KR20120067944A

KR20120067944A - 탄화규소 단결정 제조 장치

Info

Publication number: KR20120067944A
Application number: KR1020110134714A
Authority: KR
Inventors: 유이치로 도쿠다; 가즈쿠니 하라; 준 고지마
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-06-26
Also published as: US8882911B2; CN102534770A; KR101447476B1; EP2465979A3; US20120152166A1; EP2465979B1; JP5212455B2; EP2465979A2; JP2012126612A; CN107254715A

Abstract

탄화규소 단결정(20)을 제조하기 위한 장치는 상기 시드 결정하에서 원료가스(3)를 공급함으로써 시드 결정(5)에 탄화규소 단결정을 성장시킨다. 상기 장치는 가열용기(8) 및 상기 가열용기에 위치되는 베이스(9)를 포함한다. 상기 시드 결정은 상기 베이스에 장착된다. 상기 장치는 상기 히팅장치의 내부 벽면을 따라 퍼지가스가 유동하도록 하기 위한 제1 유입구(8b), 상기 퍼지가스를 상기 제1 유입구로 공급하는 퍼지가스 공급원(14), 상기 베이스의 외부 벽면을 따라 퍼지가스가 유동하도록 하기 위한 제2 유입구(93), 및 상기 베이스 하에서 상기 베이스에 퍼지가스를 공급하고 상기 베이스를 지지하기 위한 기구(11)를 포함한다.

Description

탄화규소 단결정 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 탄화규소(SiC) 단결정을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

탄화규소(SiC)는 높은 전자 이동도 및 높은 항복전압 때문에 전력소자용 반도체 재료로 사용될 것이 기대된다. 일반적으로, 승화법(즉, 모디파이드 루리법(modified Lely Method)) 및 화학증착방법(chemical vapor deposition, CVD)은 SiC 단일결정을 제조하기 위한 방법으로서 알려져 있는데, 이는 전력소자의 기판에 사용된다. 모디파이드 루리법에서, SiC 재료는 흑연도가니 내에 삽입되고, 시드 결정(즉, 기판 결정)은 시드 결정과 SiC 재료가 서로 대면하는 방법에 의해 도가니의 내측 면에 위치된다. 그리고, SiC 재료는 승화가스를 생성하기 위하여 2200℃ ~ 2400℃ 온도에서 가열되고, 상기 승화가스는 SiC 재료보다 섭씨 수천 도 낮은 온도에서 시드 결정에서 재결정화된다. 따라서, SiC 단일결정은 시드 결정에서 성장된다.

모디파이드 루리법에 따르면, SiC 재료는 SiC 단일결정의 성장과 함께 감소한다. 그러므로, SiC 단일결정의 성장은 SiC 재료의 총량에 좌우되는 기결정된 총량에 한정된다. 상기 SiC 단일결정의 성장은 추가적인 SiC 재료를 추가함으로써 증가될 수 있다. 그러나, 이러한 경우, SiC 승화 동안에 Si/C 비율이 1을 초과한다. 그러므로, SiC 재료의 추가는 승화가스 집중을 초래하고 도가니 내의 승화율을 변화시킬 수 있다. 그 결과, SiC 단일결정의 질이 감소된다.

JP-11-508531A에 대응되는 US 5,704,985는 CVD 방법에 의해 결정상에서 SiC를 성장시키는 방법을 개시한다. CVD 방법에 있어서, 시드 결정은 원통의 반응파이프(즉, 발열체) 내에 위치되고, Si 및 C를 함유하는 원료가스는 시드 결정에 SiC 단일결정을 성장시키도록 공급된다. 상기 CVD 방법은 SiC 단일결정이 오랜 기간동안 성장될 수 있도록 반응가스를 연속적으로 공급할 수 있다.

그러나, CVD 방법에 따르면, SiC 결정은 시드 결정뿐만 아니라 반응 파이프 내부면 및 원료가스 유출구와 같이 원치않는 부분에도 용착되고 성장된다. 원치않는 부분에 대한 SiC 결정에 대한 성장으로 인해, 원료가스의 공급이 계속될 수 없다. 그 결과, 시드 결정에서의 SiC 단일결정의 성장이 정지된다.

US 2008/022923에서, 구멍이 도가니 내에 형성되고, 용착방지가스가 원료가스 유출구에서의 막힘(clogging)을 방지하기 위해 구멍을 통해 유입된다. 그러나, 상기 용착방지가스는 구멍 근처에서만 오직 용착을 방지할 수 있다.

위와 같은 관점에서, 본 발명의 목적은 원치않는 부분에서 SiC 다결정의 용착을 감소시키거나 방지함으로써 오랜 시간동안 SiC 단일결정을 성장시키기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 의하면, 탄화규소 단결정을 제조하기 위한 장치는 시드 결정 하에서 탄화규소를 위한 원료가스를 공급함으로써 탄화규소 단결정 기판으로 만들어진 시드 결정의 표면에서 탄화규소 단결정을 성장시킨다. 상기 장치는 원통관형의 가열용기, 베이스, 제1 퍼지가스 유입구, 퍼지가스 공급원, 제2 퍼지가스 유입구, 및 퍼지가스 유입 기구를 포함한다. 상기 가열용기는 반응챔버를 결정하는 내부벽면을 가진다. 상기 베이스는 가열용기의 반응 챔버 내에 위치되고 제1면 및 제1면과 반대되는 제2면을 가진다. 상기 시드 결정은 상기 베이스의 제1면에 쌓인다. 상기 제1 퍼지가스 유입구는 가열용기의 내부벽면을 따라 퍼지가스가 유동하기 위하여 가열용기의 내부벽면에 구비된다. 상기 퍼지가스 공급원은 퍼지가스를 제1 퍼지가스 유입구로 공급한다. 상기 제2 퍼지가스 유입구는 퍼지가스를 상기 베이스의 외부벽면을 따라 유동하기 위하여 상기 베이스의 외부벽면에 구비된다. 상기 퍼지가스 유입 기구는 베이스를 지지하고 상기 베이스의 제2면으로부터 상기 베이스로 퍼지가스를 공급한다.

상기한 다른 목적, 특징, 및 이점들은 이하의 설명 및 동일 도면부호는 동일 구성요소를 지칭하는 도면으로부터 보다 명확해질 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 탄화규소 단결정 제조 장치에 의하면, 원치않는 부분에서 SiC 다결정의 용착을 감소시키거나 방지함으로써 오랜 시간동안 SiC 단일결정을 성장시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조 장치에 대한 사시 단면을 보인 도면.
도 2는 도 1의 R1 영역을 확대한 도면.
도 3은 SiC 단일결정 제조장치의 베이스를 보이는, 도 1의 일부를 확대한 도면.
도 4는 도 3의 R2 영역을 확대한 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조장치에 대한 사시 단면을 보인 도면.
도 6은 도 5의 R3 영역을 확대한 도면.
도 7은 SiC 단일결정 제조장치의 베이스를 보인 도 5의 일부를 확대한 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조장치의 베이스에 대한 사시 단면을 보인 도면.
도 9는 도 8의 베이스에 대한 단면을 보인 도면.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조장치에 대한 사시 단면을 보인 도면.
도 11은 SiC 단일결정 제조장치의 베이스를 보인 도 10의 부분확대도를 보인 도면.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조장치의 사시 단면을 보인 도면.
도 13은 SiC 단일결정 제조장치의 베이스를 보인 도 12의 부분 확대도를 보인 도면.
도 14a는 제2 실시예의 변형예를 보인 도면이고,도 14b는 제2 실시예에 대한 다른 변형예를 도시한 도면.

(제1실시예)

본 발명의 제1 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조장치가 도 1에 근거하여 이하에서 설명된다.

