SiC單晶及其制造方法
【專利摘要】提供結(jié)晶性高的大口徑的SiC單晶。一種SiC單晶，其包含：具有c面以及非c面的籽晶；和以所述籽晶的c面以及非c面為基點(diǎn)，在c面方向以及非c面方向生長了的c面生長部以及口徑擴(kuò)大部，在與所述籽晶的c面平行的、包含所述籽晶以及所述口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，在所述平面內(nèi)的周邊部存在不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域，所述連續(xù)區(qū)域的面積相對于所述平面整體的面積占有50%以上的面積。
【專利說明】SiC單晶及其制造方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適合作為半導(dǎo)體元件的SiC單晶及其制造方法，更詳細(xì)而言，涉及位錯(cuò)和缺陷少的高品質(zhì)的SiC單晶以及采用熔液法的高品質(zhì)的SiC單晶的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC單晶，在熱學(xué)、化學(xué)上非常穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異，抗放射線，而且與Si單晶相比具有聞的絕緣破壞電壓、聞的熱導(dǎo)率等的優(yōu)異的物性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)Si單晶、GaAs單晶等的已有的半導(dǎo)體材料所不能夠?qū)崿F(xiàn)的高輸出、高頻率、耐電壓、耐環(huán)境性等，作為能夠大功率控制和省能量的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、車載用高溫器件材料、耐放射線器件材料等這些大范圍的下一代的半導(dǎo)體材料，對其期待在提高。
[0003]以往，作為SiC單晶的生長法，代表性的已知?dú)庀喾ā溥d(Acheson)法以及熔液法。氣相法之中，例如升華法具有下述缺點(diǎn):在生長了的單晶中容易產(chǎn)生被稱為微管缺陷的中空貫通狀的缺陷和層積缺陷等的晶格缺陷以及結(jié)晶多形，但由于晶體的生長速度大，因此以往SiC塊單晶的多數(shù)由升華法制造，也曾進(jìn)行了減少生長晶體的缺陷的嘗試(專利文獻(xiàn)I)。在艾其遜法中，由于作為原料使用硅石和焦炭(cokes)，在電爐中加熱，因此由于原料中的雜質(zhì)等而不能夠得到結(jié)晶性聞的單晶。
[0004]另外，熔液法，是在石墨坩堝中從石墨坩堝向Si熔融液、或Si熔融液中熔化了合金的該熔融液中溶解C，在設(shè)置于低溫部的籽晶基板上使SiC結(jié)晶層析出而生長的方法。熔液法，與氣相法相比，進(jìn)行在接近于熱平衡的狀態(tài)下的結(jié)晶生長，因此能夠期待低缺陷化。因此，最近，曾提出了好幾種采用熔液法的SiC單晶的制造方法(專利文獻(xiàn)2)。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)`
[0007]專利文獻(xiàn)I特開2003-119097號
[0008]專利文獻(xiàn)2特開2008-105896號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]如專利文獻(xiàn)I或?qū)＠墨I(xiàn)2所記載，在升華法或熔液法中，曾進(jìn)行了減少生長晶體的位錯(cuò)和缺陷的嘗試，但依然難以高成品率地制造高品質(zhì)、不含位錯(cuò)的數(shù)mm見方的SiC單晶。在升華法中，難以得到完全不含貫穿位錯(cuò)的單晶，在熔液法中，例如Si等的單晶生長中，存在在口徑擴(kuò)大部分容易減少貫穿位錯(cuò)的傾向，但在SiC的熔液生長的情況下，不是如Si的熔融液生長那樣利用固體一液體反應(yīng)，而是利用Si與C的反應(yīng)使SiC生長的形態(tài)，因此生長晶體的口徑擴(kuò)大并不容易，另外，生長速度慢，因此為了一邊進(jìn)行c面生長一邊進(jìn)行口徑擴(kuò)大，需花費(fèi)巨大的時(shí)間以及成本，在實(shí)用的水平下實(shí)現(xiàn)困難。因此，希望獲得具有更優(yōu)異的結(jié)晶性的大口徑的SiC單晶。
[0010]如上所述，為了穩(wěn)定地得到能夠作為半導(dǎo)體元件使用的高品質(zhì)的SiC單晶，上述方法依然不充分。本發(fā)明是解決上述課題的發(fā)明，其目的是提供:能夠使用熔液法得到大口徑的SiC單晶，而且減少了特別是螺旋位錯(cuò)、刃狀位錯(cuò)、以及微管缺陷這些貫穿位錯(cuò)密度的聞品質(zhì)的SiC單晶、進(jìn)而也減少了層積缺陷以及基底面位錯(cuò)的聞品質(zhì)的SiC單晶以及那樣的SiC單晶的制造方法。
[0011]本發(fā)明人對于在采用熔液法的SiC單晶的制造中，能夠減少生長晶體中會(huì)發(fā)生的螺旋位錯(cuò)、刃狀位錯(cuò)、以及微管缺陷這些貫穿位錯(cuò)密度的SiC單晶、進(jìn)而也減少了層積缺陷以及基底面位錯(cuò)的高品質(zhì)的SiC單晶，進(jìn)行了刻苦研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，能夠得到進(jìn)行C面生長同時(shí)使生長晶體的口徑擴(kuò)大，并大幅度降低了貫穿位錯(cuò)密度的高品質(zhì)的SiC單晶、進(jìn)而也減少了層積缺陷以及基底面位錯(cuò)的聞品質(zhì)的SiC單晶。
[0012]本發(fā)明為一種SiC單晶，其包含:
[0013]具有c面以及非c面的籽晶；和
[0014]以籽晶的c面以及非c面為基點(diǎn)在c面方向以及非c面方向生長了的c面生長部以及口徑擴(kuò)大部，
[0015]在與籽晶的c面平行的、包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，在所述平面內(nèi)的周邊部存在不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域，所述連續(xù)區(qū)域的面積相對于所述平面整體的面積占有50%以上的面積。
[0016]本發(fā)明還涉及一種SiC單晶的制造方法，該制造方法是使SiC籽晶接觸S1-C熔液而使單晶生長的、采用熔液法的SiC單晶的制造方法，所述S1-C熔液具有從內(nèi)部朝向表面溫度降低的溫度梯度，
[0017]籽晶具有與S1-C熔液的表面平行地配置的下表面、被保持于石墨軸的上表面、以及側(cè)面，
[0018]該制造方法包括:
[0019]使籽晶的下表面以及側(cè)面接觸S1-C熔液，以S1-C熔液不接觸石墨軸的方式在籽晶的側(cè)面與S1-C熔液之間形成彎液面；以及
[0020]一邊從籽晶擴(kuò)大口徑一邊使晶體生長。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，能夠得到具有以籽晶為基點(diǎn)口徑擴(kuò)大了的形狀的晶體，能夠得到不含貫穿位錯(cuò)的大口徑的SiC單晶。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是在本發(fā)明中使用的單晶制造裝置的截面模式圖。
[0023]圖2是表示第I實(shí)施方式中的、籽晶與S1-C熔液面的關(guān)系的截面模式圖。
[0024]圖3是一實(shí)施方式中的、以籽晶為基點(diǎn)口徑擴(kuò)大了的生長晶體的截面模式圖。
