KR101372710B1 - Apparatus for growing large diameter single crystal and method for growing using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 대구경 단결정 성장장치는 종자정홀더가 장착되며 원료가 장입되는 도가니; 상기 도가니를 감싸며 상,하부가 개방된 원통형 석영관; 상기 석영관의 상,하부를 폐쇄하는 플랜지; 상기 석영관을 감싸면서 가열하는 가열수단; 및 상기 석영관 외측에서 상기 플랜지를 통해 상기 도가니의 수평온도편차를 측정하도록 수평이동되게 구성되는 파이로미터;를 포함한다.
상기와 같은 대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법은, 도가니의 상,하측에 각각 배치된 파이로미터가 수평방향 이동하면서 플랜지의 중심으로부터 외곽까지 형성된 온도측정창을 통해, 도가니의 수평온도편차를 측정함으로써 도가니의 상,하부의 특정지점만이 아닌 전체적인 온도구배를 용이하게 유추할 수 있다.
이에 의해, 도가니의 수평온도편차를 줄일 수 있는 도가니 및 가열수단 등의 디자인 및 구성을 설계할 수 있다.Large-diameter single crystal growth apparatus according to the present invention is equipped with a seed crystal holder and a crucible in which the raw material is charged; A cylindrical quartz tube surrounding the crucible and having upper and lower portions open; A flange for closing the upper and lower portions of the quartz tube; Heating means for heating while surrounding the quartz tube; And a pyrometer configured to be horizontally moved to measure a horizontal temperature deviation of the crucible through the flange outside the quartz tube.
The large-diameter single crystal growth apparatus as described above and a growth method using the same, the horizontal temperature deviation of the crucible through the temperature measurement window formed from the center of the flange to the outside while the pyrometer disposed in the upper and lower sides of the crucible is moved in the horizontal direction By measuring, the overall temperature gradient can be easily inferred from the specific point of the upper and lower parts of the crucible.
As a result, it is possible to design the design and configuration of the crucible, the heating means, etc., which can reduce the horizontal temperature deviation of the crucible.
Description
본 발명은 대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법으로서, 도가니의 전체적인 온도구배를 용이하게 유추할 수 있는 대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a large-diameter single crystal growth apparatus and a growth method using the same, a large-diameter single crystal growth apparatus that can easily infer the overall temperature gradient of the crucible and a growth method using the same.
대표적인 반도체 소자 재료로 사용된 규소(Si)가 물리적 한계를 보이게 됨에 따라, 차세대 반도체 소자 재료로서 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaNL), 질화알루미늄(AlN) 및 산화아연(ZnO) 등의 광대역 반도체 재료가 각광을 받고 있다.As silicon (Si) used as a representative semiconductor device material shows physical limitations, broadband materials such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaNL), aluminum nitride (AlN) and zinc oxide (ZnO) are used as next-generation semiconductor device materials. Semiconductor materials are in the limelight.
여기에서, 질화갈륨, 질화알루미늄 및 산화아연에 비해 탄화규소는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다.Here, silicon carbide has excellent thermal stability and excellent oxidation resistance as compared to gallium nitride, aluminum nitride, and zinc oxide.
또한 탄화규소는 4.6W/Cm℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 2인치 이상의 대구경의 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있어, 질화갈륨, 질화알루미늄, 및 산화아연 등의 기판에 비해 각광을 받고 있다.
In addition, silicon carbide has an excellent thermal conductivity of about 4.6 W / Cm ° C., and has the advantage of being able to be produced as a large-diameter substrate having a diameter of 2 inches or more, which has received much attention compared to substrates such as gallium nitride, aluminum nitride, and zinc oxide. have.
근래에 들어 탄화규소의 경우 직경이 보다 확장 되면서 4인치 기판은 생산이 가능한 정도로 발전하였지만, 6인치 이상의 기판의 생산은 현재 미비한 실정이다.Recently, in the case of silicon carbide, as the diameter is more expanded, 4 inch substrates have been developed to the extent that production is possible, but production of substrates larger than 6 inches is currently inadequate.
이러한 탄화규소의 단결정을 성장시키기 위해서는, 일반적으로 PVT 법(physical Vapor Transport)을 이용한다.In order to grow such a single crystal of silicon carbide, PVT method (physical vapor transport) is generally used.
