炭化珪素単結晶製造装置
【課題】原料ガスのガス流の安定化を図り、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることを可能とする。
【解決手段】台座１０とヒータ１１とを別体にすると共に、排気ガス出口１１ａが台座１０よりも下方位置に配置されるようにすることで台座１０によって覆われないようにし、台座１０が引上げられても面積の変動が無いようにする。このような構成とすることで、ＳｉＣ単結晶の成長中に原料ガス３のガス流が変化しないようにできる。これにより、原料ガス３のガス流の安定化を図ることが可能となり、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。
【解決手段】台座１０とヒータ１１とを別体にすると共に、排気ガス出口１１ａが台座１０よりも下方位置に配置されるようにすることで台座１０によって覆われないようにし、台座１０が引上げられても面積の変動が無いようにする。このような構成とすることで、ＳｉＣ単結晶の成長中に原料ガス３のガス流が変化しないようにできる。これにより、原料ガス３のガス流の安定化を図ることが可能となり、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＳｉＣ単結晶製造装置として、例えば特許文献１に示される構造の製造装置が提案されている。図３は、この従来のＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１の断面図である。
【０００３】
このＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１では、有底円筒状の台座Ｊ２を開口部側が下方に向くように配置すると共に、台座Ｊ２の底部に種結晶Ｊ３を配置し、真空容器Ｊ４の底部から導入される原料ガスＪ５がプレートＪ６の透孔Ｊ６ａおよび筒体Ｊ７を通じて種結晶Ｊ３に供給されるようにしている。そして、高周波誘導コイルＪ８によって台座Ｊ２の円筒部分および筒体Ｊ７を誘導加熱し、これらをヒータとして台座Ｊ２の内部や筒体Ｊ７の内部を所望温度に加熱することにより、種結晶Ｊ３の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる。
【０００４】
このようなＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１では、台座Ｊ２の底部のうち種結晶Ｊ３が配置される面と反対側はパイプ材Ｊ９に連結されており、このパイプ材Ｊ９を介して台座Ｊ２が真空容器Ｊ４に組み付けられている。また、台座Ｊ２の円筒部分の内側に筒体Ｊ７を部分的に挿入することで、原料ガスＪ５が種結晶Ｊ３の表面に集中的に供給されるようにすると共に、台座Ｊ２の円筒部分と筒体Ｊ７の間の隙間や台座Ｊ２の先端とプレートＪ６との間を排出経路として原料ガスＪ５のうちの未反応ガスが排出できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８７２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に示される構造のＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１において、ＳｉＣ単結晶を長尺成長させられるように、引上機構によりパイプ材Ｊ９と共に台座Ｊ２を引き上げられる構造にすることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記ＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１では、台座Ｊ２の円筒部分をヒータとして機能させる構造、つまりヒータを台座Ｊ２と一体構造としているため、引上機構により台座Ｊ２を引上げると、台座Ｊ２の円筒部分も引上げられることになり、台座Ｊ２の円筒部分とプレートＪ６との間に構成される排出経路の面積が大きくなっていく。このため、原料ガスＪ５のガス流が変化してしまい、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることを妨げていた。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、原料ガスのガス流の安定化を図り、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることを可能にできるＳｉＣ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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、真空容器（６）の底面に配置され、原料ガス（３）の導入を行う導入口（２）と、導入口（２）と繋がる透孔（８ａ）が形成されたプレート（８）と、プレート（８）の上に位置し、導入口（２）から台座（１０）側に向けて延設され、原料ガス（３）を通過させる中空部を有し、原料ガス（３）を加熱分解して種結晶（５）に向けて供給する筒体（９）と、筒体（９）および台座（１０）の外周に配置されたヒータ（１１）と、真空容器（６）のうち筒体（９）と対応する場所の外周に配置され、筒体（９）の加熱を行う第１加熱装置（１４）と、真空容器（６）のうち台座（１０）と対応する場所の外周に配置され、ヒータ（１１）のうち台座（１０）の外周に位置する部分の加熱を行う第２加熱装置（１５）と、台座（１０）の引き上げを行う引上機構（１３）とを有し、台座（１０）よりも下方位置において、ヒータ（１１）もしくはプレート（８）には排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）が備えられており、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが筒体（９）とヒータ（１１）との間の隙間より排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される構造とされていることを特徴としている。
【００１０】
このように、台座（１０）とヒータ（１１）とを別体にすると共に、排気ガス出口（１１ａ）が台座（１０）よりも下方位置に配置されるようにすることで台座（１０）によって覆われないようにし、台座（１０）が引上げられても排出経路の面積の変動が無いようにしている。このような構成とすることで、ＳｉＣ単結晶の成長中に原料ガス（３）のガス流が変化しないようにできる。これにより、原料ガス（３）のガス流の安定化を図ることが可能となり、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、排気ガス出口（１１ａ）は、ヒータ（１１）に備えられており、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排気ガス出口（１１ａ）を通じて該排気ガス出口（１１ａ）の径方向外方に向けて排出されることを特徴としている。
【００１２】
このように、ヒータ（１１）に排気ガス出口（１１ａ）を設けることで、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが坩堝の径方向外方に向かって排出されるようにしている。この場合、未反応ガスが徐々により広い範囲に流動していくことになり、未反応ガスの排出経路を広くすることが可能となる。これにより、未反応ガスを希釈化することが可能となり、より排気ガス出口（１１ａ）を通じる排出経路にＳｉＣ多結晶が析出することを抑制することが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、排気ガス出口（８ｂ）は、プレート（８）に備えられており、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排気ガス出口（８ｂ）を通じてプレート（８）の下方から排出されることを特徴としている。
