JP2012144386A

JP2012144386A - 炭化珪素単結晶の製造装置

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Publication number: JP2012144386A
Application number: JP2011002292A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kojima; 淳小島; Kazuto Hara; 一都原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: JP5482669B2

Abstract

【課題】複数枚の種結晶に対して同時にＳｉＣ単結晶を成長させることができ、かつ、ＳｉＣ単結晶の成長速度を面内においてより均一にできるＳｉＣ単結晶製造装置を提供する。
【解決手段】加熱容器８の中心軸に対して内壁面を傾斜させた台座部９を備え、この台座部９の内壁面に対して周方向に並べた複数の平坦面に種結晶５を配置する。このように、複数の種結晶５に対して同時にＳｉＣ単結晶を成長させることで１ラン当たりのウェハの取れ数を多くすることが可能となる。そして、種結晶５が配置される台座部９の内壁面を加熱容器８の中心軸に対して傾斜させることで、台座部９の裏面からの冷却と、第１加熱装置１１によって加熱された加熱容器８からの輻射熱効果により、種結晶５の表面での温度分布をほぼ均一にできる。したがって、ＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶の製造装置に関するものである。

従来より、ＳｉＣ単結晶の製造として、例えば特許文献１に示すようなガス供給式等のＳｉＣ単結晶製造装置が用いられている。ガス供給式のＳｉＣ単結晶製造装置では、導入管を通じてＳｉＣの原料ガスを加熱容器内に導入すると共に加熱容器にて原料ガスを分解し、分解した原料ガスを反応容器に備えられた種結晶に導くことで、種結晶の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる。

特開２００６−１１１５１０号公報

上記のようなＳｉＣ単結晶製造装置において、１ラン当りのウェハの取れ数を多くするために、ＳｉＣ単結晶の成長インゴットの長尺化が望まれている。ところが、ＳｉＣ単結晶を長尺成長させると、種結晶が貼り付けられる台座部とＳｉＣ単結晶の成長表面との温度差が大きくなり、インゴット割れが引き起こされる。そこで、複数枚の種結晶を配置し、全種結晶上に成長したトータルのＳｉＣ単結晶の成長量が一枚の種結晶のみを用いて長尺成長させたときの成長量に達するようにして、１ラン当りのウェハ取れ数を多くすることが考えられる。

しかしながら、複数枚の種結晶を配置してＳｉＣ単結晶を成長させる場合、単に有底円筒状で構成される反応容器の底面に複数枚の種結晶を配置したのでは、温度分布等の影響でＳｉＣ単結晶の成長速度に面内分布ができ、面内において均一に成長させることができないことが判った。

一方、円筒状の反応容器の側壁面に対して種結晶を複数枚貼り付けること、つまり種結晶の表面がＳｉＣ単結晶製造装置の中心軸に対して平行となるように配置して、ＳｉＣ単結晶を成長させることも考えられる。ところが、この場合、原料ガスの流動経路の上流側から下流側に向かって温度分布ができ、種結晶の面内において温度分布ができる。このため、単に円筒状の反応容器の側壁に種結晶を貼り付けたのでは、ＳｉＣ単結晶の成長速度に面内分布ができ、面内において均一に成長させることができない。

本発明は上記点に鑑みて、複数枚の種結晶に対して同時にＳｉＣ単結晶を成長させることができ、かつ、ＳｉＣ単結晶の成長速度を面内においてより均一にできるＳｉＣ単結晶製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、原料ガス（３）の導入導出が行え、内部空間の圧力を真空引きすることにより減圧できる構造とされた真空容器（６）と、中空円筒状部材（８ａ）を有して構成され、真空容器（６）内に配置され、原料ガス（３）の加熱を行う加熱容器（８）と、真空容器（６）内において、加熱容器（８）よりも原料ガス（３）の流動経路下流側に配置され、種結晶（５）が貼り付けられる台座部（９）とを有し、真空容器（６）には、台座部（９）の周囲を囲む位置に、台座部（９）の外壁面を冷却する冷却機構（６ａ）が備えられ、台座部（９）は、加熱容器（８）における中空円筒状部材（８ａ）のうちの原料ガス（３）の流動経路下流側の端部に配置され、該中空円筒状部材（８ａ）の中心軸に対して内壁面が傾斜するように該台座部（９）の内径が原料ガス（３）の流動経路下流側に向けて縮小させられ、内壁面に種結晶（５）が貼り付けられる面が複数備えられていることを特徴としている。

