(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、
前記第２抵抗ヒータからの輻射光の少なくとも一部が前記第１抵抗ヒータに達することを妨げるように設けられた第１仕切り部とを備え、
前記第１仕切り部は、前記第２抵抗ヒータが対面する前記側面の部分よりも外側に位置しており、
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おいて前記頂面側に位置する第１面と、前記底面側に位置する第２面とを有し、
前記第１仕切り部は、前記側面から前記坩堝の外側に突出するように設けられ、
前記底面に対して垂直な方向に沿って見た場合、前記第１仕切り部は、前記第２面の一部と重なっており、
前記第２抵抗ヒータに供給される電力が側部放射温度計により測定された前記側面および前記第２抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて前記側面の温度が一定に維持されるようにフィードバック制御され、且つ前記第１抵抗ヒータに供給される電力が下部放射温度計により測定された前記底面および前記第１抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて前記底面の温度が一定に維持されるようにフィードバック制御されるように構成されており、
前記底面に対して垂直な方向に沿って見た場合、前記第１仕切り部は、前記第１抵抗ヒータの一部と重なっている、炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記第１仕切り部は、前記側面の全周囲から前記坩堝の外側に突出するように設けられている、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項３】
前記底面に平行な方向に沿って見た場合、前記第１抵抗ヒータの幅は、前記坩堝の内部空間の幅よりも大きい、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項４】
前記第２抵抗ヒータは、前記側面に対面する第３面と、前記第３面とは反対側の第４面とを有し、
前記坩堝の内部空間から見て、前記底面に平行な方向において、前記第２抵抗ヒータの前記第４面は、前記第１仕切り部の外側端部よりも遠位に位置し、かつ前記第１仕切り部の外側端部は、前記第１抵抗ヒータの外側端部よりも遠位に位置する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項５】
前記頂面に対面して設けられた第３抵抗ヒータをさらに備える、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項６】
前記第２抵抗ヒータからの輻射光の少なくとも一部が前記第３抵抗ヒータに達することを妨げるように設けられた第２仕切り部をさらに備え、
前記第２仕切り部は、前記側面の前記部分よりも外側に位置している、請求項５に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項７】
前記第２仕切り部は、前記側面から前記坩堝の外側に突出するように設けられている、請求項６に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項８】
前記第２仕切り部は、前記側面の全周囲から前記坩堝の外側に突出するように設けられている、請求項７に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項９】
前記炭化珪素単結晶は昇華法により製造可能に構成されている、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１０】
昇華法による炭化珪素単結晶の製造装置であって、
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、
前記頂面に対面して設けられた第３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おいて、前記頂面側に位置する第１面と、前記底面側に位置する第２面と、前記側面に対面する第３面と、前記第３面とは反対側の第４面とを含み、さらに、
前記第２面側に位置し、かつ前記側面の全周囲から前記坩堝の外側に突出するように設けられた第１仕切り部と、
前記第１面側に位置し、かつ前記側面の全周囲から前記坩堝の外側に突出するように設けられた第２仕切り部とを備え、
前記坩堝の内部空間から見て、前記底面に平行な方向において、前記第２抵抗ヒータの前記第４面は、前記第１仕切り部および前記第２仕切り部の少なくとも一方の外側端部よりも遠位に位置し、かつ前記少なくとも一方の外側端部は、前記第１抵抗ヒータの外側端部よりも遠位に位置し、
前記底面に対して垂直な方向に沿って見た場合、前記第１仕切り部は、前記第２面の一部と重なっており、
前記第２抵抗ヒータに供給される電力が側部放射温度計により測定された前記側面および前記第２抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて前記側面の温度が一定に維持されるようにフィードバック制御され、且つ前記第１抵抗ヒータに供給される電力が下部放射温度計により測定された前記底面および前記第１抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて前記底面の温度が一定に維持されるようにフィードバック制御されるように構成されており、
前記底面に対して垂直な方向に沿って見た場合、前記第１仕切り部は、前記第１抵抗ヒータの一部と重なっている、炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１１】
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、
前記第２抵抗ヒータが対面する前記側面の部分よりも外側に位置している仕切り部と、
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おいて前記頂面側に位置する第１面と、前記底面側に位置する第２面とを有し、
前記仕切り部は、前記側面から前記坩堝の外側に突出するように設けられ、
前記底面に対して垂直な方向に沿って見た場合、前記仕切り部は、前記第２面の一部と重なっており、
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抵抗ヒータからの輻射光の少なくとも一部が前記第１抵抗ヒータに達することを妨げるように前記仕切り部が設けられた状態で、前記第２抵抗ヒータに供給される電力が側部放射温度計により測定された前記側面および前記第２抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて前記側面の温度が一定に維持されるようにフィードバック制御され、且つ前記第１抵抗ヒータに供給される電力が下部放射温度計により測定された前記底面および前記第１抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて前記底面の温度が一定に維持されるようにフィードバック制御され、
