KR20210140963A - Single crystal growth apparatus - Google Patents

Single crystal growth apparatus Download PDF

Info

Publication number
KR20210140963A
KR20210140963A KR1020200057844A KR20200057844A KR20210140963A KR 20210140963 A KR20210140963 A KR 20210140963A KR 1020200057844 A KR1020200057844 A KR 1020200057844A KR 20200057844 A KR20200057844 A KR 20200057844A KR 20210140963 A KR20210140963 A KR 20210140963A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crucible
raw material
single crystal
storage unit
material storage
Prior art date
Application number
KR1020200057844A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이성수
류제빈
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 KR1020200057844A priority Critical patent/KR20210140963A/en
Publication of KR20210140963A publication Critical patent/KR20210140963A/en

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
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to 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
    • C30B15/10—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
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

The present invention relates to a single crystal growing device and a single crystal growing method using the same. The single crystal growing device according to an embodiment of the present invention includes: a chamber; a crucible placed inside the chamber and containing a molten solution; and an insulating member disposed on the outer circumferential surface of the crucible, wherein a raw material storage unit is formed on the sidewall of the crucible.

Description

단결정 성장 장치{SINGLE CRYSTAL GROWTH APPARATUS}Single crystal growth apparatus {SINGLE CRYSTAL GROWTH APPARATUS}

본 발명은 단결정 성장 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 핫 존 손상을 최소화하는 단결정 성장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a single crystal growth apparatus, and more particularly, to a single crystal growth apparatus that minimizes damage to a hot zone.

실리콘 카바이드(SiC) 단결정은 내마모성 등의 기계적 강도와 내열성 및 내부식성이 우수하여 반도체, 전자, 자동차, 기계 분야 등의 부품소재로 많이 사용되고 있다.Silicon carbide (SiC) single crystal has excellent mechanical strength such as abrasion resistance, heat resistance and corrosion resistance, and thus is widely used as a component material in semiconductor, electronics, automobile, and mechanical fields.

실리콘 카바이드 단결정 성장 방법으로는, 탄소와 실리카를 섭씨 2000도 이상의 고온 전기로에서 반응시키는 애치슨 방법, 화학적 기상 증착법, 실리콘 카바이드를 원료로 하여 섭씨 2000도 이상의 고온에서 승화시켜 단결정을 성장시키는 승화법, 결정 인상법(crystal pulling method)을 응용한 용융액법 등이 있다.Silicon carbide single crystal growth methods include the Acheson method in which carbon and silica are reacted in an electric furnace at a high temperature of 2000 degrees Celsius or higher, the chemical vapor deposition method, the sublimation method in which silicon carbide is sublimed at a high temperature of 2000 degrees Celsius or more to grow single crystals, and crystal There is a melt method using the crystal pulling method.

그러나 애치슨 방법은 고순도의 실리콘 카바이드 단결정을 얻기가 매우 어렵고, 화학적 기상 증착법은 박막 수준으로 두께가 제한되는 문제가 있다. 승화법 역시 일반적으로 섭씨 2400도 이상의 고온에서 이루어지고, 마이크로 파이프 및 적층 결함과 같은 여러 결함이 발생할 가능성이 많아 생산 단가적 측면에서 한계가 있는바, 상기와 같은 한계가 없는 용융액법으로, 실리콘 카바이드 용융액법에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.However, the Acheson method has a problem in that it is very difficult to obtain a high-purity silicon carbide single crystal, and the chemical vapor deposition method is limited in thickness to a thin film level. The sublimation method is also generally performed at a high temperature of 2400 degrees Celsius or more, and there is a limit in terms of production cost due to the high possibility of various defects such as micropipes and stacking defects. Research on the melt method is continuously being made.

실리콘 카바이드 용융액법은 도가니에 담긴 실리콘, 탄소가 포함된 액상의 원료에서 고상의 단결정을 뽑아내는 방법이다. 단결정 성장에 영향을 미치는 주요 요소 중 온도는 단결정의 석출 구동력을 좌우할 뿐만 아니라 용융액 내의 원료 농도, 용융액의 순환에도 영향을 미치기 때문에 도가니 내 용융액의 온도 제어는 단결정 성장에 영향을 미치는 중요한 요인이다.The silicon carbide melt method is a method of extracting a solid single crystal from a liquid raw material containing silicon and carbon contained in a crucible. Among the major factors affecting single crystal growth, temperature not only affects the precipitation driving force of single crystals, but also affects the concentration of raw materials in the melt and the circulation of the melt, so temperature control of the melt in the crucible is an important factor affecting the growth of single crystals.

