(57)【要約】  本開示の結晶の製造方法は、炭化珪素の結晶の製造方法であり、準備工程、接触工程、開始工程、第１成長工程、降温工程と第２成長工程を備える。準備工程は、溶液および種結晶を準備する工程を有する。接触工程は、種結晶を溶液に接触させる工程を有する。開始工程は、溶液の温度を第１温度域まで上げて結晶の成長を開始する工程を有する。第１成長工程は、溶液の温度を第１温度域から第２温度域まで上げながら、種結晶を引き上げることによって、結晶を成長させる工程を有する。降温工程は、溶液の温度を第２温度域から第１温度域まで下げる工程を有する。第２成長工程は、溶液の温度を第１温度域から第２温度域まで上げながら、種結晶を引き上げることによって、結晶をさらに成長させる工程を有する。
2016143398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素の結晶の製造方法であって、
珪素溶媒に炭素を溶解した溶液および炭化珪素の種結晶を準備する準備工程と、
前記種結晶の下面を前記溶液に接触させる接触工程と、
前記溶液の温度を第１温度域まで上げて、前記種結晶の下面に結晶の成長を開始する開始工程と、
前記開始工程の後に、前記溶液の温度を前記第１温度域から第２温度域まで上げながら、前記種結晶を引き上げることによって、結晶を成長させる第１成長工程と、
前記溶液の温度を前記第２温度域から前記第１温度域まで下げる降温工程と、
前記降温工程の後に、前記溶液の温度を前記第１温度域から前記第２温度域まで上げながら、前記種結晶を引き上げることによって、結晶をさらに成長させる第２成長工程と、を備える結晶の製造方法。
【請求項２】
前記降温工程および前記第２成長工程をそれぞれ複数回繰り返す請求項１に記載の結晶の製造方法。
【請求項３】
前記降温工程において、前記結晶は前記溶液から引き離す、請求項１または２に記載の結晶の製造方法。
【請求項４】
前記降温工程において、前記結晶は前記溶液に接触させたまま、前記溶液の温度を下げる、請求項１または２に記載の結晶の製造方法。
【請求項５】
前記降温工程において、前記溶液に珪素原料を追加する、請求項１〜４のいずれかに記載の結晶の製造方法。
【請求項６】
前記第１成長工程において、前記溶液に溶解する炭素の過飽和度が一定になるように、前記溶液の温度を前記第１温度域から前記第２温度域まで上げる、請求項１〜５のいずれかに記載の結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素の結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特開2010−184849号公報に記載されているように、炭素（Ｃ）および珪素（Ｓｉ）を含む溶液を使用した溶液法によって、炭化珪素（ＳｉＣ）の種結晶の下面に炭化珪素の結晶を成長させることが知られている。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の結晶の製造方法は、炭化珪素の結晶の製造方法であり、準備工程、接触工程、開始工程、第１成長工程、降温工程および第２成長工程を備える。準備工程では、珪素溶媒に炭素を溶解した溶液および炭化珪素の種結晶を準備する。接触工程では、前記種結晶の下面を前記溶液に接触させる。開始工程では、前記溶液の温度を第１温度域まで上げて、前記種結晶の下面に結晶の成長を開始する。第１成長工程では、前記開始工程の後に、前記溶液の温度を前記第１温度域から第２温度域まで上げながら、前記種結晶を引き上げることによって、結晶を成長させる。降温工程では、前記溶液の温度を前記第２温度域から前記第１温度域まで下げる。第２成長工程では、前記降温工程の後に、前記溶液の温度を前記第１温度域から前記第２温度域まで上げながら、前記種結晶を引き上げることによって、結晶をさらに成長させる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本開示の結晶の製造方法に使用する結晶製造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本開示の結晶の製造方法における経過時間と溶液の温度との関係の概略を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
