KR100847263B1 - 잉곳 생산을 위한 도가니 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광소자 및 고주파 신호처리 반도체 소자의 원재료인 갈륨비소로 잉곳을 결정 성장시키기 위한 도가니에 관한 것으로 특히, 씨드삽입부의 상부로 씨드의 지름에 비하여 축소된 전이감소부와 전이감소성장부를 형성하여 EPD를 자연적으로 감소시키는 상태로 씨드를 전이시켜 고질의 잉곳을 생산하기 위한 잉곳 생산을 위한 도가니에 관한 것이다.
따라서 본 발명은 잉곳을 자연스럽게 성장시키되, 별도의 넥킹공정을 유도하지 않고도 넥킹이 이루어져서 EDP(Etched pit Density)를 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 적은 비용으로 EDP(Etched pit Density)를 줄임과 동시에 높은 질의 잉곳을 생산할 수 있는 활용가능성이 높은 발명이다.
잉곳, 도가니, 테이퍼부, 잉곳형성부, 씨드삽입부, VB법, VGF법
Description
도 1은 종래 LEC(liquid encapsulated czochralski)법으로 잉곳을 생산하는 과정을 도시한 도면,
도 2는 일반적인 잉곳과 웨이퍼를 도시한 도면,
도 3은 잉곳에 EDP(Etched pit Density)가 발생된 상태를 도시한 도면,
도 4는 LEC(liquid encapsulated czochralski)법의 넥킹공정을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 도가니를 전체도시한 도면,
도 6은 본 발명의 도가니의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 도가니를 정면에서 도시한 정면도이다.
<도시된 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
10; 잉곳형성부 20; 테이퍼부
30; 전이감소성장부 40; 전이감소부
50; 씨드삽입부 70; 씨드
본 발명은 발광소자 및 고주파 신호처리 반도체 소자의 원재료인 갈륨비소로 잉곳을 결정 성장시키기 위한 도가니에 관한 것으로 특히, 씨드삽입부의 상부로 씨드의 지름에 비하여 축소된 전이감소부와 전이감소성장부를 형성하여 EPD를 자연적으로 감소시키는 상태로 씨드를 전이시켜 고질의 잉곳을 생산하기 위한 잉곳 생산을 위한 도가니에 관한 것이다.
일반적으로 잉곳이란, 발광소자 및 고주파 신호처리 반도체 소자를 생산하기 위한 것을 말한다.
그럼 종래의 일반적인 잉곳 제조공정을 살펴본다. 도시된 도 1에서처럼 도가니(1)의 내부에 갈륨(Ga)와 비소(As)를 집어넣어 용융시키고 나면, 그 상부로 로드(2)를 넣어 상기 용융물(3)과 표면 접촉을 시키게 된다. 그리고 그 표면접촉으로 인하여 상기 로드(2)의 표면에 상기 GaAs의 용융물(3)이 면접되면 조금씩 들어올리며 용융물(3)을 식히어 결정화시키게 되는 것이다. 이때 결정화시키는 단계에서 중요한 공정이 시작되는 데 이것이 넥킹공정이다. 이 넥킹공정은 EDP(Etched pit Density)의 개수를 축소시켜 상품의 질을 향상시키기 위한 공정인데, 단순하게 지름을 축소시켜 불량인 다결정구조 즉, EDP(Etched pit Density)를 감소시킨 상태에서 전이를 달성하여 전체적으로 EDP(Etched pit Density)의 개수가 적은 잉곳(4)을 생산하기 위한 것이다. 물론 더 자세한 내용은 구성편에서 상세히 설명한다.
그런데 이러한 종래의 잉곳 생산을 위한 공정에서는 저가품의 잉곳(4)이 생산될 수밖에 없었다. 이유는 잉곳(4)을 로드(2)를 들어올리며 생산하는 공정을 함에 온도 변화가 크게 되는데, 이러한 온도변화는 제품의 질을 떨어트리는 결과를 가져온다. 따라서 용기 내에서 생산되어 고밀도이고 질적으로 향상된 잉곳(4)을 생산하기 위한 기술의 개발을 추구하고 있었다.