【００１４】
このように、プレート（８）に排気ガス出口（８ｂ）を形成することで、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが坩堝の下方から排出されるようにしても良い。
【００１５】
この場合において、請求項４に記載の発明のように、導入口（２）の外周を囲む断熱材（７）を備え、断熱材（７）の上にプレート（８）が配置された構成とする場合には、例えば、断熱材（７）の外周面がプレート（８）に備えられた排気ガス出口（８ｂ）よりも内側に位置するようにすれば良い。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、台座（１０）は、種結晶（５）が配置される配置面を構成する底部と、筒状部分とを有した有底筒状部材にて構成され、筒状部分を囲むようにヒータ（１１）が配置されており、ヒータ（１１）の厚みが台座（１０）の筒状部分の厚みよりも厚くされていることを特徴としている。
【００１７】
このように、ヒータ（１１）の厚みが台座（１０）における筒状部分の厚みよりも厚くなるようにしている。台座（１０）における筒状部分の厚みが厚すぎると、台座（１０）側でヒータ（１１）側の温度を遮ってしまう。これにより、第２加熱装置（１５）によるヒータ（１１）の温度制御に対して応答性よくＳｉＣ単結晶の成長表面の温度を制御できなくなる可能性がある。このため、ヒータ（１１）の厚みが台座（１０）における筒状部分の厚みよりも厚くなるようにすることで、ヒータ（１１）の温度制御によって応答性よくＳｉＣ単結晶の成長表面の温度を制御することが可能となる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、筒体（９）と台座（１０）における筒状部分との間に隙間が構成された状態で、台座（１０）における筒状部分によって筒体（９）の外周が囲まれており、筒体（９）と台座（１０）における筒状部分との間の隙間から排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される経路を排出経路として原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排出されることを特徴としている。
【００１９】
このように、台座（１０）に筒状部分を備える場合には、筒体（９）と台座（１０）における筒状部分との間の隙間から排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される経路を排出経路として原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排出されるようにすることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）は、第１、第２加熱装置（１４、１５）による加熱時に２２５０〜２５００℃とされる位置に配置されていることを特徴としている。
【００２１】
このように、加熱時に、ヒータ（１１）の排気ガス出口（１１ａ）の位置が２２５０〜２５００℃となるようにすれば、排気ガス出口（１１ａ）がＳｉＣ多結晶によって詰まることを抑制することもできる。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。
【図３】従来のＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２５】
（第１実施形態）
図１に、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図を示す。以下、この図を参照してＳｉＣ単結晶製造装置１の構造について説明する。
【００２６】
図１に示すＳｉＣ単結晶製造装置１は、底部に備えられた導入口２を通じてキャリアガスと共にＳｉおよびＣを含有するＳｉＣの原料ガス３（例えば、珪素含有ガスとしてシラン等のシラン系ガスと炭素含有ガスとしてプロパン等の炭化水素系ガスの混合ガス）を供給し、排出口４を通じて排出することで、ＳｉＣ単結晶製造装置１内に配置したＳｉＣ単結晶基板からなる種結晶５上にＳｉＣ単結晶を結晶成長させるものである。
【００２７】
ＳｉＣ単結晶製造装置１には、真空容器６、断熱材７、プレート８、筒体９、台座１０、ヒータ１１、外周断熱材１２、回転引上機構１３および第１、第２加熱装置１４、１５が備えられている。
【００２８】
真空容器６は、石英ガラスなどで構成され、中空円筒状を為しており、キャリアガスや原料ガス３の導入排出が行え、かつ、ＳｉＣ単結晶製造装置１の他の構成要素を収容すると共に、その収容している内部空間の圧力を真空引きすることにより減圧できる構造とされている。この真空容器６の底部に原料ガス３の導入口２が設けられていると共に原料ガス３のうちの未反応ガスの排出口４が設けられている。
【００２９】
断熱材７は、導入口２の周囲に配置され、導入口２から外周方向への熱の拡散を抑制するものであり、円筒形状を為しており、真空容器６および筒体９に対して同軸的に配置されている。この断熱材７は、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成される。
【００３０】
プレート８は、断熱材７上に配置された円盤状の部材であり、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成されている。このプレート８の上には、筒体９およびヒータ１１が設置されている。そして、プレート８の中央部には導入口２と連結される透孔８ａが形成されており、この透孔８ａを通じて、導入口２から導入される原料ガス３が筒体９内に供給されるようになっている。
【００３１】
筒体９は、プレート８上において、導入口２から台座１０における種結晶５の配置場所に向けて延設されている。具体的には、筒体９は、中空部を有する筒状部材、例えば中空円筒状部材で構成され、真空容器６に対して同軸的に配置されている。原料ガス３は、導入口２およびプレート８の透孔８ａを通じたのち、この筒体９の中空部を通過してから種結晶５の表面に供給される。
【００３２】
例えば、筒体９は、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成され、台座１０よりも原料ガス３の流動経路上流側に配置されている。この筒体９により、導入口２から供給された原料ガス３を種結晶５に導くまでに、原料ガス３に含まれたパーティクルを排除しつつ、原料ガス３を加熱分解している。この筒体９内で加熱分解された原料ガス３が種結晶５に供給され、種結晶５の表面において炭素や珪素原子が過飽和な状態となることで、ＳｉＣ単結晶が種結晶５の表面に析出させられる。
【００３３】
台座１０は、円盤状の底部を種結晶５の配置面とする有底筒形状にて構成されており、本実施形態では有底円筒形状とされている。台座１０は、開口する一端側を下方に向け、筒体９に覆い被せるように配置されており、筒体９の中心軸を同軸として配置されている。この台座１０も、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成される。この台座１０の底部に、種結晶５を貼り付けて保持し、種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる。また、台座１０は、種結晶５が配置される面と反対側となる裏面において回転引上機構１３と連結されている。
