(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、第１成長工程、昇温工程、降温工程および第２成長工程を備える。準備工程は、種結晶と、坩堝と、溶液と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。第１成長工程は、溶液の温度を第１温度域に上げて、溶液の温度を第１温度域に維持しつつ種結晶を引き上げることによって、種結晶の下面に結晶を成長させる工程を有する。昇温工程は、溶液の温度を上げる工程を有する。降温工程は、溶液の温度を下げる工程を有する。第２成長工程は、溶液の温度を第１温度域に維持しつつ結晶をさらに成長させる工程を有する。
2016121577.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、
種結晶と、坩堝と、前記坩堝内に貯留された珪素溶媒に炭素を溶解した溶液と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温度域に上げて、前記溶液の温度を第１温度域に維持しつつ前記種結晶を引き上げることによって、前記種結晶の下面に結晶を成長させる第１成長工程と、
前記第１成長工程の後、前記溶液の温度を上げる昇温工程と、
前記第１成長工程の後、前記溶液の温度を下げる降温工程と、
前記昇温工程および前記降温工程の後、前記溶液の温度を前記第１温度域に維持しつつ前記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】
前記降温工程は、前記昇温工程の後に行ない、
前記昇温工程では、前記溶液の温度を前記第１温度域よりも高い第２温度域まで上げて、
前記降温工程では、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、請求項１に記載の結晶の製造方法。
【請求項３】
前記昇温工程は、前記降温工程の後に行ない、
前記降温工程では、前記溶液の温度を前記第１温度域よりも低い第３温度域まで下げて、
前記昇温工程では、前記溶液の温度を前記第３温度域から前記第１温度域まで上げる、請求項１に記載の結晶の製造方法。
【請求項４】
前記昇温工程は、前記結晶を前記溶液から離して行なう、請求項２または３に記載の結晶の製造方法。
【請求項５】
前記降温工程は、前記結晶を前記溶液から離して行なう、請求項２〜４のいずれかに記載の結晶の製造方法。
【請求項６】
前記第２成長工程と、前記昇温工程および前記降温工程とを繰り返す、請求項２〜５のいずれかに記載の結晶の製造方法。
【請求項７】
前記降温工程において、前記溶液の降温は、前記溶液の下部の温度が前記溶液の上部の温度よりも小さくなるように行なう、請求項２〜６のいずれかに記載の結晶の製造方法。
【請求項８】
前記第３温度域は、珪素の融点以上である、請求項３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】
現在、トランジスタ等のデバイスを形成する基板材料として、炭素と珪素との化合物である炭化珪素（Silicon Carbide：ＳｉＣ）が注目されている。炭化珪素は、バンドギャップがシリコンに比べて広く、絶縁破壊に至る電界強度が大きいこと等を理由に注目されている。例えば、特開２０１２−１３６３９１号公報には、炭化珪素の結晶のウェハ、ひいては炭化珪素の結晶のインゴットを製造することが記載されている。
【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、第１成長工程、昇温工程、降温工程および第２成長工程を備える。準備工程は、種結晶と、坩堝と、前記坩堝内に貯留された珪素溶媒に炭素を溶解した溶液とを準備する工程を有する。接触工程は、前記種結晶の下面を前記溶液に接触させる工程を有する。第１成長工程は、前記溶液の温度を第１温度域に上げて、前記溶液の温度を第１温度域に維持しつつ前記種結晶を引き上げることによって、前記種結晶の下面に結晶を成長させる工程を有する。昇温工程は、前記第１成長工程の後、前記溶液の温度を上げる工程を有する。降温工程は、前記第１成長工程の後、前記溶液の温度を下げる工程を有する。第２成長工程は、前記昇温工程および前記降温工程の後、前記溶液の温度を前記第１温度域に維持しつつ前記結晶をさらに成長させる工程を有する。
【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の一例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。
【図３】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。