このように、中空円筒状部材（８ａ）の中心軸に対して内壁面を傾斜させた台座部（９）を備え、この台座部（９）の内壁面に備えた複数の平坦面に種結晶（５）を配置することで、複数の種結晶（５）の表面上にＳｉＣ単結晶を成長させるようにしている。これにより、複数の種結晶（５）に対して同時にＳｉＣ単結晶を成長させられるため、１ラン当たりのウェハの取れ数を多くすることが可能となる。そして、種結晶（５）が配置される台座部（９）の内壁面を中空円筒状部材（８ａ）の中心軸に対して傾斜させることで、台座部（９）の裏面からの冷却と、加熱容器（８）からの輻射熱効果により、種結晶（５）の表面での温度分布をほぼ均一にできる。したがって、ＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。そして、真空容器（６）に冷却機構（６ａ）を備えていることから、より台座部（９）の裏面からの冷却を行うことが可能となり、台座部（９）内での温度分布が調整し易くなり、台座部（９）内で等温分布が台座部（９）の内壁面とほぼ平行となるように制御し易くなる。これにより、よりＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。

請求項２に記載の発明では、台座部（９）には、原料ガス（３）の流動方向に沿って種結晶（５）が配置される面が多段備えられていることを特徴としている。

このようにすれば、より多数枚の種結晶（５）に対して同時にＳｉＣ単結晶を成長させられる。これにより、よりＳｉＣ単結晶の収率を向上させることが可能となる。

請求項３に記載の発明では、台座部（９）の内壁面には、種結晶（５）の周囲を囲む、所定高さの整流板（９ａ）が備えられていることを特徴としている。

このような整流板（９ａ）を備えることにより、種結晶（５）の周囲において原料ガス（３）を整流でき、よりＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。

請求項４に記載の発明では、台座部（９）には、該台座部（９）における原料ガス（３）の流動方向下流側に希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入するガス流路（１３）が備えられていることを特徴としている。

このように、ガス流路（１３）を備えて希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入できるようにすると、台座部（９）における原料ガス（３）の流動方向下流側での多結晶の付着を防止することが可能となる。すなわち、台座部（９）における原料ガス（３）の流動方向下流側では、流路の断面積が小さくなるので、流束が上がり、多結晶が付着して閉塞し易くなる。このため、ガス流路（１３）から希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方が導入されるようにすることで、原料ガス（３）を希釈したり、多結晶が付着しようとしてもそれをエッチングすることで、多結晶が付着することを抑制することが可能となる。

請求項５に記載の発明では、原料ガス（３）の導入導出が行え、内部空間の圧力を真空引きすることにより減圧できる構造とされた真空容器（６）と、中空円筒状部材（８ａ）を有して構成され、真空容器（６）内に配置され、原料ガス（３）の加熱を行う加熱容器（８）と、加熱容器（８）における原料ガス（３）の流動経路下流側に配置され、該流動経路下流側に向かって徐々に外径が拡大された円錐形状で、外壁面に種結晶（５）が貼り付けられる台座部（９）とを有し、台座部（９）には、種結晶（５）の裏面側から台座部（９）を冷却する冷却機構（９ｂ）が備えられ、台座部（９）の外壁面には、種結晶（５）が貼り付けられる面が複数備えられていることを特徴としている。

このように、台座部（９）の外壁面を加熱容器（８）の中心軸に対して傾斜させるようにしても、種結晶（５）の表面での温度分布がほぼ均一となる。すなわち、台座部（９）のうち種結晶（５）の裏面側からの冷却と、加熱容器（８）からの輻射熱効果により、台座部（９）内での温度分布が台座部（９）の内壁面とほぼ平行となり、その上に貼り付けられた種結晶（５）の表面での温度分布もほぼ均一となる。したがって、ＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。これにより、請求項１と同様の効果を得ることが可能となる。

請求項６に記載の発明では、台座部（９）には、原料ガス（３）の流動方向に沿って種結晶（５）が配置される面が多段備えられていることを特徴としている。

請求項７に記載の発明では、台座部（９）の内壁面には、種結晶（５）の周囲を囲む、所定高さの整流板（９ａ）が備えられていることを特徴としている。

請求項８に記載の発明では、加熱容器（８）には、台座部（９）の周囲において希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入する第１ガス流路（１３ｂ）が備えられており、台座部（９）には、該台座部（９）における原料ガス（３）の流動方向下流側に希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入する第２ガス流路（１３ｃ）が備えられていることを特徴としている。

