JP2013220964A - Production apparatus of silicon carbide single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒状形状を有する坩堝と、坩堝の外側から坩堝の内部を加熱するヒータとを備える炭化珪素単結晶の製造装置に関する。 The present invention relates to a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus including a crucible having a cylindrical shape and a heater for heating the inside of the crucible from the outside of the crucible.
従来、炭化珪素単結晶を製造する方法として、坩堝内において、炭化珪素単結晶の原材料の昇華及び再結晶を利用して、炭化珪素単結晶を製造する方法が知られている。 Conventionally, as a method of manufacturing a silicon carbide single crystal, a method of manufacturing a silicon carbide single crystal using sublimation and recrystallization of a raw material of the silicon carbide single crystal in a crucible is known.
このようなケースにおいて、原材料の加熱に伴って、坩堝の内壁が炭化して、坩堝の内壁の炭化部分から炭素粉が飛散する。言い換えると、原材料の加熱時間の長期化とともに、坩堝の内部空間(成長空間)に存在する炭素粉の比率が高まる。これによって、炭素の比率上昇に伴う炭化珪素単結晶の品質が劣化する。 In such a case, as the raw material is heated, the inner wall of the crucible is carbonized, and carbon powder is scattered from the carbonized portion of the inner wall of the crucible. In other words, the proportion of carbon powder present in the internal space (growth space) of the crucible increases as the heating time of the raw material increases. As a result, the quality of the silicon carbide single crystal deteriorates as the carbon ratio increases.
このような炭素粉の飛散を抑制するために、坩堝の内壁の全体をタンタルで被覆する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。 In order to suppress such scattering of carbon powder, a technique for covering the entire inner wall of the crucible with tantalum has been proposed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述したように、坩堝の内壁の全体をタンタルで被覆すると、炭化珪素単結晶を製造する装置のコストが増大してしまう。 However, as described above, if the entire inner wall of the crucible is covered with tantalum, the cost of an apparatus for producing a silicon carbide single crystal increases.
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、コストの増大を抑制しながら、炭素の比率上昇に伴う品質劣化を抑制することを可能とする炭化珪素単結晶の製造装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and manufacture of a silicon carbide single crystal that can suppress quality deterioration accompanying an increase in the carbon ratio while suppressing an increase in cost. An object is to provide an apparatus.
第1の特徴に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、筒状形状を有する坩堝と、前記坩堝の外側から前記坩堝の内部を加熱するヒータとを備える。前記坩堝は、前記炭化珪素単結晶の原材料が配置される原材料配置面と、前記炭化珪素単結晶の種結晶が配置される種結晶配置面とを有する。前記原材料配置面は、前記種結晶配置面と対向する。前記原材料配置面と前記種結晶配置面との間において、前記坩堝の内壁から前記坩堝の内側に突出する突出部分が設けられる。 A silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to a first feature includes a crucible having a cylindrical shape and a heater for heating the inside of the crucible from the outside of the crucible. The crucible has a raw material arrangement surface on which a raw material of the silicon carbide single crystal is arranged and a seed crystal arrangement surface on which a seed crystal of the silicon carbide single crystal is arranged. The raw material arrangement surface faces the seed crystal arrangement surface. A protruding portion that protrudes from the inner wall of the crucible to the inside of the crucible is provided between the raw material arrangement surface and the seed crystal arrangement surface.
第1の特徴において、前記突出部分の表面は、タンタルによって構成される。 In the first feature, the surface of the protruding portion is made of tantalum.
第1の特徴において、前記突出部分は、前記坩堝の内壁に沿って連続する環状形状を有する。 In the first feature, the projecting portion has an annular shape continuous along the inner wall of the crucible.
第1の特徴において、前記突出部分は、前記坩堝とは別体として設けられる。 In the first feature, the protruding portion is provided separately from the crucible.