특히, 용융액법은 액상 금속을 활용하는 특성상, 탄소의 제한된 용해도로 인해 온도 조건에 더욱 민감하며, 실제로 실리콘 카바이드 단결정이 석출 및 성장되는 조건에서는, 약간의 온도 변화만으로도 석출 및 성장 양상이 급격하게 변화하여 공정 에러가 발생하기도 한다.In particular, the melt method is more sensitive to temperature conditions due to the limited solubility of carbon due to the nature of using liquid metal. This may lead to process errors.

또한, 단결정 성장 공정이 진행됨에 따라 도가니를 중심으로 공정 환경이 크게 변할 수 있다. 처음에는 안정적인 공정 환경 조건에서 출발하더라도 장시간 지난 후에는 불안정한 공정 환경 조건으로 변할 수 있다. 이러한 불안정한 공정 환경에 영향을 미치는 요소 중 하나가 액상의 금속 용액이 도가니 내벽을 타고 오르는 현상이다. 금속 용액은 그라파이트 도가니와 특유의 젖음성을 갖고 중력 반대 방향으로 타고 오를 수 있다.In addition, as the single crystal growth process proceeds, the process environment may be greatly changed around the crucible. Even if it starts from a stable process environment condition, it may change to an unstable process environment condition after a long period of time. One of the factors affecting the unstable process environment is the phenomenon in which the liquid metal solution climbs up the inner wall of the crucible. Metal solutions have unique wettability with graphite crucibles and can ride up in the opposite direction of gravity.

금속 용액이 도가니 내벽을 타고 오르면, 도가니 표면이 금속막으로 코팅되는 문제가 있고, 도가니 주변을 둘러싼 단열재와 금속 용액이 접촉하면 단열재 성능이 떨어질 수 있다. 따라서, 이러한 문제 해결을 위해 금속 용액의 젖음성을 낮추는 방법을 개발할 필요성이 있다.When the metal solution climbs up the inner wall of the crucible, there is a problem that the surface of the crucible is coated with a metal film, and when the metal solution and the insulating material surrounding the crucible come into contact, the performance of the insulating material may deteriorate. Therefore, there is a need to develop a method for lowering the wettability of a metal solution to solve this problem.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 핫 존 손상을 최소화하는 단결정 성장 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a single crystal growth apparatus that minimizes damage to a hot zone.

다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to the above problems and may be variously expanded within the scope of the technical idea included in the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치는 챔버, 상기 챔버 내부에 위치하고, 용융액을 담는 도가니, 및 상기 도가니 외주면에 배치되는 단열부재를 포함하고, 상기 도가니 측벽에는 원료 저장부가 형성된다.A single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention includes a chamber, a crucible disposed inside the chamber, and a crucible containing a molten solution, and a heat insulating member disposed on an outer circumferential surface of the crucible, and a raw material storage unit is formed on the sidewall of the crucible.

상기 원료 저장부는 상기 용융액과 만나 반응하는 원료를 구비할 수 있다.The raw material storage unit may include a raw material that meets and reacts with the melt.

상기 원료 저장부가 위치하는 상기 도가니 측벽 부분의 높이는, 상기 도가니 내에 담겨 있는 용융액의 상부면보다 높을 수 있다.The height of the side wall portion of the crucible where the raw material storage unit is located may be higher than the upper surface of the molten solution contained in the crucible.

상기 원료 저장부는 상기 도가니 측벽 내면에 형성된 홈 구조일 수 있다.The raw material storage unit may have a groove structure formed on an inner surface of a side wall of the crucible.

상기 원료 저장부는 상기 도가니 측벽 외면에 형성된 홈 구조일 수 있다.The raw material storage unit may have a groove structure formed on an outer surface of the sidewall of the crucible.

상기 원료 저장부는 상기 도가니 측벽 상부면에 형성된 홈 구조일 수 있다.The raw material storage unit may have a groove structure formed on an upper surface of the side wall of the crucible.

상기 원료 저장부는 상기 도가니 측벽 외면에서 상기 단열부재를 향해 돌출된 구조물 내에 형성될 수 있다.The raw material storage unit may be formed in a structure protruding toward the heat insulating member from the outer surface of the side wall of the crucible.

상기 원료 저장부는, 상기 도가니 측벽 상단에 위치하는 저장부재에 포함되며, 상기 저장부재는 상기 도가니 측벽 상단과 결합할 수 있다.The raw material storage unit may be included in a storage member positioned at an upper end of the side wall of the crucible, and the storage member may be coupled to the upper end of the side wall of the crucible.

상기 원료 저장부는 상기 저장부재 내면에 형성된 홈 구조일 수 있다.The raw material storage unit may have a groove structure formed on an inner surface of the storage member.

상기 단열부재는 상기 도가니 아래 위치하는 받침부, 상기 받침부 가장자리에서 위로 연장되는 측면 단열부재 및 상기 측면 단열부재 상단을 덮는 가로막이 부재를 포함하고, 상기 단결정 성장 장치는 상기 가로막이 부재를 관통하는 풀링 샤프트를 더 포함할 수 있다.The heat insulating member includes a supporting part positioned below the crucible, a side insulating member extending upward from the edge of the supporting part, and a diaphragm member covering an upper end of the lateral insulating member, and the single crystal growth apparatus passes through the diaphragm member It may further include a pulling shaft.

