JP2016088805A - Device and method for producing silicon carbide single crystal - Google Patents

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JP2016088805A JP2014225151A JP2014225151A JP2016088805A JP 2016088805 A JP2016088805 A JP 2016088805A JP 2014225151 A JP2014225151 A JP 2014225151A JP 2014225151 A JP2014225151 A JP 2014225151A JP 2016088805 A JP2016088805 A JP 2016088805A
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原田 真
Makoto Harada
真 原田
勉 堀
Tsutomu Hori
勉 堀
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a decrease in growth speed in crystal growth of silicon carbide by a sublimation method.SOLUTION: A silicon carbide single crystal production device 100 includes: a crucible 5 having a top surface 5a, a bottom surface 5b opposite to the top surface 5a, and a cylindrical side surface 5c located between the top surface 5a and the bottom surface 5b; a first resistance heater 2a installed so as to face the top surface 5a; a second resistance heater 2b installed so as to face the bottom surface 5b; a third resistance heater 2c configured to enclose the side surface 5c; and a control part controlling the first resistance heater 2a, the second resistance heater 2b, and the third resistance heater 2c. When temperatures of the top surface 5a, the bottom surface 5b, and the side surface 5c are respectively designated as Ta, Tb, and Tc, the control part controls the first resistance heater 2a, the second resistance heater 2b, and the third resistance heater 2c so as to satisfy 2,100°C≤Tc≤2,400°C and Ta<Tb<Tc.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、炭化珪素単結晶の製造装置およ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 silicon carbide single crystal manufacturing method.

特表2012−510951号公報(特許文献1)には、坩堝と、該坩堝の上部の上方に離間して配置された第1の抵抗ヒータと、該坩堝の底部の下方に離間して配置された第2の抵抗ヒータとを備える、軸勾配成長装置が開示されている。   In Japanese Translation of PCT International Publication No. 2012-510951 (Patent Document 1), a crucible, a first resistance heater spaced apart above the crucible, and a space below the bottom of the crucible are arranged. An axial gradient growth apparatus comprising a second resistance heater is disclosed.

特表2012−510951号公報Special table 2012-510951 gazette

昇華法による炭化珪素の結晶成長において、成長速度の低下を抑制することができる、炭化珪素単結晶の製造装置および炭化珪素単結晶の製造方法の提供を目的とする。   An object of the present invention is to provide a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and a silicon carbide single crystal manufacturing method capable of suppressing a decrease in growth rate in crystal growth of silicon carbide by a sublimation method.

本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、頂面と、該頂面と反対側の底面と、該頂面と該底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、該頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、該底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、該側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、該第1抵抗ヒータ、該第2抵抗ヒータおよび該第3抵抗ヒータを制御する制御部と、を備える。頂面の温度をTa、底面の温度をTb、側面の温度をTcとするとき、制御部は、2100℃≦Tc≦2400℃、かつTa<Tb<Tcとなるように、第1抵抗ヒータ、第2抵抗ヒータおよび第3抵抗ヒータを制御する。   An apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the present invention includes a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface. A first resistance heater provided to face the top surface, a second resistance heater provided to face the bottom surface, a third resistance heater configured to surround the side surface, A control unit that controls the one-resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater. When the temperature of the top surface is Ta, the temperature of the bottom surface is Tb, and the temperature of the side surface is Tc, the control unit has a first resistance heater such that 2100 ° C. ≦ Tc ≦ 2400 ° C. and Ta <Tb <Tc. The second resistance heater and the third resistance heater are controlled.

本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、頂面と、該頂面と反対側の底面と、該頂面と該底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、該頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、該底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、該側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、該坩堝の内部に設けられた原料と、該坩堝の内部において該原料と対面して設けられた種結晶と、を準備する工程と、該原料を昇華させることにより、該種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備える。成長させる工程では、頂面から底面に向かう方向において、原料と種結晶との間で側面の温度を計測し、該頂面の温度をTa、該底面の温度をTb、該側面の温度をTcとするとき、Ta<Tb<Tcとなるように、第1抵抗ヒータ、第2抵抗ヒータおよび第3抵抗ヒータを制御する。   A method for manufacturing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the present invention includes a crucible having a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface. A first resistance heater provided to face the top surface, a second resistance heater provided to face the bottom surface, a third resistance heater configured to surround the side surface, and the crucible Preparing a raw material provided in the inside of the crucible and a seed crystal provided facing the raw material in the crucible; and sublimating the raw material to thereby form a silicon carbide single crystal on the seed crystal. And growing the step. In the growth step, the temperature of the side surface is measured between the raw material and the seed crystal in the direction from the top surface to the bottom surface, the temperature of the top surface is Ta, the temperature of the bottom surface is Tb, and the temperature of the side surface is Tc. , The first resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater are controlled so that Ta <Tb <Tc.

上記によれば、昇華法による炭化珪素の結晶成長において、成長速度の低下を抑制することができる。   According to the above, it is possible to suppress a decrease in growth rate in silicon carbide crystal growth by the sublimation method.

本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a structure of the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of a structure of the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal which concerns on 1 aspect of this invention. 第1抵抗ヒータの構成の一例を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows an example of a structure of a 1st resistance heater. 第2抵抗ヒータの構成の一例を示す模式的な平面図である。It is a typical top view showing an example of the composition of the 2nd resistance heater. 第3抵抗ヒータの構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of a 3rd resistance heater. 第3抵抗ヒータと坩堝との位置関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positional relationship of a 3rd resistance heater and a crucible. 坩堝の側面での測定位置を図解する模式図である。It is a schematic diagram illustrating the measurement position on the side surface of the crucible. 本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the silicon carbide single crystal which concerns on 1 aspect of this invention. 結晶成長工程における温度制御および圧力制御の一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of temperature control and pressure control in a crystal growth process.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、
〔1〕頂面と、該頂面と反対側の底面と、該頂面と該底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、該頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、該底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、該側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、該第1抵抗ヒータ、該第2抵抗ヒータおよび該第3抵抗ヒータを制御する制御部と、を備える。頂面の温度をTa、底面の温度をTb、側面の温度をTcとするとき、制御部は、2100℃≦Tc≦2400℃、Ta<Tb<Tcとなるように、第1抵抗ヒータ、第2抵抗ヒータおよび第3抵抗ヒータを制御する。
An apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the present invention provides:
[1] A crucible having a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface, and a crucible provided to face the top surface A first resistance heater, a second resistance heater provided to face the bottom surface, a third resistance heater configured to surround the side surface, the first resistance heater, the second resistance heater, and the third A control unit for controlling the resistance heater. When the top surface temperature is Ta, the bottom surface temperature is Tb, and the side surface temperature is Tc, the control unit sets the first resistance heater, the second resistance heater, the second resistance heater, Control the two-resistance heater and the third resistance heater.

昇華法とは、坩堝内の底部に配置された原料を高温下で昇華させ、昇華した原料(ガス)を、坩堝内の上部に配置された種結晶上で再結晶化させる結晶成長方法である。昇華法では、坩堝の底面の温度が、頂面の温度よりも高くなるように制御される。しかし坩堝の側面の温度が、底面の温度よりも低くなると、昇華した原料の一部が種結晶へと流れずに、温度の低い側面へと流れ、側面上に付着する場合がある。この場合、種結晶への原料の供給量が減少し、単結晶の成長速度が低下することになる。   The sublimation method is a crystal growth method in which a raw material placed at the bottom of a crucible is sublimated at a high temperature, and the sublimated raw material (gas) is recrystallized on a seed crystal placed at the top of the crucible. . In the sublimation method, the temperature of the bottom surface of the crucible is controlled to be higher than the temperature of the top surface. However, when the temperature of the side surface of the crucible becomes lower than the temperature of the bottom surface, a part of the sublimated raw material may flow to the low temperature side surface and adhere to the side surface without flowing to the seed crystal. In this case, the amount of raw material supplied to the seed crystal is reduced, and the growth rate of the single crystal is reduced.

