(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面と、前記頂面と反対側の底面と、前記頂面と前記底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、
前記底面に対面して設けられた第１抵抗ヒータと、
前記側面を取り囲むように構成された第２抵抗ヒータとを備え、
前記第２抵抗ヒータは、前記頂面から前記底面に向かう方向に沿って延在する第１部分と、前記底面側において前記第１部分と連続して設けられ、かつ前記側面の周方向に沿って延在する第２部分と、前記第２部分と連続して設けられ、かつ前記底面から前記頂面に向かう方向に沿って延在する第３部分と、前記頂面側において前記第３部分と連続して設けられ、かつ前記側面の前記周方向に沿って延在する第４部分とを含み、
前記第２抵抗ヒータの平均温度が２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度において、前記第２抵抗ヒータの最高温度と最低温度との差が１００℃以下となるように前記第２抵抗ヒータが構成されており、
前記第１部分は、前記第３部分に対面する第１面と、前記第１面と反対の第２面とを有し、
前記第３部分は、前記第１面と対面する第３面と、前記第３面と反対側の第４面とを有し、
前記第２部分は、前記第１面と前記第３面との間に位置する第５面と、前記第５面と反対側の第６面とを有しており、
前記周方向における前記第２面と前記第４面との距離をａとし、
前記周方向における前記第１面と前記第３面との距離をｂとし、
前記頂面から前記底面に向かう方向における前記第５面と前記第６面との最短距離をｃとし、かつ
前記側面に対して垂直な方向に沿って見た場合における前記第５面の曲率半径をｒとしたときに、
ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２であり、
前記頂面から前記底面に向かう方向に沿って見た場合、前記第１抵抗ヒータは、旋回するにつれて中心から遠ざかる２つの曲線が前記中心で合流する形状を有する、炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記第２抵抗ヒータは炭素により構成されており、
前記炭素の密度は、１．７ｇ／ｃｍ3以上１．９ｇ／ｃｍ3以下である、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項３】
前記第２抵抗ヒータは炭素により構成されており、
前記炭素の抵抗率は、１２００μΩ・ｃｍ以上である、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項４】
頂面と、前記頂面と反対側の底面と、前記頂面と前記底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、
前記底面に対面して設けられた第１抵抗ヒータと、
前記側面を取り囲むように構成された第２抵抗ヒータとを備え、
前記第２抵抗ヒータは、前記頂面から前記底面に向かう方向に沿って延在する第１部分と、前記底面側において前記第１部分と連続して設けられ、かつ前記側面の周方向に沿って延在する第２部分と、前記第２部分と連続して設けられ、かつ前記底面から前記頂面に向かう方向に沿って延在する第３部分と、前記頂面側において前記第３部分と連続して設けられ、かつ前記側面の前記周方向に沿って延在する第４部分とを含み、
前記第２抵抗ヒータの平均温度が２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度において、前記第２抵抗ヒータの最高温度と最低温度との差が１００℃以下となるように前記第２抵抗ヒータが構成されており、
前記第１部分は、前記第３部分に対面する第１面と、前記第１面と反対の第２面とを有し、
前記第３部分は、前記第１面と対面する第３面と、前記第３面と反対側の第４面とを有し、
前記第２部分は、前記第１面と前記第３面との間に位置する第５面と、前記第５面と反対側の第６面とを有しており、
前記周方向における前記第２面と前記第４面との距離をａとし、
前記周方向における前記第１面と前記第３面との距離をｂとし、
前記頂面から前記底面に向かう方向における前記第５面と前記第６面との最短距離をｃとし、かつ
前記側面に対して垂直な方向に沿って見た場合における前記第５面の曲率半径をｒとしたときに、
ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２であり、
前記第２抵抗ヒータは炭素により構成されており、
前記炭素の密度は、１．７ｇ／ｃｍ3以上１．９ｇ／ｃｍ3以下であり、かつ
前記炭素の抵抗率は、１２００μΩ・ｃｍ以上であり、
前記頂面から前記底面に向かう方向に沿って見た場合、前記第１抵抗ヒータは、旋回するにつれて中心から遠ざかる２つの曲線が前記中心で合流する形状を有する、炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項５】
頂面と、前記頂面と反対側の底面と、前記頂面と前記底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、
前記底面に対面して設けられた第１抵抗ヒータと、
前記側面を取り囲むように構成された第２抵抗ヒータと、
前記坩堝の内部に設けられた原料と、
前記坩堝の内部において前記原料と対面して設けられた種結晶とを準備する工程と、
前記第２抵抗ヒータによって前記原料を昇華させることにより、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる工程とを備え、
前記第２抵抗ヒータは、前記頂面から前記底面に向かう方向に沿って延在する第１部分と、前記底面側において前記第１部分と連続して設けられ、かつ前記側面の周方向に沿って延在する第２部分と、前記第２部分と連続して設けられ、かつ前記底面から前記頂面に向かう方向に沿って延在する第３部分と、前記頂面側において前記第３部分と連続して設けられ、かつ前記側面の前記周方向に沿って延在する第４部分とを含み、
前記第１部分は、前記第３部分に対面する第１面と、前記第１面と反対の第２面とを有し、
前記第３部分は、前記第１面と対面する第３面と、前記第３面と反対側の第４面とを有し、
前記第２部分は、前記第１面と前記第３面との間に位置する第５面と、前記第５面と反対側の第６面とを有しており、
前記周方向における前記第２面と前記第４面との距離をａとし、
前記周方向における前記第１面と前記第３面との距離をｂとし、
前記頂面から前記底面に向かう方向における前記第５面と前記第６面との最短距離をｃとし、かつ
前記側面に対して垂直な方向に沿って見た場合における前記第５面の曲率半径をｒとしたときに、
ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２であり、
前記頂面から前記底面に向かう方向に沿って見た場合、前記第１抵抗ヒータは、旋回するにつれて中心から遠ざかる２つの曲線が前記中心で合流する形状を有しており、
前記炭化珪素単結晶を成長させる工程において、前記第２抵抗ヒータの最高温度と最低温度との差が１００℃以下に維持される、炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記炭化珪素単結晶を成長させる工程において、前記第２抵抗ヒータの平均温度は２０００℃以上２４００℃以下に維持される、請求項５に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記坩堝を収容するチャンバを準備する工程をさらに備え、