상기 제조장치(1)는 원료가스 유입구 포트(2)와 원료가스 유출구 포트(4)를 가진다. 상기 원료가스 입구 포트(2)는 상기 제조장치(1)의 바닥에 위치되고, 상기 원료가스 유출구 포트(4)는 상기 제조장치(1)의 상부에 위치된다. SiC 단일결정 기판으로부터 만들어진 시드 결정(5)은 제조장치(1) 내에 위치되고, SiC 단일결정(20)이 시드 결정(5)으로 성장되도록 하기 위하여 SiC를 위한 캐리어 가스 및 원료가스(3)가 상기 원료가스 유입구 포트(2)를 통해 상기 제조장치(1) 내로 유입되고 상기 원료가스 유출구 포트(4)를 통해 상기 제조장치(1)로부터 배출된다. 상기 원료가스(3)는 Si 및 C 모두를 함유한다. 예를 들어, 원료가스(3)는 시레인 기반 가스(즉, 시레인(silane)) 및 탄화수소 기반 가스(즉, 프로판)의 혼합가스일 수 있다.

상기 제조장치(1)는 진공 용기(6), 제1 단열재(7), 가열 용기(8), 베이스(9), 제2 단열재(10), 퍼지가스 유입 기구(11), 제1 가열 장치(12), 및 제2 가열장치(13)를 포함한다.

예를 들어, 상기 진공용기(6)는 석영유리로 구성되고, 원통관형을 가진다. 상기 원료가스 유입포트(2)는 진공 용기(6)의 바닥에 위치되고, 상기 원료가스 유출구 포트(4)는 진공 용기(6)의 상부(즉, 측벽면의 상부)에 위치된다. 상기 캐리어 가스 및 원료가스(3)는 상기 원료가스 유출구 포트(2)를 통해 상기 진공 용기(6)의 내부 공간으로 유입되고 상기 원료가스 유출구 포트(4)를 통해 상기 진공 용기(6)의 내부 공간으로부터 배출된다. 상기 진공용기(6)는 상기 내부 공간을 진공화함으로써 상기 내부 공간의 압력을 낮추도록 구성된다. 상기 제조장치(1)의 일부 구성요소들은 상기 진공용기(6)의 내부공간에 수용된다.

상기 제1 단열재(7)는 원통관 형상을 가지고 원료가스 유입 파이프(7a)를 형성한다. 상기 제1 단열재(7)는 상기 진공 용기(6)와 결정축상에 배열된다. 예를 들어, 상기 제1 단열재(7)는 흑연으로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 상기 제1 단열재(7)의 표면은 상기 제1 단열재(7)의 열적 에칭을 감소시키거나 방지하기 위하여 탄탈룸 카바이드(TaC) 또는 니오븀 카바이드(NbC)와 같은 내화(즉, 고융해점)금속 카바이드로 코팅될 수 있다.

상기 가열 용기(8)는 SiC 단일결정(20)이 시드 결정(5)의 표면에서 성장하는 반응 챔버를 형성한다. 예를 들어, 상기 가열 용기(8)는 흑연으로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 상기 가열 용기(8)의 표면은 상기 가열 용기(8)에 대한 열적 에칭을 감소시키거나 방지하기 위하여 탄탈룸 카바이드(TaC) 또는 니오븀 카바이드(NbC)와 같은 내화 금속 카바이드로 코팅될 수 있다. 상기 가열 용기(8)는 금속가스(3)의 유동 방향에 있어서 상기 베이스(9)의 상류측으로부터 상기 베이스의 하류측까지 연장됨으로써 상기 베이스(9)가 상기 가열 용기(8)에 의해 둘러싸일 수 있다. 따라서, 상기 가열 용기(8)는, 원료가스(3)가 시드 결정(5)에 도달하기 전에 상기 원료가스 유입구 포트(2)로부터 유입되는 금속가스(3) 내에 함유된 미립자들을 제거하고 원료가스(3)를 분해한다.

특히, 상기 가열 용기(8)는 원통관 형상을 가진다. 제1 실시예에 따르면, 상기 가열 용기(8)는 바닥면에 원료가스 유입 포트(8a)를 가진다. 상기 가스 유입 포트(8a)는 상기 제1 단열재(7)의 가스 유입 파이프(7a)와 연통됨으로써 상기 가스 유입 파이프(7a)를 통해 유동하는 원료가스(3)가 상기 가스 유입포트(8a)를 통해 상기 가열 용기(8) 내로 유입될 수 있다.

제1 퍼지 가스 유입구(8b)가 가열 용기(8)의 내부벽면에 구비된다. 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)는 상기 원료가스(3)의 유동 방향에서 상기 베이스(9)의 상류측에 위치된다. 예를 들어, 상기 퍼지가스가 Ar 또는 He과 같은 불활성 가스, H₂ 또는 HC1과 같은 에칭가스, 또는 상기 불활성 가스와 에칭가스의 혼합가스로 될 수 있다. 상기 퍼지 가스는 SiC 다결정의 부착을 감소시키거나 방지하기 위한 가스로서 제공된다. 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)는 상기 가열 용기(8)의 전체 내부 둘레를 따라 연장됨으로써 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 유입되는 퍼지 가스가 상기 베이스(9)를 둘러싸을 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)는 상기 가열 용기(8)의 둘레 방향에서 가열용기(8)의 내부벽면을 따라 원형으로 연장된다.

도 2는 도 1의 R1영역을 확대하여 보인 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가열 용기(8)는 제1 원통관(8c)과 제2 원통관(8d)을 가진다. 상기 제1 원통관(8c)은 개방된 양단을 가진다. 반대로, 상기 제2 원통관(8d)은 일단은 개방되고 타단은 차폐된다. 즉, 상기 제2 원통관(8d)은 바닥면을 가진다. 상기 제2 원통관(8d)은 상기 제1 원통관(8c)의 내부에 위치되고 상기 제1 원통관(8c)로부터는 이격되어 있으므로 상기 제1 원통관(8c)과 상기 제2 원통관(8d) 사이에는 간극이 형성될 수 있다. 상기 제1 원통관(8c)은 상기 가열 용기(8)의 외부 벽면을 형성하고, 상기 제2 원통관(8c)은 상기 가열용기(8)의 내부 벽면과 바닥면을 형성한다. 상기 제1 원통관(8c)과 상기 제2 원통관(8d) 사이의 간극은 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 형성한다. 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)는 상기 제1 단열재(7) 내에 형성된 연통구멍(도시되지 않음)을 통해 외부 퍼지가스 공급원(14)과 연결된다. 따라서, 상기 퍼지가스 공급원(14)로부터 공급되는 퍼지가스는 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 상기 가열용기(8)의 전체 내주면으로부터 상기 가열용기(8) 내로 배출된다.

여기서, 상기 제2 원통관(8d)의 외부벽면은 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 상기 가열 용기(8)로 퍼지가스가 배출되는 배출방향을 결정하기 위한 링 형상의 가이드부로서 제공된다. 제1 실시예에 의하면, 상기 제1 원통관(8c)과 제2 원통관(8d)은 동축상에 배열됨으로써 상기 제1 원통관(8c)의 내부벽면이 상기 제2 원통관(8d)의 외부벽면으로부터 일정거리만큼 이격되거나 평행할 수 있다. 따라서, 상기 배출방향은 상기 제1 원통관(8c)의 내부벽면을 따라 연장됨으로써 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 제1 원통관(8c)의 내부벽면을 따라 유동할 수 있다.

상기 베이스(9)는 디스크와 같이 원판 형상을 가지고 상기 가열용기(8)와 동축상에 배열된다. 예를 들어, 상기 베이스(9)는 흑연으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 베이스(9)의 표면은 상기 베이스(9)의 열적 에칭을 감소시키거나 방지하기 위하여 탄탈룸 카바이드(TaC) 또는 니오븀 카바이드(NbC)와 같은 내화금속 카바이드로 코팅될 수 있다. 상기 시드 결정(5)은 베이스(9) 상에 장착되고, 상기 SiC 단일결정(20)은 상기 시드 결정(5)의 표면에서 성장된다. 상기 베이스(9)는 도 3에 근거하여 이하에서 설명된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(9)는 결합부(91) 및 장착부(92)를 포함한다. 상기 결합부(91)는 퍼지가스 유입 기구(11)와 결합된다. 상기 시드결정(5)은 장착부(92)에 장착된다. 상기 결합부(91)와 상기 장착부(92)는 제2 퍼지가스 유입구(93)를 형성한다.