前記底面に対して垂直な方向に沿って見た場合、前記仕切り部は、前記第１抵抗ヒータの一部と重なっている、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、坩堝の温度の時間変動を抑制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、第１抵抗ヒータと、第２抵抗ヒータと、第１仕切り部とを備えている。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。第１抵抗ヒータは、底面に対面して設けられている。第２抵抗ヒータは、側面を取り囲むように構成されている。第１仕切り部は、第２抵抗ヒータからの輻射光の少なくとも一部が第１抵抗ヒータに達することを妨げるように設けられている。第１仕切り部は、第２抵抗ヒータが対面する側面の部分よりも外側に位置している。
【０００７】
本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、昇華法による炭化珪素単結晶の製造装置であって、坩堝と、第１抵抗ヒータと、第２抵抗ヒータと、第３抵抗ヒータと、第１仕切り部と、第２仕切り部とを備える。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。第１抵抗ヒータは、底面に対面して設けられている。第２抵抗ヒータは、側面を取り囲むように構成されている。第３抵抗ヒータは、頂面に対面して設けられている。第２抵抗ヒータは、底面から頂面に向かう方向において、頂面側に位置する第１面と、底面側に位置する第２面と、側面に対面する第３面と、第３面とは反対側の第４面とを含む。第１仕切り部は、第２面側に位置し、かつ側面の全周囲から坩堝の外側に突出するように設けられている。第２仕切り部は、第１面側に位置し、かつ側面の全周囲から坩堝の外側に突出するように設けられている。坩堝の内部空間から見て、底面に平行な方向において、第２抵抗ヒータの第４面は、第１仕切り部および第２仕切り部の少なくとも一方の外側端部よりも遠位に位置し、かつ少なくとも一方の外側端部は、第１抵抗ヒータの外側端部よりも遠位に位置する。
【０００８】
本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置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、底面に対面して設けられた第１抵抗ヒータと、側面を取り囲むように構成された第２抵抗ヒータと、第２抵抗ヒータが対面する側面の部分よりも外側に位置している仕切り部と、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。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を成長させる。炭化珪素単結晶を成長させる工程において、第２抵抗ヒータからの輻射光の少なくとも一部が第１抵抗ヒータに達することを妨げるように仕切り部が設けられた状態で、底面および第１抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて第１抵抗ヒータに供給する電力が決定され、かつ側面および第２抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて第２抵抗ヒータに供給する電力が決定される。
【発明の効果】
【０００９】
上記によれば、坩堝の温度の時間変動を抑制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】
【００１０】
【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抵抗ヒータの構成を示す斜視模式図である。
【図３】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４】図１のＩＶ−ＩＶ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図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ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仕切り部および収容部の構成を示す図である。
【図７】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第１変形例の構成を示す縦断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の第２変形例の構成を示す縦断面模式図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った矢視横断面模式図であり、第２仕切り部および台座の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の第３変形例の構成を示す縦断面模式図である。
【図１１】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第４変形例の構成を示す縦断面模式図である。
【図１２】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第５変形例の構成を示す縦断面模式図である。
【図１３】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１４】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１５】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１６】坩堝の温度と時間との関係を示す図である。
【図１７】チャンバ内の圧力と時間との関係を示す図である。
【図１８】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。
【図１９】実施例に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、抵抗ヒータに供給する電力と時間との関係を示す図である。
【図２０】実施例に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、坩堝の温度と時間との関係を示す図である。
【図２１】比較例に係る炭化珪素単結晶の製造方法を示す縦断面模式図である。
【図２２】比較例に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、抵抗ヒータに供給する電力と時間との関係を示す図である。
【図２３】比較例に係る炭化珪素単結晶の製造方法において、坩堝の温度と時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
