KR102103884B1

KR102103884B1 - Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal

Info

Publication number: KR102103884B1
Application number: KR1020160126933A
Authority: KR
Inventors: 이성수; 고정민; 박만식; 김대성; 이호림
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2020-04-23
Also published as: KR20180036388A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치는, 도가니, 상기 도가니 내부로 연장되는 실리콘카바이드 종결정, 상기 도가니 외주면을 가열하는 제1 가열 부재, 및 상기 도가니 하부면을 가열하는 적어도 하나의 제2 가열 부재를 포함한다.An apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention includes: a crucible, a silicon carbide seed crystal extending into the crucible, a first heating member for heating the outer peripheral surface of the crucible, and at least one heating the lower surface of the crucible It includes a second heating member.

Description

Manufacturing apparatus and manufacturing method of silicon carbide single crystal {MANUFACTURING APPARATUS FOR SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL AND MANUFACTURING METHOD OF SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal and a method for manufacturing a silicon carbide single crystal.

실리콘카바이드(SiC) 단결정은 내마모성 등의 기계적 강도와 내열성 및 내부식성이 우수하여 반도체, 전자, 자동차, 기계 분야 등의 부품소재로 많이 사용되고 있다.Silicon carbide (SiC) single crystal has been widely used as a component material in the semiconductor, electronic, automotive, and mechanical fields due to its excellent mechanical strength such as wear resistance, heat resistance, and corrosion resistance.

통상적으로 실리콘카바이드 단결정의 성장을 위해서는, 예를 들어, 탄소와 실리카를 2000도(℃) 이상의 고온 전기로에서 반응시키는 애치슨 방법, 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 growth of silicon carbide single crystals, for example, the Achison method of reacting carbon and silica in a high temperature electric furnace of 2000 degrees (° C) or higher, and subliming single crystals by subliming at a high temperature of 2000 degrees (° C) or higher using silicon carbide as a raw material There are a sublimation method for growing, a solution growth method using a crystal pulling method, and the like. In addition, a chemical vapor deposition method using a gas source has been used.

그러나 애치슨 방법은 고순도의 실리콘카바이드 단결정을 얻기가 매우 어렵고, 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.However, the Achison method is very difficult to obtain a high-purity silicon carbide single crystal, and the chemical vapor deposition method can be grown to a limited level only with a thin film. Accordingly, research has been focused on a sublimation method of sublimating silicon carbide at high temperature to grow crystals. However, the sublimation method is also generally performed at a high temperature of 2400 ° C or higher, and there is a possibility that various defects such as micro-pipes and lamination defects are generated, and thus there is a limitation in terms of production cost.

본 발명은 실리콘카바이드 단결정의 성장이 일어나는 종결정에 용융액을 효과적으로 제공하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법을 제공하고자 한다. The present invention is to provide a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus and a method of manufacturing the same using a silicon carbide single crystal that effectively provides a melt to a seed crystal where growth of the silicon carbide single crystal occurs.

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.

상기 실리콘카바이드 종결정의 하부면과 상기 제2 가열 부재의 상부면이 마주할 수 있다.The lower surface of the silicon carbide seed crystal and the upper surface of the second heating member may face each other.

상기 제2 가열 부재는 상기 도가니 자체에 실장될 수 있다.The second heating member may be mounted on the crucible itself.

상기 제2 가열 부재는 상기 도가니 내측의 하부면 위에 위치할 수 있다.The second heating member may be located on a lower surface inside the crucible.

상기 제1 가열 부재와 상기 제2 가열 부재는 독립적으로 구동될 수 있다.The first heating member and the second heating member may be driven independently.

상기 제1 가열 부재는 상기 도가니의 외측면을 둘러쌀 수 있다.The first heating member may surround the outer surface of the crucible.

일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법은 도가니 내에 용융 물질을 준비하는 단계, 상기 도가니의 외측면을 둘러싸는 제1 가열 부재로 가열하여 용융액을 준비하는 단계, 그리고 상기 도가니의 하부면을 제2 가열 부재로 가열하여 용융액을 대류시키는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment includes preparing a molten material in a crucible, heating a first heating member surrounding the outer surface of the crucible to prepare a molten liquid, and removing the lower surface of the crucible. 2 heating the heating member to convect the melt.

상기 제2 가열 부재에 인접한 용융액의 온도가 상기 제1 가열 부재에 인접한 용융액의 온도보다 높을 수 있다.The temperature of the molten liquid adjacent to the second heating member may be higher than the temperature of the molten liquid adjacent to the first heating member.

상기 용융액은 상기 제2 가열 부재로부터 상기 종결정축을 향하는 방향 방향으로 대류할 수 있다.The melt may be convected in the direction from the second heating member toward the seed crystal axis.

상기 도가니 내의 하부면 중심 온도가 상기 도가니 내의 측면 온도보다 높은 상태에서 실리콘카바이드 종결정을 상기 용융액에 접촉시킬 수 있다.The silicon carbide seed crystal may be brought into contact with the melt in a state in which the center temperature of the lower surface in the crucible is higher than the side temperature in the crucible.

상기 도가니의 내측 중심으로부터 상기 도가니의 외측면을 향할수록 상기 용융액의 온도가 낮아질 수 있다.The temperature of the melt may be lowered from the inner center of the crucible toward the outer surface of the crucible.

적어도 하나의 상기 제2 가열 부재는 상기 도가니의 하부면 위에 위치할 수 있다.The at least one second heating member may be located on the lower surface of the crucible.

적어도 하나의 상기 제2 가열 부재는 상기 도가니의 하부면 내에 실장될 수 있다.The at least one second heating member may be mounted in the lower surface of the crucible.

