KR102413658B1 - A Device for Single Crystal Ingot Growth and Its Growth Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단결정 잉곳 성장장치 및 성장방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 용액 성장법으로서, 대기압보다 낮은 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기를 조성하는 성장분위기조성과정; 및 성장분위기조성과정에서 성장압력으로 조성된 단원자분자 기체의 분위기에서 단결정 잉곳을 성장시키는 성장과정;을 포함하므로 결정질이 향상된 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있는 기술이 개시된다. The present invention relates to a single crystal ingot growth apparatus and a growth method. According to the present invention, there is provided a solution growth method, comprising: a process of creating a growth atmosphere for creating an atmosphere of monoatomic molecular gas at a growth pressure lower than atmospheric pressure; and a growth process of growing a single crystal ingot in an atmosphere of a monoatomic molecular gas created by a growth pressure in the process of creating a growth atmosphere.
Description
본 발명은 단결정 잉곳 성장장치 및 성장방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크레이터 또는 공극으로 인한 결함발생이 억제된 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있는 단결정 잉곳 성장장치 및 성장방법이다. The present invention relates to a single crystal ingot growing apparatus and a method for growing, and more particularly, to a single crystal ingot growing apparatus and method capable of growing a single crystal ingot in which the occurrence of defects due to craters or voids is suppressed.
실리콘카바이드와 같은 반도체 단결정은 열적, 화학적으로 매우 안정적이고, 기계적 강도가 우수하고, 방사선에 강하고, 실리콘 단결정에 비하여 절연파괴전압이나 열전도율이 높으며 우수한 물성을 갖는다. A semiconductor single crystal such as silicon carbide is thermally and chemically very stable, has excellent mechanical strength, is strong against radiation, has a higher breakdown voltage and thermal conductivity than silicon single crystal, and has excellent properties.
따라서 실리콘 단결정이나, 비소화갈륨 단결정 등의 기존의 반도체 재료에서는 실현할 수 없는 고출력, 고주파, 내전압, 내환경성 등을 실현하는 것이 가능하며, 대전력 제어나 에너지 절약을 가능하게 하는 파워 디바이스 재료, 고속 대용량 정보 통신용 디바이스 재료, 차재용 고온 디바이스 재료, 내방사선 디바이스 재료 등과 같이 넓은 범위에 있어서 차세대 반도체 재료로서 기대가 높아지고 있다.Therefore, it is possible to realize high output, high frequency, withstand voltage, environmental resistance, etc. that cannot be realized with conventional semiconductor materials such as silicon single crystal and gallium arsenide single crystal. Expectations are increasing as next-generation semiconductor materials in a wide range such as high-capacity information communication device materials, vehicle-mounted high-temperature device materials, radiation-resistant device materials, and the like.
실리콘카바이드와 같은 단결정의 잉곳을 성장시키는 방법으로서, 물리적기상증착법, 고온화학적기상증착법 그리고 용액성장법 등이 있다. 이 중에서 용액성장법은 용액상의 열적평형상태를 이용하여 고순도, 저결함 단결정 잉곳을 형성시키는 단결정 성장기법으로서 이에 관련하여 많은 연구가 이루어지고 있다. As a method of growing a single crystal ingot such as silicon carbide, there are a physical vapor deposition method, a high temperature chemical vapor deposition method, and a solution growth method. Among them, the solution growth method is a single crystal growth method that forms a high-purity, low-defect single crystal ingot using the thermal equilibrium state of the solution phase, and many studies are being conducted in this regard.
용액공정법으로 탄화규소 단결정 잉곳을 성장시키려면 도가니에 실리콘 원료를 배치시키고 고온에서 실리콘원료를 용융시킨 뒤 탄소가 용해될 수 있도록 고온환경을 일정하게 유지해야 한다. 이 과정에서 용융실리콘 내부로 용해되는 각종 기체분자로 인하여 기포가 발생하고, 이와 같이 발생한 기포로 인하여 실리콘카바이드 단결정 잉곳의 내부에 크레이터 또는 공극결함이 발생된다. In order to grow a silicon carbide single crystal ingot by a solution process method, a silicon raw material is placed in a crucible, the silicon raw material is melted at a high temperature, and then a high temperature environment must be constantly maintained so that carbon can be dissolved. In this process, bubbles are generated due to various gas molecules dissolved into the molten silicon, and craters or void defects are generated inside the silicon carbide single crystal ingot due to the bubbles generated in this way.
따라서 이러한 크레이터 또는 공극 발생으로 인한 단결정 잉곳의 결함발생을 억제시킬 수 있는 단결정 잉곳 성장기술이 요구되고 있었다. Therefore, there has been a demand for a single crystal ingot growth technology capable of suppressing the occurrence of defects in the single crystal ingot due to the occurrence of such craters or voids.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 크레이터 또는 공극으로 인한 결함발생이 억제된 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있는 단결정 잉곳 성장장치 및 성장방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and to provide a single crystal ingot growing apparatus and a method for growing a single crystal ingot in which the occurrence of defects due to craters or voids is suppressed.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치는, 단원자분자기체를 제공하는 기체공급부; 상기 기체공급부로부터 주입되는 상기 단원자분자 기체의 분위기가 대기압보다 낮은 압력으로 조성되는 내부공간이 마련된 챔버부; 상기 내부공간으로부터 유체를 배기하는 진공펌프부; 상기 내부공간에 배치되고, 상기 내부공간과 선택적으로 연통되어 대기압보다 낮은 성장압력으로 조성되는 상기 단원자분자 기체의 분위기에서 단결정의 잉곳이 성장되는 성장공간을 형성하는 단열하우징부; 상기 단결정 잉곳의 원료를 수용하며, 상기 성장공간 내에 배치되는 도가니부; 상기 단결정 잉곳의 원료가 용융되어 단결정 용융액이 생성되도록 상기 도가니부 측으로 열을 공급하는 가열부; 및 상기 도가니부에서 생성된 상기 단결정 용융액으로부터 상기 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 시드가 하측단에 장착되고, 상기 단열하우징부의 상측에 형성된 개구를 통해 상향 또는 하향이동될 수 있는 성장축부;를 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.A single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a gas supply unit for providing a monoatomic molecular gas; a chamber unit provided with an internal space in which an atmosphere of the monoatomic molecular gas injected from the gas supply unit is created at a pressure lower than atmospheric pressure; a vacuum pump unit for exhausting the fluid from the inner space; an insulating housing portion disposed in the inner space and selectively communicating with the inner space to form a growth space in which a single crystal ingot is grown in the atmosphere of the monoatomic molecular gas formed at a growth pressure lower than atmospheric pressure; a crucible unit accommodating the raw material of the single crystal ingot and disposed in the growth space; a heating unit supplying heat to the crucible unit so that the raw material of the single crystal ingot is melted to generate a single crystal melt; And a seed for growing the single-crystal ingot from the single-crystal melt generated in the crucible part is mounted on the lower end, and a growth shaft part that can be moved upwardly or downwardly through an opening formed on the upper side of the heat-insulating housing part; It can also be used as a feature.
여기서, 상기 단열하우징부의 소재는 다공질의 단열펠트(felt)인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the material of the heat insulating housing part may be a porous heat insulating felt (felt) as another feature.
여기서, 상기 성장축부에 연결되어 선택적으로 연동될 수 있으며, 상기 성장축부를 따라 회전하면서 상향 또는 하향으로 이동하여 상기 단열하우징부에 형성된 상기 개구를 개방 또는 폐쇄하는 개폐부; 및 상기 성장축부를 따르는 상기 개폐부의 회전을 선택적으로 단속할 수 있는 개폐단속부;를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, an opening/closing part connected to the growth shaft part and selectively interlocked, moving upward or downward while rotating along the growth shaft part to open or close the opening formed in the heat insulation housing part; and an opening/closing intermittent unit capable of selectively intermittently intermittent rotation of the opening/closing unit along the growth shaft unit.
여기서, 상기 성장공간에서 상기 도가니부와 상기 개구 사이의 공간에 배치되며, 상기 성장축이 상향 또는 하향 이동될 수 있는 관통홀이 형성된 단열플레이트부;를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, it may be further characterized by further comprising a; it is disposed in the space between the crucible part and the opening in the growth space, and has a through hole through which the growth axis can move upward or downward. .
여기서, 상기 개폐부는 흑연재질로 이루어진 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the opening and closing part may be made of a graphite material as another feature.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳성장방법은 용액 성장법으로서, 대기압보다 낮은 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기를 조성하는 성장분위기조성과정; 및 상기 성장분위기조성과정에서 상기 성장압력으로 조성된 상기 단원자분자 기체의 분위기에서 단결정 잉곳을 성장시키는 성장과정; 을 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.A single crystal ingot growth method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a solution growth method, comprising: a growth atmosphere forming process of creating an atmosphere of monoatomic molecular gas at a growth pressure lower than atmospheric pressure; and a growth process of growing a single crystal ingot in the atmosphere of the monoatomic molecular gas created by the growth pressure in the process of creating the growth atmosphere; It may be characterized as one of including.
여기서, 상기 단원자분자는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및 라돈 중 어느 하나인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the monoatomic molecule may be any one of helium, neon, argon, krypton, xenon, and radon as another feature.
여기서, 상기 성장압력은 300 Torr 이하의 압력인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the growth pressure may be further characterized as a pressure of 300 Torr or less.
여기서, 상기 성장과정에서 성장된 상기 단결정의 잉곳을 상기 성장압력으로 조성된 상기 단원자분자 기체의 분위기에서 냉각시키는 냉각과정;을 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, it may further include a cooling process of cooling the single-crystal ingot grown in the growth process in the atmosphere of the monoatomic molecular gas formed at the growth pressure.
상기 성장분위기조성과정은, 상기 단결정 잉곳의 원료가 수용된 도가니부가 배치된 단열하우징부 내의 성장공간에 대하여 소정의 진공도로 진공상태를 조성시키는 준비과정; 및 상기 준비과정에서 진공상태가 조성된 상기 단열하우징부 내의 상기 성장공간에 상기 단원자분자 기체를 주입하여 상기 단열하우징부 내에서 상기 성장압력으로 상기 단원자분자 기체의 분위기를 조성하는 압력조정과정; 을 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.The process of creating a growth atmosphere may include: a preparation process of creating a vacuum state at a predetermined vacuum degree with respect to the growth space in the heat-insulating housing part in which the crucible part in which the raw material of the single crystal ingot is accommodated; and a pressure adjustment process of injecting the monoatomic molecular gas into the growth space in the heat insulating housing part where a vacuum is created in the preparation process to create an atmosphere of the monoatomic molecular gas with the growth pressure in the heat insulating housing part ; It may be characterized as another feature to include.
여기서, 챔버부의 내부공간에 배치된 상기 단열하우징부의 상기 성장공간과 상기 내부공간이 선택적으로 연통되며, 상기 챔버부와 연결된 기체공급부로부터 상기 단원자분자가 상기 내부공간과 상기 성장공간에 주입되고, 상기 내부공간에 연통된 진공펌프부가 상기 내부공간 상의 유체를 배기시키는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the growth space and the inner space of the heat insulating housing disposed in the inner space of the chamber part selectively communicate with each other, and the monoatomic molecules are injected into the inner space and the growth space from a gas supply unit connected to the chamber part, Another feature may be that the vacuum pump unit communicating with the inner space exhausts the fluid on the inner space.
여기서, 상기 압력조정과정에서 상기 성장압력으로 상기 단원자분자 기체의 분위기가 조성된 상기 단열하우징부 내의 상기 도가니부로 열을 공급하여 상기 단결정 잉곳의 원료를 용융시켜서 단결정 용융액을 생성시키는 용융과정;을 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, in the pressure adjustment process, heat is supplied to the crucible part in the heat insulating housing part where the atmosphere of the monoatomic molecular gas is created with the growth pressure to melt the raw material of the single crystal ingot to produce a single crystal melt; a melting process; It may be further included as another feature.
여기서, 상기 도가니부로 열을 공급하는 동안 선택적으로 상기 단열하우징부의 개구가 개방되거나 폐쇄되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, it may be further characterized in that the opening of the insulating housing part is selectively opened or closed while the heat is supplied to the crucible part.
