KR20200051373A - SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법 - Google Patents

SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200051373A
KR20200051373A KR1020180134669A KR20180134669A KR20200051373A KR 20200051373 A KR20200051373 A KR 20200051373A KR 1020180134669 A KR1020180134669 A KR 1020180134669A KR 20180134669 A KR20180134669 A KR 20180134669A KR 20200051373 A KR20200051373 A KR 20200051373A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
seed crystal
silicon carbide
adhesive layer
holder
resin
Prior art date
Application number
KR1020180134669A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102549445B1 (ko
Inventor
조남태
이예능
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020180134669A priority Critical patent/KR102549445B1/ko
Publication of KR20200051373A publication Critical patent/KR20200051373A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102549445B1 publication Critical patent/KR102549445B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/36—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J127/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J127/02—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09J127/04—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing chlorine atoms
    • C09J127/06—Homopolymers or copolymers of vinyl chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J133/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J161/00—Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J161/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J163/00—Adhesives based on epoxy resins; Adhesives based on derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J195/00—Adhesives based on bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/32—Seed holders, e.g. chucks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 종결정축은 실리콘카바이드 종결정, 상기 실리콘카바이드 종결정과 결합되는 종결정 홀더, 그리고 상기 실리콘카바이드 종결정과 상기 종결정 홀더 사이에 위치하는 접착층을 포함하고, 상기 접착층은 메쉬 및 메인 접착층을 포함한다.

Description

SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법 {SiC SEED CRYSTAL SUPPORT MEMBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법에 관한 것이다.
탄화규소(SiC), 실리콘(Si), 질화갈륨(GaN), 사파이어(Al2O3), 갈륨비소(GaAs), 질화알루미늄(AlN) 등의 단결정 (single crystal)은 이의 다결정(polycrystal)으로부터 기대할 수 없는 특성을 나타내므로 산업분야에서의 수요가 증가하고 있다.
특히 단결정 탄화규소(single crystal SiC)는 에너지 밴드갭(energy bandgap)이 크고, 최대 절연파괴전계(break field voltage) 및 열전도율(thermal conductivity)이 실리콘(Si)보다 우수하다. 또한, 단결정 탄화규소의 캐리어 이동도는 실리콘에 비견되며, 전자의 포화 드리프트 속도 및 내압도 크다. 이러한 특성으로 인해, 단결정 탄화규소는 고효율화, 고내압화 및 대용량화가 요구되는 반도체 디바이스로의 적용이 기대된다.
실리콘카바이드 단결정의 성장을 위해서는, 예를 들어 탄소와 실리카를 2000도(℃) 이상의 고온 전기로에서 반응시키는 애치슨 방법, 실리콘카바이드를 원료로 하여 2000도(℃) 이상의 고온에서 승화시켜 단결정을 성장시키는 승화법, 결정 인상법(crystal pulling method)을 응용한 용액 성장법 등이 있다. 이외에도, 기체 소스를 사용하여 화학적으로 증착시키는 방법이 사용되고 있다.
한편, 단결정 성장을 위해서는 종결정의 접착 공정을 필수적으로 거쳐야 한다. 종래의 공정에서는 종결정 홀더(holder)와 종결정 사이에 접착제를 도포한 후 압착 지그(jig)로 압착함으로써 접착하였다.
하지만, 이러한 종래의 방법은 종결정 홀더와 종결정 간의 접착을 접착제를 이용하여 접착하기 때문에, 성장 중품질의 저하, 종결정 이탈, 종결정 표면의 오염 등의 문제가 있어서, 고품질의 단결정을 성장시키기에는 적합하지 않다.
본 발명은 종결정 홀더와 종결정 사이의 접착력이 우수한 SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 종결정축은 실리콘카바이드 종결정, 상기 실리콘카바이드 종결정과 결합되는 종결정 홀더, 그리고 상기 실리콘카바이드 종결정과 상기 종결정 홀더 사이에 위치하는 접착층을 포함하고, 상기 접착층은 메쉬 및 메인 접착층을 포함한다.
상기 종결정 홀더는 그라파이트를 포함할 수 있다.
상기 메쉬의 두께는 약 30 마이크로미터 이하일 수 있다.
