(57)【要約】【課題】炭化珪素単結晶の成長時に再現性の良い発熱分布を得ることで、坩堝内部の温度分布のバッチ間変動を抑え、大口径かつ長尺の炭化珪素単結晶インゴットを製造するのに好適な黒鉛坩堝を提供する。【解決手段】坩堝本体と坩堝上蓋とを備え、また、坩堝本体下部の原料充填部に炭化珪素原料を充填し、坩堝上蓋の内面に種結晶を設置し、炭化珪素原料を高周波誘導加熱して昇華させ、昇華ガスを種結晶の表面で再結晶化させる昇華再結晶法により炭化珪素単結晶を製造するための円筒状の黒鉛坩堝の上面端部および下面端部に面取り加工が施されたことにより、最も発熱の強く、黒鉛の浸食による劣化が大きい部分の黒鉛坩堝の経時変化を小さくし、再現性良く安定した発熱分布が得られ、バッチ間の原料の昇華の再現性を高くすることを可能とする炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝である。【選択図】図３
2018058711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有して円筒状に形成された黒鉛製の坩堝本体と、該坩堝本体の開口部を閉塞する黒鉛製の坩堝上蓋とを備えて、坩堝本体に装填された炭化珪素原料を高周波誘導加熱により昇華させ、生成した昇華ガスを坩堝上蓋の内面に設置された炭化珪素単結晶からなる種結晶の表面で再結晶化させる昇華再結晶法により、炭化珪素単結晶インゴットを製造するための黒鉛坩堝であって、
該黒鉛坩堝の高さ方向の外側上下に位置する各底面と外周側面との角部がそれぞれ面取り加工されていることを特徴とする炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝。
【請求項２】
縦断面で見た場合に、前記面取り加工により直線状の面取り加工面が形成されており、該黒鉛坩堝の外周側面から伸ばした仮想直線と底面から伸ばした仮想直線との交点を点ｃとし、底面の端点を点ｂとし、外周側面の端点を点ａとして、線分ｂｃの長さが、下記式（Ｉ）から得られる高周波誘導加熱の高周波電流の周波数に対応する黒鉛坩堝の表皮厚さｄの０．５倍以上１．２倍以下であり、かつ、線分ａｂと線分ａｃとのなす角Ａが０°より大きく４５°以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝。
ｄ［m］＝（１／πｆσμ）１／２    ・・・（Ｉ）
σ［Ω-1m-1］：黒鉛坩堝の導電率
ｆ［Ｈｚ］：高周波電流の周波数
μ［Ｈ/m］：黒鉛坩堝の透磁率
【請求項３】
縦断面で見た場合に、前記面取り加工により曲線状の面取り加工面が形成されており、該黒鉛坩堝の外周側面から伸ばした仮想直線と底面から伸ばした仮想直線との交点を点ｃとし、底面の端点を点ｂとし、外周側面の端点を点ａとして、線分ｂｃの長さが、下記式（Ｉ）から得られる高周波誘導加熱の高周波電流の周波数に対応する黒鉛坩堝の表皮厚さｄの０．５倍以上１．２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝。
ｄ［m］＝（１／πｆσμ）１／２    ・・・（Ｉ）
σ［Ω-1m-1］：黒鉛坩堝の導電率
ｆ［Ｈｚ］：高周波電流の周波数
μ［Ｈ/m］：黒鉛坩堝の透磁率
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種結晶を用いた昇華再結晶法によって炭化珪素単結晶を成長させ、炭化珪素単結晶インゴットを製造する際に用いられる黒鉛坩堝に関する。
【背景技術】
【０００２】
高熱伝導率を持ち、バンドギャップの大きい炭化珪素単結晶は、高温で用いられる電子材料や、高耐圧の求められる電子材料の基板として有用な材料である。
【０００３】
そして、このような炭化珪素単結晶の作製法の一つとして、昇華再結晶法(レーリー法)が知られている。この昇華再結晶法は、２０００℃を超える高温において原料の炭化珪素粉末を昇華させ、生成したその昇華ガス（原料ガス）を低温部に再結晶化させることにより、炭化珪素単結晶を製造する方法である。また、このレーリー法において、炭化珪素単結晶からなる種結晶を用いて炭化珪素単結晶を製造する方法は、特に改良レーリー法と呼ばれ（非特許文献１）、バルク状の炭化珪素単結晶インゴットの製造に利用されている。
【０００４】
この改良レーリー法においては、種結晶を用いているために結晶の核形成過程を最適化することができ、また、不活性ガスによる雰囲気圧力を１０Paから１５kPa程度にすることにより、炭化珪素単結晶の成長速度等の再現性を良くすることができる。このため、一般に、原料と種結晶との間で適切な温度差を設け、種結晶の上に炭化珪素単結晶を成長させることが行われている。また、得られた炭化珪素単結晶（炭化珪素単結晶インゴット）については、電子材料の基板としての規格の形状にするために、研削、切断、研磨といった加工が施されて利用されている。
【０００５】
ここで、図５を用いて、改良レーリー法の原理を説明する。