여기서, 상기 성장과정에서 상기 단결정 잉곳은, 상기 단결정의 용융액에 상기 단결정의 시드(seed)를 접촉시키고 상기 단결정의 시드를 일방향으로 이동시킴에 따라 성장되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, in the growing process, the single crystal ingot is grown by contacting the single crystal seed with the molten solution of the single crystal and moving the single crystal seed in one direction.
여기서, 상기 단결정 잉곳이 성장되는 동안 상기 성장공간 내의 압력이 상기 성장압력으로 유지되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, while the single crystal ingot is grown, the pressure in the growth space may be maintained as the growth pressure as another feature.
본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치 및 성장방법에 따르면, 대기압보다 낮은 성장압력에서 단결정 잉곳을 성장시키므로 단결정 용융액으로 용해되는 기체분자 밀도에 따라 성장된 단결정 잉곳의 전기적 특성이 달라지게 되는 문제의 발생이 억제되며, 용융액 내부로 용해되어 종자결정 표면에 기포 형태로 흡착되어 결정성장을 방해하는 현상이 억제되므로 잉곳 내부에 공극 결함의 발생이 억제되고, 표면에 나타나는 크레이터 결함의 발생 또한 억제된다. According to the single crystal ingot growth apparatus and growth method according to an embodiment of the present invention, since the single crystal ingot is grown at a growth pressure lower than atmospheric pressure, the electrical characteristics of the grown single crystal ingot are different depending on the density of gas molecules dissolved into the single crystal melt. The generation of void defects is suppressed and the occurrence of void defects inside the ingot is suppressed, and the occurrence of crater defects appearing on the surface is also suppressed because it is dissolved into the melt and adsorbed to the surface of the seed crystal in the form of bubbles to prevent crystal growth. .
따라서, 크레이터 결함 또는 공극 결함의 발생률이 대폭 감소되어 성장된 단결정 잉곳에서 결정질이 저하가 예방됨은 물론이고 단결정 잉곳 결정질이 향상된다. 또한 대기압 보다 낮은 단원자분자기체의 분위기 속에서 단결정 잉곳을 성장시키기 때문에 종래와 달리 단결정 잉곳의 전기적 특성이 변화되는 문제 또한 억제되어 고품질의 단결정 잉곳이 성장될 수 있다. Accordingly, the occurrence rate of crater defects or void defects is significantly reduced to prevent deterioration of crystallinity in the grown single crystal ingot and improve single crystal ingot crystallinity. In addition, since the single crystal ingot is grown in an atmosphere of a monoatomic molecular gas lower than atmospheric pressure, the problem of changing the electrical characteristics of the single crystal ingot is also suppressed, unlike in the prior art, so that a high quality single crystal ingot can be grown.
그리고, 챔버의 내부공간과 단열하우징의 성장공간이 서로 구분되지만 선택적으로 연통되고, 챔버 내측에 단열하우징이 배치되고 연통가능한 이중적 구조를 갖추고 있으므로 장시간 동안 일정한 수준의 온도구배 유지가 가능하고 단열하우징 내 성장공간에서 단결정 잉곳이 성장되는 동안 대기압보다도 낮은 저압상태를 꾸준히 유지할 수가 있으므로 크레이터 또는 공극으로 인한 결함발생이 억제되어 성장된 단결정 잉곳의 결정질이 향상되는 효과가 있다. In addition, the internal space of the chamber and the growth space of the insulated housing are separated from each other but are selectively communicated, and since the insulated housing is disposed inside the chamber and has a communicationable dual structure, it is possible to maintain a constant level of temperature gradient for a long time, and While a single crystal ingot is grown in a growth space, a low pressure state lower than atmospheric pressure can be continuously maintained, so the occurrence of defects due to craters or voids is suppressed and the crystal quality of the grown single crystal ingot is improved.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서 개폐단속부를 이용하여 개폐부의 회전을 단속하는 실시 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서 개폐단속부를 이용하여 개폐부를 독립적으로 회전시키는 실시형태를 개략적으로 나타낸 사시도 이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장방법에서 각기 서로 다른 성장압력 조건에서 성장된 단결정 잉곳의 표면에서 발견되는 크레이터결함의 광학이미지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장방법에서 각기 서로 다른 성장압력 조건에서 성장된 단결정 잉곳에서 발견되는 크레이터결함의 직경분포를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 단원자분자 기체의 분위기에서 500Torr의 성장압력으로 성장된 단결정 잉곳에서 나타나는 공극결함의 광학이미지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 단원자분자 기체의 분위기에서 300Torr의 성장압력으로 성장된 단결정 잉곳에서 나타나는 공극결함의 광학이미지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 단원자분자 기체 분위기의 성장압력에 따른 공극결함의 직경과 밀도를 개략적으로 나타낸 그래프도면이다.1 is a view schematically showing a cross section of a single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view schematically illustrating an embodiment of intermittent rotation of an opening and closing unit using an opening/closing interceptor in a single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view schematically illustrating an embodiment in which the opening and closing parts are independently rotated using the opening/closing interceptor in the single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart schematically illustrating a method for growing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention.
5 is a view schematically illustrating an optical image of a crater defect found on the surface of a single crystal ingot grown under different growth pressure conditions in a single crystal ingot growing method according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram schematically illustrating the diameter distribution of crater defects found in single crystal ingots grown under different growth pressure conditions in a single crystal ingot growing method according to an embodiment of the present invention.
7 is a view schematically showing an optical image of void defects appearing in a single crystal ingot grown at a growth pressure of 500 Torr in an atmosphere of monoatomic molecular gas.
8 is a view schematically showing an optical image of void defects appearing in a single crystal ingot grown at a growth pressure of 300 Torr in an atmosphere of monoatomic molecular gas.
9 is a graph schematically showing the diameter and density of pore defects according to the growth pressure of a monoatomic molecular gas atmosphere.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시 예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art completely It is provided to inform you. In the description, the same reference numerals are assigned to the same components, and the drawings may be partially exaggerated in size to accurately describe the embodiments of the present invention, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings.
설명과 이해의 편의를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에 대하여 먼저 설명하고 이어서 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉공 성장방법에 대하여 설명하기로 한다. For convenience of explanation and understanding, a single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention will be first described, and then a single crystal ingot growing method according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서의 개구가 개폐부에 의해 개방 또는 폐쇄된 상태를 나타내는 단면도로서, 도 1(a)는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서의 개구가 개방된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 1(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서의 개구가 개폐부에 의해 폐쇄된 상태를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a state in which an opening is opened or closed by an opening and closing unit in a single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (a) is a single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view schematically showing a state in which the opening is opened, and FIG. 1 ( b ) is a cross-sectional view showing a state in which the opening is closed by the opening and closing part in the single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치는 단원자분자기체를 제공하는 기체공급부; 상기 기체공급부로부터 주입되는 상기 단원자분자 기체의 분위기가 대기압보다 낮은 압력으로 조성되는 내부공간이 마련된 챔버부; 상기 내부공간으로부터 유체를 배기하는 진공펌프부; 상기 내부공간에 배치되고, 상기 내부공간과 선택적으로 연통되어 대기압보다 낮은 성장압력으로 조성되는 상기 단원자분자 기체의 분위기에서 단결정의 잉곳이 성장되는 성장공간을 형성하는 단열하우징부; 상기 단결정 잉곳의 원료를 수용하며, 상기 성장공간 내에 배치되는 도가니부; 상기 단결정 잉곳의 원료가 용융되어 단결정 용융액이 생성되도록 상기 도가니부 측으로 열을 공급하는 가열부; 및 상기 도가니부에서 생성된 상기 단결정 용융액으로부터 상기 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 시드가 하측단에 장착되고, 상기 단열하우징부의 상측에 형성된 개구를 통해 상향 또는 하향이동될 수 있는 성장축부;를 포함한다.1, the single crystal ingot growth apparatus according to an embodiment of the present invention is a gas supply unit for providing a monoatomic molecular gas; a chamber unit provided with an internal space in which an atmosphere of the monoatomic molecular gas injected from the gas supply unit is created at a pressure lower than atmospheric pressure; a vacuum pump unit for exhausting the fluid from the inner space; an insulating housing portion disposed in the inner space and selectively communicating with the inner space to form a growth space in which a single crystal ingot is grown in the atmosphere of the monoatomic molecular gas formed at a growth pressure lower than atmospheric pressure; a crucible unit accommodating the raw material of the single crystal ingot and disposed in the growth space; a heating unit supplying heat to the crucible unit so that the raw material of the single crystal ingot is melted to generate a single crystal melt; And a seed for growing the single-crystal ingot from the single-crystal melt generated in the crucible part is mounted at the lower end, and a growth shaft part that can be moved upwardly or downwardly through an opening formed on the upper side of the heat-insulating housing part; includes.