前記炭化珪素単結晶を成長させる工程において、前記チャンバ内の圧力は０．５ｋＰａ以上２ｋＰａ以下に維持される、請求項５または請求項６に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項８】
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられ、かつ頂面と、前記頂面と反対側の底面と、前記頂面と前記底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、
前記底面に対面して設けられた第１抵抗ヒータと、
前記チャンバの内部に設けられ、かつ前記側面を取り囲むように構成された第２抵抗ヒータと、
前記坩堝の内部に設けられた原料と、
前記坩堝の内部において前記原料と対面して設けられた種結晶とを準備する工程と、
前記第２抵抗ヒータによって前記原料を昇華させることにより、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる工程とを備え、
前記第２抵抗ヒータは、前記頂面から前記底面に向かう方向に沿って延在する第１部分と、前記底面側において前記第１部分と連続して設けられ、かつ前記側面の周方向に沿って延在する第２部分と、前記第２部分と連続して設けられ、かつ前記底面から前記頂面に向かう方向に沿って延在する第３部分と、前記頂面側において前記第３部分と連続して設けられ、かつ前記側面の前記周方向に沿って延在する第４部分とを含み、
前記第１部分は、前記第３部分に対面する第１面と、前記第１面と反対の第２面とを有し、
前記第３部分は、前記第１面と対面する第３面と、前記第３面と反対側の第４面とを有し、
前記第２部分は、前記第１面と前記第３面との間に位置する第５面と、前記第５面と反対側の第６面とを有しており、
前記周方向における前記第２面と前記第４面との距離をａとし、
前記周方向における前記第１面と前記第３面との距離をｂとし、
前記頂面から前記底面に向かう方向における前記第５面と前記第６面との最短距離をｃとし、かつ
前記側面に対して垂直な方向に沿って見た場合における前記第５面の曲率半径をｒとしたときに、
ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２であり、
前記頂面から前記底面に向かう方向に沿って見た場合、前記第１抵抗ヒータは、旋回するにつれて中心から遠ざかる２つの曲線が前記中心で合流する形状を有しており、
前記炭化珪素単結晶を成長させる工程において、
前記第２抵抗ヒータの平均温度は２０００℃以上２４００℃以下であり、かつ前記第２抵抗ヒータの最高温度および最低温度の差が１００℃以下に維持され、かつ
前記チャンバ内の圧力は０．５ｋＰａ以上２ｋＰａ以下に維持される、炭化珪素単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素単結晶の製造装置および炭化珪素単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化などを可能とするため、半導体装置を構成する材料としての炭化珪素の採用が進められている。
【０００３】
特表２０１２−５１０９５１号公報（特許文献１）には、黒鉛製の坩堝を用いて昇華法により炭化珪素単結晶を製造する方法が記載されている。当該坩堝の上側および下側の各々には抵抗ヒータが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１２−５１０９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様の目的は、結晶品質を向上可能な炭化珪素単結晶の製造装置および炭化珪素単結晶の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝と、抵抗ヒータとを備えている。坩堝は、頂面と、頂面と反対側の底面と、頂面と底面との間に位置する筒状の側面とを有する。抵抗ヒータは、側面を取り囲むように構成されている。抵抗ヒータは、頂面から底面に向かう方向に沿って延在する第１部分と、底面側において第１部分と連続して設けられ、かつ側面の周方向に沿って延在する第２部分と、第２部分と連続して設けられ、かつ底面から頂面に向かう方向に沿って延在する第３部分と、頂面側において第３部分と連続して設けられ、かつ側面の周方向に沿って延在する第４部分とを含む。抵抗ヒータの平均温度が２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度において、抵抗ヒータの最高温度と最低温度との差が１００℃以下となるように抵抗ヒータが構成されている。
【０００７】
本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝と、抵抗ヒータとを備えている。坩堝は、頂面と、頂面と反対側の底面と、頂面と底面との間に位置する筒状の側面とを有する。抵抗ヒータは、側面を取り囲むように構成されている。抵抗ヒータは、頂面から底面に向かう方向に沿って延在する第１部分と、底面側において第１部分と連続して設けられ、かつ側面の周方向に沿って延在する第２部分と、第２部分と連続して設けられ、かつ底面から頂面に向かう方向に沿って延在する第３部分と、頂面側において第３部分と連続して設けられ、かつ側面の周方向に沿って延在する第４部分とを含む。抵抗ヒータの平均温度が２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度において、抵抗ヒータの最高温度と最低温度との差が１００℃以下となるように抵抗ヒータが構成されている。第１部分は、第３部分に対面する第１面と、第１面と反対の第２面とを有する。第３部分は、第１面と対面する第３面と、第３面と反対側の第４面とを有する。第２部分は、第１面と第３面との間に位置する第５面と、第５面と反対側の第６面とを有する。周方向における第２面と第４面との距離をａとし、周方向における第１面と第３面との距離をｂとし、頂面から底面に向かう方向における第５面と第６面との最短距離をｃとし、かつ側面に対して垂直な方向に沿って見た場合における第５面の曲率半径をｒとしたときに、ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２である。抵抗ヒータは炭素により構成されており、炭素の密度は、１．７ｇ／ｃｍ3以上１．９ｇ／ｃｍ3以下であり、かつ炭素の抵抗率は、１２００μΩ・ｃｍ以上である。
【０００８】
本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法は以下の工程を備えている。頂面と、頂面と反対側の底面と、頂面と底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、側面を取り囲むように構成された抵抗ヒータと、坩堝の内部に設けられた原料と、坩堝の内部において原料と対面して設けられた種結晶とが準備される。抵抗ヒータによって原料を昇華させることにより、種結晶上に炭化珪素単結晶が成長する。炭化珪素単結晶を成長させる工程において、抵抗ヒータの最高温度と最低温度との差が１００℃以下に維持される。
【０００９】
