專利名稱：碳化硅單晶體的制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過改進(jìn)萊利法(升華法)來制造碳化硅單晶體的碳化硅單晶體的制造裝置。
背景技術(shù)：
碳化硅與硅相比，由于帶隙較大且介質(zhì)擊穿特性、耐熱性、耐放射線性優(yōu)異，因此作為用于小型且高輸出的半導(dǎo)體晶圓等電子設(shè)備、發(fā)光二極管等光學(xué)設(shè)備的材料而受到注目。在這種電子設(shè)備、光學(xué)設(shè)備領(lǐng)域中，謀求ー種多晶體、多態(tài)性的混入、空心管狀的晶體缺陷(所謂的微管)等缺陷較少且高品質(zhì)的碳化硅單晶體。 針對(duì)這種要求，公開有ー種使碳化硅單晶體的生長(zhǎng)面的整個(gè)面在保持為近似球面的凸形狀的狀態(tài)下生長(zhǎng)的方法(參照專利文獻(xiàn)I)。在該方法中，設(shè)定為晶種的中央部溫度較低、隨著從中央部向周邊部側(cè)去而溫度升高這樣的溫度梯度，以使碳化硅在晶種上易于再結(jié)晶。在該方法中，由于在晶種的中央部碳化硅易于再結(jié)晶，因此能夠使碳化硅單晶體在保持為凸形狀的狀態(tài)下生長(zhǎng)。因而，能夠制造缺陷較少且高品質(zhì)的碳化硅單晶體。但是，在上述方法中，對(duì)于近年來所期望的碳化硅單晶晶圓的大口徑化存在有問題。即，為了擴(kuò)大碳化硅單晶體的直徑，使用口徑較大的晶種。但是，由于越是從配置晶種的載置面的中央沿晶種的徑向離開溫度越高，因此若晶種的口徑變大，則晶種的中央部溫度與遠(yuǎn)離中央部的周邊部溫度之差會(huì)超過能夠維持碳化硅單晶體品質(zhì)的容許值。對(duì)此，要使晶種的中央部溫度與周邊部溫度之差不超過容許值，只要減小溫度梯度即可。但是，要使碳化硅單晶體的生長(zhǎng)面在保持為近似于球面的凸形狀的狀態(tài)下生長(zhǎng)，在晶體的周邊部例如需要至少l°c /cm的溫度梯度。如此，難以兼?zhèn)溆糜谥圃旄咂焚|(zhì)的碳化硅單晶體的、晶種的中央部與周邊部的溫度差條件及溫度梯度條件，使用專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)難以制造大口徑的碳化硅單晶體?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2002-308699號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
第I技術(shù)方案為ー種碳化硅單晶體的制造裝置(碳化硅單晶體的制造裝置1)，其包括坩堝(坩堝2)，該坩堝(坩堝2)具有用于容納含有碳化硅的晶種(晶種11)和配設(shè)在與該晶種相對(duì)ー側(cè)并用于上述晶種的生長(zhǎng)的升華用原料(升華用原料10)。上述坩堝包括坩堝主體(坩堝主體7)，其用于容納上述升華用原料；以及蓋體(蓋體8、30)，其供上述晶種配設(shè)。上述蓋體的與上述晶種的徑向中央側(cè)相對(duì)應(yīng)的中央?yún)^(qū)域處的厚度(厚度T 1、T3)設(shè)定為大于上述蓋體的與比上述晶種的徑向中央側(cè)靠徑向外側(cè)處相對(duì)應(yīng)的周邊區(qū)域處的厚度(厚度 T2、T4)。由此，在加熱了 坩堝時(shí)，蓋體的上述中央?yún)^(qū)域處的溫度與周邊區(qū)域處的溫度之間的溫度差變小，在制造大口徑的碳化硅單晶體時(shí)，能夠在保持近似于球面的形狀的狀態(tài)下使高品質(zhì)的碳化硅單晶體生長(zhǎng)。以下，具體進(jìn)行說明。要使蓋體在徑向中央與徑向外側(cè)處的溫度差變小，只要使用較厚的蓋體來減小溫度梯度即可，但若這樣做，則有可能導(dǎo)致在晶體的周邊部成為使球面狀的單晶體生長(zhǎng)的溫度梯度的最低值以下。另外，在晶體生長(zhǎng)這一點(diǎn)，優(yōu)選的是晶種的徑向中央部(中央?yún)^(qū)域)的溫度梯度小于外周部(周邊區(qū)域)的溫度梯度。因而，在本發(fā)明中，其主g在于，通過將蓋體的與晶種的中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)部位的厚度形成為大于蓋體的與晶種的周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)部位的厚度，來設(shè)為在蓋體的徑向中央部處溫度梯度較小、在徑向外側(cè)溫度梯度較大。