そこで上記〔1〕の製造装置は、坩堝の頂面を加熱する第1抵抗ヒータおよび坩堝の底面を加熱する第2抵抗ヒータに加えて、坩堝の側面を加熱する第3抵抗ヒータを備える。さらに当該製造装置の制御部は、坩堝の頂面、底面および側面のうち、側面の温度が最も高くなるように、各抵抗ヒータを制御する。これにより、昇華した原料は種結晶へと供給されるようになり、昇華した原料が側面へと流れることに伴う成長速度の低下が抑制される。   Accordingly, the manufacturing apparatus [1] includes a third resistance heater for heating the side surface of the crucible in addition to the first resistance heater for heating the top surface of the crucible and the second resistance heater for heating the bottom surface of the crucible. Furthermore, the control part of the said manufacturing apparatus controls each resistance heater so that the temperature of a side surface becomes the highest among the top surface, bottom surface, and side surface of a crucible. As a result, the sublimated raw material is supplied to the seed crystal, and a decrease in growth rate due to the flow of the sublimated raw material to the side surface is suppressed.

〔2〕上記の製造装置は、頂面の温度を計測する第1計測部と、底面の温度を計測する第2計測部と、側面の温度を計測する第3計測部と、をさらに備えることが好ましい。頂面、底面および側面の温度の測定結果を温度制御に反映させるためである。   [2] The manufacturing apparatus further includes a first measurement unit that measures the temperature of the top surface, a second measurement unit that measures the temperature of the bottom surface, and a third measurement unit that measures the temperature of the side surface. Is preferred. This is to reflect the temperature measurement results of the top surface, the bottom surface, and the side surface in the temperature control.

〔3〕第3抵抗ヒータは、頂面から底面に向かう方向において、第3計測部が測定している側面の測定位置と重なる位置に設けられていることが好ましい。側面の温度制御を精度よく行うためである。   [3] The third resistance heater is preferably provided at a position overlapping the measurement position of the side surface measured by the third measurement unit in the direction from the top surface to the bottom surface. This is for accurately controlling the temperature of the side surface.

〔4〕側面の測定位置は、頂面から底面に向かう方向において、該頂面からの距離が20mm以上100mm以下となる位置に設定されていることが好ましい。昇華した原料の移送空間に対応した位置で側面の温度を計測し、それに基づき側面の温度制御を行うためである。   [4] The measurement position of the side surface is preferably set to a position where the distance from the top surface is 20 mm or more and 100 mm or less in the direction from the top surface to the bottom surface. This is because the side surface temperature is measured at a position corresponding to the sublimated raw material transfer space, and the side surface temperature is controlled based on the measured side surface temperature.

〔5〕上記の製造装置は、坩堝から見て第3抵抗ヒータの外側に設けられ、第3計測部に対応した位置に貫通孔を有する断熱材をさらに備えることが好ましい。断熱材の外側に第3計測部を配置することにより、断熱材によって第3計測部を高温から保護することができる。   [5] It is preferable that the manufacturing apparatus further includes a heat insulating material provided outside the third resistance heater as viewed from the crucible and having a through hole at a position corresponding to the third measurement unit. By arrange | positioning a 3rd measurement part on the outer side of a heat insulating material, a 3rd measurement part can be protected from high temperature with a heat insulating material.

本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、
〔6〕頂面と、該頂面と反対側の底面と、該頂面と該底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、該頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、該底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、該側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、該第1抵抗ヒータ、該第2抵抗ヒータおよび該第3抵抗ヒータを制御する制御部と、該頂面の温度を計測する第1計測部と、該底面の温度を計測する第2計測部と、該側面の温度を計測する第3計測部と、該坩堝から見て該第3抵抗ヒータの外側に設けられ、該第3計測部に対応した位置に貫通孔を有する断熱材と、を備える。第3抵抗ヒータは、頂面から底面に向かう方向において、第3計測部が測定している側面の測定位置と重なる位置に設けられている。側面の測定位置は、頂面から底面に向かう方向において、該頂面からの距離が20mm以上100mm以下となる位置に設定されている。頂面の温度をTa、底面の温度をTb、側面の温度をTcとするとき、制御部は、2100℃≦Tc≦2400℃、かつTa<Tb<Tcとなるように、第1抵抗ヒータ、第2抵抗ヒータおよび第3抵抗ヒータを制御する。
An apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the present invention provides:
[6] A crucible having a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface, and a crucible provided to face the top surface A first resistance heater, a second resistance heater provided to face the bottom surface, a third resistance heater configured to surround the side surface, the first resistance heater, the second resistance heater, and the third A control unit that controls the resistance heater, a first measurement unit that measures the temperature of the top surface, a second measurement unit that measures the temperature of the bottom surface, a third measurement unit that measures the temperature of the side surface, A heat insulating material provided outside the third resistance heater as viewed from the crucible and having a through hole at a position corresponding to the third measurement unit. The third resistance heater is provided at a position overlapping the measurement position on the side surface measured by the third measurement unit in the direction from the top surface to the bottom surface. The measurement position of the side surface is set to a position where the distance from the top surface is 20 mm or more and 100 mm or less in the direction from the top surface to the bottom surface. When the temperature of the top surface is Ta, the temperature of the bottom surface is Tb, and the temperature of the side surface is Tc, the control unit has a first resistance heater such that 2100 ° C. ≦ Tc ≦ 2400 ° C. and Ta <Tb <Tc. The second resistance heater and the third resistance heater are controlled.

この炭化珪素単結晶の製造装置によれば、成長速度の低下が抑制される。   According to this silicon carbide single crystal manufacturing apparatus, a decrease in growth rate is suppressed.

本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、
〔7〕頂面と、該頂面と反対側の底面と、該頂面と該底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、該頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、該底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、該側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、該坩堝の内部に設けられた原料と、該坩堝の内部において該原料と対面して設けられた種結晶と、を準備する工程と、該原料を昇華させることにより、該種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備える。成長させる工程では、頂面から底面に向かう方向において、原料と種結晶との間で側面の温度を計測し、該頂面の温度をTa、該底面の温度をTb、該側面の温度をTcとするとき、Ta<Tb<Tcとなるように、第1抵抗ヒータ、第2抵抗ヒータおよび第3抵抗ヒータを制御する。
A method for producing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the present invention includes:
[7] A crucible having a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface, and a crucible provided to face the top surface 1 resistance heater, 2nd resistance heater provided facing this bottom face, 3rd resistance heater comprised so that this side surface might be surrounded, The raw material provided in the inside of this crucible, The inside of this crucible And a step of preparing a seed crystal facing the raw material and a step of growing a silicon carbide single crystal on the seed crystal by sublimating the raw material. In the growth step, the temperature of the side surface is measured between the raw material and the seed crystal in the direction from the top surface to the bottom surface, the temperature of the top surface is Ta, the temperature of the bottom surface is Tb, and the temperature of the side surface is Tc. , The first resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater are controlled so that Ta <Tb <Tc.

この製造方法では、原料と種結晶との間で坩堝の側面の温度を計測する。この測定位置は、昇華した原料の移送空間に対応した位置である。この製造方法では、坩堝の頂面、底面および側面のうち、側面の温度が最も高くなるように制御する。これにより、昇華した原料が側面側へと流れることを抑制できる。よって昇華した原料が側面側へと流れることに伴う成長速度の低下を抑制できる。   In this manufacturing method, the temperature of the side surface of the crucible is measured between the raw material and the seed crystal. This measurement position is a position corresponding to the transport space of the sublimated raw material. In this manufacturing method, the temperature of the side surface is controlled to be the highest among the top surface, the bottom surface, and the side surface of the crucible. Thereby, it can suppress that the sublimated raw material flows into the side surface side. Therefore, it is possible to suppress a decrease in growth rate due to the sublimated raw material flowing to the side surface side.

〔8〕成長させる工程では、側面の温度が2100℃以上2400℃以下であることが好ましい。   [8] In the growing step, the temperature of the side surface is preferably 2100 ° C. or higher and 2400 ° C. or lower.

〔9〕成長させる工程では、側面の温度と底面の温度との温度差が100℃未満であってもよい。   [9] In the growing step, the temperature difference between the side surface temperature and the bottom surface temperature may be less than 100 ° C.

