JP2013126931A - Apparatus for producing silicon carbide single crystal, and method for producing silicon carbide single crystal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for producing silicon carbide single crystal that can produce a high-quality silicon carbide single crystal by adjusting a growth condition during growing a crystal, and to provide a method for producing silicon carbide single crystal.SOLUTION: The apparatus for producing silicon carbide single crystal includes: a crucible 3 consisting of a crucible upper part 3a and a crucible lower part 3b; a first support member 7 for supporting at least the crucible lower part 3b selected from the crucible upper part 3a and the crucible lower part 3b; a second support member 8 for supporting a pedestal 4; weight sensors 9 and 10 for detecting weights of the first support member 7 and the second support member 8 respectively independently; and a heating means arranged around the crucible 3. The first support member 7 and the second support member 8 are arranged relatively movably to the vertical direction.

Description

本発明は、炭化珪素単結晶製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and a method for manufacturing a silicon carbide single crystal.

炭化珪素は耐熱性に優れ、絶縁破壊電圧が大きく、エネルギーバンドギャップが広く、また、熱伝導度が高いなどの優れた性能を有するため、大電力パワーデバイス、耐高温半導体素子、耐放射線半導体素子、高周波半導体素子等への応用が可能である。シリコンが材料自体の物性限界から性能向上も限界に近づきつつあるため、シリコンよりも物性限界を大きくとれる炭化珪素が注目されている。近年は電力変換時のエネルギーロスを低減し、地球温暖化問題への対策となる省エネルギー技術として、炭化珪素材料を使ったパワーエレクトロニクス技術が期待を集めている。
その基盤技術として炭化珪素単結晶の成長技術の研究開発が精力的に進められている。
Silicon carbide has excellent performance such as excellent heat resistance, large dielectric breakdown voltage, wide energy band gap, high thermal conductivity, etc., so high power power devices, high temperature resistant semiconductor elements, radiation resistant semiconductor elements Application to a high-frequency semiconductor element or the like is possible. Since silicon is approaching the limit of performance improvement from the physical property limit of the material itself, silicon carbide that can take a physical property limit larger than silicon has attracted attention. In recent years, power electronics technology using silicon carbide materials has been expected as an energy-saving technology to reduce energy loss during power conversion and to counter global warming issues.
Research and development of silicon carbide single crystal growth technology has been vigorously advanced as the basic technology.

炭化珪素単結晶を成長させる方法として、昇華再結晶法が広く用いられている。この方法は、例えば黒鉛製の坩堝内に配置した黒鉛台座に種結晶を取り付けると共に、坩堝底部に配した炭化珪素原料を2000℃以上に加熱して昇華ガスを発生させ、その昇華ガスを原料部より数十〜数百℃低温にした種結晶上に再結晶化させることによって、種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させるものである(例えば、特許文献1〜3)。   As a method for growing a silicon carbide single crystal, a sublimation recrystallization method is widely used. In this method, for example, a seed crystal is attached to a graphite pedestal arranged in a graphite crucible, and a silicon carbide raw material disposed on the bottom of the crucible is heated to 2000 ° C. or more to generate a sublimation gas. A silicon carbide single crystal is grown on the seed crystal by recrystallizing the seed crystal at a temperature lower by several tens to several hundred degrees C (for example, Patent Documents 1 to 3).

昇華再結晶法を利用した炭化珪素単結晶製造装置として、坩堝を坩堝上部と坩堝下部の2つの部分からなる構成とし、坩堝下部に対して坩堝上部を昇降可能とする昇降機構を備え、この昇降機構によって炭化珪素単結晶の表面と炭化珪素原料との間の距離を調整して成長中の炭化珪素単結晶の表面の温度と炭化珪素粉末原料の温度との温度差の変化を低減し、高品質で長尺な炭化珪素単結晶の製造を図るものが知られている(例えば、特許文献3)。   As a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus using the sublimation recrystallization method, the crucible is composed of two parts, an upper part of the crucible and a lower part of the crucible. The mechanism adjusts the distance between the surface of the silicon carbide single crystal and the silicon carbide raw material to reduce the change in temperature difference between the surface temperature of the growing silicon carbide single crystal and the temperature of the silicon carbide powder raw material. A device for producing a long and long silicon carbide single crystal is known (for example, Patent Document 3).

図8は、典型的な炭化珪素単結晶製造装置100を示す。
単結晶成長装置100は、真空容器101の内部に断熱材102に覆われた坩堝103配置され、真空容器101の外側に加熱手段110が配置されて概略構成されている。
FIG. 8 shows a typical silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 100.
The single crystal growth apparatus 100 is generally configured by disposing a crucible 103 covered with a heat insulating material 102 inside a vacuum vessel 101 and arranging a heating means 110 outside the vacuum vessel 101.

坩堝103の蓋部103aの台座104の下面104aに炭化珪素種結晶105が接合される。断熱材102には、坩堝103の下部表面および上部表面の一部が露出するように孔部102a、102bが形成されている。   Silicon carbide seed crystal 105 is bonded to lower surface 104a of pedestal 104 of lid 103a of crucible 103. Holes 102 a and 102 b are formed in the heat insulating material 102 so that the lower surface and a part of the upper surface of the crucible 103 are exposed.

断熱材102を巻き付けた坩堝103は真空容器1の内部中央の支持棒106上に設置されている。支持棒106は筒状とされており、この支持棒106の孔部106aを断熱材102に設けた孔部102aと合わせるようにする。これにより、真空容器101の下に配置された放射温度計107により、この支持棒106の孔部106aおよび断熱材102の下側の孔部102aを通して、坩堝103の下部表面の温度を観測できる構成とされている。同様に、真空容器101の上に配置された別の放射温度計107により、断熱材102の上側の孔部102bを通して、坩堝103の上部表面の温度を観測できる構成とされている。   The crucible 103 around which the heat insulating material 102 is wound is installed on a support rod 106 at the center inside the vacuum vessel 1. The support bar 106 has a cylindrical shape, and the hole 106 a of the support bar 106 is aligned with the hole 102 a provided in the heat insulating material 102. Thereby, the radiation thermometer 107 arranged under the vacuum vessel 101 can observe the temperature of the lower surface of the crucible 103 through the hole 106a of the support rod 106 and the hole 102a on the lower side of the heat insulating material 102. It is said that. Similarly, the temperature of the upper surface of the crucible 103 can be observed through another hole 102 b on the upper side of the heat insulating material 102 by another radiation thermometer 107 disposed on the vacuum vessel 101.

真空容器101の内部のガス交換は、まず、排出管108に接続した真空ポンプ(図示略)を用いて、真空容器101の内部の空気を排気して、例えば、4×10−3Pa以下の減圧状態とする。真空ポンプとしては例えば、ターボ分子ポンプなどを用いることができる。その後、導入管109から真空容器101の内部に高純度Arガスを導入して、真空容器101の内部(炉内)を例えば、Ar雰囲気で9.3×10Paという環境とする。 For the gas exchange inside the vacuum vessel 101, first, the air inside the vacuum vessel 101 is exhausted using a vacuum pump (not shown) connected to the discharge pipe 108, for example, 4 × 10 −3 Pa or less. Reduce pressure. As the vacuum pump, for example, a turbo molecular pump or the like can be used. Thereafter, high-purity Ar gas is introduced into the vacuum vessel 101 from the introduction pipe 109, and the inside of the vacuum vessel 101 (inside the furnace) is set to an environment of 9.3 × 10 4 Pa in an Ar atmosphere, for example.

加熱手段110は例えば、高周波加熱コイルであり、電流を流すことにより高周波を発生させて、真空容器101内の中央に設置された坩堝103を例えば、1900℃以上の温度に加熱することができる。これにより、坩堝103内の炭化珪素原料粉末111を加熱して、炭化珪素原料粉末111から昇華ガスを発生させる。   The heating means 110 is, for example, a high-frequency heating coil, and can generate a high frequency by passing an electric current to heat the crucible 103 installed in the center of the vacuum vessel 101 to a temperature of 1900 ° C. or higher, for example. Thereby, silicon carbide raw material powder 111 in crucible 103 is heated, and sublimation gas is generated from silicon carbide raw material powder 111.

次に、図9は坩堝下部に対して坩堝上部が昇降可能となっている従来の炭化珪素単結晶製造装置200を示す。図9では真空容器、断熱材、加熱手段等の通常備える構成は省略している。
炭化珪素単結晶製造装置200は、坩堝上部230a及び坩堝下部230bからなる坩堝230と、坩堝上部230aの蓋部230aaの下面中央部に取り付けられた台座240とを備えている。坩堝下部230b内には、粉末状の炭化珪素原料260が収容されており、台座240の下面には、炭化珪素原料260に臨むように炭化珪素種結晶250が取り付けられる。
Next, FIG. 9 shows a conventional silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 200 in which the upper part of the crucible can be moved up and down with respect to the lower part of the crucible. In FIG. 9, configurations normally provided such as a vacuum vessel, a heat insulating material, and a heating means are omitted.
Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 200 includes a crucible 230 including a crucible upper portion 230a and a crucible lower portion 230b, and a pedestal 240 attached to the center of the lower surface of the lid portion 230aa of the crucible upper portion 230a. Powdered silicon carbide raw material 260 is accommodated in crucible lower portion 230 b, and silicon carbide seed crystal 250 is attached to the lower surface of pedestal 240 so as to face silicon carbide raw material 260.

坩堝下部230bは第1支持部材270の支持面部270a上に配置されて支持されることにより定位置に固定された状態となっている。一方、坩堝上部230aは第2支持部材280の支持側部280bに支持されている。第2支持部材280は支持側部280bの他に、第1支持部材270の支持面部270aよりも下側に位置する支持底部280aと、この支持底部280aの下面中央部から鉛直方向に延設されたシャフトガイド部280cとを備えている。このシャフトガイド部280cに第1支持部材270のシャフト部270bが貫通することによりシャフトガイド部280cがシャフト部270bをガイドとして摺動可能となっている。この摺動により、第1支持部材270に対して第2支持部材280が鉛直方向に沿って昇降可能となっている。この第2支持部材280の昇降はシャフトガイド部280cに連結された昇降駆動装置290の正逆駆動によって行われるものである。   The crucible lower portion 230b is placed on the support surface portion 270a of the first support member 270 and supported thereby to be fixed in place. On the other hand, the crucible upper portion 230 a is supported by the support side portion 280 b of the second support member 280. In addition to the support side portion 280b, the second support member 280 extends in a vertical direction from a support bottom portion 280a located below the support surface portion 270a of the first support member 270, and a lower surface central portion of the support bottom portion 280a. Shaft guide portion 280c. When the shaft portion 270b of the first support member 270 passes through the shaft guide portion 280c, the shaft guide portion 280c can slide using the shaft portion 270b as a guide. By this sliding, the second support member 280 can be moved up and down along the vertical direction with respect to the first support member 270. The raising / lowering of the second support member 280 is performed by forward / reverse driving of the raising / lowering driving device 290 connected to the shaft guide portion 280c.

国際公開第2O00/39372号International Publication No. 2 00/39372 特開2010−13296号公報JP 2010-13296 A 特開2009−23880号公報JP 2009-23880 A 特開平7−82091号公報JP-A-7-82091

従来、昇華再結晶法によって炭化珪素単結晶を製造する際、坩堝内部の環境をモニターすることなく炭化珪素単結晶の成長を行っていたため、成長中の成長条件のズレ(温度測定の誤差や炭化珪素粉末原料のバラツキ等)が原因で所望の成長を行うことができず、歩留まりが低いという問題があった。例えば、成長量が過多であった場合は、炭化珪素単結晶の近傍に成長してしまう多結晶が多くなるため、その多結晶が炭化珪素単結晶に固着したり、またその多結晶の固着が原因で欠陥発生が発生するなど、炭化珪素単結晶の品質低下が起こりやすくなり、さらには単結晶の割れという問題が発生することもあった。また、成長量が過少であった場合は取得可能ウェハ数が減少するという問題があった。
炭化珪素単結晶の成長中に坩堝内部を観察することも可能であったが、X線装置等の大掛かりな装置が必要であった。
Conventionally, when producing a silicon carbide single crystal by the sublimation recrystallization method, the silicon carbide single crystal has been grown without monitoring the environment inside the crucible. There is a problem that the desired growth cannot be performed due to variations in the raw material of the silicon powder and the yield is low. For example, if the amount of growth is excessive, the number of polycrystals that grow in the vicinity of the silicon carbide single crystal increases, so that the polycrystal is fixed to the silicon carbide single crystal, or the polycrystal is not fixed. Deterioration of the quality of the silicon carbide single crystal is likely to occur due to the occurrence of defects due to the cause, and the problem of single crystal cracking may also occur. Further, when the growth amount is too small, there is a problem that the number of obtainable wafers is reduced.
Although it was possible to observe the inside of the crucible during the growth of the silicon carbide single crystal, a large-scale apparatus such as an X-ray apparatus was required.

特許文献4には、昇華再結晶法による炭化珪素単結晶の成長中に、坩堝全体の重量を測定可能な検出器を備えた炭化珪素単結晶製造装置が開示されているものの、結晶成長量と原料昇華量とを独立に測定する構成については記載がない。   Patent Document 4 discloses a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus equipped with a detector capable of measuring the weight of the entire crucible during the growth of a silicon carbide single crystal by a sublimation recrystallization method. There is no description about the structure which measures a raw material sublimation amount independently.

昇華再結晶法を利用する炭化珪素単結晶製造装置では、2000℃以上の成長環境を維持するため、坩堝内部の成長環境観察用の覗き窓や、坩堝内部の成長条件(例えば、温度)の測定に利用するための窓(例えば、放射温度計による測定用の窓)を坩堝に設置することは望ましくない。覗き窓から熱が逃げてしまうからである。
また、粉末原料を昇華させてその昇華ガスを炭化珪素種結晶に供給するという手法のため、坩堝に隙間があると、その隙間から昇華ガスが漏洩して、良好な成長環境を維持できないし、また、坩堝外部の部材(断熱部材やヒータ)の劣化を招くことになる。従って、この観点からも、坩堝に覗き窓や測定用の窓を設置することは望ましくない。
In silicon carbide single crystal manufacturing equipment using the sublimation recrystallization method, in order to maintain a growth environment of 2000 ° C. or higher, a viewing window for observing the growth environment inside the crucible and the growth conditions (eg, temperature) inside the crucible are measured. It is not desirable to install a window for use in the crucible (for example, a window for measurement with a radiation thermometer) in the crucible. This is because heat escapes from the viewing window.
Also, because of the method of sublimating the powder raw material and supplying the sublimation gas to the silicon carbide seed crystal, if there is a gap in the crucible, the sublimation gas leaks from the gap, and a good growth environment cannot be maintained, In addition, deterioration of members outside the crucible (a heat insulating member and a heater) is caused. Therefore, from this point of view, it is not desirable to install a viewing window or a measurement window in the crucible.

