KR102163488B1 - Growth device for single crystal - Google Patents

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Abstract

SiC 단결정 성장 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 단결정 원료 물질이 장입되는 내부 공간이 마련된 도가니, 상기 도가니의 외측에 제공되고, 상기 도가니를 둘러싸는 단열재, 상기 단열재의 외부에 제공되고, 상기 도가니 및 상기 단열재를 둘러싸는 석영관, 종자정이 부착되는 종자정 받침대, 및 상기 석영관 외부에 마련되어 상기 도가니를 가열하기 위한 가열수단을 포함하고, 상기 단열재는 상기 도가니 내부의 온도 분포를 균일하게 제어하기 위한 온도 분포 제어부를 포함한다.Provides a SiC single crystal growth device. According to the present invention, a crucible provided with an inner space into which a single crystal raw material is charged, an insulating material provided outside the crucible, an insulating material surrounding the crucible, a quartz tube provided outside the insulating material, and surrounding the crucible and the insulating material , A seed crystal support to which the seed crystal is attached, and a heating means provided outside the quartz tube for heating the crucible, and the heat insulating material includes a temperature distribution control unit for uniformly controlling a temperature distribution inside the crucible.

Description

SiC 단결정 성장 장치{GROWTH DEVICE FOR SINGLE CRYSTAL}SiC single crystal growth device {GROWTH DEVICE FOR SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 SiC 단결정 성장 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도가열 혹은 저항가열을 통하여 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는데 있어서 온도 구배 문제를 해결하여 성장된 잉곳의 중앙과 가장자리 높이가 같은 고품질 잉곳을 얻을 수 있는 SiC 단결정 성장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a SiC single crystal growth apparatus, and more particularly, by solving the temperature gradient problem in growing a SiC single crystal ingot through induction heating or resistance heating, it is possible to obtain a high-quality ingot having the same center and edge height of the grown ingot. It relates to a SiC single crystal growth device.

대표적인 반도체 소자 재료로 사용된 Si이 물리적 한계를 보이게 됨에 따라, 차세대 반도체 소자 재료로서 SiC, GaN, AlN 및 ZnO 등의 광대역 반도체 재료가 각광을 받고 있다. 여기서, GaN, AlN 및 ZnO 에 비해 SiC는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한, SiC는 4.6W/Cm℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 2인치 이상의 대구경의 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있어, GaN, AlN 및 ZnO 등의 기판에 비해 각광을 받고 있다. As Si used as a representative semiconductor device material has physical limitations, broadband semiconductor materials such as SiC, GaN, AlN, and ZnO are in the spotlight as next-generation semiconductor device materials. Here, compared to GaN, AlN, and ZnO, SiC has excellent thermal stability and excellent oxidation resistance. In addition, SiC has an excellent thermal conductivity of about 4.6W/Cm°C, and has the advantage of being able to be produced as a large-diameter substrate with a diameter of 2 inches or more, and thus has been in the spotlight compared to substrates such as GaN, AlN, and ZnO.

이러한 SiC 결정은 성장온도에 따라 여러 종류로 분류가 되는데 그 중에서 대표적인 SiC로 6H-SiC단결정은 LED소자로, 4H-SiC 단결정은 전력소자로써 쓰이고 있다. 현재 친환경, 전력 손실 절감 차원에서 4H-SiC 단결정 기판을 제작하는 방법이 각광을 받고 있는 추세이다.These SiC crystals are classified into several types according to the growth temperature. Among them, representative SiC, 6H-SiC single crystal is used as an LED device, and 4H-SiC single crystal is used as a power device. Currently, the method of manufacturing a 4H-SiC single crystal substrate is in the spotlight for eco-friendly and power loss reduction.