상기 결합부(91)는 제1 원통관(91a), 플랜지(91b), 및 제2 원통관(91c)을 가진다. 상기 제1 원통관(91a)은 상기 퍼지가스 유입 기구(11)의 파이프 부재(11a)의 팁과 결합된다. 상기 플랜지(91b)는, 상기 제1 원통관(91a)의 반경외측방향에서 파이프 부재(11a)와 결합되는 일단과 반대되는 상기 제1 원통관(91a)의 일단으로부터 연장된다. 상기 제2 원통관(91c)은 상기 제1 원통관(91a)이 형성되는 표면에 반대되는, 플랜지(91a)의 표면의 외부 영역에 형성된다. 상기 제2 원통관(91c)의 내경은 상기 제1 원통관(91a)의 내경보다 크다.

상기 장착부(92)는 원통관부(92a)를 가진다. 상기 원통관부(92a)의 제1단은 개방된다. 반대로, 상기 관부(92a)의 제2단은 차폐된다. 즉, 상기 원통관부(92a)는 바닥면을 가진다. 상기 결합부(91)의 제2 원통관(91c)은 상기 원통관부(92a)의 제1단 내에 끼워 맞춰진다. 상기 원통관부(92a)의 제1단과 제2 원통관(91c) 사이에 접착제가 가해짐으로써 상기 결합부(91)와 상기 장착부(92)는 서로 고정될 수 있다. 상기 시드 결정(5)은 상기 원통관부(92a)의 바닥면의 외부면에 장착된다. 상기 원통관부(92a)의 바닥면의 외부면은 평평하다. 상기 원통관부(92a)의 바닥면의 외부면은 이하에서 "장착면"이라 칭한다.

상기 원통관부(92a)의 바닥면의 외경은 상기 원통관부(92a)의 관 부의 외경보다 큼으로써 상기 원통관부(92a)의 바닥면이 플랜지부를 가질 수 있다. 링형상의 가이드부(92b)는 플랜지부의 외부 모서리를 형성한다. 상기 가이드부(92b)는, SiC 단일결정(20)이 성장되는 방향의 반대방향에서, 장착면의 반대방향인, 상기 플랜지부의 표면으로부터 돌출된다. 상기 가이드부(92b)의 내부벽면은 상기 장착부와 수직이고 원통관부(92a)와 동축상에 배열된다. 또한, 상기 가이드부(92b)의 내부벽면은 상기 제2 원통관(91c)의 외부벽면을 바라보도록 위치됨으로써 상기 가이드부(92b)의 내부벽면과 상기 제2 원통관(91c)의 외부벽면 사이에 간극을 형성할 수 있다. 상기 가이드부(92b)의 내부벽면과 상기 제2 원통관(91c)의 외부벽면 사이의 간극은 제2 퍼지가스 유입구(93)를 형성한다.

반대로, 상기 가이드부(92b)의 외경은 상기 원료가스(3)의 유동 방향에서 감소된다. 특히, 상기 가이드부(92b)의 외경이 상기 원료가스(3) 유동 방향에서 상류측보다 하류측으로 갈수록 더 작아지도록 상기 가이드부(92b)의 외부벽면이 테이퍼진다. 상기 가이드부(92b)의 외부벽면은 장착면에 대하여 경사진다. 도 4는 도 3의 R2영역을 확대한 도면이다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 상기 가이드부(92b)의 외경이 상기 원료가스(3) 방향으로 감소되도록 상기 가이드부(92b)의 외부벽면이 테이퍼진다. 상기 가이드부(92b)의 테이퍼진 외부벽면은 상기 원료가스(3)와 상기 가이드부(92b)의 외부벽면 사이에서의 접촉을 감소시키거나 방지한다. 따라서, 상기 가이드부(92b)의 외부벽면 상에 다결정의 접착을 감소시키거나 방지하는 것이 가능하다.

또한, 연통구멍(92c)이 상기 원통관부(92a) 내에 형성된다. 상기 연통구멍(92c)은 상기 가이드부(92b)의 팁보다 상기 원통관부(92a)의 바닥면에 더 가깝도록 위치된다. 상기 연통구멍(92c)은 상기 원통관부(92a)의 원주방향 상에 일정한 간격으로 배열된다.

상기 베이스(9)에서, 상기 시드 결정(5)은 장착면에 장착되고, 상기 SiC 단일결정(20)은 상기 시드 결정(5)의 표면에서 성장된다. 상기 SiC 단일결정(20)의 성장동안에, 상기 퍼지가스 유입 기구(11)로부터 유입되는 퍼지가스가 상기 결합부(91)의 내부 공간, 상기 원통관부(92a)의 내부공간, 및 상기 연통구멍(92c)을 통해 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)로 유입된다. 그리고, 상기 퍼지가스는 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 상기 베이스(9)의 외부모서리를 향해 배출된다.

상기 베이스(9)에서, 상기 제2 원통관(91c)과 가이드부(92b)의 외부벽면은 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 가열용기(8) 내로 퍼지가스가 배출되는 배출방향을 결정하기 위한 가이드부로서 제공된다. 제1 실시예에 따르면, 상기 제2 원통관(91c)의 외부벽면이 상기 가이드부(92b)의 내부벽면과 평행하도록 상기 제2 원통관(91c)과 가이드부(92b)는 동축상에 배열된다. 따라서, 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 제2 원통관(91c)의 외부벽면을 따라 유동하도록 상기 배출방향이 상기 제2 원통관(91c)의 외부벽면을 따라 연장된다.

도 1로 다시 되돌아가면, 상기 제2 단열재(10)는 상기 원료가스 유출구포트(4)를 향해 상기 베이스(9)로 유입되는 원료가스(3)의 나머지들을 안내하기 위하여 상기 가열용기(8)와 베이스(9)를 둘러싼다. 특히, 상기 시드 결정(5)에 공급되는 원료가스(3)의 나머지가 상기 베이스(9) 및 상기 제2 단열재(10) 사이의 간극을 통해 상기 원료가스 유출구포트(4)로 유동할 수 있도록 상기 제2 단열재(10)가 구성된다.

상기 퍼지가스 유입 기구(11)는 상기 파이프 부재(11a)를 회전시키고 들어올릴 수 있도록 구성된다. 특히, 상기 파이프 부재(11a)의 제1단은 상기 시드결정(5)이 장착되는 장착면의 반대편인, 상기 베이스(9)의 표면에 연결된다. 상기 파이프 부재(11a)의 제2단은 상기 퍼지가스 유입 기구(11)에 연결된다. 따라서, 상기 퍼지가스 유입 기구(11)는 상기 베이스(9), 상기 시드 결정(5), 및 상기 SiC 단일결정(20)을 따라 상기 파이프 부재(11a)를 회전시키고 들어올릴 수 있다. 따라서, 상기 퍼지가스 유입 기구(11)는 상기 SiC 단일결정(20)의 성장에 따라 상기 파이프 부재(11a)를 회전시키거나 들어올림으로써 상기 SiC 단일결정(20)의 성장을 위한 적절한 온도에서 상기 SiC 단일결정(20)의 성장면을 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 파이프 부재(11a)는 흑연으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 파이프 부재(11a)의 표면은 상기 파이프 부재(11a)의 열적 에칭을 감소시키거나 방지하기 위하여 탄탈룸 카바이드(TaC) 또는 니오븀 카바이드(NbC)와 같은 내화(즉, 고융해점)금속 카바이드로 코팅될 수 있다.

