JP5910442B2 - 炭化珪素単結晶製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶製造装置に関するものである。

従来より、ＳｉＣ単結晶製造装置として、例えば特許文献１に示される構造の製造装置が提案されている。このＳｉＣ単結晶製造装置は、中央にＳｉＣ単結晶の成長空間を構成する中空形状の反応容器が配置されると共に反応容器の上方側の開口部に台座が設置され、反応容器の外周に配置された高周波誘導コイルにて反応容器を加熱する。高周波誘導コイルは、反応容器のうちの下方位置を加熱する下段コイルと上方位置を加熱する上段コイルを有し、反応容器のうちの下方位置が上方位置よりも高温となるような温度分布が設けられる構成とされている。このようなＳｉＣ単結晶製造装置では、台座にＳｉＣ単結晶からなる種結晶を貼り付けたのち、高周波誘導コイルにて反応容器を加熱しつつ反応容器内にＳｉＣの原料ガスを導入して加熱分解し、種結晶に供給することで、種結晶表面にＳｉＣ単結晶を成長させている。

特開２００８−２３０９２４号公報

しかしながら、高周波誘導コイルを下段コイルと上段コイルとに分けても、反応容器のうち原料ガスを加熱分解する下方位置とＳｉＣ単結晶を成長させる種結晶近辺の上方位置とで適切な温度差を設けるための温度制御が難しいという問題がある。

これは、下段コイルと上段コイルとの間での干渉が起こるためである。このような干渉は、下段コイルと上段コイルの発振周波数が同じもしくは近傍領域だと生じ易くなる。これを抑制するために、下段コイルと上段コイルの駆動周波数に差を設け、例えば一方の駆動周波数に対して他方の駆動周波数が約１０倍となるようにすることで対処している。しかしながら、駆動周波数の相違により、反応容器のうちの下方位置と上方位置とで昇温効果が異なってしまい、特に高周波側とされるコイルと対応する部分において効果的に加熱できず、上記のように温度制御が難しいという問題を発生させる。

本発明は上記点に鑑みて、より温度制御を行い易くできる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、中空筒状部材の加熱体を含む容器本体（８１）を有する反応容器（８）の容器本体を上下に物理的に分割して下部加熱体（８１ｂ）および上部加熱体（８１ｃ）としている。また、反応容器の外周のうち下部加熱体と対応する位置に、下部加熱体を誘導加熱する高周波誘導コイルにて構成された下段コイル（１３）を配置していると共に、反応容器の外周のうち上部加熱体と対応する位置に、上部加熱体を誘導加熱する高周波誘導コイルにて構成された上段コイル（１４）を配置している。そして、台座（９）に対して炭化珪素単結晶基板からなる種結晶（５）を設置し、下段コイルにて下部加熱体を誘導加熱すると共に上段コイルにて上部加熱体を誘導加熱して、反応容器の中空部を通じて種結晶の表面に炭化珪素の原料ガス（３）を供給して種結晶の表面に炭化珪素単結晶を結晶成長させるときに、下部加熱体および上部加熱体が物理的に分離されることで誘導加熱時に磁気的にも分離させられてるように構成されていることを特徴としている。

このように反応容器の容器本体を下部加熱体と上部加熱体に分割し、これらを物理的に離間させると、上下の磁場の干渉が抑制される。このため、下段コイルおよび上段コイルの駆動周波数を同じ、もしくは、一方に対して他方の駆動周波数を１０倍未満としても、各コイルの周囲を囲むように形成される磁力線が繋がる数を低減することが可能となる。これにより、反応容器の上下位置において、下段コイルと上段コイルそれぞれによって加熱される下部加熱体および上部加熱体の独立制御性を向上させられ、各加熱体の温度の独立制御が行い易くなるようにできる。

また、請求項１に記載の発明では、物理的に分離させられた下部加熱体と上部加熱体との間に、容器本体よりも低抵抗な材料で構成された低抵抗体（１５）が備えられていることを特徴としている。