本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法は以下の工程を備えている。チャンバと、チャンバの内部に設けられ、かつ頂面と、頂面と反対側の底面と、頂面と底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、チャンバの内部に設けられ、かつ側面を取り囲むように構成された抵抗ヒータと、坩堝の内部に設けられた原料と、坩堝の内部において原料と対面して設けられた種結晶とが準備される。抵抗ヒータによって原料を昇華させることにより、種結晶上に炭化珪素単結晶が成長する。炭化珪素単結晶を成長させる工程において、抵抗ヒータの平均温度は２０００℃以上２４００℃以下であり、かつ抵抗ヒータの最高温度および最低温度の差が１００℃以下に維持され、かつチャンバ内の圧力は０．５ｋＰａ以上２ｋＰａ以下に維持される。
【発明の効果】
【００１０】
上記によれば、結晶品質を向上可能な炭化珪素単結晶の製造装置および炭化珪素単結晶の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成を示す縦断面模式図である。
【図２】第２抵抗ヒータおよび電極の構成を示す平面模式図である。
【図３】第２抵抗ヒータの構成を示す斜視模式図である。
【図４】周方向に沿った第２抵抗ヒータの構成を示す側面模式図である。
【図５】熱解析シミュレーションに用いられる抵抗ヒータモデルのユニット形状を示す側面模式図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視横断面模式図であり、第１抵抗ヒータおよび電極の構成を示す横断面模式図である。
【図７】図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った矢視横断面模式図であり、第３抵抗ヒータおよび電極の構成を示す横断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法を示すフロー図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第１工程を示す縦断面模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法の第２工程を示す縦断面模式図である。
【図１１】坩堝の温度と時間との関係を示す図である。
【図１２】チャンバ内の圧力と時間との関係を示す図である。
【図１３】抵抗ヒータに供給する電力をフィードバック制御する方法を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本発明の実施形態の説明］
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、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。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００１３】
昇華法により炭化珪素単結晶を成長させる場合、たとえば抵抗ヒータにより炭化珪素原料を昇華させて炭化珪素ガスを発生させ、当該炭化珪素ガスを種結晶上に再結晶させる。
【００１４】
（１）本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝と、抵抗ヒータとを備えている。坩堝は、頂面と、頂面と反対側の底面と、頂面と底面との間に位置する筒状の側面とを有する。抵抗ヒータは、側面を取り囲むように構成されている。抵抗ヒータは、頂面から底面に向かう方向に沿って延在する第１部分と、底面側において第１部分と連続して設けられ、かつ側面の周方向に沿って延在する第２部分と、第２部分と連続して設けられ、かつ底面から頂面に向かう方向に沿って延在する第３部分と、頂面側において第３部分と連続して設けられ、かつ側面の周方向に沿って延在する第４部分とを含む。抵抗ヒータの平均温度が２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度において、抵抗ヒータの最高温度と最低温度との差が１００℃以下となるように抵抗ヒータが構成されている。これにより、炭化珪素単結晶の結晶品質を向上することができる。
【００１５】
（２）上記（１）に係る炭化珪素単結晶の製造装置において好ましくは、第１部分は、第３部分に対面する第１面と、第１面と反対の第２面とを有する。第３部分は、第１面と対面する第３面と、第３面と反対側の第４面とを有する。第２部分は、第１面と第３面との間に位置する第５面と、第５面と反対側の第６面とを有する。周方向における第２面と第４面との距離をａとし、周方向における第１面と第３面との距離をｂとし、頂面から底面に向かう方向における第５面と第６面との最短距離をｃとし、かつ側面に対して垂直な方向に沿って見た場合における第５面の曲率半径をｒとしたときに、ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２である。これにより、局所的に抵抗ヒータの温度が上昇することを抑制することができる。
【００１６】
（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素単結晶の製造装置において好ましくは、抵抗ヒータは炭素により構成されており、炭素の密度は、１．７ｇ／ｃｍ3以上１．９ｇ／ｃｍ3以下である。
【００１７】
（４）上記（１）または（２）に係る炭化珪素単結晶の製造装置において好ましくは、抵抗ヒータは炭素により構成されており、炭素の抵抗率は、１２００μΩ・ｃｍ以上である。
【００１８】
（５）本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝と、抵抗ヒータとを備えている。坩堝は、頂面と、頂面と反対側の底面と、頂面と底面との間に位置する筒状の側面とを有する。抵抗ヒータは、側面を取り囲むように構成されている。抵抗ヒータは、頂面から底面に向かう方向に沿って延在する第１部分と、底面側において第１部分と連続して設けられ、かつ側面の周方向に沿って延在する第２部分と、第２部分と連続して設けられ、かつ底面から頂面に向かう方向に沿って延在する第３部分と、頂面側において第３部分と連続して設けられ、かつ側面の周方向に沿って延在する第４部分とを含む。抵抗ヒータの平均温度が２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度において、抵抗ヒータの最高温度と最低温度との差が１００℃以下となるように抵抗ヒータが構成されている。第１部分は、第３部分に対面する第１面と、第１面と反対の第２面とを有する。第３部分は、第１面と対面する第３面と、第３面と反対側の第４面とを有する。第２部分は、第１面と第３面との間に位置する第５面と、第５面と反対側の第６面とを有する。周方向における第２面と第４面との距離をａとし、周方向における第１面と第３面との距離をｂとし、頂面から底面に向かう方向における第５面と第６面との最短距離をｃとし、かつ側面に対して垂直な方向に沿って見た場合における第５面の曲率半径をｒとしたときに、ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２である。抵抗ヒータは炭素により構成されており、炭素の密度は、１．７ｇ／ｃｍ3以上１．９ｇ／ｃｍ3以下であり、かつ炭素の抵抗率は、１２００μΩ・ｃｍ以上である。これにより、炭化珪素単結晶の結晶品質を向上することができる。
【００１９】
（６）本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法は以下の工程を備えている。頂面と、頂面と反対側の底面と、頂面と底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、側面を取り囲むように構成された抵抗ヒータと、坩堝の内部に設けられた原料と、坩堝の内部において原料と対面して設けられた種結晶とが準備される。抵抗ヒータによって原料を昇華させることにより、種結晶上に炭化珪素単結晶が成長する。炭化珪素単結晶を成長させる工程において、抵抗ヒータの最高温度と最低温度との差が１００℃以下に維持される。これにより、炭化珪素単結晶の結晶品質を向上することができる。
