KR20150076413A - Quartz for single crystal grower - Google Patents

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KR20150076413A KR1020130164530A KR20130164530A KR20150076413A KR 20150076413 A KR20150076413 A KR 20150076413A KR 1020130164530 A KR1020130164530 A KR 1020130164530A KR 20130164530 A KR20130164530 A KR 20130164530A KR 20150076413 A KR20150076413 A KR 20150076413A
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

In the present invention, disclosed is a crucible for growing single crystal, comprising a main body which has an inner space in which raw materials are inserted; a cover member which installed to seal the inner space of the main body; a seed crystal holder member which is installed in the cover member and is protruded toward inner space of the main body to which seed crystal for growing single crystal is attached; and a heater which heats the main body wherein the seed crystal holder member comprise a first side part fixed on the cover member and a second side part having the seed crystal to face the first side part, and contact area of the first side part and the cover member can be formed and be smaller than that of the seed crystal and the second side part.

Description

단결정 성장 도가니{QUARTZ FOR SINGLE CRYSTAL GROWER}{QUARTZ FOR SINGLE CRYSTAL GROWER}

본 발명의 일 실시예는 결정 결함이 적은 고품질의 단결정을 얻는 것이 가능한 단결정 성장 도가니에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a single crystal growth crucible capable of obtaining a high-quality single crystal having few crystal defects.

일반적으로, 대표적인 반도체 소자 재료로 사용되는 Si이 물리적 한계를 보이게 됨에 따라, 차세대 반도체 소자 재료로서 SiC, GaN, AlN 및 ZnO 등의 광대역 반도체 재료가 각광을 받고 있다. In general, since Si used as a representative semiconductor device material shows a physical limit, a broad-band semiconductor material such as SiC, GaN, AlN and ZnO is being spotlighted as a next-generation semiconductor device material.

여기서, GaN, AlN 및 ZnO에 비해 SiC는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한, SiC는 4.6W/cm 정도의 우수한 열전도도를 가지고 있으며, 직경 2인치 이상의 대구경 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있어, GaN, AlN 및 ZnO 등의 기판에 비해 각광을 받고 있다.Here, compared to GaN, AlN and ZnO, SiC is excellent in thermal stability and excellent in oxidation resistance. In addition, SiC has an excellent thermal conductivity of about 4.6 W / cm, and is advantageous in that it can be produced as a large-diameter substrate having a diameter of 2 inches or more, and thus it is spotlighted compared to substrates such as GaN, AlN and ZnO.

그 중에서도 특히 4H SiC는 높은 전자 이동도와 와이드 밴드갭을 가지기 때문에 고전력 소자 제조를 위한 재료로 선호되고 있다. 이러한 SiC 단결정은 물리적 기상 증착법으로 성장시키는데 성장에 영향을 주는 변수가 많아서 마이크로 파이프와 같은 결함을 제어하는데 어려움이 있다. 이러한 결함을 최소화시키기 위하여 도가니 내부의 온도구배 제어가 절실한 실정이다.Among them, 4H SiC has a high electron mobility and wide band gap, and thus is preferred as a material for manufacturing a high power device. These SiC single crystals are grown by physical vapor deposition, and there are many variables that affect the growth, making it difficult to control defects such as micropipes. In order to minimize these defects, it is necessary to control the temperature gradient inside the crucible.

본 발명의 일 실시예는 도가니 본체의 내부에서 단결정을 성장시키는 과정에서 결함을 최소한으로 하는 것이 가능한 단결정 성장 도가니를 제공하는 것을 목적으로 한다.One embodiment of the present invention is to provide a single crystal growth crucible capable of minimizing defects in the process of growing a single crystal in a crucible body.

본 발명의 일 실시예는, 원료 물질이 장입되는 내부 공간이 형성되는 도가니 본체와, 도가니 본체의 내부 공간을 밀폐하도록 설치되는 커버부재와, 커버부재에 설치되며 도가니 본체의 내부 공간으로 돌출되며 단결정 성장을 위한 종자정이 부착되는 종자정 홀더부재와, 도가니 본체를 가열 하도록 설치되는 가열기를 포함한다. 종자정 홀더부재는, 커버부재에 접촉 고정되는 제1 측부와 제1 측부에 대향되며 종자정이 부착되는 제2 측부를 포함하고, 제1 측부와 커버부재의 접촉 면적은, 종자정과 제2 측부의 접촉 면적보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a honeycomb structure including a crucible body formed with an inner space into which a raw material is charged, a cover member installed to seal the inner space of the crucible body, A seed hold holder member to which a seed crystal for growth is attached, and a heater installed to heat the crucible main body. The seed positive holder member includes a first side portion which is contact-fixed to the cover member and a second side portion which is opposite to the first side portion and to which the seed crystal is adhered and the contact area between the first side portion and the cover member is It can be formed with an area smaller than the contact area.

종자정 홀더부재는, 제2 측부의 양측은 도가니 본체의 내부 공간의 내벽면에 각각 접하도록 설치될 수 있다.The seed holder holder member may be provided so that both sides of the second side are in contact with the inner wall surface of the inner space of the crucible body, respectively.