このように、低抵抗体を備えることにより、加熱時に各コイルの周囲を囲むように形成される磁場を引き込み、各コイルから徐々に範囲が広がるように形成される磁力線の広がりを収束させられる。これにより、各コイルを囲む磁力線同士の接触が抑制され、下部加熱体や上部加熱体を通過する磁力線同士が繋がらないようにすることができる。したがって、下部加熱体と上部加熱体との間の更なる磁気的な分離が可能となり、より各加熱体の温度の独立制御が行い易くなるようにできる。

また、請求項５に記載の発明では、下部加熱体のうち上部加熱体側の先端と上部加熱体のうち下部加熱体側の先端のうちの少なくとも一方には、下部加熱体もしくは上部加熱体の径方向外側に張り出させた庇部（８１ｂａ、８１ｃａ）が備えられていることを特徴としている。

このように、下部加熱体や上部加熱体に庇部を備えると、磁力線が庇部に沿って導かれる。すなわち、庇部内で磁力線の広がりを収束させると共に、磁力線が各庇部に沿って導かれるようにできる。このため、各コイルを囲む磁力線同士の接触が抑制され、下部加熱体や上部加熱体を通過する磁力線同士が繋がらないようにすることができる。したがって、下部加熱体と上部加熱体との間の更なる磁気的な分離が可能となり、より各加熱体の温度の独立制御が行い易くなるようにできる。

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の一例を示すものである。

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。 反応容器８の容器本体８１を分離しない構造での磁界分布について計算により求めた結果を示した磁界分布図である。 反応容器８の容器本体８１を分離した構造での磁界分布について計算により求めた結果を示した磁界分布図である。 本発明の第２実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。 誘導加熱時に下段コイル１３や上段コイル１３の周りに形成される磁場と低抵抗体１５との関係を示した図である。 第２実施形態の変形例にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。 第２実施形態の変形例にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。 第２実施形態の変形例にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１での磁界分布について計算により求めた結果を示した磁界分布図である。 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。 第３実施形態の変形例にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。 第３実施形態の変形例にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。 図１０に示すＳｉＣ単結晶製造装置１での磁界分布について計算により求めた結果を示した磁界分布図である。 図１１に示すＳｉＣ単結晶製造装置１での磁界分布について計算により求めた結果を示した磁界分布図である。 第３実施形態の変形例にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。 第３実施形態の変形例にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。 第３実施形態の変形例にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。 第３実施形態の変形例にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。 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。 他の実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面構成を示す図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。図１に示すように、ＳｉＣ単結晶製造装置１には、底部に流入口２が備えられており、この流入口２を通じて図示しない原料ガス供給源からの原料ガス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）をキャリアガスと共に導入する。また、ＳｉＣ単結晶製造装置１には、上部に流出口４が備えられており、この流出口４を通じて原料ガス３のうちの未反応ガスなどを排出する。そして、ＳｉＣ単結晶製造装置１は、装置内に配置したＳｉＣ単結晶基板からなる種結晶５上にＳｉＣ単結晶を成長させることにより、ＳｉＣ単結晶のインゴットを形成する。

ＳｉＣ単結晶製造装置１には、真空容器６、断熱材７、反応容器８、台座９、外周断熱材１０、回転引上機構１１および高周波誘導コイル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ている。この真空容器６は、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。

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ている。この断熱材７の中空部により原料ガス導入管７ａを構成しており、この原料ガス導入管７ａを通じて、流入口２から導入された原料ガス３を反応容器８側に導く。断熱材７は、例えば黒鉛などで構成されるが、断熱材７のうち原料ガス導入管７ａを構成している内壁部分については、高融点金属炭化物にてコーティングすることで、熱エッチングが抑制できるようにすると好ましい。例えば、高融点金属炭化物としては、ＴａＣ（炭化タンタル）、ＮｂＣ（炭化ニオブ）、ＺｒＣ（炭化ジルコニウム）、ＶＣ（炭化バナジウム）、ＴｉＣ（炭化チタン）などを用いることができる。

反応容器８は、坩堝部材となる加熱容器を構成するもので、種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる反応室を構成する中空筒状部材を有した構成とされ、台座９よりも原料ガス３の流動経路上流側から下流側にわたって配置されている。この反応容器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を加熱分解している。この反応容器８も、黒鉛などで構成される。また、半導体基板の容器８を、表面がＴａＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＴｉＣなどの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛で構成すると、熱エッチングを抑制することも可能である。