기체공급부(미도시)는 챔버부(10)에 연결되어 있으며, 단결정 잉곳을 성장시키기 위하여 단원자분자 기체를 주입구(23)를 통해 챔버부(10)로 공급한다.A gas supply unit (not shown) is connected to the
진공펌프부는 챔버부(10)의 배기구(21)을 통해 연결되며 내부공간에 대하여 진공을 설정하여 줄 수 있도록 챔버부(10)의 내부공간과 연통된다. 기체공급부와 진공펌프부에 의해 챔버부(10)의 내부공간을 일정수준의 압력을 유지할 수 있다.The vacuum pump unit is connected through the
챔버부(10)에는 대기압보다 낮은 압력으로 단원자분자 기체의 분위기가 조성될 수 있는 내부공간이 마련되어 있다. 여기서 단원자분자는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및 라돈 중 어느 하나인 것이 바람직하다. The
챔버부(10)에는 내부공간이 대기압보다 낮은 압력으로 단원자분자 기체의 분위기가 유지될 수 있도록 단원자분자 기체가 주입되는 주입구(23)가 마련되어 있으며, 내부공간으로부터 유체가 챔버부(10) 외측으로 배출될 수 있도록 진공펌프와 연결된 배기구(21)가 마련되어 있다. The
챔버부(10)의 내부공간에는 후술할 단열하우징부(200)가 배치된다. In the inner space of the
단열하우징부(100)는 챔버부(10)의 내부공간에 배치되어 대기압보다 낮은 성장압력으로 조성되는 단원자분자 기체의 분위기에서 단결정의 잉곳을 성장시키기 위한 성장공간을 형성한다. The
단열하우징부(100)는 용액 공정으로 단결정을 성장시키는 성장공간 즉, 실리콘카바이드와 같은 웨이퍼용 단결정 잉곳을 제조하기 위해 단결정을 성장시킬 수 있는 성장 환경 및 용액 공정이 진행되는 성장공간을 제공할 수 있다. The
이러한 단열하우징부(100)는 단결정을 성장시키는 동안 단열하우징부(100) 내부의 열이 외부로 유출되는 것을 억제하고 단열하는 역할을 수행할 수 있도록 내열성이 우수한 다공질의 흑연 펠트(felt) 재질로 이루어질 수 있다. The
단열하우징부(100)가 다공성의 재질로 이루어져 있으므로, 단열하우징부(100)의 내외의 압력차이에 따른 기체분자의 유출입이 가능하다. 따라서, 챔버부(10) 내의 압력을 일정하게 유지시킴에 따라 단열하우징부(100)내의 압력 또한 오차범위 내에서 일정하게 유지될 수 있다. Since the
참고로, 단열하우징부(100)에 아웃풋포트(미도시)와 인풋포트(미도시)가 마련되어 있는 변형 내지 응용적인 실시형태도 충분히 가능하다. 아웃풋포트는 챔버부(10)의 내부공간과 단열하우징부(100)의 성장공간 사이의 압력 차이에 따라 성장공간 내의 유체를 내부공간으로 배출시켜준다. 이러한 아웃풋포트는 체크밸브와 같이 단방향으로만 유체의 이동이 허용되는 것이 바람직하며, 성장공간 내의 압력이 내부공간의 압력보다 높은 경우에는 성장공간 내에 있는 단원자분자 기체 또는 가열된 단결정 용융액으로부터 나오는 증기 등이 챔버부(10)의 내부공간으로 배출된다. 내부공간의 압력에 비해 성장공간의 압력이 낮을 경우에는 아웃풋포트을 통한 유체의 이동은 이루어지지 않는다.For reference, a modified or applied embodiment in which an output port (not shown) and an input port (not shown) are provided in the heat
인풋포트는 챔버부(10)의 내부공간과 단열하우징부(100)의 성장공간 사이의 압력 차이에 따라 내부공간 상의 단원자분자 기체를 성장공간으로 유입시켜준다. 인풋포트는 체크밸브와 같이 단방향으로만 유체의 이동이 허용되는 것이 바람직하며, 챔버부(10)의 내부공간 압력이 단열하우징부(100)의 성장공간의 압력보다 높은 경우에는 내부공간 내에 있는 단원자분자 기체가 단열하우징부(100)의 성장공간으로 유입된다. 성장공간의 압력에 비해 내부공간의 압력이 낮은 경우에는 인풋포트를 통한 유체의 이동은 이루어지지 않는다. The input port introduces the monoatomic molecular gas in the inner space into the growth space according to a pressure difference between the inner space of the
따라서, 챔버부(10)에 마련된 주입구(23)를 통해 단원자분자 기체를 주입시키고, 진공펌프에 연결되는 배기구(21)을 통해 챔버부(10)의 내부공간 상의 유체를 배기시켜주면서 챔버부(10)내의 내부공간상의 압력을 성장압력으로 유지시킬 수 있으며 챔버부(10) 내의 내부공간에는 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기가 조성될 수 있다. 아울러, 챔버부(10) 내의 내부공간의 압력을 성장압력으로 유지시킴으로써 챔버부(10)의 내부공간과 단열하우징부(100)의 성장공간은 성장압력으로 동일하게 유지될 수 있다.Accordingly, while injecting the monoatomic molecular gas through the inlet 23 provided in the
단열하우징부(100) 내측의 성장공간에는 단결정 성장용 원료를 수용하는 도가니부(200)가 배치될 수 있으며, 도가니부(200)는 후술하는 성장축부(300)에 부착된 시드(S)가 단결정 성장용 원료가 용융되어 생성된 단결정 용융액(M)에 담지될 수 있도록 상부가 개방된 형상을 가질 수 있다.The
도가니부(200)는 단결정 잉곳의 원료를 수용하며, 단열하우징부(100)의 성장공간 내에 배치된다. The
도가니부(200)의 하측에는 도가니부(200)를 지지할 수 있는 도가니부 지지대(210)가 배치될 수 있다. 도가니부 지지대(210)는 도가니부 지지대(210)와 연결된 구동 수단(미도시)에 의해 회전 또는 승강될 수 있다. A
또한, 도가니부 지지대(210)의 내부에는 열전대 온도센서(Thermocouple)가 구비되어 도가니부(200)에 수용된 단결정 용융액(M)의 하부 즉, 도가니부(200) 바닥면 주위의 온도를 측정할 수도 있다. In addition, a thermocouple temperature sensor (Thermocouple) is provided inside the
가열부(400)는 단결정 잉곳의 원료가 용융되어 단결정 용융액이 생성되도록 도가니부 측으로 열을 공급한다. The
가열부(400)는 열에너지를 도가니부(200)측으로 공급하여 도가니부(200) 내에 수용된 단결정 성장용 원료를 용융하여 단결정 용융액(M)으로 만들 수 있고, 가열부(400)의 열에너지에 의해 단열하우징부(100)의 내부는 단결정 잉공의 성장이 이루어지는 성장공간으로서 핫존(hot zone)으로 작용할 수 있다. The
이러한 가열부(400)의 한 실시 형태로서 도가니부(200)에 고주파 전류를 공급하여 가열시키는 고주파 유도코일이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 단결정 성장용 원료가 용융될 수 있도록 단결정 성장에 필요한 열에너지를 복사열로 공급하는 열원인 히터 등을 가열부(400)로서 사용할 수도 있다. As an embodiment of the
그리고, 가열부(400)는 단열하우징부(100)의 외부에서 단열하우징부(100)의 측면 주위를 감싸도록 배치될 수 있으나, 단열하우징부(100)의 내부공간에서 도가니부(200)의 주변에 배치된 형태도 충분히 가능하다In addition, the
성장축부(300)는 도가니부(200)에서 생성된 단결정 용융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 시드(seed)(S)가 하측단에 장착되고, 단열하우징부(100)의 상측에 형성된 개구(110)를 통해 상향 또는 하향이동될 수 있다.The
즉, 성장축부(300)는 단열하우징부(100)의 상측에 형성된 개구(110)에 삽입되어 이동 가능하게 배치될 수 있으며, 성장축부(300)의 하단에는 단결정 성장 소스인 시드(S)이 부착될 수 있다. 그리고, 성장축부(300) 상단에는 성장축부(300)를 상향이동 또는 하향이동 시킬 수 있도록 동력을 제공하는 제1 회전모터(500)와 연결될 수 있다.That is, the
성장축부(300)의 하향이동에 의해 성장축부(300)의 하단에 부착된 시드(S)가 도가니부(200) 내에 수용된 단결정 용융액(M)에 접촉되면 용액 공정으로 단결정을 성장시킬 수 있다. When the seed (S) attached to the lower end of the
여기서 용액 공정은 도가니부(200)에 단결정 성장용 원료를 넣고 도가니부(200)를 가열하여 용융시킨 뒤 단결정 용융액(M)의 표면 온도를 측정하고, 단결정 성장용 원료가 일정 수준이상으로 용융되었다고 판단되면 단결정 용융액(M) 표면에 시드(S)을 접촉시킨 후 서서히 끌어올리면서 단결정으로 성장시키는 공정이다. Here, in the solution process, a raw material for single crystal growth is put into the
단결정이 성장할 때 단결정 용융액(M)에 동일한 열적환경을 제공하여 온도 구배를 일정하게 유지하는 것은 단결정 성장에 있어서 중요한 인자 중 하나이므로, 단결정 성장 공정이 진행되는 동안에는 열 손실을 차단하여 단결정 용융액(M)의 내부 온도를 처음부터 끝까지 일정하게 유지시키는 것과 단열하우징(100)의 내부 온도 변화에 영향을 주는 대류를 균일화 및 안정화시키는 것이 바람직하다.Maintaining a constant temperature gradient by providing the same thermal environment to the single crystal melt (M) when a single crystal grows is one of the important factors in single crystal growth, so during the single crystal growth process, heat loss is blocked to ), it is desirable to maintain a constant internal temperature from the beginning to the end, and to equalize and stabilize the convection that affects the internal temperature change of the insulating
단결정의 성장은 단결정 용융액(M)의 표면에 시드(S)가 접촉된 후 단결정 용융액(M)의 표면에서부터 진행될 수 있으므로 단결정 용융액(M)의 정확한 표면 온도를 측정하는 것은 중요하며, 단결정을 성장시키기 위하여 단결정 용융액(M)의 표면과 시드(S)의 접촉 여부를 확인하기 위해 단열하우징부(100) 내부를 직접 관찰하는 것도 중요하다고 할 수 있다. 따라서, 단열하우징부(100)의 상측 즉, 상부면에 개구(110)가 마련되어 있으므로 단열하우징부(100)의 외부에 배치된 온도 센서(800)가 개방된 개구(110)를 통해 단결정 용융액(M)의 표면 온도를 측정할 수도 있다. Since the growth of a single crystal can proceed from the surface of the single crystal melt (M) after the seed (S) is in contact with the surface of the single crystal melt (M), it is important to measure the exact surface temperature of the single crystal melt (M), and grow the single crystal It can be said that it is also important to directly observe the inside of the insulating
단열하우징부(100)에 개구(110)가 형성되어 있으므로 단결정 용융액(M) 표면의 정확한 온도 측정이 가능해질 수 있을 뿐만 아니라 단결정 용융액(M)과 시드(S)이 맞닿는 지점을 관측할 수 있다. 개구(110)가 형성되면 투시창과 달리 단결정 성장 공정 중에 발생한 입자들이 표면에 증착되는 문제가 발생하지 않으며, 비접촉 방식의 온도 센서(800)가 단열하우징부(100)의 외부에서 개방된 개구(110)를 통해 단결정 용융액(M)의 표면 온도를 정확하게 측정할 수 있다.Since the
그리고, 단결정 성장 공정 중 단열하우징부(100) 내부의 열과 단결정 용융액(M)이 기화되어 발생하는 증기가 단열하우징부(100)의 개구(110)를 통해 단열하우징부(100)의 외부로 빠져나가 열 손실이 발생할 수도 있다. And, during the single crystal growth process, the heat inside the heat insulating
따라서, 본 발명에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서는 온도 측정이 끝난 후에 선택적으로 개구(110)를 페쇄하여 단열하우징부(100)가 최대한 밀폐될 수 있도록 핫존의 상부 즉, 성장공간을 폐쇄하기 위하여 개구(110)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄할 수 있는 개폐부(310)가 마련되어 있다.Therefore, in the single crystal ingot growing apparatus according to the present invention, the
개폐부(310)는 성장축부(300)에 연결되어 선택적으로 연동될 수 있으며, 성장축부(300)를 따라 회전하면서 상향 또는 하향으로 이동하여 단열하우징부(100)에 형성된 개구(110)를 개방 또는 폐쇄한다.The opening/
