JP2011178621A - 炭化珪素結晶の製造方法、炭化珪素結晶、および炭化珪素結晶の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＣ結晶の結晶性を良好にすることができる、ＳｉＣ結晶の製造方法、ＳｉＣ結晶、およびＳｉＣ結晶の製造装置を提供する。
【解決手段】ＳｉＣ結晶の製造方法は、以下の工程を備える。坩堝１０１と、坩堝１０１の外周を覆う断熱材１２１とを含む製造装置１００を準備する。坩堝１０１内に原料１７を配置する。坩堝１０１内において、原料１７と対向するように種結晶１１を配置する。坩堝１０１内において、原料１７を加熱することにより昇華させて、種結晶１１に原料ガスを析出することによりＳｉＣ結晶を成長する。製造装置１００を準備する工程は、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａと、断熱材１２１との間に、空間からなる放熱部１３１を配置する工程を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）結晶の製造方法、ＳｉＣ結晶、およびＳｉＣ結晶の製造装置に関する。

ＳｉＣ結晶は、バンドギャップが大きく、また最大絶縁破壊電界および熱伝導率はシリコン（Ｓｉ）と比較して大きい一方、キャリアの移動度はＳｉと同程度に大きく、電子の飽和ドリフト速度および耐圧も大きい。そのため、高効率化、高耐圧化、および大容量化を要求される半導体デバイスへの適用が期待される。

このような半導体デバイス等に用いられるＳｉＣ結晶は、たとえば気相成長法の昇華法により製造される（たとえば非特許文献１）。図６は、非特許文献１に開示のＳｉＣの製造装置を概略的に示す断面図である。図６を参照して、非特許文献１に開示のＳｉＣ結晶の製造装置および成長方法について説明する。

図６に示すように、非特許文献１に開示のＳｉＣの製造装置は、坩堝１０１と、坩堝１０１の外周を覆う断熱材１２１とを備えている。坩堝１０１の下部には、ＳｉＣ結晶の原料１７が配置されている。坩堝１０１の上部には、種結晶１１が原料１７と互いに向かい合うように配置されている。断熱材１２１は、坩堝１０１の内部に配置された種結晶１１側に、断熱材１２１の外周まで貫通するように形成された開口部１２１ａと、坩堝１０１の内部に配置された原料１７側に、断熱材１２１の外周まで貫通するように形成された開口部１２１ｂとを有している。

この状態で、原料１７が昇華する温度まで原料１７が加熱される。この加熱により、原料１７が昇華して昇華ガスが生成され、原料１７よりも低温に設置されている種結晶１１の表面にＳｉＣ結晶が成長する。

G.AUGUSTINE et al., "Physical Vapor Transport Growth and Properties of SiC Monocrystals", Phys.stat.sol.(b) vol.202 (1997), p.137-139

上記非特許文献１のように、断熱材１２１が種結晶１１側に開口部１２１ａを有している場合、ＳｉＣ結晶の成長を開始した時点では熱を逃がすことができるため、開口部１２１ａの温度は低くなる。しかし、坩堝１０１から漏れ出た原料ガスが付着すると、開口部１２１ａの温度は低いため、開口部１２１ａにＳｉＣ結晶が付着する。このため、開口部１２１ａが埋まってしまう場合がある。断熱材１２１に開けた開口部１２１ａが成長途中で埋まると、成長条件が変化してしまう。このため、成長するＳｉＣ結晶の結晶性が悪化してしまう。

したがって、本発明は、ＳｉＣ結晶の結晶性を良好にすることができる、ＳｉＣ結晶の製造方法、ＳｉＣ結晶、およびＳｉＣ結晶の製造装置に関する。

本発明のＳｉＣ結晶の製造方法は、以下の工程を備える。坩堝と、坩堝の外周を覆う断熱材とを含む製造装置を準備する。坩堝内に原料を配置する。坩堝内において、原料と対向するように種結晶を配置する。坩堝内において、原料を加熱することにより昇華させて、種結晶に原料ガスを析出することにより炭化珪素（ＳｉＣ）結晶を成長する。製造装置を準備する工程は、坩堝の種結晶側の外表面と、断熱材との間に、空間からなる放熱部を配置する工程を含む。

