KR102022693B1 - Manufacturing apparatus of silicon carbide single crystal - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 장치는 용액 성장법을 이용하며, 도가니, 상기 도가니 내부에 위치하는 용융액 내에 침지되며, 교체 가능하도록 샤프트에 장착되는 교반부, 및 상기 교반부와 교체되어 상기 샤프트에 장착 가능한 종결정부를 포함한다. The apparatus for producing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention uses a solution growth method, and is immersed in a crucible, a melt located in the crucible, and a stirring part mounted on a shaft to be replaced, and the stirring part and And a seed crystal that is replaced and mountable to the shaft.

Description

탄화규소 단결정의 제조 장치 {MANUFACTURING APPARATUS OF SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL} Device for manufacturing silicon carbide single crystal {MANUFACTURING APPARATUS OF SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 탄화규소 단결정의 제조 장치에 관한 것이다. 구체적으로 용액 성장법에 의해 제조되는 탄화규소 단결정의 제조 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for producing silicon carbide single crystal. Specifically, it is related with the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal manufactured by the solution growth method.

SiC 단결정은 전력 반도체 소자용 기판으로 연구되고 있다. SiC 단결정은 기존의 실리콘에 비하여 밴드갭 및 절연 파괴 강도가 우수하고, SiC 기판을 이용한 반도체는 고전력에 사용이 가능하며 에너지 변환에 따른 손실을 최소화할 수 있다.SiC single crystals have been studied as substrates for power semiconductor devices. SiC single crystal has better band gap and dielectric breakdown strength than conventional silicon, and semiconductors using SiC substrates can be used at high power and can minimize losses due to energy conversion.

또한 SiC 기판을 포함하는 장치는 고온에서 동작하기 때문에 열 이탈에 의한 소자 파괴를 방지할 수 있으며 냉각 장치의 간소화가 기대되므로 실리콘을 대신할 차세대 전력 반도체 소자로 활용 가능하다. In addition, since the device including the SiC substrate operates at a high temperature, it is possible to prevent device destruction due to heat escape and to simplify the cooling device, it can be used as a next-generation power semiconductor device to replace silicon.

SiC 단결정의 성장 방법으로는 승화법, CVD법, 애치슨(Acheson)법, 용액 성장법 등이 알려져 있다. As the growth method of SiC single crystal, sublimation method, CVD method, Acheson method, solution growth method and the like are known.

이 중에서 용액 성장법은 도가니 내에서 실리콘이나 실리콘 함유 합금을 용해한 후, 실리콘과 탄소를 함유하는 용융액으로부터 종결정 상에 SiC 단결정을 석출 및 성장시키는 방법이다.Among them, the solution growth method is a method of dissolving silicon or a silicon-containing alloy in a crucible, and then depositing and growing SiC single crystal on a seed crystal from a melt containing silicon and carbon.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 도가니 내에 실장되는 용융액의 균질도를 향상시켜, 성장 속도가 균일하고 고품질을 제공하는 탄화규소 단결정을 수득하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to improve the homogeneity of the melt is mounted in the crucible, to obtain a silicon carbide single crystal with a uniform growth rate and high quality.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 장치는 용액 성장법을 이용하며, 도가니, 상기 도가니 내부에 위치하는 용융액 내에 침지되며, 교체 가능하도록 샤프트에 장착되는 교반부, 및 상기 교반부와 교체되어 상기 샤프트에 장착 가능한 종결정부를 포함한다. The apparatus for producing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention for solving this problem uses a solution growth method, the crucible, the immersion unit is immersed in the melt located in the crucible, and mounted on the shaft to be replaced And a seed crystal part replaceable with the stirring part and mountable on the shaft.

상기 교반부는 교반 날개를 포함할 수 있다. The stirring unit may include a stirring blade.

상기 교반 날개는 복수개이며, 상기 복수의 교반 날개는 상기 샤프트의 중심 축선에 대해 서로 다른 높이를 가지도록 위치할 수 있다. The stirring blades are plural, and the plurality of stirring blades may be positioned to have different heights with respect to the central axis of the shaft.

상기 교반 날개는 복수개이며, 상기 복수의 교반 날개는 상기 샤프트의 중심 축선에서 교차할 수 있다. There are a plurality of stirring vanes, and the plurality of stirring vanes may intersect at the central axis of the shaft.

상기 교반 날개는 상기 샤프트의 중심 축선에 대해 기울어질 수 있다. The stirring vane may be inclined with respect to the central axis of the shaft.

상기 교반부의 재질은 그라파이트일 수 있다. The stirring part may be made of graphite.

상기 도가니를 둘러싸는 주 챔버, 및 상기 주 챔버와 연결되며, 상기 교반부와 상기 종결정부가 상기 샤프트에 교체되는 보조 챔버를 더 포함할 수 있다. The main chamber surrounding the crucible, and the auxiliary chamber is connected to the main chamber, the stirring unit and the seed crystal unit may be further replaced on the shaft.

상기 주 챔버와 상기 보조 챔버를 분리하는 밸브를 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include a valve separating the main chamber and the auxiliary chamber.

상기 샤프트에 연결되며 상기 교반부를 회전시키는 구동부를 더 포함할 수 있다. It may further include a drive unit connected to the shaft for rotating the stirring unit.

