KR102475267B1 - Apparatus for growing large diameter single crystal and method for growing using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치는, 원료가 장입되는 도가니; 상기 도가니를 감싸며 상, 하부가 개방된 석영관; 상기 석영관을 감싸는 제1 가열수단; 상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 둘레에 배치되는 제2 가열수단; 및 상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 중앙에 배치되는 제3 가열수단;을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 가열수단은 각각 독립적으로 작동하여 상기 도가니를 가열할 수 있다.A large-diameter single crystal growth apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a crucible into which raw materials are charged; a quartz tube with upper and lower parts open surrounding the crucible; a first heating means surrounding the quartz tube; a second heating means disposed around the lower circumference of the crucible within the quartz tube; and a third heating means disposed in the lower center of the crucible within the quartz tube. The first to third heating means may operate independently to heat the crucible.

Description

대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법{APPARATUS FOR GROWING LARGE DIAMETER SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR GROWING USING THE SAME}Large-diameter single crystal growth apparatus and growth method using the same

본 발명은 대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법에 관한 것이다.The present invention relates to a large-diameter single crystal growth apparatus and a growth method using the same.

대표적인 반도체 소자 재료로 사용된 규소(Si)가 물리적 한계를 보이게 됨에 따라, 차세대 반도체 소자 재료로서 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 등의 광대역 반도체 재료가 각광을 받고 있다.As silicon (Si), which is used as a representative semiconductor device material, shows physical limitations, broadband semiconductor materials such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), and aluminum nitride (AlN) are in the limelight as next-generation semiconductor device materials. have.

여기에서, 질화갈륨 및 질화알루미늄에 비해 탄화규소는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한 탄화규소는 4.6W/Cm℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 6인치 이상의 대구경 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있어, 질화갈륨, 질화알루미늄 등의 기판에 비해 각광을 받고 있다.Here, compared to gallium nitride and aluminum nitride, silicon carbide has excellent thermal stability and excellent oxidation resistance. In addition, silicon carbide has an excellent thermal conductivity of about 4.6 W / Cm ℃, and has the advantage of being able to be produced as a large-diameter substrate of 6 inches or more in diameter, and is in the spotlight compared to substrates such as gallium nitride and aluminum nitride.

근래에 들어 탄화규소의 경우 직경이 보다 확장되면서 6인치 기판은 생산이 가능한 정도로 발전하였지만, 6인치 초과의 기판(예를 들어, 8 내지 10인치 기판)의 생산은 현재 미비한 실정이다. 이러한 탄화규소의 단결정을 성장시키기 위해서는, 일반적으로 PVT 법(Physical Vapor Transport)을 이용한다.In recent years, as the diameter of silicon carbide has been further expanded, 6-inch substrates have been developed to the extent that production is possible, but production of substrates larger than 6 inches (eg, 8 to 10-inch substrates) is currently insufficient. In order to grow such a single crystal of silicon carbide, a PVT method (Physical Vapor Transport) is generally used.

즉, 먼저 탄화규소로 이루어진 종자정을 종자정 홀더에 부착하고, 이를 성장장비 내부에 장입한다. 그리고 도가니의 내부에 장입된 원료 물질 즉, 탄화규소 파우더를 가열하고, 이를 승화시켜 종자정에 단결정을 성장시킨다.That is, first, a seed crystal made of silicon carbide is attached to a seed crystal holder, and then charged into the growth equipment. Then, the raw material, that is, the silicon carbide powder charged into the crucible is heated and sublimated to grow a single crystal in the seed crystal.

이때, 승화를 시키는 주된 원동력은 성장장치 내의 유도코일에 전류를 흘려주면 고주파에 의한 도가니 표피의 가열에 의해서 외부에서 내부로 열이 전도, 복사되어 이루어진다. 이러한 단결정 성장방법은 구경이 점점 커질수록 성장된 단결정의 품질 특성과 수율에 큰 영향을 미치게 된다.At this time, the main driving force for sublimation is when a current is passed through the induction coil in the growth device, and heat is conducted and radiated from the outside to the inside by heating the skin of the crucible by high frequency. In this single crystal growth method, the larger the aperture, the greater the influence on the quality characteristics and yield of the grown single crystal.

한편, 종래에 6인치 이하 구경이 작은 경우, 단일 유도코일을 사용하여 가열하여도 단결정 제작에 있어서 큰 영향을 미치지 않는다.On the other hand, in the case of conventionally small apertures of 6 inches or less, heating using a single induction coil does not have a significant effect on single crystal fabrication.

그러나, 대구경 적용에 있어서 상기와 같은 단일 유도 코일 방식 적용은 여러 가지 문제를 야기할 수 있다. 단결정의 직경이 넓어지게 되면 도가니 크기도 이에 비례하여 가로로 넓어지게 되므로 도가니 내벽부와 도가니 중심부의 온도 편차가 크게 되고, 원료 파우더의 균일한 승화가 불가능하게 된다.However, in a large-diameter application, the application of the single induction coil method as described above may cause various problems. If the diameter of the single crystal is widened, the size of the crucible also widens horizontally in proportion to this, so the temperature difference between the inner wall of the crucible and the center of the crucible increases, and uniform sublimation of the raw material powder is impossible.

이에 따라, 성장된 잉곳도 편평하지 못하며 중앙이 볼록해진 형태가 되기 때문에 고품질의 단결정 구현이 힘든 문제점이 있다.Accordingly, since the grown ingot is not flat and has a convex center, it is difficult to implement a high-quality single crystal.

또한, 낮은 중심부의 온도에 의해 승화되지 못한 원료 파우더가 도가니 내부에 잔류하여 최종적으로 잉곳의 수율도 저하시키고, 단결정을 성장시키는 공정 시간이 길어지게 되는 한계점이 있다.In addition, raw material powder that is not sublimated due to the low central temperature remains inside the crucible, ultimately reducing the yield of the ingot and increasing the process time for growing single crystals.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 도가니의 수평온도편차를 차단하여 도가니의 균일한 승화가 가능해짐에 따라 중앙이 볼록하지 않은 편평한 잉곳을 만들어 고품의 단결정을 구현할 수 있는 대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and as uniform sublimation of the crucible is possible by blocking the horizontal temperature deviation of the crucible, a flat ingot with a non-convex center is made and a large-diameter single crystal can be realized. Its purpose is to provide a single crystal growth device and a growth method using the same.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치는, 원료가 장입되는 도가니; 상기 도가니를 감싸며 상, 하부가 개방된 석영관; 상기 석영관을 감싸는 제1 가열수단; 상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 둘레에 배치되는 제2 가열수단; 및 상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 중앙에 배치되는 제3 가열수단;을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 가열수단은 각각 독립적으로 작동하여 상기 도가니를 가열하고, 상기 도가니는 상기 제3 가열수단이 배치되는 하부에 상기 제3 가열수단을 수용하는 수용홈을 구비하여 상기 도가니의 하부는 중심부의 두께가 외곽부의 두께보다 얇은 비대칭 구조를 가지고, 상기 제3 가열수단과 상기 제2 가열수단은 상호 열적으로 분리되도록 소정의 간격으로 이격되어 배치되며, 상기 제3 가열수단은 상기 제2 가열수단보다 저항가열하는 정도가 높도록 구성될 수 있다.A large-diameter single crystal growth apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a crucible into which raw materials are charged; a quartz tube with upper and lower parts open surrounding the crucible; a first heating means surrounding the quartz tube; a second heating means disposed around the lower circumference of the crucible within the quartz tube; and a third heating means disposed in the lower center of the crucible in the quartz tube, wherein the first to third heating means operate independently to heat the crucible, and the crucible is heated by the third heating means. An accommodation groove for accommodating the third heating means is provided at the bottom where the means is disposed, and the lower part of the crucible has an asymmetrical structure in which the thickness of the center is thinner than the thickness of the outer part, and the third heating means and the second heating means are They are spaced apart at predetermined intervals so as to be thermally separated from each other, and the third heating means may be configured to have a higher degree of resistance heating than the second heating means.