【００３４】
台座１０のうちの筒状部分の厚みは、例えば５〜１０ｍｍとされている。台座１０のうちの筒状部分の軸方向長さは、回転引上機構１３によって台座１０を引上げる前の状態において、台座１０の開口している側の先端が後述するヒータ１１に形成された排気ガス出口１１ａよりも上方に位置する長さとされている。また、台座１０における種結晶５の配置面は、成長させたいＳｉＣ単結晶の形状となっていればよく、円盤状以外の形状であっても構わないが、例えば台座１０が円盤状とされる場合には、台座１０の内径は、筒体９の外径よりも大きくされる。このため、台座１０における筒状部分の内周面と筒体９の外周面との間に隙間が形成される。本実施形態では、この隙間とヒータ１１の排気ガス出口１１ａを排出経路として、原料ガス３のうちの未反応ガスが排出口４に導かれるようになっている。
【００３５】
ヒータ１１は、台座１０が収容される中空部を有した筒形状とされ、台座１０の外周を囲むように配置されている。ヒータ１１は、台座１０の外径と対応する形状とされており、本実施形態では円筒形状とされている。ヒータ１１の厚みは、台座１０における筒状部分の厚みよりも厚くされており、例えば１５ｍｍとされている。ヒータ１１の内径は、台座１０の外径と同じないし若干大きくされており、ヒータ１１の内周面に沿って台座１０が中心軸方向および周方向に移動可能に構成されている。また、ヒータ１１のうち台座１０の開口している側の先端よりも下方位置には、排気ガス出口１１ａが形成されている。排気ガス出口１１ａの数は１つでも複数個であっても良いが、原料ガス３の未反応ガスが偏りなく排出されるようにするために、周方向等間隔に複数個設けられるようにするのが好ましい。排気ガス出口１１ａの形状については任意であり、円形、四角形、その他の多角形などどのような形状であっても構わない。
【００３６】
このような構造によりプレート８、筒体９、台座１０およびヒータ１１が構成されており、これらによってＳｉＣ単結晶の成長空間を構成する坩堝が構成される。
【００３７】
外周断熱材１２は、断熱材７やヒータ１１等を含む坩堝の外周を囲むように配置され、真空容器６の外壁面に熱が拡散することを抑制する。この外周断熱材１２も、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成される。
【００３８】
回転引上機構１３は、パイプ材１３ａおよび本体１３ｂを有した構成とされている。パイプ材１３ａは、一端が台座１０のうち種結晶５が貼り付けられる面と反対側となる裏面に接続されており、他端が回転引上機構１３の本体１３ｂに接続されている。このパイプ材１３ａは、例えばＳＵＳなどで構成される。本体１３ｂは、パイプ材１３ａの回転および引上げを行うモータなどを内蔵している。
【００３９】
このような構成により、ＳｉＣ単結晶の成長中に、本体１３ｂを駆動することにより、パイプ材１３ａの回転および引上げ動作を行うことが可能となる。これにより、パイプ材１３ａと共に、台座１０、種結晶５およびＳｉＣ単結晶の回転および引き上げが行え、ＳｉＣ単結晶の成長面が所望の温度分布となるようにしつつ、ＳｉＣ単結晶の成長に伴って、その成長表面の温度が常に成長に適した温度となるように調整できる。
【００４０】
第１、第２加熱装置１４、１５は、誘導加熱コイルによって構成されている。第１加熱装置１４は、真空容器６のうち筒体９と対応する場所の外周を囲むように配置されており、第２加熱容器１４は、真空容器６のうち台座１０の底部近傍、つまりＳｉＣ単結晶の成長表面と対応する場所の外周を囲むように配置されている。これら第１、第２加熱装置１４、１５は、それぞれ独立して温度制御できるように構成されており、第１、第２加熱装置１４、１５による加熱対象部位の温度制御を独立して細やかに行うことができる。すなわち、第１加熱装置１４によって筒体９を加熱することで、筒体９が原料ガス３を加熱分解できる温度に制御でき、第２加熱装置１５によってヒータ１１を加熱してＳｉＣ単結晶の成長表面を加熱することで、ＳｉＣ単結晶の成長表面の温度分布をＳｉＣ単結晶の成長に適した状態に調整できる。
【００４１】
このような構造により、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１が構成されている。続いて、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１を用いたＳｉＣ単結晶の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、台座１０に種結晶５を取り付けたのち、第１、第２加熱装置１４、１５を制御し、所望の温度分布を付ける。具体的には、第１加熱装置１４を制御することで筒体９およびヒータ１１の下方部分を誘導加熱して例えば２５００℃にすると共に、第２加熱装置１５を制御することでヒータ１１のうちの上方部分（台座１０の外周と対応する部分、つまりＳｉＣ単結晶の成長表面と対応する部分）を誘導加熱して例えば２２００℃に保持する。このような温度とすることで、筒体９ではこの後導入される原料ガス３を加熱分解できると共に、種結晶５の表面において原料ガス３を再結晶化することが可能となる。また、ヒータ１１の排気ガス出口１１ａの位置を加熱時に２２５０〜２５００℃となる場所に設定しておけば、排気ガス出口１１ａがＳｉＣ多結晶によって詰まることを抑制することもできる。
【００４３】
また、真空容器６を所望圧力にしつつ、必要に応じてＡｒやＨｅなどの不活性ガスによるキャリアガスやＨ2やＨＣｌなどのエッチングガスを導入しながら導入口２を通じて原料ガス３を導入する。例えば、シラン１リットル／分、プロパン０．３３リットル／分、水素１５リットル／分のレートで導入する。これにより、原料ガス３は筒体９の内部を通じて種結晶５の表面に供給されたのち、筒体９の外周面と台座１０の筒状部分の内周面との間の隙間およびヒータ１１の排気ガス出口１１ａを通じる経路で流動する。そして、加熱された筒体９内において原料ガス３が加熱分解された状態で種結晶５の表面に供給され、種結晶５の表面上にＳｉＣ単結晶が成長させられる。
【００４４】
また、ＳｉＣ単結晶の成長に伴って、回転引上機構１３より、パイプ材１２ａと台座１０および種結晶５を回転させながら引上げる。これにより、ＳｉＣ単結晶を長尺させることができる。このようにして、ＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。このとき、台座１０が引き上げられることになるが、台座１０を引上げても台座１０と別体とされたヒータ１１は引上げられない。そして、ヒータ１１に形成されている排気ガス出口１１ａについては台座１０の開口する側の先端よりも下方に位置していることから、台座１０の引上げによって面積が変化することもない。したがって、ＳｉＣ単結晶の成長中に原料ガス３のガス流が変化しないようにできる。これにより、原料ガス３のガス流の安定化を図ることが可能となり、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態では、台座１０とヒータ１１とを別体にすると共に、排気ガス出口１１ａが台座１０よりも下方位置に配置されるようにすることで台座１０によって覆われないようにし、台座１０が引上げられても面積の変動が無いようにしている。このような構成とすることで、ＳｉＣ単結晶の成長中に原料ガス３のガス流が変化しないようにできる。