실시예들에 따르면, 도가니 측벽에 원료 저장부를 구비함으로써 금속 용액이 도가니 내벽을 타고 오르더라도 원료 저장부에 저장된 물질과 반응하여 도가니 외부로 금속 용액이 흘러나가는 것을 방지할 수 있다.According to embodiments, by providing the raw material storage unit on the sidewall of the crucible, it is possible to prevent the metal solution from flowing out of the crucible by reacting with the material stored in the raw material storage unit even if the metal solution climbs up the inner wall of the crucible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 단결정 성장 장치에서 원료 저장부의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 단결정 성장 장치에서 원료 저장부의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 단결정 성장 장치에서 원료 저장부의 제3 변형예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 단결정 성장 장치에서 원료 저장부의 제4 변형예를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a first modified example of a raw material storage unit in the single crystal growth apparatus of FIG. 1 .
FIG. 3 is a view showing a second modified example of a raw material storage unit in the single crystal growth apparatus of FIG. 1 .
FIG. 4 is a view showing a third modified example of a raw material storage unit in the single crystal growth apparatus of FIG. 1 .
FIG. 5 is a diagram illustrating a fourth modified example of a raw material storage unit in the single crystal growth apparatus of FIG. 1 .

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are given to the same or similar elements throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 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.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of description, the thickness of some layers and regions are exaggerated.

또한, 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. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. In addition, to be "on" or "on" the reference portion means to be located above or below the reference portion, and to necessarily mean to be located "on" or "on" in the direction opposite to gravity no.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, when referring to "planar", it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section" means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 성장 장치는, 용융액법을 이용한 단결정 성장 장치로서, 챔버(1000), 챔버(1000) 내부에 배치되는 도가니(200), 도가니(200)의 측벽에 형성된 원료 저장부(210), 도가니(200)의 높이 방향을 따라 연장될 수 있는 풀링 샤프트(400), 및 풀링 샤프트(400)와 연결된 시드축(410), 시드축(410) 단부에 위치하는 시드 홀더(420)를 포함한다. 시드 홀더(420)에는 실리콘 카바이드 종결정이 접합되어 있고, 풀링 샤프트(400)에 연결된 시드축(410)을 하강시켜 상기 실리콘 카바이드 종결정과 용융액(100)이 닿게 하여 단결정을 성장시킬 수 있다.Referring to FIG. 1 , a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention is a single crystal growth apparatus using a melt method, and a chamber 1000, a crucible 200 disposed inside the chamber 1000, and the crucible 200 The raw material storage unit 210 formed on the side wall, the pulling shaft 400 that can extend along the height direction of the crucible 200, and the seed shaft 410 connected to the pulling shaft 400, the seed shaft 410 at the end and a seed holder 420 positioned thereon. A silicon carbide seed crystal is bonded to the seed holder 420 , and the seed shaft 410 connected to the pulling shaft 400 is lowered so that the silicon carbide seed crystal and the melt 100 come into contact with each other to grow a single crystal.

시드축(410)은 고온의 금속 용융이 일어나는 부위에서 안정성을 확보하기 위해 세라믹 소결체를 사용할 수 있다.The seed shaft 410 may use a ceramic sintered body to secure stability in a region where high-temperature metal melting occurs.

도가니(200)는 상측이 개방된 용기 형태일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 실리콘 카바이드 단결정을 형성하기 위한 어떠한 형태로도 가능하다. 도가니(200)에는 실리콘 카바이드 성장에 주입되는 용융 원료가 장입(charging)되어 수용될 수 있다.The crucible 200 may be in the form of a container with an open upper side. However, the present invention is not limited thereto, and any shape for forming a silicon carbide single crystal is possible. The crucible 200 may be accommodated in a molten raw material injected for silicon carbide growth is charged (charging).

도가니(200)를 가열시키면, 도가니(200) 내부에 담긴 용융액(100)은 탄소(C), 실리콘(Si)을 포함하는 용융액(100)으로 변하게 되며, 계속하여 도가니(200)를 가열시켜 용융액(100)이 과포화 상태가 되면, 용융액(100)과 접촉하는 실리콘 카바이드 종결정 상에 실리콘 카바이드 단결정이 성장될 수 있다.When the crucible 200 is heated, the melt 100 contained in the crucible 200 is changed to a melt 100 containing carbon (C) and silicon (Si), and the crucible 200 is continuously heated to the melt. When (100) becomes a supersaturated state, a silicon carbide single crystal may be grown on a silicon carbide seed crystal in contact with the melt 100 .