このように、第１、第２ガス流路（１３ｂ、１３ｃ）を備えて希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入できるようにすると、台座部（９）の周囲および台座部（９）における原料ガス（３）の流動方向下流側での多結晶の付着を防止することが可能となる。すなわち、台座部（９）の周囲および台座部（９）における原料ガス（３）の流動方向下流側では、流路の断面積が小さくなるので、流束が上がり、多結晶が付着して閉塞し易くなる。このため、ガス流路（１３）から希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方が導入されるようにすることで、原料ガス（３）を希釈したり、多結晶が付着しようとしてもそれをエッチングすることで、多結晶が付着することを抑制することが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。図１に示すＳｉＣ単結晶製造装置１を用いたＳｉＣ単結晶の製造中における台座部９内の等温分布を示したイメージ図である。本発明の第２実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。本発明の第３実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。本発明の第４実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。本発明の第５実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。本発明の第６実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。本発明の第７実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。本発明の第８実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。本発明の第９実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。本発明の第１０実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１に、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図を示す。以下、この図を参照してＳｉＣ単結晶製造装置１の構造について説明する。

図１に示すＳｉＣ単結晶製造装置１は、底部に備えられた流入口２を通じてキャリアガスと共にＳｉおよびＣを含有するＳｉＣの原料ガス３（例えば、シラン（ＳｉＨ₄）等のシラン系ガスとプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）等の炭化水素系ガスの混合ガス）を供給し、上部の流出口４を通じて排出することで、ＳｉＣ単結晶製造装置１内に配置したＳｉＣ単結晶基板からなる円形状の種結晶５上にＳｉＣ単結晶を結晶成長させるものである。

ＳｉＣ単結晶製造装置１には、真空容器６、第１断熱材７、加熱容器８、台座部９、第２断熱材１０および第１、第２加熱装置１１、１２が備えられている。

真空容器６は、石英管などで構成され、中空円筒状を為しており、キャリアガスや原料ガス３の導入導出が行え、かつ、ＳｉＣ単結晶製造装置１の他の構成要素を収容すると共に、その収容している内部空間の圧力を真空引きすることにより減圧できる構造とされている。この真空容器６の底部に原料ガス３の流入口２が設けられ、上部（具体的には側壁の上方位置）に原料ガス３の流出口４が設けられている。また、真空容器６の側壁内には、冷却水などによる冷却機構６ａが備えられており、この冷却機構６ａによってＳｉＣ単結晶製造装置１の周囲が冷却できるようになっている。

第１断熱材７は、円筒等の筒形状を為しており、真空容器６に対して同軸的に配置され、中空部により原料ガス導入管７ａを構成している。第１断熱材７は、例えば黒鉛や表面をＴａＣ（炭化タンタル）にてコーティングした黒鉛などで構成される。

加熱容器８は、例えば黒鉛や表面をＴａＣ（炭化タンタル）にてコーティングした黒鉛などで構成されている。この加熱容器８により、流入口２から供給された原料ガス３を種結晶５に導くまでに、原料ガス３に含まれたパーティクルを排除しつつ、原料ガス３を分解している。具体的には、加熱容器８は、有底円筒状部材８ａと邪魔板８ｂとを有して構成されている。

有底円筒状部材８ａは、中空円筒状部材を構成するものであり、その中心軸がＳｉＣ単結晶製造装置１の中心軸と同軸とされている。この有底円筒状部材８ａの底部における中央位置には、底部に第１断熱材７の中空部と連通させられるガス導入口８ｃが備えられ、第１断熱材７の中空部を通過してきた原料ガス３がガス導入口８ｃを通じて加熱容器８内に導入される。

邪魔板８ｂは、ガス導入口８ｃを塞ぐように配置されている。この邪魔板８ｂに原料ガス３が衝突することで原料ガス３の流動経路が曲げられ、原料ガス３に含まれるパーティクルの排除と原料ガス３のミキシングが行われると共に、未分解の原料ガス３が種結晶５側に供給されることが抑制されている。例えば、邪魔板８ｂは、有底円筒状で、側壁に複数の連通孔８ｄが形成された構造とされ、邪魔板８ｂの開口部側、つまり底部と反対側の端部が加熱容器８の底部のガス導入口８ｃに向けて配置される。このような構造の場合、ガス導入口８ｃから導入された原料ガス３が邪魔板８ｂの底面に衝突するため、邪魔板８ｂに衝突したパーティクルが加熱容器８の底部に落下して原料ガス３から排除される。そして、流動経路が加熱容器８の軸方向と平行な方向から垂直な方向に変えられた原料ガス３が、連通孔８ｄを通じて加熱容器８における邪魔板８ｂよりも流動経路下流側に導かれる。