本実施形態では、反応容器８は、容器本体８１と邪魔板８２とを有した構造とされている。容器本体８１は、筒状部を有する部材により構成され、有底円筒状部材で構成されている。容器本体８１のうちの筒状部は、例えば径方向の厚みが２０ｍｍ、内径寸法が３２０ｍｍとされている。この容器本体８１のうちの筒状部を加熱体として、高周波誘導コイル１３、１４による誘導加熱が行われる。容器本体８１には、底部に断熱材７の中空部と連通させられるガス導入口８１ａが備えられ、原料ガス導入管７ａを通過してきた原料ガス３がガス導入口８１ａを通じて反応容器８内に導入される。

また、容器本体８１は、筒状部が軸方向において上下に分割されることで、下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃの２部位に分けられている。下部加熱体８１ｂは、有底円筒状部材とされ、台座９よりも下方、つまり原料ガス３の流動方向上流側に配置されている。上部加熱体８１ｃは、円筒状部材とされ、台座９の周囲からそれよりも上方、つまり原料ガス３の流動方向下流側に配置されている。このため、下部加熱体８１ｂが容器本体８１のうちの下方位置における加熱体となり、原料ガス３の加熱分解を行うと共に、上部加熱体８１ｃが容器本体８１のうちの上方位置における加熱体となり、ＳｉＣ単結晶の成長表面に所望の温度分布を形成する。これら下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃは、物理的に離間して配置されており、加熱時に磁気的に分離させられるようになっている。

邪魔板８２は、原料ガス３の流動を妨げる部材であり、原料ガス導入管７ａから供給された原料ガス３が直接種結晶５の当たらないようにするために設けられている。この邪魔板８２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８２は、有底円筒状で、側壁に複数の連通孔８２ａが形成された構造とされ、邪魔板８２の開口部側、つまり底部と反対側の端部が反応容器８の底部のガス導入口８１ａを向けて配置される。このような構造の場合、ガス導入口８１ａから導入された原料ガス３が邪魔板８２の底面に衝突するため、邪魔板８２に衝突したパーティクルが反応容器８の底部に落下して原料ガス３から排除される。そして、流動経路が反応容器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８２ａを通じて反応容器８内に導かれる。

台座９は、例えば円柱形状とされており、反応容器８の中心軸と同軸的に配置されている。この台座９についても、例えば黒鉛で構成することができるが、表面がＴａＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＴｉＣなどの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛で構成すると、熱エッチングを抑制することも可能となる。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。

外周断熱材１０は、容器本体８１の筒状部と対応する筒形状で構成され、容器本体８１の筒状部を囲むことで容器本体８１とそれよりも外周側とを断熱する。本実施形態の場合、外周断熱材１０は、例えば円筒形状で構成されており、軸方向において上下に分割されることで、下部１０ａと上部１０ｂの２部位に分けられている。下部１０ａと上部１０ｂは、共に円筒状部材とされ、下部１０ａが下部加熱体８１ｂを囲み、上部１０ｂが上部加熱体８１ｃを囲んでいる。この外周断熱材１０も、例えば黒鉛で構成することができ、表面がＴａＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＴｉＣなどの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛で構成すると、熱エッチングを抑制することが可能となる。

回転引上機構１１は、支持シャフト１１ａの回転および引上げを行うものである。支持シャフト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、支持シャフト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る。また、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となるように調整できる。支持シャフト１１ａも、例えば黒鉛で構成することができ、表面がＴａＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＴｉＣなどの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛で構成すると、熱エッチングを抑制することが可能となる。なお、支持シャフト１１ａは回転軸や引上軸となるものであれば良いため、パイプ状ではなく単なる棒状部材などであっても良い。

高周波誘導コイル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反応容器８を誘導加熱するためのコイルによって構成され、反応容器８の周囲を囲むように配置されている。高周波誘導コイル１３、１４は、下部加熱体８１ｂを加熱するための下段コイル１３と、上部加熱体８１ｃを加熱するための上段コイル１４とを有した構成とされ、本実施形態では各コイル１３、１４の内径寸法および外径寸法を等しくしてある。

