JP5392236B2

JP5392236B2 - 炭化珪素単結晶の製造装置および製造方法

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Publication number: JP5392236B2
Application number: JP2010240957A
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Inventors: 裕也久野; 一都原
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Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2030-10-27
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Description

本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶の製造装置および製造方法に関するものである。

従来より、ＳｉＣ単結晶製造装置では、真空容器内にＳｉＣ単結晶の結晶成長が行われる加熱容器（るつぼ）を配置し、加熱容器内にＳｉＣの原料ガスを供給すると共に誘導電源からの電力供給に基づいて誘導コイルによる誘導加熱を行うことにより、加熱容器内もしくはその近傍に配置された種結晶の表面にＳｉＣ単結晶を成長させている。そして、加熱容器内の温度を効率良く制御できるように、加熱容器の周囲を円筒状の断熱材で囲んだ構造としている。

このような断熱材は、多孔質もしくは繊維状の組織を有する黒鉛にて構成される。ところが、原料ガスを含むガス相に曝されると原料ガスが容易に断熱材中に浸入してくる。これを防ぐためには、例えば特許文献１に示されるように保護用黒鉛シートで断熱材表面を覆ったり、特許文献２に示されるように表面保護ボードにて断熱材表面を覆うことが考えられる。

特公昭５８−２９１２９号公報特開平３−８７５９３号公報

しかしながら、ＳｉＣ単結晶を成長させる際には２０００℃以上の高温域で水素（Ｈ₂）等のエッチングガスやシラン（ＳｉＨ₄）等のシラン系ガスおよびプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）等の炭化水素ガスの混合ガスからなる原料ガスが用いられる。このため、ガス成分と表面の黒鉛シートが化学的に反応し、黒鉛シートやその下地の断熱材表面がエッチングされたり、黒鉛シートもしくは断熱材の表面に固体ＳｉＣが析出し、断熱材を劣化させるという問題を発生させる。

図７（ａ）、（ｂ）は、断熱材Ｊ１の表面を黒鉛シートＪ２で覆ったときの初期断面と劣化後の断面を示してある。これらの図に示されるように、初期断面では黒鉛シートＪ２により一様に断熱材Ｊ１の表面が覆われた状態となっているが、黒鉛シートＪ２や断熱材Ｊ１の表面がエッチングされたり、固体ＳｉＣＪ３が析出することにより、断熱材Ｊ１が劣化していることが判る。このような状態になると、断熱効果が薄れ、安定したＳｉＣ単結晶の製造を行うことができなくなる。

本発明は上記点に鑑みて、断熱材の劣化を抑制することができるＳｉＣ単結晶の製造装置および製造方法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、台座（９）よりも原料ガス（３）の流動経路上流側に配置され、原料ガス（３）の加熱を行う加熱容器（８）と、加熱容器（８）の外周を囲んで配置された円筒形状の外周断熱材（１０）とを備え、外周断熱材（１０）は、多孔質もしくは繊維状の組織を有する黒鉛にて構成された円筒形状の断熱基材（１０ａ）と、断熱基材（１０ａ）の内周面を覆い、かつ、浸透性が断熱基材（１０ａ）を構成する黒鉛よりも小さい黒鉛にて構成された円筒形状の黒鉛シート（１０ｂ）と、高融点金属を炭化することにより構成され、黒鉛シート（１０ｂ）の内周面の少なくとも一部を覆う高融点金属炭化膜（１０ｃ）と、を有した構成とされていることを特徴としている。

このように、外周断熱材（１０）を浸透性の大きな断熱基材（１０ａ）の内周面に浸透性の小さな黒鉛シート（１０ｂ）を配置した構造において、さらに黒鉛シート（１０ｂ）の内周面を高融点金属炭化膜（１０ｃ）で覆った構造としている。このため、黒鉛シート（１０ｂ）によって断熱基材（１０ａ）に原料ガス（３）などが浸入することで固体ＳｉＣが析出することを抑制しつつ、さらに高融点金属炭化膜（１０ｃ）によって黒鉛シート（１０ｂ）がエッチングガスや原料ガス（３）に含まれる成分と化学反応することを抑制できる。これにより、外周断熱材（１０）が劣化することを抑制することが可能となる。