풀링 샤프트(400)는 도가니(200)에 담긴 용융액(100)으로 실리콘 카바이드 종결정을 주입하는 역할을 한다. 풀링 샤프트(400)가 시드축(410)에 연결되고, 시드축(410)의 단부에는 시드 홀더(420)가 형성되어 실리콘 카바이드 종결정이 연결될 수 있다. 풀링 샤프트(400)의 상하 이동을 통하여 실리콘 카바이드 종결정이 도가니(200) 내부로 이동될 수 있다. 풀링 샤프트(400)는 도가니(200)의 높이 방향을 따라 연장된 원기둥 형상이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 시드축(410)은 고온의 금속 용융이 일어나는 부위에서 안정성을 확보하기 위해 세라믹 소결체를 사용할 수 있다.The pulling shaft 400 serves to inject the silicon carbide seed crystals into the melt 100 contained in the crucible 200 . The pulling shaft 400 is connected to the seed shaft 410 , and a seed holder 420 is formed at an end of the seed shaft 410 to connect the silicon carbide seed crystals. The silicon carbide seed crystal may be moved into the crucible 200 through the vertical movement of the pulling shaft 400 . The pulling shaft 400 has a cylindrical shape extending along the height direction of the crucible 200 , but is not limited thereto. The seed shaft 410 may use a ceramic sintered body to secure stability in a region where high-temperature metal melting occurs.

본 실시예에 따르면, 단열부재가 도가니(200)의 외주면에 배치될 수 있다. 단열부재는, 도가니(200)에서 방출되는 열을 차단하는 역할을 한다. 즉, 상기 단열부재는 도가니(200) 내부의 온도를 단결정 성장 온도로 유지시키는 기능을 할 수 있다.According to this embodiment, the heat insulating member may be disposed on the outer peripheral surface of the crucible (200). The heat insulating member serves to block the heat emitted from the crucible 200 . That is, the heat insulating member may function to maintain the temperature inside the crucible 200 at the single crystal growth temperature.

상기 단열부재는 대부분 탄소 섬유 계열로 형성되거나, 실리콘 카바이드 단결정 성장에는 고온 상태가 필요하므로, 실시예에 따라서는, 단열부재로서 그라파이트 섬유를 압착시켜 일정 두께 이상으로 제작된 그라파이트 펠트(graphite felt)가 사용될 수 있다. 또한, 단열부재는 복수의 층으로 형성되어 도가니(200)를 둘러싸는 형태일 수 있으나, 단열부재의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.The heat insulating member is mostly formed of carbon fiber series, or since a high temperature state is required for silicon carbide single crystal growth, according to an embodiment, graphite felt produced by compressing the graphite fiber as a heat insulating member to a certain thickness or more is can be used In addition, the heat insulating member may be formed in a plurality of layers to surround the crucible 200 , but the shape of the heat insulating member is not limited thereto.

구체적으로, 본 실시예에 따른 단열부재는 도가니 받침부(330), 측면 단열부재(310) 및 가로막이 부재(320)를 포함할 수 있다. 추가로, 상기 단열부재는, 도가니(200)와 측면 단열부재(310) 사이에 내부 단열부재(311)를 더 포함할 수 있다.Specifically, the heat insulating member according to the present embodiment may include a crucible support part 330 , a side heat insulating member 310 , and a barrier member 320 . Additionally, the heat insulating member may further include an internal heat insulating member 311 between the crucible 200 and the side heat insulating member 310 .

가로막이 부재(320)는 풀링 샤프트(400)가 관통하도록 하는 관통홀을 중심부에 갖고, 도시하지 않았으나 가로막이 부재(320)의 외측 둘레부와 상기 관통홀 사이에 관측창이 형성될 수 있다.The diaphragm member 320 has a through hole in the center through which the pulling shaft 400 passes, and although not shown, an observation window may be formed between the outer periphery of the diaphragm member 320 and the through hole.

본 실시예에 따르면, 발열부(500)가 측면 단열부재(310)의 외측에 배치되어 도가니(200)를 가열시키는 역할을 한다. 실시예에 따라서는 발열부(500)는 유도 코일일 수 있으며, 이 경우 유도 코일에 전류를 흘려 도가니(200)를 가열시킴으로써, 도가니(200) 내부에 장입된 용융액(100)을 가열시킬 수 있다.According to the present embodiment, the heat generating unit 500 is disposed on the outside of the side heat insulating member 310 serves to heat the crucible (200). Depending on the embodiment, the heating unit 500 may be an induction coil. In this case, by heating the crucible 200 by flowing a current through the induction coil, the molten solution 100 charged in the crucible 200 can be heated. .

