KR102089460B1 - Manufacturing method for silicon carbide single crystal - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법은 제1 평균 지름을 가지는 실리콘 원료, 및 제2 평균 지름을 가지는 금속 첨가제 원료를 혼합하여 실리콘계 용융액을 형성하는 단계, 그리고 상기 실리콘계 용융액에 종결정을 접촉시켜 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 단계를 포함하고, 상기 제1 평균 지름은 약 5mm 내지 약 60mm이고, 상기 제2 평균 지름은 약 1mm 내지 약 40mm이다.A method of manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention comprises the steps of forming a silicon-based melt by mixing a silicon raw material having a first average diameter, and a metal additive raw material having a second average diameter, and species in the silicon-based melt. Contacting crystals to obtain a silicon carbide single crystal, wherein the first average diameter is from about 5 mm to about 60 mm, and the second average diameter is from about 1 mm to about 40 mm.

Description

실리콘카바이드 단결정의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL}Manufacturing method of silicon carbide single crystal {MANUFACTURING METHOD FOR SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a silicon carbide single crystal.

전력 반도체 소자는 전기 자동차, 전력 시스템, 고주파 이동통신 등 전기 에너지를 사용하는 차세대 시스템에 있어서 핵심 소자이다. 이를 위해서는 고전압, 대전류, 고주파수 등에 적합한 소재의 선정이 필요하다. 실리콘 단결정이 전력 반도체 물질로 사용되어 왔으나 물성적인 한계로 인해, 에너지 손실이 적고 보다 극한 환경에서 구동될 수 있는 실리콘카바이드 단결정이 주목받고 있다. The power semiconductor device is a core device in a next generation system that uses electrical energy such as an electric vehicle, a power system, and high-frequency mobile communication. For this, it is necessary to select materials suitable for high voltage, high current, and high frequency. Silicon single crystals have been used as power semiconductor materials, but due to physical limitations, silicon carbide single crystals that can be driven in a more extreme environment with less energy loss are attracting attention.

실리콘카바이드 단결정의 성장을 위해서는, 일 예로 실리콘카바이드를 원료로 하여 2000도(℃) 이상의 고온에서 승화시켜 단결정을 성장시키는 승화법, 결정 인상법을 응용한 용액 성장법, 그리고 기체 소스를 사용하는 화학적 기상 증착법 등이 사용되고 있다. For growth of silicon carbide single crystal, for example, silicon carbide is used as a raw material to sublimate at a high temperature of 2000 ° C or higher (sublimation) to grow a single crystal, a solution growth method using a crystal pulling method, and a chemical using a gas source A vapor deposition method or the like is used.

그러나 화학적 기상 증착법을 이용하는 경우 두께가 제한된 박막 수준으로만 성장시킬 수 있으며, 승화법을 이용하는 경우 마이크로 파이프 및 적층 결함과 같은 결함이 발생할 가능성이 많아 생산 단가적 측면에서 한계가 있다. 이에 결정 성장 온도가 승화법에 비해 낮고 대구경화 및 고품질화에 유리한 것으로 알려진 용액 성장법에 대한 연구가 진행되고 있다.However, if the chemical vapor deposition method is used, it can be grown only to the level of a thin film with a limited thickness, and when the sublimation method is used, defects such as micro pipes and lamination defects are likely to occur, thereby limiting production cost. Accordingly, research is being conducted on a solution growth method that is known to have a lower crystal growth temperature than a sublimation method and is advantageous for large diameter curing and high quality.

본 발명은 품질이 우수한 품질의 실리콘카바이드 단결정을 수득할 수 있는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법을 제공하고자 한다. The present invention is to provide a method for producing a silicon carbide single crystal capable of obtaining a silicon carbide single crystal of excellent quality.