상기 교반부는 상기 샤프트에 탈착 가능한 교반부 홀더를 포함하고, 상기 종결정부는 상기 샤프트에 탈착 가능한 종결정부 홀더를 포함할 수 있다. The stirring part may include a stirring part holder detachable to the shaft, and the seed crystal part may include a seed crystal part holder detachable to the shaft.

본 발명의 일 실시예에 따라 용액 성장법에 의한 탄화규소 단결정의 제조 방법은 Si-C 용융액을 도가니에 공급하는 단계, 샤프트에 연결된 교반부를 상기 용융액 내로 침지시켜 상기 용융액을 교반하는 단계, 그리고 상기 교반부와 교체되어 상기 샤프트에 연결된 종결정부를 상기 용융액에 접촉시켜 탄화규소 단결정을 성장시키는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a silicon carbide single crystal by a solution growth method includes supplying a Si-C melt to a crucible, immersing a stirring part connected to a shaft into the melt, and stirring the melt. Replacing the stirring unit and contacting the seed crystal part connected to the shaft to grow the silicon carbide single crystal.

상기 교반하는 단계 이후 상기 교반부를 보조 챔버로 위치시키는 단계, 상기 교반부의 교반부 홀더를 상기 샤프트로부터 분리시키는 단계, 그리고 상기 샤프트에 상기 종결정부의 종결정부 홀더를 장착시키는 단계를 더 포함할 수 있다. Positioning the stirring unit in the auxiliary chamber after the stirring step, separating the stirring unit holder of the stirring unit from the shaft, and mounting the seed crystal holder of the seed crystal unit on the shaft. .

상기 보조 챔버와 상기 도가니가 위치하는 주챔버를 분리하는 밸브를 통해 상기 주 챔버 내의 분위기를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include maintaining an atmosphere in the main chamber through a valve separating the auxiliary chamber and the main chamber in which the crucible is located.

상기 교반부는 복수의 교반 날개를 포함하고, 상기 교반부의 회전을 통해 상기 용융액이 교반될 수 있다. The stirring unit includes a plurality of stirring vanes, and the molten liquid may be stirred through the rotation of the stirring unit.

상기 복수의 교반 날개는 상기 샤프트의 중심 축선에 대해 서로 다른 높이를 가지도록 위치할 수 있다. The plurality of stirring vanes may be positioned to have different heights with respect to the central axis of the shaft.

상기 복수의 교반 날개는 상기 샤프트의 중심 축선에 대해 기울어지게 위치하고, 상기 교반부의 회전을 통해 상기 용융액은 상하 방향으로 교반될 수 있다.The plurality of stirring vanes may be inclined with respect to the central axis of the shaft, and through the rotation of the stirring unit, the melt may be stirred in the vertical direction.

상기 교반하는 단계에서 상기 교반부의 회전 속도는 0.1 내지 40 rpm일 수 있다. The stirring speed in the stirring step may be 0.1 to 40 rpm.

이상과 같은 탄화규소 단결정의 제조 장치에 따르면 도가니 내에 균질도가 향상된 용융액이 위치할 수 있으며, 이에 종결정 성장을 유도하는 경우 고품질의 탄화규소 단결정이 균일한 성장 속도로 수득될 수 있다. According to the apparatus for producing silicon carbide single crystals as described above, a melt having improved homogeneity may be located in the crucible, and thus, when inducing seed crystal growth, high quality silicon carbide single crystals may be obtained at a uniform growth rate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 성장 장치에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반부의 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 변형 실시예에 따른 교반 날개의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 장치에 교반부가 결합된 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 장치에 종결정부가 결합된 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of an apparatus for growing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention.
2 is a view of the stirring unit according to an embodiment of the present invention.
3A to 3C are perspective views of a stirring blade according to a modified embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view in which the stirring unit is coupled to the apparatus for producing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view in which the seed crystal unit is coupled to the apparatus for producing silicon carbide single crystal according to the embodiment of the present invention. .

이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

이하에서는 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 장치에 대해 살펴본다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 성장 장치에 대한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반부의 도면이다. Hereinafter, an apparatus for manufacturing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 2. 1 is a cross-sectional view of a growth apparatus of a silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view of the stirring unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 제조 장치(1000)는 주 챔버(100), 보조 챔버(200), 구동부(300), 종결정부(400) 및 교반부(500)를 포함한다. The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention includes a main chamber 100, an auxiliary chamber 200, a driving unit 300, a seed crystal unit 400, and a stirring unit 500.

주 챔버(100)는 가열부(110), 단열재(120), 도가니(130) 및 관측 포트(150)를 포함한다. The main chamber 100 includes a heating unit 110, a heat insulator 120, a crucible 130, and an observation port 150.

가열부(110)는 주 챔버(100)의 내부에 위치하며 도가니(130)를 둘러싸는 단열재(120)의 측면을 둘러쌀 수 있다.The heating unit 110 may be positioned inside the main chamber 100 and surround the side surface of the heat insulator 120 surrounding the crucible 130.