종자정 홀더부재는, 종자정이 부착되는 제2 측부의 표면은 편평면으로 형성되고, 제1 측부에는 제2 측부의 표면적 보다 작은 크기로 형성되면서 커버부재 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되어 커버부재에 접촉 고정될 수 있다.The seed holder holder member is formed such that the surface of the second side to which the seed crystal is attached is formed in a flat plane and the first side is formed with a size smaller than the surface area of the second side and a protrusion protruding in the direction of the cover member is formed, The contact can be fixed.

종자정 홀더부재는, 제2 측부의 직경은 제1 측부의 돌출부의 직경에 대하여 1.4배 이상으로 형성될 수 있다.The seed holder holder member may be formed such that the diameter of the second side is 1.4 times or more the diameter of the protrusion of the first side.

종자정이 부착되는 부분의 제2 측부에서 돌출부의 돌출된 선단 사이의 두께는, 종자정이 부착되지 않은 부분의 제2 측부에서 제1 측부의 사이의 두께 보다 1.5배 이상일 수 있다.The thickness between the protruded tips of the protrusions on the second side of the portion where the seed crystal is attached may be 1.5 times or more the thickness between the second side and the first side of the portion on which the seed crystal is not attached.

제2 측부의 전체 직경은 72.1mm이고 돌출부의 직경은 50.8mm이며, 종자정이 부착되는 부분에서 돌출부의 돌출된 선단 사이의 두께는 3mm이고, 종자정이 부착되지 않은 부분에서 제2 측부의 두께는 2mm일 수 있다.The total diameter of the second side is 72.1 mm and the diameter of the protrusion is 50.8 mm and the thickness between the protruding tips of the protrusions at the portion where the seed crystal is attached is 3 mm and the thickness of the second side at the portion where the seed crystal is not attached is 2 mm Lt; / RTI >

도가니 본체의 외주면에는 단열재가 설치될 수 있다.A heat insulating material may be provided on the outer peripheral surface of the crucible main body.

도가니 본체의 내부 공간의 내벽면에는 가이드 돌기가 돌출될 수 있다.Guide projections can protrude from the inner wall surface of the inner space of the crucible main body.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 초기 종자정과 성장되는 단결정의 가운데 부분과 가장자리 부분의 온도차이를 최소화할 수 있어 온도 스트레스를 줄이는 것이 가능하여, 결정 결함이 적은 고품질의 단결정을 얻는 것이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to minimize the temperature difference between the initial seed crystals and the middle portion and the edge portion of the grown single crystal, thereby reducing the temperature stress, and thus it is possible to obtain a high quality single crystal having less crystal defects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도가니 본체에 커버부재가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 도면이다.
도 3은 종자정 홀더부재를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 종래의 도가니 본체의 온도구배를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 본체의 온도구배를 개략적으로 도시한 시뮬레이션 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 종래의 도가니 본체를 이용하여 성장시킨 웨이퍼들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 도가니 본체를 이용하여 성장시킨 웨이퍼들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 종래의 성장된 웨이퍼를 광학 현미경으로 개략적으로 확대한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 본체를 이용하여 성장된 웨이퍼를 480도의 KOH 용액에서 에칭하여 광학 현미경으로 분석한 도면이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a single crystal growth crucible according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic view showing a state in which a cover member is provided on the crucible main body.
3 is a perspective view schematically showing a seed holder member.
4 is a view schematically showing the temperature gradient of the conventional crucible main body.
5 is a view schematically showing a simulation result of a temperature gradient of a crucible main body according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic view showing wafers grown using a conventional crucible main body.
7 is a schematic view showing wafers grown using the crucible body of the present invention.
8 is a schematic enlarged view of a conventional grown wafer by an optical microscope.
FIG. 9 is an optical microscope analysis of a wafer grown using a crucible body according to an embodiment of the present invention by etching the wafer in 480.degree. KOH solution. FIG.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a single crystal growth crucible according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니(100)는, 원료 물질(11)이 장입되는 내부 공간(12)이 형성되는 도가니 본체(10)와, 도가니 본체(10)의 내부 공간(12)을 밀폐하도록 설치되는 커버부재(20)와, 커버부재(20)에 설치되며 도가니 본체(10)의 내부 공간(12)으로 돌출되며 단결정 성장을 위한 종자정(31)이 부착되는 종자정 홀더부재(30)와, 도가니 본체(10)를 가열 하도록 설치되는 가열기(40)를 포함한다. 1, a single crystal growth crucible 100 according to an embodiment of the present invention includes a crucible body 10 in which an internal space 12 into which a raw material 11 is charged is formed, A cover member 20 installed to cover the inner space 12 of the crucible body 10 so as to seal the inner space 12 of the crucible body 10; And a heater 40 installed to heat the crucible main body 10. The seed holder main body 10 has a seed holder main body 30 to which the seed crystal holder 10 is attached.

