JP5187300B2 - 炭化珪素単結晶の製造装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態にかかるSiC単結晶の製造装置の断面構成を示した図であり、この図に基づいて説明する。
(式1)
Tf=Te0+Td・(x)
また、図3(b)に示されるように、ガイド部材41のうち軸方向において粉末原料30との間にSiC単結晶22が位置する部分における最も一端部側の部位、つまり図3(b)中の基準面からxの距離に位置する部位の温度Tgは次のように示される。
Tg={Th0−Tc0・(x)}+(Ta0−Tb0)・(x−h0)
ここで、Tgが低下してTfに近づくとガイド部材41の内壁面に多結晶が付着する事になるため、Tf<Tgとなるxの位置にガイド部材41の一端面が位置していればガイド部材41に多結晶が付着する事を抑制できることになる。すなわち、種結晶23にSiC単結晶22が軸方向に成長し、外周側面のうち最も粉末原料30側の端部が軸方向においてガイド部材41における一端面のうちの最も内側の部分と重なるときの基準面からxの位置にある外周側面の温度に対して、ガイド部材41の一端面の温度が高くなるようにガイド部材41の軸方向の長さを設定することにより、ガイド部材41に多結晶が付着することを抑制できる。したがって、ガイド部材41の軸方向の長さ(x−h0)は次式を満たす長さとされている。
Te0+Td・(x)<{Th0−Tc0・(x)}+(Ta0−Tb0)・(x−h0)
同様に、ガイド部材42〜44は、軸方向の長さが次のようにされている。例えば、ガイド部材42においては、ガイド部材41における一端面を基準面とし、上記(式1)〜(式3)において、上記Te0の代わりに、SiC単結晶22における外周側面のうち最も粉末原料30側の端部がガイド部材41の一端面まで成長したときの当該端部の温度をTe1、上記h0の代わりに、ガイド部材42の他端面とガイド部材41の一端面との間の軸方向の距離をh1とする。そして、(Ta0−Tb0)の代わりに、ガイド部材42の単位長さあたりの温度上昇量を(Ta1−Tb1)、Tc0の代わりに、SiC単結晶22が単位長さ成長することによるガイド部材42の他端部の温度下降量をTc0、SiC単結晶22が種結晶23に成長し始めるときのガイド部材41の他端部の温度をTh1(Th1>Te1)とする。したがって、ガイド部材41と同様に、ガイド部材42は、次式に示すxを満たす位置にガイド部材42の一端面が位置しており、軸方向の長さ(x−h1)は次式を満たす長さとされている。
Te1+Td・(x)<{Th1−Tc1・(x)}+(Ta1−Tb1)・(x−h1)
さらに、ガイド部材43、44においても上記(式4)を満たす(x−h1)が軸方向の長さとされている。なお、ガイド部材43においてはガイド部材42の一端面を基準面とし、ガイド部材44においてはガイド部材43の一端面を基準面とし、ガイド部材43、44の単位長さあたりの温度上昇量を適宜置き換えることにより、上記(式4)と同様の関係が成立する。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態のSiC単結晶の製造装置は、第1実施形態に対して、ガイド部材42〜44の内径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、ここでは説明を省略する。図6は、本実施形態にかかるSiC単結晶の製造装置の断面構成を示す図である。
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態のSiC単結晶の製造装置は、第1実施形態に対して、ガイド部40をガイド部材41〜43にて構成したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図7は、本実施形態にかかるSiC単結晶の製造装置の断面構成を示す図である。
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態のSiC単結晶の製造装置は、第1実施形態に対して、ガイド部材42の内径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、ここでは説明を省略する。図9は、本実施形態にかかるSiC単結晶の製造装置の断面構成を示す図である。
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態のSiC単結晶の製造装置は、第1実施形態に対して、ガイド部40の内壁面にインナーガイドを配置したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図10は、本実施形態にかかるSiC単結晶の製造装置の断面構成を示す図である。
本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態のSiC単結晶の製造装置は、第5実施形態に対して、各ガイド部材41〜44の内壁にそれぞれインナーガイド50を配置したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図11は、本実施形態にかかるSiC単結晶の製造装置の断面構成を示す図である。
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態のSiC単結晶の製造装置は、第1実施形態に対して、各ガイド部材41〜44の間に、ガイド部材41〜44よりも熱伝導率の低い材質で構成された中間部材を配置したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図12は、本実施形態にかかるSiC単結晶の製造装置の部分拡大図であり、ガイド部材41の一端部とガイド部材42の他端部との拡大図に相当している。なお、ガイド部材42の一端部とガイド部材43の他端部、およびガイド部材43の一端部とガイド部材44の他端部との拡大図も同様である。
