(57)【要約】【課題】成長させようとする炭化珪素単結晶のサイズによることなく、種結晶に働く熱応力の影響を好適に抑えて、結晶欠陥等のない高品質な炭化珪素単結晶を成長させることの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は、反応容器１０と、炭化珪素単結晶を成長させる種結晶２０を保持する保持棒３０およびワイヤ３１とを備えて構成されている。種結晶２０は、その裏面の中心部に同裏面全体の面積よりも小さい面積からなる円柱形状の凹部２１を備えて構成されている。保持棒３０は、この凹部２１よりも若干小さく形成されており、接着剤の塗布された凹部２１に嵌め込まれて当該種結晶２０と結合される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に保持される種結晶に原料ガスを付与して前記種結晶から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、
前記種結晶の保持が、該種結晶の裏面全体の面積よりも小さい面積で前記種結晶の裏面と結合される保持部材によりなされる
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記保持部材は、前記種結晶の裏面全体の面積の１％以上の面積で前記種結晶の裏面と結合される
請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項３】
前記保持部材は、前記種結晶の裏面の中心部に結合される
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】
前記保持部材は、一端が前記種結晶の裏面と結合されるとともに、他端が前記反応容器上部に直接取り付けられる棒状部材として構成されてなる
請求項３に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項５】
前記保持部材は、一端が前記種結晶の裏面と結合されるとともに、他端が前記反応容器の上部を突き抜けて同反応容器上方の種結晶保持機構に連結される棒状部材として構成されてなる
請求項３に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項６】
前記保持部材を複数備える
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７】
前記複数の保持部材は、同保持部材の数と同数の頂点からなる正多角形の各頂点に配置されるとともに、この正多角形の中心が前記種結晶の重心と一致する態様で前記種結晶の裏面と結合される
請求項６に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項８】
前記保持部材は、前記種結晶の裏面と結合される棒状部材と、該棒状部材を前記反応容器の上方から吊り下げる線材とによって構成されてなる
請求項１〜３または請求項６，７のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項９】
前記線材は、前記反応容器の上方に設けられる巻き上げ機構に接続されてなる
請求項８に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１０】
前記種結晶の裏面には、前記保持部材の形状に対応した凹部が該保持部材と同数だけ形成され、前記保持部材が該凹部に嵌め込まれるかたちで前記種結晶の裏面と結合される
請求項１〜９のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１１】
前記種結晶の裏面のうち、前記保持部材と結合される部分を除く部分が、前記種結晶の昇華を防止する保護膜により被覆されてなる
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１２】
反応容器内に保持される種結晶に原料ガスを付与して前記種結晶から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、
前記種結晶として、同種結晶の裏面に突部が形成されたものを用い、この突部に装着された線材によって前記種結晶が吊り下げられるかたちで保持される
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１３】
前記線材は、前記反応容器の上方に設けられる巻き上げ機構に接続されてなる
請求項１２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１４】
