(57)【要約】【課題】高品質を保って連続的にＳｉＣ単結晶を成長させることができるＳｉＣ単結晶の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】ガス導入管１３を通して原料ガス（ＳｉＨ４とＣ３Ｈ８）をルツボ４内に導入してＳｉＣ種結晶１０からＳｉＣ単結晶２０を成長させる。この際に、Ｘ線発生装置１６とイメージ管１７を用いて、成長中に成長結晶２０に発生する欠陥Ｄを観察する。その後、原料ガスの導入を停止するとともにガス導入管１３を通してエッチングガスをルツボ４内に導入して、観察した欠陥Ｄの発生以前まで成長結晶２０を成長環境下でエッチングする。その後に、続けて成長を行う。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ種結晶（１０）からＳｉＣ単結晶（２０）を成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法において、
成長中に成長結晶（２０）に発生する欠陥（Ｄ）を観察する第１工程と、
第１工程で観察した欠陥（Ｄ）の発生以前まで成長結晶（２０）を成長環境下でエッチングする第２工程と、
第２工程の後、続けて成長を行う第３工程と、
を少なくとも有することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項２】
ＳｉＣ種結晶（１０）からＳｉＣ単結晶（２０）を成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法において、
成長中に成長結晶（２０）の周囲の部材（１５）に付着する多結晶（Ｐ）を観察する第１工程と、
第１工程で観察した多結晶（Ｐ）を成長環境下でエッチング除去する第２工程と、
第２工程の後、続けて成長を行う第３工程と、
を少なくとも有することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記観察の際にＸ線を利用することを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記観察の際に光学的手法を利用することを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記観察の際に電気的測定法を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記エッチングは熱エッチングであることを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記エッチングはエッチングガスを用いて行うことを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項８】
前記エッチングはイオンエッチングであることを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項９】
前記イオンエッチングを行うときに、発生した欠陥（Ｄ）のみを選択的にエッチングするような電磁場を印加するようにしたことを特徴とする請求項８に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記エッチングは、熱エッチング、エッチングガスによるエッチング、イオンエッチングのうちの２つまたは３つを組み合わせたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記ＳｉＣ単結晶（２０）の成長が４０ｍｍ以上連続的に行われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１２】
前記ＳｉＣ単結晶（２０）の成長が、原料を連続的に供給して行われることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１３】
前記原料の連続的な供給は、少なくとも、Ｓｉを含むガスとＣを含むガスを用いて行うことを特徴とする請求項１２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１４】
ＳｉＣ種結晶（１０）からＳｉＣ単結晶（２０）を成長させるＳｉＣ単結晶の製造装置であって、
成長中に成長結晶（２０）に発生する欠陥（Ｄ）、または、成長中に成長結晶（２０）の周囲の部材（１５）に付着する多結晶（Ｐ）を観察するための観察手段（１６，１７）を設けるとともに、前記観察手段（１６，１７）による観察に基づいて成長環境下で成長結晶（２０）での欠陥発生箇所、または、前記多結晶（Ｐ）をエッチングするための設備（１３，１４ａ）を設けたことを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造装置。