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상기 제2 가열수단과 상기 제3 가열수단은 각각 전류가 공급되어 상기 도가니를 저항가열하는 흑연판일 수 있다.The second heating means and the third heating means may each be a graphite plate for resistance heating the crucible by supplying a current.

상기 제3 가열수단은 상기 제2 가열수단보다 높은 비저항값을 가질 수 있다.The third heating means may have a higher resistivity than the second heating means.

상기 제2 가열수단은 중앙에 관통홀을 구비하며, 상기 제3 가열수단은 상기 관통홀 내에 상기 제2 가열수단과 접하지 않는 구조로 배치될 수 있다.The second heating means may have a through hole in the center, and the third heating means may be disposed in the through hole in a structure that does not come into contact with the second heating means.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치는, 원료가 장입되는 도가니; 상기 도가니를 감싸며 상, 하부가 개방된 석영관; 상기 석영관을 감싸는 제1 가열수단; 상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 둘레에 배치되는 제2 가열수단; 및 상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 중앙에 배치되는 제3 가열수단;을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 가열수단은 각각 독립적으로 작동하여 상기 도가니를 가열하고, 상기 제2 가열수단과 상기 도가니의 하부 사이에 에어갭(air gap)이 구비되어 상기 제2 가열수단은 상기 도가니의 하면과 이격되고, 상기 제3 가열수단은 상기 도가니의 하면과 접하고, 상기 제3 가열수단과 상기 제2 가열수단은 상호 열적으로 분리되도록 소정의 간격으로 이격되어 배치되며, 상기 제3 가열수단은 상기 제2 가열수단보다 저항가열하는 정도가 높도록 구성될 수 있다.A large-diameter single crystal growth apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a crucible into which raw materials are charged; a quartz tube with upper and lower parts open surrounding the crucible; a first heating means surrounding the quartz tube; a second heating means disposed around the lower circumference of the crucible within the quartz tube; and a third heating means disposed in the lower center of the crucible within the quartz tube, wherein the first to third heating means operate independently to heat the crucible, and An air gap is provided between the bottom of the crucible so that the second heating means is spaced apart from the lower surface of the crucible, the third heating means is in contact with the lower surface of the crucible, and the third heating means and the second heating means are in contact with the lower surface of the crucible. The heating means may be spaced apart from each other at a predetermined interval so as to be thermally separated from each other, and the third heating means may be configured to have a higher degree of resistance heating than the second heating means.

상기 도가니는 상기 제3 가열수단이 배치되는 하부에 상기 제3 가열수단을 수용하는 수용홈을 구비할 수 있다.The crucible may have a receiving groove accommodating the third heating means at a lower portion where the third heating means is disposed.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장방법은, 상기 대구경 단결정 성장장치를 활용한 대구경 단결정 성장방법이고, 종자정홀더에 종자정을 부착시키는 단계; 상기 종자정홀더를 원료가 장입된 도가니 내의 상부에 배치고정시키는 단계; 상기 원료를 승화시켜 상기 종자정에 부착시켜 단결정으로 성장되도록, 제1 가열수단으로 상기 도가니를 가열하는 제1 가열단계; 상기 도가니의 수평온도편차를 차단하도록 제2 가열수단으로 상기 도가니를 가열하는 제2 가열단계; 및 상기 도가니의 수평온도편차를 차단하도록 제3 가열수단으로 상기 도가니를 가열하는 제3 가열단계를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 가열수단은 각각 독립적으로 작동하여 상기 도가니를 가열할 수 있다.A method for growing a large-diameter single crystal according to an exemplary embodiment of the present invention is a method for growing a large-diameter single crystal using the large-diameter single crystal growth device, comprising the steps of attaching a seed crystal to a seed crystal holder; arranging and fixing the seed crystal holder in an upper portion of a crucible into which a raw material is charged; a first heating step of heating the crucible with a first heating means so that the raw material is sublimated and attached to the seed crystal to grow into a single crystal; a second heating step of heating the crucible with a second heating means to block a horizontal temperature deviation of the crucible; and a third heating step of heating the crucible with a third heating means to block a horizontal temperature deviation of the crucible, wherein the first to third heating means may operate independently to heat the crucible.

상기 제3 가열수단과 상기 제2 가열수단은 상호 열적으로 분리되도록 소정의 간격으로 이격되어 배치되며, 상기 제3 가열수단은 상기 제2 가열수단보다 저항가열하는 정도가 높도록 구성될 수 있다.The third heating means and the second heating means are spaced apart from each other by a predetermined interval so as to be thermally separated from each other, and the third heating means may be configured to have a higher degree of resistance heating than the second heating means.

상기 원료가 탄화규소(SiC)인 경우, 6인치 초과로서 결정다형이 6H-SiC(6H형 탄화규소) 또는 4H-SiC(4H형 탄화규소) 단결정으로 성장시킬 수 있다.When the raw material is silicon carbide (SiC), it can be grown into a 6H-SiC (6H-type silicon carbide) or 4H-SiC (4H-type silicon carbide) single crystal with a crystal polytype greater than 6 inches.

본 발명에 따른 대구경 단결정 성장장치 및 이를 이용하는 성장방법은, 도가니의 균일한 승화가 가능해짐에 따라 중앙이 볼록하지 않은 편평한 잉곳을 만들어 고품질의 단결정을 구현할 수 있는 효과를 가진다.A large-diameter single crystal growth apparatus and a growth method using the same according to the present invention have the effect of realizing a high-quality single crystal by making a flat ingot with a non-convex center as uniform sublimation of the crucible is possible.