在第I技術(shù)方案中，上述蓋體(蓋體8、30)的外側(cè)的表面(表面17)中的、上述蓋體在中央?yún)^(qū)域處的外側(cè)的表面比上述周邊區(qū)域處的外側(cè)的表面更朝向上述坩堝(坩堝2)的外側(cè)突出。在第I技術(shù)方案中，沿著上述蓋體的突出表面配置有隔熱材料。在第I技術(shù)方案中，在上述蓋體(蓋體8)的內(nèi)側(cè)配設(shè)有供上述晶種(晶種11)安裝的安裝部(安裝部15)，上述蓋體的中央?yún)^(qū)域處的厚度和上述安裝部的厚度之和設(shè)定為大于上述蓋體的與上述周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)部分的厚度和上述安裝部的厚度之和。


圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的碳化硅單晶體的制造裝置的整體的剖視圖。圖2是表示圖I的蓋體的放大剖視圖。圖3是本發(fā)明的改變例的蓋體的放大剖視圖。圖4是表示熱量從加熱線圈朝向坩堝移動(dòng)的狀態(tài)的剖視圖，坩堝采用了以往形狀。圖5是表示圖4中的晶種的安裝部的附近部處的等溫線的放大圖。圖6的(a)是表示蓋體的厚度較小情況下的等溫線的概略圖，圖6的(b)是表示蓋體的厚度較大情況下的等溫線的概略圖。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的蓋體處的等溫線的概略圖。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施方式的碳化硅單晶體的制造裝置的詳細(xì)情況。具體地說，對(duì)(I)碳化硅單晶體的制造裝置的整體結(jié)構(gòu)、(2)蓋體以及隔熱材料的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、
(3)改變例、(4)本發(fā)明的碳化硅單晶體的制造裝置中的導(dǎo)熱、(5)作用效果、以及(6)其他實(shí)施方式進(jìn)行說明。但是，應(yīng)留意的是，附圖只是示意性的，各材料層的厚度、其比例等與現(xiàn)實(shí)不同。因而，應(yīng)該參照以下的說明來判斷具體的厚度、尺寸。此外，在各附圖之間也包含彼此尺寸的關(guān)系、比例不同的部分。( I)碳化硅單晶體的制造裝置的整體結(jié)構(gòu)首先，使用圖I說明碳化硅單晶體的制造裝置I的整體結(jié)構(gòu)。圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的碳化硅單晶體的制造裝置I的剖視圖。碳化硅單晶體的制造裝置I具有石墨制的坩堝2、覆蓋該坩堝2的外周的隔熱材料3、容納該坩堝2及隔熱材料3的石英管4、以及配置在該石英管4的外周側(cè)的介質(zhì)加熱線圈5、6。上述坩堝2包括坩堝主體7及蓋體8，借助支承桿9而移動(dòng)從而配置到石英管4的內(nèi)部。在坩堝主體7的底部7a容納有含有碳化硅的粉體即升華用原料10。該升華用原料10與支承于上述蓋體8的晶種11相對(duì)配置。從蓋體8的外周附近朝向坩堝主體7的內(nèi)側(cè)面延伸設(shè)置有大致筒狀的引導(dǎo)構(gòu)件12。此外，在石英管4的側(cè)面形成有用于使氬氣(Ar氣)流入的氬氣用流入ロ 13和用于向外部排出石英管4內(nèi)的氣體的排氣ロ 14。蓋體8堵塞反 應(yīng)容器主體7的上部開ロ 7b，并且通過螺紋結(jié)合以裝卸自如的方式設(shè)于反應(yīng)容器主體7的上端部的內(nèi)周面。此外，在蓋體8的下表面借助安裝部15安裝有含有碳化硅的晶種11。該晶種11的支承方法既可以是利用粘合劑接合，也可以是螺紋固定等機(jī)械結(jié)合。升華用原料10為含有碳化硅的粉末碳化硅原料。若坩堝2的內(nèi)部滿足預(yù)定的溫度條件及壓カ條件，則升華用原料10升華而成為升華氣體G，在晶種11上再結(jié)晶而生長(zhǎng)，從而形成碳化硅單晶體。此外，介質(zhì)加熱線圈包括配設(shè)在與坩堝主體7的下部對(duì)應(yīng)的高度位置處的第I感應(yīng)加熱線圈5和配設(shè)于與支承在蓋體8的下表面上的晶種11相對(duì)應(yīng)的高度位置處的第2感應(yīng)加熱線圈6。(2)蓋體及隔熱材料的詳細(xì)結(jié)構(gòu)接著，使用圖2說明本實(shí)施方式的蓋體8的結(jié)構(gòu)。圖2是表示圖I的蓋體8的放大剖視圖。在蓋體8的下側(cè)(坩堝2的內(nèi)側(cè))形成有形成于外周側(cè)的下側(cè)表面16、以及比該下側(cè)表面16向下方突出而形成為圓盤狀的、晶種11的安裝部15。