[0025]圖4是另一實(shí)施方式中的、以籽晶為基點(diǎn)口徑擴(kuò)大了的生長晶體的截面模式圖。
[0026]圖5是表不另一實(shí)施方式中的籽晶與S1-C熔液面的關(guān)系的截面模式圖。
[0027]圖6是從側(cè)面觀察實(shí)施例中所生長的SiC單晶的外觀照片。
[0028]圖7是從側(cè)面觀察實(shí)施例中所生長的SiC單晶的外觀照片。
[0029]圖8A是從下表面?zhèn)扔^察實(shí)施例中所生長的SiC單晶的顯微鏡照片。
[0030]圖8B是從側(cè)面觀察實(shí)施例中所生長的SiC單晶的外觀照片。
[0031]圖9A是實(shí)施例中所生長的SiC單晶的整體的顯微鏡照片。
[0032]圖9B是實(shí)施例中所生長的SiC單晶的籽晶區(qū)域的顯微鏡照片。[0033]圖9C是實(shí)施例中所生長的SiC單晶的周邊部(不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域)的顯微鏡照片。
[0034]圖10是說明一實(shí)施方式中的、觀察貫穿位錯(cuò)的有無等的面的位置的截面模式圖。
[0035]圖11是說明另一實(shí)施方式中的、觀察貫穿位錯(cuò)的有無等的面的位置的截面模式圖。
[0036]圖12是圖10或圖11的區(qū)域36的任意的位置的、包含籽晶和其周邊部的生長晶體的與c面平行的平面的模式圖。
[0037]圖13是表示使用通過一實(shí)施方式得到的在周邊部不含貫穿位錯(cuò)的SiC單晶作為籽晶進(jìn)而生長的SiC單晶的截面模式圖。
[0038]圖14是表示比籽晶的下表面靠下方且口徑擴(kuò)大部的生長晶體的位置的截面模式圖。
[0039]圖15是表示比籽晶的下表面靠下方且口徑擴(kuò)大部的生長晶體的位置的截面模式圖。
[0040]圖16是對于實(shí)施例中所生長的SiC單晶，從c面偏離(傾斜)4°進(jìn)行鏡面研磨，進(jìn)行腐蝕后的面的顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0041]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，以SiC單晶為對象，所述SiC單晶，其包含:
[0042]具有c面以及非 c面的籽晶；和
[0043]以籽晶的c面以及非c面為基點(diǎn)在c面方向以及非c面方向生長了的c面生長部以及口徑擴(kuò)大部，
[0044]在與籽晶的c面大致平行的、包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，在所述平面內(nèi)的周邊部存在不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域，所述連續(xù)區(qū)域的面積相對于所述平面整體的面積占有50%以上的面積。
[0045]圖3以及圖4表示以本發(fā)明的一實(shí)施方式的籽晶為基點(diǎn)，口徑擴(kuò)大了的生長晶體30的截面模式圖。所謂c面生長部，如圖3以及圖4所示，是指以籽晶為基點(diǎn)，在籽晶的下表面(c面)方向生長了的籽晶的正下方區(qū)域48的SiC單晶。所謂口徑擴(kuò)大部，如圖3以及圖4所示，是指以籽晶為基點(diǎn)，在籽晶的側(cè)面方向生長了的單晶46。SiC生長晶體30，是包含c面生長部48以及口徑擴(kuò)大部46的單晶。
[0046]所謂在c面方向生長，是指在與籽晶的c面垂直的方向(c軸方向)生長，使圖3以及圖4的區(qū)域48的晶體生長。所謂在非c面方向生長，是指在籽晶的側(cè)面方向以規(guī)定的角度擴(kuò)大口徑而生長，使圖3以及圖4的口徑擴(kuò)大部46的晶體生長。
[0047]在包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部且與c面平行的平面內(nèi)，不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域的面積，相對于平面整體的面積，至少為50%以上，更優(yōu)選為60%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為70%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為80%以上，最優(yōu)選為90%以上。
[0048]包含c面生長部以及口徑擴(kuò)大部的口徑擴(kuò)大了的生長晶體，從SiC籽晶的c面((0001)面或(000-1)面)以及非C面(a面以及m面)同時(shí)地使SiC外延生長而能夠得到。準(zhǔn)備具有進(jìn)行c面生長的下表面、保持于石墨軸的上表面、以及側(cè)面(非c面(a面以及m面))的SiC籽晶，在坩堝內(nèi)，使籽晶的下表面以及側(cè)面接觸形成了從內(nèi)部朝向表面溫度降低的溫度梯度的S1-C熔液，使SiC單晶生長是有效的。
[0049]通過不僅使S1-C熔液接觸籽晶的下表面，而且使S1-C熔液在籽晶的側(cè)面潤升，SiC單晶變得容易具有以籽晶為基點(diǎn)口徑擴(kuò)大了的生長形狀。即使籽晶中含有貫穿位錯(cuò)，由于貫穿位錯(cuò)能夠在與C面垂直方向(與c軸平行方向)傳播，因此在與c軸垂直方向的口徑擴(kuò)大部，貫穿位錯(cuò)也難以傳播，能夠得到在口徑擴(kuò)大部中不含貫穿位錯(cuò)的SiC單晶。
[0050]使生長晶體的口徑擴(kuò)大的角度(以下也稱為口徑擴(kuò)大角)，優(yōu)選為35°~90°、更優(yōu)選為60°~90°、進(jìn)一步優(yōu)選為78~90°?？趶綌U(kuò)大角越大，則口徑擴(kuò)大部越大地得到，因此能夠高效率地得到不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域的面積。
[0051]所謂口徑擴(kuò)大角，如圖3以及圖4所示，是與籽晶的下表面垂直的方向和生長晶體的上表面之間的角度，是指生長初期的生長晶體的擴(kuò)大角。圖3是使口徑擴(kuò)大角為一定，并且生長晶體從籽晶的側(cè)面直線性地?cái)U(kuò)大而生長了的情況的截面模式圖，圖4表示在生長初期使口徑擴(kuò)大角較大而進(jìn)行擴(kuò)大生長，接著一邊改變口徑擴(kuò)大角一邊生長了的情況的截面模式圖。為了具有有大的口徑的生長晶體，優(yōu)選顯示大的口徑擴(kuò)大角。大致存在下述傾向:彎液面越是躺著(越是相對于S1-C熔液面接近于平行)則口徑擴(kuò)大角越大，彎液面越是立起(越是相對于S1-C熔液面接近于垂直)則口徑擴(kuò)大角越小。通過變更籽晶與S1-C熔液面的位置關(guān)系等，調(diào)節(jié)彎液面的角度，能夠控制口徑擴(kuò)大角。也可以在SiC單晶的生長中，變更籽晶的距S1-C熔液面的高度，調(diào)節(jié)彎液面的角度，變更口徑擴(kuò)大角。
[0052]圖10以及圖11表示觀察貫穿位錯(cuò)的有無，測定其連續(xù)區(qū)域的面積的面的位置。觀察貫穿位錯(cuò)的有無以及連續(xù)區(qū)域，測定其面積的面，是與籽晶的下表面(c面)或生長的SiC單晶的c面大致平行的平面，是包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面。在圖10或圖11的區(qū)域36的任意的位置的包含籽晶以及生長晶體的SiC單晶的與c面平行的面內(nèi)，觀察貫穿位錯(cuò)的有無，能夠測定不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域的面積。
