WO2013115272A1

WO2013115272A1 - 種結晶保持体、結晶成長装置および結晶成長方法

Info

Publication number: WO2013115272A1
Application number: PCT/JP2013/052091
Authority: WO
Inventors: 克明正木; 久芳　豊; 堂本　千秋; 大輔上山
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2013-08-08
Also published as: US20180171506A1; JPWO2013115272A1; US20150020730A1; JP5734439B2; US9890470B2

Abstract

　本発明の種結晶保持体は、溶液法による結晶成長に用いられる種結晶保持体であって、炭化珪素からなる種結晶と、該種結晶の上に位置する保持部材と、前記種結晶と前記保持部材とを固定した接着材と、該接着材によって厚み方向に挟持された、平面視において前記種結晶の外縁よりも小さい外縁を有する、炭素からなるシート部材とを有する。

Description

種結晶保持体、結晶成長装置および結晶成長方法

　本発明は、保持部材に種結晶が接合された種結晶保持体、その種結晶保持体を用いた結晶成長装置、および種結晶保持体を用いて結晶を成長させる結晶成長方法に関するものである。

　現在注目されている結晶として、炭素と、珪素の化合物である炭化珪素（Silicon carbide；ＳｉＣ）がある。炭化珪素は、例えば、耐電圧特性が良いことなどの利点がある。炭化珪素の結晶を成長させる方法には、例えば昇華法、溶液法などがある。炭化珪素の結晶を溶液法で成長させる方法は、例えば特開2000－264790号公報に示されている。

　炭化珪素からなる結晶成長の研究・開発において、種結晶および種結晶の下面に成長させた結晶を保持部材に固定しておくことが難しかった。本発明は、このような事情を鑑みて案出されたものであり、種結晶を保持部材に安定的に固定することが可能な種結晶保持体、それを用いた結晶成長装置および結晶成長方法を提供することを目的とする。

　本発明の結晶成長装置は、結晶成長用の溶液を保持する坩堝と、前述の種結晶保持体とを備えている。

　本発明の結晶成長方法は、坩堝と、該坩堝内に保持された、炭化を含む珪素の溶液とを準備する第１準備工程と、前述の種結晶保持体を準備する第２準備工程と、前記種結晶の下面を前記坩堝内に保持された前記溶液に接触させてから、前記保持部材を上方に引き上げることによって、前記種結晶の前記下面に前記溶液から炭化珪素の結晶を成長させる成長工程とを有する。

　本発明の種結晶保持体によれば、接着材にシート部材が挟持されていることから、接着材に内在する応力を緩和することができるため、接着材と、種結晶または保持部材とが剥離されにくくすることができる。

　また本発明の結晶成長装置によれば、前述の種結晶保持体を用いることから、種結晶が接着材から剥離されにくくすることができる。そのため、結晶成長途中に種結晶が脱落されにくくすることができ、長時間に亘って種結晶の下面に結晶を成長させることができる。その結果、種結晶の下面に成長させる結晶を大型化することができる。

　さらに本発明の結晶成長方法によれば、前述の種結晶保持体を用いて、種結晶が接着材から剥離されにくくすることができる。そのため、種結晶の下面に結晶を厚み方向に長く（大きく）成長させることができる。

本発明の実施形態に係る結晶成長装置の実施形態の一例を示す断面図である。本発明の実施形態に係る種結晶保持体を示す図であり、（ａ）は一部を拡大した断面図であり、（ｂ）は上方向から平面透視した図である。従来の種結晶保持体を示す図であり、一部を拡大した拡大断面図である。図２の種結晶保持体を示す図であり、拡大した拡大断面図である。図２の種結晶保持体の変形例を示す図であり、（ａ）は一部を拡大した断面図であり、（ｂ）は上方向から平面透視した図である。図５の種結晶保持体の一部を拡大した断面図である。図２の種結晶保持体の変形例を示す図であり、上方向から平面透視した図である。図２の種結晶保持体の変形例を示す図であり、一部を拡大した断面図である。図２の種結晶保持体の変形例を示す図であり、一部を拡大した断面図である。図２の種結晶保持体の変形例を示す図であり、一部を拡大した断面図である。図２の種結晶保持体の変形例を示す図であり、一部を拡大した断面図である。図２の種結晶保持体の変形例を示す図であり、一部を拡大した断面図である。図２の種結晶保持体の変形例に用いられるシート部材を示す図であり、上方向から平面視した平面図である。図２の種結晶保持体の変形例を示す図であり、図11に示したシート部材を用いて形成された種結晶保持部材の一部を拡大した断面図である。図２の種結晶保持体の変形例を示す図であり、一部を拡大した断面図である。