特表２０１２−５１０９５１号公報に記載されている抵抗ヒータは、坩堝の側面に対面している部分と坩堝の底面に対面している部分とが一体となっている。しかしながら、坩堝内の温度をより厳密に制御するため、抵抗ヒータを、坩堝の底面に対面する第１抵抗ヒータと坩堝の側面に対面する第２抵抗ヒータとに分離し、各々の抵抗ヒータに供給する電力を独立に制御することが考えられる。
【００１３】
たとえば、図２１に示されるように、坩堝５の側面５ｂ１の周囲に第２抵抗ヒータ２が設けられ、かつ第２抵抗ヒータ２と離間しかつ坩堝５の底面５ｂ２に対向して第１抵抗ヒータ１が設けられる場合を想定する。側面５ｂ１の温度は、チャンバ６の外部に設けられた側部放射温度計９ｂにより測定可能に構成されている。第２抵抗ヒータ２に供給される電力は、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、側面５ｂ１の温度が一定に維持されるようにフィードバック制御される。たとえば側面５ｂ１の温度が所望の温度よりも低い場合は、第２抵抗ヒータ２に供給する電力を増加させて側面５ｂ１の加熱を強める。反対に、側面５ｂ１の温度が所望の温度よりも高い場合は、第２抵抗ヒータ２に供給する電力を減少させて側面５ｂ１の加熱を弱める。同様に、底面５ｂ２の温度は、チャンバ６の外部に設けられた下部放射温度計９ａにより測定可能に構成されている。第１抵抗ヒータ１に供給される電力は、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、底面５ｂ２の温度が一定に維持されるようにフィードバック制御される。
【００１４】
たとえば、図２１に示されるように、第１抵抗ヒータ１に供給する電力を増加させると、第２抵抗ヒータ２が第１抵抗ヒータ１からの輻射光１３により加熱されるため、第２抵抗ヒータ２の温度が上昇する。第２抵抗ヒータ２の温度が上昇すると、坩堝５の側面５ｂ１の温度が上昇する。側面５ｂ１の温度が上昇すると、側面５ｂ１の温度を一定に維持するために、第２抵抗ヒータ２に供給する電力が減少する。つまり、第１抵抗ヒータ１に供給する電力を増加させると、第２抵抗ヒータ２に供給する電力が減少する。反対に、第２抵抗ヒータ２に供給する電力を増加させると、第１抵抗ヒータ１に供給する電力が減少する。つまり、第１抵抗ヒータ１および第２抵抗ヒータ２は互いに干渉し合う。
【００１５】
図２２は、図２１に示す炭化珪素単結晶の製造装置１００を用いて炭化珪素単結晶を成長させる工程における抵抗ヒータに供給する電力と時間との関係を示す図である。図２２の縦軸は抵抗ヒータに供給する電力を示しており、横軸は時間を示している。図２２に示されるように、第１抵抗ヒータ１に供給する電力が増加すると、第２抵抗ヒータ２が第１抵抗ヒータ１の影響を受けて、第２抵抗ヒータ２に供給する電力が減少する（時間ｔ１、時間ｔ３）。反対に、第２抵抗ヒータ２に供給する電力を増加させると、第１抵抗ヒータ１が第２抵抗ヒータ２の影響を受けて、第１抵抗ヒータ１に供給する電力が低減する（時間ｔ２、時間ｔ４）。つまり、図２２に示すように、第２抵抗ヒータ２と第１抵抗ヒータ１とが互いに干渉し合うことで、第２抵抗ヒータ２に供給する電力および第１抵抗ヒータ１に供給する電力の各々が周期的に変動する。第２抵抗ヒータ２の電力の時間変動の周期は、第１抵抗ヒータ１の電力の時間変動の周期とほぼ同じである。第２抵抗ヒータ２の電力の時間変動の位相は、第１抵抗ヒータ１の電力の時間変動の位相からほぼ半周期シフトしている。
【００１６】
図２３は、図２１に示す炭化珪素単結晶の製造装置１００を用いて炭化珪素単結晶を成長させる工程における坩堝の温度と時間との関係を示す図である。図２３の縦軸は坩堝の温度を示しており、横軸は時間を示している。図２３に示されるように、温度測定部分の坩堝５の底面５ｂ２および側面５ｂ１の温度は一定である。しかしながら、図２２に示されるように、第１抵抗ヒータ１に供給する電力が時間の経過につれて大幅に変動するので、温度測定部分以外の底面５ｂ２の部分の温度は、時間の経過につれて大幅に変動していると考えられる。同様に、第２抵抗ヒータ２に供給する電力が時間の経過につれて大幅に変動するので、温度測定部分以外の側面５ｂ１の部分の温度は、時間の経過につれて大幅に変動していると考えられる。
【００１７】
そこで発明者らは、図１４に示されるように、第２抵抗ヒータ２からの輻射光１３の少なくとも一部が第１抵抗ヒータ１に達することを妨げるように仕切り部４ａを設けることを考え出した。炭化珪素単結晶の結晶成長は、たとえば１ｋＰａ程度の圧力下で行われるので、第１抵抗ヒータ１と第２抵抗ヒータ２との間の熱伝導は主に輻射によって行われる。そのため、第２抵抗ヒータ２からの輻射光１３の少なくとも一部を遮るように仕切り部４ａを設けることにより、第１抵抗ヒータ１から第２抵抗ヒータ２に熱が伝達することを大幅に抑制することができる。同様に、当該仕切り部４ａにより、第２抵抗ヒータ２から第１抵抗ヒータ１に熱が伝達することを大幅に抑制することができる。
【００１８】
図１９は、図１４に示す炭化珪素単結晶の製造装置１００を用いて炭化珪素単結晶を成長させる工程における抵抗ヒータに供給する電力と時間との関係を示す図である。図１９の縦軸は抵抗ヒータに供給する電力を示しており、横軸は時間を示している。図２０は、図１４に示す炭化珪素単結晶の製造装置１００を用いて炭化珪素単結晶を成長させる工程における坩堝の温度と時間との関係を示す図である。図２０の縦軸は坩堝の温度を示しており、横軸は時間を示している。図１４に示す炭化珪素単結晶の製造装置には、第２抵抗ヒータ２からの輻射光１３の少なくとも一部が第１抵抗ヒータ１に達することを妨げるように仕切り部４ａが設けられている。
【００１９】
図２０に示されるように、温度測定部分の坩堝５の底面５ｂ２および側面５ｂ１の温度は一定である。図１９に示されるように、仕切り部４ａが設けられた炭化珪素単結晶の製造装置を用いた場合の第１抵抗ヒータ１および第２抵抗ヒータ２の各々に供給する電力の変動幅は、仕切り部４ａが設けられていない炭化珪素単結晶の製造装置を用いた場合の第１抵抗ヒータ１および第２抵抗ヒータ２の各々に供給する電力の変動幅（図２２参照）よりも大幅に低減される。そのため、仕切り部４ａが設けられていない炭化珪素単結晶の製造装置を用いて炭化珪素単結晶を成長させる場合と比較して、仕切り部４ａが設けられた炭化珪素単結晶の製造装置を用いて炭化珪素単結晶を成長させる場合は、温度測定部分以外の坩堝５の温度の時間変動が大幅に低減されると考えられる。結果として、坩堝５全体における温度の時間変動を抑制することができると考えられる。
［本発明の実施形態の説明］
以下、本発明の実施態様を列記して説明する。
【００２０】
