(57)【要約】【課題】種結晶の結晶成長面における表面温度を更に均一化することにより、表面が平坦化された高品質の炭化珪素単結晶を得ることができる炭化珪素単結晶の製造装置を提供する。【解決手段】炭化珪素単結晶の製造装置１は、黒鉛製坩堝１０と、黒鉛製坩堝１０の少なくとも側面を覆う石英管２０と、石英管２０の外周に配置された誘電加熱コイル３０とを有する。黒鉛製坩堝１０は、反応容器本体１１と該反応容器本体１１の上部開口１１ｂを覆う蓋体１２とを備え、該蓋体１２には、均熱部材１４が一体に設けられている。また、均熱部材１４における均熱部１７は、種結晶６０と昇華用原料５０との間の高さ位置に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部が開口され、底部に昇華用原料を収容する反応容器本体と、前記反応容器本体の上部開口を覆うと共に、前記昇華用原料に対向して種結晶を支持する蓋体と、を備えた炭化珪素単結晶の製造装置であって、
前記蓋体は、前記種結晶を支持する本体部と、前記本体部に一体に結合されて前記種結晶の結晶成長面の均熱化を促進する均熱部材とを有すると共に、前記均熱部材における均熱部が、前記種結晶と昇華用原料との間の高さ位置に配置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。
【請求項２】
前記本体部と前記均熱部材とは同一部材からな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。
【請求項３】
前記均熱部は、前記結晶成長面に対して略平行に配置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。
【請求項４】
前記底部の外周側に第１加熱部材を設けると共に、前記蓋体の外周側に第２加熱部材を設け、前記第１加熱部材によって前記底部に収容された前記昇華用原料を加熱し、前記第２加熱部材によって前記蓋体に支持された前記種結晶を加熱するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素単結晶を昇華再結晶法により製造する炭化珪素単結晶の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化珪素を含む種結晶および昇華用原料から、炭化珪素単結晶（以下、単結晶と適宜省略する）を製造する炭化珪素単結晶の製造装置が知られている。この製造装置は、一般的には、炭化珪素を含む粉体状の昇華用原料を底部に収容する反応容器本体と、該反応容器本体の上部開口を覆うと共に裏面側に炭化珪素を含む種結晶を配設する蓋体と、前記反応容器本体の外周側に配設された誘導加熱コイルとを備えている。
【０００３】
ここで、前記種結晶と昇華用原料との間の高さ位置に、種結晶に対して輻射熱を付与する遮蔽板を設けることにより、種結晶の結晶成長面における表面温度を均一化して成長結晶の表面を平坦化する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６４７９５号公報（第４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来の炭化珪素単結晶の製造装置においては、遮蔽板自体の温度制御を考慮していないため、種結晶の結晶成長面における表面温度の均一化が十分でなく、所望の品質に到達するには、複数回の試行錯誤を経る必要があった。また、昇華用原料が経時劣化して成長結晶中に異種多形のものが混入しやすくなると、青色発光ダイオードや電子デバイス等の基板ウエハとして期待される高品質の炭化珪素単結晶を得ることが困難であるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、種結晶の結晶成長面における表面温度を更に均一化することにより、表面が平坦化された高品質の炭化珪素単結晶を得ることができる炭化珪素単結晶の製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。
【０００８】