これにより、原料ガス３のガス流の安定化を図ることが可能となり、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態では、ヒータ１１の厚みが台座１０における筒状部分の厚みよりも厚くなるようにしている。台座１０における筒状部分の厚みが厚すぎると、台座１０側でヒータ１１側の温度を遮ってしまう。これにより、第２加熱装置１５によるヒータ１１の温度制御に対して応答性よくＳｉＣ単結晶の成長表面の温度を制御できなくなる可能性がある。このため、本実施形態のように、ヒータ１１の厚みが台座１０における筒状部分の厚みよりも厚くなるようにすることで、ヒータ１１の温度制御によって応答性よくＳｉＣ単結晶の成長表面の温度を制御することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態のように、ヒータ１１に排気ガス出口１１ａを設ける場合、原料ガス３のうちの未反応ガスが坩堝の径方向外方に向かって排出されることになる。この場合、未反応ガスが徐々により広い範囲に流動していくことになり、未反応ガスの排出経路を広くすることが可能となる。これにより、未反応ガスを希釈化することが可能となり、より排気ガス出口１１ａを通じる排出経路にＳｉＣ多結晶が析出することを抑制することが可能となる。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してヒータおよび排気ガス出口の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図２は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。第１実施形態では、ヒータ１１に排気ガス出口１１ａを設けていたが、図２に示すように、本実施形態では、プレート８に対してプレート８を貫通する排気ガス出口８ｂを設けている。排気ガス出口８ｂの数は１つでも複数個であっても良いが、原料ガス３の未反応ガスが偏りなく排出されるようにするために、周方向等間隔に複数個設けられるようにするのが好ましい。また、排気ガス出口８ｂの形状については任意であり、円形、四角形、その他の多角形などどのような形状であっても構わない。また、断熱材８は、断熱材８の外周面が排気ガス出口８ｂよりも内側に位置するように外径寸法が設定されており、断熱材８によって排気ガス出口８ｂが塞がれないようにしてある。
【００５０】
このように、プレート８に排気ガス出口８ｂを形成することで、原料ガス３のうちの未反応ガスが坩堝の下方から排出されるようにしても良い。
【００５１】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、ＳｉＣ単結晶製造装置１の構成の一例を示したが、適宜設計変更可能である。
【００５２】
例えば、回転引上機構１３により台座１０を回転させながら引上げられる構造としたが、単なる引上機構であっても良い。また、台座１０を種結晶５の配置面を構成する底部と、底部を囲む筒状部分とによって構成したが、種結晶５の配置面を構成する部分のみとしても良い。
【００５３】
また、坩堝を構成する部分について、適宜、一体構造とすることもできる。例えば、プレート８とヒータ１１とを一体構造としたり、プレート８と筒体９とを一体構造としたり、プレート８と筒体９およびヒータ１１を一体構造とすることもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１ ＳｉＣ単結晶製造装置
３ 原料ガス
５ 種結晶
８ プレート
８ａ 透孔
９ 筒体
１０ 台座
１１ ヒータ
１１ａ 排気ガス出口
１３ 回転引上機構
１４ 第１加熱装置
１５ 第２加熱装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＳｉＣ単結晶製造装置として、例えば特許文献１に示される構造の製造装置が提案されている。図３は、この従来のＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１の断面図である。
【０００３】
このＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１では、有底円筒状の台座Ｊ２を開口部側が下方に向くように配置すると共に、台座Ｊ２の底部に種結晶Ｊ３を配置し、真空容器Ｊ４の底部から導入される原料ガスＪ５がプレートＪ６の透孔Ｊ６ａおよび筒体Ｊ７を通じて種結晶Ｊ３に供給されるようにしている。そして、高周波誘導コイルＪ８によって台座Ｊ２の円筒部分および筒体Ｊ７を誘導加熱し、これらをヒータとして台座Ｊ２の内部や筒体Ｊ７の内部を所望温度に加熱することにより、種結晶Ｊ３の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる。
【０００４】
このようなＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１では、台座Ｊ２の底部のうち種結晶Ｊ３が配置される面と反対側はパイプ材Ｊ９に連結されており、このパイプ材Ｊ９を介して台座Ｊ２が真空容器Ｊ４に組み付けられている。また、台座Ｊ２の円筒部分の内側に筒体Ｊ７を部分的に挿入することで、原料ガスＪ５が種結晶Ｊ３の表面に集中的に供給されるようにすると共に、台座Ｊ２の円筒部分と筒体Ｊ７の間の隙間や台座Ｊ２の先端とプレートＪ６との間を排出経路として原料ガスＪ５のうちの未反応ガスが排出できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８７２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に示される構造のＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１において、ＳｉＣ単結晶を長尺成長させられるように、引上機構によりパイプ材Ｊ９と共に台座Ｊ２を引き上げられる構造にすることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記ＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１では、台座Ｊ２の円筒部分をヒータとして機能させる構造、つまりヒータを台座Ｊ２と一体構造としているため、引上機構により台座Ｊ２を引上げると、台座Ｊ２の円筒部分も引上げられることになり、台座Ｊ２の円筒部分とプレートＪ６との間に構成される排出経路の面積が大きくなっていく。このため、原料ガスＪ５のガス流が変化してしまい、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることを妨げていた。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、原料ガスのガス流の安定化を図り、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることを可能にできるＳｉＣ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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、真空容器（６）の底面に配置され、原料ガス（３）の導入を行う導入口（２）と、導入口（２）と繋がる透孔（８ａ）が形成されたプレート（８）と、プレート（８）の上に位置し、導入口（２）から台座（１０）側に向けて延設され、原料ガス（３）を通過させる中空部を有し、原料ガス（３）を加熱分解して種結晶（５）に向けて供給する筒体（９）と、筒体（９）および台座（１０）の外周に配置されたヒータ（１１）と、真空容器（６）のうち筒体（９）と対応する場所の外周に配置され、筒体（９）の加熱を行う第１加熱装置（１４）と、真空容器（６）のうち台座（１０）と対応する場所の外周に配置され、ヒータ（１１）のうち台座（１０）の外周に位置する部分の加熱を行う第２加熱装置（１５）と、台座（１０）の引き上げを行う引上機構（１３）とを有し、台座（１０）よりも下方位置において、ヒータ（１１）もしくはプレート（８）には排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）が備えられており、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが筒体（９）とヒータ（１１）との間の隙間より排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される構造とされていることを特徴としている。