台座部９は、例えば黒鉛や表面をＴａＣ（炭化タンタル）にてコーティングした黒鉛、もしくはカーボン断熱材などで構成されている。台座９は、中空形状で構成された円筒部材とされ、その中心軸が加熱容器８の中心軸と同軸上に配置され、一端側が有底円筒状部材８ａの開口端側に接続されている。この台座部９の内壁面に種結晶５が貼り付けられ、台座部９の中空部を反応室として種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる。

この台座部９は、外径は一定とされているが、内径が原料ガス３の流動経路下流側に向かって徐々に縮小されている。このため、台座部９の厚みは、原料ガス３の流動経路下流側に向かって徐々に厚くなっている。また、原料ガス３の流動経路の断面積が徐々に縮小され、台座部９の内壁面によって原料ガス３の流束が徐々に絞られる。また、台座部９の内壁面は基本的には円錐台形状とされているが、種結晶５が配置される位置において部分的に円形状の平坦面とされ、これが種結晶５の貼付面とされる。この平坦面は、台座部９の内壁面の複数箇所に備えられ、周方向において等間隔に並べられている。

このように、台座部９の内壁面のうちの平坦面に種結晶５が貼り付けられることで、種結晶５が加熱容器８の中心軸に対して傾斜した状態で配置される。台座部９の内壁面が加熱容器８の中心軸に対して成す角度θは、原料ガス３の流量に応じて適宜設定される。例えば、原料ガス３としてＳｉＨ₄、Ｃ₃Ｈ₈、Ｈ₂を用い、これらの流量をＳｉＨ₄：１ｓｌｍ、Ｃ₃Ｈ₈：３３３ｓｃｃｍ、Ｈ₂：１０〜１５ｓｌｍとする場合には、角度θが１３°≦θ≦２３°に設定されると好ましい。

第２断熱材１０は、真空容器６の側壁面に沿って配置され、中空円筒状を為している。この第２断熱材１０により、ほぼ第１断熱材７や加熱容器８が囲まれている。この第２断熱材１０も、例えば黒鉛や表面をＴａＣ（炭化タンタル）にてコーティングされた黒鉛などで構成される。

第１、第２加熱装置１１、１２は、例えば誘導加熱用コイルやヒータなどで構成され、真空容器６の周囲を囲むように配置されている。これら第１、第２加熱装置１１、１２は、それぞれ独立して温度制御できるように構成されている。このため、より細やかな温度制御を行うことができる。第１加熱装置１１は、加熱容器８のうちの有底円筒状部材８ａや邪魔板８ｂと対応した位置に配置されている。第２加熱装置１２は、台座部９に対応した位置に配置されている。このような配置とされているため、第１、第２加熱装置１１、１２を制御することにより、反応室の温度分布をＳｉＣ単結晶の成長に適した温度に調整できると共に、加熱容器８のうちの有底円筒状部材８ａや邪魔板８ｂの温度をパーティクルの除去に適した温度に調整できる。

続いて、このように構成されたＳｉＣ単結晶製造装置１を用いたＳｉＣ単結晶の製造方法について説明する。図２は、図１に示すＳｉＣ単結晶製造装置１を用いたＳｉＣ単結晶の製造中における台座部９内の等温分布を示したイメージ図である。

まず、第１、第２加熱装置１１、１２を制御し、所望の温度分布を付ける。すなわち、種結晶５の表面において原料ガス３が再結晶化されることでＳｉＣ単結晶が成長しつつ、加熱容器８内において再結晶化レートよりも昇華レートの方が高くなる温度となるようにする。例えば、加熱容器８の温度が２４００℃程度、台座部９の温度が２２００℃程度となるように第１、第２加熱装置１１、１２を制御する。

また、真空容器６を所望圧力にしつつ、必要に応じてＡｒガスなどの不活性ガスによるキャリアガスを導入しながら原料ガス導入管７ａを通じて原料ガス３としてＳｉＨ₄、Ｃ₃Ｈ₈、Ｈ₂を導入する。これにより、図１および図２中の矢印で示したように原料ガス３が流動し、種結晶５に供給されてＳｉＣ単結晶を成長させることができる。

