(57)【要約】【課題】炭化珪素を原料として昇華再結晶法によって欠陥の少ない炭化珪素単結晶を安定して製造する方法を提供すること。【解決手段】炭化珪素を原料として昇華再結晶法によって炭化珪素単結晶を製造するための黒鉛坩堝に、坩堝内部から坩堝外部へガスが抜ける流路を形成することで、ポリタイプの安定した結晶成長が得られるようにする。【選択図】図2
2008115033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素原料から発生する昇華ガスが、結晶成長空間を通過した後に炭化珪素単結晶からなる種結晶の外周部を通り、黒鉛坩堝外部へと流出することができる隙間が坩堝の中心軸に対して軸対称に形成されており、かつ、結晶成長空間の側壁と種結晶の結晶成長面とのなす角度が結晶成長空間の全ての部分において30°以上90°以下であることを特徴とする炭化珪素単結晶成長用黒鉛坩堝。
【請求項２】
前記隙間が、坩堝内部から坩堝外部に到達するまでに1回以上昇華ガスの進行方向が変えられるように形成されている請求項1記載の炭化珪素単結晶成長用黒鉛坩堝。
【請求項３】
前記結晶成長空間の一部の径が、種結晶の径以下である部分を少なくとも有する請求項1又は2に炭化珪素単結晶成長用坩堝。
【請求項４】
前記隙間のガスの流れに垂直な断面積が、結晶成長空間に最も近い部分で結晶成長空間の最小径の周長×0.1mm以上、該周長×2mm以下であり、結晶成長空間に最も近い部分以外の隙間部分のガスの流れに垂直な断面積が、結晶成長空間に最も近い部分の断面積以上である請求項1〜3のいずれかに記載の炭化珪素単結晶成長用黒鉛坩堝。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれかに記載の炭化珪素単結晶成長用黒鉛坩堝を少なくとも用いてなる炭化珪素単結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子材料の基板に利用される大口径炭化珪素単結晶基板を作製するのに最適な炭化珪素単結晶成長用黒鉛坩堝及び炭化珪素単結晶製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高熱伝導率を持ち、バンドギャップの大きい炭化珪素単結晶は、高温で用いられる電子材料や、高耐圧の求められる電子材料の基板として有用な材料である。炭化珪素単結晶の作製法の一つに昇華再結晶法(レーリー法)がある。
【０００３】
昇華再結晶法は、2000℃を超える高温において炭化珪素粉末を昇華させ、その昇華ガスを低温部に再結晶化させることにより、炭化珪素結晶を製造する方法である。炭化珪素単結晶からなる種結晶を用いて、炭化珪素単結晶を製造する方法は、特に改良レーリー法と呼ばれ(非特許文献1)、バルク状の炭化珪素単結晶の製造に利用されている。改良レーリー法では、種結晶を用いているため結晶の核形成過程が制御でき、また不活性ガスにより雰囲気圧力を10Paから15kPa程度に制御することにより、結晶の成長速度等を再現性良くコントロールできる。一般に、原料と結晶の温度差を適切に制御して、炭化珪素単結晶の成長が行われている。得られた炭化珪素単結晶は基板としての規格の形状にするために、研削、切断、研磨といった加工が施され、電子材料の基板として利用される。
【０００４】
炭化珪素単結晶はポリタイプと呼ばれる、いくつかの異なる結晶構造を有している。結晶成長中に異なるポリタイプが発生、成長すると、その部分で結晶欠陥が生じ、炭化珪素単結晶の電子デバイス用の基板としての品質が劣化する。そのため、ポリタイプの安定した炭化珪素単結晶成長方法が求められている。
【０００５】
図1を用いて、改良レーリー法の原理を説明する。種結晶となる炭化珪素単結晶と原料となる炭化珪素結晶粉末(通常、アチソン(Acheson)法で作製された研磨材を洗浄・前処理したものが使用される)は、坩堝(通常黒鉛)の中に収納され、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中(10Pa〜15kPa)で、原料を昇華させるために2000℃以上に加熱される。この際、原料粉末に比べ種結晶がやや低温になるように温度勾配が設定される。原料は昇華後、濃度勾配(温度勾配により形成される)により種結晶方向へ拡散、輸送される。単結晶成長は、種結晶に到着した原料ガスが種結晶上で再結晶化することにより実現される。