〔10〕成長させる工程では、坩堝の内部の圧力が0.5kPa以上5kPa以下であってもよい。   [10] In the growing step, the pressure inside the crucible may be 0.5 kPa or more and 5 kPa or less.

〔11〕上記の製造方法は、成長させる工程の後に、Tc=Tb=Taとなるように調整する工程と、調整する工程の後に、頂面の温度、底面の温度および側面の温度を降温する工程と、をさらに備えることが好ましい。成長後の炭化珪素単結晶において、熱歪みの発生を抑制するためである。   [11] In the manufacturing method described above, after the growing step, the step of adjusting so that Tc = Tb = Ta, and the temperature of the top surface, the bottom surface, and the side surface are lowered after the adjusting step. It is preferable to further include a process. This is for suppressing the occurrence of thermal strain in the grown silicon carbide single crystal.

本発明の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造方法は、
〔12〕頂面と、該頂面と反対側の底面と、該頂面と該底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、該頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、該底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、該側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、該坩堝の内部に設けられた原料と、該坩堝の内部において該原料と対面して設けられた種結晶と、を準備する工程と、該原料を昇華させることにより、該種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備える。成長させる工程では、坩堝の内部の圧力を0.5kPa以上5kPa以下に制御し、頂面から底面に向かう方向において、原料と種結晶との間で側面の温度を計測する。さらに成長させる工程では、頂面の温度をTa、底面の温度をTb、側面の温度をTcとするとき、2100℃≦Tc≦2400℃、Ta<Tb<TcかつTc−Tb<100℃となるように、第1抵抗ヒータ、第2抵抗ヒータおよび第3抵抗ヒータを制御する。
A method for producing a silicon carbide single crystal according to one embodiment of the present invention includes:
[12] A crucible having a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface, and a crucible provided to face the top surface 1 resistance heater, 2nd resistance heater provided facing this bottom face, 3rd resistance heater comprised so that this side surface might be surrounded, The raw material provided in the inside of this crucible, The inside of this crucible And a step of preparing a seed crystal facing the raw material and a step of growing a silicon carbide single crystal on the seed crystal by sublimating the raw material. In the growing step, the pressure inside the crucible is controlled to 0.5 kPa or more and 5 kPa or less, and the temperature of the side surface is measured between the raw material and the seed crystal in the direction from the top surface to the bottom surface. Further, in the growth step, when the top surface temperature is Ta, the bottom surface temperature is Tb, and the side surface temperature is Tc, 2100 ° C. ≦ Tc ≦ 2400 ° C., Ta <Tb <Tc and Tc−Tb <100 ° C. Thus, the first resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater are controlled.

この製造方法によれば、成長速度の低下を抑制することができる。   According to this manufacturing method, a decrease in growth rate can be suppressed.

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の一実施形態(以下「本実施形態」と記す)について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。また本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。ここで結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”−”(バー)を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現している。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail, but the present embodiment is not limited thereto. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the same description is not repeated. In the crystallographic description of the present specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. Here, a negative crystallographic index is usually expressed by adding a “−” (bar) above a number, but in this specification, by attaching a negative sign before the number. It represents a negative index in crystallography.

〔炭化珪素単結晶の製造装置〕
先ず、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の概略を説明する。図1は、製造装置100の構成の一例を示す概念図である。図1に示される製造装置100は、昇華法によって炭化珪素単結晶を製造するための装置である。製造装置100は、坩堝5、抵抗ヒータ2、計測部9、電源8および制御部20を備える。制御部20は、抵抗ヒータ2に供給すべき電力量を決定して、電源8へと指令を出す。電源8は、制御部20からの指令に基づいて、抵抗ヒータ2へと電力を供給する。抵抗ヒータ2は電力の供給を受けて抵抗加熱され、熱を放射して坩堝5を加熱する。後述するように本実施形態では、図2に示す坩堝5の頂面5aの温度をTa、坩堝5の底面5bの温度をTb、坩堝5の側面5cの温度をTcとするとき、2100℃≦Tc≦2400℃、かつTa<Tb<Tcとなるように、図1に示す制御部20が抵抗ヒータ2を制御し、それにより成長速度の低下が抑制される。
[Silicon carbide single crystal manufacturing equipment]
First, an outline of a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of the configuration of the manufacturing apparatus 100. A manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 is an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal by a sublimation method. The manufacturing apparatus 100 includes a crucible 5, a resistance heater 2, a measuring unit 9, a power supply 8, and a control unit 20. The control unit 20 determines the amount of power to be supplied to the resistance heater 2 and issues a command to the power supply 8. The power supply 8 supplies power to the resistance heater 2 based on a command from the control unit 20. The resistance heater 2 receives resistance and is heated by resistance, and radiates heat to heat the crucible 5. As described later, in this embodiment, when the temperature of the top surface 5a of the crucible 5 shown in FIG. 2 is Ta, the temperature of the bottom surface 5b of the crucible 5 is Tb, and the temperature of the side surface 5c of the crucible 5 is Tc, 2100 ° C. ≦ The control unit 20 shown in FIG. 1 controls the resistance heater 2 so that Tc ≦ 2400 ° C. and Ta <Tb <Tc, thereby suppressing a decrease in growth rate.

図1に示されるように、製造装置100は計測部9を備えていてもよい。坩堝5の温度制御を精度よく行うためである。この場合、計測部9は、予め決められた測定位置で坩堝5の温度を計測し、計測結果を制御部20へと伝達する。制御部20は、計測部9での計測結果に基づき、抵抗ヒータ2に供給すべき電力量を調整する。すなわち制御部20は、フィードバック制御を行う。ただし本実施形態においては、温度Ta、TbおよびTcが上記の関係を満たすように制御できればよく、計測部9は必須ではない。以下、製造装置100の構成をさらに詳細に説明する。   As shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus 100 may include a measurement unit 9. This is for accurately controlling the temperature of the crucible 5. In this case, the measurement unit 9 measures the temperature of the crucible 5 at a predetermined measurement position and transmits the measurement result to the control unit 20. The control unit 20 adjusts the amount of power to be supplied to the resistance heater 2 based on the measurement result of the measurement unit 9. That is, the control unit 20 performs feedback control. However, in the present embodiment, it is only necessary to control the temperatures Ta, Tb, and Tc so as to satisfy the above relationship, and the measuring unit 9 is not essential. Hereinafter, the configuration of the manufacturing apparatus 100 will be described in more detail.

図2は、製造装置100の構成の一例を示す模式的な断面図である。図2に示されるように製造装置100は、チャンバ6を備え、チャンバ6の内部に、坩堝5、第1抵抗ヒータ2a、第2抵抗ヒータ2b、第3抵抗ヒータ2cおよび断熱材15を備えている。断熱材15、坩堝5および各抵抗ヒータは、たとえば黒鉛から構成される。断熱材15、坩堝5および各抵抗ヒータは、製造過程で不可避的に混入する不純物を含むこともある。ここでの不純物とは、たとえば製造に使用される切削工具等に由来する金属等である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the manufacturing apparatus 100. As shown in FIG. 2, the manufacturing apparatus 100 includes a chamber 6, and the chamber 6 includes a crucible 5, a first resistance heater 2 a, a second resistance heater 2 b, a third resistance heater 2 c, and a heat insulating material 15. Yes. The heat insulating material 15, the crucible 5, and each resistance heater are comprised, for example from graphite. The heat insulating material 15, the crucible 5 and each resistance heater may contain impurities inevitably mixed in the manufacturing process. The impurity here is, for example, a metal derived from a cutting tool or the like used for manufacturing.

また製造装置100は、チャンバ6の外部に、第1計測部9a、第2計測部9bおよび第3計測部9cを備えている。   In addition, the manufacturing apparatus 100 includes a first measurement unit 9a, a second measurement unit 9b, and a third measurement unit 9c outside the chamber 6.