各コイル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。具体的には、下段コイル１３は、下部加熱体８１ｂの周囲を囲むように配置されている。上段コイル１４は、上部加熱体８１ｃの周囲を囲むように配置されている。このような配置とされているため、各コイル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。

このような構造により、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１が構成されている。このように構成されたＳｉＣ単結晶製造装置１を用いて、まず、下段コイル１３および上段コイル１４を制御し、所望の温度分布を付ける。例えば、下部加熱体８１ｂを２３００℃程度、上部加熱体８１ｃを２１００℃程度というように２０００℃を超える高温に制御する。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、反応容器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。そして、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を通じて容器本体８１内に原料ガス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。

このように構成されたＳｉＣ単結晶製造装置１では、容器本体８１を下段コイル１３と上段コイル１４それぞれで加熱される下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃに分割し、これらを物理的に離間させることで加熱時に磁気的に分離されるようにしている。

例えば、従来のような反応容器８を分割しない構造について下段コイル１３および上段コイル１４の駆動周波数を同じにして反応容器８を誘導加熱すると、上下の磁場が干渉してしまう。このため、図２に示すように、各コイル１３、１４の周囲を囲むように形成される磁力線のうちの多数が反応容器８内において繋がる。これにより、反応容器８の上下位置において、下段コイル１３と上段コイル１４それぞれによって加熱される加熱体の独立制御性が低下し、上下の加熱体の温度を独立制御することが難しくなる。

これに対して、本実施形態のように反応容器８の容器本体８１を下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃに分割し、これらを物理的に離間させると、上下の磁場の干渉が抑制される。このため、図３に示すように、下段コイル１３および上段コイル１４の駆動周波数を同じ、もしくは、一方に対して他方の駆動周波数を１０倍未満としても、各コイル１３、１４の周囲を囲むように形成される磁力線が繋がる数を低減することが可能となる。これにより、反応容器８の上下位置において、下段コイル１３と上段コイル１４それぞれによって加熱される下部加熱体８１ｂおよび上部加熱体８１ｃの独立制御性を向上させられ、各加熱体８１ｂ、８１ｃの温度の独立制御が行い易くなるようにできる。

以上説明したように、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１では、容器本体８１を下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃに物理的に分割することで、加熱時に磁気的に上下に分離されるようにしている。これにより、各加熱体８１ｂ、８１ｃの温度の独立制御が行い易くなるようにできる。

（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実施形態に対してより磁気的な分離が行えるようにしたものであり、その他については第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に示すように、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１では、下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃとの間に低抵抗体１５を備えた構成としている。低抵抗体１５は、容器本体８１よりも低抵抗で、かつ、２０００℃以上の高温および原料ガス３と反応することなく耐えられる材料とされる。このような材料としては、例えば、低抵抗黒鉛、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）のような高融点金属や当該高融点金属の化合物などを適用できる。本実施形態では、低抵抗体１５を台座９の周囲を囲む枠状部材、つまり、図５に示すように誘導加熱時に下段コイル１３や上段コイル１３の周りに形成される磁場に対する垂直方向に一周する形状で構成しており、例えば円環状で構成している。低抵抗体１５の寸法については例えば容器本体８１の筒状部もしくは高周波誘導コイル１３、１４の寸法に合わせて設定してある。例えば、径方向の厚みおよび内径寸法については容器本体８１の筒状部と等しくしており、径方向の厚みを２０ｍｍ、内径寸法を３２０ｍｍにしてあり、高さ（軸方向の厚み）については３０ｍｍとしてある。

この低抵抗体１５により、加熱時に各コイル１３、１４の周囲を囲むように形成される磁場を引き込み、各コイル１３、１４から徐々に範囲が広がるように形成される磁力線の広がりを収束させる。これにより、各コイル１３、１４を囲む磁力線同士の接触が抑制され、下部加熱体８１ｂや上部加熱体８１ｃを通過する磁力線同士が繋がらないようにすることができる。したがって、下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃとの間の更なる磁気的な分離が可能となり、より各加熱体８１ｂ、８１ｃの温度の独立制御が行い易くなるようにできる。