즉, 개폐부(310)는 후술하는 성장축부(300)에 연동되어 회전하면서 상향이동 또는 하향이동하여 개구(110)를 개방 또는 폐쇄시킬 수도 있으며, 성장축부(300)가 상향 또는 하향이동될 수 있는 구동력을 제공하는 제1 회전모터(500)에 의해 성장축부(300)와 같이 상향이동 또는 하향이동 하면서 개구(110)를 개방 또는 폐쇄시킬 수도 있다. That is, the opening and closing
앞서 언급한 바와 같이 성장축부(300)는 성장축부(300)에 연결된 제1 회전모터(500)에 의해 회전하면서 상향이동 또는 하향이동하고, 개폐부(310)는 성장축부(300)에 선택적으로 연동되어 성장축부(300)를 따라 함께 회전하면서 상향이동 또는 하향이동할 수 있다. 이러한 성장축부(300)는 성장축부(300)의 외주면의 적어도 일부분에 형성된 제1 나사산을 구비하고, 개폐부(310)는 내주면에 형성된 제2 나사산을 통해 성장축부(300)에 연결될 수 있다.As mentioned above, the
제1 회전모터(500)는 성장축부(300)가 상향이동 또는 하향이동되도록 성장축부(300)를 회전시킬 수 있는 구동력을 제공할 수 있으며, 제1 회전모터(500)와 연결된 성장축부(300)는 제1 회전모터(500)로부터 구동력을 전달받아 회전할 수 있다. The
성장축부(300)와 제1 회전모터(500)는 직접적으로 연결되거나 제1 회전모터(500)에서 발생되는 구동력을 성장축부(300)에 전달하는 동력전달부(미도시)를 통해 간접적으로 연결되어 회전할 수 있다.The
성장축부(300)에는 외주면의 적어도 일부에 형성된 제1 나사산이 구비될 수 있으며, 성장축부(300)에는 제1 나사산과 대응되는 나사산이 내주면에 형성된 열차단부재(320)가 끼워져 고정 설치될 수 있다. The
열차단부재(320)는 성장축부(300)가 끼워질 수 있도록 도면에서 참조되는 바와 같이 중앙 부분이 관통된 형상을 가질 수 있다. 그리고, 성장축부(300)에 끼워진 위치에서 고정된 상태를 유지할 수 있도록 일면으로부터 챔버(10)의 벽을 향해 연장된 연결부재가 형성될 수도 있다. The
열차단부재(320)가 연결부재를 통해 챔버(10)에 체결되어 챔버(10)벽에 고정되게 설치됨으로써, 성장축부(300)가 챔버(10)에 고정된 열차단부재(320)의 나사산과 맞물려 회전하면서 상향이동 또는 하향이동할 수 있게 된다. The heat-blocking
즉, 성장축부(300)과 열차단부재(320)는 외주면과 내주면에 각각 형성된 나사산에 의해 연결되어 있고, 열차단부재(320)는 챔버부(10)의 벽에 의해 고정된 상태를 유지하고 있으므로, 성장축부(300)는 제1 회전모터(500)에 의해 회전하면서 열차단부재(320)에 의해 상향 또는 하향의 양방향으로 직선 이동을 할 수 있다. That is, the
이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서 예시적인 형태로서 연결부재를 사용하여 열차단부재(320)를 챔버벽에 고정시킨 것으로 설명하였으나 성장축부(300)이 회전하면서 직선 이동할 수 있도록 열차단부재(320)를 고정시켜줄 수 있는 구성이면 특별히 한정되지 않는다.As such, in the single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention, as an exemplary form, the heat-blocking
열차단부재(320)는 앞서 살펴본 바와 같이 성장축부(300)가 회전하면서 상향 또는 하향으로 직선 이동 가능하게 하는 역할을 수행할 수도 있지만, 동시에 동력전달부를 열로부터 보호하는 역할을 수행할 수도 있다. As described above, the heat-blocking
가열부(400)가 도 1에 도시된 바와 같이 단열하우징부(100)와 챔버부(10) 사이에 구비되어 있는 경우 성장축부(300)와 제1 회전모터(500) 사이에 구비되어 제1 회전모터(500)에서 발생되는 회전 구동력을 전달해주는 동력전달부는 가열부(400)의 열로부터 보호되는 것이 바람직하다.When the
이를 위하여 열차단부재(320)는 동력전달부의 하측에 위치하여 성장축부(300)이 회전하면서 직선 이동할 수 있도록 하는 역할 뿐만 아니라 동력전달부를 가열부(400)에서 발생하는 열로부터 보호해주는 역할을 수행할 수도 있다.To this end, the heat-blocking
이처럼 성장축부(300)가 제1 회전모터(500)에 의해 회전하면서 직선 이동할 수 있는 구성으로서 고정된 열차단부재(320)가 사용될 수 있지만 이에 한정되지 않고 외부에 구비된 고정부재를 이용하여 성장축부(300)을 회전 이동시키는 형태 또한 충분히 가능하다.As such, as a configuration in which the
개폐부(310)는 내주면에 형성된 제2 나사산을 통해 성장축부(300)에 연결되고, 성장축부(300)에 연결된 개폐부(310)는 성장축부(300)에 선택적으로 연동되어 성장축부(300)을 따라 회전하면서 양방향으로 직선 이동할 수 있다. The opening/
도 1(a)에 도시된 바와 같이 개구(110)가 개방되면, 온도 센서(800)를 이용하여 단열하우징부(100)의 외부에서 개방된 개구(110)를 통해 단결정 용융액(M)의 온도를 비접촉식으로 측정할 수 있다. When the
온도 센서(800)는 성장축부(300)에 하단에 부착된 시드(S)을 도가니부(200) 내의 단결정 용융액(M)에 접촉시켜 본격적으로 단결정을 성장시키는 과정 이전에 단결정 용융액(M)의 표면 온도를 비접촉 방식으로 측정하기 위한 것으로, 비접촉 방식의 파이로미터를 사용할 수 있다. The
개구(110)는 온도 센서(800)가 외부에서 단결정 용융액(M)의 온도를 충분히 측정할 수 있도록 넓은 너비 또는 직경을 가질 수 있으나, 특별히 개구(110)의 너비 또는 직경이 한정되는 것은 아니며 온도 센서(800)의 측정이 가능한 크기의 개구(110)의 너비 또는 직경이면 충분하다.The
온도를 측정하기 위하여 단열하우징부(100)의 외부에 배치된 비접촉 방식의 온도 센서(800)가 단열하우징부(100)의 상부면에 관통하는 형태로 형성된 개구(110)를 통해 단결정 용융액(M)의 표면 온도를 정확하게 측정할 수 있다. In order to measure the temperature, the single crystal melt (M) through the
온도 센서(800)를 통해 감지된 온도가 단결정 용융액 원료의 용융온도에 근접한 경우, 단결정 성장용 용융액 원료가 일정 수준이상으로 용융되었음을 판단할 수 있다.When the temperature sensed through the
또한, 단열하우징부(100)의 외부에는 카메라가 더 구비될 수 있으며, 카메라는 단열하우징부(100)의 외부에서 개방된 개구(110)를 통해 단열하우징부(100) 내부공간의 영상정보를 촬영하여 시드(S)과 단결정 용융액(M)의 표면이 맞닿는 지점을 관측할 수 있다.In addition, a camera may be further provided on the outside of the
온도 센서(800)를 통해 단결정 성장용 원료가 용융되었다고 판단되면, 성장축부(300)을 이동시켜 하단에 부착된 시드(S)을 단결정 용융액(M)의 표면에 접촉시킨 다음 단결정 성장 공정을 진행할 수 있다. When it is determined that the raw material for single crystal growth is melted through the
이 때, 온도 측정을 위해 개방된 개구(110)는 여전히 개방되어 있으므로 단결정 성장 공정 중 발생하는 열기와 단결정 용융액(M)이 승화된 기상물질이 개구(110)를 통해 빠져나가 열 손실이 발생하게 되고, 열 손실로 인해 단결정 용융액(M)의 온도구배가 특정 지점에서 높거나 낮게 나타나게 되는 문제가 발생할 수도 있다. At this time, since the
이에, 성장축부(300)에 연결된 개폐부(310)를 사용하여 온도 측정이 완료되면 개구(110)를 폐쇄시켜 단열하우징부(100)가 밀폐된 상태에서 단결정 잉곳의 성장 공정을 진행할 수 있다.Accordingly, when the temperature measurement is completed using the opening/
개폐부(310)는 내주면에 형성된 제2 나사산을 통해 성장축부(300)에 연결되어 있다. 도 1(b)에 도시된 바와 같이 성장축부(300)이 단결정 잉곳 성장의 소스인 시드(S)를 용융액에 담지시키기 위해 제1 회전모터(500) 및 고정된 열차단부재(320)에 의해 예를 들어, 반시계방향으로 회전하면서 하강할 때 개폐부(310)도 성장축부(300)을 따라 같이 반시계방향으로 회전하면서 하강하여 개구(110)를 폐쇄시킬 수 있다. The opening/
개폐부(310)는 성장축부(300)가 회전하면서 하강할 때 성장축부(300)를 따라 같이 회전하면서 하강하여 개구(110)를 막을 수 있도록 개구(110)의 폭보다 큰 직경이나 너비로 으로 형성될 수 있다. The opening and closing
개폐부(310)의 폭이 개구(110)의 폭보다 크게 형성되므로 성장축부(300)가 회전하면서 하방향으로 직선 이동할 때 성장축부(300)과 연동되어 성장축부(300)와 같이 회전하면서 하방향으로 직선 이동하는 개폐부(310)는 개구(110)의 폭에 의해 더 이상 회전하면서 하강하지 못하고 개구(110)의 폐쇄 상태를 유지하게 된다. 이러한 개폐부(310)는 흑연재질로 이루어질 수 있다.Since the width of the opening/
성장축부(300)과 연동되어 회전 이동하는 개폐부(310)에 의해 단열하우징부(100)의 개구(110)가 폐쇄되면 본격적으로 단결정 성장 공정이 진행될 수 있는데, 단결정 성장이 진행되는 동안 단열하우징부(100) 내부공간의 열이 외부로 빠져나가는 것을 차단하기 위해 내부공간에 성장축부(300)이 이동할 수 있는 관통홀이 형성된 판상의 단열플레이트부(120)를 배치할 수 있다. When the
단열플레이트부(120)는 성장공간에서 도가니부(200)와 개구(110) 사이의 공간에 제공되며, 적어도 하나 이상으로 복수 개가 배치될 수 있다.The insulating
도가니부(200)와 개구(110) 사이의 공간에 판상의 단열플레이트부(120)를 배치함으로써 단결정이 성장되는 동안 도가니부(200)의 열기와 함께 승화된 기상물질이 외부로 새어나가는 것을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다. 따라서 단열하우징부(100) 내부 온도구배를 공정이 진행되는 동안 최대한 변동없이 일정하게 유지시킬 수 있다. By arranging the plate-shaped insulating
또한, 단결정 잉곳의 성장은 성장공간 내에서의 대류에 의해 영향을 받을 수 있으므로 단열하우징부(100)의 내부의 성장공간에서 발생하는 대류는 단결정을 인상하는 공정에 중요한 인자라 할 수 있다. In addition, since the growth of the single crystal ingot may be affected by convection in the growth space, the convection generated in the growth space inside the insulating
따라서, 도가니부(200)와 단열플레이트부(120) 사이의 공간에 단열플레이트부(120)를 배치함으로써 단열하우징부(100)의 내부의 성장공간 상의 온도 변화에 영향을 주는 대류를 균일화 및 안정화시킬 수 있어 단결정 성장 공정 조건에 적합한 환경을 용이하게 조성하거나 제어할 수 있다.Therefore, by arranging the insulating
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서 개폐단속부를 이용하여 개폐부의 회전을 멈추게 하는 실시 예를 개략적으로 나타내는 사시도로서, 도 2(a)는 본 발명의 실시예에 따른 개폐부가 성장축부를 따라 회전하면서 상향 또는 하향의 직선 이동하는 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서 개폐단속부를 이용하여 개폐부의 회전을 멈추게 하는 실시 예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing an embodiment of stopping the rotation of the opening/closing unit using the opening/closing interceptor in the single crystal ingot growing apparatus according to the embodiment of the present invention, FIG. 2(a) is the opening/closing unit according to the embodiment of the present invention; It is a perspective view schematically showing a state of linear movement upward or downward while rotating along the growth axis, and FIG. 2 (b) is an implementation of stopping the rotation of the opening and closing part using the opening and closing part in the single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention It is a perspective view schematically showing an example.