しかしながら、炭化珪素種結晶を坩堝内に導入するために坩堝を2つの部分から構成する必要があり、それらの部分の連結部に形成される隙間は必ず必要であり、隙間を完全になくすことはできない。坩堝上部と坩堝下部との連結部分に形成されてしまう隙間は存在する。この隙間近傍は低温になるため、そこに炭化珪素の多結晶が析出しやすく、坩堝上部と坩堝下部との相対移動を妨げることがある。   However, in order to introduce the silicon carbide seed crystal into the crucible, it is necessary to configure the crucible from two parts, and a gap formed in the connecting portion of these parts is necessarily required, and eliminating the gap completely Can not. There is a gap that is formed at the connecting portion between the upper part of the crucible and the lower part of the crucible. Since the temperature in the vicinity of the gap is low, polycrystal silicon carbide is likely to precipitate there, which may hinder relative movement between the crucible upper portion and the crucible lower portion.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、結晶成長中の成長条件を調整して高品質の炭化珪素単結晶を製造可能とする炭化珪素単結晶製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and a silicon carbide single crystal that can manufacture a high-quality silicon carbide single crystal by adjusting the growth conditions during crystal growth. It aims to provide a method.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔1〕台座に取付けた炭化珪素種結晶上に原料ガスを供給して、前記炭化珪素種結晶上に炭化珪素の単結晶を成長させる炭化珪素単結晶製造装置において、坩堝上部と坩堝下部とからなる坩堝と、前記坩堝上部及び前記坩堝下部のうち、少なくとも前記坩堝下部を支持する第1支持部材と、前記台座を支持する第2支持部材と、前記第1支持部材及び前記第2支持部材の重量をそれぞれ独立に検出できる重量センサと、前記坩堝の周囲に配置する加熱手段と、を備え、前記第1支持部材と前記第2支持部材とは上下方向に互いに相対移動可能である、ことを特徴とする炭化珪素単結晶製造装置。
〔2〕前記台座は前記坩堝上部の蓋部の下面に支持され、前記第1支持部材は前記坩堝上部及び前記坩堝下部のうち、前記坩堝下部のみを支持するものであり、前記第2支持部材は前記坩堝上部を支持し、該坩堝上部を介して前記台座を支持するものである、ことを特徴とする〔1〕に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
〔3〕前記第1支持部材は前記坩堝上部及び前記坩堝下部のいずれも支持するものであり、
前記台座は、少なくともその種結晶取付面が前記坩堝内に位置するように、前記坩堝上部の蓋部に形成された開口から下方に突出している、ことを特徴とする〔1〕に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
〔4〕前記蓋部の下面において前記開口の周囲に沿って下方に突出するように設けられた第1突起部であって、前記坩堝の内側壁側が高くかつ前記坩堝の鉛直中心側が低くなるように傾斜する下方傾斜面を前記坩堝の内側壁に対向する側に有する第1突起部を備えたことを特徴とする〔3〕に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
〔5〕前記台座の側壁において、前記坩堝の内側壁側が高くかつ前記坩堝の鉛直中心側が低くなるように傾斜する上方傾斜面を前記坩堝の鉛直中心側に有する第2突起部が設けられていることを特徴とする〔3〕又は〔4〕のいずれかに記載の炭化珪素単結晶製造装置。
〔6〕前記坩堝上部はその側部の下端に形成された坩堝上部連結部を備え、前記坩堝下部はその側部の上端に形成された坩堝下部連結部を備え、前記坩堝上部連結部及び前記坩堝下部連結部は、坩堝の内壁側が高くかつ外壁側が低くなるように傾斜し、互いに対向する傾斜連結面を有する、ことを特徴とする〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
〔7〕前記第2支持部材は上方から吊り下げられたものである、ことを特徴とする〔1〕〜〔6〕のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
〔8〕台座に取付けた炭化珪素種結晶上に原料ガスを供給して、前記炭化珪素種結晶上に炭化珪素の単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、坩堝上部と坩堝下部とからなる坩堝と、前記坩堝上部及び前記坩堝下部のうち、少なくとも前記坩堝下部を支持する第1支持部材と、前記台座を支持する第2支持部材と、前記第1支持部材及び前記第2支持部材の重量をそれぞれ独立に検出できる重量センサと、前記坩堝の周囲に配置する加熱手段とを備え、前記第1支持部材と前記第2支持部材とは上下方向に互いに相対移動可能である炭化珪素単結晶製造装置を用い、炭化珪素単結晶の製造中に、前記重量センサを用いて検出した前記第2支持部材の重量から、炭化珪素単結晶の成長量及び/又は成長速度を求め、前記重量センサを用いて検出した前記第1支持部材の重量から、炭化珪素粉末原料の昇華速度及び/又は昇華量を求め、前記成長速度及び/又は成長量、及び/又は、昇華量及び/又は昇華速度が所望の範囲外である場合には、その範囲内に入るように、(1)〜(4)の少なくともいずれかを行う、ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法;
(1) 前記坩堝上部又は前記台座、及び/又は、前記坩堝下部の温度を調整する、
(2) 前記第1支持部材及び前記第2支持部材を上下方向に互いに相対移動させる、又は異なる速度で上昇もしくは下降させる、
(3) 炭化珪素単結晶の所期の予定成長時間を変更する、
(4) 炉内圧力を調節する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
[1] In a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus for supplying a raw material gas onto a silicon carbide seed crystal mounted on a pedestal and growing a silicon carbide single crystal on the silicon carbide seed crystal, the crucible upper portion and the crucible lower portion A crucible, a first support member that supports at least the crucible lower portion of the crucible upper portion and the crucible lower portion, a second support member that supports the pedestal, the first support member, and the second support member. A weight sensor capable of independently detecting weight, and a heating means disposed around the crucible, wherein the first support member and the second support member are movable relative to each other in the vertical direction. A silicon carbide single crystal manufacturing apparatus, which is characterized.
[2] The pedestal is supported on the lower surface of the lid portion of the crucible upper portion, and the first support member supports only the crucible lower portion of the crucible upper portion and the crucible lower portion, and the second support member The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to [1], wherein the crucible upper part is supported and the pedestal is supported via the crucible upper part.
[3] The first support member supports both the crucible upper portion and the crucible lower portion,
The carbonization according to [1], wherein the pedestal protrudes downward from an opening formed in a lid portion on the crucible so that at least a seed crystal mounting surface thereof is located in the crucible. Silicon single crystal manufacturing equipment.
[4] A first protrusion provided on the lower surface of the lid so as to protrude downward along the periphery of the opening so that the inner wall side of the crucible is high and the vertical center side of the crucible is low. The apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to [3], further comprising a first protrusion having a downwardly inclined surface inclined to the inner wall of the crucible.
[5] On the side wall of the pedestal, there is provided a second protrusion having an upper inclined surface on the vertical center side of the crucible that is inclined so that the inner wall side of the crucible is high and the vertical center side of the crucible is low. The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to any one of [3] or [4], wherein
[6] The crucible upper portion includes a crucible upper connecting portion formed at the lower end of the side portion, and the crucible lower portion includes a crucible lower connecting portion formed at the upper end of the side portion, the crucible upper connecting portion, The crucible lower connection part is inclined so that the inner wall side of the crucible is high and the outer wall side is low, and has inclined connection surfaces opposed to each other, according to any one of [1] to [5] Silicon carbide single crystal manufacturing equipment.
[7] The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to any one of [1] to [6], wherein the second support member is suspended from above.
[8] In a method for producing a silicon carbide single crystal in which a raw material gas is supplied onto a silicon carbide seed crystal attached to a pedestal and a silicon carbide single crystal is grown on the silicon carbide seed crystal, A crucible comprising: a crucible upper portion; and a crucible upper portion and a crucible lower portion, a first support member supporting at least the crucible lower portion, a second support member supporting the pedestal, the first support member, and the second support member. A weight sensor capable of detecting the weight of each of the first and second heating members disposed around the crucible, and the first support member and the second support member are movable relative to each other in the vertical direction. Using a crystal manufacturing apparatus, during the manufacture of the silicon carbide single crystal, the growth amount and / or growth rate of the silicon carbide single crystal is obtained from the weight of the second support member detected using the weight sensor, and the weight sensor The sublimation rate and / or sublimation amount of the silicon carbide powder raw material is determined from the weight of the first support member detected by using the first support member, and the growth rate and / or growth amount and / or the sublimation amount and / or sublimation rate are determined. If it is outside the desired range, at least one of (1) to (4) is performed so as to fall within the range; a method for producing a silicon carbide single crystal;
(1) Adjust the temperature of the crucible upper part or the pedestal and / or the crucible lower part,
(2) The first support member and the second support member are moved relative to each other in the vertical direction, or are raised or lowered at different speeds.
(3) Change the expected growth time of the silicon carbide single crystal.
(4) Adjust the furnace pressure.

本発明の炭化珪素単結晶製造装置によれば、坩堝上部と坩堝下部とからなる坩堝と、坩堝上部及び坩堝下部のうち、少なくとも前記坩堝下部を支持する第1支持部材と、台座を支持する第2支持部材と、第1支持部材及び第2支持部材の重量をそれぞれ独立に検出できる重量センサとを備えた構成を採用したので、検出された第1支持部材の重量から炭化珪素原料の減少量(すなわち、原料昇華量)及び原料昇華速度を、また、検出された第2支持部材の重量から炭化珪素単結晶の成長量及び成長速度を求めることができる。これに基づき、それらの値が所定の範囲からずれているときは単結晶の成長途上でも所定の範囲内になるように、成長条件を変更することが可能となるため、高品質の炭化珪素単結晶の製造が可能となると共に、歩留まりが向上し、所期の取得可能なウェハ数を確保できる。   According to the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of the present invention, a crucible composed of a crucible upper portion and a crucible lower portion, a first support member that supports at least the crucible lower portion among the crucible upper portion and the crucible lower portion, and a pedestal supporting first Since the structure including the two support members and the weight sensor capable of independently detecting the weights of the first support member and the second support member is employed, the amount of reduction in the silicon carbide raw material from the detected weight of the first support member The growth amount and growth rate of the silicon carbide single crystal can be determined from (ie, the sublimation amount of the raw material) and the sublimation rate of the raw material, and the detected weight of the second support member. Based on this, when those values deviate from the predetermined range, it is possible to change the growth conditions so that they are within the predetermined range even during the growth of the single crystal. Crystals can be manufactured, yield is improved, and a desired number of wafers that can be acquired can be secured.

本発明の炭化珪素単結晶製造装置によれば、坩堝上部はその側部の下端に形成された坩堝上部連結部を備え、坩堝下部はその側部の上端に形成された坩堝下部連結部を備え、坩堝上部連結部及び坩堝下部連結部はいずれも少なくとも一部に、坩堝の内部から外部へ向かうにつれて下方に傾斜して互いに連結する傾斜連結面を有する構成を採用することにより、坩堝上部と坩堝下部との連結部に堆積してしまう多結晶の量を低減し、その結果、坩堝上部と坩堝下部の良好な相対移動を確保することができる。   According to the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the crucible upper portion includes a crucible upper connecting portion formed at the lower end of the side portion, and the crucible lower portion includes a crucible lower connecting portion formed at the upper end of the side portion. The crucible upper connecting part and the crucible lower connecting part both have at least a part of the crucible upper part and the crucible by adopting a structure having an inclined connecting surface that is inclined downward as they go from the inside of the crucible to the outside. The amount of polycrystals deposited at the connecting portion with the lower portion can be reduced, and as a result, good relative movement between the crucible upper portion and the crucible lower portion can be ensured.

本発明の炭化珪素単結晶の製造方法によれば、炭化珪素単結晶の製造中に、重量センサを用いて検出した第2支持部材の重量から、炭化珪素単結晶の成長量及び/又は成長速度を求め、重量センサを用いて検出した第1支持部材の重量から、炭化珪素粉末原料の昇華速度及び/又は昇華量を求め、成長速度及び/又は成長量、及び/又は、昇華量及び/又は昇華速度が所定の範囲外である場合には、その範囲内に入るように、(1)坩堝上部又は台座、及び/又は、坩堝下部の温度を調整する、(2)第1支持部材及び前記第2支持部材を上下方向に互いに相対移動させる、又は異なる速度で上昇もしくは下降させる、(3)炭化珪素単結晶の所期の予定成長時間を変更する、(4)炉内圧力を調節する、ことの少なくともいずれかを行う構成を採用したので、高品質の炭化珪素単結晶の製造が可能となると共に、歩留まりが向上し、所期の取得可能なウェハ数を確保できる。   According to the method for producing a silicon carbide single crystal of the present invention, the growth amount and / or growth rate of the silicon carbide single crystal is determined from the weight of the second support member detected using the weight sensor during the production of the silicon carbide single crystal. The sublimation rate and / or sublimation amount of the silicon carbide powder raw material is determined from the weight of the first support member detected using the weight sensor, and the growth rate and / or growth amount and / or sublimation amount and / or When the sublimation speed is outside the predetermined range, (1) the temperature of the crucible upper part or pedestal and / or the crucible lower part is adjusted so as to fall within the range, (2) the first support member and the aforementioned Moving the second support members relative to each other in the vertical direction, or raising or lowering them at different speeds, (3) changing the expected growth time of the silicon carbide single crystal, (4) adjusting the pressure in the furnace, Structure to do at least one of Having adopted, the manufacturing of high quality silicon carbide single crystal is made possible, the yield is improved, and it is possible to secure the number expected obtainable wafer.