（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、第１抵抗ヒータと、第２抵抗ヒータと、第１仕切り部とを備えている。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。第１抵抗ヒータは、底面に対面して設けられている。第２抵抗ヒータは、側面を取り囲むように構成されている。第１仕切り部は、第２抵抗ヒータからの輻射光の少なくとも一部が第１抵抗ヒータに達することを妨げるように設けられている。第１仕切り部は、第２抵抗ヒータが対面する側面の部分よりも外側に位置している。これにより、坩堝の温度の時間変動を抑制することができる。
【００２１】
（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仕切り部は、側面から坩堝の外側に突出するように設けられている。これにより、簡易な方法で、第１仕切り部を設けることができる。
【００２２】
（３）上記（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、第１仕切り部は、側面の全周囲から坩堝の外側に突出するように設けられている。これにより、全周囲において、第１抵抗ヒータと第２抵抗ヒータとの間の熱伝導を抑制することができる。
【００２３】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに係る炭化珪素単結晶の製造装置において好ましくは、底面に平行な方向に沿って見た場合、第１抵抗ヒータの幅は、坩堝の内部空間の幅よりも大きい。これにより、坩堝の底面の温度の面内均一性を向上することができる。
【００２４】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか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２抵抗ヒータは、頂面から底面に向かう方向において頂面側に位置する第１面と、底面側に位置する第２面とを有する。底面に対して垂直な方向に沿って見た場合、第１仕切り部は、第２面の一部と重なっている。これにより、第１抵抗ヒータと第２抵抗ヒータとの間の熱伝導をさらに抑制することができる。
【００２５】
（６）上記（１）〜（５）のいずれか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２抵抗ヒータは、側面に対面する第３面と、第３面とは反対側の第４面とを有する。坩堝の内部空間から見て、底面に平行な方向において、第２抵抗ヒータの第４面は、第１仕切り部の外側端部よりも遠位に位置し、かつ第１仕切り部の外側端部は、第１抵抗ヒータの外側端部よりも遠位に位置する。これにより、第１抵抗ヒータと第２抵抗ヒータとの間の熱伝導をさらに抑制することができる。
【００２６】
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに係る炭化珪素単結晶の製造装置において好ましくは、頂面に対面して設けられた第３抵抗ヒータをさらに備える。これにより、種結晶の温度を精度良く制御することができる。
【００２７】
（８）上記（７）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２抵抗ヒータからの輻射光の少なくとも一部が第３抵抗ヒータに達することを妨げるように設けられた第２仕切り部をさらに備える。第２仕切り部は、側面の部分よりも外側に位置している。これにより、第２抵抗ヒータと第３抵抗ヒータとの間の熱伝導を抑制することができる。
【００２８】
（９）上記（８）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２仕切り部は、側面から坩堝の外側に突出するように設けられている。これにより、簡易な方法で、第２仕切り部を設けることができる。
【００２９】
（１０）上記（９）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２仕切り部は、側面の全周囲から坩堝の外側に突出するように設けられている。これにより、全周囲において、第２抵抗ヒータと第３抵抗ヒータとの間の熱伝導を抑制することができる。
【００３０】
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに係る炭化珪素単結晶の製造装置において好ましくは、炭化珪素単結晶は昇華法により製造可能に構成されている。これにより、昇華法により製造される炭化珪素単結晶の結晶品質の均一性を向上することができる。
【００３１】
（１２）本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、昇華法による炭化珪素単結晶の製造装置であって、坩堝と、第１抵抗ヒータと、第２抵抗ヒータと、第３抵抗ヒータと、第１仕切り部と、第２仕切り部とを備える。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。第１抵抗ヒータは、底面に対面して設けられている。第２抵抗ヒータは、側面を取り囲むように構成されている。第３抵抗ヒータは、頂面に対面して設けられている。第２抵抗ヒータは、頂面から底面に向かう方向において、頂面側に位置する第１面と、底面側に位置する第２面と、側面に対面する第３面と、第３面とは反対側の第４面とを含む。第１仕切り部は、第２面側に位置し、かつ側面の全周囲から坩堝の外側に突出するように設けられている。第２仕切り部は、第１面側に位置し、かつ側面の全周囲から坩堝の外側に突出するように設けられている。坩堝の内部空間から見て、底面に平行な方向において、第２抵抗ヒータの第４面は、第１仕切り部および第２仕切り部の少なくとも一方の外側端部よりも遠位に位置し、かつ少なくとも一方の外側端部は、第１抵抗ヒータの外側端部よりも遠位に位置する。これにより、坩堝の温度の時間変動をさらに抑制することができる。
【００３２】
（１３）本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置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、底面に対面して設けられた第１抵抗ヒータと、側面を取り囲むように構成された第２抵抗ヒータと、第２抵抗ヒータが対面する側面の部分よりも外側に位置している仕切り部と、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。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を成長させる。炭化珪素単結晶を成長させる工程において、第２抵抗ヒータからの輻射光の少なくとも一部が第１抵抗ヒータに達することを妨げるように仕切り部が設けられた状態で、底面および第１抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて第１抵抗ヒータに供給する電力が決定され、かつ側面および第２抵抗ヒータの少なくともいずれかの温度に基づいて第２抵抗ヒータに供給する電力が決定される。これにより、坩堝の温度の時間変動を抑制することができる。
［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。
【００３３】