아울러, 낮은 중심부의 온도에 의해 승화되지 못한 원료 파우더로 인하여 잉곳의 수율이 저하되는 문제를 해결하여, 결과적으로 대구경 단결정 성장에 대한 공정시간의 지연을 차단할 수 있는 장점을 지닌다.In addition, it solves the problem of lowering the yield of the ingot due to the raw material powder that is not sublimated due to the low central temperature, and consequently has the advantage of blocking the delay in the process time for growing a large-diameter single crystal.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5c는 시뮬레이션을 활용하여 도가니 전체의 온도분포를 계산한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 시뮬레이션을 바탕으로 단결정 성장실험 후 원료분말을 종단면으로 절단한 사진이다.
1 is a cross-sectional view schematically showing a large-diameter single crystal growth apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of a large-diameter single crystal growth apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view of a large-diameter single crystal growth apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a flowchart schematically illustrating a method for growing a large-diameter single crystal according to an exemplary embodiment of the present invention.
5A to 5C are diagrams in which the temperature distribution of the entire crucible is calculated using simulation.
6a to 6c are photographs of raw material powders cut into longitudinal sections after single crystal growth experiments based on the simulation of FIG. 5 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention with reference to the accompanying drawings. However, in describing a preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and actions.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is said to be 'connected' to another part, this is not only the case where it is 'directly connected', but also the case where it is 'indirectly connected' with another element in between. include In addition, 'including' a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components unless otherwise stated.

도 1을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.Referring to FIG. 1, a large-diameter single crystal growing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention will be described. 1 is a cross-sectional view schematically showing a large-diameter single crystal growth apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치(1)는 원료(M)가 장입되는 도가니(10), 도가니(10)를 감싸는 석영관(20), 도가니(10)를 가열하는 가열수단(30)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a large-diameter single crystal growth apparatus 1 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a crucible 10 into which a raw material M is charged, a quartz tube 20 surrounding the crucible 10, and a crucible 10 ) May include a heating means 30 for heating.

도가니(10)는 몸체(12)와, 몸체(12) 상부를 선택적으로 폐쇄하는 커버(11)를 구비할 수 있다. 이때, 몸체(12) 내에는 분말상태의 원료(M)가 장입되고, 커버(11)의 하면에는 종자정홀더(13)가 장착될 수 있다.The crucible 10 may include a body 12 and a cover 11 selectively closing an upper portion of the body 12 . At this time, the powdered raw material M is charged into the body 12, and the seed crystal holder 13 may be mounted on the lower surface of the cover 11.

종자정홀더(13)는 탄화규소로 이루어진 종자정(S)이 부착되는 부위로서, 이와 같은 종자정홀더(13)에 종자정(S)이 부착되면, 커버(11)가 몸체(12)를 덮어서 도가니(10) 내부에 종자정(S)이 배치되도록 한다.The seed crystal holder 13 is a portion to which the seed crystal S made of silicon carbide is attached, and when the seed crystal S is attached to the seed crystal holder 13, the cover 11 covers the body 12. It is covered so that the seed crystal (S) is placed inside the crucible (10).

이에 더하여, 도가니(10)는 적어도 일부분이 단열재(14)에 의해 외부에 노출되지 않도록 감싸질 수 있다. 이를 통해 가열수단(30)에 의해 가열되는 경우에 내부가 고온의 상태를 유지하도록 할 수 있다.In addition to this, at least a portion of the crucible 10 may be covered by the heat insulating material 14 so as not to be exposed to the outside. Through this, when heated by the heating means 30, the inside can be maintained at a high temperature.

석영관(20)은 상,하부가 개방되 원통형 형상을 가지며, 내부에 도가니(10)가 배치되면 이러한 도가니(10)를 감싸는 구조를 이루게 된다. The quartz tube 20 has a cylindrical shape with upper and lower ends open, and when the crucible 10 is placed therein, a structure is formed surrounding the crucible 10.

석영관(20)의 개방된 상,하부에는 각각 플랜지(미도시)가 구비되어 석영관(20)을 폐쇄하도록 구성될 수 있다.Flanges (not shown) may be provided at open upper and lower portions of the quartz tube 20 to close the quartz tube 20 .

가열수단(30)은 제1 가열수단(31), 제2 가열수단(32), 제3 가열수단(33)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 가열수단(31, 32, 33)은 각각 독립적으로 작동하여 도가니(10)를 가열할 수 있다.The heating unit 30 may include a first heating unit 31 , a second heating unit 32 , and a third heating unit 33 . The first to third heating means 31 , 32 , and 33 may operate independently to heat the crucible 10 .

제1 가열수단(31)은 석영관(20) 둘레를 감싸는 구조로 제공되며, 고주파 전류가 공급되어 도가니(10)를 유도가열할 수 있다. 예컨대, 제1 가열수단(31)은 고주파 유도코일일 수 있다.The first heating means 31 is provided in a structure surrounding the quartz tube 20, and can induction heat the crucible 10 by supplying a high-frequency current. For example, the first heating unit 31 may be a high frequency induction coil.

제1 가열수단(31)은, 고주파 유도코일 내에 도가니(10)를 배치시킨 상태에서 고주파 유도코일에 고주파 전류를 공급하면, 도가니(10)의 표면 가까이에 와류전류를 발생시켜 도가니(10)를 전체적으로 가열하게 된다.The first heating unit 31 generates eddy currents near the surface of the crucible 10 to heat the crucible 10 when a high frequency current is supplied to the high frequency induction coil in a state where the crucible 10 is placed in the high frequency induction coil. heats up as a whole.

한편, 수평방향 큰 직경을 이루는 대구경 단결정을 성장시키는데 있어서, 제1 가열수단(31)으로 수평방향에 대한 균일한 가열을 하기에는 한계가 있기 때문에, 수평온도편차를 줄이도록 제2 가열수단(32)과 제3 가열수단(33)이 도가니(10)를 추가가열하도록 구성될 수 있다. On the other hand, in growing a large-diameter single crystal having a large diameter in the horizontal direction, since there is a limit to uniform heating in the horizontal direction by the first heating means 31, the second heating means 32 is used to reduce the horizontal temperature deviation. And the third heating means 33 may be configured to additionally heat the crucible (10).

즉, 제2 가열수단(32)과 제3 가열수단(33)은, 제1 가열수단(31)인 고주파 유도코일에 의해 도가니(10)가 와류전류에 의해 가열되는 과정에서, 도가니(10)의 수평온도의 편차를 차단하기 위해 도가니(10)의 중심부로 갈수록 온도가 떨어지는 문제점을 보완하는 역할을 수행할 수 있다. That is, the second heating means 32 and the third heating means 33, while the crucible 10 is heated by the eddy current by the high frequency induction coil of the first heating means 31, the crucible 10 In order to block the horizontal temperature deviation of the crucible 10, it can play a role of supplementing the problem that the temperature drops toward the center of the crucible 10.

도 1에서와 같이, 제2 가열수단(32)은 석영관(20) 내에서 도가니(10)의 하부 둘레(외곽부)에 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 가열수단(32)은 도가니(10)를 감싸는 단열재(14) 내에 배치될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the second heating means 32 may be disposed on the lower circumference (outside) of the crucible 10 within the quartz tube 20 . In this case, the second heating means 32 may be disposed within the heat insulating material 14 surrounding the crucible 10 .

