KR102060189B1 - Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조장치는 용융액이 장입되는 도가니, 상기 도가니 내로 연장되는 종결정 지지부, 상기 종결정 지지부의 일단에 연결된 실리콘카바이드 종결정, 및 상기 도가니의 외주면을 둘러싸는 가열 부재를 포함하고, 상기 종결정 지지부는 상기 도가니의 높이 방향으로 연장된 가열 전극을 포함한다.In one embodiment, a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus includes a crucible into which a melt is charged, a seed crystal support portion extending into the crucible, a silicon carbide seed crystal connected to one end of the seed crystal support portion, and a heating member surrounding an outer circumferential surface of the crucible. The seed crystal support part includes a heating electrode extending in the height direction of the crucible.

Description

실리콘카바이드 단결정 제조장치 및 실리콘카바이드 단결정 제조방법{MANUFACTURING APPARATUS FOR SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL AND MANUFACTURING METHOD OF SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL}Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and silicon carbide single crystal manufacturing method {MANUFACTURING APPARATUS FOR SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL AND MANUFACTURING METHOD OF SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 실리콘카바이드 단결정 제조장치 및 실리콘카바이드 단결정 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon carbide single crystal production apparatus and a silicon carbide single crystal production method.

전력 반도체 소자(Power Semiconductor Device)는 전기 자동차 구동, 전력 시스템 효율화, 고주파 이동통신 등 전기 에너지를 사용하는 차세대 시스템에 있어서 필수 불가결한 핵심 소자로 인식되고 있다. 이를 위해서는 고전압, 대전류, 고주파수 등의 새로운 사용 환경에 맞는 소재의 선정이 필수적이다. 현재까지는 기존의 반도체 산업에서 널리 사용되던 실리콘 단결정이 전력 반도체 용도로도 사용되어 왔으나, 물성적인 한계로 인해 에너지 손실이 적고 보다 극한 환경에서 구동할 수 있는 차세대 반도체 소재의 하나로 화합물 반도체인 실리콘카바이드 단결정이 주목받고 있다. Power semiconductor devices are recognized as indispensable core devices in next-generation systems that use electric energy such as electric vehicle driving, power system efficiency, and high frequency mobile communication. For this purpose, it is necessary to select materials for new usage environments such as high voltage, high current, and high frequency. Silicon single crystal, which has been widely used in the semiconductor industry until now, has also been used for power semiconductor applications, but silicon carbide single crystal, a compound semiconductor, is one of the next-generation semiconductor materials that can operate in a more extreme environment with less energy loss due to physical limitations. This is attracting attention.

실리콘카바이드 단결정의 성장을 위해서는, 예를 들어, 실리콘카바이드를 원료로 하여 2000도(℃) 이상의 고온에서 승화시켜 단결정을 성장시키는 승화법, 결정 인상법(crystal pulling method)을 응용한 용액 성장법 등이 있다. 이외에도, 기체 소스를 사용하여 화학적으로 증착시키는 방법이 사용되고 있다. For the growth of silicon carbide single crystals, for example, a sublimation method in which a single crystal is grown by sublimation at a high temperature of 2000 ° C. or higher using silicon carbide as a raw material, a solution growth method using a crystal pulling method, or the like. There is this. In addition, a method of chemically depositing using a gas source has been used.

그러나 화학적 기상 증착법은 박막으로만 두께가 제한된 수준으로 성장시킬 수 있다. 이에 따라 고온에서 실리콘카바이드를 승화시켜 결정을 성장시키는 승화법에 대한 연구에 집중되어 왔다. 그런데 승화법 역시 일반적으로 2400℃ 이상의 고온에서 이루어지고, 마이크로 파이프 및 적층 결함과 같은 여러 결함이 발생할 가능성이 많아 생산 단가적 측면에서 한계가 있다. 그러나 승화법 역시 일반적으로 2400℃ 이상의 고온에서 이루어지고, 대구경화가 어려우며 마이크로 파이프 및 적층 결함과 같은 여러 결함이 발생할 가능성이 많아 생산 단가적 측면에서 한계가 있다. 이에 결정 성장 온도가 승화법에 비해 낮고(1600 내지 2000도), 대구경화 및 고품질화에 유리한 것으로 알려진 용액 성장법에 대한 연구가 진행되고 있다.However, chemical vapor deposition can only grow to a limited thickness with thin films. Accordingly, research has been focused on the sublimation method of growing a crystal by sublimating silicon carbide at high temperature. By the way, the sublimation method is also generally made at a high temperature of 2400 ℃ or more, there is a possibility that many defects such as micro-pipes and lamination defects occur, there is a limit in terms of production cost. However, the sublimation method is also generally made at a high temperature of more than 2400 ℃, difficult to large diameter, and many defects such as micro-pipes and laminated defects are likely to occur, there is a limit in terms of production cost. As a result, the research on the solution growth method is known that the crystal growth temperature is lower (1600 to 2000 degrees) than the sublimation method, and is known to be advantageous for large diameter and high quality.

본 발명은 종결정을 용융액에 접촉시키는 공정에서 종결정과 용융액의 온도 차이를 제어하는 실리콘카바이드 단결정 제조장치 및 제조방법을 제공하고자 한다. The present invention is to provide a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and method for controlling the temperature difference between the seed crystal and the melt in the process of contacting the seed crystal to the melt.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned are clearly to those skilled in the art from the following description. It can be understood.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조장치는 용융액이 장입되는 도가니, 상기 도가니 내로 연장되는 종결정 지지부, 상기 종결정 지지부의 일단에 연결된 실리콘카바이드 종결정, 및 상기 도가니의 외주면을 둘러싸는 가열 부재를 포함하고, 상기 종결정 지지부는 상기 도가니의 높이 방향으로 연장된 가열 전극을 포함한다.The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention surrounds a crucible into which a melt is charged, a seed crystal support portion extending into the crucible, a silicon carbide seed crystal connected to one end of the seed crystal support portion, and an outer circumferential surface of the crucible. And a heating member, wherein the seed crystal support portion includes a heating electrode extending in the height direction of the crucible.

상기 가열 전극은 흑연, 실리콘카바이드 및 금속 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.The heating electrode may be made of any one of graphite, silicon carbide and a metal alloy.

상기 가열 전극은 제1 가열 전극 및 제2 가열 전극을 포함하고, 상기 제1 가열 전극 및 상기 제2 가열 전극은 이격될 수 있다.The heating electrode may include a first heating electrode and a second heating electrode, and the first heating electrode and the second heating electrode may be spaced apart from each other.

상기 제1 가열 전극 및 상기 제2 가열 전극 사이의 이격된 공간에 절연 물질이 위치할 수 있다.An insulating material may be located in the spaced space between the first heating electrode and the second heating electrode.

상기 제1 가열 전극 및 상기 제2 가열 전극 각각은 반원기둥(half cylinder) 형상일 수 있다.Each of the first heating electrode and the second heating electrode may have a half cylinder shape.

상기 제1 가열 전극은 속이 빈 원기둥 형상이고, 상기 제2 가열 전극은 필라(pilar) 형상일 수 있다.The first heating electrode may have a hollow cylindrical shape, and the second heating electrode may have a pillar shape.

상기 제1 가열 전극 및 상기 제2 가열 전극의 평면상 테두리는 원 형상일 수 있다.Planar edges of the first heating electrode and the second heating electrode may be circular.