상기 메인 접착층은 고분자 수지를 포함하고, 상기 고분자 수지는 페놀 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 피치계 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리아크릴산 수지, 푸란계 수지 및 에폭시계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 메인 접착층은 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하는 도가니, 그리고 상기 도가니 내부로 이동하는 실리콘카바이드 종결정축을 포함하고, 상기 종결정축은 전술한 종결정축을 포함한다.
일 실시예에 따른 종결정축의 제조 방법은 종결정 홀더 및 종결정 사이에 메쉬 및 접착 물질을 제공하는 단계, 그리고 상기 종결정 홀더 및 상기 종결정을 접합시킨 상태에서 가열하는 단계를 포함하고, 상기 가열하는 단계를 통해 상기 종결정 홀더 및 상기 종결정 사이에 위치하는 접착층이 형성된다.
상기 가열하는 단계는, 제1 온도로 1차 가열하는 단계와, 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 2차 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 접착 물질은 규소(Si) 및 탄소(C)를 포함하고, 상기 1차 가열하는 단계에서 상기 메쉬가 탄화되며, 상기 2차 가열하는 단계에서 상기 규소와 상기 탄소가 반응할 수 있다.
본 발명에 의하면 종결정 홀더와 종결정 사이의 접착력이 우수하므로 신뢰성이 향상된 실리콘카바이드 제조 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 종결정 축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 A를 확대한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 메쉬의 일부 영역에 대한 평면도이다.
도 4는 실시예에 따른 종결정 축의 이미지이다.
도 5는 비교예에 따른 종결정 축의 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 기재가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 SiC 종결정축 및 이의 제조 방법에 대해 살펴본다. 도 1은 일 실시예에 따른 종결정 축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치에 대한 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 A를 확대한 도면이고, 도 3은 일 실시예에 따른 메쉬의 일부 영역에 대한 평면도이다.
우선 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조 장치는 반응 챔버(100), 반응 챔버(100) 내부에 위치하는 SiC 종결정축(200), 도가니(300), 도가니(300)를 가열하는 가열부(400), 도가니(300)를 회전시키는 회전 부재(500)를 포함한다.
반응 챔버(100)는 빈 내부 공간을 포함하는 밀폐된 형태이고 그 내부가 일정한 압력 등의 분위기로 유지될 수 있다. 도시되지 않았으나 반응 챔버(100)에 진공 펌프 및 분위기 제어용 가스 탱크가 연결될 수 있다. 진공 펌프 및 분위기 제어용 가스 탱크를 이용하여 반응 챔버(100) 내부를 진공상태로 만든 후 아르곤 기체와 같은 비활성 기체를 충전할 수 있다.
일 실시예에 따른 SiC 종결정축(200)은 종결정(210)과 종결정(210)에 연결된 종결정 홀더(230)를 포함한다.
실리콘카바이드 종결정(210)은 실리콘카바이드 단결정이 성장되는 부분으로, 도가니(300) 내측의 상부 영역에 위치한다. 제조 공정에 따라 실리콘카바이드 종결정(210)의 하면은 도가니(300) 내부에 위치하는 용융액 표면과 접촉하도록 위치할 수 있다.
실리콘카바이드 종결정(210)은 실리콘카바이드 단결정으로 이루어진다. 실리콘카바이드 종결정(210)의 결정 구조는 제조하려는 실리콘카바이드 단결정의 결정 구조와 같다. 예를 들어, 4H 다형의 실리콘카바이드 단결정을 제조하는 경우, 4H 다형의 실리콘카바이드 종결정(210)을 이용할 수 있다. 4H 다형의 실리콘카바이드 종결정(210)을 이용하는 경우, 결정 성장면은 (0001)면 또는 (000-1)면이거나, (0001)면 또는 (000-1)면으로부터 8도 이하의 각도로 경사진 면일 수 있다.
종결정 홀더(230)는 실리콘카바이드 종결정(210)의 상부면과 연결되도록 연장 형성되어 실리콘카바이드 종결정(210)을 지지하며 실리콘카바이드 종결정(210)이 도가니(300) 내측에 위치할 수 있도록 한다. 종결정 홀더(230)는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치에 대해 상하 방향으로 이동할 뿐만 아니라 회전할 수도 있다.
