(57)【要約】      （修正有）【課題】良質なSiC単結晶をクラック等の発生なく安定的に製造する製造装置を提供する。【解決手段】少なくとも、SiC原料２４粉末と種結晶２１を収容する坩堝２３、坩堝２３の周囲に配置された断熱材２５、２７、２８、坩堝２３を加熱する加熱装置を有するSiC単結晶の製造装置であって、坩堝２３の外形が、隣接する領域より径の細い領域が少なくとも１箇所以上ある形状を有しており、径の差により生じる空間にも断熱材２６を配置することにより、坩堝２３内部の温度勾配が精密に制御され、良質な炭化珪素単結晶インゴット２２が得られる。【選択図】図２
2008074662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、炭化珪素原料粉末と種結晶を収容する坩堝、該坩堝の周囲に配置された断熱材、該坩堝を加熱する加熱装置を有する炭化珪素単結晶の製造装置であって、該坩堝の外形に、隣接する領域より径の細い領域が少なくとも一箇所以上あり、径の差により生じる空間にも断熱材が配置され、径の細い領域の断熱材厚さが隣接する領域の断熱材厚さよりも厚いことを特徴とする炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項２】
前記断熱材が黒鉛フェルトである請求項１に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項３】
前記坩堝の径の細い領域が、坩堝の種側上端から坩堝の結晶成長部の下端までの範囲にある請求項１又は２に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項４】
前記断熱材の最大厚みと最小厚みの比（最大厚／最小厚）が１．５以上である請求項３に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項５】
前記断熱材の最大厚みと最小厚みの比（最大厚／最小厚）が２以上である請求項３に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質な炭化珪素単結晶インゴットを安定的に育成するための炭化珪素単結晶製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（SiC）単結晶は、２．２〜３．３eVの広い禁制帯幅をもつワイドバンドギャップ半導体である。従来、SiCはその優れた物理的、化学的特性から耐環境性半導体材料としての研究開発が行われてきたが、近年は、青色から紫外にかけての短波長光デバイス、高周波電子デバイス、高耐圧電子デバイス等のウェハ材料としてSiC単結晶が注目されており、活発に研究開発が行われている。しかしながら、半導体分野で工業的規模の生産を行うには、大面積を有する高品質の単結晶が求められるが、大口径、高品質のSiC単結晶を安定的に供給し得る技術は未だ確立されていないというのが現状である。
【０００３】
従来、研究室程度の規模では、例えば、昇華再結晶法（レーリー法）で半導体素子の作製が可能なサイズのSiC単結晶を得ていた。しかしながら、この方法では、得られる単結晶の面積が小さく、その寸法、形状、さらには結晶多形（ポリタイプ）や不純物キャリア濃度の制御も容易ではない。一方、化学気相成長法（CVD法）を用いて、珪素（Si）等の異種基板上にヘテロエピタキシャル成長させることにより、立方晶のSiC単結晶を成長させることも行われている。この方法では、大面積の単結晶は得られるが、SiCとSiの格子不整合が約２０%もあること等により多くの欠陥（〜107/cm2）を含むSiC単結晶しか成長させることができず、高品質のSiC単結晶は得られていない。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、SiC単結晶ウェハを種結晶として用いて、昇華再結晶を行う改良型のレーリー法が提案されている（非特許文献１）。この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、不活性ガスで雰囲気圧力１００Pa〜１５kPa程度に制御することにより、結晶の成長速度を再現性良く制御することができる。
