KR20200075954A - Growth device for silicon carbide single crystal - Google Patents
Growth device for silicon carbide single crystal Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200075954A KR20200075954A KR1020180163848A KR20180163848A KR20200075954A KR 20200075954 A KR20200075954 A KR 20200075954A KR 1020180163848 A KR1020180163848 A KR 1020180163848A KR 20180163848 A KR20180163848 A KR 20180163848A KR 20200075954 A KR20200075954 A KR 20200075954A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- guide
- crucible
- single crystal
- silicon carbide
- carbide single
- Prior art date
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
- 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
- C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
-
- 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
Abstract
Description
본 발명은 탄화규소 단결정 성장장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 장치(도가니)내 가이드의 여러 최적화 설계를 기반으로, 적어도 가이드와 잉곳 주위의 다결정 성장을 억제하면서, 수율은 높인 탄화규소 단결정 성장장치에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon carbide single crystal growth apparatus, and more specifically, based on various optimization designs of a guide in a device (crucible), at least while suppressing polycrystalline growth around the guide and ingot, while increasing the yield of the silicon carbide single crystal growth apparatus It is about.
탄화규소(SiC) 단결정은 차세대 전력반도체 소자용 기판으로 활발히 연구 개발되고 있는 되고 있는 소재이다. 이는, 기존 실리콘(Si) 기판에 비하여 밴드갭이 3배, 절연파괴 강도가 9배 이상인 것으로 알려져 있다. Silicon carbide (SiC) single crystal is a material that is being actively researched and developed as a substrate for next generation power semiconductor devices. It is known that the band gap is 3 times and the dielectric breakdown strength is 9 times or more compared to the existing silicon (Si) substrate.
이에, 실리콘 기판을 이용한 반도체는 고전력에 사용이 가능하며, 에너지 변환 시 손실을 최소화 할 수 있다. 또한, 탄화규소 디바이스는 고온에서 동작시, 열 이탈에 의한 소자파괴를 방지할 수 있고, 냉각장치의 간소화가 기대된다. 이에, 탄화규소를 대신할 차세대 전력 반도체 소자로 사용될 수 있다. Accordingly, a semiconductor using a silicon substrate can be used for high power consumption, and loss in energy conversion can be minimized. In addition, when the silicon carbide device is operated at a high temperature, it is possible to prevent element destruction due to heat escape, and simplification of the cooling device is expected. Accordingly, it can be used as a next-generation power semiconductor device to replace silicon carbide.
그러나, 승화법에 의해 성장되는 탄화규소 단결정은 성장시 많은 결정학적 결함과 탄소 침입결함을 형성하게 되며, 이러한 결함은 향후 소자 제작시 문제를 발생시키게 되기 때문에 저결함의 단결정 성장이 요구되고 있다.However, the silicon carbide single crystal grown by the sublimation method forms many crystallographic defects and carbon intrusion defects during growth, and since these defects cause problems in device fabrication in the future, low defect single crystal growth is required.
예컨대, 도가니 내의 가이드의 재질이나 구조 개선 등의 여러 최적화 설계를 통하여, 가이드나 잉곳에서의 다결정 성장을 최대한 억제하는 기술이 요구되어 왔다.For example, a technique for suppressing polycrystalline growth in a guide or an ingot as much as possible has been required through various optimization designs, such as improving the material or structure of a guide in a crucible.
한편, KR 10-1744287 B1 (2017.05.31)에서는 탄화규소 단결정 성장장치에서 가이드를 개시하나, 상기 요구되는 가이드의 여러 최적화 설계들을 반영한 것은 아니었다.Meanwhile, KR 10-1744287 B1 (2017.05.31) discloses a guide in a silicon carbide single crystal growth apparatus, but does not reflect various optimization designs of the required guide.
예를 들어, 상기 등록특허는 다공성 흑연으로만 된 가이드를 사용하는데, 이경우 도가니 하부에 위치한 분말에서 승화한 가스가 외각으로 빠져나가, 단결정 성장에 기여하지 못하여 수율이 낮아지는 문제가 있었다. For example, the registered patent uses only a guide made of porous graphite, in this case, the gas sublimed from the powder located at the bottom of the crucible escapes to the outer shell, and there is a problem in that the yield is lowered because it does not contribute to single crystal growth.
예컨대, 다음에 상세하게 설명하듯이, 본 발명은 상기 등록특허의 문제점을 해소한, 도가니 내 가이드의 재질이나 구조 개선 등의 여러 최적화 설계를 반영한, 상기 요구되는 기술을 만족하는 것이다.For example, as will be described in detail below, the present invention satisfies the above-described required technology, which reflects various optimization designs, such as improving the material or structure of the guide in the crucible, which solves the problem of the registered patent.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 도가니 내부의 가이드수단의 재질이나 여러 구조 개선을 통한 최적화 설계를 반영하여, 적어도 가이드나 잉곳에서의 다결정 성장을 억제하는 한편, 승화가스가 외각으로 빠져나가는 것을 최소화하여, 궁극적으로 수율 저하없이 고품질의 단결정 잉곳 성장을 가능하게 한 탄화규소 단결정 성장장치를 제공함에 있다. The present invention has been devised to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to reflect the optimization design through improvement of the material or various structures of the guide means inside the crucible, while suppressing polycrystalline growth at least in the guide or ingot. , It is to provide a silicon carbide single crystal growth apparatus capable of minimizing the escape of sublimation gas to the outer shell, ultimately enabling high-quality single crystal ingot growth without lowering yield.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 기술적인 일 측면의 일 실시예의 본 발명의 탄화규소 단결정 설장장치는, 내부에 원료가 장입되고 가열되는 도가니;와, 상기 도가니의 상부측에 제공되는 종자정; 및, 상기 도가니의 내측으로 상기 종자정과 이격되어 제공되는 가이드수단;를 포함하여 구성되고, 상기 가이드수단은, 상기 종자정 측의 제1 가이드; 및, 상기 제1 가이드에 일체로 형성된 제2 가이드;를 포함하되, 적어도 상기 제1 가이드는, 상기 제2 가이드 보다 공극율이 더 높은 흑연으로 형성될 수 있다.In order to achieve the above object, the silicon carbide single crystal installation apparatus of the present invention in one embodiment of the technical aspect, a crucible in which raw materials are charged and heated inside; and seed crystals provided on an upper side of the crucible; And guide means provided spaced apart from the seed crystal inside the crucible; the guide means comprising: a first guide on the seed crystal side; And, a second guide integrally formed on the first guide; including, but at least the first guide, may be formed of graphite having a higher porosity than the second guide.
바람직하게는, 상기 제1 가이드는, 밀도가 1∼1.4 g/㎤ 인 다공성 흑연으로 형성되고, 상기 제2 가이드는, 밀도가 1.70∼1.90 g/㎤ 인 고밀도 흑연으로 형성될 수 있다.Preferably, the first guide may be formed of porous graphite having a density of 1 to 1.4 g/cm 3, and the second guide may be formed of high density graphite having a density of 1.70 to 1.90 g/cm 3.
더 바람직하게는, 상기 제1 가이드의 다공성 흑연과 제2 가이드의 고밀도 흑연은 순도가 99% 이상일 수 있다.More preferably, the porous graphite of the first guide and the high-density graphite of the second guide may have a purity of 99% or more.
