(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶成長用容器内の温度分布の均一性が高いＳｉＣ単結晶製造装置を提供する。【解決手段】ＳｉＣ原料１を収容する原料収容部１１と種結晶２を支持する種結晶支持部１３が配置される蓋部１２とを有する結晶成長用容器１０と、前記結晶成長用容器１０の周囲を覆う断熱材２０と、前記結晶成長用容器１０を加熱する加熱器３０と、前記結晶成長用容器１０を宙吊り状態で支持する台座４１ａと、台座４１ａに固定されている支柱４２ａと、支柱４２ａに備えられている突起部４３ａとを有する支持部材４０ａと、を備えるＳｉＣ単結晶製造装置。【選択図】図１
2020063170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ原料を収容する結晶成長用容器と、
前記結晶成長用容器の周囲を覆う断熱材と、
前記結晶成長用容器を加熱する加熱器と、
前記結晶成長用容器を宙吊り状態で支持する支持部材と、を備えるＳｉＣ単結晶製造装置。
【請求項２】
前記支持部材は台座と、前記台座に固定されている支柱と、前記支柱に備えられている突起部と、を有し、前記突起部と前記結晶成長用容器の側面とを係合させることによって、前記結晶成長用容器を宙吊り状態で支持する請求項１に記載のＳｉＣ単結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ単結晶製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。
【０００３】
ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ単結晶基板上に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）を用いてＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル膜を成長させることによって製造される。
【０００４】
ＳｉＣ単結晶基板は、ＳｉＣ単結晶を切り出して作製する。このＳｉＣ単結晶を製造する方法の一つとして、昇華法が広く知られている。昇華法は、種結晶をより大きなＳｉＣ単結晶へ成長させる方法である。昇華法では、一般に、ＳｉＣ原料を収容する原料収容部と種結晶を支持する種結晶支持部が設けられている蓋部とを有する結晶成長用容器（るつぼ）を用いる。この結晶成長用容器を加熱して、ＳｉＣ原料を昇華させ、生成した昇華ガスを、種結晶に供給することによって種結晶をＳｉＣ単結晶へ成長させる。
【０００５】
近年、市場の要求に伴い、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣ単結晶基板の大口径化が求められている。そのためＳｉＣ単結晶自体の大口径化、長尺化の要望も高まっている。ＳｉＣ単結晶の大口径化、長尺化の要望と共に、高品質化の要望も高まっている。ＳｉＣ単結晶の結晶成長において、その品質に影響を及ぼす要素は種々存在する。
【０００６】
結晶成長用容器を加熱して、ＳｉＣ単結晶を結晶成長させる際の結晶成長用容器内の温度条件やＳｉＣ単結晶の形状は、ＳｉＣ単結晶の品質に影響を及ぼす一因である。
特許文献１には、所定の位置に断熱材を設けることで、ＳｉＣ単結晶の形状を制御する方法が記載されている。また特許文献２には、断熱材を原料気体から分離された閉鎖空間中に配置することで、結晶成長用容器内の温度分布を制御できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１２６４０号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１７６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、結晶成長用容器を加熱する際は、結晶成長用容器を耐熱性が高い台座の上に配置して、誘導加熱器や抵抗加熱器を用いて外部から加熱するのが一般的である。しかし、ＳｉＣ単結晶基板の大口径化の要求に対応して結晶成長用容器が大型化しており、外部からの熱が結晶成長用容器の中央部にまで伝わりにくくなっている。結晶成長用容器の中央部の温度が低いと、結晶成長用容器にて生成した昇華ガスが、結晶成長用容器の中央部で再結晶化し、ＳｉＣ単結晶の成長に利用されないことがある。したがって、結晶成長用容器内の温度分布を均一にすることが望ましい。しかしながら、特許文献１及び２に記載されているように断熱材を使用することだけでは、結晶成長用容器内の温度分布を均一にすることは難しい。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、結晶成長用容器内の温度分布の均一性が高いＳｉＣ単結晶製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討の結果、結晶成長用容器を台座から浮いた状態、すなわち宙吊り状態で支持することによって、結晶成長用容器内の熱が台座を介して外部に放熱されることを抑制でき、これにより結晶成長用容器内の温度分布を均一にすることが可能となることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【００１１】
（１）本発明の一態様に係るＳｉＣ単結晶製造装置は、ＳｉＣ原料を収容する結晶成長用容器と、前記結晶成長用容器の周囲を覆う断熱材と、前記結晶成長用容器を加熱する加熱器と、前記結晶成長用容器を宙吊り状態で支持する支持部材と、を備える。なお、本発明において、宙吊り状態は、結晶成長用容器を吊り下げた状態を含む。
【００１２】