【請求項１５】
原料を連続的に供給するための設備（１３）を備えたことを特徴とする請求項１４に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳｉＣ単結晶の製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＣ単結晶は、高耐圧、高電子移動度という特徴を有するため、パワーデバイス用半導体基板として期待されている。ＳｉＣ単結晶には、一般に昇華法（改良レーリー法）と呼ばれる単結晶成長方法が用いられる。
【０００３】
改良レーリー法は、黒鉛製ルツボ内にＳｉＣ原料を挿入するとともに、この原料部と対向するように種結晶を黒鉛製ルツボの内壁に装着し、原料部を２２００〜２４００℃に加熱して昇華ガスを発生させ、原料部より数十〜数百℃低温にした種結晶から再結晶化させることでＳｉＣ単結晶を成長させるものである。
【０００４】
この改良レーリー法では、ＳｉＣ単結晶の成長に伴ってＳｉＣ原料が減少するため、成長させることができる量に限界がある。たとえ、成長途中に原料を追加する手段を採ったとしても、ＳｉＣが昇華する際にＳｉ／Ｃ比が１を超える比で昇華するため、成長中に原料を追加するとルツボ内の昇華ガスの濃度が揺らぎ、結晶を連続的に高品質に作製することの障害となってしまう。
【０００５】
一方、ＣＶＤによってＳｉＣをエピタキシャル成長させる技術が、特表平１１−５０８５３１号公報に開示されている。図９はこの技術を用いた製造装置の概略断面図である。図９に示すように、円筒形状のケース１００の中央付近に円筒形状のルツボであるサセプタ１０１を配置している。このサセプタ１０１は高純度の黒鉛等からなる。サセプタ１０１の上端面には種結晶となるＳｉＣ単結晶基板１０２が配置されている。ケース１００の外部におけるサセプタ１０１の外周に相当する位置には、サセプタ１０１内の気体を加熱するための加熱手段１０３が配置されている。
【０００６】
サセプタ１０１の周囲は断熱材である多孔質の黒鉛１０４により充填されている。そして、サセプタ１０１の下端において、この断熱材（１０４）によって漏斗状の通路１０５が形成されている。ケース１００の下端には、ＳｉＣ単結晶の成長に必要なＳｉやＣを含有する混合ガスを供給するガス導入管１０６が配置されている。また、サセプタ１０１の上端面には混合ガスが排気される通路１０７が形成されており、ケース１００の上部にはケース１００の外部に繋がる通路１０８が形成されている。
【０００７】
このような構成の製造装置では、ガス導入管１０６から供給された混合ガスが断熱材（１０４）により形成された通路１０５を通ってサセプタ１０１内に移動し、混合ガスが加熱手段１０３により加熱されて種結晶１０２からＳｉＣ単結晶としてエピタキシャル成長される。そして、残留した混合ガスは、サセプタ１０１の上端面の通路１０７を通り、ケース１００の上部に形成された通路１０８を通って排気される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このＣＶＤによるＳｉＣ単結晶の製造においては、成長環境を長時間にわたって精度良く制御することは難しく、さらに、サセプタ１０１の内壁に付着する多結晶などで成長環境自体が経時変化する。そのため、結晶多形やサブグレインなどのマクロな欠陥が成長中に発生し、その後、発生した欠陥が成長中も継承される。そのために、欠陥発生後の成長結晶の品質が劣化する。特に現在、４０ｍｍ以上の連続成長では結晶の２０％程度が結晶多形、サブグレインなどのマクロな欠陥で覆われ、パワーデバイス用ウエハとしては成り立たない状況にある。
【０００９】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、高品質を保って連続的にＳｉＣ単結晶を成長させることができるＳｉＣ単結晶の製造方法及び製造装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、成長中に成長結晶に発生する欠陥を観察する第１工程と、第１工程で観察した欠陥の発生以前まで成長結晶を成長環境下でエッチングする第２工程と、第２工程の後、続けて成長を行う第３工程と、を少なくとも有する。よって、第１工程で欠陥の発生を観察することにより、欠陥の発生時点までのエッチングが可能となり、また、第２工程でその場でエッチングすることにより、昇温や降温などのプロセスの増加、熱的衝撃による新たな欠陥の生成を抑制し、欠陥の発生以前まで成長を戻すことができる。さらに、第３工程で続けて成長を行うことにより、欠陥の発生のないＳｉＣ単結晶インゴットを長い範囲にわたって得ることができる。