　本発明に係る種結晶保持体、結晶成長装置および結晶成長方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。種結晶保持体１は、種結晶２、シート部材３、接着材４および保持部材５によって構成されている。種結晶保持体１は、図１に示すような、結晶成長装置６に用いられるものである。まず、結晶成長装置６について、説明をする。

　＜結晶成長装置＞
　坩堝７は、坩堝容器８の内部に配置されている。坩堝容器８は、坩堝７を保持する機能を担っている。この坩堝容器８と坩堝７との間には、保温材９が配置されている。この保温材９は、坩堝７の周囲を囲んでいる。保温材９は、坩堝７からの放熱を抑制し、坩堝７の温度を安定して保つことに寄与している。

　坩堝７は、成長させる炭化珪素の単結晶の原料を内部で融解させる器としての機能を担っている。本実施形態では、坩堝７の中で、融解した珪素を溶媒としてその中に炭素を溶解させて、溶液10として貯留する。本実施形態では、溶液法を採用しており、この坩堝７の内部で熱的平衡に近い状態を作り出すことによって結晶の成長を行う。

　坩堝７は、加熱機構11によって、熱が加えられる。本実施形態の加熱機構11は、電磁誘導によって坩堝７を加熱する誘導加熱方式を採用しており、コイル12および交流電源13を含んで構成されている。坩堝７は、例えば炭素（黒鉛）を主成分とする材料によって構成されている。

　坩堝７の内部には、溶液10が配置されている。溶液10は、種結晶２の下面２Ｂに成長させる炭化珪素の結晶を構成する元素である炭素が、同じく炭化珪素の結晶を構成する元素である珪素の溶液中に溶解したものである。溶質となる元素の溶解度は、溶媒となる元素の温度が高くなるほど大きくなる。このため、種結晶２の下面２Ｂの温度を溶液10の温度よりも少し低くすることによって、高温下の溶媒に多くの溶質を溶解させた溶液10の温度が種結晶２の付近で低くなり、熱的な平衡を境に溶質が析出するようになる。この熱的平衡による析出を利用して、種結晶２の下面２Ｂに、炭化珪素の結晶を成長させることができる。

　コイル12は、導体によって形成され、坩堝７の周囲を囲むように巻かれている。交流電源13は、コイル12に交流電流を流すためのものである。コイル12に流す交流電流の大きさを調整することによって、設定する温度までの加熱時間を調整することができる。

　本実施形態では、坩堝７を、誘導加熱方式で加熱している。なお、この電磁場によって溶液10自体に誘導電流を流して発熱させてもよい。このように溶液10自体を発熱させる場合は、坩堝７自体を発熱させなくてもよい。

　搬送機構14によって種結晶２を溶液10に接触させる。この搬送機構14は、種結晶２の下面２Ｂに成長した結晶を搬出する機能も有している。搬送機構14は、保持部材５、および動力源15を含んで構成されている。この保持部材５を介して、種結晶２および種結晶２の下面２Ｂに成長した結晶の搬入出が行われる。種結晶２は、保持部材５の下端面５Ａに取り付けられており、この保持部材５は、動力源15によって上下方向（Ｄ１，Ｄ２方向）に移動が制御される。本実施形態では、Ｄ１方向が物理空間上の下方向を意味し、Ｄ２方向が物理空間上の上方向を意味する。

　結晶成長装置６では、加熱機構11の交流電源13と、搬送機構14の動力源15とが制御部16に接続されて制御されている。つまり、結晶成長装置６は、制御部16によって、溶液10の加熱および温度制御と、種結晶２の搬入出とが連動して制御されている。制御部16は、中央演算処理装置、およびメモリなどの記憶装置を含んで構成されており、例えば公知のコンピュータからなる。

　本実施形態の結晶成長装置６の搬送機構14には、下述するように、種結晶保持体１の保持部材５が取り付けられている。そして、保持部材５の下端面５Ａに固定された種結晶２の下面２Ｂを溶液10に接触させて、下面２Ｂに結晶を成長させることができる。