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 technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly understood by those skilled in the art from the following description. Will be understandable.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법은 제1 평균 지름을 가지는 실리콘 원료, 및 제2 평균 지름을 가지는 금속 첨가제 원료를 혼합하여 실리콘계 용융액을 형성하는 단계, 그리고 상기 실리콘계 용융액에 종결정을 접촉시켜 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 단계를 포함하고, 상기 제1 평균 지름은 약 5mm 내지 약 60mm이고, 상기 제2 평균 지름은 약 1mm 내지 약 40mm이다.A method of manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention comprises the steps of forming a silicon-based melt by mixing a silicon raw material having a first average diameter, and a metal additive raw material having a second average diameter, and species in the silicon-based melt. Contacting crystals to obtain a silicon carbide single crystal, wherein the first average diameter is from about 5 mm to about 60 mm, and the second average diameter is from about 1 mm to about 40 mm.

상기 제1 평균 지름은 약 10 mm 내지 약 55 mm일 수 있다.The first average diameter may be from about 10 mm to about 55 mm.

상기 제2 평균 지름은 약 1mm 내지 약 35mm일 수 있다.The second average diameter may be from about 1 mm to about 35 mm.

수득된 상기 실리콘카바이드 단결정이 포함하는 기공의 부피는 약 15% 이하일 수 있다. The volume of pores included in the obtained silicon carbide single crystal may be about 15% or less.

상기 실리콘 원료 및 상기 금속 첨가제 원료는 도가니 내에 장입되는 단계를 더 포함하고, 상기 도가니에 장입된 상기 실리콘 원료 및 상기 금속 첨가제 원료의 초기 충진율은 약 35% 이상일 수 있다.The silicon raw material and the metal additive raw material may further include charging in a crucible, and the initial filling rate of the silicon raw material and the metal additive raw material charged in the crucible may be about 35% or more.

상기 실리콘 원료 및 상기 금속 첨가제 원료의 at% 비율은 약 3:7 내지 약 7: 3일 수 있다.The at% ratio of the silicon raw material and the metal additive raw material may be about 3: 7 to about 7: 3.

상기 도가니는 그라파이트 재질이며, 상기 실리콘계 용융액에 탄소가 용출되는 단계를 더 포함할 수 있다. The crucible is a graphite material, and may further include dissolving carbon in the silicon-based melt.

전술한 방법으로 제조된 실리콘카바이드 단결정을 포함할 수 있다. It may include a silicon carbide single crystal prepared by the above-described method.

상기 실리콘카바이드 단결정 내부에 형성된 기공의 부피는 약 15% 이하일 수 있다. The volume of pores formed in the silicon carbide single crystal may be about 15% or less.

이상과 같은 실시예에 의하면 수득된 실리콘카바이드 단결정은 기포를 포함하지 않을 수 있으며 품질이 우수할 수 있다.According to the above embodiment, the obtained silicon carbide single crystal may not contain bubbles and may have excellent quality.

도 1은 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치에 관한 단면도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 응고물의 단면 이미지이고, 도 3은 실시예 2에 따른 응고물의 단면이미지이고, 도 4는 비교예 1에 따른 응고물의 단면 이미지이다.
1 is a cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment.
2 is a cross-sectional image of a coagulation product according to Example 1, FIG. 3 is a cross-sectional image of a coagulation product according to Example 2, and FIG. 4 is a cross-sectional image of a coagulation product according to Comparative Example 1.

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, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in the description of the present description, descriptions of already known functions or configurations will be omitted for clarity.

이하에서는 도 1에 도시된 실리콘카바이드 단결정 제조 장치를 이용하여 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method of obtaining a silicon carbide single crystal using the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 will be described.

우선, 실리콘 원료 및 금속 첨가제 원료를 준비한다. 상기 금속 첨가제 원료는 실리콘계 용융액에 대한 탄소의 용해도를 향상시키기 위한 어떠한 금속도 가능하다. 실리콘 원료 및 금속 첨가제 원료는 필요한 당량으로 제공될 수 있으며, 일 예로 at%가 약 3:7 내지 7:3 비율을 가지도록 제공될 수 있다. First, a silicon raw material and a metal additive raw material are prepared. The metal additive raw material may be any metal for improving the solubility of carbon in a silicon-based melt. The silicon raw material and the metal additive raw material may be provided in required equivalents, for example, at% may be provided to have a ratio of about 3: 7 to 7: 3.