＜結晶製造装置＞
以下に、本開示の結晶の製造方法に使用する結晶製造装置について図１を参照しつつ説明する。図１は、結晶製造装置の一例の概略を示している。なお、本発明は、本開示の実施形態（本実施形態）に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【０００６】
結晶製造装置１は、半導体部品等に使用される炭化珪素の結晶２を製造する装置である。結晶製造装置１は、種結晶３の下面に結晶２を成長させることによって、結晶２を製造する。結晶製造装置１は、図１に示したように、保持部材４および坩堝５を含んでいる。保持部材４には種結晶３が固定され、坩堝５内には溶液６が収容される。結晶製造装置１は、種結晶３の下面を溶液６に接触させて、種結晶３の下面に結晶２を成長させる。
【０００７】
結晶２は、例えば、加工されてウェハになり、その後に半導体部品製造プロセスを経て半導体部品の一部となる。結晶２は、種結晶３の下面に成長した炭化珪素の結晶の塊である。結晶２は、例えば板状または柱状であってもよい。また、結晶２は、例えば円形状または多角形状の平面形状を有してもよい。結晶２は、炭化珪素の単結晶からなってもよい。結晶２の直径または幅は、例えば25ｍｍ以上200ｍｍ以下である。結晶２の高さは、例えば30ｍｍ以上300ｍｍ以下である。なお、「直径または幅」とは、結晶２の平面形状の中心を通って縁まで達する直線の長さを指す。結晶２の高さは、結晶２の下面から上面（種結晶３の下面）までの距離を指す。
【０００８】
種結晶３は、結晶２の種となる。言い換えれば、種結晶３は、結晶２が成長するための成長開始面を提供する。種結晶３は、例えば平板状であってもよい。また、種結晶３は、例えば円形状または多角形状の平面形状を有してもよい。種結晶３は、結晶２と同じ材料であってもよい。本実施形態では、炭化珪素の結晶２を製造するため、炭化珪素の結晶からなる種結晶３を用いる。種結晶３は、例えば単結晶または多結晶からなってもよい。本実施形態では、種結晶３は単結晶からなる。
【０００９】
種結晶３は、保持部材４の下面に固定されている。種結晶３は、例えば炭素を含んだ接着材を介して、保持部材４に固定されている。
【００１０】
保持部材４は、種結晶３を保持することができる。また、保持部材４は、溶液６に対して種結晶３の搬入出を行なう。言い換えれば、保持部材４は、種結晶３を溶液６に接触させたり、溶液６から結晶２を遠ざけたりすることができる。
【００１１】
保持部材４は、図１に示したように、移動装置７の移動機構に固定されている。移動装置７は、保持部材４を、例えばモータなどを利用して上下方向に移動させる。その結果、移動装置７によって、種結晶３は保持部材４の移動に伴って上下方向に移動する。
【００１２】
保持部材４は、例えば柱状であってもよい。保持部材４は、例えば炭素の多結晶体または炭素を焼成した焼成体からなってもよい。保持部材４は、保持部材４の平面形状の中心部を貫通して上下方向に伸びた軸の周囲を回転可能に移動装置７に固定されていてもよい。言い換えれば、保持部材４は、自転可能であってもよい。
【００１３】
溶液６は、坩堝５の内部に溜まって（収容されて）おり、結晶２を成長させるために結晶２の原料を種結晶３に供給することができる。溶液６は、結晶２と同じ材料を含む。すなわち、結晶２は炭化珪素の結晶であるから、溶液６は炭素と珪素とを含む。本実施形態の溶液６は、珪素の溶媒（珪素溶媒）に、溶質として炭素を溶解させたものである。なお、溶液６は、炭素の溶解度を向上させる等の理由から、例えばネオジム（Ｎｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）またはイットリウム（Ｙ）等の金属材料を添加材として１種類または２種類以上含んでいてもよい。