　本実施形態の結晶成長装置６は、下述する種結晶保持体１を搬送機構14に取り付けて結晶成長させている。種結晶保持体１は、接着材４と、種結晶２または保持部材４とが剥がれにくくなっている。そのため、結晶成長途中に種結晶２を脱落させにくくすることができ、長時間に亘って種結晶２の下面２Ｂに結晶を安定して成長させることができる。そのため、結晶成長装置６は、種結晶２の下面２Ｂに成長させる結晶を厚み方向に大型化することができる。

　＜種結晶保持体＞
　次に、本発明の実施形態に係る種結晶保持体１について、以下詳細に説明する。本実施形態に係る種結晶保持体１は、溶液法による結晶成長に用いられる種結晶保持体１であって、炭化珪素からなる種結晶２と、種結晶２の上に位置する保持部材５と、種結晶２と保持部材５とを固定した接着材４と、接着材４によって厚み方向に挟持した、平面視において種結晶２の外縁よりも小さい外縁を有する、炭素からなるシート部材３とを有している。

　種結晶２は、炭化珪素の結晶によって構成されている。種結晶２の炭化珪素の結晶は、例えば炭化珪素の単結晶などを用いることができる。種結晶２は、厚みが例えば0.1ｍｍ以上10ｍｍ以下となるように設定することができる。種結晶２は、平面視したときの外形が、例えば多角形状または円形状となるように設けられている。種結晶２の横幅寸法は、例えば５ｍｍ以上20ｃｍ以下となるように設定することができる。

　保持部材５は、図２（ａ）に示すように、下端面５Ａに種結晶２の上面２Ａが接着材４を介して固定されている。すなわち、保持部材５は、接着材４を間に挟んだ状態で種結晶２の上に位置している。ここで、図２（ａ）は、種結晶２、接着材４および保持部材５を含む種結晶保持体１の一部分を拡大した断面図である。

　保持部材５は、下端面５Ａを有していればよい。下端面５Ａは、四角形状などの多角形状、または円形状などの平面視形状を有している。保持部材５は、例えば多角柱状または円柱状などの棒状、直方体状などの立体形状である。

　保持部材５は、適宜、材料を選択することができ、例えば、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムに代表されるような酸化物、または炭素を主成分とする材料から構成することができる。保持部材５としては、例えば炭素の多結晶体または炭素を焼成した焼成体などを用いることができる。保持部材５が、炭素の多結晶体または焼成体によって構成されていた場合、保持部材５内の気孔率を高くすることができる。保持部材５の気孔率が高くなっていた場合、例えば接着材４内で発生した気体を保持部材５内から逃がすことができ、接着材４内で発生する気泡などを抑制して、接着材４との接着強度を維持することができる。

　保持部材５の下端面５Ａの面積は、種結晶２の上面２Ａよりも大きい面積でもよいし、種結晶２の上面２Ａと同じ面積でもよいし、種結晶２の上面２Ａよりも小さい面積でもよい。本実施形態では、保持部材５の下端面５Ａが、種結晶２の上面２Ａの面積よりも小さくなっている。なお、保持部材５の下端面５Ａの面積が、種結晶２の上面２Ａの面積以上となっている場合には、種結晶２の上面２Ａの全面に亘って、種結晶２の熱を保持部材５から放熱しやすくすることができる。

　接着材４は、種結晶２と保持部材５とを固定している。接着材４は、種結晶２の上面２Ａと保持部材５の下端面５Ａとの間に介在するように配置されている。接着材４は、種結晶２の材料および保持部材５の材料によって、適宜材料を設定することができる。接着材４としては、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム若しくは酸化ジルコニウムなどを含むセラミック接着材または炭素からなるカーボン接着材などを用いることができる。

　接着材４は、厚み方向に、シート部材３が挟持されている。ここで以下の説明において、接着材４のうち、シート部材３および保持部材５の間に位置する部分を接着材４ａ、シート部材３および種結晶２の間に位置する部分を接着材４ｂと特にいうことがある。シート部材３は、保持部材５の下端面５Ａと接着材４ａを介して固定されているとともに、種結晶２の上面２Ａと接着材４ｂを介して固定されていればよい。