도 2를 참조하면, 성장축부(300)를 따르는 개폐부(310)의 회전을 선택적으로 멈추게 하는 단속을 하거나 개폐부(310)를 성장축부(300)과는 독립적으로 회전시켜 개폐부(310)의 위치를 조절할 수 있는 개폐단속부(600)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , an interruption to selectively stop the rotation of the opening/
개폐단속부(600)는, 타단에 연결되는 제2 회전모터(630)로부터 구동력을 전달받아 회전 또는 정지하는 로드축(620); 및 로드축(620)의 일단에 연결되며, 로드축(620)에 연동되어 로드축(620)을 중심으로 회전 또는 정지하는 이동로드(610)를 포함하고, 이동로드(610)가 요철부(311)를 향해 회전하여 요철부(311)와 연결되면, 이동로드(610)는 요철부(311)를 시계방향 또는 반시계방향으로 밀어내어 개폐부(310)를 회전시키거나 요철부(311)와 연결되는 위치에서 정지하여 개폐부(310)의 회전을 멈추게 할 수 있다.The opening/
또한, 개폐부(310)는 개폐부(310)의 가장자리를 따라 이격 배치된 요철부(311)가 형성될 수 있는데, 요철부(311)는 개페부재의 상부면 또는 측면으로부터 돌출되어 이격 배치된 형상일 수도 있고, 상부면을 관통하도록 형성된 구멍이 가장자리를 따라 이격 배치된 형상일 수도 있다. 본 발명의 요철부(311)는 도 3에 도시된 바와 같이 개폐부(310)의 상부면으로부터 수직으로 돌출되어 가장자리를 따라 이격 배치된 것으로 도시하였지만, 후술하는 이동로드(610)와 연결될 수 있는 형상이라면 상관없다.In addition, the opening and closing
도 2에서 참조되는 바와 같이, 개폐단속부(600)는 성장축부(300)을 따라 회전하면서 양방향으로 직선 이동하는 개폐부(310)가 성장축부(300)에 선택적으로 연동될 수 있도록 개폐부(310)의 회전을 선택적으로 멈추게 할 수 있다. As shown in FIG. 2 , the opening/
앞서 살펴본 바와 같이 개폐부(310)는 성장축부(300)에 연동되어 성장축부(300)을 따라 회전하면서 양방향으로 직선 이동하는데, 외부에 구비된 온도 센서(800)나 카메라를 통해 단열하우징부(100)의 외부에서 개방된 개구(110)를 통해 내부공간을 측정 또는 촬영해야 되는 경우에는 성장축부(300)을 따라 회전 이동하는 개폐부(310)가 개구(110)로부터 일정 간격 이격된 위치에서 고정된 상태를 유지할 수 있어야 한다. As described above, the opening/
본 발명에서는 개폐부(310)의 회전을 선택적으로 멈추게 하기 위해 개폐단속부(600)를 구비하였다. 로드축(620)은 타단에 연결되는 제2 회전모터(630) 즉, 제2 구동계(630)로부터 구동력을 전달받아 회전 또는 정지할 수 있으며, 제2 회전모터(630)의 회전 구동력에 의해 일단에 연결되는 이동로드(610)를 요철부(311)를 향해 회전시켜 요철부(311)와 연결될 수 있는 위치로 이동로드(610)를 이동시킬 수 있다.In the present invention, an opening/
이동로드(610)는 로드축(620)의 일단에 연결되며, 로드축(620)에 연동되어 로드축(620)을 따라 회전 또는 정지할 수 있으며, 제2 회전모터(630) 및 로드축(620)에 의해 회전되어 요철부(311)와 상호 연결되면 요철부(311)와 연결되는 위치에서 정지하여 도 3(b)에 도시된 바와 같이 개폐부(310)의 회전을 멈추게 할 수 있다. The moving
즉, 제2 회전모터(630) 및 로드축(620)은 이동로드(610)가 요철부(311)에 접촉되도록 이동로드(610)를 요철부(311)를 향해 회전시킬 수 있고, 이동로드(610)와 요철부(311)가 연결되면 이동로드(610)의 회전을 정지시켜 개폐부(310)가 더 이상 회전하지 못하도록 멈추게 할 수 있는 것이다. That is, the
성장축부(300)을 따라 회전 이동하던 개폐부(310)는 제2 회전모터(630) 및 로드축(620)에 의해 요철부(311)와 연결된 위치에서 정지된 이동로드(610)를 통해 회전이 멈춰질 수 있기 때문에 개폐부(310)는 성장축부(300)에 선택적으로 연동되어 성장축부(300)을 따라 회전하면서 직선 이동할 수 있게 된다.The opening/
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서 개폐단속부를 이용하여 개폐부를 독립적으로 회전시키는 실시 형태를 개략적으로 나타내는 사시도로, 도 3(a)는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서 개폐부의 요철부와 이동로드가 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치에서 개폐단속부를 이용하여 개폐부를 성장축부와는 독립적으로 회전시키는 실시 형태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view schematically showing an embodiment in which the opening and closing parts are independently rotated using the opening/closing interceptor in the single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3(a) is a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view schematically showing a state in which the concave-convex part of the opening and closing part and the moving rod are connected in the growth apparatus, and FIG. 3 (b) is the opening and closing part independent of the growth shaft part using the opening and closing part in the single crystal ingot growing apparatus according to the embodiment of the present invention. It is a perspective view schematically showing an embodiment of rotating with .
앞서 살펴본 바와 같이 단결정 성장은 성장축부(300)의 하단에 부착된 시드(S)을 단결정 용융액(M) 위쪽으로 시드(S)을 서서히 인상시킴으로써 시드(S) 아래쪽으로 진행될 수 있다. 시드(S)을 인상시키기 위해서 성장축부(300)은 다시 제1 회전모터(500)에 의해 회전하면서 상승되고, 성장축부(300)에 연동된 개폐부(310) 또한 성장축부(300)을 따라 회전하면서 상승될 수 있는데, 시드(S) 인상을 위한 성장축부(300)의 회전 상승에 따라 개폐부(310)도 같이 회전 상승하면서 도 4(a)와 같이 개구(110)가 개방된다. 개구(110)가 단결정 성장 공정 중에 개방될 경우 단결정 용융액(M)이 기화되어 발생하는 증기가 단열하우징부(100)의 외부로 빠져나가 열 손실이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 개폐단속부(600)를 이용하여 개폐부(310)를 성장축부(300)과는 독립적으로 회전시켜 개폐부(310)의 위치가 조절되도록 하였다. As described above, the single crystal growth may proceed downward by the seed (S) by gradually raising the seed (S) attached to the lower end of the growth shaft part (300) upwards of the single crystal molten solution (M). In order to raise the seed (S), the
도 2에서 제시된 이동로드(610)를 요철부(311)를 향해 회전시켜 요철부(311)와 연결시키는 것에 대한 설명과 중복되는 내용에 대해서는 생략하기로 한다. 전술한 바와 같이 이동로드(610)가 제2 회전모터(630) 및 로드축(620)에 의해 회전되어 요철부(311)와 상호 연결되면 이동로드(610)는 요철부(311)를 시계방향 또는 반시계방향으로 밀어내어 개폐부(310)를 성장축부(300)과는 독립적으로 회전시킬 수 있다.The description of connecting the moving
단결정 잉곳이 성장되도록 시드(S)를 상향이동 시키는 과정에서도 개구(110)를 계속적으로 폐쇄시켜 온도구배를 유지하기 위하여 제2 회전모터(630)는 회전 구동력을 로드축(620)에 전달하고, 로드축(620)은 제2 회전모터(630)로부터 전달받은 회전 구동력으로 이동로드(610)를 계속적으로 회전시켜 이동로드(610)가 개폐부(310)에 형성된 요철부(311)를 밀어낸다. In the process of moving the seed (S) upward so that the single crystal ingot is grown, the
제2 회전모터(630) 및 로드축(620)에 의해 이동로드(610)가 요철부(311)를 향해 회전하여 도 3(a)에 도시된 바와 같이 요철부(311)와 연결되면, 이동로드(610)는 회전을 정지하지 않고 요철부(311)를 성장축부(300)이 회전하는 방향과 반대방향으로 밀어내고, 내주면에 제2 나사산이 형성된 개폐부(310)는 요철부(311)를 밀어내는 이동로드(610)에 의해 성장축부(300)의 제1 나사산을 따라 성장축부와는 독립적으로 회전하면서 하강되어 도 3(b)에 도시된 바와 같이 개구(110)를 다시 폐쇄시킬 수 있게 된다.When the moving
이어서 도 4를 더 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장방법에 대하여 설명하기로 한다.Next, a single crystal ingot growth method according to an embodiment of the present invention will be described with further reference to FIG. 4 .
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 4 is a flowchart schematically illustrating a method for growing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention.
도 4에서 참조되는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장방법은, 용액 성장법으로서, 대기압보다 낮은 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기를 조성하는 성장분위기조성과정(S100); 및 상기 성장분위기조성과정(S100)에서 상기 성장압력으로 조성된 상기 단원자분자 기체의 분위기에서 단결정 잉곳을 성장시키는 성장과정(S200); 을 포함한다.As shown in FIG. 4 , the single crystal ingot growth method according to an embodiment of the present invention is a solution growth method, comprising: a growth atmosphere creating process ( S100 ) of creating an atmosphere of monoatomic molecular gas at a growth pressure lower than atmospheric pressure; and a growth process (S200) of growing a single crystal ingot in the atmosphere of the monoatomic molecular gas created by the growth pressure in the process of creating a growth atmosphere (S100); includes
성장분위기조성과정(S100)에서는 대기압보다 낮은 성장압력으로 조성된 단원자분자 기체의 분위기에서 단결정의 용융액이 마련된다. 여기서, 단원자분자는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및 라돈 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 그리고 성장압력은 대기압보다 낮은 압력인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 300 Torr이하의 압력 또는 0.01 Torr 내지 300 Torr 사이의 압력인 것이 바람직하다. In the process of creating a growth atmosphere ( S100 ), a molten solution of a single crystal is prepared in an atmosphere of a monoatomic molecular gas formed at a growth pressure lower than atmospheric pressure. Here, the monoatomic molecule is preferably any one of helium, neon, argon, krypton, xenon, and radon. And the growth pressure is preferably a pressure lower than atmospheric pressure, and more preferably a pressure of 300 Torr or less or a pressure between 0.01 Torr and 300 Torr.
이와 같은 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기가 조성되고 단결정 잉곳이 형성될 수 있도록 단결정의 용융액 원료에 열이 공급되어 단결정 용융액이 마련되면 단결정 잉곳이 성장될 수 있는 여건이 갖춰지게 된다.With such a growth pressure, an atmosphere of monoatomic molecular gas is created and heat is supplied to the raw material of the single crystal melt so that the single crystal ingot can be formed.
다음으로, 성장분위기조성과정(S100) 이후의 과정인 성장과정(S200)에서는 성장분위기조성과정(S100)에서 마련된 단결정의 용융액으로부터 단결정의 잉곳을 성장압력으로 조성된 단원자분자 기체의 분위기에서 성장시켜준다. Next, in the growth process (S200), which is a process after the growth atmosphere creation process (S100), a single crystal ingot is grown from the single crystal melt prepared in the growth atmosphere creation process (S100) in an atmosphere of a monoatomic molecular gas formed by a growth pressure. makes it
단결정의 용융액에 단결정의 시드를 접촉시키고 단결정 잉곳이 성장되도록 단결정 시드를 상향이동시켜준다. 여기서 단결정 잉곳의 성장은 성장압력으로 조성된 단원자분자 기체의 분위기 속에서 진행된다.The single crystal seed is brought into contact with the single crystal melt and the single crystal seed is moved upward so that the single crystal ingot is grown. Here, the growth of the single-crystal ingot proceeds in an atmosphere of monoatomic molecular gas created by a growth pressure.
이와 같은 성장과정(S200)에서 단결정의 잉곳이 성장되면, 고온의 상태인 단결정 잉곳의 냉각을 위하여 냉각과정(S300)으로 이어질 수 있다. 냉각과정(S300)에서는 성장과정(S200)에서 성장된 단결정의 잉곳을 성장압력으로 조성된 단원자분자 기체의 분위기에서 냉각시켜준다. When a single crystal ingot is grown in this growth process ( S200 ), it may lead to a cooling process ( S300 ) for cooling the single crystal ingot in a high temperature state. In the cooling process (S300), the ingot of the single crystal grown in the growth process (S200) is cooled in an atmosphere of monoatomic molecular gas formed at a growth pressure.
이와 같이 성장분위기조성과정(S100)과 성장과정(S200)을 통해 성장된 단결정 잉곳은 뜨거운 상태이므로 냉각과정(S300)에서 성장압력으로 조성된 단원자분자 기체의 분위기 속에서 단결정 잉곳이 냉각되면, 단결정 잉곳에서 발생된 전체 공극결함 중 200um 이상의 직경을 갖는 공극결함의 비율이 1% 미만으로 성장된 단결정 잉곳을 얻을 수 있게 된다. As such, the single crystal ingot grown through the growth atmosphere creation process (S100) and the growth process (S200) is in a hot state, so when the single crystal ingot is cooled in the atmosphere of the monoatomic molecular gas created by the growth pressure in the cooling process (S300), It is possible to obtain a single crystal ingot in which the ratio of pore defects having a diameter of 200 μm or more among the total pore defects generated in the single crystal ingot is grown to less than 1%.
그리고, 성장분위기조성과정(S100), 성장과정(S200) 그리고 냉각과정(S300)을 거치면서 단결정 잉곳이 성장되는 동안에 성장압력은 일관성 있게 유지되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the growth pressure is consistently maintained while the single crystal ingot is grown while going through the growth atmosphere creation process ( S100 ), the growth process ( S200 ), and the cooling process ( S300 ).