즉, 먼저 탄화규소로 이루어진 종자정을 종자정 홀더에 부착하고, 이를 성장장비 내부에 장입한다.That is, the seed crystal made of silicon carbide is first attached to the seed crystal holder and charged into the growth equipment.
그리고 도가니의 내부에 장입된 원료 물질 즉, 탄화규소 파우더를 가열하고, 이를 승화시켜 종자정에 단결정을 성장시킨다.Then, the raw material charged into the crucible, that is, silicon carbide powder is heated and sublimed to grow single crystals in seed crystals.
이때, 승화를 시키는 주된 원동력은 성장장치 내의 유도코일에 전류를 흘려주면 고주파에 의한 도가니 표피의 가열에 의해서 외부에서 내부로 열이 전도, 복사되어 이루어진다.At this time, the main driving force for sublimation is that the current is conducted to the induction coil in the growth apparatus, and heat is conducted and radiated from the outside to the inside by heating the crucible skin by high frequency.
이러한 단결정 성장방법은 구경이 점점 커질수록 성장된 단결정의 품질 특성과 수율에 큰 영향을 미치게 된다.
This single crystal growth method has a large influence on the quality characteristics and yield of the grown single crystal as the aperture size increases.
한편, 종래에 4인치 이하 구경이 작은 경우, 파이로미터로 상, 하부 플랜지 중심부 구멍의 석영창(quartz window)을 통해 온도를 측정하여 도가니 내의 전체적인 온도구배를 유추할 수 있었지만, 대구경 적용에 있어서 상기와 같은 구조는 여러가지 한계가 있다.On the other hand, when a diameter of 4 inches or less is conventionally measured, the overall temperature gradient in the crucible can be inferred by measuring the temperature through a quartz window of the upper and lower flange center holes with a pyrometer. Such a structure has various limitations.
단결정의 직경이 넓어지게 되면 도가니, 단열재 크기도 이에 비례하여 가로로 넓어지게 되므로 도가니 외곽과 중심부의 온도 편차가 크게 된다.
As the diameter of the single crystal becomes wider, the crucible and the heat insulating material also increase in width horizontally in proportion to the diameter of the crucible.
유도 가열의 특성상 반응기 내부의 직경이 일정수준 이상 넓어지게 되면 중심부와 외곽부의 수평 온도 편차는 기하급수적으로 변하게 된다.Due to the characteristics of induction heating, if the inside diameter of the reactor is widened by a certain level or more, the horizontal temperature deviation of the center and the outer portion changes exponentially.
PVT법 특성상 종래의 장비들은 반응기 내의 상, 하부 중심부의 온도만 측정이 가능하기 때문에 이러한 문제점을 반영하기가 힘들어진다.Due to the nature of the PVT method, it is difficult to reflect this problem because the conventional equipment can only measure the temperature of the upper and lower centers of the reactor.
따라서, 도가니 내부의 온도제어가 힘들기 때문에 원료 파우더 부분의 불균일한 승화와, 종자정 부위의 수평온도편차로 인해 성장된 잉곳도 편평하지 못하며 중앙이 심하게 볼록해진 형태가 되기 때문에 고품질의 단결정 구현이 힘들게 되는 한계점이 있다.
Therefore, it is difficult to control the temperature inside the crucible, so that the ingot grown due to the uneven sublimation of the raw material powder part and the horizontal temperature deviation of the seed crystal part is not flat and the center is severely convex, so that high quality single crystal is realized. There is a limit to it.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 도가니의 수평온도편차를 측정함으로써 도가니의 상,하부의 특정지점만이 아닌 전체적인 온도구배를 용이하게 유추할 수 있는 대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, by measuring the horizontal temperature deviation of the crucible large diameter single crystal growth apparatus that can easily infer the overall temperature gradient, not just the specific point of the top and bottom of the crucible and the same The purpose is to provide a growth method to be used.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치는, 종자정홀더가 장착되며 원료가 장입되는 도가니; 상기 도가니를 감싸며 상,하부가 개방된 석영관; 상기 석영관의 상,하부를 폐쇄하는 플랜지; 상기 석영관을 감싸면서 가열하는 가열수단; 및 상기 석영관 외측에서 상기 플랜지를 통해 상기 도가니의 수평온도편차를 측정하도록 수평이동되게 구성되는 파이로미터;를 포함한다.