第1の特徴において、前記坩堝の底面又は天面から見て、前記原材料配置面は、前記種結晶配置面の外側に張り出す。前記坩堝の底面又は天面から見て、前記原材料配置面の外周と前記種結晶配置面の外周との間隔が間隔Lである場合において、前記坩堝の内壁から前記坩堝の内側に向かう前記突出部分の突出長は、前記間隔Lの1%以上100%以下である。 1st characteristic WHEREIN: Seeing from the bottom face or top | upper surface of the said crucible, the said raw material arrangement | positioning surface protrudes on the outer side of the said seed crystal arrangement | positioning surface. When the distance between the outer periphery of the raw material arrangement surface and the outer periphery of the seed crystal arrangement surface is a distance L when viewed from the bottom surface or the top surface of the crucible, the projecting portion from the inner wall of the crucible toward the inside of the crucible The protrusion length of is 1% or more and 100% or less of the interval L.
第1の特徴において、前記種結晶配置面の外周には、前記原材料配置面側に立設する封止部材が設けられる。前記封止部材は、黒鉛によって構成される。 In the first feature, a sealing member standing on the raw material arrangement surface side is provided on the outer periphery of the seed crystal arrangement surface. The sealing member is made of graphite.
第1の特徴において、前記種結晶配置面の外周には、前記原材料配置面側に立設する封止部材が設けられる。前記封止部材は、黒鉛によって構成される本体の少なくとも一部が炭化珪素によって被覆されている。 In the first feature, a sealing member standing on the raw material arrangement surface side is provided on the outer periphery of the seed crystal arrangement surface. As for the said sealing member, at least one part of the main body comprised with graphite is coat | covered with silicon carbide.
第1の特徴において、前記封止部材を構成する黒鉛のかさ密度は、1.8g/cm3以上である。 1st characteristic WHEREIN: The bulk density of the graphite which comprises the said sealing member is 1.8 g / cm < 3 > or more.
第1の特徴において、前記封止部材の表面研磨仕上げ精度が▽▽以上である。 In the first feature, the surface polishing finish accuracy of the sealing member is not less than ▽.
本発明によれば、コストの増大を抑制しながら、炭素の比率上昇に伴う品質劣化を抑制することを可能とする炭化珪素単結晶の製造装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal which makes it possible to suppress the quality degradation accompanying the carbon ratio raise, suppressing the increase in cost can be provided.
以下において、本発明の実施形態に係る製造装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。 Hereinafter, a manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
[実施形態の概要]
実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、筒状形状を有する坩堝と、前記坩堝の外側から前記坩堝の内部を加熱するヒータとを備える。前記坩堝は、前記炭化珪素単結晶の原材料が配置される原材料配置面と、前記炭化珪素単結晶の種結晶が配置される種結晶配置面とを有する。前記原材料配置面は、前記種結晶配置面と対向する。前記原材料配置面と前記種結晶配置面との間において、前記坩堝の内壁から前記坩堝の内側に突出する突出部分が設けられる。
[Outline of Embodiment]
An apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment includes a crucible having a cylindrical shape and a heater for heating the inside of the crucible from the outside of the crucible. The crucible has a raw material arrangement surface on which a raw material of the silicon carbide single crystal is arranged and a seed crystal arrangement surface on which a seed crystal of the silicon carbide single crystal is arranged. The raw material arrangement surface faces the seed crystal arrangement surface. A protruding portion that protrudes from the inner wall of the crucible to the inside of the crucible is provided between the raw material arrangement surface and the seed crystal arrangement surface.
実施形態では、原材料配置面と種結晶配置面との間において、坩堝の内壁から坩堝の内側に突出する突出部分が設けられる。従って、坩堝の内壁の炭化部分から飛散する炭素粉が突出部分で遮られて、種結晶配置面に到達しにくい。坩堝の内壁の全体をタンタルで被覆しなくても、炭素の比率上昇に伴う品質劣化を抑制することができる。 In the embodiment, a protruding portion that protrudes from the inner wall of the crucible to the inside of the crucible is provided between the raw material arrangement surface and the seed crystal arrangement surface. Therefore, the carbon powder scattered from the carbonized portion of the inner wall of the crucible is blocked by the protruding portion and hardly reaches the seed crystal arrangement surface. Even if the entire inner wall of the crucible is not covered with tantalum, quality deterioration accompanying an increase in the carbon ratio can be suppressed.