【００２０】
（７）上記（６）に係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、炭化珪素単結晶を成長させる工程において、抵抗ヒータの平均温度は２０００℃以上２４００℃以下に維持される。
【００２１】
（８）上記（６）または（７）に係る炭化珪素単結晶の製造方法において好ましくは、坩堝を収容するチャンバを準備する工程をさらに備える。炭化珪素単結晶を成長させる工程において、チャンバ内の圧力は０．５ｋＰａ以上２ｋＰａ以下に維持される。
【００２２】
（９）本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法は以下の工程を備えている。チャンバと、チャンバの内部に設けられ、かつ頂面と、頂面と反対側の底面と、頂面と底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、チャンバの内部に設けられ、かつ側面を取り囲むように構成された抵抗ヒータと、坩堝の内部に設けられた原料と、坩堝の内部において原料と対面して設けられた種結晶とが準備される。抵抗ヒータによって原料を昇華させることにより、種結晶上に炭化珪素単結晶が成長する。炭化珪素単結晶を成長させる工程において、抵抗ヒータの平均温度は２０００℃以上２４００℃以下であり、かつ抵抗ヒータの最高温度および最低温度の差が１００℃以下に維持され、かつチャンバ内の圧力は０．５ｋＰａ以上２ｋＰａ以下に維持される。これにより、炭化珪素単結晶の結晶品質を向上することができる。
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００の構成について説明する。
【００２３】
図１に示されるように、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００は、昇華法によって炭化珪素単結晶を製造するための装置であって、坩堝５と、第１抵抗ヒータ１と、第２抵抗ヒータ１０と、第３抵抗ヒータ３と、チャンバ６と、下部放射温度計９ａと、側部放射温度計９ｂと、上部放射温度計９ｃとを主に有している。第１抵抗ヒータ１、第２抵抗ヒータ２および第３抵抗ヒータ３の各々と、チャンバ６との間に断熱材が設けられていてもよい。坩堝５は、頂面５ａ１と、頂面５ａ１と反対側の底面５ｂ２と、頂面５ａ１と底面５ｂ２との間に位置する筒状の側面５ｂ１とを有する。側面５ｂ１は、たとえば円筒形状を有する。坩堝５は、種結晶１１を保持可能に構成された台座５ａと、炭化珪素原料１２を収容可能に構成された収容部５ｂとを有する。台座５ａは、種結晶１１の裏面１１ａと接する種結晶保持面５ａ２と、種結晶保持面５ａ２と反対側の頂面５ａ１とを有する。台座５ａが頂面５ａ１を構成する。収容部５ｂは、底面５ｂ２を構成する。側面５ｂ１は、台座５ａと収容部５ｂとにより構成されている。坩堝５内において、炭化珪素原料１２を昇華させ、種結晶１１の表面１１ｂ上に再結晶させることにより、炭化珪素単結晶が種結晶１１の表面１１ｂ上に成長する。つまり、炭化珪素単結晶は昇華法によって製造可能に構成されている。
【００２４】
第１抵抗ヒータ１、第２抵抗ヒータ１０および第３抵抗ヒータ３の各々は、坩堝５の外部に設けられている。第１抵抗ヒータ１は、坩堝５の底面５ｂ２に対面して設けられている。第１抵抗ヒータ１は、底面５ｂ２から離間している。第１抵抗ヒータ１は、底面５ｂ２と対面する上面１ａと、上面１ａと反対側の下面１ｂとを有する。第２抵抗ヒータ１０は、側面５ｂ１を取り囲むように構成されている。第２抵抗ヒータ１０は、側面５ｂ１から離間している。第２抵抗ヒータは、底面５ｂ２から頂面５ａ１に向かう方向において、頂面５ａ１側に位置する第１０面４ｘ１と、底面５ｂ２側に位置する第６面２ｘ２と、側面５ｂ１に対面する内周面１０ａと、内周面１０ａとは反対側の外周面１０ｂとを含む。好ましくは、第２抵抗ヒータ１０の第６面２ｘ２は、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向において、底面５ｂ２と頂面５ａ１との間に位置する。第３抵抗ヒータ３は、頂面５ａ１に対面して設けられている。第３抵抗ヒータ３は、頂面５ａ１から離間している。
【００２５】
下部放射温度計９ａは、チャンバ６の外部において坩堝５の底面５ｂ２に対面する位置に設けられており、窓６ａを通して底面５ｂ２の温度を測定可能に構成されている。下部放射温度計９ａは、第１抵抗ヒータ１に対面する位置に設けられており、第１抵抗ヒータ１の温度を測定可能に構成されていてもよい。側部放射温度計９ｂは、チャンバ６の外部において側面５ｂ１に対面する位置に設けられており、窓６ｂを通して側面５ｂ１の温度を測定可能に構成されている。側部放射温度計９ｂは、第２抵抗ヒータ１０に対面する位置に設けられており、第２抵抗ヒータ１０の温度を測定可能に構成されていてもよい。上部放射温度計９ｃは、チャンバ６の外部において頂面５ａ１に対面する位置に設けられており、窓６ｃを通して頂面５ａ１の温度を測定可能に構成されている。上部放射温度計９ｃは、第３抵抗ヒータ３に対面する位置に設けられており、第３抵抗ヒータ３の温度を測定可能に構成されていてもよい。
【００２６】
放射温度計９ａ、９ｂ、９ｃとして、たとえば株式会社チノー製のパイロメータ（型番：ＩＲ−ＣＡＨ８ＴＮ６）が使用可能である。パイロメータの測定波長は、たとえば１．５５μｍおよび０．９μｍである。パイロメータの放射率設定値は、たとえば０．９である。パイロメータの距離係数は、たとえば３００である。パイロメータの測定径は、測定距離を距離係数で除することにより求められる。たとえば測定距離が９００ｍｍの場合、測定径は３ｍｍである。
【００２７】
図２に示されるように、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って見た場合、第２抵抗ヒータ１０は、側面５ｂ１を取り囲むように設けられ、リング形状を有している。第２抵抗ヒータ１０の外周面１０ｂに接して一組の電極７が設けられている。頂面５ａ１に対して垂直な方向に沿って見た場合、一組の電極７と、頂面５ａ１とは、一直線上に設けられていてもよい。一組の電極７には第２電源７ａが接続されている。第２電源７ａは、第２抵抗ヒータ１０に電力を供給可能に構成されている。好ましくは、第２抵抗ヒータ１０は、並列回路を構成する。
【００２８】
図１、図３および図４に示されるように、第２抵抗ヒータ１０は、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って延在する第１部分１ｘと、底面５ｂ２側において第１部分１ｘと連続して設けられ、かつ側面５ｂ１の周方向に沿って延在する第２部分２ｘと、第２部分２ｘと連続して設けられ、かつ底面５ｂ２から頂面５ａ１に向かう方向に沿って延在する第３部分３ｘと、頂面５ａ１側において第３部分３ｘと連続して設けられ、かつ側面５ｂ１の周方向に沿って延在する第４部分４ｘとを有する。第１部分１ｘと、第２部分２ｘと、第３部分３ｘと、第４部分４ｘとが、ヒータユニット１０ｘを構成する。
【００２９】