종결정 홀더(230)는 그라파이트를 포함할 수 있으며 이에 제한되지 않고 탄소를 포함하는 어떠한 물질도 포함할 수 있다.
종결정 홀더(230)의 하면은 종결정(210)의 상면과 마주할 수 있다. 종결정 홀더(230)의 하면과 종결정(210)의 상면은 평평할 수 있다.
일 실시예에 따른 종결정축(200)은 종결정(210)과 종결정 홀더(230) 사이에 위치하는 접착층(220)을 포함한다. 접착층(220)은 종결정(210)의 상면과 종결정 홀더(230)의 하면을 결합시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 접착층(220)은 메쉬(220a) 및 메인 접착층(220b)를 포함할 수 있다.
메쉬(220a)는 도 3에 도시된 바와 같이 격자 형태를 가질 수 있다. 메쉬(250a)의 두께는 약 30 마이크로미터 이하일 수 있다.
메쉬(220a)는 일 예로 나일론 재질을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 PET, PE, PP, PC, PVC, PS, 멜라민 수지 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
메인 접착층(250b)은 고분자 수지를 포함할 수 있다. 일 예로 메인 접착층(250b)은 고분자 수지에 분산된 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)를 포함할 수 있다. 이때 탄소(C)은 탄소 섬유 형태로 포함될 수 있다. 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)는 메인 접착층(250b)의 결합 강도를 향상시킬 수 있다.
또한 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)는 가열 공정을 통해 탄화 규소로 변환될 수 있다. 이때 탄화 규소는 종결정(210)이 포함하는 결함 속으로 유입되어 실라콘카바이드 단결정의 성장 공정 중에 종결정(210)으로부터 발생할 수 있는 결함을 최소화할 수 있다.
규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)는 메인 접착층(250b) 내에 균일하게 분산된 형태를 가질 수 있다. 특히 메쉬(250a)에 의해 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)는 어느 한 쪽에 치우치지 않고 종결정(210)의 상면 및 종결정 홀더(230)의 하면 상에 균일하게 분산 및 분포될 수 있다.
규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)의 함량 메인 접착층(250b)을 이루는 접착 물질의 50 wt% 이하일 수 있다. 이때 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)의 전체 함량을 기준으로 규소(Si)가 차지하는 함량은 50 wt% 이하일 수 있다. 그러나 이러한 함량에 제한되지 않고 메인 접착층(250b) 내에 포함되는 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)의 양은 실시예에 따라 변경될 수 있다.
도가니(300)는 반응 챔버(100) 내부에 구비되며 상측이 개방된 용기 형태일 수 있다. 도가니(300)는 상부면을 제외한 외주면 및 하부면을 포함할 수 있다. 그러나 전술한 형태에 제한 없이 실리콘카바이드 단결정을 형성하기 위한 어떠한 형태도 가능함은 물론이며 제조 공정에 따라 상부면을 덮는 덮개 등을 포함할 수도 있다. 도가니(300)는 실리콘 또는 실리콘카바이드 분말과 같은 용융 원료가 장입되어 수용될 수 있다.
도가니(300)는 그라파이트, SiC와 같이 탄소를 함유하는 물질로 이루어질 수 있다. 이와 같은 재질의 도가니(300) 자체는 탄소 원료의 공급원으로 활용될 수 있다. 또는 이에 제한되지 않고 세라믹 재질의 도가니를 사용할 수 있으며, 이때 탄소를 제공할 물질 또는 공급원 별도로 제공할 수 있다.
가열부(400)는 도가니(300)를 가열하여 도가니(300)에 수용된 물질을 용융시키거나 가열할 수 있다. 가열부(400)는 도가니(300)의 외주면에 위치할 수 있으며, 일 예로 도가니(300)의 외주면을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 본 명세서는 가열부(400)가 챔버(100) 외측에 위치하는 실시예를 도시하였으나 이에 제한되지 않고 챔버(100) 내에 위치할 수도 있음은 물론이다.
가열부(400)는 저항식 발열 수단 또는 유도 가열식 발열 수단을 사용할 수 있다. 구체적으로 가열부(400) 자체가 발열하는 저항식으로 가열 수단이거나 가열부(400)가 인덕션 코일을 포함하고 인덕션 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 도가니(300)를 가열하는 유도 가열 방식으로 도가니(300)를 가열할 수도 있다. 그러나 전술한 방법에 제한되지 않고 어떠한 가열 부재도 사용될 수 있음은 물론이다.