（第２実施形態の変形例）
上記第２実施形態に対して、低抵抗体１５の径方向寸法を更に大きくすることができる。例えば、図６に示すように、低抵抗体１５の内径寸法を容器本体８１の筒状部内径寸法と同じにしておき、外径寸法を高周波誘導コイル１３、１４の外径寸法と等しくすることができる。また、図７に示すように、低抵抗体１５の内径寸法を容器本体８１の筒状部内径寸法と同じにしておき、外径寸法を高周波誘導コイル１３、１４の外径寸法よりも大きくすることもできる。

このように、低抵抗体１５の外径寸法を拡大し、より外周側まで低抵抗体１５を介在させることにより、図８に示すように、低抵抗体１５の拡大方向に沿って下部加熱体８１ｂや上部加熱体８１ｃを通過する磁力線を容器本体８１の径方向に導ける。したがって、より各コイル１３、１４を囲む磁力線同士の接触が抑制され、下部加熱体８１ｂや上部加熱体８１ｃを通過する磁力線同士が繋がらないようにすることができる。これにより、下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃとの間の磁気的な分離がより一層可能となり、更に各加熱体８１ｂ、８１ｃの温度の独立制御が行い易くなるようにできる。

なお、低抵抗体１５の外径寸法を高周波誘導コイル１３、１４の外径寸法と等しいもしくはそれより大きくする場合において、コイル外径が一定でない場合もある。例えば、下段コイル１３と上段コイル１４とでコイル外径が異なっていたり、徐々にコイル外径が大きくなる場合などがある。その場合には、コイル巻回中心軸方向から見て高周波誘導コイル１３、１４の外径寸法が最も大きくなるときの外径と低抵抗体１５の外径寸法を同じもしくはそれより大きくなるようにすれば良い。

（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実施形態に対して下部加熱体８１ｂおよび上部加熱体８１ｃの形状や寸法などを変更したものであり、その他については第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９に示すように、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１では、下部加熱体８１ｂおよび上部加熱体８１ｃを第１実施形態に対して変更している。具体的には、下部加熱体８１ｂのうち上部加熱体８１ｃ側の先端に庇部８１ｂａおよび上部加熱体８１ｃのうち下部加熱体８１ｂ側の先端に庇部８１ｃａを備えている。各庇部８１ｂａ、８１ｃａは、下部加熱体８１ｂや上部加熱体８１ｃを先端において外径を拡大し、径方向外方に向けて張り出させた構造とされている。

また、本実施形態では、下部加熱体８１ｂの内径寸法を上部加熱体８１ｃの内径寸法よりも小さくしてあり、例えば下部加熱体８１ｂの内径寸法を１００ｍｍ、上部加熱体８１ｃの内径寸法を３２０ｍｍとしてある。下部加熱体８１ｂおよび上部加熱体８１ｃの径方向の厚みについては等しくしてあり、２０ｍｍとしてある。そして、各庇部８１ｂａ、８１ｃａについては、下部加熱体８１ｂおよび上部加熱体８１ｃの他の部分より５０ｍｍ張り出した状態にしてあり、庇部８１ｂａの外径を２４０ｍｍ、庇部８１ｃａの外径を４６０ｍｍとしてある。

さらに、下部加熱体８１ｂおよび上部加熱体８１ｃの形状に合わせて、外周断熱材１０についても、下部１０ａのうち上部１０ｂ側の先端に庇部１０ａａ、上部１０ｂのうち下部１０ａ側の先端に庇部１０ｂａを備えてある。これら庇部１０ａａ、１０ｂａも、下部１０ａおよび上部１０ｂを先端部において外径を拡大し、径方向外方に向けて張り出させた構造とされている。各庇部１０ａａ、１０ｂａの張り出した先端位置も、各庇部８１ｂａ、８１ｃａと一致させてある。

ただし、庇部８１ｂａおよび庇部１０ａａの張り出した先端位置での外径は下段コイル１３の内径（例えば２６０ｍｍ）よりも小さくしてある。また、庇部８１ｃａおよび庇部１０ｂａの張り出した先端位置での外径も上段コイル１４の内径（例えば４８０ｍｍ）よりも小さくしてある。