In order to achieve the above object, a large-diameter single crystal growth apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes a crucible in which a seed crystal holder is mounted and a raw material is charged; A quartz tube surrounding the crucible and having upper and lower portions open; A flange for closing the upper and lower portions of the quartz tube; Heating means for heating while surrounding the quartz tube; And a pyrometer configured to be horizontally moved to measure a horizontal temperature deviation of the crucible through the flange outside the quartz tube.
이때, 상기 플랜지는, 상기 파이로미터가 상기 도가니로부터 나오는 방사 에너지의 가시영역 파장을 측정하여 온도를 측정하도록, 중심으로부터 외곽까지 온도측정창이 설치된 것이 바람직하다.At this time, the flange, it is preferable that the temperature measurement window is installed from the center to the outside so that the pyrometer measures the temperature by measuring the visible wavelength of the radiation energy emitted from the crucible.
여기에서, 상기 온도측정창은, 상기 플랜지의 중심으로부터 외곽까지 형성된 온도측정홀; 및 투명재질로서 상기 온도측정홀을 폐쇄하는 석영판;을 구비하는 것이 바람직하다.Here, the temperature measuring window, the temperature measuring hole formed from the center to the outer periphery of the flange; And a quartz plate closing the temperature measuring hole as a transparent material.
아울러, 상기 온도측정창은, 상기 플랜지에서 중심으로부터 외곽까지 타원형으로 형성된 것이 바람직하다.
In addition, the temperature measurement window is preferably formed in an elliptical shape from the center to the outer periphery of the flange.
그리고, 본 발명은, 피스톤이 상기 파이로미터에 연결되며, 상기 피스톤의 신장 및 수축에 의해 상기 파이로미터가 상기 온도측정창을 따라 수평이동하도록 구동력을 제공하는 수평유압실린더;를 구비할 수 있다.
In addition, the present invention, the piston is connected to the pyrometer, by the expansion and contraction of the piston by a horizontal hydraulic cylinder for providing a driving force to move horizontally along the temperature measurement window; have.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 종자정홀더에 종자정을 부착시키는 종자정 부착단계; 상기 종자정홀더를 도가니 내의 상부에 배치고정시키는 홀더 인입단계; 상기 도가니 내에 원료를 장입시키는 원료 장입단계; 상기 원료를 승화시켜 상기 종자정에 부착시켜 단결정으로 성장시키도록, 가열수단으로 상기 도가니를 가열하는 도가니 가열단계; 및 상기 도가니의 수평온도편차를 측정하는 도가니 온도측정단계;를 포함하는 대구경 단결정 성장방법이 제공된다.
According to another aspect of the invention, the seed crystal attachment step of attaching the seed crystal to the seed crystal holder; A holder retracting step of arranging and fixing the seed crystal holder above the crucible; A raw material charging step of charging the raw material into the crucible; A crucible heating step of heating the crucible with heating means to sublimate the raw material and attach it to the seed crystal to grow into a single crystal; And a crucible temperature measuring step of measuring a horizontal temperature deviation of the crucible.
이때, 상기 도가니는 석영관 내에 배치되고, 상기 석영관의 상,하부는 플랜지에 의해 각각 폐쇄되며, 상기 도가니 온도측정단계는, 상기 플랜지의 중심으로부터 외곽까지 홀로서 형성된 온도측정창을 따라, 상기 파이로미터가 수평이동하면서 상기 도가니의 수평온도를 측정하는 것이 바람직하다.In this case, the crucible is disposed in a quartz tube, the upper and lower portions of the quartz tube are closed by a flange, respectively, the crucible temperature measuring step, along the temperature measurement window formed as a hole from the center to the outer edge of the flange, It is preferable to measure the horizontal temperature of the crucible while the pyrometer moves horizontally.
