(57)【要約】【課題】被膜を有する坩堝を効率的に製造できる坩堝の製造方法を提供する。【解決手段】坩堝１は、昇華法による炭化珪素の単結晶の成長に用いられる。坩堝１の製造方法は、グラファイトからなり、炭化珪素の原料粉末を収容するための内部空間を規定する内壁面２Ａを有する本体部２０を準備する工程と、内壁面２Ａの少なくとも一部を覆うように、融点が２０００℃以上の高融点金属、および高融点金属の炭化物の少なくともいずれか一方である高融点材料を主成分とする被膜４２を溶射により形成する工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇華法による炭化珪素の単結晶の成長に用いられる坩堝の製造方法であって、
グラファイトからなり、炭化珪素の原料粉末を収容するための内部空間を規定する内壁面を有する本体部を準備する工程と、
前記内壁面の少なくとも一部を覆うように、融点が２０００℃以上の高融点金属、および前記高融点金属の炭化物の少なくともいずれか一方である高融点材料を主成分とする被膜を溶射により形成する工程と、を備える、坩堝の製造方法。
【請求項２】
前記高融点金属は、タンタル、ニオブ、タングステン、ハフニウムから選択された一種以上である、請求項１に記載の坩堝の製造方法。
【請求項３】
前記溶射は、プラズマ溶射である、請求項１または請求項２に記載の坩堝の製造方法。
【請求項４】
前記被膜の厚みは、４０μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の坩堝の製造方法。
【請求項５】
前記本体部を準備する工程では、複数の部品に分割された状態の前記本体部が準備され、
前記被膜を形成する工程では、前記複数の部品のうち一部の部品に前記被膜が形成される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の坩堝の製造方法。
【請求項６】
前記被膜を形成する工程の前に、前記内壁面の少なくとも一部の表面粗さを大きくする粗面化処理を実施する工程をさらに備え、
前記被膜を形成する工程では、前記内壁面の前記粗面化処理が実施された領域を含む領域に前記被膜を形成する、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の坩堝の製造方法。
【請求項７】
前記被膜を形成する工程では、前記内壁面のうち前記単結晶の成長方向に沿って延在する成長空間に対応する領域を含む領域に前記被膜を形成する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の坩堝の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、坩堝の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
グラファイトからなる坩堝が、昇華法による炭化珪素の単結晶の成長に用いられる。このような坩堝の表面を炭化物被膜で覆うことが知られている。炭化物被膜は、例えばグラファイト基材上にスラリーを塗布し、その後焼結して製造される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０７５８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示す方法では、塗布工程および焼結工程を含む複数の工程を経て、炭化物被膜が形成されるため、手間を要する。
【０００５】
そこで、被膜を有する坩堝を効率的に製造できる坩堝の製造方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の坩堝の製造方法は、昇華法による炭化珪素の単結晶の成長に用いられる坩堝の製造方法である。坩堝の製造方法は、グラファイトからなり、炭化珪素の原料粉末を収容するための内部空間を規定する内壁面を有する本体部を準備する工程と、内壁面の少なくとも一部を覆うように、融点が２０００℃以上の高融点金属、および高融点金属の炭化物の少なくともいずれか一方である高融点材料を主成分とする被膜を溶射により形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記坩堝の製造方法によれば、被膜を有する坩堝を効率的に製造できる坩堝の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】坩堝の構造の一例を示す概略断面図である。
【図２】坩堝の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】本体部と蓋部とを示す概略断面図である。