제2 가열수단(32)은 대략 도가니(10)의 원통형 구조에 대응되도록 도가니(10)의 하면에 대응되게 원형판의 구조를 가질 수 있다. 그리고, 중앙에는 제3 가열수단(33)을 수용하기 위한 관통홀(32a)이 형성될 수 있다.The second heating means 32 may have a circular plate structure corresponding to the lower surface of the crucible 10 to substantially correspond to the cylindrical structure of the crucible 10 . In addition, a through hole 32a for accommodating the third heating means 33 may be formed in the center.

제2 가열수단(32)은 전류가 공급되어 도가니(10)를 저항가열하는 흑연판으로 이루어질 수 있다. The second heating means 32 may be made of a graphite plate that resists heats the crucible 10 by supplying current.

예를 들어, 제2 가열수단(32)은 중심으로 갈수록 저항가열되는 정도가 높도록 구성될 수 있으며, 도가니(10)의 하면과 접한 상태에서 도가니(10)의 외측에서 중심부로 갈수록 높은 열로 가열하여 도가니(10)의 수평온도의 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.For example, the second heating means 32 may be configured to have a higher degree of resistance heating toward the center, and heat with higher heat toward the center from the outer side of the crucible 10 in a state in contact with the lower surface of the crucible 10. Thus, it is possible to prevent a horizontal temperature deviation of the crucible 10 from occurring.

제2 가열수단(32)을 이루는 흑연판은 비저항값이 중심으로 갈수록 높은 것이 활용될 수 있다. As for the graphite plate constituting the second heating means 32, those having higher resistivity toward the center may be used.

흑연판을 제조하는 과정에서 중심으로 갈수록 재료 고유의 저항값인 비저항값이 높도록 제조함에 따라, 이러한 흑연판에 전류가 흐르게 되면 중심으로 갈수록 저항가열이 높아지게 되어 도가니(10)의 수평온도의 편차를 줄이는 작용을 할 수 있다.As the graphite plate is manufactured to have a higher specific resistance value toward the center toward the center, when a current flows through the graphite plate, resistance heating increases toward the center, resulting in horizontal temperature deviation of the crucible 10. can act to reduce

다른 일례로서, 비록 도면으로 도시되지는 않았지만, 흑연판은 중심으로 갈수록 두께가 두꺼워지는 구조를 가질 수 있다. 즉, 흑연판은 중심으로 갈수록 저항전류가 발생되는 부위를 커지게 함에 따라 그에 따른 발열도 높아짐으로써, 전류가 흐르게 되면 중심으로 갈수록 고온의 열이 발생하여 도가니(10)의 수평온도의 편차를 줄일 수 있다.As another example, although not shown, the graphite plate may have a structure in which the thickness becomes thicker toward the center. That is, as the graphite plate increases the area where resistance current is generated toward the center, the corresponding heat generation also increases, so that when current flows, high-temperature heat is generated toward the center, thereby reducing the deviation of the horizontal temperature of the crucible 10. can

제2 가열수단(32)은 단열재(14)로부터 연장되어 외부의 전기공급원(미도시)과 전기적으로 연계되고, 또한 제1 가열수단(31)을 작동제어하는 제어부(40)와도 전기적으로 연계되어 작동제어될 수 있다.The second heating means 32 extends from the heat insulating material 14 and is electrically connected to an external electricity supply source (not shown), and is also electrically connected to the control unit 40 that operates and controls the first heating means 31. operation can be controlled.

제3 가열수단(33)은 석영관(20) 내에서 도가니(10)의 하부 중앙(중심부)에 배치될 수 있다. 이 경우, 제3 가열수단(33)은 제2 가열수단(32)의 관통홀(32a) 내에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 가열수단(32)과 열적으로 분리되도록 소정의 간격으로 이격될 수 있다. 예를 들어, 제3 가열수단(33)과 제2 가열수단(32)과의 사이에는 단열재(14)가 채워질 수 있다.The third heating means 33 may be disposed at the lower center (center) of the crucible 10 within the quartz tube 20 . In this case, the third heating means 33 may be disposed within the through hole 32a of the second heating means 32 . And, it may be spaced apart at a predetermined interval so as to be thermally separated from the second heating means 32 . For example, a heat insulating material 14 may be filled between the third heating means 33 and the second heating means 32 .

제3 가열수단(33)은 도가니(10)의 하면과 접하는 부분이 도가니(10)의 하면에 대응되게 원형판의 구조를 가질 수 있다. The third heating unit 33 may have a circular plate structure such that a portion in contact with the lower surface of the crucible 10 corresponds to the lower surface of the crucible 10 .

제3 가열수단(33)은 전류가 공급되어 도가니(10)를 저항가열하는 흑연판으로 이루어질 수 있다. The third heating means 33 may be made of a graphite plate that resists heats the crucible 10 by supplying current.

예를 들어, 제3 가열수단(33)은 제2 가열수단(32)보다 저항가열하는 정도가 높도록 구성될 수 있으며, 도가니(10)의 하면 중심부에 배치된 상태에서 도가니(10)의 외측에서 중심부로 갈수록 높은 열로 가열하여 도가니(10)의 수평온도의 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.For example, the third heating means 33 may be configured to have a higher degree of resistance heating than the second heating means 32, and the outer side of the crucible 10 in a state disposed in the center of the lower surface of the crucible 10. It is possible to prevent the horizontal temperature deviation of the crucible 10 from occurring by heating with higher heat toward the center.

제3 가열수단(33)을 이루는 흑연판은 제2 가열수단(32)을 이루는 흑연판보다 비저항값이 높은 것이 활용될 수 있다. 즉, 제2 가열수단(32)의 흑연판보다 비저항값이 높은 재료를 사용해 흑연판을 제조할 수 있다. 예를 들어, 제3 가열수단(33)은 비저항값이 12μΩm보다 크고, 제2 가열수단(32)은 비저항값이 그 이하일 수 있다.A graphite plate constituting the third heating means 33 may have a higher resistivity value than that of the graphite plate constituting the second heating means 32 . That is, the graphite plate can be manufactured using a material having a higher resistivity than the graphite plate of the second heating unit 32 . For example, the third heating means 33 may have a resistivity value greater than 12 μΩm, and the second heating means 32 may have a resistivity value less than or equal to 12 μΩm.

따라서, 도가니(10)의 하면을 기준으로 중심부에 배치되는 제3 가열수단(33)의 흑연판과 외곽부에 배치되는 제2 가열수단(32)의 흑연판에 각각 전류가 흐르게 되면, 중심으로 갈수록 저항가열이 높아지게 되어 도가니(10)의 수평온도의 편차를 보다 효과적으로 줄일 수 있다.Therefore, when a current flows to the graphite plate of the third heating means 33 disposed in the center and the graphite plate of the second heating means 32 disposed in the outer part with respect to the lower surface of the crucible 10, respectively, to the center As the resistance heating becomes higher as time goes by, the deviation of the horizontal temperature of the crucible 10 can be more effectively reduced.

