KR20130063184A - 단결정 성장 장치 및 방법 - Google Patents

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이원재
양태경
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동의대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 단결정 성장 장치 및 방법에 관한 것으로, 원료가 장입되는 도가니와, 도가니의 개방된 상부를 개폐하고 일면 종자정 홀더가 형성된 도가니 덮개와, 도가니를 가열하는 가열 수단과, 적어도 도가니 내면에 형성된 코팅층을 포함하는 단결정 성장 장치 및 방법이 제시된다.

Description

단결정 성장 장치 및 방법{Single crystal growth apparatus and method}
본 발명은 단결정 성장 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 결함이 적은 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있는 단결정 성장 장치 및 방법에 관한 것이다.
대표적인 반도체 소자 재료로 사용된 실리콘(Si)이 물리적 한계를 보이게 됨에 따라, 차세대 반도체 소자 재료로서 SiC, GaN, AlN 및 ZnO 등의 광대역 반도체 재료가 각광을 받고 있다. 그런데, SiC는 GaN, AlN 및 ZnO에 비해 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한, SiC는 4.6W/㎝℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 2인치 이상의 대구경 기판으로 생산 가능하다는 장점이 있다. 따라서, SiC는 GaN, AlN 및 ZnO 등에 비해 각광을 받고 있다. SiC는 성장 온도에 따라 여러 종류로 분류가 되는데, 대표적인 SiC로 6H-SiC 단결정은 LED 소자로 이용되고, 4H-SiC 단결정은 전력 소자에 이용되고 있다. 현재 친환경, 전력 손실 절감 차원에서 4H-SiC 단결정 기판을 제작하는 방법이 각광을 받고 있는 추세이다.
2인치 이상의 4H 또는 6H-SiC 기판을 제작하기 위해서는 4H 또는 6H-SiC 종자정을 종자정 홀더 상에 부착하고, SiC 분말이 장입된 도가니 상에 배치시킨다. 그리고, 유도 가열에 의해 도가니를 가열시켜 종자정 상에 4H 또는 6H-SiC 단결정을 성장시킨다. 한편, 한국공개특허 제2006-0095268호에는 이러한 도가니를 이용한 단결정 성장 방법이 제시되어 있다.
그런데, 6H-SiC의 경우 4H-SiC보다 비교적 높은 온도대에서 단결정 성장을 하기가 비교적 쉽지만, 온도대가 비슷한 4H-SiC 단결정을 성장할 때에는 여러가지 SiC 다형의 혼입 등으로 결정다형의 제어가 어렵다. 이러한 결정 다형의 혼입이 발생되면 결정 다형간의 계면이 발생하게 되고, 이 계면 주위에 여러가지 결함들이 많이 발생되어 추후 반도체 소자로 응용 시 악영향을 미친다.
또한, 도가니는 일반적으로 그라파이트 재질을 이용하며, 도가니가 가열되면 그라파이트로부터 탄소가 공급된다. 탄소는 SiC 단결정의 소오스 물질이지만, 그라파이트로부터 공급되는 탄소에 의해 SiC 단결정의 탄소 비율이 증가하게 되고, 이는 SiC 단결정의 불순물로 작용하게 된다. 따라서, SiC 단결정에 마이크로파이프(micropipe) 등의 결함을 생성시키게 된다.
본 발명은 결함이 적은 SiC 단결정을 성장시킬 수 있는 단결정 성장 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 도가니의 온도 제어를 용이하게 하여 SiC 단결정을 보다 용이하게 성장시킬 수 있는 단결정 성장 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 도가니로부터 공급되는 탄소를 차단하여 결함이 적은 SiC 단결정을 성장시킬 수 있는 단결정 성장 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 단결정 성장 장치는 원료가 장입되는 도가니; 상기 도가니의 개방된 상부를 개폐하고 일면에 종자정 홀더가 형성된 도가니 덮개; 상기 도가니를 가열하는 가열 수단; 및 적어도 상기 도가니 내면에 형성된 코팅층을 포함한다.
상기 도가니의 내측 상부에 삽입되며 상기 도가니의 내측 중심 방향으로 돌출부가 형성된 가이드 링을 더 포함한다.
상기 코팅층은 상기 도가니 내면, 상기 도가니 덮개의 일면 및 상기 가이드 링 상에 형성된다.