가열부(110)는 도가니(130)를 고온으로 가열한다. 가열부(110)는 도가니(130)를 고온을 가열 및 유지하기 위한 어떠한 부재도 가능하나, 일례로써 고주파 코일일 수 있다. The heating unit 110 heats the crucible 130 to a high temperature. The heating unit 110 may be any member for heating and maintaining the crucible 130 at a high temperature, but may be, for example, a high frequency coil.

구체적으로 가열부(110)는 원료가 실장된 도가니(130)를 유도 가열하여 Si-C 용융액(140)을 제조한다. 가열부(110)는 Si-C 용융액(140)을 결정 성장 온도로 유지한다. 결정 성장 온도는, Si-C 용융액(140)의 조성에 의존하며, 일례로써 1600 내지 2000℃일 수 있다. Specifically, the heating unit 110 induction heating the crucible 130 in which the raw material is mounted to manufacture the Si-C melt (140). The heating unit 110 maintains the Si-C melt 140 at the crystal growth temperature. The crystal growth temperature depends on the composition of the Si-C melt 140 and may be, for example, 1600 to 2000 ° C.

단열재(120)는 도가니(130)를 둘러싸며 도가니(130)의 온도를 결정 성장 온도로 유지하도록 한다. 이때 결정 성장 온도는 매우 높기 때문에, 흑연 섬유를 압착시켜 일정 두께의 관상 원통형으로 제작된 흑연 펠트를 단열재(120)로 사용할 수 있다. 또한 단열재(120)는 복수의 층으로 형성될 수도 있다. The insulation 120 surrounds the crucible 130 and maintains the temperature of the crucible 130 at the crystal growth temperature. At this time, since the crystal growth temperature is very high, the graphite felt manufactured by compressing the graphite fibers into a tubular cylindrical shape having a predetermined thickness may be used as the heat insulating material 120. In addition, the heat insulator 120 may be formed of a plurality of layers.

도가니(130)는 도가니 지지부(135)에 의해 주 챔버(100) 내에 위치할 수 있으며, Si-C 용융액(140)을 수용한다. The crucible 130 may be located in the main chamber 100 by the crucible support 135 and receives the Si-C melt 140.

본 발명의 일 실시예에 따른 도가니(130)의 재질은 탄소를 포함할 수 있다. 이러한 경우 도가니(130)는 Si-C 용융액(140)에 대한 탄소 공급원이 된다. 도가니(130)는 흑연 재질의 도가니이거나 SiC 재질의 도가니이거나 내표면이 SiC로 피복된 도가니일 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않고 탄소를 공급 가능한 어떠한 재질도 가능함은 물론이다. The material of the crucible 130 according to the embodiment of the present invention may include carbon. In this case, crucible 130 is a carbon source for Si-C melt 140. The crucible 130 may be a crucible made of graphite, a crucible made of SiC, or a crucible whose inner surface is coated with SiC. However, without being limited thereto, any material capable of supplying carbon may be used.

Si-C 용융액(140)은 탄화규소 단결정의 원료이다. Si-C 용융액(140)은 실리콘 (Si)과 탄소(C)를 포함한다. Si-C 용융액(140)의 원료는, 예를 들면 Si 또는 Si와 다른 금속 원소의 혼합물일 수 있다. 혼합물을 가열하여 용융액 상태로 만들고, 상기 용융액에 탄소(C)가 용해됨으로써 Si-C 용융액(140)을 형성한다. The Si-C melt 140 is a raw material of silicon carbide single crystal. Si-C melt 140 contains silicon (Si) and carbon (C). The raw material of the Si-C melt 140 may be, for example, Si or a mixture of Si and other metal elements. The mixture is heated to a molten state, and the Si-C melt 140 is formed by dissolving carbon (C) in the melt.

다른 금속 원소는 Si에 대한 탄소의 용해도를 향상시키기 위한 어떠한 금속도 가능하나, 일례로써 티탄(Ti), 망간(Mn), 크롬(Cr), 코발트(Co), 바나듐(V), 철(Fe) 등일 수 있다. Other metal elements may be any metal to improve the solubility of carbon in Si, but are for example titanium (Ti), manganese (Mn), chromium (Cr), cobalt (Co), vanadium (V), iron (Fe). ) And the like.

주 챔버(100)는 관측 포트(150)를 더 포함할 수 있다. 관측 포트(150)를 통해 주 챔버(100) 내에 실장된 도가니(130)의 상태를 관측할 수 있다. Main chamber 100 may further include observation port 150. It is possible to observe the state of the crucible 130 mounted in the main chamber 100 through the observation port 150.

본 발명의 실시예에 따른 보조 챔버(200)는 주 챔버(100)와 연결되어 있으며, 후술하는 종결정부(400)와 교반부(500)가 교체되는 공간이다. 보조 챔버(200)는 밸브(210) 및 개폐부(230)를 포함한다. The auxiliary chamber 200 according to the embodiment of the present invention is connected to the main chamber 100, and is a space in which the seed crystal unit 400 and the stirring unit 500, which will be described later, are replaced. The auxiliary chamber 200 includes a valve 210 and an opening and closing portion 230.

밸브(210)는 주 챔버(100)와 보조 챔버(200)가 각각 내부 분위기를 유지하기 위한 차단 부재이다. The valve 210 is a blocking member for maintaining the internal atmosphere of the main chamber 100 and the auxiliary chamber 200, respectively.