또한, 상기 퍼지 가스 유입 기구(11)는 상기 베이스(9)의 후면으로부터 상기 베이스(9)로 퍼지가스를 공급하기 위하여 상기 파이프 부재(11a) 내로 퍼지가스를 유입시킨다. 예를 들어, 퍼지가스는 불활성 가스(예를 들어, Ar 또는 He), 에칭가스(H₂ 또는 HC1), 또는 상기 불활성 가스와 에칭가스의 혼합가스로 될 수 있다. 상기 퍼지가스 유입 기구(11)로부터 상기 베이스(9)로 공급되는 퍼지가스는 상기 베이스(9)의 외부 모서리를 향해 배출된다.

상기 제1 가열장치(12) 및 상기 제2 가열장치(13) 각각은 상기 진공 용기(6)를 둘러싼다. 예를 들어, 상기 제1 가열장치(12) 및 상기 제2 가열장치(13) 각각은 열생성 유도 코일, 히터, 또는 그와 유사한 것들을 포함할 수 있다. 상기 제1 가열장치(12)는 상기 가열 용기(8)의 하부와 대응되는 부분에 위치되고, 상기 제2 가열 장치(13)는 상기 베이스(9)에 대응되는 부분에 위치된다. 상기 제1 가열장치(12) 및 상기 제2 가열장치(13)는 SiC 단일결정(20)의 성장면이 상기 SiC 단일결정(20)의 성장에 적합한 온도에 맞춰질 수 있을 정도로 독립적으로 조절된다.

다음으로, 제1 실시예에 따른 제조장치(1)를 이용하여 상기 SiC 단일결정(20)을 제조하는 방법에 대해 이하에서 설명한다.

먼저, 상기 시드 결정(5)이 상기 베이스(9)에 장착된다. 그리고, 상기 제1 가열장치(12) 및 상기 제2 가열장치(13)가 상기 가열 용기(8) 내에 일정한 온도 배분을 생성하도록 제어된다. 상기 일정한 온도 배분은 상기 SiC 단일결정(20)을 성장시키기 위하여 상기 원료가스(3)가 상기 시드 결정(5)의 표면에 재결정될 수 있도록 설정된다. 또한, 상기 일정한 온도 배분은 재결정율이 상기 가열용기(8) 내의 승화율보다 작도록 설정된다.

그리고, 상기 진공 용기(6)는 일정한 압력이 유지되고, 상기 원료가스(3)는 상기 가스 유도파이프(7a)를 통해 상기 진공용기(6) 내로 유입된다. 필요하다면, 캐리어 가스(예를 들어, Ar, He과 같은 불활성 가스) 또는 에칭가스(예를 들어, H2, HC1)가 상기 원료가스(3)와 함께 유입될 수 있다. 따라서, 도 1에서 화살표 A로 표시한 바와 같이, 상기 SiC 단일결정(20)이 상기 시드 결정(5) 상에 성장될 수 있도록 상기 원료가스(3)가 상기 시드 결정(5)에 공급된다.

이때, 상기 퍼지가스 유입 기구(11) 및 상기 퍼지가스 공급원(14)은 상기 파이프 부재(11a) 및 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 퍼지가스를 유입시킨다. 따라서, 도 1 및 3에서 화살표 B로 표시된 바와 같이, 상기 퍼지가스가 상기 베이스(9)의 퍼지가스 유입 경로를 통해 상기 파이프 부재(11a)로부터 상기 베이스(9)의 외부 모서리로 공급된다. 그리고, 상기 파이프 부재(11a)로부터 공급된 퍼지가스는 상기 원료가스(3)의 유동방향과 동일한 방향으로 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 상기 베이스(9)로부터 배출됨으로써 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 베이스(9)의 외부 벽면(즉, 제2 원통관(91c))을 따라 유동할 수 있다. 또한, 도 2의 화살표 C로 표시한 바와 같이, 상기 퍼지가스 공급원(14)으로부터 유입되는 퍼지가스가 상기 원료가스(3)의 유동방향과 동일한 방향으로 상기 가열 용기(8)의 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 배출됨으로써 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 베이스(9)를 둘러싸기 위하여 상기 가열용기(8)의 내부 벽면(즉, 제1 원통관(8c))을 따라 유동할 수 있다.

이러한 퍼지가스의 유동은 상기 베이스(9)의 둘레부분 및 상기 가열용기(8)의 내부면에 다결정이 성장되는 것을 감소시키거나 방지한다. 따라서, 상기 시드 결정(5) 둘레 부분에서의 다결정 형성이 감소되거나 방지되고, 상기 다결정 형성으로 인한 원료가스(3)의 유동 경로 상의 막힘이 방지될 수 있다. 따라서, 오랜 시간동안 상기 SiC 단일결정(20)을 성장시킬 수 있다.

특히, 제1 실시예에 의하면, 상기 제1 원통관(8c)의 내부 벽면은 상기 제2 원통관(8d)의 외부 벽면과 평행하고, 상기 제2 원통관(91c)의 외부 벽면은 상기 가이드부(92b)의 내부 벽면과 평행하다. 이러한 접근방법으로 인해, 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 제1 원통관(8c)의 내부면을 따라 정확하게 유동할 수 있고, 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 제2 원통관(91c)의 외부면을 따라 정확하게 유동할 수 있다. 따라서, 상기 베이스(9) 둘레 부분과 상기 가열용기(8)의 내부면 상에서의 다결정 형성이 효과적으로 감소되거나 방지될 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 제1 실시예에 따르면, 퍼지가스가 상기 가열용기(8)의 내부 벽면과 상기 베이스의 외부 모서리로 유동한다. 이러한 퍼지가스의 유동은 베이스(9) 둘레 부분과 상기 가열용기(8)의 내부 벽면에서의 다결정 형성을 감소시키거나 방지한다. 따라서, 다결정 형성에 의한 원료가스(3)의 유동 경로의 막힘이 방지될 수 있다. 그러므로, 오랜 시간동안 SiC 단일결정(20)을 성장시킬 수 있다.

또한, 퍼지가스의 유동은 상기 시드 결정(5) 둘레 부분에서의 다결정 형성을 감소시키거나 방지한다. 그러므로, SiC 단일결정(20)이 오랫동안 성장하는 경우라도, SiC 단일결정(20)의 외부 모서리에 다결정이 부착되는 것을 감소시키거나 방지하는 것이 가능하다. 그러므로, SiC 단일결정(20)이 SiC 단일결정(20)의 외부 모서리의 품질의 손실없이 오랫동안 성장될 수 있다.

(제2 실시예)

본 발명의 제2 실시예는 도 5 내지 7에 근거하여 이하에서 설명된다. 제2 실시예는 상기 가열용기(8) 및 베이스(9)의 형상에 있어서 제1 실시예와 상이하다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조장치(1)에 대한 사시 단면도를 도시한다. 도 6은 상기 가열용기(8)를 나타내는, 도 5의 R3 영역을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 7은 베이스(9)를 나타내는 도 5의 부분 확대도를 나타낸다.

먼저, 상기 가열용기(8)에 대해 설명한다. 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따르면, 상기 제2 원통관(8d)의 내부 벽면이 상기 제2 원통관(8d)의 외부 벽면에 대하여 일정한 각도θ를 형성할 수 있도록 상기 가열용기(8)의 제2 원통관(8d)의 개방단부가 테이퍼진다. 특히, 상기 제2 원통관(8d)의 개방단부의 내부 벽면은 상기 제2 원통관(8d)의 외부 벽면에 대하여 각도θ를 형성하도록 테이퍼짐으로써(즉, 경사짐으로써) 상기 제2 원통관(8d)의 내경이 상기 원료가스(3)의 유동방향에 따라 증가될 수 있다. 상기 각도θ는 특정된 값으로 한정되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 상기 각도θ는 45도 이하인 것이 바람직하다.