상기 코팅층은 상기 도가니 외면에 형성된다.
상기 코팅층은 상기 원료 물질의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 형성된다.
상기 코팅층은 실리콘카바이드, 금속 탄화물 및 금속 질화물의 적어도 어느 하나로 형성된다.
상기 금속 탄화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 혼합물과 탄소가 이루는 탄화물로 형성되고, 상기 금속 질화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 물질과 질소가 이루는 질화물로 형성된다.
본 발명의 실시 예들에 따른 단결정 성장 방법은 도가니의 내면에 코팅층이 형성된 성장 장치를 마련하는 단계; 종자정을 종자정 홀더 상면에 부착하는 단계; 상기 종자정 홀더를 상기 도가니 내에 인입하는 단계; 및 상기 도가니 내에 원료 물질을 장입한 후 승화시켜 상기 종자정 상에 단결정을 성장시키는 단계를 포함한다.
상기 코팅층은 상기 도가니 외면에 형성된다.
상기 코팅층은 상기 원료 물질의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 형성된다.
상기 코팅층은 실리콘카바이드, 금속 탄화물 및 금속 질화물의 적어도 어느 하나로 형성된다.
상기 금속 탄화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 혼합물과 탄소가 이루는 탄화물로 형성되고, 상기 금속 질화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 물질과 질소가 이루는 질화물로 형성된다.
본 발명의 실시 예들은 그라파이트 재질의 도가니 내면에 코팅층을 형성하며, 코팅층은 단결정이 성장되는 온도에서 단결정을 구성하는 물질에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 이용하여 형성한다.
이렇게 도가니 내면에 코팅층을 형성함으로써 도가니의 온도 제어를 종래보다 더욱 용이하게 할 수 있다. 따라서, 4H-SiC 단결정을 보다 용이하게 성장시킬 수 있고, 결정 성장 시 결정다형의 혼입을 조절할 수 있어 결함 발생을 줄일 수 있다.
또한, 도가니를 단결정 성장 온도로 가열할 때 도가니로부터 공급되는 탄소를 차단할 수 있다. 따라서, 탄소의 과다 공급에 의한 단결정의 결함 발생을 방지할 수 있고, 그에 따라 종래보다 우수한 단결정을 성장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단결정 성장 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단결정 성장 방법의 공정 흐름도.
도 3은 종래와 본 발명에 따라 성장된 SiC 단결정의 결정질을 비교한 XRD 록킹(rocking) 커브.
도 4는 종래와 본 발명에 따라 성장된 SiC 단결정의 결함을 비교한 표면 사진.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 성장된 SiC 단결정의 XRD 그래프.
도 6은 종래 방법으로 성장된 단결정과 본 발명의 일 실시 예에 따라 성장된 단결정의 비교 사진.
이하, 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단결정 성장 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 단결정 성장 장치는 원료 물질이 장입되는 도가니(110)와, 상하 관통된 형상으로 도가니(110)의 내측 상부에 삽입되며 도가니(110)의 내측 중심 방향으로 돌출부(122)가 형성된 가이드 링(120)과, 도가니(110)의 개방된 상부를 개폐하고 하단면에 종자정 홀더(132)가 마련되는 도가니 덮개(130)와, 도가니(110)의 외주면을 감싸는 단열재(140) 및 석영관(150)과, 석영관(150) 외부에 마련되어 도가니(110)를 가열하기 위한 가열 수단(160)과, 도가니(110) 내면에 마련된 코팅층(170)을 포함한다. 한편, 도가니(110)와 석영관(150) 사이, 도가니(110)의 하부 및 도가니 덮개(130)의 상부에 구비되는 그라파이트 펠트(graphite felt)(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도가니(110)는 소정의 공간이 마련되어 원료 물질(P)이 장입되고, 원료 물질(P)을 승화시킨다. 이러한 도가니(110)는 상단이 개방되고, 하단이 측벽과 일체인 원통형으로 제작될 수 있다. 물론, 도가니(110)는 상단 및 하단이 모두 개방된 관 형상으로 제작된 후 별도의 덮개를 이용하여 하단을 밀폐시킬 수도 있다. 또한, 도가니(110)는 수평 단면이 원형으로 제작할 수 있고, 다각형, 타원형 등 다양한 형태의 수평 단면을 갖도록 제작할 수도 있다. 한편, 도가니(110) 내에 장입되는 원료 물질은 단결정 원료로서 예를 들어 실리콘카바이드(SiC) 분말 등을 포함할 수 있다. 단결정 원료는 미세한 반도체 불순물인 도펀트가 포함될 수 있다. 또한, 도가니(110)는 원료 물질(P), 예를 들어 실리콘카바이드의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질, 예를 들어 그라파이트로 제작될 수 있다.