본 실시예에 따른 도가니(200) 측벽에는 원료 저장부(210)가 형성되어 있다. 원료 저장부(210)에는 다양한 조합의 원료를 담을 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 원료 저장부(210)에는 제1 물질(110)이 포함되어 있다. 제1 물질(110)은 실리콘 물질, 이트륨 물질, 및 알루미늄 물질의 조합일 수 있다. 예를 들어, 제1 물질(110)은 Si0.66Y0.6Al0.4를 포함할 수 있다. 다만, 제1 물질(110)은 이에 제한되지 않고, 하기에서 설명하는 것처럼, 제1 물질(110)은 용융액(100)과 만나 반응하는 원료를 포함할 수 있다.A raw material storage unit 210 is formed on the sidewall of the crucible 200 according to the present embodiment. The raw material storage unit 210 may be formed in a structure that can contain various combinations of raw materials. The raw material storage unit 210 contains the first material 110 . The first material 110 may be a combination of a silicon material, a yttrium material, and an aluminum material. For example, the first material 110 may include Si 0.66 Y 0.6 Al 0.4 . However, the first material 110 is not limited thereto, and as will be described below, the first material 110 may include a raw material that meets and reacts with the melt 100 .

제1 물질(110)은, 용융액(100)과 만나, 액상의 휘발성이 증가하는 현상, 젖음성이 감소하는 현상 및, 고상을 형성하는 현상 중 적어도 어느 하나의 현상을 일으키는 원료 조합으로 구성된다. 이때, 용융액(100)에 포함된 제2 물질이 도가니(200) 내벽을 타고 오르다가 제1 물질(110)과 만나면 다음과 같은 현상들이 나타날 수 있다.The first material 110 is composed of a combination of raw materials that meet with the melt 100 and cause at least one of a phenomenon in which the volatility of a liquid phase increases, a phenomenon in which wettability decreases, and a phenomenon in which a solid phase is formed. At this time, when the second material included in the melt 100 climbs up the inner wall of the crucible 200 and meets the first material 110 , the following phenomena may appear.

제1 물질(110)과 상기 제2 물질이 만나 액상의 휘발성이 증가할 수 있다. 제1 물질(110)과 상기 제2 물질이 만나 젖음성이 감소할 수 있다. 제1 물질(110)과 상기 제2 물질이 만나 고상을 형성할 수 있다. 이와 같은 3가지 유형의 반응은 일부만 나타날 수도 있고, 동시에 모두 나타날 수도 있다.When the first material 110 and the second material meet, the volatility of the liquid phase may increase. When the first material 110 and the second material meet, wettability may decrease. The first material 110 and the second material may meet to form a solid phase. Some of these three types of reactions may occur, or all of them may occur at the same time.

결과적으로, 도가니(200) 내벽을 따라 외부로 흘러나가던 용융액이 상기 현상들에 의해 온전히 외부로 흘러나가는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 용융액(100)이 도가니(200)와 외접하고 있는 단열부재로 흡수되는 시간이 지연되어, 핫 존에서의 안정적인 열적 공정 환경을 보다 장시간 유지할 수 있다. 핫 존은, 시드축(410), 도가니(200) 및 단열부재를 포함하는 영역으로, 탄소 계열 공정 부재들이 구비된 챔버(1000) 내 영역을 가리킬 수 있다.As a result, it is possible to prevent the molten liquid flowing out along the inner wall of the crucible 200 from completely flowing out due to the above phenomena. Accordingly, the time for the molten liquid 100 to be absorbed into the insulating member in contact with the crucible 200 is delayed, and a stable thermal process environment in the hot zone can be maintained for a longer period of time. The hot zone is an area including the seed shaft 410 , the crucible 200 , and the heat insulating member, and may indicate an area within the chamber 1000 in which carbon-based process members are provided.

이하에서는 본 실시예에 따른 원료 저장부(210)의 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the structure of the raw material storage unit 210 according to the present embodiment will be described in detail.

도 1을 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 원료 저장부(210)가 위치하는 도가니(200) 측벽 부분의 높이는, 도가니(200) 내에 담겨 있는 용융액(100)의 상부면보다 높을 수 있다. 원료 저장부(210)는 도가니(200) 측벽 내면에 형성된 홈 구조일 수 있다. 상기 홈 구조는, 도가니(200) 측벽이 용융액(100) 상부면과 평행한 방향으로 내측으로 개방될 수 있고, 원료 저장부(210) 내에 원료 물질이 담길 수 있도록 도가니(200) 측벽 내부에서 함몰부를 가질 수 있다.Referring back to FIG. 1 , the height of the side wall portion of the crucible 200 where the raw material storage unit 210 according to the present embodiment is located may be higher than the upper surface of the molten solution 100 contained in the crucible 200 . The raw material storage unit 210 may have a groove structure formed on the inner surface of the side wall of the crucible 200 . In the groove structure, the sidewall of the crucible 200 may be opened inward in a direction parallel to the upper surface of the molten liquid 100 , and the crucible 200 is recessed inside the sidewall so that the raw material can be contained in the raw material storage unit 210 . can have wealth.