【００１０】
このように、台座（１０）とヒータ（１１）とを別体にすると共に、排気ガス出口（１１ａ）が台座（１０）よりも下方位置に配置されるようにすることで台座（１０）によって覆われないようにし、台座（１０）が引上げられても排出経路の面積の変動が無いようにしている。このような構成とすることで、ＳｉＣ単結晶の成長中に原料ガス（３）のガス流が変化しないようにできる。これにより、原料ガス（３）のガス流の安定化を図ることが可能となり、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、排気ガス出口（１１ａ）は、ヒータ（１１）に備えられており、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排気ガス出口（１１ａ）を通じて該排気ガス出口（１１ａ）の径方向外方に向けて排出されることを特徴としている。
【００１２】
このように、ヒータ（１１）に排気ガス出口（１１ａ）を設けることで、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが坩堝の径方向外方に向かって排出されるようにしている。この場合、未反応ガスが徐々により広い範囲に流動していくことになり、未反応ガスの排出経路を広くすることが可能となる。これにより、未反応ガスを希釈化することが可能となり、より排気ガス出口（１１ａ）を通じる排出経路にＳｉＣ多結晶が析出することを抑制することが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、排気ガス出口（８ｂ）は、プレート（８）に備えられており、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排気ガス出口（８ｂ）を通じてプレート（８）の下方から排出されることを特徴としている。
【００１４】
このように、プレート（８）に排気ガス出口（８ｂ）を形成することで、原料ガス（３）のうちの未反応ガスが坩堝の下方から排出されるようにしても良い。
【００１５】
この場合において、請求項４に記載の発明のように、導入口（２）の外周を囲む断熱材（７）を備え、断熱材（７）の上にプレート（８）が配置された構成とする場合には、例えば、断熱材（７）の外周面がプレート（８）に備えられた排気ガス出口（８ｂ）よりも内側に位置するようにすれば良い。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、台座（１０）は、種結晶（５）が配置される配置面を構成する底部と、筒状部分とを有した有底筒状部材にて構成され、筒状部分を囲むようにヒータ（１１）が配置されており、ヒータ（１１）の厚みが台座（１０）の筒状部分の厚みよりも厚くされていることを特徴としている。
【００１７】
このように、ヒータ（１１）の厚みが台座（１０）における筒状部分の厚みよりも厚くなるようにしている。台座（１０）における筒状部分の厚みが厚すぎると、台座（１０）側でヒータ（１１）側の温度を遮ってしまう。これにより、第２加熱装置（１５）によるヒータ（１１）の温度制御に対して応答性よくＳｉＣ単結晶の成長表面の温度を制御できなくなる可能性がある。このため、ヒータ（１１）の厚みが台座（１０）における筒状部分の厚みよりも厚くなるようにすることで、ヒータ（１１）の温度制御によって応答性よくＳｉＣ単結晶の成長表面の温度を制御することが可能となる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、筒体（９）と台座（１０）における筒状部分との間に隙間が構成された状態で、台座（１０）における筒状部分によって筒体（９）の外周が囲まれており、筒体（９）と台座（１０）における筒状部分との間の隙間から排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される経路を排出経路として原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排出されることを特徴としている。
【００１９】
このように、台座（１０）に筒状部分を備える場合には、筒体（９）と台座（１０）における筒状部分との間の隙間から排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される経路を排出経路として原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排出されるようにすることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）は、第１、第２加熱装置（１４、１５）による加熱時に２２５０〜２５００℃とされる位置に配置されていることを特徴としている。
【００２１】
このように、加熱時に、ヒータ（１１）の排気ガス出口（１１ａ）の位置が２２５０〜２５００℃となるようにすれば、排気ガス出口（１１ａ）がＳｉＣ多結晶によって詰まることを抑制することもできる。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。
【図３】従来のＳｉＣ単結晶製造装置Ｊ１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２５】
（第１実施形態）
図１に、本実施形態のＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図を示す。以下、この図を参照してＳｉＣ単結晶製造装置１の構造について説明する。
【００２６】
図１に示すＳｉＣ単結晶製造装置１は、底部に備えられた導入口２を通じてキャリアガスと共にＳｉおよびＣを含有するＳｉＣの原料ガス３（例えば、珪素含有ガスとしてシラン等のシラン系ガスと炭素含有ガスとしてプロパン等の炭化水素系ガスの混合ガス）を供給し、排出口４を通じて排出することで、ＳｉＣ単結晶製造装置１内に配置したＳｉＣ単結晶基板からなる種結晶５上にＳｉＣ単結晶を結晶成長させるものである。
【００２７】
ＳｉＣ単結晶製造装置１には、真空容器６、断熱材７、プレート８、筒体９、台座１０、ヒータ１１、外周断熱材１２、回転引上機構１３および第１、第２加熱装置１４、１５が備えられている。
【００２８】
真空容器６は、石英ガラスなどで構成され、中空円筒状を為しており、キャリアガスや原料ガス３の導入排出が行え、かつ、ＳｉＣ単結晶製造装置１の他の構成要素を収容すると共に、その収容している内部空間の圧力を真空引きすることにより減圧できる構造とされている。この真空容器６の底部に原料ガス３の導入口２が設けられていると共に原料ガス３のうちの未反応ガスの排出口４が設けられている。
【００２９】