同様に、第２抵抗ヒータ１０は、頂面５ａ１側において第４部分４ｘと連続して設けられ、かつ頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って延在する第５部分１ｙと、底面５ｂ２側において第５部分１ｙと連続して設けられ、かつ側面５ｂ１の周方向に沿って延在する第６部分２ｙと、第６部分２ｙと連続して設けられ、かつ底面５ｂ２から頂面５ａ１に向かう方向に沿って延在する第７部分３ｙと、頂面５ａ１側において第７部分３ｙと連続して設けられ、かつ側面５ｂ１の周方向に沿って延在する第８部分４ｙとを有する。第５部分１ｙと、第６部分２ｙと、第７部分３ｙと、第８部分４ｙとが、ヒータユニット１０ｙを構成する。第２抵抗ヒータ１０は、複数のヒータユニット１０ｘ、１０ｙが連続して設けられて環状に構成されている。
【００３０】
第２抵抗ヒータ１０の第１部分１ｘは、第３部分３ｘに対面する第１面１ｘ１と、第１面１ｘ１と反対の第２面１ｘ２とを有する。第３部分３ｘは、第１面１ｘ１と対面する第３面３ｘ１と、第３面３ｘ１と反対側の第４面３ｘ２とを有する。第２部分２ｘは、第１面１ｘ１と第３面３ｘ１との間に位置する第５面２ｘ１と、第５面２ｘ１と反対側の第６面２ｘ２とを有する。第５面２ｘ１は、第１面１ｘ１と第３面３ｘ１とを繋ぐように設けられている。周方向における第２面１ｘ２と第４面３ｘ２との距離をａとし、周方向における第１面１ｘ１と第３面３ｘ１との距離をｂとし、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向における第５面２ｘ１と第６面２ｘ２との最短距離をｃとし、かつ側面５ｂ１に対して垂直な方向に沿って見た場合における第５面２ｘ１の曲率半径をｒとしたときに、ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２であることが好ましい。距離ａは、たとえば５０ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。距離ｂは、たとえば１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。最短距離ｃは、たとえば１５ｍｍ以上２５ｍｍ以下である。曲率半径ｒは、たとえば５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００３１】
第２抵抗ヒータ１０の第５部分１ｙは、第３部分３ｘに対面する第７面１ｙ２と、第７面１ｙ２と反対側の第８面１ｙ１とを有する。第４部分４ｘは、第４面３ｘ２と第７面１ｙ２との間に位置する第９面４ｘ２と、第９面４ｘ２と反対側の第１０面４ｘ１とを有する。第９面４ｘ２は、第４面３ｘ２と第７面１ｙ２とを繋ぐように設けられている。周方向における第２面１ｘ２と第４面３ｘ２との距離は、周方向における第３面３ｘ１と第８面１ｙ１との距離とほぼ同じである。周方向における第１面１ｘ１と第３面３ｘ１との距離は、周方向における第４面３ｘ２と第７面１ｙ２との距離とほぼ同じである。頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向における第５面２ｘ１と第６面２ｘ２との最短距離は、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向における第９面４ｘ２と第１０面４ｘ１との最短距離とほぼ同じである。側面５ｂ１に対して垂直な方向に沿って見た場合における第５面２ｘ１の曲率半径は、側面５ｂ１に対して垂直な方向に沿って見た場合における第９面４ｘ２の曲率半径とほぼ同じである。
【００３２】
第５面２ｘ１および第９面４ｘ２の各々は曲面である。側面５ｂ１に対して垂直な方向に沿って見た場合、第５面２ｘ１および第９面４ｘ２の各々はたとえば半円である。頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向における第５面２ｘ１と第６面２ｘ２との距離は、周方向における第１部分１ｘと第３部分３ｘとの中間位置付近において最小となる。同様に、頂面から底面に向かう方向における第９面４ｘ２と第１０面４ｘ１との距離は、周方向における第３部分３ｘと第５部分１ｙとの中間位置付近において最小となる。
【００３３】
第２抵抗ヒータ１０の平均温度が２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度において、第２抵抗ヒータ１０の最高温度と最低温度との差が１００℃以下となるように第２抵抗ヒータ１０が構成されている。つまり、ある時点において第２抵抗ヒータ１０の平均温度が２０００℃以上２４００℃以下になっており、その時点における第２抵抗ヒータ１０の温度分布における最高温度と最低温度との差が１００℃以下となっている。好ましくは、第２抵抗ヒータ１０の最高温度と最低温度との差は、９５℃以下であり、より好ましくは９０℃以下であり、さらに好ましくは８５℃以下である、さらに好ましくは８０℃以下である。第２抵抗ヒータ１０の最高温度および最低温度は、たとえば熱解析シミュレーションにより求めることができる。熱解析シミュレーションに用いられる熱解析プログラムとして、たとえば株式会社ＩＤＡＪ製のＳＴＡＲ−ＣＣＭ＋（登録商標）を使用することができる。図５に示されるように、たとえばヒータユニット１０ｘの形状モデルを作製し、当該モデルが複数のメッシュ領域Ｍに分割される。メッシュ領域Ｍのサイズは、たとえば０．５ｍｍである。第２抵抗ヒータ１０の最高温度は、当該モデルを構成する全てのメッシュ領域Ｍの中で最高の温度となる領域の温度として求められる。同様に、第２抵抗ヒータ１０の最低温度は、当該モデルを構成する全てのメッシュ領域Ｍの中で最低の温度となる領域の温度として求められる。第２抵抗ヒータ１０の平均温度は、当該モデルを構成する全てのメッシュ領域Ｍの平均の温度として求められる。
【００３４】
上記の熱解析プログラムを用いて複数のメッシュ領域Ｍの各々の温度が計算される。熱解析シミュレーションの結果、第２部分２ｘの第５面２ｘ１を含む領域および第４部分４ｘの第９面４ｘ２を含む領域における温度は、平均温度よりも高くなる傾向があることが分かった。そこで、第２部分２ｘの第５面２ｘ１および第４部分４ｘの第９面４ｘ２を曲面とすることにより、第２部分２ｘの第５面２ｘ１および第４部分４ｘの第９面４ｘ２の温度が高くなることを抑制することができる。好ましくは、第５面２ｘ１および第９面４ｘ２の各々の曲率半径ｒは、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。
【００３５】
好ましくは、第２抵抗ヒータ１０は炭素により構成されている。炭素の密度は、たとえば１．６ｇ／ｃｍ3以上２．０ｇ／ｃｍ3以下であり、好ましくは１．７ｇ／ｃｍ3以上１．９ｇ／ｃｍ3以下である。炭素の抵抗率は、たとえば、１１００μΩ・ｃｍ以上１８００μΩ・ｃｍ以下であり、好ましくは１２００μΩ・ｃｍ以上１７００μΩ・ｃｍ以下である。
【００３６】
図６に示されるように、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って見た場合、第１抵抗ヒータ１は、旋回するにつれて中心から遠ざかる２つの曲線が当該中心で合流する形状を有する。好ましくは、第１抵抗ヒータ１は、フェルマーの螺旋形状を有する。第１抵抗ヒータ１の両端に一組の電極８が接続されている。一組の電極８には第１電源８ａが接続されている。第１電源８ａは、第１抵抗ヒータ１に電力を供給可能に構成されている。底面５ｂ２に対して平行な方向に沿って見た場合、第１抵抗ヒータ１の幅Ｗ１は、坩堝５の内部の幅Ｗ２（図１参照）よりも大きく、好ましくは、底面５ｂ２の幅よりも大きい。第１抵抗ヒータ１の幅Ｗ１は、電極８を含まないように計測される。
【００３７】