　シート部材３は、平面視において種結晶２の外縁よりも小さい外縁を有している。シート部材３は、種結晶２の外縁よりも少しでも小さくなっていればよい。具体的に、シート部材３は、平面視において、外縁が、種結晶２の外縁よりも例えば１μｍ以上１ｃｍ以下の範囲で小さくなるように設けられている。

　シート部材３は、平面視における外形が、例えば多角形状または円形状となるように設けることができる。またシート部材３の大きさは、適宜設定すればよいが、例えば保持部材５の下端面５Ａの面積以上、種結晶２の上面２Ａ以下となるように設定することができる。なお、シート部材３の大きさが保持部材５の下端面５Ａの面積よりも小さい場合でも問題ない。

　シート部材３の材料は、接着材４の材料によって、適宜設定することができる。シート部材３は、接着材４に応力が掛かった際に、その応力を緩和することができる材料を用いればよく、例えば接着材４の材料によって適当な弾性率などを考慮して設定すればよい。具体的に、シート部材３としては、黒鉛を圧縮したシート状の部材を用いることが出来る。シート部材３は、厚みが、例えば0.1μｍ以上５ｍｍ以下となるように設けることができる。

　上述した構成によって、種結晶保持体１が構成されている。ここで、このような種結晶保持体１を溶液法による結晶成長に用いた場合、接着材４と、種結晶２および保持部材５との熱膨張係数が異なっていることから、接着材４内には熱応力が内在している。

　本実施形態の種結晶保持体では、種結晶２および保持部材５を固定する接着材４の厚み方向に挟持されたシート部材３を有している。そのため、接着材４に内在する熱応力に応じてシート部材３が弾性変形することにより、接着材４および保持部材５の間、または接着材４および種結晶２の間に係る熱応力を小さくすることができる。その結果、接着材４と、種結晶２または保持部材５とが剥離されにくくすることができる。

　このように種結晶２の平面方向における歪みが抑制されることから、種結晶２の下面２Ｂの平坦性を維持することができる。その結果、種結晶２の下面２Ｂに成長させる結晶に転位またはマイクロパイプが発生することを抑制できる。

　さらに、シート部材３は、平面視において種結晶２の外縁よりも小さい外縁を有している。そのため、例えば接着材４が固化する前段階の接着材料を塗布した際に、接着材料がシート部材３の側面に周り込みやすくすることができ、接着材料が種結晶２の側面に付着しにくくすることができる。その結果、種結晶２の下面２Ｂに成長させる結晶の品質を向上させることができる。

　一方、シート部材の外縁を種結晶の外縁より大きくすると、接着材料が種結晶の側面に付着しやすくなる。そのため、溶液に種結晶を接触させて炭化珪素の結晶を成長させる際に、種結晶の側面に付着した接着材料を起点に雑晶が成長しやすくなる。その結果、雑晶によって結晶成長が妨げられることになり、例えば結晶の大型化をすることができなかった。

　（種結晶保持体の変形例１）
　接着材４としてカーボン接着材を用いた場合、接着材４およびシート部材３の熱膨張係数の違いから発生する熱応力を緩和することができる。そのため、接着材４およびシート部材３の間で剥離されにくくすることができる。なお、以下の説明において、カーボン接着材からなる接着材４を、単にカーボン接着材４’ということがある。

　保持部材５として炭素からなる部材を用いてもよい。炭素からなる保持部材５を用いた場合には、カーボン接着材４’が炭素を含むことから、保持部材５の熱膨張係数およびカーボン接着材４’の熱膨張係数を近づけることができるため、カーボン接着材４’が保持部材５から剥がれにくくすることができる。

　従来の種結晶保持体17は、図３に示す通り、種結晶18をカーボン接着材19で保持部材20に固定していた。そのため、カーボン接着材19と種結晶18が異種材料であることから、両者の間で熱膨張係数が異なることとなり、カーボン接着材19は種結晶18との界面付近で熱応力21が発生しやすくなっていた。

　そのため、種結晶18付近で発生した熱応力21に起因して接着材19内に第２熱応力22が厚み方向に渡って内在することとなる。その結果、種結晶18と接着材19との界面で接着強度が低くなり、種結晶18が剥がれやすくなっていた。そのため、種結晶18の下面18Ｂに成長させる結晶を大きくすることができなかった。