断熱材７は、導入口２の周囲に配置され、導入口２から外周方向への熱の拡散を抑制するものであり、円筒形状を為しており、真空容器６および筒体９に対して同軸的に配置されている。この断熱材７は、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成される。
【００３０】
プレート８は、断熱材７上に配置された円盤状の部材であり、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成されている。このプレート８の上には、筒体９およびヒータ１１が設置されている。そして、プレート８の中央部には導入口２と連結される透孔８ａが形成されており、この透孔８ａを通じて、導入口２から導入される原料ガス３が筒体９内に供給されるようになっている。
【００３１】
筒体９は、プレート８上において、導入口２から台座１０における種結晶５の配置場所に向けて延設されている。具体的には、筒体９は、中空部を有する筒状部材、例えば中空円筒状部材で構成され、真空容器６に対して同軸的に配置されている。原料ガス３は、導入口２およびプレート８の透孔８ａを通じたのち、この筒体９の中空部を通過してから種結晶５の表面に供給される。
【００３２】
例えば、筒体９は、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成され、台座１０よりも原料ガス３の流動経路上流側に配置されている。この筒体９により、導入口２から供給された原料ガス３を種結晶５に導くまでに、原料ガス３に含まれたパーティクルを排除しつつ、原料ガス３を加熱分解している。この筒体９内で加熱分解された原料ガス３が種結晶５に供給され、種結晶５の表面において炭素や珪素原子が過飽和な状態となることで、ＳｉＣ単結晶が種結晶５の表面に析出させられる。
【００３３】
台座１０は、円盤状の底部を種結晶５の配置面とする有底筒形状にて構成されており、本実施形態では有底円筒形状とされている。台座１０は、開口する一端側を下方に向け、筒体９に覆い被せるように配置されており、筒体９の中心軸を同軸として配置されている。この台座１０も、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成される。この台座１０の底部に、種結晶５を貼り付けて保持し、種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶を成長させる。また、台座１０は、種結晶５が配置される面と反対側となる裏面において回転引上機構１３と連結されている。
【００３４】
台座１０のうちの筒状部分の厚みは、例えば５〜１０ｍｍとされている。台座１０のうちの筒状部分の軸方向長さは、回転引上機構１３によって台座１０を引上げる前の状態において、台座１０の開口している側の先端が後述するヒータ１１に形成された排気ガス出口１１ａよりも上方に位置する長さとされている。また、台座１０における種結晶５の配置面は、成長させたいＳｉＣ単結晶の形状となっていればよく、円盤状以外の形状であっても構わないが、例えば台座１０が円盤状とされる場合には、台座１０の内径は、筒体９の外径よりも大きくされる。このため、台座１０における筒状部分の内周面と筒体９の外周面との間に隙間が形成される。本実施形態では、この隙間とヒータ１１の排気ガス出口１１ａを排出経路として、原料ガス３のうちの未反応ガスが排出口４に導かれるようになっている。
【００３５】
ヒータ１１は、台座１０が収容される中空部を有した筒形状とされ、台座１０の外周を囲むように配置されている。ヒータ１１は、台座１０の外径と対応する形状とされており、本実施形態では円筒形状とされている。ヒータ１１の厚みは、台座１０における筒状部分の厚みよりも厚くされており、例えば１５ｍｍとされている。ヒータ１１の内径は、台座１０の外径と同じないし若干大きくされており、ヒータ１１の内周面に沿って台座１０が中心軸方向および周方向に移動可能に構成されている。また、ヒータ１１のうち台座１０の開口している側の先端よりも下方位置には、排気ガス出口１１ａが形成されている。排気ガス出口１１ａの数は１つでも複数個であっても良いが、原料ガス３の未反応ガスが偏りなく排出されるようにするために、周方向等間隔に複数個設けられるようにするのが好ましい。排気ガス出口１１ａの形状については任意であり、円形、四角形、その他の多角形などどのような形状であっても構わない。
【００３６】
このような構造によりプレート８、筒体９、台座１０およびヒータ１１が構成されており、これらによってＳｉＣ単結晶の成長空間を構成する坩堝が構成される。
【００３７】
外周断熱材１２は、断熱材７やヒータ１１等を含む坩堝の外周を囲むように配置され、真空容器６の外壁面に熱が拡散することを抑制する。この外周断熱材１２も、例えば黒鉛、もしくは、表面がＴａＣ（炭化タンタル）などの高融点金属炭化物にてコーティングされた黒鉛などで構成される。
【００３８】
回転引上機構１３は、パイプ材１３ａおよび本体１３ｂを有した構成とされている。パイプ材１３ａは、一端が台座１０のうち種結晶５が貼り付けられる面と反対側となる裏面に接続されており、他端が回転引上機構１３の本体１３ｂに接続されている。このパイプ材１３ａは、例えばＳＵＳなどで構成される。本体１３ｂは、パイプ材１３ａの回転および引上げを行うモータなどを内蔵している。
【００３９】
このような構成により、ＳｉＣ単結晶の成長中に、本体１３ｂを駆動することにより、パイプ材１３ａの回転および引上げ動作を行うことが可能となる。これにより、パイプ材１３ａと共に、台座１０、種結晶５およびＳｉＣ単結晶の回転および引き上げが行え、ＳｉＣ単結晶の成長面が所望の温度分布となるようにしつつ、ＳｉＣ単結晶の成長に伴って、その成長表面の温度が常に成長に適した温度となるように調整できる。
【００４０】
第１、第２加熱装置１４、１５は、誘導加熱コイルによって構成されている。第１加熱装置１４は、真空容器６のうち筒体９と対応する場所の外周を囲むように配置されており、第２加熱容器１４は、真空容器６のうち台座１０の底部近傍、つまりＳｉＣ単結晶の成長表面と対応する場所の外周を囲むように配置されている。これら第１、第２加熱装置１４、１５は、それぞれ独立して温度制御できるように構成されており、第１、第２加熱装置１４、１５による加熱対象部位の温度制御を独立して細やかに行うことができる。すなわち、第１加熱装置１４によって筒体９を加熱することで、筒体９が原料ガス３を加熱分解できる温度に制御でき、第２加熱装置１５によってヒータ１１を加熱してＳｉＣ単結晶の成長表面を加熱することで、ＳｉＣ単結晶の成長表面の温度分布をＳｉＣ単結晶の成長に適した状態に調整できる。
【００４１】
このような構造により、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１が構成されている。続いて、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１を用いたＳｉＣ単結晶の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、台座１０に種結晶５を取り付けたのち、第１、第２加熱装置１４、１５を制御し、所望の温度分布を付ける。具体的には、第１加熱装置１４を制御することで筒体９およびヒータ１１の下方部分を誘導加熱して例えば２５００℃にすると共に、第２加熱装置１５を制御することでヒータ１１のうちの上方部分（台座１０の外周と対応する部分、つまりＳｉＣ単結晶の成長表面と対応する部分）を誘導加熱して例えば２２００℃に保持する。このような温度とすることで、筒体９ではこの後導入される原料ガス３を加熱分解できると共に、種結晶５の表面において原料ガス３を再結晶化することが可能となる。また、ヒータ１１の排気ガス出口１１ａの位置を加熱時に２２５０〜２５００℃となる場所に設定しておけば、排気ガス出口１１ａがＳｉＣ多結晶によって詰まることを抑制することもできる。