예를 들어, 종결정부(400)와 교반부(500)가 서로 교체되기 위해 샤프트(310)를 보조 챔버(200)로 이동시키는 경우, 밸브(210)를 닫아 주 챔버(100)의 분위기를 유지한다. 즉, 보조 챔버(200)의 분위기 변화가 주 챔버(100)에 영향을 미치지 않는다. 또는 종결정부(400)와 교반부(500)가 교체 결합된 샤프트(310)를 다시 주 챔버(100)로 이동시키기 위해, 보조 챔버(200) 내의 분위기를 주 챔버(100)의 분위기와 동일하게 생성한다. 이때 밸브(210)는 오프-상태이며, 주 챔버(100)와 보조 챔버(200)의 분위기가 동일하게 제어된 다음 밸브(210)를 온-상태로 하여 샤프트(310)를 주 챔버(100)로 이동시킨다. 밸브(210)는 샤프트(310)의 이동 및 교체 과정에서 주 챔버(100)의 분위기를 유지시키는 역할을 한다. For example, when the seed crystal part 400 and the stirring part 500 move the shaft 310 to the auxiliary chamber 200 to be replaced with each other, the valve 210 is closed to maintain the atmosphere of the main chamber 100. do. That is, the change in the atmosphere of the auxiliary chamber 200 does not affect the main chamber 100. Alternatively, in order to move the shaft 310, in which the seed crystal unit 400 and the stirring unit 500 are coupled to the main chamber 100, the atmosphere in the auxiliary chamber 200 is made the same as the atmosphere of the main chamber 100. Create At this time, the valve 210 is in an off state, and the atmosphere of the main chamber 100 and the auxiliary chamber 200 are controlled in the same manner, and then the valve 310 is turned on. Move to. The valve 210 serves to maintain the atmosphere of the main chamber 100 during the movement and replacement of the shaft 310.

개폐부(230)는 장치(1000)의 내외측을 연결하는 통로이다. 구체적으로 샤프트(310)에 교체 가능한 종결정부(400)와 교반부(500)가 교환되는 과정에서 이동하는 통로이다. The opening and closing portion 230 is a passage connecting the inside and the outside of the apparatus 1000. Specifically, the seed crystal part 400 and the stirring part 500, which are replaceable on the shaft 310, are moved in the process of being exchanged.

본 명세서는 장치(1000)의 내외측을 출입 가능한 개폐부(230)에 대해 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 개폐부(230)를 통한 별도의 출입 없이 보조 챔버(200) 내에 위치하는 종결정부(400)와 교반부(500)가 서로 교체될 수도 있다. Although the present specification has been described with respect to the opening and closing portion 230 that can be entered into the inside and outside of the apparatus 1000, but is not limited to this, and the seed determination unit 400 located in the auxiliary chamber 200 without a separate entry and exit through the opening and closing 230 and The stirring unit 500 may be replaced with each other.

구동부(300)는 샤프트(310)와 구동 모터(330)를 포함한다. The driver 300 includes a shaft 310 and a drive motor 330.

샤프트(310)는 도 1에 도시된 바와 같이 도가니(130) 내의 상하 방향(또는 수직 방향)으로 연장된 축을 가진다. 샤프트(310)의 상측은 구동 모터(330)와 연결되어 주 챔버(100)와 보조 챔버(200) 내부를 상하 방향으로 이동하거나 샤프트(310)의 중심 축선 둘레로 회전할 수 있다. The shaft 310 has an axis extending in the vertical direction (or vertical direction) in the crucible 130 as shown in FIG. The upper side of the shaft 310 may be connected to the driving motor 330 to move the inside of the main chamber 100 and the auxiliary chamber 200 in the up and down direction or to rotate around the central axis of the shaft 310.

다음, 종결정부(400)는 탄화규소 단결정을 성장시키기 위한 종결정(410) 및 종결정(410)과 샤프트(310)을 결합시키는 종결정부 홀더(430)를 포함한다. Next, the seed crystal part 400 includes a seed crystal 410 for growing silicon carbide single crystal and a seed crystal part holder 430 for coupling the seed crystal 410 and the shaft 310.

종결정(410)은 종결정부 홀더(430)의 하부면에 위치하며, 탄화규소 단결정으로 이루어진다. 바람직하게는, 종결정(410)의 결정 구조는 제조하고자 하는 탄화규소 단결정의 결정 구조와 같다. 예를 들면 4H 다형의 탄화규소 단결정을 제조할 경우, 4H 다형의 탄화규소 종결정(410)을 이용한다. 4H 다형의 탄화규소 종결정(410)을 이용할 경우, 결정 성장면은 (0001)면이나 또는 (0001)면에서 8° 이하의 각도로 경사진 면인 것이 바람직하다. 이러한 경우, 탄화규소 단결정이 안정적으로 성장한다.The seed crystal 410 is located on the bottom surface of the seed crystal holder 430 and is made of silicon carbide single crystal. Preferably, the crystal structure of the seed crystal 410 is the same as that of the silicon carbide single crystal to be produced. For example, when producing 4H polymorphic silicon carbide single crystal, 4H polymorphic silicon carbide seed crystal 410 is used. When the 4H polymorphic silicon carbide seed crystal 410 is used, the crystal growth surface is preferably a (0001) plane or a surface inclined at an angle of 8 ° or less from the (0001) plane. In this case, the silicon carbide single crystal grows stably.