〔坩堝〕
坩堝5は、種結晶11を保持できるように構成された台座3と、原料12を収容できる有底筒状の収容部4とを備えている。台座3は、種結晶11の裏面11bと接する種結晶保持面3aを有する。台座3において種結晶保持面3aの反対側は、坩堝5の頂面5aを構成している。収容部4は、たとえば円筒形状を有し、坩堝5の底面5bおよび側面5cを構成している。すなわち坩堝5は、頂面5aと、頂面5aの反対側の底面5bと、頂面5aと底面5bとの間に位置する筒状の側面5cとを有するものである。
〔crucible〕
The crucible 5 includes a pedestal 3 configured to hold the seed crystal 11 and a bottomed cylindrical storage portion 4 that can store the raw material 12. The pedestal 3 has a seed crystal holding surface 3 a in contact with the back surface 11 b of the seed crystal 11. In the pedestal 3, the opposite side of the seed crystal holding surface 3 a constitutes the top surface 5 a of the crucible 5. The accommodating part 4 has a cylindrical shape, for example, and constitutes a bottom surface 5 b and a side surface 5 c of the crucible 5. That is, the crucible 5 has a top surface 5a, a bottom surface 5b opposite to the top surface 5a, and a cylindrical side surface 5c located between the top surface 5a and the bottom surface 5b.

〔抵抗ヒータ〕
各抵抗ヒータは、電源から電力の供給を受けて発熱し、熱を放射して坩堝5を加熱する。
[Resistance heater]
Each resistance heater receives heat from the power source to generate heat and radiates heat to heat the crucible 5.

第1抵抗ヒータ2aは、頂面5aから離間しかつ頂面5aに対面して設けられている。第2抵抗ヒータ2bは、底面5bから離間しかつ底面5bに対面して設けられている。図3および図4は、第1抵抗ヒータ2aおよび第2抵抗ヒータ2bを頂面5aあるいは底面5bの法線方向から見た場合の平面形状の一例を示す模式図である。図3および図4に示されるように、第1抵抗ヒータ2aおよび第2抵抗ヒータ2bは、旋回するにつれて中心から遠ざかる2つの曲線が当該中心で合流する形状を有することが好ましい。たとえば第1抵抗ヒータ2aおよび第2抵抗ヒータ2bは、フェルマーの螺旋形状とすることができる。   The first resistance heater 2a is provided away from the top surface 5a and facing the top surface 5a. The second resistance heater 2b is provided apart from the bottom surface 5b and facing the bottom surface 5b. 3 and 4 are schematic views showing an example of a planar shape when the first resistance heater 2a and the second resistance heater 2b are viewed from the normal direction of the top surface 5a or the bottom surface 5b. As shown in FIGS. 3 and 4, the first resistance heater 2a and the second resistance heater 2b preferably have a shape in which two curves that move away from the center as they turn meet at the center. For example, the first resistance heater 2a and the second resistance heater 2b may be Fermat's spiral shape.

図3に示されるように第1抵抗ヒータ2aは、第1電源8aに接続されており、第1電源8aから電力の供給を受ける。図3における第1抵抗ヒータ2aの幅W1は、収容部4の外径(図2中の幅W3)よりも小さく、収容部4の開口部の内径(図2中の幅W4)よりも大きいことが好ましい。   As shown in FIG. 3, the first resistance heater 2a is connected to the first power source 8a, and receives power from the first power source 8a. The width W1 of the first resistance heater 2a in FIG. 3 is smaller than the outer diameter of the housing portion 4 (width W3 in FIG. 2) and larger than the inner diameter of the opening of the housing portion 4 (width W4 in FIG. 2). It is preferable.

図4に示されるように第2抵抗ヒータ2bは、第2電源8bに接続されており、第2電源8bから電力の供給を受ける。図4における第2抵抗ヒータ2bの幅W2は、収容部4の内底面の径(図2中の幅W5)よりも大きいことが好ましい。   As shown in FIG. 4, the second resistance heater 2b is connected to the second power source 8b, and receives power from the second power source 8b. The width W2 of the second resistance heater 2b in FIG. 4 is preferably larger than the diameter of the inner bottom surface of the accommodating portion 4 (width W5 in FIG. 2).

第3抵抗ヒータ2cは、側面5cから離間しかつ側面5cを取り囲むように構成されている。図5は、第3抵抗ヒータ2cの構成の一例を示す模式図である。図5に示されるように、第3抵抗ヒータ2cは、頂面5aから底面5bに向かう方向D(図2を参照)に沿って延在する第1部分1xと、底面5b側において第1部分1xと連続して設けられ、かつ側面5cの周方向に沿って延在する第2部分2xと、第2部分2xと連続して設けられ、かつ方向Dに沿って延在する第3部分3xと、頂面5a側において第3部分3xと連続して設けられ、かつ側面5cの周方向に沿って延在する第4部分4xとを有する。第1部分1x、第2部分2x、第3部分3xおよび第4部分4xは、ヒータユニット10xを構成している。第3抵抗ヒータ2cは、複数のヒータユニット10xが連続して設けられて環状に構成されている。   The third resistance heater 2c is configured to be separated from the side surface 5c and surround the side surface 5c. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the third resistance heater 2c. As shown in FIG. 5, the third resistance heater 2c includes a first portion 1x extending along a direction D (see FIG. 2) from the top surface 5a toward the bottom surface 5b, and a first portion on the bottom surface 5b side. A second portion 2x provided continuously with 1x and extending along the circumferential direction of the side surface 5c; and a third portion 3x provided continuously with the second portion 2x and extending along the direction D. And a fourth portion 4x provided continuously with the third portion 3x on the top surface 5a side and extending along the circumferential direction of the side surface 5c. The first part 1x, the second part 2x, the third part 3x, and the fourth part 4x constitute a heater unit 10x. The third resistance heater 2c is formed in an annular shape by continuously providing a plurality of heater units 10x.

図6は、頂面5aから底面5bに向かう方向Dに沿って見た場合の第3抵抗ヒータ2cと坩堝5との位置関係を示す模式図である。図6では紙面の法線方向が、図2における方向Dに相当する。図6に示されるように、方向Dに沿って見た場合、第3抵抗ヒータ2cは、側面5cを取り囲むように設けられ、リング形状を有している。第3抵抗ヒータ2cは、第3電源8cに接続されており、第3電源8cから電力の供給を受ける。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a positional relationship between the third resistance heater 2c and the crucible 5 when viewed along the direction D from the top surface 5a toward the bottom surface 5b. In FIG. 6, the normal direction of the paper surface corresponds to the direction D in FIG. As shown in FIG. 6, when viewed in the direction D, the third resistance heater 2c is provided so as to surround the side surface 5c and has a ring shape. The third resistance heater 2c is connected to the third power source 8c and receives power from the third power source 8c.

〔計測部〕
図2に示されるように、坩堝5から見て各抵抗ヒータの外側には、断熱材15が設けられている。さらに断熱材15の外側には、チャンバ6が設けられている。第1計測部9a、第2計測部9bおよび第3計測部9cは、チャンバ6の外側に設けられており、断熱材15によって高温から保護されている。
[Measurement section]
As shown in FIG. 2, a heat insulating material 15 is provided outside each resistance heater when viewed from the crucible 5. Further, a chamber 6 is provided outside the heat insulating material 15. The first measurement unit 9a, the second measurement unit 9b, and the third measurement unit 9c are provided outside the chamber 6 and are protected from high temperatures by the heat insulating material 15.

各計測部には、たとえば放射温度計が用いられる。たとえば株式会社チノー製のパイロメータ(型番「IR−CAH8TN6」)等が好適である。パイロメータの測定波長は、たとえば1.55μmおよび0.9μmとするとよい。またパイロメータの放射率設定値は、たとえば0.9であり、距離係数は、たとえば300である。このときパイロメータの測定径は、測定距離を距離係数で除することにより求められる。たとえば測定距離が900mmの場合、測定径は3mmとなる。   For each measurement unit, for example, a radiation thermometer is used. For example, a pyrometer manufactured by Chino Co., Ltd. (model number “IR-CAH8TN6”) is suitable. For example, the measurement wavelength of the pyrometer may be 1.55 μm and 0.9 μm. The emissivity setting value of the pyrometer is 0.9, for example, and the distance coefficient is 300, for example. At this time, the measurement diameter of the pyrometer is obtained by dividing the measurement distance by the distance coefficient. For example, when the measurement distance is 900 mm, the measurement diameter is 3 mm.