본 발명에 의하면 단결정이 성장하는 실리콘카바이드 종결정에 용융액을 효과적으로 제공할 수 있고 실리콘카바이드 단결정의 성장 속도가 증가하고 실리콘카바이드 단결정의 석출 효율이 증가할 수 있다. According to the present invention, it is possible to effectively provide the molten liquid to the silicon carbide seed crystal in which the single crystal grows, the growth rate of the silicon carbide single crystal increases, and the precipitation efficiency of the silicon carbide single crystal may increase.

도 1은 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 도가니 내측 위치에 따른 용융액의 온도를 나타낸 도면이다.
도 3, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 7 각각은 도 1의 변형 실시예에 따른 제조 장치의 개략적인 단면도이다.도 8은 비교예에 따른 도가니 내측 위치에 따른 용융액의 온도를 나타낸 도면이다.
도 9 (a), (b), (c), (d) 각각은 실시예 1 내지 4에 따른 시뮬레이션 결과이고, 도 9(e)는 비교예에 따른 시뮬레이션 결과이다.
도 10(a)는 실시예에 따른 시뮬레이션 결과이고 도 10(b)는 비교예에 따른 시뮬레이션 결과이다. 1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment.
2 is a view showing the temperature of the melt according to the inner position of the crucible according to the embodiment of FIG.
3, 4, 5, 6, and 7 are schematic cross-sectional views of a manufacturing apparatus according to a modified embodiment of FIG. 1. FIG. 8 is a view showing the temperature of the melt according to the inner position of the crucible according to the comparative example. to be.
9 (a), (b), (c), (d) each of the simulation results according to Examples 1 to 4, Figure 9 (e) is a simulation result according to the comparative example.
10 (a) is a simulation result according to an embodiment, and FIG. 10 (b) is a simulation result 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, 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.

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.In order to clearly describe the description, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar elements throughout the specification. In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present description is not necessarily limited to what is 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, thicknesses are enlarged to clearly represent various layers and regions. In addition, in the drawings, thicknesses of some layers and regions are exaggerated for convenience of description. 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 the case "on the top" of the other portion but also another portion in the middle.

도 1 및 도 2를 참조하여 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 제조 방법에 대해 설명한다. 도 1은 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 실시예에 따른 도가니 내측 위치에 따른 용융액의 온도를 나타낸 도면이다. A manufacturing apparatus and a manufacturing method of a silicon carbide single crystal according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment, and FIG. 2 is a view showing the temperature of the melt according to the inner position of the crucible according to the embodiment of FIG. 1.

우선 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조 장치는 반응 챔버(100), 반응 챔버(100) 내부에 위치하는 도가니(300), 도가니(300)를 가열하는 가열 부재(400)를 포함한다.First, referring to Figure 1, a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the reaction chamber 100, a crucible 300 positioned inside the reaction chamber 100, a heating member 400 for heating the crucible 300 It includes.

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 실리콘카바이드 단결정이 성장되는 부분으로, 도가니(300) 내측의 상부 영역에 위치한다. 실리콘카바이드 종결정(210)의 하면은 도가니(300) 내부에 위치하는 용융액 표면과 접촉하도록 위치할 수 있다. The silicon carbide seed crystal 210 is a portion where a silicon carbide single crystal is grown, and is located in an upper region inside the crucible 300. The lower surface of the silicon carbide seed crystal 210 may be positioned to contact the surface of the melt located in the crucible 300.

실리콘카바이드 종결정(210)은 실리콘카바이드 단결정으로 이루어진다. 실리콘카바이드 종결정(210)의 결정 구조는 제조하려는 실리콘카바이드 단결정의 결정 구조와 같을 수 있다. 예를 들어, 4H 다형의 실리콘카바이드 단결정을 제조하는 경우, 4H 다형의 실리콘카바이드 종결정(210)을 이용할 수 있다. 이때 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 may be the same as the crystal structure 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. At this time, the crystal growth surface may be a (0001) plane or a (000-1) plane, or a plane inclined at an angle of 8 degrees or less from the (0001) plane or the (000-1) plane.

종결정 연결봉(230)은 실리콘카바이드 종결정(210)의 상부면과 연결되도록 연장 형성되어 실리콘카바이드 종결정(210)을 지지하며 실리콘카바이드 종결정(210)이 도가니(300) 내측에 위치할 수 있도록 한다. The seed crystal connecting rod 230 is formed to extend to connect with the upper surface of the silicon carbide seed crystal 210 to support the silicon carbide seed crystal 210 and the silicon carbide seed crystal 210 may be located inside the crucible 300. To make.

종결정 연결봉(230)은 종결정 회전봉(250)에 연결되어 함께 회전하도록 결합될 수 있으며, 종결정 연결봉(230)은 종결정 회전봉(250)에 의해 상하로 이동하거나 회전할 수 있다.The seed crystal connecting rod 230 may be connected to the seed crystal rotating rod 250 to be rotated together, and the seed crystal connecting rod 230 may move up or down by the seed crystal rotating rod 250.

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. 그러나 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. However, it is needless to say that any form for forming a silicon carbide single crystal is possible without limitation to the above-described form. The crucible 300 may be accommodated by charging a molten raw material such as silicon or silicon carbide powder.

도가니(300)는 그라파이트, SiC와 같이 탄소를 함유하는 물질로 이루어질 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 made of a material containing carbon, such as graphite and SiC, 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 goes without saying that any heating member can be used without being limited to the above-described method.

일 실시예에 따른 가열 부재(400)는 제1 가열 부재(410) 및 제2 가열 부재(420)를 포함할 수 있다. The heating member 400 according to an embodiment may include a first heating member 410 and a second heating member 420.

