SiC单晶体的制造装置和SiC单晶体的制造方法
【专利摘要】SiC单晶体的制造装置(10)用于溶液生长法。SiC单晶体的制造装置(10)包括晶种轴(28)和坩埚(14)。晶种轴(28)具有供SiC晶种(32)安装的下端面(28S)。坩埚(14)用于收纳Si－C溶液(15)。晶种轴(28)包括筒部(28A)、底部(28B)和低导热性构件(28C)。底部(28B)配置于筒部(28A)的下端，且具有下端面(28S)。低导热性构件(28C)配置于底部(28B)的上表面，且具有比底部(28B)的热传导率低的热传导率。利用该制造装置，能够使SiC晶种的结晶生长面内的温度不易出现偏差。
【专利说明】310单晶体的制造装置和310单晶体的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及31(:单晶体的制造装置和31(:单晶体的制造方法，更详细而言，涉及用于溶液生长法的31(:单晶体的制造装置以及使用该制造装置的31(:单晶体的制造方法。
【背景技术】
[0002]作为用于制造碳化硅(310单晶体的方法，已知有溶液生长法。在溶液生长法中，将31(:晶种配置于晶种轴(日文士一 0々7卜)的下端，使31(:晶种的下表面(以下，称作结晶生长面)与31 — 溶液接触。然后，使31(:单晶体在31(:晶种的与31 — 溶液接触的结晶生长面上生长。在此，81-0溶液是指，碳(0溶解于31或31合金的熔体而成的溶液。
[0003]优选的是，在31(:晶种的结晶生长面上生长的31(:单晶体的表面(以下，称作生长表面)是平坦的。若在31(:晶种的结晶生长面内存在温差，则在31(:晶种的结晶生长面内形成容易生长31(:单晶体的区域和难以生长31(:单晶体的区域。因此，在31(:单晶体的生长表面形成有凹凸。因而，为了使31(:单晶体的生长表面平坦，需要使31(:晶种的结晶生长面内的温度分布均匀。
[0004]另外，近年来，要求制造更大的31(:单晶体。为了增大31(:单晶体的尺寸，需要增大31(:晶种的结晶生长面。若增大31(:晶种的结晶生长面，则在31(:晶种的结晶生长面内容易出现温差。因此，为了制造更大的31(:单晶体，也需要使31(:晶种的结晶生长面内的温度分布尽可能均匀。
[0005]在日本特开2008 — 105896号公报中公开了一种310单晶体的制造方法。在所述公报所记载的31(:单晶体的制造方法中，将比晶种轴的下端面大的31(:晶种安装于晶种轴的下端面，并且使31(:晶种整体浸渍于31 —(^溶液。因此，同使31(:晶种的结晶生长面与81 一溶液的液面接触的情况相比，在31(:晶种的结晶生长面内不易出现温差。
[0006]详细而言，在使31(:晶种的结晶生长面与31 —(^溶液的液面接触的情况下，310晶种的上表面的除与晶种轴的下端面接触的区域之外的区域与填满在收纳有31 — 溶液的坩祸内的空间内的非活性气体接触。在该情况下，在31(:晶种的上表面，在与晶种轴的下端面接触的区域和除该区域以外的区域，热的传递条件不同。特别是，在与非活性气体接触的区域，例如由于非活性气体的流动等，热的传递条件容易发生变化。结果，31(:晶种的上表面的温度分布容易变得不均匀。通常，若31(:晶种的上表面的温度分布均匀，则31(:晶种的结晶生长面由于与温度得到控制的31 —(^溶液接触而能够确保均匀的温度分布。另一方面，若31(:晶种的上表面的温度分布不均匀，则会影响到31(:晶种的结晶生长面的温度分布。因此，810晶种的结晶生长面的温度变得不均匀。
[0007]若如所述公报中记载的那样使31(:晶种整体浸渍于31 — 0溶液，则310晶种的上表面也由于与温度得到控制的31 —(^溶液接触而能够确保均匀的温度分布。因此，在31(:晶种的结晶生长面内不易出现温差。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2008 — 105896号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]然而，即使是将比晶种轴的下端面大的31(:晶种安装于晶种轴的下端面并且使810晶种整体浸渍于51 一溶液，有时也在31(:晶种的结晶生长面内出现温差。