此外，關(guān)于蓋體8的上側(cè)( 甘堝2的外側(cè))的表面17，與用于支承晶種11的安裝部15中的徑向中央側(cè)即中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分朝向上側(cè)突出而形成頂部18，蓋體8的上側(cè)表面17在側(cè)視時(shí)形成為大致三角狀。此外，蓋體8的與上述中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)部分的厚度Tl為上述頂部18與上述安裝部15的下表面19之間的上下方向的尺寸之差。即，該厚度Tl成為合并與上述中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)部分的蓋體主體的厚度和安裝部15的厚度而得到的尺寸。而且，位于上述中央?yún)^(qū)域的徑向外側(cè)的周邊區(qū)域處的、蓋體8的上側(cè)(坩堝2的外偵D的表面17形成為隨著朝向外周方向去而向下側(cè)(坩堝2的內(nèi)側(cè))傾斜的傾斜面20。因而，與上述中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)部分的厚度Tl形成為大于蓋體8的與周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)部分的厚度。例如，上述厚度Tl形成為大于周邊區(qū)域的外周端部的厚度Τ2。另外，蓋體8的與周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)部分的厚度也成為合并蓋體主體的厚度與安裝部15的厚度而得到的尺寸。另夕卜，在頂部18中形成有朝向下側(cè)凹陷的溫度測(cè)量用的測(cè)量孔24，在蓋體8的外周端設(shè)有與坩堝主體7相配合的螺紋部25。此外，如上述圖I所示，本實(shí)施方式的隔熱材料3配設(shè)為從外側(cè)覆蓋上述坩堝2。在該隔熱材料3中，上表面21以與上述蓋體8的突出的上側(cè)表面相抵接的方式沿著蓋體8的形狀形成。具體地說，隔熱材料3的徑向中央部形成為朝向上側(cè)(坩堝2的外側(cè))突出的頂部22，并形成為隨著從該頂部22朝向外周方向去而朝向下側(cè)呈剖面直線狀傾斜的傾斜面23。(3)改變例接著，使用圖3說明本發(fā)明的改變例，對(duì)與上述實(shí)施方式相同構(gòu)造的部位標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記并省略說明。圖3是本發(fā)明的改變例的蓋體的放大剖視圖。該蓋體30是對(duì)于上述圖2的蓋體8沒有安裝部15的形狀的蓋體。即，蓋體30的下表面31形成為同一面，如圖2所示，在下表面的徑向中央部未設(shè)有向下側(cè)突出的安裝部15。此外，構(gòu)成為在下表面31上安裝有晶種11。關(guān)于該改變例的蓋體30，與晶種11的徑向中央側(cè)相對(duì)應(yīng)的中央?yún)^(qū)域中的、蓋體30的外側(cè)的頂部18與下表面31之間的上下尺寸為蓋體的厚度T3。另ー方面，蓋體30在位于中央?yún)^(qū)域的外周側(cè)的周邊區(qū)域處的厚度設(shè)定為小于上述厚度T3的厚度尺寸。例如，蓋體30在周邊區(qū)域的外周端處的厚度為T4，上述T3形成為比T4厚。
(4)本發(fā)明的碳化硅單晶體的制造裝置中的導(dǎo)熱接著，使用圖4 圖7說明本發(fā)明的碳化硅單晶體的制造裝置I中的導(dǎo)熱。圖4是表示熱量從加熱線圈105朝向坩堝102移動(dòng)的狀態(tài)的剖視圖。但是，為方便起見，坩堝102采用了以往形狀。S卩，坩堝102的蓋體108的上側(cè)(坩堝102的外側(cè))的表面形成為平坦，徑向中央部像上述本實(shí)施方式的蓋體108那樣未向上側(cè)突出。若向感應(yīng)加熱線圈105中通入電流而進(jìn)行加熱，則坩堝102的外周部(周邊部)通過感應(yīng)加熱(熱量H)被加熱。在此，為了使單晶體有效地從晶種11生長(zhǎng)而設(shè)定為相比于晶種11將升華用原料10保持在更高的溫度，因此使坩堝102的下側(cè)的加熱量扎大于上側(cè)的加熱量ル。另ー方面，如圖4 (或圖3)所示，在蓋體108的中央部，從上側(cè)的表面朝向下側(cè)形成有溫度測(cè)量用孔24。因而，傳導(dǎo)到坩堝102的上側(cè)部分的熱量朝向蓋體108的徑向中央移動(dòng)。