【０００６】
通常の結晶成長で採用されている減圧下で、炭化珪素が昇華して得られる昇華ガスの組成はSi、SiC2、Si2C等の組成を持ち、黒鉛坩堝と化学的な反応をしながら、種結晶部で再結晶し、結晶成長している(非特許文献1)。このことから、誘導加熱を用いて原料粉末を加熱するために利用している黒鉛坩堝は、結晶成長中に発生した昇華ガスによる化学反応に起因して侵食される。
【０００７】
昇華反応では固体がガスに変化するために、黒鉛坩堝内部の圧力は外部に比べて高くなる。このため、坩堝が機械的に固定されない構造となっている場合には、坩堝内外の圧力差に起因して、固定されていない部分が動き、隙間を形成し、内外の圧力差を解消する。また、ねじ等で構成された接続部を持つ坩堝の場合においても、坩堝内外の圧力差によって気密性の低い接続部から昇華ガスが坩堝外部に流出しようとする。気密性の低い部分が侵食されて、ガスの流路が一旦形成されると、その後はその部分を流れるガスの流量が増大し、その部分がさらに侵食され、ガスの流路は集中し、大きくなる。
【０００８】
特許文献1では、種結晶を支持する部材にフランジ部を構成し、フランジ部分が引っかかりとなって所定位置に固定される構造を採っているが、この構造では、種結晶の周囲を通ったガスはフランジ部にぶつかり、ガスの流れが阻害される。この構造では、前記のように、成長中に坩堝内部の圧力が高くなり、坩堝内部のガスが坩堝の外側に流れ出すために、ガスが流出する経路が一ヶ所形成されると、その部分を通るガスがさらにその経路周辺の坩堝を侵食し、ガスの流出する経路を広げ、ガスの流出する経路がその部分に集中する。その結果として、ガスの流れは軸対称でなくなり、ガスが流れ易い部分と流れ難い部分が発生する。ガスの流れ難い部分では、成長した単結晶と周辺に形成された多結晶が接触し、周辺の多結晶の影響を受けて、単結晶中に欠陥が導入されるという問題がある。
【０００９】
また、特許文献1では、ガスの流路を設けることで、多結晶と単結晶を分けて成長させることを狙っているが、多結晶の成長速度が大きいために、成長が進むにつれ、多結晶の領域が増大し、単結晶部分の径が小さくなる。このことは、特に大口径、長尺のインゴットを作製する場合には大きな問題となる。
【００１０】
一方で、特許文献2のように、単結晶部分と多結晶部分を黒鉛のガイドを利用して分離することが考えられている。この場合も、坩堝の内部と外部は分離されており、昇華ガスの発生に伴って、坩堝内部の圧力の上昇が発生するために、坩堝内部の圧力は十分に制御されているとはいえない。坩堝内部の圧力が上昇することで、内部のガスが外部への抜け口を求めて、坩堝の気密性の低い継ぎ手部分を侵食する。上記の場合と同様に、ガスが外部に抜ける流路が一度形成されると、その部分を通るガスの流量が増大しさらに、ガスの流路が広がる。その結果、成長の軸対称性が崩れ、成長している結晶周辺のガスの流れの弱い部分では多結晶が発生し、成長している結晶の結晶性を劣化させる原因となる。
【００１１】
上記のように、これまでの結晶成長の方法では、坩堝の外部は、圧力制御装置によって炭化珪素単結晶成長に適した圧力に制御する方法が取られているものの、坩堝内部の圧力については、十分な制御が行われていない。炭化珪素単結晶成長のために、炭化珪素粉末原料を昇華温度まで加熱していくと坩堝内部の圧力が上昇し、坩堝内部のガスは、坩堝内外の圧力差を解消するために、気密性の悪い部分から坩堝外部に抜け出す。抜け出すためのガスの流路が制御して作製されていないために、ガスが一ヶ所から流出して成長の軸対称性を乱したり、ガスが流出する際に坩堝内部の圧力が大きく変動したりすることが発生する。これらの乱れや変動に起因して、成長している単結晶中に欠陥が発生するという問題がある。
