JP7170470B2 - 単結晶成長用坩堝及び単結晶成長方法 - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶成長用坩堝及び単結晶成長方法に関する。
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。
半導体等のデバイスには、ＳｉＣウェハ上にエピタキシャル膜を形成したＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられる。ＳｉＣウェハ上に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）によって設けられたエピタキシャル膜が、ＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となる。ＳｉＣウェハは、ＳｉＣインゴットを加工して得られる。
ＳｉＣインゴットは、昇華再結晶法（以下、昇華法という）等の方法で作製できる。昇華法は、原料から昇華した原料ガスを種結晶上で再結晶化することで、大きな単結晶を得る方法である。高品質なＳｉＣインゴットを得るために、欠陥や異種多形（ポリタイプの異なる結晶が混在すること）を抑制する方法が求められている。
特許文献１には、ＳｉＣ原料の表面にＳｉ原料を添加することで、結晶成長面における原料ガスのＣとＳｉとの比（Ｃ／Ｓｉ比）を制御し、欠陥や異種多形を抑制する方法が記載されている。
しかしながら、結晶成長した単結晶内に異種多形が含まれる場合はあり、異種多形をさらに抑制できる方法が求められていた。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、昇華した原料ガスが、原料表面で再結晶化することを抑制し、結晶成長する単結晶内に異種多形が生じることを抑制できる単結晶成長用坩堝及び単結晶成長方法を提供することを目的とする。
本発明者は、結晶成長後の原料表面に析出物が発生すると、成長した単結晶内に異種多形が発生しやすいことを見出した。析出物は、比較的低温になりやすい中央部で発生し、昇華した原料ガスの一部が原料粉末を核として再結晶化したものと考えられる。そこで、析出物が発生しやすい原料の中央領域を、ＳｉＣが吸着生成しにくいメタルカーバイドで覆うことを検討した。その結果、原料ガスの一部が核成長することを抑制し、析出物の発生が抑制され、結晶成長する単結晶内に異種多形が生じることを抑制できることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
（１）第１の態様にかかる単結晶成長用坩堝は、原料を収容する内底部と、前記内底部と対向する結晶設置部と、前記結晶設置部からの平面視で、前記内底部に収容される前記原料の表面の少なくとも中央領域を覆う析出防止部材と、を備え、前記析出防止部材は、少なくとも前記結晶設置部側の表面に、メタルカーバイドを含み、前記中央領域は、前記結晶設置部からの平面視で前記原料の表面の位置における断面の形状と相似し、中心から前記断面の断面積の２０面積％の領域である。
（２）上記態様にかかる単結晶成長用坩堝において、前記析出防止部材の前記結晶設置部側の第１面が、前記内底部に収容される原料表面から２０ｍｍ以内の領域にあってもよい。
（３）上記態様にかかる単結晶成長用坩堝において、前記析出防止部材は、前記内底部に原料を収容した後に、前記原料に設置される部材であってもよい。
（４）上記態様にかかる単結晶成長用坩堝において、前記析出防止部材は、前記結晶設置部側の第１面と対向する第２面に、収容される原料表面と前記第２面とを離間させる支持部を備えてもよい。
（５）上記態様にかかる単結晶成長用坩堝において、前記析出防止部材は、前記内底部に接続されていてもよい。
（６）上記態様にかかる単結晶成長用坩堝において、前記析出防止部材は、前記結晶設置部側の表面がメタルカーバイドで被覆されていてもよい。
（７）上記態様にかかる単結晶成長用坩堝において、前記析出防止部材は、メタルカーバイドからなってもよい。
（８）上記態様にかかる単結晶成長用坩堝において、前記メタルカーバイドが、タンタルカーバイドであってもよい。