상기 가열 전극은 발열체를 포함할 수 있다.The heating electrode may include a heating element.

일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조방법은 도가니에 원료를 장입하고 용융시켜 용융액을 준비하는 단계, 종결정 지지부와 연결된 종결정을 가열하는 단계, 상기 용융액과 상기 종결정을 접촉시키는 단계, 그리고 상기 종결정에서 실리콘카바이드 단결정을 성장시키는 단계를 포함한다.Silicon carbide single crystal manufacturing method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a melt by charging and melting the raw material in the crucible, heating the seed crystal connected to the seed crystal support, contacting the melt and the seed crystal, and the Growing a silicon carbide single crystal in the seed crystal.

상기 종결정은 1400도(℃) 내지 2100 도(℃)로 가열될 수 있다.The seed crystal may be heated to 1400 degrees (° C.) to 2100 degrees (° C.).

상기 종결정 지지부는 가열 전극을 포함하고, 상기 가열 전극에 전압을 인가하는 단계를 통해 상기 종결정 지지부를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.The seed crystal support part may further include a step of heating the seed crystal support part by applying a voltage to the heating electrode.

상기 가열 전극은 발열체를 포함하고, 상기 가열 전극에 전압을 인가하는 단계를 통해 상기 발열체가 발열하는 단계를 더 포함할 수 있다.The heating electrode may include a heating element, and the heating element may further include generating a heat by applying a voltage to the heating electrode.

상기 가열 전극과 접촉하는 상기 종결정을 가열시키는 단계를 포함할 수 있다.And heating the seed crystal in contact with the heating electrode.

본 발명에 의하면 용융액과 종결정이 접촉하는 공정에서 용융액과 종결정의 온도 차이를 제어할 수 있으며, 이에 따라 종결정에서 실리콘카바이드 다결정의 성장을 방지하고 향상된 품질의 실리콘카바이드 단결정을 성장시킬 수 있다. 또한 실리콘카바이드 단결정의 생산성 및 수득률이 향상될 수 있다.According to the present invention, it is possible to control the temperature difference between the melt and the seed crystal in the process of contact between the melt and the seed crystal, thereby preventing the growth of silicon carbide polycrystals in the seed crystal and growing silicon carbide single crystal of improved quality. In addition, the productivity and yield of silicon carbide single crystals can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 종결정을 포함하는 실리콘카바이드 단결정 제조장치의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 A 영역에 대한 평면도 및 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 변형 실시예에 따른 도 1의 A 영역에 대한 평면도 및 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 변형 실시예에 따른 도 1의 A 영역에 대한 평면도 및 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 변형 실시예에 따른 도 1의 A 영역에 대한 평면도 및 단면도이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d는 변형 실시예에 따른 종결정 지지부의 평면도이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조방법에 따른 개략적인 단면도이다.
도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 비교예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조방법에 따른 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus including a seed crystal according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are plan and cross-sectional views of area A of FIG. 1.
3A and 3B are plan and cross-sectional views of area A of FIG. 1 according to a modified embodiment.
4A and 4B are a plan view and a sectional view of area A of FIG. 1 according to a modified embodiment.
5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view of area A of FIG. 1 according to a modified embodiment.
6A, 6B, 6C and 6D are plan views of seed crystal supports according to a modified embodiment.
7A, 7B and 7C are schematic cross-sectional views of a method of manufacturing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention.
8A, 8B, and 8C are schematic cross-sectional views of a method of manufacturing silicon carbide single crystal according to a comparative example.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present disclosure, description of already known functions or configurations will be omitted for clarity of the gist of the present disclosure.

본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 기재가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.Parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present disclosure, and like reference numerals designate like elements throughout the specification. In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, so the present disclosure is not necessarily limited to the illustrated.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. In the drawings, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated for convenience of explanation. When a portion of a layer, film, region, plate, or the like is said to be "on" or "on" another portion, this includes not only when the other portion is "right over" but also when there is another portion in between.

이하에서는 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조장치에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 종결정을 포함하는 실리콘카바이드 단결정 제조장치의 개략적인 단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 A 영역에 대한 평면도 및 단면도이다. Hereinafter, a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2A, and 2B. 1 is a schematic cross-sectional view of a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus including a seed crystal according to an embodiment of the present invention, Figures 2a and 2b is a plan view and a cross-sectional view of the region A of FIG.

우선 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조장치는 반응 챔버(100), 반응 챔버(100) 내부에 위치하는 도가니(300), 도가니(300) 내부로 연장되는 종결정(210), 종결정 지지부(230) 및 이동 부재(250)와 도가니(300)를 가열하는 가열 부재(400)를 포함할 수 있다. First, referring to FIG. 1, a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment may include a reaction chamber 100, a crucible 300 located in the reaction chamber 100, and a seed crystal 210 extending into the crucible 300. ), The seed crystal support 230, and the heating member 400 for heating the moving member 250 and the crucible 300.

반응 챔버(100)는 빈 내부 공간을 포함하는 밀폐된 형태이고 그 내부가 일정한 압력 등의 분위기로 유지될 수 있다. 도시되지 않았으나 반응 챔버(100)에 진공 펌프 및 분위기 제어용 가스 탱크가 연결될 수 있다. 진공 펌프 및 분위기 제어용 가스 탱크를 이용하여 반응 챔버(100) 내부를 진공상태로 만든 후 아르곤 기체와 같은 비활성 기체를 충전할 수 있다.The reaction chamber 100 is hermetically sealed including an empty interior space and may be maintained in an atmosphere such as a constant pressure. Although not shown, a vacuum pump and an atmosphere control gas tank may be connected to the reaction chamber 100. After the vacuum chamber and the gas tank for controlling the atmosphere are made inside the reaction chamber 100 in a vacuum state, an inert gas such as argon gas may be charged.

실리콘카바이드 종결정(210)은 후술할 종결정 지지부(230) 및 이동 부재(250)에 연결되어 도가니(300) 내측으로 위치할 수 있으며 특히 도가니(300) 내부에 제공되는 용융액과 접촉하도록 배치될 수 있다. The silicon carbide seed crystal 210 may be connected to the seed crystal support 230 and the moving member 250, which will be described later, to be positioned inside the crucible 300, and in particular, to be in contact with the molten liquid provided inside the crucible 300. Can be.

일 실시예에 따르면 실리콘카바이드 종결정(210)의 표면과 용융액 사이에 메니스커스가 형성될 수 있다. 메니스커스란 실리콘카바이드 종결정(210)의 하부면이 용융액과 접촉한 이후 살짝 들어올려지면서 발생하는 표면 장력에 의해 용융액 상에 형성되는 곡면을 지칭한다. 메니스커스를 형성하여 실리콘카바이드 단결정을 성장시키는 경우 다결정의 발생을 억제하여 보다 고품질의 단결정을 수득할 수 있다.According to an embodiment, a meniscus may be formed between the surface of the silicon carbide seed crystal 210 and the melt. The meniscus refers to a curved surface formed on the melt by the surface tension generated as the bottom surface of the silicon carbide seed crystal 210 is slightly lifted after contact with the melt. When a meniscus is formed to grow silicon carbide single crystals, the generation of polycrystals can be suppressed to obtain higher quality single crystals.