[0053]在一方式中，將包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的SiC單晶，從籽晶的上表面?zhèn)纫耘c籽晶的c面大致平行的方式研磨，在直到到達(dá)籽晶的下表面的任意的位置，能夠出現(xiàn)包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面。在本發(fā)明中，SiC單晶會(huì)具有口徑擴(kuò)大了的形狀，因此從籽晶的上表面越靠近下表面，口徑擴(kuò)大部越大，能夠增大不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域的面積。因此，在區(qū)域36內(nèi)，有在籽晶的下表面附近的平面內(nèi)，相對于平面整體的面積，不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域的面積率變得最大的傾向。因此，只要在區(qū)域36之中的直到到達(dá)籽晶的下表面的任意的位置的與c面平行的平面內(nèi)，測定不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域相對于平面整體的面積的面積率，為50%以上即可，未必需要在籽晶的下表面附近測定。
[0054]圖12示出表示圖10或圖11的區(qū)域36的任意的位置的與c面平行的、包含籽晶以及生長晶體的平面38的模式圖。在該平面內(nèi)，能夠?qū)灤┪诲e(cuò)的區(qū)域40、以及不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域42進(jìn)行觀察，另外，能夠測定連續(xù)區(qū)域42相對于平面整體的面積的面積率。
[0055]在圖12所示的平面內(nèi)，不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域42，會(huì)存在于中央部的含有貫穿位錯(cuò)的區(qū)域40的周邊部。大體上中央部的含有貫穿位錯(cuò)的區(qū)域40是籽晶區(qū)域，不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域42相當(dāng)于口徑擴(kuò)大部。作為籽晶，能夠使用通過升華法等通常作成的SiC單晶，大體上會(huì)含有貫穿位錯(cuò)，但在其周圍的口徑擴(kuò)大部不會(huì)含有貫穿位錯(cuò)。有時(shí)在籽晶與生長晶體的邊界附近發(fā)生缺陷等，但即使是該情況，在籽晶的周圍的口徑擴(kuò)大部的大部分中，也能夠得到不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域。優(yōu)選口徑擴(kuò)大部的整體不含貫穿位錯(cuò)。
[0056]在一實(shí)施方式中，在包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，口徑擴(kuò)大部的面積，相對于包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面整體的面積，至少為50%以上，更優(yōu)選為60%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為70%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為80%以上，最優(yōu)選為90%以上。
[0057]在另一方式中，能夠得到一種SiC單晶，其包含:
[0058]具有c面以及非c面的籽晶；和
[0059]以籽晶的c面以及非c面為基點(diǎn)在c面方向以及非c面方向生長了的c面生長部以及口徑擴(kuò)大部，
[0060]在與SiC單晶的c面大致平行的、包含c面生長部以及口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，在所述平面內(nèi)的周邊部存在不僅不含貫穿位錯(cuò)而且不含基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域，所述連續(xù)區(qū)域的面積相對于所述平面整體的面積占有至少50%以上的面積。連續(xù)區(qū)域的面積率，相對于上述平面整體的面積，更優(yōu)選為60%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為70%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為80%以上，最優(yōu)選為90%以上。
[0061]在上述的、采用升華法等的一般的籽晶得到口徑擴(kuò)大了的SiC單晶的一實(shí)施方式中，如圖14以及15所示，使口徑擴(kuò)大，繼續(xù)SiC單晶的生長，由此能夠得到:在比籽晶的下表面(c面)靠下方(液面?zhèn)?的、比籽晶的c面的正下方靠外側(cè)(口徑擴(kuò)大部)的區(qū)域44，也不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的SiC單晶。來自籽晶的貫穿位錯(cuò)的傳播方向是與c軸平行的方向，基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的傳播方向是與c軸垂直的方向，因此使能夠消除兩方的影響的區(qū)域44生長，對得到高品質(zhì)的SiC單晶是有效的。
[0062]生長晶體的口徑擴(kuò)大角，優(yōu)選為35°~90°，更優(yōu)選為60°~90°，進(jìn)一步優(yōu)選為78~90°，口徑擴(kuò)大角越大，能`夠得到越大的口徑擴(kuò)大部，因此能夠高效率地得到不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域。
[0063]在優(yōu)選的方式中，能夠得到下述SiC單晶，所述SiC單晶是包含以在至少一部分中具有不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域的籽晶為基點(diǎn)而生長了的生長晶體的SiC單晶，在SiC單晶的與C面平行的平面內(nèi)，不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)、以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域存在于上述平面內(nèi)的至少周邊部，上述連續(xù)區(qū)域的面積，相對于上述平面整體的面積，占有50%以上的面積。連續(xù)區(qū)域的面積率，相對于上述平面整體的面積，更優(yōu)選為60%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為70%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為80%以上，最優(yōu)選為90%以上。