더하여, 기술적인 일 측면의 다른 실시예의 본 발명의 탄화규소 단결정 설장장치는, 내부에 원료가 장입되고 가열되는 도가니;와, 상기 도가니의 상부측에 제공되는 종자정; 및, 상기 도가니의 내측으로 상기 종자정과 이격되어 제공되는 가이드수단;를 포함하여 구성되고, 상기 가이드수단은, 상기 종자정 측의 제1 가이드; 및, 상기 제1 가이드에 일체로 형성된 제2 가이드;를 포함하되, 상기 제1 가이드는 설정된 길이를 갖을 수 있다.In addition, a silicon carbide single crystal installation apparatus of the present invention of another embodiment of the technical aspect, a crucible in which a raw material is charged and heated; and a seed crystal provided on an upper side of the crucible; And guide means provided spaced apart from the seed crystal inside the crucible; the guide means comprising: a first guide on the seed crystal side; And, a second guide integrally formed on the first guide; including, the first guide may have a set length.
바람직하게는, 상기 제1 가이드는 다공성 흑연으로 형성되고, 상기 제2 가이드는 고밀도 흑연으로 형성되되, 상기 제1 가이드의 설정길이는 5∼10 ㎜ 일수 있다.Preferably, the first guide is formed of porous graphite, and the second guide is formed of high-density graphite, and the set length of the first guide may be 5 to 10 mm.
더하여, 기술적인 일 측면의 또 다른 실시예의 본 발명의 탄화규소 단결정 설장장치는, 내부에 원료가 장입되고 가열되는 도가니;와, 상기 도가니의 상부측에 제공된 종자정; 및, 상기 도가니의 내측으로 상기 종자정과 이격되어 제공되는 가이드수단;를 포함하여 구성되고, 상기 가이드수단은, 상기 종자정 측의 제1 가이드; 및, 상기 제1 가이드에 일체로 형성된 제2 가이드;를 포함하되, 상기 제1,2 가이드는 서로 다른 설정각도를 갖을 수 있다.In addition, the silicon carbide single crystal installation apparatus of the present invention of another embodiment of the technical aspect, a crucible in which a raw material is charged and heated therein, and a seed crystal provided on an upper side of the crucible; And guide means provided spaced apart from the seed crystal inside the crucible; the guide means comprising: a first guide on the seed crystal side; And, a second guide integrally formed with the first guide; but the first and second guides may have different setting angles.
바람직하게는, 상기 제1 가이드는 다공성 흑연으로 형성되고, 상기 제2 가이드는 고밀도 흑연으로 형성되되, 상기 제1 가이드는 수직선을 기준으로 10˚이하의 각도로 경사지고, 상기 제2 가이드는 수직선을 기준으로 30∼45˚의 각도로 경사질 수 있다.Preferably, the first guide is formed of porous graphite, the second guide is formed of high-density graphite, the first guide is inclined at an angle of 10 degrees or less with respect to the vertical line, and the second guide is a vertical line It can be inclined at an angle of 30~45˚.
더 바람직하게는, 상기 다공성 흑연의 제1 가이드와 종자정 간의 간격은 1∼5㎜ 일 수 있다.More preferably, the distance between the first guide and the seed crystal of the porous graphite may be 1 to 5 mm.
더 바람직하게는, 상기 다른 실시예들에서, 상기 제1 가이드는, 밀도가 1∼ 1.4 g/㎤ 인 다공성 흑연으로 형성되고, 상기 제2 가이드는, 밀도가 1.70∼1.90 g/㎤ 인 고밀도 흑연으로 형성될 수 있다.More preferably, in the other embodiments, the first guide is formed of porous graphite having a density of 1 to 1.4 g/cm 3, and the second guide is high density graphite having a density of 1.70 to 1.90 g/cm 3 It can be formed as.
더 바람직하게는, 상기 가이드수단의 제2 가이드는, 상기 제1 가이드의 하방으로 일체로 형성된 경사부와 상기 경사부의 하방에 일체로 형성되고 상기 도가니 내면측의 원통부로 이루어질 수 있다.More preferably, the second guide of the guide means may be formed of an inclined portion integrally formed below the first guide and a cylindrical portion of the inner surface side of the crucible integrally formed below the inclined portion.
더 바람직하게는, 상기 제2 가이드의 경사부는, 수직선을 기준으로 30∼45˚의 각도로 경사질 수 있다.More preferably, the inclined portion of the second guide may be inclined at an angle of 30 to 45 degrees based on the vertical line.
더 바람직하게는, 상기 도가니의 상부측으로 상기 종자정이 부착토록 제공되는 종자정 홀더와, 상기 도가니를 둘러싸는 단열재와 그 외측의 석영관 및, 상기 석영관 외측으로 도가니를 가열토록 제공된 가열수단을 더 포함할 수 있다.More preferably, a seed crystal holder provided with the seed crystal attached to the upper side of the crucible, a heat insulating material surrounding the crucible and a quartz tube outside it, and a heating means provided to heat the crucible outside the quartz tube further It can contain.
이와 같은 본 발명에 의하면, 도가니(반응기) 내부 가이드의 재질이나 여러 구조 개선을 통한, 최적화 설계를 구현한 것이다.According to the present invention as described above, through optimization of the material or various structures of the crucible (reactor) internal guide, an optimized design is implemented.
즉, 본 발명은 가이드나 잉곳에서의 다결정 성장을 최대한 억제함과 동시에, 승화가스가 외각으로 빠져나가는 것을 최소화하여, 궁극적으로 수율 저하없이 단결정 잉곳주위의 다결정 성장을 억제하게 것을 가능하게 하는 효과를 제공하는 것이다.That is, the present invention has the effect of suppressing polycrystalline growth in a guide or ingot as much as possible, and at the same time minimizing the sublimation gas from escaping to the outer shell, ultimately suppressing polycrystalline growth around a single crystal ingot without lowering yield Is to provide.
또한, 본 발명은 도가니 내부의 가이드에 다결정 증착이 발생하지 않고, 단결정 성장을 위한 조업시 가이드는 그 형태를 유지하며, 보다 품질이 우수한 평평한 형태의 잉곳 성장을 가능하게 하는 다른 효과를 제공하는 하는 것이다.In addition, the present invention does not occur polycrystalline deposition on the guide inside the crucible, the guide during operation for single crystal growth maintains its shape, and provides other effects that enable ingot growth in a flat shape with better quality. will be.
도 1은 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장장치의 전체 구성을 도시한 모식도.
도 2는 도 1의 본 발명 탄화규소 단결정 성장장치에서 가이드수단을 도시한 도 1의 요부도
도 3은 본 발명 장치의 가이드수단의 일 실시예를 도시한 도 2의 확대도
도 4는 본 발명 장치의 가이드수단의 다른 실시예를 도시한 도 1의 요부도
도 5는 본 발명 장치에 따른 가이드수단을 나타낸 사진
도 6은 본 발명 장치 실시예에 따른, 성장된 탄화규소 단결정을 나타낸 사진
도 7은 본 발명 비교예 1에 따른, 성장된 탄화규소 단결정을 나타낸 사진
도 8은 본 발명 비교예 2에 따른, 성장된 탄화규소 단결정을 나타낸 사진
도 9는 본 발명 비교예 3에 따른, 성장된 탄화규소 단결정을 나타낸 사진 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a silicon carbide single crystal growth apparatus according to the present invention.