昇華再結晶法で用いる炭化珪素原料３として炭化珪素結晶粉末〔通常、アチソン(Acheson)法で作製された炭化珪素結晶粉末を洗浄・前処理したものが使用される。〕が用いられ、また、黒鉛製坩堝（以下、単に「黒鉛坩堝」ともいう）１として開口部を有して円筒状に形成された坩堝本体1aとこの坩堝本体1aの開口部を閉塞する坩堝上蓋1bとを備えた坩堝が用いられ、図示外の二重石英管内に設置される。そして、前記坩堝本体1a下部の原料充填部1c内に前記炭化珪素原料３が装填され、また、前記坩堝上蓋1bの内面に炭化珪素単結晶からなる種結晶２が設置される。坩堝１内では、前記炭化珪素原料３が、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中（10Pa〜15kPa）で２４００℃以上に加熱される。この加熱の際に、黒鉛製坩堝１内には炭化珪素原料３側に比べて種結晶２側がやや低温になるように温度勾配が設定され、加熱されて炭化珪素原料３から昇華した炭化珪素の昇華ガスは、濃度勾配（温度勾配により形成される）により種結晶２方向へと拡散し、輸送され、この種結晶２の表面で再結晶し、結晶成長が進行して単結晶インゴット４が生成する。なお、図５中、符号５は断熱材である。
【０００６】
ところで、炭化珪素単結晶基板の口径については、電子デバイスを作製するための基板として用いる際の製造コストをできるだけ下げるために、大口径化が求められている。そして、このために、炭化珪素単結晶基板を製造するためのインゴットについては、その大口径化と同時に、一つのインゴットから多数の基板を製造することができ、また、切断加工時や研削加工時の生産性をより高めることができるように、結晶成長により得られるインゴットの長尺化も求められている。
【０００７】
しかしながら、改良レーリー法においては、前記のような方法で結晶成長を行っているため、炭化珪素原料を結晶成長の途中で追加することが困難である。そこで、大口径かつ長尺の炭化珪素単結晶インゴットを作製するためには、小口径のインゴットを結晶成長させる場合に比べて、黒鉛製坩堝の原料充填部により多量の炭化珪素原料を装填する必要があり、原料充填部の径及び深さをより大きくする必要が生じるが、このように多量に装填した炭化珪素原料を結晶成長のために有効に利用するためには、原料充填部内の炭化珪素原料全体を昇華温度まで効率良く加熱し、昇華させることが不可欠になる。
【０００８】
一般に、高周波誘導加熱を用いて黒鉛製坩堝を発熱させ、この発熱した坩堝を介して炭化珪素原料を加熱し、坩堝内に前述の温度勾配を形成することが行われている。また、このような高周波誘導加熱においては、誘導される高周波電流の発生が高周波の浸透深さに依存しているため、前記坩堝の形状によって定まる発熱分布が発生し、前記坩堝の側壁外面の表面近傍で強い発熱が生じ、この熱が熱伝導若しくは熱輻射により原料充填部内の炭化珪素原料へと伝達され、これによって炭化珪素原料が加熱される。前記坩堝のように円筒状の上下端（高さ方向の上下面）を持つ構造の被誘導加熱体の場合には、前記坩堝の上面端部および下面端部、すなわち、図６に示したように、坩堝の高さ方向の外側上下に位置する各底面３０と該坩堝の外周側面２０との角部４０が誘導電流の電流密度が最も高くなり、発熱が強くなる。
【０００９】
黒鉛製坩堝を用いた炭化珪素単結晶の成長では、高温の炭化珪素の昇華ガスと坩堝を形成する黒鉛が反応し、坩堝の黒鉛が炭素源として炭化珪素単結晶成長に寄与する。このことは、高温の炭化珪素の昇華ガスにより黒鉛製坩堝が浸食されることであり、結晶成長を行った後の黒鉛製坩堝は、結晶成長前の黒鉛製坩堝に対して浸食により黒鉛製坩堝の形状が変化している。その影響は、結晶が成長する黒鉛製坩堝内壁において顕著であるが、黒鉛製坩堝から外部に漏出した昇華ガスが二重石英管内で黒鉛製坩堝の外壁と反応し、黒鉛製坩堝外壁も浸食により形状が変化する場合がある。
【００１０】
炭化珪素単結晶成長中に前記黒鉛製坩堝の外壁が浸食されると、前記原料充填部内の発熱分布に大きな変化が生じる。特に、最も誘導電流の電流密度が高い円筒状坩堝の上面端部および下面端部、すなわち、円筒の角の部分（図６に示した角部４０）が浸食して形状が変化すると、前記発熱分布に大きな変化を引き起こす。
【００１１】
炭化珪素単結晶成長において、昇華ガスの漏出を完全に制御することは困難であり、昇華ガスの漏出は、黒鉛材の特性、原料昇華の状況のバッチ毎の揺らぎ等に依存している。このため、黒鉛製坩堝の上面端部および下面端部の浸食を再現性良く抑制することは難しい。また、大型の単結晶の成長を行う場合には、多量の昇華ガスを発生させる必要があり、それに応じて坩堝外部に漏出する昇華ガスの量も多くなり、より坩堝の上面端部および下面端部の浸食が進み、発熱分布の変化も大きくなる。その結果、炭化珪素原料全体を昇華温度まで効率良く加熱することが困難になり、原料を再現性良く十分に昇華させることが困難になる。
【００１２】