　一方、変形例に係る種結晶保持体１は、図４に示すように、シート部材３が接着材４ｂと接着材４ａとの間で発生する熱応力を緩和する層として機能する。すなわち、シート部材３が弾性変形して接着材４内の熱応力を緩和することができるため、熱応力23は、従来の種結晶保持体17における熱応力21に比べて小さくすることができ、種結晶２が接着材４から剥がれにくくすることができる。

　（種結晶保持体の変形例２）
　シート部材３は、図５および図６に示すように、厚み方向に貫通孔３ａを有していてもよい。貫通孔３ａは、例えば多角形状または円形状などの多角形状に設定することができる。貫通孔３ａは、厚み方向に貫通していればよく、厚み方向に於いて一部屈曲していてもよい。貫通孔３ａの大きさは、接着材４の材料、シート部材３の厚みまたは保持部材５の材料によって適宜設定すればよいが、例えば0.5ｍｍ以上1.5ｃｍ以下となるように設定することができる。なお貫通孔３ａは、平面視して、保持部材５と重なるように配置されていればよい。

　貫通孔３ａの内側には、接着材４が充填されている。貫通孔３ａの内側に位置する接着材４は、接着材４ａと接着材４ｂが繋がるように配置されていてればよい。すなわち、貫通孔３ａの内側全てに接着材４が充填されている必要はない。

　溶液法で結晶成長を行なう場合には、上述したとおり、種結晶２の温度を溶液10の温度よりも少し低くすることによって、種結晶２の下面２Ａに結晶が成長しやすくすることができる。

　そのため、種結晶２の熱を保持部材５から放熱する際に、シート部材３が貫通孔３ａを有し、この貫通孔３ａ内に配置された接着材４で熱伝導をしやすくすることができる。これによって、種結晶２の温度を効率よく下げることができる。その結果、種結晶２が接着材４から剥がれにくくすることができるとともに、熱伝導の向上により種結晶２の下面２Ｂに結晶を成長しやすくすることができる。また、接着材４が熱伝導しやすいことから、接着材４内に発生する熱応力を緩和することができる。

　本変形例では、シート部材３に貫通孔３ａを複数有している場合について説明したが、シート部材３に貫通孔３ａを一つだけ有していてもよい。シート部材３が貫通孔３ａを一つだけ有している場合には、貫通孔３ａの大きさ（径）および平面視形状を調整することによって、接着材４の熱伝導を調整することができる。また、シート部材３が貫通孔３ａを複数有している場合には、貫通孔３ａの大きさ（径）を例えば小さくして調整することによって、接着材４における、種結晶２側から保持部材５側への熱伝導を調整することができる。

　（種結晶保持部材の変形例３）
　シート部材３は、貫通孔３ａを複数有しており、当該貫通孔３ａはシート部材３の外周から中心に向かうにつれて数が多くなっていてもよい。本変形例の種結晶保持体１を、図７に示す。ここでシート部材３の外周とは、シート部材３を平面視したときの外周のことを指し、中心とはシート部材３を平面視したときのシート部材３の形状の中心を指す。

　貫通孔３ａは、シート部材３の外周から中心に向かうにつれて、その数が多くなっていればよい。具体的には、外周から中心に直線を引いて、その直線が通る貫通孔３ａのうち、隣接する貫通孔３ａ同士の間隔が、外周側から中心に向かうにつれて小さくなっていけばよい。

　シート部材３において、このような配置の貫通孔３が全体に渡って設けられていてもよいし、一部だけがこのように設けられていてもよい。本変形例では、このような貫通孔３ａの配置が、シート部材３のうち、平面視して保持部材５と重なる領域内において行なわれている場合について説明したが、特にこれに限定されるものではない。

　接着材４において、平面視して保持部材５と重なる領域は、中心に向かうにつれて外気からの距離が離れていることから、当該接着材４は、中心に向かうにつれて温度が高くなりやすくなっている。そのため、本変形例のように、貫通孔３ａを、外周から中心に向かうにつれて多くなるよう配置することによって、中心付近の熱伝導を高めることができる。その結果、接着材４の中心付近において、熱応力の発生を抑制することができ、種結晶２が接着材４から剥がれにくくすることができる。