【図４】溶射装置により被膜を形成する状態を示す概略断面図である。
【図５】被膜が形成された第５の部材を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の坩堝の製造方法は、昇華法による炭化珪素の単結晶の成長に用いられる坩堝の製造方法である。坩堝の製造方法は、グラファイトからなり、炭化珪素の原料粉末を収容するための内部空間を規定する内壁面を有する本体部を準備する工程と、内壁面の少なくとも一部を覆うように、融点が２０００℃以上の高融点金属、および高融点金属の炭化物の少なくともいずれか一方である高融点材料を主成分とする被膜を溶射により形成する工程と、を備える。
【００１０】
本願の坩堝の製造方法では、融点が２０００℃以上の高融点金属、および高融点金属の炭化物の少なくともいずれか一方である高融点材料を主成分とする被膜を溶射により形成する。このようにすることで、内壁面の必要な領域に高融点材料からなる被膜を容易に形成することができる。このため、内壁面に被膜を効率的に形成することができる。
【００１１】
このように、本願の坩堝の製造方法によれば、被膜を有する坩堝を効率的に製造できる。
【００１２】
上記坩堝の製造方法において、高融点金属は、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、ハフニウム（Ｈｆ）から選択された一種以上であってもよい。上記の高融点金属は、上記被膜を構成する材料として好適である。
【００１３】
上記坩堝の製造方法において、溶射は、プラズマ溶射であってもよい。プラズマ溶射は、内壁面に上記被膜を形成する方法として好適である。
【００１４】
上記坩堝の製造方法においては、被膜の厚みは、４０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。被膜の厚みを４０μｍ以上とすることで、原料粉末が昇華して形成される原料気体が被膜を透過することをより確実に抑制することができる。また、被膜の厚みを５００μｍ以下とすることで、形成された被膜に割れが発生することを抑制することができる。
【００１５】
上記坩堝の製造方法において、本体部を準備する工程では、複数の部品に分割された状態の本体部が準備されてもよい。被膜を形成する工程では、複数の部品のうち一部の部品に被膜が形成されてもよい。このようにすることで、内壁面の必要な領域に被膜をより容易に形成することができる。
【００１６】
上記坩堝の製造方法において、被膜を形成する工程の前に、内壁面の少なくとも一部の表面粗さを大きくする粗面化処理を実施する工程をさらに備えてもよい。被膜を形成する工程では、内壁面の粗面化処理が実施された領域を含む領域に被膜を形成してもよい。このように粗面化処理された領域に被膜を形成することで、本体部と被膜との密着性をより向上させることができる。
【００１７】
上記坩堝の製造方法において、被膜を形成する工程では、内壁面のうち単結晶の成長方向に沿って延在する成長空間に対応する領域を含む領域に被膜を形成するようにしてもよい。このように成長空間に対応する領域に被膜を形成することで、原料粉末が昇華して形成された原料気体により、内壁面が浸食されることが抑制される。その結果、内壁面の浸食によって生じる異物が単結晶中に取り込まれることがより抑制される。
【００１８】
［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本願の坩堝の製造方法の一実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１９】
まず、本願の坩堝の製造方法により製造可能な坩堝について説明する。図１を参照して、坩堝１は、原料粉末を昇華させて種結晶上に再結晶させることにより、種結晶上に単結晶を成長させる方法（昇華法）による炭化珪素の単結晶の成長に用いられる坩堝である。坩堝１は、蓋部１０と、本体部２０とを含む。本体部２０は、炭化珪素の原料粉末を収容するための内部空間を規定する内壁面２Ａを有する。本体部２０は、グラファイトからなる。本体部２０は、第１の部材３１と、第２の部材３２と、第３の部材３３と、第４の部材３４と、第５の部材３５とを含む。本体部２０は、第１の部材３１〜第５の部材３５の各部材に分割可能である。第１の部材３１は、中空筒状（例えば中空円筒状）の側壁部３６の一方の端部が、板状（例えば円盤状）の底部３７により閉塞された形状を有する。蓋部１０は、側壁部３６の他方の端部に形成されている開口部を閉塞するように配置されている。
【００２０】
