TW200806828A - Single crystal SiC, production method thereof and producing device of single crystal SiC - Google Patents

Description

200806828 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 -狀於—辦騎導體元件师贼LED㈣料而利 【先前技術】 由於單結晶sic其結晶的鍵能（Bond energy)大音 ，，且，熱係數高，因此作為耐嚴苛環境用元件或功率元件:二二 deVlce)的材料是相t有效的。除此之外，由於其^ 。的晶格常數，目此作為⑽伽關基板材料= 傳統上’此種單結晶SiC的製造方式 下 ，内使sic粉末昇華，然後在石墨姻 結晶化的瑞里法（RayleighMeth()dh 分布最絲，錢在使

SiC種早結晶，使其再結晶成長為 J I刀配置 藉由載持氣體，輪送到被加熱後的‘ “ -坩堝内，於使SiC粉末盥Sic種罝紝曰凌，以及在石墨 末在Sic種單結晶上再結晶成長犬態下’使Sic粉 妒而t 风食马猫日日的歼華接近法等。 的單結晶SiC，但是因為這種自:f句合成結晶性良好 為基礎而進行長晶的過程，因不 j生的成核(跳ieat1〇n) 控制喝，以此種方式亦無制以及結晶面 得到二雖然可以用數百一左右的高速 层晶成長，因巧係以螺旋狀的方式進行 (Micropipe)的微小孔洞產生的問^牙、结晶，而被稱為微細管 5 200806828 而在CVD法中，雖然能夠製造高純度且低 結晶SiC，但是因為係以稀舰體源進 =以 -細數十一左右’叫法得形的單= -雖'然能夠以相對比較簡單的結構，而實現 =屯度的沉猫日日成長’但是由於結構上的限制， 法制 造長形的皁結晶Sic鑄錠的問題。 有…、去衣 取近，有人發明了-種以惰性載持氣體將= 微⑽土）與碳超微粒健雜加__ 在SiC種單結晶上以碳將二氧化石夕還原， =且 結晶，在Sic種單結晶上高速繼晶縣:之⑶以 利，1)。在此方式中，可以用高速獲得高 專 且其可抑制產生微細管等的缺陷。 貝扪早π日日SC， 在專利文件1所揭露的製造方法中走" 微__的碳超微粒作為單結晶Sic的製造^ 與作為_材用Sic的製造方法而著名的艾奇 f此2而s ’ 二水矽酸與碳源加熱到2_。。以上，：將ίί 的〜沄在又可遜法中，因為反應複雜， 樣^形狀、多尺寸之sic多結晶體。相對於此衣 所揭路的製造方法中，係藉由將由二氧化石夕 A扣 ，成的單結晶Sic製造用原料，供應到被加熱 晶上，伴隨著體積收縮而控制所製造的單結曰r 狀，以期待在Sic種單結晶上配置成蟲晶的^法。ΰ與夕形 注曰’在_文件1 __製造方法中，要控制單 與3莫耳的目趣齡騎咖 體係被推定成在進行反應的Sic種單結晶上產生。因此^如= 6 200806828 迅速將其從SiC種單社曰μ μ + 就會被此一氧化碳氣體而切斷。吉反應成長層 ^表面的結晶配置資訊無法 ^胃^致，種單結 -皁結晶SiC的結晶成長並不容易的成長層’廷就是上述控制 - 【專利文件1】日本專利第3505597號 【發明内容】 發明所欲解決 本發明係用以解決上述的課而 於提供-可抑制微細管等的缺陷，而呈質之目的在 _之單結晶Sic。 /、侑回口口貝的長形、大口徑 解決課題之手辟 上述的課題可用以下所述的<1;>、<4>、 γ ^固2外J含:將SiC種單結晶晶圓 =二悉从上的步驟，以及從外部將單結晶別 連縯供應到Sic種結晶晶圓上，使單姓 原枓 其特徵在於： 1史早、、。曰曰SC成長的步驟； > 使該基座、Sic種單結晶以及隨著長晶而同時增厚 <2>如<1>所記載的單結曰曰曰Sic的製造方法

SiC製造用原料係二氧化矽及碳。 τ忑早、、、口曰曰 <3>如<1>或〈2>所記載的單結晶Sic的製造方法， 該平均溫度梯度為0.5°C/mm以上、3°C/mm以下。 /、 <4>，由<1>至<3>中任—項所記載的方法，製造單結晶 oiC ° ，<5> -種單結晶SiC S造裝置，其特徵在於：具備··加熱裝置， 7 200806828 設有_的腔室以及職加熱；基座，収在_內 ^疋SC種單結晶晶圓；以及原料供應裝置，用以對別。種 ί結晶供應單結晶SiC製造用原料；此外，該基座具備 制之熱交換功能。 工 發明之效f 及豆==明:可獲得一種成Μ度快、成本低廉的單結晶Sic /、衣仏方法，與單結晶SiC之製造裝置。 此外’根據本發明所得之單結晶sic其微細管的產 ==得高品質的單結晶Sic。此外，亦可提供大=的曰=單 【實施方式】 以下將參照圖式詳細說明依據本發明的較佳實施形態。 t發明之單結晶Sic的製造方法，包含：將Sic種i紝曰曰 ，定在基座上的步驟；以及，從外部將單用。= 種結晶晶圓上，使單結晶SlC成長的二用f ft ’使該基座、Sic鮮結晶以及隨著長晶而同時增厚的單= 、平均溫度梯度可為0.5°c/mm以上、9°C/mm以下，更佳為05ρ mm以上、3°C/mm以下。 、· 1 至於平均溫度梯度的設定，則係設定成使s 層為高溫，基座端為低溫。 · 早…曰的成長 藉由將平均溫度梯度設為在〇.5°c/mm以上、9。 式，可使被製造的單結晶SiC成長為蠢晶。這是‘ = 晶表面的結晶配置資訊被傳遞到Sic單結晶的成長層。$早、'、。 如果要更進-步詳細敘述的話，如上所述，因為係使平 度梯度在基座端較低；在成長層端較高，因此成長單結B _ : 面的溫度會比SiC種單結晶表面的溫度更高。藉由如二定〜 200806828 ，度，方式，作為反應產生物的—氧化碟氣體，就 ^==跑=沉临，爾㈣_内i ，疋5兄生成的一氧化碳氣體並不會滯留在成 部，因此，观鮮結晶與反縣長層就不會= 被切斷。從而，Sic種罝钍日本品ΛΛ^Θ 乳化妓乳體而 到反應成長層。 的，配㈣訊即可良好地傳遞 溫度梯度變成比9〇c/mm更大時，在Sic種單έ士晶表 資而產生與sic種單結晶表面的結晶配置 產_，餘魅會賴，有可能會 二ΐ以用t下的方式測定平均溫度梯度。 ⑺、、指先浙基座端（低溫端）及成長層端 聰如贿表面為止的距離所座 測=測 r，的溫度與密二 度計實際測定_㈣外側表面的溫度，將 度感測_基絲面為㈣度' 從溫 結晶的成嫩，物=Sic單 歸:jf1圍之内，舰^ 方式，控制溫i梯度。 座具備可控制之熱交換功能的' 的制:& ’可舉例如下：高溫端的溫度’固定於SiC單結晶 ΪίίΪ ΊΓΐΪΪ度之調整，則是以低溫端（基座中具備熱 度調整進行。在賦予溫度梯度的情況時，可 …玉土 '、先、又、為的接觸面積與熱交換容量，控制低溫端的溫 200806828 度。 .,藉由予上述的製造裝置之情況中， :方式該制Jf弟度而土 :用於ΐίίϊ間插入隔熱材質的 在本；中:原，佳為由二氧化矽與碳所構成。 等並無特別的如二種類、粒徑、粒子形狀 Η«) ^ (F1- 特別'粒徑、粒子形狀等並無 Black)等。 田利用市面上販售之高純度碳黑（Carbon 之限i述續供應量的比例’並無特別 氧化石夕粒子及碳;:也:以將上述二 量添加其他成分g 了乳化石夕粒子及碟粒子進行前處理，或是微 上時子供應到sic種單結晶晶圓 制，可使用眾所週知丄以供;:方法即可’並無特別的限 銷售=體饋送機，可連粉可使用例如市面上 關於蔣争无使用虱取代或氮取代的密閉式構造。 供應條件ϋ是供應到Sic種單結晶晶圓上的 晶晶圓上混合Ϊ狀離下被sf製造用原料在Sic種單結 iVAmmn + e =下破彳，、應即可。黑論是事先混合該單結晶SiC =用闕’或是分別供應之後再在Sic種單結晶晶圓上混合亦 用原=作12 t進行捧雜時’可在該單結晶Sic製造- Λ..... /原而混合’或是在單結晶Sic製造裝置内的環 10 200806828 王兄氣體中作為氣體源，混合該摻雜成分亦可。 、，本發明中所使用的以匚種單結晶晶圓的種類、大 ^ y=擇。例如，可適當利用依改良瑞里法 & 日日ίϊϊ必要時對其予以前處理之沉種單結晶晶圓。 f置ίϋ明Γ為了得到單結晶SiC而使用之單結晶SiC製造 亚無特別的，。也就是說，關於其大小、加熱方式、 以二所:、:t應方式、_氣體調整方式、溫度控制方式等，4 3 晶Sic的大小、形狀、種類、單結晶Si 用原科之種類與數量等適當選擇而得。 方ί 了避免此裝置的環境氣體有氧氣混人，因此較佳的 式疋使用氬取代或氮取代，且為密閉式構造。 的單的if度並無特別的限制，可以根據所欲 量等而適當設^。較佳的製造溫度係指娜叱〜細^ 外側的溫度。本發明所使用之製造裝置， 較佺者係在上述的溫度範圍中，可進行溫度控制的裝置。 在巾，加熱枝並無制的限制，可制任何之 方式，例如尚頻感應加熱或電阻加熱。 ”、、 絲所考ΐΐ ΐ用温度職圍’因此崎Sic鱗結晶關的基座 t，較佳為以石墨製造。此外，較佳的型態是辭一冷卻機’ 1使基座触直方向（長邊方向）產生熱流。該冷卻方式並益 種類，分別選擇適切的溫度梯度。 在本發明中，Sic單結晶之製造裝置具備·· 加熱裝置，用以對設有掛塌的腔室以及掛塌加熱； 基座，用以在坩堝内固定Sic種單結晶晶圓；;^及 原料供應裝置，用以對Sic種單結晶供應單結晶Sic製造用 其特徵在於’該基座具備可控制之熱交換功能。 、〃 11 200806828 圖1係頒示用以製造本發明之單έ士曰 係使用高頻感應加熱爐。 、口日日SlC衣置之一例，在此 在水冷的密閉腔室1内.，配詈声制 — ，高度150咖），而在該水冷的密‘室2 (直徑⑽ 感應加熱線圈3。 二至的外侧，配置有高頻 在該密閉坩堝2的下方，言蜜许λ士 " 晶圓4的基座5。此基座延伸到密雜^用晶 的旋=構，以該基座的中心軸為旋轉軸而轉動」。，可猎由未圖不 A，’在此基座中未圖示的下端 能:可在職座的鉛直方向(_方向）以:㈡的J父 流量的大小亦可調整。 生六、、後。而且该熱 方/ί白ί”上端的说種單結晶晶圓4的表面之法缘 45。角為止的範圍内。 ^直方向略+仃起到最大傾斜 在該密騎_的上方，貫穿插人有用以傾 广 造用原料粒子的供應管6。而該供應管 置二、：日二1衣 射f的相，且分㈣__教魏 以及可調料量之触鱗氣體供縣（糊示it 先混合好的單結晶Sic製造二料 粉分別獨立填充到原料儲存槽中，石夕與碳 调正，i進订供應的方式。每次以適當的量

SiC製造用原料到該密閉坩堝的内部。、、/、應早、、、口曰曰 以這種方式，在Sic種單結晶晶圓4上，可 同時增厚的單結晶Sic層（成長層）9。. 抓者長曰曰而 加熱爐’可藉由未®示之真空排氣系_壓力W 糸統^壓力控制，另外，亦具備未圖示之惰性氣體替n即 除此之外，在圖丨的實施例巾，賴是將供歸配置在上方， 12 200806828 在不改變本發明之作用的範圍内，亦 置’或是使供應管相對於基座呈現 【實施例】 * 以下說明關於本發明之實施例。 本貫補的實施方式係使職純感應 件，製造單結晶Sic。 ’、、、歷依以下的條 .首，’在該基座上端固定Sic種單結晶晶目。在 S!c種秘晶晶圓，係指以瑞里法所製造的略1()咖角的單 3 SC，以及依改良瑞里法所製造而得之直徑2士曰=

If ^ ’分別顿並使用正面（平行於結⑼ 傾斜面、C面、Si面作為種單結晶。 j之面） 然後，再將作為單結晶Sic製造用原料 π 黑祖_)與二氧化石夕（日本Α刪u公司生產 別獨立地充填到原料儲存槽。而且，將 t 二氧化石夕/碳=1.5〜5·〇 (重量 二，碰為 應SiC粉束。 里比）此日守亦可視需要而另外供 在抽取高頻感應加熱爐内部的空氣使之成為真空之 5氣高:氬或是高純度的氮）取代該高_應加埶“ 錢加熱線圈，對該碳制密_堝加^， 使㈣種早結晶晶圓的表面溫度成為1_。。〜239〇:c 其次，將其上有Sic種單結晶晶圓固定之該基座，以〇〜

的旋轉5度使其旋轉’在此狀態下，調整成使該惰性载持氣體古 純度的氬或是高純度的氮）在流速〇.5〜1〇L/min的範圍内流: 然後’將該單結晶Sic製造用原料，經由該供應.管内部，^ 應到配置於該朗職内的下方之該Sic種單結晶晶圓 G

約兩個小時，以進行單結晶Sic的製造。藉此，以J mm的單結晶SiC 〇 予没、、、勺1 13 200806828 此％ ’ 5周整座下端的熱交換機構，使基座錯直方 方向）的平均溫度梯度分別在0 rc/mm、05t：/刪、3。口醜、/ mm、l〇C/mm的條件下，進行單結晶Si(：的製造。 〜所進行後的製造結果，記錄於表卜當將基座錯直方 向（長地方向）的平均溫度梯度設為〇 5〇c/mm以上時，在夂 溫度梯度的平均成長速度皆為5〇〜5GG//m/h。然而平二 ir;為生㈣ 成長，作H 梯度為9c/mm的條件時，雖然會進行蠢晶 ί右的條件時，所製造的單結晶沉中，並不 凡日日，因此可製造微細管等的缺陷少，品 〔表1〕 平均溫度梯度 (°C/mm) 0.2 —--— 0.5 3 9 10 成長速度 (β m/h ) 全士曰从 —50 〜loo 50 〜5〇〇 50 〜500 ———_ 50 〜5〇〇 50 〜500 、落日日’Γ生 缺陷 --- 透明單結晶 微細管少 單結晶 微細管少 ~—---p / 屋^結晶 微細管多 柱狀多結晶 【圖式簡單說明】 圖1係顯示用以製造本發明之單結晶Sic裳置之一例 【主要元件符號說明】 1〜密閉腔室 14 200806828 2〜密閉坩堝 3〜τ%頻感應加熱線圈 4〜SiC種單結晶晶圓 5〜基座 6〜供應管 7與7f〜原料儲存槽 8與8’〜調節閥 9〜單結晶SiC層（成長層） 10〜基座的鉛直方向（長邊方向） A〜惰性載持氣體

Claims (1)

1. 200806828 十、申請專利範圍： 1·一種單結晶SiC的製造方法，包含： 將Sic種單結晶晶圓固定在基座1的步驟；以及 其轉徵在於： sc種單結晶以及隨著長晶而同時增厚的單結晶 1 ’广座的錯直方向（長邊方向）的平均溫度梯度在〇.5。(：/画 以上、9C/mm以下。

   2·如申請專利範圍第1項之單結晶Sic的製 1 結晶SiC製造用原料係二氧化矽及碳。 ，、中只早 3·如申請專利範圍第丨或2項之單結晶Sic的製造方法，其中， 該平均溫度梯度為〇.5°c/mm以上、3°C/mm以下。 4·一種單結晶SiC，其係以申請專利範圍第i至3項中任一項之 單結晶SiC的製造方法所製造而成。 、 5.—種單結晶SiC的製造裝置，其特徵在於： 具備： 加熱裝置，用以對設有坩堝的腔室以及坩堝加熱； 基座，用以將SiC種單結晶晶圓固定在坩堝内；以及 原料供應裝置，用以將單結晶SiC製造用原料供應至81€種單 結晶，且 该基座具備可控制之熱交換功能。 十一、圖式： 16