図2に示されるように第1計測部9aは、頂面5aに対面して設けられ、頂面5aの温度Taを計測する。頂面5a上の測定位置5a1と、第1計測部9aとを結ぶ直線上において、チャンバ6にはビューポート6aが設けられており、断熱材15には貫通孔15aが設けられている。ビューポート6aは、たとえば石英製の窓である。また図3に示されるように第1抵抗ヒータ2aは、隙間2a1を有している。第1計測部9aは、ビューポート6a、貫通孔15aおよび隙間2a1を通して、測定位置5a1からの放射光をとらえ、測定位置5a1での温度Taを計測する。本実施形態において測定位置5a1と第1計測部9aとの距離は、好ましくは300mm以上1000mm以下であり、より好ましくは500mm以上800mm以下である。   As shown in FIG. 2, the first measuring unit 9a is provided to face the top surface 5a and measures the temperature Ta of the top surface 5a. On the straight line connecting the measurement position 5a1 on the top surface 5a and the first measurement unit 9a, the chamber 6 is provided with a view port 6a, and the heat insulating material 15 is provided with a through hole 15a. The viewport 6a is, for example, a quartz window. As shown in FIG. 3, the first resistance heater 2a has a gap 2a1. The first measurement unit 9a captures the radiated light from the measurement position 5a1 through the viewport 6a, the through hole 15a, and the gap 2a1, and measures the temperature Ta at the measurement position 5a1. In the present embodiment, the distance between the measurement position 5a1 and the first measurement unit 9a is preferably 300 mm or more and 1000 mm or less, and more preferably 500 mm or more and 800 mm or less.

第2計測部9bは、底面5bに対面して設けられ、底面5bの温度Tbを計測する。第1計測部9aと同様に、第2計測部9bは、ビューポート6b、貫通孔15bおよび隙間2b1(図4を参照)を通して、測定位置5b1からの放射光をとらえ、測定位置5b1での温度Tbを計測する。本実施形態において測定位置5b1と第2計測部9bとの距離は、好ましくは300mm以上1000mm以下であり、より好ましくは500mm以上800mm以下である。   The 2nd measurement part 9b is provided facing the bottom face 5b, and measures the temperature Tb of the bottom face 5b. Similar to the first measurement unit 9a, the second measurement unit 9b captures the radiated light from the measurement position 5b1 through the view port 6b, the through hole 15b, and the gap 2b1 (see FIG. 4), and the temperature at the measurement position 5b1. Tb is measured. In the present embodiment, the distance between the measurement position 5b1 and the second measurement unit 9b is preferably 300 mm or greater and 1000 mm or less, and more preferably 500 mm or greater and 800 mm or less.

第3計測部9cは、側面5cに対面して設けられ、側面5cの温度Tcを計測する。側面5c上の測定位置5c1と、第3計測部9cとを結ぶ直線上には、ビューポート6c、貫通孔15cが設けられている。また図5に示されるように、第3抵抗ヒータ2cは隙間2c1を有している。図7に示されるように第3計測部9cは、ビューポート6c(図2を参照)、貫通孔15cおよび隙間2c1を通して、測定位置5c1からの放射光をとらえ、測定位置5c1での温度Tcを計測する。本実施形態において測定位置5c1と第3計測部9cとの距離は、好ましくは300mm以上1000mm以下であり、より好ましくは500mm以上800mm以下である。   The 3rd measurement part 9c is provided facing the side surface 5c, and measures the temperature Tc of the side surface 5c. A view port 6c and a through hole 15c are provided on a straight line connecting the measurement position 5c1 on the side surface 5c and the third measurement unit 9c. As shown in FIG. 5, the third resistance heater 2c has a gap 2c1. As shown in FIG. 7, the third measurement unit 9c captures the radiated light from the measurement position 5c1 through the viewport 6c (see FIG. 2), the through hole 15c and the gap 2c1, and calculates the temperature Tc at the measurement position 5c1. measure. In the present embodiment, the distance between the measurement position 5c1 and the third measurement unit 9c is preferably 300 mm or greater and 1000 mm or less, and more preferably 500 mm or greater and 800 mm or less.

図2に示されるように、測定位置5c1は、頂面5aから底面5bに向かう方向Dにおいて、頂面5aからの距離Lが20mm以上100mm以下となる位置に設定されていることが好ましい。この位置は、昇華した原料12の移送空間に実質的に対応した位置であることから、この位置の温度を制御することにより、成長速度の低下を抑制することができる。距離Lは、より好ましくは30mm以上90mm以下であり、特に好ましくは40mm以上80mm以下であり、最も好ましくは50mm以上70mm以下である。   As shown in FIG. 2, the measurement position 5c1 is preferably set to a position where the distance L from the top surface 5a is 20 mm or more and 100 mm or less in the direction D from the top surface 5a to the bottom surface 5b. Since this position is a position substantially corresponding to the transfer space of the sublimated raw material 12, the growth rate can be prevented from decreasing by controlling the temperature at this position. The distance L is more preferably 30 mm or more and 90 mm or less, particularly preferably 40 mm or more and 80 mm or less, and most preferably 50 mm or more and 70 mm or less.

このとき第3抵抗ヒータ2cは、測定位置5c1と対応した位置を加熱できるように設けられていることが好ましい。すなわち、第3抵抗ヒータ2cは、頂面5aから底面5bに向かう方向Dにおいて、第3計測部9cが測定している測定位置5c1と重なる位置に設けられていることが好ましい。側面5cの温度制御を精度よく行うためである。   At this time, it is preferable that the third resistance heater 2c is provided so as to heat a position corresponding to the measurement position 5c1. That is, the third resistance heater 2c is preferably provided at a position overlapping the measurement position 5c1 measured by the third measurement unit 9c in the direction D from the top surface 5a to the bottom surface 5b. This is for accurately controlling the temperature of the side surface 5c.

〔制御部〕
第1計測部9aが計測する頂面5aの温度Ta、第2計測部9bが計測する底面5bの温度Tb、および第3計測部9cが計測する側面5cの温度Tcは、制御部20へと送られる。
(Control part)
The temperature Ta of the top surface 5a measured by the first measuring unit 9a, the temperature Tb of the bottom surface 5b measured by the second measuring unit 9b, and the temperature Tc of the side surface 5c measured by the third measuring unit 9c are sent to the control unit 20. Sent.

制御部20は、第1計測部9a、第2計測部9bおよび第3計測部9cでの計測結果に基づき、計測された各温度が2100℃≦Tc≦2400℃、かつTa<Tb<Tcという条件を満たすべく決定された各温度の目標温度となるように、第1抵抗ヒータ2a、第2抵抗ヒータ2bおよび第3抵抗ヒータ2cへ供給すべき電力量を決定し、第1電源8a、第2電源8bおよび第3電源8cへとそれぞれ指令を出す。これにより成長速度の低下を抑制しつつ、炭化珪素単結晶を成長させることができる。   Based on the measurement results of the first measurement unit 9a, the second measurement unit 9b, and the third measurement unit 9c, the controller 20 determines that the measured temperatures are 2100 ° C. ≦ Tc ≦ 2400 ° C. and Ta <Tb <Tc. The amount of power to be supplied to the first resistance heater 2a, the second resistance heater 2b, and the third resistance heater 2c is determined so as to be the target temperature of each temperature determined to satisfy the condition, and the first power supply 8a, Commands are issued to the second power source 8b and the third power source 8c, respectively. Thereby, a silicon carbide single crystal can be grown while suppressing a decrease in growth rate.