Figure 2 is a main part of Figure 1 showing the guide means in the silicon carbide single crystal growth apparatus of the present invention of Figure 1
Figure 3 is an enlarged view of Figure 2 showing one embodiment of the guide means of the present invention device
Figure 4 is a main part of Figure 1 showing another embodiment of the guide means of the present invention device
Figure 5 is a photograph showing a guide means according to the present invention device
6 is a photograph showing a grown silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention device
7 is a photograph showing a grown silicon carbide single crystal according to Comparative Example 1 of the present invention
8 is a photograph showing a grown silicon carbide single crystal according to Comparative Example 2 of the present invention
9 is a photograph showing a grown silicon carbide single crystal according to Comparative Example 3 of the present invention
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In addition, in describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known structures or functions may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
먼저, 도 1에서는 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장장치(100)의 전체 구성을 도시하고 있다.First, FIG. 1 shows the entire configuration of a silicon carbide single
즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 탄화규소 단결정 성장장치(100)는, 크게 내부에 탄화규소 단결정 원료(110)가 장입되고 가열되는 도가니(120)와, 상기 도가니(120)의 상부측에 제공되고 탄화규소 종자정(130)이 부착되는 종자정 홀더(140) 및, 상기 도가니의 내측으로 상기 종자정(130)과 이격되어 제공되는 가이드수단(200)를 포함할 수 있다.In other words, as shown in Figure 1, the silicon carbide single
그리고, 더 바람직하게는, 상기 도가니(120)를 둘러싸는 단열재(150)와 그 외측의 석영관(160) 및, 상기 석영관 외측으로 도가니를 가열토록 제공되는 가열수단(170)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 가열수단(170)은 고주파 유도 코일일 수 있다.In addition, more preferably, the
따라서, 도 1에서 도시한 바와 같이, 가열수단(170)으로 가열된 도가니(120)의 내부 분말원료(110)는 승화되고, 원료가 승화된 가스가 가이드수단(200)을 따라 종자정 홀더(140) 측의 종자정(130)(일명 '시드(seed)')에 증착되어 단결정이 성장하게 된다.Accordingly, as shown in FIG. 1, the internal powder
한편, 일반적으로 단결정 성장이 진행됨에 따라 단결정 잉곳 길이가 길어지며, 이때 잉곳 형상을 제어하기 위해 상기 도가니(120) 내측에 제공된 가이드 즉, 본 발명의 가이드수단(200)을 사용하게 된다. On the other hand, in general, as the single crystal growth progresses, the length of the single crystal ingot increases, and at this time, a guide provided inside the
이때, 상기 가이드의 온도가 잉곳의 표면온도 보다 더 낮을 경우에는, 다음에 상세하게 설명하듯이, 잉곳 외각에 다결정이 성장되게 된다. At this time, when the temperature of the guide is lower than the surface temperature of the ingot, as described in detail below, polycrystals are grown on the outside of the ingot.
또한, 단결정 성장시에 승화된 가스는 종자정 부위에는 단결정을 성장시키지만, 가이드의 내벽에는 다결정을 성장시키게 된다. Further, the gas sublimed at the time of single crystal growth causes single crystals to grow on the seed crystal region, but polycrystalline crystals grow on the inner wall of the guide.
특히, 종자정에 인접한 가이드부분은 온도가 더 낮기 때문에, 집중적으로 다결정이 형성되며, 단결정 보다 성장속도가 빠른 다결정이 단결정을 덮어, 결정 품질을 저하시키는 것이다.Particularly, since the guide portion adjacent to the seed crystal has a lower temperature, intensively, polycrystals are formed, and a polycrystal having a faster growth rate than the single crystal covers the single crystal, thereby deteriorating the crystal quality.
한편, 다공성 흑연 재질로 된 가이드를 사용하면 승화된 가스가 다결정으로 증착하기 전에 (잉곳) 외각으로 가스가 빠져나가 단결정 잉곳 주위의 다결정 성장을 억제할 수 있다. On the other hand, when a guide made of a porous graphite material is used, it is possible to suppress the growth of polycrystals around the single crystal ingot by escaping the gas outwardly (ingot) before the sublimated gas is deposited as polycrystalline.
그러나, 다공성 흑연 재질로만 가이드를 형성할 경우, 도가니 하부에 위치한 분말에서 승화된 가스가 다공성 부분에서 쉽게 잉곳 외각으로 빠져나가기 때문에, 결과적으로 단결정 성장에는 기여하지 못하고, 수율은 낮아지게 한다. However, when the guide is formed only of the porous graphite material, the gas sublimated from the powder located at the bottom of the crucible easily escapes from the porous portion to the outside of the ingot, and consequently, it does not contribute to the growth of the single crystal and lowers the yield.
그리고, 고주파 가열의 특성에 의해 분말의 외각부 온도가 높아 분말의 승화는 외각에서 활발이 일어나고, 승화된 가스는 가이드를 통해 쉽게 빠져나가게 된다. In addition, due to the high-frequency heating characteristic, the temperature of the outer portion of the powder is high, so that the sublimation of the powder is active in the outer shell, and the sublimed gas is easily escaped through the guide.
이에, 본 발명은, 위에서 언급한 문제를 갖는 다공성 흑연 재질로만 된 가이드(앞에서 설명한 [특허문헌])의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 기본적으로 다결정 성장을 억제하는 다공성 흑연과, 다공성 흑연으로만 하는 경우 승화가스가 잉곳 외각으로 빠져나가는 양이 커지므로, 다공성 흑연와 일체로 된 고밀도 흑연의 복합구조의 가이드수단을 기반으로 하는 것이다.Thus, the present invention is intended to solve the problem of the guide (only as described above [Patent Document]) made of a porous graphite material having the above-mentioned problems, and is basically made of porous graphite that suppresses polycrystalline growth and only porous graphite. In this case, since the amount of sublimation gas escaping to the outside of the ingot increases, it is based on a guide means of a composite structure of high density graphite integrated with porous graphite.