용융액(100)은, 결정 성장로에 해당하는 발열부(500)를 승온시켜 금속 원료가 담긴 부위의 온도가 녹는점 이상이 되도록 하여 형성될 수 있다. 실리콘 카바이드 시드를 용융액(100)에 해당하는 금속 용액에 터치시킨 후, 공정이 진행됨에 따라, 상기 금속 용액은 도가니(200) 측벽을 타고 올라간다. 상기 금속 용액은 도가니(200) 측벽을 타고 올라가다가 원료 저장부(210)에 구비된 제1 물질(110)과 만나 반응을 일으킬 수 있다. 상기 금속 용액과 원료 저장부(210)에 포함된 제1 물질(110)의 반응은, 액상의 휘발성이 증가하는 현상, 젖음성이 감소하는 현상 및, 고상을 형성하는 현상 중 적어도 어느 하나의 현상을 일으킬 수 있다. 이러한 현상에 의해 도가니(200) 측벽을 타고 오르던 금속 용액의 이동성이 현저히 감소할 수 있다.The melt 100 may be formed by raising the temperature of the heating unit 500 corresponding to the crystal growth furnace so that the temperature of the portion containing the metal raw material is above the melting point. After touching the silicon carbide seed to the metal solution corresponding to the melt 100 , as the process proceeds, the metal solution climbs up the sidewall of the crucible 200 . The metal solution may rise up along the sidewall of the crucible 200 , and may meet with the first material 110 provided in the raw material storage unit 210 to cause a reaction. The reaction between the metal solution and the first material 110 included in the raw material storage unit 210 is at least one of a phenomenon in which liquid phase volatility increases, wettability decreases, and a phenomenon in which a solid phase is formed. can cause Due to this phenomenon, the mobility of the metal solution that climbs up the sidewall of the crucible 200 may be significantly reduced.

기존에 용융액(100)에 포함된 금속 용액이 도가니(200)와 특유의 젖음성을 갖고 중력 반대 방향으로 타고 오르는 문제 해결을 위해 금속 용액의 젖음성을 낮추는 방법으로 금속 용액 자체의 조성 및 종류를 바꾸는 방법이 시도되었다. 하지만, 이러한 방법은 금속 용액 중 탄소 함량이 저하되거나, 의도치 않은 불순물이 혼입되고, 중간 화합물 생성 등의 문제를 새로 일으킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 기존의 최적의 금속 용액 원료 조성을 유지한 상태에서 도가니를 둘러싸고 있는 단열부재를 보호할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 단결정 성장 장치는 단열부재 외에 도가니(200)와 인접하고 있는 다양한 구조물 역시 보호가 가능하다.A method of changing the composition and type of the metal solution itself by lowering the wettability of the metal solution in order to solve the problem that the metal solution contained in the melt 100 has unique wettability with the crucible 200 and rises in the opposite direction to gravity This was tried. However, this method may cause problems such as a decrease in the carbon content in the metal solution, unintentional impurities being mixed, and generation of intermediate compounds. Therefore, according to this embodiment, it is possible to protect the heat insulating member surrounding the crucible while maintaining the existing optimal composition of the raw material for the metal solution. However, in the single crystal growth apparatus according to the present embodiment, it is possible to protect various structures adjacent to the crucible 200 in addition to the insulating member.

원료 저장부(210)의 구조는 다양하게 변형될 수 있고, 이러한 변형된 구조에 대해서는 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같다.The structure of the raw material storage unit 210 may be variously modified, and the modified structure is as shown in FIGS. 2 to 5 .

도 2는 도 1의 단결정 성장 장치에서 원료 저장부의 제1 변형예를 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1의 단결정 성장 장치에서 원료 저장부의 제2 변형예를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 1의 단결정 성장 장치에서 원료 저장부의 제3 변형예를 나타내는 도면이다. 도 5는 도 1의 단결정 성장 장치에서 원료 저장부의 제4 변형예를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a view showing a first modified example of a raw material storage unit in the single crystal growth apparatus of FIG. 1 . FIG. 3 is a view showing a second modified example of a raw material storage unit in the single crystal growth apparatus of FIG. 1 . FIG. 4 is a view showing a third modified example of a raw material storage unit in the single crystal growth apparatus of FIG. 1 . FIG. 5 is a diagram illustrating a fourth modified example of a raw material storage unit in the single crystal growth apparatus of FIG. 1 .