이러한, 2인치 이상의 4H, 6H-SiC 기판을 제작하기 위해서는 종자정(4H, 6H-SiC)을 종자정 홀더 상에 부착하고, 종자정(4H, 6H-SiC) 상에 4H, 6H-SiC 단결정을 성장시킨다. 이를 위해, 종자정(4H, 6H-SiC)을 접촉되도록 종자정 홀더에 부착시킨다. 그리고, 공정 시간이 경과함에 따라 상기 종자정(4H, 6H-SiC)상에 4H, 6H-SiC 단결정이 성장된다.In order to fabricate such a 4H, 6H-SiC substrate of 2 inches or more, a seed crystal (4H, 6H-SiC) is attached to the seed crystal holder, and a 4H, 6H-SiC single crystal on the seed crystal (4H, 6H-SiC) Grow. To this end, seed crystals (4H, 6H-SiC) are attached to the seed crystal holder so as to be in contact. And, as the process time elapses, 4H and 6H-SiC single crystals are grown on the seed crystals 4H and 6H-SiC.

이렇게 종자정을 이용하여 유도가열 혹은 저항가열 방법으로 단결정을 성장시킬 때, 도가니 내벽부와 도가니 중심부의 온도 편차가 발생하게 되어 성장된 잉곳의 품질에 영향을 미치게 된다. 즉, 종래에는 도가니 윗부분을 감싸고 있는 단열재의 두께가 일정하게 구성되어 있기 때문에, 성장된 잉곳의 중앙과 가장자리의 높이가 달라 오목(concave) 또는 볼록(convex) 형태가 되어 잔류 응력이 존재하게 되는 원인이 되며 추후 가공 공정이나 소자 응용에 문제를 야기하게 되는 문제점이 있었다.
When a single crystal is grown by the induction heating or resistance heating method using the seed crystal, a temperature difference occurs between the inner wall of the crucible and the center of the crucible, which affects the quality of the grown ingot. That is, since the thickness of the insulating material surrounding the upper part of the crucible is conventionally composed of a constant thickness, the height of the center and the edge of the grown ingot are different, resulting in a concave or convex shape, which causes residual stress to exist. As a result, there is a problem that causes a problem in the later processing process or device application.

본 발명은 유도가열 혹은 저항가열을 통하여 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는데 있어서 온도 구배 문제를 해결하여 성장된 잉곳의 중앙과 가장자리 높이가 같은 고품질 잉곳을 얻을 수 있는 SiC 단결정 성장 장치를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a SiC single crystal growing apparatus capable of obtaining a high-quality ingot having the same center and edge height of a grown ingot by solving a temperature gradient problem in growing a SiC single crystal ingot through induction heating or resistance heating.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 단결정 원료 물질이 장입되는 내부 공간이 마련된 도가니,According to an embodiment of the present invention, a crucible provided with an inner space into which a single crystal raw material is charged,

상기 도가니의 외측에 제공되고, 상기 도가니를 둘러싸는 단열재,Insulation provided on the outside of the crucible and surrounding the crucible,

상기 단열재의 외부에 제공되고, 상기 도가니 및 상기 단열재를 둘러싸는 석영관,A quartz tube provided on the outside of the heat insulator and surrounding the crucible and the heat insulator,

종자정이 부착되는 종자정 받침대, 및Seed crystal support to which the seed crystal is attached, and

상기 석영관 외부에 마련되어 상기 도가니를 가열하기 위한 가열수단을 포함하고,It is provided outside the quartz tube and includes a heating means for heating the crucible,

상기 단열재는 상기 도가니 내부의 온도 분포를 균일하게 제어하기 위한 온도 분포 제어부를 포함하는 SiC 단결정 성장 장치가 제공될 수 있다.The heat insulating material may be provided with a SiC single crystal growth apparatus including a temperature distribution control unit for uniformly controlling the temperature distribution inside the crucible.

상기 온도 분포 제어부는 상기 단열재의 일단부에 제공되고, 상기 단열재 일단부 두께를 변화시키기 위한 경사부로 이루어질 수 있다.The temperature distribution control unit may be provided at one end of the heat insulator, and may be formed of an inclined part for changing a thickness of one end of the heat insulator.