このようにして、高品質を保って連続的にＳｉＣ単結晶を成長させることができることとなる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、成長中に成長結晶の周囲の部材に付着する多結晶を観察する第１工程と、第１工程で観察した多結晶を成長環境下でエッチング除去する第２工程と、第２工程の後、続けて成長を行う第３工程と、を少なくとも有する。よって、第１工程で多結晶の発生を観察することにより、多結晶の発生時点までのエッチングが可能となり、また、第２工程でその場でエッチングすることにより、昇温や降温などのプロセスの増加、熱的衝撃によるＳｉＣ単結晶への欠陥の導入を抑制し、多結晶の発生以前まで戻すことができる。さらに、第３工程で続けて成長を行うとき、多結晶が除去されていることにより、多結晶による周囲の環境変化の影響を少なくし安定してＳｉＣ単結晶インゴットを長い範囲にわたって得ることができる。このようにして、高品質を保って連続的にＳｉＣ単結晶を成長させることができることとなる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、観察の際にＸ線を利用する。Ｘ線を用いることにより、容易に観察することができる。Ｘ線を用いた測定法としては、Ｘ線回折を用いるもの、反射率を測定するもの、厚み、屈折率を測定するものなどがあり、目的や装置構造に応じて手法を選択し実施できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、観察の際に光学的手法を利用する。これにより、マクロな欠陥以外にドープ濃度や不純物濃度の影響が分かり、ドープむらの生成、不純物の混入を防止できる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、観察の際に電気的測定法を用いる。これにより、ドープ濃度や不純物濃度の影響が分かる。また、表面に電荷を帯電させ、後述のイオンエッチングを容易に実施できるようになる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、エッチングは熱エッチングである。Ｓｉ／Ｃ比の制御、温度分布の制御等、制御に困難さはあるが、単純な装置でも実施でき適用範囲が広い。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、エッチングはエッチングガスを用いて行う。ガスを用いることにより、温度分布などを変化させずにエッチングでき、エッチング中及びエッチング後の成長環境の揺らぎを低減できる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、エッチングはイオンエッチングである。印加電圧により、エッチングレート、エッチング時の表面粗さなどの制御ができ、制御性の良いエッチングが可能となる。
【００１８】
イオンエッチングを行うときに、請求項９に記載のように、発生した欠陥のみを選択的にエッチングするような電磁場を印加する。このように、不均一な電磁場により欠陥にのみイオンガスを集中させ、欠陥のみをエッチングする。このようにすることにより、エッチング及びその後の成長が効率的になる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明では、エッチングは、熱エッチング、エッチングガスによるエッチング、イオンエッチングのうちの２つまたは３つを組み合わせたものである。これにより、エッチング条件を最適化し、安定してエッチングを行うことができる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明では、ＳｉＣ単結晶の成長が４０ｍｍ以上連続的に行われるようにする（得られるＳｉＣ単結晶の長さを４０ｍｍ以上とする）。このように成長量が長い場合に成長条件が不安定になりやすく、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発明の効果が顕著になる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明では、ＳｉＣ単結晶の成長が、原料を連続的に供給して行われるようにする。このことにより、原料の供給が安定し、１００ｍｍ以上の長さの成長が実現でき、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発明の効果が顕著になる。原料の連続的な供給は、請求項１３に記載のように、少なくとも、Ｓｉを含むガスとＣを含むガスを用いて行うようにする。原料をガスとして流すことにより、原料の供給、停止が可能となり、エッチングを完全に成長と独立して行うことができ、良好なエッチングが可能となる。