가이드 링(120)과 그 내주면에 형성된 돌출부(122)는 도가니(110)와 동일 재질, 예를 들어 그라파이트로 이루어지며, 가이드 링(120)은 몸체의 외주면이 도가니(110)의 내주면과 밀접하게 접하여 도가니(110)의 내측 상부로 삽입된다. 이를 위해 도가니(110)의 내주면 상부에는 가이드 링(120) 몸체의 수직 길이만큼 환형의 홈(미도시)이 형성될 수 있다. 가이드 링(120)의 형상은 도가니(110)의 내부 형상에 따라 결정이 되며, 예를 들어 원통형의 도가니(110)에 삽입될 수 있도록 가이드 링(120) 역시 상하 관통된 원통형으로 제작된다. 이러한 가이드 링(120)의 내주면에는 승화된 원료 물질(P)을 종자정으로 집속시켜 단결정의 성장률을 강화시키며, 다결정의 단결정으로의 침입 또는 확장을 방지하는 돌출부(122)가 형성된다. 돌출부(122)는 가이드 링(120)의 내주면을 따라 환형으로 돌출되는데, 돌출부(122)의 상부면은 종자정의 하부면과 평행하고, 돌출부(122)의 하부는 하측 방향으로 갈수록 가이드 링(120)의 내부 직경이 커지는 테이퍼(taper) 형상을 갖는다. 즉, 돌출부(122)의 테이퍼 형상에 의해서 승화된 원료 분말, 예를 들어 실리콘카바이드 분말의 진행 경로를 좁게 하여 실리콘카바이드 가스를 종자정의 하부로 집속시킬 수 있다. 또한, 종자정으로의 집속을 보다 효과적으로 실시하기 위하여 돌출부(122)의 상부면에 의해 형성된 개방된 공간의 직경은 종자정 하부면의 직경보다 작게 형성된다. 돌출부(122)의 상부면과, 이격된 종자정의 외측 부분 및 하측 일부분이 형성하는 공간은 실리콘카바이드 다결정이 성장하는 영역이다. 승화된 실리콘카바이드 가스가 동일한 재질, 즉 실리콘카바이드 재질의 종자정에서는 단결정으로 성장하고, 이질의 도가니(110) 내부면 및 가이드 링(120) 면상에서는 다결정으로 성장한다. 돌출부(122)의 상부면과 종자정의 하부면 사이의 이격 거리는 도가니(110)의 크기, 실리콘카바이드의 성장 속도, 성장량 등에 따라서 그 크기가 결정된다. 이격 거리의 미세한 조절에 의해서 단결정 영역으로의 다결정의 확장을 조절할 수 있다. 돌출부(122) 하부의 테이퍼 형상의 기울기는 지면에 대해 수직 방향인 도가니(110)의 내주면으로부터 45°∼50°범위의 기울기로 기울어진 형상을 갖는다. 이와 같이, 가이드 링(120) 내측에 수직 방향으로 상부면이 지면에 평행하고 하부면이 테이퍼진 삼각 단면을 갖는 돌출부(122)를 형성함으로써 테이퍼진 하부면에 의해서 승화된 실리콘카바이드를 종자정으로 집속시켜 단결정 성장률이 향상된다. 또한, 가이드 링(120)의 중심 방향으로 뾰족한 형상의 단면을 가지며, 도가니(110)와 동일한 재질로 일정한 부피를 갖는 돌출부(122)를 형성함으로써 가이드 링(120)의 열적 효과를 향상시킨다. 즉, 수직 방향으로 삼각 단면을 갖는 돌출부(122)를 가이드 링(120)에 형성함으로써 고주파 유도 가열에 의한 발열 및 도가니(110)로부터의 전도열, 복사열 등에 의하여 돌출부(122)의 온도를 돌출부(122)를 형성하기 전보다 상대적으로 높여준다. 따라서, 돌출부(122)의 하부로 접근하는 승화된 실리콘카바이드 가스의 온도를 높여 돌출부(122)의 하부 영역에 다결정이 성장하는 것을 방지한다.