상기 경사부는 상기 도가니의 상단부 또는 하단부를 감싸는 상기 단열재의 상단부 또는 하단부에 형성될 수 있다.The inclined portion may be formed at an upper end or a lower end of the insulating material surrounding the upper or lower end of the crucible.

상기 경사부는 상기 도가니의 폭방향 중앙부를 중심으로 상기 도가니의 가장자리로 갈수록 하향 또는 상향 경사지게 형성될 수 있다.The inclined portion may be formed to be inclined downward or upward toward an edge of the crucible with a center portion in the width direction of the crucible as a center.

상기 가열수단은 상기 석영관 외부에 마련되며, 유도 가열 방식 또는 저항 가열 방식이 이용될 수 있다.
The heating means is provided outside the quartz tube, and an induction heating method or a resistance heating method may be used.

본 실시예에 따르면, 도가니내의 온도 분포를 효과적으로 제어함으로써, 단결정 원료인 SiC 분말의 승화가 가장자리뿐만 아니라 중심부에서도 활발하게 일어날 수 있고, 종자정 부근의 온도도 도가니의 수평 방향으로 일정하게 되고, 중앙부가 볼록하거나 오목하지 않은 평평한 잉곳을 성장시킬 수 있으며, 따라서, 고품질의 단결정을 구현할 수 있다.
According to this embodiment, by effectively controlling the temperature distribution in the crucible, sublimation of the SiC powder, which is a single crystal raw material, can occur actively not only at the edge but also at the center, and the temperature near the seed crystal is also constant in the horizontal direction of the crucible, and It is possible to grow a flat ingot that is not convex or concave, and thus, a high-quality single crystal can be realized.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SiC 단결정 성장 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도가니 중심부에서의 단열재의 두께와 도가니 가장자리에서의 단열재의 두께에 따른 성장된 단결정 잉곳의 평탄도를 나타낸 사진이다.
도 3은 도가니 중심부에서의 단열재의 두께와 도가니 가장자리에서의 단열재의 두께에 따른 성장된 단결정 잉곳의 평탄도를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view of a SiC single crystal growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing the flatness of the grown single crystal ingot according to the thickness of the insulating material at the center of the crucible and the thickness of the insulating material at the edge of the crucible.
3 is a graph showing the flatness of the grown single crystal ingot according to the thickness of the insulating material at the center of the crucible and the thickness of the insulating material at the edge of the crucible.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. As those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be easily understood, the embodiments to be described later may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. As far as possible, the same or similar parts are indicated using the same reference numerals in the drawings.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used below is only for referring to specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. Singular forms as used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. As used in the specification, the meaning of “comprising” specifies a specific characteristic, region, integer, step, action, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, action, element, component and/or group It does not exclude the existence or addition of

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used below have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal meaning unless defined.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SiC 단결정 성장 장치의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a SiC single crystal growing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SiC 단결정 성장 장치는, Referring to Figure 1, the SiC single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention,

단결정 원료 물질(100)이 장입되는 내부 공간이 마련된 도가니(200),Crucible 200 provided with an inner space into which the single crystal raw material 100 is charged,

상기 도가니(200)의 외측에 제공되고, 상기 도가니(200)를 둘러싸는 단열재(300),An insulating material 300 provided outside the crucible 200 and surrounding the crucible 200,

상기 단열재의 외부에 제공되고, 상기 도가니(200) 및 상기 단열재를 둘러싸는 석영관(400),A quartz tube 400 provided outside the insulating material and surrounding the crucible 200 and the insulating material,

종자정(500)이 부착되는 종자정 받침대(600), 및Seed crystal support 600 to which the seed crystal 500 is attached, and

상기 석영관(400) 외부에 마련되어 상기 도가니(200)를 가열하기 위한 가열수단(700)을 포함한다.It is provided outside the quartz tube 400 and includes a heating means 700 for heating the crucible 200.