本発明に係る第1の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第2の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置の坩堝上部連結部及び坩堝下部連結部の近傍を拡大した断面摸式図である。It is the cross-sectional schematic diagram which expanded the vicinity of the crucible upper connection part and crucible lower connection part of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置において炭化珪素単結晶が成長した後の状態を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the state after a silicon carbide single crystal grew in the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of 3rd Embodiment which concerns on this invention. (a)本発明に係る第4の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置を部分的に示す断面模式図である。(b)炭化珪素単結晶が成長した後の状態を示す断面模式図である。(A) It is a cross-sectional schematic diagram which shows partially the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of 4th Embodiment which concerns on this invention. (B) It is a cross-sectional schematic diagram which shows the state after a silicon carbide single crystal grew. 本発明に係る第4の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置における炭化珪素多結晶の析出を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows precipitation of the silicon carbide polycrystal in the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of the 4th Embodiment concerning this invention. 本発明に係る第5の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of 5th Embodiment concerning this invention. 従来の炭化珪素単結晶製造装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the conventional silicon carbide single crystal manufacturing apparatus. 従来の炭化珪素単結晶製造装置を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the conventional silicon carbide single crystal manufacturing apparatus.

以下、本発明を適用した一実施形態である炭化珪素単結晶製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法について図面を用いて詳細に説明する。本発明は、昇華再結晶法、CVD法等の気相成長法に適用できるが、一例として昇華再結晶法を用いた場合を例にあげて説明する。
なお、以下の説明において参照する図面は、本実施形態の炭化珪素単結晶製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法を説明する図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の炭化珪素単結晶製造装置等の寸法関係とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示する材料や寸法等は一例であり、本発明は必ずしもそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。また、真空容器や加熱手段等、通常用いられる構成については図示及びその説明を省略している場合がある。
Hereinafter, a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and a silicon carbide single crystal manufacturing method according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. The present invention can be applied to a vapor phase growth method such as a sublimation recrystallization method and a CVD method. As an example, a case where a sublimation recrystallization method is used will be described.
The drawings referred to in the following description are drawings for explaining the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and the silicon carbide single crystal manufacturing method of the present embodiment, and the size, thickness, dimensions, etc. of each part shown in the drawings are as follows: It may be different from the dimensional relationship of an actual silicon carbide single crystal manufacturing apparatus or the like. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not necessarily limited to these, and can be appropriately changed and implemented without changing the gist thereof. Also, illustrations and explanations of normally used components such as a vacuum vessel and heating means may be omitted.

[炭化珪素単結晶製造装置(第1の実施形態)]
まず、図1に、本発明の第1の実施形態を適用した炭化珪素単結晶製造装置を示す。なお、真空容器、断熱材等の通常の炭化珪素単結晶製造装置に備えた構成は図示していない。
[Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus (first embodiment)]
First, FIG. 1 shows a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus to which the first embodiment of the present invention is applied. In addition, the structure with which the normal silicon carbide single crystal manufacturing apparatuses, such as a vacuum vessel and a heat insulating material, were not shown in figure.

炭化珪素単結晶製造装置は、真空容器内に、断熱材に覆われた坩堝3と、第1支持部材7と、第2支持部材8と、これらの支持部材7、8の重量を独立して検出する第1重量センサ9及び第2重量センサ10とを備えて概略構成されている。   In the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus, the crucible 3 covered with a heat insulating material, the first support member 7, the second support member 8, and the weights of these support members 7 and 8 are independently provided in a vacuum vessel. The first weight sensor 9 and the second weight sensor 10 to be detected are roughly configured.

坩堝3は内部に空洞部11を備えており、坩堝3の空洞部内の下部には、炭化珪素種結晶5上に炭化珪素単結晶を結晶成長させるのに十分な量の炭化珪素原料6が収容されている。炭化珪素原料6は粉末の形態で収容されている。空洞部11の上部には炭化珪素単結晶を結晶成長させるのに必要な空間が確保されている。この構成により、昇華再結晶法によって炭化珪素種結晶5の成長面5a上に炭化珪素単結晶を結晶成長させることができる。   The crucible 3 includes a cavity 11 inside, and a sufficient amount of silicon carbide raw material 6 is accommodated in the lower part of the cavity of the crucible 3 to grow a silicon carbide single crystal on the silicon carbide seed crystal 5. Has been. Silicon carbide raw material 6 is accommodated in the form of powder. A space necessary for crystal growth of the silicon carbide single crystal is secured above the cavity portion 11. With this configuration, a silicon carbide single crystal can be grown on the growth surface 5a of the silicon carbide seed crystal 5 by a sublimation recrystallization method.

坩堝3は、上下方向に互いに相対移動可能な坩堝上部3aと坩堝下部3bとによって構成されている。炭化珪素原料6は坩堝下部3bに収容されている。坩堝上部3a及び坩堝下部3bはいずれか一方だけが可動な構成でも、両方が可動な構成でも本発明の効果を奏するが、第1の実施形態では、坩堝下部3bは固定され、坩堝上部3aだけが可動である場合について説明する。なお、炭化珪素原料6は坩堝下部3bに収容されているため、坩堝下部3bが固定で坩堝上部3aが可動の場合には炭化珪素原料6の加熱環境の変化が小さいため、炭化珪素単結晶のより安定な成長を可能とすることができるという利点がある。   The crucible 3 is constituted by a crucible upper portion 3a and a crucible lower portion 3b that can move relative to each other in the vertical direction. Silicon carbide raw material 6 is accommodated in crucible lower part 3b. Even if only one of the crucible upper part 3a and the crucible lower part 3b is movable or both are movable, the effects of the present invention can be obtained. However, in the first embodiment, the crucible lower part 3b is fixed, and only the crucible upper part 3a is provided. The case where is movable will be described. Since silicon carbide raw material 6 is housed in crucible lower portion 3b, when the crucible lower portion 3b is fixed and the crucible upper portion 3a is movable, the change in the heating environment of silicon carbide raw material 6 is small. There is an advantage that more stable growth can be made possible.

坩堝3の材料としては、高温で安定であり不純ガスの発生の少ない材料が好ましく、黒鉛(グラファイト)、炭化珪素または炭化珪素もしくはタンタルカーバイド(TaC)によって被覆された黒鉛(グラファイト)などを用いることが好ましい。   The material of the crucible 3 is preferably a material that is stable at high temperatures and generates little impure gas, and graphite (graphite), graphite coated with silicon carbide, silicon carbide or tantalum carbide (TaC), or the like is used. Is preferred.

坩堝上部3aは、蓋部3aaと、蓋部3aaの外周部から筒状となって坩堝下部3b側に向かって延設された側部3abとによって形成されている。坩堝上部3aは坩堝下部3bと第2支持部材8とによって支持可能であってもよいが、少なくとも第1重量センサ9によって坩堝上部3aの重量を検出するときは、坩堝下部3bに支持されることなく、第2支持部材8だけで支持される構成となっている。   The crucible upper portion 3a is formed by a lid portion 3aa and a side portion 3ab that is formed in a cylindrical shape from the outer periphery of the lid portion 3aa and extends toward the crucible lower portion 3b. The crucible upper part 3a may be supported by the crucible lower part 3b and the second support member 8, but at least when the weight of the crucible upper part 3a is detected by the first weight sensor 9, it is supported by the crucible lower part 3b. Instead, it is configured to be supported only by the second support member 8.

坩堝上部3aの蓋部3aaの下面中央部には下方に突出した円柱状の台座4が設けられている。台座4は坩堝上部3aと一体の部材であっても、坩堝上部3aとは独立した部材で坩堝上部3aに結合された構成であってもよい。この結合は機械的な結合や接着剤による結合等を用いることができる。坩堝上部3aを坩堝下部3bに組み付けたとき、台座4が坩堝下部3b側へ突出した状態となる。この台座4の下面は炭化珪素種結晶5が接合される種結晶取付面4aとなっている。坩堝上部3aの側部3abは台座4よりも下方に向かって延びており、従って台座4の種結晶取付面4aは坩堝3(空洞部11)内に位置している。   A columnar pedestal 4 protruding downward is provided at the center of the lower surface of the lid 3aa of the crucible upper part 3a. The pedestal 4 may be a member integrated with the crucible upper part 3a or may be configured to be coupled to the crucible upper part 3a by a member independent of the crucible upper part 3a. For this bonding, mechanical bonding, bonding with an adhesive, or the like can be used. When the crucible upper part 3a is assembled to the crucible lower part 3b, the pedestal 4 protrudes toward the crucible lower part 3b. The lower surface of this pedestal 4 is a seed crystal mounting surface 4a to which silicon carbide seed crystal 5 is joined. The side 3ab of the crucible upper part 3a extends downward from the pedestal 4, and therefore the seed crystal mounting surface 4a of the pedestal 4 is located in the crucible 3 (cavity 11).

坩堝下部3bは、底部3baと、底部3baの外周部から筒状となって坩堝上部3aに向かって延設された側部3bbとによって形成されている。坩堝下部3bは第1支持部材7によって支持されている。   The crucible lower part 3b is formed by a bottom part 3ba and a side part 3bb which is formed in a cylindrical shape from the outer peripheral part of the bottom part 3ba and extends toward the crucible upper part 3a. The crucible lower part 3 b is supported by the first support member 7.

坩堝上部3aの側部3abの下端には連結部(坩堝上部連結部)3abaを備え、坩堝下部3bの側部3bbの上端には形成された連結部(坩堝下部連結部)3bbaを備え、連結部3abaと連結部3bbaとが継合されることで坩堝上部3aと坩堝下部3bとが連結されて坩堝3を構成する。   The lower part of the side part 3ab of the crucible upper part 3a is provided with a connecting part (crucible upper part connecting part) 3aba, and the upper part of the side part 3bb of the crucible lower part 3b is provided with a connecting part (crucible lower part connecting part) 3bba. The crucible 3 is configured by connecting the crucible upper part 3a and the crucible lower part 3b by joining the part 3aba and the connecting part 3bba.

連結部3aba及び連結部3bbaはそれぞれ、互いに相対移動可能に摺接する摺動面3A、3Bを有し、それらの摺動面3A、3Bを合わせるように配置される。
摺動面3A、3Bを合わせたとき底部3baは坩堝上部3aの蓋部3aaと対面した状態となる。
本実施形態では摺動面3A、3Bが摺接する構成であるが、摺動面3A、3Bに相当する面が互いに直接接しないで、互いに相対移動可能な構成でもよい。
Each of the connecting portion 3aba and the connecting portion 3bba has sliding surfaces 3A and 3B which are slidably contacted with each other so as to be relatively movable, and are arranged so as to match the sliding surfaces 3A and 3B.
When the sliding surfaces 3A and 3B are combined, the bottom portion 3ba faces the lid portion 3aa of the crucible upper portion 3a.
In the present embodiment, the sliding surfaces 3A and 3B are in slidable contact, but the surface corresponding to the sliding surfaces 3A and 3B may not be in direct contact with each other and may be configured to move relative to each other.

連結部3abaは、摺動面3Aと、坩堝上部3aの坩堝下部3bに対する相対位置が最も低い位置にあるときに、連結部3bbaの連結面3bbaaと当接するか又は連結面3bbaaと最近接する連結面3abaaと、第2支持部材8の上端面8Aに当接して支持される支持受け面3ababとを有する。
連結部3bbaは、摺動面3Bと、坩堝上部3aの坩堝下部3bに対する相対位置が最も低い位置にあるときに、連結部3abaの連結面3abaaと当接するか又は連結面3abaaと最近接する連結面3bbaaとを有する。
なお、連結面3abaaと連結面3bbaaとが当接しない(最近接する)場合は、その間に形成される隙間は坩堝内部の昇華ガスのリークができるだけ少なくなるように微小であることが望ましい。
The connecting portion 3aba is in contact with the connecting surface 3bbaa of the connecting portion 3bba or closest to the connecting surface 3bbaa when the relative position of the sliding surface 3A and the crucible upper portion 3a relative to the crucible lower portion 3b is the lowest. 3 aba and a support receiving surface 3 abab supported in contact with the upper end surface 8 </ b> A of the second support member 8.
The connecting portion 3bba is in contact with the connecting surface 3abaa of the connecting portion 3aba or closest to the connecting surface 3abaa when the relative position of the sliding surface 3B and the crucible upper portion 3a relative to the crucible lower portion 3b is the lowest. 3 bbaa.
When the connecting surface 3abaa and the connecting surface 3bbaa are not in contact with each other (closest to each other), it is desirable that the gap formed between them be as small as possible so that the leakage of sublimation gas inside the crucible is minimized.

第1支持部材7は支持面部7aと、支持面部7aの下面中央部から垂直方向に延びるシャフト部7bとを有する。第1支持部材7の支持面部7a上には坩堝下部3bが配置され、これにより第1支持部材7は、炭化珪素原料6が収容された坩堝下部3bを支持する。シャフト部7bは坩堝3の中心軸方向を軸方向として支持面部7aから垂直方向に延びている。   The first support member 7 includes a support surface portion 7a and a shaft portion 7b extending in the vertical direction from the center of the lower surface of the support surface portion 7a. A crucible lower part 3 b is disposed on the support surface part 7 a of the first support member 7, whereby the first support member 7 supports the crucible lower part 3 b in which the silicon carbide raw material 6 is accommodated. The shaft portion 7b extends in the vertical direction from the support surface portion 7a with the central axis direction of the crucible 3 as the axial direction.

第2支持部材8は第1支持部材7の支持面部7aよりも下側に位置する支持底部8aと、支持底部8aの外周部から坩堝上部3aの方向に延設された筒状の支持側部8bと、支持底部8aの下面中央部から鉛直方向に延設されたシャフトガイド部8cとを有する。
第2支持側部8bの上端面8Aには坩堝上部3aの側部3abの下端面3ababが当接しており、この当接により第2支持部材8は坩堝上部3aを支持する構成となっている。坩堝上部3aの蓋部3aaに設けられた台座4は坩堝上部3aを介して第2支持部材8に支持される。
The second support member 8 includes a support bottom portion 8a positioned below the support surface portion 7a of the first support member 7, and a cylindrical support side portion extending from the outer periphery of the support bottom portion 8a toward the crucible upper portion 3a. 8b, and a shaft guide portion 8c extending in the vertical direction from the center of the lower surface of the support bottom portion 8a.
The upper end surface 8A of the second support side portion 8b is in contact with the lower end surface 3abab of the side portion 3ab of the crucible upper portion 3a, and the second support member 8 is configured to support the crucible upper portion 3a by this contact. . The pedestal 4 provided on the lid 3aa of the crucible upper part 3a is supported by the second support member 8 through the crucible upper part 3a.