（９）第２の態様にかかる単結晶成長方法は、原料を収容する内底部と、前記内底部と対向する結晶設置部と、を備える単結晶成長用坩堝において、前記内底部に原料を収容する収容工程と、前記収容工程の後に、前記結晶設置部からの平面視で、前記原料の表面の中央領域を、少なくとも前記結晶設置部側の表面がメタルカーバイドを含む析出防止部材で被覆する被覆工程と、前記被覆工程の後に、加熱により前記原料を昇華させ、前記結晶設置部に設置された単結晶を成長させる結晶成長工程と、を有し、前記中央領域は、前記結晶設置部からの平面視で前記原料の表面の位置における断面の形状と相似し、中心から前記断面の断面積の２０面積％の領域である。
（１０）上記態様にかかる単結晶成長方法の前記被覆工程において、前記析出防止部材の前記結晶設置部側の第１面を、前記内底部に収容された原料表面から２０ｍｍ以内の領域に設置してもよい。
（１１）上記態様にかかる単結晶成長装置の前記被覆工程において、前記析出防止部材の前記結晶設置部側の第１面と対向する第２面を、前記内底部に収容された原料表面と離間して配置してもよい。
（１２）第３の態様にかかる単結晶成長方法は、原料を収容する内底部と、前記内底部と対向する結晶設置部と、を備える単結晶成長用坩堝において、前記内底部に原料を収容する収容工程と、前記収容工程の後に、前記結晶設置部からの平面視で、前記原料の表面の最高温度より１５℃以上低くなる領域を、少なくとも前記結晶設置部側の表面がメタルカーバイドを含む析出防止部材で被覆する被覆工程と、前記被覆工程の後に、加熱により前記原料を昇華させ、前記結晶設置部に設置された単結晶を成長させる結晶成長工程と、を有する。
上記態様にかかる単結晶成長用坩堝及び単結晶成長方法によれば、昇華した原料ガスが、原料表面で再結晶化することを抑制し、結晶成長する単結晶内に異種多形が生じることを抑制できる。
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
「単結晶成長用坩堝」
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる単結晶成長用装置１００の断面模式図である。図１に示す単結晶成長装置１００は、坩堝（単結晶成長用坩堝）１０と加熱手段３０とを有する。図１では、理解を容易にするために、坩堝１０の内部構造を同時に図示している。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる単結晶成長用装置１００の断面模式図である。図１に示す単結晶成長装置１００は、坩堝（単結晶成長用坩堝）１０と加熱手段３０とを有する。図１では、理解を容易にするために、坩堝１０の内部構造を同時に図示している。
坩堝１０は、内部空間を取り囲む容器である。坩堝１０は、内底部１１と、内底部１１と対向する結晶設置部１２と、を備える。内底部１１には、原料Ｍが収容される。結晶設置部１２には、種結晶１が設置される。例えば結晶設置部１２は、原料Ｍ側から見て中央の位置に、円柱状に原料Ｍに向かって突出している。結晶設置部１２には、黒鉛等の炭素材料を用いることができる。
加熱手段３０は、坩堝１０の外周を覆っている。加熱手段３０として例えばコイルを用いることができる。コイルの内部に電流を通電すると、坩堝１０に誘導電流が生じ、原料Ｍが加熱される。
坩堝１０は、内部に析出防止部材１３を有する。図１に示す析出防止部材１３は、内底部１１に原料を収容した後に、原料Ｍの上に設置される部材である。図１に示す析出防止部材１３は、メタルカーバイドからなる板状部材である。メタルカーバイトは、例えば、タンタルカーバイド（ＴａＣ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）、ニオブカーバイド（ＮｂＣ）、モリブデンカーバイド（ＭｏＣ）、ハフニウムカーバイド（ＨｆＣ）等の遷移金属炭化物である。これらの材料は耐熱性に優れる。またこれらの材料は、ＳｉＣが吸着生成しにくい材料であり、再結晶化を起こしにくい。
析出防止部材１３は、結晶設置部１２からの平面視で、内底部１１の中央領域を被覆している。内底部１１に原料Ｍが収容された状態では、析出防止部材１３は原料Ｍの中央領域を被覆している。