이하에서 설명하는 원료 물질(11)은, 단결정을 성장하기 위한 소스로서, 일반적으로 파우더, 과립 또는 덩어리 형태의 것을 사용할 수 있다. 예컨대 SiC 단결정을 성장시키는 경우, 원료물질로 SiC 파우더를 사용할 수 있다. 또한, 성장시킬 단결정의 특성 및 성능에 따라 SiC 파우더와 Si 파우더가 혼합된 것을 원료 물질(11)로 사용할 수도 있다. 예컨대, 반절연(semi insulating) 상태의 SiC 단결정을 성장시키기 위해서는 원료물질로 SiC 파우더와 Si 파우더가 혼합된 재료를 사용할 수 있다. 이때 본 발명의 실시예에 따른 SiC 파우더와 Si 파우더는 0.5g/m3 내지 1g/m3의 밀도를 갖고, 상기 SiC 외에 Si 파우더가 1wt% 내지 5w% 포함된다.The raw material 11 to be described below may be a powder, a granule or a lump in general, as a source for growing a single crystal. For example, when SiC single crystal is grown, SiC powder can be used as a raw material. In addition, depending on the characteristics and performance of the single crystal to be grown, a mixture of SiC powder and Si powder may be used as the raw material 11. For example, in order to grow SiC single crystal in a semi-insulating state, a material in which SiC powder and Si powder are mixed can be used as a raw material. At this time, the SiC powder and the Si powder according to the embodiment of the present invention have a density of 0.5 g / m 3 to 1 g / m 3 , and the Si powder contains 1 wt% to 5 wt% in addition to the SiC powder.

도가니 본체(10)는 내부에 원료 물질(11)이 장입되는 내부 공간(12)이 형성된다. 도가니 본체(10)는 원료 물질(11)이 장입되어 저장되는 용기로와, 바닥부 및 바닥부에서 연장 형성되는 측벽부를 포함할 수 있다. 이러한 도가니 본체(10)는 바닥부 및 측벽부가 일체로 형성되는 것도 가능하고, 분리형으로 설치되는 것도 가능하다. 도가니 본체(10)를 분리형으로 제조되는 경우는 원료 물질(11)이 도가니 본체(10)의 내부에 장입되기 전에 바닥부와 측벽이 결합될 수 있다. The crucible body 10 has an inner space 12 in which the raw material 11 is charged. The crucible main body 10 may include a container furnace for storing and storing the raw material 11, and a side wall portion extending from the bottom portion and the bottom portion. The bottom portion and the side wall portion of the crucible body 10 may be integrally formed, or may be provided separately. When the crucible body 10 is manufactured in a detachable form, the bottom and the sidewall can be joined before the raw material 11 is loaded into the crucible body 10.

도가니 본체(10)는 장입되는 원료 물질의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 소재로 제작되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도가니 본체(10)는 흑연으로 제작되거나 흑연 재질 상에 원료물질의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질이 도포될 수도 있다. 여기서, 흑연 재질 상에 도포되는 물질은 원료 물질(11)이 승화되어 단결정이 성장되는 온도에서 실리콘 및 수소에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도가니 본체(10)를 구성하는 금속 탄화물로는 금속 질화물을 이용할 수 있으며, 특히 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V과 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합물과 탄소가 이루는 탄화물과, Ta, Hf, Nb, Zr, W, V과 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합물과 질소가 이루는 질화물을 이용할 수 있다.The crucible body 10 is preferably made of a material having a melting point higher than the sublimation temperature of the raw material to be charged. For example, the crucible body 10 may be made of graphite or may be coated with a material having a melting point higher than the sublimation temperature of the raw material on the graphite material. Here, the material to be coated on the graphite material may be a material chemically inert to silicon and hydrogen at a temperature at which the raw material 11 sublimes and a single crystal is grown. For example, metal nitride may be used as the metal carbide constituting the crucible main body 10, and in particular, a metal nitride may be used, and particularly, Ta, Hf, Nb, Zr, W, V, , Hf, Nb, Zr, W, and V, and a nitride formed of a mixture of at least two of them with nitrogen.

전술한 도가니 본체(10)에는 커버부재(20)가 내부 공간(12)을 밀폐하는 커버부재(20)가 설치된다.The cover member 20 is provided in the crucible body 10 to seal the inner space 12 of the cover member 20.

도 2는 도가니 본체에 커버부재가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 도면이다. Fig. 2 is a schematic view showing a state in which a cover member is provided on the crucible main body.

도 2에 도시된 바와 같이, 커버부재(20)는, 도가니 본체(10)를 덮는 수단으로 승화된 원료 물질이 외부로 누출되지 않도록 도가니 본체(10)를 폐쇄하도록 설치될 수 있다. 또한, 커버부재(20)는 장입되는 원료 물질의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 소재로 제작되는 것이 바람직하며, 도가니 본체(10)와 동일한 소재로 제작되는 것도 가능하다. 이러한 커버부재(20)에는 종자정 홀더부재(30)가 설치된다.2, the cover member 20 may be installed so as to close the crucible body 10 so that the raw material sublimated by the means for covering the crucible body 10 does not leak to the outside. The cover member 20 is preferably made of a material having a melting point higher than the sublimation temperature of the raw material to be charged and may be made of the same material as the crucible body 10. The cover member 20 is provided with a seed holder member 30.