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장방법은, 좀 더 구체적인 하나의 양태로서 다음과 같이 앞서 설명한 바와 같은 단결정 잉곳 성장장치를 이용한 단결정 잉곳 성장방법의 설명을 통해 본 발명에 대한 이해에 더욱 더 도움이 될 수 있다. As described above, the single crystal ingot growth method according to an embodiment of the present invention is a more specific aspect, and as follows, the single crystal ingot growth method using the single crystal ingot growing apparatus as described above will be described for better understanding of the present invention. Could be more helpful.
앞서 언급한 성장분위기조성과정(S100)은 준비과정(S110) 및 압력조정과정(S120)을 포함하며 용융과정을 더 포함할 수 있다. 그리고 이러한 준비과정(S110), 압력조정과정(S120)과 용융과정은 앞서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치를 이용하여 이루어질 수 있다. The aforementioned growth atmosphere creation process (S100) includes a preparation process (S110) and a pressure adjustment process (S120), and may further include a melting process. And the preparation process (S110), the pressure adjustment process (S120), and the melting process may be performed using the single crystal ingot growing apparatus according to the embodiment of the present invention described above.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 준비과정(S110)에서는 단결정의 용융액(M)의 원료가 수용된 도가니부(200)가 배치된 단열하우징부(100) 내의 성장공간에 대하여 소정의 진공도로 진공상태를 조성시켜준다. 구체적으로, 단결정의 용융액(M)의 원료를 도가니부에 수용시킨다. 그리고 단결정의 용융액(M)의 원료가 수용된 도가니부(200)를 단열하우징부(100) 내측에 마련된 도가니부 지지대(210)의 상단에 배치시킨다. 여기서 단열하우징부(100)의 상측의 개구(110)는 챔버부(10)의 내부공간과 연통될 수 있게 개방된 상태이다. 1 to 4, in the preparation process (S110), the
그리고, 챔버부(10)에 마련된 배기구(21)를 통해 챔버부(10) 내부공간 상의 기체를 배기시켜주어 챔버부(10)의 내부공간에 대하여 소정의 압력으로 진공상태를 형성시켜준다. 챔버부(10)의 내부공간과 함께 단열하우징부(100)의 내측의 성장공간 또한 동일한 수준의 진공상태가 된다. Then, the gas in the internal space of the
준비과정(S110)에 이어서, 압력조정과정(S120)에서는 준비과정(S110)에서 진공상태가 조성된 단열하우징부(100) 내의 성장공간에 단원자분자 기체를 주입하여 단열하우징부(100) 내에서 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기를 조성한다. 여기서, 단원자분자는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및 라돈 중 어느 하나인 것이 바람직하다는 것은 앞서 언급한 바와 같다.Subsequent to the preparation process (S110), in the pressure adjustment process (S120), monoatomic molecular gas is injected into the growth space in the insulating
챔버부(10)에 마련된 주입구(23)를 통해 단원자분자 기체를 주입시키고, 진공펌프에 연결되는 배기구(21)을 통해 챔버부(10)의 내부공간 상의 유체를 배기시켜주면서 챔버부(10)내의 내부공간상의 압력이 성장압력으로 되도록 한다. 따라서 챔버부(10) 내의 내부공간에는 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기가 조성된다. 아울러, 챔버부(10) 내의 내부공간의 압력을 조절함으로써 챔버부(10)의 내부공간과 단열하우징부(100)의 성장공간은 성장압력으로 동일하게 유지될 수 있다.The
단열하우징부(100)의 개구가 개방된 상태이므로 단열하우징부(100) 내측의 성장공간 또한 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기가 조성된다.Since the opening of the heat insulating
여기서 성장압력은 앞서 언급한 바와 같이, 단원자 기체의 분위기로서 대기압보다 낮은 압력인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 300Torr 이하의 압력 또는 0.01torr 내지 300Torr 사이의 압력인 것이 바람직하다. Here, as mentioned above, the growth pressure is preferably a pressure lower than atmospheric pressure as an atmosphere of a monoatomic gas, and more preferably a pressure of 300 Torr or less or a pressure between 0.01 torr and 300 Torr.
단열하우징부(100)의 성장공간 상의 압력이 성장압력으로 맞춰지고 안정적으로 유지되면 용융과정으로 이어질 수 있다.When the pressure on the growth space of the insulating
이어서, 용융과정에서는 압력조정과정(S120)에서 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기가 조성된 단열하우징부(100) 내의 도가니부(200)로 열을 공급하여 단결정의 용융액(M)의 원료를 용융시켜서 단결정의 용융액(M)을 생성시켜준다.Then, in the melting process, heat is supplied to the
여기서, 가열부(400)의 작동을 통해 도가니부(200)에 대하여 열을 공급할 때 단열하우징부(100)의 개구(110)를 폐쇄한 상태에서 도가니부(200)에 열을 공급하여 단결정의 용융액(M)을 생성시켜줄 수도 있다. 또는 단열하우징부(100)의 개구(110)가 개방된 상태에서 가열부(400)의 작동을 통해 도가니부(200)에 열을 공급하여 단결정의 용융액(M)을 생성시켜주는 것 또한 가능하다. 즉, 단결정의 용융액(M)이 생성되기 위하여 열이 공급되는 동안에 단열하우징부(100)의 개구(110)가 필요에 따라 선택적으로 폐쇄된 상태이거나 개방된 상태이어도 가능하다는 것이다. Here, when heat is supplied to the
용융과정에서 단결정 용융액(M)이 도가니부(200)에서 생성되면 성장과정(S200)으로 이어지게 된다. When the single crystal melt (M) is generated in the
앞서 언급한 바와 같이 성장과정(S200)에서는 성장분위기조성과정(100)에서 마련된 단결정의 용융액(M)으로부터 단결정의 잉곳을 성장압력으로 조성된 단원자분자 기체의 분위기에서 성장시켜준다.As mentioned above, in the growth process ( S200 ), a single crystal ingot is grown from the single crystal melt (M) prepared in the growth atmosphere creation process ( 100 ) in an atmosphere of a monoatomic molecular gas created by a growth pressure.
단결정의 잉곳을 단결정의 용융액으로부터 성장시키기 위하여 단열하우징부(100)의 개구(110)가 개방된 상태이면 단결정 시드(S)를 단결정 용융액(M)에 접촉시키기 전에 먼저 개구(110)를 폐쇄시켜준다. 그리고 성장축부(300)의 하단에 마련된 단결정의 시드(S)를 도가니부(200)의 내측에 마련된 단결정의 용융액(M)에 접촉시켜준다.In order to grow a single crystal ingot from a single crystal melt, if the
단결정의 용융액(M)에 단결정의 시드(seed)(S)를 접촉시키고 단결정의 시드(S)를 일방향 즉 상향으로 이동시킴에 따라 단결정 잉곳이 단결정의 용융액(M)으로부터 성장된다. 단결정의 용융액(M)으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 동안에 가열부(400)는 도가니부(200)로 열을 공급하며, 성장되는 동안 온도를 일정하게 유지시킨다.A single crystal ingot is grown from the single crystal melt (M) by bringing the single crystal seed (S) into contact with the single crystal melt (M) and moving the single crystal seed (S) in one direction, that is, upward. While the single crystal ingot is grown from the melt M of the single crystal, the
이 때 성장공간은 성장압력으로 조성된 단원자분자 기체의 분위기이며, 성장압력은 앞서 언급한 바와 같다. At this time, the growth space is an atmosphere of monoatomic molecular gas formed by a growth pressure, and the growth pressure is the same as described above.
단열하우징부(100)의 소재가 단열성과 다공성이 있는 흑연 재질의 단열펠트이고 이러한 단열펠트의 미세한 다공질을 통해 단원자분자 기체가 통과되어 챔버부(10)의 내부공간으로 이동될 수 있으므로 단열하우징부(100)의 성장공간 내의 압력을 성장압력으로 유지시킬 수 있다. Since the material of the insulating
즉, 챔버부(10)에 마련된 주입구(23)를 통해 단원자분자 기체를 주입시키고, 진공펌프에 연결되는 배기구(21)을 통해 챔버부(10)의 내부공간 상의 유체를 배기시켜주면서 챔버부(10)내의 내부공간상의 압력을 성장압력으로 유지시킨다. 따라서 챔버부(10) 내의 내부공간에는 성장압력으로 단원자분자 기체의 분위기가 조성된다. 아울러, 챔버부(10) 내의 내부공간의 압력을 성장압력으로 유지시킴으로써 챔버부(10)의 내부공간과 단열하우징부(100)의 성장공간은 성장압력으로 동일하게 유지될 수 있다.That is, the monoatomic molecular gas is injected through the inlet 23 provided in the
이와 같이 내부공간과 성장공간은 성장압력으로 동일하게 유지될 수 있다.In this way, the inner space and the growth space can be maintained at the same growth pressure.
참고로, 위와 같이 성장압력으로 유지되는 챔버부(10)의 내부공간과 다공질의 흑연펠트에 의해서 단열하우징부(100)의 성장공간 내의 압력을 성장압력으로 유지시킬 수 있지만, 앞서 언급한 바와 같이 단열하우징부(100)에 인풋포트와 아웃풋포트가 마련된 경우에는 인풋포트와 아웃풋포트도 이용하여 단열하우징부(100) 내의 압력을 유지시킬 수 있다. For reference, the pressure in the growth space of the heat insulating
단결정 잉곳이 성장되는 동안에 고온으로 인한 압력상승이 억제되어 성장공간이 단원자분자 기체의 성장압력으로 유지될 수 있도록 단열하우징부(100)에 마련된 인풋포트와 아웃풋포트를 통해 성장공간에서 내부공간으로 유체가 유출입된다. During the growth of the single crystal ingot, the pressure rise due to the high temperature is suppressed so that the growth space can be maintained at the growth pressure of the monoatomic molecular gas. fluid flows in and out.
챔버부(10)의 내부공간 압력이 단열하우징부(100)의 성장공간의 압력보다 높은 경우에는 내부공간 내에 있는 단원자분자 기체가 단열하우징부(100)의 성장공간으로 유입된다. 성장공간의 압력에 비해 내부공간의 압력이 낮은 경우에는 인풋포트를 통한 유체의 이동은 이루어지지 않는다.When the pressure in the internal space of the
아웃풋포트는 체크밸브처럼 일방향으로만 유체가 이동가능한 포트로서 챔버부(10)의 내부공간의 압력보다 성장공간의 압력이 더 높아지면 아웃풋포트를 통해 성장공간 상의 유체가 내부공간으로 배출되게 된다. 내부공간의 압력에 비해 성장공간의 압력이 낮은 경우에는 아웃풋포트를 통한 유체의 이동은 이루어지지 않는다.The output port is a port through which the fluid can move only in one direction like a check valve. When the pressure in the growth space is higher than the pressure in the internal space of the
따라서, 챔버부(10) 내의 내부공간의 압력을 조절함으로써 챔버부(10)의 내부공간과 단열하우징부(100)의 성장공간은 성장압력으로 동일하게 유지될 수 있다.Accordingly, by adjusting the pressure of the internal space in the
아울러, 성장과정(S200)에서 단결정 잉곳이 성장되는 동안 성장온도는 일정하게 유지된다.In addition, while the single crystal ingot is grown in the growth process ( S200 ), the growth temperature is kept constant.
이러한 성장과정(S200)을 통해 단결정 잉곳이 성장되면 냉각과정(S300)으로 이어질 수 있다.When the single crystal ingot is grown through this growth process (S200), it may lead to a cooling process (S300).
앞서 언급한 바와 같이, 냉각과정(S300)은 성장과정(S200)에서 성장된 단결정의 잉곳을 성장압력으로 조성된 단원자분자 기체의 분위기에서 냉각시키는 과정이다.As mentioned above, the cooling process (S300) is a process of cooling the ingot of the single crystal grown in the growth process (S200) in an atmosphere of monoatomic molecular gas created by a growth pressure.
