专利名称：碳化硅单晶体的制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过改进莱利法(升华法)来制造碳化硅单晶体的碳化硅单晶体的制造装置。
背景技术：
碳化硅与硅相比，由于带隙较大且介质击穿特性、耐热性、耐放射线性优异，因此作为用于小型且高输出的半导体晶圆等电子设备、发光二极管等光学设备的材料而受到注目。在这种电子设备、光学设备领域中，谋求ー种多晶体、多态性的混入、空心管状的晶体缺陷(所谓的微管)等缺陷较少且高品质的碳化硅单晶体。 针对这种要求，公开有ー种使碳化硅单晶体的生长面的整个面在保持为近似球面的凸形状的状态下生长的方法(參照专利文献I)。在该方法中，设定为晶种的中央部温度较低、随着从中央部向周边部侧去而温度升高这样的温度梯度，以使碳化硅在晶种上易于再结晶。在该方法中，由于在晶种的中央部碳化硅易于再結晶，因此能够使碳化硅单晶体在保持为凸形状的状态下生长。因而，能够制造缺陷较少且高品质的碳化硅单晶体。但是，在上述方法中，对于近年来所期望的碳化硅单晶晶圆的大口径化存在有问题。即，为了扩大碳化硅单晶体的直径，使用口径较大的晶种。但是，由于越是从配置晶种的载置面的中央沿晶种的径向离开温度越高，因此若晶种的口径变大，则晶种的中央部温度与远离中央部的周边部温度之差会超过能够维持碳化硅单晶体品质的容许值。对此，要使晶种的中央部温度与周边部温度之差不超过容许值，只要减小温度梯度即可。但是，要使碳化硅单晶体的生长面在保持为近似于球面的凸形状的状态下生长，在晶体的周边部例如需要至少l°c /cm的温度梯度。如此，难以兼备用于制造高品质的碳化硅单晶体的、晶种的中央部与周边部的温度差条件及温度梯度条件，使用专利文献I所公开的技术难以制造大口径的碳化硅单晶体。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2002-308699号公报
发明内容
第I技术方案为ー种碳化硅单晶体的制造装置(碳化硅单晶体的制造装置1)，其包括坩埚(坩埚2)，该坩埚(坩埚2)具有用于容纳含有碳化硅的晶种(晶种11)和配设在与该晶种相对ー侧并用于上述晶种的生长的升华用原料(升华用原料10)。上述坩埚包括坩埚主体(坩埚主体7)，其用于容纳上述升华用原料；以及盖体(盖体8、30)，其供上述晶种配设。上述盖体的与上述晶种的径向中央侧相对应的中央区域处的厚度(厚度T 1、T3)设定为大于上述盖体的与比上述晶种的径向中央侧靠径向外侧处相对应的周边区域处的厚度(厚度 T2、T4)。由此，在加热了 坩埚时，盖体的上述中央区域处的温度与周边区域处的温度之间的温度差变小，在制造大口径的碳化硅单晶体时，能够在保持近似于球面的形状的状态下使高品质的碳化硅单晶体生长。以下，具体进行说明。要使盖体在径向中央与径向外侧处的温度差变小，只要使用较厚的盖体来减小温度梯度即可，但若这样做，则有可能导致在晶体的周边部成为使球面状的单晶体生长的温度梯度的最低值以下。另外，在晶体生长这一点，优选的是晶种的径向中央部(中央区域)的温度梯度小于外周部(周边区域)的温度梯度。因而，在本发明中，其主g在于，通过将盖体的与晶种的中央区域相对应部位的厚度形成为大于盖体的与晶种的周边区域相对应部位的厚度，来设为在盖体的径向中央部处温度梯度较小、在径向外侧温度梯度较大。在第I技术方案中，上述盖体(盖体8、30)的外侧的表面(表面17)中的、上述盖体在中央区域处的外侧的表面比上述周边区域处的外侧的表面更朝向上述坩埚(坩埚2)的外侧突出。在第I技术方案中，沿着上述盖体的突出表面配置有隔热材料。在第I技术方案中，在上述盖体(盖体8)的内侧配设有供上述晶种(晶种11)安装的安装部(安装部15)，上述盖体的中央区域处的厚度和上述安装部的厚度之和设定为大于上述盖体的与上述周边区域相对应部分的厚度和上述安装部的厚度之和。
图I是表示本发明的实施方式的碳化硅单晶体的制造装置的整体的剖视图。图2是表示图I的盖体的放大剖视图。图3是本发明的改变例的盖体的放大剖视图。图4是表示热量从加热线圈朝向坩埚移动的状态的剖视图，坩埚采用了以往形状。图5是表示图4中的晶种的安装部的附近部处的等温线的放大图。图6的(a)是表示盖体的厚度较小情况下的等温线的概略图，图6的(b)是表示盖体的厚度较大情况下的等温线的概略图。图7是表示本发明的实施方式的盖体处的等温线的概略图。
具体实施例方式以下，根据
本发明的实施方式的碳化硅单晶体的制造装置的详细情況。具体地说，对(I)碳化硅单晶体的制造装置的整体结构、(2)盖体以及隔热材料的详细结构、
(3)改变例、(4)本发明的碳化硅单晶体的制造装置中的导热、(5)作用效果、以及(6)其他实施方式进行说明。但是，应留意的是，附图只是示意性的，各材料层的厚度、其比例等与现实不同。因而，应该參照以下的说明来判断具体的厚度、尺寸。此外，在各附图之间也包含彼此尺寸的关系、比例不同的部分。( I)碳化硅单晶体的制造装置的整体结构首先，使用图I说明碳化硅单晶体的制造装置I的整体结构。图I是表示本发明的实施方式的碳化硅单晶体的制造装置I的剖视图。碳化硅单晶体的制造装置I具有石墨制的坩埚2、覆盖该坩埚2的外周的隔热材料3、容纳该坩埚2及隔热材料3的石英管4、以及配置在该石英管4的外周侧的介质加热线圈5、6。上述坩埚2包括坩埚主体7及盖体8，借助支承杆9而移动从而配置到石英管4的内部。在坩埚主体7的底部7a容纳有含有碳化硅的粉体即升华用原料10。该升华用原料10与支承于上述盖体8的晶种11相对配置。从盖体8的外周附近朝向坩埚主体7的内侧面延伸设置有大致筒状的引导构件12。此外，在石英管4的侧面形成有用于使氩气(Ar气)流入的氩气用流入ロ 13和用于向外部排出石英管4内的气体的排气ロ 14。盖体8堵塞反 应容器主体7的上部开ロ 7b，并且通过螺纹结合以装卸自如的方式设于反应容器主体7的上端部的内周面。此外，在盖体8的下表面借助安装部15安装有含有碳化硅的晶种11。该晶种11的支承方法既可以是利用粘合剂接合，也可以是螺纹固定等机械结合。升华用原料10为含有碳化硅的粉末碳化硅原料。若坩埚2的内部满足预定的温度条件及压カ条件，则升华用原料10升华而成为升华气体G，在晶种11上再结晶而生长，从而形成碳化硅单晶体。此外，介质加热线圈包括配设在与坩埚主体7的下部对应的高度位置处的第I感应加热线圈5和配设于与支承在盖体8的下表面上的晶种11相对应的高度位置处的第2感应加热线圈6。(2)盖体及隔热材料的详细结构接着，使用图2说明本实施方式的盖体8的结构。图2是表示图I的盖体8的放大剖视图。在盖体8的下侧(坩埚2的内側)形成有形成于外周侧的下侧表面16、以及比该下侧表面16向下方突出而形成为圆盘状的、晶种11的安装部15。此外，关于盖体8的上侧( 甘埚2的外側)的表面17，与用于支承晶种11的安装部15中的径向中央侧即中央区域相对应的部分朝向上侧突出而形成顶部18，盖体8的上侧表面17在侧视时形成为大致三角状。此外，盖体8的与上述中央区域相对应部分的厚度Tl为上述顶部18与上述安装部15的下表面19之间的上下方向的尺寸之差。即，该厚度Tl成为合并与上述中央区域相对应部分的盖体主体的厚度和安装部15的厚度而得到的尺寸。而且，位于上述中央区域的径向外侧的周边区域处的、盖体8的上侧(坩埚2的外侦D的表面17形成为随着朝向外周方向去而向下侧(坩埚2的内側)倾斜的倾斜面20。因而，与上述中央区域相对应部分的厚度Tl形成为大于盖体8的与周边区域相对应部分的厚度。例如，上述厚度Tl形成为大于周边区域的外周端部的厚度Τ2。另外，盖体8的与周边区域相对应部分的厚度也成为合并盖体主体的厚度与安装部15的厚度而得到的尺寸。另夕卜，在顶部18中形成有朝向下侧凹陷的温度測量用的测量孔24，在盖体8的外周端设有与坩埚主体7相配合的螺纹部25。此外，如上述图I所示，本实施方式的隔热材料3配设为从外侧覆盖上述坩埚2。在该隔热材料3中，上表面21以与上述盖体8的突出的上侧表面相抵接的方式沿着盖体8的形状形成。具体地说，隔热材料3的径向中央部形成为朝向上侧(坩埚2的外側)突出的顶部22，并形成为随着从该顶部22朝向外周方向去而朝向下侧呈剖面直线状倾斜的倾斜面23。(3)改变例接着，使用图3说明本发明的改变例，对与上述实施方式相同构造的部位标注相同的附图标记并省略说明。图3是本发明的改变例的盖体的放大剖视图。该盖体30是对于上述图2的盖体8没有安装部15的形状的盖体。即，盖体30的下表面31形成为同一面，如图2所示，在下表面的径向中央部未设有向下侧突出的安装部15。此外，构成为在下表面31上安装有晶种11。关于该改变例的盖体30，与晶种11的径向中央侧相对应的中央区域中的、盖体30的外侧的顶部18与下表面31之间的上下尺寸为盖体的厚度T3。另ー方面，盖体30在位于中央区域的外周侧的周边区域处的厚度设定为小于上述厚度T3的厚度尺寸。例如，盖体30在周边区域的外周端处的厚度为T4，上述T3形成为比T4厚。
(4)本发明的碳化硅单晶体的制造装置中的导热接着，使用图4 图7说明本发明的碳化硅单晶体的制造装置I中的导热。图4是表示热量从加热线圈105朝向坩埚102移动的状态的剖视图。但是，为方便起见，坩埚102采用了以往形状。S卩，坩埚102的盖体108的上侧(坩埚102的外側)的表面形成为平坦，径向中央部像上述本实施方式的盖体108那样未向上侧突出。若向感应加热线圈105中通入电流而进行加热，则坩埚102的外周部(周边部)通过感应加热(热量H)被加热。在此，为了使单晶体有效地从晶种11生长而设定为相比于晶种11将升华用原料10保持在更高的温度，因此使坩埚102的下侧的加热量扎大于上侧的加热量ル。另ー方面，如图4 (或图3)所示，在盖体108的中央部，从上侧的表面朝向下侧形成有温度測量用孔24。因而，传导到坩埚102的上侧部分的热量朝向盖体108的径向中央移动。这样，如图5所示，从下朝上的热量流动H I与从径向外侧朝向径向内侧的热量流动Η2合流，成为朝向斜上方的热量流动H 3。在此，由于热量流动H 3与等温线L正交，因此盖体的下表面处的等温线成为如图5所示那样。接着，在盖体的厚度沿着径向恒定的情况下，比较厚度较小的盖与厚度较大的盖处的等温线。图6的(a)是表示盖体208的厚度较小情况下的等温线的概略图，图6的(b)是表示盖体308的厚度较大情况下的等温线的概略图。在图6的(a)的情况下，等温线L I较密且温度梯度变大，但是在图6的(b)的情况下，等温线L2较稀疏且温度梯度变小。因而，要减小盖体的径向中央与径向外侧处的温度差，只要如图6的(b)所示那样使用厚度沿径向恒定且较厚的盖体来减小温度梯度即可，但若这样做，则有可能导致在晶体的周边部成为使球面状的单晶体生长的温度梯度的最低值以下。此外，在晶体生长这ー点，优选的是晶种11的径向中央部(中央区域)的温度梯度小于外周部(周边区域)的温度梯度。因而，如图7所示，在本实施方式中，通过盖体8的中央区域部分的厚度形成为大于盖体8的周边区域部分的厚度，而设为在盖体8的径向中央部处温度梯度较小、在径向外侧处温度梯度较大。(5)作用效果
以下，说明本发明的实施方式的作用效果。在本实施方式中，提供一种碳化硅单晶体的制造装置1，其包括坩埚2，该坩埚2用于容纳含有碳化硅的晶种11和配设在与该晶种11相对ー侧并用于上述晶种11的生长的升华用原料10，上述坩埚2包括用于容纳上述升华用原料10的坩埚主体7和供上述晶种11配设的盖体8、30，上述盖体8、30的与上述晶种11的径向中央侧相对应的中央区域处的厚度T1、T3设定为大于上述盖体8、30的与比上述晶种11的径向中央侧靠径向外侧处相对应的周边区域处的厚度Τ2、Τ4。由此，在加热了坩埚2时，盖体8、30的上述中央区域处的温度与周边区域处的温度之间的温度差变小，在制造大口径的碳化硅单晶体时，能够在保持近似于球面的形状的状态下使高品质的碳化硅单晶体生长。以下，具体进行说明。要减小盖体8、30在径向中央与径向外侧处的温度差，只要使用较厚的盖体来减小温度梯度即可，但若这样做，则有可能导致在晶体的周边部成为使球面状的单晶体生长的温度梯度的最低值以下。此外，在晶体生长这一点，优选的是晶种11的径向中央部(中央 区域)的温度梯度小于外周部(周边区域)的温度梯度。因而，在本实施方式中，通过将盖体8、30的与晶种11的中央区域相对应部位的厚度形成为大于盖体8、30的与晶种11的周边区域相对应部位的厚度，设为在盖体8、30的径向中央部处温度梯度较小、在径向外侧处温度梯度较大。另外，在本实施方式中，上述盖体8、30的外侧的表面中的、上述盖体8、30的中央区域处外侧的表面17比上述周边区域处外侧的表面17更朝向上述坩埚2的外侧突出。由此，能够利用相对比较简单的构造使盖体8、30的与晶种11的中央区域相对应部位的厚度形成为大于盖体8、30的与晶种11的周边区域相对应部位的厚度。而且，在本实施方式中，由于沿着上述盖体8、30的突出表面配置有隔热材料3，因此在隔热材料3与盖体8、30之间难以产生间隙，能够得到有效的隔热效果。此外，在本实施方式中，在上述盖体8的内侧配设供上述晶种11安装的安装部15，上述盖体8的中央区域处的厚度和上述安装部15的厚度之和设定为大于上述盖体8的与上述周边区域相对应部分处的厚度和上述安装部15的厚度之和。因此，即使在设有晶种11的安装部15的情况下，也能够使盖体8的与晶种11的中央区域相对应部位的厚度形成为大于盖体8的与晶种11的周边区域相对应部位的厚度，因此，能够设为在盖体8的径向中央部处温度梯度较小、在径向外侧处温度梯度较大。(6)其他实施方式另外，不应理解为本发明只限于成为上述实施方式所公开的一部分的论述及附图。对于本领域技术人员而言，可根据该公开内容得知各种替代实施方式、实施例及运用技术。在本实施方式中，如图2及图3中说明的那样，盖体8、30的外侧的表面17形成为剖面三角状，但是并不限于此，例如也可以将表面17形成为朝向上侧呈凸状的弯曲面。如此，本发明理所当然地包括未在此记载的各种实施方式等。因而，本发明的技术范围仅由基于上述说明妥当的权利要求书的技术特征来确定。另外，本发明通过參照将日本国专利申请第2010-006982号(2010年I月15日提出申请)的全部内容引入本申请的说明书中。产业上的可利用件
根据本发明的碳化硅单晶体的制造装置，能够不降低碳化硅单晶体的品质地、应对碳化硅单晶体的大口径 化。
权利要求
1.一种碳化硅单晶体的制造装置，其包括坩埚，该坩埚用于容纳含有碳化硅的晶种和配设在与该晶种相对一侧并用于上述晶种的生长的升华用原料， 上述坩埚包括 坩埚主体，其用于容纳上述升华用原料；以及 盖体，其供上述晶种配设； 上述盖体的与上述晶种的径向中央侧相对应的中央区域处的厚度大于上述盖体的与比上述晶种的径向中央侧靠径向外侧处相对应的周边区域处的厚度。
2.根据权利要求I所述的碳化硅单晶体的制造装置，其中， 上述盖体的外侧的表面中的、上述盖体的中央区域处的外侧的表面比上述周边区域处的外侧的表面更朝向上述坩埚的外侧突出。
3.根据权利要求2所述的碳化硅单晶体的制造装置，其中， 沿着上述盖体的突出表面配置有隔热材料。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的碳化硅单晶体的制造装置，其中， 在上述盖体的内侧配设有供上述晶种安装的安装部， 上述盖体的中央区域处的厚度和上述安装部的厚度之和大于上述盖体的与上述周边区域相对应部分的厚度和上述安装部的厚度之和。
全文摘要
本发明提供一种碳化硅单晶体的制造装置。本发明的单晶体制造装置(1)包括坩埚(2)，该坩埚(2)用于容纳含有碳化硅的晶种(11)和配设在与该晶种(11)相对一侧并用于上述晶种(11)的生长的升华用原料(10)。上述坩埚(2)包括坩埚主体(7)，其用于容纳上述升华用原料(10)；以及盖体(8)，其供上述晶种(11)配设；上述盖体(8)的与上述晶种(11)的径向中央侧相对应的中央区域处的厚度(T1)设定为大于上述盖体(8)的与比上述晶种(11)的径向中央侧靠径向外侧处相对应的周边区域处的厚度(T2)。
文档编号C30B29/36GK102713028SQ20118000610
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月14日 优先权日2010年1月15日
发明者关亘, 近藤大辅 申请人:株式会社普利司通