まず、本発明の第１の特徴は、上部が開口され、底部（底部１１ａ）に昇華用原料（昇華用原料５０）を収容する反応容器本体（反応容器本体１１）と、反応容器本体の上部開口（上部開口１１ｂ）を覆うと共に、昇華用原料に対向して種結晶（種結晶６０）を支持する蓋体（蓋体１２）と、を備えた炭化珪素単結晶の製造装置（炭化珪素単結晶の製造装置１）であって、蓋体は、種結晶を支持する本体部（本体部１５）と、該本体部に一体に結合されて種結晶の結晶成長面（結晶成長面６０ａ）の均熱化を促進する均熱部材（均熱部材１４）とを有すると共に、該均熱部材における均熱部（均熱部１７）が、種結晶と昇華用原料との間の高さ位置に配置されていることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第１の特徴によれば、種結晶の結晶成長面における表面温度を更に均一化することができ、表面が平坦化された高品質の炭化珪素単結晶を得ることができる。
【００１０】
即ち、蓋体における本体部と均熱部材とは一体に結合されているため、種結晶と均熱部とほぼ同一温度に保持される。従って、種結晶の結晶成長面と裏面との両側から所望の温度制御を行うことができ、所望のポリタイプの高品質な炭化珪素単結晶を製造することができる。
【００１１】
本発明の他の特徴は、本体部（本体部１５）と均熱部材（均熱部材１４）とは同一部材からなることを要旨とする。
【００１２】
本発明の他の特徴は、均熱部（均熱部１７）は、結晶成長面（結晶成長面６０ａ）に対して略平行に配置されていることを要旨とする。
【００１３】
本発明の他の特徴は、底部（底部１１ａ）の外周側に第１加熱部材（第１加熱部材３１）を設けると共に、蓋体の外周側に第２加熱部材（第２加熱部材３２）を設け、第１加熱部材によって底部に収容された昇華用原料（昇華用原料５０）を加熱し、前記第２加熱部材によって蓋体に支持された種結晶（種結晶６０）を加熱するように構成したことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、種結晶の結晶成長面における表面温度を更に均一化することにより、表面が平坦化された高品質の炭化珪素単結晶を得ることができる炭化珪素単結晶の製造装置の提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る蓋体を示す斜視図である。
【図３】図２の正面図である。
【図４】図２の底面図である。
【図５】比較例に係る炭化珪素単結晶の製造装置の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明に係る炭化珪素単結晶の製造装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。
【００１７】
したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の概略を示す断面図である。
【００１９】
図１に示すように、炭化珪素単結晶の製造装置１は、黒鉛製坩堝１０と、該黒鉛製坩堝の少なくとも側面を覆う石英管２０と、該石英管２０の外周側に配置された誘電加熱コイル３０とを有する。
【００２０】
前記黒鉛製坩堝１０は、反応容器本体１１および蓋体１２からなり、支持棒４０により移動されて石英管２０の内部に固定される。反応容器本体１１の底部１１ａには、炭化珪素を含む粉体である昇華用原料５０が収容される。蓋体１２は、反応容器本体１１の上部開口１１ｂを塞ぐと共に、反応容器本体１１の上端部の内周面に螺合により着脱自在に設けられる。また、蓋体１２の裏面側には円盤状の台座１３が設けられており、該台座１３の裏面に、炭化珪素を含む種結晶６０が取り付けられている。この種結晶６０の支持手段は、ネジ止め等の機械的結合でも良く、接着剤による接合でも良い。
【００２１】
昇華用原料５０は、炭化珪素を含む粉体の炭化珪素原料である。黒鉛製坩堝１０の内部が所定の温度条件及び圧力条件になると、昇華用原料５０は昇華して昇華ガスＧとなり、種結晶６０上に再結晶して成長することにより、炭化珪素単結晶が形成される。
【００２２】