【０００５】
改良レーリー法を用いれば、SiC単結晶の結晶多形（6H型、4H型、15R型等）及び形状、キャリア型及び濃度を制御しながら、SiC単結晶を成長させることができる。
【０００６】
現在、改良レーリー法で作製したSiC単結晶から口径２インチ（50mm）から４インチ（100mm）のSiC単結晶ウェハが切り出され、電力エレクトロニクス分野等のデバイス作製等に供されている。しかし、これらの結晶には、マイクロパイプと呼ばれる成長方向に貫通した中空ホール状欠陥が〜１００個/cm3程度観察される場合が多い。さらに、従来の単結晶育成方法では、単結晶の周囲に成長する多結晶SiCが種結晶上の単結晶と接触し、単結晶に歪みを発生させて結晶品質を劣化させることも知られている。非特許文献２に記載されているように、マイクロパイプ欠陥は素子を作製した際に漏れ電流等を引き起こし、その低減はSiC単結晶デバイス応用における最重要課題とされている。
【０００７】
前述したような結晶品質の劣化を抑制するためには、坩堝内部の温度勾配の最適化が重要であり、成長インゴットの周辺部の温度が中央部よりも高くなるような温度勾配が有効であることが知られている。一方、非特許文献３に示されるように、単結晶インゴットの温度勾配は、結晶内部に熱応力を発生させる。この熱応力が大きいと転位欠陥が誘発される他、インゴットのクラックを引き起す場合もあるので大きな問題となる。したがって、昇華再結晶法によって良質なSiC単結晶インゴットを得るためには、坩堝内部の温度勾配を精密に制御することが必要である。
【０００８】
昇華再結晶法において坩堝内部の温度勾配を制御するには、坩堝と誘導コイルの相対的な位置関係を調整する方法が最も一般的に知られており、従来から用いられてきた。しかしながら、この方法では、結晶成長部の温度勾配に加えて、結晶と原料の温度勾配や坩堝の最高温度になる位置も同時に変わるため、精密な温度勾配制御は困難であり、例えば、この方法で成長表面周辺の温度を上げるように、誘導コイルの中央付近に坩堝を配置した場合、種結晶の方向に原料ガスが供給されなくなり、成長が中断して結晶の表面が炭化するといった問題が生じることもあった。
【０００９】
上記の問題を解決する技術として、例えば、特許文献１が開示されている。当該発明は、共振インバータを備えた複数の誘導コイルを坩堝の種基板領域と中間領域とSiC粉末原料領域に沿って配列し、坩堝内部の細かな温度制御を行うことを目的としたものである。しかしながら、当該発明の技術では、各誘導コイルが坩堝の隣接する領域の加熱にも影響するため、目的とした原料と成長結晶の独立した精密な温度制御には至っていないのが現状である。
【００１０】
一方、坩堝の内部構造によって温度勾配を制御し、同時にインゴットの外周部に昇華ガスの流れを形成させ、成長結晶周辺からの多結晶発生を防ぐ技術が、非特許文献４あるいは特許文献２に開示されている。該文献の技術によれば、良質な単結晶を得ることはできるものの、単結晶インゴットは必然的に成長方向に口径拡大した形状となり、目的の口径を有する結晶は僅かな長さしかないか、もしくは必要な口径にするために外形を大幅に加工する必要が生じ、生産性に劣るという問題があった。
【００１１】
その他に、坩堝周囲に設置する断熱材の厚さを部分的に厚くするという簡便な方法でも、坩堝内部の温度勾配をある程度制御することが可能である。しかしながら、この方法は坩堝外壁からの放射熱のみを調整するため、坩堝内部を精密に温度制御することはできない。
【特許文献１】特開2004-224666号公報
【特許文献２】特開2005-53739号公報
【非特許文献１】Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Growth, vol.52 (1981) pp.146〜150
【非特許文献２】P. G. Neudeck, et al., IEEE Electron Device Letters, vol.15 (1994) pp.63-65
【非特許文献３】M. Selder, et al., Journal of Crystal Growth, vol.226 (2001) pp.501〜510