[第1実施形態]
(製造装置の構成)
以下において、第1実施形態に係る製造装置について説明する。図1は、第1実施形態に係る製造装置100を示す図である。
[First Embodiment]
(Configuration of manufacturing equipment)
Hereinafter, the manufacturing apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a
図1に示すように、製造装置100は、石英管10と、坩堝20と、支持棒30と、加熱部40とを有する。
As shown in FIG. 1, the
石英管10は、石英によって構成されており、製造装置100の外形を形成する。例えば、石英管10は、円筒形状を有しており、石英管10内の気密性が高い状態で坩堝20を収容する。
The
坩堝20は、坩堝本体21と、坩堝蓋体22とを有する。
The crucible 20 has a
坩堝本体21は、底部及び側壁を有しており、底部及び側壁は、一体として形成されている。坩堝本体21の底部は、原料配置面21Aを有しており、原料配置面21Aには、炭化珪素単結晶の原材料210が配置される。例えば、坩堝本体21の側壁は、円筒形状を有する。坩堝20の底面又は坩堝20の天面から見て、原料配置面21Aは、円形状を有する。
The crucible
ここで、坩堝本体21は、例えば、黒鉛によって構成される。坩堝本体21を構成する黒鉛のかさ密度は、1.8g/cm3以上である。また、坩堝本体21の表面研磨仕上げ精度は、JIS規格(JIS規格B0601−2001)の▽▽以上であることが好ましい。
Here, the
すなわち、坩堝本体21の表面は、平均算術粗さRa≦6.3a、最大高さRz≦25Sであることが好ましい。なお、平均算術粗さRaの基準長さは、2.5mmであり、最大高さRzの基準長さは、2.5mmである。平均算術粗さRaの評価長さは、12.5mmであり、最大高さRzの評価長さは、12.5mmである。
That is, the surface of the
坩堝蓋体22は、坩堝本体21の開口を塞ぐように構成される。坩堝蓋体22は、種結晶配置面22Aを有しており、種結晶配置面22Aには、炭化珪素単結晶の種結晶220が配置される。種結晶配置面22Aは、坩堝20内において、原料配置面21Aと対向する面である。坩堝20の底面又は坩堝20の天面から見て、種結晶配置面22Aは、例えば、円形状を有する。
The
支持棒30は、石英管10内において、坩堝20を支持する棒状部材である。詳細には、支持棒30は、坩堝本体21を支持しており、坩堝本体21をA方向に沿って移動可能に構成される。
The
加熱部40は、石英管10の外周に設けられており、坩堝20内に配置される原材料210及び種結晶220を加熱する。すなわち、加熱部40は、坩堝20の外側から坩堝20の内部を加熱する。詳細には、加熱部40は、複数のコイルによって構成されており、複数のコイルは、石英管10の外周に沿って配置される。
The
第1実施形態において、坩堝蓋体22は、種結晶配置面22Aの外周に設けられており、種結晶配置面22Aから立設する封止部材50を有する。詳細には、封止部材50は、壁体50Aと、フランジ体50Bとを有する。壁体50Aは、種結晶配置面22AからA方向に立設しており、フランジ体50Bは、壁体50Aの先端から坩堝蓋体22の外側に張り出している。
In the first embodiment, the
例えば、封止部材50は、黒鉛によって構成される。或いは、封止部材50は、黒鉛によって構成される本体の少なくとも一部が炭化珪素によって被覆される構成を有する。
For example, the sealing
ここで、封止部材50を構成する黒鉛のかさ密度は、坩堝本体21と同様に、1.8g/cm3以上であることが好ましい。また、封止部材50の表面研磨仕上げ精度は、坩堝本体21と同様に、▽▽以上であることが好ましい。
Here, the bulk density of the graphite constituting the sealing
第1実施形態において、原料配置面21Aと種結晶配置面22Aとの間において、坩堝20の内壁21Bから坩堝20の内側に突出する突出部分60が設けられる。坩堝20の底面又は坩堝20の天面から見て、突出部分60は、坩堝20の内壁21Bに沿って連続する円環形状を有する。突出部分60は、坩堝20の内壁21Bの炭化部分から飛散する炭素粉を遮る機能を有する。
In the first embodiment, a protruding
ここで、突出部分60は、タンタルによって構成されていることが好ましい。これによって、坩堝20の内壁21Bの炭化部分から飛散する炭素粉とタンタルとの反応によって、突出部分60の表面にタンタルカーバイドが生じる。これによって、坩堝20の内壁21Bの炭化部分から飛散する炭素粉が種結晶220に到達する量がさらに削減される。
Here, the protruding
突出部分60は、坩堝20(ここでは、坩堝本体21)と一体として設けられていてもよく、坩堝20(ここでは、坩堝本体21)と別体として設けられていてもよい。突出部分60が坩堝20と別体として設けられる場合には、突出部分60は、原材料210上に載置される。
The protruding
例えば、突出部分60がタンタルによって構成される場合には、突出部分60を交換できるように、突出部分60が坩堝20と別体として設けられることが好ましい。
For example, when the protruding
(突出部分)
以下において、第1実施形態に係る突出部分について説明する。図2は、第1実施形態に係る突出部分60を示す図である。図2は、坩堝20の底面又は坩堝20の天面から坩堝20を見た図である。
(Protruding part)
Below, the protrusion part which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 2 is a diagram illustrating the protruding