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２と、第３抵抗ヒータ３と、第１仕切り部４ａと、第２仕切り部４ｂ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。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。
【００３４】
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２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２は、側面５ｂ１から離間している。第２抵抗ヒータは、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向において、坩堝５の頂面５ａ１側に位置する第１面２ａと、底面５ｂ２側に位置する第２面２ｂと、側面５ｂ１に対面する第３面２ｃと、第３面２ｃとは反対側の第４面２ｄとを含む。好ましくは、第２抵抗ヒータ２の第２面２ｂ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。
【００３５】
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２に対面する位置に設けられており、第２抵抗ヒータ２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。
【００３６】
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。
【００３７】
図１および図２に示されるように、第２抵抗ヒータ２は、坩堝５の頂面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、かつ坩堝５の側面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。第２抵抗ヒータ２は、複数のヒータユニット１０ｘが連続して設けられて環状に構成されている。
【００３８】
図３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２は、側面５ｂ１を取り囲むように設けられ、環状を有している。第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄ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２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２は、並列回路を構成する。
【００３９】
図４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。
【００４０】
図５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。坩堝５の頂面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。
【００４１】
図１に示されるように、第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２からの輻射光の少なくとも一部が第１抵抗ヒータ１に達することを妨げるように設けられている。同様に、第１仕切り部４ａは、第１抵抗ヒータ１からの輻射光の少なくとも一部が第２抵抗ヒータ２に達することを妨げるように設けられている。第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２から第１抵抗ヒータ１に向かって直接照射される輻射光の少なくとも一部を遮るように設けられている。つまり、第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２の熱が、第１抵抗ヒータ１に伝達することを抑制するように、第２抵抗ヒータ２と、第１抵抗ヒータ１との間に設けられている。
【００４２】
第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２が対面する坩堝５の側面５ｂ１の部分５ｃよりも外側に位置している。第１仕切り部４ａは、坩堝５と一体に形成されていてもよいし、別体であってもよい。好ましくは、第１仕切り部４ａは、側面５ｂ１に接する面４ａ１と、面４ａ１と反対側の外側端部４ａ２と、坩堝５の頂面５ａ１側の上面４ａ３と、坩堝５の底面５ｂ２側の下面４ａ４とを有する。好ましくは、第１仕切り部は、坩堝５の収容部５ｂの側面５ｂ１に接しており、側面５ｂ１から坩堝５の外側に突出するように設けられている。好ましくは、第１仕切り部４ａの下面４ａ４は、第１抵抗ヒータ１の上面１ａと対面している。好ましくは、第１仕切り部４ａの上面４ａ３は、第２抵抗ヒータ２の第２面２ｂと対面している。つまり、第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２の第２面２ｂ側に位置している。好ましくは、底面５ｂ２に対して垂直な方向に沿って見た場合、第１仕切り部４ａは、第１抵抗ヒータ１の上面１ａの一部と重なっている。好ましくは、底面５ｂ２に対して垂直な方向に沿って見た場合、第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２の第２面２ｂの一部と重なっている。
【００４３】
好ましくは、坩堝５の内部空間から見て、坩堝５の底面５ｂ２に平行な方向において、第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄは、第１仕切り部４ａの外側端部４ａ２よりも遠位に位置し、かつ第１仕切り部４ａの外側端部４ａ２は、第１抵抗ヒータ１の外側端部１ｃよりも遠位に位置する。言い換えれば、筒状の側面５ｂ１の中心軸０から第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄまでの距離ａ３は、中心軸０から第１仕切り部４ａの外側端部４ａ２までの距離ａ２よりも大きく、中心軸０から第１仕切り部４ａの外側端部４ａ２までの距離ａ２は、中心軸０から第１抵抗ヒータ１の外側端部１ｃまでの距離ａ１よりも大きい。
【００４４】
図６に示されるように、第１仕切り部４ａは、坩堝５の側面５ｂ１の全周囲から坩堝５の外側に突出するように設けられていることが好ましい。頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って見た場合、第１仕切り部４ａは、坩堝５の収容部５ｂを取り囲むように設けられている。頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って見た場合、第１仕切り部４ａは、リング形状を有する。第１仕切り部４ａは、側面５ｂ１の周囲の一部から、坩堝５の外側に突出するように形成されていてもよい。
【００４５】