상기 제2 원통관(8d)의 개방단부의 내경이 점차 증가되기 때문에, 상기 원료가스(3)가 상기 원료가스(3)의 유동방향에서 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)의 상류측에서 상기 가열용기(8)의 내부 벽면과 접촉되는 것이 감소된다. 따라서, 상기 가열용기(8)의 내부 벽면의 다결정 부착을 감소시키거나 방지하는 것이 가능하다. 특히, 상기 제2 원통관(8d)의 테이퍼진 내부 벽면과 상기 제2 원통관(8d)의 외부 벽면에 의해 형성되는, 각도θ가 45도 이하일 때, 상기 원료가스(3)의 유동이 퍼지가스의 유동에 영향을 덜 미친다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 퍼지가스와 상기 원료가스(3)는 각각 방해되지 않고 원활하게 유동할 수 있다.

다음으로, 상기 베이스(9)에 대해 설명한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 의하면, 제1 실시예와 같이, 상기 베이스(9)는 결합부(91)와 장착부(92)를 포함한다. 그러나, 제2 실시예의 상기 결합부(91)와 상기 장착부(92)는 제1 실시예의 형상과 상이하다.

특히, 제2 실시예에 의하면, 상기 결합부(91)는 제1 원통관(91a), 플랜지(91b), 및 제2 원통관(91c)을 포함한다. 상기 제2 원통관(91c)은 계단부를 가진다. 즉, 상기 제2 원통관(91c)은 두꺼운 부분과 얇은 부분을 가진다. 상기 두꺼운 부분은 상기 얇은 부분에 비해 플랜지(91b)에 더 가깝게 위치된다. 상기 두꺼운 부분의 내경은 상기 얇은 부분의 내경보다 작다. 즉, 상기 제2 원통관(91c)은 서로 다른 두 개의 내경을 가진다. 상기 제2 원통관(91c)의 얇은 부분은 링형상의 가이드부로서 제공된다.

상기 장착부(92)는 두꺼운 바닥(92d)을 가진 원통관부(92a)를 포함한다. 상기 원통관부(92a)의 관부분은 축 방향에서 바닥(92d)으로부터 연장되고, 상기 연통구멍(92c)은 관부(92a)에 형성된다. 상기 장착부(92)의 외경은 일정하다. 상기 장착부(92)의 관부분은 상기 제2 원통관(91c)의 두꺼운 부분에 끼워 맞춰진다. 상기 장착부(92)의 관부분과 상기 제2 원통관(91c)의 두꺼운 부분 사이에 접착제가 가해짐으로써 상기 결합부(91)와 장착부(92)가 서로 고정될 수 있다. 상기 장착부(92)의 관부분이 상기 제2 원통관(91c)의 두꺼운 부분에 끼워 맞춰지는 조건 하에서, 상기 연통구멍(92c)은 상기 제2 원통관(91c)의 두꺼운 부분에 막히지 않고 상기 제2 원통관(91c)의 얇은 부분에 의해 둘러싸이거나 이격된다.

상기 제2 원통관(91c)의 얇은 부분과 상기 장착부(92)의 관부분 사이의 간극은 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)로서 제공된다. 도 7에 화살표 B로 표시된 바와 같이, 퍼지가스는 상기 베이스(9)의 퍼지가스 유입경로를 통해 상기 파이프부재(11a)로부터 상기 베이스(9)의 외부 모서리까지 공급된다. 그리고, 상기 공급된 퍼지가스는 상기 원료가스(3)의 유동방향과 반대되는 방향에서 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 상기 베이스(9)로부터 배출됨으로써 배출된 퍼지가스가 상기 베이스(9)의 외부 벽면(즉, 상기 원통관부(92a))을 따라 유동할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 제2 실시예에 따르면, 상기 제2 원통관(8d)의 개방단부가 테이퍼진다. 이러한 접근방법에서, 원료가스(3)가 상기 원료가스(3)의 유동방향에서 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)의 상류측에서 상기 가열용기(8)의 내부벽면과 접촉되는 것이 감소된다. 따라서, 상기 가열용기(8)의 내부벽면에서 다결정 부착을 감소시키거나 방지하는 것이 가능하다.

또한, 상기 베이스(9)의 외부 모서리로 공급되는 퍼지가스는 상기 원료가스(3)의 유동방향에 대해 반대방향으로 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 배출된다. 이러한 접근방법에서도, 제1 실시예와 동일한 효과가 얻어질 수 있다.

(제3 실시예)

본 발명의 제3 실시예가 도 8 및 9에 근거하여 이하에서 설명된다. 제3 실시예는 이하의 점에서 제1 실시예와 상이하다.

도 8은 제3 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조장치(1)의 베이스(9)에 대한 사시 단면도를 나타내고, 도 9는 도 8의 베이스(9)의 단면을 나타낸 도면이다. 도 8은 SiC 단일결정 제조장치(1)의 바닥면을 도시한다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따르면, 제1 실시예와 같이, 상기 베이스(9)는 결합부(91) 및 장착부(92)를 포함한다. 그러나, 제3 실시예에 의한 상기 결합부(91) 및 장착부(92)는 제1 실시예의 형상과 상이하다.

특히, 상기 결합부(91)는 중공 디스크 형상을 가진다. 상기 결합부(91)의 내부 공간은 두 개의 서로 다른 직경을 가진다. 즉, 상기 결합부(91)는 두꺼운 부분과 얇은 부분을 가진다. 상기 두꺼운 부분의 내경은 상기 얇은 부분의 내경보다 작다. 상기 장착부(92)는 상기 결합부(91)의 얇은 부분 내로 부분적으로 삽입된다. 상기 결합부(91)의 얇은 부분의 외부 벽면은 테이퍼진다.

상기 장착부(92)는 원형 플레이트(92e)와 입체 원통(92f)을 포함한다. 상기 플레이트(92e)는 제1면과 상기 제1면과 반대되는 제2면을 가진다. 상기 플레이트(92e)의 제1면은 상기 시드 결정(5)이 장착되는 장착면을 형성한다. 상기 원통(92f)은 상기 플레이트(92e)의 제2면에 위치된다. 상기 결합부(91)의 하부면은 일정한 거리(예를 들어, 5mm 이하)를 두고 상기 플레이트(92e)의 제2면으로부터 이격되거나 평행하다. 상기 결합부(91)의 하면과 상기 플레이트(92e)의 제2면 사이의 간극은 제2 퍼지가스 유입구(93)로 제공된다. 따라서, 제3 실시예에 의하면, 상기 플레이트(92e)는 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)가 상기 베이스(9)의 외측 원주 방향에서 마주보도록 하기 위한 가이드부로서 제공된다. 따라서, 퍼지가스가 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 배출될 때, 배출된 퍼지가스는 반경 외측 방향에서 시드 결정(5)의 외부 모서리로부터 유동된다. 그리고, 배출된 퍼지가스는 상기 하부면과 상기 결합부(91)의 테이퍼진 면을 따라 유동한다.

도면에 도시되지 않았으나, 예를 들어 상기 결합부(91)의 내부면 또는 상기 장착부(92)의 원통(92f)의 외부면에 형성되는 돌기에 의해 상기 결합부(91) 및 장착부(92)가 서로 고정된다. 이 경우, 상기 퍼지가스는 상기 돌기 사이를 통해 제2 퍼지가스 유입구(93)로 유동된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 제3 실시예에 따르면, 반경 외측방향에서 상기 시드 결정(5)의 외부 모서리로부터 퍼지가스가 배출될 수 있도록 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)가 반경 외측 방향을 향한다. 상기 퍼지가스가 상기 시드 결정(5)이 장착되는 장착면 근처에서 배출되기 때문에, 상기 시드 결정(5)으로부터 상기 베이스(9)의 측면 근처에서 다결정이 부착되는 것을 방지하거나 감소시키는 것이 가능하다.