실리콘카바이드 종결정(210)은 실리콘카바이드 단결정으로 이루어진다. 실리콘카바이드 종결정(210)의 결정 구조는 제조하려는 실리콘카바이드 단결정의 결정 구조와 같다. 예를 들어, 4H 다형의 실리콘카바이드 단결정을 제조하는 경우, 4H 다형의 실리콘카바이드 종결정(210)을 이용할 수 있다. 4H 다형의 실리콘카바이드 종결정(210)을 이용하는 경우, 결정 성장면은 (0001)면 또는 (000-1)면이거나, (0001)면 또는 (000-1)면으로부터 8도 이하의 각도로 경사진 면일 수 있다. The silicon carbide seed crystal 210 is made of silicon carbide single crystal. The crystal structure of the silicon carbide seed crystal 210 is the same as that of the silicon carbide single crystal to be manufactured. For example, when the 4H polymorphic silicon carbide single crystal is manufactured, the 4H polymorphic silicon carbide seed crystal 210 may be used. In the case of using the 4H polymorphic silicon carbide seed crystal 210, the crystal growth plane is the (0001) plane or the (000-1) plane, or it is inclined at an angle of 8 degrees or less from the (0001) plane or the (000-1) plane. It may be a photographic side.

종결정 지지부(230)는 실리콘카바이드 종결정(210)과 이동 부재(250)를 연결한다. 종결정 지지부(230)의 일단은 이동 부재(250)에 연결되고 타단은 종결정(210)에 연결될 수 있다. The seed crystal support 230 connects the silicon carbide seed crystal 210 and the moving member 250. One end of the seed crystal support 230 may be connected to the moving member 250, and the other end thereof may be connected to the seed crystal 210.

종결정 지지부(230)는 도체인 물질로 이루어질 수 있으며, 일례로써 흑연, 실리콘카바이드, 금속 합금 재질로 이루어질 수 있다. The seed crystal support 230 may be made of a conductive material. For example, the seed crystal support 230 may be made of graphite, silicon carbide, or a metal alloy material.

종결정 지지부(230)는 이동 부재(250)에 연결되어 도가니(300)의 높이 방향을 따라 상하 방향으로 이동할 수 있다. 구체적으로 종결정 지지부(230)는 실리콘카바이드 단결정의 성장 공정을 위해 도가니(300) 내측으로 이동되거나 실리콘카바이드 단결정의 성장 공정이 종료된 이후 도가니(300) 외측으로 이동될 수 있다. 또한 본 명세서는 종결정 지지부(230)가 상하 방향으로 이동하는 실시예를 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 어떠한 방향으로도 이동하거나 회전할 수 있으며, 이를 위한 공지의 수단을 포함할 수 있다.The seed crystal support 230 may be connected to the moving member 250 to move up and down along the height direction of the crucible 300. In more detail, the seed crystal support 230 may be moved into the crucible 300 for the growth process of the silicon carbide single crystal or moved outside the crucible 300 after the growth process of the silicon carbide single crystal is finished. In addition, the present specification has described an embodiment in which the seed crystal support 230 moves in the vertical direction, but is not limited thereto and may move or rotate in any direction, and may include a known means for this purpose.

종결정 지지부(230)는 이동 부재(250)에 탈착될 수 있다. 실리콘카바이드 단결정을 수득하기 위해 이동 부재(250)에 결합되어 도가니(300) 내측으로 제공될 수 있으며, 단결정의 성장 공정이 종료된 이후에는 이동 부재(250)로부터 분리될 수 있다. The seed crystal support 230 may be detached from the moving member 250. The silicon carbide single crystal may be coupled to the moving member 250 to be provided inside the crucible 300, and may be separated from the moving member 250 after the growth process of the single crystal is completed.

본 발명에 따른 종결정 지지부(230)는 가열 전극(231a, 231b)을 포함할 수 있다. 우선 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종결정 지지부(230)는 두 개의 가열 전극(231a, 231b)을 포함하고 두 개의 가열 전극(231a, 231b)은 D1 방향으로 연장된 기둥 형태일 수 있으며 D2 방향으로 이격되어 있을 수 있다. 가열 전극(231a, 231b)은 종결정 지지부(230)의 하단부, 즉 종결정(210)과 접촉하는 영역에서 서로 연결될 수 있다. The seed crystal support 230 according to the present invention may include heating electrodes 231a and 231b. First, referring to FIGS. 2A and 2B, the seed crystal support 230 may include two heating electrodes 231a and 231b, and the two heating electrodes 231a and 231b may have a pillar shape extending in the direction D1, and D2. May be spaced apart in a direction. The heating electrodes 231a and 231b may be connected to each other at a lower end portion of the seed crystal support 230, that is, a region in contact with the seed crystal 210.

가열 전극(231a, 231b) 각각은 전압을 인가하는 전압 인가부(미도시)와 연결될 수 있으며 가열 전극(231a, 23ab)에 전류가 통할 수 있다. 가열 전극(231a, 231b)에 전압이 인가되고 전류가 흐름에 따라 가열 전극(231a, 231b) 자체는 발열할 수 있으며 이에 따라 소정의 온도까지 상승할 수 있다. Each of the heating electrodes 231a and 231b may be connected to a voltage applying unit (not shown) for applying a voltage, and a current may pass through the heating electrodes 231a and 23ab. As the voltage is applied to the heating electrodes 231a and 231b and the current flows, the heating electrodes 231a and 231b themselves may generate heat and thus may rise to a predetermined temperature.

종결정 지지부(230)는 이격된 가열 전극(231a, 231b) 사이에 위치하는 공간(235)을 포함할 수 있으며, 공간(235)은 빈 공간이거나 공간(235)에 절연 물질이 위치할 수 있다. The seed crystal support 230 may include a space 235 positioned between the spaced heating electrodes 231a and 231b, and the space 235 may be an empty space or an insulating material may be located in the space 235. .

도가니(300)는 반응 챔버(100) 내부에 구비되며 상측이 개방된 용기 형태일 수 있으며 상부면을 제외한 외주면(300a) 및 하부면(300b)을 포함할 수 있다. 도가니(300)는 전술한 형태에 제한 없이 실리콘카바이드 단결정을 형성하기 위한 어떠한 형태도 가능함은 물론이다. 도가니(300)는 실리콘 또는 실리콘카바이드 분말과 같은 용융 원료가 장입되어 수용될 수 있다. The crucible 300 may be provided inside the reaction chamber 100 and may have an open top shape, and may include an outer circumferential surface 300a and a lower surface 300b excluding the upper surface. The crucible 300 may be of any type for forming silicon carbide single crystals without being limited to the above-described form. The crucible 300 may be filled with a molten raw material such as silicon or silicon carbide powder.

도가니(300)는 그라파이트, 실리콘카바이드와 같이 탄소를 함유하는 재질일 수 있으며, 이와 같은 재질의 도가니(300) 자체는 탄소 원료의 공급원으로 활용될 수 있다. 또는 이에 제한되지 않고 세라믹 재질의 도가니를 사용할 수 있으며, 이때 탄소를 제공할 물질 또는 공급원 별도로 제공할 수 있다. Crucible 300 may be a material containing carbon, such as graphite, silicon carbide, the crucible 300 of such a material itself may be utilized as a source of carbon raw material. Alternatively, but not limited thereto, a crucible of ceramic material may be used, and a material or a source for providing carbon may be provided separately.

가열 부재(400)는 도가니(300)를 가열하여 도가니(300)에 수용된 물질을 용융시키거나 가열할 수 있다.  The heating member 400 may heat the crucible 300 to melt or heat the material contained in the crucible 300.