前記種結晶として、前記突部が前記種結晶の裏面の中心部に形成されたものを用いる
請求項１２または１３に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１５】
前記種結晶として、前記突部を複数備えるものを用いる
請求項１２または１３に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１６】
前記種結晶として、前記複数の突部が、それら突部の数と同数の頂点からなる正多角形の各頂点に配置されるとともに、この正多角形の中心が当該種結晶の重心と一致する態様で前記種結晶の裏面から突出形成されたものを用いる
請求項１５に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１７】
前記種結晶として、その裏面が当該種結晶の昇華を防止する保護膜により被覆されたものを用いる
請求項１２〜１６のいずれか一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、炭化珪素単結晶の結晶成長に用いられる炭化珪素単結晶の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素単結晶は、高耐圧、高電子移動度という特徴を有するため、パワーデバイス用半導体基板として期待されている。このような炭化珪素単結晶を成長させるためには、一般に昇華法（改良レーリー法）と呼ばれる方法が用いられる。この昇華法は、黒鉛製のルツボ内に炭化珪素原料を入れておくとともに、この原料と対向するように種結晶を配置する。そして、原料部を２２００〜２４００℃に加熱して原料ガスを発生（原料を昇華）させ、原料部より数十〜数百℃低温にした種結晶に再結晶化させることで炭化珪素単結晶を成長させるものである。
【０００３】
このような昇華法を用いた炭化珪素単結晶の製造装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。以下、この特許文献１に記載された炭化珪素単結晶の製造装置について図１１を参照して説明する。
【０００４】
図１１に示すように、この炭化珪素単結晶の製造装置は、黒鉛製の反応容器（ルツボ）１００、および反応容器１００の蓋体としても機能する黒鉛製の種結晶載置部１０１を備えて構成されている。そして、この反応容器１００内に原料となる炭化珪素（ＳｉＣ）粉末１０２を所定量入れるとともに、例えば炭水化物と耐熱性微粒子と溶媒とからなる種結晶固定剤１０３を介して炭化珪素単結晶基板からなる種結晶１０４を上記種結晶載置部１０１に取り付ける。そして、この反応容器１００を上述の温度に加熱して、上記ＳｉＣ粉末１０２から原料ガスを発生させ、これにより上記種結晶１０４に炭化珪素単結晶１０５を成長させる。
【特許文献１】特開平１１−１７１６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記種結晶載置部１０１および種結晶１０４は、それぞれ異なる熱膨張係数を有する。このため、反応容器１００が加熱されて上記種結晶載置部１０１および種結晶１０４が熱膨張すると、図１２に示すように、両者の熱膨張差（同図１２で実線の矢印で示す）によってこれらの界面に熱応力が働くこととなる。そして、このような熱応力が働くと、炭化珪素単結晶１０５の成長に伴い、その結晶格子にひずみが誘発されて結晶欠陥を招いたり、炭化珪素単結晶１０５に割れ（クラック）が発生したりすることがある。また、上記種結晶固定剤１０３の接着力が熱応力に負けて、上記種結晶１０４が落下することもある。
【０００６】
こうした問題から、従来は、塑性変形可能なカーボンシートを上記種結晶載置部１０１と種結晶１０４との間に介在させ、これらの界面に発生する熱応力をそのカーボンシートの変形に換えて吸収する方法なども提案されている。しかし、カーボンシートの引っ張り材料強度は、大口径、且つ長尺の炭化珪素単結晶の成長に耐え得るほど高くないことから、大口径、且つ長尺の炭化珪素単結晶を成長させようとすると、やはり、カーボンシートから上記種結晶１０４が脱落してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、その目的は、成長させようとする炭化珪素単結晶のサイズによることなく、種結晶に働く熱応力の影響を好適に抑えて、結晶欠陥等のない高品質な炭化珪素単結晶を成長させることのできる炭化珪素単結晶の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、反応容器内に保持される種結晶に原料ガスを付与して前記種結晶から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として、前記種結晶の保持を、該種結晶の裏面全体の面積よりも小さい面積で前記種結晶の裏面と結合する保持部材により行う構成とした。