【００１４】
坩堝５は、溶液６を収容することができる。また、坩堝５は、結晶２の原料を内部で融解することができる。坩堝５は、例えば炭素を含有した材料で形成されてもよい。本実施形態の坩堝５は、例えば黒鉛で形成されている。本実施形態では、坩堝５の中で珪素を融解させて、融解した珪素に坩堝５の一部（炭素）を溶解させることによって、溶液６を形成している。坩堝５は、溶液６を貯留するために、例えば上面に開口している凹状の部材である。
【００１５】
本実施形態では、炭化珪素の結晶２を成長させる方法として溶液法を用いている。溶液法では、溶液６を、種結晶３の近傍において熱力学的に準安定状態に保ちつつ結晶２の析出が溶出よりも進行する条件に制御し、種結晶３の下面に結晶２を成長させることができる。溶液６では、珪素（溶媒）に炭素（溶質）を溶解させており、炭素の溶解度は、溶媒の温度が高くなるほど大きくなる。ここで、加熱して高温になった溶液６が種結晶３との接触で冷えると、溶解した炭素が過飽和状態になって、溶液６が種結晶３の近傍において局所的に準安定状態となる。そして、その溶液６が安定状態（熱力学的に平衡状態）に移行しようとして、種結晶３の下面に炭化珪素の結晶２として析出する。その結果、種結晶３の下面に結晶２を成長させることができる。
【００１６】
坩堝５は、坩堝容器８の内部に配されている。坩堝容器８は、坩堝５を保持することができる。この坩堝容器８と坩堝５との間には、保温材９が配されている。この保温材９は、坩堝５の周囲を囲んでいる。保温材９は、坩堝５からの放熱を抑制し、坩堝５内の温度分布を均一に近付けることができる。坩堝５は、坩堝５の底面の中心部を貫通して上下方向に伸びた軸の周囲に回転可能に坩堝容器８の内部に配されていてもよい。言い換えれば、坩堝５は、自転可能であってもよい。
【００１７】
坩堝容器８は、チャンバー10の内部に配されている。チャンバー10は、結晶２の成長を行なう空間と外部の雰囲気とを分離することができる。チャンバー10を有することによって、結晶２に余分な不純物が混じることを低減することができる。チャンバー10の内部の雰囲気は、例えば不活性ガスで満たされていてもよい。これによって、チャンバー10の内部を外部から遮断することができる。なお、坩堝容器８は、チャンバー10の底面に支持されていてもよい。また、坩堝容器８の底面が、この底面からチャンバー10の底部を貫通して下方に伸びる支持軸によって支持されていてもよい。
【００１８】
チャンバー10は、保持部材４が通過する通過孔101と、チャンバー10内にガスを供給する給気孔102と、チャンバー10内からガスを排出する排気孔103とを有している。さらに、結晶製造装置１は、チャンバー10の内部にガスを供給するガス供給部を有している。結晶製造装置１の雰囲気中のガスは、ガス供給部を介して給気孔102からチャンバー10内に供給され、排気孔103から排出される。
【００１９】
チャンバー10は、例えば円筒状であってもよい。チャンバー10は、例えば150ｍｍ以上1000ｍｍ以下の直径の円形の底面を有しており、例えば500ｍｍ以上2000ｍｍ以下の高さを有している。チャンバー10は、例えばステンレスまたは絶縁性の石英等の材料で形成されてもよい。チャンバー10内に供給される不活性ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ）等であってもよい。
【００２０】
坩堝５には、加熱装置11によって、熱が加えられる。本実施形態の加熱装置11は、コイル12および交流電源13を含んでおり、例えば電磁波を利用した誘導加熱方式によって坩堝５を加熱することができる。なお、加熱装置11は、例えば、カーボン等の発熱抵抗体で生じた熱を伝熱する方式等の他の方式を採用することができる。この伝熱方式の加熱装置を採用する場合は、（坩堝５と保温材９との間に）発熱抵抗体が配されてもよい。