상기 도가니(200)는 SiC의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 제작되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 흑연으로 제작되거나 흑연 재질 상에 SiC의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질이 도포될 수도 있다. 여기서, 흑연 재질 상에 도포되는 물질은 SiC 단결정이 성장되는 온도에서 실리콘 및 수소에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. The crucible 200 is preferably made of a material having a melting point equal to or higher than the sublimation temperature of SiC. For example, it may be made of graphite or a material having a melting point equal to or higher than the sublimation temperature of SiC may be applied on the graphite material. Here, it is preferable to use a material that is chemically inert to silicon and hydrogen at a temperature at which the SiC single crystal is grown as the material applied on the graphite material.

예를 들어, 금속 탄화물로는 금속 질화물을 이용할 수 있으며, 특히 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V과 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합물과 탄소가 이루는 탄화물과, Ta, Hf, Nb, Zr, W, V과 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합물과 질소가 이루는 질화물을 이용할 수 있다. 또한, 이러한 도가니(200) 내에는 원료 물질(100)이 장입되는데, 상기 원료 물질(100)은 분말 형태인 것이 바람직하다.For example, a metal nitride may be used as the metal carbide, and in particular, Ta, Hf, Nb, Zr, W, V, a mixture of at least two or more of them, a carbide formed by carbon, and Ta, Hf, Nb, Zr, W , V, a mixture of at least two or more of these, and a nitride formed by nitrogen may be used. In addition, a raw material 100 is charged into the crucible 200, and the raw material 100 is preferably in a powder form.

상기 단열재(300) 상기 도가니(200) 외부에 마련되며, 도가니(200)의 온도를 결정 성장 온도로 유지하도록 한다. 이 때, SiC의 결정 성장 온도가 매우 높기 때문에, 흑연 섬유를 압착시켜 일정 두께의 관상 원통형으로 제작된 흑연 펠트를 단열재(300)로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단열재(300)는 복수의 층으로 형성되어 도가니(200)를 둘러쌀 수도 있다.The insulating material 300 is provided outside the crucible 200 and maintains the temperature of the crucible 200 as a crystal growth temperature. At this time, since the crystal growth temperature of SiC is very high, it is preferable to use a graphite felt made into a tubular cylinder having a predetermined thickness by compressing graphite fibers as the heat insulating material 300. In addition, the insulating material 300 may be formed in a plurality of layers to surround the crucible 200.

또한, 상기 단열재(300)는 상기 도가니(200) 내부의 온도 분포를 균일하게 제어하기 위한 온도 분포 제어부를 포함할 수 있다.In addition, the heat insulating material 300 may include a temperature distribution control unit for uniformly controlling the temperature distribution inside the crucible 200.

상기 온도 분포 제어부는 상기 단열재(300)의 일단부에 제공되고, 상기 도가니(200) 내부의 중앙부와 가장자리의 온도 분포가 동일하게 될 수 있도록 상기 단열재(300)의 일단부 두께를 변화시키기 위한 경사부(310, 320)로 이루어질 수 있다.The temperature distribution control unit is provided at one end of the heat insulator 300, and a slope for changing the thickness of one end of the heat insulator 300 so that the temperature distribution of the central part and the edge of the crucible 200 is the same It may be formed of parts 310 and 320.

상기 경사부(310, 320)는 상기 도가니(200)의 내부에서 상기 도가니(200)의 폭방향으로 발생되는 열 구배가 없도록 상기 도가니(200)의 상단부 또는 하단부를 감싸는 상기 단열재(300)의 상단부 또는 하단부에 형성될 수 있다.The inclined portions 310 and 320 are the upper end of the insulating material 300 surrounding the upper or lower end of the crucible 200 so that there is no thermal gradient generated in the width direction of the crucible 200 inside the crucible 200 Or it may be formed at the lower end.