[0064]在上述的一實(shí)施方式中，在生長的SiC單晶中的與c面大致平行的、包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面，會(huì)存在不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域42。在優(yōu)選的方式中，切取包含該連續(xù)區(qū)域42的晶片，如圖13所示，將存在連續(xù)區(qū)域42的c面作為下表面，作為籽晶56使用，使SiC單晶進(jìn)一步進(jìn)行c面生長。這樣，在以不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域42為基點(diǎn)進(jìn)行了 c面生長的連續(xù)區(qū)域42的正下方的生長晶體52中不會(huì)含有貫穿位錯(cuò)。而且，由于基底面位錯(cuò)以及層積缺陷雖然能與c面平行地傳播，但不在c軸方向傳播，因此在以連續(xù)區(qū)域42為基點(diǎn)進(jìn)行了 c面生長的生長晶體52中，也不會(huì)含有基底面位錯(cuò)以及層積缺陷。在另一方式中，在生長了的SiC單晶中的與c面大致平行的、包含c面生長部以及口徑擴(kuò)大部的平面，也會(huì)存在不僅不含貫穿位錯(cuò)而且不含基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域，因此也能夠使用該SiC單晶作為籽晶。
[0065]本發(fā)明還以SiC單晶的制造方法為對象，該制造方法是使SiC籽晶接觸S1-C熔液而使單晶生長的、采用熔液法的SiC單晶的制造方法，所述S1-C熔液具有從內(nèi)部朝向表面溫度降低的溫度梯度，
[0066]籽晶具有與S1-C熔液的表面平行地配置的下表面、被保持于石墨軸的上表面、以及側(cè)面，
[0067]該制造方法包括:
[0068]使籽晶的下表面以及側(cè)面接觸S1-C熔液，以S1-C熔液不接觸石墨軸的方式在籽晶的側(cè)面與S1-C熔液之間形成彎液面；以及
[0069]一邊從籽晶擴(kuò)大口徑一邊使晶體生長。
[0070]在本方法中，由于從成為籽晶的下表面的c面((0001)面或(000-1)面)以及籽晶的側(cè)面(非c面(a面以及m面))同時(shí)地進(jìn)行外延生長，因此如圖2所示，不僅使S1-C熔液接觸籽晶的下表面，而且在籽晶的側(cè)面也使S1-C熔液潤升，在籽晶的側(cè)面與S1-C熔液之間形成彎液面，使SiC單晶生長。該時(shí)，需要S1-C熔液不接觸石墨軸。
[0071]通過這樣進(jìn)行，可知能夠使SiC單晶從籽晶的下表面以及側(cè)面同時(shí)地外延生長，能夠以籽晶為基點(diǎn)，高效率地一邊擴(kuò)大口徑一邊進(jìn)行結(jié)晶生長，得到貫穿位錯(cuò)非常少的高品質(zhì)的SiC單晶。另一方面可知，若S1-C溶液接觸石墨軸，則發(fā)生多晶，因此在桿晶的側(cè)面使S1-C熔液潤升，形成彎液面，并且S1-C熔液不接觸石墨軸很重要。在本申請中，所謂彎液面，是指由于表面張力，在籽晶的側(cè)面潤升了的S1-C熔液的表面上所形成的凹狀的曲面，所謂「形成彎液面」，表示在籽晶的側(cè)面S1-C熔液潤升了的狀態(tài)。
[0072]在本發(fā)明的SiC單 晶的制造方法中可使用熔液法。所謂用于制造SiC單晶的熔液法，是在坩堝內(nèi)，使籽晶接觸具有從內(nèi)部朝向表面溫度降低的溫度梯度的S1-C熔液的表面，使籽晶附近的S1-C熔液成為過飽和，從而在籽晶上使SiC單晶生長的方法。
[0073]在本方法的第I實(shí)施方式中，能夠使用在SiC單晶的制造中通常所用的品質(zhì)的SiC單晶作為籽晶。例如能夠使用采用升華法通常作成的SiC單晶作為籽晶。在這樣的采用升華法通常作成的SiC單晶中，大體上含有較多的貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷。
[0074]第I實(shí)施方式中所使用的籽晶，使用下述籽晶，所述籽晶以與S1-C熔液面平行地接觸的籽晶的下表面為c面，并具有與下表面之間的角度為90°的側(cè)面或大于90°的側(cè)面、以及被保持于石墨軸的上表面。籽晶的下表面，是從c面的偏離(傾斜)角度為O~±10°、優(yōu)選為O~±5°、進(jìn)一步優(yōu)選為O~±2°、更進(jìn)一步優(yōu)選為O~±1°的面,最優(yōu)選是與c面平行的面。從籽晶能夠向生長晶體中傳播的貫穿位錯(cuò)，會(huì)在與c面垂直的方向(與c軸平行的方向)形成，因此籽晶的下表面越平行于c面，則能夠在口徑擴(kuò)大部越難以產(chǎn)生貫穿位錯(cuò)。本發(fā)明中所用的籽晶的側(cè)面為非c面，包含a面以及m面，但在本說明書中，也稱為側(cè)面或a面，表示相同的意思。
[0075]在第I實(shí)施方式中，能夠得到在生長晶體中不含貫穿位錯(cuò)的大的面積的SiC單晶。能夠具有以籽晶為基點(diǎn)，不僅進(jìn)行c面生長，而且在非c面方向也口徑擴(kuò)大了的生長晶體，能夠具有相對于C軸，以大的角度在側(cè)面方向生長了的口徑擴(kuò)大部。
[0076]在第I實(shí)施方式中，能夠得到在相對于籽晶的c面大致平行的、包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，口徑擴(kuò)大部相對于上述平面整體的面積占有50%以上的面積，在口徑擴(kuò)大部不含貫穿位錯(cuò)的SiC單晶。
[0077]所謂包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面，如圖10以及圖11所示，是將包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的SiC單晶，從籽晶的上表面?zhèn)纫耘c籽晶的C面大致平行的方式研磨下去時(shí)的、直到到達(dá)籽晶的下表面的區(qū)域36的任意的位置的、包含口徑擴(kuò)大部的平面。由于生長了的SiC單晶具有口徑擴(kuò)大了的形狀，因此在從籽晶的上表面研磨了的情況下，越是靠近籽晶的下表面，能夠使口徑擴(kuò)大部的面積越大。因此，存在在籽晶的下表面附近的平面內(nèi)，口徑擴(kuò)大部的面積率變得最大的傾向。因此，只要在直到到達(dá)籽晶的下表面的區(qū)域36的任意的位置的平面內(nèi)測定口徑擴(kuò)大部的面積率，為50%以上即可，未必需要在下表面附近測定。有時(shí)在籽晶與口徑擴(kuò)大部的邊界附近發(fā)生缺陷，但大體上在口徑擴(kuò)大部不含貫穿位錯(cuò)，因此口徑擴(kuò)大部的面積越大，能夠使不含貫穿位錯(cuò)的區(qū)域的面積越大。
[0078]在包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，口徑擴(kuò)大部分的面積越大越好，為包含籽晶以及口徑擴(kuò)大部分的SiC單晶的表面整體的面積的至少50%以上，更優(yōu)選為60%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為70%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為80%以上，最優(yōu)選為90%以上。
[0079]在第I實(shí)施方式中，進(jìn)而使單晶的生長繼續(xù)，也能夠得到在生長晶體中不僅不含貫穿位錯(cuò)，而且也不含基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的SiC單晶。
[0080]如圖14以及15所示，通過使口徑擴(kuò)大而繼續(xù)SiC單晶的生長，能夠得到比籽晶的下表面(c面)靠下方(液面?zhèn)?、比籽晶的c面的正下方靠外側(cè)(口徑擴(kuò)大部)的區(qū)域44。來自籽晶的貫穿位錯(cuò)的傳播方向，是與c軸平行的方向，基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的傳播方向，是與c軸垂直的方向，因此在區(qū)域44中，能夠消除兩方的傳播的影響，能夠得到不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的SiC單晶。