　（種結晶保持体の変形例４）
　接着材４は、図８に示すように、種結晶２との間に空洞４ｃを有していてもよい。空洞４ｃは、大きさによっては、シート部材３と種結晶２との間に配置されていてもよい。空洞４ｃは、幅が、例えば１μｍ以上２ｍｍ以下となるように設定することができる。

　種結晶２と接着材４とが異種材料であることから、両者の間で熱応力が発生しやすくなっている。そのため、種結晶２と接着材４との間に空洞４ｃを有していることによって、熱応力を緩和することができる。その結果、種結晶２の上面２Ａにかかる応力を少なくすることができるため、種結晶２の下面２Ｂに成長する結晶に歪みが入ることを抑制することができる。

　また接着材４は、図９に示すように、内部に気孔４ｄを有し、空洞４ｃは、シート部材３と保持部材５との間に存在する気孔４ｄよりも大きい。すなわち、接着材４ａに存在する気孔４ｄよりも空洞４ｃが大きくなっている。接着材４の内部に気孔４ｄを有していることから、例えば内部応力を低減することができる。また、接着材４ａに存在する気孔４ｄよりも空洞４ｃが大きくなっていることから、保持部材５と接着材４ｄとの接着強度を維持しつつ、種結晶２の上面２Ａに係る熱応力を低減することができる。なお、空洞４ｃは、図９に示すように、一部がシート部材３内に存在していてもよい。

　（種結晶保持体の変形例５）
　接着材４は、図10に示すように、一部がシート部材３の側面３Ｃを覆うように配置されていてもよい。具体的には、接着材４ｂの一部でシート部材３の側面３Ｃを覆うように配置されている。接着材４ｂの一部は、シート部材３の側面３Ｃの一部のみを覆ってもよいし、側面３Ｃの全体を覆っていてもよい。このように接着材４ｂの一部がシート部材３の側面３Ｃを覆うように配置されていた場合には、シート部材３の下面３Ｂとは異なる平面方向で接着材４と固定することができることから、シート部材３から接着材４が剥がれにくくすることができる。

　また、接着材４は、図11に示すように、シート部材３の側面３Ｃを覆うとともに、上面３Ａにまで回り込むように設けられていてもよい。このようにシート部材３の上面３Ａまで回り込むように設けることによって、さらにシート部材３から接着材４が剥がれにくくすることができる。

　（種結晶保持体の変形例６）
　シート部材３は、カーボン粒子および成分としての珪素を含んでいてもよい。シート部材３に成分として珪素を含んでいることによって、シート部材３を構成する成分である炭素の厚み方向の熱伝導率（５［Ｗ・ｍ^－１・Ｋ^－１］）よりも珪素の熱伝導率（149［Ｗ・ｍ^－１・Ｋ^－１］）の方が高いことから、シート部材３の熱伝導率を向上させることができる。これによって、接着材４の熱伝導を向上させることができる。

　またシート部材３は、内部に含まれている珪素の成分が炭化珪素の状態を含んでいてもよい。炭化珪素の熱伝導率が、150［Ｗ・ｍ^－１・Ｋ^－１］以上350［Ｗ・ｍ^－１・Ｋ^－１］以下であることから、さらに接着材４の熱伝導を向上させることができる。

　なお本変形例５の構成と、上述した変形例２および変形例３と組み合わせることによって、さらに接着材４の熱伝導を向上させることができる。

　また、接着材４には、成分としての珪素が含まれるようにしてもよい。このように接着材４に成分としての珪素が含まれることによって、接着材４の熱伝導率を向上させることができる。これによって、接着材４の熱伝導を向上させることができる。

　また接着材４に含まれる珪素成分の量は、図12に示すように、シート部材３および保持部材５の間に位置する部分の接着材４ａと、シート部材３および種結晶２の間に位置する部分の接着材４ｂとで異なっていてもよい。

　具体的には、接着材４ａに含まれる珪素成分の量よりも、接着材４ｂに含まれる珪素成分の量が多くなるように設定してもよい。このように、接着材４ａよりも接着材４ｂに含まれる珪素の量を多くすることによって、接着材４ｂでは炭化珪素からなる種結晶２との熱膨張率差を小さくするとともに、接着材４ａでは炭素からなる保持部材５と熱膨張係数差が大きくなることを抑制することができる。これによって、種結晶２が接着材４ｂから剥がれにくくすることができるとともに、保持部材５が接着材４ａから剥がれにくくすることができる。

　接着材４としてカーボン接着材４’を用いた場合には、カーボン接着材４’に成分としての珪素を含ませることによって、カーボン接着材４’の内部で前述の珪素を炭化珪素の状態で含ませることができ、種結晶２との熱膨張係数差をさらに小さくすることができる。また、カーボン接着材４’ｂに含まれる成分としての珪素の量よりも、カーボン接着材４’ａに含まれる成分としての珪素の量を少なくすることによって、種結晶２に保持部材５を良好に固定することができる。

　（種結晶保持体の変形例７）
　貫通孔３ａは、図13に示すように、シート部材３の全体に複数有しているとともに、複数の貫通孔３ａの一部が、平面視したときに保持部材５と重ならない領域に配置されていてもよい。

　シート部材３が保持部材５と重ならない領域に貫通孔３ａを有していることから、図14に示す通り、接着材４ｂの一部をシート部材３の上面３Ａに回り込ませることができる。このシート部材３の上面３Ａに回り込んだ接着部分４ａｂを有する種結晶保持体１は、接着部分４ａｂによって固定されることができるため、シート部材３と接着材４を剥がれにくくすることができる。

　このように接着部分４ａｂを有するシート部材３を用いた種結晶保持体１は次のように製造される。シート部材３が図13に示す構成となっていた場合には、種結晶２の上面２Ａに接着材４ｂを塗布し、当該シート部材３を当該接着材４ｂに載置し、その後、シート部材３の上面３Ａの一部に接着材４ａを塗布し、その上に保持部材５を置く。

　そして、保持部材５をシート部材３側に押圧しながら接着材４を加熱して、種結晶２および保持部材５を固定する。このように保持部材５を押圧する際に、平面視して保持部材５と重ならない領域に位置するシート部材３の貫通孔３ａを通って、接着材４ｂがシート部材３の上面３Ａに回り込んだ接着部分４ａｂを形成することができる。

　上述の説明では、保持部材５が種結晶２よりも小さい場合について説明したが、図15に示す通り、保持部材５が種結晶２よりも大きくてもよい。この場合、シート部材３は、平面視において、種結晶２および保持部材５の外形よりも小さくなっている。この場合でも、接着材４内の応力をシート部材３で緩和することができるので、種結晶２が接着材４から剥離することを抑制することができる。

　＜種結成長方法＞
　次に、本発明の結晶成長方法を説明する。本発明の結晶成長方法は、第１準備工程、第２準備工程および成長工程を有している。

　（第１準備工程および第２準備工程）
　第１準備工程では、坩堝７と、坩堝７内に保持された、炭素を含む珪素の溶液10とを準備する。続いて、第２準備工程として、上述した種結晶保持体１を準備する。

　（成長工程）
　次に、図１に示すような結晶成長装置６において、種結晶２の下面２Ｂを、坩堝７内にある炭化を含む珪素の溶液10に接触させる。種結晶２の溶液10への接触は、下面２Ｂの一部が接触していればよい。なお、例えば種結晶２の上面２Ａが溶液10に浸かる程度まで種結晶２を溶液10内に入れてもよい。

　その後、保持部材５を上方（Ｄ２方向）に引き上げることによって、種結晶２の下面２Ｂに溶液10から炭化珪素の結晶を成長させることができる。保持部材５の引き上げ速度は、例えば、種結晶２の下面２Ｂに成長する結晶の成長速度によって設定すればよい。

　本実施形態の結晶成長方法は、種結晶保持体１を用いて、種結晶２の下面２Ｂに結晶を成長させていることから、下面２Ｂに成長する結晶が大きくなった場合でも、保持部材５の下端面５Ａから種結晶２が剥がれにくくなっている。その結果、成長させる結晶の生産性を向上させることができる。

　（結晶成長方法の変形例）
　第２準備工程と成長工程との間に、種結晶２とともに接着材４の一部を坩堝７内に保持された溶液10に浸す工程を有していてもよい。このように種結晶２とともに接着材４の一部を溶液10に浸すことによって、接着材４の一部に成分として珪素を含ませることができるため、接着材４の熱伝導率を向上させることができる。

　このようにすることによって、種結晶２が接着材４から剥がれにくくすることができる。そのため、種結晶２の下面２Ｂに炭化珪素の結晶を大きく成長させた場合でも種結晶２が接着材４から剥がれにくくなっており、成長させる結晶を大型化することができる。

　さらに、種結晶２、接着材４の一部およびシート部材３が溶液10に浸すようにしてもよく、この場合にはシート部材３の内部に成分として珪素を含ませることができるため、接着材４の熱伝導率を向上させるとともにシート部材３の熱伝導率を向上させることができる。

　溶液10が深さ方向に温度分布を有している場合には、接着材４を溶液10に浸す際に、高い温度となっている位置まで種結晶２を浸してもよい。溶液10は、例えば、液面から深くなるにつれて温度が高くなるように設定することにより、深さ方向に温度分布を持つように設定される。ここで、温度分布は、例えば液面の温度に対して、50℃以下となる範囲で設定することができる。

　この場合、種結晶２を坩堝７の底面付近に近づけるように浸すことができる。このように種結晶２を温度の高い位置に配置することによって、種結晶２の下面２Ｂに成長した雑晶を溶解することができる。これによって、種結晶２にさらに雑晶が成長することを抑制することができる。

　また、種結晶２を温度の高い位置に配置する際に、種結晶２の下面２Ｂに成長した結晶を坩堝７の底面に接触するようにしもよい。これによって、確実に雑晶を溶解することができるとともに、雑晶を物理的に剥離しやすくできる。

Claims

　溶液法による結晶成長に用いられる種結晶保持体であって、
炭化珪素からなる種結晶と、
該種結晶の上に位置する保持部材と、
前記種結晶と前記保持部材とを固定した接着材と、
該接着材によって厚み方向に挟持された、平面視において前記種結晶の外縁よりも小さい外縁を有する、炭素からなるシート部材とを有する種結晶保持体。
　前記シート部材は、平面視において前記保持部材の外縁よりも大きい外縁を有する請求項１に記載の種結晶保持体。
　前記接着材は、前記種結晶との間に空洞を有する請求項１または２に記載の種結晶保持体。
　前記接着材は、内部に気孔を有し、前記空洞は、前記シート部材と前記保持部材との間に存在する前記気孔よりも大きい請求項３に記載の種結晶保持体。
　前記シート部材は、厚み方向に貫通孔を有し、該貫通孔は、内側に前記接着材の一部が充填されている請求項１～４のいずれかに記載の種結晶保持体。
　前記シート部材は、前記貫通孔を複数有しており、該貫通孔は、前記シート部材の外周から中心に向かうにつれて数が多くなっている請求項５に記載の種結晶保持体。
　前記接着材は、一部が前記シート部材の側面を覆っている請求項１～６のいずれかに記載の種結晶保持体。
　前記シート部材は、カーボン粒子および成分としての珪素を含む請求項１～７のいずれかに記載の種結晶保持体。
　前記シート部材は、前記珪素を炭化珪素の状態で含む請求項１～８のいずれかに記載の種結晶保持体。
　前記接着材は、成分として珪素を含む請求項１～９のいずれかに記載の種結晶保持体。
　前記接着材は、前記シート部材および前記保持部材の間の部分に含まれる前記珪素が、前記シート部材および前記種結晶の間の部分に含まれる前記珪素よりも多い請求項８～１０のいずれかに記載の種結晶保持体。
　結晶成長用の溶液を保持する坩堝と、
請求項１に記載の種結晶保持体とを備えた結晶成長装置。
　坩堝と、該坩堝内に保持された、炭素を含む珪素の溶液とを準備する第１準備工程と、
請求項１に記載の種結晶保持体を準備する第２準備工程と、
前記種結晶の下面を前記坩堝内に保持された前記溶液に接触させてから、前記保持部材を上方に引き上げることによって、前記種結晶の前記下面に前記溶液から炭化珪素の結晶を成長させる成長工程とを有する結晶成長方法。
　前記第２準備工程は、前記接着材としてカーボン粒子を含む接着材を用いた前記種結晶保持体を準備する工程であって、
前記第２準備工程と前記成長工程との間に、前記種結晶とともに前記接着材の一部を前記坩堝内に保持された前記溶液に浸す工程を有する請求項１３に記載の結晶成長方法。
　前記第２準備工程と前記成長工程との間に、前記種結晶とともに前記シート部材を前記坩堝内に保持された前記溶液に浸す工程を有する請求項１４に記載の結晶成長方法。