일 실시예에 따른 실리콘 원료는 제1 평균 지름을 가질 수 있다. 상기 제1 평균 지름은 약 5 mm 내지 약 60 mm일 수 있으며, 바람직하게는 약 10 mm 내지 약 55 mm일 수 있다. 또한 일 실시예에 따른 금속 첨가제 원료는 제2 평균 지름을 가질 수 있다. 상기 제2 평균 지름은 약 1 mm 내지 약 40 mm일 수 있으며, 바람직하게는 약 1 mm 내지 약 35 mm일 수 있다. The silicon raw material according to an embodiment may have a first average diameter. The first average diameter may be about 5 mm to about 60 mm, preferably about 10 mm to about 55 mm. In addition, the metal additive raw material according to an embodiment may have a second average diameter. The second average diameter may be about 1 mm to about 40 mm, preferably about 1 mm to about 35 mm.

기존 용융액에 실리콘카바이드 종결정을 접촉시켜 실리콘카바이드 단결정을 석출하는 공정에서, 실리콘카바이드 단결정 내부에는 기포 결함이 형성되는 문제가 있었다. 기포 결함은 초기 원료를 장입한 이후 용융하는 과정에서 용융액 내부에 잔존하게 된 기포나 실리콘 카바이드 종결정과 용융액의 접촉면 사이에 위치하는 분위기 가스에 의해 형성되는 것으로 보인다. In the process of depositing a silicon carbide single crystal by contacting a silicon carbide seed crystal with an existing melt, there is a problem that bubble defects are formed inside the silicon carbide single crystal. Bubble defects appear to be formed by bubbles remaining in the melt during the process of charging the initial raw material or by the atmospheric gas located between the silicon carbide seed crystal and the contact surface of the melt.

그러나 일 실시예에 따른 경우 초기 원료의 평균 지름(입도)를 전술한 수치범위로 제어함으로써 초기 원료 상태에서 형성되는 공간에 의한 기포를 감소시키고 이에 따라 용융액 내부에 잔존하는 기포를 감소시킬 수 있다.However, according to one embodiment, by controlling the average diameter (particle size) of the initial raw material to the above-described numerical range, it is possible to reduce the bubbles caused by the space formed in the initial raw material state, thereby reducing the bubbles remaining inside the melt.

구체적으로 실리콘 원료 및 금속 첨가제 원료 각각은 부정형의 분말이거나 덩어리 형태를 가질 수 있다. 이러한 형태를 가지는 초기 원료를 도가니 내에 장입하는 경우 분말 또는 덩어리 사이에 빈 공간이 형성된다. 도가니를 가열함에 따라 상기 빈 공간 중 일부는 외부로 빠져나가지 못한 채로 용융액 내부에 잔존하게 된다. Specifically, each of the silicon raw material and the metal additive raw material may have an amorphous powder or a lump form. When the initial raw material having this form is charged in a crucible, an empty space is formed between the powder or the lump. As the crucible is heated, some of the empty space remains inside the melt without being able to escape to the outside.

특히 초기 원료의 평균 지름이 전술한 수치 범위보다 작은 경우, 초기 원료 사이에 형성되는 공간의 개수가 많고 이에 따라 용융액 내부에 잔존하는 기포의 양이 많아질 수 있다. 따라서 실리콘카바이드 단결정은 상당량의 기포 결함을 포함하는 문제가 발생할 수 있다. In particular, when the average diameter of the initial raw material is smaller than the above-described numerical range, the number of spaces formed between the initial raw materials is large, and accordingly, the amount of air bubbles remaining in the melt may be increased. Therefore, the silicon carbide single crystal may cause a problem including a significant amount of bubble defects.