도가니 덮개(130)은 개방된 도가니(110) 상부를 폐쇄하며, 도가니(110)와 동일한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어 도가니 덮개(130)는 그라파이트 재질로 제작될 수 있다. 또한, 도가니 덮개(130)는 다공성의 그라파이트 또는 얇은 그라파이트판에 다량의 구멍을 뚫어 제작할 수도 있다. 또한, 도가니 덮개(130)의 일면, 즉 도가니(110)에 삽입되는 면에는 종자정 홀더(132)가 부착된다. 종자정 홀더(132)은 종자정을 지지하여 종자정에 단결정이 성장되도록 한다. 한편, 도가니 덮개(130)와 도가니(110) 사이에는 원료 물질(P)을 도가니(110) 내에 투입하기 위한 적어도 하나의 투입구(미도시)가 마련될 수 있다. 그러나, 투입구가 마련되지 않고 도가니 덮개(130)를 개방하여 원료 물질(P)을 도가니(110) 내에 투입할 수도 있다.
단열재(140) 및 석영관(150)는 도가니(110) 외부에 마련되며, 도가니(110)의 온도를 소정 온도를 유지하도록 하는데, 예를 들어 원료 물질(P)이 용융 상태를 유지할 수 있을 정도의 온도를 유지하도록 한다. 단열재(140)는 그라파이트 섬유를 압착시켜 일정 두께의 관상 원통형으로 제작된 그라파이트 펠트를 이용할 수 있다. 또한, 단열재(140)는 복수의 층으로 형성되어 도가니(110)를 둘러쌀 수도 있다.
가열 수단(160)은 석영관(150) 외부에 마련되며, 예를 들어 고주파 유도 코일을 이용할 수 있다. 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 도가니(110)를 가열하는데, 예를 들어 고주파 전류의 양을 조절하여 원료 물질(P)의 융점 이상으로 도가니(110)를 가열함으로써 원료 물질(P)이 용융되도록 한다.
코팅층(170)은 적어도 도가니(110) 내면에 형성된다. 또한, 코팅층(170)은 도가니(110) 내면 뿐만 아니라 가이드 링(120)의 표면 및 도가니 덮개(130)의 내면에 형성될 수도 있다. 즉, 코팅층(170)은 단결정이 성장되는 성장 장치 내측에 위치하며, 그라파이트 재질로 제작되는 도가니(110), 가이드 링(120) 및 도가니 덮개(130)의 내면에 형성될 있다. 또한, 코팅층(170)은 도가니(110)의 외면에 형성될 수도 있다. 이러한 코팅층(170)은 단결정으로 성장되는 원료 물질(P), 예를 들어 실리콘카바이드의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 즉, 실리콘카바이드 단결정이 성장되는 온도에서 실리콘 및 수소에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 코팅층(170)은 실리콘카바이드로 형성될 수 있고, 금속 탄화물 또는 금속 질화물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 탄화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 혼합물과 탄소가 이루는 탄화물로 형성될 수 있고, 금속 질화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 물질과 질소가 이루는 질화물로 형성될 수 있다. 또한, 코팅층(170)은 상기 물질을 이용한 단일층 또는 이중층 이상의 다층 구조로 형성될 수도 있다.
상기한 바와 같이 도가니(110)를 포함한 그라파이트 재질의 내면에 코팅층(170)이 형성됨으로써 원료 물질(P)의 승화 온도 이상으로 도가니(110)가 가열될 때 그라파이트로부터 발생되는 탄소가 단결정에 공급되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 그라파이트로부터 발생된 탄소가 불순물로 작용하여 단결정 내에 결함 등이 발생되어 단결정의 결정질을 저하시키는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 우수한 단결정을 성장시킬 수 있다.
상기한 본 발명의 일 실시 예에 따른 단결정 성장 장치를 이용한 단결정 성장 방법을 도 2를 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 단결정 성장 방법은 도가니의 내면에 코팅층이 형성된 성장 장치를 마련하는 단계(S110)와, 종자정을 마련하는 단계(S120)와, 종자정 홀더 상면에 종자정을 부착하는 단계(S130)와, 종자정 홀더를 도가니 내에 인입하고 종자정 상에 단결정을 성장시키는 단계(S140)를 포함한다.