このように、下部加熱体８１ｂおよび上部加熱体８１ｃに庇部８１ｂａ、８１ｃａを備えると、磁力線が各庇部８１ｂａ、８１ｃａに沿って導かれる。すなわち、庇部８１ｂａ、８１ｃａが第２実施形態で説明した低抵抗体１５と同様の役割を果たし、庇部８１ｂａ、８１ｃａ内で磁力線の広がりを収束させると共に、磁力線が各庇部８１ｂａ、８１ｃａに沿って導かれるようにできる。このため、各コイル１３、１４を囲む磁力線同士の接触が抑制され、下部加熱体８１ｂや上部加熱体８１ｃを通過する磁力線同士が繋がらないようにすることができる。したがって、下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃとの間の更なる磁気的な分離が可能となり、より各加熱体８１ｂ、８１ｃの温度の独立制御が行い易くなるようにできる。

（第３実施形態の変形例）
上記第３実施形態に対して、各庇部８１ｂａ、８１ｃａおよび各庇部１０ａａ、１０ｂａの張り出した先端位置と各コイル１３、１４の寸法関係を変更しても良い。

例えば、図１０に示すように、各庇部８１ｂａおよび各庇部１０ａａの張り出した先端位置での外径と下段コイル１３の外径を一致させたり、庇部８１ｃａおよび各庇部１０ｂａの張り出した先端位置での外径と上段コイル１４の外径が一致させたりできる。図１０の例では、例えば、各庇部８１ｂａおよび各庇部１０ａａの張り出した先端位置での外径と下段コイル１３の外径を３００ｍｍにしている。また、庇部８１ｃａおよび各庇部１０ｂａの張り出した先端位置での外径と上段コイル１４の外径を５２０ｍｍとしている。

また、図１１に示すように、各庇部８１ｂａおよび各庇部１０ａａの張り出した先端位置での外径を下段コイル１３の外径よりも大きくしたり、庇部８１ｃａおよび各庇部１０ｂａの張り出した先端位置での外径を上段コイル１４の外径より大きくしたりできる。図１１の例では、例えば、各庇部８１ｂａおよび各庇部１０ａａの張り出した先端位置での外径を３４０ｍｍ、下段コイル１３の外径を３００ｍｍにしている。また、庇部８１ｃａおよび各庇部１０ｂａの張り出した先端位置での外径を５６０ｍｍ、上段コイル１４の外径を５２０ｍｍとしている。

このように、庇部８１ｂａ、８１ｃａの張り出した先端位置での外径を大きくするほど、より径方向外方まで磁力線が導かれる。例えば、図１０の構造の場合には図１２に示すような磁界分布となり、図１１の構造の場合には図１３に示すような磁界分布となる。したがって、より各コイル１３、１４を囲む磁力線同士の接触が抑制され、更に各加熱体８１ｂ、８１ｃの温度の独立制御が行い易くなるようにできる。具体的には、下段コイル１３および上段コイル１４のコイル巻回中心軸方向から見て下段コイル１３および上段コイル１４の外径寸法が最も大きくなるときの外径と庇部８１ｂａ、８１ｃａの外径寸法が等しいか、それよりも大きくされることで、上記効果が得られる。

また、各庇部８１ｂａ、８１ｃａおよび各庇部１０ａａ、１０ｂａの張り出した先端位置を一致させることもできる。

例えば、図１４に示すように、下部加熱体８１ｂの内径寸法を上部加熱体８１ｃの内径寸法よりも小さくする場合に、庇部８１ｂａや庇部１０ａａの張り出し量を庇部８１ｃａや庇部１０ｂａの張り出し量よりも大きくする。これにより、各庇部８１ｂａ、８１ｃａおよび各庇部１０ａａ、１０ｂａの張り出した先端位置を一致させることができる。

また、図１５に示すように、下部加熱体８１ｂの内径寸法を上部加熱体８１ｃの内径寸法と等しく場合には、庇部８１ｂａや庇部１０ａａの張り出し量を庇部８１ｃａや庇部１０ｂａの張り出し量と等しくする。これにより、各庇部８１ｂａ、８１ｃａおよび各庇部１０ａａ、１０ｂａの張り出した先端位置を一致させることができる。