종결정부 홀더(430)는 샤프트(310)에 탈착 가능하다며 샤프트(310)의 하부면과 결합한다. 탄화규소 단결정의 성장 단계에서 샤프트(310)에 종결정부 홀더(430)가 결합되어 도가니(130) 내에 종결정(410)이 제공될 수 있다. The seed crystal holder 430 is detachably attached to the shaft 310 and is coupled to the lower surface of the shaft 310. In the growth stage of the silicon carbide single crystal, the seed crystal holder 430 may be coupled to the shaft 310 to provide the seed crystal 410 in the crucible 130.

다음, 교반부(500)는 교반 날개(510) 및 교반부 홀더(530)를 포함한다. 교반부(500)는 고온의 용융액과 직접 접촉하게 되는바 내침식성이 우수하고 기계적 강도가 높은 세라믹 소재일 수 있다. 일례로써 그라파이트 소재일 수 있으며 이러한 경우 교반부(500)는 용융액에 탄소를 제공하는 공급원으로 사용될 수 있다. Next, the stirring unit 500 includes a stirring blade 510 and the stirring unit holder 530. The stirring unit 500 may be made of a ceramic material having excellent corrosion resistance and high mechanical strength because it is in direct contact with the hot melt. For example, it may be a graphite material and in this case, the stirring part 500 may be used as a source for providing carbon to the melt.

특히 도가니(130) 및 교반부(500)가 모두 그라파이트 소재인 경우, 도가니(130)는 용융액(140)의 외측 영역에서 탄소를 공급할 수 있으며, 교반부(500)는 용융액(140)의 중심 영역에서 탄소를 공급할 수 있는 바, 용융액(140)에 대한 탄소 공급량 및 용해도를 향상시킬 수 있다. In particular, when both the crucible 130 and the stirring unit 500 are graphite materials, the crucible 130 may supply carbon from the outer region of the melt 140, and the stirring unit 500 may be the central region of the melt 140. In the bar can supply carbon, the carbon supply amount and solubility of the molten liquid 140 can be improved.

교반 날개(510)는 도가니(130) 내에 실장된 용융액(140)을 교반하기 위한 어떠한 형상도 가질 수 있다. The stirring blade 510 may have any shape for stirring the melt 140 mounted in the crucible 130.

도 2를 참조하면 교반 날개(510)는 복수개 일 수 있으며, 복수의 교반 날개(510)는 샤프트(310)의 중심 축선을 기준으로 교차할 수 있다. 또한 교반 날개(510)는 샤프트(310)의 중심 축선에서 지름방향으로 연장될 수 있으며, 중심 축선 둘레의 둘레방향을 따라 등각도 간격으로 배치될 수 있다. 또한 복수의 교반 날개(510)는 샤프트(310)의 중심 축선에 대해 서로 다른 높이를 가지도록 위치할 수 있다. Referring to FIG. 2, a plurality of stirring vanes 510 may be provided, and the plurality of stirring vanes 510 may cross based on a central axis of the shaft 310. In addition, the stirring blade 510 may extend in the radial direction from the central axis of the shaft 310, it may be disposed at equal intervals along the circumferential direction around the central axis. In addition, the plurality of stirring vanes 510 may be positioned to have different heights with respect to the central axis of the shaft 310.

본 명세서가 설명하는 이러한 교반 날개(510)의 형상 및 위치 등에 제한되는 것이 아니라 용융액(140)을 교반하기 위한 어떠한 형상 및 배치도 가능함은 물론이다. The shape and position of the stirring blade 510 described herein is not limited, but any shape and arrangement for stirring the melt 140 may be possible.

교반부 홀더(530)는 샤프트(310)의 하부면에 탈착 가능하다. 도가니(130)에 실장된 용융액(140)을 교반하는 단계에서는 샤프트(310)에 교반부 홀더(530)가 결합되어 도가니(130) 내에 교반 날개(510)가 제공될 수 있다. Stirring holder 530 is removable on the lower surface of the shaft (310). In the stirring of the melt 140 mounted in the crucible 130, the stirring part holder 530 may be coupled to the shaft 310 to provide a stirring blade 510 in the crucible 130.

전술한 종결정부(400)와 교반부(500)는 동일한 샤프트(310)를 통해 회전 또는 이동한다. 따라서 교반부(500)를 회전시키는 구동원이 별도로 필요하지 않는 바 제조장치의 구성이 간단하다. The seed crystal part 400 and the stirring part 500 described above rotate or move through the same shaft 310. Therefore, the configuration of the manufacturing apparatus is simple because the drive source for rotating the stirring unit 500 is not necessary separately.

이하에서는 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 본 발명의 변형 실시예에 따른 교반 날개의 형상에 대해 살펴본다. 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 변형 실시예에 따른 교반 날개의 사시도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한 교반부와 동일 유사한 설명에 대해서는 이하에서 생략한다. Hereinafter, the shape of the stirring blade according to the modified embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3C. 3A to 3C are perspective views of a stirring blade according to a modified embodiment of the present invention. Descriptions similar to those of the stirring unit described with reference to FIGS. 1 to 2 will be omitted below.