ここで、長さL1は、坩堝20の内壁21Bから坩堝20の中心Oまでの距離(坩堝20の径)である。長さL2は、種結晶配置面22Aの外周から坩堝20の中心Oまでの距離(種結晶配置面22Aの径)である。間隔L3は、原料配置面21Aの外周と種結晶配置面22Aの外周との間の間隔である。すなわち、間隔L3は、長さL1から長さL2を除いた値である。突出長L4は、坩堝20の内壁21Bから坩堝20の内側に向かう突出部分60の突出長である。
Here, the length L 1 is the distance from the
ここで、突出長L4は、長さL1の1%以上100%以下であることが好ましい。好ましくは、突出長L4は、長さL1の20%以上100%以下であることが好ましい。突出長L4が長さL1の20%以上であるため、坩堝20の内壁21Bの炭化部分から飛散する炭素粉が突出部分60によってさらに効果的に遮られる。一方で、突出長L4が長さL1の100%以下であるため、原料配置面21Aの加熱によって原料配置面21Aから飛散する炭素粉や珪素粉が突出部分60によって遮られずに種結晶220に到達する。
Here, the protrusion length L 4 is preferably 1% or more and 100% or less of the length L 1 . Preferably, the protrusion length L 4 is 20% or more and 100% or less of the length L 1 . Since the protrusion length L 4 is 20% or more of the length L 1, the carbon powder scattered from carbonized portion of the
(炭化珪素単結晶の製造方法)
以下において、第1実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。図3は、第1実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法を示すフロー図である。なお、以下においては、上述した製造装置100を用いて炭化珪素単結晶を製造するケースについて説明する。
(Method for producing silicon carbide single crystal)
Below, the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 3 is a flowchart showing the method for manufacturing the silicon carbide single crystal according to the first embodiment. In the following, a case where a silicon carbide single crystal is manufactured using
図3に示すように、ステップ10において、炭化珪素単結晶によって構成される種結晶220を準備する。
As shown in FIG. 3, in
ステップ20において、炭化珪素単結晶によって構成される種結晶220及び炭化珪素単結晶の原材料210を坩堝20内に配置する。詳細には、種結晶220は、坩堝蓋体22の種結晶配置面22Aに配置され、原材料210は、坩堝本体21の原料配置面21Aに配置される。
In
ステップ30において、種結晶220及び原材料210を加熱することによって、原材料210を昇華して、昇華された原材料210を種結晶220において再結晶する。詳細には、石英管10の外周に設けられる加熱部40によって、坩堝20内に配置される種結晶220及び原材料210を加熱する。
In
(作用及び効果)
第1実施形態では、原料配置面21Aと種結晶配置面22Aとの間において、坩堝20の内壁21Bから坩堝20の内側に突出する突出部分60が設けられる。従って、坩堝20の内壁21Bの炭化部分から飛散する炭素粉が突出部分60で遮られて、種結晶配置面22Aに到達しにくい。坩堝20の内壁の全体をタンタルで被覆しなくても、炭素の比率上昇に伴う品質劣化を抑制することができる。
(Function and effect)
In the first embodiment, a protruding
[評価結果]
評価結果1:カーボンインクルージョンの発生数
評価結果2:突出長L4が長さL1の20%以上100%以下である点に対する裏付け
評価結果3:封止部材を構成する黒鉛のかさ密度が1.8g/cm3以上である点に対する裏付け
評価結果4:封止部材の表面研磨仕上げ精度が▽▽以上である点に対する裏付け
[Evaluation results]
Evaluation result 1: Number of occurrences of carbon inclusion Evaluation result 2: Support for the fact that the protrusion length L 4 is 20% or more and 100% or less of the length L 1 Evaluation result 3: The bulk density of graphite constituting the sealing member is 1 .Backing up to a point of 8 g / cm 3 or more Evaluation result 4: Backing up to a point where the surface polishing finish accuracy of the sealing member is more than ▽▽
[その他の実施形態]
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
[Other Embodiments]
Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