냉각과정(S300)에서 가열부(400)에 의한 가열이 중단되고, 성장된 고온상태의 단결정 잉곳이 냉각된다. 성장공간도 냉각이 된다. 성장공간이 냉각되면 성장공간 상의 압력도 감소될 수 있다. 즉 단결정 잉곳이 냉각되면서 성장공간도 냉각됨에 따라 성장압력보다도 낮은 압력으로 감소될 수 있다. 여기서 단결정 잉곳이 냉각되는 동안에 성장공간 상의 압력이 성장압력보다도 낮아지지 않고 성장압력으로 유지될 수 있도록 단열하우징부(100)를 통해 내부공간 상의 단원자분자 기체가 성장공간 내로 유입된다. 인풋포트가 있는 경우에는 인풋포트를 통하여 단원자분자 기체가 성장공간 내로 유입될 수 있다. 즉, 성장공간의 압력이 내부공간의 압력인 성장압력보다 낮아지면 성장공간과 내부공간 사이의 압력차이에 의해 내부공간 상의 단원자분자 기체가 성장공간으로 유입되므로 성장공간과 내부공간 사이의 압력차이가 해소된다. In the cooling process (S300), heating by the
이와 같이 단열하우징부(100)의 소재가 다공성있는 단열펠트이면 성장공간과 내부공간 사이의 압력차이에 따라 내부공간에 있는 단원자분자 기체가 단열하우징부(100)를 통과하여 성장공간으로 이동될 수 있으므로 성장공간과 내부공간이 동일한 압력수준으로서 성장압력을 유지될 수 있다.As such, if the material of the insulating
따라서 성장공간 상의 압력은 성장압력을 유지하게 되며, 고온상태의 단결정 잉곳은 단원자분자 기체의 성장압력 분위기 속에서 냉각된다. Therefore, the pressure in the growth space maintains the growth pressure, and the single crystal ingot in a high temperature state is cooled in the atmosphere of the growth pressure of the monoatomic molecular gas.
단결정 잉곳이 냉각되는 동안에 단열하우징부(100)의 개구(110)는 필요에 따라 선택적으로 개방된 상태 또는 폐쇄된 상태로 될 수 있다. 단결정 잉곳에 대한 냉각초기에는 단열하우징부(100)의 성장공간 상에서 대류의 안정성을 유지하기 위하여 개구(110)가 폐쇄된 상태로 유지되다가 일정시간이 경과되어 단결정 잉곳의 온도가 일정수준으로 낮아지면 단열하우징부(100)의 개구(110)를 개방하여 단결정 잉곳의 냉각이 좀 더 빠르게 진행되도록 할 수도 있다는 것이다.While the single crystal ingot is being cooled, the
고온상태였던 단결정 잉곳이 외부로 인출될 수 있을 만큼 충분히 냉각되면 단열하우징부(100)의 개구(110)를 개방하여 단결정 잉곳을 단열하우징부(100)의 내측으로부터 인출해낼 수 있다.When the single crystal ingot in a high temperature state is sufficiently cooled to be withdrawn to the outside, the
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치와 성장방법에 의해 성장된 단결정 잉곳은, 단원자분자 기체의 분위기에서 성장되므로 다원자분자의 기체에 비하여 단결정 잉곳의 전기적 특성에 영향을 주는 것이 억제된다. 그리고 대기압보다도 낮은 성장압력에서 단결정 잉곳이 성장되므로 단결정 용융액의 표면에 기포의 발생이 억제되고, 기체분자가 용융액으로 용해되는 것이 억제된다. 따라서, 단결정 잉곳을 성장시키는 동안 크레이터결함이나 공극결함의 발생되는 것이 억제된다. As described above, the single crystal ingot grown by the single crystal ingot growing apparatus and growth method according to the embodiment of the present invention is grown in the atmosphere of a monoatomic molecule gas, so that it affects the electrical properties of the single crystal ingot compared to the polyatomic molecule gas. is suppressed In addition, since the single crystal ingot is grown at a growth pressure lower than atmospheric pressure, the generation of bubbles on the surface of the single crystal melt is suppressed, and gas molecules are suppressed from being dissolved into the melt. Therefore, the occurrence of crater defects or void defects during growth of the single crystal ingot is suppressed.
이와 같이 본 발명에 따르면, 성장된 단결정 잉곳에서 발생된 전체 공극결함 중 200um 이상의 직경을 갖는 공극결함의 비율이 1% 미만으로 억제된 단결정 잉곳을 얻을 수 있으며, 단결정 잉곳의 결정질 향상에 도움이 된다. As described above, according to the present invention, a single crystal ingot in which the ratio of pore defects having a diameter of 200 μm or more among the total pore defects generated in the grown single crystal ingot is suppressed to less than 1% can be obtained, and it is helpful in improving the crystal quality of the single crystal ingot .
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장방법에 따라 각기 서로 다른 성장압력 조건에서 성장된 실리콘카바이드 단결정 잉곳의 표면에서 발견되는 크레이터 결함의 광학이미지를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 각기 서로 다른 성장압력 조건에서 성장된 실리콘카바이드 단결정 잉곳에서 발견되는 크레이터결함의 직경분포를 개략적으로 나타낸 도면이다. 5 is a view schematically showing an optical image of a crater defect found on the surface of a silicon carbide single crystal ingot grown under different growth pressure conditions according to a single crystal ingot growth method according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is each It is a diagram schematically showing the diameter distribution of crater defects found in silicon carbide single crystal ingots grown under different growth pressure conditions.
도 5(a)에서 참조되는 바와 같이, 단원자분자 기체의 분위기에서 715torr의 성장압력으로 성장된 단결정이 잉곳에서 나타나는 크레이터의 직경은 2.1mm 였고, 도 5(b)에서 참조되는 바와 같이, 단원자분자 기체의 분위기에서 500torr의 성장압력으로 성장된 단결정이 잉곳에서 나타나는 크레이터의 직경은 1.6mm 였으며, 도 5(c)에서 확인되는 바와 같이, 단원자분자 기체의 분위기에서 300torr의 성장압력으로 성장된 단결정이 잉곳에서 나타나는 크레이터의 직경은 0.64mm 였다. As referenced in Fig. 5(a), the diameter of the crater in which the single crystal grown at the growth pressure of 715 torr in the atmosphere of monoatomic molecular gas appeared in the ingot was 2.1 mm, and as referenced in Fig. 5(b), the single crystal A single crystal grown at a growth pressure of 500 torr in an atmosphere of magnetic molecular gas had a crater diameter of 1.6 mm in the ingot, and as shown in FIG. The diameter of the crater in which the obtained single crystal appeared in the ingot was 0.64 mm.
이처럼 도 5에 나타낸 이미지에서 알 수 있는 바와 같이, 단결정 잉곳이 성장되는 성장공간 상의 압력이 낮아질수록 크레이터의 직경이 감소된다. As can be seen from the image shown in FIG. 5 like this, as the pressure on the growth space in which the single crystal ingot is grown is lowered, the diameter of the crater is reduced.
그리고 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 성장공간 상의 압력이 낮아질수록 크레이터결함의 직경이 감소되며, 크레이터결함의 직경의 분포범위가 상대적으로 협소해지는 것을 알 수 있으며, 특히 성장압력이 300 Torr 이하인 경우에는 크레이터의 직경이 0.7mm 이하의 크기에 집중되어 나타나며, 크레이터결함의 개수도 감소되므로 크레이터결함의 밀도가 감소되는 것을 확인할 수 있다. And, as can be seen from FIG. 6, as the pressure in the growth space decreases, the diameter of the crater defect decreases, and it can be seen that the distribution range of the diameter of the crater defect becomes relatively narrow, especially when the growth pressure is 300 Torr or less It can be seen that the crater diameter is concentrated in the size of 0.7 mm or less, and the number of crater defects is also reduced, so that the density of crater defects is reduced.
기포로 인하여 발생하는 결함 중 크레이터결함은 육안으로 관찰이 가능하지만, 공극결함은 표면을 가공한 뒤 광학현미경으로 관찰할 수 있다. Among the defects caused by bubbles, crater defects can be observed with the naked eye, but void defects can be observed with an optical microscope after surface processing.
도 7은 단원자분자 기체의 분위기에서 500Torr의 성장압력으로 성장된 실리콘카바이드 단결정 잉곳에서 나타나는 공극결함의 광학이미지를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 단원자분자 기체의 분위기에서 300Torr의 성장압력으로 성장된 실리콘카바이드 단결정 잉곳에서 나타나는 공극결함의 광학이미지를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 9는 단원자분자 기체 분위기의 성장압력에 따른 공극결함의 직경과 밀도를 그래프로 나타낸 도면이다.7 is a view schematically showing an optical image of void defects appearing in a silicon carbide single crystal ingot grown at a growth pressure of 500 Torr in an atmosphere of monoatomic molecular gas, and FIG. 8 is a growth pressure of 300 Torr in an atmosphere of monoatomic molecular gas. It is a view schematically showing an optical image of pore defects appearing in a grown silicon carbide single crystal ingot, and FIG. 9 is a graph showing the diameter and density of pore defects according to the growth pressure of a monoatomic molecular gas atmosphere.
도 7에 나타낸 광학이미지와 도 8에 나타낸 광학이미지와 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 500Torr의 성장압력 하에서의 공극결함의 단위면적당 개수에 비하여 300Torr의 성장압력 하에서 공극결함의 단위면적당 개수가 현저히 낮아진 것을 알 수 있다. As can be seen by comparing the optical image shown in FIG. 7 and the optical image shown in FIG. 8, the number of pore defects per unit area under a growth pressure of 300 Torr was significantly lower than the number of pore defects per unit area under a growth pressure of 500 Torr. Able to know.
아울러, 광학현미경으로 관찰한 공극결함의 개수를 크기에 따라 분류하여 나타낸 도 9에서 확인되는 바와 같이, 공극결함 밀도는 300Torr의 성장압력일 때가 500Torr의 성장압력에 비하여 약 40% 수준으로 감소되었다. 따라서, 크레이터 결함이 단열하우징 내부 압력인 성장압력에 영향을 받는 것과 동일하게 공극 결함 또한 성장압력이 감소할수록 평균 직경이 감소하고, 더불어 생성되는 공극결함의 개수가 감소됨에 따라 공극의 결함 밀도가 감소된다는 것을 알 수 있다.In addition, as confirmed in FIG. 9 showing the number of pore defects observed with an optical microscope classified according to size, the pore defect density was reduced to about 40% when the growth pressure of 300 Torr was compared to the growth pressure of 500 Torr. Therefore, in the same way that crater defects are affected by the growth pressure, which is the internal pressure of the adiabatic housing, the average diameter of the pore defects decreases as the growth pressure decreases, and the defect density of the pores decreases as the number of generated void defects decreases. it can be seen that
직경이 200um를 넘는 기포가 단결정 잉곳 성장면에 흡착되어 공극결함으로 발전하는 경우, 단결정 잉곳의 성장 양상에 영향을 주게 되고, 결과적으로 육각형의 결정학적 형태를 갖는 네거티브 결정(negative crystal)결함으로 성장하게 되고, 이 결함 위에 국부적으로 다결정(polycrystal)이 성장할 수 있는 요인으로 작용하게 되므로 공극결함의 크기가 200um를 넘지 않도록 제어하는 것이 중요하다.When bubbles with a diameter of more than 200 μm are adsorbed on the growth surface of the single crystal ingot and develop into void defects, the growth pattern of the single crystal ingot is affected, and as a result, it grows as a negative crystal defect having a hexagonal crystallographic shape. It is important to control the size of the void defect not to exceed 200 μm because it acts as a factor for local growth of polycrystal on this defect.
따라서, 본 발명에 따른 단결정 잉곳 성장장치와 단결정 잉곳 성장방법에 따라 단원자 기체의 분위기에서 성장압력을 300Torr 이하의 압력 또는 0.01torr 내지 300Torr 사이의 압력으로 하여 단결정 잉곳을 성장시키면, 성장된 단결정 잉곳에서 생성된 공극결함 중 200um 이상의 직경을 갖는 공극결함의 발생비율이 1%미만으로 억제되므로 직경 200um 이상의 공극결함은 거의 존재하지 않게 되며, 성장된 단결정 잉곳 전체의 공극결함의 크기 및 밀도가 감소된다.Therefore, according to the single crystal ingot growing apparatus and the single crystal ingot growth method according to the present invention, when the single crystal ingot is grown under a growth pressure of 300 Torr or less or a pressure between 0.01 torr and 300 Torr in a monoatomic gas atmosphere, the grown single crystal ingot Since the occurrence rate of pore defects having a diameter of 200 μm or more among the pore defects generated in .