또한 초기 원료의 평균 지름이 전술한 수치 범위보다 큰 경우, 초기 원료 사이에 형성되는 공간이 작을 수 있으나 도가니 내의 초기 충진율이 좋지 않을 수 있다. 이에 따르면 제조 단가가 상승하거나 동일량을 수득하는데 소요되는 공정 시간이 증가할 수 있다. In addition, if the average diameter of the initial raw material is larger than the above-described numerical range, the space formed between the initial raw materials may be small, but the initial filling rate in the crucible may not be good. According to this, the manufacturing cost may increase or the process time required to obtain the same amount may increase.

그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 경우 도가니에 장입된 초기 원료들이 소정의 충진율을 가지면서 용융액으로 형성된 이후에도 내부에 형성되는 기포를 감소시킴으로써, 보다 향상된 품질의 실리콘카바이드 단결정을 제공할 수 있다. However, according to an embodiment of the present invention, by reducing the bubbles formed therein even after the initial raw materials charged to the crucible are formed of a melt while having a predetermined filling rate, it is possible to provide a silicon carbide single crystal of improved quality.

이후 앞서 설명한 초기 원료를 도가니(300) 내에 투입한다. 도가니(300)에 투입된 초기 원료는 도가니(300) 내부 부피의 약 35% 이상을 차지할 수 있다. 즉, 초기 원료의 충진율은 약 35% 이상일 수 있다. Thereafter, the initial raw material described above is introduced into the crucible 300. The initial raw material input to the crucible 300 may occupy about 35% or more of the inner volume of the crucible 300. That is, the filling rate of the initial raw material may be about 35% or more.

초기 원료를 실장하고 있는 도가니(300)를 아르곤 기체와 같은 비활성 분위기에서 가열 부재(400)을 이용하여 가열한다. 가열에 따라 도가니(300) 내의 초기 용융 원료는 실리콘계 용융액으로 변한다. 또한 일 예에 따라 도가니(300)가 그라파이트 재질인 경우, 도가니(300)로부터 탄소가 용출될 수 있다. The crucible 300 on which the initial raw material is mounted is heated using a heating member 400 in an inert atmosphere such as argon gas. Upon heating, the initial molten raw material in the crucible 300 changes to a silicon-based melt. In addition, according to an example, when the crucible 300 is a graphite material, carbon may be eluted from the crucible 300.

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 종결정(210) 상에 실리콘카바이드 단결정이 성장한다. After the crucible 300 reaches a predetermined temperature, the temperature of the melt in the crucible 300 gradually decreases, and the solubility of carbon in the melt decreases. For this reason, when the silicon carbide becomes supersaturated near the seed crystal 210, a silicon carbide single crystal grows on the seed crystal 210 using the supersaturation degree as a driving force.

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 to match the composition of the melt over time to maintain the melt in a composition within a certain range. The silicon and carbon to be added can be added continuously or discontinuously.

이러한 제조 공정을 통해 석출된 실리콘카바이드 단결정은 기포 결함을 적게 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 기포 결함의 부피는 실리콘카바이드 단결정이 차지하는 총 부피의 약 15% 이하일 수 있다. The silicon carbide single crystal precipitated through the manufacturing process may include less bubble defects, and specifically, the volume of the bubble defects may be about 15% or less of the total volume occupied by the silicon carbide single crystal.

이하에서는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법에 사용되는 제조장치에 대해 도 1을 참조하여 간략하게 설명한다. Hereinafter, a manufacturing apparatus used in a method for manufacturing a silicon carbide single crystal will be briefly described with reference to FIG. 1.

