SiC单晶制造装置
技术领域
本发明涉及一种SiC单晶制造装置。
背景技术
与硅(Si)相比，碳化硅(SiC)的绝缘击穿电场大一个数量级，带隙大3倍。另外，与硅(Si)相比，碳化硅(SiC)具有热导率高3倍左右等特性。碳化硅(SiC)被期待着应用于功率器件、高频器件、高温工作器件等。因此，近年来，SiC外延晶片已经用于上述的半导体器件。
SiC外延晶片通过在SiC单晶基板上使用化学气相沉积法(Chemical VaporDeposition：CVD)来使成为SiC半导体器件的活性区域的SiC外延膜生长而被制造。
SiC单晶基板通过对SiC单晶进行切割来制成。作为制造该SiC单晶的方法之一，众所周知有升华法。升华法是使籽晶生长为更大的SiC单晶的方法。在升华法中，一般使用晶体生长用容器(坩埚)，该晶体生长用容器具有容纳SiC原料的原料容纳部和设置有供保持籽晶的籽晶保持部的盖部。加热该晶体生长用容器，使SiC原料升华，将所生成的升华气体供给至籽晶，由此使籽晶生长成SiC单晶。
近年来，伴随市场的要求，正在谋求使SiC外延膜生长的SiC单晶基板的大口径化。因此，使SiC单晶本身的大口径化、长尺寸化的迫切期望也不断提高。在SiC单晶的大口径化、长尺寸化的迫切期望的同时，高品质化的迫切期望也不断提高。在SiC单晶的晶体生长中，存在各种影响其品质的要素。
对晶体生长用容器进行加热，使SiC单晶进行晶体生长时的晶体生长用容器内的温度条件、SiC单晶的形状是影响SiC单晶的品质的一个因素。
专利文献1中记载了一种通过在预定位置设置绝热件来控制SiC单晶的形状的方法。另外，专利文献2中记载了一种能够通过将绝热件配置在与原料气体分离的封闭空间内来控制晶体生长用容器内的温度分布的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-12640号公报
专利文献2：日本特开2016-117624号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在对晶体生长用容器进行加热时，一般将晶体生长用容器配置在耐热性高的基座之上，使用感应加热器、电阻加热器从外部进行加热。但是，与使SiC单晶基板的大口径化的要求对应地，晶体生长用容器也大型化，来自外部的热量难以传递至晶体生长用容器的中央部。若晶体生长用容器的中央部的温度低，则在晶体生长用容器内生成的升华气体在晶体生长用容器的中央部再结晶，有时无法用于SiC单晶的生长。因此，期望使晶体生长用容器内的温度分布变得均匀。然而，在如专利文献1及2所记载的那样仅使用绝热件的情况下，难以使晶体生长用容器内的温度分布变得均匀。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种晶体生长用容器内的温度分布的均匀性较高的SiC单晶制造装置。
用于解决课题的技术方案
发明人进行了深入的研究，结果发现了如下情况：通过以浮起的状态即悬空状态将晶体生长用容器保持在SiC单晶制造装置中，能够使晶体生长用容器内的温度分布变得均匀。
尤其发现了如下情况：在具有基座的晶体生长用容器的情况下，通过以从基座浮起的状态即悬空状态保持晶体生长用容器，能够抑制晶体生长用容器内的热量经由基座向外部散热，由此能够使晶体生长用容器内的温度分布变得均匀。
即，本发明为了解决上述课题，提供以下技术方案。
(1)本发明的一个方案涉及的SiC单晶制造装置具备：晶体生长用容器，其容纳SiC原料；绝热件，其覆盖所述晶体生长用容器的周围；加热器，其对所述晶体生长用容器进行加热；以及保持构件，其保持所述晶体生长用容器。所述晶体生长用容器被所述保持构件以悬空状态保持。此外，本发明中，悬空状态包括悬挂晶体生长用容器的状态。
(2)上述方案涉及的SiC单晶制造装置也可以构成为，所述保持构件具有：第一保持部，其固定于所述SiC单晶制造装置；第二保持部，其固定于所述第一保持部；以及接合部，其与所述晶体生长用容器和第二保持部接合，通过使所述接合部与所述晶体生长用容器的侧面接合，以悬空状态保持所述晶体生长用容器。
(3)上述(1)或(2)的方案涉及的SiC单晶制造装置也可以构成为，所述保持构件具有：基座；固定于所述基座的支柱；以及配备于所述支柱的突起部，通过使所述突起部与所述晶体生长用容器的侧面接合，以悬空状态保持所述晶体生长用容器。
发明效果
根据本发明，能够提供一种晶体生长用容器内的温度分布的均匀性高的SiC单晶制造装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的SiC单晶制造装置的剖视示意图。