【００２１】
コイル12は、導体によって形成され、坩堝５の周囲を囲んでいる。本実施形態では、コイル12は、坩堝５を円筒状に囲むように、チャンバー10の周囲に配されている。コイル12を有する加熱装置11は、コイル12による円筒状の加熱領域を有している。なお、本実施形態では、チャンバー10の周囲にコイル12を配置しているが、コイル12はチャンバー10の内側に位置していてもよい。
【００２２】
交流電源13は、コイル12に交流電流を流すことができる。コイル12に電流が流れて電場が発生することによって、電場内に位置した坩堝容器８に誘導電流が発生する。この誘導電流のジュール熱によって坩堝容器８が加熱される。そして、坩堝容器８の熱が保温材９を介して坩堝５へ伝達されることで、坩堝５が加熱される。交流電流の周波数を坩堝容器８に誘導電流が流れやすいように調整することで、坩堝５内の設定温度までの加熱時間を短縮したり、電力効率を向上させたりすることができる。
【００２３】
本実施形態では、交流電源13および移動装置７が制御装置14に接続されて制御されている。つまり、結晶製造装置１は、制御装置14によって、溶液６の加熱および温度制御と種結晶３の搬入出とが連動して制御されている。制御装置14は、中央演算処理装置およびメモリ等の記憶装置を含んでおり、例えば公知のコンピュータからなる。
【００２４】
＜結晶の製造方法＞
以下、本開示の結晶の製造方法について、図２を参照しつつ説明する。なお、図２は、本開示の結晶の製造方法を説明する図であり、具体的には経過時間を横軸にし、温度を縦軸にした場合の結晶製造時の溶液６の温度変化の概略を示すグラフである。
【００２５】
結晶の製造方法は、主に、準備工程、接触工程、開始工程、第１成長工程、降温工程、第２成長工程および引き離し工程を有する。なお、本発明は、本開示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更または改良等が可能である。
【００２６】
（準備工程）
種結晶３を準備する。種結晶３は、例えば昇華法または溶液法等によって製造された炭化珪素の結晶の塊を平板状に形成したものでもよい。本実施形態では、本開示の結晶の製造方法によって得られた結晶２を種結晶３として使用している。その結果、種結晶３と種結晶３の表面に成長する結晶２との組成を近付けることができ、結晶２における組成の違いに起因した転移の発生等を低減することができる。なお、平板状への加工は、例えば機械加工によって炭化珪素の塊を切断することによって行なえばよい。
【００２７】
保持部材４を準備して、保持部材４の下面に種結晶３を固定する。具体的には、保持部材４を準備した後、保持部材４の下面に接着材を塗布する。次いで、接着材を挟んで保持部材４の下面上に種結晶３を配して、保持部材４の下面に種結晶３を固定する。なお、本実施形態では、種結晶３を保持部材４に固定した後、保持部材４の上端を移動装置７に固定する。移動装置７へは、上述した通り、保持部材４の中心部分を貫通して上下方向に伸びた軸の周囲を保持部材４が回転可能に固定する。
【００２８】
坩堝５と、坩堝５内に収容された溶液６とを準備する。具体的には、まず、坩堝５を準備する。次いで、坩堝５内に、珪素の原料となる珪素粒子を入れて、坩堝５を珪素の融点（1420℃）以上に加熱する。このとき、融解して液化した珪素（溶媒）内に、坩堝５を形成している炭素（溶質）が溶解する。その結果、珪素溶媒に炭素を溶解した溶液６を坩堝５内に準備することができる。なお、溶液６に炭素を含ませるには、予め原料として炭素粒子を加えることによって、珪素粒子を融解させると同時に炭素を溶解させてもよい。
【００２９】
坩堝５をチャンバー10内に収容する。本実施形態では、坩堝５は、加熱装置11のコイル12に囲まれたチャンバー10内に、坩堝容器８内に保温材９を介して配されて収容される。なお、溶液６の準備は、坩堝５をチャンバー10に収容して、加熱装置11によって坩堝５を加熱することで行なってもよい。
【００３０】