【００４３】
また、真空容器６を所望圧力にしつつ、必要に応じてＡｒやＨｅなどの不活性ガスによるキャリアガスやＨ2やＨＣｌなどのエッチングガスを導入しながら導入口２を通じて原料ガス３を導入する。例えば、シラン１リットル／分、プロパン０．３３リットル／分、水素１５リットル／分のレートで導入する。これにより、原料ガス３は筒体９の内部を通じて種結晶５の表面に供給されたのち、筒体９の外周面と台座１０の筒状部分の内周面との間の隙間およびヒータ１１の排気ガス出口１１ａを通じる経路で流動する。そして、加熱された筒体９内において原料ガス３が加熱分解された状態で種結晶５の表面に供給され、種結晶５の表面上にＳｉＣ単結晶が成長させられる。
【００４４】
また、ＳｉＣ単結晶の成長に伴って、回転引上機構１３より、パイプ材１２ａと台座１０および種結晶５を回転させながら引上げる。これにより、ＳｉＣ単結晶を長尺させることができる。このようにして、ＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。このとき、台座１０が引き上げられることになるが、台座１０を引上げても台座１０と別体とされたヒータ１１は引上げられない。そして、ヒータ１１に形成されている排気ガス出口１１ａについては台座１０の開口する側の先端よりも下方に位置していることから、台座１０の引上げによって面積が変化することもない。したがって、ＳｉＣ単結晶の成長中に原料ガス３のガス流が変化しないようにできる。これにより、原料ガス３のガス流の安定化を図ることが可能となり、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態では、台座１０とヒータ１１とを別体にすると共に、排気ガス出口１１ａが台座１０よりも下方位置に配置されるようにすることで台座１０によって覆われないようにし、台座１０が引上げられても面積の変動が無いようにしている。このような構成とすることで、ＳｉＣ単結晶の成長中に原料ガス３のガス流が変化しないようにできる。これにより、原料ガス３のガス流の安定化を図ることが可能となり、長時間安定してＳｉＣ単結晶を成長させることが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態では、ヒータ１１の厚みが台座１０における筒状部分の厚みよりも厚くなるようにしている。台座１０における筒状部分の厚みが厚すぎると、台座１０側でヒータ１１側の温度を遮ってしまう。これにより、第２加熱装置１５によるヒータ１１の温度制御に対して応答性よくＳｉＣ単結晶の成長表面の温度を制御できなくなる可能性がある。このため、本実施形態のように、ヒータ１１の厚みが台座１０における筒状部分の厚みよりも厚くなるようにすることで、ヒータ１１の温度制御によって応答性よくＳｉＣ単結晶の成長表面の温度を制御することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態のように、ヒータ１１に排気ガス出口１１ａを設ける場合、原料ガス３のうちの未反応ガスが坩堝の径方向外方に向かって排出されることになる。この場合、未反応ガスが徐々により広い範囲に流動していくことになり、未反応ガスの排出経路を広くすることが可能となる。これにより、未反応ガスを希釈化することが可能となり、より排気ガス出口１１ａを通じる排出経路にＳｉＣ多結晶が析出することを抑制することが可能となる。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してヒータおよび排気ガス出口の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図２は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１の断面図である。第１実施形態では、ヒータ１１に排気ガス出口１１ａを設けていたが、図２に示すように、本実施形態では、プレート８に対してプレート８を貫通する排気ガス出口８ｂを設けている。排気ガス出口８ｂの数は１つでも複数個であっても良いが、原料ガス３の未反応ガスが偏りなく排出されるようにするために、周方向等間隔に複数個設けられるようにするのが好ましい。また、排気ガス出口８ｂの形状については任意であり、円形、四角形、その他の多角形などどのような形状であっても構わない。また、断熱材８は、断熱材８の外周面が排気ガス出口８ｂよりも内側に位置するように外径寸法が設定されており、断熱材８によって排気ガス出口８ｂが塞がれないようにしてある。
【００５０】
このように、プレート８に排気ガス出口８ｂを形成することで、原料ガス３のうちの未反応ガスが坩堝の下方から排出されるようにしても良い。
【００５１】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、ＳｉＣ単結晶製造装置１の構成の一例を示したが、適宜設計変更可能である。
【００５２】
例えば、回転引上機構１３により台座１０を回転させながら引上げられる構造としたが、単なる引上機構であっても良い。また、台座１０を種結晶５の配置面を構成する底部と、底部を囲む筒状部分とによって構成したが、種結晶５の配置面を構成する部分のみとしても良い。
【００５３】
また、坩堝を構成する部分について、適宜、一体構造とすることもできる。例えば、プレート８とヒータ１１とを一体構造としたり、プレート８と筒体９とを一体構造としたり、プレート８と筒体９およびヒータ１１を一体構造とすることもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１ ＳｉＣ単結晶製造装置
３ 原料ガス
５ 種結晶
８ プレート
８ａ 透孔
９ 筒体
１０ 台座
１１ ヒータ
１１ａ 排気ガス出口
１３ 回転引上機構
１４ 第１加熱装置
１５ 第２加熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器（６）内に配置された台座（１０）に対して炭化珪素単結晶基板にて構成された種結晶（５）を配置し、該種結晶（５）の下方から炭化珪素の原料ガス（３）を供給することにより、前記種結晶（５）の表面に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶製造装置において、
前記真空容器（６）の底面に配置され、前記原料ガス（３）の導入を行う導入口（２）と、
前記導入口（２）と繋がる透孔（８ａ）が形成されたプレート（８）と、
前記プレート（８）の上に位置し、前記導入口（２）から前記台座（１０）側に向けて延設され、前記原料ガス（３）を通過させる中空部を有し、前記原料ガス（３）を加熱分解して前記種結晶（５）に向けて供給する筒体（９）と、
前記筒体（９）および前記台座（１０）の外周に配置されたヒータ（１１）と、
前記真空容器（６）のうち前記筒体（９）と対応する場所の外周に配置され、前記筒体（９）の加熱を行う第１加熱装置（１４）と、
前記真空容器（６）のうち前記台座（１０）と対応する場所の外周に配置され、前記ヒータ（１１）のうち前記台座（１０）の外周に位置する部分の加熱を行う第２加熱装置（１５）と、
前記台座（１０）の引き上げを行う引上機構（１３）とを有し、