本発明のＳｉＣ結晶の製造装置は、ＳｉＣを含む原料を昇華させ、昇華させた原料ガスを種結晶に析出させることによりＳｉＣ結晶を成長させる装置であって、坩堝と、断熱材と、放熱部と、加熱部とを備えている。坩堝は、原料および種結晶を内部に配置する。断熱材は、坩堝の外周を覆う。放熱部は、坩堝の種結晶側の外表面と、断熱材との間に配置され、空間からなる。加熱部は、坩堝の内部を加熱する。

本発明のＳｉＣ結晶の製造装置および製造方法によれば、坩堝の種結晶側の外表面上の放熱部を断熱材で覆っている。これにより、坩堝から漏れたガスが放熱部に混入することを抑制できる。このため、ＳｉＣ結晶の成長において放熱部が埋まることを抑制できる。放熱部を空間として維持できるので、ＳｉＣ結晶の成長温度において、坩堝の種結晶側の熱を輻射による熱伝導により製造装置の外部に放出することができる。このため、ＳｉＣ結晶の成長中において、種結晶の温度が変化することを抑制できる。したがって、ＳｉＣ結晶の成長中に成長条件が変化することを抑制できるので、ＳｉＣ結晶の結晶性を良好にすることができる。

上記ＳｉＣ結晶の製造方法において好ましくは、製造装置を準備する工程では、炭素（Ｃ）を主成分とする断熱材を準備する。上記ＳｉＣ結晶の製造装置において好ましくは、断熱材は、Ｃを主成分とする。

これにより、ＳｉＣ結晶を成長する雰囲気において安定な材料よりなる断熱材を用いることができるので、ＳｉＣ結晶の成長中における成長条件の変化を抑制できる。このため、製造するＳｉＣ結晶の結晶性を良好にすることができる。

上記ＳｉＣ結晶の製造方法において好ましくは、複数枚の断熱シートを積層した断熱材で、坩堝の外周を覆う製造装置を準備する。

上記ＳｉＣ結晶の製造装置において好ましくは、断熱材は複数枚の断熱シートが積層されている。

複数枚の断熱シートのうちの少なくとも１枚の断熱シートに開口部を設け、他の断熱シートで開口部を覆うことにより、放熱部を容易に形成することができる。

上記ＳｉＣ結晶の製造方法において好ましくは、ＳｉＣ結晶を成長する工程では、高周波加熱法または抵抗加熱法により原料を加熱する。

上記ＳｉＣ結晶の製造装置において好ましくは、加熱部は、高周波加熱コイルまたは抵抗加熱ヒータである。

高周波加熱コイルおよび抵抗加熱ヒータは温度制御が容易であるので、ＳｉＣ結晶の成長中の温度の変化を抑制できる。このため、ＳｉＣ結晶の結晶性を良好にすることができる。

上記ＳｉＣ結晶の製造方法において好ましくは、製造装置を準備する工程では、Ｃを主成分とする坩堝を準備する。上記ＳｉＣ結晶の製造方法において好ましくは、坩堝は、Ｃを主成分とする。

これにより、ＳｉＣ結晶を成長する雰囲気において安定な材料よりなる坩堝を用いることができるので、ＳｉＣ結晶の成長中における成長条件の変化を抑制できる。このため、製造するＳｉＣ結晶の結晶性を良好にすることができる。

本発明のＳｉＣ結晶は、上記いずれかに記載のＳｉＣ結晶の製造方法により製造される。本発明のＳｉＣ結晶は、結晶成長中の成長条件の変化を抑制して製造されるので、結晶性を良好にすることができる。

上記ＳｉＣ結晶において好ましくは、結晶多形（ポリタイプ）が４Ｈ−ＳｉＣである。これにより、高耐圧のデバイスの材料を実現できる。

本発明のＳｉＣ結晶の製造方法、ＳｉＣ結晶、およびＳｉＣ結晶の製造装置によれば、放熱部により、ＳｉＣ結晶の成長中に成長条件の変化を抑制できるので、ＳｉＣ結晶の結晶性を良好にすることができる。

本発明の実施の形態におけるＳｉＣ結晶を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるＳｉＣ結晶の製造装置を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態の変形例１におけるＳｉＣ結晶の製造装置の坩堝周辺を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態の変形例２におけるＳｉＣ結晶の製造装置の坩堝周辺を概略的に示す断面図である。 比較例におけるＳｉＣ結晶の製造装置の坩堝周辺を概略的に示す断面図である。 非特許文献１におけるＳｉＣ結晶の製造装置の坩堝周辺を概略的に示す断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態におけるＳｉＣ結晶１０について説明する。ＳｉＣ結晶１０は、結晶性が良好である。ＳｉＣ結晶１０のポリタイプは特に限定されないが、４Ｈ−ＳｉＣであることが好ましい。

続いて、図２を参照して、本実施の形態におけるＳｉＣ結晶の製造装置１００について説明する。この製造装置１００は、昇華法によりＳｉＣ結晶を成長する装置である。つまり、製造装置１００は、ＳｉＣを含む原料１７を昇華させ、昇華させた原料ガスを種結晶１１に析出させることによりＳｉＣ結晶１０を成長させる装置である。

図２に示すように、製造装置１００は、坩堝１０１と、断熱材１２１と、反応容器１２３と、加熱部１２５と、放熱部１３１とを主に備えている。

坩堝１０１は、種結晶１１および原料１７を内部に配置する。この坩堝１０１は、Ｃを主成分とすることが好ましく、Ｃを主成分とし、残部が不可避的不純物からなることがより好ましい。この場合、坩堝１０１は、ＳｉＣ結晶の成長条件において安定である材料よりなるため、ＳｉＣ結晶の成長中における成長条件の変化を抑制できる。このため、製造するＳｉＣ結晶の結晶性を良好にすることができる。このような材料として、坩堝１０１はたとえばグラファイトよりなることが好ましい。グラファイトは高温で安定であるので、坩堝１０１の割れを抑制することができる。また坩堝１０１を構成するＣはＳｉＣ結晶の構成元素であるので、仮に坩堝１０１が昇華してＳｉＣ結晶に混入した場合であっても、不純物になることを抑制することができる。このため、製造するＳｉＣ結晶の結晶性をより良好にすることができる。

断熱材１２１は、この坩堝１０１の外周を覆う。断熱材１２１は、Ｃを主成分とすることが好ましく、Ｃを主成分とし、残部が不可避的不純物からなることがより好ましい。このような材料として、断熱材はたとえばカーボンフェルトよりなることが好ましい。この場合も、断熱効果を有し、かつＳｉＣ結晶の成長中における成長条件の変化を抑制できるので、製造するＳｉＣ結晶の結晶性を良好にすることができる。また、本実施の形態では、断熱材１２１の原料１７側には、測温孔１２１ｃが形成されている。

放熱部１３１は、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａと、断熱材１２１との間に配置されている。言い換えると、放熱部１３１は、坩堝１０１において種結晶１１が配置される内表面と対向する外表面１０１ａ（種結晶１１が配置される面の裏側の外表面１０１ａ）に接するように形成される。さらに言い換えると、放熱部１３１は、坩堝１０１と、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａを覆う断熱材１２１との間に形成された空間である。

放熱部１３１は、空間からなる。この空間は、ＳｉＣ結晶の成長中には、窒素（Ｎ₂）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの雰囲気ガスが充填される。

放熱部１３１の中心と、坩堝１０１の中心とは一致することが好ましい。この場合、種結晶１１の横方向の熱伝達のばらつきを抑制できる。

放熱部１３１は、原料１７側から見て、配置する種結晶１１を坩堝１０１の外表面１０１ａに投影した全ての領域を含むことが好ましい。この場合、放熱部１３１からの放熱により温度の面内均一性を高める効果が高い。ただし、放熱部１３１は、原料１７側から見て、配置する種結晶１１を坩堝１０１の外表面１０１ａに投影した一部の領域を含んでいてもよく、全ての領域を含んでいなくてもよい。また、配置する種結晶１１が、原料１７側から見て、放熱部１３１を坩堝１０１の外表面１０１ａに投影した全ての領域を含んでいてもよい。

この断熱材１２１の周りには、反応容器１２３が設けられている。反応容器１２３の両端部には、反応容器１２３内へたとえば雰囲気ガスを流すためのガス導入口１２３ａと、反応容器１２３の外部へ雰囲気ガスを排出するためのガス排出口１２３ｂとが形成されている。

坩堝１０１の外側（本実施の形態では反応容器１２３の外側中央部）には、坩堝１０１の内部を加熱するための加熱部１２５が設けられている。加熱部１２５は、特に限定されないが、高周波加熱コイルまたは抵抗加熱ヒータであることが好ましい。なお、加熱部１２５として高周波加熱コイルを用いる場合には、高周波加熱コイルは断熱材１２１の外周に設置されることが好ましい。加熱部１２５として抵抗加熱ヒータを用いる場合には、抵抗加熱ヒータは、断熱材１２１の内側であって、かつ坩堝１０１の外側に設置されることが好ましい。

反応容器１２３の上部および下部には、坩堝１０１の上方および下方の温度を測定するための放射温度計１２７ｂ、１２７ａが設けられている。放射温度計１２７ａは、坩堝１０１の原料１７側の外表面１０１ｂを覆う断熱材１２１の一部に形成された測温孔１２１ｃを通して測定される。測温孔１２１ｃは形成されていなくてもよい。

図３を参照して、本実施の形態におけるＳｉＣ結晶の製造装置１００の変形例１について説明する。図３に示す変形例１の製造装置は、基本的には図２に示す製造装置１００と同様の構成を備えているが、坩堝１０１の原料１７側の外表面１０１ｂと、断熱材１２１との間に、空間からなる放熱部１３２がさらに形成されている点、および断熱材１２１に測温孔１２１ｃが形成されていない点において異なる。

図４を参照して、本実施の形態におけるＳｉＣ結晶の製造装置１００の変形例２について説明する。図４に示す変形例２の製造装置は、基本的には図２に示す製造装置１００と同様の構成を備えているが、断熱材１２１に測温孔１２１ｃが形成されていない点において異なる。

なお、上記製造装置１００は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。

続いて、図１〜図４を参照して、本実施の形態および変形例１、２におけるＳｉＣ結晶の製造方法を説明する。

まず、図２〜図４に示すように、坩堝１０１と、坩堝１０１の外周を覆う断熱材１２１とを含む製造装置１００を準備する。この工程では、坩堝１０１の種結晶１１が位置する側の外表面１０１ａと、断熱材１２１との間に、空間からなる放熱部１３１を配置する。この工程では、上述した図２〜図４に示す製造装置１００を準備する。

具体的には、Ｃを主成分とする断熱材１２１を準備することが好ましい。Ｃを主成分とする坩堝１０１を準備することが好ましい。高周波加熱コイルまたは抵抗加熱ヒータである加熱部１２５を配置することが好ましい。

また、複数枚の断熱シートを積層した断熱材１２１で、坩堝１０１の外周を覆う製造装置１００を準備することが好ましい。この場合、複数の断熱シートのうちの少なくとも１枚に孔を形成し、孔を形成した断熱シートを坩堝１０１に接するように配置し、この孔を覆うように残りの断熱シートを配置する。これにより、断熱シートの孔が放熱部１３１となる。

次に、図２〜図４に示すように、坩堝１０１内に原料１７を配置する。原料１７は粉末であっても、焼結体であってもよく、たとえば多結晶のＳｉＣ粉末またはＳｉＣ焼結体を準備する。本実施の形態では、原料１７は、坩堝１０１の下部に設置する。

次に、図２〜図４に示すように、坩堝１０１内において、原料１７と対向するように種結晶１１を配置する。本実施の形態では、原料１７と互いに対向するように、種結晶１１を坩堝１０１の上部に配置する。種結晶１１の結晶構造は特に限定されず、成長するＳｉＣ結晶と同じ結晶構造であってもよく、異なる結晶構造であってもよい。成長するＳｉＣ結晶の結晶性を向上する観点から、同じ結晶構造であるＳｉＣ結晶を種結晶１１として準備することが好ましい。

次に、坩堝１０１内において、原料１７を加熱することにより昇華させて、種結晶１１に原料ガスを析出することによりＳｉＣ結晶を成長する。

具体的には、原料１７が昇華する温度まで原料１７を加熱部１２５により加熱する。加熱方法は、特に限定されないが、高周波加熱法または抵抗加熱法を用いることが好ましい。この加熱により、原料１７が昇華して昇華ガス（原料ガス）を生成する。この昇華ガスを、原料１７よりも低温に設置されている種結晶１１の表面に再度固化させる。成長温度の一例を挙げると、たとえば、原料１７の温度を２３００℃〜２４００℃に保持し、種結晶１１の温度を２１００℃〜２２００℃に保持する。これにより、種結晶１１上にＳｉＣ結晶が成長する。

ＳｉＣ結晶を成長する工程において、放熱部１３１には、反応容器１２３のガス導入口１２３ａから反応容器１２３内へ流れる雰囲気ガスが充填される。ＳｉＣ結晶を成長する高温の条件では、放熱部１３１による輻射による熱伝導が支配的となる。このため、この放熱部１３１により、坩堝１０１において種結晶１１が配置されている側の外表面１０１ａから熱を放熱することができる。さらに、放熱部１３１は断熱材１２１で覆われているため、ＳｉＣ結晶の成長を続けても、放熱部１３１の内部にＳｉＣ結晶が堆積することを抑制できる。したがって、ＳｉＣ結晶を成長する間に、種結晶１１の温度が変化するなどの成長条件の変化を抑制できる。したがって、意図したポリタイプのＳｉＣ結晶を製造できるなど、結晶性の良好なＳｉＣ結晶を成長することができる。

次に、製造装置１００の内部を室温まで冷却する。そして、製造装置１００から製造したＳｉＣ結晶を取り出す。これにより、種結晶１１と、種結晶１１上に形成されたＳｉＣ結晶とを備えた、図１に示すＳｉＣ結晶１０（ＳｉＣインゴット）を製造することができる。

なお、ＳｉＣインゴットから種結晶１１を除去することで、図１に示すＳｉＣ結晶１０を製造してもよい。除去する場合には、種結晶１１のみを除去してもよく、種結晶１１および成長させたＳｉＣ結晶の一部を除去してもよい。

除去する方法は特に限定されず、たとえば切断、研削、へき開など機械的な除去方法を用いることができる。切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサーなどで機械的にＳｉＣインゴットから少なくとも種結晶１１を除去することをいう。研削とは、砥石を回転させながら表面に接触させて、厚さ方向に削り取ることをいう。へき開とは、結晶格子面に沿って結晶を分割することをいう。なお、エッチングなど化学的な除去方法を用いてもよい。

また、製造したＳｉＣ結晶１０の厚さが大きい場合には、成長したＳｉＣ結晶から複数枚のＳｉＣ結晶を切り出すことで、図１に示すＳｉＣ結晶１０を製造してもよい。この場合には、１枚当たりのＳｉＣ結晶１０の製造コストを低減できる。

その後、必要に応じて、結晶の一方面または両面を研削、研磨などにより平坦化してもよい。

続いて、本実施の形態におけるＳｉＣ結晶の製造方法および製造装置１００の効果について、図５および図６に示す比較例および非特許文献１のＳｉＣ結晶の製造方法および製造装置と比較して説明する。

まず、図５に示す比較例のＳｉＣ結晶の製造装置は、図２に示す本実施の形態の製造装置１００と基本的には同様の構成を備えているが、放熱部１３１を備えていない点において異なる。つまり、比較例の製造装置は、種結晶１１側の外表面１０１ａを含む坩堝１０１全面を断熱材１２１で覆っている。

比較例では、種結晶１１側の温度が原料１７の温度よりも低くなるように加熱しようとしても、坩堝１０１内部が高温に加熱されるため、種結晶１１の温度も次第に高くなる。このため、原料１７の昇華ガスを適切に制御して種結晶１１側に析出させることが困難となり、ＳｉＣ結晶の成長が困難となる。

次に、図６に示す非特許文献１のＳｉＣ結晶の製造装置は、図２に示す本実施の形態の製造装置１００と基本的には同様の構成を備えているが、放熱部１３１が断熱材１２１に設けられた貫通した開口部１２１ａである点において異なる。

非特許文献１では、ＳｉＣ結晶の成長初期の段階では、開口部１２１ａから熱を逃がすことができるため、開口部１２１ａ側に位置する種結晶１１の温度は低くなる。しかし、ＳｉＣ結晶の成長において、坩堝１０１から漏れ出た原料ガスが流入すると、開口部１２１ａの温度は低いため、開口部１２１ａに結晶が付着する。このため、断熱材１２１に設けた開口部１２１ａがＳｉＣ結晶の成長途中で埋まる。これにより、ＳｉＣ結晶の成長温度が成長途中で変化してしまう。このため、成長するＳｉＣ結晶のポリタイプが意図したものから変化するなど、結晶性が悪化してしまう。

一方、本実施の形態およびその変形例１、２のＳｉＣ結晶の製造装置および製造方法によれば、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａ上に配置された放熱部１３１を断熱材１２１で覆っている。これにより、坩堝１０１から漏れたガスが放熱部１３１に混入することを抑制できる。このため、ＳｉＣ結晶の成長において放熱部１３１に結晶が堆積すること（つまり放熱部１３１が結晶で埋まること）を抑制できる。ＳｉＣ結晶を成長する高温の条件では、放熱部１３１を形成することで生じる輻射による熱伝導が支配的となることを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、本実施の形態では、ＳｉＣ結晶の成長において放熱部１３１を空間として維持できるので、ＳｉＣ結晶の成長温度において、坩堝１０１の種結晶１１側の熱を輻射による熱伝導により製造装置１００の外部に放出することができる。つまり、放熱部１３１を介して、坩堝１０１からの放熱を大きく維持することができる。このため、ＳｉＣ結晶の成長中において、種結晶１１の温度が高くなることを抑制できるので、種結晶１１の温度を原料１７の温度よりも低く維持できる。つまり、ＳｉＣ結晶の成長初期の種結晶１１の温度と、成長中期（または終期）の種結晶１１の温度との差を、本実施の形態は非特許文献１よりも小さくすることができる。したがって、ＳｉＣ結晶の成長中に、種結晶１１の温度が変化するなど成長条件の変化を抑制できるので、結晶性の良好なＳｉＣ結晶を製造することができる。

本実施例では、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａと、断熱材１２１との間に、空間からなる放熱部１３１を配置することの効果について調べた。

（本発明例１および２）
本発明例１および２では、図１に示す上述した実施の形態の製造装置１００を用いて、上述した実施の形態の製造方法にしたがって、ＳｉＣ結晶を製造した。

具体的には、まず、グラファイト製で、中空の円筒型の坩堝１０１を準備した。坩堝１０１の外径は１４０ｍｍであり、内径は１２０ｍｍであり、高さは１００ｍｍであった。

また、１０ｍｍの厚さを有し、カーボンフェルトからなる断熱シートをそれぞれ３枚準備した。３枚の断熱シートのうち、２枚の断熱シートに、本発明例１では外径が２０ｍｍ、本発明例２では外径が３０ｍｍの開口部をそれぞれ形成した。そして、開口部を形成した２枚の断熱シートを、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａ上に配置し、その上に、開口部を形成しなかった１枚の断熱シートを配置した。このとき、開口部の中心と、坩堝１０１の中心とを一致させた。これにより、放熱部１３１として、２枚の断熱シートに形成された開口部、および開口部の形成されなかった断熱シートに囲まれた空間を形成した。つまり、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａと、断熱材１２１との間に、空間からなる放熱部１３１を配置した。また、断熱シートは、断熱材１２１を構成した。

坩堝１０１、放熱部１３１および断熱材１２１を反応容器１２３内部に収容し、反応容器１２３の外周に、加熱部１２５としての高周波加熱コイルを配置した。

また、坩堝１０１内の下部に原料１７を配置した。原料１７は、ＳｉＣパウダーを用いた。また、坩堝１０１内の上部に、原料１７と対向するように種結晶１１を配置した。種結晶１１は、７５ｍｍの外径を有する４Ｈ−ＳｉＣを用いた。

次に、反応容器１２３中に雰囲気ガスとして、流量が０．５ｓｌｍのＨｅガスと流量が０．１ｓｌｍのＮ₂ガスとを流し、加熱部１２５としての高周波加熱コイルを用いて坩堝１０１内の温度を昇温した。坩堝１０１の原料１７側の温度を測定している放射温度計１２７ａの指示値が規定の成長温度、たとえば２４００℃に達した後、坩堝１０１内の圧力を２０Ｔｏｒｒとした。このとき種結晶１１側の温度は、原料１７側の温度よりも低い、たとえば２２００℃となるように、高周波加熱コイルのパワーを制御した。これにより、原料１７からＳｉＣガスを昇華させ、成長時間を５０時間として、種結晶１１上にＳｉＣ結晶を成長させた。意図したポリタイプは４Ｈ−ＳｉＣであった。その後、製造装置１００内部の温度を室温まで冷却した。これにより、ＳｉＣ結晶を製造した。

（比較例１〜５）
比較例１〜５のＳｉＣ結晶の製造装置および製造方法は、基本的には本発明例１および２と同様であったが、放熱部が断熱材を貫通している点において異なっていた。具体的には、３枚の断熱シートすべてに下記の表１に記載の同じ大きさの開口部を設け、図６に示すように、それぞれの開口部を重ねて、断熱材を貫通する開口部１２１ａを形成した。なお、比較例１〜５には、坩堝１０１の原料１７側に、断熱材１２１の外周まで貫通するように形成された開口部１２１ｂは形成しなかった。

（測定方法）
比較例１〜５について、ＳｉＣ結晶を成長する前の放熱部（開口部）の面積に対して、ＳｉＣ結晶を成長した後の閉塞した放熱部（開口部）の面積の割合を求めた。その結果を下記の表１に記載する。

また、成長したＳｉＣ結晶から、１０枚のＳｉＣ結晶基板を切り出し、その１０枚について、４Ｈ−ＳｉＣ以外のポリタイプが発生しているか否か目視で観察した。色が変わっているものが１つでもあれば、４Ｈ−ＳｉＣ以外のポリタイプが発生していると判断し、ポリタイプ異常とした。１０枚のＳｉＣ結晶基板のうち、ポリタイプ異常が発生している枚数を測定した。その結果を下記の表１に示す。

（測定結果）
表１に示すように、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａと、断熱材１２１との間に、空間からなる放熱部１３１を配置した本発明例１および２の製造装置１００および製造方法では、５０時間のＳｉＣ結晶の成長の間、放熱部１３１が埋まることはなかった。このため、ＳｉＣ結晶の成長中に成長条件が変化することを抑制できたので、成長したＳｉＣ結晶から切り出したＳｉＣ結晶基板には、ポリタイプ異常のものが１枚も含まれていなかった。

一方、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａに、２０ｍｍ〜６０ｍｍの径の貫通する開口部１２１ａを有する断熱材１２１を設けた比較例１〜５の製造装置では、５０時間のＳｉＣ結晶の成長の途中で放熱部である開口部１２１ａの少なくとも一部が結晶により埋まった。このため、成長途中で成長条件が変化したことで、ＳｉＣ結晶から切り出したＳｉＣ結晶基板にはポリタイプ異常のものが含まれていた。

また、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａに、４０ｍｍ〜６０ｍｍの径の開口部１２１ａを有する断熱材１２１を設けた比較例３〜５の製造装置では、成長初期の段階では、種結晶１１側の坩堝１０１の外表面１０１ａからの放熱が大きすぎた。このため、種結晶１１の温度低下が甚だしくなったので、ポリタイプ異常のＳｉＣ結晶基板がさらに増加した。

以上より、本実施例によれば、坩堝１０１の種結晶１１側の外表面１０１ａと、断熱材１２１との間に、空間からなる放熱部１３１を配置することにより、結晶性を向上したＳｉＣ結晶を製造できることが確認できた。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ ＳｉＣ結晶、１１ 種結晶、１７ 原料、１００ 製造装置、１０１ 坩堝、１０１ａ，１０１ｂ 外表面、１２１ 断熱材、１２１ａ，１２１ｂ 開口部、１２１ｃ 測温孔、１２３ 反応容器、１２３ａ ガス導入口、１２３ｂ ガス排出口、１２５ 加熱部、１２７ａ，１２７ｂ 放射温度計、１３１，１３２ 放熱部。

Claims (12)

1. 坩堝と、前記坩堝の外周を覆う断熱材とを含む製造装置を準備する工程と、
   前記坩堝内に原料を配置する工程と、
   前記坩堝内において、前記原料と対向するように種結晶を配置する工程と、
   前記坩堝内において、前記原料を加熱することにより昇華させて、前記種結晶に原料ガスを析出することにより炭化珪素結晶を成長する工程とを備え、
   前記製造装置を準備する工程は、前記坩堝の前記種結晶側の外表面と、前記断熱材との間に、空間からなる放熱部を配置する工程を含む、炭化珪素結晶の製造方法。
2. 前記製造装置を準備する工程では、炭素を主成分とする前記断熱材を準備する、請求項１に記載の炭化珪素結晶の製造方法。
3. 前記製造装置を準備する工程では、複数枚の断熱シートを積層した前記断熱材で、前記坩堝の外周を覆う前記製造装置を準備する、請求項１または２に記載の炭化珪素結晶の製造方法。
4. 前記炭化珪素結晶を成長する工程では、高周波加熱法または抵抗加熱法により前記原料を加熱する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素結晶の製造方法。
5. 前記製造装置を準備する工程では、炭素を主成分とする前記坩堝を準備する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化珪素結晶の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化珪素結晶の製造方法により製造される、炭化珪素結晶。
7. 結晶多形が４Ｈ−ＳｉＣである、請求項６に記載の炭化珪素結晶。
8. 炭化珪素を含む原料を昇華させ、昇華させた原料ガスを種結晶に析出させることにより炭化珪素結晶を成長させる装置であって、
   前記原料および前記種結晶を内部に配置するための坩堝と、
   前記坩堝の外周を覆う断熱材と、
   前記坩堝の前記種結晶側の外表面と、前記断熱材との間に配置され、空間からなる放熱部と、
   前記坩堝の内部を加熱するための加熱部とを備えた、炭化珪素結晶の製造装置。
9. 前記断熱材は、炭素を主成分とする、請求項８に記載の炭化珪素結晶の製造装置。
10. 前記断熱材は複数枚の断熱シートが積層されている、請求項８または９に記載の炭化珪素結晶の製造装置。
11. 前記加熱部は、高周波加熱コイルまたは抵抗加熱ヒータである、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の炭化珪素結晶の製造装置。
12. 前記坩堝は、炭素を主成分とする、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の炭化珪素結晶の製造装置。

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