【０００９】
保持部材および種結晶の熱膨張に起因してこれらの界面に発生する熱応力は、これらの結合面積に依存する。このため、上記保持部材が種結晶の裏面全体の面積よりも小さい面積で同種結晶と結合される上記構成によれば、こうした熱応力の影響が好適に抑えられることとなる。したがって、熱応力に起因する結晶欠陥等のない高品質な炭化珪素単結晶を製造することができるようになる。
【００１０】
なお、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項２に記載の発明によるように、前記保持部材を、前記種結晶の裏面全体の面積の１％以上の面積で結合することが有効である。発明者による実験の結果、種結晶の裏面全体の面積の１％以上の面積で上記保持部材を種結晶の裏面と結合することで、上記種結晶及び保持部材との間に発生する熱応力の抑制、および上記種結晶の保持のそれぞれを好適に実現できることが確認されている。
【００１１】
また、請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項３に記載の発明によるように、前記保持部材を前記種結晶の裏面の中心部に結合することにより、上記種結晶の保持を安定させることができるようになる。
【００１２】
なお、請求項３に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、上記種結晶を保持する上記保持部材としては、例えば請求項４に記載の発明によるように、
（イ）一端が前記種結晶の裏面と結合されるとともに、他端が前記反応容器上部に直接取り付けられる棒状部材。  
あるいは、請求項５に記載の発明によるように、
（ロ）一端が前記種結晶の裏面と結合されるとともに、他端が前記反応容器の上部を突き抜けて同反応容器上方の種結晶保持機構に連結される棒状部材。  
等々を採用することができる。  
【００１３】
また、請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項６に記載の発明によるように、前記保持部材を複数備える構成とすることにより、保持する種結晶の安定化を図ることができるようになる。
【００１４】
なお、請求項６に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項７に記載の発明によるように、前記複数の保持部材を、同保持部材の数と同数の頂点からなる正多角形の各頂点に配置するとともに、この正多角形の中心が前記種結晶の重心と一致する態様で前記種結晶と結合することにより、炭化珪素単結晶が成長される面の水平出しを容易に行うことができるようになり、より高品質な炭化珪素単結晶を成長させることができるようになる。
【００１５】
なお、請求項１〜３または請求項６,７のいずれかに記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、上記種結晶を保持する上記保持部材としては、例えば請求項８に記載の発明によるように、前記種結晶の裏面と結合される棒状部材と、該棒状部材を前記反応容器の上方から吊り下げる線材とにより構成することができる。
【００１６】
なお、請求項８に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項９に記載の発明によるように、前記線材を、前記反応容器の上方に設けられる巻き上げ機構に接続することにより、上記反応容器内における上記種結晶の位置を調整することができるようになり、長尺な炭化珪素単結晶の製造に対応し易くなる。
【００１７】
また、請求項１〜９のいずれかに記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項１０に記載の発明によるように、前記種結晶の裏面に、前記保持部材の形状に対応した凹部を該保持部材と同数だけ形成し、前記保持部材を該凹部に嵌め込むかたちで前記種結晶の裏面と結合することにより、上記保持部材が上記凹部の底面だけでなく側面とも結合されるようになる。すなわち、上記保持部材が、上記種結晶と平面で結合されるのではなく、立体的に結合されるようになるため、上記種結晶と保持部材との結合をより強固なものとすることができる。
【００１８】