（接触工程）
種結晶３の下面を溶液６に接触させる。種結晶３は、保持部材４を下方に移動させることで、下面を溶液６に接触させる。なお、本実施形態では、種結晶３を下方向へ移動させることで種結晶３を溶液６に接触させているが、坩堝５を上方向へ移動させることで種結晶３の下面を溶液６に接触させてもよい。
【００３１】
種結晶３は、種結晶３の少なくとも下面が溶液６の液面に接触していればよい。また、種結晶３を溶液６内に沈めて、下面とともに種結晶３の側面または上面を溶液６に接触させてもよい。
【００３２】
（開始工程）
溶液６の温度を所定の第１温度域Ｔ１まで上げて、種結晶３の下面に炭化珪素の結晶２の成長を開始する。第１温度域Ｔ１は、珪素溶媒が液状である温度範囲に設定される。第１温度域Ｔ１の温度範囲は、例えば1500℃以上2070℃以下に設定することができる。
【００３３】
溶液６の温度を測定する方法としては、例えば熱電対で直接的に測定する方法または放射温度計を用いて間接的に測定する方法を用いることができる。溶液６の温度が変動する場合には、溶液６の温度として、例えば一定時間において複数回測定した温度を平均して求めた温度を用いることができる。
【００３４】
種結晶３の溶液６への接触は、溶液６の温度を第１温度域Ｔ１まで上げた後に接触させてもよい。溶液６の温度を上昇させてから種結晶３を接触させることによって、種結晶３の溶解を低減することができ、結晶２の生産効率を向上させることができる。
【００３５】
一方で、溶液６の温度を第１温度域Ｔ１まで上げる前に、溶液６に種結晶３を接触させてもよい。これによれば、例えば種結晶３の表面を溶液６によって溶解させることができ、種結晶３の表面に付着するゴミ等を除去することができる。その結果、種結晶３の表面に成長する結晶２の品質を向上させることができる。
【００３６】
（第１成長工程）
溶液６に接触した種結晶３の下面に、溶液６から結晶２を成長させる。結晶２の成長は、まず、種結晶３の表面と種結晶３の表面近傍の溶液６との間に温度差ができる。そして、種結晶３と溶液６との温度差によって、溶液６中に溶解している炭素が過飽和状態になれば、溶液６中の炭素および珪素が炭化珪素の結晶２として種結晶３の下面に析出し、結晶２は成長する。なお、結晶２は、少なくとも種結晶３の下面に成長していればよいが、種結晶３の下面および側面から成長させてもよい。
【００３７】
種結晶３を引き上げることによって、結晶２を板状または柱状に成長させることができる。このとき、結晶２の平面方向および下方への成長速度を調整しながら種結晶３を上方向に少しずつ引き上げることによって、一定の幅または径を保った状態で結晶２を成長させることができる。種結晶３の引上げの速度は、例えば、50μｍ／ｈ以上2000μｍ／ｈ以下に設定することができる。なお、第１成長工程において、結晶２の成長時間は、例えば10時間以上150時間以下に設定することができる。
【００３８】
種結晶３の引上げは、図２に示したように、溶液６の温度を第１温度域Ｔ１から所定の第２温度域Ｔ２まで上げながら行なう。
【００３９】
従来の炭化珪素の結晶の製造方法においては、結晶が成長するにつれて成長面の形状が変化することがあった。これに対して、本開示の結晶の製造方法では、溶液６の温度を上げながら結晶２を成長させることによって、溶液６の温度を一定の温度に維持する場合に比べて、溶液６中の炭素の過飽和度を小さくすることができる。その結果、溶液６から結晶２の析出速度を遅くすることができるため、結晶２の成長面の形状の変化を小さくすることができる。したがって、結晶２の品質を向上させることができる。なお、図２においては、第１成長工程を「Ａ」とし、第２成長工程を「Ｂ」とし、降温工程を「Ｃ」として示している。
【００４０】
第２温度域Ｔ２は、第１温度域Ｔ１よりも高い。また、第２温度域Ｔ２は、珪素溶媒が液状である温度範囲に設定される。第２温度域Ｔ２の温度範囲は、例えば1700℃以上2100℃以下に設定することができる。また、第１温度域Ｔ１から第２温度域Ｔ２への溶液６の昇温幅は、例えば30℃以上200℃以下に設定することができる。また、溶液６の昇温時間は、例えば10時間以上150時間以下に設定することができる。