第2支持部材8の支持側部8bは、第1支持部材7に支持された坩堝下部3bよりも大径となっており、支持側部8bの内面と坩堝下部3bの外面との間に一定の隙間が形成された状態で支持側部8bが坩堝下部3bの外側に設けられている。第2支持部材8のシャフトガイド部8cには第1支持部材7のシャフト部7bが相対移動可能に貫通している。このシャフトガイド部8cはその中心軸が坩堝上部3aの中心軸と一致するように設けられている。第2支持部材8は昇降駆動装置15に連結されており、昇降駆動装置15の正逆駆動によって上下動する。この構成では昇降駆動装置15の正逆駆動によって第1支持部材7に対して第2支持部材8が上下方向に相対移動可能となっている。   The support side portion 8b of the second support member 8 has a larger diameter than the crucible lower portion 3b supported by the first support member 7, and is constant between the inner surface of the support side portion 8b and the outer surface of the crucible lower portion 3b. The support side portion 8b is provided outside the crucible lower portion 3b in a state where the gap is formed. The shaft portion 7b of the first support member 7 passes through the shaft guide portion 8c of the second support member 8 so as to be relatively movable. The shaft guide portion 8c is provided such that its central axis coincides with the central axis of the crucible upper portion 3a. The second support member 8 is connected to the elevating drive device 15 and moves up and down by forward and reverse driving of the elevating drive device 15. In this configuration, the second support member 8 can be moved relative to the first support member 7 in the vertical direction by forward / reverse driving of the lift drive device 15.

第2支持部材8が上下動することにより坩堝上部3aは坩堝下部3bに対して上下方向に移動させて、炭化珪素単結晶の成長面と炭化珪素原料6の表面(原料面)との距離を変え、炭化珪素単結晶の成長速度や成長面形状を変えることができる。また、炭化珪素単結晶の成長に従って成長面と原料面との距離が漸次変化するが、第2支持部材8が上下動することによりその距離を維持することもできる。坩堝上部3aの上方向への移動は、摺動面3A、3Bが対向する状態を保持した範囲内で行われる。従って、坩堝上部3aが上方向に移動して連結部3abaの連結面も、坩堝3の内部が開放されることがなく炭化珪素単結晶の成長を継続することができる。   As the second support member 8 moves up and down, the crucible upper portion 3a is moved in the vertical direction with respect to the crucible lower portion 3b, and the distance between the growth surface of the silicon carbide single crystal and the surface (raw material surface) of the silicon carbide raw material 6 is increased. In other words, the growth rate and growth surface shape of the silicon carbide single crystal can be changed. Further, although the distance between the growth surface and the raw material surface gradually changes as the silicon carbide single crystal grows, the distance can also be maintained by moving the second support member 8 up and down. The upward movement of the crucible upper portion 3a is performed within a range in which the sliding surfaces 3A and 3B are kept facing each other. Therefore, the crucible upper portion 3a moves upward, and the connection surface of the connecting portion 3aba can also continue the growth of the silicon carbide single crystal without opening the inside of the crucible 3.

第1支持部材7及び第2支持部材8の材料としては、黒鉛(グラファイト)が好ましい。   As a material of the first support member 7 and the second support member 8, graphite is preferable.

第1重量センサ9は第1支持部材7に設けられ、第2重量センサ10は第2支持部材8に設けられている。
第1重量センサ9は第1支持部材7の例えば、シャフト部7bに配置され、第1支持部材7及びこれに支持された坩堝下部3bの重量(炭化珪素原料6の重量を含む)を検出する。炭化珪素単結晶の成長時、第1支持部材及び坩堝下部3bの重量は変化しないが、炭化珪素原料6の重量は原料ガスの昇華によって減少するため、第1重量センサ9が検出する重量は減少する。第1重量センサ9は全重量すなわち、第1支持部材7及びこれに支持された坩堝下部3b(炭化珪素原料6を含む)の重量減を検出して、炭化珪素原料6の減少量を検出する。
The first weight sensor 9 is provided on the first support member 7, and the second weight sensor 10 is provided on the second support member 8.
The first weight sensor 9 is disposed on, for example, the shaft portion 7b of the first support member 7, and detects the weight (including the weight of the silicon carbide raw material 6) of the first support member 7 and the crucible lower portion 3b supported by the first support member 7. . During the growth of the silicon carbide single crystal, the weight of the first support member and the crucible lower part 3b does not change, but the weight of the silicon carbide raw material 6 is reduced by sublimation of the raw material gas, so the weight detected by the first weight sensor 9 is reduced. To do. The first weight sensor 9 detects a decrease in the total weight, that is, a decrease in the weight of the first support member 7 and the crucible lower portion 3b (including the silicon carbide raw material 6) supported by the first support member 7, thereby detecting a decrease in the silicon carbide raw material 6. .

第2重量センサ10は第2支持部材8の例えば、支持底部8aの中央部分に配置されており、第2支持部材8及びこれに支持された坩堝上部3aの重量(台座4、炭化珪素種結晶5及びその上に成長した炭化珪素単結晶の重量を含む)を検出する。炭化珪素単結晶の成長においては、第2支持部材8、坩堝上部3a、台座4及び炭化珪素種結晶5の重量は変化しないが、炭化珪素種結晶5上に炭化珪素単結晶が成長することにより、炭化珪素単結晶の重量分が増加するため、第2重量センサ10が検出する重量が増加する。第2重量センサ10は全重量すなわち、第2支持部材8及びこれに支持された坩堝上部3aの重量(台座4、炭化珪素種結晶5及びその上に成長した炭化珪素単結晶の重量を含む)の重量増を検出して、炭化珪素種結晶5上に成長した炭化珪素単結晶分の重量増を検出する。   The second weight sensor 10 is disposed, for example, at the center portion of the support bottom 8a of the second support member 8, and the weight of the second support member 8 and the crucible upper portion 3a supported by the second support member 8 (base 4, silicon carbide seed crystal). 5 and the weight of the silicon carbide single crystal grown thereon). In the growth of the silicon carbide single crystal, the weights of the second support member 8, the crucible upper portion 3 a, the pedestal 4, and the silicon carbide seed crystal 5 do not change, but the silicon carbide single crystal grows on the silicon carbide seed crystal 5. Since the weight of the silicon carbide single crystal increases, the weight detected by the second weight sensor 10 increases. The second weight sensor 10 has the total weight, that is, the weight of the second support member 8 and the crucible upper portion 3a supported by the second support member 8 (including the weight of the pedestal 4, the silicon carbide seed crystal 5 and the silicon carbide single crystal grown thereon). The weight increase of the silicon carbide single crystal grown on the silicon carbide seed crystal 5 is detected.

以上のように、第1重量センサ9は第1支持部材7が支持する構成を介して炭化珪素原料6の重量減少を検出し、第2重量センサ10は第2支持部材8が支持する構成を介して成長した炭化珪素単結晶分の重量を検出する。
本実施形態において、第1重量センサ9は第1支持部材7に設けられ、第2重量センサ10は第2支持部材8に設けられているため、炭化珪素原料6の重量変化と成長した炭化珪素単結晶分の重量とを独立して得ることができる。このような重量センサ9,10としてロードセルを用いることができ、半導体ピエゾ抵抗式圧力センサ方式、バネ式圧力センサ方式のものなどを用いることにより、微量な重量変化であっても確実に検出することができる。
As described above, the first weight sensor 9 detects the weight reduction of the silicon carbide raw material 6 through the configuration supported by the first support member 7, and the second weight sensor 10 has the configuration supported by the second support member 8. And detecting the weight of the silicon carbide single crystal grown.
In the present embodiment, since the first weight sensor 9 is provided on the first support member 7 and the second weight sensor 10 is provided on the second support member 8, the weight change of the silicon carbide raw material 6 and the grown silicon carbide. The weight of the single crystal can be obtained independently. A load cell can be used as such weight sensors 9 and 10, and even a slight change in weight can be reliably detected by using a semiconductor piezoresistive pressure sensor system, a spring type pressure sensor system, or the like. Can do.

第1重量センサ9及び第2重量センサ10には制御回路16が接続されており、検出した重量が制御回路16に出力される。制御回路16は演算部を有しており、入力された第2支持部材8及びそれが支持する構成の重量変化から炭化珪素単結晶の成長量や成長速度の一方または双方を演算するとともに、入力された第1支持部材7及びそれが支持する構成の重量変化から炭化珪素原料6の昇華量や昇華速度の一方または双方を演算することができる。   A control circuit 16 is connected to the first weight sensor 9 and the second weight sensor 10, and the detected weight is output to the control circuit 16. The control circuit 16 has a calculation unit, calculates one or both of the growth amount and the growth rate of the silicon carbide single crystal from the input weight change of the second support member 8 and the configuration supported by the second support member 8, and inputs One or both of the sublimation amount and the sublimation speed of the silicon carbide raw material 6 can be calculated from the weight change of the first support member 7 and the structure supported by the first support member 7.

制御回路16の演算結果に基づいて昇降駆動装置15の駆動を制御し、第2支持部材8の上下移動量や移動速度を調整することができる。この調整によって炭化珪素単結晶の成長速度や成長量を調整することができる。
また、坩堝3の真空容器を介して外側には、図8に示すような、高周波加熱コイル等の加熱手段が配置されており、制御回路16の演算結果に基づいて加熱手段への電流供給を調整することによって坩堝3の加熱温度を調整することができる。これにより坩堝上部3a又は台座4、又は坩堝下部3bの温度を調整することができる。この温度調整によって炭化珪素単結晶の成長速度や成長量を調整することができる。
また、制御回路16の演算結果に基づいて炭化珪素単結晶の所期の予定成長時間を変更することができる。
さらに、制御回路16の演算結果に基づいて真空容器内の圧力を調整することができる。この圧力調整によっても、炭化珪素単結晶の成長速度や成長量を調整することができる。
なお、制御回路を用いて自動で成長条件を調整する構成を説明したが、第1重量センサ9及び第2重量センサ10から得られた重量に基づいて、手動で成長条件を調整してもよい。
Based on the calculation result of the control circuit 16, the drive of the raising / lowering drive apparatus 15 can be controlled, and the up-down moving amount and moving speed of the 2nd support member 8 can be adjusted. By this adjustment, the growth rate and growth amount of the silicon carbide single crystal can be adjusted.
Further, heating means such as a high-frequency heating coil as shown in FIG. 8 is disposed outside the crucible 3 through the vacuum container, and current supply to the heating means is performed based on the calculation result of the control circuit 16. By adjusting, the heating temperature of the crucible 3 can be adjusted. Thereby, the temperature of the crucible upper part 3a or the base 4 or the crucible lower part 3b can be adjusted. By this temperature adjustment, the growth rate and growth amount of the silicon carbide single crystal can be adjusted.
Further, the expected growth time of the silicon carbide single crystal can be changed based on the calculation result of the control circuit 16.
Furthermore, the pressure in the vacuum vessel can be adjusted based on the calculation result of the control circuit 16. Also by this pressure adjustment, the growth rate and growth amount of the silicon carbide single crystal can be adjusted.
In addition, although the structure which adjusts growth conditions automatically using a control circuit was demonstrated, based on the weight obtained from the 1st weight sensor 9 and the 2nd weight sensor 10, you may adjust growth conditions manually. .

次に、図1の炭化珪素単結晶製造装置を用いた炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a silicon carbide single crystal using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of FIG. 1 will be described.

第1重量センサ9は、第1支持部材7及びこれに支持された構成(炭化珪素原料6を収容した坩堝下部3b)の重量変化を検出する。制御回路16はこの検出値に基づいて炭化珪素原料6の昇華量や昇華速度の一方または双方を演算する。第2重量センサ10は、第2支持部材8及びこれに支持された構成(坩堝上部3a、台座4(炭化珪素種結晶及びこの上に成長した炭化珪素単結晶を含む)の重量変化を検出する。制御回路16はこの検出値に基づいて炭化珪素単結晶の成長量や成長速度の一方または双方を演算する。
その後、制御回路16は演算した成長速度及び/又は成長量、及び/又は、昇華量及び/又は昇華速度を予め設定してある基準値と比較し、比較の結果、所定の範囲外である場合には、その範囲内に入るように、炭化珪素単結晶の成長条件を調整する。
具体的には、加熱手段を調整することによって、坩堝上部3a又は台座4、及び/又は、坩堝下部3bの温度を調整する。すなわち、坩堝上部3a又は台座4の温度を高くすることにより、原料ガスが成長面に堆積するのが抑制されて成長速度が低下する一方、坩堝上部3a又は台座4の温度を低くすることにより、原料ガスが成長面に堆積するのが促進されて成長速度が上昇する。また、坩堝下部3bの温度を高くすることにより、炭化珪素原料6の昇華速度が上昇し、成長面に到達する原料ガス量が増加して単結晶の成長速度が上昇する一方、坩堝下部3bの温度を低くすることにより、炭化珪素原料6の昇華速度が低下し、成長面に到達する原料ガス量が減少して単結晶の成長速度が低下する。こうして、単結晶の成長速度及び/又は成長量、及び/又は、炭化珪素原料の昇華量及び/又は昇華速度を所定の範囲内にすることが可能となる。
または、炭化珪素単結晶の成長条件の調整のために、第1支持部材7及び第2支持部材8を上下方向に互いに相対移動させる、又は、異なる速度で上昇もしくは下降させる。これにより、台座と炭化珪素原料との距離を変えることで単結晶の成長面と原料面との距離を変え、成長速度及び/又は成長量を所定の範囲内にすることが可能となる。
または、炭化珪素単結晶の成長条件の調整のために、炭化珪素単結晶の所期の予定成長時間を変更する。これにより、単結晶の成長量を所定の範囲内にすることが可能となる。
または、炭化珪素単結晶の成長条件の調整のために、真空容器内の圧力を調節する。これにより、単結晶の成長速度及び/又は成長量、及び/又は、炭化珪素原料の昇華量及び/又は昇華速度を所定の範囲内にすることが可能となる。
以上の調整の一つ又は二つ以上を行うことにより、単結晶の成長途上でも成長条件を調整することができる。これにより、高品質の炭化珪素単結晶を製造することができ、歩留まりを向上させることができ、所期の取得可能なウェハ数を確保することが可能となる。
The first weight sensor 9 detects a change in the weight of the first support member 7 and the configuration supported by the first support member 7 (the crucible lower portion 3b containing the silicon carbide raw material 6). Control circuit 16 calculates one or both of the sublimation amount and sublimation speed of silicon carbide raw material 6 based on this detected value. The second weight sensor 10 detects a change in weight of the second support member 8 and the structure supported by the second support member 8 (including the crucible upper portion 3a and the pedestal 4 (including the silicon carbide seed crystal and the silicon carbide single crystal grown thereon). The control circuit 16 calculates one or both of the growth amount and growth rate of the silicon carbide single crystal based on the detected value.
After that, the control circuit 16 compares the calculated growth rate and / or growth amount and / or sublimation amount and / or sublimation rate with a preset reference value, and if the result of comparison is outside the predetermined range. First, the growth conditions of the silicon carbide single crystal are adjusted so as to fall within the range.
Specifically, the temperature of the crucible upper part 3a or the pedestal 4 and / or the crucible lower part 3b is adjusted by adjusting the heating means. That is, by increasing the temperature of the crucible upper part 3a or the pedestal 4, it is suppressed that the source gas is deposited on the growth surface and the growth rate is lowered, while by reducing the temperature of the crucible upper part 3a or the pedestal 4, The deposition of the source gas on the growth surface is promoted to increase the growth rate. Further, by increasing the temperature of the crucible lower part 3b, the sublimation rate of the silicon carbide raw material 6 is increased, the amount of the raw material gas reaching the growth surface is increased and the growth rate of the single crystal is increased. By lowering the temperature, the sublimation rate of the silicon carbide raw material 6 is lowered, the amount of the raw material gas reaching the growth surface is reduced, and the growth rate of the single crystal is lowered. Thus, the growth rate and / or growth amount of the single crystal and / or the sublimation amount and / or sublimation rate of the silicon carbide raw material can be set within a predetermined range.
Alternatively, in order to adjust the growth conditions of the silicon carbide single crystal, the first support member 7 and the second support member 8 are moved relative to each other in the vertical direction, or are raised or lowered at different speeds. Thereby, by changing the distance between the pedestal and the silicon carbide raw material, the distance between the growth surface of the single crystal and the raw material surface can be changed, and the growth rate and / or growth amount can be kept within a predetermined range.
Alternatively, the expected growth time of the silicon carbide single crystal is changed in order to adjust the growth conditions of the silicon carbide single crystal. This makes it possible to keep the growth amount of the single crystal within a predetermined range.
Alternatively, the pressure in the vacuum vessel is adjusted in order to adjust the growth conditions of the silicon carbide single crystal. Thereby, the growth rate and / or growth amount of the single crystal and / or the sublimation amount and / or sublimation rate of the silicon carbide raw material can be set within a predetermined range.
By performing one or more of the above adjustments, the growth conditions can be adjusted even during the growth of the single crystal. As a result, a high-quality silicon carbide single crystal can be manufactured, the yield can be improved, and the desired number of wafers that can be acquired can be secured.