일 실시예에 따른 종결정축(200)은 가열부(400)에 의한 가열 공정에도 불구하고 종결정(210)과 종결정 홀더(230) 사이의 접착력이 우수하므로 종결정(210)과 종결정 홀더(230) 사이의 박리 없이 신뢰성이 향상된 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치는 회전 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 회전 부재(500)는 도가니(300)의 하측면에 결합되어 도가니(300)를 회전시킬 수 있다. 도가니(300)의 회전을 통해 균일한 조성의 용융액 제공이 가능한 바 실리콘카바이드 종결정(210)에 고품질의 실리콘카바이드 단결정이 성장될 수 있다.
이하에서는 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 종결정축(200)의 제조 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
우선 종결정(210) 및 종결정 홀더(230)를 준비한다. 일 실시예에 따른 종결정 홀더(230)는 흑연 재질일 수 있다. 종결정 홀더(230)의 표면의 상태는 특별히 제한되지 않으나, 일 예로 화학적 기계적 연마, 경면 연마, 래핑 연마, 또는 동심원 형태로 홈 가공된 표면을 가질 수 있다.
그리고 종결정 홀더(230)와 종결정(210)을 결합시키기 위한 접착 물질을 준비한다.
접착 물질은 접착층(220)의 주 성분인 고분자 수지를 포함할 수 있다. 고분자 수지는 일 예로 페놀 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 피치계 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리아크릴산 수지, 푸란계 수지, 에폭시계 수지 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 고분자 수지는 잔탄량(actual carbon ratio)이 높은 것이 바람직하다. 일 예로 고분자 수지는 불활성 분위기에서 잔탄량이 5 내지 50%, 또는 10 내지 30%일 수 있다.
고분자 수지의 함량은 접착 물질의 전체 함량을 기준으로 약 50 wt% 내지 약 100 wt%일 수 있다.
접착 물질은 상기 고분자 수지에 분산된 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)를 포함할 수 있다. 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)는 접착 물질을 도포하고 열 처리하는 공정에서 탄화 내지 흑연화를 촉진시키고 과도한 수축을 막아 크랙이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 탄소는 일 예로 인상흑연, 토상흑연, 팽창흑연, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소 섬유 등의 형태로 제공될 수 있다.
상기 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)는 상기 접착 물질의 전체 중량을 기준으로 약 50 wt% 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)의 함량이 상기 바람직한 범위 내일 때, 접착층의 형성 이후 열처리 시에 발생할 수 있는 수축이나 크랙 등을 방지하여 우수한 접착력의 접착층을 제공하는데 보다 유리할 수 있다.
일 실시예에 따른 접착 물질은 에탄올, 메탄올, 아세톤, DMF(dimethylformamide), DMSO(dimethyl sulfoxide) 등의 용매를 함유할 수 있다. 상기 용매는 가열 공정을 통해 제거될 수 있다. 또한 상기 접착 물질은 그 외에도 습윤분산제, 소포제 등을 더 포함할 수 있다.
종결정(210) 및 종결정 홀더(230)는 접합 상태를 유지하기 이전에 세정 단계를 미리 거칠 수 있다. 종결정(210)의 표면에는 실리콘이 산소와 반응하여 형성된 이산화실리콘 산화막이 형성될 수 있는데, 이러한 산화막은 후속 공정에서 단결정이 성장할 때 종결정이 이탈되거나 결함을 발생시킬 수 있으므로 세정으로 미리 제거할 수 있다.
세정 단계는 아세톤, 알코올, 증류수, 산 용액 등을 이용하여 수행될 수 있으며, 초음파 처리 또는 침지 등에 의해 수행될 수 있고, 1회 또는 2회 이상 수행될 수 있다.
그리고 나서, 종결정 홀더(230)와 종결정(210) 사이에 메쉬 및 접착 물질을 차례대로 배치한 뒤 압착 지그 등에 의해 종결정 홀더(230)와 종결정(210)이 서로 접합 상태를 유지하게 한다.