前記台座（１０）よりも下方位置において、前記ヒータ（１１）もしくは前記プレート（８）には排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）が備えられており、前記原料ガス（３）のうちの未反応ガスが前記筒体（９）と前記ヒータ（１１）との間の隙間より前記排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される構造とされていることを特徴とする炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項２】
前記排気ガス出口（１１ａ）は、前記ヒータ（１１）に備えられており、前記原料ガス（３）のうちの未反応ガスが前記排気ガス出口（１１ａ）を通じて該排気ガス出口（１１ａ）の径方向外方に向けて排出されることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項３】
前記排気ガス出口（８ｂ）は、前記プレート（８）に備えられており、前記原料ガス（３）のうちの未反応ガスが前記排気ガス出口（８ｂ）を通じて前記プレート（８）の下方から排出されることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項４】
前記導入口（２）の外周を囲む断熱材（７）を有し、
前記断熱材（７）の上に前記プレート（８）が配置されており、該断熱材（７）の外周面が前記プレート（８）に備えられた前記排気ガス出口（８ｂ）よりも内側に位置していることを特徴とする請求項３に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項５】
前記台座（１０）は、前記種結晶（５）が配置される配置面を構成する底部と、筒状部分とを有した有底筒状部材にて構成され、前記筒状部分を囲むように前記ヒータ（１１）が配置されており、
前記ヒータ（１１）の厚みが前記台座（１０）の前記筒状部分の厚みよりも厚くされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項６】
前記筒体（９）と前記台座（１０）における前記筒状部分との間に隙間が構成された状態で、前記台座（１０）における前記筒状部分によって前記筒体（９）の外周が囲まれており、
前記筒体（９）と前記台座（１０）における前記筒状部分との間の隙間から前記排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される経路を排出経路として前記原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排出されることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項７】
前記排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）は、前記第１、第２加熱装置（１４、１５）による加熱時に２２５０〜２５００℃とされる位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項１】
真空容器（６）内に配置された台座（１０）に対して炭化珪素単結晶基板にて構成された種結晶（５）を配置し、該種結晶（５）の下方から炭化珪素の原料ガス（３）を供給することにより、前記種結晶（５）の表面に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶製造装置において、
前記真空容器（６）の底面に配置され、前記原料ガス（３）の導入を行う導入口（２）と、
前記導入口（２）と繋がる透孔（８ａ）が形成されたプレート（８）と、
前記プレート（８）の上に位置し、前記導入口（２）から前記台座（１０）側に向けて延設され、前記原料ガス（３）を通過させる中空部を有し、前記原料ガス（３）を加熱分解して前記種結晶（５）に向けて供給する筒体（９）と、
前記筒体（９）および前記台座（１０）の外周に配置されたヒータ（１１）と、
前記真空容器（６）のうち前記筒体（９）と対応する場所の外周に配置され、前記筒体（９）の加熱を行う第１加熱装置（１４）と、
前記真空容器（６）のうち前記台座（１０）と対応する場所の外周に配置され、前記ヒータ（１１）のうち前記台座（１０）の外周に位置する部分の加熱を行う第２加熱装置（１５）と、
前記台座（１０）の引き上げを行う引上機構（１３）とを有し、
前記台座（１０）よりも下方位置において、前記ヒータ（１１）もしくは前記プレート（８）には排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）が備えられており、前記原料ガス（３）のうちの未反応ガスが前記筒体（９）と前記ヒータ（１１）との間の隙間より前記排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される構造とされていることを特徴とする炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項２】
前記排気ガス出口（１１ａ）は、前記ヒータ（１１）に備えられており、前記原料ガス（３）のうちの未反応ガスが前記排気ガス出口（１１ａ）を通じて該排気ガス出口（１１ａ）の径方向外方に向けて排出されることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項３】
前記排気ガス出口（８ｂ）は、前記プレート（８）に備えられており、前記原料ガス（３）のうちの未反応ガスが前記排気ガス出口（８ｂ）を通じて前記プレート（８）の下方から排出されることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項４】
前記導入口（２）の外周を囲む断熱材（７）を有し、
前記断熱材（７）の上に前記プレート（８）が配置されており、該断熱材（７）の外周面が前記プレート（８）に備えられた前記排気ガス出口（８ｂ）よりも内側に位置していることを特徴とする請求項３に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項５】
前記台座（１０）は、前記種結晶（５）が配置される配置面を構成する底部と、筒状部分とを有した有底筒状部材にて構成され、前記筒状部分を囲むように前記ヒータ（１１）が配置されており、
前記ヒータ（１１）の厚みが前記台座（１０）の前記筒状部分の厚みよりも厚くされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項６】
前記筒体（９）と前記台座（１０）における前記筒状部分との間に隙間が構成された状態で、前記台座（１０）における前記筒状部分によって前記筒体（９）の外周が囲まれており、
前記筒体（９）と前記台座（１０）における前記筒状部分との間の隙間から前記排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）を通じて排出される経路を排出経路として前記原料ガス（３）のうちの未反応ガスが排出されることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【請求項７】
前記排気ガス出口（８ｂ、１１ａ）は、前記第１、第２加熱装置（１４、１５）による加熱時に２２５０〜２５００℃とされる位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−４３８０５（Ｐ２０１３−４３８０５Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２６０９（Ｐ２０１１−１８２６０９）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]