[0081 ] 該情況下，在SiC單晶的與c面平行的、包含口徑擴(kuò)大部的區(qū)域44的平面內(nèi)，不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域存在于上述平面內(nèi)的周邊部，上述連續(xù)區(qū)域的面積，相對于上述平面整體的面積占有50%以上、優(yōu)選占有60%以上、進(jìn)一步優(yōu)選占有70%以上、更進(jìn)一步優(yōu)選占有80%以上、最優(yōu)選占有90%以上的面積。
[0082]貫穿位錯(cuò)的有無的評價(jià)，通過與c面平行地鏡面研磨生長晶體，使得使能夠檢測位錯(cuò)的(0001)面露出，利用熔融氫氧化鉀等進(jìn)行腐蝕，來強(qiáng)調(diào)位錯(cuò)，顯微鏡觀察SiC單晶的表面而能夠進(jìn)行。
[0083]在不僅貫穿位錯(cuò)，對基底面位錯(cuò)以及層積缺陷也進(jìn)行評價(jià)的情況下，通過研磨顯現(xiàn)相對于c面傾斜了規(guī)定角度的面，利用熔融氫氧化鉀等進(jìn)行腐蝕，來強(qiáng)調(diào)位錯(cuò)以及缺陷，并進(jìn)行顯微鏡觀察，從而能夠進(jìn)行。
[0084]口徑擴(kuò)大角，優(yōu)選為35°~90°、更優(yōu)選為60°~90°、進(jìn)一步優(yōu)選為78~90°?？趶綌U(kuò)大角越大，口徑擴(kuò)大部分越大地得到，因此能夠高效率地得到不含貫穿位錯(cuò)的高品質(zhì)的SiC單晶。所謂口徑擴(kuò)大角，如圖3以及圖4所示，是指與籽晶的下表面垂直的方向和生長晶體的上表面之間的角度。圖3，是生長晶體從籽晶的側(cè)面直線性地?cái)U(kuò)大而生長了的情況的截面模式圖，圖4表示生長晶體一邊從籽晶的側(cè)面改變角度一邊擴(kuò)大而生長了的情況的截面模式圖。
[0085]S1-C熔液相對于籽晶的側(cè)面的潤升的程度，會(huì)依賴于籽晶的厚度、籽晶的形狀、籽晶向S1-C熔液的浸潰深度等。
[0086]第I實(shí)施方式中能夠使用的籽晶的形狀，可為籽晶的下表面和側(cè)面之間的角度(以下稱為下表面/側(cè)面角度)為90°的圓盤狀、圓柱狀、或者棱柱狀等，或者可為籽晶的下表面/側(cè)面角度大于90°的圓錐臺狀或棱錐臺狀等。本申請中，所謂下表面/側(cè)面角度，如圖5所示，是指籽晶的下表面和側(cè)面之間的角度34。
[0087]在下表面/側(cè)面角度為90°的圓盤狀、圓柱狀、或棱柱狀的籽晶的情況下，籽晶試樣的準(zhǔn)備比較容易，通過在籽晶的側(cè)面使S1-C熔液潤升，形成彎液面，能夠得到c面+a面生長所致的使口徑擴(kuò)大了的生長晶體。大于90°的圓錐臺狀或棱錐臺狀的籽晶，通過對圓盤狀、圓柱狀或棱柱狀的籽晶進(jìn)行切斷、研磨等而能夠準(zhǔn)備。下表面/側(cè)面角度優(yōu)選為90°以上、155°以下。大體上，籽晶的下表面/側(cè)面角度越大，越容易使生長晶體的口徑擴(kuò)大角更大，但如果籽晶的下表面/側(cè)面角度過大，則有時(shí)變得難以得到a面生長。
[0088]第I實(shí)施方式中所用的籽晶的厚度，為了在籽晶的側(cè)面使S1-C熔液潤升，有效地進(jìn)行a面生長，優(yōu)選為0.5mm以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1mm以上。籽晶的厚度的上限沒有特別的限定，但實(shí)用上優(yōu)選使用15mm以下的厚度的籽晶。例如能夠使用I~5mm厚的籽晶。
[0089]籽晶向單晶制造裝置的設(shè)置，如上述那樣，通過使籽晶的上表面保持于石墨軸而能夠進(jìn)行。
[0090]籽晶的向S1-C熔液的接觸，通過使保持了籽晶的石墨軸朝向S1-C熔液面下降，使籽晶的下表面相對于S1-C熔液面平行地接觸S1-C熔液而進(jìn)行。相對于S1-C熔液面，將籽晶配置于規(guī)定的位置，不僅籽晶的下表面，在籽晶的側(cè)面也使S1-C熔液潤升。
[0091]籽晶的保持位置，只要設(shè)為一面S1-C熔液接觸籽晶的下表面，一面在籽晶的側(cè)面S1-C熔液潤升，并且S1-C熔液不接觸石墨軸的位置即可。籽晶的保持位置，籽晶的下表面的位置可以與S1-C熔液面一致、或相對于S1-C熔液面處于下側(cè)、或相對于S1-C熔液面處于上側(cè)。在將籽晶的下表面相對于S1-C熔液面保持于上方的位置的情況下，優(yōu)選:暫時(shí)使籽晶接觸S1-C熔液，一面S1-C熔液接觸籽晶的下表面，一面在籽晶的側(cè)面S1-C熔液潤升后，進(jìn)行提拉。在本發(fā)明中，為了在籽晶的側(cè)面使S1-C熔液潤升，優(yōu)選籽晶的下表面的位置與S1-C熔液面一致、或處于比S`1-C熔液面靠下的下側(cè)。在這些方法中，也可以在單晶的生長中調(diào)節(jié)籽晶的位置。
[0092]石墨軸，是在其端面保持籽晶基板的石墨的軸，能夠設(shè)為圓柱狀、棱柱狀等的任意的形狀，能夠使用與籽晶的上表面的形狀相同的端面形狀的石墨軸。為了防止S1-C熔液向石墨軸的接觸，可以使用保持籽晶的部分的石墨軸的最大徑比籽晶的上表面的最小徑小的石墨軸。通過使石墨軸的保持籽晶的端面的最大徑比籽晶的上表面的最小徑小，即使S1-C熔液在籽晶的側(cè)面潤升，由于表面張力，在籽晶的側(cè)面的最上部，S1-C熔液的潤升也容易停止，因此進(jìn)行控制使得S1-C熔液不接觸石墨軸變得容易。
[0093]在籽晶的側(cè)面與上表面之間的角度為90°以下的情況下，即使S1-C熔液潤升到籽晶的側(cè)面的最上部，在最上部潤升也更容易停止，容易進(jìn)一步防止S1-C熔液接觸石墨軸。
[0094]本發(fā)明中的第2實(shí)施方式中，能夠?qū)⒉捎蒙鲜龅牡贗實(shí)施方式的SiC單晶的制造方法生長的SiC單晶作為籽晶使用，進(jìn)一步使SiC單晶生長。該情況下，如圖10或圖11所示，切取包含按照上述的第I實(shí)施方式生長的SiC單晶的口徑擴(kuò)大部分的、在比籽晶的下表面靠上的上方生長的口徑擴(kuò)大部50、并具有與C面平行的面的單晶晶片，能夠作為籽晶使用。
[0095]換言之，將在區(qū)域36的任意的位置以與c面平行的面包含籽晶14以及口徑擴(kuò)大部分50地切取的SiC晶片的c面，作為下道工序中的籽晶的下表面利用，使SiC單晶進(jìn)一步生長。在切取的C面，會(huì)存在不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域42。
[0096]如圖13所示，將在周邊部存在連續(xù)區(qū)域42的c面作為下表面，作為籽晶56使用，使SiC單晶進(jìn)一步進(jìn)行c面生長。在以連續(xù)區(qū)域42為基點(diǎn)進(jìn)行了 c面生長的連續(xù)區(qū)域42的正下方的生長晶體52中，不會(huì)含有貫穿位錯(cuò)。而且，基底面位錯(cuò)以及層積缺陷雖會(huì)與籽晶56的c面平行地傳播，但在c軸方向不傳播，因此在以連續(xù)區(qū)域42為基點(diǎn)進(jìn)行了 c面生長的生長晶體52中，也不會(huì)含有基底面位錯(cuò)以及層積缺陷。
[0097]在SiC晶片的c面內(nèi)，如圖12所示，會(huì)存在不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域42。如圖13所示，以在周邊部存在連續(xù)區(qū)域42的c面為下表面，作為籽晶56使用，能夠使SiC單晶進(jìn)一步進(jìn)行c面生長。在以連續(xù)區(qū)域42為基點(diǎn)進(jìn)行了 c面生長的連續(xù)區(qū)域42的正下方的生長晶體52中，不會(huì)含有貫穿位錯(cuò)。而且，基點(diǎn)面位錯(cuò)以及層積缺陷，會(huì)在與籽晶56的c面平行的方向傳播，但在c軸方向不傳播，因此在以連續(xù)區(qū)域42為基點(diǎn)進(jìn)行了 c面生長的生長晶體52中，也不會(huì)含有基底面位錯(cuò)以及層積缺陷。