また、請求項１〜１０のいずれかに記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項１１に記載の発明によるように、前記種結晶の裏面のうち、前記保持部材と結合される部分を除く部分を、前記種結晶の昇華を防止する保護膜により被覆することにより、上記反応容器を加熱して炭化珪素単結晶を成長させる際、種結晶までもが昇華してしまうことを好適に防止できるようになる。
【００１９】
また、上記目的を達成するため、請求項１２に記載の発明では、反応容器内に保持される種結晶に原料ガスを付与して前記種結晶から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、前記種結晶として、同種結晶の裏面に突部が形成されたものを用い、この突部に装着された線材によって前記種結晶を吊り下げるかたちで保持する構成とした。
【００２０】
上記構成によれば、種結晶を何らかの保持部材と結合させて保持するという従来技術と異なり、種結晶の裏面に形成された突部が上記線材により吊り下げられて、当該種結晶が保持されるため、結晶欠陥等の原因となる熱応力が種結晶に働くことがない。したがって、高品質な炭化珪素単結晶を製造することができるようになる。
【００２１】
なお、請求項１２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項１３に記載の発明によるように、前記線材を、前記反応容器の上方に設けられる巻き上げ機構に接続することにより、上記反応容器内における上記種結晶の位置を調整することができるようになり、長尺な炭化珪素単結晶の製造に対応し易くなる。
【００２２】
また、請求項１２または１３に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項１４に記載の発明によるように、前記種結晶として、前記突部が前記種結晶の裏面の中心部に形成されたものを用いることにより、上記線材による上記種結晶の保持を安定して行うことができる。
【００２３】
また、請求項１２または１３に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項１５に記載の発明によるように、前記種結晶として、前記突部を複数備えるものを用いることにより、上記線材により保持する種結晶の安定化を図ることができるようになる。
【００２４】
なお、請求項１５に記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項１６に記載の発明によるように、前記種結晶として、前記複数の突部が、それら突部の数と同数の頂点からなる正多角形の各頂点に配置されるとともに、この正多角形の中心が当該種結晶の重心と一致する態様で前記種結晶の裏面から突出形成されたものを用いることにより、炭化珪素単結晶が成長される面の水平出しを容易に行うことができるようになり、より高品質な炭化珪素単結晶を成長させることができるようになる。
【００２５】
また、請求項１２〜１６のいずれかに記載の炭化珪素単結晶の製造装置において、例えば請求項１７に記載の発明によるように、前記種結晶として、その裏面が当該種結晶の昇華を防止する保護膜により被覆されたものを用いることにより、上記反応容器を加熱して炭化珪素単結晶を成長させる際、種結晶までもが昇華してしまうことを好適に防止できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる炭化珪素単結晶の製造装置の第１の実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態の炭化珪素単結晶の製造装置を示すものである。この図１に示すように、この炭化珪素単結晶の製造装置は、例えば黒鉛製の反応容器１０と、炭化珪素単結晶を成長させる種結晶２０を上記反応容器１０の蓋体１０ａに形成された孔１１を介して保持する保持棒３０およびワイヤ３１とを備えて構成されている。
【００２８】
図２は、種結晶の保持態様を示すものである。この図２に示すように、種結晶２０は、円板形状の炭化珪素単結晶基板により構成されており、裏面２０ａの中心部に円柱形状の凹部２１を備えて構成されている。この凹部２１は、例えばレーザ加工、放電加工、研削加工等によって除去加工されて形成される。なお、本実施の形態では、例えば、直径「２インチ」、厚さ「１０ｍｍ」の大きさからなる種結晶２０に対して、直径「１０ｍｍ」、深さ「５ｍｍ」の大きさからなる凹部２１が形成されている。なお、種結晶２０は、この大きさに限られるものではなく、また、上記凹部２１に関しても、種結晶２０の裏面２０ａ全体の面積よりも小さいものであれば、他の大きさのものを採用することができる。