〔炭化珪素単結晶の製造方法〕
本実施形態の別の局面に従えば、炭化珪素単結晶の製造方法が提供される。図8は、当該製造方法の概略を示すフローチャートである。図8に示されるように、当該製造方法は、準備工程(S10)、結晶成長工程(S20)、温度調整工程(S30)および降温工程(S40)を備える。以下、各工程について説明する。
[Method for producing silicon carbide single crystal]
If another situation of this embodiment is followed, the manufacturing method of a silicon carbide single crystal will be provided. FIG. 8 is a flowchart showing an outline of the manufacturing method. As shown in FIG. 8, the manufacturing method includes a preparation step (S10), a crystal growth step (S20), a temperature adjustment step (S30), and a temperature lowering step (S40). Hereinafter, each step will be described.

〔準備工程(S10)〕
準備工程(S10)では、たとえば、前述した製造装置100が準備される。すなわち図2に示されるように、頂面5aと、頂面5aと反対側の底面5bと、頂面5aと底面5bとの間に位置する筒状の側面5cとを有する坩堝5と、頂面5aに対面して設けられた第1抵抗ヒータ2aと、底面5bに対面して設けられた第2抵抗ヒータ2bと、側面5cを取り囲むように構成された第3抵抗ヒータ2cと、が準備される。
[Preparation process (S10)]
In the preparation step (S10), for example, the manufacturing apparatus 100 described above is prepared. That is, as shown in FIG. 2, a crucible 5 having a top surface 5a, a bottom surface 5b opposite to the top surface 5a, and a cylindrical side surface 5c located between the top surface 5a and the bottom surface 5b, A first resistance heater 2a provided facing the surface 5a, a second resistance heater 2b provided facing the bottom surface 5b, and a third resistance heater 2c configured to surround the side surface 5c are prepared. Is done.

次いで、坩堝5内に原料12および種結晶11が配置される。原料12は、たとえば炭化珪素多結晶の粉末である。原料12は、坩堝5の収容部4に配置される。種結晶11は、たとえばポリタイプ4Hの炭化珪素単結晶基板である。種結晶11の裏面11bは、たとえば接着剤によって台座3の種結晶保持面3aに固定される。種結晶11の直径は、たとえば100mm以上であり、好ましくは150mm以上である。種結晶11の成長面11aは、(0001)面または(000−1)面から1°以上8°以下傾斜した面であることが好ましい。図2に示されるように坩堝5内において、種結晶11の成長面11aは、原料12に対面するように配置される。   Next, the raw material 12 and the seed crystal 11 are placed in the crucible 5. Raw material 12 is, for example, silicon carbide polycrystalline powder. The raw material 12 is disposed in the accommodating portion 4 of the crucible 5. Seed crystal 11 is, for example, a polytype 4H silicon carbide single crystal substrate. The back surface 11b of the seed crystal 11 is fixed to the seed crystal holding surface 3a of the pedestal 3 with an adhesive, for example. The diameter of the seed crystal 11 is, for example, 100 mm or more, preferably 150 mm or more. The growth surface 11a of the seed crystal 11 is preferably a surface that is inclined by 1 ° or more and 8 ° or less from the (0001) plane or the (000-1) plane. As shown in FIG. 2, the growth surface 11 a of the seed crystal 11 is disposed in the crucible 5 so as to face the raw material 12.

〔結晶成長工程(S20)〕
結晶成長工程(S20)では、坩堝5内において原料12を昇華させることにより、成長面11a上に炭化珪素単結晶を成長させる。
[Crystal growth step (S20)]
In the crystal growth step (S20), the silicon carbide single crystal is grown on the growth surface 11a by sublimating the raw material 12 in the crucible 5.

図9は、結晶成長工程(S20)における温度制御および圧力制御の一例を示すタイミングチャートである。ここでの温度制御は、たとえば前述した制御部20により実行される。   FIG. 9 is a timing chart showing an example of temperature control and pressure control in the crystal growth step (S20). The temperature control here is executed by, for example, the control unit 20 described above.

図9に示されるように、時点t0において、頂面5aの温度Ta、底面5bの温度Tbおよび側面5cの温度Tcは、いずれも温度A2である。時点t0から時点t1にかけて、温度Ta、TbおよびTcは、目標温度(図9中の温度A1a、温度A1b、温度A1c)まで昇温され、時点t1以降、時点t5まで、目標温度で保持される。このとき、図2に示されるように製造装置100では、側面5cの温度Tcは、頂面5aから底面5bに向かう方向Dにおいて、原料12と種結晶11との間に相当する部分で計測される。なお図9では、温度Ta、TbおよびTcが時点t1において同時に目標温度に到達しているが、目標温度への到達は同時でなくても構わない。   As shown in FIG. 9, at time t0, the temperature Ta of the top surface 5a, the temperature Tb of the bottom surface 5b, and the temperature Tc of the side surface 5c are all the temperature A2. From time t0 to time t1, the temperatures Ta, Tb, and Tc are raised to the target temperature (temperature A1a, temperature A1b, temperature A1c in FIG. 9), and held at the target temperature after time t1 until time t5. . At this time, as shown in FIG. 2, in the manufacturing apparatus 100, the temperature Tc of the side surface 5c is measured at a portion corresponding to the space between the raw material 12 and the seed crystal 11 in the direction D from the top surface 5a to the bottom surface 5b. The In FIG. 9, the temperatures Ta, Tb, and Tc have reached the target temperature at the time t1, but the target temperature may not be reached at the same time.

図9に示されるように本実施形態では、昇温段階から、Ta<Tb<Tcとなるように、各抵抗ヒータが制御される。このように、温度Ta、TbおよびTcのうち、温度Tcが最も高くなるように制御することにより、昇華した原料12が側面5c側へと流れることが抑制され、それに伴う成長速度の低下が抑制される。   As shown in FIG. 9, in the present embodiment, each resistance heater is controlled from the temperature rising stage so that Ta <Tb <Tc. In this way, by controlling the temperature Tc to be the highest among the temperatures Ta, Tb, and Tc, the sublimated raw material 12 is suppressed from flowing toward the side surface 5c, and the accompanying decrease in the growth rate is suppressed. Is done.

温度Tcの目標値(図9中の温度A1c)は、2100℃以上2400℃以下である。この範囲で、実用的な成長速度を実現し、かつ成長中に成長速度が低下することを抑制できるからである。温度A1cは、2150℃以上2350℃以下であってもよく、2200℃以上2300℃以下であってもよい。   The target value of temperature Tc (temperature A1c in FIG. 9) is 2100 ° C. or higher and 2400 ° C. or lower. This is because a practical growth rate can be realized within this range, and a decrease in the growth rate during growth can be suppressed. The temperature A1c may be 2150 ° C. or higher and 2350 ° C. or lower, and may be 2200 ° C. or higher and 2300 ° C. or lower.

時点t0から、温度Ta、TbおよびTcが目標温度に達する時点t1を過ぎて、時点t2までの間、チャンバ6の内部の圧力は、圧力P1に保持される。すなわち坩堝5の内部の圧力は、圧力P1に保持される。圧力P1は、たとえば大気圧である。このときチャンバ6の内部の雰囲気は、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とすることが望ましい。   From the time point t0 to the time point t2 past the time point t1 when the temperatures Ta, Tb and Tc reach the target temperature, the pressure inside the chamber 6 is maintained at the pressure P1. That is, the pressure inside the crucible 5 is maintained at the pressure P1. The pressure P1 is, for example, atmospheric pressure. At this time, the atmosphere inside the chamber 6 is preferably an inert gas atmosphere such as argon gas, helium gas, nitrogen gas or the like.

時点t2から時点t3にかけて、チャンバ6の内部の圧力が圧力P1から圧力P2まで減圧される。圧力P2は、0.5kPa以上5kPa以下であってもよい。この範囲で成長速度の低下を抑制しつつ、チャンバ6内で放電が発生することを抑制できる。圧力P2は、より好ましくは0.5kPa以上3kPa以下であり、特に好ましくは0.5kPa以上2kPa以下である。その後チャンバ6の内部の圧力は、時点t4までの間、圧力P2で保持される。   From time t2 to time t3, the pressure inside the chamber 6 is reduced from the pressure P1 to the pressure P2. The pressure P2 may be not less than 0.5 kPa and not more than 5 kPa. In this range, it is possible to suppress the occurrence of discharge in the chamber 6 while suppressing a decrease in the growth rate. The pressure P2 is more preferably 0.5 kPa to 3 kPa, and particularly preferably 0.5 kPa to 2 kPa. Thereafter, the pressure inside the chamber 6 is maintained at the pressure P2 until the time point t4.