또한, 제3 실시예에 따르면, 상기 결합부(91)의 외부 벽면은 테이퍼진다. 이러한 접근방법에서, 상기 원료가스(3)와 배출된 퍼지가스는 상기 결합부(91)의 외부 벽면을 따라 원활하게 유동할 수 있다.

(제4 실시예)

본 발명의 제4 실시예가 도 10 및 도 11에 근거하여 이하에서 설명된다. 제4 실시예는 가열용기(8) 및 베이스(9)의 형상에 있어서 제1 실시예와 상이하다.

도 10은 제4 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조장치(1)에 대한 사시단면도를 나타낸 도면이다. 도 11은 베이스(9)를 나타내는 도 10의 부분 확대도를 나타낸 도면이다.

먼저, 상기 가열용기(8)에 대해 설명한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 따르면, 상기 원료가스(3) 유동방향으로 상기 가열용기(8)의 내경이 감소될 수 있도록 상기 가열용기(8)의 내부 벽면이 테이퍼진다. 특히, 상기 제1 원통관(8c)의 내경은 상기 원료가스(3)의 유동방향에서 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)의 하류측으로 점차 감소된다. 특히, 상기 제1 원통관(8c)은 제1관부와 상기 제1 관부와 연통되는 제2 관부를 가진다. 상기 제1 원통관(8c)의 제1관부의 내경은 상기 원료가스(3)의 유동 방향으로 점차 감소된다. 상기 제1 원통관(8c)의 제1관부는 상기 원료가스(3)의 유동 방향에서 상기 제1 원통관(8c)의 제2 관부의 하류측에 위치된다. 더구나, 상기 제1 원통관(8c)의 제1 관부는 상기 원료가스(3)의 유동 방향에서 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)의 하류측에 위치된다.

다음으로, 상기 베이스(9)에 대해 설명한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(9)는 절두체(frustum)(94)와 원통관(95)을 포함한다. 상기 절두체(94)는 상면과 상기 상면보다 넓은 영역을 가지는 바닥면을 가진다. 상기 시드결정(5)은 상기 절두체(94)의 바닥면에 장착된다. 즉, 상기 절두체(94)의 바닥면은 장착면을 형성한다. 상기 관(95)은 상기 절두체(94)의 상면으로부터 수직으로 연장된다. 상기 관(95)은 상기 파이프 부재(11a)의 단부로 삽입됨으로써 상기 관(95)과 파이프 부재(11a)는 서로 연통될 수 있다.

상기 연통구멍(95a)은 상기 관(95)에 형성되고 상기 관(95)의 원주방향에서 일정한 간격으로 배열된다. 상기 파이프 부재(11a)를 통해 유입되는 퍼지가스는 상기 연통구멍(95a)을 통해 배출된다.

상기 파이프 부재(11a)의 단부는 상기 링형상의 가이드부(11b)를 형성하기 위하여 단부방향으로 확장된다. 상기 가이드부(11b)는 상기 절두체(94)의 외부 벽면(측벽면)에 평행하게 연장된다. 그리고, 상기 관(95)이 상기 파이프부재(11a)의 단부에 삽입되는 상태에서, 상기 절두체(94)의 외부벽면은 상기 가이드부(11b)의 내부 벽면에 평행하거나 이격된다. 상기 절두체(94)의 외부 벽면과 상기 가이드부(11b)의 내부 벽면 사이의 간극은 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)로 제공된다.

본 발명의 제4 실시예에 따르면, 상기 가열용기(8)의 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 원료가스(3)의 유동 방향과 동일한 방향으로 상기 가열용기(8)의 내부 벽면을 따라 유동한다. 또한, 상기 베이스(9)의 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 원료가스(3)의 유동 방향에 반대방향으로 상기 베이스(9)의 외부 벽면을 따라 유동한다. 상기 가열용기(8)의 내경은 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 배출되는 퍼지가스의 유동 방향으로 감소되고, 상기 베이스(9)의 외경은 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)를 통해 배출되는 퍼지가스의 유동 방향으로 증가된다. 따라서, 퍼지가스는 상기 가열용기(8)의 내부 벽면 및 상기 베이스(9)의 외부 벽면을 따라 효과적으로 유동함으로써 다결정의 형성이 효과적으로 감소되거나 방지될 수 있다.

제4 실시예에 따르면, 퍼지가스는 가열용기(8)의 내부벽면 및 상기 베이스(9)의 외부 벽면에 대해 충돌할 수 있다. 그러므로, 상기 가열용기(8) 및 베이스(9)의 표면에는 상기 가열용기(8) 및 상기 베이스(9)의 열적 에칭을 감소시키거나 방지하기 위하여 탄탈룸 카바이드(TaC) 또는 니오븀 카바이드(NbC)와 같은 내화 금속 카바이드로 코팅될 수 있다.

(제5 실시예)

본 발명의 제5 실시예는 도 12 및 도 13에 근거하여 이하에서 설명된다. 제5 실시예는 상기 베이스(9)의 형상에 있어서 제1 실시예와 다르다.

도 12는 제5 실시예에 따른 SiC 단일결정 제조장치(1)의 사시 단면도를 나타낸 도면이다. 도 13은 상기 베이스(9)를 나타낸, 도 12의 부분 확대도를 나타낸 도면이다.

도 12 및 13에 도시된 바와 같이, 제5 실시예에 따르면, 상기 베이스(9)는 절두체(94), 원통관(95), 및 가이드부(96)를 포함한다. 상기 절두체(94)는 상면과, 상기 상면보다 더 넓은 바닥면을 가진다. 상기 시드 결정(5)은 상기 절두체(94)의 바닥면에 장착된다. 즉, 상기 절두체(94)의 바닥면은 상기 장착면을 형성한다. 상기 관(95)은 상기 절두체(94)의 상면으로부터 수직으로 연장된다. 상기 관(95)은 상기 파이프 부재(11a)의 단부와 맞물림으로써 상기 관(95)과 상기 파이프 부재(11a)가 서로 연통할 수 있다. 상기 가이드부(96)는 상기 절두체(94) 둘레에 위치된다.

상기 절두체(94)의 상면은 요홈부(94a)를 형성하기 위해 함몰되어 있다. 상기 요홈부(94a)는 상기 파이프 부재(11a)와 연통된다. 또한, 상기 연통구멍(94b)은 상기 요홈부(94a)의 내부 벽면 내에 형성된다. 상기 연통 구멍(94b)은 상기 요홈부(94a)의 개구부보다 상기 요홈부(94a)의 바닥에 더 가깝도록 위치된다. 상기 연통구멍(94b)은 상기 요홈부(94a)의 원주방향에서 일정한 간격으로 배열된다. 상기 파이프 부재(11a)를 통해 유입되는 퍼지가스는 상기 연통구멍(94b)을 통해 배출된다.

상기 가이드부(96)는 단부를 향해 확장되는 중공 절두체 형상을 가진다. 특히, 상기 가이드부(96)는 상기 절두체(94)의 외부 벽면(측벽면)과 평행하게 연장된다. 다중 지지부(96a)가 상기 가이드부(96)의 내부 벽면으로부터 돌출되고 상기 절두체(94)의 외부 벽면에서 상기 가이드부(96)를 지지한다. 각각의 지지부(96a)는 일정 길이를 가진다. 따라서, 상기 절두체(94)의 외부 벽면은 상기 가이드부(96)의 내부벽면으로부터 이격되고 평행하다. 상기 절두체(94)의 외부 벽면과 상기 가이드부(96)의 내부 벽면 사이의 간극은 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)로서 제공된다. 즉, 상기 가이드부(96)는 상기 절두체(94)의 연통구멍(94b)을 커버함으로써 상기 연통구멍(94b)을 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 원료가스(3)의 유동 방향과 동일한 방향뿐만 아니라 상기 원료가스(3)의 유동 방향에 반대되는 방향에서도 유동할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따르면, 상기 베이스(9)는 상기 제2 퍼지가스 유입구(93)가 상기 시드 결정(5)을 향할 뿐만 아니라 상기 파이프 부재(11a)를 향해서도 바라볼 수 있도록 하기 위한 가이드부(96)를 가진다. 이러한 접근방법에 의해, 상기 퍼지가스는 상기 원료가스(3)의 유동 방향과 동일한 방향뿐만 아니라 상기 원료가스(3)의 유동 방향과 반대되는 방향에서도 배출될 수 있다. 따라서, 상기 베이스(9)의 외부 벽면에 다결정의 형상을 효과적으로 감소시키거나 방지하는 것이 가능하다.