적어도 도가니의 내면에 코팅층이 형성된 도가니를 마련한다(S110). 도 1을 이용하여 설명된 바와 같이 코팅층은 단결정으로 성장되는 원료 물질, 예를 들어 실리콘카바이드의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 형성한다. 즉, 실리콘카바이드 단결정이 성장되는 온도에서 실리콘 및 수소에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 코팅층은 실리콘카바이드, 금속 탄화물 및 금속 질화물을 이용하여 단일층 또는 적어도 이중층 이상의 다층으로 형성할 수 있다.
4H 및 6H-SiC를 포함하는 종자정을 마련한다(S120). 종자정은 이에 한정되지 않고 3C-SiC, 15R-SiC 등을 포함하는 다양한 종류의 종자정을 마련할 수 있다. 또한, SiC 종자정 이외에 GaN, AlN, ZnO 등의 종자정을 마련할 수도 있다. 이때, 종자정으로 직경 2인치 이상 크기의 원 형상의 종자정을 이용할 수 있다.
종자정 홀더 상에 종자정을 부착한다(S130). 종자정 홀더는 도가니 덮개의 일 면, 즉 도가니 내측에 인입되는 면에 형성된다. 이때, 종자정 홀더 상에 종자정을 예를 들어 (000-1)면으로 부착한다. 또한, 종자정 홀더 상에 종자정을 부착하기 위해 슈가(sugar), 카본 페이스트 및 포토레지스트 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 다양한 접착 물질을 이용하여 종자정 홀더의 상면에 종자정를 부착할 수도 있다.
종자정이 부착된 종자정 홀더를 단결정 성장 장치 내로 인입한 후 종자정 상에 단결정을 성장시킨다(S140). 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 종자정 홀더가 일면에 부착된 도가니 덮개를 종자정 홀더가 도가니 내측에 위치하도록 하여 도가니를 밀폐시킨다. 그리고, 도가니의 내부에 단결정 원료, 예를 들어 실리콘카바이드 분말을 장입한다. 이후, 1300℃∼1500℃의 온도와 진공 압력으로 2 시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니에 포함된 불순물을 제거한다. 이어서, 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 도가니 내부 및 도가니와 단열재 사이에 남아있는 공기를 제거한다. 그리고, 압력을 대기압으로 높인 후 가열 수단을 이용하여 도가니를 2000℃∼2300℃의 온도로 가열한다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정 다형의 발생을 방지하기 위함이다. 즉, 먼저 대기압을 유지하며 단결정 원료를 성장 온도까지 승온시킨 후 성장 장치 내부를 20mbar∼60mbar으로 감압하여 성장 압력으로 유지시키면서 단결정 원료를 승화시켜 단결정을 성장시킨다. 이때, 도가니 내면에 코팅층이 형성되어 있으므로 도가니로부터 생성된 탄소 원자가 단결정에 포함되지 않게 된다. 따라서, 종래보다 우수한 결정을 갖는 단결정이 성장될 수 있다.
도 3 및 도 4를 이용하여 종래의 방식과 본 발명에 따라 성장된 단결정을 비교한다. 도 3(a) 및 도 3(b)는 각각 종래 방식과 본 발명에 따라 성장된 실리콘카바이드 단결정의 XRD 록킹 곡선(rocking curve)이다. XRD 록킹 곡선은 결정의 결정질을 수치로 나타낸 것으로 그래프의 폭이 좁을수록 결정질이 우수한 것을 나타낸다. 그런데, 도 3(a)에 도시된 종래의 실리콘카바이드 단결정에 비해 도 3(b)에 도시된 본 발명에 따른 실리콘카바이드 단결정의 XRD 록킹 곡선의 폭이 더 좁고, 그에 따라 본 발명에 따른 실리콘카바이드 단결정의 결정질이 더 우수함을 알 수 있다.
또한, 도 4(a) 및 도 4(b)는 종래의 방식과 본 발명에 따라 성장된 실리콘카바이드 단결정을 500℃의 온도에서 KOH를 이용하여 식각한 후의 표면 사진이다. 도 4(a)에 도시된 종래에 비해 도 4(b)에 도시된 본 발명에서 마이크로파이프가 더 적게 발생되며, 이에 따라 본 발명에 따른 실리콘카바이드 단결정이 더 우수한 결정질을 갖는다는 것을 알 수 있다. 한편, 마이크로파이프의 밀도는 ㎤당 종래에는 101개였으며, 본 발명은 71개로 본 발명의 결정성이 더 좋고 결함이 더 적음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 성장된 단결정의 XRD 그래프로서, 종자정의 c-면(000-1)으로 성장된 단결정이 4H-SiC 단결정인지 확인한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 주 피크인 35.6°와 75.3° 사이에 3개의 보조 피크가 나타나는 것을 알 수 있다. 이로부터, 4H-SiC 단결정이 성장되었음을 확인할 수 있다. 즉, 종자정 상에 4H-SiC 단결정을 성장시킴으로써 원하는 결정다형을 성장시킬 수 있다.
도 6은 종래 방법으로 성장된 단결정과 본 발명의 일 실시 예에 따라 성장된 단결정의 비교 사진이다. 즉, 도가니 내면에 탄탈륨 포일을 형성하지 않고 성장된 4H-SiC 단결정 사진(도 6(a))과 본 발명에 따라 도가니 내면에 탄탈륨 포일을 형성하여 성장된 4H-SiC 단결정 사진(도 6(b))이다. 이때, 종래 방식으로 성장된 4H-SiC 단결정의 결정질 값은 285arcsec이고, 본 발명에 따라 성장된 4H-SiC 단결정의 결정질 값은 151arcsec로, 본 발명에 따라 성장된 단결정의 결정질이 더욱 향상되었다. 또한, 본 발명에 따라 성장된 4H-SiC 단결정이 종래보다 결함의 개수도 더 적다. 따라서, 반도체 소자 제조 시 내부 결함에 의해 발생되는 전자와 홀의 재결합 효율 감소로 인한 장파장 이동(red-shift) 현상을 방지할 수 있고, 우수한 캐리어 이동도를 갖는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 도가니 120 : 가이드 링
130 : 도가니 덮개 140 : 단열재
150 : 석영관 160 : 가열 수단
170 : 코팅층

Claims (12)

  1. 원료가 장입되는 도가니;
    상기 도가니의 개방된 상부를 개폐하고 일면에 종자정 홀더가 형성된 도가니 덮개;
    상기 도가니를 가열하는 가열 수단; 및
    적어도 상기 도가니 내면에 형성된 코팅층을 포함하는 단결정 성장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도가니의 내측 상부에 삽입되며 상기 도가니의 내측 중심 방향으로 돌출부가 형성된 가이드 링을 더 포함하는 단결정 성장 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 코팅층은 상기 도가니 내면, 상기 도가니 덮개의 일면 및 상기 가이드 링 상에 형성되는 단결정 성장 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 코팅층은 상기 도가니 외면에 형성되는 단결정 성장 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 코팅층은 상기 원료 물질의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 형성된 단결정 성장 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 코팅층은 실리콘카바이드, 금속 탄화물 및 금속 질화물의 적어도 어느 하나로 형성되는 단결정 성장 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 금속 탄화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 혼합물과 탄소가 이루는 탄화물로 형성되고, 상기 금속 질화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 물질과 질소가 이루는 질화물로 형성되는 단결정 성장 장치.
  8. 적어도 도가니의 내면에 코팅층이 형성된 성장 장치를 마련하는 단계;
    종자정을 종자정 홀더 상면에 부착하는 단계;
    상기 종자정 홀더를 상기 도가니 내에 인입하는 단계; 및
    상기 도가니 내에 원료 물질을 장입한 후 승화시켜 상기 종자정 상에 단결정을 성장시키는 단계를 포함하는 단결정 성장 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 코팅층은 상기 도가니 외면에 형성하는 단결정 성장 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 원료 물질의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 형성된 단결정 성장 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 코팅층은 실리콘카바이드, 금속 탄화물 및 금속 질화물의 적어도 어느 하나로 형성되는 단결정 성장 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 금속 탄화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 혼합물과 탄소가 이루는 탄화물로 형성되고, 상기 금속 질화물은 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V의 하나 또는 적어도 둘 이상의 물질과 질소가 이루는 질화물로 형성되는 단결정 성장 방법.
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