中央領域は、結晶設置部１２からの平面視で原料Ｍの表面Ｍａの位置における断面の形状と相似し、中心から原料Ｍの表面Ｍａの位置における断面の断面積の２０面積％の領域である。ここで断面の形状とは、坩堝１０の内周面の断面形状である。坩堝１０の内径が高さ方向で大きく変動せず、原料Ｍの表面Ｍａの位置における断面を特定できない場合は、断面は内底部に置き換えられる。
析出防止部材１３は、サイズが大きいほど析出防止効果が大きくなる。一方で析出防止部材１３のサイズが大きいと、昇華ガスが種結晶側へ出る流れを阻害するおそれがある。使用する析出防止部材１３のサイズは適切に選択することが好ましい。原料表面Ｍａにおいて、原料表面内最高温度よりも２０℃以上低い領域ができると原料表面Ｍａに析出物を生じやすくなる。析出防止部材１３は、原料表面内最高温度より１５℃以上低くなる領域を覆っている状態が望ましい。
析出防止部材１３は、中央領域より広い範囲を覆っていてもよい。例えば、析出防止部材１３は、中心から原料Ｍの表面Ｍａの位置における坩堝１０の内径の５０％以上の領域を覆っていてもよく、中心から原料Ｍの表面Ｍａの位置における坩堝１０の内径の８０％以上の領域を覆っていてもよい。
図１に示す析出防止部材１３の結晶設置部１２側の第１面１３ａは、原料Ｍの原料表面Ｍａと同じ高さ位置にある。第１面１３ａは必ずしも原料表面Ｍａと一致している必要はなく、原料表面Ｍａから２０ｍｍ以内の領域にあることが好ましい。第１面１３ａは原料表面Ｍａより上方（結晶設置部１２側）に位置してもよいし、下方（内底部１１側）に位置してもよい。
第１実施形態にかかる単結晶成長用坩堝１００によれば、昇華した原料ガスが、原料表面Ｍａで再結晶化することを抑制でき、結晶成長する単結晶内に異種多形が生じることを抑制できる。
坩堝１０は加熱手段３０により外側から加熱され、坩堝１０の中央領域の温度は外側より低い。坩堝１０内に収容された原料Ｍの昇華は坩堝１０の外周領域で主に生じる。外周領域とは、坩堝１０の内部で中央領域より外側の領域を意味する。析出防止部材１３がない場合、外周領域で昇華した原料ガスの一部は、中央領域に位置する原料粒子を核に結晶成長する。原料粒子を核に再結晶化したものが、結晶成長後の原料表面に析出物として残存する。安定的に単結晶成長させるためには、成長空間内の昇華ガスのＣ／Ｓｉ比を安定させる必要がある。原料面の析出現象はこのＣ／Ｓｉ比を不安定化させ、異種多形発生の原因になると考えられる。
これに対し、析出防止部材１３が原料Ｍの中央領域を被覆すると、析出物の発生が抑制される。図１に示す析出防止部材１３は板状部材であり、昇華ガスが中央領域に至ったとしても再結晶化する核が存在しない。また析出防止部材１３は、ＳｉＣが吸着生成しにくいメタルカーバイドからなる。そのため、昇華した原料ガスが析出防止部材１３上で再結晶化することも抑制される。つまり、第１実施形態にかかる単結晶成長用坩堝１００は、析出物の発生を抑制し、結晶成長する単結晶内に異種多形が生じることを抑制する。
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態にかかる単結晶成長用装置１０１の断面模式図である。図２に示す単結晶成長用装置１０１は、析出防止部材１４の構造が図１に示す単結晶成長用装置１００と異なる。その他の構成は同一であり、説明を省く。
図２は、第２実施形態にかかる単結晶成長用装置１０１の断面模式図である。図２に示す単結晶成長用装置１０１は、析出防止部材１４の構造が図１に示す単結晶成長用装置１００と異なる。その他の構成は同一であり、説明を省く。
図２に示す析出防止部材１４は、内底部１１に原料を収容した後に、原料Ｍの上に設置される部材である。析出防止部材１４は、結晶設置部１２からの平面視で、内底部１１の中央領域を被覆している。内底部１１に原料Ｍが収容された状態では、析出防止部材１４は原料Ｍの中央領域を被覆している。析出防止部材１４は、中央領域より広い範囲を覆っていてもよい。
図２に示す析出防止部材１４の結晶設置部１２側の第１面１４ａは、原料Ｍの原料表面Ｍａと同じ高さ位置にある。第１面１４ａは必ずしも原料表面Ｍａと一致している必要はなく、原料表面Ｍａから２０ｍｍ以内の領域にあることが好ましい。