(변형예)

본 실시예는, 예를 들어 이하에서와 같이 다양한 방법에 의해 변형이 가능하다.

실시예들 중에서, 상기 퍼지가스 유입구(8b)는 상기 가열용기(8)의 원주 방향에서 상기 가열용기(8)의 내부 벽면을 따라 원형으로 연장된다. 즉, 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)는 상기 가열용기(8)의 전체 내부 원주면을 따라 폐곡선 형상을 가진다. 이러한 접근방법에서, 상기 베이스(9) 둘레의 퍼지가스 유동은 상기 다결정의 형성을 효과적으로 감소시키거나 방지할 수 있도록 일체화된다. 그러나, 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)의 형상은 상기 가열용기(8)의 내부 벽면을 따라 폐곡선과 같이 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 가열용기(8)는 제1 직경을 형성하는 두꺼운 부분과 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 형성하는 얇은 부분을 가지는 원형관일 수 있다. 상기 얇은 부분은 상기 원료가스(3)의 유동 방향에서 두꺼운 부분의 하류측에 위치된다. 이 경우, 상기 제1 직경보다 작은 제3 내경을 가지는 링형상의 가이드부가 간극을 형성하기 위해 두꺼운 부분과 얇은 부분 사이에서의 계면에 위치되는데, 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)로서는, 상기 가이드부와 상기 얇은 부분 사이이다. 그리고, 상기 연통구멍이 상기 간극의 바닥에 형성되고 상기 가열용기(8)의 원주방향에서 일정한 간격으로 배열된다.

제2 실시예에서, 상기 제2 원통관(8d)의 개방단부는 상기 제2 원통관(8d)의 내경이 상기 원료가스(3)의 유동 방향으로 증가되도록 테이퍼질 수 있다. 제2 실시예에서 설명된 이러한 구조는 제1, 제3, 제4, 및 제5 실시예에도 적용될 수 있다.

상기 제2 원통관(8d)의 개방단부의 내경이 상기 원료가스(3)의 유동 방향에서 증가되는 한, 상기 제2 원통관(8d)의 개방단부는 다른 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 원통관(8d)의 개방단부는 삼각형, 대직경 형상, 타원체 형상, 또는 부채꼴 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 도 14A에 도시된 바와 같이, 상기 제2 원통관(8d)의 개방단부의 내부 벽면은 상기 제2 원통관(8d)의 외부 벽면에 대해 45도 이하의 각도 θ를 형성하는 것이 바람직하다. 도 14B에 도시된 바와 같이, 상기 제2 원통관(8d)의 개방단부가 부채꼴 형상을 가질 때, 상기 각도 θ는 상기 제2 원통관(8d)의 개방단부의 라운드진 내부 벽면에 대한 접선 라인과 상기 제2 원통관(8d)의 외부 벽면 사이의 각도로서 정의될 수 있다.

제5 실시예에서, 상기 베이스(9)의 제2 퍼지가스 유입구(93)는 퍼지가스가 두 개의 방향에서 배출되도록 한다. 선택적으로, 상기 퍼지가스는 두 개 이상의 방향에서 배출될 수도 있다. 예를 들어, 3개 또는 그 이상의 제2 퍼지가스 유입구(93)가 상기 베이스(9)에 구비될 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어, 제1 실시예의 제2 퍼지가스 유입구(93)와 제4 실시예의 제2 퍼지가스 유입구(93)가 퍼지가스가 3개의 방향에서 배출될 수 있도록 결합될 수 있다.

이러한 실시예들에서, 퍼지가스는 상기 원료가스(3)의 유동 방향과 동일한 방향에서 상기 가열용기(8)의 내부 벽면에 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 배출될 수 있다. 그 대신에, 상기 제1 퍼지가스 유입구(8b)는 상기 퍼지가스가 상기 원료가스(3)의 유동 방향에 반대방향에서 제1 퍼지가스 유입구(8b)를 통해 배출되도록 하방으로 지향된다. 상기 가열용기(8)는 다수개의 제1 퍼지가스 유입구(8b) 내에 구비될 수 있다.

이러한 변화와 변경은 첨부된 청구항에서 한정되는 본 발명의 범주 내에서 이해될 수 있다.

*도면의 주요부분에 대한 설명*
1 : 제조장치 2 : 원료가스 유입구 포트
4 : 원료가스 유출구 포트 5 : 시드 결정
6 : 진공 용기 7 : 제1 단열재
8 : 가열 용기 9 : 베이스
10 : 제2 단열재 11 : 퍼지가스 유입 기구
12 : 제1 가열 장치 13 : 제2 가열 장치