【非特許文献４】S. Nishizawa, et al., Materials Science Forum, Vols.457-460 (2004) pp.29-34
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前述した状況に鑑み、坩堝とコイルの位置関係や坩堝の内部構造とは独立した方法で、尚且つ一般的な誘導加熱装置を用いて坩堝内部の温度勾配を精密に制御し、結晶欠陥の極めて少ない、高品質のSiC単結晶を製造する製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、前述の課題を解決するため、有限要素法による熱分布解析を行い、さらに実験によって解析結果を検証するという手法を用いて研究開発を進めた。その結果、断熱材によって坩堝の側面方向の輻射と縦方向の熱伝導を同時に制限することで、坩堝内部の温度勾配を精密に制御し、高品質なSiC単結晶インゴットを製造する技術を見出した。
【００１４】
即ち、本発明は、以下の構成よりなるものである。
(1)  少なくとも、炭化珪素原料粉末と種結晶を収容する坩堝、該坩堝の周囲に配置された断熱材、該坩堝を加熱する加熱装置を有する炭化珪素単結晶の製造装置であって、該坩堝の外形に、隣接する領域より径の細い領域が少なくとも一箇所以上あり、径の差により生じる空間にも断熱材が配置され、径の細い領域の断熱材厚さが隣接する領域の断熱材厚さよりも厚いことを特徴とする炭化珪素単結晶製造装置。
【００１５】
(2)  前記断熱材が黒鉛フェルトである(1)に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【００１６】
(3)  前記坩堝の径の細い領域が、坩堝の種側上端から坩堝の結晶成長部の下端までの範囲にあることを特徴とする、(1)又は(2)に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【００１７】
(4)  前記断熱材の最大厚みと最小厚みの比（最大厚/最小厚）が１．５以上である(3)に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【００１８】
(5)  前記断熱材の最大厚みと最小厚みの比（最大厚/最小厚）が２以上である(3)に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の炭化珪素単結晶製造装置によれば、坩堝内部の温度勾配を精密に制御することができ、結晶欠陥の極めて少ない、高品質のSiC単結晶を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のSiC単結晶製造装置は、少なくとも、炭化珪素原料粉末と種結晶を収容する坩堝、該坩堝の周囲に配置された断熱材、前記坩堝を加熱する加熱装置を有している。前記坩堝の外形（坩堝の横断面形状が円形である場合は「外径」となる）には、隣接する領域より径の細い領域が少なくとも１箇所以上あり、径の差により生じる空間にも断熱材が配置され、従って、径の細い領域には隣接する領域よりも厚く断熱材が配置される。
【００２１】
前述した様に、坩堝の外径の差により生じる空間に断熱材を配置すると、断熱材は坩堝壁を伝わる伝導熱と、坩堝外壁からの輻射熱を同時に制限するので、断熱材が配置された周辺部分の温度を効率よく上昇させることができる。加えて、断熱材の幅や断熱材の厚さを変更すれば、影響範囲、影響度を調整することができる。つまり、坩堝内部の温度勾配を精密に制御することが可能となる。
【００２２】
前述した径の細い領域は、好ましくは、坩堝の種側上端から坩堝の結晶成長部の下端までの範囲に少なくとも１箇所以上形成するのがよい。この坩堝の種側上端から坩堝の結晶成長部の下端までの範囲に径の細い領域を設けることにより、種周辺部と成長結晶の周辺部の温度が上昇し、成長結晶の周辺部の温度が中央部よりも高くなる温度勾配が生じて凸形の結晶成長表面が形成される。種の周辺部と成長結晶の周辺部からは多結晶を始めとした各種の結晶欠陥が発生しやすいため、前述のように温度勾配を制御すると、結晶欠陥の発生が抑制され、SiC単結晶の安定成長に大いに効果を発揮する。坩堝の径の細い領域について、さらに好ましくは、坩堝の種側上端から結晶成長部の上部までの範囲に少なくとも１箇所以上形成するのがよい。このような構造では、結晶欠陥の発生しやすい成長前半で凸形の結晶成長表面を形成するのと同時に、成長後半では必要以上の強い温度勾配は付与せず、結晶成長の熱応力を軽減し、結晶の転位やクラックの発生を回避することができる。