도 2을 참고하면, 상기 제1 변형예는 도 1의 실시예와 달리 원료 저장부(210)가 도가니(200) 측벽 외면에 형성된 홈 구조일 수 있다. 상기 홈 구조는, 도가니(200) 측벽이 용융액(100) 상부면과 평행한 방향으로 외측으로 개방될 수 있고, 원료 저장부(210) 내에 원료 물질이 담길 수 있도록 도가니(200) 측벽 내부에서 함몰부를 가질 수 있다.Referring to FIG. 2 , the first modified example may have a groove structure in which the raw material storage unit 210 is formed on the outer surface of the side wall of the crucible 200 , unlike the embodiment of FIG. 1 . In the groove structure, the sidewall of the crucible 200 may be opened outward in a direction parallel to the upper surface of the molten liquid 100 , and the crucible 200 is recessed inside the sidewall so that the raw material can be contained in the raw material storage unit 210 . can have wealth.

도 3을 참고하면, 상기 제2 변형예는 도 1의 실시예와 달리 원료 저장부(210)가 도가니(200) 측벽 상부면에 형성된 홈 구조일 수 있다. 상기 홈 구조는, 도가니(200) 측벽이 용융액(100) 상부면과 수직한 방향으로 외측으로 개방될 수 있고, 원료 저장부(210) 내에 원료 물질이 담길 수 있도록 도가니(200) 측벽 내부에서 함몰부를 가질 수 있다.Referring to FIG. 3 , the second modified example may have a groove structure in which the raw material storage unit 210 is formed on the upper surface of the side wall of the crucible 200 , unlike the embodiment of FIG. 1 . In the groove structure, the sidewall of the crucible 200 may be opened outward in a direction perpendicular to the upper surface of the molten liquid 100 , and the crucible 200 is recessed inside the sidewall so that the raw material can be contained in the raw material storage unit 210 . can have wealth.

도 4를 참고하면, 상기 제3 변형예는 도 1의 실시예와 달리 원료 저장부(210)가 도가니(200) 측벽 외면으로 돌출된 구조물일 수 있다. 이러한 돌출된 구조물에서 상부면이 개방된 함몰 구조일 수 있다.Referring to FIG. 4 , the third modified example may be a structure in which the raw material storage unit 210 protrudes toward the outer surface of the sidewall of the crucible 200 , unlike the embodiment of FIG. 1 . In such a protruding structure, the upper surface may be an open recessed structure.

도 5를 참고하면, 상기 제4 변형예는 상기 제1 변형예와 대체로 동일한 구조일 수 있다. 다만, 상기 제4 변형예에서 원료 저장부(210)는 도가니(200) 측벽 상단에 위치하는 저장부재(220)에 포함될 수 있다. 저장부재(220)는 도가니(200) 측벽 상단과 결합할 수 있다. 이때, 원료 저장부(210)는 상기 저장부재 내면에 형성된 홈 구조일 수 있다.Referring to FIG. 5 , the fourth modified example may have substantially the same structure as the first modified example. However, in the fourth modified example, the raw material storage unit 210 may be included in the storage member 220 located at the upper end of the side wall of the crucible 200 . The storage member 220 may be coupled to the upper end of the side wall of the crucible 200 . In this case, the raw material storage unit 210 may have a groove structure formed on the inner surface of the storage member.

이상에서 설명한 차이점 외에 도 1을 참고하여 설명한 단결정 성장 장치에 관한 설명은, 상기 제1 변형예 내지 상기 제4 변형예에 모두 적용 가능하다.In addition to the differences described above, the description of the single crystal growth apparatus described with reference to FIG. 1 is applicable to all of the first to fourth modified examples.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

100: 용융액
110: 제1 물질
200: 도가니
210: 원료 저장부
220: 저장부재
310: 측면 단열부재100: melt
110: first material
200: crucible
210: raw material storage unit
220: storage member
310: side insulation member

Claims (10)