図２に示す析出防止部材１４は、基材１４Ａと表面層１４Ｂとを備える。表面層１４Ｂは、少なくとも基材１４Ａの結晶設置部１２側の表面を被覆する。
基材１４Ａは、単結晶成長温度に対する耐熱性を有するものであれば特に問わない。例えば、黒鉛等を用いることができる。表面層１４Ｂは、メタルカーバイドからなる。表面層１４Ｂは、基材１４Ａの表面に形成されたコーティング膜でもよいし、基材１４Ａの表面にメタルカーバイド粉末を載置したものでもよい。メタルカーバイドは、第１実施形態と同様のものを用いることができる。
表面層１４Ｂにより少なくとも析出防止部材１４の結晶設置部１２側の第１面１４ａは、メタルカーバイドにより形成される。析出防止部材１４の第１面１４ａと対向する第２面１４ｂにおいて、析出物は析出しない。そのため、第１面１４ａがメタルカーバイドであれば、昇華した原料ガスが析出防止部材１４上で再結晶化することを抑制できる。つまり、第２実施形態にかかる単結晶成長用装置１０１は、析出物の発生を抑制し、結晶成長する単結晶内に異種多形が生じることを抑制する。
大サイズのメタルカーバイドの板状部材を作製することが難しい。例えば基材１４Ａに黒鉛を用いると、大サイズ化が容易になる。またメタルカーバイドは高価であるが、表面層１４Ｂだけであればコストを抑えることもできる。
（第３実施形態）
図３は、第３実施形態にかかる単結晶成長用装置１０２の断面模式図である。図３に示す単結晶成長用装置１０２は、析出防止部材１５の構造が図１に示す単結晶成長用装置１００と異なる。その他の構成は同一であり、説明を省く。
図３は、第３実施形態にかかる単結晶成長用装置１０２の断面模式図である。図３に示す単結晶成長用装置１０２は、析出防止部材１５の構造が図１に示す単結晶成長用装置１００と異なる。その他の構成は同一であり、説明を省く。
図３に示す析出防止部材１５は、内底部１１に原料を収容した後に、原料Ｍの上に設置される部材である。析出防止部材１５は、結晶設置部１２からの平面視で、内底部１１の中央領域を被覆している。内底部１１に原料Ｍが収容された状態では、析出防止部材１５は原料Ｍの中央領域を被覆している。析出防止部材１５は、中央領域より広い範囲を覆っていてもよい。
図３に示す析出防止部材１５の結晶設置部１２側の第１面１５ａは、原料Ｍの原料表面Ｍａと同じ高さ位置にある。第１面１５ａは必ずしも原料表面Ｍａと一致している必要はなく、原料表面Ｍａから２０ｍｍ以内の領域にあることが好ましい。
図３に示す析出防止部材１５は、基材１５Ａと表面層１５Ｂとを備える。表面層１５Ｂは、少なくとも基材１５Ａの結晶設置部１２側の表面を被覆する。析出防止部材１５は、図２に示す析出防止部材１４と比較して、基材１４Ａ、１５Ａの形状のみが異なる。第１面１５ａがメタルカーバイドからなるため、昇華した原料ガスが析出防止部材１４上で再結晶化することを抑制できる。
基材１５Ａの内底部１１側の下面１５Ａｂは、内底部１１に向かって縮径する錐形状である。下面１５Ａｂが外周領域に向かって広がる傾斜面の場合、析出防止部材１５の下方に位置する原料Ｍから昇華した原料ガスを原料Ｍが露出する坩堝１０の外側に誘導できる。昇華した原料ガスの滞留を防ぐことで、析出防止部材１５の下方で原料が焼結してしまうことを抑制できる。
（第４実施形態）
図４は、第４実施形態にかかる単結晶成長用装置１０３の断面模式図である。図４に示す単結晶成長用装置１０３は、析出防止部材１６の構造が図１に示す単結晶成長用装置１００と異なる。その他の構成は同一であり、説明を省く。
図４は、第４実施形態にかかる単結晶成長用装置１０３の断面模式図である。図４に示す単結晶成長用装置１０３は、析出防止部材１６の構造が図１に示す単結晶成長用装置１００と異なる。その他の構成は同一であり、説明を省く。
図４に示す析出防止部材１６は、内底部１１に原料を収容した後に、原料Ｍの上に設置される部材である。析出防止部材１６は、結晶設置部１２からの平面視で、内底部１１の中央領域を被覆している。内底部１１に原料Ｍが収容された状態では、析出防止部材１６は原料Ｍの中央領域を被覆している。析出防止部材１６は、中央領域より広い範囲を覆っていてもよい。