請求項２に記載の発明では、外周断熱材（１０）は、黒鉛シート（１０ｂ）にて断熱基材（１０ａ）の外周面も覆われた構造とされていることを特徴としている。

このように、断熱基材（１０ａ）の外周面にも黒鉛シート（１０ｂ）を配置することにより、より原料ガス（３）などが断熱基材（１０ａ）内に浸入することを抑制でき、より外周断熱材（１０）の劣化を抑制することが可能となる。

この場合にも、請求項３に記載したように、高融点金属炭化膜（１０ｃ）にて、断熱基材（１０ａ）の外周面を覆う黒鉛シート（１０ｂ）の外周面も覆った構造とすると、外周断熱材（１０）の外周面側においても、請求項１に記載の効果を得ることができる。

請求項４に記載の発明では、断熱基材（１０ａ）の内周面側に備えられた高融点金属炭化膜（１０ｃ）は、外周断熱材（１０）のうち、台座（９）と加熱容器（８）の間を流動する原料ガス（３）が最初に衝突する位置において黒鉛シート（１０ｂ）を覆っていることを特徴としている。

このように、高融点金属炭化膜（１０ｃ）を円筒形状の黒鉛シート（１０ｂ）の内周面の一部に配置することもできる。そして、原料ガス（３）が外周断熱材（１０）に最初に衝突する場所、つまり原料ガス（３）のガス分圧が高くなる場所に、高融点金属炭化膜（１０ｃ）が配置されるようにしている。このような構成とすれば、最も黒鉛シート（１０ｂ）がエッチングガスや原料ガス（３）等と化学反応し易い場所を高融点金属炭化膜（１０ｃ）にて覆うことができるため、そのような化学反応が起こ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、断熱基材（１０ａ）には、該断熱基材（１０ａ）の中心軸方向に貫通するガス排出部（１０ｄ）が備えられ、該ガス排出部（１０ｄ）内に不活性ガスが導入されることを特徴としている。

このように、断熱基材（１０ａ）に対してガス排出部（１０ｄ）を備えておき、このガス排出部（１０ｄ）内に不活性ガスが導入されるようにしている。このような構成とすることにより、断熱基材（１０ａ）内に積極的に不活性ガスが導入されるようにできるため、断熱基材（１０ａ）に浸入する原料ガス（３）の圧力を下げることができる。このため、断熱基材（１０ａ）内に固体ＳｉＣが析出することをさらに抑制することが可能となる。

なお、上記した請求項１〜５に記載したように、断熱基材（１０ａ）の内周面を黒鉛シート（１０ｂ）や高融点金属炭化膜（１０ｃ）で覆った構造とすることにより、請求項６に記載したように、断熱基材（１０ａ）の内壁面と加熱容器（８）の間の距離が２０ｍｍ以下に近接した配置で加熱容器（８）が高温になっても、断熱基材（１０ａ）を保護することができる。

上記請求項１ないし６では、本発明をＳｉＣ単結晶の製造装置の発明として把握した場合について説明したが、請求項７に記載したように、本発明をＳｉＣ単結晶の製造方法として把握することもできる。

具体的には、請求項７に記載したように、中空円筒状部材にて構成される加熱容器（８）の中空部をガス供給経路として、該加熱容器（８）の外周を囲むように、多孔質もしくは繊維状の組織を有する黒鉛にて構成された円筒形状の断熱基材（１０ａ）と、断熱基材（１０ａ）の内周面を覆い、かつ、浸透性が断熱基材（１０ａ）を構成する黒鉛よりも小さい黒鉛にて構成された円筒形状の黒鉛シート（１０ｂ）と、高融点金属を炭化することにより構成され、黒鉛シート（１０ｂ）の内周面の少なくとも一部を覆う高融点金属炭化膜（１０ｃ）と、を有した外周断熱材（１０）を配置し、この状態で、加熱容器（８）を加熱装置（１３、１４）にて加熱しつつ、加熱容器（８）の一端側から原料ガス（３）を導入し、加熱容器（８）の他端側から原料ガス（３）を導出することで種結晶（５）に対して供給してＳｉＣ単結晶を成長させることにより、請求項１と同様の効果を得ることができる。