즉, 본 발명의 도가니(120) 내측에 제공되는 다공성 흑연 및 고밀도 흑연 복합형 가이드수단(200)은, 다결정의 성장을 억제함과 동시에, 승화가스가 외각으로 빠져나가는 것을 최소화하여 수율 저하없이 단결정 잉곳주위의 다결정 성장을 억제 가능하게 할 것이다.That is, the porous graphite and the high-density graphite composite guide means 200 provided inside the
이에, 이하에서는 앞에서 설명한 탄화규소 단결정 성장장치(100)에서 승화가스를 종자정(130)으로 안내하는 본 발명에 따른 가이드수단(200)에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.Accordingly, hereinafter, the guide means 200 according to the present invention for guiding the sublimation gas from the silicon carbide single
먼저, 도 2 및 도 3에서는 본 발명 장치(100)의 일 실시예의 가이드수단(200)을 도시하고 있고, 도 4에서는 본 발명 장치(100)의 다른 실시예의 가이드수단(200)을 도시하고 있다. 참고로 도 5에서는 본 발명 가이드를 사진으로 개략적으로 나타내고 있다.First, FIGS. 2 and 3 show guide means 200 of one embodiment of the
예컨대, 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명 실시예의 가이드수단 (200)은, 상기 종자정(130) 측의 제1 가이드(210) 및, 상기 제1 가이드(210)의 하방으로 일체로 형성된 제2 가이드(220)를 포함하고, 특히 상기 제1 가이드(210)는 제2 가이드(220) 보다 공극율이 더 높은 흑연으로 형성될 수 있다.For example, as shown in Figures 2 and 3, the guide means 200 of the embodiment of the present invention, the
따라서, 본 발명의 가이드수단(200)은 적어도 상부의 제1 가이드(210)가 하부의 제2 가이드(220)보다 그 흑면 공극율이 더 높기 때문에(밀도가 더 높기 때문에), 승화가스가 공극율이 낮은(밀도가 높은) 제2 가이드(220)에서는 외각으로 빠져 나가지 못하고, 공극율이 상기 제2 가이드(220) 보다 더 높은 다공성 흑연의 상기 제1 가이드(210)에서는 승화가스를 투과시켜 가이드에서의 다결정 형성을 막아 다결정 침입이 없는 잉곳 성장을 가능하게 하는 것이다.Therefore, since the guide means 200 of the present invention has at least an upper
바람직하게는, 상기 제1 가이드(210)는 밀도가 1∼1.4 g/㎤ 인 다공성 흑연으로 형성할 수 있고, 상기 제2 가이드(220)는 밀도가 1.70∼1.90g/㎤ 인 고밀도 흑연으로 형성할 수 있다.Preferably, the
더 바람직하게는, 상기 제2 가이드(210)의 다공성 흑연과 제1 가이드(220)의 고밀도 흑연은 순도가 99% 이상으로 형성하는 것이다.More preferably, the porous graphite of the
한편, 제1,2 가이드(210)(220)의 흑연의 경우, 밀도와 공극률 및 가스 투과도는 선형적으로 비례하는 상관관계를 가진다.Meanwhile, in the case of graphite of the first and
예를 들어, 제1 가이드(210)의 다공성 흑연의 공극률이 너무 낮으면(상기 범위보다 낮으면), 승화가스를 충분히 투과시키지 못해, 앞에서 설명한 바와 같이, 가이드 내부에서 다결정이 형성될 수 있다.For example, if the porosity of the porous graphite of the
특히, 성장하는 잉곳과 가이드 내부에 형성된 다결정이 만나게 되면 다결정의 성장속도가 단결정 성장속도 보다 더 빠르기 때문에, 잉곳 외각에 다결정을 쉽게 형성하게 된다.In particular, when the growing ingot and the polycrystalline formed inside the guide meet, the growth rate of the polycrystalline is faster than that of the single crystal, so that the polycrystal is easily formed on the outside of the ingot.
반대로, 상기 제1 가이드(210)의 다공성 흑연의 공극률이 너무 크면(상기 범위보다 크면) 또는, 본 발명의 가이드수단(200) 전체를 다공성 흑연으로만 형성하는 경우에는, 승화된 가스가 외각으로 쉽게 빠져나가 포켓(도 1의 180)에서 다결정으로 증착하게 된다. Conversely, if the porosity of the porous graphite of the
결국, 승화된 가스가 단결정 성장에 기여하지 못하고, 종자정이 아닌 다른 영역에 결정을 성장시키므로, 실제 단결정 수율을 떨어지게 할 것이다.As a result, the sublimed gas does not contribute to the growth of the single crystal, and grows the crystal in a region other than the seed crystal, which will degrade the actual single crystal yield.
예를 들어, 단결정 성장시 분말로부터 승화한 가스는 Si, Si2C, SiC2로 이루어지며, 가스의 조성은 분말의 온도에 의해 결정된다. For example, the gas sublimed from the powder during single crystal growth consists of Si, Si2C, and SiC2, and the composition of the gas is determined by the temperature of the powder.
그리고, 승화 가스 중 Si는 모든 온도에서 분압이 가장 높고 반응성이 높아, 탄소 소재인 도가니(반응기) 내벽 또는 가이드(수단)(200)와 반응하게 된다. 다공성 흑연의 공극률이 너무 큰 경우는 이러한 승화 가스와의 반응에 의해 가이드가 쉽게 손상되어 잉곳 형성을 제어하는 역할을 제대로 하지 못하게 하고, 결국 잉곳 외각에 다결정을 형성하게 되는 것이다.And, among the sublimation gases, Si has the highest partial pressure at all temperatures and the highest reactivity, so that it reacts with the inner wall of the crucible (reactor) or guide (means) 200, which is a carbon material. When the porosity of the porous graphite is too large, the guide is easily damaged by the reaction with the sublimation gas, thereby preventing the role of controlling the formation of the ingot properly, and eventually forming the polycrystalline outer shell.
다음, 본 발명 가이드수단(200)의 상기 제1 가이드(210)의 하방으로 일체로 형성되는 상기 제2 가이드(220)는, 밀도가 1.70∼1.90g/㎤ 인 고밀도 흑연으로 형성될 수 있는데, 현재 생산되는 흑연 중 최고 고밀도 제품은 1.92(TOKAI Carbon G348)이므로, 상기 범위보다 큰 고밀도 흑연은 적용하기 힘들다.Next, the
그리고, 상기 제2 가이드(220)의 흑연의 밀도가 1.7g/㎤ 보다 낮은 경우에는 고온에서 생성된 Si 가스와 쉽게 반응하여 가이드의 손상을 발생시키고, 이는 승화가스를 종자정으로 안내하는 가이드 본래의 기능을 상실하게 할 것이다.In addition, when the density of the graphite of the
디음, 도 2 및 도 3에서 도시한 본 발명 가이드수단(200)에서, 앞에서 설명한 다공성 흑연의 제1 가이드(210)와 고밀도 흑연의 제2 가이드(220)는 순도가 99% 이상인 것이 바람직하다.Deum, in the guide means 200 of the present invention shown in Figures 2 and 3, the
즉, 상기 가이드들(210)(220)의 다공성 흑연과 고밀도 흑연의 순도를 99% 이상으로 하는 이유는, 고 순도의 흑연을 사용하여야 탄화규소의 단결정 성장시 오염을 최대한 예방할 수 있기 때문이다.That is, the reason that the purity of the porous graphite and the high-density graphite of the
따라서, 지금까지 설명한 본 발명 가이드수단(200)의 경우에는 고순도의 다공성 흑연의 제1 가이드(210)와 고순도의 고밀도 흑연의 제2 가이드(220)를 기반으로 하는 동시에, 적절한 밀도 범위와 순도를 갖기 때문에, 다결정의 성장을 억제함과 동시에 승화가스가 외곽으로 빠져나가는 것을 최소화하여 수율저하 없이 단결정 잉곳 주위의 다결정 성장을 억제할 수 있게 할 것이다.Therefore, in the case of the guide means 200 of the present invention described so far, it is based on the
다음, 도 2와 같이, 본 발명의 탄화규소 단결정 성장장치(100)에서 상기 가이드수단(200)의 다공성 흑연인 제1 가이드(210)(의 상단)과 홀더(140)에 부착된 상기 종자정(130) 간의 간격은, 1∼5mm 인 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 2, the seed crystal attached to the first guide 210 (top) and the
예를 들어, 다공성 흑연인 제1 가이드(210)와 종자정(130) 간의 간격이 너무 긴 경우(상기 범위 보다 큰 경우)에는, 다결정이 단결정과 동시에 성장하여 다결정 성장이 증가하는 문제가 있을 수 있다.For example, when the distance between the
반대로, 제1 가이드(210)와 종자정(130) 간의 간격이 너무 짧은 경우(상기 범위 보다 작은 경우), 승화가스의 흐름을 막아 다결정 성장을 유도하거나, 잉곳의 형상제어를 어렵게 하여 오목하게 하거나, 또는 왕관 형태의 잉곳이 성장하는 문제가 발생할 수 있다. Conversely, if the distance between the
예컨대, 고품질의 기판을 얻기 위해서는 성장된 탄화규소 잉곳의 형태는 평평하거나 약간 볼록한 정도가 바람직할 것이다.For example, in order to obtain a high quality substrate, the shape of the grown silicon carbide ingot may be flat or slightly convex.