아울러, 상기 온도측정창은, 상기 플랜지의 중심으로부터 외곽까지 형성된 온도측정홀; 및 투명재질로서 상기 온도측정홀을 폐쇄하는 석영판;을 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the temperature measuring window, the temperature measuring hole formed from the center to the outer periphery of the flange; And a quartz plate closing the temperature measuring hole as a transparent material.
여기에서, 본 발명은 상기 원료가 탄화규소(SiC)인 경우, 4인치 이상의 6H/4H형 탄화규소 단결정으로 성장시킬 수 있다.
Here, when the raw material is silicon carbide (SiC), it can be grown to 6H / 4H type silicon carbide single crystal of 4 inches or more.
본 발명에 따른 대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법은, 도가니의 상,하측에 각각 배치된 파이로미터가 수평방향 이동하면서 플랜지의 중심으로부터 외곽까지 형성된 온도측정창을 통해, 도가니의 수평온도편차를 측정함으로써 도가니의 상,하부의 특정지점만이 아닌 전체적인 온도구배를 용이하게 유추할 수 있는 효과를 가진다.Large diameter single crystal growth apparatus according to the present invention and a growth method using the same, the horizontal temperature deviation of the crucible through the temperature measurement window formed from the center of the flange to the outside while the pyrometer disposed in the upper and lower sides of the crucible is moved in the horizontal direction By measuring, it has the effect of easily inferring the overall temperature gradient, not just the specific point of the top and bottom of the crucible.
이에 의해, 도가니의 수평온도편차를 줄일 수 있는 도가니 및 가열수단 등의 디자인 및 구성을 설계할 수 있는 장점을 지닌다.
Thereby, it has the advantage of designing the design and configuration of the crucible and heating means, etc., which can reduce the horizontal temperature deviation of the crucible.
도 1은 본 발명에 따른 대구경 단결정 성장장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 대구경 단결정 성장방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a schematic view showing a large diameter single crystal growth apparatus according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a large-diameter single crystal growth method according to another aspect of the present invention.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 대구경 단결정 성장장치를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a large diameter single crystal growth apparatus according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명은 원료(1)가 장입되는 도가니(20), 상기 도가니(20)를 감싸는 석영관(30), 상기 석영관(30)의 상,하부를 각각 폐쇄하는 플랜지(40), 상기 석영관(30)을 감싸는 가열수단(50), 및 상기 도가니(20)의 온도를 측정하는 파이로미터(60)를 포함한다.
Referring to the drawings, the present invention is a
상기 도가니(20)는 몸체(21)와, 상기 몸체(21)를 상부를 선택적으로 폐쇄하는 커버(22)를 구비한다. 이때, 상기 커버(22)의 하면에는 종자정홀더(23)가 장착될 수 있다.The
상기 종자정홀더(23)는 탄화규소로 이루어진 종자정(10)이 부착되는 부위로서, 이와 같은 종자정홀더(23)에 종자정(10)이 부착되면 커버(22)가 몸체(21)에 덮어서 도가니(20) 내부에 종자정(10)이 배치되도록 한다.The
이에 더하여, 도가니(20)는 적어도 일부분이 단열재(29)에 의해 외부에 노출되지 않도록 감싸져서, 가열수단(50)에 의해 가열되는 경우에 내부가 고온의 상태를 유지하도록 한다.
In addition, the
또한, 상기 석영관(30)은 상,하부가 개방된 원통형 형상을 취하며, 내부에 도가니(20)가 배치되면 이러한 도가니(20)를 감싸는 구조를 이루게 된다. 아울러, 상기 플랜지(40)는 석영관(30)의 개방된 상,하부를 폐쇄하도록 구성된다.
In addition, the
그리고, 상기 가열수단(50)은 고주파 전류가 공급되어 상기 도가니(20)를 유도가열하는 고주파 유도코일인 것이 바람직하다.In addition, the heating means 50 is preferably a high frequency induction coil supplied with a high frequency current to induction heating the
상기 고주파 유도코일 내에 도가니(20)를 배치시키고 고주파 유도코일에 고주파 전류를 공급하면, 도가니(20)의 표면 가까이에 와전류를 발생시켜 이러한 손실의 열로 도가니(20)를 가열하게 된다.