なお、坩堝５、第１抵抗ヒータ１、第２抵抗ヒータ２、第３抵抗ヒータ３、第１仕切り部４ａおよび第２仕切り部４ｂ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。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。
【００４６】
次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００の第１変形例の構成について説明する。
【００４７】
図７に示されるように、炭化珪素単結晶の製造装置１００の第１仕切り部４ａは、坩堝５の側面５ｂ１から離間して設けられていてもよい。第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２からの輻射光の少なくとも一部が第１抵抗ヒータ１に達することを妨げるように設けられていればよく、側面５ｂ１に接していなくてもよい。第１仕切り部４ａは、第１仕切り部４ａの面４ａ１が側面５ｂ１に対面するように設けられていてもよい。第１仕切り部４ａは、側面５ｂ１の全周囲から離間していてもよいし、全周囲の一部に接していてもよい。
【００４８】
次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００の第２変形例の構成について説明する。
【００４９】
図８に示されるように、炭化珪素単結晶の製造装置１００は第２仕切り部４ｂをさらに有していてもよい。第２仕切り部４ｂは、第２抵抗ヒータ２からの輻射光の少なくとも一部が第３抵抗ヒータ３に達することを妨げるように設けられている。同様に、第２仕切り部４ｂは、第３抵抗ヒータ３からの輻射光の少なくとも一部が第２抵抗ヒータ２に達することを妨げるように設けられている。第２仕切り部４ｂは、第２抵抗ヒータ２から第３抵抗ヒータ３に向かって直接照射される輻射光の少なくとも一部を遮るように設けられている。つまり、第２仕切り部４ｂは、第２抵抗ヒータ２の熱が、第３抵抗ヒータ３に伝達することを抑制するように、第２抵抗ヒータ２と第３抵抗ヒータ３との間に設けられている。
【００５０】
第２仕切り部４ｂは、第２抵抗ヒータ２が対面する坩堝５の側面５ｂ１の部分５ｃよりも外側に位置している。第２仕切り部４ｂは、坩堝５と一体に形成されていてもよいし、別体であってもよい。好ましくは、第２仕切り部４ｂは、側面５ｂ１に接する面４ｂ１と、面４ｂ１と反対側の外側端部４ｂ２と、坩堝５の頂面５ａ１側の上面４ｂ３と、坩堝５の底面５ｂ２側の下面４ｂ４とを有する。好ましくは、第２仕切り部４ｂは、坩堝５の台座５ａの側面５ｂ１に接しており、側面５ｂ１から坩堝５の外側に突出するように設けられている。好ましくは、第２仕切り部４ｂの下面４ｂ４は、第２抵抗ヒータ２の第１面２ａと対面している。つまり、第２仕切り部４ｂは、第２抵抗ヒータ２の第１面２ａ側に位置している。好ましくは、底面５ｂ２に対して垂直な方向に沿って見た場合、第２仕切り部４ｂは、第２抵抗ヒータ２の第１面２ａの一部と重なっている。
【００５１】
好ましくは、坩堝５の内部空間から見て、坩堝５の底面５ｂ２に平行な方向において、第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄは、第２仕切り部４ｂの外側端部４ｂ２よりも遠位に位置し、かつ第２仕切り部４ｂの外側端部４ｂ２は、第１抵抗ヒータ１の外側端部１ｃよりも遠位に位置する。好ましくは、坩堝５の内部空間から見て、底面５ｂ２に平行な方向において、第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄは、第１仕切り部４ａおよび第２仕切り部４ｂの少なくとも一方の外側端部よりも遠位に位置し、かつ少なくとも一方の外側端部は、第１抵抗ヒータ１の外側端部１ｃよりも遠位に位置している。
【００５２】
図９に示されるように、第２仕切り部４ｂは、坩堝５の台座５ａの側面５ｂ１の全周囲から坩堝５の外側に突出するように設けられていることが好ましい。頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って見た場合、第２仕切り部４ｂは、坩堝５の台座５ａを取り囲むように設けられている。頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向に沿って見た場合、第２仕切り部４ｂは、リング形状を有する。第２仕切り部４ｂは、坩堝５の側面５ｂ１の周囲の一部から、坩堝５の外側に突出するように形成されていてもよい。第１仕切り部４ａおよび第２仕切り部４ｂの一方のみが、側面５ｂ１の全周囲から坩堝５の外側に突出するように設けられていてもよいし、第１仕切り部４ａおよび第２仕切り部４ｂの双方が、側面５ｂ１の全周囲から坩堝５の外側に突出するように設けられていてもよい。
【００５３】
次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００の第３変形例の構成について説明する。
【００５４】
図１０に示されるように、坩堝５の頂面５ａ１に平行な方向において、第２仕切り部４ｂの外側端部４ｂ２は、第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄよりも外側に位置していてもよい。言い換えれば、坩堝５の内部空間から見て、頂面５ａ１に平行な方向において、第２仕切り部４ｂの外側端部４ｂ２は、第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄよりも遠位に位置し、かつ第１仕切り部４ａの外側端部４ａ２よりも遠位に位置してもよい。
【００５５】
次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００の第４変形例の構成について説明する。
【００５６】
図１１に示されるように、坩堝５の頂面５ａ１に平行な方向において、第１仕切り部４ａの外側端部４ａ２は、第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄよりも外側に位置していてもよい。言い換えれば、坩堝５の内部空間から見て、頂面５ａ１に平行な方向において、第１仕切り部４ａの外側端部４ａ２は、第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄよりも遠位に位置し、かつ第２仕切り部４ｂの外側端部４ｂ２よりも遠位に位置していてもよい。
【００５７】
次に、本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００の第５変形例の構成について説明する。
【００５８】
図１２に示されるように、第２仕切り部４ｂが坩堝５の頂面５ａ１から上側に突出していてもよい。第２仕切り部４ｂは、坩堝５の側面５ｂ１ではなく、頂面５ａ１に接していてもよい。第２仕切り部４ｂは、台座５ａと一体で形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。第２仕切り部４ｂは、第３抵抗ヒータ３に対面して設けられる。第２仕切り部４ｂは、第３抵抗ヒータ３を取り囲むように円筒の形状を有していてもよい。
【００５９】