さらに、図１６に示すように、下部加熱体８１ｂの内径寸法よりも上部加熱体８１ｃの内径寸法を小さくする場合に、庇部８１ｂａや庇部１０ａａの張り出し量よりも庇部８１ｃａや庇部１０ｂａの張り出し量を大きくする。これにより、各庇部８１ｂａ、８１ｃａおよび各庇部１０ａａ、１０ｂａの張り出した先端位置を一致させることができる。

また、庇部８１ｂａおよび庇部１０ａａの張り出した先端位置の方が庇部８１ｃａおよび庇部１０ｂａの張り出した先端位置よりも径方向外方に位置するようにすることもできる。例えば、図１７に示すように、下部加熱体８１ｂの内径寸法よりも上部加熱体８１ｃの内径寸法を小さくする場合に、庇部８１ｂａや庇部１０ａａの張り出し量を庇部８１ｃａや庇部１０ｂａの張り出し量以上にすることができる。

（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実施形態およびその変形例に対して下部加熱体８１ｂおよび上部加熱体８１ｃの形状などを変更したものであり、その他については第３実施形態などと同様であるため、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１８に示すように、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１では、下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃに備えた各庇部８１ｂａ、８１ｃａに、径方向外方の先端位置において軸方向に沿って折り返した折返部８１ｂｂ、８１ｃｂを備えている。例えば、庇部８１ｂａの外径を５００ｍｍ、庇部８１ｃａの外径を７２０ｍｍとし、折返部８１ｂｂ、８１ｃｂの高さを１００ｍｍとしている。

このように、庇部８１ｂａ、８１ｃａに対して更に折返部８１ｂｂ、８１ｃｂを備えると、磁力線が各庇部８１ｂａ、８１ｃａおよび折返部８１ｂｂ、８１ｃｂに沿って導かれる。すなわち、庇部８１ｂａ、８１ｃａや折返部８１ｂｂ、８１ｃｂが第２実施形態で説明した低抵抗体１５と同様の役割を果たし、庇部８１ｂａ、８１ｃａや折返部８１ｂｂ、８１ｃｂ内で磁力線の広がりを収束させる。このため、各コイル１３、１４を囲む磁力線同士の接触が抑制され、下部加熱体８１ｂや上部加熱体８１ｃを通過する磁力線同士が繋がらないようにすることができる。したがって、下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃとの間の更なる磁気的な分離が可能となり、より各加熱体８１ｂ、８１ｃの温度の独立制御が行い易くなるようにできる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、ＳｉＣ単結晶製造装置１の構成の一例を示したが、適宜設計変更可能である。

例えば、図１９に示すように、高周波コイル１３、１４の断面形状を円形状ではなく四角形状としても良い。また、回転引上機構１１により台座９を回転させながら引上げられる構造としたが、単なる引上機構であっても良い。また、上記第３、第４実施形態では、下部加熱体８１ｂおよび上部加熱体８１ｃの双方に庇部８１ｂａ、８１ｃａを備えた構成としたが、一方にのみ備えられた構造であっても良い。

さらに、上記各実施形態では、ＳｉＣ単結晶製造装置１の下方から原料ガス３を導入し、上方から未反応ガスなどを排出させるいわゆるアップフロー方式を採用した例を挙げた。これに対して、下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃの間を排出口として、未反応ガスを下部加熱体８１ｂと上部加熱体８１ｃの間から排出させるサイドフローに対しても本発明を適用することができる。

１ ＳｉＣ単結晶製造装置
３ 原料ガス
５ 種結晶
８ 反応容器
８１ 容器本体
８１ｂ、８１ｃ 下部加熱体
８１ｂａ、８１ｃａ 庇部
８１ｂｂ、８１ｃｂ 折返部
９ 台座
１３、１４ 高周波誘導コイル（下段コイル、上段コイル）
１５ 低抵抗体

Claims (8)