[炭化珪素単結晶製造装置(第2の実施形態)]
図2は、第2の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置の坩堝上部連結部及び坩堝下部連結部の近傍を拡大した断面摸式図である。
[Silicon carbide single crystal production apparatus (second embodiment)]
FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of the crucible upper connecting portion and the crucible lower connecting portion of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of the second embodiment.

第1の実施形態と異なる構成は、坩堝上部連結部21がその側部3abの下部に、坩堝の内壁側が高く、外壁側が低くなるように傾斜した傾斜連結面21aを有し、坩堝下部連結部22がその側部3bbの上端に、坩堝の内壁側が高く、外壁側が低くなるように傾斜し、傾斜連結面21aに対向するように設けられた傾斜連結面22aを有する点である。対向している傾斜連結面21a、22aは同じ方向に傾斜する。   The structure different from the first embodiment is that the crucible upper connecting portion 21 has an inclined connecting surface 21a inclined below the side portion 3ab so that the inner wall side of the crucible is higher and the outer wall side is lower. 22 is the point which has the inclination connection surface 22a provided in the upper end of the side part 3bb so that it may incline so that the inner wall side of a crucible may be high and an outer wall side may become low, and it may oppose the inclination connection surface 21a. The opposing inclined connecting surfaces 21a and 22a are inclined in the same direction.

図2に示す第2の実施形態では、坩堝上部連結部21は、傾斜連結面21aを坩堝3の内部側に有する傾斜部21Aと、それにつながって一体に設けられ、坩堝下部連結部22の外側を接触して又は非接触で覆うように鉛直下方に延びる鉛直壁部21Bとから構成される。なお、鉛直壁部21Bは有さない構成でもよい。
これに対して、坩堝下部連結部22は傾斜連結面22aを有する点で第1の実施形態の坩堝下部連結部3bbaとは異なるが、坩堝下部3bの側部3bbをそのまま上方に延長することにより形成されるものであり、坩堝上部3aの側部3abの延長線上に設けられている点で第1の実施形態の坩堝下部連結部3bbaと共通する。
In the second embodiment shown in FIG. 2, the crucible upper connecting portion 21 is provided integrally with an inclined portion 21 </ b> A having an inclined connecting surface 21 a on the inner side of the crucible 3, and is provided outside the crucible lower connecting portion 22. And a vertical wall portion 21 </ b> B extending vertically downward so as to cover in a non-contact manner. In addition, the structure which does not have the vertical wall part 21B may be sufficient.
On the other hand, the crucible lower connecting part 22 differs from the crucible lower connecting part 3bba of the first embodiment in that it has an inclined connecting surface 22a, but by extending the side part 3bb of the crucible lower part 3b as it is. It is formed and is common to the crucible lower connection part 3bba of the first embodiment in that it is provided on an extension line of the side part 3ab of the crucible upper part 3a.

本実施形態に係る炭化珪素単結晶製造装置の作用効果について説明する。
図2において、実線矢印は結晶成長中の坩堝3内のガスの流れの方向を示すものであり、また、破線は結晶成長中の等温線を示すものである。これらは本発明の効果をわかりやすく説明する目的で、ガスの流れ及び等温線の概略若しくは傾向を示したものである。
なお、昇華再結晶法では、坩堝下部3bに収容された炭化珪素原料6を高温で昇華させ、その温度より低い坩堝上部3aの蓋部3aa上の台座に取り付けた炭化珪素種結晶上に昇華ガスを再結晶化させていくため、下方から上方へ温度が低い等温線が並ぶことになる。
昇華ガスは全体としてほぼ等温線に直交する方向に流れるため、坩堝上部3aと坩堝下部3bとの連結部近傍では、昇華ガスは全体としてG1に示すように流れると考えられる。本実施形態の坩堝上部連結部21及び坩堝下部連結部22はそれぞれ、坩堝の内壁側が高くかつ外壁側が低くなるように傾斜した傾斜連結面21a、傾斜連結面22aを有し、坩堝上部連結部21と坩堝下部連結部22との間に形成される隙間23は坩堝の内壁側から外壁側へ向かうにつれて下方に傾斜しているため、その隙間23に入り込む昇華ガス(ガスの流れG2)は坩堝内部のガスの流れとは逆になるため、隙間23に入り込むのが抑制される。この結果、隙間23に形成される炭化珪素多結晶の量が低減されるため、炭化珪素単結晶の成長中も坩堝上部と坩堝下部の相対移動を円滑に行うことができる。
The effects of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to this embodiment will be described.
In FIG. 2, a solid line arrow indicates the direction of gas flow in the crucible 3 during crystal growth, and a broken line indicates an isotherm during crystal growth. These are the outlines or trends of gas flow and isotherms for the purpose of clearly explaining the effects of the present invention.
In the sublimation recrystallization method, the silicon carbide raw material 6 accommodated in the crucible lower part 3b is sublimated at a high temperature, and the sublimation gas is deposited on the silicon carbide seed crystal attached to the base on the lid 3aa of the crucible upper part 3a lower than that temperature. Is recrystallized, so that isotherms with lower temperatures line up from the bottom to the top.
Since the sublimation gas as a whole flows in a direction substantially orthogonal to the isotherm, it is considered that the sublimation gas flows as indicated by G1 as a whole in the vicinity of the connecting portion between the crucible upper portion 3a and the crucible lower portion 3b. The crucible upper connecting portion 21 and the crucible lower connecting portion 22 of the present embodiment each have an inclined connecting surface 21a and an inclined connecting surface 22a that are inclined so that the inner wall side of the crucible is high and the outer wall side is low. And the crucible lower connecting portion 22 are inclined downwardly from the inner wall side to the outer wall side of the crucible, so that the sublimation gas (gas flow G2) entering the gap 23 is inside the crucible. Since this is opposite to the gas flow, entry into the gap 23 is suppressed. As a result, the amount of polycrystalline silicon carbide formed in the gap 23 is reduced, so that the relative movement between the crucible upper portion and the crucible lower portion can be smoothly performed even during the growth of the silicon carbide single crystal.

[炭化珪素単結晶製造装置(第3の実施形態)]
図3に、第3の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置を示す。
[Silicon Carbide Single Crystal Manufacturing Apparatus (Third Embodiment)]
In FIG. 3, the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of 3rd Embodiment is shown.

第1の実施形態と異なる主な構成は、台座が坩堝上部ではなく、第2支持部材に取り付けられている点と、坩堝が互いに相対移動しない坩堝上部と坩堝下部とからなる点である。なお、第1重量センサが第1支持部材に設けられ、第2重量センサが第2支持部材に設けられ、第2支持部材が昇降駆動装置に連結されている点は図1に示す第1の実施形態と同様である。   The main structure different from the first embodiment is that the pedestal is not the crucible upper part but is attached to the second support member, and the crucible upper part and the crucible lower part where the crucible does not move relative to each other. Note that the first weight sensor is provided on the first support member, the second weight sensor is provided on the second support member, and the second support member is connected to the lifting / lowering drive device as shown in FIG. This is the same as the embodiment.

本実施形態における第2支持部材18は、第1の実施形態と同様に支持底部18aと、支持底部18aから上方に延設された筒状の支持側部18bと、支持底部18aの下面中央部から鉛直方向に延設されたシャフトガイド部18cとを有している。これに加えて、第2支持部材18は支持蓋部18e及び支持側壁部18dを有して構成されている。支持側壁部18dは筒状に形成された状態で支持側部18bから上方に連続するように設けられており、支持蓋部18eはこの支持側壁部18dの上端に連結するように支持側壁部18dに連設されている。第2支持部材18は第1の実施形態と同様に昇降駆動装置15により上下方向に移動可能となっている。
第1支持部材17は第1の実施形態と同様に、支持面部17aとシャフト部7bとを有する。
As in the first embodiment, the second support member 18 in the present embodiment includes a support bottom 18a, a cylindrical support side 18b extending upward from the support bottom 18a, and a lower surface central portion of the support bottom 18a. And a shaft guide portion 18c extending in the vertical direction. In addition to this, the second support member 18 includes a support lid portion 18e and a support side wall portion 18d. The support side wall portion 18d is provided so as to continue upward from the support side portion 18b in a cylindrical shape, and the support lid portion 18e is connected to the upper end of the support side wall portion 18d. It is connected to. Similarly to the first embodiment, the second support member 18 can be moved in the vertical direction by the elevating drive device 15.
The 1st support member 17 has the support surface part 17a and the shaft part 7b similarly to 1st Embodiment.

坩堝上部13aは坩堝下部13bに下端部が連結されて坩堝3内を鉛直方向に延びる側部(側壁)13abと、側部3abの上端に鉛直方向と直交する方向に設けられた蓋部13aaとを備えている。蓋部13aaの中央部分には台座4が貫通するための開口13acが形成されている。
坩堝上部13aは坩堝下部13bの上部に支持されており、坩堝下部13bに対して相対移動しない。この坩堝上部13aは坩堝下部13bを介して第1支持部材17の支持面部17a上に支持された構造となっており、坩堝上部13a及び坩堝下部13bの双方が第1支持部材17に支持された状態となっている。
The crucible upper portion 13a has a lower end portion connected to the crucible lower portion 13b and a side portion (side wall) 13ab extending vertically in the crucible 3, and a lid portion 13aa provided at the upper end of the side portion 3ab in a direction orthogonal to the vertical direction. It has. An opening 13ac through which the pedestal 4 passes is formed in the central portion of the lid portion 13aa.
The crucible upper portion 13a is supported on the upper portion of the crucible lower portion 13b and does not move relative to the crucible lower portion 13b. The crucible upper portion 13a is supported on the support surface portion 17a of the first support member 17 via the crucible lower portion 13b, and both the crucible upper portion 13a and the crucible lower portion 13b are supported by the first support member 17. It is in a state.

台座14は第2支持部材18の支持蓋部18eの下面中央部分に固定されている。これに対して、坩堝上部13aの蓋部13aaの中央部分には開口13acが形成されており、第2支持部材18に固定された台座14はこの開口13acを貫通して坩堝13内に挿入されている。これにより台座14の種結晶取付面14aが坩堝13内に位置しており、この種結晶取付面14aの下面に炭化珪素種結晶5が取り付けられている。第3の実施形態では昇降駆動装置15による第2支持部材18の上下方向の移動により、台座14が坩堝13内を上下方向に移動する。   The pedestal 14 is fixed to the center portion of the lower surface of the support lid portion 18 e of the second support member 18. On the other hand, an opening 13ac is formed in the central portion of the lid 13aa of the crucible upper portion 13a, and the base 14 fixed to the second support member 18 is inserted into the crucible 13 through the opening 13ac. ing. Thereby, seed crystal attachment surface 14a of pedestal 14 is located in crucible 13, and silicon carbide seed crystal 5 is attached to the lower surface of seed crystal attachment surface 14a. In the third embodiment, the pedestal 14 moves in the vertical direction in the crucible 13 by the vertical movement of the second support member 18 by the lifting drive device 15.

第1重量センサ19は第1支持部材17及びこれに支持された構成(坩堝上部13a、及び、炭化珪素原料6を収容した坩堝下部13b)の重量を検出する。これにより第1重量センサ19は坩堝下部13bに収容されている炭化珪素原料6の重量変化を検出することが可能となる。第2重量センサ20は台座14を含めた第2支持部材18の重量を検出する。これにより第2重量センサ20は台座14上に成長した炭化珪素単結晶分の重量変化を検出することが可能となる。   The first weight sensor 19 detects the weights of the first support member 17 and the components supported by the first support member 17 (the crucible upper portion 13a and the crucible lower portion 13b containing the silicon carbide raw material 6). Thus, first weight sensor 19 can detect a change in weight of silicon carbide raw material 6 accommodated in crucible lower portion 13b. The second weight sensor 20 detects the weight of the second support member 18 including the base 14. Thereby, the second weight sensor 20 can detect a change in weight of the silicon carbide single crystal grown on the pedestal 14.