우선 도 3a를 살펴보면, 교반부(500a)는 복수의 교반 날개(510a) 및 교반부 홀더(530a)를 포함한다. 복수의 교반 날개(510a)는 만곡될 수 있으며 이에 따라 보다 향상된 교반 능력을 제공할 수 있다. First, referring to FIG. 3A, the stirring unit 500a includes a plurality of stirring vanes 510a and a stirring unit holder 530a. The plurality of stirring vanes 510a may be curved to thereby provide for improved stirring capability.

또한 도 3b를 살펴보면, 교반부(500b)는 복수의 교반 날개(510b) 및 교반부 홀더(530b)를 포함한다. 이때 복수의 교반 날개(510b)는 도 3b에 도시된 바와 같이 프로펠러 형상을 가질 수 있으며, 교반 날개(510b)의 테두리는 윤곽이 둥그스름할 수 있다. 3B, the stirring unit 500b includes a plurality of stirring vanes 510b and a stirring unit holder 530b. In this case, the plurality of stirring blades 510b may have a propeller shape as shown in FIG. 3B, and the edge of the stirring blades 510b may have a rounded outline.

다음 도 3c를 살펴보면 교반부(500c)는 교반 날개(510c) 및 교반부 홀더(530c)를 포함한다. 도 3c에 도시된 교반 날개(510c)는 교반부 홀더(530c)의 중심 축선을 기준으로 할 때 나선 형상을 가질 수 있다. Next, referring to FIG. 3C, the stirring part 500c includes a stirring blade 510c and a stirring part holder 530c. The stirring vane 510c illustrated in FIG. 3C may have a spiral shape when the stirring vane 510c is based on the central axis of the stirring unit holder 530c.

즉, 교반 날개는 전술한 바와 같은 형상을 가짐으로써 도가니(130) 내부에 실장된 용융액(140)을 회전 방향을 따라 교반할 수 있다. 특히 도 3b 내지 도 3c와 같이 교반 날개가 샤프트의 중심 축선에 대해 기울어지게 위치하는 경우, 교반 날개 근처에서 용융액의 상승류 또는 하강류가 발생할 수 있다. 따라서 교반부에 의한 용융액의 교반 효과가 보다 우수할 수 있다. That is, the stirring blade has the shape as described above, it is possible to stir the melt 140 mounted in the crucible 130 along the rotation direction. In particular, when the stirring vane is inclined with respect to the central axis of the shaft as shown in Figs. 3b to 3c, upward or downward flow of the melt may occur near the stirring vane. Therefore, the stirring effect of the melt by the stirring part may be more excellent.

본 명세서는 다양한 형태의 교반 날개에 대해 설명하였으나, 이에 제한되지 않으며 용융액에 대해 교반 효과를 나타낼 수 있는 어떠한 형상도 가능함은 물론이다. Although the present specification has been described with respect to the stirring blades of various forms, it is of course not limited to any shape that can exhibit a stirring effect on the melt.

이하에서는 도 1과 더불어 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 제조 장치(1000)를 이용한 단결정의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 장치(1000)에 교반부(500)가 결합된 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 장치(1000)에 종결정부(400)가 결합된 단면도이다. Hereinafter, a single crystal manufacturing method using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5 along with FIG. 1. 4 is a cross-sectional view in which the stirring unit 500 is coupled to the apparatus 1000 for manufacturing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an apparatus for manufacturing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention ( The seed crystal part 400 is coupled to the cross-sectional view 1000.

우선 단결정 제조 장치(1000)를 준비한다. First, the single crystal manufacturing apparatus 1000 is prepared.

이어서 도 1에 도시된 바와 같이 개폐부(230)를 통해 샤프트(310)와 교반부 홀더(530)를 결합시켜 샤프트(310)에 교반부(500)를 장착한다. 교반부(500)가 장착된 이후, 보조 챔버(200) 내부는 비활성 가스 분위기 1기압으로 제어된다. Subsequently, as shown in FIG. 1, the stirring unit 500 is mounted on the shaft 310 by coupling the shaft 310 and the stirring unit holder 530 through the opening and closing unit 230. After the stirring unit 500 is mounted, the interior of the auxiliary chamber 200 is controlled to 1 atmosphere of inert gas atmosphere.

다음, 주 챔버(100) 내부에 위치하는 도가니(130) 내에 Si-C 용융액(140)을 형성한다. Next, the Si-C melt 140 is formed in the crucible 130 located in the main chamber 100.

구체적으로 주 챔버(100) 안에 비활성 가스를 충전한다. 그리고, 가열부(110)에 의해 도가니(130) 안의 원료를 융점(액상선 온도) 이상으로 가열한다. 도가니(130)가 흑연으로 이루어지는 경우, 도가니(130)를 가열하면 도가니(130)로부터 탄소가 융액에 용해되어 Si-C 용융액(140)이 제조된다. 도가니(130)의 탄소가 Si-C 용융액(140)에 용해되면, Si-C 용융액(140) 안의 탄소 농도는 포화 농도와 비슷해진다.Specifically, the inert gas is filled into the main chamber 100. And the raw material in the crucible 130 is heated by melting part 110 above melting | fusing point (liquid line temperature). When the crucible 130 is made of graphite, when the crucible 130 is heated, carbon is dissolved in the melt from the crucible 130 to produce a Si-C melt 140. When the carbon of the crucible 130 is dissolved in the Si-C melt 140, the carbon concentration in the Si-C melt 140 becomes similar to the saturation concentration.