這樣，如圖5所示，從下朝上的熱量流動(dòng)H I與從徑向外側(cè)朝向徑向內(nèi)側(cè)的熱量流動(dòng)Η2合流，成為朝向斜上方的熱量流動(dòng)H 3。在此，由于熱量流動(dòng)H 3與等溫線L正交，因此蓋體的下表面處的等溫線成為如圖5所示那樣。接著，在蓋體的厚度沿著徑向恒定的情況下，比較厚度較小的蓋與厚度較大的蓋處的等溫線。圖6的(a)是表示蓋體208的厚度較小情況下的等溫線的概略圖，圖6的(b)是表示蓋體308的厚度較大情況下的等溫線的概略圖。在圖6的(a)的情況下，等溫線L I較密且溫度梯度變大，但是在圖6的(b)的情況下，等溫線L2較稀疏且溫度梯度變小。因而，要減小蓋體的徑向中央與徑向外側(cè)處的溫度差，只要如圖6的(b)所示那樣使用厚度沿徑向恒定且較厚的蓋體來減小溫度梯度即可，但若這樣做，則有可能導(dǎo)致在晶體的周邊部成為使球面狀的單晶體生長(zhǎng)的溫度梯度的最低值以下。此外，在晶體生長(zhǎng)這ー點(diǎn)，優(yōu)選的是晶種11的徑向中央部(中央?yún)^(qū)域)的溫度梯度小于外周部(周邊區(qū)域)的溫度梯度。因而，如圖7所示，在本實(shí)施方式中，通過蓋體8的中央?yún)^(qū)域部分的厚度形成為大于蓋體8的周邊區(qū)域部分的厚度，而設(shè)為在蓋體8的徑向中央部處溫度梯度較小、在徑向外側(cè)處溫度梯度較大。(5)作用效果
以下，說明本發(fā)明的實(shí)施方式的作用效果。在本實(shí)施方式中，提供一種碳化硅單晶體的制造裝置1，其包括坩堝2，該坩堝2用于容納含有碳化硅的晶種11和配設(shè)在與該晶種11相對(duì)ー側(cè)并用于上述晶種11的生長(zhǎng)的升華用原料10，上述坩堝2包括用于容納上述升華用原料10的坩堝主體7和供上述晶種11配設(shè)的蓋體8、30，上述蓋體8、30的與上述晶種11的徑向中央側(cè)相對(duì)應(yīng)的中央?yún)^(qū)域處的厚度T1、T3設(shè)定為大于上述蓋體8、30的與比上述晶種11的徑向中央側(cè)靠徑向外側(cè)處相對(duì)應(yīng)的周邊區(qū)域處的厚度Τ2、Τ4。由此，在加熱了坩堝2時(shí)，蓋體8、30的上述中央?yún)^(qū)域處的溫度與周邊區(qū)域處的溫度之間的溫度差變小，在制造大口徑的碳化硅單晶體時(shí)，能夠在保持近似于球面的形狀的狀態(tài)下使高品質(zhì)的碳化硅單晶體生長(zhǎng)。以下，具體進(jìn)行說明。要減小蓋體8、30在徑向中央與徑向外側(cè)處的溫度差，只要使用較厚的蓋體來減小溫度梯度即可，但若這樣做，則有可能導(dǎo)致在晶體的周邊部成為使球面狀的單晶體生長(zhǎng)的溫度梯度的最低值以下。此外，在晶體生長(zhǎng)這一點(diǎn)，優(yōu)選的是晶種11的徑向中央部(中央 區(qū)域)的溫度梯度小于外周部(周邊區(qū)域)的溫度梯度。因而，在本實(shí)施方式中，通過將蓋體8、30的與晶種11的中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)部位的厚度形成為大于蓋體8、30的與晶種11的周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)部位的厚度，設(shè)為在蓋體8、30的徑向中央部處溫度梯度較小、在徑向外側(cè)處溫度梯度較大。另外，在本實(shí)施方式中，上述蓋體8、30的外側(cè)的表面中的、上述蓋體8、30的中央?yún)^(qū)域處外側(cè)的表面17比上述周邊區(qū)域處外側(cè)的表面17更朝向上述坩堝2的外側(cè)突出。由此，能夠利用相對(duì)比較簡(jiǎn)單的構(gòu)造使蓋體8、30的與晶種11的中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)部位的厚度形成為大于蓋體8、30的與晶種11的周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)部位的厚度。而且，在本實(shí)施方式中，由于沿著上述蓋體8、30的突出表面配置有隔熱材料3，因此在隔熱材料3與蓋體8、30之間難以產(chǎn)生間隙，能夠得到有效的隔熱效果。此外，在本實(shí)施方式中，在上述蓋體8的內(nèi)側(cè)配設(shè)供上述晶種11安裝的安裝部15，上述蓋體8的中央?yún)^(qū)域處的厚度和上述安裝部15的厚度之和設(shè)定為大于上述蓋體8的與上述周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)部分處的厚度和上述安裝部15的厚度之和。