가열 부재(400)는 저항식 발열 수단 또는 유도 가열식 발열 수단을 사용할 수 있다. 구체적으로 가열 부재(400) 자체가 발열하는 저항식으로 형성되거나 가열 부재(400)가 인덕션 코일로 형성되고 인덕션 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 도가니(300)를 가열하는 유도 가열 방식으로 형성될 수도 있다. 그러나 전술한 방법에 제한되지 않고 어떠한 가열 부재도 사용될 수 있음은 물론이다. The heating member 400 may use a resistance heating means or an induction heating means. Specifically, the heating member 400 itself may be formed in a resistance type that generates heat, or the heating member 400 may be formed of an induction coil and formed by an induction heating method of heating the crucible 300 by flowing a high frequency current through the induction coil. . However, it is a matter of course that any heating member may be used without being limited to the method described above.

일 실시예에 따른 실리콘카바이드 제조장치는 회전 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 회전 부재(500)는 도가니(300)의 하측면에 결합되어 도가니(300)를 회전시킬 수 있다. 도가니(300) 회전을 통해 균일한 조성의 용융액 제공이 가능한 바 실리콘카바이드 종결정(210)에서 고품질의 실리콘카바이드 단결정이 성장될 수 있다.Silicon carbide manufacturing apparatus according to an embodiment may further include a rotating member (500). The rotating member 500 may be coupled to the lower side of the crucible 300 to rotate the crucible 300. High-quality silicon carbide single crystals may be grown in the silicon carbide seed crystals 210, which may provide a melt having a uniform composition through rotation of the crucible 300.

이하에서는 도 3a 내지 도 6d를 참조하여 변형 실시예에 따른 종결정 지지부(230)에 대해 설명한다. 도 3a 및 도 3b는 변형 실시예에 따른 도 1의 A 영역에 대한 평면도 및 단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 변형 실시예에 따른 도 1의 A 영역에 대한 평면도 및 단면도이고, 도 5a 및 도 5b는 변형 실시예에 따른 도 1의 A 영역에 대한 평면도 및 단면도이고, 도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d는 변형 실시예에 따른 종결정 지지부의 평면도이다.Hereinafter, the seed crystal support 230 according to the modified embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 6D. 3A and 3B are plan and cross-sectional views of region A of FIG. 1 according to a modified embodiment, and FIGS. 4A and 4B are plan and cross-sectional views of region A of FIG. 1 according to a modified embodiment, and FIGS. 5A and FIG. 5B is a plan view and a cross-sectional view of region A of FIG. 1 according to a modified embodiment, and FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D are plan views of seed crystal supports according to a modified embodiment.

우선 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 종결정 지지부(230)는 가열 전극(231a, 231b) 및 이격된 가열 전극(231a, 231b) 사이에 위치하는 공간(235)을 포함할 수 있다. First, referring to FIGS. 3A and 3B, the seed crystal support 230 may include a space 235 positioned between the heating electrodes 231a and 231b and the spaced heating electrodes 231a and 231b.

종결정 지지부(230)는 두 개의 가열 전극(231a, 231b)을 포함하고 두 개의 가열 전극(231a, 231b)은 D1 방향으로 연장된 기둥 형태일 수 있으며 D2 방향으로 서로 이격되어 있을 수 있다. The seed crystal support 230 may include two heating electrodes 231a and 231b, and the two heating electrodes 231a and 231b may have a pillar shape extending in the D1 direction and may be spaced apart from each other in the D2 direction.

제1 가열 전극(231a)은 속이 빈 마카로니 형태의 원기둥일 수 있으며 제2 가열 전극(231b)은 필라(pilar) 형태의 원기둥일 수 있다. 제1 가열 전극(231a)의 평면상 가장자리 지름은 제2 가열 전극(231b)의 평면상 가장자리 지름보다 클 수 있으며 제2 가열 전극(231b)은 제1 가열 전극(231a)이 가지는 빈 공간 내에 위치할 수 있다. The first heating electrode 231a may be a cylindrical macaroni-shaped cylinder, and the second heating electrode 231b may be a pillar-shaped cylinder. The planar edge diameter of the first heating electrode 231a may be larger than the planar edge diameter of the second heating electrode 231b and the second heating electrode 231b is located in an empty space of the first heating electrode 231a. can do.

또한 제1 가열 전극(231a) 및 제2 가열 전극(231b)은 종결정 지지부(230)의 하단부, 즉 종결정(210)과 접촉하는 영역에서 서로 연결될 수 있다. 따라서 가열 전극(231a, 231b)이 발열함에 따라 종결정 지지부(230)의 하단부 역시 발열할 수 있으며, 종결정 지지부(230)와 접촉하는 종결정(210)이 가열될 수 있다. In addition, the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b may be connected to each other at a lower end portion of the seed crystal support 230, that is, a region in contact with the seed crystal 210. Therefore, as the heating electrodes 231a and 231b generate heat, the lower end of the seed crystal support 230 may also generate heat, and the seed crystal 210 in contact with the seed crystal support 230 may be heated.

종결정 지지부(230)는 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b) 사이에 위치하는 공간(235)을 포함한다. 공간(235)은 빈 공간이거나 이에 제한되지 않고 상기 공간(235)에는 절연 물질이 위치할 수 있다. 절연 물질은 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b) 사이의 이격된 공간을 채우면서 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b)을 절연시킬 수 있다. The seed crystal support 230 includes a space 235 positioned between the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b. The space 235 is not limited to the empty space, but an insulating material may be located in the space 235. The insulating material may insulate the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b while filling the spaced space between the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b.

다음, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b)의 평면 가장자리는 가상의 원을 형성할 수 있으며, 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b) 각각은 D2-D3 방향 평면에서 반원의 호 형태일 수 있다. 4A and 4B, planar edges of the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b may form a virtual circle, and the first heating electrode 231a and the second heating may be formed. Each of the electrodes 231b may have a semicircular arc shape in the D2-D3 direction plane.

구체적으로 종결정 지지부(230)를 D2-D3 방향 평면에서 살펴보면, 종결정 지지부(230)에 포함되는 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b)은 가상의 원을 형성할 수 있으며, 일 축을 기준으로 이격될 수 있다. 또한 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b)은 종결정(210)과 접촉하는 하단부에서 연결될 수 있다. Specifically, when the seed crystal support 230 is viewed in the D2-D3 direction plane, the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b included in the seed crystal support 230 may form a virtual circle. It can be spaced apart on one axis. In addition, the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b may be connected at a lower end contacting the seed crystal 210.

또한 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b)은 D2-D3 방향 평면에서 원 기둥 형상의 공간(235)을 포함할 수 있다. 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b) 사이에는 원 기둥 형상의 빈 공간(235)이 위치할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 상기 공간(235)에는 절연 물질이 위치할 수 있다. In addition, the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b may include a circular columnar space 235 in the D2-D3 direction plane. An empty space 235 having a circular columnar shape may be located between the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b, and the present invention is not limited thereto, and an insulating material may be located in the space 235.

다음, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 변형 실시예에 따른 종결정 지지부(230)는 제1 가열 전극(231a), 제2 가열 전극(231b), 제3 가열 전극(231c), 및 제4 가열 전극(231d)을 포함할 수 있다. Next, referring to FIGS. 5A and 5B, the seed crystal support 230 according to the modified embodiment may include a first heating electrode 231a, a second heating electrode 231b, a third heating electrode 231c, and a fourth heating electrode. The heating electrode 231d may be included.