图2是本发明的第二实施方式涉及的SiC单晶制造装置的剖视示意图。
图3是本发明的第三实施方式涉及的SiC单晶制造装置的剖视示意图。
图4是本发明的第四实施方式涉及的SiC单晶制造装置的剖视示意图。
标号说明
1 SiC原料；2 籽晶；10 晶体生长用容器；11 原料容纳部；12 盖部；13 籽晶保持部；20 绝热件；20a 顶部；21 贯通孔；30 加热器；40a、40b 保持构件；41a、41b 基座；42a、42b 支柱；43a、43b 突起部；44a、44b 主轴；45 辅助加热器；46 感应加热部；101、102、103、104 SiC单晶制造装置。
具体实施方式
以下，适当地参照附图，对本发明的实施方式涉及的SiC单晶制造装置进行详细说明。在以下的说明中使用的附图中，存在为了容易理解本发明的特征而为方便起见将成为特征的部分放大地表示的情况，有时各构成要素的尺寸比率等与实际情况不同。在以下的说明中例示的材料、尺寸等仅是一个例子，本发明不限定于此，能够在实现本发明的效果的范围内适当地变更来实施。
本发明的SiC单晶制造装置具备：容纳SiC原料的晶体生长用容器、覆盖上述晶体生长用容器的周围的绝热件、对上述晶体生长用容器进行加热的加热器、以及保持上述晶体生长用容器的保持构件。上述晶体生长用容器被上述保持构件以悬空状态保持。
本发明的“晶体生长用容器以悬空状态被保持”(be held in a suspendedstate)是指晶体生长用容器以在其底面侧与装置之间存在空间的状态被保持。该晶体生长用容器既可以能自由地移动，又可以无法移动。作为以悬空状态进行保持的方法，晶体生长用容器只要以在其底面侧与装置之间存在空间的状态被保持即可，没有特别限定。
上述保持构件优选具有：固定于上述SiC单晶制造装置的第一保持部、固定于上述第一保持部的第二保持部、以及与上述晶体生长用容器和第二保持部接合的接合部。通过使上述接合部与上述晶体生长用容器的侧面接合，以悬空状态保持上述晶体生长用容器。
保持构件的例子包括图1所示的第一实施方式(下述)的保持构件40a和图2所示的第二实施方式(下述)的保持构件40b。第一保持部的例子包括图1所示的基座41a和图2所示的基座41b。第二保持部的例子包括图1所示的支柱42b和图2所示的支柱42b。接合部的例子包括图1所示的突起部43a和图2所示的突起部43b。
[第一实施方式]
图1是本发明的第一实施方式涉及的SiC单晶制造装置的剖视示意图。
图1所示的SiC单晶制造装置101具备晶体生长用容器10、绝热件20、加热器30、以及保持构件40a。
晶体生长用容器10具有原料容纳部11和盖部12。原料容纳部11容纳SiC原料1。盖部12配置有保持籽晶2的籽晶保持部13。作为原料容纳部11和盖部12的材料，例如能够使用石墨、碳化钽等。
绝热件20配置于晶体生长用容器10的周围，以覆盖晶体生长用容器10。作为绝热件20，没有特别限制，能够使用碳纤维毡等作为SiC单晶制造装置用的绝热件被利用的公知的绝热件。通过在绝热件20的顶部20a形成贯通孔21，并使用非接触式温度测定器，能够经由贯通孔21来测定盖部12的温度。作为非接触式温度测定器，能够使用辐射温度计。
作为加热器30，没有特别限制，能够使用电阻加热器、感应加热器等作为SiC单晶制造装置用的加热器而被利用的公知的加热器。此外，图1所示的加热器30是使用了高频线圈的感应加热器。
保持构件40a具有基座41a、固定于基座41a的支柱42a、以及配备于支柱42a的突起部43a。基座41a配置于晶体生长用容器10的下方，支柱42a朝向上方延伸。在晶体生长用容器10的侧面设置有凹陷(未图示)。将支柱42a的突起部43a插入到晶体生长用容器10的凹陷内，使保持构件40a与晶体生长用容器10接合，由此晶体生长用容器10被以从基座41a浮起的状态即悬空状态保持。作为基座41a和支柱42a的材料，能够使用石墨、碳化钽等。保持构件40a被贯通绝热件20的底部的主轴44a保持。
在本实施方式的SiC单晶制造装置101中，由加热器30对晶体生长用容器10进行加热。通过该加热，容纳于晶体生长用容器10的原料容纳部11内的SiC原料1升华而生成升华气体。升华气体与盖部12的籽晶保持部13所保持的籽晶2接触而使籽晶2生长成SiC单晶。
在本实施方式的SiC单晶制造装置101中，晶体生长用容器10被保持构件40a以悬空状态保持。因此，能够抑制由加热器30加热而产生的晶体生长用容器10的热量经由基座41a向外部散热。因此，晶体生长用容器10内的温度分布的均匀性得以提高。而且，由于晶体生长用容器10内的温度分布变得均匀，所以不易引起在晶体生长用容器10内生成的升华气体在晶体生长用容器10的中央部再结晶的情况，从而能够稳定地制造大口径的SiC单晶。