【特許文献１】特開2001-114599号公報
【特許文献２】特開2002-60297号公報
【非特許文献１】Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Crystal Growth, 52 (1981) pp.146
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明では、種結晶を用いた改良型レーリー法を用いて炭化珪素単結晶を作製するのに適した黒鉛坩堝の構成法を開示することで、坩堝内部の温度分布の変動や圧力変動に起因した結晶欠陥の発生を抑制し、ポリタイプの安定した結晶成長を可能とし、高品質の炭化珪素単結晶が得られるようにする炭化珪素単結晶成長用黒鉛坩堝及び炭化珪素単結晶製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第一は、炭化珪素原料から発生する昇華ガスが結晶成長空間を通過した後に炭化珪素単結晶からなる種結晶の外周部を通り、黒鉛坩堝外部へと流出することができる隙間が坩堝の中心軸に対して軸対称に形成されており、かつ、結晶成長空間の側壁と種結晶の結晶成長面とのなす角度が結晶成長空間の全ての部分において30°以上90°以下であることを特徴とする炭化珪素単結晶成長用黒鉛坩堝を用いることで、ポリタイプの安定した結晶成長が可能となり、結晶性の良い炭化珪素単結晶が得られる。
【００１４】
前記の炭化珪素単結晶成長用坩堝で、隙間を、坩堝内部から坩堝外部に到達するまでに1回以上昇華ガスの進行方向が変えられるように形成することで、よりポリタイプの安定した結晶成長が可能となり、結晶性の良い炭化珪素単結晶が得られる。
【００１５】
また、前記結晶成長空間の一部の径が、種結晶の径以下である部分を少なくとも有することで、得られた単結晶体の周囲に多結晶が発生することを抑制することができ、ポリタイプの安定した結晶成長が可能となり、結晶性の良い炭化珪素単結晶が得られる。
【００１６】
さらに、前記隙間のガスの流れに垂直な断面積（空間断面積）が、結晶成長空間に最も近い部分で結晶成長空間の最小径の周長×0.1mm以上、該周長×2mm以下であり、結晶成長空間に最も近い部分以外の隙間部分のガスの流れに垂直な断面積が、結晶成長空間に最も近い部分の断面積以上であることで、よりポリタイプの安定した結晶成長が可能となり、結晶性の良い炭化珪素単結晶が得られる。
【００１７】
ここで、結晶成長空間とは、炭化珪素単結晶成長において結晶成長後に種結晶上に成長させた単結晶インゴットを取り囲む部分を指しており、図1を例にすれば、種結晶から下の部分で、炭化珪素原料よりも上の部分に相当する部分の空間を指している。
【００１８】
また、結晶成長空間部（結晶成長空間を形成する坩堝の側壁）と種結晶の結晶成長面とのなす角度は、図1に例示するように、拡大を全く行わない場合を90°とし、拡大を行う場合には0〜90°の値を取るように定義した。すなわち、蓋部と結晶成長空間部とのつなぎ目であって、結晶成長空間部の一部に迫り出し部分を形成した場合には0〜90°の値を取るように定義し、迫り出し部分を形成せずに上記つなぎ目が直角の場合を90°と定義した。
【００１９】
さらに、本発明の炭化珪素単結晶製造装置は、上記の炭化珪素単結晶成長用黒鉛坩堝を少なくとも用いてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、坩堝内部の圧力を外部圧力制御系で制御することが可能となり、成長中の坩堝内部の圧力制御性を向上させることができる。また、成長中に坩堝を構成する部材が坩堝内部の圧力上昇により動くことを抑制し、坩堝内部の温度分布の安定性を向上させることができる。その結果、ポリタイプの安定した成長を行うことが可能となり、インゴットの製造歩留まり及びこれから得られる炭化珪素単結晶基板の製造歩留まりを大幅に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図を基に本発明による実施の形態を説明する。
【００２２】