여기서, 상기 단열재(300)의 상단부는 종자정이 위치한 상기 도가니(200)의 상단부를 감싸고 있으며, 상기 단열재(300)의 하단부는 단결정 원료 물질(100)이 장입되는 상기 도가니(200)의 하단부를 감싸고 있다.Here, the upper end of the insulating material 300 surrounds the upper end of the crucible 200 where the seed crystal is located, and the lower end of the insulating material 300 surrounds the lower end of the crucible 200 into which the single crystal raw material 100 is charged. have.

상기 경사부(310)는 상기 도가니(200)의 폭방향 중앙부로 갈수록 상기 단열재(300)의 두께를 두껍게 형성할 수 있도록 상기 도가니(200)의 폭방향 중앙부를 중심으로 상기 도가니(200)의 가장자리로 갈수록 하향 경사지게 형성될 수 있다.The inclined portion 310 is the edge of the crucible 200 around the central portion in the width direction of the crucible 200 so that the thickness of the insulating material 300 becomes thicker toward the central portion in the width direction of the crucible 200. It can be formed to be inclined downward as it goes to.

또한, 상기 경사부(320)는 상기 도가니(200)의 폭방향 중앙부로 갈수록 상기 단열재(300)의 두께를 두껍게 형성할 수 있도록 상기 도가니(200)의 폭방향 중앙부를 중심으로 상기 도가니(200)의 가장자리로 갈수록 상향 경사지게 형성될 수 있다.In addition, the inclined portion 320 is the crucible 200 around the central portion in the width direction of the crucible 200 so that the thickness of the insulating material 300 becomes thicker toward the central portion in the width direction of the crucible 200. It may be formed to be inclined upward toward the edge of.

상기 경사부(310, 320)의 하향 또는 상향 경사 각도는 상기 도가니(200) 내부에서 상기 도가니(200)의 폭방향으로 발생되는 열 구배가 없도록 상기 도가니(200)의 폭방향을 기준으로 일정한 각도로 형성될 수 있다.The downward or upward inclination angle of the inclined portions 310 and 320 is a constant angle based on the width direction of the crucible 200 so that there is no thermal gradient generated inside the crucible 200 in the width direction of the crucible 200 Can be formed as

상기 종자정 받침대(600)는 종자정(500)을 지지하는 수단으로써, 고밀도의 흑연을 이용하여 제작된다. 그리고, 상기 종자정(500)이 부착된 종자정 받침대(600)를 도가니(200) 내의 상부에 장착하여, 상기 종자정(600) 상에 단결정을 형성한다.The seed crystal pedestal 600 is a means for supporting the seed crystal 500 and is manufactured using high-density graphite. In addition, a single crystal is formed on the seed crystal 600 by mounting the seed crystal support 600 to which the seed crystal 500 is attached to the upper part of the crucible 200.

상기 가열수단(700)은 상기 석영관(400) 외부에 마련되며, 유도 가열 방식 또는 저항 가열 방식이 이용될 수 있다. 예컨대, 유도 가열 방식의 경우, 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 도가니(200)를 가열하고, 원료 물질(100)을 원하는 온도로 가열한다.The heating means 700 is provided outside the quartz tube 400, and an induction heating method or a resistance heating method may be used. For example, in the case of the induction heating method, the crucible 200 is heated by flowing a high-frequency current through a high-frequency induction coil, and the raw material 100 is heated to a desired temperature.

하기에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SiC 단결정 성장 장치의 작동을 설명한다. 본 실시예에서는 물리적 기상 이송법(PVT: Physical Vapor Transport)을 이용하여 종자정(500) 상에 예컨대, 4H 또는 6H-SiC로 이루어진 SiC 단결정을 성장시킨다. 이를 위해 먼저, SiC로 이루어진 종자정(500)을 마련하고, 접착제를 이용하여 종자정(500)을 종자정 받침대(600)에 부착한다. Hereinafter, the operation of the SiC single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. In this embodiment, a SiC single crystal made of, for example, 4H or 6H-SiC is grown on the seed crystal 500 by using a physical vapor transport method (PVT). To this end, first, a seed crystal 500 made of SiC is prepared, and the seed crystal 500 is attached to the seed crystal support 600 using an adhesive.