물론, 제3 가열수단(33)을 이루는 흑연판은 제2 가열수단(32)을 이루는 흑연판과 동일소재로 이루어질 수 있다. 즉, 동일한 비저항값을 가질 수 있다. 이 경우, 제3 가열수단(33)에 흐르는 전류와 제2 가열수단(32)에 흐르는 전류를 각각 다르게 제어하여 제3 가열수단(33)의 가열온도가 제2 가열수단(32)의 가열온도보다 더 높도록 조절할 수 있다.Of course, the graphite plate constituting the third heating means 33 may be made of the same material as the graphite plate constituting the second heating means 32 . That is, they may have the same specific resistance value. In this case, the current flowing through the third heating means 33 and the current flowing through the second heating means 32 are controlled differently so that the heating temperature of the third heating means 33 is the heating temperature of the second heating means 32. It can be adjusted higher.

제3 가열수단(33)은 단열재(14)로부터 연장되어 외부의 전기공급원(미도시)과 전기적으로 연계되고, 또한 제1 가열수단(31)과 제2 가열수단(32)을 작동제어하는 제어부(40)와도 전기적으로 연계되어 작동제어될 수 있다. 이 경우, 제3 가열수단(33)은 제2 가열수단(32)과 독립적으로 작동제어될 수 있다.The third heating means 33 extends from the heat insulating material 14 and is electrically connected to an external electricity supply source (not shown), and also controls the operation and control of the first heating means 31 and the second heating means 32. (40) can also be operated and controlled electrically. In this case, the third heating means 33 can be independently operated and controlled from the second heating means 32 .

이와 같이 구성되는 대구경 단결정 성장장치(1)는, 도가니(10)의 하부에서 저항가열을 발생시키고 아울러 중심으로 갈수록 높은 저항가열이 이루어지도록 하는 흑연판인 제2 가열수단(32)과 제3 가열수단(33)이 각각 구비됨으로써, 도가니(10)의 수평온도편차를 차단하여 도가니(10)의 균일한 승화가 가능해짐에 따라 중앙이 볼록하지 않은 편평한 잉곳을 만들어 고품질의 단결정을 구현할 수 있다.The large-diameter single crystal growth apparatus 1 configured as described above generates resistance heating at the bottom of the crucible 10 and includes a second heating means 32 and a third heating means 32 which are graphite plates to generate resistance heating toward the center. Since each means 33 is provided, uniform sublimation of the crucible 10 is possible by blocking the horizontal temperature deviation of the crucible 10, so that a flat ingot with a non-convex center can be made and a high-quality single crystal can be realized.

아울러, 낮은 중심부의 온도에 의해 승화되지 못한 원료(M) 분말로 인하여 잉곳의 수율이 저하되는 문제를 해결하여, 결과적으로 대구경 단결정 성장에 대한 공정시간의 지연을 차단할 수 있다.In addition, it is possible to solve the problem that the yield of the ingot is lowered due to the raw material (M) powder that is not sublimated due to the low central temperature, and as a result, delay in the process time for growing a large-diameter single crystal can be prevented.

도 2에서는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치의 변형예를 개략적으로 나타내고 있다. Figure 2 schematically shows a modified example of a large-diameter single crystal growth apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제2 가열수단(32)과 도가니(10)의 하부 사이에 에어갭(air gap)(AG)이 구비될 수 있다. 제2 가열수단(32)은 도가니(10)의 하부와의 사이에 개재되는 에어갭(AG)에 의해 소정 간격으로 도가니(10)의 하면과 이격될 수 있다.Referring to FIG. 2 , an air gap AG may be provided between the second heating means 32 and the bottom of the crucible 10 . The second heating unit 32 may be spaced apart from the lower surface of the crucible 10 at a predetermined interval by an air gap AG interposed between the lower surface and the lower surface of the crucible 10 .

제2 가열수단(32)은 제3 가열수단(33)과 같이 도가니(10)를 직접 가열하지 못하고 간접 가열할 수 있으며, 이에 따라 제3 가열수단(33)보다 낮은 온도로 도가니(10)를 가열하게 된다. 이를 통해서 도가니(10)의 중심부의 온도를 외곽부보다 높일 수 있다.The second heating means 32 can indirectly heat the crucible 10 instead of directly heating it like the third heating means 33, and accordingly, the crucible 10 is heated at a lower temperature than the third heating means 33. it gets heated Through this, the temperature of the central portion of the crucible 10 may be higher than that of the outer portion.

도 3에서는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 대구경 단결정 성장장치의 변형예를 개략적으로 나타내고 있다. 3 schematically shows a modified example of a large-diameter single crystal growing device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 도가니(10)는 제3 가열수단(33)이 배치되는 하부에 제3 가열수단(33)을 수용하는 수용홈(15)을 구비할 수 있다. 수용홈(15)은 도가니(10)의 하면 중심부에서 소정 깊이로 함몰되어 형성될 수 있으며, 따라서 도가니(10)는 중심부의 두께가 외곽부의 두께보다 얇은 비대칭 구조를 가질 수 있다. 제3 가열수단(33)은 수용홈(15)에 삽입되는 구조로 배치될 수 있다. 이를 통해서 도가니(10)의 중심부의 온도를 외곽부보다 높일 수 있다.Referring to FIG. 3 , the crucible 10 may have a receiving groove 15 accommodating the third heating means 33 at a lower portion where the third heating means 33 is disposed. The accommodation groove 15 may be formed by being depressed to a predetermined depth in the center of the lower surface of the crucible 10, and thus the crucible 10 may have an asymmetrical structure in which the thickness of the center portion is smaller than the thickness of the outer portion. The third heating means 33 may be disposed in a structure inserted into the receiving groove 15 . Through this, the temperature of the central portion of the crucible 10 may be higher than that of the outer portion.

도 4를 참조하여 상술된 대구경 단결정 성장장치(1)를 이용한 대구경 단결정 성장방법을 살펴보기로 한다. 이때, 대구경 단결정 성장장치(1)의 구성요소에 대한 구체적인 구조는 이미 상술되었기 때문에 생략하기로 한다.Referring to FIG. 4, a large-diameter single crystal growth method using the above-described large-diameter single crystal growth apparatus 1 will be described. At this time, since the specific structure of the components of the large-diameter single crystal growth apparatus 1 has already been described above, it will be omitted.

먼저, 도가니(10) 내부에 원료(M)를 장입시킨다. 그리고, 탄화규소로 이루어진 종자정(S)을 마련하고, 종자정홀더(13)에 종자정(S)을 부착시킨다(S10). 이어서, 종자정(S)이 결합된 종자정홀더(13)를 도가니(10) 내의 상부에 배치고정시킨다(S20). 여기서, 원료(M)는 분말상태로 제공될 수 있다.First, the raw material M is charged into the crucible 10 . Then, a seed crystal (S) made of silicon carbide is prepared, and the seed crystal (S) is attached to the seed crystal holder 13 (S10). Subsequently, the seed crystal holder 13 to which the seed crystal S is coupled is placed and fixed on the top of the crucible 10 (S20). Here, the raw material M may be provided in powder form.