【００２２】
請求項１４に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置では、成長中に成長結晶に発生する欠陥、または、成長中に成長結晶の周囲の部材に付着する多結晶を観察するための観察手段を設けるとともに、観察手段による観察に基づいて成長環境下で成長結晶での欠陥発生箇所、または、多結晶をエッチングするための設備を設けた。これにより、請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法を具現化することができる。
【００２３】
請求項１５に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置では、原料を連続的に供給するための設備を備えた。これにより、請求項１２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法を具現化することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２５】
図１には、本実施形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略断面図を示す。
図１において、筒形状の真空容器１は、下部容器２と上部容器３からなる。上部容器３の内部と下部容器２の内部とは連通している。下部容器２は、反応容器としてのルツボ４を入れる部位であり、上部容器３は完成したＳｉＣを取り出す部位である。
【００２６】
上部容器３は、例えばＳＵＳ（ステンレス）からなり、その側面には、結晶成長させたＳｉＣ単結晶を取り出すための試料取り出し口３ａが設けられている。この上部容器３の上端の開口部は、例えばＳＵＳからなる上部蓋材（フランジ）５により塞がれている。上部蓋材５には排気管６が接続されており、排気管６には真空ポンプ（図示せず）が接続されている。この真空ポンプ（真空排気系）により真空容器１内の圧力調整やパージなどを行うことができるようになっている。
【００２７】
下部容器２は、例えば石英管からなり、下端の開口部が例えばＳＵＳからなる下部蓋材（フランジ）７によって塞がれている。この下部容器２内においてルツボ４が配置され、その周囲は断熱材８により囲まれている。
【００２８】
ルツボ４は有底をなし、かつ上面が開口している。ルツボ４の開口部には台座９が設置され、かつ、ルツボ４と台座９の間には空隙（エアギャップ）が形成されている。この台座９の下面には種結晶としてのＳｉＣ単結晶基板１０が取り付けられている。そして、ルツボ４内が結晶成長室となって、ＳｉＣ単結晶基板（種結晶）１０からＳｉＣ単結晶が成長することとなる。
【００２９】
また、前述の台座９は上下方向に延びるシャフト１１の下端に固定されている。このシャフト１１は上下動機構１２に連結され、この機構１２によりシャフト１１を上下動できるようになっている。つまり、図１の状態からシャフト１１の上動により成長したＳｉＣを試料取り出し室まで移動させることができるとともに、上動させた状態から種結晶１０を下動させてルツボ４内に移動させることができる。さらに、成長時において任意の速度で成長結晶をルツボ４の上部へと引き上げることができるようになっている。
【００３０】
一方、ルツボ４の底面にはガス導入管１３が接続され、ガス導入管１３はルツボ４の底面において開口している。このガス導入管１３からルツボ４内にガスが導入される。
【００３１】
具体的には、
・ＳｉＨ４（Ｓｉを含有するガス）、Ｃ３Ｈ８（Ｃを含有するガス）といったＳｉＣ単結晶成長のために必要な原料ガス、
・Ａｒ、Ｈｅといった不活性ガス、
・Ｎ２などのドーパントガス、
・Ｈ２、ＣＦ４、Ｏ２といったエッチングガス、
を導入することができるようになっている。
【００３２】
ルツボ４の配置高さにおける真空容器１の外周部には、加熱機構としての誘導コイル（ＲＦコイル）１４が巻回されている。そして、同コイル１４を通電することによりルツボ４の外周に誘導電流を流しルツボ４及びルツボ４内部を加熱することができるようになっている。
【００３３】
また、ルツボ４内においてルツボ４の側壁に沿うように内筒１５が配置されている。つまり、種結晶１０とルツボ４の側壁との間に内筒１５が配置されている。
【００３４】
また、成長観察機構に関して、真空容器１の外部、詳しくはＲＦコイル１４よりも外周側において、Ｘ線を発生する装置１６と、Ｘ線を受けるイメージ管１７が、ルツボ４（結晶成長室）を挟んで対向するように設置されている。Ｘ線発生装置１６は種結晶１０の下面におけるＳｉＣが成長する部位に向かってＸ線を発生する。イメージ管１７は真空容器１を通過したＸ線を受け、その強さに応じた信号を出力する。つまり、Ｘ線をルツボ４内に通過させ、ルツボ４内の結晶を透過させてその像をイメージ管１７により観察することができるようになっている。