原料12の昇華および種結晶11上での再結晶化は、時点t2と時点t3との間で開始される。結晶成長中、底面5bの温度Tbと、頂面5aの温度Taとの温度差(Tb−Ta)は、たとえば10℃以上200℃以下であり、10℃以上150℃以下であってもよく、10℃以上100℃以下であってもよい。   Sublimation of the raw material 12 and recrystallization on the seed crystal 11 are started between time t2 and time t3. During crystal growth, the temperature difference (Tb−Ta) between the temperature Tb of the bottom surface 5b and the temperature Ta of the top surface 5a is, for example, 10 ° C. or more and 200 ° C. or less, and may be 10 ° C. or more and 150 ° C. or less. 10 degreeC or more and 100 degrees C or less may be sufficient.

またこのとき、側面5cの温度Tcと、底面5bの温度Tbとの温度差(Tc−Tb)は、100℃未満であってもよい。これにより、成長速度の低下を抑制しつつ、原料の表面温度が原料の内部温度より上昇することを抑制することができる。   At this time, the temperature difference (Tc−Tb) between the temperature Tc of the side surface 5c and the temperature Tb of the bottom surface 5b may be less than 100 ° C. Thereby, it can suppress that the surface temperature of a raw material rises from the internal temperature of a raw material, suppressing the fall of a growth rate.

温度差(Tc−Tb)は、80℃以下であってもよい。温度差(Tc−Tb)の下限は、5℃であってもよい。   The temperature difference (Tc−Tb) may be 80 ° C. or less. The lower limit of the temperature difference (Tc−Tb) may be 5 ° C.

所望の高さの炭化珪素単結晶を成長させた後、時点t4から時点t5にかけて、チャンバ6の内部の圧力が圧力P2から圧力P1に戻される。これにより坩堝5の内部の圧力が上昇し、原料12の昇華が抑制され、やがて原料12が昇華しなくなる。これにより結晶成長工程(S20)が実質的に終了する。   After growing the silicon carbide single crystal having a desired height, the pressure inside the chamber 6 is returned from the pressure P2 to the pressure P1 from the time point t4 to the time point t5. Thereby, the pressure inside the crucible 5 rises, sublimation of the raw material 12 is suppressed, and the raw material 12 does not sublime eventually. Thereby, the crystal growth step (S20) is substantially completed.

〔温度調整工程(S30)〕
結晶成長工程(S20)の後、頂面5aの温度Ta、底面5bの温度Tbおよび側面5cの温度Tcが、実質的に同じ温度になるように調整してもよい。すなわち、時点t5から時点t6にかけて、Ta=Tb=Tcとなるように、各抵抗ヒータを制御してもよい。降温時に、温度Ta、TbおよびTcの各間での温度差が大きいと、成長後の炭化珪素単結晶に熱歪みが加わる場合があるからである。
[Temperature adjustment step (S30)]
After the crystal growth step (S20), the temperature Ta of the top surface 5a, the temperature Tb of the bottom surface 5b, and the temperature Tc of the side surface 5c may be adjusted to be substantially the same temperature. That is, each resistance heater may be controlled so that Ta = Tb = Tc from time t5 to time t6. This is because if the temperature difference among the temperatures Ta, Tb, and Tc is large when the temperature is lowered, thermal strain may be applied to the grown silicon carbide single crystal.

〔降温工程(S40)〕
Ta=Tb=Tcとなった時点t6から、各抵抗ヒータへの電力の供給が停止され、坩堝5が冷却される。坩堝5の温度が室温付近になった後、坩堝5から炭化珪素単結晶が取り出される。以上のようにして、成長速度の低下を抑制しつつ、炭化珪素単結晶を製造することができる。
[Cooling step (S40)]
From time t6 when Ta = Tb = Tc, the supply of electric power to each resistance heater is stopped, and the crucible 5 is cooled. After the temperature of the crucible 5 reaches around room temperature, the silicon carbide single crystal is taken out from the crucible 5. As described above, a silicon carbide single crystal can be produced while suppressing a decrease in growth rate.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   As mentioned above, although one embodiment of the present invention was described, it should be thought that the embodiment indicated this time is illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is shown not by the embodiments described above but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

2 抵抗ヒータ
2a 第1抵抗ヒータ
2b 第2抵抗ヒータ
2c 第3抵抗ヒータ
2a1,2b1,2c1 隙間
1x 第1部分
2x 第2部分
3x 第3部分
4x 第4部分
10x ヒータユニット
3 台座
3a 種結晶保持面
4 収容部
5 坩堝
5a 頂面
5b 底面
5c 側面
5a1,5b1,5c1 測定位置
6 チャンバ
6a,6b,6c ビューポート
8 電源
8a 第1電源
8b 第2電源
8c 第3電源
9 計測部
9a 第1計測部
9b 第2計測部
9c 第3計測部
11 種結晶
11a 成長面
11b 裏面
12 原料
15 断熱材
15a,15b,15c 貫通孔
20 制御部
100 製造装置
A1a,A1b,A1c,A2,Ta,Tb,Tc 温度
D 方向
L 距離
P1,P2 圧力
W1,W2,W3,W4,W5 幅
t0,t1,t2,t3,t4,t5,t6 時点
2 resistance heater 2a first resistance heater 2b second resistance heater 2c third resistance heater 2a1, 2b1, 2c1 gap 1x first portion 2x second portion 3x third portion 4x fourth portion 10x heater unit 3 pedestal 3a seed crystal holding surface 4 Container 5 Crucible 5a Top 5b Bottom 5c Sides 5a1, 5b1, 5c1 Measurement position 6 Chambers 6a, 6b, 6c Viewport 8 Power supply 8a First power supply 8b Second power supply 8c Third power supply 9 Measurement part 9a First measurement part 9b 2nd measurement part 9c 3rd measurement part 11 Seed crystal 11a Growth surface 11b Back surface 12 Raw material 15 Heat insulating material 15a, 15b, 15c Through-hole 20 Control part 100 Manufacturing apparatus A1a, A1b, A1c, A2, Ta, Tb, Tc Temperature D direction L Distance P1, P2 Pressure W1, W2, W3, W4, W5 Width t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6

Claims (12)