[0098]第2實(shí)施方式中所得到的單晶，能夠具有不僅不含貫穿位錯(cuò)，而且也不含基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的區(qū)域。不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的區(qū)域，存在于與籽晶的下表面(c面)大致平行的平面內(nèi)的周邊部，上述連續(xù)區(qū)域的面積，相對于上述平面整體的面積，至少為50%以上，更優(yōu)選為60%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為70%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為80%以上，最優(yōu)選為90%以上。
[0099]能夠?qū)⒉捎玫?實(shí)施方式生長的SiC單晶進(jìn)一步作為籽晶使用，使SiC單晶生長，能夠?qū)⒃摬襟E反復(fù)進(jìn)行。
[0100]作為第2實(shí)施方式中所用的籽晶，也能夠只切取第I實(shí)施方式中生長的SiC單晶之中的、不含貫穿位錯(cuò)的口徑擴(kuò)大部50而使用。該情況下，在第2實(shí)施方式中生長的單晶中，不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域的面積率實(shí)質(zhì)上能成為100%
[0101]本發(fā)明中的第3實(shí)施方式中，如圖14或圖15所示，切取包含采用上述的第I實(shí)施方式中的方法生長的SiC單晶的口徑擴(kuò)大部分的、在比籽晶的下表面靠下的下方生長的部分44、并具有與C面平行的面的單晶晶片，能夠作為籽晶使用。
[0102]能夠?qū)⑶腥〉膯尉У腸面作為下道工序中的籽晶的下表面利用，使SiC單晶進(jìn)一步生長。在比籽晶的下表面靠下的下方生長的部分44的單晶中，基本不含從籽晶的c面以及a面?zhèn)鞑サ呢灤┪诲e(cuò)和基底面位錯(cuò)以及層積缺陷，因此在切取的c面，會(huì)存在與圖12所示的連續(xù)區(qū)域42同樣地不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域。
[0103]與圖13所示的方式同樣地，能夠?qū)⒃谥苓叢看嬖诓缓诲e(cuò)以及缺陷的連續(xù)區(qū)域的c面作為下表面，作為籽晶使用，使SiC單晶進(jìn)一步進(jìn)行c面生長。在以上述連續(xù)區(qū)域?yàn)榛c(diǎn)進(jìn)行了 c面生長的連續(xù)區(qū)域的正下方的生長晶體中不會(huì)含有貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷。這樣，能夠得到不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的高品質(zhì)的SiC單晶。
[0104]基底面位錯(cuò)以及層積缺陷，能在與c面平行的方向(與c軸垂直的方向)發(fā)生，但即使在c軸方向，也有時(shí)在籽晶與生長晶體的邊界附近發(fā)生缺陷等，因此優(yōu)選切取包含在比籽晶的下表面靠下的下方生長的口徑擴(kuò)大部分的、距籽晶的下表面優(yōu)選IOym以上、更優(yōu)選50 μ m以上的、下方的部分的單晶，能夠作為籽晶使用。
[0105]在第3實(shí)施方式中生長的晶體中，不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的區(qū)域，存在于與籽晶的下表面(C面)大致平行的平面內(nèi)的周邊部，上述連續(xù)區(qū)域的面積，相對于上述平面整體的面積，為至少50%以上，更優(yōu)選為60%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為70%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為80%以上，最優(yōu)選為90%以上。
[0106]能夠?qū)⒉捎玫?實(shí)施方式生長的SiC單晶進(jìn)一步作為籽晶使用，使SiC單晶生長，能夠?qū)⒃摬襟E反復(fù)進(jìn)行。[0107]作為第3實(shí)施方式中所用的籽晶，也能夠只切取第I實(shí)施方式中生長的SiC單晶之中的、不含貫穿位錯(cuò)的口徑擴(kuò)大部50來使用。該情況下，第3實(shí)施方式中生長的單晶中，不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域的面積率，實(shí)質(zhì)上能成為100%。
[0108]本發(fā)明中，所謂S1-C熔液，是指以Si或Si/X (X為Si以外的I種以上的金屬)的熔融液為溶劑的溶解有C的熔液。X是一種以上的金屬，只要能夠形成與SiC (固相)在熱力學(xué)上達(dá)到平衡狀態(tài)的液相(熔液)就沒有特別的限制。作為適當(dāng)?shù)慕饘賆的例子，可舉出T1、Mn、Cr、N1、Ce、Co、V、Fe等。例如，能夠在i甘禍內(nèi)添加到Si中，并投入Cr、Ni等,形成S1-Cr熔液、S1-Cr-Ni熔液等。
[0109]S1-C熔液，其表面溫度優(yōu)選向S1-C熔液的C溶解量的變動(dòng)少的1800~2200°C。
[0110]S1-C熔液的溫度測定，能夠使用熱電偶、輻射溫度計(jì)等進(jìn)行。關(guān)于熱電偶，從高溫測定以及防止雜質(zhì)混入的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選:在石墨保護(hù)管中裝有被覆了氧化鋯和/或氧化鎂玻璃的鶴-錸素線(芯線:element wire)的熱電偶。
[0111]圖1表示適合于實(shí)施本發(fā)明的方法的SiC單晶制造裝置的一例。圖示的SiC單晶制造裝置100，具備:收容了在Si或Si/X的熔融液中溶解C而成的S1-C熔液24的坩堝10，從S1-C熔液的內(nèi)部朝向熔液的表面形成溫度降低的溫度梯度，使被保持于能夠升降的石墨軸12的頂端的籽晶基板14接觸S1-C熔液24，能夠一邊在籽晶基板14的側(cè)面使S1-C熔液24潤升，形成彎液面，一邊使SiC單晶生長。優(yōu)選使坩堝10以及石墨軸12旋轉(zhuǎn)。
[0112]S1-C熔液24，可通過使將原料投入到坩堝中使其加熱熔化而調(diào)制的Si或Si/X的熔融液中溶解C來調(diào)制。通過將坩堝10設(shè)為石墨坩堝等的碳質(zhì)坩堝或SiC坩堝，通過坩堝10的熔化，C溶解于熔融液中，可形成S1-C熔液。若這樣的話，在S1-C熔液24中不存在未溶解的C，能夠防止SiC單晶向未溶解的C的析出所致的SiC的浪費(fèi)。C的供給，例如，可以利用烴氣體的吹入、或?qū)⒐腆w的C供給源與熔融液原料一起投入這一方法，或可以將這些方法和坩堝的熔化組合。
[0113]為了保溫，坩堝10的外周由隔熱材18覆蓋。它們總括地被收容于石英管26內(nèi)。在石英管26的外周，配置有加熱用的高頻線圈22。高頻線圈22，可以由上段線圈22A以及下段線圈22B構(gòu)成，上段線圈22A以及下段線圈22B能夠分別獨(dú)立地控制。
[0114]由于坩堝10、隔熱材18、石英管26以及高頻線圈22成為高溫，因此被配置于水冷室的內(nèi)部。水冷室，為了能夠調(diào)整裝置內(nèi)的氣氛，具備氣體導(dǎo)入口和氣體排氣口。