이후 챔버 내에 종결정 홀더(230)와 종결정(210)을 투입하고 가열하는 공정을 실시한다. 가열 수단은 유도 가열 코일 또는 저항 가열 수단을 포함할 수 있다. 상기 챔버는 그 재질에 제한이 있는 것은 아니나 예를 들어 스테인레스스틸 등의 금속 재질을 포함할 수 있다. 챔버 내부는 불활성 기체 분위기를 유지할 수 있으며, 일 예로 아르곤(Ar) 기체 또는 질소 기체 분위기를 유지할 수 있다.
일 실시예에 따른 가열 공정은 적어도 2차례 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면 가열 수단을 통해 제1 온도까지 챔버 내부를 가열할 수 있다. 상기 제1 온도는 약 50 도(℃) 이상 약 1000 도(℃) 이하일 수 있다. 이러한 가열 공정을 통해 접착 물질이 건조 및 경화되도록 한다.
또한 상기 제1 온도로 가열하는 공정은, 종결정 홀더(230)와 종결정(210) 사이에 위치하는 메쉬가 탄화하는 단계를 포함할 수 있다. 챔버 내부의 압력은 진공 상태를 유지할 수 있으며, 이 경우 보다 빠른 접착을 유도할 수 있다. 상기 조건 하에서 반응은 1 내지 12 시간 유지하여 반응을 유도할 수 있다.
그리고 나서 가열 수단을 통해 챔버 내부를 제2 온도까지 2차 가열한다. 제2 가열 공정을 통해 접착 물질이 포함하는 Si과 탄소의 반응을 유도할 수 있다. 상기 제2 온도는 1400 도(℃) 내지 1600 도(℃)일 수 있다.
일 구체예로서, 상기 열처리는 1 ~ 20 kg의 적정 압력 하에서 1 내지 20 ℃/min의 승온 속도 및 1300 ℃ 이상 또는 1400 ℃ 이상의 온도 조건에서 수행될 수 있으며, 예를 들어 1450 내지 1600 ℃의 온도까지 승온하고, 상기 온도를 유지하며 1 내지 12 시간 가열한 뒤, 1 내지 100 ℃ /min의 속도로 냉각, 혹은 챔버 내 자연 냉각 함으로써 수행될 수 있다.
2차 가열하는 공정을 통해 접착 물질에 포함되는 고분자 수지, 및 Si 등은 열처리 공정에 의해 탄화(carbonization)되거나 흑연화(graphitization)되어 결합력을 제공할 수 있다. 접착 물질에 포함되는 Si 등이 탄화하는 단계를 통해 종결정(210) 및 종결정 홀더(230)의 계면에서 발생하는 기공들을 제거할 수 있다. 또한 종결정 홀더 및 종결정이 맞닿은 표면이 반응하여 분해 및 재결합을 거쳐 접착이 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따른 경우 메쉬 및 접착 물질에 포함되는 구성들의 탄화를 통해 종결정 홀더(230)와 종결정(210)의 결합이 우수할 수 있으며, 단결정을 수득하는 고온 공정에서 종결정 홀더와 종결정이 박리되는 문제가 발생하지 않을 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 실시예 및 비교예에 대해 설명한다. 도 4는 실시예에 따른 종결정 축의 이미지이고, 도 5는 비교예에 따른 종결정 축의 이미지이다.
실시예에 따른 접착층은, 필러에 포함되는 탄화규소(SiC) 12.0g, 탄소 섬유(carbon fiber) 1.2g를 포함하고, 규소(Si) 28.1g 및 바인더 수지 68.6g을 포함한다. 이와 같은 접착 물질을 나일론 재질의 메쉬에 도포하고, 접착 물질이 도포된 메쉬를 종결정과 종결정 홀더 사이에 개재하여 종결정축을 형성한다. 탄화 공정을 위해 약 1500 도(℃)의 불활성 분위기에서 열처리 공정을 실시한다.
이와 같이 제조된 실실예에 대해 성장 환경의 특성 평가를 위해 1900 도(℃)에서 열처리 공정을 실시하였다. 이에 따르면 도 4에 첨부된 바와 같이 종결정과 종결정 홀더가 상당히 우수하고 균일한 접착력으로 결합되어 있음을 확인하였다.