【００３５】
なお、成長室の上下にパイロメータ（図示略）が設置されており、成長室内の温度を測定できるようになっている。
次に、ＳｉＣ単結晶の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、図１に示す成長前において、種結晶１０を配置した後、成長室内を真空排気するとともに、ガス導入管１３を介してアルゴンガス（Ａｒ）を導入する。その後、ＲＦコイル１４に電源を投入し、ルツボ４を誘導加熱する。そして、ルツボ４内の温度を所定温度（好ましくはＳｉＣが昇華可能な２４００℃前後）で安定させると同時に、成長室内の圧力を所定圧力とする。
【００３７】
そして、ガス導入管１３を介して原料ガスをルツボ４内に導入し、成長を開始する。つまり、ＳｉＣ種結晶１０の表面に原料ガスを供給して、図２に示すように種結晶１０からＳｉＣ単結晶２０を成長させる。場合によってはＮ２やＡｒをキャリアガスとして同時に導入することもある。また、成長時には、上下動機構（結晶引き上げ機構）１２により、成長量に応じて成長結晶２０をルツボ４の上部へ引き上げる。
【００３８】
また、ガス導入時から成長観察機構（Ｘ線発生装置１６とイメージ管１７）を用いて常に成長室内にＸ線を透過させ、成長室内の観察を行う。即ち、図２に示すように、成長の開始直後から、結晶欠陥Ｄの発生の有無を観察する。結晶欠陥Ｄは成長条件の揺らぎ、成長条件の遷移、粉体の付着などによって生じる。このようにして、第１工程として、成長中に成長結晶２０に発生する欠陥（例えば結晶多形）Ｄを観察する。
【００３９】
なお、マクロな欠陥の場合には透過像でも観察可能であるが、ミクロな欠陥の場合はＸ線回折を用いたり、後述する光学的手法を用いて観察する。
第１工程で欠陥Ｄを確認し、また継承や拡大を確認できたら、原料ガスの導入を停止すると同時にＨ２ガス等のエッチングガスを導入して結晶（結晶における欠陥発生箇所）のエッチングを開始する。このようにして、ＳｉＣ単結晶２０のエッチングが行われ、図３に示すように、成長表面が欠陥Ｄの発生以前まで戻ったことを成長室内の観察により確認する。即ち、第２工程として、第１工程で観察した欠陥Ｄの発生以前まで成長結晶２０を成長環境下でエッチングする。
【００４０】
第２工程で欠陥Ｄのエッチングを確認できた後、引き続き、図４に示すように、再び成長を行う。具体的には、エッチングガスの導入を停止し、再び原料ガスを導入する（第３工程として、第２工程の後、続けて成長を行う）。このとき、原料ガスとエッチングガスの導入時期を一時期重ねる。このようにすることにより、エッチングと成長が連続的に切り替わり、成長開始時の欠陥の発生を抑制することができる。
【００４１】
このような一連の工程を必要に応じて複数回繰り返し、連続的にＳｉＣ単結晶２０を成長させ、長い成長量にわたってＳｉＣ単結晶を高品質に成長することができる。これにより、高品質で長いＳｉＣ単結晶インゴットを作製することができる。
［実施例］
まず、図１に示すように、台座９に種結晶１０を取り付け、ルツボ４内の所定の位置に、直径が１００ｍｍの種結晶１０を配置した。この際、種結晶１０は、４Ｈ−ＳｉＣの（０００１）のＣ面が成長室側を向くように配置した。そして、容器１内を真空排気するとともに、ガス導入管１３からアルゴンガス（Ａｒ）を１０ＳＬＭの流量で導入した。
【００４２】
その後、ＲＦコイル１４に電力を投入し、ルツボ４を２４００℃に昇温加熱した。その後、ルツボ４の温度が２４００℃で安定した時点で容器１内の圧力を２．６６×１０４Ｐａとし、混合ガス（ＳｉＨ４とＣ３Ｈ８）とキャリアガス（Ａｒ）をマスフローコントローラにより流量を調節してガス導入管１３を介してルツボ４内に導入した。具体的には、ＳｉＨ４を１．２ＳＬＭ、Ｃ３Ｈ８を０．３２ＳＬＭ、Ａｒを３ＳＬＭ流し、成長を開始した。
【００４３】
また、成長開始と同時にＸ線発生装置１６を駆動し、イメージ管１７を用いて成長室内のモニタを行った。
成長開始から１５時間後、約２０ｍｍ成長したところで、図２に示すように、６Ｈ−ＳｉＣの混入が観察され、１０分後、１ｍｍ幅で高さが２００μｍとなった（第１工程）。
【００４４】
そのため、原料ガスの供給を停止し、エッチングガスとしてＨ２を３ＳＬＭ流し、この状態で２時間Ｈ２エッチングを行った（第２工程）。このエッチングにより、３００μｍエッチバックし、図３に示すように、欠陥の発生以前まで成長表面が戻ったことが観察できた。
【００４５】