また、誘電加熱コイル３０は、反応容器本体１１の底部１１ａに対応する高さ位置に配設された第１加熱部材である第１誘導加熱コイル３１と、蓋体１２の台座１３に対応する高さ位置に配設された第２加熱部材である第２誘導加熱コイル３２とからなる。前記支持棒４０を移動させて黒鉛製坩堝１０の高さ位置を変えることにより、反応容器本体１１の底部１１ａに収容された昇華用原料５０に対応する高さ位置に、第１誘導加熱コイル３１を配置することができ、蓋体１２の台座１３に支持された種結晶６０の高さ位置に、第２誘導加熱コイル３２を配置することができる。なお、第１誘導加熱コイル３１と第２誘導加熱コイル３２との間には、干渉防止コイル３３が設けられている。この干渉防止コイル３３は、誘導電流を通電することにより、第１誘導加熱コイル３１を流れる電流と第２誘導加熱コイル３２を流れる電流との干渉を防止することができる。
【００２３】
図２は本発明の実施形態に係る蓋体を示す斜視図、図３は図２の正面図、および図４は図２の底面図である。
【００２４】
これらの図に示すように、本発明の実施形態による蓋体１２は、反応容器本体１１の上端部に螺合することによって上部開口１１ｂを封鎖する本体部１５と、該本体部１５の径方向中心部の裏面側に設けられた円盤状の台座１３と、前記本体部１５の裏面側に設けられた均熱部材１４とから構成されており、本体部１５と均熱部材１４とは同一部材からなる。
【００２５】
均熱部材１４は、本体部１５の裏面における台座１３の外周側から下方に向けて径方向に若干広がりながら延びる３本の脚部１６と、該脚部１６の下端に固定された円環状の均熱部１７とからなる。この均熱部１７は、図１に示すように、種結晶６０と昇華用原料５０との間の高さ位置に配置されている。図４に示すように、この均熱部１７の内径Ｄ１は、台座１３の外径Ｄ２よりも大きく形成されている。
【００２６】
また、脚部１６の上端は、本体部１５の裏面に周方向に沿って約６０°ごとに（即ち、等間隔に）固定されており、脚部１６の下端は、円環状の均熱部１７の上面に周方向に沿って約６０°ごとに（即ち、等間隔に）間隔をおいて固定されている。また、図３から明らかなように、前記蓋体１２の均熱部１７は、種結晶６０における結晶成長面６０ａに対して略平行に配置されている。
【００２７】
本実施形態の製造装置を用いて炭化珪素単結晶を形成させる手順を簡単に説明する。
【００２８】
まず、前述した昇華用原料５０を準備し、黒鉛製坩堝１０の反応容器本体１１の底部１１ａに収容する。次に、種結晶６０を準備し、台座１３の下面に接着剤等によって固定したのち、蓋体１２を反応容器本体１１に螺合させる。次に、石英管２０内にＡｒガスを流入させながら、第１誘導加熱コイル３１および第２誘導加熱コイル３２に電流を流して黒鉛製坩堝１０を加熱する。第１誘導加熱コイル３１の通電によって昇華用原料５０が加熱されるため、昇華用原料５０が昇華して昇華ガスＧが発生する。
【００２９】
一方、第２誘導加熱コイル３２の通電により、種結晶６０が加熱されるが、前記昇華用原料５０の加熱温度は、種結晶６０の加熱温度よりも低くなる。従って、昇華ガスＧによって種結晶６０の下面（結晶成長面）に図外の炭化珪素単結晶を成長させる。
【００３０】
ここで、前記蓋体１２には均熱部材１４が一体に固定されているため、均熱部材１４の均熱部１７と台座１３に支持された種結晶６０が略同一温度に保持される。また、均熱部材１４における均熱部１７によって種結晶６０の結晶成長面に向けて輻射熱を付与するが、均熱部１７と種結晶６０が略同一温度に保持されているため、種結晶６０の結晶成長面における表面温度は非常に均一化され、良質な単結晶インゴットが形成される。
【００３１】
なお、所望とするサイズに成長した単結晶インゴットに外周研削加工等を施し、単結晶インゴットから半導体ウェハを切り出すスライス工程を経て、最終的に半導体ウェハが製造される。
【００３２】
<作用効果>
本発明の実施形態による作用効果を説明する。
【００３３】
（１）蓋体１２は、前記種結晶６０を支持する本体部１５と、該本体部１５に一体に結合されて種結晶６０の結晶成長面の均熱化を促進する均熱部材１４とを有すると共に、該均熱部材１４における均熱部１７が、前記種結晶６０と昇華用原料５０との間の高さ位置に配置されている。
【００３４】
従って、種結晶６０の結晶成長面における表面温度を更に均一化することができ、表面が平坦化された高品質の炭化珪素単結晶を得ることができる。即ち、蓋体１２における本体部１５と均熱部材１４とは一体に結合されているため、種結晶６０と均熱部１７とほぼ同一温度に保持される。従って、種結晶６０の結晶成長面と裏面との両側から所望の温度制御を行うことができ、所望のポリタイプの高品質な炭化珪素単結晶を製造することができる。