次に、図3に示す炭化珪素単結晶製造装置を用いた炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a silicon carbide single crystal using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 3 will be described.

第1重量センサ19は、第1支持部材17及びこれに支持された構成(坩堝上部13a、及び、炭化珪素原料6を収容した坩堝下部13b)の重量変化を検出する。制御回路16はこの検出値に基づいて炭化珪素原料6の昇華量や昇華速度の一方または双方を演算する。第2重量センサ20は、第2支持部材18及びこれに支持された構成(台座14(炭化珪素種結晶及びこの上に成長した炭化珪素単結晶を含む)の重量変化を検出する。制御回路16はこの検出値に基づいて炭化珪素単結晶の成長量や成長速度の一方または双方を演算する。
その後、制御回路16は演算した成長速度及び/又は成長量、及び/又は、昇華量及び/又は昇華速度を予め設定してある基準値と比較し、比較の結果、所定の範囲外である場合には、その範囲内に入るように、炭化珪素単結晶の成長条件を調整する。
具体的には、加熱手段を調整することによって、坩堝上部13a又は台座14、及び/又は、坩堝下部13bの温度を調整する。すなわち、坩堝上部13a又は台座14の温度を高くすることにより、昇華ガスが成長面に堆積するのが抑制されて成長速度が低下する一方、坩堝上部13a又は台座14の温度を低くすることにより、昇華ガスが成長面に堆積するのが促進されて成長速度が上昇する。また、坩堝下部13bの温度を高くすることにより、炭化珪素原料6の昇華速度が上昇し、成長面に到達する昇華ガス量が増加して単結晶の成長速度が上昇する一方、坩堝下部13bの温度を低くすることにより、炭化珪素原料6の昇華速度が低下し、成長面に到達する昇華ガス量が減少して単結晶の成長速度が低下する。こうして、単結晶の成長速度及び/又は成長量、及び/又は、炭化珪素原料の昇華量及び/又は昇華速度を所定の範囲内にすることが可能となる。
または、炭化珪素単結晶の成長条件の調整のために、第1支持部材17及び第2支持部材18を上下方向に互いに相対移動させる、又は、異なる速度で上昇もしくは下降させる。これにより、台座と炭化珪素原料との距離を変えることで単結晶の成長面と原料面との距離を変え、成長速度及び/又は成長量を所定の範囲内にすることが可能となる。
または、炭化珪素単結晶の成長条件の調整のために、炭化珪素単結晶の所期の予定成長時間を変更する。これにより、単結晶の成長量を所定の範囲内にすることが可能となる。
または、炭化珪素単結晶の成長条件の調整のために、真空容器内の圧力を調節する。これにより、単結晶の成長速度及び/又は成長量、及び/又は、炭化珪素原料の昇華量及び/又は昇華速度を所定の範囲内にすることが可能となる。
以上の調整の一つ又は二つ以上を行うことにより、単結晶の成長途上でも成長条件を調整して、高品質の炭化珪素単結晶を製造することができ、歩留まりを向上させることができ、所期の取得可能なウェハ数を確保することが可能となる。
The first weight sensor 19 detects a change in the weight of the first support member 17 and the configuration supported by the first support member 17 (the crucible upper portion 13a and the crucible lower portion 13b containing the silicon carbide raw material 6). Control circuit 16 calculates one or both of the sublimation amount and sublimation speed of silicon carbide raw material 6 based on this detected value. The second weight sensor 20 detects a change in the weight of the second support member 18 and the structure supported by the second support member 18 (including the pedestal 14 (including the silicon carbide seed crystal and the silicon carbide single crystal grown thereon). Calculates one or both of the growth amount and growth rate of the silicon carbide single crystal based on the detected value.
After that, the control circuit 16 compares the calculated growth rate and / or growth amount and / or sublimation amount and / or sublimation rate with a preset reference value, and if the result of comparison is outside the predetermined range. First, the growth conditions of the silicon carbide single crystal are adjusted so as to fall within the range.
Specifically, the temperature of the crucible upper part 13a or the pedestal 14 and / or the crucible lower part 13b is adjusted by adjusting the heating means. That is, by increasing the temperature of the crucible upper portion 13a or the pedestal 14, the deposition rate of the sublimation gas is suppressed and the growth rate is reduced, while the temperature of the crucible upper portion 13a or the pedestal 14 is decreased. The deposition rate of the sublimation gas is promoted to increase the growth rate. Further, by raising the temperature of the crucible lower portion 13b, the sublimation speed of the silicon carbide raw material 6 is increased, the amount of sublimation gas reaching the growth surface is increased, and the growth rate of the single crystal is increased. By lowering the temperature, the sublimation rate of the silicon carbide raw material 6 is decreased, the amount of sublimation gas reaching the growth surface is decreased, and the growth rate of the single crystal is decreased. Thus, the growth rate and / or growth amount of the single crystal and / or the sublimation amount and / or sublimation rate of the silicon carbide raw material can be set within a predetermined range.
Alternatively, in order to adjust the growth conditions of the silicon carbide single crystal, the first support member 17 and the second support member 18 are moved relative to each other in the vertical direction, or are raised or lowered at different speeds. Thereby, by changing the distance between the pedestal and the silicon carbide raw material, the distance between the growth surface of the single crystal and the raw material surface can be changed, and the growth rate and / or growth amount can be kept within a predetermined range.
Alternatively, the expected growth time of the silicon carbide single crystal is changed in order to adjust the growth conditions of the silicon carbide single crystal. This makes it possible to keep the growth amount of the single crystal within a predetermined range.
Alternatively, the pressure in the vacuum vessel is adjusted in order to adjust the growth conditions of the silicon carbide single crystal. Thereby, the growth rate and / or growth amount of the single crystal and / or the sublimation amount and / or sublimation rate of the silicon carbide raw material can be set within a predetermined range.
By performing one or more of the above adjustments, it is possible to produce a high-quality silicon carbide single crystal by adjusting the growth conditions even during the growth of the single crystal, and to improve the yield, It is possible to secure the desired number of wafers that can be acquired.

図4は図3で示した炭化珪素単結晶製造装置を用いて、炭化珪素種結晶5上に炭化珪素単結晶26を成長させた状態を示す模式図である。
炭化珪素種結晶5上の炭化珪素単結晶26の成長に伴い、炭化珪素単結晶26の成長面と炭化珪素原料の表面(原料面)との距離が変化する。
炭化珪素種結晶5上の炭化珪素単結晶26の成長と共に、坩堝上部13aの蓋部13aaの下面等に炭化珪素の多結晶27が成長してしまう。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which silicon carbide single crystal 26 is grown on silicon carbide seed crystal 5 using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus shown in FIG.
As the silicon carbide single crystal 26 grows on the silicon carbide seed crystal 5, the distance between the growth surface of the silicon carbide single crystal 26 and the surface of the silicon carbide raw material (raw material surface) changes.
Along with the growth of silicon carbide single crystal 26 on silicon carbide seed crystal 5, polycrystalline silicon carbide 27 is grown on the lower surface of lid portion 13aa of crucible upper portion 13a.

[炭化珪素単結晶製造装置(第4の実施形態)]
図5に、第4の実施形態の炭化珪素単結晶製造装置の台座の近傍を拡大した断面摸式図である。
[Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus (fourth embodiment)]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view enlarging the vicinity of the pedestal of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of the fourth embodiment.

本実施形態においても、第3の実施形態と同様に、台座が坩堝上部に固定されるものではなく、第2支持部材に固定されている。第3の実施形態と異なる主な構成は、下方傾斜面35aを有する第1突起部35が坩堝上部33aの蓋部33aaに形成されている点と、上方傾斜面37aを有する第2突起部37が台座24の側壁24bに形成されている点である。
本実施形態は坩堝上部33aの蓋部33aaに第1突起部35を備え、台座24の側壁24bに第2突起部37を備える構成であるが、台座24の側壁24bに第2突起部37を備えず、坩堝上部3aの蓋部33aaに第1突起部35を備えるだけの構成でもよい。
なお、第1重量センサが第1支持部材に設けられ、第2重量センサが第2支持部材に設けられ、第2支持部材が昇降駆動装置に連結される点については第1の実施形態と同様である。
Also in this embodiment, the pedestal is not fixed to the upper part of the crucible, but is fixed to the second support member, as in the third embodiment. The main difference from the third embodiment is that a first protrusion 35 having a downward inclined surface 35a is formed on the lid 33aa of the crucible upper portion 33a, and a second protrusion 37 having an upward inclined surface 37a. Is formed on the side wall 24 b of the base 24.
In the present embodiment, the lid 33aa of the crucible upper portion 33a is provided with the first protrusion 35, and the side wall 24b of the base 24 is provided with the second protrusion 37. However, the second protrusion 37 is provided on the side wall 24b of the base 24. A configuration in which the first protrusion 35 is simply provided on the lid 33aa of the crucible upper portion 3a may be employed.
The first weight sensor is provided on the first support member, the second weight sensor is provided on the second support member, and the second support member is connected to the lifting / lowering drive device as in the first embodiment. It is.

本実施形態において、坩堝上部33aは第3の実施形態と同様に坩堝下部の上部に支持されている。この坩堝上部33aはその下端部が坩堝下部に連結されて坩堝33内を鉛直方向に延びる側部(側壁)33abと、側部33abの上端に鉛直方向と直交する方向に設けられた蓋部33aaとを備えている。蓋部33aaの中央部分には台座24が貫通するための開口33acが形成されている。   In this embodiment, the crucible upper part 33a is supported by the upper part of the crucible lower part similarly to 3rd Embodiment. The crucible upper portion 33a has a lower end connected to the lower portion of the crucible, and a side portion (side wall) 33ab extending vertically in the crucible 33, and a lid portion 33aa provided at the upper end of the side portion 33ab in a direction perpendicular to the vertical direction. And. An opening 33ac through which the pedestal 24 passes is formed in the center portion of the lid portion 33aa.

第2支持部材18は筒状の支持側部18b(図3参照)から上方に連続するように設けられた筒状の支持側壁部18dと、支持側壁部18dの上端を連結するように設けられた支持蓋部18eとを有している。台座24は第2支持部材18の支持蓋部18eの下部中央部分に固定されている。台座24は第3の実施形態と同様に、坩堝上部33aの蓋部33aaに形成された開口33acから下方に突出することにより、種結晶取付面24aが坩堝内に位置している。この種結晶取付面24aの下面に炭化珪素種結晶5が取り付けられる。本実施形態においても、第3の実施形態と同様に坩堝上部33a及び坩堝下部33bが固定状態であるのに対し、第2支持部材18が上下方向に移動することができ、この移動により台座24が坩堝内を上下方向に移動する。   The second support member 18 is provided so as to connect the cylindrical support side wall portion 18d provided so as to continue upward from the cylindrical support side portion 18b (see FIG. 3) and the upper end of the support side wall portion 18d. And a supporting lid portion 18e. The pedestal 24 is fixed to the lower center portion of the support lid portion 18 e of the second support member 18. Similarly to the third embodiment, the pedestal 24 protrudes downward from an opening 33ac formed in the lid portion 33aa of the crucible upper portion 33a, so that the seed crystal mounting surface 24a is located in the crucible. Silicon carbide seed crystal 5 is attached to the lower surface of seed crystal attachment surface 24a. Also in the present embodiment, the crucible upper portion 33a and the crucible lower portion 33b are in a fixed state as in the third embodiment, whereas the second support member 18 can move in the vertical direction, and this movement allows the pedestal 24 to move. Moves up and down in the crucible.

第1突起部35は坩堝上部33aの蓋部33aaの下面において、蓋部33aaの開口33acの周囲に沿って下方に突出するように設けられている。また、第1突起部35は、坩堝の内側壁33abA側が高くかつ坩堝の鉛直中心側が低くなるように傾斜する下方傾斜面35aを坩堝の内側壁33abAに対向する側に有し、また、坩堝の鉛直中心側に鉛直面35bを有することにより、下方に向かって先細りとなる鉛直断面が三角形で筒状に形成された構成である。下方傾斜面35aは坩堝上部33aの側部(側壁)33abと対向する側に位置している。鉛直面35bは台座24の側壁24bと対向する側に位置しており、台座4の側壁24bとの間に対して隙間42を有する状態で鉛直方向に直線的に延びている。   The first projecting portion 35 is provided on the lower surface of the lid portion 33aa of the crucible upper portion 33a so as to protrude downward along the periphery of the opening 33ac of the lid portion 33aa. The first protrusion 35 has a lower inclined surface 35a that is inclined so that the inner wall 33abA side of the crucible is higher and the vertical center side of the crucible is lower, on the side facing the inner wall 33abA of the crucible. By having the vertical surface 35b on the vertical center side, the vertical section tapering downward is formed in a triangular tube shape. The downward inclined surface 35a is located on the side facing the side portion (side wall) 33ab of the crucible upper portion 33a. The vertical surface 35 b is located on the side facing the side wall 24 b of the pedestal 24, and linearly extends in the vertical direction with a gap 42 between the vertical surface 35 b and the side wall 24 b of the pedestal 4.

第2突起部37は第1突起部35よりも下方の位置となるように台座24の側壁24bに、斜め状態で起立するように設けられている。また、第2突起部37は、坩堝の内側壁33abA側が高くかつ坩堝の鉛直中心側が低くなるように傾斜する上方傾斜面37aを坩堝の鉛直中心側に備える。この上方傾斜面37aと第1突起部35の下方傾斜面35aとの間に所定の隙間43を形成するように、互いに平行に対向するのが好ましい。   The second projecting portion 37 is provided on the side wall 24b of the base 24 so as to stand in an oblique state so as to be positioned below the first projecting portion 35. Moreover, the 2nd protrusion part 37 equips the crucible's vertical center side with the upper inclined surface 37a which inclines so that the inner wall 33abA side of a crucible may be high and the vertical center side of a crucible may become low. It is preferable to face each other in parallel so as to form a predetermined gap 43 between the upper inclined surface 37a and the lower inclined surface 35a of the first protrusion 35.