When the
한편, 수평방향 큰 직경을 이루는 대구경 단결정을 성장시키는 데에 있어서, 상기 가열수단(50)으로 수평방향에 대한 균일한 가열을 하기에는 한계가 있기 때문에, 선행적으로 파이로미터(60)가 도가니(20)의 수평온도에 대한 정확한 측정을 하도록 구성되는 것을 본 발명의 기술적 특징으로 한다.On the other hand, in the growth of large diameter single crystals having a large diameter in the horizontal direction, there is a limit to uniform heating in the horizontal direction by the heating means 50, so that the pyrometer 60 is previously crucible ( It is a technical feature of the present invention to be configured to make an accurate measurement of the horizontal temperature of 20).
상기 파이로미터(60)는 물체에서 나오는 방사 에너지중 가시(可視)영역 중 하나의 파장에 대한 휘도를 관측하여 휘도(輝度)온도를 측정하는 방사 온도계로서, 석영관(30) 외측에서 플랜지(40)를 통해 도가니(20)의 수평온도편차, 즉 온도구배를 측정하도록 구성된다.
The pyrometer 60 is a radiation thermometer for measuring the luminance temperature by observing the luminance of one of the visible regions of the radiation energy emitted from the object, and the flange (outside the quartz tube 30) 40 is configured to measure the horizontal temperature deviation, that is, the temperature gradient of the
이때, 상기 파이로미터(60)는 석영관(30)의 외측에 배치되기 때문에, 석영관(30) 내에 배치된 도가니(20)의 수평온도편차를 측정하기 위해, 석영관(30)의 상,하부 장착된 플랜지(40)를 통하여 그 온도를 측정하게 된다.At this time, since the pyrometer 60 is disposed outside the
여기에서, 상기 플랜지(40)는, 파이로미터(60)가 도가니(20)로부터 나오는 방사 에너지의 가시영역 파장을 측정하여 온도를 측정하도록, 중심으로부터 외곽까지 온도측정창(70)이 설치될 수 있다.
Here, the
구체적으로, 상기 온도측정창(70)은 플랜지(40)의 중심으로부터 외곽까지 형성된 온도측정홀(71)과, 상기 온도측정홀(71)을 폐쇄하는 석영판(72)을 구비한다.Specifically, the
상기 온도측정홀(71)은 플랜지(40)의 중심으로부터 외곽까지 장형으로 형성된 구멍으로서, 플랜지(40)의 중심으로부터 외곽까지의 형성위치는 도가니(20)의 수평온도를 측정하기 위해 도가니(20)의 중심부로부터 외곽까지의 위치와 대응되는 배치구조이다.The
아울러, 이러한 온도측정창(70)은 플랜지(40)에서 중심으로부터 외곽까지 타원형으로 형성된 것이 바람직한데, 이는 비록 본 발명에서는 상기 온도측정창(70)의 형상 구조에 대해서 구체적으로 한정하지 않지만, 온도측정 후에 상기 온도측정홀(71)을 다시 막는 경우에 타원형의 구조가 리크(leak)가 가장 발생하지 않는 구조이기 때문이다.
In addition, the
또한, 상기 석영판(72)은 온도측정홀(71)을 폐쇄할 수 있도록, 상기 온도측정홀(71)에 착탈가능하게 구성되며, 도가니(20)로부터 나오는 방사 에너지의 가시영역 파장을 상기 파이로미터(60)가 감지하여 도가니(20)의 온도를 측정하도록, 투명재질로 이루어진 것이 바람직하다.
In addition, the
그리고, 상기 파이로미터(60)는, 도가니(20)의 수평방향에 대한 온도를 측정하도록, 도가니(20)의 수평방향에 대응되는 수평방향 이동이 가능한 구성을 취할 수 있다.In addition, the pyrometer 60 may have a configuration in which horizontal movement corresponding to the horizontal direction of the
이를 위해 파이로미터(60)의 일측에는 수평유압실린더(80)가 배치되는데, 상기 수평유압실린더(80)는 피스톤(80a)이 파이로미터(60)에 연결되며, 피스톤(80a)의 신장 및 수축에 의해 파이로미터(60)가 온도측정창(70)을 따라 수평이동하도록 한다.To this end, a horizontal hydraulic cylinder (80) is disposed at one side of the pyrometer (60), wherein the horizontal hydraulic cylinder (80) is connected to the piston (80a) of the pyrometer (60), and the expansion of the piston (80a). And the pyrometer 60 moves horizontally along the
나아가, 본 발명에서 파이로미터(60)를 수평이동시키는 구동수단은, 수평유압실린더에 의해 한정되지 않으며 모터 등이 활용될 수 있음은 물론이다.