이러한 개발목적에 따라 본 발명은 동일자로 출원되는 본 출원인의 또 다른 출원인 "갈륨비소 잉곳 생산을 위한 수직 브리지만 장치 및 방법"에서 사용되는 도가니를 청구한 것이다.
본 발명은 발광소자 및 고주파 신호처리 반도체 소자의 원재료인 갈륨비소로 잉곳을 결정 성장시키기 위한 도가니에 관한 것으로 특히, 씨드삽입부의 상부로 씨드의 지름에 비하여 축소된 전이감소부와 전이감소성장부를 형성하여 EPD를 자연적으로 감소시키는 상태로 씨드를 전이시켜 고질의 잉곳을 생산하기 위한 잉곳 생산을 위한 도가니를 제공하고자 한다.
따라서 본 발명은 발광소자 및 고주파 신호처리 반도체 소자의 원재료인 갈륨비소로 잉곳을 결정성장시키기 위한 도가니에 있어서, 원통의 형상이며 넓은 지름의 잉곳형성부와; 상기 잉곳형성부 하단에 일체되어 성형되어 지름이 축소되는 테이퍼부와; 상기 테이퍼부 하단에 원통형으로 일체된 최소 지름의 전이감소성장부와; 상기 전이감소성장부 하단으로 지름을 확대시키는 전이감소부와; 상기 전이감소부의 하단으로 원통 형상으로 체결된 씨드삽입부가; 모두 일체형으로 결합 형성되어 씨드삽입부에 삽입된 씨드를 잉곳형성부까지 성장시키되, EPD를 전이감소부와 전이감소성장부를 통해 넥킹공정을 실시함으로 감소시키는 잉곳 생산을 위한 도가니를 제공하고자 한다.
본 발명은 발광소자 및 고주파 신호처리 반도체 소자의 원재료인 갈륨비소로 잉곳을 결정성장시키기 위한 도가니에 관한 것이다. 도시된 도 5 내지 7에서처럼, 본 발명은 원통의 형상이며 넓은 지름의 잉곳형성부(10)이 있고, 상기 잉곳형성부(10) 하단에 일체되어 성형되어 지름이 축소되는 테이퍼부(20)이 있다. 또한 상기 테이퍼부(20) 하단에 원통형으로 일체된 최소 지름의 전이감소성장부(30)가 있고, 상기 전이감소성장부(30) 하단으로 지름을 확대시키는 전이감소부(40)가 있다. 그리고 상기 전이감소부(40)의 하단으로 원통 형상으로 체결된 씨드삽입부(50)가 형성된다. 따라서 모두 일체형으로 결합 형성되어 씨드삽입부(50)에 삽입된 씨드(70)를 잉곳형성부(10)까지 성장시키되, EPD를 전이감소부(40)와 전이감소성장부(30)를 통해 넥킹공정을 실시함으로 감소시키는 것이다.
여기서 본 발명을 보다 용이하게 설명하기 위해서, 본 발명에 관련된 전반적 인 사항을 도2와 4를 통해 설명한다. 즉, 본 발명에서는 웨이퍼(61)를 가공하기 위한 잉곳(60)을 생산하기 위한 도가니(100)이다. 이러한 도가니(100)를 통해서 일체형의 잉곳(60)을 생산하고 난 후 이를 절단 가공하여 웨이퍼(61)를 생산하는 것이다. 그런데 이러한 잉곳(60)을 생산하기 위해서는 갈륨과 비소를 합성시킨 단결정의 갈륨비소(GaAs)의 씨앗인 씨드(70)를 갈륨비소 용융물(D)과 면접시켜 그 크기를 키워나가야 한다. 즉, 로드(F)를 하향시켜 용융물(D)과 면접시킨 다음 천천히 상승시키면서 키워나가야 한다. 그런데 일반적인 씨드(70)의 경우에도 그 표면에 존재하는 분자구조를 살펴보면 모두 단결정화되지 않고, 다결정 구조로 남아 있거나 그 밖의 불량들이 발생되어 EDP가 상당히 높은 상태이다. 이 EDP(Etched pit Density)는 전위(Dislocation)의 개수를 의미하는데, 도시된 도 3에서처럼 불량의 분자구조를 이룬 개수를 의미하기에 이 개수가 적은 것이 고 품질의 웨이퍼(61)가 되는 것이다.
다시 말해서 도시된 도면은 좌측은 잉곳의 측면을 우측은 평면을 절단하여 도시한 것이다. 그런데 아무리 고질의 잉곳(60)이라고 할지라도 단결정화된 분자들 사이 사이에 "X" 표시와 같은 EDP(Etched pit Density)가 발생될 수밖에 없다. 물론 이러한 EDP(Etched pit Density)의 발생은 측면에서 보아 다음층에 더 많은 EDP(Etched pit Density)를 발생시킬 소지가 많아 불량률이 높다.
따라서 이러한 EDP(Etched pit Density)의 개수를 줄여 고품질을 유지시키기 위한 방법으로 종래에는 넥킹공정을 수행함으로 달성하여 왔다. 즉, 씨드(70)에서 잉곳(60)이 성장될 때, 씨드(70)의 지름에 비하여 적은 목부위(E)를 형성시킴으로 상기 EDP(Etched pit Density)가 전이되는 것을 차단하는 것이다. 이렇게 지름을 축소시키게 되면 그에 따라 EDP(Etched pit Density)가 줄어든 상태로 전이가 일어나 잉곳(60)은 성장하는 것이다. 물론 이 후에도 잉곳(60)의 성장과 함께 EDP(Etched pit Density)는 생성되지만, 이러한 넥킹 공정을 실시한 상태에서 성장시키는 방식이 보다 적은 EDP(Etched pit Density)를 발생시킨다는 것은 이 업계에 일반적으로 인지된 상태이다.
따라서 본 발명은 이러한 잉곳(60)을 생산함에 있어서 자연적으로 넥킹공정을 실시할 수 있는 도가니(100)를 제작한 것이다. 물론 본 발명에서는 도시된 도4와 같은 LEC(liquid encapsulated czochralski)법의 생산방법이 아닌 VGF(Vertical Gradient Freeze)법에 의한 생산방법의 도가니이다. 즉, LEC(liquid encapsulated czochralski)법에서만 사용하던 넥킹공정을 VGF(Vertical Gradient Freeze)법에서도 사용하게 된 것이다.
그럼 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
즉, 하단부터 설명하자면 잉곳(60)을 키우기 위한 씨드삽입부(50)가 최하단이 마련되어 그 내부에 씨드(70)가 끼워지게 된다. 이 씨드삽입부(50)의 경우 원통형상이며, 다소 작은 지름으로 구성된다. 본 발명에서 칭하는 다소 큰 지름 작은 지름은 서로 타 구성요소와의 비교치일 뿐이다. 따라서 특별하게 특정하기 힘들다. 이유는 생산되는 잉곳(60) 역시 그 도가니(100)의 크기에 따라 지름이 다양하고 가공의 형태에 따라서 변동될 소지가 많기 때문이다. 따라서 본 발명의 명세서에서 칭하는 지름은 각각의 구성요소와의 상대적인 비교를 통한 크고 작은 비교치인 것이다.