종자정 홀더부재(30)는 일측은 커버부재(20)에 연결되고 타측은 도가니 본체(10)의 내부 공간(12)으로 돌출되게 설치될 수 있다. 종자정 홀더부재(30)는 종자정(31)이 부착되는 것을 말한다. The seed holder holder member 30 may be installed on one side of the cover member 20 and on the other side of the seed holder holder 30 so as to protrude into the internal space 12 of the crucible main body 10. The seed holder holder member 30 means that the seed crystal 31 is attached.

종자정(31)은 원료 물질(11)을 이용한 단결정 성장용 시드(seed)를 말하는 것으로서, 성장시키고자 하는 단결정과 동일한 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 종자정(31)은 SiC 단결정을 성장시키는 경우, SiC 단결정 특히, 6H SiC를 종자정(31)으로 사용할 수 있다. 그러나 본 실시예는 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 다양한 종류의 종자정(4H SiC, 15R SiC 등)을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 종자정(31)으로 직경 2인치(inch) 원 형상으로 형성하는 것도 가능하다. 이러한 종자정(31)은 종자정 홀더부재(30) 상에 부착되며, 슈가(sugar), 카본 페이스트 및 포토레지스트 중 어느 하나를 이용하여 종자정 홀더부재(30) 상에 부착될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 종자정 홀더부재(30)의 상면에 종자정(31)를 부착시킬 수 있는 다양한 소재의 접착제를 사용하는 것도 가능하다. The seed crystal 31 refers to a seed for growing a single crystal using the raw material 11 and may include the same components as the single crystal to be grown. For example, in the case of growing the SiC single crystal, the seed crystal 31 can use the SiC single crystal, particularly, 6H SiC as the seed crystal 31. [ However, the present embodiment is not limited to this, and it is also possible to apply various kinds of seed crystals (4H SiC, 15R SiC, etc.). It is also possible to form the seed crystal 31 in a circular shape having a diameter of 2 inches. The seed crystal 31 is attached on the seed crystal holder member 30 and can be attached on the seed crystal holder member 30 using any one of sugar, carbon paste and photoresist. However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to use an adhesive of various materials capable of attaching the seed crystal 31 to the upper surface of the seed holder member 30.

종자정 홀더부재(30)는, 종자정(31)을 지지하는 수단으로써 고밀도의 흑연을 이용하여 제작될 수 있다. 이러한 종자정 홀더부재(30)는 종자정(31)이 부착된 상태로 커버부재(20)의 하부에 장착하여 종자정(31) 상에 단결정이 성장되도록 할 수 있다. The seed holder holder member 30 can be manufactured using high-density graphite as a means for supporting the seed crystal 31. The seed holder holder member 30 may be mounted on the lower portion of the cover member 20 in a state where the seed holder 31 is attached so that the single crystal grows on the seed holder 31.

도 3은 종자정 홀더부재를 개략적으로 도시한 사시도이다.3 is a perspective view schematically showing a seed holder member.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종자정 홀더부재(30)는, 커버부재(20)에 접촉 고정되는 제1 측부(34)와 제1 측부(34)에 대향되며 종자정(31)이 부착되는 제2 측부(36)를 포함한다. 여기서, 제1 측부(34)와 커버부재(20)의 접촉 면적은 종자정(31)이 부착되는 제2 측부(36)의 표면적 보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 2 and 3, the seed holder member 30 includes a first side portion 34 which is in contact with the cover member 20 and a second side portion 34 which faces the first side portion 34, And a second side 36 to which is attached. Here, the contact area between the first side 34 and the cover member 20 may be smaller than the surface area of the second side 36 to which the seed crystal 31 is attached.

이와 같이, 종자정 홀더부재(30)에서 제1 측부(34)와 제2 측부(36)의 형상을 다르게 하는 것은, 종자정 홀더부재(30)를 사용하여 종자정(31)이 도가니 본체(10)의 내부에서 성장 방향과 수직인 방향으로의 온도 차이를 감소시키는 것이 가능하여, 온도차이로 인한 스트레스를 줄일 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉, 종자정(31)에서 성장하는 단결정의 성장 온도에서 종자정(31)의 가운데와 가장자리 부분에 발생하는 온도 차이를 줄이는 역할이 가능함으로써, 마이크로파이프와 같은 결함을 억제시키며 6H-SiC 종자정을 사용하여 4H-SiC 단결정을 원활하게 성장시키는 것이 가능하다. 이에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 설명한다. The shape of the first side 34 and the second side 36 of the seed holder member 30 is different from that of the seed holder member 30 by using the seed holder member 30, It is possible to reduce the temperature difference in the direction perpendicular to the growth direction in the interior of the semiconductor device 10 so as to reduce the stress due to the temperature difference. That is, it is possible to reduce the temperature difference between the center and the edge of the seed crystal 31 at the growth temperature of the single crystal grown in the seed crystal 31, thereby suppressing defects such as micropipes, It is possible to grow the 4H-SiC single crystal smoothly. This will be described in more detail below.