図７に示されるように、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って見た場合、第３抵抗ヒータ３は、旋回するにつれて中心から遠ざかる２つの曲線が当該中心で合流する形状を有する。好ましくは、第３抵抗ヒータ３は、フェルマーの螺旋形状を有する。第３抵抗ヒータ３の両端に一組の電極１４が接続されている。一組の電極１４には第３電源１４ａが接続されている。第３電源１４ａは、第３抵抗ヒータ３に電力を供給可能に構成されている。頂面５ａ１に対して平行な方向に沿って見た場合、第３抵抗ヒータ３の幅は、頂面５ａ１の幅よりも小さい。第３抵抗ヒータ３の幅は、電極１４を含まないように計測される。
【００３８】
なお、坩堝５、断熱材、第１抵抗ヒータ１、第２抵抗ヒータ１０および第３抵抗ヒータ３の各々は、たとえば炭素により構成されており、好ましくは黒鉛により構成されている。炭素（黒鉛）には、製造上混入する不純物が含まれていてもよい。電極７、８、１４の各々は、たとえば炭素（好ましくは黒鉛）により構成されていてもよいし、銅などの金属により構成されていてもよい。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。
まず、炭化珪素単結晶の製造装置を準備する工程（Ｓ１０：図８）が実施される。たとえば上述した炭化珪素単結晶の製造装置１００が準備される。これにより、チャンバ６と、チャンバ６の内部に設けられ、かつ頂面５ａ１と、頂面５ａ１と反対側の底面５ｂ２と、頂面５ａ１と底面５ｂ２との間に位置する筒状の側面５ｂ１とを有する坩堝５と、チャンバ６の内部に設けられ、かつ側面５ｂ１を取り囲むように構成された第２抵抗ヒータ１０とが準備される（図１参照）。
【００４０】
次に、炭化珪素原料および種結晶を準備する工程（Ｓ２０：図８）が実施される。具体的には、図９に示されるように、種結晶１１および炭化珪素原料１２が坩堝５の内部に配置される。炭化珪素原料１２は、坩堝５の収容部５ｂ内に設けられる。炭化珪素原料１２は、たとえば多結晶炭化珪素の粉末である。種結晶１１は、たとえば接着剤を用いて台座５ａの種結晶保持面５ａ２に固定される。種結晶１１は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素の基板である。種結晶１１は、台座５ａの種結晶保持面５ａ２に固定される裏面１１ａと、裏面１１ａと反対側の表面１１ｂとを有する。種結晶１１の表面１１ｂの直径は、たとえば１００ｍｍ以上であり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。種結晶１１の表面１１ｂは、たとえば｛０００１｝面から８°以下程度オフした面である。種結晶１１は、種結晶１１の表面１１ｂが、炭化珪素原料１２の表面１２ａに対面するように配置される。以上のようにして、坩堝５の内部に設けられた炭化珪素原料１２と、坩堝５の内部において炭化珪素原料１２と対面して設けられた種結晶１１とが準備される。
【００４１】
次に、炭化珪素単結晶を成長させる工程（Ｓ３０：図８）が実施される。具体的には、第１抵抗ヒータ１、第２抵抗ヒータ１０および第３抵抗ヒータ３を用いて坩堝５が加熱される。図１１に示されるように、時間Ｔ０において温度Ａ２であった坩堝５が時間Ｔ１において温度Ａ１にまで加熱される。温度Ａ２はたとえば室温である。温度Ａ１はたとえば２０００℃以上２４００℃以下の温度である。底面５ｂ２から頂面５ａ１に向かって温度が低くなるように、炭化珪素原料１２および種結晶１１の双方が加熱される。時間Ｔ１から時間Ｔ６まで、坩堝５が温度Ａ１に維持される。図１２に示されるように、時間Ｔ０から時間Ｔ２までチャンバ６内は、圧力Ｐ１に維持される。圧力Ｐ１は、たとえば大気圧である。チャンバ６内の雰囲気ガスは、たとえばアルゴンガス、ヘリウムガスまたは窒素ガスなどの不活性ガスである。
【００４２】
時間Ｔ２において、チャンバ６内の圧力が圧力Ｐ１から圧力Ｐ２にまで低減される。圧力Ｐ２は、たとえば０．５ｋＰａ以上２ｋＰａ以下である。時間Ｔ３から時間Ｔ４までチャンバ６内の圧力が圧力Ｐ２に維持される。時間Ｔ２から時間Ｔ３の間において、炭化珪素原料１２が昇華し始める。昇華した炭化珪素は、種結晶１１の表面１１ｂ上に再結晶する。時間Ｔ３から時間Ｔ４までチャンバ６内が圧力Ｐ２に維持される。時間Ｔ３から時間Ｔ４の間、炭化珪素原料１２が昇華し続け、種結晶１１の表面１１ｂ上に炭化珪素単結晶２０（図１０参照）が成長する。つまり、第１抵抗ヒータ１、第２抵抗ヒータ１０および第３抵抗ヒータ３によって炭化珪素原料１２を昇華させることにより、種結晶１１の表面１１ｂ上に炭化珪素単結晶２０が成長する。炭化珪素単結晶を成長させる工程において、第２抵抗ヒータ１０の最高温度および最低温度の差が１００℃以下に維持される。好ましくは、時間Ｔ２および時間Ｔ５の間、第２抵抗ヒータ１０の最高温度および最低温度の差が１００℃以下に維持され、より好ましくは、時間Ｔ３および時間Ｔ４の間、第２抵抗ヒータ１０の最高温度および最低温度の差が１００℃以下に維持される。好ましくは、第２抵抗ヒータ１０の最高温度と最低温度との差は、９５℃以下に維持され、より好ましくは９０℃以下に維持され、さらに好ましくは８５℃以下に維持され、さらに好ましくは８０℃以下に維持される。好ましくは、炭化珪素単結晶を成長させる工程において、第２抵抗ヒータ１０の平均温度は２０００℃以上２４００℃以下であり、かつ第２抵抗ヒータ１０の最高温度および最低温度の差が１００℃以下に維持され、チャンバ内の圧力は０．５ｋＰａ以上２ｋＰａ以下に維持される。なお、炭化珪素単結晶を成長させる工程において、第２抵抗ヒータ１０の平均温度は２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度であればよく、第２抵抗ヒータ１０の温度は変動してもよい。
【００４３】
炭化珪素単結晶を成長させる工程において、炭化珪素原料１２は、炭化珪素が昇華する温度に維持され、かつ種結晶１１は、炭化珪素が再結晶する温度に維持される。具体的には、炭化珪素原料１２および種結晶１１の各々の温度は、たとえば以下のように制御される。下部放射温度計９ａを用いて坩堝５の底面５ｂ２の温度が測定される。図１３に示すように、下部放射温度計９ａによって測定された底面５ｂ２の温度は、制御部に送られる。制御部において、底面５ｂ２の温度が、所望の温度と比較される。底面５ｂ２の温度が所望の温度よりも高い場合、たとえば第１電源８ａ（図６参照）に対して、第１抵抗ヒータ１に供給する電力を減らすように指令を出す。反対に、底面５ｂ２の温度が所望の温度よりも低い場合、たとえば第１電源８ａ（図６参照）に対して、第１抵抗ヒータ１に供給する電力を増やすように指令を出す。つまり、第１電源８ａは、制御部からの指令に基づいて、第１抵抗ヒータ１に対して電力を供給する。以上のように、下部放射温度計９ａにより測定された底面５ｂ２の温度に基づいて、第１抵抗ヒータ１に供給する電力が決定されることにより、底面５ｂ２の温度が所望の温度に制御される。代替的に、下部放射温度計９ａにより測定された第１抵抗ヒータ１の温度に基づいて、第１抵抗ヒータ１に供給する電力が決定されることにより、底面５ｂ２の温度が所望の温度に制御されてもよい。さらに、第１抵抗ヒータ１および底面５ｂ２の双方の温度に基づいて、第１抵抗ヒータ１に供給する電力が決定されることにより、底面５ｂ２の温度が所望の温度に制御されてもよい。
【００４４】
同様に、側部放射温度計９ｂにより測定された側面５ｂ１の温度に基づいて、第２抵抗ヒータ１０に供給する電力が決定されることにより、側面５ｂ１の温度が所望の温度に制御される。代替的に、側部放射温度計９ｂにより測定された第２抵抗ヒータ１０の温度に基づいて、第２抵抗ヒータ１０に供給する電力が決定されることにより、側面５ｂ１の温度が所望の温度に制御されてもよい。さらに、第２抵抗ヒータ１０および側面５ｂ１の双方の温度に基づいて、第２抵抗ヒータ１０に供給する電力が決定されることにより、側面５ｂ１の温度が所望の温度に制御されてもよい。