제1 가열 전극(231a), 제2 가열 전극(231b), 제3 가열 전극(231c), 및 제4 가열 전극(231d)의 가장자리는 도 5a에 도시된 바와 같이 D2-D3 방향 평면에서 가상의 원을 형성할 수 있으며, 각각의 가열 전극(231a, 231b, 231c, 231d)은 하나의 원을 사등분한 부채꼴의 호와 대응하는 평면 형상을 가질 수 있다. Edges of the first heating electrode 231a, the second heating electrode 231b, the third heating electrode 231c, and the fourth heating electrode 231d are virtual in the plane D2-D3 as shown in FIG. 5A. Circles may be formed, and each of the heating electrodes 231a, 231b, 231c, and 231d may have a planar shape corresponding to an arc of an arc divided into one circle.

제1 가열 전극(231a), 제2 가열 전극(231b), 제3 가열 전극(231c), 및 제4 가열 전극(231d)은 전술한 평면 형상을 가지면서 D1 방향으로 연장된 기둥 형상일 수 있다. The first heating electrode 231a, the second heating electrode 231b, the third heating electrode 231c, and the fourth heating electrode 231d may have a columnar shape extending in the D1 direction while having the aforementioned planar shape. .

제1 가열 전극(231a), 제2 가열 전극(231b), 제3 가열 전극(231c), 및 제4 가열 전극(231d)은 가상의 원 기둥을 형성할 수 있으며 내부가 원 기둥 내부에 공간(235)이 형성될 수 있다. 종결정 지지부(230)는 내부에 필라(pilar) 형태의 빈 공간(235)을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 상기 빈 공간(235)은 절연 물질로 채워질 수 있다. The first heating electrode 231a, the second heating electrode 231b, the third heating electrode 231c, and the fourth heating electrode 231d may form a virtual circle pillar, and the space may be formed inside the circle pillar. 235 may be formed. The seed crystal support 230 may include an empty space 235 having a pillar shape therein, but is not limited thereto. The empty space 235 may be filled with an insulating material.

제1 가열 전극(231a), 제2 가열 전극(231b), 제3 가열 전극(231c), 및 제4 가열 전극(231d)는 종결정(210)과 접촉하는 하단부에서 서로 연결될 수 있으며, 이에 제한되지 않고 이격되어 있는 실시예도 가능함은 물론이다. The first heating electrode 231a, the second heating electrode 231b, the third heating electrode 231c, and the fourth heating electrode 231d may be connected to each other at a lower end contacting the seed crystal 210, but are not limited thereto. Of course, embodiments that are not spaced apart are possible.

변형 실시예에 따르면 제1 가열 전극(231a), 제2 가열 전극(231b), 제3 가열 전극(231c), 및 제4 가열 전극(231d)에는 전압이 인가되어 전류가 흐를 수 있으며, 이에 따라 가열 전극(231a, 231b, 231c, 231d)이 발열하면서 가열 전극(231a, 231b, 231c, 231d)의 하단부와 접촉하는 종결정(210)을 가열시킬 수 있다.According to a modified embodiment, a voltage is applied to the first heating electrode 231a, the second heating electrode 231b, the third heating electrode 231c, and the fourth heating electrode 231d, so that a current may flow. While the heating electrodes 231a, 231b, 231c, and 231d generate heat, the seed crystal 210 may be heated to contact the lower ends of the heating electrodes 231a, 231b, 231c, and 231d.

다음, 도 6a를 살펴보면, 변형 실시예에 따른 종결정 지지부는 부도체 재질로 이루어진 가열 전극(231) 및 가열 전극(231)이 포함하는 발열체(233)를 포함할 수 있다. Next, referring to FIG. 6A, the seed crystal supporter according to the modified embodiment may include a heating electrode 231 made of an insulator material and a heating element 233 included in the heating electrode 231.

도 6a에 도시된 바와 같이 종결정 지지부는 D2-D3 평면 형태가 원형인 가열 전극(231)을 포함할 수 있으며 이러한 형상에 제한되는 것은 아니다. 가열 전극(231)은 종결정 지지부의 몸체와 동일한 형태를 가지는 필라(pilar)일 수 있다. As shown in FIG. 6A, the seed crystal support may include a heating electrode 231 having a circular D2-D3 planar shape, but is not limited thereto. The heating electrode 231 may be a pillar having the same shape as the body of the seed crystal support.

가열 전극(231)은 열 전도 효율이 낮은 물질로 이루어질 수 있으며 이에 따라 종결정(210)에 열을 전달하는 별도의 발열체(233)를 더 포함할 수 있다.The heating electrode 231 may be made of a material having low thermal conduction efficiency, and thus may further include a separate heating element 233 for transferring heat to the seed crystal 210.

발열체(233)는 열 전도 효율이 높은 물질로 이루어질 수 있으며 통상의 기술자가 선택 가능한 어떠한 물질도 가능하다. The heating element 233 may be made of a material having high heat conduction efficiency and may be any material selectable by a person skilled in the art.

발열체(233)는 D1 방향으로 연장된 막대 형상일 수 있으며, 종결정(210)과 접촉하는 종결정 지지부의 하단부에서 연결된 형태일 수 있다. 즉 가열 전극(231) 내부에는 두 개의 막대 형상과 이를 연결하는 연결부를 포함하는 발열체(233)가 위치할 수 있다.The heating element 233 may have a rod shape extending in the direction D1, and may be connected to a lower end of the seed crystal support part contacting the seed crystal 210. That is, the heating element 233 including two rod shapes and a connection part connecting the same may be located in the heating electrode 231.

다음, 도 6b를 참조하면 종결정 지지부는 두 개의 가열 전극(231a, 231b)을 포함하고 두 개의 가열 전극(231a, 231b)은 D1 방향으로 연장된 기둥 형태일 수 있으며 D2 방향으로 서로 이격되어 있을 수 있다. Next, referring to FIG. 6B, the seed crystal support part may include two heating electrodes 231a and 231b, and the two heating electrodes 231a and 231b may have a pillar shape extending in the D1 direction and may be spaced apart from each other in the D2 direction. Can be.

제1 가열 전극(231a)은 속이 빈 마카로니 형태의 원기둥일 수 있으며 제2 가열 전극(231b)은 필라(pilar) 형태의 원기둥일 수 있다. 제1 가열 전극(231a)의 평면상 가장자리 지름은 제2 가열 전극(231b)의 평면상 가장자리 지름보다 클 수 있으며 제2 가열 전극(231b)은 제1 가열 전극(231a)이 가지는 빈 공간 내에 위치할 수 있다. The first heating electrode 231a may be a cylindrical macaroni-shaped cylinder, and the second heating electrode 231b may be a pillar-shaped cylinder. The planar edge diameter of the first heating electrode 231a may be larger than the planar edge diameter of the second heating electrode 231b and the second heating electrode 231b is located in an empty space of the first heating electrode 231a. can do.

또한 제1 가열 전극(231a) 및 제2 가열 전극(231b)은 종결정 지지부(230)의 하단부, 즉 종결정(210)과 접촉하는 영역에서 서로 연결될 수 있다. 따라서 가열 전극(231a, 231b)이 발열함에 따라 종결정 지지부(230)의 하단부 역시 발열할 수 있으며, 종결정 지지부(230)와 접촉하는 종결정(210)이 가열될 수 있다. In addition, the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b may be connected to each other at a lower end portion of the seed crystal support 230, that is, a region in contact with the seed crystal 210. Therefore, as the heating electrodes 231a and 231b generate heat, the lower end of the seed crystal support 230 may also generate heat, and the seed crystal 210 in contact with the seed crystal support 230 may be heated.

종결정 지지부(230)는 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b) 사이에 위치하는 공간(235)을 포함한다. 공간(235)은 빈 공간이거나 이에 제한되지 않고 상기 공간(235)에는 절연 물질이 위치할 수 있다. 절연 물질은 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b) 사이의 이격된 공간을 채우면서 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b)을 절연시킬 수 있다. The seed crystal support 230 includes a space 235 positioned between the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b. The space 235 is not limited to the empty space, but an insulating material may be located in the space 235. The insulating material may insulate the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b while filling the spaced space between the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b.

한편 가열 전극(231)은 열 전도 효율이 낮은 물질로 이루어질 수 있으며 이에 따라 종결정(210)에 열을 전달하는 별도의 발열체(233)를 더 포함할 수 있다. 발열체(233)는 열 전도 효율이 높은 물질로 이루어질 수 있으며 통상의 기술자가 선택 가능한 어떠한 물질도 가능하다. Meanwhile, the heating electrode 231 may be made of a material having low thermal conduction efficiency, and thus may further include a separate heating element 233 for transferring heat to the seed crystal 210. The heating element 233 may be made of a material having high heat conduction efficiency and may be any material selectable by a person skilled in the art.

발열체(233)는 D1 방향으로 연장된 막대 형상일 수 있으며, 본 명세서는 제2 가열 전극(231b) 내부에 위치하는 발열체(233)를 도시하였으나 이에 제한되지 않고 종결정(210)에 열을 전달하기 위한 어떠한 형상도 가능할 수 있다.The heating element 233 may have a rod shape extending in the direction D1, and the present specification shows a heating element 233 positioned inside the second heating electrode 231b, but is not limited thereto, and transfers heat to the seed crystal 210. Any shape may be possible.

도 6c를 참조하면, 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b)의 평면 가장자리는 가상의 원을 형성할 수 있으며, 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b) 각각은 D2-D3 방향 평면에서 반원의 호 형태일 수 있다. Referring to FIG. 6C, planar edges of the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b may form a virtual circle, and each of the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b may be formed. May be in the form of a semicircle arc in the D2-D3 direction plane.

또한 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b)은 D2-D3 방향 평면에서 원 기둥 형상의 공간(235)을 포함할 수 있다. 제1 가열 전극(231a)과 제2 가열 전극(231b) 사이에는 원 기둥 형상의 빈 공간(235)이 위치할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 상기 공간(235)에는 절연 물질이 위치할 수 있다. In addition, the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b may include a circular columnar space 235 in the D2-D3 direction plane. An empty space 235 having a circular columnar shape may be located between the first heating electrode 231a and the second heating electrode 231b, and the present invention is not limited thereto, and an insulating material may be located in the space 235.

발열체(233a, 233b)는 D1 방향으로 연장된 막대 형상일 수 있으며, 종결정(210)과 접촉하는 종결정 지지부의 하단부에서 연결된 형태일 수 있다. 즉 가열 전극(231) 내부에는 두 개의 막대 형상과 이를 연결하는 연결부를 포함하는 발열체(233a, 233b)가 위치할 수 있다.The heating elements 233a and 233b may have a rod shape extending in the direction D1 and may be connected to the lower end of the seed crystal support part in contact with the seed crystal 210. That is, the heating elements 233a and 233b including two rod shapes and a connection portion connecting the two rod shapes may be positioned inside the heating electrode 231.

도 6d를 참조하면 변형 실시예에 따른 종결정 지지부(230)는 제1 가열 전극(231a), 제2 가열 전극(231b), 제3 가열 전극(231c), 및 제4 가열 전극(231d)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6D, the seed crystal support 230 according to the modified embodiment may include the first heating electrode 231a, the second heating electrode 231b, the third heating electrode 231c, and the fourth heating electrode 231d. It may include.

제1 가열 전극(231a), 제2 가열 전극(231b), 제3 가열 전극(231c), 및 제4 가열 전극(231d)의 가장자리는 도 6d에 도시된 바와 같이 D2-D3 방향 평면에서 가상의 원을 형성할 수 있으며, 각각의 가열 전극(231a, 231b, 231c, 231d)은 하나의 원을 사등분한 부채꼴의 호와 대응하는 평면 형상을 가질 수 있다.Edges of the first heating electrode 231a, the second heating electrode 231b, the third heating electrode 231c, and the fourth heating electrode 231d are virtual in the plane D2-D3 as shown in FIG. 6D. Circles may be formed, and each of the heating electrodes 231a, 231b, 231c, and 231d may have a planar shape corresponding to an arc of an arc divided into one circle.

제1 가열 전극(231a), 제2 가열 전극(231b), 제3 가열 전극(231c), 및 제4 가열 전극(231d)은 가상의 원 기둥을 형성할 수 있으며 내부가 원 기둥 내부에 공간(235)이 형성될 수 있다. 종결정 지지부(230)는 내부에 필라(pilar) 형태의 빈 공간(235)을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 상기 빈 공간(235)은 절연 물질로 채워질 수 있다. The first heating electrode 231a, the second heating electrode 231b, the third heating electrode 231c, and the fourth heating electrode 231d may form a virtual circle pillar, and the space may be formed inside the circle pillar. 235 may be formed. The seed crystal support 230 may include an empty space 235 having a pillar shape therein, but is not limited thereto. The empty space 235 may be filled with an insulating material.

발열체(233a, 233b, 233c, 233d)는 D1 방향으로 연장된 막대 형상일 수 있으며, 종결정(210)과 접촉하는 종결정 지지부의 하단부에서 연결된 형태일 수 있다. 즉 가열 전극(231) 내부에는 네 개의 막대 형상과 이를 연결하는 연결부를 포함하는 발열체(233a, 233b, 233c, 233d)가 위치할 수 있다.The heating elements 233a, 233b, 233c, and 233d may have a rod shape extending in the direction D1 and may be connected at the lower end of the seed crystal support part contacting the seed crystal 210. That is, the heating elements 233a, 233b, 233c, and 233d including four rod shapes and a connection portion connecting the same may be located in the heating electrode 231.

이하에서는 도 7a, 도 7b 및 도 7c를 참조하여 전술한 실리콘카바이드 단결정 제조장치를 이용하여 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 방법에 대해 간략하게 설명한다. 도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조방법에 따른 개략적인 단면도이다. 도 7a 내지 도 7c는 개략적인 종결정 지지부(230)을 도시한 도면이며 본 발명의 실시예에 따라 종결정 지지부(230)는 가열 전극을 포함하고 전압을 전달받아 발열할 수 있다. Hereinafter, a method of obtaining silicon carbide single crystals using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus described above with reference to FIGS. 7A, 7B and 7C will be briefly described. 7A, 7B, and 7C are schematic cross-sectional views of a method of manufacturing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention. 7A to 7C are schematic views of the seed crystal support 230. According to an embodiment of the present invention, the seed crystal support 230 may include a heating electrode and may generate heat by receiving a voltage.

우선, 실리콘 및 탄소를 포함하는 초기 용융 원료를 도가니(300) 내에 투입한다. 초기 용융 원료는 분말 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 초기 용융 원료를 실장하고 있는 도가니(300)를 아르곤 기체와 같은 비활성 분위기에서 가열 부재(400)을 이용하여 가열한다. 도 7a에 도시된 바와 같이 가열에 따라 도가니(300) 내의 초기 용융 원료는 탄소 및 실리콘을 포함하는 용융액으로 변한다. First, an initial molten raw material containing silicon and carbon is introduced into the crucible 300. The initial molten raw material may be in powder form, but is not limited thereto. The crucible 300 on which the initial molten raw material is mounted is heated using the heating member 400 in an inert atmosphere such as argon gas. As shown in FIG. 7A, the initial molten raw material in the crucible 300 turns into a melt containing carbon and silicon as heated.

다음, 도 7b에 도시된 바와 같이 종결정 지지부(230) 및 종결정(210)을 용융액에 접촉시킨다. 다만 본 발명의 실시예에 따른 종결정 지지부(230)는 가열 전극을 포함하고 전류가 흐름에 따라 발열할 수 있으며 용융액과 실질적으로 동일한 온도로 가열될 수 있다. 또한 일 실시예에 따라 가열 전극이 발열체를 더 포함하는 경우 발열체에서 발생하는 열이 종결정(210)을 가열할 수 있다. 종결정 지지부(230)와 맞닿는 종결정(210)은 용융액의 온도와 실질적으로 동일한 온도인 상태에서 용융액과 접촉하도록 제공될 수 있다. Next, as shown in FIG. 7B, the seed crystal support 230 and the seed crystal 210 are brought into contact with the melt. However, the seed crystal support 230 according to the embodiment of the present invention may include a heating electrode and generate heat as a current flows, and may be heated to a temperature substantially the same as that of the melt. In addition, when the heating electrode further includes a heating element, heat generated from the heating element may heat the seed crystal 210. The seed crystal 210 in contact with the seed crystal support 230 may be provided to contact the melt in a state at a temperature substantially the same as that of the melt.

도가니(300)가 소정의 온도에 도달한 이후, 도가니(300) 내의 용융액의 온도는 서서히 저하되어 가고, 용융액 내의 탄소의 용해도가 작아진다. 이 때문에, 종결정(210) 부근에서 실리콘카바이드 과포화 상태가 되면, 이 과포화도를 구동력으로 하여 도 7c에 도시된 바와 같이 종결정(210) 상에 실리콘카바이드 단결정(SC)이 성장하며 소량의 실리콘카바이드 다결정(PC)이 성장될 수 있다. After the crucible 300 reaches the predetermined temperature, the temperature of the melt in the crucible 300 gradually decreases, and the solubility of carbon in the melt becomes small. For this reason, when the silicon carbide is supersaturated in the vicinity of the seed crystal 210, the silicon carbide single crystal (SC) grows on the seed crystal 210 as shown in FIG. 7C using this degree of supersaturation as a driving force, and a small amount of silicon carbide is grown. Polycrystalline (PC) can be grown.

실리콘카바이드 단결정이 성장함에 따라 용융액으로부터 실리콘카바이드를 석출하는 조건이 변할 수 있다. 이때 시간의 경과에 따라 용융액의 조성에 맞도록 실리콘 및 탄소를 첨가하여 용융액을 일정 범위 내의 조성으로 유지할 수 있다. 첨가되는 실리콘 및 탄소는 연속적으로 또는 비연속적으로 투입될 수 있다. As the silicon carbide single crystal grows, the conditions for depositing silicon carbide from the melt may change. At this time, silicon and carbon may be added so as to match the composition of the melt over time to maintain the melt within a predetermined range. The silicon and carbon to be added may be added continuously or discontinuously.

본 발명의 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조장치 및 제조방법은 종결정(210)과 접촉하는 종결정 지지부(230)가 발열함에 따라 이와 접촉하는 종결정(210)이 용융액과 실질적으로 동일한 온도를 가진 상태에서 용융액과 접촉할 수 있도록 한다. 이에 따르면 용융액과 종결정(210)이 닿았을 때 이들의 온도 차이로 인해 종결정(210) 주변부에 실리콘카바이드 다결정이 석출되는 것을 억제할 수 있다. In the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and method according to an embodiment of the present invention, as the seed crystal support portion 230 in contact with the seed crystal 210 generates heat, the seed crystal 210 in contact with the seed crystal 210 has a temperature substantially equal to that of the melt. Allow contact with the melt in the presence of excitation. Accordingly, when the melt and the seed crystal 210 are in contact with each other, it is possible to suppress the precipitation of silicon carbide polycrystals around the seed crystal 210 due to the temperature difference thereof.

이하에서는 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 비교예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조방법에 따른 개략적인 단면도이다. 도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 비교예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조방법에 따른 개략적인 단면도이다.Hereinafter, a schematic cross-sectional view of a method of manufacturing silicon carbide single crystal according to a comparative example will be described with reference to FIGS. 8A to 8C. 8A, 8B, and 8C are schematic cross-sectional views of a method of manufacturing silicon carbide single crystal according to a comparative example.

우선 도 7a와 동일하게 실리콘 및 탄소를 포함하는 초기 용융 원료를 도가니(300) 내에 투입한다. 초기 용융 원료는 분말 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 초기 용융 원료를 실장하고 있는 도가니(300)를 아르곤 기체와 같은 비활성 분위기에서 가열 부재(400)을 이용하여 가열한다. 도 8a에 도시된 바와 같이 가열에 따라 도가니(300) 내의 초기 용융 원료는 탄소 및 실리콘을 포함하는 용융액으로 변한다. First, as shown in FIG. 7A, an initial molten raw material including silicon and carbon is introduced into the crucible 300. The initial molten raw material may be in powder form, but is not limited thereto. The crucible 300 on which the initial molten raw material is mounted is heated using the heating member 400 in an inert atmosphere such as argon gas. As shown in FIG. 8A, the initial molten raw material in the crucible 300 turns into a melt containing carbon and silicon as heated.

종결정 지지부(230)와 용융액 사이의 온도 차이가 커지는 것을 방지하기 위해 종결정 지지부(230)를 용융액에 가깝게 위치시키는 경우, 용융액의 증기가 종결정(210)과 접촉하여 종결정(210)이 오염되는 위험이 있다. When the seed support support 230 is placed close to the melt to prevent the temperature difference between the seed crystal support 230 and the melt from increasing, the vapor of the melt comes into contact with the seed crystal 210 so that the seed crystal 210 is formed. There is a risk of contamination.

다음, 도 8b에 도시된 바와 같이 종결정 지지부(230) 및 종결정(210)을 용융액에 접촉시킨다. 다만 비교예에 따른 종결정 지지부(230)는 별도의 발열 공정을 포함하지 않는 바 종결정(210)과 용융액 사이에는 온도 차이가 있을 수 있다. 이 경우 종결정(210)의 주변부에서는 순간적으로 용융액 내의 실리콘카바이드 과포화 현상이 가속되어 실리콘카바이드 다결정(PC)이 도 8b와 같이 성장될 수 있다. 따라서 실리콘카바이드 단결정의 품질 및 생산성이 저하되는 문제가 있다.Next, as shown in FIG. 8B, the seed crystal support 230 and the seed crystal 210 are brought into contact with the melt. However, the seed crystal support 230 according to the comparative example does not include a separate heating process, there may be a temperature difference between the seed crystal 210 and the melt. In this case, at the periphery of the seed crystal 210, the silicon carbide supersaturation phenomenon in the melt may be accelerated to grow the silicon carbide polycrystal (PC) as shown in FIG. 8B. Therefore, there is a problem that the quality and productivity of the silicon carbide single crystal is lowered.