종자정 홀더부재(30)는, 커버부재(20)에 고정되는 돌출부(32)가 형성된 제1 측부(34)가 일측으로 형성되고, 제1 측부(34)와 대향되며 종자정(31)이 부착되는 제2 측부(36)를 포함할 수 있다. The seed holder holder member 30 has a first side portion 34 formed with one side with a protrusion 32 fixed to the cover member 20 and facing the first side portion 34 and having a seed crystal 31 And a second side 36 attached thereto.

제1 측부(34)에는 커버부재(20) 방향으로 돌출하는 돌출부(32)가 형성된다. 이러한 돌출부(32)의 선단은 커버부재(20)에 고정된다. 본 실시예에서 돌출부(32)는 제1 측부(34)에 동일 재질로 일체로 형성되는 것이 가능하다. 이러한 제1 측부(34)에 대향하는 측에는 종자정(31)의 부착을 위한 제2 측부(36)가 형성된다. The first side portion 34 is formed with a protruding portion 32 protruding in the direction of the cover member 20. The tip end of the projecting portion 32 is fixed to the cover member 20. In this embodiment, the projecting portion 32 can be formed integrally with the first side portion 34 with the same material. On the side opposite to the first side portion 34, a second side portion 36 for attaching the seed crystal 31 is formed.

제2 측부(36)는 제1 측부(34)와 대향하는 측면에 편평면으로 형성되는 것으로서, 돌출부(32)의 직경보다 큰 표면적을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 제2 측부(36)의 양측은 도가니 본체(10)의 내부 공간의 내벽면에 각각 접하도록 설치될 수 있다. 본 실시예에서 제2 측부(36)의 표면의 직경(A)은 제1 측부(34)에 돌출된 돌출부(32)의 직경(B)의 크기에 대하여 1.4배 이상으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 제2 측부(36)의 표면적의 크기가 돌출부(32)의 직경의 크기 보다 1.4배 이상의 크기로 형성되는 것은, 제2 측부(36)에 부착되는 종자정(31)이 도가니 본체(10)의 내부에서 단결정으로 성장하는 과정에서 성장 방향과 수직인 방향으로의 온도 차이를 감소시킴으로써, 온도 차인에 기인하는 스트레스를 감소시켜 원활한 단결정의 형성이 가능하도록 할 수 있다. The second side portion 36 is formed as a flat surface on the side opposite to the first side portion 34 and may be formed to have a surface area larger than the diameter of the protruding portion 32. Both sides of the second side portion 36 may be provided so as to be in contact with the inner wall surface of the inner space of the crucible body 10, respectively. The diameter A of the surface of the second side portion 36 in this embodiment can be formed to be 1.4 times or more of the diameter B of the protruding portion 32 protruding from the first side portion 34. [ The reason why the surface area of the second side portion 36 is formed to be 1.4 times or more larger than the diameter of the projecting portion 32 is that the seed crystal 31 adhered to the second side portion 36 is formed in the crucible main body 10, it is possible to reduce the stress caused by the temperature difference and to form a smooth single crystal by reducing the temperature difference in the direction perpendicular to the growth direction.

본 실시예에서, 제2 측부(36)의 표면의 전체 직경은 72.1mm이고 돌출부(32)의 직경은 50.8mm를 예시적으로 설명한다. 그러나, 제2 측부(36)의 직경과 돌출부(32)의 직경은 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 도가니 본체(10)의 내부 공간의 크기 변경에 대응하여 변경되는 것도 가능하다. In this embodiment, the total diameter of the surface of the second side 36 is 72.1 mm and the diameter of the projection 32 is illustratively 50.8 mm. However, the diameter of the second side portion 36 and the diameter of the projecting portion 32 are not limited to this, but may be changed corresponding to the change in the size of the internal space of the crucible body 10.

또한, 본 실시예에서, 종자정이 부착되는 부분의 제2 측부(36)에서 돌출부(32)의 돌출된 선단 사이 까지의 두께(a)는, 종자정(31)이 부착되지 않은 부분의 제2 측부(36)에서 제1 측부(34)의 까지의 두께(b) 보다 1.5배 이상으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 종자정 홀더부재(30)의 두께 및 직경의 크기를 종자정(31)이 부착되는 부분과 다른 부분에서 다르게 형성하는 것은, 종자정(31)에서 단결정이 성장하는 과정에서 온도 차이에 기인하는 성장 오류를 방지하기 위한 것이다. In the present embodiment, the thickness a between the protruded tips of the protruding portions 32 at the second side 36 of the portion to which the seed crystal is attached is smaller than the thickness a of the second portion 36 at which the seed crystal 31 is not attached. May be formed to be 1.5 times or more than the thickness (b) from the side portion (36) to the first side portion (34). The reason why the thickness and the diameter of the seed holder member 30 are formed differently from the portion where the seed crystal 31 is attached is that the temperature difference in the process of growing the single crystal in the seed crystal 31 This is to prevent growth errors caused.

