KR101724291B1 - 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치는 복수개의 벽을 구비하고, 복수개의 상기 벽에 의해 형성되는 내부공간 하부에 종자정을 수용하는 도가니본체;와, 상기 도가니본체를 수용하는 석영관;과, 상기 석영관의 외부에 배치되어 열을 가하는 가열수단; 및 상기 도가니본체의 벽 내부에 설치되되, 상기 도가니본체에서 상기 종자정이 배치되는 영역을 둘러싸게 배치되는 다공성흑연;을 포함하되, 상기 도가니본체의 벽은, 상기 종자정에 대면하는 일면에서 경사지게 구비되고, 상기 종자정을 둘러싸는 유도경사부;를 포함하고, 상기 유도경사부는, 상기 도가니본체의 수용공간에 배치되어 상기 종자정에 대면하는 내벽;과, 상기 내벽으로부터 일정거리 이격되어 상기 도가니본체의 벽 내부에 배치되고, 상기 다공성흑연에 대면하는 외벽;을 포함하고, 상기 다공성흑연은, 상기 도가니본체의 벽 내부에 배치되되, 상기 유도경사부의 외벽으로부터 일정거리 이격되게 배치될 수 있다.

Description

역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치{Apparatus for growing silicon carbide single crystal using the method of reversal of Physical Vapor Transport}
본 발명은 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치에 관한 것이다.
대표적인 차세대 반도체 소자 재료인 탄화규소(SiC)는 열적 안정과 내산화성이 우수한 특징이 있다. 또한, 열전도도가 4.6W/Cm℃ 정도로서 매우 우수하고, 직경 4inch이상의 대구경의 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있다.
이와 같이 우수한 물리적 특징과 큰 잠재력을 가진 탄화규소는 유망한 와이드 밴드갭 반도체 물질 중 하나이다. 와이드 밴드갭 반도체 물질은 실리콘(Si)을 대신하여 전력변환 시 전력손실을 대폭 줄일 수 있는 차세대 반도체 물질을 말한다.
이러한 탄화규소의 단결정 성장 방법 중 하나인 물리적 기상 수송법(PVT : Physical Vapor Transport)은 대구경화와 높은 성장률을 가지기 때문에 탄화규소의 단결정 성장 방법으로 널리 이용되고 있다.
일반적인 물리적 기상 수송법은 성장 장치의 도가니 하부에 탄화규소 분말을 장입하고, 도가니 상부에 종자정을 부착하여 종자정으로부터 잉곳형태의 탄화규소를 성장시키는 방법이다.
그런데, 이러한 성장 방법은 고온의 도가니 내부에서 종자정을 받치는 흑연 받침대와 탄화규소 사이의 열팽창계수를 고려해야 하는 문제가 있다. 즉, 열팽창 계수가 상대적으로 높은 흑연 받침대의 경우 인장응력을 받고, 탄화규소는 압축응력을 받기 때문에 고온의 도가니 내부에서 뒤틀림에 의한 응력이 증가하게 된다.
이러한 뒤틀림에 의한 응력은 결함 및 크랙발생을 유발하기 때문에 이를 방지하기 위하여 탄화규소 종자정을 흑연 받침대에 부착시키지 않고, 단순히 놓아두는 방식인 역 승화(Reverse PVT)법을 이용하여 탄화규소 단결정을 성장시키기도 한다.
이러한 역 승화법을 이용한 단결정 성장장치는 도가니 내부에서 성장되는 잉곳의 직경확장을 위하여 도가니 내부가 일부 경사지게 형성되는데, 이러한 경사부는 종자정 근처에서 볼록해지거나(convex) 오목해지는(concave) 수평온도구배를 형성하는 원인이 된다.
이와 같은 온도구배의 차이는 여러가지 결함들을 유발하게 되고, 대구경 및 고품질의 탄화규소 단결정을 구현하기 어렵게 만드는 문제가 있다.
본 발명은 역 승화법을 이용하여 고품질의 탄화규소 단결정을 구현하는 것을 일 목적으로 한다.
구체적으로, 도가니의 직경방향으로 생기는 온도편차를 감소시키는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 도가니 내부의 경사진 영역에서 열을 제어하여 수평온도구배 편차를 감소시키는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치는 복수개의 벽을 구비하고, 복수개의 상기 벽에 의해 형성되는 내부공간 하부에 종자정을 수용하는 도가니본체;와, 상기 도가니본체를 수용하는 석영관;과, 상기 석영관의 외부에 배치되어 열을 가하는 가열수단; 및 상기 도가니본체의 벽 내부에 설치되되, 상기 도가니본체에서 상기 종자정이 배치되는 영역을 둘러싸게 배치되는 다공성흑연;을 포함하되, 상기 도가니본체의 벽은, 상기 종자정에 대면하는 일면에서 경사지게 구비되고, 상기 종자정을 둘러싸는 유도경사부;를 포함하고, 상기 유도경사부는, 상기 도가니본체의 수용공간에 배치되어 상기 종자정에 대면하는 내벽;과, 상기 내벽으로부터 일정거리 이격되어 상기 도가니본체의 벽 내부에 배치되고, 상기 다공성흑연에 대면하는 외벽;을 포함하고, 상기 다공성흑연은, 상기 도가니본체의 벽 내부에 배치되되, 상기 유도경사부의 외벽으로부터 일정거리 이격되게 배치될 수 있다.
삭제
보다 바람직하게는, 상기 도가니본체의 벽 내부에서 상기 유도경사부의 외벽과 상기 다공성흑연 간의 이격거리(D1)는, 0.5mm이상 1.5mm이하의 범위의 값일 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 다공성흑연의 두께(D2)는, 상기 도가니본체의 벽 두께(D3)의 50%이상 80%이하의 범위의 값이되, 상기 도가니본체의 벽 두께(D3)는, 15mm이상 25mm이하의 범위의 값일 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 다공성흑연의 두께(D2)는, 상기 유도경사부의 외벽과 상기 다공성흑연 간의 이격거리(D1)와, 상기 도가니본체의 벽 두께(D3)와, 상기 유도경사부의 내벽으로부터 외벽까지의 직선거리 값 중 최대 값(D4)에 의해 형성되되, D2=A(D3-D1-D4)의 수식에 의해 형성되고, 상기 A값은 0.6이상 0.9이하의 범위에 있을 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 가열수단은, 고주파 유도 코일로 구비되고, 주파수가 8kHz이상 12kHz이하일 수 있다.
본 발명에 따르면 도가니 내부 특히, 경사진 영역에서 열을 효율적으로 제어할 수 있다.
따라서, 도가니의 직경방향으로 생기는 온도편차가 감소되며, 수평온도구배 편차가 감소되는 효과가 있다.
이로써, 온도편차에 의해 발생하는 결함을 방지할 수 있고, 고품질의 탄화규소 단결정을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 통상의 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치의 도가니 벽의 개념도이다.
도 4는 통상의 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치의 도가니 온도분포를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치의 도가니 온도분포를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치에서 성장된 잉곳을 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.
먼저, 통상의 역 승화(Reverse PVT)법을 이용한 탄화규소 단결정을 성장장치는 도 1과 같은 구성을 가질 수 있다. 즉, 도가니(20)를 수용하는 석영관(50)과, 상기 석영관(50)의 외주를 감싸게 배치되어 열을 가하는 코일(60)과, 상기 도가니(20)에 수용되는 종자정(10)과, 상기 도가니(20)의 외주를 감싸는 단열재(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 역 승화법은 승화법과 다르게 종자정(10)을 도가니(20) 하부에 놓고, 상기 종자정(10)의 상부에 분말받침대(31)를 구비하여 상기 분말받침대(31)에 탄화규소 분말(30)을 충진한다.
그리고, 역 승화법에서는 열팽창계수의 차이로 인한 뒤틀림을 방지하기 위하여 종자정(10)을 흑연 받침대(미도시)에 부착하지 않고, 단순히 놓아두는 방법을 사용한다.
이와 같이 종자정(10)을 흑연 받침대(미도시)에 부착하지 않고 단순히 놓아두게 되면 흑연 받침대와 종자정(10)간의 열팽창계수의 차이를 배제할 수 있게 되므로 결함 및 크랙의 발생빈도가 감소되는 효과가 있다.
또한, 역 승화법에서는 성장되는 잉곳의 직경확장을 위하여 도가니 벽(21)의 일측에 테이퍼(taper) 형태로 유도부(22)를 설치한다. 유도부(22)는 도 1에서 보이듯이, 종자정(10)이 위치하는 하부에서부터 상부방향으로 경사지게 구비되며, 잉곳의 직경이 확장될 수 있도록 도가니(20)의 상부로 갈수록 그 직경이 더 커지도록 경사부가 놓이게 된다.
이와 같이 구비되는 유도부(22)는 종자정(10)을 둘러싸게 배치되는데 상기 유도부(22)는 코일(60)이 도가니(20)를 가열할 때, 도가니(20) 직경방향으로의 온도편차 즉, 수평온도구배를 형성하는 원인이 된다.
이와 같은 온도편차는 대구경 및 고품질의 탄화규소 단결정을 구현하는데 장애요소가 되므로, 본 발명에서는 유도부(22)의 경사진 형태에 의해 발생하는 온도편차를 방지하기 위하여 도 2에서 보이는 것과 같은 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치(100)를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장장치는 복수개의 벽(111)을 구비하고, 복수개의 상기 벽(111)에 의해 형성되는 내부공간 하부에 종자정(10)을 수용하는 도가니본체(110)와, 내부 수용공간(121)에 상기 도가니본체(110)를 수용하는 석영관(120)과, 상기 석영관(120)의 외부에 배치되어 열을 가하는 가열수단(130) 및 상기 도가니본체(110)의 벽(111) 내부에 설치되되, 상기 도가니본체(110)에서 상기 종자정(10)이 배치되는 영역을 둘러싸게 배치되는 다공성흑연(140)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 가열수단(130)은 고주파 유도 코일(도 3의 131)로 구비될 수 있고, 도가니본체(110)는 상기 고주파 유도 코일에 의해 유도가열될 수 있다.
그리고, 도가니본체의 벽(111)에는 유도경사부(112)가 구비될 수 있다. 상기 유도경사부(112)는 도가니본체의 벽(111)에서 상기 종자정(10)에 대면하게 설치된다. 그리고 상기 종자정(10)을 둘러싸도록 배치되며, 도가니본체(110)의 최하부에서부터 탄화규소 분말(30)을 받치는 분말 받침대(31)에 이르는 영역까지 상기 도가니본체(110)의 높이방향으로 선형의 경사를 형성하도록 구비될 수 있다.
그리고, 상기 도가니본체의 벽(111) 내부에는 상기 유도경사부(112)로부터 상기 도가니본체(110)의 직경방향으로 일정거리 이격되게 다공성흑연(140)이 설치된다.
이때, 다공성흑연(140)은 도가니본체의 벽(111)에서 종자정(10)이 배치되는 영역에 대응되게 구비될 수 있으며, 이에 의해 종자정(10)의 외주는 유도경사부(112)가 둘러싸고, 상기 유도경사부(112)의 외주는 다공성흑연(140)이 둘러싸게 된다.
다공성흑연(140)은 도가니본체(110)의 직경방향으로 발생하는 온도편차를 방지하기 위한 구성으로서, 열의 흐름을 효율적으로 제어하여 도가니본체(110)의 중심부와 가장자리부 간의 온도차이를 방지하는 역할을 수행한다.
탄화규소 성장에 있어서 도가니본체(110)는 열원 재료로서, 상온에서 2300℃ 이상으로 승온되도록 가열된다. 이때, 도가니본체(110) 내부의 온도 영향에 있어서, 2000℃ 이하에서는 유도가열의 표피 효과로 인해 전도(conduction)의 영향이 지배적이지만 2000℃ 이상에서는 복사(radiation)의 영향이 더욱더 지배적으로 바뀌게 된다.
따라서, 본 발명에서는 다공성흑연(140)을 도가니본체의 벽(111) 내부에 배치하여 종자정(10)을 둘러싸게 함으로써 상기의 복사열을 보다 효율적으로 활용할 수 있게 한다.
상기의 다공성흑연(140)에 의하면 도가니본체(110)에서 국부적인 열 방출 및 단열이 가능하여, 가열수단(130)에 의한 도가니본체(110)의 유도가열 및 유도경사부(112)의 경사진 형상으로 인해 발생하는 수평온도구배를 보정할 수 있게 된다. 따라서, 도가니본체(110)의 중심부와 가장자리부 간의 온도편차가 방지되고, 최종적으로는 고품질의 단결정을 구현할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 유도경사부(112)는 도 3에서 보이듯이, 상기 도가니본체(110)의 수용공간(110a)에 배치되어 종자정(10)에 대면하는 내벽(112a)과, 상기 내벽(112a)으로부터 일정거리 이격되어 상기 도가니본체(110)의 벽(111) 내부에 배치되고, 다공성흑연(140)에 대면하는 외벽(112b)을 포함한다.
그리고, 상기 다공성흑연(140)은 도가니본체(110)의 벽(111) 내부에 배치되되, 상기 유도경사부의 외벽(112b)으로부터 일정거리 이격되게 배치될 수 있다. 이와 같이 다공성흑연(140)을 구비하기 위하여 도가니본체의 벽(111) 내부에는 일정공간이 마련될 수 있다.
이와 같이 도가니본체의 벽(111) 내부에 형성되는 일정공간에 의해 유도경사부의 외벽(112b)과 다공성흑연(140) 간에는 이격공간(113)이 생기게 된다. 그리고, 유도경사부의 내벽(112a)과 외벽(112b)까지의 거리는 상기 유도경사부(112)의 두께가 되며, 경사지게 구비되는 유도경사부(112)의 특성에 의하여 상기 유도경사부(112)는 최고두께지점(112c)을 포함하게 된다.
이처럼 구성되는 본 발명의 탄화규소 단결정 성장장치의 탄화규소 분말 받침대(도 2의 31)에 탄화규소 분말(30)을 장입하고, 탄화규소로 이루어진 종자정(10)을 흑연 받침대(미도시) 위에 단순히 놓아둔 뒤, 이를 도가니본체(110)의 하부에 장착한다.
이어, 1000℃ 미만의 온도와 진공압력으로 2시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니본체(110)에 포함된 불순물을 제거한다. 이후, 불활성 가스 예를 들어, 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 도가니본체(110) 내부 및 도가니본체(110)와 단열수단(도 2의 150) 사이에 남아있는 공기를 제거한다.
여기서 불활성 가스를 이용한 퍼징(purging) 공정을 2 내지 3회 반복하는 것이 바람직하다. 이어서 압력을 대기압으로 높인 후, 가열수단(도 2의 130)을 이용하여 도가니를 2000℃ 내지 2300℃의 온도로 가열한다.
이때, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정다형의 발생을 방지하기 위함이다. 즉, 먼저 대기압을 유지하며 원료 물질을 성장온도까지 승온시킨다. 그리고, 성장장치 내부를 1torr 내지 20torr로 감압하여 성장압력으로 유지시키면서 원료 물질을 승화시켜 단결정을 성장시킨다.
이러한 과정에서 고주파 코일에 의한 유도가열과, 유도경사부(112)의 경사진 형상은 도가니본체(110)의 중심부와 가장자리부 간의 온도편차를 심화시키는 원인이 된다.
이때, 다공성흑연(140)이 도가니본체(110)의 내벽에서 발생하는 복사열을 단열 혹은 보온하게 되므로 도가니본체(110)의 중심부와 가장자리부 간의 온도편차를 방지하는 효과를 창출하게 된다.
다시 말해, 도가니본체(110)의 하단부에서 발생한 열은 유도경사부(112)를 통해 종자정(10)이 위치한 도가니본체(110)의 내부공간(110a)으로 복사열로써 방출된다. 그리고 동시에 도가니본체(110)의 가장자리부의 빈 공간 즉, 다공성흑연(140)이 위치한 공간으로 방출된다.
이때, 도가니본체(110)의 가장자리부에 위치한 다공성흑연(140)은 상대적으로 높은 기공률로 인하여 도가니본체(110)보다 발열량이 적다. 따라서, 도가니본체(110)의 가장자리부에 위치하여도 열의 이동이 가능하다.
따라서, 도가니본체(110)의 벽(111) 내부에 위치한 다공성흑연(140)은 도가니본체(110)의 벽(111)을 통해 도가니본체(110)의 외부로 국부적인 열을 방출할 수 있게 된다. 또한 동시에 다공성흑연(140)이 위치한 벽(111) 내부의 공간에서 단열 및 보온 작용을 하게 된다.
그러므로, 상기의 다공성흑연(140)의 국부적인 열 방출작용 및 단열작용에 의하여 도가니본체(110)의 내부공간(110a)의 온도가 균일하게 제어될 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참고로 하여 상기와 같은 다공성흑연(140)의 작용이 극대화될 수 있는 구조에 관하여 설명하도록 한다. 여기서, 도가니 벽(111)의 두께에는 유도경사부(112)의 내벽(112a)과 외벽(112b)까지의 거리가 포함되며, 상기 유도경사부의 외벽(112b)과 다공성흑연(140)이 이격됨으로써 형성되는 이격공간(113)도 포함된다.
그리고, 명확한 설명을 위하여 유도경사부의 외벽(112b)과 다공성흑연(140) 간의 이격거리를 'D1'으로 하고, 다공성흑연(140)의 두께를 'D2'로 하며, 도가니 벽(111) 두께를 'D3'으로 하고, 유도경사부의 내벽(112a)으로부터 외벽(112b)까지의 직선거리 값 중 최대 값 즉, 유도경사부(112)의 최고두께지점(112c)을 'D4'로 하기로 한다.
먼저, 도가니 벽 두께(D3)는 고주파 유도 코일로 구비되는 가열수단(도 2의 130)의 주파수에 의해 설정될 수 있는데 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 상기 고주파 유도 코일의 주파수를 8kHz이상 12kHz이하로 하고, 이에 적합하도록 도가니 벽 두께(D3)를 15mm이상 25mm이하의 범위의 값으로 한다.
따라서, 도가니 벽 두께(D3)는 1.2×(D1 +D2+D4) 보다 크고 1.9×(D1 +D2+D4) 보다 작은 범위로 한정될 수 있다.
이어, 유도경사부의 외벽(112b)과 다공성흑연(140) 간의 이격거리인 'D1'과, 다공성흑연(140)의 두께인 'D2'와, 유도경사부(112)의 최고두께지점(112c)인 'D4'의 값은 도가니본체(110)의 직경방향으로의 온도편차인 수평온도구배의 제어를 위해 설정되는 값이다.
다공성흑연(140)은 도가니본체(110)의 발열 및 유도경사부(112)의 외벽(112b)에서 오늘 열의 단열을 위해 일정수준 이상의 두께를 유지해야 할 필요가 있다. 따라서, 다공성흑연(140)의 두께는 도가니본체(110)의 벽(111) 두께의 50%이상 80%이하의 범위에서 설정되는 것이 바람직하다.
이를 수식화하면, D2=(0.5~0.8)×D1 으로 정리할 수 있다. 이때, D2의 값이 0.8×D1의 값보다 크면 발열량보다 단열량이 많아져서 유도경사부(112)의 내벽(112a)의 온도가 낮아지게 되어 다결정이 증착될 수 있고, D2의 값이 0.5×D1의 값보다 작으면 단열량보다 발열량이 많아져서 수평온도구배를 제어할 수 없게 된다.
따라서, 위와 같이 다공성흑연(140)의 두께(D2)는 (0.5~0.8)×D1 의 범위 내의 값으로 설정되는 것이 효과적이다.
한편, 유도경사부의 외벽(112b)과 다공성흑연(140) 간의 이격거리(D1)는 빈 공간으로서 대류구간을 만들어 유도경사부의 외벽(112b)에서 열이 방출 또는 이동되는 시간을 지연하는 역할을 한다. 이로써, 도가니본체(110)의 높이방향 즉, 수직방향으로의 온도구배를 균일하게 하는 효과가 있다.
이와 같은 유도경사부의 외벽(112b)과 다공성흑연(140) 간의 이격거리(D1)의 값은 0.5mm이상 1.5mm이하의 범위로 하는 것이 바람직한데, 유도경사부의 외벽(112b)과 다공성흑연(140) 간의 이격거리(D1)가 0.5mm보다 작게 되면 복사가 아닌 전도효과가 나타나서 내부공간에서 외각으로의 열 방출이 어려워진다.
또한, 유도경사부의 외벽(112b)과 다공성흑연(140) 간의 이격거리(D1)가 1.5mm보다 크게 되면 열 방출량이 증가되어, 유도경사부(112)의 온도가 낮아져서 다결정이 측정될 수 있다.
한편, 유도경사부(112)의 최고두께지점(112c)(D4)는 독립변수로 항상 일정한 두께가 유지되어야 하기 때문에, 상기의 수식들을 정리하면 최종적으로 다공성흑연(140)의 두께(D2)는 'D2=(0.6~0.9)×(D1-D3-D4)'의 관계식을 만족하게 된다.
이하에서는, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장장치의 도가니본체(110)의 온도분포를 통상의 단결정 성장장치의 도가니의 온도분포와 비교하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 4는 통상의 탄화규소 단결정 성장장치에서의 도가니의 내부공간(110a)과 도가니 벽(111)의 온도분포를 도시한 것이다. 등고선의 간격이 조밀하지 못한 것을 알 수 있다.
반면, 도 5는 다공성흑연이 도가니 벽에 삽입된 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장장치의 도가니본체(도 2의 110)의 내부공간(110a)과 도가니 벽(111)의 온도분포를 도시한 것이다.
도 5에서 보이는 등고선의 간격이 도 4에서 보이는 등고선의 간격에 비해 현저히 조밀해졌음을 알 수 있다. 이는 다공성흑연이 열을 단열, 보온함으로써 유도가열의 특징을 상쇄시키는 것을 의미한다.
또한, 도가니본체의 외부 분위기 전체를 제어하는 저항가열방법의 특징이 다공성흑연이 삽입된 도가니본체의 벽 내부 공간에서도 일어나기 때문에, 유도경사부(112)의 내벽(112a) 즉, 종자정(10)이 위치한 도가니본체(110)의 내부공간(110a)의 수평온도구배 편차 또한 감소되는 효과가 있다.
도 6에는 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장장치에 의해 성장된 4inch 탄화규소 단결정 잉곳(200)이 도시되어 있다. 도가니본체(110)의 중심부와 가장자리부의 온도편차가 감소됨에 따라, 곡률반경이 큰 잉곳이 성장되었음을 알 수 있다.
이는, 잉곳의 내부격자가 뒤틀리는 현상이 감소되는 것을 의미하며, 이에 따라 결함 및 크랙이 생성될 확률이 낮은 고품질의 탄화규소 단결정을 얻음을 의미한다.
따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 도가니본체에서 온도편차가 감소되어 고품질의 탄화규소 단결정을 얻을 수 있게 된다.
이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10 : 종자정 20 : 도가니
21 : 도가니 벽 22 : 유도부
30 : 탄화규소 분말 31 : 분말 받침대
40 : 단열재 50 : 석영관
60 : 코일 110 : 도가니본체
111 : 도가니 벽 112 : 유도경사부
112a : 내벽 112b : 외벽
120 : 석영관 121 : 수용공간
130 : 가열수단 140 : 다공성흑연
150 : 단열수단 200 : 잉곳

Claims (6)

  1. 복수개의 벽을 구비하고, 복수개의 상기 벽에 의해 형성되는 내부공간 하부에 종자정을 수용하는 도가니본체;
    상기 도가니본체를 수용하는 석영관;
    상기 석영관의 외부에 배치되어 열을 가하는 가열수단; 및
    상기 도가니본체의 벽 내부에 설치되되, 상기 도가니본체에서 상기 종자정이 배치되는 영역을 둘러싸게 배치되는 다공성흑연;을 포함하되,
    상기 도가니본체의 벽은,
    상기 종자정에 대면하는 일면에서 경사지게 구비되고, 상기 종자정을 둘러싸는 유도경사부;를 포함하고,
    상기 유도경사부는,
    상기 도가니본체의 수용공간에 배치되어 상기 종자정에 대면하는 내벽;과, 상기 내벽으로부터 일정거리 이격되어 상기 도가니본체의 벽 내부에 배치되고, 상기 다공성흑연에 대면하는 외벽;을 포함하고,
    상기 다공성흑연은,
    상기 도가니본체의 벽 내부에 배치되되, 상기 유도경사부의 외벽으로부터 일정거리 이격되게 배치되는 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도가니본체의 벽 내부에서 상기 유도경사부의 외벽과 상기 다공성흑연 간의 이격거리(D1)는,
    0.5mm이상 1.5mm이하의 범위의 값인 것을 특징으로 하는 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다공성흑연의 두께(D2)는,
    상기 도가니본체의 벽 두께(D3)의 50%이상 80%이하의 범위의 값이되,
    상기 도가니본체의 벽 두께(D3)는,
    15mm이상 25mm이하의 범위의 값인 것을 특징으로 하는 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다공성흑연의 두께(D2)는,
    상기 유도경사부의 외벽과 상기 다공성흑연 간의 이격거리(D1)와, 상기 도가니본체의 벽 두께(D3)와, 상기 유도경사부의 내벽으로부터 외벽까지의 직선거리 값 중 최대 값(D4)에 의해 형성되되,
    D2=A(D3-D1-D4)의 수식에 의해 형성되고,
    상기 A값은 0.6이상 0.9이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치.
  6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열수단은,
    고주파 유도 코일로 구비되고, 주파수가 8kHz이상 12kHz이하인 것을 특징으로 하는 역 승화법을 이용한 탄화규소 단결정 성장장치.
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