반면 비교예는 카본 접착제 조성을 포함하고 이를 이용하여 종결정과 종결정 홀더를 결합시켰다. 그리고 나서 탄화 공정을 위해 1500 도(℃)의 불활성 분위기에서 열처리 공정을 실시하였다.
이와 같이 제조된 비교예에 대해 성장 환경에서의 특성 평가를 위해 1900 도(℃)에서 열처리를 실시하였다. 이는 도 5에 첨부된 바와 같이 접착층의 접착력 감소로 인해 종결정이 탈락하는 현상이 발생함을 확인하였다.
일 실시예에 따른 종결정축은 종결정과 종결정 홀더를 결합시키는 접착층의 조성 및 메쉬에 의한 균일한 접착력 제공을 통해 안정적인 접착을 제공할 수 있다. 따라서 고온 공정에서도 종결정축의 신뢰성이 향상될 수 있으며 안정적인 접착력의 제공을 통해 공정 신뢰도가 향상될 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
200: 종결정축
210: 종결정
230: 종결정 홀더

Claims (11)

  1. 실리콘카바이드 종결정,
    상기 실리콘카바이드 종결정과 결합되는 종결정 홀더, 그리고
    상기 실리콘카바이드 종결정과 상기 종결정 홀더 사이에 위치하는 접착층을 포함하고,
    상기 접착층은 메쉬 및 메인 접착층을 포함하는 종결정축.
  2. 제1항에서,
    상기 종결정 홀더는 그라파이트를 포함하는 종결정축.
  3. 제1항에서,
    상기 메쉬는 나일론, PET, PE, PP, PC, PVC, PS, 멜라민 수지 중 적어도 하나를 포함하는 종결정축.
  4. 제1항에서,
    상기 메쉬의 두께는 약 30 마이크로미터 이하인 종결정축.
  5. 제1항에서,
    상기 메인 접착층은 고분자 수지를 포함하고,
    상기 고분자 수지는 페놀 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 피치계 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리아크릴산 수지, 푸란계 수지 및 에폭시계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 종결정축.
  6. 제1항에서,
    상기 메인 접착층은 규소(Si), 탄소(C) 및 탄화규소(SiC)를 포함하는 종결정축.
  7. 챔버,
    상기 챔버 내에 위치하는 도가니, 그리고
    상기 도가니 내부로 이동하는 실리콘카바이드 종결정축을 포함하고,
    상기 종결정축은 제1항 내지 제6항의 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치.
  8. 종결정 홀더 및 종결정 사이에 메쉬 및 접착 물질을 제공하는 단계, 그리고
    상기 종결정 홀더 및 상기 종결정을 접합시킨 상태에서 소정의 압력 하에서 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 가열하는 단계를 통해 상기 종결정 홀더 및 상기 종결정 사이에 위치하는 접착층이 형성되는 종결정축의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 가열하는 단계는,
    제1 온도로 1차 가열하는 단계와,
    상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 2차 가열하는 단계를 포함하는 종결정축의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 접착 물질은 규소(Si) 및 탄소(C)를 포함하고,
    상기 1차 가열하는 단계에서 상기 메쉬가 탄화되며,
    상기 2차 가열하는 단계에서 상기 규소와 상기 탄소가 반응하는 종결정축의 제조 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 제1 온도는 50 도(℃) 내지 1000 도(℃)이고,
    상기 제2 온도는 1400 도(℃) 내지 1600 도(℃)인 종결정축의 제조 방법.