Furthermore, in the present invention, the driving means for horizontally moving the pyrometer 60 is not limited to the horizontal hydraulic cylinder, and a motor or the like may be utilized.
여기에서, 상기 파이로미터(60), 수평유압실린더(80), 그리고 상술된 가열수단(50)인 고주파 유도코일은, 비록 도면에 도시되지는 않았지만, 석영관(30)의 둘레에 배치된 프레임(미도시)에 장착될 수 있으며, 이때 파이로미터(60)는 수평방향 이동가능하도록 가이드 이동구조로 체결될 수 있다.Here, the pyrometer 60, the horizontal
이와 같은 파이로미터(60)는, 도가니(20)에서의 수평온도편차의 측정치를 데이터베이스화하기 위해 제어부(C)와 전기적으로 연계됨은 물론이다.
Such a pyrometer 60, of course, is electrically connected to the control unit C to database the measurement of the horizontal temperature deviation in the
상기와 같이 구성되는 대구경 단결정 성장장치는, 도가니(20)의 상,하측에 각각 배치된 파이로미터(60)가 수평방향 이동하면서 플랜지(40)의 중심으로부터 외곽까지 형성된 온도측정창(70)을 통해, 도가니(20)의 수평온도편차를 측정함으로써 도가니(20)의 상,하부의 특정지점만이 아닌 전체적인 온도구배를 용이하게 유추할 수 있다.The large-diameter single crystal growth apparatus configured as described above includes a
이에 의해, 도가니(20)의 수평온도편차를 줄일 수 있는 도가니(20) 및 가열수단(50) 등의 디자인 및 구성을 설계할 수 있다.As a result, it is possible to design the design and configuration of the
물론, 본 발명에서는 상기 도가니(20) 및 가열수단(50) 등의 디자인 및 구성에 관해서는, 구체적으로 한정하지 않으며 종래의 어떠한 기술도 조합하여 활용할 수 있다.
Of course, in the present invention, the design and configuration of the
그러면, 상술된 대구경 단결정 성장장치를 이용한 대구경 단결정 성장방법을, 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다. 이때, 대구경 단결정 성장장치의 구성요소에 대한 구체적인 구조는 이미 상술되었기 때문에 생략하기로 한다.
Next, a large diameter single crystal growth method using the large diameter single crystal growth apparatus described above will be described with reference to FIG. 2. At this time, since the specific structure of the components of the large-diameter single crystal growth apparatus has already been described above, it will be omitted.
먼저, 종자정홀더(23)에 종자정(10)을 부착시킨다(S10). 이어서, 상기 종자정홀더(23)를 도가니(20) 내의 상부에 배치고정시킨다. 즉, 종자정홀더(23)가 장착된 도가니(20)의 커버(22)를 도가니(20)의 몸체(21)에 덮어서 종자정(10)이 도가니(20) 내에서 상부에 위치되도록 한다(S20).
First, the seed crystal 10 is attached to the seed crystal holder 23 (S10). Subsequently, the
다음으로, 도가니(20) 내에 원료(1)를 장입시키며(S30), 이어서 제1 가열수단(50)으로 도가니(20)를 가열하여 원료(1)를 승화시킴으로써 종자정(10)에 부착시켜 단결정으로 성장시킨다(S40).Next, the raw material 1 is charged into the crucible 20 (S30), and then the
이와 같이 도가니(20)가 가열되는 과정에서, 도가니(20)에 수평온도편차가 발생하여 원료(1)의 불균일한 승화 및 중앙이 볼록한 잉곳이 형성되는 저품질의 단결정 성장을 방지하기 위해, 본 발명의 기술적인 특징으로서 상기 도가니(20)의 수평온도편차를 측정하는 도가니 온도측정단계(S50)를 수행할 수 있다.