【００４１】
溶液６の温度変化の傾きは、経過時間に対して一定であってもよい。言い換えれば、溶液６の温度を単調に上昇させてもよい。溶液６の温度を単調に上昇させることによって、溶液６の温度を制御しやすくなり、作業効率を向上させることができる。この場合、溶液６の温度変化の速度は、例えば１℃／ｈ以上15℃／ｈ以下に設定することができる。
【００４２】
溶液６の温度は、溶液６の炭素の過飽和度が一定になるように上昇させてもよい。その結果、結晶２の品質を保ちやすく、結晶２の品質低下を低減することができる。このとき、温度が高いほど溶液６の炭素の飽和濃度は大きくなり、炭素の過飽和度は小さくなりやすい。また、温度が低いほど溶液６の炭素の飽和濃度は小さくなり、炭素の過飽和度は大きくなりやすい。したがって、溶液６の炭素の過飽和度が一定になるようにするためには、溶液６の昇温幅は、第１温度域Ｔ１から第２温度域Ｔ２に向かうにつれて大きくなる。
【００４３】
第１成長工程において、種結晶３の下面または結晶２の下面を溶液６中に沈めた状態を維持しつつ結晶２を溶液６中で成長させてもよい。結晶２を溶液６中で成長させる場合には、結晶２と溶液６との温度差を小さくすることができ、結晶２の品質低下を低減することができる。
【００４４】
溶液６の昇温は、溶液６の下部の温度が溶液６の上部の温度よりも高くなるように行なってもよい。すなわち、例えば、溶液６の昇温を、坩堝５の底部の温度を坩堝５の壁部の温度よりも高くするようにして行なってもよい。これによって、下部で加熱された溶液６を熱対流によって上昇させ、下部よりも温度が低い上部の溶液６と入れ替えることができる。その結果、例えば、坩堝５から溶解した炭素を、効果的に成長中の結晶２に供給することができ、結晶２の成長速度を向上させることができる。
【００４５】
なお、坩堝５を加熱装置11のコイル12に対して上方に位置させることによって、坩堝５の底部の温度を坩堝５の壁部の温度よりも高くすることができる。また、坩堝５と坩堝容器８との間に配された保温部材９の位置を移動させることによって、坩堝５の底部の温度を坩堝５の壁部の温度よりも高くしてもよい。また、保持部材４を冷却して種結晶３から保持部材４へ移動する熱量を増加させることによって、溶液６の上部の温度を低くしてもよい。
【００４６】
一方、溶液６の昇温は、溶液６の上部の温度が溶液６の下部の温度よりも高くなるように行なってもよい。このようにして溶液６の温度を上げることで、溶液６中の成長する結晶２の近傍での炭素の過飽和度が過大になることを低減することができる。これにより、結晶２の成長面の形状の変化を低減することができる。
【００４７】
また、溶液６の昇温は、溶液６内の温度が均一になるように行なってもよい。その結果、溶液６内の熱勾配を小さくすることができるため、溶液６内の過飽和度を均一にしやすく、結晶２の成長面の変化を低減することができる。なお、溶液６内の温度が均一とは、本実施形態においては、例えば溶液６内の最大温度と最小温度との差が10℃以内の状態をいう。また、坩堝５における上方への熱の移動量と下方への熱の移動量を調整することによって、溶液６内の温度分布を均一にしやすくすることができる。なお、例えば保持部材４および支持軸（図示せず）の温度を調整することによって、坩堝５における上方および下方への熱の移動量を調整することができる。
【００４８】
また、第１成長工程において結晶２を回転させてもよい。結晶２を回転させることによって、坩堝５内に溶液６に流れを発生させることができ、溶液６内の温度分布を小さくすることができる。
【００４９】
また、第１成長工程において坩堝５を回転させてもよい。坩堝５を回転させることによって、坩堝５内に溶液６に流れを発生させることができ、溶液６内の温度分布を小さくすることができる。
【００５０】
（降温工程）