（２）上記態様に係るＳｉＣ単結晶製造装置において、前記支持部材は台座と、前記台座に固定されている支柱と、前記支柱に備えられている突起部と、を有し、前記突起部と前記結晶成長用容器の側面とを係合させることによって、前記結晶成長用容器を宙吊り状態で支持する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、結晶成長用容器内の温度分布の均一性が高いＳｉＣ単結晶製造装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＳｉＣ単結晶製造装置の断面模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るＳｉＣ単結晶製造装置の断面模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るＳｉＣ単結晶製造装置の断面模式図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るＳｉＣ単結晶製造装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係るＳｉＣ単結晶製造装置について、図面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、本発明の特徴をわかりやすくするために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料、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、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るＳｉＣ単結晶製造装置の断面模式図である。
図１に示すＳｉＣ単結晶製造装置１０１は、結晶成長用容器１０と、断熱材２０と、加熱器３０と、支持部材４０ａとを備える。
【００１７】
結晶成長用容器１０は、原料収容部１１と蓋部１２とを有する。原料収容部１１は、ＳｉＣ原料１を収容する。蓋部１２は、種結晶２を支持する種結晶支持部１３が配置されている。原料収容部１１と蓋部１２の材料としては、例えば、黒鉛、炭化タンタル等を用いることができる。
【００１８】
断熱材２０は、結晶成長用容器１０を覆うように、結晶成長用容器１０の周囲に配置されている。断熱材２０としては、特に制限はなく、炭素繊維フェルトなどのＳｉＣ単結晶製造装置用の断熱材として利用されている公知の断熱材を用いることができる。断熱材２０の頂部２０aには貫通孔２１が形成されていて、非接触式温度測定器を用いることにより、貫通孔２１を介して蓋部１２の温度を測定できるようにされている。非接触式温度測定器としては、放射温度計を用いることができる。
【００１９】
加熱器３０としては、特に制限はなく、抵抗加熱器や誘導加熱器などのＳｉＣ単結晶製造装置用の加熱器として利用されている公知の加熱器を用いることができる。なお、図1に示す加熱器３０は、高周波コイルを用いた誘導加熱器である。
【００２０】
支持部材４０ａは、台座４１ａと、台座４１ａに固定されている支柱４２ａと、支柱４２ａに備えられている突起部４３ａとを有する。台座４１ａは結晶成長用容器１０の下方に配置されていて、支柱４２ａは上方に向けて延びている。結晶成長用容器１０の側面には窪み（不図示）が設けられている。支柱４２ａの突起部４３ａを結晶成長用容器１０の窪みに挿入して、支持部材４０ａと結晶成長用容器１０とを係合させることによって、結晶成長用容器１０が台座４１ａから浮いた状態、すなわち宙吊り状態で支持される。台座４１ａ及び支柱４２ａの材料としては、黒鉛、炭化タンタル等を用いることができる。支持部材４０ａは、断熱材２０の底部の貫通する主軸４４ａによって支持されている。
【００２１】
本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１では、加熱器３０によって結晶成長用容器１０が加熱される。この加熱によって、結晶成長用容器１０の原料収容部１１に収容されたＳｉＣ原料１が昇華して昇華ガスが生成する。昇華ガスは、蓋部１２の種結晶支持部１３に支持された種結晶２に接触して種結晶２をＳｉＣ単結晶へ成長させる。
【００２２】
本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１では、支持部材４０ａによって結晶成長用容器１０が宙吊り状態で支持されている。このため、加熱器３０によって、加熱された結晶成長用容器１０の熱が台座４１ａを介して外部に放熱されることを抑制できる。したがって、結晶成長用容器１０内の温度分布の均一性が向上する。そして、結晶成長用容器１０内の温度分布が均一となることによって、結晶成長用容器１０にて生成した昇華ガスが結晶成長用容器１０の中央部で再結晶化することが起こりにくくなり、大口径で厚さの厚いＳｉＣ単結晶基板を安定して製造することが可能となる。
【００２３】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係るＳｉＣ単結晶製造装置の断面模式図である。
図２に示すＳｉＣ単結晶製造装置１０２は、支持部材４０ｂの台座４１ｂが結晶成長用容器１０の上方に配置されていて、支柱４２ｂが下方に向けて延びている点で、前記第１実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１と相違する。なお、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０２と前記第１実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１とで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０２では、支持部材４０ｂの支柱４２ｂに備えられている突起部４３ｂを結晶成長用容器１０の窪み（不図示）に挿入して、支持部材４０ｂと結晶成長用容器１０とを係合させることによって、結晶成長用容器１０が台座４１ｂから吊り下げられた状態で支持される。このため、加熱器３０によって、加熱された結晶成長用容器１０の熱が台座４１ｂを介して外部に放熱されることを抑制できる。したがって、結晶成長用容器１０内の温度分布の均一性が向上する。そして、結晶成長用容器１０内の温度分布が均一となることによって、結晶成長用容器１０にて生成した昇華ガスが結晶成長用容器１０の中央部で再結晶化することが起こりにくくなり、大口径で厚さの厚いＳｉＣ単結晶基板を安定して製造することが可能となる。支持部材４０ｂは、断熱材２０の頂部の貫通する主軸４４ｂによって支持されている。