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の断面構成を示す図である。図１に示す第１外周断熱材１０を示した図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が斜視図である。本発明の第２実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる第１外周断熱材１０を示した図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が斜視図である。本発明の第３実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。図４に示す第１外周断熱材１０を示した図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が斜視図である。本発明の第４実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる第１外周断熱材１０を示した図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が斜視図である。（ａ）、（ｂ）は、断熱材Ｊ１の表面を黒鉛シートＪ２で覆ったときの初期断面と劣化後の断面を示した図である。

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、本実施形態の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を通じて不活性ガス（例えばＡｒガス）からなる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、シラン等のシラン系ガスとプロパン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９、第１外周断熱材１０、回転引上機構１１、第２外周断熱材１２および第１、第２加熱装置１３、１４が備えられている。

真空容器６は、石英ガラスなどで構成され、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。

第１断熱材７は、円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、種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる反応室を構成しており、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、台座９よりも原料ガス３の流動経路上流側に配置されている。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、中空円筒状部材を有した構造とされ、本実施形態の場合は有底円筒状部材で構成されている。加熱容器８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８ａ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８ａを通じて加熱容器８内に導入される。

台座９は、例えば円柱形状とされており、加熱容器８の中心軸と同軸的に配置され、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。この台座９に、同等寸法の径を有する種結晶５が貼り付けられ、種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる。

第１外周断熱材１０は、加熱容器８や台座９の外周を囲みつつ、台座９側に導かれた原料ガス３の残りを流出口４側に導く。具体的には、種結晶５に供給された後の原料ガス３の残りが台座９と第１外周断熱材１０との間の隙間を通過し、流出口４に導かれるようになっている。この第１外周断熱材１０の詳細構造については後述する。

回転引上機構１１は、パイプ材１１ａの回転および引上げを行うものである。パイプ材１１ａは、一端が台座９のうち種結晶５が貼り付けられる面と反対側の面に接続されており、他端が回転引上機構１１の本体に接続されている。このような構造により、パイプ材１１ａと共に台座９、種結晶５およびＳｉＣ単結晶の回転および引き上げが行え、ＳｉＣ単結晶の成長面が所望の温度分布となるようにしつつ、ＳｉＣ単結晶の成長に伴って、その成長表面の温度が常に成長に適した温度に調整できる。パイプ材１１ａも、例えば黒鉛や表面をＴａＣ（炭化タンタル）にてコーティングした黒鉛などで構成される。なお、パイプ材１１ａは回転軸や引上軸となるものであれば良いため、単なる棒状部材などであっても良い。

第２外周断熱材１２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外周断熱材１２と第１外周断熱材１０は、加熱容器８の中心軸と同軸的に配置され、これらが同心円状に配置されている。この第２外周断熱材１２により、ほぼ第１断熱材７や加熱容器８、台座９および第１外周断熱材１０等が囲まれている。この第２外周断熱材１２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１３、１４は、例えば電源回路によって駆動される誘導電源からの電力供給を受けて加熱容器８を誘導加熱するための誘導加熱用コイルやヒータ等によって構成され、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１３、１４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１３は、加熱容器８と対応した位置に配置されている。第２加熱装置１４は、台座９と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１３、１４を制御することにより、ＳｉＣ単結晶の成長表面の温度分布をＳｉＣ単結晶の成長に適した温度に調整できる。

次に、第１外周断熱材１０の詳細構造について説明する。図２は、第１外周断熱材１０を示した図であり、図２（ａ）が上面図、図２（ｂ）が斜視図である。

図２に示すように、第１外周断熱材１０は、断熱基材１０ａと黒鉛シート１０ｂおよび高融点金属炭化膜１０ｃを有した構成とされている。

断熱基材１０ａは、第１外周断熱材１０の主な部分を構成するもので、円筒形状とされ、多孔質もしくは繊維状の組織を有する黒鉛にて構成されている。例えば断熱基材１０ｂを黒鉛フェルト、つまり繊維状の組織を有する黒鉛によって構成する場合には、ガス浸透率が１×１０^-10／ｍ²となり、原料ガス３などが浸入し易い構造となる。

黒鉛シート１０ｂは、円筒形状とされ、断熱基材１０ａの内周面に直接もしくは接着剤等を介して固定され、断熱基材１０ａの内周面全域を覆うように備えられている。この黒鉛シート１０ｂは、ガス浸透性が断熱基材１０ａと比較して小さな黒鉛で構成されている。すなわち、黒鉛にも結晶構造や密度などが相違する様々な構造のものがあり、ここでは黒鉛シート１０ｂをガス浸透性が小さな黒鉛、例えばグラフォイルやニカフィルム（登録商標）等によって構成している。例えば断熱基材１０ｂを黒鉛フェルトによって構成する場合のガス浸透率が１×１０^-10／ｍ²であるのに対し、黒鉛シート１０ｂをグラフォイルで構成した場合のガス浸透率が１×１０^-17／ｍ²となり、大幅にガス浸透性を小さくすることが可能となる。このような黒鉛シート１０ｂを備えているため、断熱基材１０ａ側への原料ガスの浸入が抑制される。

なお、上述した加熱容器８についても、黒鉛などによって構成しているが、加熱容器８を構成する黒鉛は、例えばガス浸透率が１×１０^-14／ｍ²とされている。このことからも、黒鉛シート１０ｂを構成する黒鉛は、黒鉛の中でもガス浸透性が小さい構造のものであることが分かる。

高融点金属炭化膜１０ｃは、円筒形状とされ、黒鉛シート１０ｂの内周面全域を覆うように備えられている。高融点金属炭化膜１０ｃは、例えばＴａ（タンタル）やＴｉ（チタン）などの高融点金属を炭化させた膜によって構成とされている。高融点金属炭化膜１０ｃは、高融点金属のすべてが炭化した高融点炭化物によって構成されている必要はなく、例えば高融点金属膜１０ｃのうちの内周面側が高融点金属炭化物によって構成され、それよりも外周面側は炭化していない高融点金属のままの状態のものであっても良い。

また、高融点金属炭化膜１０ｃは、黒鉛シート１０ｂに対して備えられるときから炭化された膜である必要はなく、次のようにして形成しても良い。具体的には、まず、円筒状の高融点金属を断熱基材１０ａの内周面に固定した黒鉛シート１０ｂの内周面に備え、その状態でＳｉＣ単結晶製造装置１内に収容する。そして、この状態で第１、第２加熱装置１３、１４による誘導加熱を行いながら真空容器６内に炭化用のガスを導入する。これにより、円筒状の高融点金属のうちの内周面側が炭化されることで高融点金属炭化物が形成される。このように、高融点金属炭化膜１０ｃのうち内周面側のみが高融点金属炭化物で構成され、それよりも外周面側が高融点金属で構成されるようにしても良い。高融点金属炭化膜１０ｃをすべて高融点金属炭化物で構成する場合には比較的脆くなりがちであるが、本実施形態の構造とすることで、高融点金属炭化膜１０ｃを物理的に強い構造とすることが可能となる。

以上のような構造により、ＳｉＣ単結晶製造装置１が構成されている。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。

まず、第１、第２加熱装置１３、１４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。

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や水素などのエッチング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を導入する。これにより、図１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、加熱容器８と種結晶５および台座９原料ガス３との間の隙間を通じて原料ガス３やキャリアガスおよびエッチングガスが図１中の矢印方向に流動させられるため、原料ガス３等が第１外周断熱材８の内周面等に接触する。ここで、仮に第１外周断熱材８が断熱基材１０ａのみによって構成されているのであれば、断熱基材１０ａ内に原料ガス３などが容易に浸入し、断熱基材１０ａ内に固体ＳｉＣを析出させる原因となる。しかし、本実施形態では、断熱基材１０ａの内壁面を黒鉛シート１０ｂで覆っているため、原料ガス３等が断熱基材１０ａ内に浸入することを抑制でき、固体ＳｉＣが析出することを抑制することが可能となる。