溶液６の温度を、図２に示したように、第２温度域Ｔ２から第１温度域Ｔ１まで下げる。これによって、後述する第２成長工程を行なうことが可能になり、結晶２を長尺化することができる。
【００５１】
本実施形態では、溶液６の温度の降温は、例えば加熱装置11の出力を第１成長工程の終了時と比較して低下させることによって行なう。また、溶液６の降温時間は、例えば、0.5時間以上３時間以下に設定することができる。降温工程において溶液６の温度変化の速度は、例えば10℃／ｈ以上600℃／ｈ以下に設定することができる。
【００５２】
降温工程は、第１成長工程および後述する第２成長工程のそれぞれよりも短時間で行なってもよい。ずなわち、降温工程において溶液６の温度を第２温度域Ｔ２から第１温度域Ｔ１まで下げる時間を、第１成長工程および第２成長工程において溶液６の温度を第１温度域Ｔ１から第２温度域Ｔ２まで上げる時間よりも短くしてもよい。その結果、結晶２の全体の製造時間を短縮することができ、生産効率を向上させることができる。
【００５３】
一方、降温工程は、第１成長工程および第２成長工程のそれぞれよりも長時間でもよい。その結果、坩堝５内における雑晶の発生を低減することができる。
【００５４】
第１成長工程と降温工程との間において結晶２を溶液６から引き離し、後述する第２成長工程の前に結晶２を溶液６に接触させてもよい。このように結晶２を溶液６から一旦引き離して溶液６の温度を下げることによって、例えば、溶液６中の炭素の過飽和度が過大になって結晶２の品質が低下することを低減することができる。
【００５５】
結晶２を引き離す場合に、結晶２を種結晶３とともに保持部材４で回転させながら、結晶２を溶液６から離してもよい。これによって、結晶２の表面に溶液６が付着することを低減することができる。その結果、例えば、溶液６が固化することによって結晶２にひび等の欠陥が発生することを低減することができる。
【００５６】
一方、降温工程は、結晶２が溶液６に接触した状態のままで行なってもよい。また、結晶２を回転させてもよい。この場合は、降温中にも溶液６を攪拌することができる。すなわち、溶液６に流れを発生させることで溶液６内の温度分布を小さくすることができる。
【００５７】
降温工程において第１温度域Ｔ１における溶液６の温度を、開始工程時または第１成長工程の第１温度域Ｔ１における溶液６の温度よりも下げてもよい。その結果、溶液６や坩堝５以外の結晶製造装置１の構成部材の温度も下げることができ、結晶製造装置１の状態を初期状態に近付けることができる。その結果、第２成長工程での成長条件を第１成長工程での成長条件に近付けることができ、結晶２を成長させやすくすることができる。
【００５８】
また、降温工程において第１温度領域Ｔ１における溶液６の温度を、開始工程時または第１成長工程の第１温度域Ｔ１における溶液６の温度よりも上げてもよい。その結果、例えば、第２成長工程を繰り返しても結晶２の成長速度を一定にしやすくすることができる。
【００５９】
降温工程において溶液６に珪素原料を追加してもよい。これにより、溶液６中の炭素の過飽和度が急速に大きくなることを低減することができる。
【００６０】
溶液６に追加する珪素原料は、粉末状であってもよい。粉末状の珪素原料を溶液６に追加することによって、珪素原料を溶けやすくすることができる。
【００６１】
溶液６に追加する珪素原料は、塊状であってもよい。この場合は、例えば粉末状の珪素に比較して質量が大きいことから、チャンバー10内のガス対流等で珪素原料が舞い上がることを低減することができる。その結果、原料追加の作業を効率的に行なうことができる。
【００６２】
溶液６に珪素原料を追加する場合には、珪素原料を追加した後に溶液６の降温を開始してもよい。これによって、成長開始までに十分な時間を確保することができ、溶液６中の組成を安定させることができる。したがって、後に成長させる結晶２の品質を維持しやすくすることができる。
【００６３】