【００２５】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態に係るＳｉＣ単結晶製造装置の断面模式図である。
図３に示すＳｉＣ単結晶製造装置１０３は、支持部材４０ａの台座４１aの近傍に、サブヒータ４５が備えられている点で、前記第１実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１と相違する。なお、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０３と前記第１実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１とで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０３では、台座４１aの近傍に備えられているサブヒータ４５によって、結晶成長用容器１０の側面側に配置されている加熱器３０では加熱することが難しい結晶成長用容器１０の底部を加熱できる。したがって、結晶成長用容器１０を宙吊り状態で支持することによる放熱の抑制効果と、サブヒータ４５による加熱効果によって、結晶成長用容器１０内の温度分布の均一性がより向上する。そして、結晶成長用容器１０内の温度分布が均一となることによって、結晶成長用容器１０にて生成した昇華ガスが結晶成長用容器１０の中央部で再結晶化することが起こりにくくなり、大口径で厚さの厚いＳｉＣ単結晶基板を製造することが可能となる。
【００２７】
［第４実施形態］
図４は、本発明の第４実施形態に係るＳｉＣ単結晶製造装置の断面模式図である。
図４に示すＳｉＣ単結晶製造装置１０４は、支持部材４０ａの台座４１aに誘導加熱部４６が備えられている点で、前記第１実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１と相違する。なお、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０４と前記第１実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１とで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０４では、台座４１aに備えられている誘導加熱部４６によって、結晶成長用容器１０の側面側に配置されている加熱器３０では加熱することが難しい結晶成長用容器１０の底部を加熱できる。したがって、結晶成長用容器１０を宙吊り状態で支持することによる放熱の抑制効果と、誘導加熱部４６による加熱効果によって、結晶成長用容器１０内の温度分布の均一性がより向上する。そして、結晶成長用容器１０内の温度分布が均一となることによって、結晶成長用容器１０にて生成した昇華ガスが結晶成長用容器１０の中央部で再結晶化することが起こりにくくなり、大口径で厚さの厚いＳｉＣ単結晶基板を製造することが可能となる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。例えば、上述の第１〜第４実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１〜１０４では、支柱４２ａ、４２ｂの突起部４３ａ、４３ｂを結晶成長用容器１０の窪みに挿入することによって、支持部材４０ａ、４０ｂと結晶成長用容器１０とを係合させているが、支持部材４０ａ、４０ｂと結晶成長用容器１０とを係合させる方法に特には制限ない。例えば、結晶成長用容器１０の側面に突起部を設け、支柱４２ａ、４２ｂに窪みを設けて、結晶成長用容器１０の突起部を支柱４２ａ、４２ｂの窪みに挿入してもよい。さらに、結晶成長用容器１０の側面と支柱４２ａ、４２ｂとにそれぞれ突起部を設けて、結晶成長用容器１０の突起部と支柱４２ａ、４２ｂの突起部とを連結してもよい。また、支柱４２ａ、４２ｂの数は、３個以上としてもよい。３個以上の支柱４２ａ、４２ｂを用いる場合は、各支柱の間隔は等間隔となるように配置することが好ましい。
【００３０】
さらに、第１、３、４実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０１、１０３、１０４では、支柱４２ａに突起部４３ａを設ける代わりに、結晶成長用容器の周囲に凸部を設けて、その凸部の下面と支柱４２ａの先端とを直接連結してもよい。
【００３１】
またさらに、第２実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１０２では、支持部材として主軸４４ｂを直接、結晶成長用容器１０の蓋部１２に連結させてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  ＳｉＣ原料
２  種結晶
１０  結晶成長用容器
１１  原料収容部
１２  蓋部
１３  種結晶支持部
２０  断熱材
２０a  頂部
２１  貫通孔
３０  加熱器
４０ａ、４０ｂ  支持部材
４１ａ、４１ｂ  台座
４２ａ、４２ｂ  支柱
４３ａ、４３ｂ  突起部
４４ａ、４４ｂ  主軸
４５  サブヒータ
４６  誘導加熱部
１０１、１０２、１０３、１０４  ＳｉＣ単結晶製造装置
【図１】
2020063170.tif 000003
【図２】
2020063170.tif 000004
【図３】
2020063170.tif 000005
【図４】
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