【図４】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の一例について図１を参照しつつ説明する。図１は、結晶製造装置の概略を示している。なお、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、主に、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、このウェハは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、断面で見たときに例えば円形状または多角形状の平面形状を有する、板状または柱状であってもよい。結晶２は、例えば、炭化珪素の単結晶であってもよい。結晶２の直径または幅は、例えば、２５ｍｍ以上２００ｍｍ以下に設定することができる。結晶２の高さは、例えば、３０ｍｍ以上３００ｍｍ以下に設定することができる。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、結晶製造装置１で成長させる結晶２の種とすることができる。言い変えれば、種結晶３は、結晶２が成長するための土台になる。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する平板状であってもよい。種結晶３は、結晶２と同じ材料からなる結晶であってもよい。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、単結晶または多結晶からなる。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によって、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ことができる。その結果、移動装置７によって保持部材４は上下方向に移動し、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ことができる。
【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であってもよい。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に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、炭素を溶質として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としている。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。すなわち、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への接触で冷えると、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の内部の雰囲気中は、例えば、不活性ガスで満たされてもよい。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が、坩堝容器８の下面からチャンバー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もよい。
【００１８】
チャンバー１０は、保持部材４の通過する通過孔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内にガスが供給され、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電磁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ることになる。
【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。具体的には、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、第１成長工程、昇温工程、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、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てた結晶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の下面に炭素を含有する接着材を塗布する。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、珪素溶媒に炭素を溶解した溶液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。また、予め坩堝５を結晶製造装置１の外で加熱して溶液６を形成した後に、坩堝５をチャンバー１０内に収容してもよい。また、溶液６を坩堝５以外の他の容器等で形成した後、チャンバー１０内に設置された坩堝５に溶液６を注ぎ込んでもよい。
【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】
（第１成長工程）
溶液６に接触させた種結晶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の下面と種結晶３の下面近傍の溶液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。
【００３３】
種結晶３を引き上げることによって、結晶２を柱状に成長させることができる。すなわち、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の引き上げの速度は、例えば、５０μｍ／ｈ以上２０００μｍ／ｈ以下に設定することができる。
【００３４】
種結晶３の引上げは、図２に示したように、溶液６を第１温度域まで上げて、溶液６の温度を第１温度域Ｔ１に維持しつつ行なう。すなわち、溶液６の温度を一定に維持するように制御しつつ結晶２を成長させる。溶液６の温度を一定に維持しつつ結晶２を成長させることによって、例えば溶液６の温度を変動させる場合と比較して溶液６の温度制御が容易になり、作業効率を向上させることができる。