頂面と、前記頂面と反対側の底面と、前記頂面と前記底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、
前記頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、
前記底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、
前記側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、
前記第1抵抗ヒータ、前記第2抵抗ヒータおよび前記第3抵抗ヒータを制御する制御部と、を備え、
前記頂面の温度をTa、前記底面の温度をTb、前記側面の温度をTcとするとき、
前記制御部は、2100℃≦Tc≦2400℃、かつTa<Tb<Tcとなるように、前記第1抵抗ヒータ、前記第2抵抗ヒータおよび前記第3抵抗ヒータを制御する、炭化珪素単結晶の製造装置。
A crucible having a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface;
A first resistance heater provided facing the top surface;
A second resistance heater provided facing the bottom surface;
A third resistance heater configured to surround the side surface;
A control unit that controls the first resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater;
When the top surface temperature is Ta, the bottom surface temperature is Tb, and the side surface temperature is Tc,
The control unit controls the first resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater so that 2100 ° C. ≦ Tc ≦ 2400 ° C. and Ta <Tb <Tc. manufacturing device.
前記頂面の温度を計測する第1計測部と、
前記底面の温度を計測する第2計測部と、
前記側面の温度を計測する第3計測部と、をさらに備える、請求項1に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
A first measuring unit for measuring the temperature of the top surface;
A second measuring unit for measuring the temperature of the bottom surface;
The apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to claim 1, further comprising: a third measurement unit that measures the temperature of the side surface.
前記第3抵抗ヒータは、前記頂面から前記底面に向かう方向において、前記第3計測部が測定している前記側面の測定位置と重なる位置に設けられている、請求項2に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。   3. The silicon carbide according to claim 2, wherein the third resistance heater is provided at a position overlapping a measurement position of the side surface measured by the third measurement unit in a direction from the top surface toward the bottom surface. Single crystal manufacturing equipment. 前記側面の前記測定位置は、前記頂面から前記底面に向かう方向において、前記頂面からの距離が20mm以上100mm以下となる位置に設定されている、請求項3に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。   4. The silicon carbide single crystal according to claim 3, wherein the measurement position of the side surface is set to a position where a distance from the top surface is 20 mm or more and 100 mm or less in a direction from the top surface to the bottom surface. manufacturing device. 前記坩堝から見て前記第3抵抗ヒータの外側に設けられ、前記第3計測部に対応した位置に貫通孔を有する断熱材をさらに備える、請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。   The heat-insulating material which is provided in the outer side of the said 3rd resistance heater seeing from the said crucible, and has a through-hole in the position corresponding to a said 3rd measurement part is further provided in any one of Claims 2-4. An apparatus for producing a silicon carbide single crystal. 頂面と、前記頂面と反対側の底面と、前記頂面と前記底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、
前記頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、
前記底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、
前記側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、
前記第1抵抗ヒータ、前記第2抵抗ヒータおよび前記第3抵抗ヒータを制御する制御部と、
前記頂面の温度を計測する第1計測部と、
前記底面の温度を計測する第2計測部と、
前記側面の温度を計測する第3計測部と、
前記坩堝から見て前記第3抵抗ヒータの外側に設けられ、前記第3計測部に対応した位置に貫通孔を有する断熱材と、を備え、
前記第3抵抗ヒータは、前記頂面から前記底面に向かう方向において、前記第3計測部が測定している前記側面の測定位置と重なる位置に設けられており、
前記側面の前記測定位置は、前記頂面から前記底面に向かう方向において、前記頂面からの距離が20mm以上100mm以下となる位置に設定されており、
前記頂面の温度をTa、前記底面の温度をTb、前記側面の温度をTcとするとき、
前記制御部は、2100℃≦Tc≦2400℃、かつTa<Tb<Tcとなるように、前記第1抵抗ヒータ、前記第2抵抗ヒータおよび前記第3抵抗ヒータを制御する、炭化珪素単結晶の製造装置。
A crucible having a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface;
A first resistance heater provided facing the top surface;
A second resistance heater provided facing the bottom surface;
A third resistance heater configured to surround the side surface;
A control unit for controlling the first resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater;
A first measuring unit for measuring the temperature of the top surface;
A second measuring unit for measuring the temperature of the bottom surface;
A third measuring unit for measuring the temperature of the side surface;
A heat insulating material provided outside the third resistance heater as viewed from the crucible and having a through hole at a position corresponding to the third measurement unit;
The third resistance heater is provided at a position overlapping the measurement position of the side surface measured by the third measurement unit in the direction from the top surface toward the bottom surface.
The measurement position of the side surface is set at a position where the distance from the top surface is 20 mm or more and 100 mm or less in the direction from the top surface to the bottom surface,
When the top surface temperature is Ta, the bottom surface temperature is Tb, and the side surface temperature is Tc,
The control unit controls the first resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater so that 2100 ° C. ≦ Tc ≦ 2400 ° C. and Ta <Tb <Tc. manufacturing device.
頂面と、前記頂面と反対側の底面と、前記頂面と前記底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、
前記頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、
前記底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、
前記側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、
前記坩堝の内部に設けられた原料と、
前記坩堝の内部において前記原料と対面して設けられた種結晶と、を準備する工程と、
前記原料を昇華させることにより、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備え、
前記成長させる工程では、
前記頂面から前記底面に向かう方向において、前記原料と前記種結晶との間で前記側面の温度を計測し、
前記頂面の温度をTa、前記底面の温度をTb、前記側面の温度をTcとするとき、
Ta<Tb<Tcとなるように、前記第1抵抗ヒータ、前記第2抵抗ヒータおよび前記第3抵抗ヒータを制御する、炭化珪素単結晶の製造方法。
A crucible having a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface;
A first resistance heater provided facing the top surface;
A second resistance heater provided facing the bottom surface;
A third resistance heater configured to surround the side surface;
Raw materials provided inside the crucible;
Preparing a seed crystal provided facing the raw material inside the crucible;
Growing a silicon carbide single crystal on the seed crystal by sublimating the raw material, and
In the growing step,
In the direction from the top surface to the bottom surface, the temperature of the side surface is measured between the raw material and the seed crystal,
When the top surface temperature is Ta, the bottom surface temperature is Tb, and the side surface temperature is Tc,
A method for producing a silicon carbide single crystal, wherein the first resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater are controlled so that Ta <Tb <Tc.
前記成長させる工程では、前記側面の温度が2100℃以上2400℃以下である、請求項7に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 7, wherein, in the growing step, the temperature of the side surface is 2100 ° C. or higher and 2400 ° C. or lower. 前記成長させる工程では、前記側面の温度と前記底面の温度との温度差が100℃未満である、請求項7または請求項8に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon carbide single crystal according to claim 7 or 8, wherein, in the growing step, a temperature difference between the temperature of the side surface and the temperature of the bottom surface is less than 100 ° C. 前記成長させる工程では、前記坩堝の内部の圧力を0.5kPa以上5kPa以下に制御する、請求項7〜請求項9のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon carbide single crystal according to any one of claims 7 to 9, wherein, in the growing step, a pressure inside the crucible is controlled to 0.5 kPa or more and 5 kPa or less. 前記成長させる工程の後に、Tc=Tb=Taとなるように調整する工程と、
前記調整する工程の後に、前記頂面の温度、前記底面の温度および前記側面の温度を降温する工程と、をさらに備える、請求項7〜請求項10のいずれか1項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
After the growing step, adjusting so that Tc = Tb = Ta,
The silicon carbide single unit according to any one of claims 7 to 10, further comprising a step of lowering a temperature of the top surface, a temperature of the bottom surface, and a temperature of the side surface after the adjusting step. Crystal production method.
頂面と、前記頂面と反対側の底面と、前記頂面と前記底面との間に位置する筒状の側面とを有する坩堝と、
前記頂面に対面して設けられた第1抵抗ヒータと、
前記底面に対面して設けられた第2抵抗ヒータと、
前記側面を取り囲むように構成された第3抵抗ヒータと、
前記坩堝の内部に設けられた原料と、
前記坩堝の内部において前記原料と対面して設けられた種結晶と、を準備する工程と、
前記原料を昇華させることにより、前記種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備え、
前記成長させる工程では、
前記坩堝の内部の圧力を0.5kPa以上5kPa以下に制御し、
前記頂面から前記底面に向かう方向において、前記原料と前記種結晶との間で前記側面の温度を計測し、
前記頂面の温度をTa、前記底面の温度をTb、前記側面の温度をTcとするとき、
2100℃≦Tc≦2400℃、Ta<Tb<TcかつTc−Tb<100℃となるように、前記第1抵抗ヒータ、前記第2抵抗ヒータおよび前記第3抵抗ヒータを制御する、炭化珪素単結晶の製造方法。
A crucible having a top surface, a bottom surface opposite to the top surface, and a cylindrical side surface located between the top surface and the bottom surface;
A first resistance heater provided facing the top surface;
A second resistance heater provided facing the bottom surface;
A third resistance heater configured to surround the side surface;
Raw materials provided inside the crucible;
Preparing a seed crystal provided facing the raw material inside the crucible;
Growing a silicon carbide single crystal on the seed crystal by sublimating the raw material, and
In the growing step,
Controlling the pressure inside the crucible to 0.5 kPa or more and 5 kPa or less,
In the direction from the top surface to the bottom surface, the temperature of the side surface is measured between the raw material and the seed crystal,
When the top surface temperature is Ta, the bottom surface temperature is Tb, and the side surface temperature is Tc,
A silicon carbide single crystal that controls the first resistance heater, the second resistance heater, and the third resistance heater so that 2100 ° C. ≦ Tc ≦ 2400 ° C., Ta <Tb <Tc and Tc−Tb <100 ° C. Manufacturing method.
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