図2に、本発明が開示する炭化珪素単結晶成長のための坩堝の構造を示す。
この図では、種結晶を支持する蓋部に、種結晶の外周に沿ってガスが流れる隙間を作製した。蓋部を平面的に見てガスが流れる隙間（ガス流路）を完全に円形に形成すると、種結晶を支持することが不可能になるため、この図では4ヶ所の部分で支持部を形成した。この支持部がガスの流れを妨げる影響は、支持部の幅を狭くすることや支持部の形状を例えば楔形のような形状にする工夫を行うことで小さくすることができる。また、結晶成長空間部（結晶成長空間の側壁）の蓋部側は、結晶成長空間の径を小さくするように（すなわち側壁の厚みを拡大して開口部を小さくするように）迫り出し部分を形成している。尚、図2では、支持部の数を4ヶ所とした例を例示しているが、種結晶を蓋部に固定することが可能であれば、その数に特に指定は無い。
【００２３】
この図のように、結晶成長空間内部から外部へ坩堝内部のガスが流れることの可能な流路を坩堝の中心軸（蓋部の中心を通る軸）に対して軸対称に形成することで、昇華ガスの発生に伴い、坩堝内部の圧力が坩堝外部に比べて上昇することが無くなり、坩堝内部の圧力の変動を抑制することが可能となる。また、従来の半密閉された坩堝のように坩堝内外の圧力差を解消するために坩堝の気密性の悪い部分を侵食してガスの流路が形成され、坩堝内部のガスの流れの軸対称性が崩れることも無くなり、坩堝内部のガスの流れを、坩堝の構造により制御することが可能になる。
【００２４】
また、種結晶の周辺から坩堝の外部にガスを流すことで、黒鉛坩堝と成長した単結晶体との間に常に隙間を形成することが可能となり、黒鉛坩堝と成長結晶が接触することに起因して発生する結晶欠陥の抑制の効果が得られる。
【００２５】
結晶成長空間の拡大部分（迫り出し部）の種結晶面となす角度が小さい場合には、拡大部分上で多結晶が発生することがある。本発明者は、種結晶面と結晶成長空間を形成する側壁とのなす角度が90°(拡大を全く行わない場合)から30°の場合には、拡大部分で多結晶核が発生することが無いが、それより小さい角度の場合には、拡大部分において多結晶が発生し、成長した結晶に欠陥を導入する原因となることを見出した。このことから、結晶成長空間の側壁と種結晶面とのなす角度が結晶成長空間の全ての部分において30°以上90°以下であることが、結晶欠陥の無い炭化珪素単結晶を得るための好適な条件である。
【００２６】
以上のように、坩堝内部のガスを坩堝外部に流す隙間（ガス流路）を形成し、また、適切な結晶成長空間の形状を持つ坩堝を用いることで、圧力制御性が良く、ポリタイプの安定した成長条件を得ることができ、結晶性の良い炭化珪素単結晶が得られる。
【００２７】
また、図2の坩堝では、坩堝を構成する部材を、蓋部、結晶成長空間部、底部と3つの部分に分割しているが、この分割は作業の効率を向上させることを目的として増減することが可能である。成長中に、坩堝内部の圧力の上昇に伴い、坩堝を構成する部材が動くと、それに起因して、坩堝内部の温度分布に変化が生じ、結晶欠陥が発生する原因となる。このため、部材同士の接続部は成長中に坩堝が動かないように固定されていることが好ましい。
【００２８】
本発明者らは、図2の支持部がガスの流れに影響を及ぼし、成長したインゴットに支持部の影響が現れて、得られたインゴットの軸対称性が悪くなる効果を減らすために、ガスの流れることのできる隙間（ガス流路）の方向を1回以上変化させることが、より、ポリタイプの安定した高品質の単結晶を成長させることに有効であることを見出した。尚、本発明においては、図2に示すように蓋部自体にガス流路としての隙間を形成してもよく、以下で説明する図3のように、坩堝を形成する蓋部と結晶成長空間部との間に所定の間隔を設けてガス流路としての隙間を形成してもよい。
【００２９】