In the process of heating the
상기 도가니 온도측정단계(S50)는, 플랜지(40)의 중심으로부터 외곽까지 홀로서 형성된 온도측정창(70)을 따라 상기 파이로미터(60)가 수평이동하면서, 도가니(20)로부터 나오는 방사 에너지의 가시영역 파장을 측정하여 온도를 측정함에 따라, 도가니(20)의 수평온도를 측정한다.
The crucible temperature measuring step (S50), while the pyrometer 60 is horizontally moved along the
결과적으로, 도가니(20)의 상,하측에 각각 배치된 파이로미터(60)가 수평방향 이동하면서 플랜지(40)의 중심으로부터 외곽까지 형성된 온도측정창(70)을 통해, 도가니(20)의 수평온도편차를 측정함으로써 도가니(20)의 상,하부의 특정지점만이 아닌 전체적인 온도구배를 용이하게 유추할 수 있다.As a result, through the
이에 의해, 도가니(20)의 수평온도편차를 줄일 수 있는 도가니(20) 및 가열수단(50) 등의 디자인 및 구성을 설계할 수 있다.As a result, it is possible to design the design and configuration of the
바람직하게, 상기와 같은 대구경 단결정 성장방법을 통해, 상기 원료(1)가 탄화규소(SiC)인 경우, 고품질의 4인치 이상으로서 결정다형이 6H-SiC(6H형 탄화규소) 또는 4H-SiC(4H형 탄화규소) 단결정을 성장시킬 수 있다. 참고로, 상기 탄화규소는 다양한 결정다형을 갖고 있으며, 이를 구별하기 위해 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC 등으로 구분하여 부르고 있다. 이때, SiC(탄화규소) 앞의 숫자는 이러한 적층주기를 표시한 것으로서 특정한 결정방향(hexagonal 축계에서 0001방향)으로의 적층주기가 달라서 생기는 것으로, 예를 들어 3C-SiC의 경우 3층이 하나의 단위가 되어 주기적으로 반복되고, , 4H-SiC의 경우 4층, 6H-SiC의 경우 6층 등으로 구성된다. 또한, SiC(탄화규소) 앞의 영문은 결정추계를 의미하는 것으로서 C는 정방정계(Cubic)를 의미하고, H는 육방정계(hexagonal), R은 능면정계(Rhombohedral)를 의미한다.
Preferably, through the large-diameter single crystal growth method as described above, when the raw material 1 is silicon carbide (SiC), the crystal polymorph is 6H-SiC (6H-type silicon carbide) or 4H-SiC ( 4H type silicon carbide) single crystal can be grown. For reference, the silicon carbide has a variety of crystal polymorphs, and to distinguish it is called 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC and the like. At this time, the number in front of SiC (silicon carbide) indicates this lamination cycle, which is caused by a different lamination cycle in a specific crystal direction (0001 direction in the hexagonal axis system). For example, in the case of 3C-SiC, three layers It repeats periodically as a unit, and consists of 4 layers for 4H-SiC, 6 layers for 6H-SiC, etc. In addition, the English in front of SiC (silicon carbide) means a crystal estimation, C means cubic, H means hexagonal (hexagonal), R means rhombohedral.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.
1 : 원료 2 : 종자정
20 : 도가니 21 : 몸체
22 : 커버 23 : 종자정홀더
29 : 단열재 30 : 석영관
40 : 플랜지 50 : 가열수단
60 : 파이로미터 70 : 온도측정창
71 : 온도측정홀 72 : 석영판
80 : 수평유압실린더 80a : 피스톤
C : 제어부1: raw material 2: seed crystal
20: crucible 21: body
22: cover 23: seed crystal holder
29: heat insulating material 30: quartz tube
40: flange 50: heating means
60: pyrometer 70: temperature measurement window
71: temperature measuring hole 72: quartz plate
80: horizontal
C:
Claims (9)
상기 플랜지(40)는, 상기 파이로미터(60)가 상기 도가니(20)로부터 나오는 방사 에너지의 가시영역 파장을 측정하여 온도를 측정하도록, 중심으로부터 외곽까지 온도측정창(70)이 설치되며,
상기 온도측정창(70)은, 상기 플랜지(40)의 중심으로부터 외곽까지 형성된 온도측정홀(71); 및 투명재질로서 상기 온도측정홀(71)을 폐쇄하는 석영판(72);을 구비하는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장장치.
A crucible 20 into which a seed crystal holder 23 is mounted and into which the raw material 1 is charged; A quartz tube 30 surrounding the crucible 20 and having upper and lower portions open; A flange 40 for closing the upper and lower portions of the quartz tube 30; Heating means (50) for heating while wrapping the quartz tube (30); And a pyrometer (60) configured to move horizontally to measure a horizontal temperature deviation of the crucible (20) through the flange (40) outside the quartz tube (30).
The flange 40 is provided with a temperature measurement window 70 from the center to the outside so that the pyrometer 60 measures the temperature by measuring the visible wavelength of the radiation energy emitted from the crucible 20,
The temperature measuring window 70, the temperature measuring hole 71 formed from the center of the flange 40 to the outside; And a quartz plate (72) for closing the temperature measuring hole (71) as a transparent material.
상기 온도측정창(70)은, 상기 플랜지(40)에서 중심으로부터 외곽까지 타원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장장치.
The method of claim 1,
The temperature measuring window 70 is a large-diameter single crystal growth apparatus, characterized in that formed in an elliptical shape from the center to the outer periphery of the flange (40).
피스톤(80a)이 상기 파이로미터(60)에 연결되며, 상기 피스톤(80a)의 신장 및 수축에 의해 상기 파이로미터(60)가 상기 온도측정창(70)을 따라 수평이동하도록 구동력을 제공하는 수평유압실린더(80);
를 구비하는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장장치.
The method of claim 1,
A piston 80a is connected to the pyrometer 60, and the driving force is provided so that the pyrometer 60 moves horizontally along the temperature measuring window 70 by the expansion and contraction of the piston 80a. Horizontal hydraulic cylinder (80);
Large-diameter single crystal growth apparatus comprising a.
상기 도가니(20)는 석영관(30) 내에 배치되고, 상기 석영관(30)의 상,하부는 플랜지(40)에 의해 각각 폐쇄되며, 상기 도가니 온도측정단계는, 상기 플랜지(40)의 중심으로부터 외곽까지 홀로서 형성된 온도측정창(70)을 따라, 파이로미터(60)가 수평이동하면서 상기 도가니(20)의 수평온도를 측정하며,
상기 온도측정창(70)은, 상기 플랜지(40)의 중심으로부터 외곽까지 형성된 온도측정홀(71); 및 투명재질로서 상기 온도측정홀(71)을 폐쇄하는 석영판(72);을 구비하는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장방법.
Seed crystal attachment step (S10) for attaching the seed crystal (10) to the seed crystal holder (23); A holder retracting step (S20) for arranging and fixing the seed crystal holder 23 on an upper portion of the crucible 20; A raw material charging step (S30) of charging the raw material 1 into the crucible 20; A crucible heating step (S40) of heating the crucible (20) with heating means (50) to sublimate the raw material (1) and attach it to the seed crystal (10) to grow into a single crystal; And crucible temperature measuring step (S50) of measuring a horizontal temperature deviation of the crucible 20.
The crucible 20 is disposed in the quartz tube 30, the upper and lower portions of the quartz tube 30 are closed by the flange 40, respectively, the crucible temperature measuring step, the center of the flange 40 Along the temperature measuring window 70 formed as a hole from the outside to the outside, the pyrometer 60 moves horizontally to measure the horizontal temperature of the crucible 20,
The temperature measuring window 70, the temperature measuring hole 71 formed from the center of the flange 40 to the outside; And a quartz plate (72) for closing the temperature measuring hole (71) as a transparent material.
상기 원료(1)가 탄화규소(SiC)인 경우, 4인치 이상으로서 결정다형이 6H-SiC(6H형 탄화규소) 또는 4H-SiC(4H형 탄화규소) 단결정으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장방법.The method according to claim 6,
When the raw material 1 is silicon carbide (SiC), the large-diameter single crystal is characterized in that the crystal polymorph is grown to 6H-SiC (6H-type silicon carbide) or 4H-SiC (4H-type silicon carbide) single crystal as 4 inches or more. How to grow.
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