한편, 도가니 본체(10)의 외주면에는 단열재(50) 및 석영관(60)이 설치될 수 있다. 이러한 단열재(50) 및 석영관(60)은 도가니 본체(10)의 외측에 설치되어, 도가니 본체(10)의 내부 온도를 결정 성장이 가능한 온도 범위로 유지하도록 한다. 이러한 단열재(50)는, 원료 물질(11)의 결정 성장 온도가 매우 높기 때문에 흑연 섬유를 압착시켜 일정 두께의 관상 원통형으로 제작된 흑연 펠트로 적용될 수 있다. 또한, 단열재(50)는 복수의 층으로 형성되어 도가니 본체(10)를 둘러싸도록 설치되는 것도 가능하다. On the other hand, a heat insulating material 50 and a quartz tube 60 may be provided on the outer circumferential surface of the crucible body 10. The heat insulating material 50 and the quartz tube 60 are provided on the outer side of the crucible body 10 so as to maintain the internal temperature of the crucible body 10 in a temperature range where crystal growth is possible. Since the crystal growth temperature of the raw material 11 is very high, the heat insulating material 50 can be applied to a graphite felt made into a tubular cylindrical shape with a certain thickness by pressing graphite fibers. The heat insulating material 50 may be formed of a plurality of layers so as to surround the crucible body 10.

또한, 도가니 본체(10)의 내벽면에는 가이드 돌기(70)가 돌출할 수 있다. 이러한 가이드 돌기(70)는, 종자정(31)의 단면적 보다 작은 면적으로 도가니 본체(10)의 내벽면에 돌출할 수 있다. 이와 같이, 도가니 본체(10)의 내벽면에 가이드 돌기(70)가 돌출하는 것은, 종자정(31)에서 성장하는 단결정들 중에서 하나의 단결정 만이 가이드 돌기(70)를 통과하면서 성장하도록 하기 위한 것이다.Guide projections 70 can protrude from the inner wall surface of the crucible main body 10. The guide protrusion 70 can protrude from the inner wall surface of the crucible body 10 with an area smaller than the cross sectional area of the seed crystal 31. [ The reason why the guide protrusions 70 protrude from the inner wall surface of the crucible main body 10 in this way is that only one single crystal among the single crystals grown in the seed crystal 31 grows while passing through the guide protrusions 70 .

도가니 본체(10)는 석영관(60)의 외부에 설치된 가열기(40)에 의해 가열된다. 가열기(40)는 석영관(60) 외부에 마련되는 것으로서, 본 실시예에서는, 고주파 유도 코일이 적용될 수 있다. 이러한 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 도가니 본체(10)를 가열하고, 원료 물질(11)을 원하는 온도로 가열하는 것이 가능하다. The crucible main body 10 is heated by a heater 40 provided outside the quartz tube 60. The heater 40 is provided outside the quartz tube 60, and in this embodiment, a high frequency induction coil can be applied. It is possible to heat the crucible main body 10 by heating the raw material 11 to a desired temperature by flowing a high frequency current through the high frequency induction coil.

상기 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 도가니의 작용을 이하에서 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the operation of the single crystal growth crucible according to one embodiment of the present invention having the above-described configuration will be described in more detail.

먼저, 6H-SiC로 이루어진 종자정(31)을 마련하고, 접착제를 이용하여 종자정(31)을 종자정 홀더부재(30)에 부착한다. First, a seed crystal 31 made of 6H-SiC is provided and the seed crystal 31 is attached to the seed crystal holder member 30 using an adhesive.

그리고, 도가니 본체(10)의 내부에 단결정의 조성에 대응하는 원료 물질(11)을 투입한다. 4H-SiC 단결정 성장을 위하여, SiC 파우더의 원료물질, 혹은 SiC 파우더와 Si 파우더가 혼합된 원료물질을 장입할 수 있다.Then, the raw material 11 corresponding to the composition of the single crystal is injected into the crucible main body 10. For the growth of 4H-SiC single crystal, a raw material of SiC powder or a raw material mixed SiC powder and Si powder can be charged.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이 종자정(31)이 부착된 종자정 홀더부재(30)를 커버부재(20)에 장착한다. 그리고, 커버부재(20)를 이용하여 도가니 본체(10) 상단을 덮는다. 이때, 종자정 홀더부재(30)에 부착된 종자정(31)의 성장면은 도가니 본체(10)의 내부 상측에서 원료 물질(11)을 향하여 배치되도록 할 수 있다. Then, as shown in Fig. 2, the seed holders 30 to which the seed crystals 31 are attached are attached to the cover member 20. Then, the upper end of the crucible body 10 is covered with the cover member 20. At this time, the growth surface of the seed crystal 31 adhered to the seed holder member 30 may be disposed toward the raw material 11 from above the crucible main body 10.

다음, 1300℃ 내지 1500℃의 온도와 진공압력으로 2 시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니 본체(10)에 포함된 불순물을 제거한다. 이후, 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스 등을 도가니 본체(10)에 주입하여, 도가니 본체(10) 내부 및 도가니 본체(10)와 단열재(50)의 사이에 남아있는 공기를 제거한다. Next, the impurities contained in the crucible body 10 are removed by heating at a temperature of 1300 ° C to 1500 ° C and a vacuum pressure for 2 hours to 3 hours. Then, an inert gas such as argon (Ar) gas or the like is injected into the crucible body 10 to remove the air remaining in the crucible body 10 and between the crucible body 10 and the heat insulating material 50 .