챔버,
상기 챔버 내부에 위치하고, 용융액을 담는 도가니, 및
상기 도가니 외주면에 배치되는 단열부재를 포함하고,
상기 도가니 측벽에는 원료 저장부가 형성되어 있는 단결정 성장 장치.chamber,
a crucible located inside the chamber and containing a molten liquid; and
Including a heat insulating member disposed on the outer peripheral surface of the crucible,
A single crystal growth apparatus having a raw material storage unit formed on the sidewall of the crucible. 제1항에서,
상기 원료 저장부는 상기 용융액과 만나 반응하는 원료를 구비하는 단결정 성장 장치.In claim 1,
The raw material storage unit is a single crystal growth apparatus having a raw material that meets and reacts with the melt. 제2항에서,
상기 원료 저장부가 위치하는 상기 도가니 측벽 부분의 높이는, 상기 도가니 내에 담겨 있는 용융액의 상부면보다 높은 단결정 성장 장치.In claim 2,
The height of the side wall of the crucible where the raw material storage unit is located is higher than the upper surface of the molten solution contained in the crucible. 제3항에서,
상기 원료 저장부는 상기 도가니 측벽 내면에 형성된 홈 구조인 단결정 성장 장치.In claim 3,
The raw material storage unit is a single crystal growth apparatus having a groove structure formed on the inner surface of the side wall of the crucible. 제3항에서,
상기 원료 저장부는 상기 도가니 측벽 외면에 형성된 홈 구조인 단결정 성장 장치.In claim 3,
The raw material storage unit is a single crystal growth apparatus having a groove structure formed on the outer surface of the side wall of the crucible. 제3항에서,
상기 원료 저장부는 상기 도가니 측벽 상부면에 형성된 홈 구조인 단결정 성장 장치.In claim 3,
The raw material storage unit is a single crystal growth apparatus having a groove structure formed on an upper surface of the sidewall of the crucible. 제3항에서,
상기 원료 저장부는 상기 도가니 측벽 외면에서 상기 단열부재를 향해 돌출된 구조물 내에 형성되는 단결정 성장 장치.In claim 3,
The raw material storage unit is a single crystal growth apparatus formed in a structure protruding toward the heat insulating member from the outer surface of the side wall of the crucible. 제1항에서,
상기 원료 저장부는, 상기 도가니 측벽 상단에 위치하는 저장부재에 포함되며, 상기 저장부재는 상기 도가니 측벽 상단과 결합하는 단결정 성장 장치.In claim 1,
The raw material storage unit is included in a storage member positioned at an upper end of the side wall of the crucible, and the storage member is a single crystal growth apparatus coupled to the upper end of the side wall of the crucible. 제8항에서,
상기 원료 저장부는 상기 저장부재 내면에 형성된 홈 구조인 단결정 성장 장치.In claim 8,
The raw material storage unit is a single crystal growth apparatus having a groove structure formed on the inner surface of the storage member. 제1항에서,
상기 단열부재는 상기 도가니 아래 위치하는 받침부, 상기 받침부 가장자리에서 위로 연장되는 측면 단열부재 및 상기 측면 단열부재 상단을 덮는 가로막이 부재를 포함하고,
상기 가로막이 부재를 관통하는 풀링 샤프트를 더 포함하는 단결정 성장 장치.In claim 1,
The insulation member includes a support portion positioned below the crucible, a side insulation member extending upward from the edge of the support portion, and a diaphragm member covering the upper end of the side insulation member,
A single crystal growing apparatus further comprising a pulling shaft passing through the diaphragm member.
KR1020200057844A 2020-05-14 2020-05-14 Single crystal growth apparatus KR20210140963A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200057844A KR20210140963A (en) 2020-05-14 2020-05-14 Single crystal growth apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200057844A KR20210140963A (en) 2020-05-14 2020-05-14 Single crystal growth apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210140963A true KR20210140963A (en) 2021-11-23

Family

ID=78695015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200057844A KR20210140963A (en) 2020-05-14 2020-05-14 Single crystal growth apparatus

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210140963A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11761117B2 (en) SiC single crystal sublimation growth apparatus
JP5005651B2 (en) Method and apparatus for growing semiconductor crystals with rigid support with carbon doping, resistivity control, temperature gradient control
KR101979130B1 (en) Method for growing beta phase of gallium oxide (β-Ga2O3) single crystals from the melt contained within a metal crucible
WO2014130108A1 (en) Vanadium doped sic single crystals and method thereof
US20080110394A1 (en) Semiconductor Single Crystal Production Device And Producing Method Therefor
US20150013590A1 (en) Seed crystal holding shaft for use in single crystal production device, and method for producing single crystal
CN113151897B (en) Crucible structure
CN109868503A (en) A kind of crucible assembly and long crystal furnace
KR101275382B1 (en) Single Crystal Cooling Apparatus and Single Crystal Grower including the same
KR20210140963A (en) Single crystal growth apparatus
KR20130000294A (en) Apparatus for fabricating ingot
CN215668293U (en) Silicon carbide crystal growing device and silicon carbide crystal growing equipment
KR102646714B1 (en) Manufacturing apparatus for siliconcarbide single crystal
KR102479333B1 (en) Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal
KR102490095B1 (en) Manufacturing apparatus for siliconcarbide single crystal and manufacturing method of siliconcarbide single crystal
TW202217083A (en) Crystal pulling systems having a cover member for covering the silicon charge and methods for growing a melt of silicon in a crucible assembly
KR102479334B1 (en) Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal
KR102646715B1 (en) Manufacturing apparatus for siliconcarbide single crystal
JP2006143497A (en) Apparatus for manufacturing silicon carbide single crystal
KR102493182B1 (en) Single crystal growth apparatus and single crystal growth method of using the same
KR100816764B1 (en) Synthetic apparatus of semiconductor polycrystal compound and synthetic method of the same
KR20210001300A (en) Manufacturing apparatus for siliconcarbide single crystal
KR102665191B1 (en) Single crystal growth device and single crystal growth method of using the same
KR20220037796A (en) Manufacturing apparatus of silicon carbide single crystal
KR102466502B1 (en) Single crystal growth device and single crystal growth method of using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal