KR100671287B1 - 비소 원료 장입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저압 LEC성장법(Low Pressure Liquid Encapsulated Czochralski Growth Method)의 합성 공정에 사용되는 원료 장입 장치의 성능을 높이고 이에 더욱 효과적인 합성을 유도하기 위한 보조 장치에 관한 것이다.

저압 갈륨아세나이드(GaAs) 단결정 성장을 목적으로 하는 갈륨과 아세닉의 안정적인 혼합을 위해서는 비소 원료 장입 장치를 사용하게 되며, 이때 갈륨은 원료 장입 도가니에 담겨 가열 장치의 중심부에 위치되며 그 상부에 비소 원료 장입 장치가 놓이게 된다. 이때 비소 원료 장입 장치의 위치상 상대적 저온의 분위기를 갖게 되어 합성에 필요한 온도 이하에 놓이게 되는 경우가 발생하게 되는데 이러한 경우를 보완하기 위한 방법으로 본 합성 보조 장치를 사용하게 된다.

본 발명에서의 비소 원료 장입 장치의 대형화는 기존의 비소 원료의 소량 장입에 한계를 갖는 문제점을 해결하여 다량의 원료를 장입할 수 있는 용기로 구성되어있으며, 이에1회 공정으로 생성 할 수 있는 원료의 충진량을 효과적으로 증가 시킬 수 있어 1회 공정진행으로 4회 이상의 공정 진행 결과물과 동등한 량의 결과물을 얻을 수 있다.

그 기본 구조로는 상부와 하부가 평평하게 막혀 있는 원통 구조의 불투명 용기로 되어 있으며 기존의 원소 장입 장치와 동일한 목적으로 사용 가능한 튜브 형태의 비소 장입 홀, 상기 몸체부를 고정시키는 역할을 수행하는 시드 인상축 연결고리, 그리고 공정 진행 시 공정 압을 유지하여 원활한 원료 혼합을 서포트 해주는 압력 유지 밸브, 열 방출 제어 캡, Molybdenum 반사판을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

저압 LEC 성장법, 원료 장입장치

Description

비소 원료 장입장치{Insertion device of Arsenic material}

도 1은 본 발명의 대형화 된 비소 원료 장입 장치 및 합성 보조장치의 구성을 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 대형화 된 비소 원료 장입 장치 및 합성 보조장치의 구성을 나타낸 구성도

도 3은 본 발명의 대형화된 비소 원료 장입 장치 및 보조장치를 이용한 GaAs 단결정 성장 장치의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 대형화 비소 원료 장입 장치　　 101 : 몸체부

102 : 시드 인상축 연결고리 103 : 비소 장입 홀

104 : 압력 유지 밸브　　　　　　　　 105 : 열 방출 제어 캡

106 : Molybdenum 반사판
201a : 비소 장입 장치 및 열 방출 제어 캡 연결 홀

201b : 비소 장입 장치 & molybdenum 반사판 연결 홀

300 : 단결정 성장 장치 301 : Heater

302 : 장입 원료 (갈륨) 303 : 시드 인상 축

본 발명은 저압 LEC성장법(Low Pressure Liquid Encapsulated Czochralski Growth Method)의 합성 공정에 사용되는 원료 장입 장치의 대형화를 통하여 원료 투입량을 늘리고 최종 생산되는 인고트의 성장길이를 증대시키는데 그 목적이 있다. 따라서 그에 부합되는 원료 장입장치의 형상변화 및 보조 장치를 개발하는 것에 대한 것이다.

일반적으로, GaAs 단결정 반도체의 성장 기술중 LEC(Liquid Encapsulated Czochralski)법은 크게 고압 LEC(High Pressure Liquid Encapsulated Czochralski)법과 저압 LEC(Low Pressure Liquid Encapsulated Czochralski)법으로 나눌 수 있으며, 두 경우에서 모두 성장중의 비소 휘발을 억제하기 위해 B2O3와 같은 차폐제를 사용하게 된다. 그 중에서도 저압 LEC법의 경우는 차폐제 사용과 함께 사용되는 방법이 비소 원료 장입 장치 인데, 기존의 기술로는 장입 원료와의 반응을 억제하기 위하여 석영으로 용기를 제작, 사용하고 있다.

석영으로 제작된 비소 원료 장입 장치를 사용하는 성장 공정 중 본 발명에 중심이 되는 합성공정에 대하여 설명 하면, GaAs 성장장치 내에 석영 또는 PBN과 같은 재질의 도가니에 갈륨 원료 및 차폐제를 넣고 Heater를 사용하여 액체화 시킨 다음 갈륨과 비소가 합성되기에 적합한 온도 및 압력으로 장비내의 분위기를 조정한다. 다음으로 상부 시드 인상축에 비소가 담긴 비소 원료 장입 장치를 연결하여 합성 준비 완료된 갈륨의 층으로 비소 원료 장입홀(듀브형)을 이동 시킨다. 이와 같은 과정을 거치면, 비소 원료 장입 장치의 하부가 heater의 근처에 위치하게 되고 그 내부에 위치 하고 있는 비소가 휘발을 함과 동시에 비소 원료 장입 장치내부의 압력이 증가하게 되며, 외부의 압력과 평형을 이루기 위하여 휘발된 비소는 비소 원료 장입홀을 통해 외부로 나오게 된다. 이렇게 비소 원료 장입홀을 벗어난 비소들은 갈륨과 만나며 서로 결합을 하게 되며, 최초 갈륨으로 구성된 도가니내부는 점차 더 많은 비소를 함유하게 되며, 최종 적으로 비소 원료 장입 장치 내의 모든 비소가 휘발이 완료 되면 도가니 내부는 비소가 과잉 된 원료를 형성 하게 된다. 이러한 공정을 저압 LEC공정의 합성공정 이라고 부르며, 본 합성 공정이 실패 없이 완료 되는 것을 전제조건으로 저압 LEC법에 의한 성장 공정을 진행 할 수 있게 된다. 이러한 사항을 숙고해 볼 때 비소 원료 장입 장치를 사용한 합성 공정은 저압 LEC 성장 공정의 기초 작업이자 가장 중요한 작업이라 할 수 있을 것이다.

본 발명에서는 원료 장입량의 증대를 위한 비소 원료 장치의 대형화와 그 보조 장치를 개발에 목표가 있다.

종래의 저압 LEC 성장법의 합성 기술 분야의 계속적인 발전으로 인해 제품의 대 구경화와 함께 장비의 대형화가 이루어지고 있는 시점에서 공정에 사용되는 원 료의 충진량을 증대시키는 방안은 계속적으로 연구 되어져 왔다. 그와 함께 비소 원료 장입 장치의 대형화는 피할 수 없는 과제로 남겨지게 되었고, 계속적인 실험 끝에 기존의 비소 원료 장입 장치를 보완하는 대형화 장치를 개발 하게 되었으며, 그와 함께 따라오는 문제점을 해결하기 위하여 열 방출 제어 캡 및 몰리브뎀(molybdenum) 반사판으로 구성된 보완장치를 제안하였다.

상기와 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 비소 원료 장입 장치를 대형화하며, 소형화 장치에 비하여 상대적으로 히터와의 거리가 원거리에 놓이게 되는 비소 원료 장입 장치의 상단부의 열 흐름을 제어하고 비소가 원활히 휘발하여 갈륨과 합성될 수 있게 하는 결과를 포함하는 것을 특징으로 한다.

비소 원료 장입 장치의 크기를 키우는 목적으로는 충진되는 비소의 양을 늘리기 위함이며, 그 구조는 합성 공정 시에 비소 원료 장치가 놓이는 위치를 히터와 근접하게 하기 위하여 본 장치의 상부를 돔형으로 하지 않고 판형으로 제작하였음. 판형으로 제작 시 비소 원료 장입 장치는 원통 모양의 구조를 갖게 되는데 이는 기존의 돔형에 비하여 길이대비 많은 양의 비소를 충진 할 수 있게 되며, 이는 돔형의 구조보다 길이 방향으로 짧게 제작하여도 히터로부터의 거리가 짧아진다는 것을 의미하여, 더 많은 열이 비소 원료 장입 장치의 상부에 전달 될 수 있다는 것을 의미함.