즉, 종자정홀더(13)가 장착된 도가니(10)의 커버(11)를 도가니(10)의 몸체(12)에 덮어서 종자정(S)이 도가니(10) 내에서 상부에 위치되도록 한다.That is, the cover 11 of the crucible 10 to which the seed crystal holder 13 is mounted is covered with the body 12 of the crucible 10 so that the seed crystal S is located at the top in the crucible 10.

다음으로, 제1 가열수단(31)으로 도가니(10)를 가열하는 제1 가열단계를 수행하여 원료(M)를 승화시킴으로써 종자정(S)에 부착시켜 단결정으로 성장시킨다(S30).Next, a first heating step of heating the crucible 10 with the first heating means 31 is performed to sublimate the raw material M so that it is attached to the seed crystal S and grown into a single crystal (S30).

예를 들어, 대략 1000℃ 미만의 온도와 진공압력으로 2시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니(10)에 포함된 불순물을 제거한다. 이후, 불활성 가스, 예컨대 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 도가니(10) 내부 및 도가니(10)와 단열재(14) 사이에 남아있는 공기를 제거한다. 여기서, 불활성 가스를 이용한 퍼징(purging) 공정을 2 내지 3회 반복하는 것이 바람직하다.For example, impurities contained in the crucible 10 are removed by heating for 2 to 3 hours at a temperature of less than about 1000° C. and vacuum pressure. Subsequently, air remaining inside the crucible 10 and between the crucible 10 and the insulator 14 is removed by injecting an inert gas, for example, argon (Ar) gas. Here, it is preferable to repeat the purging process using an inert gas 2 to 3 times.

이어서, 압력을 대기압으로 높인 후, 제1 가열수단(31)을 이용해 도가니(10)를 대략 2000℃ 내지 2300℃의 온도로 가열한다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정다형의 발생을 방지하기 위함이다.Subsequently, after raising the pressure to atmospheric pressure, the crucible 10 is heated to a temperature of approximately 2000 ° C to 2300 ° C using the first heating means 31 . Here, the reason for maintaining the atmospheric pressure is to prevent the occurrence of unwanted polymorphs in the initial stage of crystal growth.

즉, 먼저 대기압을 유지하며 원료(M)를 성장 온도까지 승온시킨다. 그리고, 성장장치 내부를 대략 0.2torr 내지 20torr로 압압하여 성장 압력으로 유지시키면서 원료(M)를 승화시켜 단결정을 성장시킨다.That is, first, while maintaining the atmospheric pressure, the temperature of the raw material M is raised to the growth temperature. Then, while maintaining the growth pressure by pressing the inside of the growth device at approximately 0.2 torr to 20 torr, the raw material M is sublimated to grow a single crystal.

한편, 도가니(10)가 제1 가열수단(31)을 통해 가열되는 제1 가열단계 과정에서, 도가니(10)에 수평온도편차가 발생하여 원료(M)의 불균일한 승화 및 중앙이 볼록한 잉곳이 형성되는 저품질의 단결정 성장을 방지하기 위해, 본 발명의 기술적인 특징으로서 도가니(10)를 추가가열하는 제2 가열단계(S40)와 제3 가열단계(S50)를 수행한다.On the other hand, during the first heating step in which the crucible 10 is heated by the first heating means 31, a horizontal temperature deviation occurs in the crucible 10, resulting in non-uniform sublimation of the raw material M and an ingot with a convex center In order to prevent the growth of low-quality single crystals, as a technical feature of the present invention, the second heating step (S40) and the third heating step (S50) of additionally heating the crucible 10 are performed.

제2 가열단계(S40)와 제3 가열단계(S50)는, 제1 가열수단(31)인 고주파 유도코일에 의해 도가니(10)가 가열되는 과정에서, 제2 가열수단(32)과 제3 가열수단(33)인 각 흑연판에 의해 도가니(10)를 추가 가열하는 단계를 포함할 수 있다.In the second heating step (S40) and the third heating step (S50), in the process of heating the crucible 10 by the high frequency induction coil, which is the first heating means 31, the second heating means 32 and the third heating means 32 are used. A step of additionally heating the crucible 10 by each graphite plate as the heating means 33 may be included.

이때, 제2 가열수단(32)과 제3 가열수단(33)의 각 흑연판은 전류가 공급되어 도가니(10)를 저항가열하도록 구성되는데, 바람직하게 도가니(10)의 중심부에 배치된 제3 가열수단(33)이 도가니(10)의 외곽부에 배치된 제2 가열수단(32)보다 가열 정도가 더 높도록 구성됨으로써, 도가니(10)에서 상대적으로 낮은 온도를 유지하는 중심부를 더욱더 가열하여 도가니(10)의 수평온도편차를 줄이도록 한다.At this time, each of the graphite plates of the second heating means 32 and the third heating means 33 is configured to heat the crucible 10 with resistance by supplying current, preferably the third disposed in the center of the crucible 10 Since the heating means 33 is configured to have a higher degree of heating than the second heating means 32 disposed on the outer portion of the crucible 10, the central part maintaining a relatively low temperature in the crucible 10 is further heated. To reduce the horizontal temperature deviation of the crucible (10).

결과적으로, 도가니(10)의 하부에서 저항가열을 발생시키고 아울러 중심으로 갈수록 높은 저항가열이 이루어지도록 하는 제2 가열수단(32)과 제3 가열수단(33)에 의해 도가니(10)가 추가가열됨으로써, 도가니(10)의 균일한 승화가 가능해짐에 따라 중앙이 볼록하지 않은 편평한 잉곳을 만들어 고품질의 단결정을 구현할 수 있다.As a result, the crucible 10 is additionally heated by the second heating means 32 and the third heating means 33 that generate resistance heating at the bottom of the crucible 10 and also make higher resistance heating toward the center. Accordingly, as uniform sublimation of the crucible 10 is possible, a flat ingot having a non-convex center can be made and a high-quality single crystal can be realized.

아울러, 낮은 중심부의 온도에 의해 승화되지 못한 원료(M) 파우더로 인하여 잉곳의 수율이 저하되는 문제를 해결하여, 결과적으로 대구경 단결정 성장에 대한 공정시간의 지연을 차단할 수 있다.In addition, it is possible to solve the problem that the yield of the ingot is lowered due to the raw material (M) powder that is not sublimated due to the low central temperature, and as a result, delay in the process time for growing a large-diameter single crystal can be prevented.

도 5는 시뮬레이션을 활용하여 도가니 전체의 온도분포를 계산한 도면이며, 도가니 내부 선은 온도구배를 나타내는 등고선이다. 5 is a diagram in which the temperature distribution of the entire crucible is calculated using simulation, and the inner line of the crucible is a contour line representing the temperature gradient.

도 5a에서 도 5c로 갈수록 도가니 하부의 원료 부분과 상부의 종자정 부분에서 모두 수평온도구배가 개선되고 있음을 확인할 수 있다. 이는 제2 가열수단과 제3 가열수단을 활용하여 수평온도편차를 감소시킬 수 있음을 나타낸다.From FIG. 5a to FIG. 5c, it can be seen that the horizontal temperature gradient is improved in both the raw material portion of the lower portion of the crucible and the seed crystal portion of the upper portion of the crucible. This indicates that the horizontal temperature deviation can be reduced by using the second heating means and the third heating means.

여기서 원료 하단부의 수평온도구배는 0.5℃/㎝ 내지 1.5℃/㎝가 바람직하다. 1.5℃/㎝보다 크게 되면 중심부와 외곽부의 균일한 승화가 불가능하고, 0.5℃/㎝보다 작으면 승화 효율이 감소한다.Here, the horizontal temperature gradient of the lower part of the raw material is preferably 0.5 ° C / cm to 1.5 ° C / cm. If it is greater than 1.5 ° C / cm, uniform sublimation of the center and the outer portion is impossible, and if it is smaller than 0.5 ° C / cm, the sublimation efficiency decreases.

종자정의 온도구배는 0.1℃/㎝ 내지 0.3℃/㎝가 바람직하다. 0.3℃/㎝보다 크면 잉곳의 스트레스(stress)가 증가하여 크랙이 발생할 수 있고, 0.1℃/㎝보다 작으면 볼록한 잉곳 형상을 얻기 힘들다.The temperature gradient of seed definition is preferably 0.1 ° C / cm to 0.3 ° C / cm. When it is greater than 0.3 ° C./cm, the stress of the ingot increases and cracks may occur, and when it is smaller than 0.1 ° C./cm, it is difficult to obtain a convex ingot shape.

도 6은 위의 시뮬레이션을 바탕으로 단결정 성장실험 후 원료분말을 종단면으로 절단한 사진이다. 도 6a 내지 도 6c에서와 같이, 좌측에서 우측으로 수평온도구배가 개선되는 것을 확인할 수 있다.6 is a photograph of a raw material powder cut into a longitudinal section after a single crystal growth experiment based on the above simulation. As shown in FIGS. 6A to 6C , it can be seen that the horizontal temperature gradient is improved from left to right.

온도구배는 육안으로 관찰될 수 있는데, 미반응 원료분말과 반응된 카본재(ash) 상태의 경계선이 좌측인 도 6a의 경우 크게 휘어져 있는 것을 확인할 수 있고, 우측인 도 6c로 갈수록 중심부에 평행하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.The temperature gradient can be observed with the naked eye, and it can be seen that the boundary line between the unreacted raw material powder and the reacted carbon material (ash) is greatly bent in the case of FIG. can be confirmed to be maintained.

또한, 열유속(heat flux)에 의한 미반응 분말의 형태도 좌측은 크고 불균일하며, 우측으로 갈수록 작고 균일하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the shape of the unreacted powder by heat flux is large and non-uniform on the left side and small and uniform toward the right side.

한편, 성장된 단결정 잉곳의 형상을 보고 온도구배를 유추할 수 있다. 예컨대, 수평온도편차가 클 경우 형상이 볼록(convex) 또는 오목(concave)할 것이며, 편차가 작을 경우 편평(flat)한 형상을 가진다. Meanwhile, the temperature gradient can be inferred by looking at the shape of the grown single crystal ingot. For example, if the horizontal temperature deviation is large, the shape will be convex or concave, and if the deviation is small, it will have a flat shape.

곡률반경(curvature) k값의 경우 0.15~0.25의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 0.25보다 큰 경우 잉곳의 형상이 너무 볼록하여 스트레스에 의한 품질이 저하되고, 0.15보다 작은 경우 다형(polytype)침입 및 LAGB 등의 결함이 생성될 수 있다.In the case of a curvature k value, it is preferable to have a range of 0.15 to 0.25. If it is larger than 0.25, the shape of the ingot is too convex, and the quality is deteriorated due to stress. If it is smaller than 0.15, defects such as polytype intrusion and LAGB may be generated.

바람직하게, 상기와 같은 대구경 단결정 성장방법을 통해, 원료(M)가 탄화규소(SiC)인 경우, 고품질의 6인치 초과로서 결정다형이 6H-SiC(6H형 탄화규소) 또는 4H-SiC(4H형 탄화규소) 단결정을 성장시킬 수 있다. 참고로, 탄화규소는 다양한 결정다형을 갖고 있으며, 이를 구별하기 위해 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC 등으로 구분하여 부르고 있다. 이때, SiC(탄화규소) 앞의 숫자는 이러한 적층주기를 표시한 것으로서 특정한 결정방향(hexagonal 축계에서 0001방향)으로의 적층주기가 달라서 생기는 것으로, 예를 들어 3C-SiC의 경우 3층이 하나의 단위가 되어 주기적으로 반복되고, 4H-SiC의 경우 4층, 6H-SiC의 경우 6층 등으로 구성된다. 또한, SiC(탄화규소) 앞의 영문은 결정추계를 의미하는 것으로서 C는 정방정계(Cubic)를 의미하고, H는 육방정계(hexagonal), R은 능면정계(Rhombohedral)를 의미한다.Preferably, through the large-diameter single crystal growth method as described above, when the raw material (M) is silicon carbide (SiC), the crystal polytype is 6H-SiC (6H-type silicon carbide) or 4H-SiC (4H type silicon carbide) single crystals can be grown. For reference, silicon carbide has various crystal polymorphs, and is called 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC, etc. to distinguish them. At this time, the number in front of SiC (silicon carbide) indicates the stacking cycle, which is caused by the different stacking cycles in a specific crystal direction (0001 direction in the hexagonal axis). For example, in the case of 3C-SiC, three layers are one layer. It becomes a unit and is repeated periodically, and consists of 4 layers in the case of 4H-SiC and 6 layers in the case of 6H-SiC. In addition, the English word in front of SiC (silicon carbide) means crystal estimation, C means cubic, H means hexagonal, and R means rhombohedral.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains will realize that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You will understand. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

1... 대구경 단결정 성장장치
10... 도가니
20... 석영관
30... 가열수단
31... 제1 가열수단
32... 제2 가열수단
33... 제3 가열수단
40... 제어부
M... 원료
S... 종자정
1... large-diameter single crystal growth device
10... crucible
20... quartz tube
30... Heating means
31... first heating means
32... Second heating means
33... third heating means
40... control part
M... raw material
S... seed tablets

Claims (10)

원료가 장입되는 도가니;
상기 도가니를 감싸며 상, 하부가 개방된 석영관;
상기 석영관을 감싸는 제1 가열수단;
상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 둘레에 배치되는 제2 가열수단; 및
상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 중앙에 배치되는 제3 가열수단;
을 포함하고,
상기 제1 내지 제3 가열수단은 각각 독립적으로 작동하여 상기 도가니를 가열하고,
상기 도가니는 상기 제3 가열수단이 배치되는 하부에 상기 제3 가열수단을 수용하는 수용홈을 구비하여 상기 도가니의 하부는 중심부의 두께가 외곽부의 두께보다 얇은 비대칭 구조를 가지고,
상기 제3 가열수단과 상기 제2 가열수단은 상호 열적으로 분리되도록 소정의 간격으로 이격되어 배치되며,
상기 제3 가열수단은 상기 제2 가열수단보다 저항가열하는 정도가 높도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장장치.
A crucible into which raw materials are charged;
a quartz tube with upper and lower parts open surrounding the crucible;
a first heating means surrounding the quartz tube;
a second heating means disposed around the lower circumference of the crucible within the quartz tube; and
a third heating means disposed in the lower center of the crucible within the quartz tube;
including,
The first to third heating means operate independently to heat the crucible,
The crucible has an accommodation groove for accommodating the third heating means at a lower portion where the third heating means is disposed, and the lower part of the crucible has an asymmetrical structure in which the thickness of the center portion is smaller than the thickness of the outer portion,
The third heating means and the second heating means are spaced apart from each other at a predetermined interval so as to be thermally separated from each other,
The large-diameter single crystal growing device, characterized in that the third heating means is configured to have a higher degree of resistance heating than the second heating means.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 가열수단과 상기 제3 가열수단은 각각 전류가 공급되어 상기 도가니를 저항가열하는 흑연판인 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장장치.
According to claim 1,
The second heating means and the third heating means are graphite plates for resistance heating the crucible by supplying current, respectively.
제1항에 있어서,
상기 제3 가열수단은 상기 제2 가열수단보다 높은 비저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장장치.
According to claim 1,
The third heating means has a higher resistivity than the second heating means.
제1항에 있어서,
상기 제2 가열수단은 중앙에 관통홀을 구비하며, 상기 제3 가열수단은 상기 관통홀 내에 상기 제2 가열수단과 접하지 않는 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장장치.
According to claim 1,
The second heating means has a through hole in the center, and the third heating means is disposed in the through hole in a structure that does not come into contact with the second heating means.
원료가 장입되는 도가니;
상기 도가니를 감싸며 상, 하부가 개방된 석영관;
상기 석영관을 감싸는 제1 가열수단;
상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 둘레에 배치되는 제2 가열수단; 및
상기 석영관 내에서 상기 도가니의 하부 중앙에 배치되는 제3 가열수단;
을 포함하고,
상기 제1 내지 제3 가열수단은 각각 독립적으로 작동하여 상기 도가니를 가열하고,
상기 제2 가열수단과 상기 도가니의 하부 사이에 에어갭(air gap)이 구비되어 상기 제2 가열수단은 상기 도가니의 하면과 이격되고,
상기 제3 가열수단은 상기 도가니의 하면과 접하고,
상기 제3 가열수단과 상기 제2 가열수단은 상호 열적으로 분리되도록 소정의 간격으로 이격되어 배치되며,
상기 제3 가열수단은 상기 제2 가열수단보다 저항가열하는 정도가 높도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장장치.
A crucible into which raw materials are charged;
a quartz tube with upper and lower parts open surrounding the crucible;
a first heating means surrounding the quartz tube;
a second heating means disposed around the lower circumference of the crucible within the quartz tube; and
a third heating means disposed in the lower center of the crucible within the quartz tube;
including,
The first to third heating means operate independently to heat the crucible,
An air gap is provided between the second heating means and the bottom of the crucible so that the second heating means is spaced apart from the lower surface of the crucible,
The third heating means is in contact with the lower surface of the crucible,
The third heating means and the second heating means are spaced apart from each other at a predetermined interval so as to be thermally separated from each other,
The large-diameter single crystal growing device, characterized in that the third heating means is configured to have a higher degree of resistance heating than the second heating means.
제6항에 있어서,
상기 도가니는 상기 제3 가열수단이 배치되는 하부에 상기 제3 가열수단을 수용하는 수용홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장장치.
According to claim 6,
The crucible has a large-diameter single crystal growth apparatus, characterized in that the receiving groove for accommodating the third heating means in the lower portion where the third heating means is disposed.
제1항 또는 제7항에 기재된 대구경 단결정 성장장치를 활용한 대구경 단결정 성장방법이고,
종자정홀더에 종자정을 부착시키는 단계;
상기 종자정홀더를 원료가 장입된 도가니 내의 상부에 배치고정시키는 단계;
상기 원료를 승화시켜 상기 종자정에 부착시켜 단결정으로 성장되도록, 제1 가열수단으로 상기 도가니를 가열하는 제1 가열단계;
상기 도가니의 수평온도편차를 차단하도록 제2 가열수단으로 상기 도가니를 가열하는 제2 가열단계; 및
상기 도가니의 수평온도편차를 차단하도록 제3 가열수단으로 상기 도가니를 가열하는 제3 가열단계를 포함하고,
상기 제1 내지 제3 가열수단은 각각 독립적으로 작동하여 상기 도가니를 가열하는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장방법.
A large-diameter single crystal growth method using the large-diameter single crystal growth apparatus according to claim 1 or 7,
attaching the seed crystals to the seed crystal holder;
arranging and fixing the seed crystal holder in an upper portion of a crucible into which a raw material is charged;
a first heating step of heating the crucible with a first heating means so that the raw material is sublimated and attached to the seed crystal to grow into a single crystal;
a second heating step of heating the crucible with a second heating means to block a horizontal temperature deviation of the crucible; and
And a third heating step of heating the crucible with a third heating means to block the horizontal temperature deviation of the crucible,
The method of growing a large-diameter single crystal, characterized in that the first to third heating means operate independently to heat the crucible.
제8항에 있어서,
상기 제3 가열수단과 상기 제2 가열수단은 상호 열적으로 분리되도록 소정의 간격으로 이격되어 배치되며,
상기 제3 가열수단은 상기 제2 가열수단보다 저항가열하는 정도가 높도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장방법.
According to claim 8,
The third heating means and the second heating means are spaced apart from each other at a predetermined interval so as to be thermally separated from each other,
The method of growing a large-diameter single crystal, characterized in that the third heating means is configured to have a higher degree of resistance heating than the second heating means.
제8항에 있어서,
상기 원료가 탄화규소(SiC)인 경우, 6인치 초과로서 결정다형이 6H-SiC(6H형 탄화규소) 또는 4H-SiC(4H형 탄화규소) 단결정으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 대구경 단결정 성장방법.
According to claim 8,
When the raw material is silicon carbide (SiC), the crystal polytype is 6H-SiC (6H-type silicon carbide) or 4H-SiC (4H-type silicon carbide) single crystal, characterized in that grown as a large diameter single crystal growing method.
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