다음, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명 가이드수단(200)에서 앞에서 설명한 다공성 흑연의 제1 가이드(210)(210')는, 설정된 길이(L)를 갖도록 제공하는 것이다.Next, as shown in Figures 3 and 4, the
이때, 도 3의 다공성 흑연의 제1 가이드(210)와 도 4의 다공성 흑연의 제1 가이드(210')는 그 설정각도(X)(Z)가 다를 뿐, 그 설정길이(L)와는 무관하다.At this time, the
예컨대, 바람직하게는, 상기 다공성 흑연의 상기 제1 가이드(도 3의 210)(도 4의 210')의 설정길이(L)는 5∼10 ㎜로 형성될 수 있다.For example, preferably, the set length L of the first guide (210 in FIG. 3) (210' in FIG. 4) of the porous graphite may be formed to 5 to 10 mm.
예를 들어, 상업적 성장 잉곳의 길이는 알려져 있지 않으나 잉곳 길이는 15~25 ㎜ 일수 있고, 잉곳의 형태는 약간 볼록한 형상을 가질 수 있다.For example, the length of a commercially grown ingot is unknown, but the length of the ingot may be 15 to 25 mm, and the shape of the ingot may have a slightly convex shape.
그런데, 잉곳의 성장시 상기 다공성 흑연의 제1 가이드(210)(210')의 설정 길이(L)가 너무 짧을 경우(상기 범위보다 작은 경우)에는, 초기에 가이드에 다결정이 증착하게 되는데, 이는 단결정보다 다결정의 성장속도가 빠르기 때문에, 성장 잉곳 외각을 침투하여 고품질의 잉곳 제조를 어렵게 할 수 있다..By the way, when the ingot is grown, if the set length L of the
반대로, 상기 다공성 흑연의 제1 가이드(210)(210')의 설정길이(L)를 너무 길게 하면(상기 범위 보다 크게 하면), 다공성 부분을 통하여 외각으로 빠져나가는 승화 가스의 양이 증가하여 잉곳이 볼록해지며, 결과적으로 수율저하 및 잉곳에 스트레스가 발생하여 고품질 잉곳의 제조를 어렵게 할 것이다.Conversely, if the set length (L) of the
다음, 도 3에서는, 본 발명 장치(100)의 상기 가이드수단(200)에서, 수직선(C)을 기준으로 서로 다른 설정각도(경사각도)(X)(Y)를 갖는 제1,2 가이드(210) (220)를 도시하고 있다.Next, in FIG. 3, in the guide means 200 of the
한편, 상기 제1 가이드(210)는 상기 종자정(130)에 인접하고, 상기 제2 가이드(220)는 상기 제1 가이드(210)에 하방으로 연이어 일체로 형성되되, 상기 제2 가이드(220)는, 상기 제1 가이드(210)와 일체로 되는 경사부(222)와 그 하방으로 일체로 된, 도가니(120)의 내면 측의 원통부(224)로 이루어 질 수 있을 것이다.On the other hand, the
즉, 상기 제2 가이드(220)는 도가니(120)의 내측면에 평행한 원통부(224)와, 상기 원통부(224)에서 일체로 경사진 경사부(222)로 이루어 질 수 있다.That is, the
상기 원통부(224)는 도가니(120)에 마주하여 가이드수단(200)의 전체적인 도가니 배치를 견고하게 할 것이고, 상기 경사부(222)는 승화가스의 종자정 안내라는 가이드의 기본 역할을 수행할 것이다.The
이때, 도 4와 같이, 상기 제1 가이드(210)와 제2 가이드(220)의 경사각도(Z)를 모두 수직선(C)을 기준으로 45˚정도로 형성할 수 있다.At this time, as shown in FIG. 4, both the inclination angles Z of the
그러나, 바람직하게는 다공성 흑연의 제1 가이드(210)와 고밀도 흑연의 제2 가이드(220)의 복합구조인 본 발명의 가이드수단(200)의 사용시, 상기 제1 가이드(210) 및 제2 가이드(220)의 경사부(222)는 수직선 기준으로 각각 서로 다른 설정각도(경사각도)(X)(Y)를 갖도록 하는 것이다.However, preferably when using the guide means 200 of the present invention, which is a composite structure of the
더 바람직하게는, 수직선(C)을 기준으로 상기 다공성 흑연의 제1 가이드 (210)의 설정각도(경사각도)(X)를 상기 고밀도 흑연의 제2 가이드(220)의 경사부(222)의 설정각도(경사각도)(Y) 보다 더 작게하는 형성하는 것일 수 있다.More preferably, the set angle (inclination angle) X of the
이 경우, 제1 가이드(210)를 통하여 외각으로 빠져나가는 승화가스의 양을 최소화 할 수 있기 때문에, 결과적으로 다결정 증착을 감소시킬 것이다.In this case, since the amount of sublimation gas escaping to the outer shell through the
예를 들어, 바람직하게는 도 3과 같이, 상기 다공성 흑연의 제1 가이드(210)는 수직선(C)을 기준으로 10˚이하의 각도(X)로 경사지게 하고, 상기 제2 가이드(220)의 경사부(222)는 수직선(C)을 기준으로 30∼45˚의 각도(Y)로 경사지게 하는 것이다.For example, preferably, as shown in Figure 3, the
예컨대, 상기 제1 가이드(210)의 경사각도(X)가 상기 범위 보다 크면(10˚보다 크면) 승화 가스가 외각으로 빠져 나가는 양이 많아저, 수율을 낮아지게 할 것이다.For example, if the inclination angle (X) of the
그리고, 상기 제2 가이드(220)의 경사부(222)의 각도(Y)가 상기 범위 보다 크면(그 경사도가 너무 급격하면), 분말에서 승화되는 가스를 종자정으로 온전하게 모아서 효율적으로 안내하기 어렵게 되고, 반대로 상기 범위 보다 낮으면, 가이드에서 다결정이 성장될 가능성이 있다.And, if the angle (Y) of the
다음, 이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예와 비교예들을 설명한다. 물론, 이는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 반드시 본 실시예로만 한정되는 것은 아님은 당연하다.Next, specific examples and comparative examples of the present invention will be described below. Of course, this is only one preferred embodiment of the present invention, and it is natural that it is not necessarily limited to this embodiment.