このとき、本実施形態では、台座部９の内壁面を加熱容器８の中心軸に対して傾斜させていることから、種結晶５の表面での温度分布がほぼ均一となる。すなわち、台座部９の裏面からの冷却と、第１加熱装置１１によって加熱された加熱容器８からの輻射熱効果により、台座部９内での温度分布が台座部９の内壁面とほぼ平行となり、その上に貼り付けられた種結晶５の表面での温度分布もほぼ均一となる。このため、加熱容器８の中心軸と垂直な方向に等温分布が形成されるような従来の場合と比較して、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１では、種結晶５の表面での温度分布、引いてはその上に成長させられるＳｉＣ単結晶の成長表面の温度分布が均一となる。したがって、ＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、加熱容器８の中心軸に対して内壁面を傾斜させた台座部９を備え、この台座部９の内壁面に対して周方向に並べた複数の平坦面に種結晶５を配置することで、複数の種結晶５の表面上にＳｉＣ単結晶を成長させるようにしている。このように、複数の種結晶５に対して同時にＳｉＣ単結晶を成長させることで１ラン当たりのウェハの取れ数を多くすることが可能となる。そして、種結晶５が配置される台座部９の内壁面を加熱容器８の中心軸に対して傾斜させることで、台座部９の裏面からの冷却と、第１加熱装置１１によって加熱された加熱容器８からの輻射熱効果により、種結晶５の表面での温度分布をほぼ均一にできる。したがって、ＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。

特に、真空容器６に冷却機構６ａを備えていることから、より台座部９の裏面からの冷却を行うことが可能となり、台座部９内での温度分布が調整し易くなり、台座部９内で等温分布が台座部９の内壁面とほぼ平行となるように制御し易くなる。これにより、よりＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して台座部９の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図３は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、第１実施形態に対して、台座部９の内壁面を中心軸方向において伸ばしている。そして、この内壁面に対して周方向に複数の種結晶５を配置しているのに加え、原料ガス３の流動方向にも種結晶５を複数枚（図３中では２枚）並べている。すなわち、原料ガス３の流動方向に沿って多段に配置した種結晶５に対して同時にＳｉＣ単結晶を成長させるようにする。

この場合、例えば、加熱容器８の温度が２４００℃程度、台座部９のうち原料ガス３の流動経路上流側に位置する種結晶５と対応する位置が２２００℃、流動経路下流側に位置する種結晶５と対応する位置が２１００℃となるようにする。

このように、原料ガス３の流動方向に沿って種結晶５を多段に配置し、台座部９のうち各段に配置された種結晶５と対応する位置の温度が、原料ガス３の流量経路上流側から下流側に向かって徐々に低下させられるようにすることで、より多数枚の種結晶５に対して同時にＳｉＣ単結晶を成長させられる。これにより、よりＳｉＣ単結晶の収率を向上させることが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して台座部９の構成を変更したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第２実施形態に対して台座部９を変更する場合について説明するが、第１実施形態についても同様の構成を採用できる。

図４は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、台座部９の内壁面に対して種結晶５の周囲を囲む整流板９ａを備えるようにしている。整流板９ａは、例えば黒鉛や表面をＴａＣ（炭化タンタル）にてコーティングされた黒鉛などで構成され、種結晶５の厚みと同等の高さに設定されている。このような整流板９ａを配置すると、整流板９ａの表面と種結晶５の表面との高さが同等となっていることから、種結晶５の側壁面によって原料ガス３の乱流が起こることを抑制できる。

これにより、種結晶５の周囲において原料ガス３を整流でき、よりＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して加熱容器８および台座部９の周囲の構成を変更したものであり、その他に関しては第３実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第３実施形態に対して台座部９を変更する場合について説明するが、第１、第２実施形態ついても同様の構成を採用できる。

図５は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、加熱容器８および台座部９の内部にガス流路１３を形成し、台座部９における原料ガス３の流動方向下流側に希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方が導入できるようにしている。ガス流路１３は、加熱容器８の有底円筒状部材８ａと台座部９の外周壁から所定距離内側に形成され、台座部９における原料ガス３の流動方向下流側の端部において、内周壁側に向けて折り曲げられた形状とされている。そして、台座部８の内周壁側にガス出口１３ａが形成され、このガス出口１３ａを通じて、台座部９における原料ガス３の流動方向下流側に希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入する。例えば、希釈ガスとしてはＡｒを用いることができ、エッチングガスとしてはＨＣｌを用いることができる。これらは、例えばＡｒ：３０ｓｌｍ、ＨＣｌ：５ｓｌｍの流量で流すことができる。

このように、ガス流路１３を備えて希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入できるようにすると、台座部９における原料ガス３の流動方向下流側での多結晶の付着を防止することが可能となる。すなわち、台座部９における原料ガス３の流動方向下流側では、流路の断面積が小さくなるので、流束が上がり、多結晶が付着して閉塞し易くなる。このため、ガス流路１３から希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方が導入されるようにすることで、原料ガス３を希釈したり、多結晶が付着しようとしてもそれをエッチングすることで、多結晶が付着することを抑制することが可能となる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して第２断熱材１０の構成を変更したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第２実施形態に対して第２断熱材１０を変更する場合について説明するが、第１、第３、第４実施形態ついても同様の構成を採用できる。

図６は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、第１実施形態に対して第２断熱材１０の軸方向長を短くし、第２断熱材１０が加熱容器８の周囲には配置されるが、台座部９の周囲には配置されないようにしている。このような構成とすれば、台座部９の裏面をより積極的に冷却することが可能となり、台座部９内での温度分布が台座部９の内壁面とより平行となる。これにより、その上に貼り付けられた種結晶５の表面での温度分布をより均一とすることが可能となり、よりＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対してＳｉＣ半導体装置１の形状、具体的には真空容器６や台座部９および第２断熱材１０の形状を変更したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第２実施形態に対して第２断熱材１０を変更する場合について説明するが、第１、第３〜第５実施形態ついても同様の構成を採用できる。

図７は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、台座部９を原料ガス３の流動経路上流側から下流側に向けて内径だけでなく外径も縮小されるような中空円錐台形状としている。そして、この台座部９の周囲に配置される第２断熱材１０および真空容器６についても、台座部９と同様に、台座部９を囲んでいる部位において、原料ガス３の流動経路上流側から下流側に向けて内径および外径が縮小させられた中空円錐台経常となるようにしている。

このような形状とすると、台座部９の裏面と台座部９の内壁面との距離が短くなる。このため、台座部９の裏面がより冷却し易くなる。特に、台座部９の裏面に対して真空容器６に備えた冷却機構６ａを近づけることができるため、台座部９の裏面をより積極的に冷却することが可能となり、台座部９内での温度分布が台座部９の内壁面とより平行となる。これにより、その上に貼り付けられた種結晶５の表面での温度分布をより均一とすることが可能となり、よりＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。

なお、ここでは第２断熱材１０にて台座部９の周囲が囲まれるようにしたが、第５実施形態のように、台座部９の周囲には第２断熱材１０が配置されないようにすれば、より積極的に台座部９の裏面を冷却することが可能となり、さらに上記効果を得ることが可能となる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して台座部９の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図８は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、台座部９を加熱容器８における原料ガス３の流動経路下流側の中央位置に配置している。台座部９は、外径が原料ガス３の流動経路下流側に向かって徐々に拡大された円錐形状とされ、台座部９の厚みは、原料ガス３の流動経路下流側に向かって徐々に厚くなっている。このため、原料ガス３の流動経路の断面積が徐々に縮小され、台座部９の外壁面によって原料ガス３の流束が徐々に絞られる。また、台座部９の外壁面は基本的には円錐形状とされているが、種結晶５が配置される位置において部分的に平坦面とされ、これが種結晶５の貼付面とされる。この平坦面は、台座部９の外壁面の複数箇所に備えられ、周方向において等間隔に並べられていると共に、中心軸方向にも複数段並べられている。

このように、台座部９の外壁面のうちの平坦面に種結晶５が貼り付けられることで、種結晶５が加熱容器８の中心軸に対して傾斜した状態で配置される。台座部９の内壁面が加熱容器８の中心軸に対して成す角度θは、原料ガス３の流量に応じて適宜設定される。例えば、原料ガス３としてＳｉＨ₄、Ｃ₃Ｈ₈、Ｈ₂を用い、これらの流量をＳｉＨ₄：１ｓｌｍ、Ｃ₃Ｈ₈：３３３ｓｃｃｍ、Ｈ₂：１０〜１５ｓｌｍとする場合には、角度θが１３°≦θ≦２３°に設定されると好ましい。

また、台座部９の中心位置には、種結晶５の裏面側から台座部９を冷却することが可能な冷却機構９ｂが備えられている。このため、より台座部９を種結晶５の裏面側から効率よく冷却できる構造と可能とされている。

このような構成のＳｉＣ半導体装置１を用いて、種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる場合、例えば、加熱容器８の温度が２４００℃程度、台座部９の温度が２２００℃程度となるように第１、第２加熱装置１１、１２を制御する。

このとき、台座部９の外壁面を加熱容器８の中心軸に対して傾斜させていることから、種結晶５の表面での温度分布がほぼ均一となる。すなわち、台座部９のうち種結晶５の裏面側からの冷却と、第１加熱装置１１によって加熱された加熱容器８からの輻射熱効果により、台座部９内での温度分布が台座部９の内壁面とほぼ平行となり、その上に貼り付けられた種結晶５の表面での温度分布もほぼ均一となる。このため、ＳｉＣ単結晶製造装置１の中心軸と垂直な方向に等温分布が形成されるような従来の場合と比較して、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１では、種結晶５の表面での温度分布、引いてはその上に成長させられるＳｉＣ単結晶の成長表面の温度分布が均一となる。したがって、ＳｉＣ単結晶を面内において均一に成長させることが可能となる。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態について説明する。本実施形態は、第７実施形態に対して台座部９の構成を変更したものであり、その他に関しては第７実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図９は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、第７実施形態に対して、台座部９の外壁面を中心軸方向において伸ばしている。そして、この外壁面に対して周方向に複数の種結晶５を配置しているのに加え、中心軸方向にも種結晶５を複数枚（図９中では２枚）並べている。すなわち、原料ガス３の流動方向に沿って多段に配置した種結晶５に対して同時にＳｉＣ単結晶を成長させるようにする。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態について説明する。本実施形態は、第８実施形態に対して台座部９の構成を変更したものであり、その他に関しては第８実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第８実施形態に対して台座部９を変更する場合について説明するが、第７実施形態についても同様の構成を採用できる。

図１０は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、台座部９の外壁面に対して種結晶５の周囲を囲む整流板９ａを備えるようにしている。整流板９ａは、例えば黒鉛や表面をＴａＣ（炭化タンタル）にてコーティングされた黒鉛などで構成され、種結晶５の厚みと同等の高さに設定されている。このような整流板９ａを配置すると、整流板９ａの表面と種結晶５の表面との高さが同等となっていることから、種結晶５の側壁面によって原料ガス３の乱流が起こることを抑制できる。

（第１０実施形態）
本発明の第１０実施形態について説明する。本実施形態は、第９実施形態に対して加熱容器８および台座部９の周囲の構成を変更したものであり、その他に関しては第９実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第９実施形態に対して台座部９を変更する場合について説明するが、第７、第８実施形態ついても同様の構成を採用できる。

図１１は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる台座部９の近傍の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、ガス流路１３を備えることで、台座部９の周囲および台座部９における原料ガス３の流動方向下流側において希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方が導入できるようにしている。

具体的には、ガス流路１３として、第１ガス流路１３ｂと第２ガス流路１３ｃが形成されている。第１ガス流路１３ｂは、加熱容器８における有底円筒状部材８の円筒状部分に設けられている。そして、有底円筒状部材８は、第１ガス流路１３ｂの内側と比較して外側において、円筒状部分の軸方向長が長くされている。これにより、第１ガス流路１３ｂから台座部８の周囲において希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方が導入できるようにしている。また、第２ガス流路１３ｃは、台座部９の後端から径方向外側に向かって延設されている。この第２ガス流路１３ｃを通じて、台座部９における原料ガス３の流動方向下流側において希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方が導入できるようにしている。例えば、希釈ガスとしてはＡｒを用いることができ、エッチングガスとしてはＨＣｌを用いることができる。これらは、例えばＡｒ：３０ｓｌｍ、ＨＣｌ：５ｓｌｍの流量で流すことができる。

このように、ガス流路１３から希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入できるようにすると、台座部９の周囲および台座部９における原料ガス３の流動方向下流側での多結晶の付着を防止することが可能となる。すなわち、台座部９の周囲および台座部９における原料ガス３の流動方向下流側では、原料ガス３の流路の断面積が縮小されるため流束が上がり、多結晶が付着して閉塞し易くなる。このため、ガス流路１３から希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方が導入されるようにすることで、原料ガス３を希釈したり、多結晶が付着しようとしてもそれをエッチングすることで、多結晶が付着することを抑制することが可能となる。

（他の実施形態）
上記各実施形態に示したＳｉＣ単結晶製造装置１の具体的な構造は、単なる一例であり、形状や材質などについて適宜変更することができる。

例えば、種結晶５や台座部９における種結晶５の貼付面が円形状である場合について説明したが、これらは必ずしも円形状である必要はなく、正方形などの他の形状であっても構わない。また、上記各実施形態では、加熱容器８のうち中空円筒状部材を構成するものとして有底円筒状部材８ａを用いたが、底部を有しない単なる中空円筒状部材としても良い。

また、上記各実施形態すべてについて、誘導加熱方式と直接加熱方式の双方に対して本発明が適用できる。

１ＳｉＣ単結晶製造装置
３原料ガス
５種結晶
６真空容器
６ａ冷却機構
８加熱容器
８ａ有底円筒状部材
８ｂ邪魔板
９台座部
９ａ整流板
９ｂ冷却機構
１０第２断熱材
１１第１加熱装置
１２第２加熱装置

Claims

炭化珪素単結晶基板にて構成された種結晶（５）に対して、炭化珪素の原料ガス（３）を下方から供給することで上方に位置する前記種結晶（５）に供給し、前記種結晶（５）の表面に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、
前記原料ガス（３）の導入導出が行え、内部空間の圧力を真空引きすることにより減圧できる構造とされた真空容器（６）と、
中空円筒状部材（８ａ）を有して構成され、前記真空容器（６）内に配置され、前記原料ガス（３）の加熱を行う加熱容器（８）と、
前記真空容器（６）内において、前記加熱容器（８）よりも前記原料ガス（３）の流動経路下流側に配置され、前記種結晶（５）が貼り付けられる台座部（９）とを有し、
前記真空容器（６）には、前記台座部（９）の周囲を囲む位置に、前記台座部（９）の外壁面を冷却する冷却機構（６ａ）が備えられ、
前記台座部（９）は、前記加熱容器（８）における前記中空円筒状部材（８ａ）のうちの前記原料ガス（３）の流動経路下流側の端部に配置され、該中空円筒状部材（８ａ）の中心軸に対して内壁面が傾斜するように該台座部（９）の内径が前記原料ガス（３）の流動経路下流側に向けて縮小させられ、前記内壁面に前記種結晶（５）が貼り付けられる面が複数備えられていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
前記台座部（９）には、前記原料ガス（３）の流動方向に沿って前記種結晶（５）が配置される面が多段備えられていることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
前記台座部（９）の内壁面には、前記種結晶（５）の周囲を囲む、所定高さの整流板（９ａ）が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
前記台座部（９）には、該台座部（９）における前記原料ガス（３）の流動方向下流側に希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入するガス流路（１３）が備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
炭化珪素単結晶基板にて構成された種結晶（５）に対して、炭化珪素の原料ガス（３）を下方から供給することで上方に位置する前記種結晶（５）に供給し、前記種結晶（５）の表面に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、
前記原料ガス（３）の導入導出が行え、内部空間の圧力を真空引きすることにより減圧できる構造とされた真空容器（６）と、
中空円筒状部材（８ａ）を有して構成され、前記真空容器（６）内に配置され、前記原料ガス（３）の加熱を行う加熱容器（８）と、
前記加熱容器（８）における前記原料ガス（３）の流動経路下流側に配置され、該流動経路下流側に向かって徐々に外径が拡大された円錐形状で、外壁面に前記種結晶（５）が貼り付けられる台座部（９）とを有し、
前記台座部（９）には、前記種結晶（５）の裏面側から前記台座部（９）を冷却する冷却機構（９ｂ）が備えられ、
前記台座部（９）の前記外壁面には、前記種結晶（５）が貼り付けられる面が複数備えられていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
前記台座部（９）には、前記原料ガス（３）の流動方向に沿って前記種結晶（５）が配置される面が多段備えられていることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
前記台座部（９）の内壁面には、前記種結晶（５）の周囲を囲む、所定高さの整流板（９ａ）が備えられていることを特徴とする請求項５または６に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
前記加熱容器（８）には、前記台座部（９）の周囲において希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入する第１ガス流路（１３ｂ）が備えられており、
前記台座部（９）には、該台座部（９）における前記原料ガス（３）の流動方向下流側に希釈ガスとエッチングガスの少なくとも一方を導入する第２ガス流路（１３ｃ）が備えられていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。