[第二实施方式]
图2是本发明的第二实施方式涉及的SiC单晶制造装置的剖视示意图。
图2所示的SiC单晶制造装置102与上述第一实施方式的SiC单晶制造装置101的不同点在于：保持构件40b的基座41b配置于晶体生长用容器10的上方，支柱42b朝向下方延伸。此外，对于本实施方式的SiC单晶制造装置102与上述第一实施方式的SiC单晶制造装置101中共用的部分，标注同一标号，并省略说明。
在本实施方式的SiC单晶制造装置102中，将配备于保持构件40b的支柱42b的突起部43b插入到晶体生长用容器10的凹陷(未图示)内，使保持构件40b与晶体生长用容器10接合，由此晶体生长用容器10被以从基座41b悬挂的状态保持。因此，能够抑制由加热器30加热而产生的晶体生长用容器10的热量经由基座41b向外部散热。因此，晶体生长用容器10内的温度分布的均匀性得以提高。而且，由于晶体生长用容器10内的温度分布变得均匀，所以不易引起在晶体生长用容器10内生成的升华气体在晶体生长用容器10的中央部再结晶的情况，能够稳定地制造大口径的SiC单晶。保持构件40b被贯通绝热件20的顶部的主轴44b保持。
[第三实施方式]
图3是本发明的第三实施方式涉及的SiC单晶制造装置的剖视示意图。
图3所示的SiC单晶制造装置103与上述第一实施方式的SiC单晶制造装置101的不同点在于：在保持构件40a的基座41a的附近配备有辅助加热器45。此外，对于本实施方式的SiC单晶制造装置103与上述第一实施方式的SiC单晶制造装置101中共用的部分，标注同一标号，并省略说明。
在本实施方式的SiC单晶制造装置103中，利用配备于基座41a的附近的辅助加热器45，能够对难以由配置于晶体生长用容器10的侧面侧的加热器30加热的晶体生长用容器10的底部进行加热。因此，通过因以悬空状态保持晶体生长用容器10而产生的散热的抑制效果和因辅助加热器45而产生的加热效果，晶体生长用容器10内的温度分布的均匀性得以进一步提高。而且，由于晶体生长用容器10内的温度分布变得均匀，所以不易引起在晶体生长用容器10内生成的升华气体在晶体生长用容器10的中央部再结晶的情况，能够制造大口径的SiC单晶。
[第四实施方式]
图4是本发明的第四实施方式涉及的SiC单晶制造装置的剖视示意图。
图4所示的SiC单晶制造装置104与上述第一实施方式的SiC单晶制造装置101的不同点在于：感应加热部46配备于保持构件40a的基座41a。此外，对于本实施方式的SiC单晶制造装置104与上述第一实施方式的SiC单晶制造装置101中共用的部分，标注同一标号，并省略说明。
在本实施方式的SiC单晶制造装置104中，利用配备于基座41a的感应加热部46，能够对难以由配置于晶体生长用容器10的侧面侧的加热器30加热的晶体生长用容器10的底部进行加热。因此，通过因以悬空状态保持晶体生长用容器10而产生的抑制散热的效果和因感应加热部46而产生的加热效果，晶体生长用容器10内的温度分布的均匀性得以进一步提高。而且，由于晶体生长用容器10内的温度分布变得均匀，所以不易引起在晶体生长用容器10内生成的升华气体在晶体生长用容器10的中央部再结晶的情况，能够制造大口径的SiC单晶。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于此，能够在实现本发明的效果的范围内适当地变更来实施。例如，在上述的第一实施方式～第四实施方式的SiC单晶制造装置101～104中，将支柱42a、42b的突起部43a、43b插入到晶体生长用容器10的凹陷内，由此使保持构件40a、40b与晶体生长用容器10接合，但使保持构件40a、40b与晶体生长用容器10接合的方法没有特别限制。例如，也可以在晶体生长用容器10的侧面设置突起部，并在支柱42a、42b设置凹陷，将晶体生长用容器10的突起部插入到支柱42a、42b的凹陷内。另外，也可以在晶体生长用容器10的侧面和支柱42a、42b分别设置突起部，并连结晶体生长用容器10的突起部与支柱42a、42b的突起部。并且，支柱42a、42b的个数也可以为三个以上。在使用三个以上的支柱42a、42b的情况下，各支柱的间隔优选配置为成为等间隔。
另外，在第一、第三、第四实施方式的SiC单晶制造装置101、103、104中，也可以取代在支柱42a设置突起部43a，而在晶体生长用容器的周围设置凸部，并将该凸部的下表面与支柱42a的顶端直接连结。
再者，在第二实施方式的SiC单晶制造装置102中，也可以使主轴44b作为保持构件，直接与晶体生长用容器10的盖部12连结。