아무튼 이렇듯 작은 지름의 씨드삽입부(50)의 상단으로는 더 협소한 지름을 가질 수 있도록 전이감소부(40)를 형성한다. 이 전이감소부(40)는 씨드(70)가 자라나 잉곳(60)을 형성시킴에 있어서 EDP(Etched pit Density)를 줄어들게 하는 작용을 하는 것인데, 종래에는 이러한 지름을 줄이기 위해 별도의 넥킹 작업을 하고 있었지만 본 발명에서는 도가니(100) 자체에 넥킹부인 전이감소부(40)가 있기에 자연스럽게 넥킹 공정을 수행할 수 있다. 그리고 이러한 전이감소부(40)의 상부로는 감소된 지름으로 원통형상으로 올라가는 전이감소성장부(30)가 마련된다. 이 전이감소성장부(30)가 바로 EDP(Etched pit Density)를 줄인 상태로 성장시키기 위한 넥킹공정의 목이 되는 부위로서 그 길이는 특별히 한정하기 힘들다. 단지 씨드(70)의 크기에 비하여 작은 형태가 도가니(100) 제작에 용이하겠다.
또한 이렇게 줄어든 지름의 전이감소성장부(30)의 상부로는 도시된 테이퍼부(20)가 형성되는데, 이 테이퍼부(20)를 통해서 상기 씨드(70)는 그 지름이 확장되어 잉곳(60)을 제작할 수 있는 기틀이 된다. 물론 이렇게 지름이 확대된 상태에서 상부로 원통형으로 올라서는 잉곳형성부(10)가 마련되어 이 장소에서 잉곳(60) 은 자라나 완성된다.
그리고 본 발명은 도시된 도 5와 6에서처럼, 상기 전이감소부(40)는, 그 테이퍼진 형태이거나 부드러운 라운드의 형태로 지름의 변경을 가하는 것이 바람직하다. 즉, 도 5에서처럼 테이퍼진 형태로 제작하거나 부드러운 라운드진 형태로 제작이 가능하다는 것이다. 지름을 축소시켜 넥킹부 즉, 전이감소성장부(30)를 형성시키려는 목적이기에 자연스럽게 지름을 축소시킬 수 있는 모든 방식이 사용가능하다는 것이다.
한편 본 발명은 상기 전이감소부(40)의 테이퍼진 형태는, 그 각도가 10-50°의 각도로 테이퍼진 것이 가장 바람직하다. 즉, 이 각도를 유지시킴이 그 EDP(Etched pit Density)를 최상으로 축소시킬 수 있었으며, 도가니(100)의 제작이 쉽다는 제작상의 의도이다.
이상의 설명에서처럼, 본 발명은 잉곳을 자연스럽게 성장시키되, 별도의 넥킹공정을 유도하지 않고도 넥킹이 이루어져서 EDP(Etched pit Density)를 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 적은 비용으로 EDP(Etched pit Density)를 줄임과 동시에 높은 질의 잉곳을 생산할 수 있는 활용가능성이 높은 발명이다.
Claims (3)
- 발광소자 및 고주파 신호처리 반도체 소자의 원재료인 갈륨비소로 잉곳을 결정성장시키기 위한 도가니에 있어서,원통의 형상의 잉곳형성부(10)와;상기 잉곳형성부(10) 하단에 일체되어 성형되어 지름이 축소되는 테이퍼부(20)와;상기 테이퍼부(20) 하단에 원통형으로 일체된 최소 지름의 전이감소성장부(30)와;상기 전이감소성장부(30) 하단으로 지름을 확대시키는 전이감소부(40)와;상기 전이감소부(40)의 하단으로 원통 형상으로 체결된 씨드삽입부(50)가; 모두 일체형으로 결합 형성되어 씨드삽입부(50)에 삽입된 씨드(70)를 잉곳형성부(10)까지 성장시키되, EPD를 전이감소부(40)와 전이감소성장부(30)를 통해 넥킹공정을 실시함으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 잉곳 생산을 위한 도가니.
- 제 1항에 있어서,상기 전이감소부(40)는,그 테이퍼진 형태이거나 라운드의 형태로 지름의 변경을 가하는 것을 특징으로 하는 잉곳 생산을 위한 도가니.
- 제 2항에 있어서,상기 전이감소부(40)의 테이퍼진 형태는,그 각도가 10-50°의 각도로 테이퍼진 것을 특징으로 하는 잉곳 생산을 위한 도가니.
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Cited By (1)
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2007
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