的碳化硅單晶的制造裝置是其構(gòu)造簡(jiǎn)單且電力效率高，容易進(jìn)行溫度控制，因此適用于單晶的制造領(lǐng)域。附圖標(biāo)記說明G 升華氣體；1碳化硅單晶的制造裝置；10石墨制反應(yīng)容器(反應(yīng)容器)；11反應(yīng)容器主體；Ila 底部；lib上部開口 ；12蓋體；30加熱構(gòu)件；31下部線圈(加熱構(gòu)件)；32上部線圈(加熱構(gòu)件)；33中央部線圈(加熱構(gòu)件)；50升華用原料；60晶種。
8
權(quán)利要求
1.一種碳化硅單晶的制造裝置，包括反應(yīng)容器和加熱構(gòu)件，該加熱構(gòu)件由連續(xù)卷繞在上述反應(yīng)容器的外周側(cè)的單一的加熱線圈構(gòu)成，在上述反應(yīng)容器的底部容納升華用原料， 在上述反應(yīng)容器的與上述底部相對(duì)的內(nèi)表面上安裝晶種，其特征在于，上述加熱線圈具有多種線圈間距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅單晶的制造裝置，其特征在于， 上述加熱構(gòu)件包括下部線圈，其用于卷繞上述底部；上部線圈，其用于卷繞上述反應(yīng)容器的與上述底部相對(duì)的內(nèi)表面；以及中央部線圈，其用于卷繞上述反應(yīng)容器的高度方向上的中央部；上述上部線圈和上述下部線圈的線圈間距設(shè)定得小于上述中央部線圈的線圈間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳化硅單晶的制造裝置，其特征在于，上述中央部線圈的線圈間距P2設(shè)定在上述上部線圈的線圈間距P3或上述下部線圈的線圈間距Pl的1.5倍 20倍的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的碳化硅單晶的制造裝置，其特征在于，自上述下部線圈的上端至上述上部線圈的下端的高度H相對(duì)于上述反應(yīng)容器的高度h 滿足 H < 1. 2Xh。
全文摘要
本發(fā)明提供一種碳化硅單晶的制造裝置(1)，其包括石墨制反應(yīng)容器(10)和加熱構(gòu)件，該石墨制反應(yīng)容器(10)是其呈筒狀形成的反應(yīng)容器主體(11)的上部開口(11b)被蓋體(12)封閉，該加熱構(gòu)件由連續(xù)卷繞在該石墨制反應(yīng)容器(10)的外周側(cè)的單一的加熱線圈構(gòu)成，在底部(11a)容納升華用原料(50)，在反應(yīng)容器的內(nèi)表面?zhèn)?12a)安裝晶種(60)。卷繞上述反應(yīng)容器主體(11)的底部(11a)的下部線圈(31)和卷繞蓋體(12)的上部線圈(32)的線圈間距(P1、P3)設(shè)定得小于卷繞反應(yīng)容器主體(11)的高度方向上的中央部的中央部線圈(33)的線圈間距(P2)。
文檔編號(hào)C30B29/36GK102388170SQ201080015739
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者關(guān)亙, 近藤大輔 申請(qǐng)人:株式會(huì)社普利司通