[실시예][Example]
실시예에서는, 도가니(120) 내부에 배치되는, 밀도가 1∼1.4 g/㎤ 인 다공성 흑연의 제1 가이드(210)와 밀도가 1.70∼1.90 g/㎤ 인 고밀도 흑연의 제2 가이드(220)가 복합된 가이드수단(200)을 설치한 도 1에서 설명한 본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장장치(100)를 사용하여 탄화규소 단결정을 성장시켰다. 제1 가이드(210)와 종자정(130)간 간격은 2mm로 하였다. 이때, 탄화규소 단결정의 성장 방법은 다음과 같다.In an embodiment, a
먼저, 종자정(130)으로 4H-SiC 시드(seed)를 사용하였다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 탄화규소 단결정의 성장이 가능하기만 하다면, 다양한 종류의 종자정(3C-SiC, 15R-SiC 등)을 사용할 수 있다. First, a 4H-SiC seed was used as the
그리고, 종자정(130)으로 직경 4인치의 원형상의 종자정을 사용하였다. 종자정의 직경은, 도가니 크기에 따라 적절히 조절될 수 있다. And, as the
이후, 카본 페이스트를 접착제로 하여, 종자정 홀더상에 종자정을 부착하였다. 다만, 접착 수단은 카본 페이스트 뿐 아니라, 슈가(sugar), 포토레지스트 등 종자정 홀더(140)의 상면에 종자정를 부착시킬 수 있는 다양한 접착제를 사용하여도 무방하다.Thereafter, the seed paste was attached to the seed crystal holder using the carbon paste as an adhesive. However, the adhesive means may be used not only carbon paste, but also various adhesives capable of attaching seed crystals to the top surface of the
이어서, 종자정이 부착된 종자정 홀더(140)를 성장장치 내로 장입하여 도가니(120)의 상측(천장측) 내부에 장착하였다. 그리고, 도가니(120)의 내부에 탄화규소 단결정 원료(110), 예를 들어 SiC 분말을 장입하였다. 이후, 1400℃의 온도와 진공압력으로 3시간 동안 가열하여 도가니에 포함된 불순물을 제거하였다.Subsequently, the
다음, 불활성 아르곤가스(Ar)를 주입하여 도가니(120)의 내부 및 도가니(120)와 단열재(150)사이에 남아있는 공기를 제거하였다. 그리고, 압력을 대기압으로 높인 후, 가열수단(170)을 이용하여 도가니(120)를 약 2,200 ℃로 가열하였다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정의 발생을 방지하기 위함이다.Next, inert argon gas (Ar) was injected to remove air remaining inside the
대기압을 유지하면서 단결정 원료(110)를 성장 온도인 2,200∼2,400℃까지 승온시켰다. 이후, 성장장치 내부를 30mbar로 감압하여 성장압력으로 유지시키면서, 단결정 원료를 승화시켜 단결정을 성장시켰다. The single crystal
한편, 성장된 단결정 사진을 도 6에서 나타내고 있다. 도 6에서 알 수 있듯이 다결정 성장없이, 고품질의 탄화규소 단결정이 성장된 것을 알 수 있다. Meanwhile, the grown single crystal photograph is shown in FIG. 6. As can be seen in FIG. 6, it can be seen that high-quality silicon carbide single crystals were grown without polycrystalline growth.
또한, 도 6과 같이, 도가니 내부 가이드(수단)에도 다결정의 증착이 전혀 없으며, 승화 가스에 의한 가이드의 손상이 일부 있으나 그 형태를 유지하여, 단결정 외각에 다결정의 형성이 없는 평평한 형태의 잉곳 성장을 유도하였음을 알 수 있다.In addition, as shown in FIG. 6, there is no deposition of polycrystalline in the crucible inner guide (means), and there is some damage to the guide due to sublimation gas, but maintains its shape, so that the ingot growth of a flat shape without the formation of polycrystals on the outside of the single crystal It can be seen that induction.
[비교예 1][Comparative Example 1]
비교예 1은 도 1에서 도가니(120)의 내부에 밀도 1.8 g/㎤ 및, 5% 미만 범위의 작은 공극률을 갖는 다공성 흑연의 가이드(200)를 설치한 탄화규소 단결정 성장장치(100)를 사용한 점을 제외하고는, 앞에서 설명한 실시예와 같은 방법으로 탄화규소 단결정을 성장시켰다.Comparative Example 1 uses a silicon carbide single
비교예 1의 성장된 단결정의 사진을 도 7에서 나타내었다. 도 7에서 알 수 있듯이, 성장된 단결정 외각에 다결정이 일부 성장한 것을 알 수 있다. 이는 가이드에 내부에 다결정이 증착하고, 성장한 잉곳과 가이드 내부에 형성된 다결정이 만나게 되고, 다결정의 성장 속도가 단결정 성장 속도 보다 빠르기 때문에 잉곳 외각에 다결정을 형성한 결과이다. A photograph of the grown single crystal of Comparative Example 1 is shown in FIG. 7. As can be seen in FIG. 7, it can be seen that some of the polycrystals grew on the outer side of the grown single crystal. This is a result of forming polycrystals on the outside of the ingot because polycrystals are deposited on the guides, the ingots grown and the polycrystals formed on the guides meet, and the growth rate of the polycrystals is faster than the single crystal growth rate.
[비교예 2][Comparative Example 2]
비교예 2는 도 1에서 도가니(120) 내부에 밀도가 1∼1.4 g/㎤ 인 다공성 흑연으로만 된 가이드(200)가 설치된 탄화규소 단결정 성장장치(100)를 사용한 점을 제외하고는, 상기 실시예와 같은 방법으로 탄화규소 단결정을 성장시켰다.In Comparative Example 2, except that the silicon carbide single
한편, 성장된 단결정 사진을 도 8에서 나타내었다. 도 8에서 알 수 있듯이, 다결정의 성장 없이 단결정이 성장하였으나, 승화된 단결정 성장에 기여하지 못하고 외각으로 빠져나가 볼록한 형상의 잉곳이 성장한 것을 알 수 있었다. 또한, 장시간 성장시 가이드가 손상된 것을 확인 할 수 있었다.Meanwhile, the grown single crystal photograph is shown in FIG. 8. As can be seen in FIG. 8, the single crystal grew without polycrystalline growth, but it did not contribute to the sublimated single crystal growth, and it was found that the convex-shaped ingot grew out of the outer shell. In addition, it was confirmed that the guide was damaged during long-term growth.
[비교예 3][Comparative Example 3]
비교예 3은 도 1에서 도가니(120)의 내부에 밀도 1 g/㎤, 및 85%의 공극률을 갖는 다공성 흑연의 가이드(200)가 설치된 탄화규소 단결정 성장장치(100)를 사용한 점을 제외하고는, 상기 실시예와 같은 방법으로 탄화규소 단결정을 성장시켰다.Comparative Example 3 except that the silicon carbide single
예를 들어, 성장된 단결정의 사진을 도 9에 나타내었다. 도 9에서 알 수 있듯이, 성장된 단결정 외각 뿐 아니라, 단결정 상에 다결정이 많이 성장한 것을 알 수 있었다. 또한, Si 승화가스와 공극률이 큰 가이드간 반응으로 가이드가 손상된 것을 확인 할 수 있었다.For example, a photograph of the grown single crystal is shown in FIG. 9. As can be seen in Figure 9, it was found that not only the grown single crystal outer shell, but also a large number of polycrystals grew on the single crystal. In addition, it was confirmed that the guide was damaged by the reaction between the Si sublimation gas and the guide having a large porosity.