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 잉곳 성장장치 및 성장방법에 따르면, 크레이터 또는 공극으로 인한 결함발생이 억제되므로 성장된 단결정 잉곳의 결정질이 향상되는 장점이 있다. As described above, according to the single crystal ingot growth apparatus and growth method according to the embodiment of the present invention, since generation of defects due to craters or voids is suppressed, there is an advantage in that the crystal quality of the grown single crystal ingot is improved.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. Although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and common knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims Those having a will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.
10 : 챔버부 100 : 단열하우징부
110 : 개구 120 : 단열플레이트부
200 : 도가니부 210 : 도가니부 지지대
300 : 성장축부 310 : 개폐부
311 : 요철부 320 : 열차단부재
400 : 가열부 500 : 제1 회전모터
600 : 개폐단속부 610 : 이동로드
620 : 로드축 630 : 제2 회전모터
S : 시드 M : 단결정 용융액10: chamber part 100: insulation housing part
110: opening 120: insulating plate portion
200: crucible part 210: crucible part supporter
300: growth shaft part 310: opening and closing part
311: uneven portion 320: heat blocking member
400: heating unit 500: first rotation motor
600: opening/closing control unit 610: moving rod
620: rod shaft 630: second rotation motor
S: Seed M: Single crystal melt
Claims (16)
상기 기체공급부로부터 주입되는 상기 단원자분자 기체의 분위기가 대기압보다 낮은 압력으로 조성되는 내부공간이 마련된 챔버부;
상기 내부공간으로부터 유체를 배기하는 진공펌프부;
상기 내부공간에 배치되고, 상기 내부공간과 연통되어 대기압보다 낮은 성장압력으로 조성되는 상기 단원자분자 기체의 분위기에서 단결정의 잉곳이 성장되는 성장공간을 형성하는 단열하우징부;
상기 단결정 잉곳의 원료를 수용하며, 상기 성장공간 내에 배치되는 도가니부;
상기 단결정 잉곳의 원료가 용융되어 단결정 용융액이 생성되도록 상기 도가니부 측으로 열을 공급하는 가열부; 및
상기 도가니부에서 생성된 상기 단결정 용융액으로부터 상기 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 시드가 하측단에 장착되고, 상기 단열하우징부의 상측에 형성된 개구를 통해 상향 또는 하향이동될 수 있는 성장축부;를 포함하고,
상기 단열하우징부는 다공질의 재질로 이루어지거나, 상기 단열하우징부 내의 상기 성장공간으로 상기 단원자분자 기체의 이동이 허용되는 인풋포트가 마련되며,
상기 성장공간과 상기 내부공간은 서로 간의 압력차이에 따라 상기 내부공간의 상기 단원자분자 기체가 상기 단열하우징부의 기공 또는 상기 인풋포트를 통해 상기 성장공간으로 이동하여 상기 성장압력으로 동일하게 유지되는 단결정 잉곳 성장장치.
a gas supply unit providing a monoatomic molecular gas;
a chamber unit provided with an internal space in which an atmosphere of the monoatomic molecular gas injected from the gas supply unit is created at a pressure lower than atmospheric pressure;
a vacuum pump unit for exhausting the fluid from the inner space;
an insulating housing portion disposed in the inner space and communicating with the inner space to form a growth space in which a single crystal ingot is grown in the atmosphere of the monoatomic molecular gas formed at a growth pressure lower than atmospheric pressure;
a crucible unit accommodating the raw material of the single crystal ingot and disposed in the growth space;
a heating part for supplying heat to the crucible part so that the raw material of the single crystal ingot is melted to generate a single crystal molten solution; and
A seed for growing the single-crystal ingot from the single-crystal melt generated in the crucible part is mounted on the lower end, and a growth shaft part that can be moved upward or downward through an opening formed on the upper side of the heat-insulating housing part; includes;
The insulated housing part is made of a porous material, or an input port allowing movement of the monoatomic molecular gas to the growth space in the insulated housing part is provided,
In the growth space and the inner space, the monoatomic molecular gas in the inner space moves to the growth space through the pores or the input port of the heat insulating housing part according to a pressure difference between the growth space and the single crystal maintained at the same growth pressure. Ingot growing device.
상기 성장축부에 연결되어 선택적으로 연동될 수 있으며, 상기 성장축부를 따라 회전하면서 상향 또는 하향으로 이동하여 상기 단열하우징부에 형성된 상기 개구를 개방 또는 폐쇄하는 개폐부; 및
상기 성장축부를 따르는 상기 개폐부의 회전을 선택적으로 단속할 수 있는 개폐단속부;를 더 포함하는 단결정 잉곳 성장장치.
The method of claim 1,
an opening/closing part connected to the growth shaft part and selectively interlocked, and moving upward or downward while rotating along the growth shaft part to open or close the opening formed in the heat insulation housing part; and
The single crystal ingot growing apparatus further comprising; an opening and closing intermittent unit capable of selectively intermitting rotation of the opening and closing unit along the growth shaft.
상기 성장공간에서 상기 도가니부와 상기 개구 사이의 공간에 배치되며, 상기 성장축이 상향 또는 하향 이동될 수 있는 관통홀이 형성된 단열플레이트부;를 더 포함하는 단결정 잉곳 성장장치.
4. The method of claim 3,
The single crystal ingot growing apparatus further comprising a; disposed in the space between the crucible part and the opening in the growth space, the heat insulating plate part having a through hole through which the growth axis can be moved upward or downward.
상기 개폐부는 흑연재질로 이루어진 단결정 잉곳 성장장치.
4. The method of claim 3,
The opening and closing part is a single crystal ingot growing device made of a graphite material.
진공펌프부가 챔버부의 내부공간 상의 유체를 배기시키면서 기체공급부로부터 상기 챔버부의 상기 내부공간에 단원자분자 기체를 주입하여, 다공질의 재질로 이루어지거나 그 내부로 상기 단원자분자 기체의 이동이 허용되는 인풋포트가 마련된 단열하우징부 내의 성장공간에 대기압보다 낮은 성장압력으로 상기 단원자분자 기체의 분위기를 조성하는 성장분위기조성과정; 및
상기 성장분위기조성과정에서 상기 성장압력으로 조성된 상기 단원자분자 기체의 분위기에서 단결정 잉곳을 성장시키는 성장과정;을 포함하고,
상기 단열하우징부 내의 상기 성장공간과 상기 챔버부의 상기 내부공간은 서로 간의 압력차이에 따라 상기 챔버부의 상기 내부공간에 주입된 상기 단원자분자 기체가 상기 단열하우징부의 기공 또는 상기 인풋포트를 통해 상기 단열하우징부 내의 상기 성장공간으로 이동하여 상기 성장압력으로 동일하게 유지되는 단결정 잉곳 성장방법.
A solution growth method comprising:
An input made of a porous material or allowing movement of the monoatomic molecular gas into the interior space by injecting the monoatomic molecular gas from the gas supply part into the internal space of the chamber part while the vacuum pump part exhausts the fluid in the internal space of the chamber part a growth atmosphere creation process of creating an atmosphere of the monoatomic molecular gas at a growth pressure lower than atmospheric pressure in a growth space in a heat insulating housing unit provided with a port; and
a growth process of growing a single crystal ingot in the atmosphere of the monoatomic molecular gas created by the growth pressure in the process of creating the growth atmosphere; and
The monoatomic molecular gas injected into the inner space of the chamber part according to a pressure difference between the growth space in the insulated housing part and the internal space of the chamber part is insulated through the pores or the input port of the insulated housing part. A method of growing a single crystal ingot by moving to the growth space in the housing and maintaining the same with the growth pressure.
상기 단원자분자는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및 라돈 중 어느 하나인 단결정 잉곳 성장방법.
7. The method of claim 6,
The monoatomic molecule is a single crystal ingot growth method of any one of helium, neon, argon, krypton, xenon, and radon.
상기 성장압력은 300 Torr 이하의 압력인 단결정 잉곳 성장방법.
7. The method of claim 6,
The growth pressure is a single crystal ingot growth method of a pressure of 300 Torr or less.
상기 성장과정에서 성장된 상기 단결정 잉곳을 상기 성장압력으로 조성된 상기 단원자분자 기체의 분위기에서 냉각시키는 냉각과정;을 더 포함하는 단결정 잉곳 성장방법.
7. The method of claim 6,
A method of growing a single crystal ingot further comprising a cooling process of cooling the single crystal ingot grown in the growth process in the atmosphere of the monoatomic molecular gas at the growth pressure.
상기 성장분위기조성과정은,
상기 단결정 잉곳의 원료가 수용된 도가니부가 배치된 상기 단열하우징부 내의 상기 성장공간에 대하여 소정의 진공도로 진공상태를 조성시키는 준비과정; 및
상기 준비과정에서 진공상태가 조성된 상기 단열하우징부 내의 상기 성장공간에 상기 단원자분자 기체를 유입시켜 상기 단열하우징부 내의 상기 성장공간에 상기 성장압력으로 상기 단원자분자 기체의 분위기를 조성하는 압력조정과정;을 포함하는 단결정 잉곳 성장방법.
7. The method of claim 6,
The process of creating a growth atmosphere is
a preparation process of creating a vacuum state at a predetermined vacuum degree with respect to the growth space in the heat insulating housing part in which the crucible part in which the raw material of the single crystal ingot is accommodated; and
In the preparation process, the monoatomic molecular gas is introduced into the growth space in the heat insulating housing part in which a vacuum state is created, and the pressure of creating an atmosphere of the monoatomic molecular gas by the growth pressure in the growth space in the heat insulating housing part Adjustment process; single crystal ingot growth method comprising.
상기 압력조정과정에서 상기 성장압력으로 상기 단원자분자 기체의 분위기가 조성된 상기 단열하우징부 내의 상기 성장공간에 배치된 상기 도가니부로 열을 공급하여 상기 단결정 잉곳의 원료를 용융시켜서 단결정 용융액을 생성시키는 용융과정;을 더 포함하는 단결정 잉곳 성장방법.
11. The method of claim 10,
In the pressure adjustment process, heat is supplied to the crucible part disposed in the growth space in the heat insulating housing part where the atmosphere of the monoatomic molecular gas is created by the growth pressure to melt the raw material of the single crystal ingot to produce a single crystal melt A single crystal ingot growth method further comprising a melting process.
상기 도가니부로 열을 공급하는 동안 선택적으로 상기 단열하우징부의 개구가 개방되거나 폐쇄되는 단결정 잉곳 성장방법.
13. The method of claim 12,
A single crystal ingot growing method in which an opening of the insulating housing part is selectively opened or closed while heat is supplied to the crucible part.
상기 성장과정에서 상기 단결정 잉곳은,
상기 단결정의 용융액에 상기 단결정의 시드(seed)를 접촉시키고 상기 단결정의 시드를 일방향으로 이동시킴에 따라 성장되는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장방법.
13. The method of claim 12,
In the growth process, the single crystal ingot is
A single crystal ingot growing method, characterized in that the single crystal is grown by contacting a seed of the single crystal with the melt of the single crystal and moving the seed of the single crystal in one direction.
상기 단결정 잉곳이 성장되는 동안 상기 단열하우징부 내의 상기 성장공간 내의 압력이 상기 성장압력으로 유지되는 단결정 잉곳 성장방법.
15. The method of claim 14,
While the single crystal ingot is grown, the pressure in the growth space in the heat insulating housing is maintained at the growth pressure.
상기 단결정 잉곳에서 생성된 공극결함 중 200um 이상의 직경을 갖는 공극결함의 비율이 1% 미만으로 성장된 단결정 잉곳.16. A single crystal ingot grown by the single crystal ingot growing method according to any one of claims 6 to 10 and 12 to 15, comprising:
A single crystal ingot in which the ratio of pore defects having a diameter of 200 μm or more among the pore defects generated in the single crystal ingot is less than 1%.
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