図４に示す析出防止部材１６は、基材１６Ａと表面層１６Ｂと支持部１６Ｃとを備える。表面層１６Ｂは、少なくとも基材１６Ａの結晶設置部１２側の表面を被覆する。析出防止部材１６は、支持部１６Ｃを備える点で、図２に示す析出防止部材１４と異なる。析出防止部材１６は、第１面１６ａがメタルカーバイドからなるため、昇華した原料ガスが析出防止部材１６上で再結晶化することを抑制できる。
支持部１６Ｃは、析出防止部材１６の第１面１６ａと対向する第２面１６ｂに設けられている。支持部１６Ｃは、原料表面Ｍａと第２面１６ｂとを離間させる。原料表面Ｍａと第２面１６ｂとの間に空間を設けることで、昇華した原料ガスの滞留を防ぎ、析出防止部材１６の下方で原料が焼結してしまうことを抑制できる。
析出防止部材１６の結晶設置部１２側の第１面１６ａは、原料表面Ｍａから２０ｍｍ以内の領域にあることが好ましい。原料表面Ｍａと第２面１６ｂとの間に空間が広くなると、昇華した原料ガスの一部がこの空間に入り込み、坩堝１０の中央部における析出物の原因となりうる。第２面１６ｂと原料表面Ｍａとの距離は、１５ｍｍ以内であることが好ましい。
（第５実施形態）
図５は、第５実施形態にかかる単結晶成長用装置１０４の断面模式図である。図５に示す単結晶成長用装置１０４は、析出防止部材１７の構造が図１に示す単結晶成長用装置１００と異なる。その他の構成は同一であり、説明を省く。
図５は、第５実施形態にかかる単結晶成長用装置１０４の断面模式図である。図５に示す単結晶成長用装置１０４は、析出防止部材１７の構造が図１に示す単結晶成長用装置１００と異なる。その他の構成は同一であり、説明を省く。
図５に示す析出防止部材１７は、内底部１１に接続されている。析出防止部材１７は内底部１１と一体化していてもよい。
析出防止部材１７は、結晶設置部１２からの平面視で、内底部１１の中央領域と重畳している。析出防止部材１７は、中央領域より広い範囲と重畳していてもよい。
図５に示す析出防止部材１７は、支持体１７Ａと表面層１７Ｂとを備える。表面層１７Ｂは、少なくとも支持体１７Ａの結晶設置部１２側の表面を被覆する。析出防止部材１７は、支持体１７Ａが内底部１１に接続されている点で、図２に示す析出防止部材１４と異なる。析出防止部材１７は、第１面１７ａがメタルカーバイドからなるため、昇華した原料ガスが析出防止部材１７上で再結晶化することを抑制できる。
図５に示す析出防止部材１７の結晶設置部１２側の第１面１７ａは、原料Ｍの原料表面Ｍａと同じ高さ位置にある。第１面１７ａは必ずしも原料表面Ｍａと一致している必要はなく、原料表面Ｍａから２０ｍｍ以内の領域にあることが好ましい。
析出防止部材１７が内底部１１と接続されているため、原料Ｍは析出防止部材１７と坩堝１０の内面との間に収容される。図１～図４に示す析出防止部材１３、１４、１５、１６の下方に位置する原料は、析出防止部材１３、１４、１５、１６により昇華が阻害されている。析出防止部材１７と内底部１１とを接続すると、昇華しにくい部分に原料Ｍが収容されず、原料Ｍを節約できる。
「単結晶成長方法」
（第６実施形態）
第６実施形態にかかる単結晶成長方法は、第１実施形態から第４実施形態にかかる単結晶成長用装置１００、１０１、１０２、１０３を用いた単結晶成長方法である。第６実施形態にかかる単結晶成長方法は、内底部１１に原料Ｍを収容する収容工程と、収容工程の後に、結晶設置部１２からの平面視で、原料Ｍの原料表面Ｍａの直径の中央領域を、少なくとも結晶設置部１２側の表面がメタルカーバイドを含む析出防止部材１３、１４、１５、１６で被覆する被覆工程と、被覆工程の後に、加熱により原料Ｍを昇華させ、結晶設置部１２に設置された単結晶を成長させる結晶成長工程と、を有する。
（第６実施形態）
第６実施形態にかかる単結晶成長方法は、第１実施形態から第４実施形態にかかる単結晶成長用装置１００、１０１、１０２、１０３を用いた単結晶成長方法である。第６実施形態にかかる単結晶成長方法は、内底部１１に原料Ｍを収容する収容工程と、収容工程の後に、結晶設置部１２からの平面視で、原料Ｍの原料表面Ｍａの直径の中央領域を、少なくとも結晶設置部１２側の表面がメタルカーバイドを含む析出防止部材１３、１４、１５、１６で被覆する被覆工程と、被覆工程の後に、加熱により原料Ｍを昇華させ、結晶設置部１２に設置された単結晶を成長させる結晶成長工程と、を有する。