【００２３】
一方、本発明の坩堝と断熱材の構造は、坩堝下部の原料部分へ与える変化は軽微であり、昇華量、昇華速度は従来の坩堝、断熱材構造の０場合と同等である。従って、結晶成長プロセスは従来同様とすることができる。
【００２４】
径の細い領域の構造によって、さらに様々な温度制御も可能となる。例えば、径の細い領域の中にさらに１箇所以上の細い領域を作る構造にすることもできる。このような構造では、坩堝内壁の温度の高い領域の中に、さらに温度の高い第２の領域を形成することができる。径の細い領域と周辺領域の境目は、段付き形状や溝形状であると、坩堝や断熱材の加工が容易でよい。しかし、緩やかな連続的な変化を付与したい場合は、坩堝の外形をテーパー形状にすることもできる。テーパーと段付きを組み合わせることも勿論可能である。
【００２５】
前述した断熱材の厚さについて、最大厚みと最小厚みの比（最大厚／最小厚）は、望ましくは１．５以上、さらに望ましくは２．０以上とすることにより、実効的な温度変化を与えることができる。この値の上限は、坩堝の外径と肉厚によって必然的に決定されるので特に限定しないが、２０倍を超える厚さ比があっても厚さ方向の断熱性の効果は飽和し、経済的ではないので好ましくない。
【００２６】
本発明のSiC単結晶製造装置を用いてSiC単結晶を育成すると、結晶周辺部の多結晶発生や、目的とするポリタイプ以外の異種ポリタイプの発生、さらには転位発生やインゴットのクラック発生が抑制され、良質なSiC単結晶インゴットの育成が可能となる。
【００２７】
本発明の坩堝の材質について、昇華再結晶法において坩堝の材質は黒鉛が一般的であり、本発明の坩堝も黒鉛で製造することができるが、タンタル等の耐熱性金属を使ってもよい。坩堝はいくつかの部材に分割できると、原料充填や種の装着、さらには成長結晶の取り出しの点で便利であり、特に種を装着する部分は蓋として分割できる方が良い。また、断熱材としては、コストや耐熱性の点から黒鉛フェルトが好ましい。坩堝の加熱方法は特に限定しない。黒鉛ヒーター等の抵抗加熱装置も利用できるが、ヒーターの消耗無くSiCが昇華する温度を安定的に実現するには誘導加熱装置が好ましい。この際、誘導加熱装置は１対のインバータと誘導コイルを有する一般的な装置で良い。
【００２８】
本発明技術は、昇華再結晶プロセスでの従来の温度勾配制御手段である、誘導コイルと坩堝の位置関係の変更とは異なり、温度を変えたくない原料部等の部位にはほぼ変化を与えることなく、必要な結晶成長領域のみ温度を変更することができる。コイルと坩堝の位置関係の変更は、原料の最高温度になる位置を変更し、昇華を安定的に行う手段として、さらに生産性よく結晶育成を行う手段として利用することもできる。さらに、誘導加熱装置については、一般的な装置が使用できるので、装置のコスト的に有利である。また、本発明技術においては坩堝の内部構造、特に結晶が成長する部分について必要以上の拡大構造にする必要がないので、結晶のサイズの自由度が大きく、必要な口径で長尺のインゴットを育成することができ、インゴットからのウェハ加工枚数が増えるので生産性も高い。
【実施例】
【００２９】
以下、添付図面に示す実施例及び比較例に基づいて、本発明を具体的に説明する。
【００３０】
まず、図１は、本発明が適用されるSiC単結晶製造装置の模式図であり、この図１に従ってSiC単結晶製造装置について簡潔に説明する。結晶成長は昇華原料３を誘導加熱により昇華させ、種結晶１上に再結晶させることにより行われる。種結晶であるSiC単結晶１は、高純度黒鉛製坩堝４の上部蓋材に取り付けられる。種結晶の取り付け方に関して複数の技術が開示されているが、ここでは取り付け方法に限定されず、蓋材に種結晶が固定できれば良い。SiC原料粉末３は、坩堝４の内部に充填されている。坩堝４の周囲には断熱材５が設置されている。坩堝４については後ほど詳しく説明する。