KR1020180134669A 2018-11-05 2018-11-05 SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법 KR102549445B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180134669A KR102549445B1 (ko) 2018-11-05 2018-11-05 SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180134669A KR102549445B1 (ko) 2018-11-05 2018-11-05 SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200051373A true KR20200051373A (ko) 2020-05-13
KR102549445B1 KR102549445B1 (ko) 2023-06-28

Family

ID=70730090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180134669A KR102549445B1 (ko) 2018-11-05 2018-11-05 SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102549445B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116219538A (zh) * 2023-03-06 2023-06-06 乾晶半导体(衢州)有限公司 一种碳化硅籽晶粘接固定方法及固定结构
CN116676661A (zh) * 2023-08-03 2023-09-01 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 一种在溶液法生长碳化硅过程中防止籽晶掉落的方法
CN118547371A (zh) * 2024-07-29 2024-08-27 浙江晶越半导体有限公司 一种快速生长高质量8英寸碳化硅的生长炉

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010189246A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Toyota Motor Corp ＳｉＣ単結晶の接着方法及びＳｉＣ単結晶の溶液成長法
CN102534762A (zh) * 2010-12-14 2012-07-04 上海硅酸盐研究所中试基地 一种生长SiC晶体的籽晶粘结方法
KR20130014274A (ko) * 2011-07-29 2013-02-07 엘지이노텍 주식회사 잉곳 제조 장치 및 잉곳 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010189246A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Toyota Motor Corp ＳｉＣ単結晶の接着方法及びＳｉＣ単結晶の溶液成長法
CN102534762A (zh) * 2010-12-14 2012-07-04 上海硅酸盐研究所中试基地 一种生长SiC晶体的籽晶粘结方法
KR20130014274A (ko) * 2011-07-29 2013-02-07 엘지이노텍 주식회사 잉곳 제조 장치 및 잉곳 제조 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116219538A (zh) * 2023-03-06 2023-06-06 乾晶半导体(衢州)有限公司 一种碳化硅籽晶粘接固定方法及固定结构
CN116676661A (zh) * 2023-08-03 2023-09-01 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 一种在溶液法生长碳化硅过程中防止籽晶掉落的方法
CN116676661B (zh) * 2023-08-03 2023-10-17 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 一种在溶液法生长碳化硅过程中防止籽晶掉落的方法
CN118547371A (zh) * 2024-07-29 2024-08-27 浙江晶越半导体有限公司 一种快速生长高质量8英寸碳化硅的生长炉

Also Published As

Publication number Publication date
KR102549445B1 (ko) 2023-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11339498B2 (en) Method for growing single crystal silicon carbide ingot having large diameter
JP7044265B2 (ja) 保護膜を含む種結晶の製造方法、これを適用したインゴットの製造方法、保護膜を含む種結晶及び種結晶の付着方法
JP5841339B2 (ja) １００ミリメートル高純度半絶縁単結晶炭化珪素ウエハ
KR101809642B1 (ko) 대구경 탄화규소 단결정 잉곳의 성장방법
KR102549445B1 (ko) SiC 종결정축, SiC 종결정축을 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 SiC 종결정축의 제조 방법
KR102239607B1 (ko) 탄화규소-탄화탄탈 복합재 및 서셉터
JP4556634B2 (ja) 種結晶固定部及び種結晶固定方法
CN115094514A (zh) 一种复合材料坩埚及其制备方法
KR102058870B1 (ko) 대구경 탄화규소 단결정 잉곳의 성장방법
CN112391674B (zh) 晶种附着方法
KR20130014274A (ko) 잉곳 제조 장치 및 잉곳 제조 방법
KR101419472B1 (ko) 단결정 성장용 종자정의 제조 방법, 상기 종자정을 이용한 단결정 성장 방법
KR20120139398A (ko) 4Ｈ-ＳｉＣ단결정 성장방법 및 성장장치
KR102214314B1 (ko) 대구경 탄화규소 단결정 잉곳의 성장방법
KR101419471B1 (ko) 종자정 받침대 부착 방법 및 종자정 받침대를 이용한 단결정 성장 방법
KR102323184B1 (ko) 적층체, 잉곳의 제조방법 및 웨이퍼의 제조방법
KR102058873B1 (ko) 대구경 탄화규소 단결정 잉곳의 성장방법
KR102102543B1 (ko) 보호막을 포함하는 종자정의 제조방법, 이를 적용한 잉곳의 제조방법 및 보호막을 포함하는 종자정
KR102177759B1 (ko) 종자정 부착 방법
KR20120140154A (ko) 잉곳 제조 장치 및 잉곳 제조 방법
TWI640663B (zh) 碳化矽晶體（４Ｈ－ＳｉＣ）生長方法
KR20200018037A (ko) 탄화규소 단결정 잉곳 성장 장치
KR102268424B1 (ko) 종자정 접착층, 이를 적용한 적층체의 제조방법 및 웨이퍼의 제조방법
KR20120140156A (ko) 잉곳 제조 장치 및 잉곳 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant