KR101780002B1 - 단결정 성장장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따른 단결정 성장장치는, 중공 형상을 포함하는 도가니, 상기 도가니의 하측에 위치하고, 상기 도가니로 원료 가스를 공급하는 가스 공급관과 연결되는 가스 공급부, 상기 도가니의 상측에 위치하는 가스 배기부 및 상기 원료가스가 미반응되어 형성된 물질이 상기 도가니의 내측으로 유입되는 것을 방지하는 방지부를 포함할 수 있다.

Description

단결정 성장장치{SINGLE CRYSTAL GROWTH DEVICE}
아래의 설명은 다결정 입자 또는 반응물이 반응 구간으로 유입되는 것을 방지할 수 있는 단결정 성장장치에 관한 것이다.
일반적으로 CVD법을 통한 단결정 성장을 위한 장치는 유로 가스가 주입되는 주입관, 반응가스가 배출되는 배기관, 종자정을 지지하는 종자정 홀더 그리고 이것들을 포함하는 도가니로 구성된다.
단결정 성장 공정에서 시드를 제외한 부분에서 미반응가스에 의한 다결정상이 형성될 수 있고, 벽면이나 상부 도가니에 형성된 다결정상이 낙하하여 반응구간에 들어가면 양질의 단결정 성장을 저해할 수 있다.
일 실시 예에 따른 목적은 시드를 제외한 부분에서 발생되는 다결정 입자 또는 반응물이 반응구간으로 침입하는 것을 방지할 수 있는 단결정 성장장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 일 실시 예에 따른 목적은 하기와 같은 단결정 성장장치를 제공함으로써 달성된다.
일 실시 예에 따른 단결정 성장장치는, 중공 형상을 포함하는 도가니, 상기 도가니의 하측에 위치하고, 상기 도가니로 원료 가스를 공급하는 가스 공급관과 연결되는 가스 공급부, 상기 도가니의 상측에 위치하는 가스 배기부 및 상기 원료가스가 미반응되어 형성된 물질이 상기 도가니의 내측으로 유입되는 것을 방지하는 방지부를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 도가니는, 상기 가스 배기부가 위치하는 제 1도가니 및 상기 가스 공급관과 연결되는 제 2도가니를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 방지부는 상기 제 1도가니와 일체로 형성되고, 상기 제 1도가니와 상기 제 2도가니는 분리 가능할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 방지부는, 상기 가스 배기부의 하측에 위치하는 받침 플레이트를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 받침 플레이트는, 상기 도가니의 내면의 둘레를 따라 배치될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 받침 플레이트는 상기 도가니의 내면으로부터 상기 도가니의 중심부로 상향 경사지게 배치될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 단결정 성장장치는, 제 1도가니, 상기 제 1도가니에 위치하는 가스 배기부, 상기 제 1도가니와 결합되는 제 2도가니, 상기 제 2도가니와 연결되는 가스 공급관, 상기 제 1도가니 및 상기 제 2도가니가 형성하는 내부 공간에 배치되는 시드 홀더 및 상기 제 1도가니와 일체로 형성되고 상기 제 1도가니로부터 상기 내부 공간을 향하여 연장되어 상기 가스배기관의 하측에 배치되는 받침 플레이트를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 받침 플레이트의 수평 길이는, 상기 제 1도가니로부터 상기 시드 홀더까지의 수평 거리와 같거나 짧게 구성되어 상기 시드 홀더의 상하 이동이 간섭되지 않을 수 있다.