このことを、図3を用いて説明する。図3では、ガスの流れる方向を2回変化させた場合である。種結晶を支持している蓋部と結晶成長空間部とを固定するために、この例では、支持部を軸対称に5ヶ所配置し、ねじを用いて、蓋部と結晶成長空間部とを固定した。図3の場合には、種結晶部分を通過し、隙間を通って坩堝の外に流れるガスはまず種結晶の結晶面と垂直な方向に流れる。その後、種結晶面と水平な方向に一度向きを変え、さらにもう一度向きを変えて種結晶と垂直な方向に流れて坩堝の外側に流出する。このように、ガスの流れの向きを変化させることで、支持部によるガス流の乱れの影響が、結晶成長が行われる種結晶近傍部に及ばないようにすることができる。その結果、より軸対称性の高い成長条件を得ることができ、よりポリタイプの安定した成長条件が得られ、結晶性の良い炭化珪素単結晶が得られる。
【００３０】
種結晶を蓋部に取り付ける際に、細心の注意を払ったとしても、種結晶を坩堝の軸の中心に再現性良く設置することは難しい。その結果、中心を少しずらして設置したために、蓋部の黒鉛材が露出し、その部分に多結晶が発生し、成長した単結晶に欠陥が導入され、得られた単結晶に影響を及ぼし、高品質の単結晶が得られないことが問題となる。このような、取り付け時に求められる高い精度を緩和し作業性を向上させると同時に、種結晶の周辺部から発生する多結晶を抑制する方法として、結晶成長空間の径を種結晶の径より小さくし、さらに、種結晶の周囲を通ってガスが坩堝の外側に抜けるような流路を形成することが、より、ポリタイプの安定した高品質の単結晶を成長させることに有効であることを見出した。
【００３１】
例えば、図4に示すように、結晶成長空間から種結晶を見ると種結晶の外周部が坩堝に隠されて見えない構造になっており、このようにすることで、種結晶を完全に中心軸に沿っておくことができなくても、上記のように黒鉛部材上に多結晶が発生することによる結晶性の劣化を防ぐことができる。
【００３２】
図4では、坩堝内部から坩堝外部に流れるガスは、まず、種結晶と結晶成長空間部との隙間を通って水平面方向、中心軸から外側に向かって流れる。図4では種結晶がなくなった部分ではガスの流れの方向の断面積が広くなる。このように、ガスの流れる流路の断面積が最も狭い部分が、種結晶と結晶成長空間部との隙間にあるようにすることで、この部分を流れたガスがその後の流れにおいて堰き止められることが無いようにすることがポリタイプの安定した成長を得るために有効なことを本発明者らは見出した。もし、ガスの流れる流路の断面積が最も狭い部分が種結晶と結晶成長空間部との隙間以外の部分に存在していると、その部分で多結晶が発生して、結晶成長の軸対称性が乱され、良好な炭化珪素単結晶が得られないという問題が発生する。
【００３３】
ここで、図4を例に取れば、図4中に記載した種結晶表面部と結晶成長空間を構成する坩堝との間の距離(D)と結晶成長空間の最も直径の狭い部分の円周長(L=2πR)の積がガスの流れる流路の断面積である。
【００３４】
また、坩堝内部から坩堝の外側に流れるガスの流路の最も断面積が狭い部分である種結晶と結晶成長空間部との隙間の部分の断面積が、結晶成長空間の最小径の周長×0.1mmよりも狭い値の場合には、坩堝内部から外部に十分にガスが流れることができず、従来の構造である半密閉型の坩堝の場合と同様に、坩堝内部のガスが、坩堝外部に抜け出るガスの流路を形成するために、坩堝の一部が局所的に侵食され、坩堝内部の成長に関する軸対称性が崩れ、得られた結晶の結晶性が劣化するという問題がある。一方で、この隙間の断面積が周長×2mmより大きい場合には、隙間を流れるガスの流れが緩慢となり、隙間部分の側壁に多結晶が形成付着し、そこを起点として発生した多結晶が、成長した単結晶に影響を及ぼして、結晶欠陥を導入するという問題がある。
【００３５】
これらのことから、本発明では、昇華ガスが坩堝外部に流れることができる隙間（ガス流路）で、結晶成長空間に最も近い部分のガスの流れに垂直な断面積が結晶成長空間の最小径の周長×0.1mm以上、周長×2mm以下であり、それ以外の隙間部分では、ガスの流れに垂直な部分の断面積が、結晶成長空間に最も近い部分のガスの流れに垂直な断面積以上であることが、より高品質の炭化珪素単結晶を製造するために効果的であることを見出した。
【００３６】
上記の黒鉛坩堝やそれを用いた結晶製造装置を用いて作製した炭化珪素単結晶インゴットは、単一ポリタイプからなる高品質のインゴットとなる。また、このインゴットを切断、研磨して作製した炭化珪素単結晶基板は欠陥が少なく、電子材料用の基板として有用である。
【００３７】
以下に、本発明の実施例について述べる。
まず、実施例で用いる単結晶成長装置全体について図6を用いて簡単に説明する。結晶成長は、炭化珪素結晶粉末2を昇華させ、種結晶として用いた炭化珪素単結晶1上で再結晶化させることにより行われる。二重石英管5は、真空排気装置11により高真空排気(10-3Pa以下)することができ、かつ高純度Arガス配管9と高純度Arガス用マスフローコントローラ10を用いて、内部雰囲気をArガスにより圧力制御することができる。また、二重石英管5の外周には、ワークコイル8が設置されており、高周波電流を流すことにより黒鉛製坩堝3を加熱し、原料及び種結晶を所望の温度に加熱することができる。坩堝温度の計測は、坩堝上下部を覆うフェルトの中央部に直径2〜4mmの光路を設け坩堝上部及び下部からの光を取り出し、二色温度計を用いて行う。坩堝下部の温度を原料温度、坩堝上部の温度を種温度とする。
【００３８】
結晶成長は以下のように行った。種結晶1を取り付け、原料2を装填した黒鉛製坩堝3は、二重石英管5の内部に、黒鉛の支持棒6により設置した。黒鉛製坩堝3の周囲には、熱シールドのための黒鉛製断熱材7を設置した。その後に、石英管の内部を真空排気し、ワークコイルに電流を流し、原料温度を2000℃まで上げた。その後、雰囲気ガスとして高純度Arガスを流入させ、石英管内圧力を約80kPaに保ちながら、原料温度を目標温度である2400℃まで上昇させた。成長圧力である1.3kPaには30分かけて減圧し、その後、結晶成長を開始した。所定の成長時間の間、原料温度を目標温度に保持し、その後、4時間かけてワークコイルに流す電流の値を0とした。
【実施例１】
【００３９】
次に、本発明で開示した黒鉛坩堝を利用して、炭化珪素単結晶を製造した実施例について説明する。図2にあるように、黒鉛坩堝を蓋部、結晶成長空間部、及び底部と3つの部分に分割した坩堝を作製した。坩堝の外形は120mmとした。
【００４０】
蓋部にはガスが流れるための経路として、内径が種結晶と等しい76.2mm、外径が76.8mmの隙間（ガス流路）を形成した。このとき、蓋部については、種結晶を支持する部分と結晶成長空間部とつなぎ合わされる部分とを一体の物とするために、長さ4mmの支持部を、90°毎に4ヶ所作製した。
【００４１】
結晶成長空間部の種結晶に最も近い部分の内径は種結晶よりも0.6mm大きい、76.8mmとし、蓋部に形成したガス流路の外径部分と合致するように作製した。結晶成長空間の径の最大部分は80.8mmとし、拡大部分（迫り出し部分）は種結晶面となす角度を30°として、拡大部分の高さ1.2mmとして作製した。
【００４２】
この坩堝に、種結晶として口径76.2mmの(0001)面を有した6Hポリタイプの炭化珪素単結晶ウェハを用意し、蓋部に取り付けた。坩堝底部の内部にアチソン法により作製された炭化珪素結晶原料粉末を装填した。最後に、蓋部、結晶成長空間部、及び底部を組み合わせることで炭化珪素単結晶成長用坩堝を組み上げた。この坩堝を、上に述べたように、支持棒6の上に載せ、50時間結晶成長を行った。
【００４３】
得られた結晶の口径は81mm程度で高さは30mm程度であった。成長速度は約0.6mm/時であった。周辺に多結晶は発生しなかった。成長したインゴットの周辺部を観察すると、図2にある支持部に対応した部分で、ガスの流れが乱されたことに対応して、側面の性状が異なることが観察され、この部分の一部に4Hポリタイプの結晶が発生していたが、その大きさは小さかった。こうして得られたインゴットを基板に加工するために、研削、切断、研磨加工を行い、直径が76.2mmの基板を作製した。上記4Hポリタイプは外周部のごく微小な領域においてのみ発生していたため、研削工程で削り取られ、得られた基板には影響が及んでいなかった。その結果、得られた炭化珪素単結晶をX線回折及びラマン散乱を用いて分析したところ、6Hの単一ポリタイプからなる欠陥の少ない高品質の炭化珪素単結晶であることが確認された。この炭化珪素単結晶インゴットを研削、切断、研磨して炭化珪素単結晶基板を作製したところ、6Hの単一ポリタイプからなる欠陥の少ない高品質の炭化珪素単結晶の基板が作製できた。炭化珪素単結晶基板上に電子デバイスを作製する場合、基板に存在する欠陥が電子デバイスの特性に影響を与えるため、本発明により得られた欠陥の少ない高品質の炭化珪素単結晶基板は、電子デバイスを作製するための基板として有用である。
【実施例２】
【００４４】
図4にあるように、黒鉛坩堝を蓋部、結晶成長空間部、及び底部の3つの部分に分割した坩堝を作製した。坩堝の外形は150mmとした。
【００４５】
蓋部にはガスが流れるための経路として、内径が90mm、外径が92mmの隙間（ガス流路）を形成した。このとき、蓋部については、種結晶を支持する部分と結晶成長空間部とつなぎ合わされる部分とを一体の物とするために、長さ3mmの支持部を、45°毎に8ヶ所作製した。また、種結晶を支持した後に種結晶表面と結晶成長空間部との間に0.8mmの隙間(図4のDに相当する量)が存在するように蓋部を設計した。
【００４６】
結晶成長空間部の種結晶に最も近い部分の内径は種結晶よりも2mm小さい74.2mmとした。結晶成長空間の径の最大部分は102mmとし、拡大部分（迫り出し部分）は種結晶面となす角度を45°として、拡大部分の高さ13.9mmとして作製した。
【００４７】
この坩堝では、図4に示すように、種結晶の周辺を水平方向に通過した昇華ガスが、途中で向きを変えて、鉛直方向に流れて、坩堝の外部に流出している。
【００４８】
この坩堝に、種結晶として口径76.2mmの(0001)面を有した4Hポリタイプの炭化珪素単結晶ウェハを用意し、蓋部に取り付けた。坩堝底部の内部にアチソン法により作製された炭化珪素結晶原料粉末を装填した。最後に、蓋部、結晶成長空間部、及び底部を組み合わせることで炭化珪素単結晶成長用坩堝を組み上げた。この坩堝を、上に述べたように、支持棒6の上に載せ、60時間結晶成長を行った。
【００４９】
得られた結晶の口径は102mm程度で高さは40mm程度であった。成長速度は約0.7mm/時であった。周辺に多結晶は発生しなかった。成長したインゴットの周辺部を観察すると、実施例1の場合とは異なり、インゴットの側面部の性状に支持部の影響は見られず、周辺まで完全に4Hポリタイプを持つ良好な結晶であった。こうして得られた炭化珪素単結晶をX線回折及びラマン散乱を用いて分析したところ、4Hの単一ポリタイプからなる欠陥の少ない高品質の炭化珪素単結晶であることが確認された。この炭化珪素単結晶インゴットを研削、切断、研磨して炭化珪素単結晶基板を作製したところ、4Hの単一ポリタイプからなる欠陥の少ない高品質の炭化珪素単結晶の基板が作製できた。炭化珪素単結晶基板上に電子デバイスを作製する場合、基板に存在する欠陥が電子デバイスの特性に影響を与えるため、本発明により得られた欠陥の少ない高品質の炭化珪素単結晶基板は、電子デバイスを作製するための基板として有用である。
【００５０】
(比較例1)
実施例1と比較するために、図2の隙間(ガス流路)をなくした、従来の半密閉型黒鉛坩堝を蓋部、結晶成長空間部、及び底部の3つの部分に分割した坩堝を、図5のように作製した。坩堝の外形は150mmとした。
【００５１】
蓋部には種結晶を設置するための、内径が種結晶と等しい76.2mmの凹みを作製した。結晶成長空間部の種結晶に最も近い部分の内径は、種結晶と同じ76.2mmとした。結晶成長空間の径の最大部分は80.8mmとし、拡大部分（迫り出し部分）は種結晶面となす角度を30°として、拡大部分の高さ1.3mmとして作製した。
【００５２】
この坩堝に、種結晶として口径76.2mmの(0001)面を有した4Hポリタイプの炭化珪素単結晶ウェハを用意し、蓋部に取り付けた。坩堝底部の内部にアチソン法により作製された炭化珪素結晶原料粉末を装填した。最後に、蓋部、結晶成長空間部、及び底部を組み合わせることで炭化珪素単結晶成長用坩堝を組み上げた。この坩堝を、上に述べたように、支持棒6の上に載せ、50時間結晶成長を行った。
【００５３】
得られた結晶の口径は81mm程度で高さは30mm程度であった。成長速度は約0.6mm/時であった。インゴットの側面は黒鉛坩堝と完全に固着しており、黒鉛坩堝と接している部分では、多結晶が発生していた。この多結晶部分を起点として、成長した結晶に6Hポリタイプなど、目的の4Hポリタイプ以外の結晶が混入していた。得られた炭化珪素結晶をX線回折及びラマン散乱を用いて分析したところ、4Hや6H等のポリタイプが混在しており、結晶性の劣化が観察された。この炭化珪素単結晶インゴットを研削、切断、研磨して炭化珪素単結晶基板を作製しても結晶性が悪いために、電子材料用の基板としては役に立たない。
【００５４】
(比較例2)
実施例2と同様にして、図4にあるように、黒鉛坩堝を蓋部、結晶成長空間部、及び底部の3つの部分に分割した坩堝を作製した。坩堝の外形は150mmとした。
【００５５】
蓋部にはガスが流れるための経路として、内径が90mm、外径が96mmの隙間（ガス流路）を形成した。このとき、蓋部については、種結晶を支持する部分と結晶成長空間部とつなぎ合わされる部分とを一体の物とするために、長さ3mmの支持部を、45°毎に8ヶ所作製した。また、種結晶を支持した後に種結晶表面と結晶成長空間部との間に3mmの隙間(図4のDに相当する量)が存在するように蓋部を設計した。
【００５６】
結晶成長空間部の種に最も近い部分の内径は種結晶よりも2mm小さい74.2mmとした。結晶成長空間の径の最大部分は102mmとし、拡大部分（迫り出し部分）は種結晶面となす角度を20°として、拡大部分の高さ5mmとして作製した。
【００５７】
この坩堝では、図4に示すように、種結晶の周辺を水平方向に通過した昇華ガスが、途中で向きを変えて、鉛直方向に流れて、坩堝の外部に流出している。
【００５８】
この坩堝に、種結晶として口径76.2mmの(0001)面を有した4Hポリタイプの炭化珪素単結晶ウェハを用意し、蓋部に取り付けた。坩堝底部の内部にアチソン法により作製された炭化珪素結晶原料粉末を装填した。最後に、蓋部、結晶成長空間部、及び底部を組み合わせることで炭化珪素単結晶成長用坩堝を組み上げた。この坩堝を、上に述べたように、支持棒6の上に載せ、60時間結晶成長を行った。
【００５９】
得られた結晶の口径は102mm程度で高さは35mm程度であった。成長速度は約0.6mm/時であった。拡大部分の角度が20°と小さかったため、拡大部分の黒鉛部材上で多結晶の発生が観察され、成長した結晶の結晶性を劣化させていた。また、ガス流路である隙間の一部で多結晶の発生が観察され、その部分でガスの流れが乱され、成長した結晶も対応した部分に目的のポリタイプではない6Hのポリタイプが発生していた。得られた炭化珪素結晶をX線回折及びラマン散乱を用いて分析したところ、4Hや6H等のポリタイプが混在しており、結晶性の劣化が観察された。この炭化珪素単結晶インゴットを研削、切断、研磨して炭化珪素単結晶基板を作製しても結晶性が悪いために、電子材料用の基板としては役に立たない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】改良レーリー法の原理を説明する図
【図２】本発明の単結晶成長用坩堝を説明する図
【図３】本発明の単結晶成長用坩堝を説明する図
【図４】本発明の単結晶成長用坩堝を説明する図
【図５】比較例の単結晶製造装置を説明する図
【図６】本実施例の単結晶製造装置を説明する図
【符号の説明】
【００６１】
1  種結晶(炭化珪素単結晶)
2  炭化珪素結晶粉末原料
3  黒鉛製坩堝
4  黒鉛製坩堝蓋
5  二重石英管
6  支持棒
7  黒鉛製フェルト(断熱材)
8  ワークコイル
9  高純度Arガス配管
10 高純度Arガス用マスフローコントローラ
11 真空排気装置
【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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