まず収容工程では原料Ｍを内底部１１に収容する。例えば、ＳｉＣの粉末原料を内底部１１に充填する。原料Ｍの原料表面Ｍａは、結晶設置部１２に対する対称性を高めるために、平坦にならすことが好ましい。
次いで、被覆工程で、析出防止部材１３、１４、１５、１６を原料Ｍ上に設置する。析出防止部材１３、１４、１５、１６は、中央領域を覆うように設置する。析出防止部材１３、１４、１５、１６は、中心から原料Ｍの表面Ｍａの位置における坩堝１０の内径の５０％以上の領域を覆うように設置してもよく、中心から原料Ｍの表面Ｍａの位置における坩堝１０の内径の８０％以上の領域を覆うように設置してもよい。また析出防止部材１３、１４、１５、１６は、原料表面内最高温度より１５℃以上低くなる領域を覆っている状態が望ましい。
また被覆工程では、析出防止部材１３、１４、１５、１６の結晶設置部１２側の第１面１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａが、原料表面Ｍａから２０ｍｍ以内の領域に来るように設置することが好ましい。また第４実施形態にかかる析出防止部材１６を用いる場合は、析出防止部材１６の第２面１６ｂと原料表面Ｍａとを離間して配置することが好ましい。
原料Ｍと対向する位置の結晶設置部１２に種結晶１を設置する。種結晶１の設置は、原料Ｍを収容する前でも収容後でもよい。種結晶１及び原料Ｍを収容後に、坩堝１０を密閉する。
次いで、結晶成長工程では、加熱手段３０に通電する。加熱手段３０が発熱し、加熱手段３０からの輻射を受けて、容器１０が発熱する。容器１０により加熱された原料Ｍは昇華し、種結晶１の表面で再結晶化し、種結晶１が結晶成長する。
容器１０の中央領域の温度は、外周領域より低い。昇華した原料ガスの一部は、容器１０の中央領域で再結晶化しやすい。第６実施形態にかかる単結晶成長方法は、原料Ｍの中央領域に析出防止部材１３、１４、１５、１６を設置することで、再結晶化の起点となる原料粒子が原料ガスに対して露出することを防止している。また析出防止部材１３、１４、１５、１６の第１面１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａは、メタルカーバイトからなり、ＳｉＣを吸着しにくい。したがって、昇華した原料ガスが析出防止部材１３、１４、１５、１６上で再結晶化し析出物となることが抑制されている。析出物の発生を抑制することで、結晶成長する単結晶内における異種多形の発生を抑制できる。
以上、本発明の好ましい実施の形態の一例について詳述したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、第１実施形態から第５実施形態にかかる単結晶成長用坩堝における各構成を組み合わせてもよく、第１実施形態から第５実施形態にかかる単結晶成長用坩堝と第６実施形態にかかる単結晶成長方法とを組み合わせてもよい。
「実施例１」
まず内部に円柱状の内部空間が設けられた結晶成長用坩堝を準備した。そして、結晶成長用坩堝の内底部に原料として粉末状態のＳｉＣ粉末原料を充填した。次いで、充填したＳｉＣ粉末原料上に、第４実施形態にかかる析出防止部材１６（図４参照）を設置した。析出防止部材１６は、基材１６Ａ及び支持部１６Ｃが黒鉛からなり、表面層１６Ｂとしてタンタルカーバイドを被覆した。析出防止部材１６の第１面１６ａと原料表面Ｍａとの距離は１０ｍｍであり、第２面１６ｂと原料表面Ｍａとの間に高さ５ｍｍの空間を形成した。
まず内部に円柱状の内部空間が設けられた結晶成長用坩堝を準備した。そして、結晶成長用坩堝の内底部に原料として粉末状態のＳｉＣ粉末原料を充填した。次いで、充填したＳｉＣ粉末原料上に、第４実施形態にかかる析出防止部材１６（図４参照）を設置した。析出防止部材１６は、基材１６Ａ及び支持部１６Ｃが黒鉛からなり、表面層１６Ｂとしてタンタルカーバイドを被覆した。析出防止部材１６の第１面１６ａと原料表面Ｍａとの距離は１０ｍｍであり、第２面１６ｂと原料表面Ｍａとの間に高さ５ｍｍの空間を形成した。