제1 가열 부재(410)는 도가니(300) 내에 장입된 원료를 용융시켜 용융물을 형성하는 부재이다. 제1 가열 부재(410)는 도 1에 도시된 바와 같이 도가니(300)의 외주면에서 이격되어 반응 챔버(100)의 내부에 구비될 수 있다.The first heating member 410 is a member that melts a raw material charged in the crucible 300 to form a melt. As illustrated in FIG. 1, the first heating member 410 may be spaced apart from the outer circumferential surface of the crucible 300 and provided inside the reaction chamber 100.

제2 가열 부재(420)은 도가니(300)의 하부면(300b)과 마주하도록 위치할 수 있다. 제2 가열 부재(420)은 도가니(300)의 하부면(300b)을 가열하고 도가니(300) 내에 위치하는 용융액 중 도가니(300) 하부 영역에 위치하는 용융액을 가열한다. The second heating member 420 may be positioned to face the lower surface 300b of the crucible 300. The second heating member 420 heats the lower surface 300b of the crucible 300 and heats the melt located in the lower region of the crucible 300 among the melts located in the crucible 300.

제2 가열 부재(420)의 상부면은 종결정(210)의 하부면과 마주하며 중첩할 수 있다. 제2 가열 부재(420)에 의해 가열된 용융액이 종결정(210)을 향하는 방향으로 대류되게 하기 위함이다. The upper surface of the second heating member 420 may overlap the lower surface of the seed crystal 210. This is to allow convection of the melt heated by the second heating member 420 in the direction toward the seed crystal 210.

또한 제2 가열 부재(420)은 도가니(300) 내부의 중심에 위치할 수 있다. 도가니(300) 내부의 중심으로부터 대류가 시작되어 용융액이 도가니(300)의 외측을 향해 대류되게 하기 위함이다. Also, the second heating member 420 may be located at the center of the crucible 300. The convection is started from the center inside the crucible 300 so that the melt is convected toward the outside of the crucible 300.

일 실시예에 따른 제2 가열 부재(420)은 도가니(300)의 외주면(300a)에 인접하게 위치하는 용융액 보다 도가니(300)의 하부면(300b)에 인접하게 위치하는 용융액의 온도가 보다 높은 상태를 유지하도록 가열한다. The second heating member 420 according to an embodiment has a higher temperature of the melt located adjacent to the lower surface 300b of the crucible 300 than the melt located adjacent to the outer circumferential surface 300a of the crucible 300. Heat to maintain state.

제2 가열 부재(420)에 따르면 도 2에 도시된 바와 같이 도가니(300)의 중심에 가까울수록 용융액의 온도가 높고 도가니(300)의 중심으로부터 멀어질수록, 도가니(300)의 외주면(300a)에 가까워질수록 용융액의 온도가 낮아진다. According to the second heating member 420, as shown in FIG. 2, the closer to the center of the crucible 300, the higher the temperature of the melt and the farther away from the center of the crucible 300, the outer circumferential surface 300a of the crucible 300 The temperature of the melt decreases as it approaches.

용융액은 도가니(300)의 중심에서 외주면을 향하는 방향으로 대류될 수 있으며, 구체적으로 제2 가열 부재(420)에서 종결정(210)을 향하는 방향으로 대류될 수 있다. 이에 따르면 도가니(300)의 중심에서는 종결정(210)에 용융액을 제공하는 방향으로 대류할 수 있는 바, 실리콘카바이드 단결정의 성장 속도 및 수득 효율이 향상될 수 있다. The melt may be convected in the direction from the center of the crucible 300 toward the outer circumferential surface, and specifically convected in the direction from the second heating member 420 toward the seed crystal 210. According to this, since the center of the crucible 300 can be convected in the direction in which the seed crystal 210 is provided with the melt, the growth rate and the efficiency of obtaining the silicon carbide single crystal can be improved.

제2 가열 부재(420)은 적어도 하나일 수 있으며, 복수개의 제2 가열 부재(420)이 도가니(300) 내측에 위치할 수 있다. 다만 제조 장치가 복수의 제2 가열 부재(420)을 포함하는 경우에도 제2 가열 부재(420)으로부터 종결정(210)을 향해 용융액이 대류할 수 있도록 복수의 제2 가열 부재(420)이 위치할 수 있다. The second heating member 420 may be at least one, and a plurality of second heating members 420 may be located inside the crucible 300. However, even when the manufacturing apparatus includes a plurality of second heating members 420, the plurality of second heating members 420 are positioned so that the melt may convect from the second heating members 420 toward the seed crystals 210. can do.

한편 제1 가열 부재(410)과 제2 가열 부재(420)은 독립적으로 구동될 수 있다. 예를 들어, 제1 가열 부재(410)이 먼저 작동되어 용융액을 제1 온도까지 승온시킨다. 그 이후 제2 가열 부재(420)이 작동되어 제2 가열 부재(420)에 인접한 용융액을 제2 온도까지 승온시키도록 독립적으로 구동될 수 있다. 제1 가열 부재(410)과 제2 가열 부재(420)을 독립적으로 구동되는 수단은 공지의 기술일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 온도는 약 1450도(℃) 내지 2000도(℃)이며, 상기 제2 온도는 용융액의 대류를 제어할 수 있는 소정의 온도 범위일 수 있다. Meanwhile, the first heating member 410 and the second heating member 420 may be driven independently. For example, the first heating member 410 is first operated to raise the molten liquid to a first temperature. Thereafter, the second heating member 420 is operated to be independently driven to raise the molten liquid adjacent to the second heating member 420 to a second temperature. Means for independently driving the first heating member 410 and the second heating member 420 may be a known technique. For example, the first temperature is about 1450 degrees (° C) to 2000 degrees (° C), and the second temperature may be a predetermined temperature range capable of controlling convection of the melt.