[0013]本发明的目的在于提供一种能够抑制31(:晶种的结晶生长面内的温差的31(:单晶体的制造装置、810单晶体的制造方法以及晶种轴。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]本发明的实施方式的31(:单晶体的制造装置用于溶液生长法。31(:单晶体的制造装置包括晶种轴和坩祸。晶种轴具有供31(:晶种安装的下端面。坩祸用于收纳31 —(^溶液。晶种轴包括筒部、底部和低导热性构件。底部配置于筒部的下端，且具有下端面。低导热性构件配置于底部的上表面，且具有比底部的热传导率低的热传导率。
[0016]本发明的实施方式的31(:单晶体的制造方法使用所述制造装置。该制造方法包括如下工序:在晶种轴的下端面安装31(:晶种的工序；对收纳有原料的坩祸加热而生成31 —0溶液的工序；使安装于晶种轴的下端面的31(:晶种与31 —(^溶液接触的工序；在31(:晶种上培养31(:单晶体的工序。
[0017]本发明的实施方式的晶种轴用于基于溶液生长法的31(:单晶体的制造。该晶种轴具有供31(:晶种安装的下端面。该晶种轴包括:筒部；底部，其配置于所述筒部的下端，具有所述下端面；低导热性构件，其配置于所述底部的上表面，且具有比所述底部的热传导率低的热传导率。
[0018]发明的效果
[0019]采用本发明的实施方式的31(:单晶体的制造装置和31(:单晶体的制造方法，能够抑制31(:晶种的结晶生长面内的温差。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的实施方式的31(:单晶体的制造装置的示意图。
[0021]图2是表示图1中的晶种轴的剖视图。
[0022]图3是表示晶种轴的应用例1的剖视图。
[0023]图4是表示晶种轴的应用例2的剖视图。
[0024]图5是表示晶种轴的应用例3的剖视图。
[0025]图6是表示晶种轴的应用例4的剖视图。
[0026]图7是表示晶种轴的应用例5的剖视图。
[0027]图8是表示晶种轴的应用例6的剖视图。
[0028]图9是表示晶种轴的应用例7的剖视图。
[0029]图10是表示应用例3的变形例的剖视图。
[0030]图11是图10所示的低导热性构件的俯视图。
[0031]图12是表示应用例3的另一变形例的剖视图。
[0032]图13是图12所示的低导热性构件的俯视图。
[0033]图14是在实心的晶种轴的直径为50臟、75臟和1001^的情况下、对溶液的温度分布进行模拟而得到的结果。
[0034]图15是在空心的晶种轴的直径为50臟且低导热性构件的厚度为5臟、7111111和10111111的情况下、对溶液的温度分布进行模拟而得到的结果。
[0035]图16是在空心的晶种轴的直径为100111111且低导热性构件的厚度为和10皿的情况下、对溶液的温度分布进行模拟而得到的结果。
[0036]图17是在空心的晶种轴的直径为100！^且低导热性构件为图2所示的低导热性构件和图5所示的低导热性构件的情况下、对溶液的温度分布进行模拟而得到的结果。
【具体实施方式】
[0037]本发明的实施方式的31(:单晶体的制造装置用于溶液生长法。31(:单晶体的制造装置包括晶种轴和坩祸。晶种轴具有供31(:晶种安装的下端面。坩祸用于收纳31 —(^溶液。晶种轴是空心构造，包括筒部、底部和低导热性构件。底部配置于筒部的下端，并具有下端面。低导热性构件配置于底部的上表面，且具有比底部的热传导率低的热传导率。在此，“热传导率”是在制造31(:单晶体时、底部和低导热性构件在其温度下的热传导率，例如在10001:?20001:下的热传导率。
[0038]在晶种轴中，通过辐射排热，底部被冷却。在晶种轴内的空间内，越靠近筒部的区域，则温度越高。即，在晶种轴内的空间内，在与中心轴正交的方向上，存在温差。因此，底部的排热量也存在差别。结果，在底部容易出现温差。因而，安装于底部的31(:晶种的结晶生长面内的温度分布容易出现高低差别。
[0039]在所述制造装置中，在底部的上表面配置有低导热性构件。因此，能够利用低导热性构件抑制底部的排热。结果，在底部不易出现温差。因而，在安装于底部的31(:晶种的结晶生长面内不易出现温差。
[0040]低导热性构件只要具有比底部的热传导率低的热传导率，则并不特别限定，例如，为绝热材料。
[0041]低导热性构件也可以不覆盖底部的整个上表面。例如，若想要抑制底部的中央部的排热，则将低导热性构件配置于底部的中央部。
[0042]低导热性构件的厚度也可以不是恒定值。例如，若与底部的周缘部的排热相比想要抑制底部的中央部的排热，则可以使低导热性构件的中央部比周缘部分厚。