そして結晶設置部に４Ｈ－ＳｉＣの種結晶を設置して、６インチのＳｉＣインゴットを結晶成長させた。作製されたＳｉＣインゴットは、全て４Ｈ－ＳｉＣであり、異種多形を含まなかった。また図６は、実施例１の条件で単結晶を成長後の析出防止部材１６の表面の写真である。図６に示すように、析出防止部材１６上に析出物は確認されなかった。
「比較例１」
比較例１では、析出防止部材１６を用いなかった点が実施例１と異なる。すなわち、原料表面を被覆せずに、ＳｉＣインゴットを結晶成長させた。その他の条件は、実施例１と同様にして単結晶の結晶成長を行った。
比較例１では、析出防止部材１６を用いなかった点が実施例１と異なる。すなわち、原料表面を被覆せずに、ＳｉＣインゴットを結晶成長させた。その他の条件は、実施例１と同様にして単結晶の結晶成長を行った。
作製されたＳｉＣインゴットは、４Ｈ－ＳｉＣの中に６Ｈ－ＳｉＣおよび菱面体晶の１５Ｒ－ＳｉＣの異種多形が含まれていた。また図７は、比較例１の条件で単結晶を成長後の原料表面の写真である。図７に示すように、原料表面に多数の析出物が確認された。また図８は、比較例１の条件で単結晶を析出した後の中央領域における原料表面近傍の断面写真である。図８に示すように、原料中央領域では、原料の再結晶化が生じていることが確認できる。
「比較例２」
比較例２では、析出防止部材１６の表面層１６Ｂを設けなかった点が実施例１と異なる。すなわち、比較例２では黒鉛からなる析出防止部材を原料の中央領域に設置した。その他の条件は、実施例１と同様にして単結晶の結晶成長を行った。
比較例２では、析出防止部材１６の表面層１６Ｂを設けなかった点が実施例１と異なる。すなわち、比較例２では黒鉛からなる析出防止部材を原料の中央領域に設置した。その他の条件は、実施例１と同様にして単結晶の結晶成長を行った。
作製されたＳｉＣインゴットは、４Ｈ－ＳｉＣの中に菱面体晶の１５Ｒ－ＳｉＣの異種多形が含まれていた。図１１は、比較例２の条件で単結晶を成長後の原料表面の写真である。図９に示すように、原料表面に析出物が確認された。すなわち、ＳｉＣと反応する黒鉛等では、析出物を十分に抑制する効果は得られなかった。
１ 種結晶
１０ 容器
１１ 内底部
１２ 結晶設置部
１３、１４、１５、１６、１７ 析出防止部材
１４Ａ、１５Ａ、１６Ａ 基材
１７Ａ 支持体
１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂ、１７Ｂ 表面層
１６Ｃ 支持部
１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ 第１面
１４ｂ、１６ｂ 第２面
１５Ａｂ 下面
１８ メタルカーバイド粉末
１８ａ 表面
１９ 仕切り板
３０ 加熱手段
１００、１０１、１０２、１０３ 単結晶成長用装置
Ｍ 原料
Ｍａ 原料表面
１０ 容器
１１ 内底部
１２ 結晶設置部
１３、１４、１５、１６、１７ 析出防止部材
１４Ａ、１５Ａ、１６Ａ 基材
１７Ａ 支持体
１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂ、１７Ｂ 表面層
１６Ｃ 支持部
１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ 第１面
１４ｂ、１６ｂ 第２面
１５Ａｂ 下面
１８ メタルカーバイド粉末
１８ａ 表面
１９ 仕切り板
３０ 加熱手段
１００、１０１、１０２、１０３ 単結晶成長用装置
Ｍ 原料
Ｍａ 原料表面
Claims (12)
- 原料を収容する内底部と、
前記内底部と対向する結晶設置部と、
前記結晶設置部からの平面視で、前記内底部に収容される前記原料の表面の少なくとも中央領域を覆う析出防止部材と、を備え、
前記析出防止部材は、少なくとも前記結晶設置部側の表面に、メタルカーバイドを含み、
前記中央領域は、前記結晶設置部からの平面視で前記原料の表面の位置における断面の形状と相似し、中心から前記断面の断面積の２０面積％の領域であり、
前記析出防止部材が前記中央領域を含んで覆う領域は、前記中心から前記原料の表面の位置における坩堝の内径の８０％以上である、単結晶成長用坩堝。 - 前記析出防止部材の前記結晶設置部側の第１面が、前記内底部に収容される原料表面から２０ｍｍ以内の領域にある、請求項１に記載の単結晶成長用坩堝。