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. Referring to FIG. 1, a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment includes a reaction chamber 100, a crucible 300 positioned inside the reaction chamber 100, and a seed crystal 210 extending into the crucible 300 , It may include a heating member 400 for heating the seed crystal support 230 and 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 a closed shape including an empty interior space, and the interior of the reaction chamber 100 may be maintained in an atmosphere such as a constant pressure. Although not shown, a vacuum pump and a gas tank for controlling the atmosphere may be connected to the reaction chamber 100. After the inside of the reaction chamber 100 is vacuumed using a vacuum pump and a gas tank for controlling the atmosphere, an inert gas such as argon gas may be filled.

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 located inside the crucible 300 by being connected to the seed crystal support 230 and the moving member 250, which will be described later, and may be arranged to contact the melt provided in the crucible 300. You can.

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 when the lower surface of the silicon carbide seed crystal 210 is slightly lifted after contact with the melt. When a silicon carbide single crystal is grown by forming a meniscus, generation of polycrystals can be suppressed to obtain a higher quality single crystal.

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 a 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 manufacturing a 4H polycrystalline silicon carbide single crystal, the 4H polycrystalline silicon carbide seed crystal 210 may be used. When using the 4H polycrystalline silicon carbide seed crystal 210, the crystal growth plane is a (0001) plane or a (000-1) plane, or an angle of 8 degrees or less from the (0001) plane or (000-1) plane. It can be a photo 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 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 material that is a conductor, and for example, 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 is connected to the moving member 250 and can move in the vertical direction along the height direction of the crucible 300. Specifically, the seed crystal support 230 may be moved inside the crucible 300 for the growth process of the silicon carbide single crystal, or may be moved outside the crucible 300 after the growth process of the silicon carbide single crystal is finished. In addition, this 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 known means for this.

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 is provided inside the reaction chamber 100 and may be in the form of an open container on the upper side, and may include an outer circumferential surface 300a and a lower surface 300b excluding the upper surface. Of course, the crucible 300 may be any shape for forming a silicon carbide single crystal without limitation to the above-described shape. The crucible 300 may be accommodated by charging 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. The crucible 300 may be a material containing carbon, such as graphite or silicon carbide, and the crucible 300 itself may be used as a source of carbon raw materials. Alternatively, it is not limited thereto, and a crucible made of ceramic may be used, and at this time, a material or a source for providing carbon may be separately provided.

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 accommodated 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 of a resistance type that generates heat, or the heating member 400 may be formed of an induction coil and may be formed by an induction heating method of heating the crucible 300 by flowing a high-frequency current through the induction coil. . However, it is needless to say that any heating member may be used without being limited to the above-described method.

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.The silicon carbide manufacturing apparatus according to an embodiment may further include a rotating member 500. The rotating member 500 is coupled to the lower surface of the crucible 300 to rotate the crucible 300. High-quality silicon carbide single crystals can be grown on the silicon carbide seed crystal 210 as it is possible to provide a melt having a uniform composition through rotation of the crucible 300.

이하에서는 표 1 및 도 2 내지 도 4를 참고하여 실시예 1 및 2와, 비교예 1에 대해 살펴본다. Hereinafter, Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 will be described with reference to Table 1 and FIGS. 2 to 4.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 실리콘 원료의 제1 평균 지름 First average diameter of silicon raw material 20 mm20 mm 50mm 50 mm 2 mm2 mm 금속 첨가제의 제2 평균 지름 2nd average diameter of metal additive 5 mm5 mm 30mm30 mm 1 mm1 mm 실리콘 원료 및 금속 첨가제 원료의 at% 비율At% ratio of silicon raw material and metal additive raw material 6:46: 4 6:46: 4 6:46: 4 도가니 내부 충진율 Internal crucible filling rate 50%50% 40%40% 55%55% 응고물의 기포 면적율Air bubble area ratio 10%10% 8%8% 40%40%

표 1을 참조하면, 실시예 1 및 2에 따라 초기 원료에 포함되는 실리콘 원료의 제1 평균 지름은 약 20 내지 50 mm이고, 금속 첨가제 원료의 제2 평균 지름은 약 5 내지 30 mm이다. 비교예 1에 따른 실리콘 원료의 제1 평균 지름은 약 2 mm이고 금속 첨가제 원료의 제2 평균 지름은 약 1mm이다. 각각의 실시예1, 실시예2, 및 비교예 1에서 실리콘 원료 및 금속 첨가제 원료는 6:4의 at% 비율로 혼합되었다. Referring to Table 1, according to Examples 1 and 2, the first average diameter of the silicon raw material included in the initial raw material is about 20 to 50 mm, and the second average diameter of the metal additive raw material is about 5 to 30 mm. The first average diameter of the silicon raw material according to Comparative Example 1 is about 2 mm, and the second average diameter of the metal additive raw material is about 1 mm. In each of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, the silicon raw material and the metal additive raw material were mixed in an at% ratio of 6: 4.

실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1에 따른 각각의 초기 원료를 도가니에 장입한 결과, 실시예 1 및 2는 약 40 내지 50% 의 내부 충진율을 나타냈고 비교예 1은 약 55%의 내부 충진율을 나타냈다.As a result of loading each initial raw material according to Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 in a crucible, Examples 1 and 2 showed an internal filling rate of about 40 to 50%, and Comparative Example 1 of about 55%. The internal filling rate was shown.

다음, 실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1을 도가니 내에서 용융시키고 실리콘카바이드 단결정을 수득한 이후 도가니 내에 잔류하는 응고물을 통해 내부에 형성되는 기포 결함을 살펴보았다. Next, Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 were melted in a crucible, and silicon carbide single crystals were obtained, and then bubble defects formed therein through the coagulum remaining in the crucible were examined.

도 2 및 도 3을 각각 참조하면 실시예 1 및 실시예 2에 따른 응고물의 단면은 실리콘 카바이드 결정 사이에 기포(검정색으로 표시됨)가 일부 존재하는 것을 확인하였다. 표 1에 나타난 바와 같이 실시예 1에 따른 응고물의 단면에서 기포가 차지하는 면적은 약 10%임을 확인하였다. 또, 실시예 2에 따른 응고물의 단면에서 기포가 차지하는 면적은 약 8%임을 확인하였다.2 and 3, respectively, it was confirmed that the cross-section of the coagulated product according to Example 1 and Example 2 had some bubbles (indicated in black) between the silicon carbide crystals. As shown in Table 1, it was confirmed that the area occupied by the bubbles in the cross section of the coagulated product according to Example 1 was about 10%. In addition, it was confirmed that the area occupied by the bubbles in the cross-section of the coagulum according to Example 2 was about 8%.

반면 도 4를 참조하면, 비교예 1에 따른 응고물의 단면은 절반 가까이 기포임을 확인할 수 있었다. 구체적으로 단면 이미지에서 기포가 차지하는 면적이 약 40%임을 확인하였다. On the other hand, referring to Figure 4, it was confirmed that the cross-section of the coagulated product according to Comparative Example 1 is almost half a bubble. Specifically, it was confirmed that the area occupied by the bubbles in the cross-sectional image was about 40%.

실시예 1 및 2의 경우 평균 지름이 크므로, 초기 원료 사이에 형성되는 공간의 개수가 적을 수 있으며 이에 따라 용융액에 잔류하거나 최종적으로 남겨진 응고물에 포함되는 기포의 개수가 적을 수 있음을 확인하였다. 그러나 비교예 1의 경우 초기 원료들의 평균 지름이 작으므로, 초기 원료 사이에 형성되는 공간의 개수가 상대적으로 많을 수 있다. 따라서 용융액에 잔류하거나 최종적으로 남겨진 응고물에 포함되는 기포의 개수가 많을 수 있음을 확인하였다. In the case of Examples 1 and 2, since the average diameter was large, it was confirmed that the number of spaces formed between the initial raw materials may be small, and accordingly, the number of bubbles contained in the coagulated material remaining in the melt or finally left may be small. . However, in Comparative Example 1, since the average diameter of the initial raw materials is small, the number of spaces formed between the initial raw materials may be relatively large. Therefore, it was confirmed that the number of bubbles contained in the solidified product remaining in the melt or finally left may be large.

정리하면, 실시예에 따른 실리콘 원료 및 금속 첨가제 원료는 도가니에 장입되었을 때 소정의 초기 충진율을 만족하면서도 기포가 적게 형성됨을 확인할 수 있었다. In summary, it was confirmed that the silicon raw material and the metal additive raw material according to the embodiment satisfy a predetermined initial filling rate when charged in a crucible, but have fewer bubbles.

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.In the foregoing, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, the present invention is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the field of this technology that various modifications and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is obvious to those who have it. Therefore, such modifications or variations should not be individually understood from the technical spirit or viewpoint of the present invention, and the modified embodiments should belong to the claims of the present invention.

100: 챔버
210: 종결정
300: 도가니
400: 가열 부재
500: 회전 부재
100: chamber
210: seed crystal
300: crucible
400: heating member
500: rotating member

Claims (9)

제1 평균 지름을 가지는 실리콘 원료, 및 제2 평균 지름을 가지는 금속 첨가제 원료를 혼합하여 실리콘계 용융액을 형성하는 단계, 그리고
상기 실리콘계 용융액에 종결정을 접촉시켜 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 단계를 포함하고,
상기 제1 평균 지름은 5mm 내지 60mm이고, 상기 제2 평균 지름은 1mm 내지 40mm인 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
Forming a silicon-based melt by mixing a silicon raw material having a first average diameter and a metal additive raw material having a second average diameter, and
And contacting the seed crystal with the silicon-based melt to obtain a silicon carbide single crystal,
The first average diameter is 5mm to 60mm, the second average diameter is 1mm to 40mm method of manufacturing a silicon carbide single crystal.
제1항에서,
상기 제1 평균 지름은 10 mm 내지 55 mm인 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 1,
The first average diameter of 10 mm to 55 mm silicon carbide single crystal production method.
제1항에서,
상기 제2 평균 지름은 1mm 내지 35 mm인 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 1,
The second average diameter of 1mm to 35mm silicon carbide single crystal manufacturing method.
제1항에서,
수득된 상기 실리콘카바이드 단결정이 포함하는 기공의 부피는 15% 이하인 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 1,
The volume of pores included in the obtained silicon carbide single crystal is 15% or less.
제1항에서,
상기 실리콘 원료 및 상기 금속 첨가제 원료는 도가니 내에 장입되는 단계를 더 포함하고,
상기 도가니에 장입된 상기 실리콘 원료 및 상기 금속 첨가제 원료의 초기 충진율은 35% 이상인 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 1,
The silicon raw material and the metal additive raw material further includes charging in a crucible,
The method of manufacturing a silicon carbide single crystal having an initial filling rate of the silicon raw material and the metal additive raw material charged in the crucible is 35% or more.
제1항에서,
상기 실리콘 원료 및 상기 금속 첨가제 원료의 at% 비율은 3:7 내지 7: 3인 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 1,
The method of manufacturing a silicon carbide single crystal in which the at% ratio of the silicon raw material and the metal additive raw material is 3: 7 to 7: 3.
제5항에서,
상기 도가니는 그라파이트 재질이며,
상기 실리콘계 용융액에 탄소가 용출되는 단계를 더 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 5,
The crucible is a graphite material,
The method of manufacturing a silicon carbide single crystal further comprising the step of eluting carbon in the silicon-based melt.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항으로 제조된 실리콘카바이드 단결정으로서,
상기 실리콘카바이드 단결정 내부에 형성된 기공의 부피는 15% 이하인 실리콘카바이드 단결정.
A silicon carbide single crystal made of any one of claims 1 to 7,
The volume of pores formed in the silicon carbide single crystal is 15% or less silicon carbide single crystal.
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