また、断熱基材１０ａを黒鉛シート１０ｂによって覆っただけでは、黒鉛シート１０ｂがエッチングガスや原料ガス３に含まれる成分と化学反応し、黒鉛シート１０ｂやその下地の断熱基材１０ａの表面がエッチングされたり、黒鉛シート１０ｂもしくは断熱基材１０ａの表面に固体ＳｉＣが析出し、第１外周断熱材１０を劣化させることになる。しかしながら、本実施形態では黒鉛シート１０ｂの内周面にさらに高融点金属炭化膜１０ｃを形成しているため、黒鉛シート１０ｂの化学反応を抑制でき、第１外周断熱材１０の劣化を抑制することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１では、第１外周断熱材１０を、浸透性の大きな断熱基材１０ａの内周面に浸透性の小さな黒鉛シート１０ｂを配置した構造とし、さらに黒鉛シート１０ｂの内周面を高融点金属炭化膜１０ｃで覆った構造としている。

このため、黒鉛シート１０ｂによって断熱基材１０ａに原料ガス３などが浸入することで固体ＳｉＣが析出することを抑制しつつ、さらに高融点金属炭化膜１０ｃによって黒鉛シート１０ｂがエッチングガスや原料ガス３に含まれる成分と化学反応することを抑制できる。これにより、第１外周断熱材１０が劣化することを抑制することが可能となる。

なお、上記説明では高融点金属炭化膜１０ｃを黒鉛シート１０ｂの内周面に配置すると説明したが、黒鉛シート１０ｂの内周面に対して直接もしくは接着剤などを介して固定する構造に限らず、黒鉛シート１０ｂの内周面に堆積によりコーティングするような構造であっても良い。このように高融点金属炭化膜１０ｃを堆積によってコーティングする場合には、高融点金属炭化膜１０ｃと断熱基材１０ａとの間に黒鉛シート１０ｂが挟まれていることが有効となる。すなわち、断熱基材１０ａの表面は黒鉛シート１０ｂと比較して粗く、断熱基材１０ａの表面には高融点金属炭化膜１０ｃを均一膜厚で精度良く成膜することが難しい。このため、断熱基材１０ａの内周面に黒鉛シート１０ｂを形成してある状態で高融点金属炭化膜１０ｃを堆積することにより、高融点金属炭化膜１０ｃをより均一膜厚で形成することが可能となる。このように黒鉛シート１０ｂを形成した上層に高融点金属炭化膜１０ｃを形成することで、断熱基材１０ａの内壁面と加熱容器８の間の距離が２０ｍｍ以下に近接した配置で加熱容器８が高温になっても、断熱基材１０ａを保護することができる。

（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実施形態に対して第１外周断熱材１０の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と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に備えられる第１外周断熱材１０を示した図であり、図３（ａ）が上面図、図３（ｂ）が斜視図である。

図３に示すように、本実施形態の第１外周断熱材１０では、断熱基材１０ａの内周面側だけでなく、外周面側についても、その外周面に沿う円筒形状とした黒鉛シート１０ｂを配置している。

このように、断熱基材１０ａの外周面にも黒鉛シート１０ｂを配置することにより、より原料ガス３などが断熱基材１０ａ内に浸入することを抑制でき、より第１外周断熱材１０の劣化を抑制することが可能となる。

なお、このような構造の場合、断熱基材１０ａの外周面側に配置した黒鉛シート１０ｂについてはエッチングガスや原料ガス３等と接触することになるが、断熱基材１０ａの外周面側に回り込むエッチングガスや原料ガス３等の量は多くないため、これらが化学反応を起こすことは少ない。

また、ここでは断熱基材１０ａの外周面側に黒鉛シート１０ｂのみを配置した構造としたが、この黒鉛シート１０ｂの外周側にさらに、黒鉛シート１０ｂの外周面を覆うように円筒形状の高融点金属炭化膜１０ｃを配置した構造としても良い。

（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１実施形態に対して第１外周断熱材１０の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４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。また、図５は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる第１外周断熱材１０を示した図であり、図５（ａ）が上面図、図５（ｂ）が斜視図である。

図４および図５に示すように、本実施形態の第１外周断熱材１０も、断熱基材１０ａの内周面に黒鉛シート１０ｂと高融点金属炭化膜１０ｃとを順に積層した構造としている。しかしながら、本実施形態では、高融点金属炭化膜１０ｃを黒鉛シート１０ｂの内周面の全域ではなく一部、具体的には黒鉛シート１０ｂのうちの軸方向中間位置が高融点金属炭化膜１０ｃにて覆われるようにしてある。本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１では、図４に示すように、加熱容器８のうち台座９側の先端部において原料ガスが径方向外側に導かれ、それが第１外周断熱材１０に衝突することになる。このとき原料ガスが第１外周断熱材１０に最初に衝突する場所、つまり原料ガスのガス分圧が高くなる場所において、高融点金属炭化膜１０ｃが配置されるようにしている。

このように、高融点金属炭化膜１０ｃを円筒形状の黒鉛シート１０ｂの内周面の一部に配置することもできる。そして、本実施形態では、原料ガス３が第１外周断熱材１０に最初に衝突する場所、つまり原料ガス３のガス分圧が高くなる場所に、高融点金属炭化膜１０ｃが配置されるようにしている。このような構成とすれば、最も黒鉛シート１０ｂがエッチングガスや原料ガス３等と化学反応し易い場所を高融点金属炭化膜１０ｃにて覆うことができるため、そのような化学反応が起こることを抑制す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２実施形態に対して第１外周断熱材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、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１に備えられる第１外周断熱材１０を示した図であり、図６（ａ）が上面図、図６（ｂ）が斜視図である。

図６に示すように、本実施形態では、第１外周断熱材１０に備えられた断熱基材１０ａに対して中心軸方向に貫通するガス排出部１０ｄを備えている。ここではガス排出部１０ｄを１つのみ備えた構造としてあるが、複数備えてあっても良い。このガス排出部１０ｄには、図示しないガス導入孔を通じて不活性ガスからなるキャリアガスが導入されるようにしてある。

このように、断熱基材１０ａに対してガス排出部１０ｄを備えておき、このガス排出部１０ｄ内にキャリアガスが導入されるようにしている。このような構成とすることにより、断熱基材１０ａ内に積極的にキャリアガスが導入されるようにできるため、断熱基材１０ａに浸入する原料ガス３の圧力を下げることができる。このため、断熱基材１０ａ内に固体ＳｉＣが析出することをさらに抑制することが可能となる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、黒鉛シート１０ｂや高融点金属炭化膜１０ｃによって断熱基材１０ａの内周面や外周面を覆うようにしているが、断熱基材１０ａの軸方向両端の端面も黒鉛シート１０ｂや高融点金属炭化膜１０ｃによって覆うこともできる。

また、上記各実施形態では、第１外周断熱材１０について黒鉛シート１０ａや高融点金属炭化膜１０ｃを備えた構造としたが、第１外周断熱材１０に限らず、第２外周断熱材１２についても第１外周断熱材１０と同じ構造とすることができる。また、加熱容器８の周囲を囲む外周断熱材として第１、第２外周断熱材１０、１２の２つを備える場合を挙げたが、１つだけであっても構わない。

また、第３実施形態では、第１外周断熱材１０における断熱基材１０ａの内周面の一部を覆うように高融点金属炭化膜１０ｃを配置した。具体的には、断熱基材１０ａのうちの軸方向中間位置が高融点金属炭化膜１０ｃにて覆われるようにしている。しかしながら、高融点金属炭化膜１０ｃにて覆う部位についてはＳｉＣ単結晶製造装置１の形態によって決まり、必ずしも断熱基材１０ａのうちの軸方向中間位置である必要はない。すなわち、第１外周断熱材１０のうち原料ガスが最初に衝突する場所、つまり原料ガスのガス分圧が高くなる場所において、高融点金属炭化膜１０ｃが配置されるようにすれば良い。

なお、第１外周断熱材１０のうち原料ガスが最初に衝突する場所については、ＳｉＣ単結晶製造装置１の形態によって異なるが、ＳｉＣ単結晶製造装置１の形態に応じてＳｉＣ多結晶などが析出し易い場所を選択し、その場所を覆うように高融点金属炭化膜１０を配置すれば良い。

１ＳｉＣ単結晶製造装置
３原料ガス
５種結晶
６真空容器
８加熱容器
８ａガス導入口
９台座
１０第１外周断熱材
１０ａ断熱基材
１０ｂ黒鉛シート
１０ｃ高融点金属炭化膜
１２第２外周断熱材
１３第１加熱装置
１４第２加熱装置

Claims

台座（９）に対して炭化珪素単結晶基板にて構成された種結晶（５）を配置し、該種結晶（５）の下方から炭化珪素の原料ガス（３）を供給することにより、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、
前記台座（９）よりも前記原料ガス（３）の流動経路上流側に配置され、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）の外周を囲んで配置された円筒形状の外周断熱材（１０）とを備え、
前記外周断熱材（１０）は、
多孔質もしくは繊維状の組織を有する黒鉛にて構成された円筒形状の断熱基材（１０ａ）と、
前記断熱基材（１０ａ）の内周面を覆い、かつ、浸透性が前記断熱基材（１０ａ）を構成する黒鉛よりも小さい黒鉛にて構成された円筒形状の黒鉛シート（１０ｂ）と、
高融点金属を炭化することにより構成され、前記黒鉛シート（１０ｂ）の内周面の少なくとも一部を覆う高融点金属炭化膜（１０ｃ）と、を有した構成と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。
前記外周断熱材（１０）は、前記黒鉛シート（１０ｂ）にて前記断熱基材（１０ａ）の外周面も覆われた構造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。
前記外周断熱材（１０）は、前記高融点金属炭化膜（１０ｃ）にて、前記断熱基材（１０ａ）の外周面を覆う前記黒鉛シート（１０ｂ）の外周面も覆った構造とされていることを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
前記断熱基材（１０ａ）の内周面側に備えられた前記高融点金属炭化膜（１０ｃ）は、前記外周断熱材（１０）のうち、前記台座（９）と前記加熱容器（８）の間を流動する前記原料ガス（３）が最初に衝突する位置において前記黒鉛シート（１０ｂ）を覆っ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。
前記断熱基材（１０ａ）には、該断熱基材（１０ａ）の中心軸方向に貫通するガス排出部（１０ｄ）が備えられ、該ガス排出部（１０ｄ）内に不活性ガスが導入され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。
前記外周断熱材（１０）における前記断熱基材（１０ａ）の内壁面と前記加熱容器（８）の該壁面の距離が２０ｍｍ以内であ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。
台座（９）に対して炭化珪素単結晶基板にて構成された種結晶（５）を配置し、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方法において、
中空円筒状部材にて構成される加熱容器（８）の中空部をガス供給経路として、該加熱容器（８）の外周を囲むように、多孔質もしくは繊維状の組織を有する黒鉛にて構成された円筒形状の断熱基材（１０ａ）と、前記断熱基材（１０ａ）の内周面を覆い、かつ、浸透性が前記断熱基材（１０ａ）を構成する黒鉛よりも小さい黒鉛にて構成された円筒形状の黒鉛シート（１０ｂ）と、高融点金属を炭化することにより構成され、前記黒鉛シート（１０ｂ）の内周面の少なくとも一部を覆う高融点金属炭化膜（１０ｃ）と、を有した外周断熱材（１０）を配置し、
この状態で、前記加熱容器（８）を加熱装置（１３、１４）にて加熱しつつ、前記加熱容器（８）の一端側から前記原料ガス（３）を導入し、前記加熱容器（８）の他端側から前記原料ガス（３）を導出することで前記種結晶（５）に対して供給して前記炭化珪素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。