- 前記析出防止部材は、前記内底部に原料を収容した後に、前記原料に設置される部材である、請求項１又は２に記載の単結晶成長用坩堝。
- 原料を収容する内底部と、
前記内底部と対向する結晶設置部と、
前記結晶設置部からの平面視で、前記内底部に収容される前記原料の表面の少なくとも中央領域を覆う析出防止部材と、を備え、
前記析出防止部材は、少なくとも前記結晶設置部側の表面に、メタルカーバイドを含み、
前記中央領域は、前記結晶設置部からの平面視で前記原料の表面の位置における断面の形状と相似し、中心から前記断面の断面積の２０面積％の領域であり、
前記析出防止部材は、前記内底部に原料を収容した後に、前記原料に設置される部材であり、
前記析出防止部材は、前記結晶設置部側の第１面と対向する第２面に、収容される原料表面と前記第２面とを離間させる支持部を備え、
前記第２面と前記原料表面との距離は、１５ｍｍ以内である、単結晶成長用坩堝。 - 前記析出防止部材は、前記内底部に接続されている、請求項１又は２に記載の単結晶成長用坩堝。
- 前記析出防止部材は、前記結晶設置部側の表面がメタルカーバイドで被覆されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の単結晶成長用坩堝。
- 前記析出防止部材は、メタルカーバイドからなる、請求項１から６のいずれか一項に記載の単結晶成長用坩堝。
- 前記メタルカーバイドが、タンタルカーバイドである、請求項１から７のいずれか一項に記載の単結晶成長用坩堝。
- 原料を収容する内底部と、前記内底部と対向する結晶設置部と、を備える単結晶成長用坩堝において、
前記内底部に原料を収容する収容工程と、
前記収容工程の後に、前記結晶設置部からの平面視で、前記原料の表面の中央領域を、少なくとも前記結晶設置部側の表面がメタルカーバイドを含む析出防止部材で被覆する被覆工程と、
前記被覆工程の後に、加熱により前記原料を昇華させ、前記結晶設置部に設置された単結晶を成長させる結晶成長工程と、を有し、
前記中央領域は、前記結晶設置部からの平面視で前記原料の表面の位置における断面の形状と相似し、中心から前記断面の断面積の２０面積％の領域であり、
前記析出防止部材が前記中央領域を含んで覆う領域は、前記中心から前記原料の表面の位置における坩堝の内径の８０％以上である、単結晶成長方法。 - 前記被覆工程において、前記析出防止部材の前記結晶設置部側の第１面を、前記内底部に収容された原料表面から２０ｍｍ以内の領域に設置する、請求項９に記載の単結晶成長方法。
- 原料を収容する内底部と、前記内底部と対向する結晶設置部と、を備える単結晶成長用坩堝において、
前記内底部に原料を収容する収容工程と、
前記収容工程の後に、前記結晶設置部からの平面視で、前記原料の表面の中央領域を、少なくとも前記結晶設置部側の表面がメタルカーバイドを含む析出防止部材で被覆する被覆工程と、
前記被覆工程の後に、加熱により前記原料を昇華させ、前記結晶設置部に設置された単結晶を成長させる結晶成長工程と、を有し、
前記中央領域は、前記結晶設置部からの平面視で前記原料の表面の位置における断面の形状と相似し、中心から前記断面の断面積の２０面積％の領域であり、
前記被覆工程において、前記析出防止部材の前記結晶設置部側の第１面と対向する第２面を、前記内底部に収容された原料表面と離間して配置し、
前記第２面と前記原料表面との距離を、１５ｍｍ以内とする、単結晶成長方法。 - 原料を収容する内底部と、前記内底部と対向する結晶設置部と、を備える単結晶成長用坩堝において、
前記内底部に原料を収容する収容工程と、
前記収容工程の後に、前記結晶設置部からの平面視で、前記原料の表面の最高温度より１５℃以上低くなる領域を、少なくとも前記結晶設置部側の表面がメタルカーバイドを含む析出防止部材で被覆する被覆工程と、
前記被覆工程の後に、加熱により前記原料を昇華させ、前記結晶設置部に設置された単結晶を成長させる結晶成長工程と、を有する、単結晶成長方法。
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