[0115]S1-C熔液的溫度，通常由于輻射等，而成為相比于S1-C熔液的內(nèi)部，表面的溫度低的溫度分布，但進(jìn)而通過調(diào)整高頻線圈22的匝數(shù)以及間隔、高頻線圈22和坩堝10的高度方向的位置關(guān)系、以及高頻線圈的輸出，能夠在S1-C熔液24中形成與S1-C熔液24的表面垂直的方向的規(guī)定的溫度梯度，使得籽晶基板14所浸潰的熔液上部變?yōu)榈蜏?、熔液下部變?yōu)楦邷亍＠?，使上段線圈22A的輸出比下段線圈22B的輸出小，能夠在S1-C熔液24中形成熔液上部變?yōu)榈蜏?、熔液下部變?yōu)楦邷氐囊?guī)定的溫度梯度。溫度梯度，在距熔液表面2~3mm左右的范圍優(yōu)選為50°C /cm以下，更優(yōu)選為40°C /cm以下。
[0116]溶解于S1-C熔液24中的C，通過擴(kuò)散以及對流而被分散。籽晶基板14的下表面附近，通過線圈22的上段/下段的輸出控制、來自S1-C熔液的表面的放熱、以及經(jīng)由石墨軸12的脫熱，形成了成為比S1-C熔液24的下部低的溫度的溫度梯度。溶入高溫、溶解度大的熔液下部的C，一到達(dá)低溫、溶解度低的籽晶基板下表面附近，就變?yōu)檫^飽和狀態(tài)，以該過飽和度為驅(qū)動(dòng)力，在桿晶基板上SiC單晶生長。
[0117]在好幾個(gè)方式中，也可以在SiC單晶的生長前，進(jìn)行使SiC籽晶基板的表面層熔化于S1-C熔液中而除去的回熔(meltback)。在使SiC單晶生長的籽晶基板的表層，有時(shí)存在位錯(cuò)等的加工改性層和自然氧化膜等，在使SiC單晶生長之前，將它們?nèi)刍ιL高品質(zhì)的SiC單晶是有效的。熔化的厚度，根據(jù)SiC籽晶基板的表面的加工狀態(tài)而變化，但為了充分除去加工改性層、自然氧化膜，優(yōu)選大致為5~50μπι。
[0118]回熔可通過在S1-C熔液中形成從S1-C熔液的內(nèi)部朝向熔液的表面溫度增加的溫度梯度、即與SiC單晶生長相反的方向的溫度梯度來進(jìn)行。通過控制高頻線圈的輸出，能夠形成上述反方向的溫度梯度。
[0119]回熔通過在S1-C熔液中不形成溫度梯度，單單在被加熱至比液相線溫度高的溫度的S1-C熔液中浸潰籽晶基板也能夠進(jìn)行。該情況下，S1-C熔液溫度越高，熔化速度越提高，但熔化量的控制變難，若溫度低，則有時(shí)熔化速度變慢。
[0120]在好幾個(gè)方式中，也可以預(yù)先加熱籽晶基板后，使籽晶基板接觸S1-C熔液。若使低溫的籽晶基板接觸高溫的S1-C熔液，則有時(shí)在籽晶中發(fā)生熱沖擊(Heat Shock)位錯(cuò)。在使桿晶基板接觸S1-C溶液之如加熱桿晶基板，對防止熱沖擊位錯(cuò)、使聞品質(zhì)的SiC單晶生長是有效的。籽晶基板的加熱，能夠?qū)κS進(jìn)行加熱來進(jìn)行?；蛘撸部梢源嬖摲椒?，使籽晶接觸較低溫的S1 -C熔液后，將S1-C熔液加熱到使晶體生長的溫度。該情況下也對防止熱沖擊位錯(cuò)、使聞品質(zhì)的SiC單晶生長有效。
[0121]實(shí)施例
[0122](實(shí)施例1)
[0123]準(zhǔn)備SiC單晶，該單晶是厚度1mm、直徑12mm、以及下表面/側(cè)面角度90°的圓盤狀4H-SiC單晶，下表面相對于c面具有0°的偏離角度，將其作為籽晶基板使用。將籽晶基板的上表面使用石墨的粘接劑粘接于長度20cm以及直徑9mm的圓柱形狀的石墨軸的端面的大致中央部，使得石墨軸的端面不從籽晶的上表面露出而在籽晶的上表面內(nèi)。
[0124]使用圖1所示的單晶制造裝置，在收容S1-C熔液的內(nèi)徑40mm、高度185mm的石墨坩堝中，按原子組成百分率計(jì)以50:40:4:6的比例裝入Si/Cr/Ni/Ce作為熔融液原料。將單晶制造裝置的內(nèi)部的空氣用氬氣置換。對高頻線圈通電，通過加熱將石墨坩堝內(nèi)的原料熔化，形成了 Si/Cr/Ni/Ce合金的熔融液。然后，使充分量的C從石墨坩堝溶解于Si/Cr/Ni/Ce合金的熔融液中，形成了 S1-C熔液。
[0125]調(diào)節(jié)上段線圈以及下段線圈的輸出，加熱石墨坩堝，使S1-C熔液的表面的溫度升溫到1820°C，一邊保持粘接于石墨軸的籽晶的下表面，使得其與S1-C熔液面平行，一邊使籽晶接觸S1-C熔液，將籽晶下表面的位置配置在與S1-C熔液的液面一致的位置，使S1-C熔液在籽晶的側(cè)面潤升。
[0126]進(jìn)而，使S1-C熔液的表面的溫度升溫到1920°C，以及控制使得在距熔液表面2mm的范圍從熔液內(nèi)部朝向熔液表面溫度降低的溫度梯度變?yōu)閘°c /mm。溫度的測定，使用在石墨保護(hù)管中裝有能夠升降的鎢-錸素線的熱電偶進(jìn)行。
[0127]一邊保持粘接于石墨軸的籽晶的下表面，使得其與S1-C熔液面平行，一邊使籽晶接觸S1-C熔液，將籽晶下表面的位置配置在與S1-C熔液的液面一致的位置，使S1-C熔液在籽晶的側(cè)面潤升。一邊形成彎液面，一邊使晶體生長10小時(shí)。S1-C熔液，潤升到籽晶的側(cè)面的上端，但S1-C熔液沒有接觸石墨軸。
[0128]結(jié)晶生長終了后，使石墨軸上升，將包含籽晶以及以籽晶為基點(diǎn)而生長了的晶體的SiC單晶從S1-C熔液以及石墨軸切離，并回收。得到了向與籽晶的下表面垂直的方向的晶體的生長量為0.8_、口徑擴(kuò)大生長到直徑18_的六棱柱狀的SiC單晶。本申請中，所謂生長晶體的直徑，是指生長晶體的液面?zhèn)鹊谋砻娴膬?nèi)接圓的直徑。本例中作成的生長晶體的口徑擴(kuò)大角為78°。圖6表示從側(cè)面觀察生長了的晶體的照片。
[0129](實(shí)施例2)
[0130]作為籽晶基板,使用厚度5mm以及6mmX7mm的長方體狀SiC單晶，并且,作為石墨軸，使用長度20cm以及直徑12mm的圓柱形狀的石墨軸，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行結(jié)晶生長。在結(jié)晶生長中，S1-C熔液沿籽晶的側(cè)面潤升到距籽晶的下表面2_的高度，但沒有到達(dá)至石墨軸。
[0131]得到了向與籽晶的下表面垂直的方向的結(jié)晶生長量為0.8mm、口徑擴(kuò)大生長到直徑13mm的SiC單晶。生長晶體的口徑擴(kuò)大角為60°。圖7表示由從籽晶生長的晶體的側(cè)面觀察的照片。
[0132](實(shí)施例3)
[0133]用含金剛石粒的研磨液研磨厚度為2mm以及直徑16mm的圓盤狀SiC單晶，準(zhǔn)備厚度為2mm、下表面(液面?zhèn)?的直徑為7.7mm、上表面(石墨軸粘接側(cè))的直徑為16mm、以及下表面/側(cè)面角度155°的圓錐臺狀晶體，作為籽晶基板使用，并且，作為石墨軸，使用長度20cm以及直徑12mm的圓柱形狀的石墨軸，使晶體生長24小時(shí)，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行了結(jié)晶生長。在結(jié)晶生長中，S1-C熔液沿籽晶的側(cè)面潤升到距籽晶的下表面2_的高度，但S1-C熔液沒有接觸石墨軸。
[0134]得到了向與籽晶的下表面垂直的方向的結(jié)晶生長量為1.4_、口徑擴(kuò)大生長到直徑24mm的SiC單晶。生長晶體的口徑擴(kuò)大角為35°。圖8A表示從下側(cè)(液面?zhèn)?觀察到的SiC單晶、以及從圖8B側(cè)面?zhèn)扔^察到的SiC單晶的照片。
[0135](實(shí)施例4)