일 실시예에 따른 실리콘카바이드 제조 장치는 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)에 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 전술한 실리콘카바이드 단결정 제조 장치를 이용하여 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method of obtaining a silicon carbide single crystal using the above-described silicon carbide single crystal manufacturing apparatus will be described.

우선, 실리콘 및 탄소를 포함하는 초기 용융 원료를 도가니(300) 내에 투입한다. 초기 용융 원료는 분말 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 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.

초기 용융 원료를 실장하고 있는 도가니(300)를 아르곤 기체와 같은 비활성 분위기에서 제1 가열 부재(410)을 이용하여 가열한다. 가열에 따라 도가니(300) 내의 초기 용융 원료는 탄소, 금속(일 예로, 크롬, 알루미늄, 티타늄 등) 및 실리콘을 포함하는 용융액으로 변한다. The crucible 300 on which the initial molten raw material is mounted is heated by using the first heating member 410 in an inert atmosphere such as argon gas. Upon heating, the initial molten raw material in the crucible 300 changes to a melt containing carbon, metal (eg, chromium, aluminum, titanium, etc.) and silicon.

도가니(300) 및 이에 실장된 용융액이 제1 온도에 도달한 이후, 제2 가열 부재(420)를 이용하여 제2 가열 부재(420)에 인접하게 위치하는 용융액이 제1 온도보다 높은 제2 온도가 되도록 가열한다. 이에 따르면 제2 가열 부재(420)에 인접하게 위치하는 용융액, 특히 도가니(300) 내에서 하부 영역에 위치하는 용융액이 도가니(300) 내의 상부 영역에 위치하는 용융액에 비해 높은 온도를 가지게 된다. After the crucible 300 and the molten solution mounted thereon reach the first temperature, a second temperature at which the molten liquid located adjacent to the second heating member 420 using the second heating member 420 is higher than the first temperature Heat as much as possible. According to this, the molten liquid located adjacent to the second heating member 420, in particular, the molten liquid located in the lower region in the crucible 300 has a higher temperature than the molten liquid located in the upper region in the crucible 300.

도가니(300) 내의 용융액이 전술한 바와 같은 온도 구배를 가지는 상태에서, 실리콘카바이드 종결정(210)을 용융액에 접촉시킨다. In the state where the melt in the crucible 300 has a temperature gradient as described above, the silicon carbide seed crystal 210 is brought into contact with the melt.

대류 원리에 따라 도가니(300) 내의 하부 영역에서 상부 영역을 향해 용융액의 대류가 일어나고, 특히 제2 가열 부재(420)가 위치하는 도가니(300)의 중심에서 하부 영역에서 상부 영역을 향해 대류가 일어나는 바, 종결정(210)에 계속하여 용융액을 제공하는 공정이 가능하다. 종결정(210)에 용융액이 계속해서 공급되는 일 실시예에 따르면, 단결정의 성장 속도 및 단결정의 수득 효율이 향상될 수 있다. According to the convection principle, convection of the melt occurs from the lower region in the crucible 300 toward the upper region, and convection from the lower region to the upper region in the center of the crucible 300 where the second heating member 420 is located Bar, it is possible to continue to provide a molten solution to the seed crystal 210. According to an embodiment in which the melt is continuously supplied to the seed crystal 210, the growth rate of the single crystal and the efficiency of obtaining the single crystal may be improved.

이와 같이 도가니(300)를 소정의 온도에 도달시키는 한편, 도가니(300) 하부에서 상부로 갈수록 용융액의 온도가 서서히 저하되도록 구성하면, 용융액 내의 탄소의 용해도는 하부에서 상부로 갈수록 작아질 수 있다. 이 때문에, 종결정(210) 부근에서 실리콘카바이드 과포화 상태가 되면, 이 과포화도를 구동력으로 하여 종결정 상에 실리콘카바이드 단결정이 성장한다. When the crucible 300 is reached to a predetermined temperature as described above, when the crucible 300 is configured to gradually decrease in temperature from the lower portion to the upper portion, the solubility of carbon in the molten liquid may become smaller from the lower portion to the upper portion. For this reason, when the silicon carbide becomes supersaturated near the seed crystal 210, a silicon carbide single crystal is grown on the seed crystal using this supersaturation degree as a driving force.

한편 실리콘카바이드 단결정은 용융액으로부터 실리콘 및 탄소를 취입하여 더욱 성장해간다. 이에 따라 용융액에 포함되는 실리콘 및 탄소는 점차 감소하고 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. Meanwhile, the silicon carbide single crystal grows further by blowing silicon and carbon from the melt. Accordingly, the silicon and carbon contained in the melt may gradually decrease and the conditions for depositing silicon carbide from the melt may be changed. 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.

이하에서는 도 3 내지 도 7을 참조하여 도 1의 변형 실시예에 대해 설명한다. 도 3, 도 4, 도 5, 도 5 및 도 7 각각은 도 1의 변형 실시예에 따른 제조 장치의 개략적인 단면도이고, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략할 수 있다. Hereinafter, a modified embodiment of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 7. 3, 4, 5, 5 and 7 are schematic cross-sectional views of a manufacturing apparatus according to a modified embodiment of FIG. 1, and descriptions of the same components described with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted. You can.

도 3에 도시된 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조 장치는 반응 챔버(100), 반응 챔버(100) 내부에 위치하는 도가니(300), 및 도가니(300)를 가열하는 가열 부재(400)를 포함한다.The silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the embodiment shown in FIG. 3 includes a reaction chamber 100, a crucible 300 positioned inside the reaction chamber 100, and a heating member 400 heating the crucible 300 Includes.

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. 한편 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 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. Meanwhile, 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. 일 실시예에 따른 가열 부재(400)는 제1 가열 부재(410) 및 제2 가열 부재(420)를 포함할 수 있다. The heating member 400 may heat the crucible 300 to melt or heat the material accommodated in the crucible 300. The heating member 400 according to an embodiment may include a first heating member 410 and a second heating member 420.

제1 가열 부재(410)는 도가니(300) 내에 장입된 원료를 용융시켜 용융물을 형성하는 부재이다. 제1 가열 부재(410)는 도 3에 도시된 바와 같이 도가니(300)의 외주면에서 이격되어 반응 챔버(100)의 내부에 구비될 수 있다.The first heating member 410 is a member that melts a raw material charged in the crucible 300 to form a melt. As shown in FIG. 3, the first heating member 410 may be spaced apart from the outer circumferential surface of the crucible 300 and provided inside the reaction chamber 100.

제2 가열 부재(420)은 도가니(300)의 하부면(300b) 내에 실장될 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 도가니(300)의 하부면(300b)은 제2 가열 부재(420)을 포함할 수 있으며, 도가니(300)의 내측면에 노출되지 않도록 위치할 수 있다. 이에 따르면 제2 가열 부재(420)에 의해 용융액이 직접 가열되는 것을 방지하여 용융액의 온도 제어가 보다 용이할 수 있다. The second heating member 420 may be mounted in the lower surface 300b of the crucible 300. Specifically, as shown in FIG. 3, the lower surface 300b of the crucible 300 may include a second heating member 420 and may be positioned so as not to be exposed to the inner surface of the crucible 300. . According to this, it is possible to prevent the molten liquid from being directly heated by the second heating member 420, thereby making it easier to control the temperature of the molten liquid.

제2 가열 부재(420)의 상부면은 종결정(210)의 하부면과 마주하며 중첩할 수 있다. 제2 가열 부재(420)에 의해 가열된 용융액이 종결정(210)을 향해 대류되게 하기 위함이다. The upper surface of the second heating member 420 may overlap the lower surface of the seed crystal 210. This is to allow the melt heated by the second heating member 420 to convect toward the seed crystal 210.

또한 제2 가열 부재(420)은 도가니(300) 내부의 중심에 위치할 수 있다. 도가니(300) 내부의 중심으로부터 도가니(300)의 외측을 향해 대류되게 하기 위함이다. Also, the second heating member 420 may be located at the center of the crucible 300. This is to allow convection from the center of the crucible 300 toward the outside of the crucible 300.

용융액은 도가니(300)의 중심에서 외주면을 향하는 방향으로 대류될 수 있으며, 제2 가열 부재(420)에서 종결정(210)을 향하는 방향으로 대류될 수 있다. 이에 따르면 도가니(300)의 중심에서는, 제2 가열 부재(420)로부터 종결정(210)을 향해 용융액이 계속해서 대류하는 현상이 있으며, 종결정(210)에 용융액을 제공하는 방향으로 대류할 수 있는 바, 실리콘카바이드 단결정의 성장 속도 및 수득 효율이 향상될 수 있다. The melt may be convected from the center of the crucible 300 toward the outer circumferential surface, and convected from the second heating member 420 toward the seed crystal 210. According to this, in the center of the crucible 300, there is a phenomenon that the melt continues to convect from the second heating member 420 toward the seed crystal 210, and it can convect in the direction of providing the melt to the seed crystal 210. As a result, the growth rate and yield efficiency of the silicon carbide single crystal can be improved.

한편 제1 가열 부재(410)과 제2 가열 부재(420)은 독립적으로 구동될 수 있다. 예를 들어, 제1 가열 부재(410)이 먼저 작동되어 용융액을 제1 온도까지 승온시킨다. 그 이후 제2 가열 부재(420)이 작동되어 제2 가열 부재(420)에 인접한 용융액을 제2 온도까지 승온시키도록 독립적으로 구동될 수 있다. 제1 가열 부재(410)과 제2 가열 부재(420)을 독립적으로 구동되는 수단은 공지의 기술일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 온도는 약 1450도(℃) 내지 2000도(℃)이며, 상기 제2 온도는 용융액의 대류를 제어할 수 있는 소정의 온도 범위일 수 있다.Meanwhile, the first heating member 410 and the second heating member 420 may be driven independently. For example, the first heating member 410 is first operated to raise the molten liquid to a first temperature. Thereafter, the second heating member 420 is operated to be independently driven to raise the molten liquid adjacent to the second heating member 420 to a second temperature. Means for independently driving the first heating member 410 and the second heating member 420 may be a known technique. For example, the first temperature is about 1450 degrees (° C) to 2000 degrees (° C), and the second temperature may be a predetermined temperature range capable of controlling convection of the melt.

다음, 도 4를 참조하면 변형 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치는 복수의 제2 가열 부재(420a, 420b)를 포함할 수 있다. 일 예로, 2 개의 제2 가열 부재(420a, 420b)를 포함할 수 있다. Next, referring to FIG. 4, an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to a modified embodiment may include a plurality of second heating members 420a and 420b. As an example, two second heating members 420a and 420b may be included.

복수의 제2 가열 부재(420a, 420b)의 위치는 제한되지 않으나 도 4에 도시된 바와 같이 도가니(300)의 중심축과 중첩하도록 위치할 수 있다. The positions of the plurality of second heating members 420a and 420b are not limited, but may be positioned to overlap the central axis of the crucible 300 as shown in FIG. 4.

복수의 제2 가열 부재(420a, 420b)는 서로 중첩하게 위치할 수 있다. 복수의 제2 가열 부재(420a, 420b) 중 어느 하나(420a)는 도가니(300) 내부의 중심에 위치할 수 있으며, 나머지 다른 하나(420b)는 도가니(300) 하부면 자체에 실장된 형태일 수 있다. The plurality of second heating members 420a and 420b may be positioned to overlap each other. One of the plurality of second heating members 420a and 420b may be positioned at the center of the crucible 300, and the other 420b may be mounted on the lower surface of the crucible 300 itself. You can.

도 5를 참조하면, 변형 실시예에 따른 실리콘 카바이드 단결정의 제조 장치는 복수의 제2 가열 부재(420a, 420b)를 포함할 수 있다. 일 예로, 2 개의 제2 가열 부재(420a, 420b)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to a modified embodiment may include a plurality of second heating members 420a and 420b. As an example, two second heating members 420a and 420b may be included.

복수의 제2 가열 부재(420a, 420b)의 위치는 제한되지 않으나, 도 5에 도시된 바와 같이 도가니(300)의 중심에서 서로 중첩하도록 위치할 수 있다. 복수의 제2 가열 부재(420a, 420b) 중 적어도 어느 하나(420a)는 도가니(300) 내부의 중심에 위치할 수 있으며, 나머지 다른 하나(420b)는 도가니(300) 하부면의 외측과 접하면서 위치할 수 있다.The positions of the plurality of second heating members 420a and 420b are not limited, but may be positioned to overlap each other at the center of the crucible 300 as illustrated in FIG. 5. At least one of the plurality of second heating members 420a and 420b (420a) may be located in the center of the crucible 300, and the other 420b contact the outside of the lower surface of the crucible 300 Can be located.

도 6을 참조하면, 변형 실시예에 따른 실리콘 카바이드 단결정의 제조 장치는 복수의 제2 가열 부재(420a, 420b)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to a modified embodiment may include a plurality of second heating members 420a and 420b.

복수의 제2 가열 부재(420a, 420b)의 위치는 제한되지 않으나, 도 6에 도시된 바와 같이 도가니(300)의 중심에서 서로 중첩하도록 위치할 수 있다. 복수의 제2 가열 부재(420a, 420b) 중 적어도 어느 하나(420a)는 도가니(300) 하부벽 자체에 실장될 수 있으며, 나머지 다른 하나(420b)는 도가니(300) 하부면의 외측과 접하면서 위치할 수 있다.The positions of the plurality of second heating members 420a and 420b are not limited, but may be positioned to overlap each other at the center of the crucible 300 as illustrated in FIG. 6. At least one of the plurality of second heating members 420a and 420b (420a) may be mounted on the lower wall of the crucible 300, and the other one 420b may be in contact with the outside of the lower surface of the crucible 300. Can be located.

도 7을 참조하면, 변형 실시예에 따른 실리콘 카바이드 단결정의 제조 장치는 복수의 제2 가열 부재(420a, 420b, 420c)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 가열 부재(420a, 420b, 420c)는 적어도 3 개의 제2 가열 부재(420a, 420b, 420c)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to a modified embodiment may include a plurality of second heating members 420a, 420b, and 420c. The plurality of second heating members 420a, 420b, and 420c may include at least three second heating members 420a, 420b, and 420c.

복수의 제2 가열 부재(420a, 420b, 420c)의 위치는 제한되지 않으며, 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 제2 가열 부재(420a, 420b, 420c)가 서로 중첩하는 위치에 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The positions of the plurality of second heating members 420a, 420b, and 420c are not limited, and as shown in FIG. 7, the plurality of second heating members 420a, 420b, and 420c may be disposed at positions overlapping each other. , But is not limited thereto.

복수의 제2 가열 부재(420a, 420b, 420c)는 각각 도가니(300) 하부면 내측에 위치하거나, 도가니(300) 하부면 자체에 실장되거나, 도가니(300) 하부면(300)의 외측면과 접촉하도록 위치할 수 있다. The plurality of second heating members 420a, 420b, and 420c are respectively located inside the lower surface of the crucible 300, mounted on the lower surface of the crucible 300, or the outer surface of the lower surface 300 of the crucible 300. It can be positioned to contact.

전술한 도 3 내지 도 7은 가열 부재의 위치에 따른 다양한 실시예에 대해 설명하였으나, 이러한 가열 부재의 개수 및 위치 등에 제한되는 것은 아니다. 3 to 7 have been described with respect to various embodiments according to the position of the heating member, but are not limited to the number and location of the heating member.

이하에서는 도 8을 참조하여 비교예에 대해 살펴본다. 도 8은 비교예에 따른 도가니 내측 위치에 따른 용융액의 온도를 나타낸 도면이다. Hereinafter, a comparative example will be described with reference to FIG. 8. 8 is a view showing the temperature of the melt according to the inner position of the crucible according to the comparative example.

비교예에 따른 실리콘카바이드 제조 장치는 도가니(300)의 외주면을 따라 위치하는 제1 가열 부재(410)만을 포함하고, 실시예와 달리 제2 가열 부재(420)를 포함하지 않는다. The silicon carbide manufacturing apparatus according to the comparative example includes only the first heating member 410 positioned along the outer circumferential surface of the crucible 300, and does not include the second heating member 420 unlike the embodiment.

단순히 제1 가열 부재(410)만을 이용하여 초기 용융 원료를 가열하고 용융액을 형성하는 경우, 도가니(300)의 외주면(300a)에 인접한 용융액이 도가니(300)의 중심에 인접한 용융액 보다 높은 온도를 가지며, 이러한 온도 구배에 의해 용융액의 대류가 일어난다. When only the first heating member 410 is used to heat the initial molten raw material and form a melt, the melt near the outer circumferential surface 300a of the crucible 300 has a higher temperature than the melt near the center of the crucible 300 , Convection of the melt occurs due to this temperature gradient.

구체적으로 용융액은 도가니(300)의 외주면에서 도가니(300)의 중심을 향해 대류한다. 도가니(300)의 하부면(300b)에 수직한 단면을 살펴보면, 도 8에 도시된 바와 같이 비교예에 따른 제조 장치 내에 실장된 용융액은 도가니(300)의 중심에서 도가니(300)의 상부 영역에서 하부 영역을 향해 대류하는 용융액의 움직임이 있다. 즉, 종결정(210)에서 멀어지는 방향으로 용융액이 이동하는 바, 종결정(210)에 효과적으로 용융액을 제공하는 것이 어렵고 단결정의 성장 속도 및 수득 효율이 저하될 수 있다. Specifically, the molten liquid convects from the outer circumferential surface of the crucible 300 toward the center of the crucible 300. Looking at a cross section perpendicular to the lower surface 300b of the crucible 300, as shown in FIG. 8, the molten solution mounted in the manufacturing apparatus according to the comparative example is in the upper region of the crucible 300 in the center of the crucible 300. There is movement of the melt convecting towards the lower region. That is, since the melt moves in the direction away from the seed crystal 210, it is difficult to effectively provide the melt to the seed crystal 210, and the growth rate and yield efficiency of a single crystal may be lowered.

이하에서는 도 9(a) 내지 도 10(b)를 참조하여 실시예 및 비교예에 따른 시뮬레이션 결과를 살펴본다. 도 9 (a), (b), (c), (d) 각각은 실시예 1 내지 4에 따른 시뮬레이션 결과이고, 도 9(e)는 비교예에 따른 시뮬레이션 결과 이미지이고, 도 10(a)는 실시예에 따른 시뮬레이션 결과이고 도 10(b)는 비교예에 따른 시뮬레이션 결과이다. Hereinafter, simulation results according to examples and comparative examples will be described with reference to FIGS. 9 (a) to 10 (b). 9 (a), (b), (c), (d) each is a simulation result according to Examples 1 to 4, Figure 9 (e) is a simulation result image according to a comparative example, Figure 10 (a) Is a simulation result according to an embodiment, and FIG. 10 (b) is a simulation result according to a comparative example.

도 9(a)은 실시예 1에 관한 것으로 제2 가열 부재가 도가니 내부 및 용융액의 중심에 위치한다. 제2 가열 부재는 저항 가열 방식으로 구동되며 발열 용량이 10 kW 이다. 도가니 내부의 용융액은 크롬 40 mol%를 포함하며 2173K로 가열되는 실시예이다. 도 9(b)는 실시예 2에 관한 것으로 제2 가열 부재가 도가니의 하부면 자체에 실장되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다. 도 9 (c)는 실시예 3에 관한 것으로 제2 가열 부재의 발열 용량이 5 kW 인 것을 제외하고 실시예 2와 동일하다. 도 9 (d)는 실시예 4에 관한 것으로, 제2 가열 부재가 유도 가열 방식을 이용하며 발열 용량이 80 kHz에서 35 kW인 것을 제외하고 실시예 2와 동일하다. 도 9(e)는 제2 가열 부재를 포함하지 않는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치에 관한 것으로 이를 제외하고 실시예 1과 동일하다.9 (a) relates to Example 1, wherein the second heating member is located inside the crucible and at the center of the melt. The second heating member is driven by a resistance heating method and has a heating capacity of 10 kW. The melt inside the crucible contains 40 mol% of chromium and is an example heated to 2173K. 9 (b) relates to Example 2, and is the same as Example 1, except that the second heating member is mounted on the lower surface of the crucible itself. FIG. 9 (c) relates to Example 3, which is the same as Example 2, except that the heat generation capacity of the second heating member is 5 kW. FIG. 9 (d) relates to Example 4, which is the same as Example 2, except that the second heating member uses an induction heating method and the heating capacity is 35 kW at 80 kHz. 9 (e) relates to an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal that does not include a second heating member, and is the same as in Example 1 except for this.

각각의 실시예 및 비교예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 결정 성장 속도를 살펴본 결과, 실시예 1의 결정 성장 속도는 0.005 mm/h이고 탄소 농도의 최대값이 0.061이다. 실시예 2에 따른 결정 성장 속도는 0.002 mm/h이고 탄소 농도의 최대값은 0.057이다. 실시예 3에 따른 결정 성장 속도는 0.002 mm/h이고 탄소 농도의 최대값은 0.053이고, 실시예 4에 따른 결정 성장 속도는 0.003 mm/h이고 탄소 농도의 최대값은 0.061이다. 반면 비교예에 따른 결정 성장 속도는 0.0004 mm/h이고 탄소 농도의 최대값은 0.045로 확인되었다. As a result of examining the crystal growth rate of the silicon carbide single crystal according to each Example and Comparative Example, the crystal growth rate of Example 1 is 0.005 mm / h and the maximum value of the carbon concentration is 0.061. The crystal growth rate according to Example 2 is 0.002 mm / h and the maximum value of the carbon concentration is 0.057. The crystal growth rate according to Example 3 is 0.002 mm / h, the maximum value of carbon concentration is 0.053, and the crystal growth rate according to Example 4 is 0.003 mm / h and the maximum value of carbon concentration is 0.061. On the other hand, the crystal growth rate according to the comparative example was 0.0004 mm / h and the maximum value of the carbon concentration was found to be 0.045.

실시예에 따른 실리콘 카바이드 단결정의 제조 장치를 이용하는 경우 중심부에서의 결정 성장 속도가 비교예 대비 우수함을 확인하였으며, 탄소 농도의 최대값 역시 비교예 대비 우수함을 확인하였다. 도가니 내부의 중심 온도가 도가니 내부의 주변 온도 보다 높게 형성되는 경우 실리콘 카바이드 단결정의 석출 속도 및 석출량이 증가함을 확인하였다. When using the manufacturing apparatus of the silicon carbide single crystal according to the embodiment, it was confirmed that the crystal growth rate in the center is superior to the comparative example, and the maximum value of the carbon concentration was also confirmed to be superior to the comparative example. When the central temperature inside the crucible was formed higher than the ambient temperature inside the crucible, it was confirmed that the precipitation rate and the precipitation amount of the silicon carbide single crystal increased.

도 10(a)는 실시예 5로써 도가니 하부면의 내벽 자체에 실장된 제2 가열 부재를 포함하는 이미지이다. 제2 가열 부재는 발열 용량이 10 kW인 저항 가열 방식으로 구동된다. 도가니 내부에 실장된 용융액은 크롬 40 mol%를 포함하며 용융액의 온도가 2273 K로 가열된다. 반면 도 10(b)는 비교예 2로써 제2 가열 부재를 포함하지 않고 이를 제외한 조건은 실시예 5와 동일하다. 10 (a) is an image including a second heating member mounted on the inner wall itself of the crucible lower surface as the fifth embodiment. The second heating member is driven by a resistance heating method having a heating capacity of 10 kW. The melt mounted inside the crucible contains 40 mol% of chromium and the temperature of the melt is heated to 2273 K. On the other hand, FIG. 10 (b) is Comparative Example 2, which does not include the second heating member, and the conditions except for this are the same as in Example 5.

이러한 실시예 5 및 비교예 2에 대해 결정 성장 속도와 탄소 농도의 최대값을 살펴본 결과, 실시예 5에 따른 결정 성장 속도는 1.05 mm/h이고 탄소 농도의 최대값은 0.063이며, 비교예 2에 따른 결정 성장 속도는 0.205mm/h이고 탄소 농도의 최대값은 0.051임을 나타냈다. 용융액의 온도가 도 9 (a) 내지 도 9 (e) 보다 높은 경우에도, 도가니 중심에 위치하는 용융액의 온도가 도가니 주변에 위치하는 용융액의 온도보다 높은 실시예에 따라 단결정의 성장 속도 및 탄소 농도의 최대값이 우수함을 확인할 수 있었다. As a result of observing the maximum value of the crystal growth rate and carbon concentration for Example 5 and Comparative Example 2, the crystal growth rate according to Example 5 is 1.05 mm / h, the maximum value of the carbon concentration is 0.063, in Comparative Example 2 The resulting crystal growth rate was 0.205 mm / h and the maximum value of the carbon concentration was 0.051. Even if the temperature of the melt is higher than FIGS. 9 (a) to 9 (e), the growth rate and carbon concentration of a single crystal according to an embodiment in which the temperature of the melt located at the center of the crucible is higher than the temperature of the melt located around the crucible It was confirmed that the maximum value of was excellent.

정리하면, 일 실시예에 따라 제1 가열 부재 이외에 제2 가열 부재를 더 포함하는 경우, 용융액의 효과적인 대류가 가능한 바, 단결정의 결정 성장 속도가 향상되고 이로부터 석출되는 단결정의 품질이 우수할 수 있다. In summary, according to an embodiment, when the second heating member is further included in addition to the first heating member, effective convection of the melt is possible, so that the crystal growth rate of the single crystal is improved and the quality of the single crystal precipitated therefrom may be excellent. have.

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: 반응 챔버
210: 종결정
230: 종결정 연결봉
250: 종결정 회전봉
300: 도가니
410: 제1 가열 부재
420: 제2 가열 부재100: reaction chamber
210: seed crystal
230: seed crystal connecting rod
250: seed crystal rotating rod
300: crucible
410: first heating member
420: second heating member

Claims

Crucible,
Silicon carbide seed crystals extending into the crucible,
A first heating member for heating the outer peripheral surface of the crucible, and
It includes at least one second heating member for heating the lower surface of the crucible,
The first heating member and the second heating member include any one of a resistance heating means and an induction heating heating means,
The second heating member is formed in two,
One of the second heating member is mounted inside the lower wall of the crucible,
The other of the second heating member is located while contacting the outside of the lower surface of the crucible,
The two second heating members are located in the center of the crucible so as to overlap each other Single crystal manufacturing apparatus.

In claim 1,
The second heating member is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus located in the center of the crucible.

In claim 1,
The second heating member is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus located on the lower surface inside the crucible.

In claim 1,
The second heating member is a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus mounted on the crucible itself.

In claim 1,
The first heating member and the second heating member are independently driven silicon carbide single crystal manufacturing apparatus.

In claim 1,
An apparatus for manufacturing a single crystal of silicon carbide, wherein a lower surface of the silicon carbide seed crystal and an upper surface of the second heating member face each other.

Preparing a molten raw material in a crucible,
Preparing a melt by heating the outer peripheral surface of the crucible with a first heating member, and
Convecting the melt by heating the lower surface of the crucible with a second heating member,
The first heating member and the second heating member include any one of a resistance heating means and an induction heating heating means,
The second heating member is formed in two,
One of the second heating member is mounted inside the lower wall of the crucible,
The other of the second heating member is located while contacting the outside of the lower surface of the crucible,
The two second heating members are positioned to overlap each other at the center of the crucible.

In claim 7,
The method of manufacturing a single crystal of silicon carbide, wherein the temperature of the molten liquid adjacent to the second heating member is higher than the temperature of the molten liquid adjacent to the first heating member.

In claim 7,
The melt,
A method for producing a single crystal of silicon carbide convecting from the second heating member toward a silicon carbide seed crystal extending into the crucible.

In claim 9,
A method of manufacturing a silicon carbide single crystal in which the silicon carbide seed crystal is brought into contact with the molten liquid in a state in which the center temperature of the lower surface in the crucible is higher than the side temperature in the crucible.

In claim 7,
A method of manufacturing a silicon carbide single crystal in which the temperature of the melt is lowered from the inner center of the crucible toward the outer surface of the crucible.

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