일 실시 예에 따른 단결정 성장장치에 따르면, 상대적으로 온도가 낮은 가스 배기구 하측에 받침 플레이트가 형성되어 다결정 입자 또는 반응물이 반응구간으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 단결정 성장장치에 따르면, 다결정 입자 또는 반응물이 반응구간으로 유입되는 것을 방지하여 양질의 단결정을 성장시킬 수 있고, 단결정 성장을 장시간 진행할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 단결정 성장장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 도가니가 분리된 형태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 다결정 성장장치의 받침 플레이트 부분의 확대도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 단결정 성장장치를 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 도가니가 분리된 형태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 단결정 성장장치(1)는 원료가스가 미반응되어 형성된 물질이 도가니(110)의 내측으로 유입되는 것을 방지하는 방지부(120)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 방지부(120)는 미반응가스에 의하여 발생되는 다결정상, 불순물 기타 반응물이 도가니(110)의 내측 반응구간으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 양질의 단결정을 성장시킬 수 있고, 다결정상의 영향없이 장시간 단결정을 성장시킬 수 있다. 이하, 구체적으로 설명하기로 한다.
단결정 성장장치(1)는 중공 형상의 도가니(110)를 포함할 수 있다. 도가니(110)는 원통으로 형성되고, 시드(S)가 배치되는 내부 공간이 형성될 수 있다.
도가니(110) 내부에는 히터(미도시)가 배치되어, 도가니(110) 내부를 증착이 필요한 온도로 유지시킬 수 있다. 그리고, 도가니(110)는 그라파이트(GRAPHITE) 재질을 포함하여, 열전도성 및 내열성을 확보할 수 있다. 다만, 히터의 위치가 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 히터가 도가니(110) 외측을 둘러 싸도록 배치될 수도 있다.
도가니(110)는 제 1도가니(111) 및 제 2도가니(112)를 포함할 수 있다. 제 1도가니(111) 및 제 2도가니(112)는 분리 및 결합 가능하고, 제 1도가니(111)가 도가니(110)의 상부를, 제 2도가니(112)가 도가니(110)의 하부를 구성할 수 있다.
단결정 성장장치(1)는, 내부 공간에 배치되는 시드(S)에 SiC 단결정을 성장시킴으로써 SiC 단결정 잉곳(ingot)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 도가니(110)의 하측에서 원료 가스가 공급되고, 화학 증착법(CHEMICAL VAPOR DEPOSITION; CVD)를 통하여 시드(S)상에 단결정이 성장할 수 있다. 원료 가스가 시드(S)의 하측에서 공급되므로 시드(S)의 하부에서 단결정이 성장할 수 있다.
도가니(110)는 내부 공간으로 원료 가스 및 캐리어 가스를 공급받고, 미반응 가스를 외부로 배출할 수 있다.
에를 들어, 도가니(110)의 하측에 위치하는 가스 공급부(150)를 통하여 도가니(110)와 가스 공급관(3)이 연결될 수 있다. 가스 공급관(3)은 도가니(110)의 하측으로부터 내부 공간으로 SiC의 원료 가스 및 캐리어 가스를 공급할 수 있다.
가스 공급부(150)는 도가니(110)의 하측에 별도로 형성되거나, 도가니(110)와 가스 공급관(3)이 연결되는 도가니(110)의 일부분을 의미할 수 있다. 또는, 도가니(110)와 가스 공급관(3)이 일체일 수도 있다.
또는, 가스 공급부(150)는 제 2도가니(112)에 위치하거나, 가스 공급관(3)이 제 2도가니(112)와 직접 연결될 수도 있다.
그리고, 원료 가스 중에서 반응되지 않은 가스는, 도가니(110)의 상측에 위치하는 가스 배기부(130)를 통하여 배출될 수 있다.
가스 배기부(130)는 제 1도가니(111)에 위치할 수 있고, 도가니(110)의 상부 일측에 위치하거나, 복수 개의 가스 배기부(130)가 배치될 수도 있다.
시드 홀더(140)는 도가니(110) 내부에 배치되고, 시드 홀더(140)의 일측에 증착이 이루어지는 시드(S)가 부착될 수 있다.
시드 홀더(140)는 지지판(141)과, 지지판(141)을 고정하는 샤프트(142)를 포함할 수 있다. 샤프트(142)는 도가니(110)의 상부로 연장되고, 지지판(141)은 샤프트(142)의 하측에 연결될 수 있다.
샤프트(142)는 회전하거나, 상부 또는 하부로 이동할 수 있다. 예를 들어, 모터를 포함하는 구동 유닛(미도시)은 샤프트(142)와 연결되어 샤프트(142)에 동력을 전달하고, 이에 따라 샤프트(142)가 상하 또는 회전 구동될 수 있다.
방지부(120)는 원료가스가 미반응되어 형성된 물질이 도가니(110)의 내측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어 방지부(120)는 가스 배기부(130)의 하측에 위치하는 받침 플레이트(120)의 형태로서, 상기 물질의 유입을 물리적으로 방지할 수 있다. 다만, 방지부(120)의 형태가 받침 플레이트(120)로 한정되는 것은 아니다.
이하, 방지부(120)와 받침 플레이트(120)에 동일한 도면부호를 사용하여, 받침 플레이트(120)의 형태인 방지부(120)를 설명하기로 한다.
받침 플레이트(120)는 가스 배기부(130)의 하측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 받침 플레이트(120)는 제 1도가니(111)의 하측에서제 1도가니(111)의 개방된 하부의 일부를 폐쇄할 수 있다. 또는, 받침 플레이트는 제 2도가니(112)의 상측에 위치하거나, 단일체로 형성된 도가니(110)의 일측에 위치할 수도 있다.
이하, 설명의 편의를 위하여 받침 플레이트(120)가 제 1도가니(111)의 하측에 위치하는 형태를 예로 들어 설명하기로 한다.
받침 플레이트(120)는 제 1도가니(111)의 내면으로부터 도가니(110)의 내부 공간을 향하여 연장될 수 있고, 제 1도가니(111)의 내면의 둘레를 따라 배치되어, 전체적으로 원형으로 구성될 수 있다.
그리고, 도가니(110)의 측면에서 보았을 때, 제 1도가니(111) 및 받침 플레이트(120)는 서로 마주보는 'ㄷ'자 형태일 수 있다.
받침 플레이트(120)의 수평 길이(D1)는 제 1도가니(111)로부터 시드 홀더(140)까지의 수평 거리(D2)보다 짧거나 같을 수 있다. 구체적으로, 받침 플레이트(120)의 수평 길이(D1)는 제 1도가니(110)의 내면으로부터 지지판(141)까지의 수평 거리(D2)보다 짧거나 같을 수 있다.
시드 홀더(140)는 상하로 이동 가능하고, 받침 플레이트(120)는 시드 홀더(140)의 이동을 간섭하지 않는 길이와 형상으로 구성될 수 있다. 예를 들어 받침 플레이트(120)는 중심에 원형 개구부가 형성된 원형일 수 있고, 시드 홀더(140)는 중심 개구부를 통하여 상하로 이동할 수 있다.
단결정 성장 공정에서, 상대적으로 온도가 낮은 가스 배기부(130)에 인접한위치 또는 도가니의 벽면에 다결정 입자, 불순물 또는 기타 반응물이 형성될 수 있다. 이러한 다결정상 입자, 불순물 또는 기타 반응물은 크기가 커지면 하부로 낙하하여 단결정 성장이 이루어지는 도가니의 내부 공간인 반응 공간으로 유입될 수 있다.
받침 플레이트(120)는 가스 배기부(130)의 하측에 위치하면 다결정 입자, 불순물 또는 기타 반응물은 받침 플레이트(120)로 낙하하므로, 다결정 입자, 불순물 또는 기타 반응물이 반응 공간으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
다시 말하면, 각각 일측이 개방된 제 1도가니(111) 및 제 2도가니(112)는 개방된 부분끼리 결합하여 도가니(110)를 구성하고, 제 1도가니(111)의 개방된 일측에 받침 플레이트(120)가 위치하여, 제 1도가니(111) 내면의 상부 또는 측부에서 제 2도가니(112)를 향하여 낙하하는 다결정 입자 또는 반응물이 제 2도가니(112)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 받침 플레이트(120)의 위치 또는 형상이 한정되는 것은 아니고, 위에서 설명한 바와 같이 받침 플레이트(120)가 제 2도가니(112)의 개방된 상부에 형성되거나, 받침 플레이트(120)가 가스 배기부(130)의 하측에 로드(ROD) 형태 또는 호형으로 배치될 수도 있다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 다결정 성장장치의 받침 플레이트 부분의 확대도이다.
이하 상기한 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소에 대하여, 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 상기한 실시 예에 대한 설명은 이하의 실시 예들에도 적용될 수 있다. 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
받침 플레이트(220)는 제 1도가니(211)의 내면으로부터 제 1도가니(211)의 중심부를 향하여 상향 경사지게 배치될 수 있다.
받침 플레이트(220)가 경사지면 제 1도가니(211)의 상부 또는 측부로부터 낙하하는 다결정 입자 또는 반응물이 경사를 따라 이동하므로, 다결정 입자 또는 반응물이 반응 공간으로 유입되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
이 경우에도, 받침 플레이트(220)의 수평 거리는 제 1도가니(211)로부터 시드 홀더(240)까지의 수평 거리보다 짧거나 같게 배치되어, 받침 플레이트(220)로 인하여 시드 홀더(240)의 이동이 제한되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 복수 개의 받침 플레이트(220)가 배치되어, 다결정 입자 또는 반응물이 반응 공간으로 유입되는 것을 복수 단으로 방지할 수도 있다.
이상 설명한 단결정 성장장치에 따르면, 상대적으로 온도가 낮은 가스 배기구 하측에 받침 플레이트가 형성되어 다결정 입자 또는 반응물이 반응구간으로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 다결정 입자 또는 반응물이 반응구간으로 유입되는 것을 방지하여 양질의 단결정을 성장시킬 수 있으며, 단결정 성장을 장시간 진행할 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1 단결정 성장장치
110 도가니
120 받침 플레이트
130 가스 배기부
140 시드 홀더
150 가스 공급부

Claims (8)

  1. 중공 형상을 포함하는 도가니;
    상기 도가니의 하측에 위치하고, 상기 도가니로 원료 가스를 공급하는 가스 공급관과 연결되는 가스 공급부;
    상기 도가니의 상측에 위치하는 가스 배기부; 및
    상기 원료 가스가 미반응되어 형성된 물질이 상기 도가니의 내측으로 유입되는 것을 방지하는 방지부를 포함하고,
    상기 도가니는,
    상기 가스 배기부가 위치하는 제 1도가니; 및
    상기 가스 공급관과 연결되는 제 2도가니를 포함하고,
    상기 제 1도가니와 상기 제 2도가니는 분리 가능한 단결정 성장장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 방지부는 상기 제 1도가니와 일체로 형성되는 단결정 성장장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방지부는, 상기 가스 배기부의 하측에 위치하는 받침 플레이트를 포함하는 단결정 성장장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 받침 플레이트는, 상기 도가니의 내면의 둘레를 따라 배치되는 단결정 성장장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 받침 플레이트는 상기 도가니의 내면으로부터 상기 도가니의 중심부로 상향 경사지게 배치되는 단결정 성장장치.
  7. 제 1도가니;
    상기 제 1도가니에 위치하는 가스 배기부;
    상기 제 1도가니와 결합되는 제 2도가니;
    상기 제 2도가니와 연결되는 가스 공급관;
    상기 제 1도가니 및 상기 제 2도가니가 형성하는 내부 공간에 배치되는 시드 홀더; 및,
    상기 제 1도가니와 일체로 형성되고 상기 제 1도가니로부터 상기 내부 공간을 향하여 연장되어 상기 가스 배기부의 하측에 배치되는 받침 플레이트를 포함하고,
    상기 제 1도가니 및 제 2도가니는 분리 가능한 단결정 성장장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 받침 플레이트의 수평 길이는, 상기 제 1도가니로부터 상기 시드 홀더까지의 수평 거리와 같거나 짧게 구성되어 상기 시드 홀더의 상하 이동이 간섭되지 않는 단결정 성장장치.
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