1. 中空筒状部材の加熱体を含む容器本体（８１）を有し、前記容器本体が上下に物理的に分割された下部加熱体（８１ｂ）および上部加熱体（８１ｃ）とされた反応容器（８）と、
   前記反応容器内に配置された台座（９）と、
   前記反応容器の外周のうち前記下部加熱体と対応する位置に配置され、前記下部加熱体を誘導加熱する高周波誘導コイルにて構成された下段コイル（１３）と、
   前記反応容器の外周のうち前記上部加熱体と対応する位置に配置され、前記上部加熱体を誘導加熱する高周波誘導コイルにて構成された上段コイル（１４）と、を備え、
   前記台座に対して炭化珪素単結晶基板からなる種結晶（５）を設置し、前記下段コイルにて前記下部加熱体を誘導加熱すると共に前記上段コイルにて前記上部加熱体を誘導加熱し、前記反応容器の中空部を通じて前記種結晶の表面に炭化珪素の原料ガス（３）を供給することで前記種結晶の表面に炭化珪素単結晶を結晶成長させるものであり、前記下部加熱体および前記上部加熱体が物理的に分離されることで誘導加熱時に磁気的にも分離させられており、
   物理的に分離させられた前記下部加熱体と前記上部加熱体との間に、前記容器本体よりも低抵抗な材料で構成された低抵抗体（１５）が備えられていることを特徴とする炭化珪素単結晶製造装置。
2. 前記低抵抗体は、前記誘導加熱時に前記下段コイルや前記上段コイルの周りに形成される磁場に対する垂直方向に一周する形状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製造装置。
3. 前記低抵抗体と前記下段コイルおよび前記上段コイルは円環状とされ、
   前記下段コイルおよび前記上段コイルのコイル巻回中心軸方向から見て前記下段コイルおよび前記上段コイルの外径寸法が最も大きくなるときの外径と前記低抵抗体の外径寸法が等しい、もしくは、それよりも大きく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製造装置。
4. 前記低抵抗体は、低抵抗黒鉛と高融点金属および高融点金属の化合物のうちのいずれかによって構成さ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製造装置。
5. 中空筒状部材の加熱体を含む容器本体（８１）を有し、前記容器本体が上下に物理的に分割された下部加熱体（８１ｂ）および上部加熱体（８１ｃ）とされた反応容器（８）と、
   前記反応容器内に配置された台座（９）と、
   前記反応容器の外周のうち前記下部加熱体と対応する位置に配置され、前記下部加熱体を誘導加熱する高周波誘導コイルにて構成された下段コイル（１３）と、
   前記反応容器の外周のうち前記上部加熱体と対応する位置に配置され、前記上部加熱体を誘導加熱する高周波誘導コイルにて構成された上段コイル（１４）と、を備え、
   前記台座に対して炭化珪素単結晶基板からなる種結晶（５）を設置し、前記下段コイルにて前記下部加熱体を誘導加熱すると共に前記上段コイルにて前記上部加熱体を誘導加熱し、前記反応容器の中空部を通じて前記種結晶の表面に炭化珪素の原料ガス（３）を供給することで前記種結晶の表面に炭化珪素単結晶を結晶成長させるものであり、前記下部加熱体および前記上部加熱体が物理的に分離されることで誘導加熱時に磁気的にも分離させられており、
   前記下部加熱体のうち前記上部加熱体側の先端と前記上部加熱体のうち前記下部加熱体側の先端のうちの少なくとも一方には、前記下部加熱体もしくは前記上部加熱体の径方向外側に張り出させた庇部（８１ｂａ、８１ｃａ）が備えられていることを特徴とする炭化珪素単結晶製造装置。
6. 前記下段コイルおよび前記上段コイルは円環状とされ、
   前記下段コイルおよび前記上段コイルのコイル巻回中心軸方向から見て前記下段コイルおよび前記上段コイルの外径寸法が最も大きくなるときの外径と前記庇部の外径寸法が等しい、もしくは、それよりも大きくさ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製造装置。
7. 前記庇部は、前記下部加熱体のうち前記上部加熱体側の先端と前記上部加熱体のうち前記下部加熱体側の先端の両方に設けられており、
   前記下部加熱体のうち前記上部加熱体側の先端に設けられた前記庇部（８１ｂａ）の先端位置と前記上部加熱体のうち前記下部加熱体側の先端に設けられた前記庇部（８１ｃａ）の先端位置とが一致させ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製造装置。
8. 前記庇部における径方向外方の先端位置には、前記下部加熱体もしくは前記上部加熱体の軸方向に沿って折り返した折返部（８１ｂｂ、８１ｃｂ）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製造装置。

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