次に、再び原料ガスを供給した。この際、本来の原料ガス導入値に戻すまで３０分をかけて徐々に増やし、かつ、その間、Ｈ２は徐々に減らしていき、原料ガスを元の値に戻すと同時にＨ２の供給がゼロになるようにした。このようにして、成長を続けて行った（第３工程）。
【００４６】
次に、２５時間後に、再び図２に示すような欠陥の発生が観察されたので、同様の手順により欠陥をエッチバックし、その後、連続的に成長を行った。
その結果、８０時間の成長後、結晶多形や異方位結晶などマクロな欠陥の無い、直径が１００ｍｍ、長さが１００ｍｍのＳｉＣ単結晶インゴットを得ることができた。
【００４７】
以上のごとく、本実施形態においては、第１工程で欠陥Ｄの発生を観察することにより、欠陥Ｄの発生時点までのエッチングが可能となり、また、第２工程でその場でエッチングすることにより、昇温や降温などのプロセスの増加、熱的衝撃による新たな欠陥の生成を抑制し、欠陥Ｄの発生以前まで成長を戻すことができる。さらに、第３工程で続けて成長を行うことにより、欠陥の発生のないＳｉＣ単結晶インゴットを長い範囲にわたって得ることができる。つまり、成長中に発生した欠陥をエッチング除去し、その後続けて成長を行うことにより、高品質を保って連続的にＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【００４８】
そのための製造装置として、本実施形態では成長中に成長結晶２０に発生する欠陥Ｄを観察するための観察手段としてＸ線発生装置１６およびイメージ管１７を設けるとともに、エッチングガスを導入するためのガス導入管１３を、観察手段（１６，１７）による観察に基づいて成長環境下で成長結晶２０での欠陥発生箇所をエッチングするための設備として用いている。
【００４９】
また、欠陥Ｄの観察にＸ線を利用することにより、準密閉状態のルツボ４内を容易に観察することができる。なお、Ｘ線を用いた測定法としては、Ｘ線回折を用いるもの、反射率を測定するもの、厚み、屈折率を測定するものなどがあり、目的や装置構造に応じて手法を選択し実施できる。
【００５０】
また、エッチングはエッチングガスを用いて行うことにより（ガスを用いることにより）、温度分布などを変化させずにエッチングでき、エッチング中及びエッチング後の成長環境の揺らぎを低減できる。
【００５１】
また、ＳｉＣ単結晶２０の成長が４０ｍｍ以上連続的に行われるようにすることにより（得られたＳｉＣ単結晶の長さを４０ｍｍ以上とすると）、成長量が長い場合に成長条件が不安定になりやすく、上述した本実施形態の効果が顕著になる。
【００５２】
また、ＳｉＣ単結晶２０の成長が、原料を連続的に供給して行うようにしており、原料の供給が安定し、１００ｍｍ以上の長さの成長が実現でき、上述した本実施形態の効果が顕著になる。
【００５３】
ここで、本実施形態のＳｉＣ単結晶の製造装置においては、ガス導入管１３にて原料を連続的に供給するための設備を構成している。このように、原料の連続的な供給は、少なくとも、Ｓｉを含むガスとＣを含むガスを用いて行うようにすると、原料をガスとして流すことにより、原料の供給、停止が可能となり、エッチングを完全に成長と独立して行うことができ、良好なエッチングが可能となる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を説明する。
【００５４】
図５は本実施形態におけるＳｉＣ単結晶製造装置を示す。図１に示した製造装置は、ルツボ４内にＳｉを含むガスとＣを含むガスを導入してＳｉＣ単結晶の成長を連続的に行わせるものであった。これに対し図５の装置は、ルツボ４０の内部における下部にＳｉＣ粉末原料（ＳｉＣ固形原料）３０が充填されており、このＳｉＣ粉末原料３０を加熱昇華させて種結晶１０からＳｉＣ単結晶を成長させるようにしている。
【００５５】
以下、第１の実施形態（図１）と同一の部材については同一の符号を付すことによりその説明を省略して相違点を中心に説明する。
図５において、ＲＦコイル１４は上側コイル１４ａと下側コイル１４ｂよりなり、上側コイル１４ａがルツボ４０における上部を、また、下側コイル１４ｂがルツボ４０における下部をそれぞれ加熱するようになっている。さらに、コイル１４ａ，１４ｂの周波数を異ならせることにより上下別々に温度制御が可能となっている。また、Ｘ線発生装置１６とイメージ管１７とが、ルツボ４の内方に配した内筒１５を挟むようにして対向して配置されている。また、ルツボ４０内へＨ２ガスやアルゴンガスを導入することができるようになっている。
【００５６】
本実施形態においても、成長室の上下にパイロメータ（図示略）が設置されており、成長室内の温度を測定できるようになっている。
次に、ＳｉＣ単結晶の製造方法について説明する。
【００５７】
まず、図５に示すように成長前において、種結晶１０を配置した後、成長室内を真空排気するとともに、アルゴンガス（Ａｒ）を導入し５００Ｔｏｒｒとする。その後、ＲＦコイル１４に電源を投入し、ルツボ４０を誘導加熱する。そして、ルツボ４０内の温度を所定温度（好ましくはＳｉＣが昇華可能な２４００℃前後）で安定させる。このとき、種結晶１０の温度をＳｉＣ粉末原料３０よりやや低温になるようにする。
【００５８】
そして、この状態でルツボ４０内の圧力を５００Ｔｏｒｒから所定圧力（１００〜１Ｔｏｒｒ）まで減圧し、成長を開始する。
また、減圧時から常に成長観察機構（Ｘ線発生装置１６とイメージ管１７）を用いて成長室内の観察を行っており、成長の開始直後から多結晶の発生の有無を観察する。つまり、第１工程として、成長中に内筒１５（成長結晶の周囲の部材）に付着する多結晶を観察する。
【００５９】
そして、図６に示すように、内筒１５の内壁での多結晶Ｐの発生を確認し、また多結晶Ｐが単結晶２０の成長に影響を及ぼしていることを確認できたら、多結晶Ｐのエッチングを開始する。具体的には、上側のＲＦコイル１４ａにおけるパワーを上昇させ、ルツボ４の上部（ルツボ４内での内筒１５の内壁）の温度をＳｉＣ粉末原料３０の温度よりも高くすることによって多結晶Ｐを昇華させ、ルツボ４内での内筒１５の内壁に形成された多結晶Ｐを、図７に示すようにエッチングにて除去する。このとき、ルツボ４の上部温度が上昇し成長表面が炭化するのを抑制するため、同時にＨ２ガスも導入する。このように、第２工程として、第１工程で観察した多結晶Ｐを成長環境下でエッチング除去する。この際、エッチングは熱エッチングである。熱エッチングを用いると、Ｓｉ／Ｃ比の制御、温度分布の制御等、制御に困難さはあるが、単純な装置でも実施でき適用範囲が広い。
【００６０】
ルツボ４内での内筒１５の内壁に付着した多結晶Ｐがエッチング除去できたことを成長室内の観察により確認できたら、図８に示すように、再び成長を開始する。つまり、第３工程として、第２工程の後、続けて成長を行う。詳しくは、エッチングのために用いたガスの導入を停止し、再び上側ＲＦコイル１４ａにおけるパワーを下降させ、成長結晶２０の温度をＳｉＣ粉末原料３０の温度よりも低くする。このとき、温度の変化とガスの導入時期を一時期重ねる。このようにすることにより、エッチングと成長が連続的に切り替わり、成長開始時の欠陥の発生を抑制することができる。
【００６１】
このような工程を必要に応じて複数回繰り返し、連続的にＳｉＣ単結晶２０を成長させ、多結晶Ｐによって成長空間を邪魔されずに、高品質で長いＳｉＣ単結晶インゴットを作製することができる。
［実施例］
まず、図５に示すように、台座９に種結晶１０を取り付け、ルツボ４０内の所定位置に、直径が１００ｍｍの種結晶１０を配置した。種結晶１０は４Ｈ−ＳｉＣの（０００１）のＣ面が成長室側を向くように配置した。また、ルツボ４０の下部に２ｋｇのＳｉＣ粉末原料３０を充填した。そして、容器１内を真空排気するとともに、アルゴンガス（Ａｒ）を５ＳＬＭの流量で導入し、容器１内を６．６５×１０４Ｐａの圧力に保った。
【００６２】
その後、上下のＲＦコイル１４ａ，１４ｂに電力を投入し、種結晶１０の温度を２３００℃、原料３０の温度を２４００℃に昇温加熱した。その後、温度が安定した時点で容器１内の圧力を２．６６×１０３Ｐａに減圧し、成長を開始した。即ち、減圧することにより、昇華ガスの輸送速度が増加し、結晶成長が開始される。
【００６３】
また、成長開始と同時にＸ線発生装置１６を駆動し、イメージ管１７を用いて成長室内のモニタを行った。
そして、成長開始から１０時間後、約１３ｍｍ成長したところで、図６に示すように、ルツボ４０内での内筒１５の内壁の多結晶Ｐのサイズが２ｍｍを超え、成長結晶近傍まで伸長した（第１工程）。
【００６４】
そのため、エッチング時に使用するガスとしてＨ２を流し、この状態で上部のＲＦコイル１４ａのパワーを上昇した。その結果、ルツボ４０内の上部における内筒１５の内壁の温度が上昇し、内筒１５の内壁に付着していた多結晶Ｐが図７に示すように熱エッチングされた。このとき、成長結晶２０の温度も上昇するが、ルツボ４内の内筒１５の内壁ほどではないため、エッチング量は０．５ｍｍ以下となっている。また、Ｈ２ガスを導入しているため、Ｓｉ抜けによるＳｉＣ単結晶の炭化も抑制できており、成長結晶２０の表面は良好なままである（第２工程）。
【００６５】
次に、徐々に上側ＲＦコイル１４ａのパワーをエッチング前まで戻した。この際、本来のパワー値に戻すまでに３０分をかけて徐々に下げ、かつ、その間、Ｈ２は徐々に減らしていき、パワーを元の値に戻すと同時にＨ２の供給がゼロになるようにした。このようにして成長を続けて行った（第３工程）。
【００６６】
次に、２０時間後に、再び多結晶Ｐのサイズが２ｍｍを超えたので、同様の手順により多結晶Ｐを優先的にエッチングして、その後、連続的に成長を行った。
その結果、６０時間の成長後、結晶多形や異方位結晶などマクロな欠陥の無い、直径が１００ｍｍ、長さが８０ｍｍのＳｉＣ単結晶インゴットを得ることができた。
【００６７】
以上のごとく、本実施形態においては、第１工程で多結晶Ｐの発生を観察することにより、多結晶Ｐの発生時点までのエッチングが可能となり、また、第２工程でその場でエッチングすることにより、昇温や降温などのプロセスの増加、熱的衝撃によるＳｉＣ単結晶への欠陥の導入を抑制し、多結晶Ｐの発生以前まで戻すことができる。さらに、第３工程で続けて成長を行うとき、多結晶Ｐが除去されていることにより、多結晶による周囲の環境変化の影響を少なくして安定してＳｉＣ単結晶インゴットを長い範囲にわたって得ることができる。つまり、成長中において成長結晶２０の周囲の部材１５に付着した多結晶Ｐをエッチング除去し、その後続けて成長を行うことにより、高品質を保って連続的にＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【００６８】
そのための製造装置として、本実施形態では成長中に成長結晶２０の周囲の部材１５に付着する多結晶Ｐを観察するための観察手段としてＸ線発生装置１６およびイメージ管１７を設けるとともに、上側ＲＦコイル１４ａを、観察手段（１６，１７）による観察に基づいて成長環境下で多結晶Ｐをエッチングするための設備として用いている。
【００６９】
これまで説明してきた実施の形態以外にも、以下のように実施してもよい。
上述したエッチング手法であるエッチングガスによるエッチングと熱エッチングは、第１と第２の実施形態のいずれの場合にも用いることができる手法である。また、エッチングはＲＩＥなどイオン化したガスによるイオンエッチングであってもよい。イオンエッチングを用いる場合、印加電圧により、エッチングレート、エッチング時の表面粗さなどの制御ができ、制御性の良いエッチングが可能となる。さらに、イオンエッチングを行うときに、発生した欠陥のみを選択的にエッチングするような電磁場を印加するとよく、このようにすると、不均一な電磁場により欠陥にのみイオンガスを集中させ、欠陥のみをエッチングすることにより、エッチング及びその後の成長が効率的になる。
【００７０】
また、成長室を観察（モニタ）する際にＸ線を利用したが（Ｘ線発生装置を用いたが）、光学的手法を利用したり電気的手法（電気的測定法）を用いてモニタしてもよい。
【００７１】
特に、光の吸収、発光を用いることによりマクロな欠陥以外にドープ濃度や不純物濃度の影響が分かり、ドープむらの生成、不純物の混入を防止できる。また、電気的測定法を用いることにより、ドープ濃度や不純物濃度の影響が分かる。また、表面に電荷を帯電させ、イオンエッチングを容易に実施できるようになる。
【００７２】
また、エッチングは、熱エッチング、エッチングガスによるエッチング、イオンエッチングのうちの２つまたは３つを組み合わせたものであってもよく、このようにすると、エッチング条件を最適化し、安定してエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態におけるＳｉＣ単結晶製造装置の縦断面図。
【図２】ＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための縦断面図。
【図３】ＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための縦断面図。
【図４】ＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための縦断面図。
【図５】第２の実施形態におけるＳｉＣ単結晶製造装置の縦断面図。
【図６】ＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための縦断面図。
【図７】ＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための縦断面図。
【図８】ＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための縦断面図。
【図９】従来技術を説明するための断面図。
【符号の説明】
４…ルツボ、１０…ＳｉＣ単結晶基板（種結晶）、１３…ガス導入管、１４ａ…上側ＲＦコイル、１５…内筒、２０…ＳｉＣ単結晶（成長結晶）、１６…Ｘ線発生装置、１７…イメージ管、４０…ルツボ。
【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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