Claims

시드 결정하에서 탄화규소용 원료가스(3)를 공급함으로써 탄화규소 단결정 기판으로부터 만들어진 시드 결정(5)의 표면에 탄화규소 단결정을 성장시킴으로써 탄화규소 단결정을 제조하는 장치에 있어서,
반응챔버를 형성하는 내부 벽면을 가지는 원통관형 가열용기(8);
상기 가열용기의 반응챔버 내에 위치되고 상기 제1면과 상기 제1면과 반대되는 제2면을 가지는 베이스(9);
퍼지가스가 상기 가열용기의 내부 벽면을 따라 유동하도록 하기 위하여 상기 가열용기의 내부 벽에 구비되는 제1 퍼지가스 유입구(8b);
상기 제1 퍼지가스 유입구에 상기 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 공급원(14);
상기 베이스의 외부 벽면을 따라 퍼지가스가 유동하도록 하기 위하여 상기 베이스의 외부 벽에 구비되는 제2 퍼지가스 유입구(93);및
상기 베이스를 지지하고 상기 베이스의 제2면으로부터 상기 베이스에 퍼지가스를 공급하기 위한 퍼지가스 유입 기구(11)를 포함하고,
상기 시드 결정은 상기 베이스의 제1면에 장착되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 퍼지가스 유입구는 상기 가열용기의 원주 방향에서 상기 가열용기의 내부 벽면을 따라 원형으로 연장되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 가열용기는 관부(8c)와 링형상을 가지는 제1 가이드부(8d)를 포함하고,
상기 제1 가이드부는 그 사이에 상기 제1 퍼지가스 유입구를 형성하기 위하여 상기 관부의 내부 벽면으로부터 이격되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 가이드부는 일정한 거리만큼 상기 관부의 내부 벽면으로부터 이격되고,
상기 관부의 내부 벽면은 상기 제1 가이드부의 외부 벽면과 평행한
탄화규소 단결정 제조 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 가이드부의 내경은 상기 원료가스의 유동방향으로 증가되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 가이드부의 내부 벽면은 상기 원료가스의 유동방향으로 상기 제1 가이드부의 내경이 증가되도록 테이퍼지고,
상기 제1 가이드부의 내부 벽면과 상기 제1 가이드부의 외부 벽면은 45도 이하의 각도를 형성하는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제3항에 있어서,
상기 가열용기의 관부는 제1 관부와 상기 제1 관부와 연통되는 제2 관부를 가지고,
상기 제1 관부의 내경은 상기 원료가스의 유동방향으로 점차적으로 감소되고,
상기 제1 관부는 상기 원료가스의 유동방향에서 상기 제2 관부의 하류측에 위치되고,
상기 제1 관부는 상기 원료가스의 유동 방향에서 상기 제1 퍼지가스 유입구의 하류측에 위치되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 퍼지가스 유입구는 다수개의 제1 퍼지가스 유입구를 포함하는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 가열용기는 내화금속 카바이드로 코팅되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
링형상을 가지는 제2 가이드부(11b, 91c, 92b, 92e, 96)를 더 포함하고,
상기 제2 가이드부는 그 사이에 상기 제2 퍼지가스 유입구를 형성하기 위하여 상기 베이스의 외부 벽면으로부터 이격되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 가이드부는 일정한 거리만큼 상기 베이스의 외부 벽면으로부터 이격되고,
상기 제2 가이드부의 내부 벽면은 상기 베이스의 외부 벽면과 평행한
탄화규소 단결정 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 퍼지가스 유입 기구는 상기 퍼지가스가 관통하여 상기 베이스부로 공급되는 파이프 부재(11a)를 가지고,
상기 베이스는 상기 파이프 부재와 결합되는 결합부(91)와, 제1면과 상기 제1면과 반대되는 제2면을 가지는 장착부(92)를 포함하고,
상기 장착부의 제1면은 상기 시드 결정이 장착되는 장착부를 형성하고,
상기 결합부는 상기 장착부의 제2면과 끼워 맞춰지는 원통관부(91c)를 포함하고,
상기 결합부의 관부의 내부 벽면은 상기 베이스의 내부 벽면을 형성하고,
상기 장착부는 제2 가이드부를 가지고,
상기 제2 가이드부의 내부 벽면이 그 사이에 상기 제2 퍼지가스 유입구를 형성하기 위하여 상기 결합부의 관부의 외부 벽면을 향해 이격됨으로써 상기 제2 가이드부가 상기 장착부의 제2면으로부터 수직으로 돌출되고,
상기 제2 퍼지가스 유입구는 상기 제2 퍼지가스 유입구를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 원료가스의 유동 방향과 동일한 방향으로 상기 결합부의 관부의 외부 벽면을 따라 유동하도록 구성되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제12항에 있어서,
상기 제2 가이드부의 외경은 상기 원료가스의 유동 방향으로 감소되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 퍼지가스 유입 기구는 상기 퍼지가스가 통과하여 상기 베이스로 공급되는 파이프 부재(11a)를 가지고,
상기 베이스는 제1면과 상기 제1면과 반대되는 제2면을 가지는 장착부(92)와, 상기 파이프 부재에 결합되는 결합부(91)를 포함하고,
상기 장착부의 제1면은 상기 시드 결정이 장착되는 장착면을 형성하고,
상기 결합부는 상기 장착부의 제2면에 끼워 맞춰지는 원통관부(91c)를 포함하고,
상기 결합부의 관부는 제1 내경을 형성하는 두꺼운 부분과 상기 제1 내경보다 큰 제2 내경을 형성하는 얇은 부분을 가지고,
상기 장착부는 상기 관의 제1단에 근접하는 바닥부(92d)를 가지는 원통관(92a)을 가지고,
상기 장착부의 관의 제2단은 상기 결합부의 관부에 끼워 맞춰짐으로써 상기 결합부와 상기 장착부가 서로 연결되고,
상기 결합부의 관부의 상기 얇은 부분의 내부 벽면은 그 사이에 상기 제2 퍼지가스 유입구를 형성하기 위하여 상기 장착부의 관부의 외부 벽면으로부터 이격되고,
상기 제2 퍼지가스 유입구는 상기 제2 퍼지가스 유입구를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 원료가스의 유동 방향과 반대되는 방향으로 상기 장착부의 관부의 외부 벽면을 따라 유동하도록 구성되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 퍼지가스 유입 기구는 상기 퍼지가스가 관통하여 상기 베이스로 공급되는 파이프 부재(11a)를 가지고,
상기 베이스는 상기 시드 결정이 장착되는 장착부(92)와, 상기 파이프 부재에 결합되는 결합부(91)를 포함하고,
상기 결합부는 내부 공간에서 중공 디스크 형상을 가지고,
상기 장착부는 원형 플레이트(92e) 및 입체 원통(92f)을 포함하고,
상기 원형 플레이트는 상기 시드 결정이 장착되는 장착면을 형성하는 제1면과 상기 원형 플레이트의 제1면과 반대되는 제2면을 가지고,
상기 장착부의 입체 원통은 상기 원형 플레이트의 제2면에 위치되고 상기 결합부의 내부 공간에 끼워 맞춰짐으로써 상기 결합부와 상기 장착부가 서로 연결되고,
상기 장착부의 원형 플레이트의 제2면은 그 사이에서 상기 제2 퍼지가스 유입구를 형성하기 위하여 상기 결합부로부터 이격되고,
상기 베이스의 반경 외측 방향으로 상기 시드 결정의 외부 모서리로부터 상기 제2 퍼지가스 유입구를 통해 퍼지가스가 배출되고 상기 배출된 퍼지가스는 상기 결합부의 외부 벽면을 따라 유동하도록 상기 제2 퍼지가스 유입구가 구성되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 퍼지가스 유입 기구는 상기 퍼지가스가 통과하여 상기 베이스로 공급되는 파이프 부재(11a)를 가지고,
상기 베이스는 절두체(94)와 원통관(95)을 포함하고,
상기 절두체는 상기 시드 결정이 장착되는 장착면을 형성하는 바닥면과 상면을 가지고,
상기 베이스의 상기 관은 상기 절두체의 상면으로부터 수직으로 돌출되고 상기 파이프 부재의 단부에 끼워 맞춰지고,
상기 제2 가이드부는 상기 파이프 부재의 단부에 구비되고,
상기 제2 가이드부의 내경은 상기 파이프 부재의 단부로부터 일정거리 내에서 증가되고,
상기 절두체는 그 사이에 상기 제2 퍼지가스 유입구를 형성하기 위하여 상기 제2 가이드부로부터 이격되고,
상기 제2 퍼지가스 유입구는 상기 제2 퍼지가스 유입구를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 원료가스의 유동방향에 대한 반대방향으로 상기 절두체의 외부 벽면을 따라 유동하도록 구성되는
탄화규소 단결정 제조 장치.
제10항에 있어서,
상기 퍼지가스 유입 기구는 상기 퍼지가스가 통과하여 상기 베이스로 공급되는 파이프 부재(11a)를 가지고,
상기 베이스는 절두체(94)와 원통관(95)을 포함하고,
상기 절두체는 상기 시드 결정이 장착되는 장착면을 형성하는 바닥면과 상면을 가지고,
상기 베이스의 상기 관은 상기 절두체의 상면으로부터 수직으로 돌출되고 상기 파이프 부재의 단부에 끼워 맞춰지고,
상기 제2 가이드부는 중공 절두체 형상을 가지고 그 사이에 상기 제2 퍼지가스 유입구를 형성하기 위하여 상기 절두체의 외부 벽면으로부터 이격되고,
상기 절두체의 상면은 요홈(94a)을 형성하기 위하여 함몰되고,
상기 요홈은 상기 파이프 부재와 연통되고,
상기 요홈의 내부 벽면은 상기 요홈의 원주 방향에서 일정한 간격으로 배열되는 연통 구멍(94b)에 구비되고,
상기 제2 가이드부는 상기 연통구멍을 통해 배출되는 퍼지가스의 유동 방향을 변경시키기 위하여 상기 연통구멍(94b)을 커버하고,
상기 제2 퍼지가스 유입구는 상기 제2 퍼지가스 유입구를 통해 배출되는 퍼지가스가 상기 원료가스의 유동 방향과 동일한 방향뿐만 아니라 상기 원료가스의 유동 방향과 반대방향에서도 상기 절두체의 외부 벽면을 따라 유동하도록 구성되는
탄화규소 단결정 제조 장치.