이어서, 압력을 대기압으로 높인 후, 가열기(40)를 이용하여 도가니 본체(10)를 2000℃ 내지 2300℃의 온도로 가열한다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정 다형의 발생을 방지하기 위함이다. 즉, 먼저 대기압을 유지하며 원료 물질(11)을 성장 온도까지 승온시킨다. 그리고, 도가니 본체(10)의 내부를 20mbar 내지 60mbar으로 감압하여 성장 압력으로 유지시키면서, 원료 물질(11)을 승화시켜 단결정을 성장시킨다. 이때, 성장된 단결정은 4H-SiC이다. 이때, 도가니 본체(10)의 내부에 부착된 종자정 홀더부재(30)에 의해, 종자정(31)의 가운데와 가장자리의 온도 차이가 감소하게 된다. Then, after the pressure is increased to the atmospheric pressure, the crucible body 10 is heated to a temperature of 2000 ° C to 2300 ° C using the heater 40. Here, the reason for maintaining the atmospheric pressure is to prevent the generation of undesired crystal polymorphism at the initial stage of crystal growth. That is, the raw material 11 is first raised to the growth temperature while maintaining the atmospheric pressure. Then, the raw material 11 is sublimated while the inner pressure of the crucible body 10 is reduced to 20 mbar to 60 mbar to maintain the growth pressure, thereby growing a single crystal. At this time, the grown single crystal is 4H-SiC. At this time, the temperature difference between the center and the edge of the seed crystal 31 is reduced by the seed crystal holder member 30 attached to the inside of the crucible main body 10.

도 4는 종래의 도가니 본체의 온도구배를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 본체의 온도구배를 개략적으로 도시한 시뮬레이션 결과를 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 4 is a view schematically showing a temperature gradient of a conventional crucible body, and FIG. 5 is a view schematically showing a simulation result of a temperature gradient of a crucible body according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도가니 본체(10)의 단결정 형성 과정에서의 온도 구배는, 종자정의 성장 온도인 2200℃ 근처에서 온도 구배가 줄어드는 것으로 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 4 and 5, it can be seen that the temperature gradient in the process of forming the single crystal of the crucible body 10 decreases in the vicinity of the seed-defining growth temperature of 2200 ° C.

도 6은 종래의 도가니 본체를 이용하여 성장시킨 웨이퍼들을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 도가니 본체를 이용하여 성장시킨 웨이퍼들을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 6 is a schematic view showing wafers grown using a conventional crucible body, and FIG. 7 is a view schematically showing wafers grown using the crucible body of the present invention.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 본체(10)를 이용하여 성장시킨 웨이퍼들은 4H-SiC로 변화 상태가 빠르게 일어난 것을 볼 수 있다.As shown in FIGS. 6 and 7, wafers grown using the crucible body 10 according to an embodiment of the present invention rapidly change to 4H-SiC.

도 8은 종래의 성장된 웨이퍼를 광학 현미경으로 개략적으로 확대한 것이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 본체를 이용하여 성장된 웨이퍼를 480도의 KOH 용액에서 에칭하여 광학 현미경으로 분석한 것이다.FIG. 8 is a schematic enlarged view of a conventional grown wafer by an optical microscope, FIG. 9 is a graph showing a result of analysis of a wafer grown using a crucible main body according to an embodiment of the present invention by etching with a KOH solution of 480.degree. will be.

도 9에 도시된 바와 같이, 개선된 도가니 본체(10)로 성장 시킨 결정에서 마이크로 파이프와 같은 결함이 더 적은 것을 확인 가능하다. As shown in Fig. 9, it is possible to confirm that the crystal grown by the improved crucible body 10 has fewer defects such as a micropipe.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 도가니 본체(10)를 사용하게 되면, 초기 종자정과 성장되는 단결정의 가운데 부분과 가장자리 부분의 온도차이를 최소화할 수 있어 온도 스트레스를 줄이는 것이 가능하다. 따라서 개선된 도가니 본체(10)를 사용하여 단결정을 성장시키면, 마이크로 파이프와 같은 결함이 생성되는 것을 효율적으로 억제할 수 있어서 고품질의 4H-SiC 단결정의 성장이 가능하다. 또한, 6H-SiC 종자정을 사용하여 4H-SiC 단결정을 성장하는 조건에서도 단결정 변화가 더욱 용이하게 이루어질 수 있다. As described above, when the crucible main body 10 according to an embodiment of the present invention is used, the temperature difference between the initial seed crystal and the central portion and the edge portion of the grown single crystal can be minimized, and the temperature stress can be reduced . Therefore, when a single crystal is grown using the improved crucible main body 10, generation of defects such as a micropipe can be efficiently suppressed, and high-quality 4H-SiC single crystal can be grown. Also, single crystal changes can be made easier even under the condition of growing 4H-SiC single crystal using 6H-SiC seed crystal.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.
The present invention has been described above with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications or other embodiments falling within the scope of the present invention are possible by those skilled in the art.