【００３１】
坩堝４と断熱材５は、二重石英管７の内部の支持台６上に設置される。支持台６には高さ調整機能があり、坩堝４と二重石英管７の外周に配置された誘導コイル（ワークコイル８）との相対位置関係を調整することができる。二重石英管７は、真空排気装置11により高真空排気（10-3Pa）することができ、かつ内部の圧力を制御することができる。また、二重石英管７の外周に配置されたワークコイル８に高周波電流を流すことにより坩堝４を加熱し、SiC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、坩堝上部及び下部の熱シールドに直径２〜４mmの光路を設け、二色温度計12a及び12b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。
【００３２】
（実施例１）
実施例１で用いる坩堝の断面構造を、図２に模式的に示す。坩堝上端から結晶成長部の途中までは径が細い。坩堝側面全体が断熱材25で覆われており、径の細い領域にはさらに断熱材26が配置されており、径の細い領域の断熱材の厚さはt2となっている。一方、径の太い坩堝の下部の断熱材の厚さはt1であり、t2／t１は２．０である。
【００３３】
図２の坩堝及び黒鉛フェルトを図１に示す結晶製造装置の坩堝４及び黒鉛フェルト５の位置に設置し、以下のプロセスで単結晶インゴットを育成した。
【００３４】
まず、種結晶１として口径５１．１mmの[0001]面を有した６Ｈ単一ポリタイプで構成された、１３個/cm2のマイクロパイプ密度を有するSiC単結晶ウェハを用意し、Si面を成長面として坩堝４の上部内面に取り付けた。二重石英管7の内部を、真空排気装置11を用いて１．０×１０-4Pa未満まで真空排気した後、純度９９．９９９９%以上の高純度Arガスを、配管９を介してArガス用マスフローコントローラ10で制御しながら流入させ、石英管内圧力を８．０×１０4Paに保ちながら、ワークコイル８に高周波電流を流し、原料温度を２４００℃、種温度を２１５０℃まで上昇させる。前述の温度関係になるよう、誘導コイルと坩堝の位置関係は事前に調整されている。その後、石英管内圧力を成長圧力である１．３×１０3Paまで約１５分かけて減圧し、この状態を２０時間維持して結晶成長を実施した。
【００３５】
前述したプロセスにより、高さ２５mm、口径５２mmのSiC単結晶インゴットが得られた。インゴットの周辺部及び坩堝の内壁にはSiC多結晶の付着はなく、また、インゴットにはクラック等の機械的損傷はなかった。インゴットのポリタイプをＸ線回折及びラマン散乱により分析したところ、６Ｈポリタイプが成長したことが確認できた。
【００３６】
このインゴットから[0001]面を有する口径５１．１mm、厚さ０．４mmのウェハを加工し、Ｘ線回折及びラマン散乱によりポリタイプを分析した結果、ウェハが６Ｈ単一ポリタイプで構成されていることが確認できた。さらに、偏光顕微鏡観察、Ｘ線トポグラフィーにより結晶品質の評価を行った。ウェハには亜粒界欠陥等は見られず、また、マイクロパイプの密度は１３個/cm2であった。
【００３７】
発明の効果をさらに詳細に調査するため、図２の構造の坩堝、断熱材を新たに準備し、口径５１．１mmの[0001]面を有した種結晶とSiC原料を坩堝に装填してマーキング成長を行った。窒素を間欠的に石英間内部に導入する以外は、実施例１と同じ結晶製造プロセスである。マーキング成長の結果、高さ２６mm、口径５２mmのSiC単結晶インゴットが得られた。このインゴットについて、成長方向に平行に切断し、成長表面形状の観察を行った。成長初期から断熱材厚さt2までの領域においては、常に凸型の成長表面形状が観察された。その後、凸性は緩やかになり、最終形状は中央部がフラットで周辺が僅かに凸型の形状であった。径の細い結晶成長前半の領域で凸形の結晶成長表面が実現され、結晶成長初期の結晶欠陥発生が抑制されており、結晶成長の後半では凸性が弱くなることが確認できた。
【００３８】
（実施例２）