溶液６の温度変化の傾きは、経過時間に対して一定であってもよい。言い換えれば、溶液６の温度を単調に低下させてもよい。溶液６の温度を単調に低下させることによって、溶液６の温度を制御しやすくなり、作業効率を向上させることができる。この場合の溶液６の温度変化の速度は、例えば50℃／ｈ以上500℃／ｈ以下に設定することができる。
【００６４】
溶液６の降温は、溶液６の上部の温度が溶液６の下部の温度よりも高くなるように行なってもよい。すなわち、溶液６の降温を、例えば坩堝５の壁部が坩堝５の底部よりも温度が高くなるようにして行なってもよい。これによって、例えば坩堝５の底部に雑晶を固着させることができ、結晶２に雑晶が取り込まれることを低減することができる。
【００６５】
溶液６の降温は、溶液６内の温度が均一になるように行なってもよい。その結果、溶液６内の熱勾配を小さくすることができるため、溶液６内の過飽和度を均一にしやすく、例えば坩堝５に内面での雑晶の発生を低減することができる。なお、溶液６内の温度が均一とは、本実施形態においては、溶液６内の最大温度と最小温度との差が例えば10℃以内の状態をいう。
【００６６】
（第２成長工程）
降温工程の後、図２に示したように、溶液６の温度を第１温度域Ｔ１から第２温度域Ｔ２まで下げながら、種結晶３を引き上げることによって、結晶２を引き続き成長させる。これによって、結晶２を長尺化することができる。
【００６７】
第２成長工程において、種結晶３の引上げの速度は、例えば50μｍ／ｈ以上2000μｍ／ｈ以下に設定することができる。結晶２の成長時間は、例えば10時間以上150時間以下に設定することができる。溶液６の温度は、例えば1500℃以上2100℃以下となるように設定することができる。
【００６８】
（引き離し工程）
第２成長工程の後、成長させた結晶２を溶液６から引き離し、結晶成長を終了する。
【００６９】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００７０】
本発明においては、降温工程および第２成長工程をそれぞれ複数回繰り返してもよい。降温工程および第２成長工程を繰り返すことによって、結晶２の品質低下を低減しつつ、所望の長さの結晶２を得ることができる。降温工程および第２成長工程は、例えば40回以上100回以下の回数で繰り返すことができる。
【００７１】
第２成長工程の時間は、工程を繰り返すにつれて短くしてもよい。一般的に、結晶２を長時間成長させると、結晶２の厚膜化または長尺化によって結晶２の下面からの放熱が低下して成長しにくい。これに対して、第２成長工程の時間を次第に短くすることによって、溶液６中の炭素の過飽和度を上げて、結晶２の成長速度を維持しやすくすることができる。
【００７２】
降温工程における溶液６の温度は、工程を繰り返すにつれて低くしてもよい。その結果、成長した結晶２への熱的な負荷を低減することができる。
【００７３】
降温工程と第２成長工程との間に、溶液温度維持工程を備えてもよい。その結果、第２成長工程を始める前に、溶液６内の組成を安定させたり、結晶製造装置１の構成部材の温度を安定させたりしやすくなり、結晶２の品質を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１      結晶製造装置
２      結晶
３      種結晶
４      保持部材
５      坩堝
６      溶液
７      移動装置
８      坩堝容器
９      保温材
10    チャンバー
101  通過孔
102  給気孔
103  排気孔
11    加熱装置
12    コイル
13    交流電源
14    制御装置
Ｔ１    第１温度域
Ｔ２    第２温度域
Ａ      第１成長工程
Ｂ      第２成長工程
Ｃ      降温工程
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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