【００３５】
なお、図２においては、第１成長工程を「Ａ」とし、昇温工程を「Ｂ」とし、降温工程「Ｃ」とし、第２成長工程を「Ｄ」として示している。また、図３、４においても、図１と同様に、各種工程をアルファベットで示している。
【００３６】
第１温度域Ｔ１とは、結晶２の成長時の溶液６の温度に対して、±１０℃以内の温度域を指す。また、第１成長工程において、結晶２の成長時の溶液６の温度は、例えば、１９００℃以上２１００℃以下の範囲内のいずれかに設定することができる。また、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。
【００３７】
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。
【００３８】
溶液６の温度は、種結晶３を溶液６に接触させた後に、第１温度域Ｔ１まで上げてもよい。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。
【００３９】
一方で、溶液６の温度は、種結晶３が溶液６に接触する前に、第１温度域Ｔ１まで上げてもよい。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、第１結晶成長工程の前に種結晶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。
【００４０】
（昇温工程）
溶液６の温度を上げる。その結果、例えば結晶２にドーピングされるドーパントとして窒素を選択した場合に、窒素は溶液６の温度が上がるほど溶解度が小さくなるため、溶液６中の窒素濃度を低下させることができる。
【００４１】
溶液６の温度の昇温幅は、例えば、３０℃以上２００℃以下に設定することができる。昇温工程が、後に記載される降温工程よりも先に行なわれる場合、溶液６の温度は、第１温度域Ｔ１よりも高い第２温度域Ｔ２まで上げることができる。第２温度域Ｔ２は、例えば、１９３０℃以上２３００℃以下に設定することができる。一方で、昇温工程が、後に記載される降温工程よりも後に行なわれる場合、溶液６の温度は、第１温度域Ｔ１まで上げることができる。溶液６の温度は、例えば、加熱装置１１の出力を変動させることによって調整することができる。また、昇温工程は、例えば、０．５時間以上３時間以下の時間を費やして行なうことができる。
【００４２】
昇温工程は、第１成長工程で成長した結晶２を溶液６から離して行なわれてもよい。その結果、結晶２が溶けること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。
【００４３】
一方で、結晶２を溶液６に接触させて、昇温工程を行なってもよい。その結果、例えば結晶２の表面を溶液６によって溶かすことができ、例えば結晶２に溝が形成された場合でも、結晶２の溝を無くすことができる。
【００４４】
また、昇温工程の途中で結晶２を溶液６から離してもよい。その結果、結晶２を溶かす量を調整することができる。
【００４５】
結晶２を溶液６から離すときは、結晶２を回転させながら行なってもよい。その結果、結晶２の下面に付着する溶液６の量を低減することができる。
【００４６】
昇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、結晶成長または蒸発等によって消費された珪素を補給することができ、溶液６の組成を所望の組成に維持しやすくなる。その結果、結晶２の品質を向上させることができる。
【００４７】
昇温工程の前に珪素原料を追加してもよい。その結果、昇温工程において十分に炭素を溶解させることができるため、後の第２成長工程を開始しやすくなる。
【００４８】
（降温工程）
溶液６の温度を下げる。その結果、例えば結晶２にドーピングされるドーパントとして窒素を選択した場合に、窒素は溶液６の温度が下がるほど溶解度が大きくなるため、溶液６中の窒素濃度を上げることができる。
【００４９】
本開示の結晶の製造方法によれば、第１成長工程の後、昇温工程を経て降温工程を行なった場合、昇温工程によって溶液６内の窒素濃度が低下することから、降温工程において窒素を供給しなければ、溶液６の窒素濃度を低減することができる。その結果、例えば後の第２成長工程によって、窒素濃度が低下した結晶２を製造することができる。
【００５０】
一方で、図３に示すように第１成長工程の後に降温工程を経て昇温工程を行なった場合、降温工程によって溶液６内の窒素濃度が上がることから、第１成長工程で消費した窒素を補充することができる。その結果、例えば後の第２成長工程によって、第１成長工程で成長した結晶２と同等の窒素濃度の結晶２を製造することができる。
【００５１】
以上のように、第１成長工程の後に、昇温工程および降温工程を行うことによって、後の第２成長工程で成長する結晶２内のドーパント量を調整することができる。また、以上のようにドーパント量を調整することによって、例えば結晶２に縞状の模様を形成することができ、結晶２をウェハに加工する際の目印として利用することも可能になる。
【００５２】
降温工程は、昇温工程の後に行なわれてもよい。その結果、溶液６の温度を第２温度域Ｔ２まで上げることができ、成長中に溶液６内に発生する気泡を膨張させ、浮力によって溶液６外に排出することできる。
【００５３】
昇温工程は、降温工程の後に行なわれてもよい。その結果、溶液６の最高温度が第１温度域Ｔ１になることから、装置の安全対策やヒーター電源の容量を小さくでき、さらに生産に必要な電力も少なくすることができる。さらに、余分な温度履歴を結晶２に与えないことで、結晶２の品質の低下を低減することできる。
【００５４】
溶液６の温度の降温幅は、例えば、３０℃以上２００℃以下に設定することができる。降温工程が昇温よりも先に行なわれる場合、溶液６の温度は、第１温度域Ｔ１よりも低い第３温度域Ｔ３まで上げることができる。第３温度域Ｔ３は、例えば、１７００℃以上２０７０℃以下に設定することができる。一方で、降温工程が昇温工程よりも後に行なわれる場合、溶液６の温度は、第１温度域Ｔ１まで下げることができる。降温工程は、例えば、０．５時間以上３時間以下の時間を費やして行なうことができる。
【００５５】
溶液６の温度は、溶液６の溶媒である珪素の融点以上に維持されていてもよい。溶液６の温度を珪素の融点以上に維持することによって、溶液６が固化して体積膨張するのを抑制し、坩堝５が割れることを低減することができる。
【００５６】
溶液６の降温は、溶液６の下部の温度が溶液６の上部の温度よりも小さくなるように行ってもよい。このようにして溶液６の温度を下げることによって、溶液６のうち坩堝５の底部の近傍の温度を下げて、雑晶を坩堝５の底面に固着させやすくすることができる。
【００５７】
なお、溶液６の下部の温度を溶液６の上部の温度よりも小さくするには、例えば坩堝５の底部の温度を坩堝５の壁部の温度よりも下げることによって下げる。これは、坩堝５を加熱装置１１に対して下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小さくすることができる。また、加熱装置１１の坩堝５の底部近傍における加熱の出力を小さくすることによって、坩堝５の温度を調整することもできる。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小さくすることができる。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の上部の温度を低減してもよい。
【００５８】
また、降温工程の後に昇温工程を行う場合、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。すなわち、溶液６の昇温を、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た場合に、坩堝５が溶液６内に溶け出すことによって坩堝５の底部から雑晶が離れて結晶２に取り込まれることを低減することができる。
【００５９】
降温工程において、珪素原料を追加してもよい。その結果、溶液６よりも温度が低い原料を投入することで、溶液６の温度を下げやすくすることができる。その結果、降温工程の時間を短縮することができる。
【００６０】
降温工程の前に、珪素原料を追加してもよい。その結果、珪素原料を融解する時間を確保することができ、溶液６の組成を安定させることができる。
【００６１】
降温工程において、結晶２は溶液６から離してもよいし、溶液６に接触させていてもよい。結晶２を溶液６から離した場合、結晶２の表面が冷えて結晶２の表面に雑晶が形成されることを抑制することができる。その結果、結晶２の品質を向上させることができる。
【００６２】
降温工程および昇温工程は、第１成長工程および第２成長工程よりも短時間に行なわれるとよい。その結果、結晶２の生産効率を向上させることができる。
【００６３】
降温工程は、昇温工程よりも長時間で行なわれるとよい。その結果、降温中の雑晶の発生を低減することができる。
【００６４】
昇温工程は、降温工程よりも長時間で行なわれるとよい。その結果、少ない電力で昇温が可能になる。
【００６５】
（第２成長工程）
第１成長工程で成長した結晶２をさらに成長させる。結晶２の成長は、溶液６の温度を第１温度域Ｔ１に維持しつつ行なう。その結果、第１成長工程と同等の条件で結晶２を成長させることができ、結晶２の品質を維持しやすくなる。種結晶３の引き上げの速度は、例えば、５０μｍ／ｈ以上２０００μｍ／ｈ以下に設定することができる。溶液６の温度は、例えば、１９００℃以上２１００℃以下に設定することができる。なお、第２成長工程において、結晶２の成長は、例えば、１０時間以上１５０時間以下行なうことができる。
【００６６】
（引き離し工程）
結晶２を成長させた後、成長した結晶２を溶液６から引き離し、結晶成長を終了する。
【００６７】
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。
【００６８】
本発明においては、昇温工程および降温工程と第２成長工程とをそれぞれ複数回繰り返してもよい。その結果、結晶２を長尺化することができる。
【００６９】
また、図４に示すように、昇温工程および降温工程は、例えば繰り返すごとに、順序を反対にしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
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
Ｔ３    第３温度域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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