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１３）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、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、底面５ｂ２に対面して設けられた第１抵抗ヒータ１と、側面５ｂ１を取り囲むように構成された第２抵抗ヒータ２と、第２抵抗ヒータ２が対面する側面５ｂ１の部分５ｃよりも外側に位置している仕切り部４ａとを有する製造装置１００が準備される（図１参照）。
【００６０】
次に、炭化珪素原料および種結晶を準備する工程（Ｓ２０：図１３）が実施される。具体的には、図１４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。
【００６１】
次に、炭化珪素単結晶を成長させる工程（Ｓ３０：図１３）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２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１６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。坩堝５の底面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１７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。
【００６２】
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１５参照）が成長する。
【００６３】
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１８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４参照）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４参照）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。
【００６４】
同様に、側部放射温度計９ｂにより測定された坩堝５の側面５ｂ１の温度に基づいて、第２抵抗ヒータ２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２の温度に基づいて、第２抵抗ヒータ２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２および側面５ｂ１の双方の温度に基づいて、第２抵抗ヒータ２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。
【００６５】
同様に、上部放射温度計９ｃにより測定された坩堝５の頂面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。
【００６６】
図１５に示されるように、第２抵抗ヒータ２からの輻射光１３の少なくとも一部が第１抵抗ヒータ１に達することを妨げるように仕切り部４ａが設けられている。好ましくは、第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２から第１抵抗ヒータ１に向かって直接照射される輻射光を全て遮るように設けられている。つまり、炭化珪素単結晶２０を成長させる工程において、第２抵抗ヒータ２からの輻射光１３の少なくとも一部が第１抵抗ヒータ１に達することを妨げるように仕切り部４ａが設けられた状態で、坩堝５の底面５ｂ２および第１抵抗ヒータ１の少なくともいずれか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、かつ坩堝５の側面５ｂ１および第２抵抗ヒータ２の少なくともいずれかの温度に基づいて第２抵抗ヒータ２に供給する電力が決定される。好ましくは、炭化珪素単結晶２０を成長させる工程において、第２抵抗ヒータ２からの輻射光１３の少なくとも一部が第１抵抗ヒータ１に達することを妨げるように仕切り部４ａが設けられた状態で、坩堝５の頂面５ａ１および第３抵抗ヒータ３の少なくともいずれか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。
【００６７】
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１７参照）。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。
【００６８】
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。
【００６９】
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、第１抵抗ヒータ１と、第２抵抗ヒータ２と、第３抵抗ヒータ３と、第１仕切り部４ａと、第２仕切り部４ｂとを有する。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。第１抵抗ヒータ１は、底面５ｂ２に対面して設けられている。第２抵抗ヒータ２は、側面５ｂ１を取り囲むように構成されている。第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２からの輻射光の少なくとも一部が第１抵抗ヒータ１に達することを妨げるように設けられている。第１仕切り部４ａは、第２抵抗ヒータ２が対面する側面５ｂ１の部分５ｃよりも外側に位置している。これにより、坩堝５の温度の時間変動を抑制することができる。
【００７０】
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仕切り部４ａは、側面５ｂ１から坩堝５の外側に突出するように設けられている。これにより、簡易な方法で、第１仕切り部４ａを設けることができる。
【００７１】
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、第１仕切り部４ａは、側面５ｂ１の全周囲から坩堝５の外側に突出するように設けられている。これにより、全周囲において、第１抵抗ヒータ１と第２抵抗ヒータ２との間の熱伝導を抑制することができる。
【００７２】
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、底面５ｂ２に平行な方向に沿って見た場合、第１抵抗ヒータ１の幅は、坩堝５の内部空間の幅Ｗ２よりも大きい。これにより、坩堝５の底面５ｂ２の温度の面内均一性を向上することができる。
【００７３】
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、第２抵抗ヒータ２は、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向において頂面５ａ１側に位置する第１面２ａと、底面５ｂ２側に位置する第２面２ｂとを有する。底面５ｂ２に対して垂直な方向に沿って見た場合、第１仕切り部４ａは、第２面２ｂの一部と重なっている。これにより、第１抵抗ヒータ１と第２抵抗ヒータ２との間の熱伝導をさらに抑制することができる。