이 때, 상기 종자정(500)의 일면이 성장면이 되도록 종자정 받침대(600)에 부착하는 것이 바람직하다. 물론, 이에 한정되지 않고 상기 종자정(500)의 다른 면이 성장면이 되도록 종자정 받침대(600)에 부착할 수 있다.At this time, it is preferable to attach to the seed crystal pedestal 600 so that one side of the seed crystal 500 becomes a growth surface. Of course, the present invention is not limited thereto and may be attached to the seed crystal pedestal 600 so that the other surface of the seed crystal 500 becomes a growth surface.

이어서, 상기 종자정(500)이 부착된 종자정 받침대(600)를 단결정 성장 장치 내로 인입시키고, 이를 상기 도가니(200) 내부 상부에 장착한다. 이 때, 상기 종자정 받침대(600)에 부착된 종자정(500)의 성장면이 상기 도가니(200) 내부 상측에 배치되도록 하는 것이 바람직하다. Subsequently, the seed crystal pedestal 600 to which the seed crystal 500 is attached is introduced into a single crystal growing apparatus, and it is mounted on the inside of the crucible 200. In this case, it is preferable that the growth surface of the seed crystal 500 attached to the seed crystal support 600 is disposed above the inside of the crucible 200.

본 실시예에서는 상기 종자정(500)의 일면이 상기 도가니(200)의 내부 상측에 대응 배치되도록 한다. 그리고, 도가니(200)의 내부에 SiC 파우더와 Si 파우더가 혼합된 실시예에 따른 원료 물질을 장입한다. 이어서, 예컨대, 1300℃ 내지 1500℃의 온도와 진공압력으로 예컨대, 2 시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니(200)에 포함된 불순물을 제거한다. 이후, 불활성 가스 예를 들어, 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 상기 도가니(200) 내부 및 상기 도가니(200)와 상기 단열재(300) 사이에 남아있는 공기를 제거한다. 이어서, 압력을 대기압으로 높인 후, 상기 가열수단(700)을 이용하여 도가니(200)를 예컨대, 2000℃ 내지 2300℃의 온도로 가열한다. 본 실시예에서는 가열수단(700)의 재질은 흑연이다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정 다형의 발생을 방지하기 위함이다. 즉, 먼저 대기압을 유지하며 원료물질을 성장 온도까지 승온시킨다. 그리고, 성장장치 내부를 10 torr 내지 20 torr 으로 감압하여 성장 압력을 유지시키면서, 단결정 원료물질을 승화시켜 단결정을 성장시킨다. In this embodiment, one surface of the seed crystal 500 is disposed to correspond to the inner upper side of the crucible 200. Then, a raw material according to an embodiment in which SiC powder and Si powder are mixed is charged into the crucible 200. Subsequently, the impurities contained in the crucible 200 are removed by heating for, for example, 2 to 3 hours at a temperature of 1300°C to 1500°C and a vacuum pressure. Thereafter, an inert gas, for example, argon (Ar) gas is injected to remove air remaining in the crucible 200 and between the crucible 200 and the heat insulating material 300. Then, after raising the pressure to atmospheric pressure, the crucible 200 is heated to a temperature of, for example, 2000° C. to 2300° C. using the heating means 700. In this embodiment, the material of the heating means 700 is graphite. Here, the reason for maintaining the atmospheric pressure is to prevent the occurrence of undesired crystal polymorphism at the beginning of crystal growth. That is, first, the atmospheric pressure is maintained and the raw material is heated to the growth temperature. And, while maintaining the growth pressure by decompressing the inside of the growth apparatus to 10 torr to 20 torr, the single crystal raw material is sublimated to grow the single crystal.