従来においても、昇華ガスと黒鉛の反応を抑制するために、黒鉛の表面にタンタルのコーティングを施し、昇華ガスと黒鉛が直接反応しないようにする方法が開示されている（特許文献１）。この方法によると、成長空間を構成する坩堝内壁をコーティングすることで、黒鉛の浸食を抑制し、成長した結晶中に不純物として存在する坩堝黒鉛由来の不純物を排除することができるとしている。
【００１３】
また、成長中に誘導加熱の周波数を変化させ、誘導電流の分布を変化させることにより、原料を効率的に昇華させる方法が開示されている（特許文献２）。この方法によれば成長中に周波数を変化させることで表皮深さを変化させ、発熱分布を適性に制御することで、装填した原料を効率よく昇華させることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開2008-169,111号公報
【特許文献２】特開2014-108,915号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Crystal Growth, 52 (1981) pp.146
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１の方法では、黒鉛との反応を抑制するのは電流密度が低く、発熱の小さい、坩堝内側の成長空間に関係した部分であり、坩堝外部に漏出した昇華ガスと、坩堝外側の側壁をなす黒鉛との反応を抑制するものでは無い。成長する結晶の大型化に伴い、坩堝から漏出するガスの量は増大し、昇華ガスとの反応による、坩堝外側の側壁の浸食は大きくなる。その結果、最も発熱の大きい坩堝の上下端部分（図６に示した角部４０）の形状が浸食により変化させられることで、発熱分布の変化が引き起こされ、再現性良く、効率的に原料を昇華させることはできない。
【００１７】
また、特許文献２の方法では、高周波誘導加熱の周波数を変化させることにより、表皮深さを変化させ、発熱分布を変化させることはできるが、依然として漏出したガスによる発熱部材の浸食、特に、坩堝上下端部分の浸食の影響を避けることはできず、再現性良く、効率的に原料を昇華させる発熱分布を形成することは困難である。
【００１８】
本発明は、炭化珪素単結晶の成長中に坩堝の原料充填部に装填した炭化珪素原料を再現性良く、効率良く、昇華させ、大口径かつ長尺の炭化珪素単結晶インゴットを製造するのに適した炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝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】
【００１９】
本発明者らは、高周波誘導加熱を用いて、大口径かつ長尺の炭化珪素単結晶インゴットを製造する場合に、黒鉛坩堝の原料充填部内に装填した炭化珪素原料を再現性良く、効率良く、昇華させることができる手段について鋭意検討した。その結果、誘導加熱電流密度が最も高くなる円筒状の黒鉛坩堝の側面の上面端部および下面端部（すなわち、黒鉛坩堝の高さ方向の外側上下に位置する各底面と外周側面との角部）を面取り加工して、黒鉛坩堝の底面（上下の底面）での直径を坩堝側壁の直径より小さくすることで、誘導電流の電流密度を平準化して局所的な電流密度の増大を抑制し、坩堝側壁の高温部での浸食を平準化する。その結果、側壁黒鉛の浸食による発熱分布のバッチ間変動（結晶成長ごとの変動）を小さくすることができ、再現性良く、効率良く、装填した炭化珪素原料を昇華させることを可能とし、大口径かつ長尺の炭化珪素単結晶インゴットを製造することができることを見出し、本発明を完成した。
【００２０】
すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
（１）開口部を有して円筒状に形成された黒鉛製の坩堝本体と、該坩堝本体の開口部を閉塞する黒鉛製の坩堝上蓋とを備えて、坩堝本体に装填された炭化珪素原料を高周波誘導加熱により昇華させ、生成した昇華ガスを坩堝上蓋の内面に設置された炭化珪素単結晶からなる種結晶の表面で再結晶化させる昇華再結晶法により、炭化珪素単結晶インゴットを製造するための黒鉛坩堝であって、
該黒鉛坩堝の高さ方向の外側上下に位置する各底面と外周側面との角部がそれぞれ面取り加工されていることを特徴とする炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝。
（２）縦断面で見た場合に、前記面取り加工により直線状の面取り加工面が形成されており、該黒鉛坩堝の外周側面から伸ばした仮想直線と底面から伸ばした仮想直線との交点を点ｃとし、底面の端点を点ｂとし、外周側面の端点を点ａとして、線分ｂｃの長さが、下記式（Ｉ）から得られる高周波誘導加熱の高周波電流の周波数に対応する黒鉛坩堝の表皮厚さｄの０．５倍以上１．２倍以下であり、かつ、線分ａｂと線分ａｃとのなす角Ａが０°より大きく４５°以下であることを特徴とする（１）に記載の炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝。
ｄ［m］＝（１／πｆσμ）１／２    ・・・（Ｉ）
σ［Ω-1m-1］：黒鉛坩堝の導電率
ｆ［Ｈｚ］：高周波電流の周波数
μ［Ｈ/m］：黒鉛坩堝の透磁率
（３）縦断面で見た場合に、前記面取り加工により曲線状の面取り加工面が形成されており、該黒鉛坩堝の外周側面から伸ばした仮想直線と底面から伸ばした仮想直線との交点を点ｃとし、底面の端点を点ｂとし、外周側面の端点を点ａとして、線分ｂｃの長さが、下記式（Ｉ）から得られる高周波誘導加熱の高周波電流の周波数に対応する黒鉛坩堝の表皮厚さｄの０．５倍以上１．２倍以下であることを特徴とする（１）に記載の炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝。
ｄ［m］＝（１／πｆσμ）１／２    ・・・（Ｉ）
σ［Ω-1m-1］：黒鉛坩堝の導電率
ｆ［Ｈｚ］：高周波電流の周波数
μ［Ｈ/m］：黒鉛坩堝の透磁率
【発明の効果】
【００２１】
本発明のように、高さ方向における外側上下の各底面と外周側面との角部がそれぞれ面取り加工された黒鉛坩堝を用いることで、改良レーリー法により大口径かつ長尺の炭化珪素単結晶インゴットを成長させる際に、黒鉛坩堝側壁外面の局所的な浸食を抑制し、発熱分布の変動を小さくすることが可能となり、原料充填部に装填した炭化珪素原料を再現性良く、昇華させること、すなわち炭化珪素原料の結晶化率〔＝(成長した炭化珪素単結晶インゴットの質量)／（装填した炭化珪素原料の質量）〕のバッチ間変動を低減することができる。
【００２２】
また、本発明の炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝を用いれば、種結晶の結晶成長面に対して、昇華ガスがバッチ間の変動無く、安定的に供給されるようになり、成長中に種結晶の結晶成長面に昇華ガスの供給が変動することに起因する欠陥の発生を抑制することができ、高品質の炭化珪素インゴットを製造することができる。このような方法で製造された高品質の炭化珪素単結晶インゴットを用いて電子材料用の炭化珪素単結晶基板を製造すれば、炭化珪素原料に対して製造される基板の歩留まりが向上し、炭化珪素単結晶基板のコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係る炭化珪素単結晶インゴットの製造方法の実施例１で用いる炭化珪素単結晶インゴットの製造装置全体を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明の面取りした黒鉛坩堝の例を説明するための拡大説明図である。
【図３】図３は、本発明の面取りした黒鉛坩堝の他の例を説明するための拡大説明図である。
【図４】図４は本発明に係る黒鉛坩堝の角部の面取り加工の様子を示した部分説明図であり、（１）は縦断面で見た場合に直線状の面取り加工面が形成されたものであり、（２）は同じく曲線状の面取り加工面が形成されたものである。
【図５】図５は、改良レーリー法の原理を説明するための説明図である。
【図６】図６は、黒鉛坩堝の外側底面と外周側面との角部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面に示す炭化珪素単結晶インゴットの製造装置を用いて、本発明の炭化珪素単結晶インゴット製造用の黒鉛坩堝、及びこの黒鉛坩堝を用いた本発明の炭化珪素単結晶インゴットの製造方法について、その実施の形態を説明する。
【００２５】
図１は、本発明の炭化珪素単結晶インゴットの製造装置の全体を説明するためのものであり、この製造装置において、二重石英管13内には黒鉛製坩堝１（以下、「黒鉛坩堝」又は「坩堝」と略す。）とこの坩堝１を取り囲むように覆う黒鉛製の断熱材５とが配設されている。そして、前記坩堝１は、開口部を有して円筒状に形成された（上端開口筒状に形成された）黒鉛製の坩堝本体1aと、その上端の開口部を閉塞する黒鉛製の坩堝上蓋1bとで構成されており、また、前記坩堝本体1a下部には炭化珪素原料（以下、単に「原料」という場合がある。）３を充填する原料充填部1cが位置しており、更に、前記坩堝上蓋1bの内面には炭化珪素単結晶からなる種結晶２が取り付けられている。坩堝１は符号10の坩堝支持体の上に配置されて、この坩堝支持体10は回転機構を有し、二重石英管13に対して回転運動を行うことができる機能を備えている。
【００２６】
この図１において、符号６は切欠き孔を示し、符号13は二重石英管を示し、符号14は真空排気装置を示し、符号15はArガス配管を示し、符号16はArガス用マスフローコントローラを示し、符号17は発熱部材として機能する前記坩堝１を発熱させるための高周波誘導加熱用のワークコイルを示し、前記ワークコイル17には高周波電流を流すための図示外の高周波電源が取り付けられている。
【００２７】
この製造装置において、二重石英管13内部は、真空排気装置14により高真空排気（10-3Pa以下）することができ、かつArガス配管15とArガス用マスフローコントローラ16を用いて、内部雰囲気をArガスにより圧力制御することができるようになっている。そして、坩堝１の温度の計測は、坩堝１の上下部を覆う黒鉛製の断熱材５の中央部にそれぞれ光路を設け、坩堝１の上部（坩堝上蓋1b）及び下部〔坩堝本体1a下部の原料充填部1cの底壁部（坩堝底壁部）〕からの光を取り出して、二色温度計を用いて行い、坩堝１下部の温度から原料温度を判断し、また、坩堝１上部の温度から種結晶２の温度を判断する。
【００２８】
ここで、種結晶２上に炭化珪素単結晶の結晶成長させるためには、坩堝１内部の上下方向に温度勾配を形成し、原料充填部1cの温度を高くし、種結晶２の結晶成長部分の温度を相対的に低くして再結晶させる必要がある。
【００２９】
一般に、高周波磁場を導体に与えた場合、磁場との相互作用により、誘導電流の電流密度は導体表面が高く、内側に入るに従って低下する。表面の電流密度の1/eの電流密度に減衰する厚さは表皮厚さと呼ばれ、次式のｄで記述される。
ｄ［m］＝（１／πｆσμ）１／２    ・・・（Ｉ）
σ［Ω-1m-1］：黒鉛坩堝の導電率
ｆ［Ｈｚ］：高周波電流の周波数
μ［Ｈ/m］：黒鉛坩堝の透磁率
つまり、ワークコイル17に流す高周波電流の周波数が高くなるに従って表皮厚さは薄くなり、高周波電流が坩堝１の外壁表面に集中することになる。
【００３０】
これは、無限に長い導体に磁場を加えた場合であって、実際の炭化珪素単結晶成長で用いる円筒状の黒鉛坩堝の場合には、高さ方向の上下にそれぞれ底面が存在する。この場合、表皮効果により外壁表面の電流密度が高い領域の中でも、特に上面端部および下面端部（すなわち、先の図６に示したように、坩堝の高さ方向の外側上下に位置する各底面３０と該坩堝の外周側面２０との角部４０）での電流密度が最も高くなる。
【００３１】
通常、円筒状の黒鉛坩堝の上面端部および下面端部は、外側上下に位置する各底面と外周側面とで角部を形成しており、この部分の形状が少しでも変化すると、電流密度が高い部分の位置が変化し、原料充填部の発熱分布に対する形状の影響が大きい。そのため、この影響を小さくするためには、上面端部および下面端部を除去し、すなわち外側上下に位置する円形状の各底面の円周に沿うようにして面取り加工をすることで、電流密度の平準化を行い、黒鉛の浸食による電流密度の変化の程度を抑えることにより、発熱分布の変化を小さくすることができる。
【００３２】
面取り加工する量が、表皮厚さに対して小さい場合には、面取り加工の効果が得られず、依然として、坩堝の上面端部および下面端部の形状が変化した場合に、電流密度が高い部分の変化が大きく、発熱分布の変動が大きいため、本発明の効果が得られにくい。そのため、面取り加工をする量は表皮厚さの０．５倍以上が好ましい。一方で、面取り加工をする量が表皮厚さに対して１．２倍あれば、それ以上の深さまで形状を変化させても、磁場が浸透しないために、本発明の効果が得られにくくなる。そのため、面取り加工をする量は表皮厚さの１．２倍以下が好ましい。
【００３３】
また、面取り加工の角度、すなわち、円筒状の坩堝側面の外壁と面取り加工面とのなす角Ａが４５°より大きい場合には、依然として円筒状の坩堝の上面端部および下面端部での発熱が集中し、その部分が昇華ガスにより浸食された場合に電流密度が高い部分の変化が大きくなるため本発明の効果が得られにくくなる。
【００３４】
これらのことから本発明の効果をより得るために、図２で示されるように、坩堝を高さ方向に沿って切断した縦断面で見たときに、面取り加工により外側上下の底面と外周側面との角部にそれぞれ直線状の面取り加工面が形成される場合には、坩堝側壁の直径に比べて、坩堝底面の半径がＤ小さく、そのＤの値が誘導加熱の高周波電流の周波数と坩堝を構成する黒鉛材の特性から得られる表皮厚さの０．５倍以上１．２倍以下であり、かつ、坩堝側面と面取り面のなす角Ａが０°より大きく４５°以下である場合に本発明の効果がより顕著に得られる。
【００３５】
すなわち、図４（１）に示したように、黒鉛坩堝１を縦断面で見たときに、面取り加工により上下の底面と外周側面との角部にそれぞれ直線状の面取り加工面が形成されている場合には、好ましくは、黒鉛坩堝１の外周側面から伸ばした仮想直線と底面から伸ばした仮想直線との交点を点ｃとし、底面の端点を点ｂとし、外周側面の端点を点ａとして、面取り加工の削り代である線分ｂｃの長さ（すなわちＤ）は、下記式（Ｉ）から得られる高周波誘導加熱の高周波電流の周波数に対応する黒鉛坩堝の表皮厚さｄの０．５倍以上１．２倍以下であり、かつ、線分ａｂと線分ａｃとのなす角Ａが０°より大きく４５°以下であるのがよい。
ｄ［m］＝（１／πｆσμ）１／２    ・・・（Ｉ）
σ［Ω-1m-1］：黒鉛坩堝の導電率
ｆ［Ｈｚ］：高周波電流の周波数
μ［Ｈ/m］：黒鉛坩堝の透磁率
【００３６】
前述したように、黒鉛坩堝の表皮厚さｄは、ワークコイル17に流す高周波電流の周波数によって変わるが、改良レーリー法による炭化珪素単結晶インゴットの製造では、通常、その周波数は１kHz以上２０kHz以下であり、また、この改良レーリー法で用いられる一般的な黒鉛坩堝の導電率（5×10４Ω-1m-1以上１×10５Ω-1m-1以下程度）を考慮すると、表皮厚さから導出される図４（１）に示した好ましい線分ｂｃの長さ（すなわちＤ）は５mm以上１００mm以下であると言うことができ、好ましくは５mm以上５０mm以下である。なお、黒鉛坩堝の黒鉛は磁性体では無いため、透磁率は真空の透磁率と等しい。また、図４（１）では、黒鉛坩堝の一方の底面側の角部の面取り加工面の様子を示しているが、当然のことながら、他方の底面側の角部についても上記と同様の考え方で面取り加工が施されるようにするのがよい（下記図４（２）の場合も同様である）。
【００３７】
一方で、角の部分で電流密度の高い領域が発生することから、図３で示されるように、前記面取り加工は角が無いように面取り加工の面を曲面で面取りすること（以下Ｒ面取りと記す）は本発明の効果を得るために有効である。Ｒ面取り加工の場合もその面取り加工部分の半径（曲率半径Ｒ）は、磁場の表皮厚さと関係しており、Ｒが小さい場合には面取り加工の効果が得られにくい。また、Ｒが表皮厚さｄよりも大きい場合には、磁場による誘導電流がその深さまで浸透しないために、本発明の効果が得られにくい。これらのことから、Ｒ面取り加工で本発明の効果を得るためには、上述したように、そのＲの値が誘導加熱の高周波電流の周波数と黒鉛材の特性から得られる表皮厚さｄの０．５倍以上１．２倍以下である場合に本発明の効果がより顕著に得られる。
【００３８】
すなわち、図４（２）に示したように、黒鉛坩堝１を高さ方向に沿って切断した縦断面で見たときに、面取り加工により上下の底面と外周側面との角部にそれぞれ曲線状の面取り加工面が形成されている場合には、好ましくは、該黒鉛坩堝の外周側面から伸ばした仮想直線と底面から伸ばした仮想直線との交点を点ｃとし、底面の端点を点ｂとし、外周側面の端点を点ａとして、線分ｂｃの長さ（すなわち曲率半径Ｒ）が、上記式（Ｉ）から得られる高周波誘導加熱の高周波電流の周波数に対応する黒鉛坩堝の表皮厚さｄの０．５倍以上１．２倍以下であるのがよい。また、前述したとおり、ワークコイル17に流す高周波電流の周波数や黒鉛坩堝の導電率および透磁率を考慮すれば、表皮厚さから導出される図４（２）に示した好ましい線分ｂｃの長さ（すなわち曲率半径Ｒ）は５mm以上１００mm以下であると言うことができ、好ましくは５mm以上５０mm以下である。
【００３９】
本発明では、昇華ガスと黒鉛坩堝の反応により、電流密度が最も高い坩堝上面端部および下面端部（すなわち、黒鉛坩堝の外側上下の底面と外周側面とのそれぞれの角部）が浸食された場合に、発熱分布が大きく変化することを抑制するために、電流密度が高い角の部分を面取り加工し、電流密度の平準化を行い、浸食による発熱分布の変化の程度を抑えることが重要であり、円筒状の黒鉛坩堝の上面端部および下面端部のみならず、発熱部材、黒鉛部材の角の面を表皮厚さに応じて面取り加工することが考え方の基礎にある。そこで、黒鉛坩堝が完全な円筒形状で無い場合においても、その上面端部および下面端部の面取り加工を行うことは本発明に含まれる。また、黒鉛坩堝において、上面端部の面取り加工と、下面端部の面取り加工は同じである必要は無く、本発明の範囲中で、それぞれに最適な面取り加工の値、形状を取ることができる。
【００４０】
特に、本発明の黒鉛坩堝を用いて、成長高さが４０mm以上１００mm以下の炭化珪素単結晶インゴットを製造した場合には、坩堝１内に装填した炭化珪素原料３を再現性良く、効率良く、昇華させることができ、また、結晶成長中の結晶成長速度の変動が小さくなって高品質の炭化珪素単結晶を得ることができる。このため、電子材料用の炭化珪素単結晶を効率良く作製することが可能になり、炭化珪素単結晶インゴットをより安価に製造することができる。
【実施例】
【００４１】
〔実施例１〕
実施例１においては、図１に示す製造装置において、縦断面で見たときに、高さ方向の外側上下に位置する各底面と外周側面との角部が面取り加工によりそれぞれ直線状の面取り加工面が形成された図２に示す黒鉛坩堝を用いた。この黒鉛坩堝は、外形約２００mmの円筒形状をしており、図４（１）に示されるように、上下の各底面と外周側面とによる角部の面取り加工はいずれもＡ（線分ａｂと線分ａｃのなす角）＝３０°、Ｄ（線分ｂｃの長さ）＝２３mmとなるようにした。
【００４２】
ここで、この黒鉛坩堝の導電率は６．７×１０４Ω-1m-1であり、また、下記の炭化珪素単結晶インゴットの製造においてワークコイル17に流す高周波電流の周波数は４kHzであることから、上記式（Ｉ）から得られる黒鉛坩堝の表皮厚さｄは３１mmとなり、面取り加工の削り代であるこのＤの値は表皮厚さｄの０．７４倍に相当する。
【００４３】
黒鉛坩堝の坩堝本体下部の原料充填部内には、アチソン法により作製された炭化珪素結晶粉末からなる炭化珪素原料を２．１kg装填し、また、坩堝の坩堝上蓋には、種結晶として、口径１０５mmの（０００１）面を有する４Ｈポリタイプの炭化珪素単結晶ウェハを配置した。
【００４４】
このようにして準備された坩堝等からなる構成部材を前述のように二重石英管の内部に設置し、前記手順で常法に従って炭化珪素単結晶の結晶成長を行った。すなわち、原料温度を目標温度である２３００℃まで上昇させた後、二重石英管内のＡｒの圧力を成長圧力１．３kPaまで３０分かけて減圧し、炭化珪素単結晶の成長を開始させ、加熱を１４０時間継続して炭化珪素単結晶を成長させた。
【００４５】
その結果、炭化珪素単結晶の口径が１０５mm程度であり、かつ、高さが５５mm程度の単結晶インゴットが得られた。得られた単結晶インゴットの質量は１．５kg程度であり、結晶化率〔＝(成長した炭化珪素単結晶インゴットの質量)／（装填した炭化珪素原料の質量）〕は７３%であった。また、坩堝上側と坩堝下側でのそれぞれの面取り加工の効果により、坩堝外部に漏出した昇華ガスによる坩堝外壁の浸食は均等に発生しており、坩堝の形状の大きな変化は見らなかった。
【００４６】
上記黒鉛坩堝を用い、上記と同一製造条件で単結晶インゴットの製造を１０回行った。その結果、結晶高さの最大は５８mm、最小は５３mmであった。また、結晶化率は、７０%から７７%の範囲で変動７%程度と少なかった。
【００４７】
得られた炭化珪素単結晶インゴットについて、Ｘ線回折及びラマン散乱により分析したところ、１０回の製造の中で７回は高品質の４Ｈの単一ポリタイプからなるインゴットが得られており、また、マイクロパイプ等の結晶欠陥が少ない極めて高品質であることが確認された。
【００４８】
この４Ｈの単一ポリタイプからなるインゴットから切り出された炭化珪素単結晶基板は、電子デバイスを作製するための基板として有用であり、歩留まり高く高品質の結晶を得ることができる。
【００４９】
〔実施例２〕
実施例２においては、図１に示す製造装置において、縦断面で見たときに、高さ方向の外側上下に位置する各底面と外周側面との角部が面取り加工によりそれぞれ直線状の面取り加工面が形成された図２に示す黒鉛坩堝を用いた。この黒鉛坩堝は、外形約２５０mmの円筒形状をしており、図４（１）に示されるように、上側底面と外周側面との角部はＡ（線分ａｂと線分ａｃのなす角、以下同様）＝４５°、Ｄ（線分ｂｃの長さ、以下同様）＝１０mmの面取り加工を行い、下側底面と外周側面との角部はＡ＝３０°、Ｄ＝２０mmの面取り加工とした。
【００５０】
ここで、この黒鉛坩堝の導電率は８．０×１０４Ω-1m-1であり、また、下記の炭化珪素単結晶インゴットの製造においてワークコイル17に流す高周波電流の周波数は７kHzであることから、上記式（Ｉ）から得られる黒鉛坩堝の表皮厚さｄは２０mmとなり、面取り加工の削り代であるこのＤの値は、上側底面と下側底面でそれぞれ表皮厚さｄの０．５倍、１倍に相当する。
【００５１】
黒鉛坩堝の坩堝本体下部の原料充填部内には、アチソン法により作製された炭化珪素結晶粉末からなる炭化珪素原料を５．０kg装填し、また、坩堝の坩堝上蓋には、種結晶として、口径１５５mmの（０００１）面を有する４Ｈポリタイプの炭化珪素単結晶ウェハを配置した。
【００５２】
このようにして準備された坩堝等からなる構成部材を前述のように二重石英管の内部に設置し、前記手順で常法に従って炭化珪素単結晶の結晶成長を行った。すなわち、原料温度を目標温度である２３００℃まで上昇させた後、二重石英管内のＡｒの圧力を成長圧力１．３kPaまで３０分かけて減圧し、炭化珪素単結晶の成長を開始させ、加熱を１６０時間継続して炭化珪素単結晶を成長させた。
【００５３】
その結果、炭化珪素単結晶の口径が１５５mm程度であり、かつ、高さが６４mmの単結晶インゴットが得られた。得られた単結晶インゴットの質量は３．９kgであり、結晶化率は７７%であった。また、坩堝上側と坩堝下側のそれぞれでの面取り加工の効果により、坩堝外部に漏出した昇華ガスによる坩堝外壁の浸食は均等に発生しており、坩堝の形状の大きな変化は見らなかった。
【００５４】
上記黒鉛坩堝を用い、上記と同一製造条件で単結晶インゴットの製造を１０回行った。その結果、結晶高さの最大は６７mm、最小は６２mmであった。また、結晶化率は、７５%から８１%の範囲で変動６%程度と少なかった。
【００５５】
得られた炭化珪素単結晶インゴットについて、Ｘ線回折及びラマン散乱により分析したところ、１０回の製造の中で８回は高品質の４Ｈの単一ポリタイプからなるインゴットが得られており、また、マイクロパイプ等の結晶欠陥が少ない極めて高品質であることが確認された。
【００５６】
この４Ｈの単一ポリタイプからなるインゴットから切り出された炭化珪素単結晶基板は、電子デバイスを作製するための基板として有用であり、歩留まり高く高品質の結晶を得ることができる。
【００５７】
〔実施例３〕
実施例３においては、図１に示す製造装置において、縦断面で見たときに、高さ方向の外側上下に位置する各底面と外周側面との角部が面取り加工によりそれぞれ曲線状の面取り加工面が形成された図３に示す黒鉛坩堝を用いた。この黒鉛坩堝は、外形約２７０mmの円筒形状をしており、図４（２）に示されるように、上側底面と外周側面との角部はＲ（線分ｂｃの長さ、以下同様）＝１０mmの面取り加工を行い、下側底面と外周側面との角部はＲ＝１５mmの面取り加工とした。
【００５８】
ここで、この黒鉛坩堝の導電率は８．０×１０４Ω-1m-1であり、また、下記の炭化珪素単結晶インゴットの製造においてワークコイル17に流す高周波電流の周波数は７kHzであることから、上記式（Ｉ）から得られる黒鉛坩堝の表皮厚さｄは２０mmとなり、面取り加工の削り代であるこのＤの値は、上側底面と下側底面でそれぞれ表皮厚さの０．５倍、０．７５倍に相当する。
【００５９】
黒鉛坩堝の坩堝本体下部の原料充填部内には、アチソン法により作製された炭化珪素結晶粉末からなる炭化珪素原料を６．０kg装填し、また、坩堝の坩堝上蓋には、種結晶として、口径１５５mmの（０００１）面を有する４Ｈポリタイプの炭化珪素単結晶ウェハを配置した。
【００６０】
このようにして準備された坩堝等からなる構成部材を前述のように二重石英管の内部に設置し、前記手順で常法に従って炭化珪素単結晶の結晶成長を行った。すなわち、原料温度を目標温度である２３００℃まで上昇させた後、二重石英管内のＡｒの圧力を成長圧力１．３kPaまで３０分かけて減圧し、炭化珪素単結晶の成長を開始させ、加熱を１８０時間継続して炭化珪素単結晶を成長させた。
【００６１】
その結果、炭化珪素単結晶の口径が１５５mm程度であり、かつ、高さが８２mmの単結晶インゴットが得られた。得られた単結晶インゴットの質量は５kgであり、結晶化率は８２%であった。また、坩堝上側と坩堝下側のそれぞれでの面取り加工の効果により、坩堝外部に漏出した昇華ガスによる坩堝外壁の浸食は均等に発生しており、坩堝の形状の大きな変化は見らなかった。
【００６２】
上記黒鉛坩堝を用い、上記と同一製造条件で単結晶インゴットの製造を１０回行った。その結果、結晶高さの最大は８４mm、最小は７９mmであった。また、結晶化率は、８０%から８５%の範囲で変動５%程度と少なかった。
【００６３】
得られた炭化珪素単結晶インゴットについて、Ｘ線回折及びラマン散乱により分析したところ、１０回の製造の中で８回は高品質の４Ｈの単一ポリタイプからなるインゴットが得られており、また、マイクロパイプ等の結晶欠陥が少ない極めて高品質であることが確認された。
【００６４】
この４Ｈの単一ポリタイプからなるインゴットから切り出された炭化珪素単結晶基板は、電子デバイスを作製するための基板として有用であり、歩留まり高く高品質の結晶を得ることができる。
【００６５】
〔比較例１〕
実施例１と比較するために、上下底面と外周側面とのそれぞれの角部の面取り加工をいずれも行っていない黒鉛坩堝を用いて実施例１と同じ操業条件にて結晶成長を実行した。
【００６６】
その結果、炭化珪素単結晶の口径が１０５mm程度であり、かつ、高さが５５mmの単結晶インゴットが得られた。得られた単結晶インゴットの質量は１．５kgであり、結晶化率は５９%であった。坩堝上側と坩堝下側における各底面と外周側面との角部は面取り加工を行っていないため、坩堝外壁の浸食は、特に上下の角部でそれぞれ大きく発生し、誘導加熱による電流密度の高い、角の部分の形状に大きな変化が見られた。
【００６７】
上記黒鉛坩堝を用い、上記と同一製造条件で単結晶インゴットの製造を１０回行った。その結果、結晶高さの最大は６２mm、最小は５０mmであった。また、結晶化率は、５２%から６７%の範囲で変動が大きかった。
【００６８】
得られた炭化珪素単結晶インゴットについて、Ｘ線回折及びラマン散乱により分析したところ、１０回の製造の中で５回は高品質の４Ｈの単一ポリタイプからなるインゴットが得られており、また、マイクロパイプ等の結晶欠陥が少ない極めて高品質であることが確認された。一方で、結晶化率が結晶率の平均値から離れた成長の場合には異種ポリタイプの混入が観察され、結晶性の劣化が見られた。すなわち、本発明に係る黒鉛坩堝を用いた場合に比べ、比較例の場合には歩留まりが５０%程度と低く、工業的な再現性が得られない問題がある。
【符号の説明】
【００６９】
１…坩堝、1a…坩堝本体、1b…坩堝上蓋、1c…原料充填部、２…種結晶、３…炭化珪素原料（原料）、４…単結晶インゴット、５…断熱材、６…切欠き孔、10…坩堝支持体、13…二重石英管、14…真空排気装置、15…Arガス配管、16…Arガス用マスフローコントローラ、17…ワークコイル、20…坩堝外周側面、30…坩堝外側底面、40…角部。
【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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