【００３５】
（２）前記蓋体１２における本体部１５と均熱部材１４とは同一部材からなる。従って、本体部１５と均熱部材１４との熱伝導性が向上するため、種結晶６０と均熱部１７との温度がより同一温度になり、種結晶６０の結晶成長面における表面温度が更に均一化される。
【００３６】
（３）前記均熱部材１４を構成する均熱部１７は、種結晶６０における結晶成長面に対して略平行に配置されているため、均熱部１７からの輻射熱が種結晶６０の結晶成長面に向けて略同一に発せられ、種結晶６０の結晶成長面における表面温度が更に均一化される。
【００３７】
（４）前記反応容器本体１１の底部の外周側に第１加熱部材である第１誘導加熱コイル３１を設けると共に、前記蓋体１２の外周側に第２加熱部材である第２誘導加熱コイル３２を設け、前記第１誘導加熱コイル３１によって反応容器本体１１の底部１１ａに収容された昇華用原料５０を加熱し、前記第２誘導加熱コイル３２によって蓋体１２に支持された種結晶６０を加熱するように構成している。このため、成長結晶の表面温度をより精度良く制御することができる。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明を実施例を通してさらに具体的に説明する。
【００３９】
本発明例では、前述した図１に示す炭化珪素単結晶の製造装置１と同一構造の装置を用いて、炭化珪素単結晶を製造した。また、比較例では、図５に示す製造装置１００を用いて炭化珪素単結晶を製造した。
【００４０】
前記本発明例では、種結晶の温度を２１００℃、昇華用原料の温度を２２５０℃、Ａｒガスの雰囲気圧力を３Ｔｏｒｒとした条件下で、２０〜２５ｍｍ高さの結晶を成長させた後に、種結晶と同じ直径の厚さ０．４ｍｍのウエハに加工した。この作業を１５回行ったところ、異種多形の混入数は０回、即ち全くなかった。
【００４１】
一方、比較例で用いた製造装置１００は、図５に示すものである。
【００４２】
この炭化珪素単結晶の製造装置１００は、図１に示した本発明の実施形態による製造装置１に対して均熱部材の部位が異なっており、製造装置１と同一構造部位には、同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
製造装置１００には、黒鉛製坩堝１１０が設けられ、該黒鉛製坩堝１１０は、反応容器本体１１と、該反応容器本体１１の上部開口１１ｂを封鎖する蓋体１１２とからなる。該蓋体１１２の下面には、台座１３が設けられ、該台座１３の外周側から斜め下方に向けて径方向に広がる円錐台状の封止部１１４が形成されている。また、昇華用原料５０の上面には、円盤状の遮蔽板１２０が載置されている。
【００４４】
比較例では、この製造装置１００を用いて、前述した本発明例と同一条件で、炭化珪素単結晶を製造した。種結晶と同じ直径の厚さ０．４ｍｍのウエハに加工する作業を１１回行ったところ、異種多形の混入数は８回であった。
【００４５】
このように、本発明例では、４Ｈ構造の良質な炭化珪素単結晶を比較例よりも非常に多く製造することができた。
【００４６】
なお、前述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４７】
例えば、本発明の実施形態では、均熱部材１４の均熱部１７を円環状に形成したが、円板状に形成しても良い。ただし、均熱部１７に成長した成長結晶が当たらないように留意すべきである。
【００４８】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、前述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４９】
Ｇ…昇華ガス、  １…炭化珪素単結晶の製造装置
１０…黒鉛製坩堝
１１…反応容器本体
１１ａ…底部
１１ｂ…上部開口
１２…蓋体
１４…均熱部材
１５…本体部
１７…均熱部
３１…第１誘導加熱コイル（第１加熱部材）
３２…第２誘導加熱コイル（第２加熱部材）
５０…昇華用原料
６０…種結晶
６０ａ…結晶成長面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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