예를 들어, 도 8의 좌측 사진은 단결정 성장시 사용한 가이드의 초기 형상을 보여준다. 도 8의 가운데 사진에서, 단결정 성장 중 발생한 가이드의 손상으로 인해 정상적인 단결정 잉곳 성장이 이루어지지 못한 것을 알 수 있다. 도 8의 오른쪽 사진은, 성장이 지속됨에 따라, 가이드 전체가 손상되었고, 그 잔여물이 탄화규소 분말 상부에 남아있는 모습을 보여주고 있다.For example, the photo on the left in FIG. 8 shows the initial shape of the guide used for single crystal growth. In the middle photograph of FIG. 8, it can be seen that normal single crystal ingot growth was not achieved due to damage to the guide generated during single crystal growth. The photo on the right in FIG. 8 shows that as the growth continued, the entire guide was damaged, and the residue remained on top of the silicon carbide powder.
이에 따라서, 지금까지 설명한 본 발명 탄화규소 단결정 성장장치(100)는, 도가니 내부의 가이드(200)의 재질이나 여러 구조 개선을 통한 최적화 설계를 반영한 것이다.Accordingly, the silicon carbide single
따라서, 본 발명의 경우, 도가니 내부 가이드에 다결정 증착이 없으며, 승화 가스에 의한 가이드의 손상은 일부 있을 수 있으나 그 형태를 유지하여, 단결정 외각에 다결정의 형성이 없는 평평한 형태의 잉곳 성장을 가능하게 하는 것이다.Therefore, in the case of the present invention, there is no polycrystalline deposition on the crucible inner guide, and there may be some damage to the guide by the sublimation gas, but it maintains its shape, enabling flat ingot growth without the formation of polycrystals on the outside of the single crystal. Is to do.
결과적으로 본 발명은 SiC 단결정 성장시, 다결정의 성장이 없고, 궁극적으로 고품질의 탄화규소 단결정 성장을 가능하게 하는 효과를 제공하는 것이다.As a result, the present invention provides an effect that enables growth of SiC single crystal, no polycrystalline growth, and ultimately enables high quality silicon carbide single crystal growth.
또한, 본 발명의 경우 다결정이 없으면서 승화가스가 외각으로 빠져나가는 양도 줄여, 궁극적으로 수율도 높이는 것이다.In addition, in the case of the present invention, the amount of sublimation gas escaping to the outer shell without polycrystalline is also reduced, ultimately increasing the yield.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. Therefore, the embodiments disclosed in the present specification and drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to describe the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical spirits within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100.... 탄화규소 단결정 성장장치
110.... 단결정 원료
120.... 도가니
130.... 탄화규소 종자정
140.... 종자정 홀더
150.... 단열재
160.... 석영관
170.... 가열수단
200.... 가이드수단
210.... 제1 가이드
220.... 제2 가이드
222.... 제2 가이드의 경사부
224.... 제2 가이드의 원통부
L.... 제1 가이드의 설정길이
X.... 제1 가이드의 수직선 상 설정각도
Y.... 제2 가이드(경사부)의 수직선 상 설정각도100....silicon carbide single
120....
140....
160....
200.... Guide means 210.... 1st guide
220....
224....cylindrical part of the second guide
L....Setting length of the first guide
X.... Set angle on the vertical line of the first guide
Y.... Set angle on the vertical line of the second guide (inclined part)
Claims (12)
상기 도가니의 상부측에 제공되는 종자정; 및,
상기 도가니의 내측으로 상기 종자정과 이격되어 제공되는 가이드수단;
을 포함하여 구성되고,
상기 가이드수단은 상기 종자정 측의 제1 가이드와 상기 제1 가이드에 일체로 형성된 제2 가이드를 포함하되, 상기 제1 가이드는 적어도 상기 제2 가이드 보다 공극율이 더 높은 흑연으로 형성된 탄화규소 단결정 성장장치.
A crucible in which raw materials are charged and heated inside;
Seed crystals provided on the upper side of the crucible; And,
Guide means provided spaced apart from the seed crystal inside the crucible;
It comprises,
The guide means includes a first guide on the seed crystal side and a second guide integrally formed on the first guide, wherein the first guide is at least a silicon carbide single crystal growth formed of graphite having a higher porosity than the second guide Device.
상기 제1 가이드는 밀도가 1∼1.4 g/㎤ 인 다공성 흑연으로 형성되고,
상기 제2 가이드는 밀도가 1.70∼1.90 g/㎤ 인 고밀도 흑연으로 형성된 탄화규소 단결정 성정장치.
According to claim 1,
The first guide is formed of porous graphite having a density of 1 to 1.4 g/cm 3,
The second guide is a silicon carbide single crystal forming apparatus formed of high density graphite having a density of 1.70 to 1.90 g/cm 3.
상기 제1 가이드의 다공성 흑연과 제2 가이드의 고밀도 흑연은 순도가 99% 이상인 탄화규소 단결정 성정장치. According to claim 2,
The porous graphite of the first guide and the high-density graphite of the second guide are silicon carbide single crystal crystallizers having a purity of 99% or more.
상기 도가니의 상부측에 제공되는 종자정; 및,
상기 도가니의 내측으로 상기 종자정과 이격되어 제공되는 가이드수단;
을 포함하여 구성되고,
상기 가이드수단은 상기 종자정 측의 제1 가이드와 상기 제1 가이드에 일체로 형성된 제2 가이드를 포함하되, 상기 제1 가이드는 설정된 길이(L)를 갖는 탄화규소 단결정 성장장치.
A crucible in which raw materials are charged and heated inside;
Seed crystals provided on the upper side of the crucible; And,
Guide means provided spaced apart from the seed crystal inside the crucible;
It comprises,
The guide means includes a first guide on the seed crystal side and a second guide integrally formed on the first guide, wherein the first guide is a silicon carbide single crystal growth apparatus having a set length (L).
상기 제1 가이드는 다공성 흑연으로 형성되고, 상기 제2 가이드는 고밀도 흑연으로 형성되되, 상기 제1 가이드의 설정길이(L)는 5∼10 ㎜ 인 탄화규소 단결정 성장장치.
According to claim 4,
The first guide is formed of porous graphite, the second guide is formed of high-density graphite, the set length (L) of the first guide is a silicon carbide single crystal growth apparatus of 5 to 10 mm.
상기 도가니의 상부측에 제공된 종자정; 및,
상기 도가니의 내측으로 상기 종자정과 이격되어 제공되는 가이드수단;
을 포함하여 구성되고,
상기 가이드수단은 상기 종자정 측의 제1 가이드와 상기 제1 가이드에 일체로 형성된 제2 가이드를 포함하되, 상기 제1,2 가이드는 서로 다른 설정각도(X)(Y)를 갖는 탄화규소 단결정 성장장치.