[0043]在该情况下，低导热性构件也可以包括:第1低导热性部，其配置于底部的上表面；第2低导热性部，其配置于第1低导热性部的上表面的中央部。
[0044]低导热性构件也可以包括:第1覆盖部，其用于覆盖底部的上表面；第2覆盖部，其与第1覆盖部的上表面连接，用于覆盖筒部的内周面。在该情况下，能够抑制筒部成为热源而使晶种轴内的温度上升。
[0045]低导热性构件也可以不与底部的上表面接触。例如，也可以是，热传导率高于底部的热传导率的高导热性构件配置在低导热性构件与底部之间。在此，与底部和低导热性构件的热传导率同样地定义高导热性构件的热传导率。即，高导热性构件的热传导率是在制造31(:单晶体时、高导热性构件在其温度下的热传导率，例如在10001:?20001:下的热传导率。
[0046]在该情况下，在底部中的与高导热性构件接触的区域内不易出现温差。而且，能够利用低导热性构件抑制高导热性构件和底部的排热。因而，在底部不易出现温差。
[0047]高导热性构件只要具有比底部的热传导率高的热传导率，则并不特别限定，例如为金属。
[0048]低导热性构件的热传导率也可以具有各向异性。例如，也可以是，低导热性构件在晶种轴的轴向上的热传导率小于低导热性构件在与晶种轴的轴向垂直的方向上的热传导率。
[0049]在该情况下，在底部中的与低导热性构件接触的区域，不易出现温差。因此，在底部不易出现温差。
[0050]所述那样的具有各向异性的热传导率的低导热性构件例如为热解石墨。
[0051]制造装置还可以包括:排热源，其配置在筒部内且低导热性构件的上方；升降装置，其用于使排热源升降。在该情况下，能够利用升降装置调整排热源距底部的距离。因此，能够控制底部的排热量。
[0052]本发明的实施方式的31(:单晶体的制造方法使用所述制造装置。
[0053]以下，一边参照附图一边说明实施方式的更具体的31(:单晶体的制造装置。在图中，对同一部分或相当于同一部分的部分标注同一附图标记，不进行重复说明。
[0054]〔制造装置〕
[0055]图1是本发明的实施方式的31(:单晶体的制造装置10的概略结构图。如图1所示，制造装置10包括腔室12、坩祸14、绝热构件16、加热装置18、旋转装置20和升降装置22。
[0056]坩祸14收纳在腔室12内。在制造310单晶体时，冷却腔室12。
[0057]坩祸14用于收纳31 —(^溶液15。31 — 0溶液15是310单晶体的原料。31 —〇溶液15含有硅(31)和碳⑵。
[0058]81-0溶液15的原料例如是51单体或者51与其他金属元素的混合物。将原料加热成熔体，使碳(0溶解于该熔体，从而生成31 —(:溶液15。其他金属元素例如为钛(丁土)、猛(胞)、络(0)、钴((?)、银0)、铁(]?)等。在这些金属元素中，优选的金属元素是丁1、0和？6。更优选的金属元素是丁1和0。
[0059]优选的是，坩祸14含有碳。在该情况下，坩祸14成为向31 — 0溶液15供给碳的碳供给源。坩祸14例如既可以是由石墨构成的坩祸，也可以是由31(:构成的坩祸。坩祸14的内表面也可以由31(:覆盖。
[0060]绝热构件16由绝热材料形成，包围坩祸14。
[0061]加热装置18例如是高频线圈，包围绝热构件16的侧壁。在该情况下，利用加热装置18感应加热坩祸14，由此，使收纳在坩祸14内的原料熔融，而生成31 — 溶液15。加热装置18进一步将31 — 溶液15维持在结晶生长温度。结晶生长温度依赖于31 —(^溶液15的组成。通常的结晶生长温度例如为16001:?20001。
[0062]旋转装置20包括旋转轴24和驱动源26。
[0063]旋转轴24沿腔室12的高度方向(图1中的上下方向)延伸。旋转轴24的上端位于绝热构件16内。在旋转轴24的上端配置有坩祸14。旋转轴24的下端位于腔室12的外侧。
[0064]驱动源26配置在腔室12的下方。驱动源26与旋转轴24连结。驱动源26使旋转轴24绕其中心轴线旋转。由此，坩祸14(31 — 0溶液15)进行旋转。
[0065]升降装置22包括晶种轴28和驱动源30。
[0066]晶种轴28例如主要由石墨构成。晶种轴28的上端位于腔室12的外侧。在晶种轴28的下端面283安装有31(:晶种32。
[0067]810晶种32为板状，其上表面安装于下端面283。在本实施方式中，在沿晶种轴28的轴向进行观察时，31(:晶种32的整个上表面与下端面283重叠。310晶种32的下表面为结晶生长面323。
[0068]810晶种32由310单晶体形成。优选的是，810晶种32的结晶构造与要制造的31(:单晶体的结晶构造相同。例如，在制造4?多晶型31(:单晶体的情况下，优选使用4?多晶型31(:晶种32。在使用4?多晶型31(:晶种32的情况下，优选结晶生长面323为(0001)面或者为自(0001)面以8。以下的角度倾斜的面。在该情况下，31(:单晶体稳定地生长。以下，有时将310晶种简称为“晶种”。
[0069]驱动源30配置在腔室12的上方。驱动源30与晶种轴28连结。
[0070]驱动源30用于使晶种轴28升降。由此，能够使安装于晶种轴28的下端面283的晶种32的结晶生长面323与收纳在坩祸14内的31 —(^溶液15的液面接触。
[0071]驱动源30使晶种轴28绕其中心轴线旋转。由此，使安装于晶种轴28的下端面288的晶种32旋转。晶种轴28的旋转方向既可以为与坩祸14的旋转方向相同的方向，也可以为与坩祸14的旋转方向相反的方向。
[0072]〔晶种轴〕
[0073]一边参照图2 —边说明晶种轴28。晶种轴28包括筒部28八、底部288和低导热性构件2800即，晶种轴28具有空心构造。
[0074]底部288位于筒部28八的下端，并堵塞筒部28八的下端。底部288的下表面为晶种轴28的下端面283。
[0075]在图2所示的例子中，底部288与筒部28八形成为一体，但也可以不与筒部28八形成为一体。例如，也可以将底部288螺纹固定于筒部28八的下端。筒部28八和底部288例如由石墨构成。
[0076]低导热性构件28(:配置于底部288的上表面。在图2所示的例中，低导热性构件280覆盖底部288的整个上表面。
[0077]低导热性构件28(:具有比底部288的热传导率低的热传导率。例如，在底部288由石墨构成的情况下，低导热性构件28(:具有石墨的热传导率低的热传导率。优选的是，低导热性构件28(:的热传导率是底部288的热传导率的1/10以下。在制造310单晶体时，底部288和低导热性构件28(:的温度例如为10001:?20001。在这样的温度下，底部288的热传导率例如为601/ (0，1()?351/ (111 -1(),低导热性构件280的热传导率例如为0.31/
(111 # 1()?0.61/ (111 # 1() 0
[0078]优选低导热性构件28(:由绝热材料形成。在底部288由石墨(各向同性石墨)构成的情况下，绝热材料例如为氧化铝、氧化锆、热解碳、石墨片(晶种轴的轴向上的热传导率低于与该轴向垂直的方向上的热传导率的各向异性石墨〉、碳纤维等。低导热性构件28(:的厚度能够结合所要求的排热量适当地设定。
[0079][810单晶体的制造方法〕
[0080]对使用制造装置10的31(:单晶体的制造方法进行说明。首先，准备制造装置10(准备工序接着，将晶种32安装于晶种轴28(安装工序接着，在腔室12内配置坩祸14，生成31 —(^溶液15 (生成工序)。接着，使晶种32与坩祸14内的31 — 0溶液15接触(接触工序接着，培养31(:单晶体(培养工序以下，说明各工序的详细内容。
[0081][准备工序]
[0082]首先，准备制造装置10。
[0083]〔安装工序〕
[0084]接着，在晶种轴28的下端面283安装晶种32。在本实施方式中，使晶种32的整个上表面与晶种轴28的下端面283接触。
[0085]〔生成工序〕
[0086]接着，在腔室12内的旋转轴24上配置坩祸14。坩祸14用于收纳31 — 0溶液15的原料。
[0087]接着，生成31 — 溶液15。首先，利用非活性气体置换腔室12内的气氛。之后，利用加热装置18将坩祸14内的31 —(^溶液15的原料加热至熔点以上。在坩祸14由石墨构成的情况下，在对坩祸14加热时，碳自坩祸14溶入熔体，而生成31 ―。溶液15。若坩祸14的碳溶于31 — 溶液15，则31 —(^溶液15内的碳浓度接近饱和浓度。
[0088]〔接触工序〕
[0089]接着，使晶种32与31 —(^溶液15接触。具体而言，利用驱动源30使晶种轴28降下，使晶种32与31 — 溶液15接触。
[0090]〔培养工序〕
[0091]在使晶种32与31 —(^溶液15接触后，利用加热装置18将31 — 0溶液15保持在所述结晶生长温度。之后，对51 ―。溶液15的靠晶种32附近的部分进行过冷却，使31(:成为过饱和状态。
[0092]对31 —(^溶液15的靠晶种32附近的部分进行过冷却的方法并不特别限定。例如，可以通过控制加热装置20，使31 ―。溶液15的靠晶种32附近的区域的温度低于其他区域的温度。
[0093]在31 — 溶液15的靠晶种32附近的区域的310处于过饱和状态的状态下，使晶种32和31 — 溶液15 (坩祸14)旋转。通过使晶种轴28旋转，来使晶种32进行旋转。通过使旋转轴24旋转，来使坩祸14进行旋转。晶种32的旋转方向既可以为与坩祸14的旋转方向相反的方向，也可以为与坩祸14的旋转方向相同的方向。另外，晶种32的转速既可以保持不变，也可以发生改变。晶种轴28在驱动源30的驱动下一边旋转一边逐渐上升。此时，在晶种32的与31 —(^溶液15接触的结晶生长面323生成并生长310单晶体。另外，也可以是，晶种轴28旋转但不上升。此外，还可以是，晶种轴28既不上升也不旋转。
[0094]晶种轴28具有空心构造。在这样的晶种轴28的情况下，底部288主要通过向上方的辐射排热进行冷却。辐射排热在底部288的中心处的排热效率最大。这是因为，与底部288的其他区域相比，在底部288的中心处，朝向低温部(在上方保持晶种轴28的金属构件)的立体角较大。底部288距低温部的距离越近，则排热量越大。另外，晶种轴28的外表面被来自坩祸14的内表面的辐射加热。因此，在晶种轴28内的空间内，越靠近筒部28八的区域，则温度越高。即，在晶种轴28内的空间内，越靠近中心轴线，则温度越低。因此，越远离筒部28八、即越靠近筒部28八的中心轴线，则底部288的排热量越大。结果，在底部288容易出现温差。因而，安装于底部288的下表面(晶种轴28的下端面283)的晶种32的结晶生长面323内的温度分布容易变得不均匀。
[0095]在本实施方式中，以覆盖底部288的整个上表面的方式配置有低导热性构件280。因此，能够利用低导热性构件28(:抑制底部288的排热。结果，在底部288不易出现温差。若在底部288不易出现温差，则安装于底部288的下表面(晶种轴28的下端面283)的晶种32的结晶生长面323内不易出现温差。结果，在晶种32的结晶生长面323上生长的310单晶体的生长表面上不易形成凹凸。另外，假设低导热性构件28(:配置在底部288与晶种32之间，则在结晶生长时，低导热性构件28(:与31 —(^溶液15接触，在低导热性构件280上生长出31(:的多晶体。在本实施方式中，低导热性构件28(:配置在由筒部28八和底部288包围的空间内，因此不会与31 — 溶液15接触。因此，在本实施方式中，不易生成多晶体。另外，低导热性构件28(:不与31 — 溶液15接触，因此低导热性构件28(:不易消耗，并且，81-0溶液15不会被低导热性构件28(:污染。
[0096][应用例1]
[0097]也可以是，低导热性构件不覆盖图2所示那样的底部288的整个上表面。低导热性构件只要覆盖底部288的想要抑制排热的区域即可。例如，底部288的中央部的排热量较大，因此若想要抑制底部288的中央部的排热，则可以如图3所示的晶种轴281那样，低导热性构件28(^1仅覆盖底部288的上表面的中央部。在该情况下，能够减小底部288的中央部与周缘部之间的温差。
[0098][应用例2]
[0099]也可以是，低导热性构件并不具有图2所示那样的大致恒定的厚度。也可以使低导热性构件的用于对底部288的想要抑制排热的区域进行覆盖的部分加厚。例如，底部288的中央部的排热量较大，因此若想要抑制底部288的中央部的排热，则可以如图4所示的晶种轴282那样，低导热性构件28(^2包括第1低导热性部36八和第2低导热性部368。第1低导热性部36八覆盖底部288的整个上表面。在沿着晶种轴282的轴线向下俯视时，第2低导热性部368小于第1低导热性部36八，并且在第1低导热性部36八的上表面中央部与第1低导热性部36八形成为一体。在该情况下，能够相比底部288的中央部的周围而言较大地抑制底部288的中央部的排热。
[0100][应用例3]
[0101]在低导热性构件的一部分厚于其他部分的情况下，也可以是，低导热性构件并非为图4所示那样的第1低导热性部和第2低导热性部形成为一体的结构。例如，也可以如图5所示的晶种轴283那样，低导热性构件280包括第1低导热性部38八和与第1低导热性部38八形成为不同构件的第2低导热性部388。第1低导热性部38八覆盖底部288的整个上表面。在沿着晶种轴283的轴线向下俯视时，第2低导热性部388小于第1低导热性部38八，并且覆盖第1低导热性部38八的上表面中央部。在该情况下，也能够相比底部288的周围而言较大地抑制底部288的中央部的排热。
[0102]图10所示的晶种轴288是图5所示的晶种轴283的变形例，包括第1低导热性构件2806、第2低导热性构件280和第3低导热性构件2808。图11表示沿晶种轴288的轴线俯视观察图10所示的第1低导热性构件28?:6?第3低导热性构件28?:8而得到的俯视图。第1低导热性构件28(--第3低导热性构件28(?均为圆板状，相对于晶种轴288的轴线配置为同轴状。
[0103]第1低导热性构件28(?覆盖底部288的整个上表面。第2低导热性构件2807覆盖第1低导热性构件28(?的上表面的除周缘部附近之外的区域。第3低导热性构件28(?覆盖第2低导热性构件280的上表面的除周缘部附近之外的区域。越是靠上层的低导热性构件，则直径越小。通过这样地构成低导热性构件，即使在晶种轴的轴径较大的情况下，也能够减小晶种轴的底部的温度的偏差。
[0104]在图10和图11所示的例中，使用了 3个低导热性构件，但也可以使用配置为同轴状的、越是靠上层的低导热性构件则直径越小的4个以上的低导热性构件。在这样的结构中，低导热性构件的数量增多，从而能够进一步减小晶种轴的底部的温度的偏差。
[0105]图12所示的晶种轴289是图5所示的晶种轴283的另一变形例。晶种轴289包括第1低导热性构件28(?和第2低导热性构件28010。图13表示沿晶种轴289的轴线俯视观察图12所示的第1低导热性构件28?:9和第2低导热性构件28?:10而得到的俯视图。与图10和图11所示的第1低导热性构件28(--第3低导热性构件28(?同样地，第1低导热性构件28(?和第2低导热性构件28010均为圆板状，并且相对于晶种轴289的轴线配置成同轴状。越是靠上层的低导热性构件，则直径越小。
[0106]第1低导热性构件28(?覆盖底部288的上表面的除周缘部附近之外的区域。第2低导热性构件28010覆盖第1低导热性构件2809的上表面的除周缘部附近之外的区域。像这样，也可以是，并非底部288的整个上表面被最下层的低导热性构件覆盖。采用这样的结构，即使在晶种轴的轴径较大的情况下，也能够减小晶种轴的底部的温度的偏差。
[0107][应用例4]
[0108]也可以是，低导热性构件与底部288的上表面不接触。例如，在图6所示的晶种轴284中，在低导热性构件28?:与底部288之间配置有高导热性构件40。高导热性构件40具有比底部288的热传导率高的热传导率。高导热性构件40例如由金属形成。在高导热性构件40例如由钨形成的情况下，高导热性构件40的热传导率(制造31(:单晶体时的高导热性构件40的温度下的热传导率)为1121/(111 -1()?941/(0 -1()。在图6所示的例子中，高导热性构件40与底部288的整个上表面接触，低导热性构件28?:与高导热性构件40的整个上表面接触。
[0109]在本应用例中，高导热性构件40与底部288的整个上表面接触。高导热性构件40比底部288容易传热。因此，在高导热性构件40所接触的底部288，温度不易出现偏差。
[0110]而且，低导热性构件28(:覆盖高导热性构件40，因此能够抑制高导热性构件40和底部288的排热。结果，能够抑制底部288的温度的偏差。
[0111][应用例5]
[0112]也可以是，低导热性构件的热传导率具有各向异性。例如，在图7所示的晶种轴285中，低导热性构件28(?在晶种轴28的轴向上的热传导率小于在与晶种轴28的轴向垂直的方向上的热传导率。低导热性构件28?:4例如由热解石墨构成。
[0113]在本应用例中，低导热性构件28(?覆盖底部288的整个上表面。在低导热性构件2804中，相比晶种轴28的轴向而言，容易沿与轴向垂直的方向传热。因此，低导热性构件2804所接触的底部288，温度不易出现偏差。
[0114][应用例6]
[0115]在图8所示的晶种轴286中，在筒部28八内配置有排热源34。排热源34配置在低导热性构件28(:的上方。排热源34例如为金属管。在金属管的内侧例如配置有供冷却水流动的冷却管。利用排热源34，能够促进底部288的辐射排热。
[0116]在图8所示的例中，排热源34配置为能够升降。排热源34利用升降装置42进行升降。升降装置42包括驱动轴42八和驱动源428。驱动轴42八与排热源34连结。驱动源428使驱动轴42八进行升降。由此，使排热源34进行升降。驱动源428例如为马达。驱动源428例如配置于覆盖晶种轴286的上端开口的盖44的上表面。在该情况下，驱动轴42八贯穿于在盖44上形成的孔44八。
[0117]在本应用例中，能够通过升降装置42调整排热源34距底部288的距离。因此，能够控制底部288的排热量。
[0118][应用例7]
[0119]在图9所示的晶种轴287中，低导热性构件2805包括第1覆盖部46八和第2覆盖部468。第1覆盖部46八覆盖底部288的上表面。第2覆盖部468与第1覆盖部46八的上表面周缘部连接，并覆盖筒部28八的内周面。
[0120]在该情况下，能够利用筒部28八避免晶种轴28内的温度上升。因此，晶种轴28内的温度不均匀减小。
[0121]实施例
[0122]利用模拟来调查在使低导热性构件的厚度不同的情况下、31(:晶种正下方的51 一溶液的温度变化多少。另外，为了进行比较，利用模拟来调查在使实心的晶种轴的直径不同的情况下、810晶种正下方的31 — 溶液的温度变化多少。
[0123]在该模拟中，使用轴对称似系，利用差分法计算热流动分析。在该模拟中，假设是在图1所示的制造装置中使用图2所示的晶种轴的情况和在图1所示的制造装置中使用实心的晶种轴的情况。将由绝热构件包围的区域作为计算对象，绝热构件表面的温度边界条件采用放射排热。
[0124]制造装置所包括的加热装置采用高频线圈。首先，将施加于高频线圈的电流设为6纽2的360八，通过电磁场分析算出坩祸内的焦耳热。接着，利用算出的焦耳热分布，进行坩祸内的热流动分析。在热流动分析中，坩祸和晶种轴采用相同的碳材质。晶种轴的直径与晶种的直径为相同大小。在图2所示的晶种轴中，将筒部的厚度设为3皿，将底部的厚度设为3皿。设为利用冷却装置将晶种轴的上端和支承坩祸的旋转轴的下端冷却(水冷)至251。并且，对于欲导入腔室12内的非活性气体，使用抱的物理属性值，对于51 一溶液，使用81熔体的物理属性值来进行计算。在该热流动分析中，进行定常计算。
[0125]图14是比较例的模拟结果，表示使用实心的晶种轴的情况下、即不包括低导热性构件的情况下的模拟结果。将晶种轴的直径设为50臟、75111111和100臟共3种。能够确认的是，晶种轴的直径越大，则晶种正下方的溶液温度降低得越多。能够确认的是，晶种轴的直径越大，则晶种的中央部正下方的溶液温度与晶种的周缘部正下方的溶液温度之差越大。
[0126]图15是本发明例的模拟结果，表示晶种轴的直径(筒部的外径)为的情况下的模拟结果。将低导热性构件的厚度设为和10111111共3种。能够确认的是，与使用实心的晶种轴的情况(参照图14)相比，通过在空心的晶种轴的底部的上表面配置低导热性构件，晶种正下方的溶液温度不易降低。能够确认的是，与使用实心的晶种轴的情况(参照图14)相比，通过在空心的晶种轴的底部的上表面配置低导热性构件，晶种的中央部正下方的溶液温度与晶种的周缘部正下方的溶液温度之差减小。能够确认的是，低导热性构件越厚，则晶种正下方的31 — (:溶液的温度越不易降低。
[0127]图16是本发明例的模拟结果，表示晶种轴的直径(筒部的外径)为100！^的情况下的模拟结果。将低导热性构件的厚度设为和10111111共3种。能够确认的是，与使用实心的晶种轴的情况(参照图14)相比，通过在空心的晶种轴的底部的上表面配置低导热性构件，晶种正下方的溶液温度不易降低。能够确认的是，与使用实心的晶种轴的情况(参照图14)相比，通过在空心的晶种轴的底部的上表面配置低导热性构件，晶种的中央部正下方的溶液温度与晶种的周缘部正下方的溶液温度之差减小。能够确认的是，低导热性构件越厚，则晶种正下方的31 — (:溶液的温度越不易降低。
[0128]图17是本发明例的模拟结果，表示晶种轴的直径(筒部的外径)为100！^的情况下的模拟结果。在该模拟中，假设除了使用图2所示的低导热性构件之外还使用图5所示的低导热性构件来作为低导热性构件。将图2所示的低导热性构件的厚度设为10.和20臟。在图5所示的低导热性构件中，将第1低导热性部的厚度设为10臟，将第2低导热性部的厚度设为10.。将第2低导热性部的直径设为与第1低导热性部的半径相同的大小。能够确认的是，与使用实心的晶种轴的情况(参照图14)相比，通过在空心的晶种轴的底部的上表面配置低导热性构件，晶种正下方的溶液温度不易降低。能够确认的是，与使用实心的晶种轴的情况(参照图14)相比，通过在空心的晶种轴的底部的上表面配置低导热性构件，则晶种的中央部正下方的溶液温度与晶种的周缘部正下方的溶液温度之差减小。能够确认的是，低导热性构件越厚，则晶种正下方的31 — 溶液的温度越不易降低。并且，能够确认的是，在图5所示的低导热性构件的情况下，晶种的中央部的正下方的31 — 溶液的温度不易降低。
[0129]另外，在图15?图17所示的本发明的实施例中，均是越靠近晶种轴的中心轴线，则晶种正下方的51 一溶液的温度越低的温度分布，但例如，也可以以这样的方式构成装置:能够得到越远离晶种轴的中心轴线则晶种正下方的31 — 溶液的温度越低的温度分布。
[0130]另外，在图9所示的低导热性构件28(:5(包括第1覆盖部46八和第2覆盖部468)中，也可以是，如图3所示的低导热性构件28(^2或图4所示的低导热性构件280那样，在俯视时，第1覆盖部46八的中央部厚于该中央部周围的部分(没有与第2覆盖部468连接的部分)。
[0131]以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但这些实施方式只不过是例示，本发明不受这些实施方式任何限定。
[0132]附图标记说明
[0133]10、制造装置；14、坩祸；15、31 — 0溶液；28、晶种轴；283、下端面；28八、筒部；288、底部；28匕低导热性构件；32^810晶种；34、排热源；38八、第1低导热性部；388、第2低导热性部；40、高导热性构件；42、升降装置
【权利要求】
1.一种制造装置，该制造装置是用于溶液生长法的SiC单晶体的制造装置，其中， 该制造装置包括: 晶种轴，其具有供SiC晶种安装的下端面； 坩祸，其用于收纳Si — C溶液， 所述晶种轴包括: 筒部； 底部，其配置于所述筒部的下端，且具有所述下端面； 低导热性构件，其配置于所述底部的上表面，且具有比所述底部的热传导率低的热传导率。
2.根据权利要求1所述的制造装置，其中， 所述低导热性构件为绝热材料。
3.根据权利要求1或2所述的制造装置，其中， 所述低导热性构件配置于所述底部的中央部。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的制造装置，其中， 所述低导热性构件的中央部比周缘部厚。
5.根据权利要求4所述的制造装置，其中， 所述低导热性构件包括: 第I低导热性部，其配置于所述底部的上表面； 第2低导热性部，其配置于所述第I低导热性部的上表面的中央部。
6.根据权利要求1?5中任意一项所述的制造装置，其中， 所述低导热性构件包括: 第I覆盖部，其用于覆盖所述底部的上表面； 第2覆盖部，其与所述第I覆盖部的上表面连接，用于覆盖所述筒部的内周面。
7.根据权利要求1?6中任意一项所述的制造装置，其中， 所述晶种轴还包括高导热性构件， 该高导热性构件配置在所述低导热性构件与所述底部之间，且具有比所述底部的热传导率高的热传导率。
8.根据权利要求7所述的制造装置，其中， 所述高导热性构件为金属。
9.根据权利要求1?5中任意一项所述的制造装置，其中， 所述低导热性构件在所述晶种轴的轴向上的热传导率小于所述低导热性构件在与所述晶种轴的轴向垂直的方向上的热传导率。
10.根据权利要求9所述的制造装置，其中， 所述低导热性构件为热解石墨。
11.根据权利要求1?10中任意一项所述的制造装置，其中， 该制造装置还包括: 排热源，其配置在所述筒部内且所述低导热性构件的上方； 升降装置，其用于使所述排热源升降。
12.一种制造方法，该制造方法是使用权利要求1?11中任意一项所述的制造装置的、基于溶液生长法的SiC单晶体的制造方法，其中， 该制造方法包括如下工序: 在所述晶种轴的下端面安装所述SiC晶种的工序； 对收纳有原料的所述坩祸加热而生成所述Si — C溶液的工序； 使安装于所述晶种轴的所述下端面的所述SiC晶种与所述Si — C溶液接触的工序； 在所述SiC晶种上培养SiC单晶体的工序。
13.—种晶种轴，该晶种轴用于基于溶液生长法的SiC单晶体的制造，该晶种轴具有供SiC晶种安装的下端面，其中， 该晶种轴包括: 筒部； 底部，其配置于所述筒部的下端，且具有所述下端面； 低导热性构件，其配置于所述底部的上表面，且具有比所述底部的热传导率低的热传导率。
【文档编号】C30B29/36GK104471117SQ201380035985
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】冈田信宏, 龟井一人, 楠一彦, 矢代将齐, 森口晃治, 大黑宽典, 加渡幹尚, 坂元秀光 申请人:新日铁住金株式会社, 丰田自动车株式会社