10...도가니 본체 11...원료 물질
12...내부 공간 20...커버부재
30...종자정 홀더부재 31...종자정
40...가열기 50...석영관10 ... crucible body 11 ... raw material
12 ... inner space 20 ... cover member
30 ... seed holder holder member 31 ... seed holder
40 ... heater 50 ... quartz tube

Claims (8)

원료 물질이 장입되는 내부 공간이 형성되는 도가니 본체;
상기 도가니 본체의 내부 공간을 밀폐하도록 설치되는 커버부재;
상기 커버부재에 설치되며 상기 도가니 본체의 내부 공간으로 돌출되며, 단결정 성장을 위한 종자정이 부착되는 종자정 홀더부재; 및
상기 도가니 본체를 가열 하도록 설치되는 가열기;
를 포함하고,
상기 종자정 홀더부재는,
상기 커버부재에 접촉 고정되는 제1 측부와 상기 제1 측부에 대향되며 상기 종자정이 부착되는 제2 측부를 포함하고,
상기 제1 측부와 상기 커버부재의 접촉 면적은, 상기 종자정과 제2 측부의 접촉 면적보다 작은 면적으로 형성되는 단결정 성장 도가니.A crucible main body in which an inner space for loading the raw material material is formed;
A cover member installed to close the internal space of the crucible main body;
A seed holder member installed on the cover member and protruding into an internal space of the crucible main body, to which a seed crystal for single crystal growth is attached; And
A heater installed to heat the crucible main body;
Lt; / RTI >
Wherein the seed holder member comprises:
And a second side opposite to the first side and to which the seed crystal is attached, wherein the first side is in contact with the cover member,
Wherein the contact area between the first side portion and the cover member is smaller than the contact area between the seed crystal and the second side portion. 제1항에 있어서,
상기 종자정 홀더부재는,
상기 제2 측부의 양측은 상기 도가니 본체의 내부 공간의 내벽면에 각각 접하도록 설치되는 단결정 성장 도가니.The method according to claim 1,
Wherein the seed holder member comprises:
And both sides of the second side portion are provided so as to be in contact with the inner wall surface of the inner space of the crucible main body, respectively. 제1항에 있어서,
상기 종자정 홀더부재는,
상기 종자정이 부착되는 제2 측부의 표면은 편평면으로 형성되고, 상기 제1 측부에는 상기 제2 측부의 표면적 보다 작은 크기로 형성되면서 상기 커버부재 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되어 상기 커버부재에 접촉 고정되는 단결정 성장 도가니.The method according to claim 1,
Wherein the seed holder member comprises:
Wherein a surface of the second side to which the seed crystal is attached is formed in a flat plane and a protrusion protruding in the direction of the cover member is formed on the first side portion to a size smaller than the surface area of the second side portion, Fixed single crystal growth crucible. 제3항에 있어서,
상기 종자정 홀더부재는,
상기 제2 측부의 직경은 상기 제1 측부의 상기 돌출부의 직경에 대하여 1.4배 이상으로 형성되는 단결정 성장 도가니.The method of claim 3,
Wherein the seed holder member comprises:
Wherein a diameter of the second side is formed at least 1.4 times the diameter of the protrusion of the first side. 제4항에 있어서,
상기 종자정이 부착되는 부분의 상기 제2 측부에서 상기 돌출부의 돌출된 선단 사이의 두께는, 상기 종자정이 부착되지 않은 부분의 상기 제2 측부에서 상기 제1 측부의 사이의 두께 보다 1.5배 이상인 단결정 성장 도가니.5. The method of claim 4,
The thickness between the protruding ends of the protruding portions at the second side portion of the portion to which the seed crystal is attached is larger than the thickness between the second side portion and the first side portion of the portion where the seed crystal is not attached, Crucible. 제5항에 있어서,
상기 제2 측부의 전체 직경은 72.1mm이고 상기 돌출부의 직경은 50.8mm이며, 상기 종자정이 부착되는 부분에서 상기 돌출부의 돌출된 선단 사이의 두께는 3mm이고, 상기 종자정이 부착되지 않은 부분에서 상기 제2 측부의 두께는 2mm인 단결정 성장 도가니.6. The method of claim 5,
Wherein the total diameter of the second side portion is 72.1 mm and the diameter of the protruding portion is 50.8 mm and the thickness between the protruding tips of the protruding portion at the portion where the seed crystal is attached is 3 mm, A single crystal growth crucible with two side thicknesses of 2 mm. 제1항에 있어서,
상기 도가니 본체의 외주면에는 단열재가 설치되는 단결정 성장 도가니.The method according to claim 1,
And a heat insulating material is provided on an outer peripheral surface of the crucible main body. 제1항에 있어서,
상기 도가니 본체의 내부 공간의 내벽면에는 가이드 돌기가 돌출되는 단결정 성장 도가니.The method according to claim 1,
And a guide projection is projected on an inner wall surface of the inner space of the crucible main body.
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