[0136]用含金剛石粒的研磨液研磨厚度為1mm以及直徑12mm的圓盤狀SiC單晶，準(zhǔn)備厚度為1_、下表面(液面?zhèn)?的直徑為11.3_、上表面(石墨軸粘接側(cè))的直徑為12_、以及下表面/側(cè)面角度為110°的圓錐臺狀晶體，作為籽晶基板使用，并且，作為石墨軸，使用長度20cm以及直徑12_的圓柱形狀的石墨軸，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行了結(jié)晶生長。S1-C熔液沿籽晶的側(cè)面潤升到距籽晶的下表面1_的高度，但S1-C熔液沒有接觸石墨軸。
[0137]得到了向與籽晶的下表面垂直的方向的生長量為1.6mm、口徑擴(kuò)大到直徑18mm的SiC單晶。生長晶體的口徑擴(kuò)大角為90°。
[0138](實(shí)施例5)
[0139]用含金剛石粒的研磨液研磨厚度為1mm以及直徑12mm的圓盤狀SiC單晶，準(zhǔn)備厚度為1mm、下表面(液面?zhèn)?的直徑為10mm、上表面(石墨軸粘接側(cè))的直徑為12mm、以及下表面/側(cè)面角度為134°的圓錐臺狀晶體，作為籽晶基板使用，并且，作為石墨軸，使用長度20cm以及直徑12mm的圓柱形狀的石墨軸，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行了結(jié)晶生長。S1-C熔液，潤升到距籽晶的下表面1_的高度，但S1-C熔液沒有接觸石墨軸。
[0140]得到了向與籽晶的下表面垂直的方向的生長量為1.5mm、口徑擴(kuò)大到直徑20mm的SiC單晶。生長晶體的口徑擴(kuò)大角為90°。
[0141](比較例I)
[0142]使安裝了籽晶的石墨軸下降，只使籽晶的下表面接觸S1-C熔液，立即提拉石墨軸，配置于距S1-C熔液的液面1.5mm的上方位置，進(jìn)行保持使得只籽晶的下表面被S1-C熔液浸潤，籽晶的側(cè)面沒有被S1-C熔液浸潤，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行了結(jié)晶生長。
[0143]向與籽晶的下表面垂直的方向的生長量為1.0_，但生長了的SiC單晶的晶徑為12mm,生長晶體基本沒有口徑擴(kuò)大。
[0144](比較例2)
[0145]作為石墨軸，使用長度20cm以及直徑12mm的圓柱形狀的石墨軸，除此以外，與實(shí)施例I同樣地進(jìn)行了結(jié)晶生長。
[0146]SiC熔液沿籽晶的側(cè)面潤升，到達(dá)至石墨軸。其結(jié)果，生成多晶，得不到SiC單晶。
[0147]表1表示各例中 的實(shí)施條件以及得到的生長晶體的數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種SiC單晶，其包含: 具有C面以及非c面的桿晶；和 以所述籽晶的C面以及非C面為基點(diǎn)在C面方向以及非C面方向生長了的C面生長部以及口徑擴(kuò)大部， 在與所述籽晶的C面平行的、包含所述籽晶以及所述口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，在所述平面內(nèi)的周邊部存在不含貫穿位錯(cuò)的連續(xù)區(qū)域，所述連續(xù)區(qū)域的面積相對于所述平面整體的面積占有50%以上的面積。
2.—種SiC單晶，其包含: 具有C面以及非C面的桿晶；和 以所述籽晶的C面以及非C面為基點(diǎn)在C面方向以及非C面方向生長了的C面生長部以及口徑擴(kuò)大部， 在與所述SiC單晶的c面平行的、包含所述c面生長部以及口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，在所述平面內(nèi)的周邊部存在不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)、以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域，所述連續(xù)區(qū)域的面積相對于所述平面整體的面積占有50%以上的面積。
3.根據(jù)權(quán)利 要求1或2所述的SiC單晶，所述口徑擴(kuò)大的角度為35°~90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的SiC單晶，在與所述籽晶的c面平行的、包含所述籽晶以及所述口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，所述口徑擴(kuò)大部相對于所述平面整體的面積占有50%以上的面積，在所述口徑擴(kuò)大部不含貫穿位錯(cuò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的SiC單晶，在與所述SiC單晶的c面平行的、包含所述c面生長部以及口徑擴(kuò)大部的平面內(nèi)，所述口徑擴(kuò)大部相對于所述平面整體的面積占有50%以上的面積，在所述口徑擴(kuò)大部不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷。
6.一種SiC單晶，其包含以權(quán)利要求1或2所述的SiC單晶的c面為基點(diǎn)生長了的c面生長部， 在與所述SiC單晶的C面平行的、包含所述C面生長部的平面內(nèi)，在所述平面內(nèi)的至少周邊部存在不含貫穿位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)以及層積缺陷的連續(xù)區(qū)域，所述連續(xù)區(qū)域的面積相對于所述平面整體的面積占有50%以上的面積。
7.—種SiC單晶的制造方法，是使SiC籽晶接觸S1-C熔液而使單晶生長的、采用熔液法的SiC單晶的制造方法，所述S1-C熔液具有從內(nèi)部朝向表面溫度降低的溫度梯度， 所述籽晶具有與所述S1-C熔液的表面平行地配置的下表面、被保持于石墨軸的上表面、以及側(cè)面， 該制造方法包括: 使所述籽晶的下表面以及側(cè)面接觸所述S1-C熔液，以所述S1-C熔液不接觸所述石墨軸的方式在所述籽晶的側(cè)面與所述S1-C熔液之間形成彎液面；以及 一邊從所述籽晶擴(kuò)大口徑一邊使晶體生長。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的SiC單晶的制造方法，使所述口徑擴(kuò)大的角度為35°~90。。
9.一種SiC單晶的制造方法，包括: 采用權(quán)利要求7或8所述的SiC單晶的制造方法使SiC單晶生長； 切取單晶，所述單晶包含所述生長了的SiC單晶的口徑擴(kuò)大部分的、在比所述籽晶的下表面靠上的上方生長了的部分；以及 利用所述切取的單晶作為下道工序中的籽晶而使SiC單晶生長。
10.一種SiC單晶的制造方法，包括: 采用權(quán)利要求7或8所述的SiC單晶的制造方法使SiC單晶生長； 切取單晶，所述單晶包含所述生長了的SiC單晶的口徑擴(kuò)大部分的、在比所述籽晶的下表面靠下的下方生長了的部分；以及 利用所述切取的單晶作為下道工序的籽晶而使SiC單晶生長。
11.根據(jù)權(quán)利要求7~10的任一項(xiàng)所述的SiC單晶的制造方法，保持所述籽晶的石墨軸的直徑比所述籽晶的上表面的最小徑小。
12.根據(jù)權(quán)利要求7~11的任一項(xiàng)所述的SiC單晶的制造方法，所述籽晶的下表面與側(cè)面之間的角度為90~155°。`
【文檔編號】C30B29/36GK103608497SQ201180071725
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月4日
【發(fā)明者】旦野克典 申請人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社