実施形態において、坩堝20の底面又は坩堝20の天面から見て、突出部分60は、坩堝20の内壁21Bに沿って連続する円環形状を有する。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。突出部分60は、坩堝20の内壁21Bに沿って不連続な円環形状を有していてもよい。このようなケースにおいて、坩堝20の内壁21Bの全周に対して、99%以上の部位に突出部分60が設けられることが好ましい。
In the embodiment, when viewed from the bottom surface of the
10…石英管、20…坩堝、21…坩堝本体、21A…原料配置面、21B…内壁、22…坩堝蓋体、22A…種結晶配置面、30…支持棒、40…加熱部、50…封止部材、60…突出部分、100…製造装置、210…原材料、220…種結晶
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記坩堝は、前記炭化珪素単結晶の原材料が配置される原材料配置面と、前記炭化珪素単結晶の種結晶が配置される種結晶配置面とを有しており、
前記原材料配置面は、前記種結晶配置面と対向しており、
前記原材料配置面と前記種結晶配置面との間において、前記坩堝の内壁から前記坩堝の内側に突出する突出部分が設けられることを特徴とする製造装置。 A silicon carbide single crystal manufacturing apparatus comprising a crucible having a cylindrical shape and a heater for heating the inside of the crucible from the outside of the crucible,
The crucible has a raw material arrangement surface on which a raw material of the silicon carbide single crystal is arranged, and a seed crystal arrangement surface on which a seed crystal of the silicon carbide single crystal is arranged,
The raw material arrangement surface is opposed to the seed crystal arrangement surface,
A manufacturing apparatus, characterized in that a protruding portion that protrudes from the inner wall of the crucible to the inside of the crucible is provided between the raw material arrangement surface and the seed crystal arrangement surface.
前記坩堝の底面又は天面から見て、前記原材料配置面の外周と前記種結晶配置面の外周との間隔が間隔Lである場合において、前記坩堝の内壁から前記坩堝の内側に向かう前記突出部分の突出長は、前記間隔Lの1%以上100%以下であることを特徴とする請求項1に記載の製造装置。 When viewed from the bottom or top surface of the crucible, the raw material arrangement surface projects outside the seed crystal arrangement surface,
When the distance between the outer periphery of the raw material arrangement surface and the outer periphery of the seed crystal arrangement surface is a distance L when viewed from the bottom surface or the top surface of the crucible, the projecting portion from the inner wall of the crucible toward the inside of the crucible 2. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a protruding length of is 1% to 100% of the interval L. 3.
前記封止部材は、黒鉛によって構成されることを特徴とする請求項1に記載の製造装置。 The outer periphery of the seed crystal arrangement surface is provided with a sealing member standing on the raw material arrangement surface side,
The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the sealing member is made of graphite.
前記封止部材は、黒鉛によって構成される本体の少なくとも一部が炭化珪素によって被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の製造装置。 The outer periphery of the seed crystal arrangement surface is provided with a sealing member standing on the raw material arrangement surface side,
The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the sealing member has at least a part of a main body made of graphite covered with silicon carbide.
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