한편, 도 8c에 도시된 바와 같이 실리콘카바이드 단결정의 시드(seed)로 사용되는 종결정(210)의 주변부에 실리콘카바이드 다결정(PC)이 석출됨에 따라 용융액의 손실이 발생한다. 또한 도 8c에 도시된 바와 같이 다결정이 과도하게 성장하는 경우 도가니(300)의 내벽과 접촉할 수 있으며, 성장된 실리콘카바이드 다결정은 온도 조절을 통해 다시 융해시키는 등의 제거가 어려운 문제점이 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 8C, as the silicon carbide polycrystal (PC) is deposited at the periphery of the seed crystal 210 used as a seed of the silicon carbide single crystal, loss of the melt occurs. In addition, as shown in FIG. 8C, when the polycrystal is excessively grown, it may be in contact with the inner wall of the crucible 300, and the grown silicon carbide polycrystal may be difficult to remove such as melting again through temperature control.

정리하면, 본 발명의 실시예와 같이 종결정 지지부에 포함되는 가열 전극 자체가 발열하거나 가열 전극이 발열체를 포함함으로써 발열하여 종결정 지지부와 접촉하는 종결정을 소정의 온도로 가열시킬 수 있으며, 이에 따라 용융액과 종결정은 실질적으로 동일한 온도를 가질 수 있는 바, 용융액과 종결정의 접촉 공정에서 온도 차에 따른 실리콘카바이드 다결정의 석출을 방지하고 고품질의 실리콘카바이드 단결정의 석출이 가능하다. In summary, as in the embodiment of the present invention, the heating electrode itself included in the seed crystal support part generates heat, or the heating electrode includes a heating element, thereby generating heat by heating the seed crystal in contact with the seed crystal support part to a predetermined temperature. Accordingly, the melt and the seed crystal may have substantially the same temperature, thereby preventing the precipitation of the silicon carbide polycrystal due to the temperature difference in the contact process between the melt and the seed crystal and allowing the precipitation of high quality silicon carbide single crystal.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While specific embodiments of the invention have been described and illustrated above, it is to be understood that the invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is self-evident to those who have. Therefore, such modifications or variations are not to be understood individually from the technical spirit or point of view of the present invention, the modified embodiments will belong to the claims of the present invention.

100: 반응 챔버
210: 종결정
230: 종결정 지지부
250: 이동 부재
300: 도가니
400: 가열 부재 100: reaction chamber
210: seed crystal
230: seed crystal support
250: moving member
300: crucible
400: heating member

Claims (13)

용융액이 장입되는 도가니,
상기 도가니 내로 연장되는 종결정 지지부,
상기 종결정 지지부의 일단에 연결된 실리콘카바이드 종결정, 및
상기 도가니의 외주면을 둘러싸는 가열 부재를 포함하고,
상기 종결정 지지부는 상기 도가니의 높이 방향으로 연장된 가열 전극을 포함하는 실리콘카바이드 단결정 제조장치. The crucible into which the melt is charged,
Seed crystal support extending into the crucible,
A silicon carbide seed crystal connected to one end of the seed crystal support, and
A heating member surrounding an outer circumferential surface of the crucible,
The seed crystal support unit is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus including a heating electrode extending in the height direction of the crucible. 제1항에서,
상기 가열 전극은 흑연, 실리콘카바이드 및 금속 합금 중 어느 하나로 이루어진 실리콘카바이드 단결정 제조장치. In claim 1,
The heating electrode is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus consisting of any one of graphite, silicon carbide and a metal alloy. 제1항에서,
상기 가열 전극은 제1 가열 전극 및 제2 가열 전극을 포함하고,
상기 제1 가열 전극 및 상기 제2 가열 전극은 이격된 실리콘카바이드 단결정 제조장치.In claim 1,
The heating electrode includes a first heating electrode and a second heating electrode,
And the first heating electrode and the second heating electrode are spaced apart from each other. 제3항에서,
상기 제1 가열 전극 및 상기 제2 가열 전극 사이의 이격된 공간에 절연 물질이 위치하는 실리콘카바이드 단결정 제조장치. In claim 3,
Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus in which an insulating material is located in the spaced space between the first heating electrode and the second heating electrode. 제3항에서,
상기 제1 가열 전극 및 상기 제2 가열 전극 각각은 반원기둥(half cylinder) 형상인 실리콘카바이드 단결정 제조장치. In claim 3,
And each of the first heating electrode and the second heating electrode has a half cylinder shape. 제3항에서
상기 제1 가열 전극은 속이 빈 원기둥 형상이고, 상기 제2 가열 전극은 필라(pilar) 형상인 실리콘 카바이드 단결정 제조장치. In paragraph 3
The first heating electrode is a hollow cylindrical shape, the second heating electrode is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus having a pillar shape. 제3항에서,
상기 제1 가열 전극 및 상기 제2 가열 전극의 평면상 테두리는 원 형상인 실리콘카바이드 단결정 제조장치.In claim 3,
The planar rim of the said 1st heating electrode and said 2nd heating electrode is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus of circular shape. 제1항에서,
상기 가열 전극은 발열체를 포함하는 실리콘카바이드 단결정 제조장치. In claim 1,
The heating electrode is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus comprising a heating element. 도가니에 원료를 장입하고 용융시켜 용융액을 준비하는 단계,
종결정 지지부와 연결된 종결정을 가열하는 단계,
상기 용융액과 상기 종결정을 접촉시키는 단계, 그리고
상기 종결정에서 실리콘카바이드 단결정을 성장시키는 단계를 포함하는 실리콘카바이드 단결정 제조방법. Preparing a melt by charging and melting the raw materials in the crucible,
Heating a seed crystal connected to the seed crystal support,
Contacting the melt with the seed crystal, and
The silicon carbide single crystal manufacturing method comprising the step of growing a silicon carbide single crystal in the seed crystal. 제9항에서,
상기 종결정은 1400도(℃) 내지 2100 도(℃)로 가열되는 실리콘카바이드 단결정 제조방법. In claim 9,
The seed crystal is a silicon carbide single crystal manufacturing method is heated to 1400 degrees (℃) to 2100 degrees (℃). 제9항에서,
상기 종결정 지지부는 가열 전극을 포함하고,
상기 가열 전극에 전압을 인가하는 단계를 통해 상기 종결정 지지부를 가열하는 단계를 더 포함하는 실리콘카바이드 단결정 제조방법. In claim 9,
The seed crystal support portion includes a heating electrode,
And heating the seed crystal support part by applying a voltage to the heating electrode. 제11항에서,
상기 가열 전극은 발열체를 포함하고,
상기 가열 전극에 전압을 인가하는 단계를 통해 상기 발열체가 발열하는 단계를 더 포함하는 실리콘카바이드 단결정 제조방법. In claim 11,
The heating electrode includes a heating element,
And heating the heating element by applying a voltage to the heating electrode. 제11항에서,
상기 가열 전극과 접촉하는 상기 종결정을 가열시키는 단계를 포함하는 실리콘카바이드 단결정 제조방법. In claim 11,
And heating the seed crystal in contact with the heating electrode.
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