実施例２で用いる坩堝を図３に模式的に示す。坩堝上端から結晶成長部の上部までは径が細く、下方に向かってはテーパー形状を有しており、結晶成長部の下端から下は一様な径を有する構造になっている。実施例１と同様に、坩堝側面全体が断熱材25で覆われており、径の細い領域にはテーパー部も含めてさらに断熱材26が配置されている。最も径の細い領域の断熱材厚さはt2、径が一様な坩堝の下部の断熱材厚さはt1であり、t2／t1は３．４である。
【００３９】
この坩堝は、種結晶の径（φ100mm）からφ１０５mmまで成長の初期段階で結晶口径を拡大することを狙って設計した。１０５mmに拡大する目的は、種結晶と異なるオフ角度のウェハも作製できるようにするためである。口径拡大のため、成長の初期段階では強い凸型の成長表面形状が求められ、t2／t1は実施例１よりも大きな値に設定されている。この坩堝径の差の効果を成長方向に緩やかに解消するため、外形はテーパー形状とした。
【００４０】
図３の坩堝及び黒鉛フェルトを図１に示す結晶製造装置の坩堝４及び黒鉛フェルト５の位置に設置し、以下のプロセスで単結晶インゴットを育成した。
種結晶１として口径１００mmの[0001]面を有した４Ｈ単一ポリタイプで構成された、３個/cm2のマイクロパイプ密度を有するSiC単結晶ウェハを用意し、Ｃ面を成長面として坩堝４の上部内面に取り付けた。
【００４１】
以下、実施例１と同様に、二重石英管7の内部を１．０×１０-4Pa未満まで真空排気した。その後、純度９９．９９９９%以上の高純度Arガスをマスフローコントローラ10で制御しながら流入させ、石英管内圧力を８．０×１０4Paに保ちながらワークコイル８に高周波電流を流し、原料温度を２４００℃、種温度を２１５０℃まで上昇させる。前述の温度関係になるよう、誘導コイルと坩堝の位置関係は事前に調整されている。その後、石英管内圧力を成長圧力である１．３×１０3Paまで約１５分かけて減圧し、この状態を３０時間維持して結晶成長を実施した。
【００４２】
前述したプロセスにより、高さ３６mm、口径１０６mmのSiC単結晶インゴットが得られた。インゴットの周辺部及び坩堝の内壁にはSiC多結晶の付着はなく、またインゴットにはクラック等の機械的損傷はなかった。インゴットのポリタイプをＸ線回折及びラマン散乱により分析したところ、６Ｈポリタイプが成長したことが確認できた。
【００４３】
このインゴットから(0001)面から<11-20>方向に４度オフの面方位を有する口径１００mm、厚さ０．４mmのウェハを加工し、Ｘ線回折及びラマン散乱によりポリタイプを分析した結果、ウェハが４Ｈ単一ポリタイプで構成されていることが確認できた。さらに偏光顕微鏡観察、Ｘ線トポグラフィーにより結晶品質の評価を行ったところ、ウェハには亜粒界等の欠陥は無く、マイクロパイプの密度は３個/cm2であった。
【００４４】
発明の効果をさらに詳細に調査するため、図３の構造の坩堝、断熱材を新たに準備し、口径１００mmの[0001]面を有した種結晶とSiC原料を坩堝に装填し、実施例1と同様に、窒素を用いたマーキング成長を行った。マーキング成長の結果、高さ３８mm、口径１０５mmのSiC単結晶インゴットが得られた。このインゴットは成長方向に平行に切断し、成長表面形状の観察を行った。成長初期の断熱材厚さt2の領域においては、成長表面形状の凸性が非常に強く、約４mm成長した段階で口径は１０５mmまで拡大していた。その後、凸性は序々に緩やかになり、最終形状は中央部がフラットで周辺が緩やかに凸型の形状であった。最も径の細い結晶成長初期の領域で比較的強い凸形の結晶成長表面が実現され、結晶成長初期の結晶欠陥発生が抑制されると同時に結晶の口径が拡大され、一方で前述の凸性は坩堝径が太くなっていく下方に向かって緩やかになっていくことが確認できた。
【００４５】
（比較例）
本発明の比較例として用いた坩堝を、図４に模式的に示す。内部構造は図３の坩堝と同じであるが、外径に細くなっている領域は無く、坩堝側面全体が断熱材25のみで覆われている。図４の坩堝及び黒鉛フェルトを図１に示す結晶製造装置の坩堝４及び黒鉛フェルト５の位置に設置し、実施例２同様のプロセスで単結晶インゴットを育成した。
【００４６】
種結晶１として口径１００mmの[0001]面を有した４Ｈ単一ポリタイプで構成された、０．８個/cm2のマイクロパイプ密度を有するSiC単結晶ウェハを用意し、Ｃ面を成長面として坩堝４の上部内面に取り付けた。黒鉛坩堝４を黒鉛支持台６の上に設置し、二重石英管７の内部を１．０×１０-4Pa未満まで真空排気した。その後、純度９９．９９９９%以上の高純度Arガスをマスフローコントローラ10で制御しながら流入させ、石英管内圧力を８．０×１０4Paに保ちながらワークコイル８に高周波電流を流し、原料温度を２４００℃、種温度を２１５０℃まで上昇させる。誘導コイルと坩堝の位置関係は事前に調整されている。その後、石英管内圧力を成長圧力である１．３×１０3Paまで約１５分かけて減圧し、この状態を３０時間維持して結晶成長を実施した。
【００４７】
前述したプロセスにより、高さ４３mm、口径約１０５mmの単結晶と多結晶が混在するSiCインゴットが得られた。インゴットは、周辺部に多結晶が発生しており、多結晶部分がインゴットの最高高さとなっていた。インゴットを取り出した後の坩堝の内壁にも、SiC多結晶が付着していた。さらに、インゴットには多結晶部を起点としたクラックが発生しており、クラックはインゴット中央の単結晶部まで進展していた。インゴット中央の単結晶部のポリタイプをＸ線回折及びラマン散乱により分析したところ、４Ｈと６Ｈの２つのポリタイプが成長したことが確認できた。
【００４８】
多結晶の発生により口径１００mmの単結晶ウェハの加工が不可能となったため、中央の単結晶部から[0001]面を有する口径６０mm、厚さ０．４mmの評価用ウェハを加工した。このウェハをＸ線回折及びラマン散乱によりポリタイプを分析した結果、ウェハは６Ｈと４Ｈの２つのポリタイプが混在していることが確認できた。また、偏光顕微鏡観察、Ｘ線トポグラフィーにより結晶性を評価した。異種ポリタイプ界面に起因する亜粒界欠陥が多数観察され、また、マイクロパイプの密度は約２４１個/cm2であった。
【００４９】
本比較例についても、図４の構造の坩堝、断熱材を新たに準備し、口径１００mmの[0001]面を有した種結晶とSiC原料を坩堝に装填し、実施例同様にマーキング成長を行った。マーキング成長でも周辺部から多結晶が発生し、多結晶部を最高高さとした高さ３９mm、口径約１０６mmのSiCインゴットが得られた。インゴットを成長方向に切断し、成長表面形状の観察を行った。成長初期に種結晶周辺部の坩堝内壁から多結晶が発生していた。成長表面形状にはうねりがあり、成長初期の中央は緩やかな凸型であるが、周辺部ではせり上がる形状であった。結晶成長初期に種周辺部の温度が低いため、結晶欠陥が発生しやすい状況となっていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明の単結晶製造装置の一例を示す模式図である。
【００５１】
【図２】図２は、本発明の第一の実施形態における坩堝構造を示す概略図である。
【００５２】
【図３】図３は、本発明の第二の実施形態における坩堝構造を示す概略図である。
【００５３】
【図４】図４は、本発明の比較例における坩堝構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…種結晶（SiC単結晶）
２…SiC単結晶インゴット
３…SiC原料粉末
４…黒鉛坩堝
５…熱シールド（黒鉛フェルト）
６…支持台
７…二重石英管
８…ワークコイル
９…ガス配管
10…マスフローコントローラ
11…真空排気装置及び圧力制御装置
12a…放射温度計（坩堝上部用）
12b…放射温度計（坩堝下部用）
21…種結晶
22…SiC単結晶インゴット
23…黒鉛坩堝
24…SiC原料
25…坩堝側面全体に配置された黒鉛フェルト
26…坩堝の径の細い領域にのみ配置された黒鉛フェルト
27…坩堝底面に配置された黒鉛フェルト
28…坩堝上面に配置された黒鉛フェルト
29…SiC単結晶の周辺に発生したSiC多結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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