【００２９】
また、上記種結晶２０を保持する保持棒３０は円柱形状からなり、加熱される反応容器１０内の温度に耐え得る材料として、例えばカーボンにより構成されている。なお、この保持棒３０の材料としては、カーボン以外に、タングステン、タンタル等の高融点金属材料を用いることもできる。この保持棒３０は、上記凹部２１の径よりも若干小さい径からなり、接着剤Ｓにより上記凹部２１に嵌め込まれて結合される。これにより、保持棒３０は、上記種結晶２０の裏面２０ａ全体の面積よりも小さい面積で上記凹部２１の底面および側面と結合される。また、保持棒３０は、孔３２を備えて構成されており、この孔３２に装着された例えばカーボン繊維からなる上記ワイヤ３１により吊り下げられている。なお、反応容器１０内の温度に耐え得る高融点材料からなる線材であれば、上記ワイヤ３１に代えて採用することができる。そして、上記ワイヤ３１は、反応容器１０の上方に設けられた図示しない巻き上げ機構と接続されており、上記種結晶２０が反応容器１０内において上下方向において調整されるようになっている。
【００３０】
また、上記種結晶２０の裏面２０ａは、上記保持棒３０と結合される凹部２１を除いて、例えばカーボン接着剤からなる保護膜２２により被覆されている。この保護膜２２は、反応容器１０を加熱して炭化珪素単結晶を成長させる際、種結晶２０自身までもが昇華してしまうことを防止するためのものである。なお、この保護膜２２としては、高温環境下においても安定して緻密な膜を形成するものであれば他の材料を採用することもできる。
【００３１】
ところで、本実施の形態では、上述したように上記種結晶２０の裏面２０ａ全体の面積よりも小さい面積で上記保持棒３０を上記種結晶２０と結合することとしている。ここで、その結合面積とその結合面にかかる引っ張り応力との関係について説明する。
【００３２】
図３は、種結晶および保持棒の結合面積比率と、これらの結合面にかかる引っ張り応力との関係を示すものである。なお、結合面積比率とは、種結晶２０の裏面２０ａ全体の面積に対する上記保持棒３０と種結晶２０との結合面積の比率を表すものである。そして、この図３では、成長させた炭化珪素単結晶の長さが５０ｍｍのときの上記結合面積比率と、上記結合面にかかる引っ張り応力との関係を示している。
【００３３】
この図３に示すように、上記種結晶２０と保持棒３０との結合面にかかる引っ張り応力は、上記保持棒３０と種結晶２０との結合面積が小さくなるほど大きくなり、引っ張り応力が０．２ＭＰａを上回ると、種結晶２０が保持棒３０から剥離して落下してしまう。このため、上記保持棒３０により種結晶２０を保持するにあたっては、こうした種結晶２０の落下を防止するため、上記引っ張り応力が０．２ＭＰａを上回ることのない結合面積比率、すなわち、結合面積比率を１％以上に設定することが望ましいこととなる。
【００３４】
次に、上記構成からなる炭化珪素単結晶の製造装置を用いて炭化珪素単結晶を製造する場合について説明する。
まず、上記保持棒３０を上記種結晶２０と結合させる。この種結晶２０と保持棒３０との結合は、上記種結晶２０に形成された凹部２１に接着剤Ｓを塗布し、この接着剤Ｓの塗布された凹部２１に上記保持棒３０を嵌め込み結合させる。そして、上記反応容器１０内に原料となるＳｉＣ粉末４０を所定量入れて、図１に示すように、ＳｉＣ粉末４０と対向するように上記種結晶２０を反応容器１０内に吊り下げる。
【００３５】
次いで、反応容器１０を加熱してＳｉＣ粉末４０を２２００〜２４００℃に加熱し、珪素Ｓｉ及び炭素Ｃを含有する原料ガスを発生させる。そして、このＳｉＣ粉末４０より数十〜数百℃低温にした種結晶２０に再結晶化させることで、炭化珪素単結晶を成長させる。なお、こうした炭化珪素単結晶の成長は、上記巻き上げ機構により上記種結晶２０の位置が適宜調整されて行われる。
【００３６】
以上説明した実施の形態によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（１）種結晶２０の裏面２０ａ全体の面積よりも小さい面積で上記保持棒３０を種結晶２０と結合して、同種結晶２０を反応容器１０内に保持することとした。このため、種結晶２０と保持棒３０との結合面積に依存する熱応力の影響が好適に抑えられることとなる。したがって、結晶欠陥等のない高品質な炭化珪素単結晶を製造することができるようになる。
【００３７】
（２）上記種結晶２０の裏面２０ａ全体の面積の１％以上の面積で上記保持棒３０を種結晶２０の裏面２０ａと結合することとした。このため、種結晶２０と保持棒３０との間に発生する熱応力を好適に抑制しつつも、上記種結晶２０の落下等なく同種結晶２０を保持することができる。
【００３８】
（３）種結晶２０の裏面２０ａに凹部２１を形成し、この凹部２１に保持棒３０を結合する構成とした。このため、種結晶２０と保持棒３０との結合が、平面ではなく、凹部２１の側面とも結合される立体的態様で結合されるため、種結晶２０が強固に保持されるようになる。
【００３９】
（４）保持棒３０を種結晶２０の裏面２０ａの中心部に結合することとしたため、種結晶２０の保持を安定して行うことができるようになる。
なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
【００４０】
・上記実施の形態では、種結晶２０の凹部２１と保持棒３０との結合を接着剤Ｓにより行うこととしたが、例えばピン等を用いて機械的にこれらを結合するなど、他の構造をもって上記種結晶２０と保持棒３０とを結合してもよい。この場合も従来に比べて熱応力は好適に抑えられるため、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明にかかる炭化珪素単結晶の製造装置の第２の実施の形態について、図４および図５を参照して説明する。なお、種結晶を保持する保持部材以外の構造は上記第１の実施の形態と同様の構成からなるため、上記第１の実施の形態と同じ要素については、その詳細な説明は割愛する。
【００４２】
図４は、本実施の形態における種結晶の保持態様について示し、先の図２に対応して示すものである。この図４に示すように、本実施の形態の炭化珪素単結晶の製造装置では、上記第１の実施の形態で用いられた保持棒３０を３つ備えて構成されている。そして、これら３つの保持棒３０が種結晶５０に形成された３つの凹部５１に結合されて、同種結晶５０が反応容器１０内において保持される。
【００４３】
また、種結晶５０の裏面５０ａは、上記３つの凹部５１の形成された部分を除いて例えばカーボン接着剤からなる保護膜５２により被覆されている。この保護膜２２は、反応容器１０を加熱して炭化珪素単結晶を成長させる際、種結晶５０自身までもが昇華してしまうことを防止するためのものである。なお、この保護膜５２としては、高温環境下においても安定して緻密な膜を形成するものであれば他の材料を採用することもできる。
【００４４】
図５は、図４に示すＡ−Ａ線の方向からみた種結晶および保持棒を模式的に示すものである。この図５に示すように、上記３つの保持棒３０は、正三角形の各頂点に配置されて、この正三角形の中心が上記種結晶５０の重心Ｇと一致する態様で上記種結晶５０の裏面５０ａと結合されている。そして、種結晶５０と結合された各保持棒３０は、孔３２に装着されたワイヤ３１により吊り下げられている。このワイヤ３１は、図示しない巻き上げ機構に接続されており、反応容器１０内において上記種結晶５０の位置が調整される。
【００４５】
以上説明した実施の形態によれば、上記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）に加えて、以下に列記する効果が得られるようになる。
（５）３つの保持棒３０により種結晶５０を保持する構成としたため、１つの保持棒３０で保持する場合に比べて、保持する種結晶５０の安定化を図ることができる。
【００４６】
（６）３つの保持棒３０を、正三角形の各頂点に配置するとともに、この正三角形の中心が上記種結晶５０の重心Ｇと一致する態様で上記種結晶５０の裏面５０ａと結合した。このため、炭化珪素単結晶が成長される上記種結晶５０の面の水平出しを容易に行うことができるようになり、より高品質な炭化珪素単結晶を成長させることができるようになる。
【００４７】
なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、３つの保持棒３０を備える場合について示したが、保持棒３０の数は３つ以外の複数であってもよい。この場合、上記実施の形態と同様に、それら保持棒３０の数と同数の正多角形の各頂点に配置するとともに、この正多角形の中心が上記種結晶５０の重心Ｇと一致する態様で上記種結晶５０の裏面５０ａと結合することにより、炭化珪素単結晶を成長させる面の水平出しを容易に行うことができるようになる。
【００４８】
・上記実施の形態では、複数の保持棒３０を、それらと同数の正多角形の各頂点に配置するとともに、この正多角形の中心が上記種結晶５０の重心Ｇと一致する態様で上記種結晶５０の裏面５０ａと結合することとしたが、熱応力の影響を抑えるという目的を達成するうえでは、複数の保持棒３０の配置態様は他のものを採用することもできる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明にかかる炭化珪素単結晶の製造装置の第３の実施の形態について、図６を参照して説明する。なお、種結晶を保持する保持部材以外の構造は上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成からなるため、上記第１の実施の形態と同じ要素については、その詳細な説明は割愛する。
【００５０】
図６は、本実施の形態における炭化珪素単結晶の製造装置の全体構造を示し、先の図１に対応して示すものである。この図６に示すように、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同じ種結晶２０を用い、この種結晶２０を一本の棒状部材からなる保持棒６０により保持することとしている。上記保持棒６０は、その一端が上記種結晶２０の凹部２１に結合されるとともに、他端が上記反応容器１０の上方に設けられた図示しない種結晶保持機構に直接接続されており、この種結晶保持機構により上記反応容器１０内における種結晶２０の位置が回転・上下方向において調整される。なお、この保持棒６０は、加熱される反応容器１０内の温度に耐えうる高融点材料として、例えばカーボン、タングステン、タンタル等により構成される。
【００５１】
以上説明した実施の形態によれば、上記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）に加えて、以下に列記する効果が得られるようになる。
（７）種結晶２０の保持を一本の棒状部材からなる保持棒６０により行うこととしたため、ワイヤ等の線材により吊り下げて種結晶２０を保持する場合に比べて、種結晶２０の保持を安定して行うことができるようになり、高品質な炭化珪素単結晶の製造に寄与することとなる。
【００５２】
なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、種結晶２０を保持する保持棒６０を反応容器１０の上方に設けられる図示しない種結晶保持機構に接続することとしたが、例えば図７に示すように、上記保持棒６０を反応容器１０の上部に直接取り付けて上記種結晶２０を保持するようにしてもよい。詳しくは、この保持棒６０の上端部に雄ねじ部６１を形成するとともに、上記反応容器１０の上部に雌ねじ部１０ｂを形成して、これらを結合させる構造とする。この構成とした場合も、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００５３】
（第４の実施の形態）
次に、本発明にかかる炭化珪素単結晶の製造装置の第４の実施の形態について、図８を参照して説明する。なお、種結晶を保持する構造以外は上記第１の実施の形態と同様の構成からなるため、上記第１の実施の形態と同じ要素については、その詳細な説明は割愛する。
【００５４】
図８は、本実施の形態における種結晶の保持態様を示し、先の図２に対応して示すものである。この図８に示すように、本実施の形態では、裏面７０ａの中心部に円柱形状の突部７１の形成された種結晶７０を用いている。上記突部７１には孔７１ａが形成されており、この孔７１ａに装着されたワイヤ７２によって上記種結晶７０が反応容器１０内に吊り下げられて保持される。なお、このワイヤ７２は、図示しない巻き上げ機構に接続されており、この巻き上げ機構により上記種結晶７０の位置が調整される。
【００５５】
また、種結晶７０の裏面７０ａは、同種結晶７０の昇華を防止すべく、例えばカーボン接着剤からなる保護膜７３により被覆されている。なお、この保護膜７３は、高温環境下においても安定して緻密な膜を形成するものであれば、カーボン接着剤以外のものを採用することもできる。
【００５６】
以上説明した実施の形態によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（８）種結晶７０の裏面７０ａに突部７１を形成し、この突部７１の孔７１ａに装着されるワイヤ７２によって種結晶７０が吊り下げられて保持される構造とした。このため、結晶欠陥等の原因となる熱応力が上記種結晶７０にかかることがなくなり、高品質な炭化珪素単結晶を製造することができるようになる。
【００５７】
（９）種結晶７０の裏面７０ａの中心部に突部７１を形成するため、ワイヤ７２による上記種結晶７０の保持を安定して行うことができるようになる。
なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
【００５８】
・上記実施の形態では、裏面７０ａに突部７１が形成された種結晶７０を用い、この突部７１に形成された孔７１ａにワイヤ７２を装着して上記種結晶７０を吊り下げる構造としたが、例えば図９に示すように、突部７１の途中に溝部７１ｂを形成し、この溝部７１ｂにワイヤ７２を括り付けて種結晶７０を保持するようにしてもよい。また、突部７１をかぎ状に形成して、上記ワイヤ７２を引っ掛けて吊り下げる構造としてもよい。また、単なる突部７１に上記ワイヤ７２を縛り付けるだけの構造でもよい。いずれの構造を採用した場合であれ、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００５９】
・上記実施の形態では、裏面７０ａの中心部に突部７１が形成された種結晶７０を用いることとしたが、例えば上記突部７１が複数形成された種結晶を用いてもよい。この構成を採用した場合、これら複数の突部７１によって上記種結晶７０が安定した状態で保持されるようになる。また、このように複数の突部７１を備える構成とする場合、これら複数の突部７１を、それらと同数の頂点からなる正多角形の頂点に配置するとともに、この正多角形の中心が種結晶７０の重心と一致する態様で上記種結晶７０の裏面７０ａから突出形成することにより、炭化珪素単結晶が成長される面の水平出しを容易に行うことができるようになる。このため、より高品質の炭化珪素単結晶を成長させることに寄与することができるようになる。
【００６０】
その他、上記各実施の形態に共通して変更可能な要素としては次のようなものがある。
・上記各実施の形態では、種結晶に凹部や突部を形成し、これらに保持棒やワイヤを取り付けるなどして種結晶に働く熱応力を抑えることとしたが、例えば図１０に示すように、単なる円板状からなる種結晶８０を用い、この裏面８０ａ全体の面積よりも小さい面積で上記保持棒３０を結合するだけの構成としてもよい。なお、上記各実施の形態と同様、種結晶８０の裏面８０ａは、上記保持棒３０と結合される面を除いて、例えばカーボン接着剤からなる保護膜８１により被覆される構成とする。この構成の場合、上記保持棒３０と種結晶８０とが平面的に結合されるため、上記凹部２１において保持棒３０が立体的に結合される上記第１および第２の実施の形態に比べて、その保持力において劣るものの、種結晶８０と保持棒３０との結合面積は抑えられるため、熱応力を抑えて高品質な炭化珪素単結晶を製造するという目的は十分達成される。
【００６１】
・上記各実施の形態では、炭化珪素単結晶を成長させる方法として、ＳｉＣ粉末４０を加熱して原料ガスを発生させる昇華法（改良レーリー法）を用いる場合について示したが、原料ガスをシランやプロパンなどのガスにより供給する方法を用いる場合でも、本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明にかかる炭化珪素単結晶の製造装置の第１の実施の形態についてその全体構造を示す断面図。
【図２】同実施の形態の炭化珪素単結晶の製造装置における種結晶の保持態様について示す断面図。
【図３】種結晶と保持部材との結合面積比率と結合面にかかる引っ張り応力との関係を示すグラフ。
【図４】この発明にかかる炭化珪素単結晶の製造装置の第２の実施の形態における種結晶の保持態様について示す断面図。
【図５】図４に示すＡ−Ａ線の方向からみた種結晶および保持部材を模式的に示す平面図。
【図６】この発明にかかる炭化珪素単結晶の製造装置の第３の実施の形態についてその全体構造を示す断面図。
【図７】同実施の形態の変形例について炭化珪素単結晶の製造装置の全体構造を示す断面図。
【図８】この発明にかかる炭化珪素単結晶の製造装置の第４の実施の形態における種結晶の保持態様について示す断面図。
【図９】同実施の形態の変形例について種結晶の保持態様を示す断面図。
【図１０】上記各実施の形態の変形例について種結晶の保持態様を示す断面図。
【図１１】従来の炭化珪素単結晶の製造装置についてその全体構造を示す断面図。
【図１２】種結晶と種結晶載置部との界面に発生する熱応力について示す図。
【符号の説明】
【００６３】
１０…反応容器、１０ａ…蓋体、１０ｂ…雌ねじ部１１…孔、２０…種結晶、２０ａ…裏面、２１…凹部、２２…保護膜、３０…保持棒、３１…ワイヤ、３２…孔、４０…ＳｉＣ粉末、５０…種結晶、５０ａ…裏面、５１…凹部、５２…保護膜、６０…保持棒、６１…雄ねじ部、７０…種結晶、７０ａ…裏面、７１…突部、７１ａ…孔、７１ｂ…溝部、７２…ワイヤ、７３…保護膜、８０…種結晶、８０ａ…裏面、８１…保護膜、Ｓ…接着剤。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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