(他の実施形態)
上記各実施形態では、突出部41b〜43bが筒部41a〜43aと同じ材質により構成されている例について説明したが、突出部41b〜43bを筒部41a〜43aより熱伝導率の低い材質を用いて構成すれば、さらに、各ガイド部材41〜44の間の熱の移動を抑制することができる。
10 容器本体
11 段差部
20 蓋体
21 種結晶支持部
22 SiC単結晶
23 種結晶
30 粉末原料
40 ガイド部
41〜44 ガイド部材
Claims (15)
- 有底円筒状の容器本体(10)と当該容器本体(10)を蓋閉めするための蓋体(20)とを有した中空状の円柱形状をなす坩堝(1)を有し、前記蓋体(20)に炭化珪素基板からなる種結晶(23)を配置すると共に前記容器本体(10)に炭化珪素原料(30)を配置し、前記炭化珪素原料(30)の昇華ガスを供給することにより、前記種結晶(23)の一面を成長面として、当該成長面上に炭化珪素単結晶(22)を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、
前記容器本体(10)のうち前記種結晶(23)と前記炭化珪素原料(30)との間には、中空部を有する筒状部材であって、内壁にて、前記昇華ガスを前記種結晶(23)へ導くと共に、前記炭化珪素単結晶(22)の成長空間を構成するガイド部(40)が配置されており、
前記ガイド部(40)は、中空部を有する筒部(41a〜44a)を備えたガイド部材(41〜44)が前記容器本体(10)の軸方向に複数積層されることにより構成されており、
前記複数のガイド部材(41〜44)における各ガイド部材(41〜44)の両端面をそれぞれ先端面として、
前記複数のガイド部材(41〜44)における積層方向に隣接する二つのガイド部材(41〜44)の相対する前記先端面のうち、いずれか一方の前記ガイド部材の前記先端面には他方の前記ガイド部材の前記先端面に向かって突出する複数の突出部が周方向に離間して備えられており、前記種結晶(23)側の前記ガイド部材は、前記炭化珪素原料(30)側の前記ガイド部材に前記突出部を介して積層されていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。 - 前記複数のガイド部材(41〜44)それぞれは、前記筒部(41a〜44a)の壁面の厚さが1mm以上10mm以下とさ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。
- 前記複数のガイド部材(41〜44)において、それぞれ前記炭化珪素原料(30)側の端部を一端部、前記種結晶(23)側の端部を他端部、前記一端部の前記先端面を一端面、前記他端部の前記先端面を他端面とし、
前記複数のガイド部材(41〜44)のうち最も前記種結晶(23)側に位置する前記ガイド部材(41)において、前記種結晶(23)の前記成長面を基準面とし、当該ガイド部材(41)の一端面が前記基準面からxの位置にあるとし、前記ガイド部材(41)の他端面と前記種結晶(23)との間の前記軸方向の距離をh0とすると、当該ガイド部材(41)における前記容器本体(10)の軸方向の長さ(x−h0)は、
前記炭化珪素単結晶(22)が前記種結晶(23)に成長し始めるときの当該種結晶(23)の温度をTe0、前記種結晶(23)に前記炭化珪素単結晶(22)が前記容器本体(10)の軸方向に成長したときの単位長さあたりの温度上昇量をTdとし、前記種結晶(23)に前記炭化珪素単結晶(22)を成長させる前の前記ガイド部材(41)において前記容器本体(10)の軸方向における単位長さあたりの温度上昇量をTa0、前記ガイド部材(41)のうち、前記炭化珪素単結晶(22)が成長し、前記容器本体(10)の軸方向において前記炭化珪素原料(30)との間に前記炭化珪素単結晶(22)が位置する部分の前記温度上昇量Ta0に対する減少量をTb0、前記炭化珪素単結晶(22)が成長し始めるときの前記ガイド部材(41)の他端部の温度をTh0、前記炭化珪素単結晶(22)が単位長さ成長することよる前記ガイド部材(41)の他端部の温度下降量をTc0とし、前記炭化珪素単結晶(22)における外周側面のうち最も前記炭化珪素原料(30)側の端部が、前記容器本体(10)の軸方向において、前記ガイド部材(41)における一端面のうちの最も内側の部分と重なるまで成長したとき、Te0+Td・(x)<{Th0−Tc0・(x)}+(Ta0−Tb0)・(x−h0)を満たす長さとされており、
前記複数のガイド部材(41〜44)における積層方向に隣接する二つのガイド部材(41〜44)において、前記種結晶(23)側のガイド部材における一端面を基準面とし、前記炭化珪素原料(30)側の前記ガイド部材の一端面が前記基準面からxの位置にあるとし、前記種結晶(23)側のガイド部材における他端面と前記炭化珪素原料(30)側のガイド部材における一端面との間の前記容器本体(10)の軸方向の距離をh1とすると、前記炭化珪素原料(30)側のガイド部材における前記容器本体(10)の軸方向の長さ(x−h1)は、
前記炭化珪素単結晶(22)における外周側面のうち最も前記炭化珪素原料(30)側の端部が前記種結晶(23)側のガイド部材における一端面まで成長したときの当該端部の温度をTe1、前記種結晶(23)に前記炭化珪素単結晶(22)が前記容器本体(10)の軸方向に成長したときの単位長さあたりの温度上昇量をTdとし、前記種結晶(23)に前記炭化珪素単結晶(22)を成長させる前の前記炭化珪素原料(30)側のガイド部材において前記容器本体(10)の軸方向における単位長さあたりの温度上昇量をTa1、前記炭化珪素原料(30)側のガイド部材のうち、前記炭化珪素単結晶(22)が成長し、前記容器本体(10)の軸方向において前記炭化珪素原料(30)との間に前記炭化珪素単結晶(22)が位置する部分の前記温度上昇量Ta1に対する減少量をTb1、前記炭化珪素単結晶(22)が成長し始めるときの前記炭化珪素原料(30)側のガイド部材における他端部の温度をTh1、前記炭化珪素単結晶(22)が単位長さ成長することよる前記炭化珪素原料(30)側の他端部の温度下降量をTc1とし、前記炭化珪素単結晶(22)における外周側面のうち最も前記炭化珪素原料(30)側の端部が、前記容器本体(10)の軸方向において、前記炭化珪素原料(30)側のガイド部材における一端面のうちの最も内側の部分と重なるまで成長したとき、Te1+Td・(x)<{Th1−Tc1・(x)}+(Ta1−Tb1)・(x−h1)を満たす長さとさ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。 - 前記複数のガイド部材(41〜44)における積層方向に隣接する二つの前記ガイド部材(41〜44)の相対する先端面のうち、前記突出部が備えられる一方の前記ガイド部材における前記先端面は、前記突出部がないとした場合における当該先端面の面積をSa、前記突出部のうち他方の前記ガイド部材の前記先端面と接触する面積をSrとすると、Sr/Sa×100[%]≦10[%]であることを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記突出部は、前記筒部(41a〜44a)よりも熱伝導率の低い材質で構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記複数のガイド部材(41〜44)における積層方向に隣接する二つの前記ガイド部材(41〜44)の相対する先端面の間には、当該二つのガイド部材(41〜44)よりも熱伝導率の低い材質で構成された中間部材(60)が配置されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記複数のガイド部材(41〜44)における最も前記種結晶(23)側に位置する前記ガイド部材(41)は、前記種結晶(23)側の他端部が前記種結晶(23)、前記蓋体(20)、前記容器本体(10)のいずれとも接触しておらず、かつ当該他端部と前記種結晶(23)との間の前記容器本体(10)の軸方向の距離が1mm以上10mm以下であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記複数のガイド部材(41〜44)における積層方向に隣接する二つの前記ガイド部材(41〜44)の相対する先端面において、当該相対する先端面の間の前記容器本体(10)の軸方向の距離が、1mm以上10mm以下であることを特徴とする請求項1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。
- 前記種結晶(23)は円板状とされており、
前記複数のガイド部材(41〜44)における最も前記種結晶(23)側に位置する前記ガイド部材(41)は、前記種結晶(23)側の他端部の内径をDa、前記種結晶(23)側の他端部と前記種結晶(23)の前記成長面との間の前記容器本体(10)の軸方向の距離をh0、前記種結晶(23)の径をAとすると、A+2(h0・tan60°−10)≦Da≦A+2h0・tan60°であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 - 前記複数のガイド部材(41〜44)における積層方向に隣接する二つの前記ガイド部材(41〜44)において、
前記種結晶(23)側のガイド部材において、前記種結晶(23)側の他端部の内径をDa+1、前記容器本体(10)の軸方向に対する前記ガイド部材の内壁面の傾きをθa、前記ガイド部材の前記容器本体(10)の軸方向の長さをHaとし、
前記炭化珪素原料(30)側のガイド部材において、前記種結晶(23)側の他端部の内径をDa+2、前記容器本体(10)の軸方向に対する前記ガイド部材の内壁面の傾きをθa+1、前記ガイド部材の前記容器本体(10)の軸方向の長さをHa+1とし、当該二つの前記ガイド部材における相対する二つの先端面の間の前記容器本体(10)の軸方向の長さをh1とすると、
前記炭化珪素原料(30)側に位置する前記ガイド部材の他端部の内径Da+2が、Da+1≦Da+2≦(Da+1+2Ha・tanθa)+2(h1+Ha+1)tan60°−2Ha+1・tanθa+1であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 - 前記ガイド部(40)は、黒鉛を有する構成とされており、内壁面が高融点金属素材を有して構成されるインナーガイド(50)で覆われていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記複数のガイド部材(41〜44)それぞれは、黒鉛を有する構成とされており、前記筒部(41a〜44a)の内壁面がそれぞれ高融点金属素材を有して構成されるインナーガイド(50a〜50d)で覆われており、
当該内壁面に配置されるインナーガイド(50a〜50d)それぞれは、互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 - 前記インナーガイド(50、50a〜50d)は、厚さが0.1mm以上1mm以下であることを特徴とする請求項11または12に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記複数のガイド部材(41〜44)それぞれは、前記容器本体(10)の軸方向に対する内壁面の傾きが、0°以上60°以下とされていることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記複数のガイド部材(41〜44)のうちの少なくとも一つの前記ガイド部材は、前記種結晶(23)側から前記炭化珪素原料(30)側に向かって内径が一定とされていることを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
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