이 때, 상기 단열재(300)는 상기 도가니(200) 내부의 온도 분포를 균일하게 제어하기 위한 온도 분포 제어부를 포함하고, 상기 온도 분포 제어부는 상기 단열재(300)의 일단부에 제공되고, 상기 단열재(300)의 일단부 두께를 변화시키기 위한 경사부(310, 320)로 이루어지고, 상기 경사부(310, 320)는 상기 도가니(200)의 상단부 또는 하단부를 감싸는 상기 단열재(300)의 상단부 또는 하단부에 형성되어 있다.In this case, the heat insulating material 300 includes a temperature distribution control unit for uniformly controlling the temperature distribution inside the crucible 200, and the temperature distribution control unit is provided at one end of the heat insulating material 300, and the heat insulating material Consisting of inclined portions 310 and 320 for changing the thickness of one end portion of 300, the inclined portions 310 and 320 are the upper end of the insulating material 300 surrounding the upper or lower end of the crucible 200 or It is formed in the lower part.

또한, 상기 경사부(310)는 상기 도가니(200)의 폭방향 중앙부로 갈수록 상기 단열재(300)의 두께를 두껍게 형성할 수 있도록 상기 도가니(200)의 폭방향 중앙부를 중심으로 상기 도가니(200)의 가장자리로 갈수록 일정한 각도 하향 경사지게 형성되고, 상기 경사부(320)는 상기 도가니(200)의 폭방향 중앙부로 갈수록 상기 단열재(300)의 두께를 두껍게 형성할 수 있도록 상기 도가니(200)의 폭방향 중앙부를 중심으로 상기 도가니(200)의 가장자리로 갈수록 일정한 각도 상향 경사지게 형성되어 있으므로, 상기 도가니(200) 내부의 중앙부와 가장자리의 온도 분포가 동일하게 될 수 있게 되며, 이에 따라, 상기 도가니(200)의 내부에서 상기 도가니(200)의 폭방향으로 발생되는 열 구배가 없게 되거나 최소화된다.
In addition, the inclined portion 310 is the crucible 200 centering on the central portion in the width direction of the crucible 200 so that the thickness of the insulating material 300 is thickened toward the central portion in the width direction of the crucible 200. The inclined portion 320 is formed to be inclined downward by a certain angle toward the edge of the crucible 200 in the width direction of the crucible 200 so as to form a thicker thickness of the insulating material 300 toward the central portion in the width direction of the crucible 200. Since the central portion is formed to be inclined upward by a certain angle toward the edge of the crucible 200, the temperature distribution of the central portion and the edge of the inside of the crucible 200 can be the same, and accordingly, the crucible 200 The thermal gradient generated in the width direction of the crucible 200 in the inside of the crucible is not or is minimized.

또한, 도 2는 도가니 중심부에서의 단열재의 두께와 도가니 가장자리에서의 단열재의 두께에 따른 성장된 단결정 잉곳의 평탄도를 나타낸 사진이고, 도 3은 도가니 중심부에서의 단열재의 두께와 도가니 가장자리에서의 단열재의 두께에 따른 성장된 단결정 잉곳의 평탄도를 나타낸 그래프이다.In addition, FIG. 2 is a photograph showing the flatness of the grown single crystal ingot according to the thickness of the insulation material at the center of the crucible and the thickness of the insulation material at the edge of the crucible, and FIG. 3 is the thickness of the insulation material at the center of the crucible and the insulation material at the edge of the crucible It is a graph showing the flatness of the grown single crystal ingot according to the thickness of.

[실시예][Example]

단열재 두께의 비(a/b)를 1.2로 하였을 때, 성장된 단결정 잉곳의 평탄도(c/d)가 1.03으로 나타났다. 여기서, a는 도가니 중심부에서의 단열재 두께이며, b는 도가니 가장자리에서의 단열재 두께이며, 또한, c는 잉곳 중심부 높이이고, d는 잉곳 가장자리 높이이다. 따라서, 종자정 부근의 열구배를 도가니의 수평방향으로 최소화한 결과라 할 수 있다(도 2, 도 3 참조).When the ratio (a/b) of the thickness of the insulation material was set to 1.2, the flatness (c/d) of the grown single crystal ingot was 1.03. Here, a is the thickness of the insulation material at the center of the crucible, b is the thickness of the insulation material at the edge of the crucible, c is the height of the center of the ingot, and d is the height of the edge of the ingot. Therefore, it can be said that the result of minimizing the thermal gradient in the vicinity of the seed crystal in the horizontal direction of the crucible (see FIGS. 2 and 3).