蓋部１０は、本体部２０に対して着脱自在となっている。蓋部１０は、グラファイトからなる。蓋部１０の外周に形成された蓋結合面１２と側壁部３６の内周に形成された結合面２１とが接触することにより、蓋部１０は側壁部３６に対して固定される。蓋結合面１２および結合面２１には、たとえばらせん状のねじ溝が形成されていてもよい。蓋部１０の一方の主面１０Ａには、主面１０Ａの中央部から突出する保持部１１が形成されている。蓋部１０を側壁部３６に取り付けた状態において、保持部１１は、第１の部材３１の中心軸Ｔを含むように位置する。中心軸Ｔは、単結晶の成長方向に沿って延びる。保持部１１の先端には、種結晶を保持する保持面１１Ａが形成されている。
【００２１】
本体部２０内には、保持部１１から単結晶の成長方向（中心軸Ｔの延びる方向）に沿って延在する空間である第１領域２２が形成される。第１領域２２は、第１の部材３１内に配置されている中空円筒状の第３の部材３３の内壁面３３Ａにより取り囲まれる空間である。中心軸Ｔに対して垂直な方向における第３の部材３３の外径は、第１の部材３１の内径よりも小さく形成されている。中心軸Ｔに垂直な方向における第３の部材３３の内径は、単結晶の成長方向（中心軸Ｔの延びる方向）において一定である。すなわち、第３の部材３３の内壁面３３Ａは、単結晶の成長方向に垂直な断面積が単結晶の成長方向において一定である円筒部としての第１領域２２を取り囲む。
【００２２】
本体部２０内には、第１領域２２から単結晶の成長方向（中心軸Ｔの延びる方向）に沿って保持部１１とは反対側に延在する空間である第２領域２３が形成されている。この第２領域２３は、中空の円錐台状の第５の部材３５により取り囲まれた空間である。第５の部材３５の一方の端部は、側壁部３６の内壁面３６Ａに接続されている。第５の部材３５の他方の端部は、第３の部材３３の保持部１１側に位置する端部とは反対側の端部に接続されている。中心軸Ｔに垂直な方向における第５の部材３５の内径は、第１領域２２から離れるにしたがって徐々に大きくなっている。別の観点から説明すると、中心軸Ｔに垂直な断面における第２領域２３の断面積は、第１領域２２から離れるにしたがって徐々に大きくなっている。すなわち、第５の部材３５の内壁面３５Ａは、単結晶の成長方向に垂直な断面積が保持部１１から離れるにしたがって大きくなる拡径部としての第２領域２３を取り囲むテーパ領域である。
【００２３】
第２の部材３２および第４の部材３４は、それぞれ中央部に厚み方向に貫通する貫通孔が形成された円盤状の形状を有する。第２の部材３２と第４の部材３４とは、互いに間隔をあけて平行に配置されている。第２の部材３２の外周部は、側壁部３６の内壁面３６Ａに接続されている。第２の部材３２の内周部は、第３の部材３３の外壁面の保持部１１側に位置する端部に近い領域に接続されている。第２の部材３２の保持部１１側に位置する主面は、第３の部材３３の保持部１１側に位置する端部と面一となる。第４の部材３４の外周部は、内壁面３６Ａに接続されている。第４の部材３４の内周部は、第５の部材３５の外周面の内径が小さい側の端部に近い領域に接続されている。
【００２４】
第２領域２３から単結晶の成長方向（中心軸Ｔの延びる方向）に沿って第１領域２２とは反対側に延在し、原料粉末を保持すべき空間である第３領域２４が形成されている。第３領域２４は、側壁部３６と、底部３７とにより取り囲まれる空間である。中心軸Ｔに垂直な方向における側壁部３６の内径は、中心軸Ｔの延在方向において一定である。すなわち、側壁部３６の内壁面３６Ａと、底部３７の内壁面３７Ａとは、単結晶の成長方向に垂直な断面積が単結晶の成長方向において一定である円筒部としての第３領域２４を取り囲む。
【００２５】
本体部２０には、第２の部材３２、第３の部材３３および第４の部材３４に取り囲まれた中空部３０が形成されている。中空部３０は、第１領域２２を取り囲むように配置される環状の空間である。中空部３０内には、断熱材９１が配置されている。断熱材９１としては、たとえばカーボンフェルトを採用することができる。本実施の形態では、帯状の断熱材９１の両端を合わせて環状としたものを複数個（図１では５個）積層することにより、中空部３０内が断熱材９１により満たされている。また、本体部２０には、第４の部材３４、第５の部材３５および側壁部３６に取り囲まれた中空部４１が形成されている。中空部４１は、第２領域２３を取り囲むように配置される環状の空間である。中空部４１内には、断熱材は配置されない。中空部４１内は、空の状態となっている。
【００２６】
本体部２０内には、保持部１１の外周側を取り囲む空間である第４領域６０が形成されている。第４領域６０と第１領域２２とは、第３の部材３３と保持部１１との隙間であるチャネル空間６１により接続されている。
【００２７】
内壁面３３Ａ、内壁面３５Ａ、内壁面３６Ａおよび内壁面３７Ａは、保持部１１から単結晶の成長方向（中心軸Ｔの延びる方向）に沿って延在する単結晶の成長空間を取り囲む本体部２０の内壁面２Ａを構成する。内壁面３３Ａ、内壁面３５Ａおよび内壁面３７Ａを覆うように（接触するように）被膜４２が形成されている。また、内壁面３６Ａの第３領域２４に対応する領域を覆うように（接触するように）被膜４２が形成されている。被膜４２は、高融点材料を主成分とする。ここで、主成分とは、被膜４２を構成する成分のうち、少なくとも５０質量％以上を占める成分をいう。被膜４２における高融点材料の含有率は、９０質量％以上が好ましく、９９質量％以上がより好ましい。本実施の形態において、被膜４２は高融点材料を含み、残部が不可避的不純物からなる。高融点材料は、融点が２０００℃以上の高融点金属、および高融点金属の炭化物の少なくともいずれか一方である。本実施の形態において、被膜４２を構成する高融点材料は、タンタル（Ｔａ）または炭化タンタル（ＴａＣ）である。高融点金属としては、本実施の形態のタンタル（Ｔａ）の他、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、ハフニウム（Ｈｆ）等を用いることができる。高融点材料には、２種以上の高融点金属または高融点金属の炭化物が含まれていてもよい。被膜４２の厚みは、例えば、４０μｍ以上５００μｍ以下である。
【００２８】
次に、本実施の形態の坩堝の製造方法により上記坩堝１を製造するための手順を説明する。図２を参照して、本実施の形態における坩堝の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として、本体部２０を準備する工程が実施される。図３を参照して、本体部２０と、蓋部１０とに分割された状態で準備される。本体部２０は、第１の部材３１と、第２の部材３２と、第３の部材３３と、第４の部材３４と、第５の部材３５とに分割された状態で準備される。
【００２９】
次に、工程（Ｓ２０）として内壁面の粗面化処理を行う工程が実施される。例えば、分割された本体部２０のうち第５の部材３５の内壁面３５Ａを粗面化処理する。このように粗面化処理することで、内壁面３５Ａの表面粗さを大きくすることができる。本実施の形態において、粗面化処理は、例えばサンドブラスト処理である。同様に、第２の部材３２の内壁面３２Ａ、底部３７の内壁面３７Ａを粗面化処理する。また、内壁面３６Ａの第３領域２４に対応する領域を粗面化処理する。
【００３０】
次に、工程（Ｓ３０）として溶射により被膜を形成する工程が実施される。図４を参照して、溶射ノズル７０Ａを備える溶射装置７０を用いて被膜が形成される。本実施の形態においては、プラズマ溶射により被膜が形成される。図４および図５を参照して、例えば、第５の部材３５の内壁面３５Ａに被膜を形成する工程は、まず溶射ノズル７０Ａが内壁面３５Ａに対向する位置まで挿入される。そして、溶射ノズル７０Ａを中心軸Ｔ周りに回転させる。溶射ノズル７０Ａから溶融した高融点材料を含むプラズマ流７１を内壁面３５Ａに吹き付けて、被膜４２が形成される。同様に、内壁面３３Ａ、３７Ａに被膜４２が形成される。また、内壁面３６Ａの第３領域２４に対応する領域に被膜４２が形成される。被膜４２として、４０μｍ以上５００μｍ以下の厚みを有する被膜が形成される。このように被膜４２を形成することで、原料粉末が昇華して形成された原料気体により、内壁面３３Ａ、３５Ａ、３６Ａ、３７Ａが浸食されることを抑制することができる。その結果、内壁面３３Ａ、３５Ａ、３６Ａ、３７Ａの浸食の結果生じた異物が単結晶中に取り込まれることを抑制することができる。
【００３１】
次に、工程（Ｓ４０）として本体部２０を組み立てる工程が実施される。より具体的には、分割された第１の部材３１、第２の部材３２、第３の部材３３、第４の部材３４および第５の部材３５を組み立てる。組み立てられた本体部２０に対して、蓋部１０が配置される。このようにして、本体部２０における内壁面３３Ａ、３５Ａ、３７Ａ、および内壁面３６Ａの一部の領域に被膜４２が形成された坩堝１が製造される。
【００３２】
ここで、本実施の形態の坩堝１の製造方法では、融点が２０００℃以上の高融点金属、および高融点金属の炭化物の少なくともいずれか一方である高融点材料を主成分とする被膜４２を溶射により形成する。このようにすることで、本体部２０の内壁面２Ａの必要な領域に高融点材料からなる被膜４２を容易に形成することができる。このため、内壁面２Ａに被膜４２を効率的に形成することができる。
【００３３】
上記実施の形態では、被膜４２の厚みは、４０μｍ以上５００μｍ以下である。被膜４２の厚みを４０μｍ以上とすることで、原料粉末が昇華して形成される原料気体が被膜４２を透過することをより確実に抑制することができる。また、被膜４２の厚みを５００μｍ以下とすることで、形成された被膜４２に割れが発生することを抑制することができる。
【００３４】
上記実施の形態では、本体部２０を準備する工程では、第１の部材３１と、第２の部材３２と、第３の部材３３と、第４の部材３４と、第５の部材３５とに分割された状態の本体部２０が準備される。被膜４２を形成する工程では、第１の部材３１、第２の部材３２、第３の部材３３、第４の部材３４および第５の部材３５のうち第１の部材３１、第３の部材３３および第５の部材３５に被膜４２が形成される。このようにすることで、内壁面２Ａの必要な領域に被膜をより容易に形成することができる。
【００３５】
上記実施の形態では、被膜４２を形成する工程の前に、内壁面３３Ａ、３５Ａ、３７Ａ、および内壁面３６Ａの第３領域２４に対応する領域の表面粗さを大きくする粗面化処理を実施する工程をさらに備える。そして、被膜４２を形成する工程では、粗面化処理が実施された領域に被膜４２を形成する。このように粗面化処理された領域に被膜４２を形成することで、本体部２０と被膜４２との密着性をより向上させることができる。
【００３６】
上記実施の形態では、被膜４２を形成する工程において、内壁面２Ａのうち成長空間に対応する領域である内壁面３３Ａ、３５Ａ、３７Ａ、および内壁面３６Ａの第３領域２４に対応する領域に被膜４２を形成する。このように成長空間に対応する領域に被膜４２を形成することで、原料粉末が昇華して形成された原料気体により、内壁面２Ａが浸食されることが抑制される。その結果、内壁面２Ａの浸食によって生じる異物が単結晶中に取り込まれることが抑制される。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、内壁面３３Ａ、３５Ａ、３６Ａ、３７Ａの粗面化処理を行うこととしたが、これに限られるものではなく、内壁面３３Ａ、３５Ａ、３６Ａ、３７Ａの一部を粗面化処理するようにしてもよい。また、粗面化処理が実施された領域に被膜４２を形成することとしたが、これに限られるものではなく、粗面化処理が実施された領域とともに、粗面化処理が実施された領域以外の領域に被膜４２を形成するようにしてもよい。また、工程（Ｓ１０）の後に、内壁面３３Ａ、３５Ａ、３６Ａ、３７Ａの粗面化処理を行う工程（Ｓ２０）を実施することとしたが、これに限られるものではなく、工程（Ｓ１０）の後に溶射により被膜４２を形成する工程（Ｓ３０）を実施するようにしてもよい。
【００３８】
上記実施の形態では、被膜４２を内壁面３３Ａ、３５Ａ、３７Ａ、および内壁面３６Ａの第３領域２４に対応する領域に形成する構成としたが、これに限られるものではなく、内壁面３３Ａ、３５Ａ、３６Ａ、３７Ａの一部に被膜４２を形成するようにしてもよい。蓋部１０における主面１０Ａの一部の領域を覆うように被膜４２を形成するようにしてもよい。保持部１１の外周面を覆うように被膜４２を形成するようにしてもよい。
【００３９】
上記実施の形態では、本体部２０の第４領域６０を取り囲む内壁面には、被膜４２を形成しない構成としたが、これに限られるものではなく、本体部２０の第４領域６０を取り囲む内壁面に被膜４２を形成するようにしてもよい。
【００４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本願の坩堝の製造方法は、被膜を有する坩堝を効率的に製造できることが求められる坩堝の製造方法に、特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００４２】
１  坩堝
１０  蓋部
１０Ａ  主面
１１  保持部
１１Ａ  保持面
１２  蓋結合面
２０  本体部
２Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ  内壁面
２１  結合面
２２  第１領域
２３  第２領域
２４  第３領域
３０，４１  中空部
３１  第１の部材
３２  第２の部材
３３  第３の部材
３４  第４の部材
３５  第５の部材
３６  側壁部
３７  底部
４２  被膜
６０  第４領域
６１  チャネル空間
７０  溶射装置
７０Ａ  溶射ノズル
７１  プラズマ流
９１  断熱材
【図１】
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【図２】
2019081674.tif 000004
【図３】
2019081674.tif 000005
【図４】
2019081674.tif 000006
【図５】
2019081674.tif 000007