그리고 나서, 도 4에 도시된 바와 같이 밸브(210)를 온-상태로 구동시키고 샤프트(310)를 하강시키다. 샤프트(310)의 하강에 의해 교반 날개(510)는 용융액(140)에 침지된다. Then, the valve 210 is driven on-state and the shaft 310 is lowered as shown in FIG. 4. As the shaft 310 descends, the stirring blade 510 is immersed in the melt 140.

이후 구동 모터(330)를 통해 샤프트(310)를 회전시키고, 샤프트(310)에 연결된 교반 날개(510)가 회전된다. 회전하는 교반 날개(510)는 용융액(140)을 교반할 수 있다. 이때 상기 교반하는 단계에서 상기 교반부의 회전 속도는 약 0.1 내지 40 rpm일 수 있으며, 교반하는 단계는 약 1 시간 정도 지속될 수 있다. Then, the shaft 310 is rotated through the drive motor 330, and the stirring blade 510 connected to the shaft 310 is rotated. The rotating stirring blade 510 may stir the melt 140. At this time, the stirring speed in the stirring step may be about 0.1 to 40 rpm, the stirring step may last for about 1 hour.

이와 같이 교반부를 통해 용융액을 교반하는 경우, 용융액의 대류가 활성화되어 용융액의 균질도가 향상될 수 있다. 특히 교반 날개는 회전 방향에 따른 교반 뿐만 아니라 상승류 또는 하강류를 형성할 수 있는바, 보다 균질한 용융액의 제공이 가능하다. As such, when the melt is stirred through the stirring unit, convection of the melt may be activated to improve homogeneity of the melt. In particular, the stirring blade can form a rising or falling flow as well as stirring along the rotation direction, it is possible to provide a more homogeneous melt.

다음 도 1에 도시된 바와 같이 샤프트(310)를 상승시켜 교반부(500)를 보조 챔버(200) 내로 위치시킨다.Next, as shown in FIG. 1, the shaft 310 is raised to position the stirring part 500 into the auxiliary chamber 200.

그리고 나서 밸브(210)를 오프-상태로 구동하고, 보조 챔버(200) 내부 분위기를 제어부(800)를 통해 배기 시킨다. 이후 교반부(500)를 샤프트(310)로부터 분리한다. 오프-상태의 밸브(210)는 주 챔버(100)의 분위기를 유지할 수 있다. Then, the valve 210 is driven in an off-state, and the atmosphere inside the auxiliary chamber 200 is exhausted through the controller 800. Thereafter, the stirring unit 500 is separated from the shaft 310. The off-state valve 210 can maintain the atmosphere of the main chamber 100.

다음 종결정(410)을 포함하는 종결정부(400)를 샤프트(310)에 장착한다. 종결정부(400)를 장착한 이후, 제어부(800)를 통해 보조 챔버(200)의 내부 분위기가 비활성 기체 분위기 1기압으로 유지된다. Next, the seed crystal part 400 including the seed crystal 410 is mounted on the shaft 310. After the seed crystal part 400 is mounted, the internal atmosphere of the auxiliary chamber 200 is maintained at 1 atmosphere of inert gas atmosphere through the controller 800.

그리고 나서 온-상태로 구동된 밸브(210)를 거쳐 도 5에 도시된 바와 같이 종결정부(400)가 장착된 샤프트(310)가 하강한다. 이동한 샤프트(310)는 종결정부(400)를 도가니(130) 내에 위치시킨다. Then, as shown in FIG. 5, the shaft 310 on which the seed crystal part 400 is mounted is lowered via the valve 210 driven on-state. The moved shaft 310 positions the seed crystal 400 in the crucible 130.

구체적으로 종결정(410)의 결정 성장면을 Si-C 용융액(140)에 접촉시킨 후, 가열부(110)에 의해 Si-C 용융액(140)을 결정 성장 온도로 유지한다. 또한, Si-C 용융액(140)에서의 종결정(410)의 근방을 과냉각하여 SiC를 과포화 상태로 하고, 이를 통해 탄화규소 단결정을 성장 시킨다. Specifically, after the crystal growth surface of the seed crystal 410 is brought into contact with the Si-C melt 140, the Si-C melt 140 is maintained at the crystal growth temperature by the heating unit 110. In addition, by cooling the vicinity of the seed crystal 410 in the Si-C melt 140 to make the SiC supersaturated, thereby growing a silicon carbide single crystal.

Si-C 용융액(140)에서의 종결정(410)의 근방을 과냉각하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 가열부(110)를 제어하여 Si-C 용융액(140)에서의 종결정(410)의 근방 영역의 온도를 다른 영역의 온도보다 낮게 하거나 냉매에 의해 Si-C 용융액(140)에서의 종결정(410)의 근방을 냉각해도 된다. 구체적으로는, 샤프트(310) 내부에 냉매를 순환시킬 수 있다. 냉매는, 예를 들면 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 비활성 가스 또는 액상 매질(냉각수)일 수 있다. 샤프트(310) 내로 냉매를 순환시키면, 종결정(410)이 냉각된다. 종결정(410)이 차가워지면 Si-C 용융액(140)에서의 종결정(410)의 근방도 차가워진다.The method of supercooling the vicinity of the seed crystal 410 in the Si-C melt 140 is not specifically limited. For example, the heating unit 110 may be controlled to lower the temperature of the region near the seed crystal 410 in the Si-C melt 140 than the temperature of the other region or in the Si-C melt 140 by the refrigerant. The vicinity of the seed crystal 410 may be cooled. Specifically, the coolant may be circulated inside the shaft 310. The refrigerant may be, for example, an inert gas such as helium (He) or argon (Ar) or a liquid medium (cooling water). When the coolant is circulated in the shaft 310, the seed crystal 410 is cooled. When the seed crystal 410 is cold, the vicinity of the seed crystal 410 in the Si-C melt 140 also becomes cold.

전술한 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치는 하나의 샤프트에 연결되는 종결정부 및 교반부를 포함하고, 이를 통해 용융액을 교반하거나 단결정을 성장시킨다. 즉 각각의 구성에 대해 별도의 구동부를 포함하지 않는 바, 장치가 단순화될 수 있다. 또한 용융액의 교반을 통해 균질한 농도의 용융액을 제공하여 향상된 품질의 단결정을 수득할 수 있다. The silicon carbide single crystal growth apparatus according to the present invention described above includes a seed crystal and a stirring portion connected to one shaft, thereby stirring the melt or growing the single crystal. In other words, the device can be simplified since a separate driving unit is not included for each configuration. The stirring of the melt also provides a homogeneous concentration of the melt to obtain single crystals of improved quality.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

100 : 주챔버 130 : 도가니
400 : 종결정부 500 : 교반부 100: main chamber 130: crucible
400: seed crystal 500: stirring

Claims (10)

용액 성장법을 이용하는 탄화규소 단결정 제조 장치로서,
도가니,
상기 도가니 내부에 위치하는 용융액 내에 침지되며, 교체 가능하도록 샤프트에 장착되는 교반부,
상기 교반부와 교체되어 상기 샤프트에 장착 가능한 종결정부,
상기 도가니를 둘러싸는 주 챔버,
상기 주 챔버와 연결되며, 상기 교반부와 상기 종결정부가 상기 샤프트에 교체되는 보조 챔버, 및
상기 주 챔버와 상기 보조 챔버를 분리하는 밸브를 포함하고
상기 보조 챔버는 탄화규소 단결정 제조 장치의 내외측을 연결하는 개폐부를 포함하는 탄화규소 단결정 제조 장치.
As a silicon carbide single crystal production apparatus using a solution growth method,
Crucible,
An agitator which is immersed in the melt located inside the crucible and mounted to the shaft so as to be replaced
A seed crystal part replaceable with the stirring part and mountable to the shaft;
A main chamber surrounding the crucible,
An auxiliary chamber connected to the main chamber, wherein the stirring section and the seed crystal section are replaced with the shaft;
A valve separating the main chamber and the auxiliary chamber;
The auxiliary chamber is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus including an opening and closing portion for connecting the inside and outside of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus.
제1항에서,
상기 교반부는 교반 날개를 포함하는 탄화규소 단결정 제조 장치.
In claim 1,
The agitator is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus comprising a stirring blade.
제2항에서,
상기 교반 날개는 복수개이며,
상기 복수의 교반 날개는 상기 샤프트의 중심 축선에 대해 서로 다른 높이를 가지도록 위치하는 탄화규소 단결정 제조 장치.
In claim 2,
The stirring blade is a plurality,
And the plurality of stirring vanes are positioned to have different heights with respect to the central axis of the shaft.
제2항에서,
상기 교반 날개는 복수개이며,
상기 복수의 교반 날개는 상기 샤프트의 중심 축선에서 교차하는 탄화규소 단결정 제조 장치.
In claim 2,
The stirring blade is a plurality,
And the plurality of stirring vanes intersect at the central axis of the shaft.
제2항에서,
상기 교반 날개는 상기 샤프트의 중심 축선에 대해 기울어진 탄화규소 단결정 제조 장치.
In claim 2,
And said stirring blade is inclined with respect to the central axis of said shaft.
제1항에서,
상기 교반부의 재질은 그라파이트인 탄화규소 단결정 제조 장치.
In claim 1,
The material of the stirring unit is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of graphite.
삭제delete 삭제delete 제1항에서,
상기 샤프트에 연결되며 상기 교반부를 회전시키는 구동부를 더 포함하는 탄화규소 단결정 제조 장치.
In claim 1,
And a driving unit connected to the shaft and rotating the stirring unit.
제1항에서,
상기 교반부는 상기 샤프트에 탈착 가능한 교반부 홀더를 포함하고,
상기 종결정부는 상기 샤프트에 탈착 가능한 종결정부 홀더를 포함하는 탄화규소 단결정 제조 장치. In claim 1,
The stirring part includes a stirring part holder detachable to the shaft,
And the seed crystal part comprises a seed crystal part holder detachable to the shaft.
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