[비교예][Comparative Example]

이에 비하여, 단열재 두께의 비(a/b)가 각각 1, 0.8일 경우는 성장된 단결정 잉곳의 평탄도(c/d)가 각각 1.2, 1.5로 확인되었으며, 이 결과는 도가니 내부 종자정 부근의 열구배가 큰 것에 기인한다(도 2, 도 33 참조).
In contrast, when the ratio (a/b) of the thickness of the insulation material was 1 and 0.8, the flatness (c/d) of the grown single crystal ingot was confirmed to be 1.2 and 1.5, respectively, and this result was found in the vicinity of the seed crystal inside the crucible. This is due to the large thermal gradient (see Figs. 2 and 33).

100: 단결정 원료 물질 200: 도가니
300: 단열재 310, 320: 경사부
400: 석영관 500: 종자정
600: 종자정 받침대 700: 가열수단100: single crystal raw material 200: crucible
300: insulation 310, 320: slope
400: quartz tube 500: seed crystal
600: seed crystal support 700: heating means

Claims (5)

단결정 원료 물질이 장입되는 내부 공간이 마련된 도가니,
상기 도가니의 외측에 제공되고, 상기 도가니를 둘러싸는 단열재,
상기 단열재의 외부에 제공되고, 상기 도가니 및 상기 단열재를 둘러싸는 석영관,
종자정이 부착되는 종자정 받침대, 및
상기 석영관 외부에 마련되어 상기 도가니를 가열하기 위한 가열수단
을 포함하고,
상기 단열재는 상기 도가니 내부의 온도 분포를 균일하게 제어하기 위한 온도 분포 제어부를 포함하고,
상기 온도 분포 제어부는 상기 단열재의 일단부에 제공되고, 상기 단열재 일단부 두께를 변화시키기 위한 경사부로 이루어지는 SiC 단결정 성장 장치.A crucible with an internal space for charging single crystal raw materials,
Insulation provided on the outside of the crucible and surrounding the crucible,
A quartz tube provided on the outside of the heat insulator and surrounding the crucible and the heat insulator,
Seed crystal support to which the seed crystal is attached, and
Heating means provided outside the quartz tube to heat the crucible
Including,
The heat insulating material includes a temperature distribution control unit for uniformly controlling the temperature distribution inside the crucible,
The temperature distribution control unit is provided at one end of the heat insulating material, SiC single crystal growing apparatus comprising an inclined portion for changing the thickness of the end portion of the heat insulating material. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 경사부는 상기 도가니의 상단부 또는 하단부를 감싸는 상기 단열재의 상단부 또는 하단부에 형성되는 SiC 단결정 성장 장치.The method of claim 1,
The inclined portion is a SiC single crystal growing apparatus formed on the upper end or lower end of the insulating material surrounding the upper or lower end of the crucible. 제3항에 있어서,
상기 경사부는 상기 도가니의 폭방향 중앙부를 중심으로 상기 도가니의 가장자리로 갈수록 하향 또는 상향 경사지게 형성되는 SiC 단결정 성장 장치.The method of claim 3,
The inclined portion is formed to be inclined downward or upward toward an edge of the crucible with a center portion in the width direction of the crucible as a center. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열수단은 상기 석영관 외부에 마련되며, 유도 가열 방식 또는 저항 가열 방식이 이용되는 SiC 단결정 성장 장치.
The method according to any one of claims 1, 3 and 4,
The heating means is provided outside the quartz tube, an induction heating method or a resistance heating method is used.
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