【００４５】
同様に、上部放射温度計９ｃにより測定された頂面５ａ１の温度に基づいて、第３抵抗ヒータ３に供給する電力が決定されることにより、頂面５ａ１の温度が所望の温度に制御される。代替的に、上部放射温度計９ｃにより測定された第３抵抗ヒータ３の温度に基づいて、第３抵抗ヒータ３に供給する電力が決定されることにより、頂面５ａ１の温度が所望の温度に制御されてもよい。さらに、第３抵抗ヒータ３および頂面５ａ１の双方の温度に基づいて、第３抵抗ヒータ３に供給する電力が決定されることにより、頂面５ａ１の温度が所望の温度に制御されてもよい。
【００４６】
次に、時間Ｔ４から時間Ｔ５にかけて、チャンバ６内の圧力が圧力Ｐ２から圧力Ｐ１に上昇する（図１２参照）。チャンバ６内の圧力が上昇することにより、炭化珪素原料１２の昇華が抑制される。これにより、炭化珪素単結晶を成長させる工程が実質的に終了する。時間Ｔ６において坩堝５の加熱を停止し、坩堝５を冷却する。坩堝５の温度が室温付近になった後、坩堝５から炭化珪素単結晶２０が取り出される。
【００４７】
次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置および製造方法の作用効果について説明する。
【００４８】
本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００は、坩堝５と、抵抗ヒータ１０とを有している。坩堝５は、頂面５ａ１と、頂面５ａ１と反対側の底面５ｂ２と、頂面５ａ１と底面５ｂ２との間に位置する筒状の側面５ｂ１とを有する。抵抗ヒータ１０は、側面５ｂ１を取り囲むように構成されている。抵抗ヒータ１０は、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って延在する第１部分１ｘと、底面５ｂ２側において第１部分１ｘと連続して設けられ、かつ側面５ｂ１の周方向に沿って延在する第２部分２ｘと、第２部分２ｘと連続して設けられ、かつ底面５ｂ２から頂面５ａ１に向かう方向に沿って延在する第３部分３ｘと、頂面５ａ１側において第３部分３ｘと連続して設けられ、かつ側面５ｂ１の周方向に沿って延在する第４部分４ｘとを含む。抵抗ヒータ１０の平均温度が２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度において、抵抗ヒータ１０の最高温度と最低温度との差が１００℃以下となるように抵抗ヒータ１０が構成されている。これにより、炭化珪素単結晶２０の結晶品質を向上することができる。
【００４９】
また本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００によれば、第１部分１ｘは、第３部分３ｘに対面する第１面１ｘ１と、第１面１ｘ１と反対の第２面１ｘ２とを有する。第３部分３ｘは、第１面１ｘ１と対面する第３面３ｘ１と、第３面３ｘ１と反対側の第４面３ｘ２とを有する。第２部分２ｘは、第１面１ｘ１と第３面３ｘ１との間に位置する第５面２ｘ１と、第５面２ｘ１と反対側の第６面２ｘ２とを有する。周方向における第２面１ｘ２と第４面３ｘ２との距離をａとし、周方向における第１面１ｘ１と第３面３ｘ１との距離をｂとし、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向における第５面２ｘ１と第６面２ｘ２との最短距離をｃとし、かつ側面５ｂ１に対して垂直な方向に沿って見た場合における第５面２ｘ１の曲率半径をｒとしたときに、ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２である。これにより、局所的に抵抗ヒータ１０の温度が上昇することを抑制することができる。
【００５０】
さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００によれば、抵抗ヒータ１０は炭素により構成されており、炭素の密度は、１．７ｇ／ｃｍ3以上１．９ｇ／ｃｍ3以下である。
【００５１】
さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００によれば、抵抗ヒータ１０は炭素により構成されており、炭素の抵抗率は、１２００μΩ・ｃｍ以上である。
【００５２】
本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００は、坩堝５と、抵抗ヒータ１０とを有している。坩堝５は、頂面５ａ１と、頂面５ａ１と反対側の底面５ｂ２と、頂面５ａ１と底面５ｂ２との間に位置する筒状の側面５ｂ１とを有する。抵抗ヒータ１０は、側面５ｂ１を取り囲むように構成されている。抵抗ヒータ１０は、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って延在する第１部分１ｘと、底面５ｂ２側において第１部分１ｘと連続して設けられ、かつ側面５ｂ１の周方向に沿って延在する第２部分２ｘと、第２部分２ｘと連続して設けられ、かつ底面５ｂ２から頂面５ａ１に向かう方向に沿って延在する第３部分３ｘと、頂面５ａ１側において第３部分３ｘと連続して設けられ、かつ側面５ｂ１の周方向に沿って延在する第４部分４ｘとを含む。抵抗ヒータ１０の平均温度が２０００℃以上２４００℃以下の間のある温度において、抵抗ヒータ１０の最高温度と最低温度との差が１００℃以下となるように抵抗ヒータ１０が構成されている。第１部分１ｘは、第３部分３ｘに対面する第１面１ｘ１と、第１面１ｘ１と反対の第２面１ｘ２とを有する。第３部分３ｘは、第１面１ｘ１と対面する第３面３ｘ１と、第３面３ｘ１と反対側の第４面３ｘ２とを有する。第２部分２ｘは、第１面１ｘ１と第３面３ｘ１との間に位置する第５面２ｘ１と、第５面２ｘ１と反対側の第６面２ｘ２とを有する。周方向における第２面１ｘ２と第４面３ｘ２との距離をａとし、周方向における第１面１ｘ１と第３面３ｘ１との距離をｂとし、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向における第５面２ｘ１と第６面２ｘ２との最短距離をｃとし、かつ側面５ｂ１に対して垂直な方向に沿って見た場合における第５面２ｘ１の曲率半径をｒとしたときに、ａ≧３ｂであり、ｃ≧ｂであり、かつｒ≧ｂ／２である。抵抗ヒータ１０は炭素により構成されており、炭素の密度は、１．７ｇ／ｃｍ3以上１．９ｇ／ｃｍ3以下であり、かつ炭素の抵抗率は、１２００μΩ・ｃｍ以上である。これにより、炭化珪素単結晶２０の結晶品質を向上することができる。
【００５３】
本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、頂面５ａ１と、頂面５ａ１と反対側の底面５ｂ２と、頂面５ａ１と底面５ｂ２との間に位置する筒状の側面５ｂ１とを有する坩堝５と、側面５ｂ１を取り囲むように構成された抵抗ヒータ１０と、坩堝５の内部に設けられた原料１２と、坩堝５の内部において原料１２と対面して設けられた種結晶１１とが準備される。抵抗ヒータ１０によって原料１２を昇華させることにより、種結晶１１上に炭化珪素単結晶２０が成長する。炭化珪素単結晶２０を成長させる工程において、抵抗ヒータ１０の最高温度と最低温度との差が１００℃以下に維持される。これにより、炭化珪素単結晶２０の結晶品質を向上することができる。
【００５４】
また本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶２０を成長させる工程において、抵抗ヒータ１０の平均温度は２０００℃以上２４００℃以下に維持される。
【００５５】
さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、坩堝５を収容するチャンバ６を準備する工程をさらに有する。炭化珪素単結晶２０を成長させる工程において、チャンバ６内の圧力は０．５ｋＰａ以上２ｋＰａ以下に維持される。
【００５６】
さらに本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法によれば、チャンバ６と、チャンバ６の内部に設けられ、かつ頂面５ａ１と、頂面５ａ１と反対側の底面５ｂ２と、頂面５ａ１と底面５ｂ２との間に位置する筒状の側面５ｂ１とを有する坩堝５と、チャンバ６の内部に設けられ、かつ側面５ｂ１を取り囲むように構成された抵抗ヒータ１０と、坩堝５の内部に設けられた原料１２と、坩堝５の内部において原料１２と対面して設けられた種結晶１１とが準備される。抵抗ヒータ１０によって原料を昇華させることにより、種結晶１１上に炭化珪素単結晶２０が成長する。炭化珪素単結晶２０を成長させる工程において、抵抗ヒータ１０の平均温度は２０００℃以上２４００℃以下であり、かつ抵抗ヒータ１０の最高温度および最低温度の差が１００℃以下に維持され、かつチャンバ内の圧力は０．５ｋＰａ以上２ｋＰａ以下に維持される。これにより、炭化珪素単結晶２０の結晶品質を向上することができる。
【実施例】
【００５７】
まず、サンプル１〜サンプル６に係る抵抗ヒータ１０を準備した。実施例に係る抵抗ヒータ１０はサンプル１〜サンプル５であり、比較例に係る抵抗ヒータ１０はサンプル６である。サンプル１〜サンプル６に係る抵抗ヒータ１０は、第１部分１ｘと、第２部分２ｘと、第３部分３ｘと、第４部分４ｘとを含んでいる（図３および図４参照）。周方向における第１部分１ｘの第２面１ｘ２と第３部分３ｘの第４面３ｘ２との距離ａと、周方向における第１部分１ｘの第１面１ｘ１と第３部分３ｘの第３面３ｘ１との距離ｂと、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向における第２部分２ｘの第５面２ｘ１と第６面２ｘ２との最短距離ｃと、かつ側面５ｂ１に対して垂直な方向に沿って見た場合における第２部分２ｘの第５面２ｘ１の曲率半径ｒとを、表１に記載のように設計した。具体的には、サンプル１に係る抵抗ヒータ１０の距離ａを５０ｍｍとし、距離ｂを１５ｍｍとし、最短距離ｃを２０ｍｍとし、曲率半径ｒを７．５ｍｍとした。サンプル２に係る抵抗ヒータ１０の距離ａを６０ｍｍとし、距離ｂを１５ｍｍとし、最短距離ｃを２０ｍｍとし、曲率半径ｒを７．５ｍｍとした。サンプル３に係る抵抗ヒータ１０の距離ａを５０ｍｍとし、距離ｂを１０ｍｍとし、最短距離ｃを１５ｍｍとし、曲率半径ｒを５ｍｍとした。サンプル４に係る抵抗ヒータ１０の距離ａを５０ｍｍとし、距離ｂを１５ｍｍとし、最短距離ｃを２５ｍｍとし、曲率半径ｒを７．５ｍｍとした。サンプル５に係る抵抗ヒータ１０の距離ａを５０ｍｍとし、距離ｂを１５ｍｍとし、最短距離ｃを２０ｍｍとし、曲率半径ｒを１０ｍｍとした。サンプル６に係る抵抗ヒータ１０の距離ａを４０ｍｍとし、距離ｂを１５ｍｍとし、最短距離ｃを１０ｍｍとし、曲率半径ｒを４ｍｍとした。
【００５８】
次に、サンプル１〜サンプル６に係る抵抗ヒータ１０の最高温度および最低温度を熱解析シミュレーションにより計算し、抵抗ヒータ１０の最高温度と最低温度との差（温度差）を求めた。熱解析シミュレーションに用いられる熱解析プログラムとして、株式会社ＩＤＡＪ製のＳＴＡＲ−ＣＣＭ＋（登録商標）を使用した。抵抗ヒータ１０の形状モデルのメッシュ領域Ｍ（図５参照）のサイズを０．５ｍｍとした。抵抗ヒータ１０を構成する炭素の密度を１．７５ｇ／ｃｍ2とした。抵抗ヒータ１０の平均温度を２２００℃とした。側面５ｂ１に垂直な方向における抵抗ヒータ１０の厚みを１５ｍｍとした。
【００５９】
次に、サンプル１〜サンプル６に係る抵抗ヒータ１０を用いて炭化珪素単結晶２０を製造し、炭化珪素単結晶２０の結晶品質を評価した。炭化珪素単結晶の結晶品質の評価は、転位密度を測定することにより行われた。表１において、記号Ａは、転位密度が５０００ｃｍ-2未満であることを示し、記号Ｂは、転位密度が５０００ｃｍ-2以上であることを示している。
【００６０】
【表１】
0006459406.tif 000002
【００６１】
表１は、抵抗ヒータ１０の形状パラメータ（距離ａ、距離ｂ、最短距離ｃおよび曲率半径ｒ）と、抵抗ヒータ１０内の最高温度と最低温度との差（温度差）と、炭化珪素単結晶の結晶品質との関係を示している。
【００６２】
表１に示されるように、サンプル１〜５に係る抵抗ヒータ１０の温度差は１００℃以下であり、サンプル６に係る抵抗ヒータ１０の温度差は１２０℃であった。またサンプル１〜５に係る抵抗ヒータ１０を用いて製造された炭化珪素単結晶の結晶品質は良好であった。サンプル６に係る抵抗ヒータ１０を用いて製造された炭化珪素単結晶の結晶品質は、サンプル１〜５に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００で製造した炭化珪素単結晶の結晶品質よりも劣っていた。以上の結果より、抵抗ヒータ１０の温度差を１００℃以下として炭化珪素単結晶を成長させることにより、炭化珪素単結晶の結晶品質を向上可能であることが確かめられた。
【００６３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。
【符号の説明】
【００６４】
１  第１抵抗ヒータ
１ａ  上面
１ｂ  下面
１ｘ  第１部分
１ｘ１  第１面
１ｘ２  第２面
１ｙ  第５部分
１ｙ２  第７面
１ｙ１  第８面
２ｘ  第２部分
２ｘ２  第６面
２ｘ１  第５面
２ｙ  第６部分
３  第３抵抗ヒータ
３ｘ１  第３面
３ｘ２  第４面
３ｘ  第３部分
３ｙ  第７部分
４ｘ２  第９面
４ｘ  第４部分
４ｘ１  第１０面
４ｙ  第８部分
５  坩堝
５ａ１  頂面
５ａ  台座
５ａ２  種結晶保持面
５ｂ２  底面
５ｂ１  側面
５ｂ  収容部
６  チャンバ
６ａ，６ｂ，６ｃ  窓
７，８，１４  電極
７ａ  第２電源
８ａ  第１電源
９ａ  下部放射温度計（放射温度計）
９ｂ  側部放射温度計
９ｃ  上部放射温度計
１０  第２抵抗ヒータ（抵抗ヒータ）
１０ａ  内周面
１０ｂ  外周面
１０ｘ，１０ｙ  ヒータユニット
１１  種結晶
１１ａ  裏面
１１ｂ，１２ａ  表面
１２  原料（炭化珪素原料）
１４ａ  第３電源
２０  炭化珪素単結晶
１００  製造装置
Ａ１，Ａ２  温度
Ｍ  メッシュ領域
Ｐ１，Ｐ２  圧力
Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６  時間
Ｗ１，Ｗ２  幅
ａ，ｂ  距離
ｃ  最短距離
ｒ  曲率半径
【図１】
0006459406.tif 000003
【図２】
0006459406.tif 000004
【図３】
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【図４】
0006459406.tif 000006
【図５】
0006459406.tif 000007
【図６】
0006459406.tif 000008
【図７】
0006459406.tif 000009
【図８】
0006459406.tif 000010
【図９】
0006459406.tif 000011
【図１０】
0006459406.tif 000012
【図１１】
0006459406.tif 000013
【図１２】
0006459406.tif 000014
【図１３】
0006459406.tif 000015