【００７４】
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、第２抵抗ヒータ２は、側面５ｂ１に対面する第３面２ｃと、第３面２ｃとは反対側の第４面２ｄとを有する。坩堝５の内部空間から見て、底面５ｂ２に平行な方向において、第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄは、第１仕切り部４ａの外側端部４ａ２よりも遠位に位置し、かつ第１仕切り４ａ部の外側端部４ａ２は、第１抵抗ヒータ１の外側端部１ｃよりも遠位に位置する。これにより、第１抵抗ヒータ１と第２抵抗ヒータ２との間の熱伝導をさらに抑制することができる。
【００７５】
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、第２抵抗ヒータ２からの輻射光の少なくとも一部が第３抵抗ヒータ３に達することを妨げるように設けられた第２仕切り部４ｂをさらに有する。第２仕切り部４ｂは、側面５ｂ１の部分５ｃよりも外側に位置している。これにより、第２抵抗ヒータ２と第３抵抗ヒータ３との間の熱伝導を抑制することができる。
【００７６】
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、頂面５ａ１に対面して設けられた第３抵抗ヒータ３をさらに有する。これにより、種結晶１１の温度を精度良く制御することができる。
【００７７】
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、第２仕切り部４ｂは、側面５ｂ１から坩堝５の外側に突出するように設けられている。これにより、簡易な方法で、第２仕切り部４ｂを設けることができる。
【００７８】
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、第２仕切り部４ｂは、側面５ｂ１の全周囲から坩堝５の外側に突出するように設けられている。これにより、全周囲において、第２抵抗ヒータ２と第３抵抗ヒータ３との間の熱伝導を抑制することができる。
【００７９】
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、炭化珪素単結晶２０は昇華法により製造可能に構成されている。これにより、昇華法により製造される炭化珪素単結晶２０の結晶品質の均一性を向上することができる。
【００８０】
本実施の形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置１００は、昇華法による炭化珪素単結晶２０の製造装置であって、坩堝５と、第１抵抗ヒータ１と、第２抵抗ヒータ２と、第３抵抗ヒータ３と、第１仕切り部４ａと、第２仕切り部４ｂとを有する。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。第１抵抗ヒータ１は、底面５ｂ２に対面して設けられている。第２抵抗ヒータ２は、側面５ｂ１を取り囲むように構成されている。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２抵抗ヒータ２は、頂面５ａ１から底面５ｂ２に向かう方向において、頂面５ａ１側に位置する第１面２ａと、底面５ｂ２側に位置する第２面２ｂと、側面５ｂ１に対面する第３面２ｃと、第３面２ｃとは反対側の第４面２ｄとを含む。第１仕切り部４ａは、第２面２ｂ側に位置し、かつ側面５ｂ１の全周囲から坩堝５の外側に突出するように設けられている。第２仕切り部４ｂは、第１面２ａ側に位置し、かつ側面５ｂ１の全周囲から坩堝５の外側に突出するように設けられている。坩堝５の内部空間から見て、底面５ｂ２に平行な方向において、第２抵抗ヒータ２の第４面２ｄは、第１仕切り部４ａおよび第２仕切り部４ｂの少なくとも一方の外側端部よりも遠位に位置し、かつ少なくとも一方の外側端部は、第１抵抗ヒータ１の外側端部１ｃよりも遠位に位置する。これにより、坩堝５の温度の時間変動をさらに抑制することができる。
【００８１】
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、底面５ｂ２に対面して設けられた第１抵抗ヒータ１と、側面５ｂ１を取り囲むように構成された第２抵抗ヒータ２と、第２抵抗ヒータ２が対面する側面５ｂ１の部分５ｃよりも外側に位置している仕切り部４ａ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。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を成長させる。炭化珪素単結晶２０を成長させる工程において、第２抵抗ヒータ２からの輻射光の少なくとも一部が第１抵抗ヒータ１に達することを妨げるように仕切り部４ａが設けられた状態で、底面５ｂ２および第１抵抗ヒータ１の少なくともいずれか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、かつ側面５ｂ１および第２抵抗ヒータ２の少なくともいずれかの温度に基づいて第２抵抗ヒータ２に供給する電力が決定される。これにより、坩堝５の温度の時間変動を抑制することができる。
【００８２】
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、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】
【００８３】
０  中心軸
１  第１抵抗ヒータ
１ａ，４ａ３，４ｂ３  上面
１ｂ，４ａ４，４ｂ４  下面
１ｃ，４ａ２，４ｂ２  外側端部
２  第２抵抗ヒータ
２ａ  第１面
２ｂ  第２面
２ｃ  第３面
２ｄ  第４面
３  第３抵抗ヒータ
４ａ１，４ｂ１  面
４ａ  第１仕切り部（仕切り部）
４ｂ  第２仕切り部
５  坩堝
５ａ１  頂面
５ａ２  種結晶保持面
５ａ  台座
５ｂ２  底面
５ｂ１  側面
５ｂ  収容部
５ｃ  部分
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  放射温度計（下部放射温度計）
９ｂ  側部放射温度計
９ｃ  上部放射温度計
１１  種結晶
１１ａ  裏面
１１ｂ，１２ａ  表面
１２  原料（炭化珪素原料）
１３  輻射光
１４ａ  第３電源
２０  炭化珪素単結晶
１００  製造装置
Ａ１，Ａ２  温度
Ｐ１，Ｐ２  圧力
Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４  時間
Ｗ１，Ｗ２  幅
ａ１，ａ２，ａ３  距離
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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