상기 비소 원료 장입 장치의 형상을 원통모양을 갖게 한다고 하여도 기존의 경우에 비하여 그 크기가 커짐에 따라 히터로부터의 거리가 멀어지게 되며 이를 보완 할 수 있는 장치가 필요함. 이와 같은 목적으로 비소 원료 장입 장치를 보완 할 수 있는 장치를 개발 하게 되었으며, 그 구조는 열 방출 제어 캡(105)과 반사판(106)으로 이루어져 있는 장치임.

열 방출 제어캡(105)은 고온에 안정적인 흑연을 그 재질로 하며, 역할로는 비소 원료 장입 장치의 몸체부(101)가 석영으로 제작되어 히터로부터 나오는 복사 열의 상당수가 투과되어 빠져나가는 것에 대한 보완으로, 복사열을 차단하여 비소 원료 장입 장치의 상단부로 빠지는 열을 잡아주는 역할을 하는것과 동시에 그 자체가 열을 발산하는 듯한 효과를 가지게 된다.

반사판(106)은 몰리브덴 재질로 구성되어, 열 방출 제어캡의 역할을 보충하고자 설계된 장치로 고온에 안정적이며, 복사열의 방출을 반사로서 제어할 수 있는 효과를 가지는 장치이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명 하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 대형화된 비소 원료 장입 장치의 몸체부(101) 및 열 방출 제어 캡(105)과 반사판(106)으로 구성된 비소 원료 장입 장치를 보완하는 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 구성요소의 각각을 나타내는 도면이다.

도 1에서 도시하는 바와 같이 101은 합성 공정시 비소를 충진하는 몸체부이며, 기존의 것과 비교하여 대형화 된 사항을 나타낸다. 102는 시드 인상축에 연결하는 연결 고리를 나타낸다. 103은 합성 공정시 원료가 갈륨 원료 내로 유입될 수 있는 통로 역할을 하는 비소 장입 홀을 나타낸다. 104는 비소 원료 장입 장치내 외부의 압력을 조절하는 압력 유지 밸브를 나타낸다. 105는 합성공정의 최종단계 시 까지 충분한 열이 비소 원료 장입 장치 내의 비소 원료에 가해 질 수 있게 도와주는 열방출 제어캡을 나타낸다. 106은 열방출 제어캡을 보완 하기 위한 반사판을 나타낸다. 201a 및 201b는 열방출 제어캡과 반사판을 비소 원료 장입 장치에 연결 할 수 있게 하는 연결 홀을 나타낸다.

상술한 바와 같은 본 발명의 비소 원료 장입 장치의 대형화 및 열방출 제어캡과 반사판의 다음과 같은 효과가 있다.

저압 LEC 성장 법에 있어서 기존의 비소 장입 장치를 대형화하여 1회 합성공정으로 기존의 4배 합성 공정을 진행 하는 것과 같은 효과를 구현할 수 있어 시간적, 인원적 단가를 줄일 수 있으며, 최종적인 결과물의 길이를 길게 생산하여 4회 생산 시 발생하는 생산 손실을 1회 생산 손실로 줄일 수 있다.

열방출 제어캡과 반사판은 비소 장입 장치의 대형화를 추진시 합성공정이 완전히 이루어 지지 못하는 결과를 가져올 수 있는 부위인 비소 장입 장치의 상단부에 대한 최대한의 열 보호효과를 가져와 1회 합성 시 불완전 합성사항을 제거하여 안정적인 합성공정을 야기 시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 상단 및 하단이 각각 개구되어 있는 원통형으로 이루어지며, 내부에 비소 원료의 충진 공간을 제공하는 몸체부;

   상기 몸체부의 상단부에 상응하는 형상을 하여 상기 몸체부의 상단부를 감싸는 형태로 구비되며, 상기 몸체부 내의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하는 역할을 하는 열 방출 제어 캡; 및

   상기 몸체부의 상단과 상기 열 방출 제어 캡 사이에 구비되어, 상기 몸체부로부터 외부로 방출되는 열을 반사하는 역할을 하는 반사판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비소 원료 장입 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열 방출 제어 캡은 흑연으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비소 원료 장입 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사판은 몰리브덴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비소 원료 장입 장치.
4. 삭제

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