次に、図5に示す炭化珪素単結晶製造装置の作用効果について説明する。   Next, the effect of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 5 will be described.

炭化珪素原料から昇華した原料ガスは坩堝内を上方へ流れ、台座24に取り付けた炭化珪素種結晶5上に単結晶となって析出して成長する。図5(a)における実線矢印G3は、台座24上に析出することなく台座24を通過した原料ガスの流れを示す。台座24の周辺の温度分布は、図5(a)の破線の等温線で示すように炭化珪素原料側が高く、上方(坩堝上部33aの蓋部33aa)に向かうにつれて温度が低くなる。台座24の周辺の原料ガスは全体としてこの等温線に対する垂直方向に沿って移動する。この原料ガスG3は上方に流れるのにつれて温度が低くなり、過飽和になった時点で坩堝上部33aの蓋部3aaに炭化珪素多結晶27となって析出する(図5(b)参照)。   The source gas sublimated from the silicon carbide source flows upward in the crucible and precipitates and grows as a single crystal on the silicon carbide seed crystal 5 attached to the pedestal 24. A solid line arrow G <b> 3 in FIG. 5A indicates the flow of the source gas that has passed through the pedestal 24 without being deposited on the pedestal 24. The temperature distribution around the pedestal 24 is high on the silicon carbide raw material side as shown by the dashed isotherm in FIG. 5A, and the temperature decreases toward the upper side (the lid portion 33aa of the crucible upper portion 33a). The source gas around the pedestal 24 as a whole moves along the direction perpendicular to the isotherm. The temperature of the source gas G3 decreases as it flows upward, and when it becomes supersaturated, it deposits as silicon carbide polycrystal 27 on the lid portion 3aa of the crucible upper portion 33a (see FIG. 5B).

本実施形態では、坩堝上部33aの蓋部33aaに形成した第1突起部35に下方傾斜面35aが形成されており、下方傾斜面35aが原料ガスG3の流れと逆方向に向かって傾斜している。この構成により、上方へ流れてきた原料ガスG3にこの流れと反対の流れ(矢印G4)を形成することができる。これにより、第1突起部35の鉛直面35bと台座24の側壁24bとの間の隙間42(開口33ac)に原料ガスが入り込んでいくことを抑制することができる。また、台座24の側壁24bに設けた第2突起部37は、上方へ流れてきた原料ガスG3が直接、第1突起部35の鉛直面35bと台座24の側壁24bとの間の隙間43(開口33ac)に入り込んでいくことを阻止することができる。さらに、第1突起部35の下方傾斜面35aと第2突起部37の上方傾斜面37aとの間に形成される隙間43を原料ガスが入り込んでいくのが抑制されるサイズとなるように、第1突起部35及び第2突起部37を形成することにより、隙間43(開口33ac)に原料ガスが入り込んでいくのをさらに抑制できる。
これらの構成及び作用により、鉛直面35bや側壁24bに炭化珪素多結晶が析出することが抑制でき、炭化珪素単結晶の成長中も台座と坩堝上部の円滑な相対移動が可能となる。
In the present embodiment, a lower inclined surface 35a is formed on the first protrusion 35 formed on the lid portion 33aa of the crucible upper portion 33a, and the lower inclined surface 35a is inclined in the direction opposite to the flow of the source gas G3. Yes. With this configuration, a flow (arrow G4) opposite to this flow can be formed in the source gas G3 flowing upward. Thereby, it can suppress that source gas enters into the clearance 42 (opening 33ac) between the vertical surface 35b of the 1st projection part 35, and the side wall 24b of the base 24. FIG. In addition, the second protrusion 37 provided on the side wall 24b of the pedestal 24 is such that the source gas G3 that has flowed upward is directly between the vertical surface 35b of the first protrusion 35 and the side wall 24b of the pedestal 24. The entry into the opening 33ac) can be prevented. Further, the raw material gas is prevented from entering the gap 43 formed between the lower inclined surface 35a of the first protruding portion 35 and the upper inclined surface 37a of the second protruding portion 37. By forming the first protrusion 35 and the second protrusion 37, it is possible to further suppress the source gas from entering the gap 43 (opening 33ac).
With these configurations and operations, it is possible to suppress the precipitation of silicon carbide polycrystals on the vertical surface 35b and the side wall 24b, and the relative movement between the pedestal and the upper portion of the crucible becomes possible even during the growth of the silicon carbide single crystal.

[炭化珪素単結晶製造装置(第5の実施形態)]
第5の実施形態として、図6に示す本発明を適用した炭化珪素単結晶製造装置の構造について説明する。
[Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus (fifth embodiment)]
As a fifth embodiment, a structure of a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus to which the present invention shown in FIG. 6 is applied will be described.

第1の実施形態と異なる主な構成は、台座4及び坩堝上部3aを支持する第2支持部材48が上方から吊り下げ部材(図示せず)によって吊り下げられた構成となっている点である。
なお、第1重量センサ9が第1支持部材7に設けられ、第2重量センサ40が第2支持部材48に設けられている点は第1の実施形態と同様である。
The main configuration different from the first embodiment is that a second support member 48 that supports the base 4 and the crucible upper portion 3a is suspended from above by a suspension member (not shown). .
The first weight sensor 9 is provided on the first support member 7 and the second weight sensor 40 is provided on the second support member 48 in the same manner as in the first embodiment.

次に、図6の炭化珪素単結晶製造装置を用いた炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a silicon carbide single crystal using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of FIG. 6 will be described.

第1重量センサ9は、第1支持部材7及びこれに支持された構成(炭化珪素原料6を収容した坩堝下部3b)の重量変化を検出する。制御回路(図示せず)はこの検出値に基づいて炭化珪素原料6の昇華量や昇華速度の一方または双方を演算する。第2重量センサ40は、第2支持部材48及びこれに支持された構成(坩堝上部3a、台座4(炭化珪素種結晶及びこの上に成長した炭化珪素単結晶を含む)の重量変化を検出する。制御回路はこの検出値に基づいて炭化珪素単結晶の成長量や成長速度の一方または双方を演算する。
その後、制御回路は演算した成長速度及び/又は成長量、及び/又は、昇華量及び/又は昇華速度を予め設定してある基準値と比較し、比較の結果、所定の範囲外である場合には、その範囲内に入るように、加熱手段を調整したり、第1支持部材7及び第2支持部材48を上下方向に互いに相対移動させ、又は、異なる速度で上昇もしくは下降させたり、炭化珪素単結晶の所期の予定成長時間を変更したり、真空容器(炉)内の圧力を調節する。
以上の調整の一つ又は二つ以上を行うことにより、単結晶の成長途上でも成長条件を調整して、高品質の炭化珪素単結晶を製造することができ、歩留まりを向上させることができ、所期の取得可能なウェハ数を確保することが可能となる。
The first weight sensor 9 detects a change in the weight of the first support member 7 and the configuration supported by the first support member 7 (the crucible lower portion 3b containing the silicon carbide raw material 6). A control circuit (not shown) calculates one or both of the sublimation amount and the sublimation speed of the silicon carbide raw material 6 based on the detected value. The second weight sensor 40 detects a change in the weight of the second support member 48 and the components supported by the second support member 48 (including the crucible upper portion 3a and the pedestal 4 (including the silicon carbide seed crystal and the silicon carbide single crystal grown thereon). The control circuit calculates one or both of the growth amount and growth rate of the silicon carbide single crystal based on the detected value.
Thereafter, the control circuit compares the calculated growth rate and / or growth amount and / or sublimation amount and / or sublimation rate with a preset reference value, and if the result of comparison is outside the predetermined range. Adjust the heating means so as to fall within the range, move the first support member 7 and the second support member 48 relative to each other in the vertical direction, or raise or lower at different speeds. Change the expected growth time of the single crystal or adjust the pressure in the vacuum vessel (furnace).
By performing one or more of the above adjustments, it is possible to produce a high-quality silicon carbide single crystal by adjusting the growth conditions even during the growth of the single crystal, and to improve the yield, It is possible to secure the desired number of wafers that can be acquired.

[炭化珪素単結晶製造装置(第6の実施形態)]
第6の実施形態として、図7に示す本発明を適用した炭化珪素単結晶製造装置の構造について説明する。
[Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus (sixth embodiment)]
As a sixth embodiment, a structure of a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus to which the present invention shown in FIG. 7 is applied will be described.

第3の実施形態と異なる点は、台座14及び坩堝上部13aを支持する第2支持部材58が上方から吊り下げ部材(図示せず)によって吊り下げられた構成となっている点である。
なお、第1重量センサ19が第1支持部材17に設けられ、第2重量センサ50が第2支持部材58に設けられている点は第3の実施形態と同様である。
The difference from the third embodiment is that the second support member 58 that supports the base 14 and the crucible upper portion 13a is suspended from above by a suspension member (not shown).
The first weight sensor 19 is provided on the first support member 17 and the second weight sensor 50 is provided on the second support member 58, which is the same as in the third embodiment.

次に、図7の炭化珪素単結晶製造装置を用いた炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a silicon carbide single crystal using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of FIG. 7 will be described.

第1重量センサ19は、第1支持部材17及びこれに支持された構成(炭化珪素原料6を収容した坩堝下部13b)の重量変化を検出する。制御回路(図示せず)はこの検出値に基づいて炭化珪素原料6の昇華量や昇華速度の一方または双方を演算する。第2重量センサ50は、第2支持部材58及びこれに支持された構成(台座14(炭化珪素種結晶及びこの上に成長した炭化珪素単結晶を含む)の重量変化を検出する。制御回路はこの検出値に基づいて炭化珪素単結晶の成長量や成長速度の一方または双方を演算する。
その後、制御回路は演算した成長速度及び/又は成長量、及び/又は、昇華量及び/又は昇華速度を予め設定してある基準値と比較し、比較の結果、所定の範囲外である場合には、その範囲内に入るように、加熱手段を調整したり、第1支持部材17及び第2支持部材48を上下方向に互いに相対移動させる、又は、異なる速度で上昇もしくは下降させたり、炭化珪素単結晶の所期の予定成長時間を変更したり、真空容器(炉)内の圧力を調節する。
以上の調整の一つ又は二つ以上を行うことにより、単結晶の成長途上でも成長条件を調整して、高品質の炭化珪素単結晶を製造することができ、歩留まりを向上させることができ、所期の取得可能なウェハ数を確保することが可能となる。
The first weight sensor 19 detects a change in the weight of the first support member 17 and the configuration supported by the first support member 17 (the crucible lower portion 13b containing the silicon carbide raw material 6). A control circuit (not shown) calculates one or both of the sublimation amount and the sublimation speed of the silicon carbide raw material 6 based on the detected value. The second weight sensor 50 detects a change in weight of the second support member 58 and the structure (including the silicon carbide seed crystal and the silicon carbide single crystal grown thereon) supported by the second support member 58. The control circuit One or both of the growth amount and growth rate of the silicon carbide single crystal are calculated based on the detected value.
Thereafter, the control circuit compares the calculated growth rate and / or growth amount and / or sublimation amount and / or sublimation rate with a preset reference value, and if the result of comparison is outside the predetermined range. Adjust the heating means so as to fall within the range, move the first support member 17 and the second support member 48 relative to each other in the vertical direction, raise or lower at different speeds, silicon carbide Change the expected growth time of the single crystal or adjust the pressure in the vacuum vessel (furnace).
By performing one or more of the above adjustments, it is possible to produce a high-quality silicon carbide single crystal by adjusting the growth conditions even during the growth of the single crystal, and to improve the yield, It is possible to secure the desired number of wafers that can be acquired.

以下の実施例では図1で示した炭化珪素単結晶製造装置を用いて炭化珪素単結晶の製造を行った。   In the following examples, a silicon carbide single crystal was manufactured using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus shown in FIG.

(実施例1)
直径75mmの炭化珪素種結晶を用い、台座に接着剤を用いて接着した。
坩堝内の温度を2400℃として炭化珪素単結晶を100時間成長させたところ、長さ30mmの炭化珪素単結晶が成長した。このとき、第2支持部材及びこれに支持された構成の重量は700g増加し、第1支持部材及びこれに支持された構成の重量は800g減少した。重量100gの差は主に、坩堝外へ原料ガスが逃げたために生じたものと考えられる。この実施例で得られたインゴットは異種多形の混入や割れがなく高品質の単結晶となっていた。
Example 1
A silicon carbide seed crystal having a diameter of 75 mm was used and adhered to the pedestal using an adhesive.
When the temperature in the crucible was 2400 ° C. and a silicon carbide single crystal was grown for 100 hours, a silicon carbide single crystal having a length of 30 mm grew. At this time, the weight of the second support member and the component supported by the second support member increased by 700 g, and the weight of the first support member and the component supported by the second support member decreased by 800 g. The difference of 100 g in weight is considered to be mainly caused by the escape of the raw material gas outside the crucible. The ingot obtained in this example was a high-quality single crystal with no mixing or cracking of different polymorphs.

(実施例2)
実施例1と同様に直径75mmの炭化珪素種結晶を用い、坩堝内の温度を2400℃として炭化珪素単結晶を成長させたところ、80時間を過ぎた時点で、第2支持部材及びこれに支持された構成の重量は490g増加し、第1支持部材及びこれに支持された構成の重量は560g減少していた。このままで100時間の成長を継続すると成長する炭化珪素単結晶の長さが所定の長さ(30mm)より短くなることが予想された。このため成長時間を115時間に延長したところ、長さ30mmの炭化珪素単結晶を成長させることができた。得られたインゴットは異種多形の混入や割れがなく高品質の単結晶となっていた。
(Example 2)
As in Example 1, a silicon carbide seed crystal having a diameter of 75 mm was used, and when a silicon carbide single crystal was grown at a temperature in the crucible of 2400 ° C., the second support member and the support member were supported by this after 80 hours had passed. The weight of the constructed component was increased by 490 g, and the weight of the first support member and the component supported thereon was decreased by 560 g. If the growth for 100 hours is continued as it is, the length of the grown silicon carbide single crystal was expected to be shorter than a predetermined length (30 mm). Therefore, when the growth time was extended to 115 hours, a silicon carbide single crystal having a length of 30 mm could be grown. The obtained ingot was a high-quality single crystal without mixing and cracking of different polymorphs.

(実施例3)
実施例1と同様に直径75mmの炭化珪素種結晶を用い、坩堝内の温度を2400℃として炭化珪素単結晶を成長させたところ、80時間を過ぎた時点で、第2支持部材及びこれに支持された構成の重量は620g増加し、第1支持部材及びこれに支持された構成の重量は700g減少していた。このままで100時間の成長を継続すると成長する炭化珪素単結晶の長さが所定の長さ(30mm)より長くなることが予想された。このため成長時間を90時間に短縮したところ、長さ30mmの炭化珪素単結晶を成長させることができた。得られたインゴットは異種多形の混入や割れがなく高品質の単結晶となっていた。
(Example 3)
As in Example 1, a silicon carbide seed crystal having a diameter of 75 mm was used, and when a silicon carbide single crystal was grown at a temperature in the crucible of 2400 ° C., the second support member and the support member were supported by this after 80 hours had passed. The weight of the constructed component was increased by 620 g, and the weight of the first support member and the component supported thereon was reduced by 700 g. If the growth for 100 hours is continued as it is, the length of the grown silicon carbide single crystal is expected to be longer than a predetermined length (30 mm). Therefore, when the growth time was shortened to 90 hours, a silicon carbide single crystal having a length of 30 mm could be grown. The obtained ingot was a high-quality single crystal without mixing and cracking of different polymorphs.

(実施例4)
実施例1と同様に直径75mmの炭化珪素種結晶を用い、坩堝内の温度を2400℃として炭化珪素単結晶を成長させたところ、50時間を過ぎた時点で、第2支持部材及びこれに支持された構成の重量は280g増加し、第1支持部材及びこれに支持された構成の重量は320g減少していた。この実施例では従来から得られている結晶成長データベースに基づいて参考成長条件と比較した。その結果、炭化珪素原料の昇華速度及び炭化珪素単結晶の成長速度が参考成長条件より遅くなっていることが判明した。これに基づいて、坩堝上部の温度を10℃下げ、坩堝下部の温度を10℃上昇させて結晶を成長させた。100時間経過後、第2支持部材及びこれに支持された構成の重量は700g増加し、第1支持部材及びこれに支持された構成の重量は800g減少した。得られたインゴットは長さ30mmであり、異種多形の混入や割れがなく高品質の単結晶となっていた。
Example 4
A silicon carbide seed crystal having a diameter of 75 mm was used in the same manner as in Example 1 and a silicon carbide single crystal was grown at a temperature in the crucible of 2400 ° C. When 50 hours had passed, the second support member and the support were supported by this. The weight of the constructed component was increased by 280 g, and the weight of the first support member and the component supported by the first supporting member was reduced by 320 g. In this example, comparison was made with reference growth conditions based on a conventionally obtained crystal growth database. As a result, it was found that the sublimation rate of the silicon carbide raw material and the growth rate of the silicon carbide single crystal were slower than the reference growth conditions. Based on this, the temperature at the top of the crucible was lowered by 10 ° C., and the temperature at the bottom of the crucible was raised by 10 ° C. to grow crystals. After 100 hours, the weight of the second support member and the component supported by the second support member increased by 700 g, and the weight of the first support member and the component supported by the second support member decreased by 800 g. The obtained ingot had a length of 30 mm and was a high-quality single crystal without mixing and cracking of different polymorphs.

(実施例5)
実施例1と同様に直径75mmの炭化珪素種結晶を用い、坩堝内の温度を2300℃として炭化珪素単結晶を成長させたところ、50時間を過ぎた時点で、第2支持部材及びこれに支持された構成の重量は280g増加し、第1支持部材及びこれに支持された構成の重量は320g減少していた。この実施例では従来から得られている結晶成長データベースに基づいて参考成長条件と比較した。その結果、炭化珪素原料の昇華速度及び炭化珪素単結晶の成長速度が参考成長条件より遅くなっていることが判明した。これに基づいて坩堝の位置を5mm上昇させ、坩堝上部と坩堝下部との温度差を大きくして結晶を成長させた。100時間経過後、第2支持部材及びこれに支持された構成の重量は700g増加し、第1支持部材及びこれに支持された構成の重量は800g減少した。得られたインゴットは長さ30mmであり、異種多形の混入や割れがなく高品質の単結晶となっていた。
(Example 5)
As in Example 1, a silicon carbide seed crystal having a diameter of 75 mm was used, and when a silicon carbide single crystal was grown at a temperature of 2300 ° C. in the crucible, the second support member and the support member were supported by this when 50 hours had passed. The weight of the constructed component was increased by 280 g, and the weight of the first support member and the component supported by the first supporting member was reduced by 320 g. In this example, comparison was made with reference growth conditions based on a conventionally obtained crystal growth database. As a result, it was found that the sublimation rate of the silicon carbide raw material and the growth rate of the silicon carbide single crystal were slower than the reference growth conditions. Based on this, the position of the crucible was raised by 5 mm, and the crystal was grown by increasing the temperature difference between the crucible upper part and the crucible lower part. After 100 hours, the weight of the second support member and the component supported by the second support member increased by 700 g, and the weight of the first support member and the component supported by the second support member decreased by 800 g. The obtained ingot had a length of 30 mm and was a high-quality single crystal without mixing and cracking of different polymorphs.

本発明の炭化珪素単結晶製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法は、高品質の成長量の炭化珪素単結晶の製造に利用することができる。   The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and the silicon carbide single crystal manufacturing method of the present invention can be used for manufacturing a silicon carbide single crystal having a high quality growth amount.

3、13、33 坩堝
3a、13a、33a 坩堝上部
3aa、13aa、33aa 蓋部
3ab、13ab、33ab 側部
3b、13b、33b 坩堝下部
4、14、24 台座
4a、14a、24a 種結晶取付面
5 炭化珪素種結晶
6 炭化珪素原料
7、17 第1支持部材
8、18、48、58 第2支持部材
9、19 第1重量センサ
10、20、40、50 第2重量センサ
13ac、33ac 開口
15 昇降駆動装置
21 坩堝上部連結部
21a 傾斜連結面
22 坩堝下部連結部
22a 傾斜連結面
24b 側壁
26 炭化珪素単結晶
33abA 内側壁
35 第1突起部
35a 下方傾斜面
37 第2突起部
37a 上方傾斜面
110 加熱手段
G1、G2、G3、G4 ガスの流れ
3, 13, 33 Crucible 3a, 13a, 33a Crucible upper part 3aa, 13aa, 33aa Lid part 3ab, 13ab, 33ab Side part 3b, 13b, 33b Crucible lower part 4, 14, 24 Base 4a, 14a, 24a Seed crystal mounting surface 5 Silicon carbide seed crystal 6 Silicon carbide raw material 7, 17 First support members 8, 18, 48, 58 Second support members 9, 19 First weight sensors 10, 20, 40, 50 Second weight sensors 13ac, 33ac Opening 15 Driving device 21 Crucible upper connecting portion 21a Inclined connecting surface 22 Crucible lower connecting portion 22a Inclined connecting surface 24b Side wall 26 Silicon carbide single crystal 33abA Inner side wall 35 First protrusion 35a Lower inclined surface 37 Second protruding portion 37a Upper inclined surface 110 Heating Means G1, G2, G3, G4 Gas flow

Claims (8)

台座に取付けた炭化珪素種結晶上に原料ガスを供給して、前記炭化珪素種結晶上に炭化珪素の単結晶を成長させる炭化珪素単結晶製造装置において、
坩堝上部と坩堝下部とからなる坩堝と、
前記坩堝上部及び前記坩堝下部のうち、少なくとも前記坩堝下部を支持する第1支持部材と、
前記台座を支持する第2支持部材と、
前記第1支持部材及び前記第2支持部材の重量をそれぞれ独立に検出できる重量センサと、
前記坩堝の周囲に配置する加熱手段と、備え、前記第1支持部材と前記第2支持部材とは上下方向に互いに相対移動可能である、ことを特徴とする炭化珪素単結晶製造装置。
In a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus for supplying a source gas on a silicon carbide seed crystal attached to a pedestal and growing a silicon carbide single crystal on the silicon carbide seed crystal,
A crucible composed of a crucible upper part and a crucible lower part,
Of the crucible upper part and the crucible lower part, a first support member that supports at least the crucible lower part,
A second support member for supporting the pedestal;
A weight sensor capable of independently detecting the weights of the first support member and the second support member;
An apparatus for producing a silicon carbide single crystal comprising heating means disposed around the crucible, wherein the first support member and the second support member are movable relative to each other in the vertical direction.
前記台座は前記坩堝上部の蓋部の下面に支持され、
前記第1支持部材は前記坩堝上部及び前記坩堝下部のうち、前記坩堝下部のみを支持するものであり、
前記第2支持部材は前記坩堝上部を支持し、該坩堝上部を介して前記台座を支持するものである、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。
The pedestal is supported on the lower surface of the lid at the top of the crucible,
The first support member supports only the crucible lower part among the crucible upper part and the crucible lower part,
2. The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the second support member supports the crucible upper portion and supports the pedestal via the crucible upper portion.
前記第1支持部材は前記坩堝上部及び前記坩堝下部のいずれも支持するものであり、
前記台座は、少なくともその種結晶取付面が前記坩堝内に位置するように、前記坩堝上部の蓋部に形成された開口から下方に突出している、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。
The first support member supports both the crucible upper part and the crucible lower part,
2. The carbonization according to claim 1, wherein the pedestal protrudes downward from an opening formed in a lid portion of the crucible upper portion so that at least a seed crystal mounting surface thereof is located in the crucible. Silicon single crystal manufacturing equipment.
前記蓋部の下面において前記開口の周囲に沿って下方に突出するように設けられた第1突起部であって、前記坩堝の内側壁側が高くかつ前記坩堝の鉛直中心側が低くなるように傾斜する下方傾斜面を前記坩堝の内側壁に対向する側に有する第1突起部を備えた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。   A first projection provided on the lower surface of the lid so as to protrude downward along the periphery of the opening, and is inclined so that the inner wall side of the crucible is high and the vertical center side of the crucible is low The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to claim 3, further comprising a first protrusion having a downward inclined surface on a side facing the inner wall of the crucible. 前記台座の側壁において、前記坩堝の内側壁側が高くかつ前記坩堝の鉛直中心側が低くなるように傾斜する上方傾斜面を前記坩堝の鉛直中心側に有する第2突起部が設けられていることを特徴とする請求項3又は4のいずれかに記載の炭化珪素単結晶製造装置。   The side wall of the pedestal is provided with a second protrusion having an upward inclined surface on the vertical center side of the crucible that is inclined so that the inner wall side of the crucible is high and the vertical center side of the crucible is low. The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 3 and 4. 前記坩堝上部はその側部の下端に形成された坩堝上部連結部を備え、
前記坩堝下部はその側部の上端に形成された坩堝下部連結部を備え、
前記坩堝上部連結部及び前記坩堝下部連結部は、坩堝の内壁側が高くかつ外壁側が低くなるように傾斜し、互いに対向する傾斜連結面を有する、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶製造装置。
The crucible upper part comprises a crucible upper connection part formed at the lower end of the side part,
The crucible lower part comprises a crucible lower connection part formed at the upper end of the side part,
The crucible upper connecting part and the crucible lower connecting part are inclined so that the inner wall side of the crucible is high and the outer wall side is low, and have inclined connection surfaces facing each other. The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to one item.
前記第2支持部材は上方から吊り下げられたものである、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶製造装置。   The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the second support member is suspended from above. 台座に取付けた炭化珪素種結晶上に原料ガスを供給して、前記炭化珪素種結晶上に炭化珪素の単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、
坩堝上部と坩堝下部とからなる坩堝と、前記坩堝上部及び前記坩堝下部のうち、少なくとも前記坩堝下部を支持する第1支持部材と、前記台座を支持する第2支持部材と、前記第1支持部材及び前記第2支持部材の重量をそれぞれ独立に検出できる重量センサと、前記坩堝の周囲に配置する加熱手段とを備え、前記第1支持部材と前記第2支持部材とは上下方向に互いに相対移動可能である炭化珪素単結晶製造装置を用い、
炭化珪素単結晶の製造中に、前記重量センサを用いて検出した前記第2支持部材の重量から、炭化珪素単結晶の成長量及び/又は成長速度を求め、前記重量センサを用いて検出した前記第1支持部材の重量から、炭化珪素粉末原料の昇華速度及び/又は昇華量を求め、前記成長速度及び/又は成長量、及び/又は、昇華量及び/又は昇華速度が所望の範囲外である場合には、その範囲内に入るように、(1)〜(4)の少なくともいずれかを行う、ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法;
(1) 前記坩堝上部又は前記台座、及び/又は、前記坩堝下部の温度を調整する、
(2) 前記第1支持部材及び前記第2支持部材を上下方向に互いに相対移動させる、又は異なる速度で上昇もしくは下降させる、
(3) 炭化珪素単結晶の所期の予定成長時間を変更する、
(4) 炉内圧力を調節する。
In a method for producing a silicon carbide single crystal, a raw material gas is supplied onto a silicon carbide seed crystal attached to a pedestal, and a silicon carbide single crystal is grown on the silicon carbide seed crystal.
A crucible composed of a crucible upper portion and a crucible lower portion; a first support member that supports at least the crucible lower portion of the crucible upper portion and the crucible lower portion; a second support member that supports the pedestal; and the first support member And a weight sensor capable of independently detecting the weight of the second support member, and a heating means disposed around the crucible, wherein the first support member and the second support member move relative to each other in the vertical direction. Using a silicon carbide single crystal manufacturing device that is possible,
During the production of the silicon carbide single crystal, the growth amount and / or growth rate of the silicon carbide single crystal is obtained from the weight of the second support member detected using the weight sensor, and the weight sensor is used to detect the growth rate. The sublimation rate and / or sublimation amount of the silicon carbide powder raw material is determined from the weight of the first support member, and the growth rate and / or growth amount and / or the sublimation amount and / or sublimation rate are outside the desired range. In the case, at least one of (1) to (4) is performed so as to fall within the range; a method for producing a silicon carbide single crystal,
(1) Adjust the temperature of the crucible upper part or the pedestal and / or the crucible lower part,
(2) The first support member and the second support member are moved relative to each other in the vertical direction, or are raised or lowered at different speeds.
(3) Change the expected growth time of the silicon carbide single crystal.
(4) Adjust the furnace pressure.
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