因此，即使在設(shè)有晶種11的安裝部15的情況下，也能夠使蓋體8的與晶種11的中央?yún)^(qū)域相對(duì)應(yīng)部位的厚度形成為大于蓋體8的與晶種11的周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)部位的厚度，因此，能夠設(shè)為在蓋體8的徑向中央部處溫度梯度較小、在徑向外側(cè)處溫度梯度較大。(6)其他實(shí)施方式另外，不應(yīng)理解為本發(fā)明只限于成為上述實(shí)施方式所公開的一部分的論述及附圖。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可根據(jù)該公開內(nèi)容得知各種替代實(shí)施方式、實(shí)施例及運(yùn)用技術(shù)。在本實(shí)施方式中，如圖2及圖3中說明的那樣，蓋體8、30的外側(cè)的表面17形成為剖面三角狀，但是并不限于此，例如也可以將表面17形成為朝向上側(cè)呈凸?fàn)畹膹澢妗Ｈ绱?，本發(fā)明理所當(dāng)然地包括未在此記載的各種實(shí)施方式等。因而，本發(fā)明的技術(shù)范圍僅由基于上述說明妥當(dāng)?shù)臋?quán)利要求書的技術(shù)特征來確定。另外，本發(fā)明通過參照將日本國專利申請(qǐng)第2010-006982號(hào)(2010年I月15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
根據(jù)本發(fā)明的碳化硅單晶體的制造裝置，能夠不降低碳化硅單晶體的品質(zhì)地、應(yīng)對(duì)碳化硅單晶體的大口徑 化。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅單晶體的制造裝置，其包括坩堝，該坩堝用于容納含有碳化硅的晶種和配設(shè)在與該晶種相對(duì)一側(cè)并用于上述晶種的生長(zhǎng)的升華用原料， 上述坩堝包括 坩堝主體，其用于容納上述升華用原料；以及 蓋體，其供上述晶種配設(shè)； 上述蓋體的與上述晶種的徑向中央側(cè)相對(duì)應(yīng)的中央?yún)^(qū)域處的厚度大于上述蓋體的與比上述晶種的徑向中央側(cè)靠徑向外側(cè)處相對(duì)應(yīng)的周邊區(qū)域處的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳化硅單晶體的制造裝置，其中， 上述蓋體的外側(cè)的表面中的、上述蓋體的中央?yún)^(qū)域處的外側(cè)的表面比上述周邊區(qū)域處的外側(cè)的表面更朝向上述坩堝的外側(cè)突出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化硅單晶體的制造裝置，其中， 沿著上述蓋體的突出表面配置有隔熱材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的碳化硅單晶體的制造裝置，其中， 在上述蓋體的內(nèi)側(cè)配設(shè)有供上述晶種安裝的安裝部， 上述蓋體的中央?yún)^(qū)域處的厚度和上述安裝部的厚度之和大于上述蓋體的與上述周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)部分的厚度和上述安裝部的厚度之和。
全文摘要
本發(fā)明提供一種碳化硅單晶體的制造裝置。本發(fā)明的單晶體制造裝置(1)包括坩堝(2)，該坩堝(2)用于容納含有碳化硅的晶種(11)和配設(shè)在與該晶種(11)相對(duì)一側(cè)并用于上述晶種(11)的生長(zhǎng)的升華用原料(10)。上述坩堝(2)包括坩堝主體(7)，其用于容納上述升華用原料(10)；以及蓋體(8)，其供上述晶種(11)配設(shè)；上述蓋體(8)的與上述晶種(11)的徑向中央側(cè)相對(duì)應(yīng)的中央?yún)^(qū)域處的厚度(T1)設(shè)定為大于上述蓋體(8)的與比上述晶種(11)的徑向中央側(cè)靠徑向外側(cè)處相對(duì)應(yīng)的周邊區(qū)域處的厚度(T2)。
文檔編號(hào)C30B29/36GK102713028SQ20118000610
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15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