A crucible in which raw materials are charged and heated inside;
Seed seeds provided on the upper side of the crucible; And,
Guide means provided spaced apart from the seed crystal inside the crucible;
It comprises,
The guide means includes a first guide on the seed crystal side and a second guide integrally formed on the first guide, wherein the first and second guides are silicon carbide single crystals having different set angles (X)(Y). Growth device.
상기 제1 가이드는 다공성 흑연으로 형성되고, 상기 제2 가이드는 고밀도 흑연으로 형성되되, 상기 제1 가이드는 수직선을 기준으로 10˚이하의 각도(X)로 경사지고, 상기 제2 가이드는 수직선을 기준으로 30∼45˚의 각도(Y)로 경사진 탄화규소 단결정 성장장치.
The method of claim 6,
The first guide is formed of porous graphite, the second guide is formed of high-density graphite, the first guide is inclined at an angle (X) of 10 degrees or less relative to the vertical line, and the second guide is a vertical line. A silicon carbide single crystal growth device inclined at an angle (Y) of 30 to 45˚ as a standard.
상기 다공성 흑연의 제1 가이드와 종자정 간의 간격은 1∼5㎜인 탄화규소 단결정 성장장치.
The method of any one of claims 2, 5, and 7,
The silicon carbide single crystal growth apparatus having a spacing between the first guide and the seed crystal of the porous graphite is 1 to 5 mm.
상기 제1 가이드는 밀도가 1∼1.4 g/㎤ 인 다공성 흑연으로 형성되고,
상기 제2 가이드는 밀도가 1.70∼1.90 g/㎤ 인 고밀도 흑연으로 형성된 탄화규소 단결정 성장장치.
The method of claim 5 or 7,
The first guide is formed of porous graphite having a density of 1 to 1.4 g/cm 3,
The second guide is a silicon carbide single crystal growth apparatus formed of high density graphite having a density of 1.70 to 1.90 g/cm 3.
상기 가이드수단의 제2 가이드는, 상기 제1 가이드의 하방으로 일체로 형성된 경사부; 및,
상기 경사부의 하방에 일체로 형성되고 상기 도가니 내면 측의 원통부;
로 이루어진 탄화규소 단결정 성장장치.
The method according to any one of claims 1, 4, and 6,
The second guide of the guide means includes an inclined portion integrally formed below the first guide; And,
A cylindrical portion integrally formed below the inclined portion and on the inner surface side of the crucible;
Silicon carbide single crystal growth device consisting of.
상기 제2 가이드의 경사부는 수직선을 기준으로 30∼45˚의 각도(Y)로 경사진 탄화규소 단결정 성장장치.
The method of claim 10,
The inclined portion of the second guide is a silicon carbide single crystal growth apparatus inclined at an angle (Y) of 30 to 45˚ based on a vertical line.
상기 도가니의 상부측으로 상기 종자정이 부착토록 제공되는 종자정 홀더;
상기 도가니를 둘러싸는 단열재와 그 외측의 석영관; 및,
상기 석영관 외측으로 도가니를 가열토록 제공된 가열수단;
을 더 포함하는 탄화규소 단결정 성정장치.The method according to any one of claims 1, 4, and 6,
A seed crystal holder provided with the seed crystal attached to an upper side of the crucible;
An insulating material surrounding the crucible and a quartz tube outside the crucible; And,
Heating means provided to heat the crucible out of the quartz tube;
Silicon carbide single crystal forming apparatus further comprising a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180163848A KR102202447B1 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Growth device for silicon carbide single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180163848A KR102202447B1 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Growth device for silicon carbide single crystal |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20200075954A true KR20200075954A (en) | 2020-06-29 |
KR102202447B1 KR102202447B1 (en) | 2021-01-14 |
KR102202447B9 KR102202447B9 (en) | 2022-05-10 |
Family
ID=71401259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180163848A KR102202447B1 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Growth device for silicon carbide single crystal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102202447B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11339497B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-05-24 | Senic Inc. | Silicon carbide ingot manufacturing method and silicon carbide ingot manufactured thereby |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008280206A (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Single crystal growing apparatus |
JP2010248039A (en) * | 2009-04-16 | 2010-11-04 | Bridgestone Corp | Apparatus and method for producing silicon carbide single crystal |
KR20130064649A (en) * | 2011-12-08 | 2013-06-18 | 엘지이노텍 주식회사 | Apparatus for fabricating ingot |
KR101744287B1 (en) | 2015-12-17 | 2017-06-08 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Growth device for silicon carbide single crystal |
-
2018
- 2018-12-18 KR KR1020180163848A patent/KR102202447B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008280206A (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Single crystal growing apparatus |
JP2010248039A (en) * | 2009-04-16 | 2010-11-04 | Bridgestone Corp | Apparatus and method for producing silicon carbide single crystal |
KR20130064649A (en) * | 2011-12-08 | 2013-06-18 | 엘지이노텍 주식회사 | Apparatus for fabricating ingot |
KR101744287B1 (en) | 2015-12-17 | 2017-06-08 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Growth device for silicon carbide single crystal |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11339497B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-05-24 | Senic Inc. | Silicon carbide ingot manufacturing method and silicon carbide ingot manufactured thereby |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102202447B1 (en) | 2021-01-14 |
KR102202447B9 (en) | 2022-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3961750B2 (en) | Single crystal growth apparatus and growth method | |
US20120285370A1 (en) | Sublimation growth of sic single crystals | |
US20110107961A1 (en) | Single crystal manufacturing device and manufacturing method | |
TWI750628B (en) | SIC WAFER, PREPERATION METHOD OF SiC WAFER | |
JP2007204309A (en) | Single crystal growth device and single crystal growth method | |
KR101744287B1 (en) | Growth device for silicon carbide single crystal | |
EP0954623B1 (en) | Silicon carbide monocrystal growth | |
JP2011098870A (en) | APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL | |
JP5012655B2 (en) | Single crystal growth equipment | |
JP2004099340A (en) | Seed crystal for silicon carbide single crystal growth, silicon carbide single crystal ingot and method of manufacturing the same | |
JP4459211B2 (en) | Single crystal growth apparatus and growth method | |
US6261363B1 (en) | Technique for growing silicon carbide monocrystals | |
JPH08295595A (en) | Device for growing single crystal | |
JP5293732B2 (en) | Method for producing silicon carbide single crystal | |
JP4926655B2 (en) | Graphite crucible for silicon carbide single crystal growth and silicon carbide single crystal manufacturing apparatus | |
KR102202447B1 (en) | Growth device for silicon carbide single crystal | |
JP2010076990A (en) | Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal | |
JP6829767B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing equipment for SiC raw materials for SiC crystal growth | |
KR102192815B1 (en) | Method for Manufacturing Ingot, material for Ingot growing and preparation method of the same | |
JP6856705B2 (en) | Ingot manufacturing equipment and method for manufacturing silicon carbide single crystal ingots using this | |
JP2008280206A (en) | Single crystal growing apparatus | |
TWI707992B (en) | Method and device for pulling single crystal and silicon semiconductor wafer | |
KR20130066976A (en) | Single crystal growth apparatus and method | |
KR20130083654A (en) | Growing apparatus for single crystal | |
WO2022045291A1 (en) | Sic polycrystal manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |