KR102237931B1 - 탄화규소 분말 제조방법 - Google Patents

Abstract

실시에에 따른 탄화규소 분말 제조방법은, 1㎛ 내지 10㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 준비하는 단계; 상기 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하는 단계; 상기 도가니를 가압하는 단계를 포함하고, 상기 도가니는 50Mpa 내지 150Mpa의 압력으로 가압된다.

Description

탄화규소 분말 제조방법{PREPARING METHOD OF SILICON CARBIDE POWDER}

실시예는 탄화규소 분말 제조방법에 대한 것이다.

일반적으로, 전기, 전자 산업분야 및 기계부품 분야에 있어서의 소재의 중요도는 매우 높아 실제 최종 부품의 특성 및 성능지수를 결정하는 중요한 요인이 되고 있다.

대표적인 반도체 소자 재료로 사용된 Si은 섭씨 100도 이상의 온도에 취약해 잦은 오작동과 고장을 일으키기 때문에, 다양한 냉각장치를 필요로 한다. Si이 이러한 물리적 한계를 보이게 됨에 따라, 차세대 반도체 소자 재료로서 SiC, GaN, AlN 및 ZnO 등의 광대역 반도체 재료가 각광을 받고 있다.

여기서, GaN, AlN 및 ZnO 에 비해 탄화규소(SiC)는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한, 탄화규소는 4.6W/Cm℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 2인치 이상의 대구경의 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있다. 특히, 탄화규소 단결정 성장 기술이 현실적으로 가장 안정적으로 확보되어, 기판으로서 산업적 생산 기술이 가장 앞서있다.

이러한 탄화규소 단결정 성장 시, 일반적으로 탄화규소 분말을 원료로 사용한다. 자세하게, 탄화규소 분말을 단결정 성장 장치의 도가니 내에 충진하여 가압 및 가열 공정에 의해 탄화규소 단결정을 성장한 후, 이를 슬라이싱 하여 탄화규소 웨이퍼를 제조할 수 있다.

이때, 탄화규소 단결정을 성장시키기 위해, 도가니 내에 탄화규소 분말을 충진하는데, 이때, 약 100㎛ 이상의 입경을 가지는 과립의 탄화규소 분말을 이용한다. 즉, 약 0.1㎛ 내지 10㎛의 입경을 가지는 미립 탄화규소 분말의 경우, 성장 속도를 향상시킬 수 있으나, 공정 중 비산이 발생할 수 있고, 분말 간 정전기적 인력에 따라 분말 간 공극이 넓어지게 되어 충전밀도가 저하되는 문제점이 있어, 탄화규소 웨이퍼 제조시 약 100㎛ 이상의 입경을 가지는 과립의 탄화규소 분말을 이용한다.

이에 따라, 탄화규소 단결정 성장시 미립의 탄화규소 분말을 이용하여도 충전밀도가 향상될 수 있는 탄화규소 분말 제조방법이 요구된다.

실시예는 향상된 충전밀도를 가지는 탄화규소 분말 제조방법 및 이를 이용한 단결정 성장 방법을 제공하고자 한다.

실시에에 따른 탄화규소 분말 제조방법은, 1㎛ 내지 10㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 준비하는 단계; 상기 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하는 단계; 상기 도가니를 가압하는 단계를 포함하고, 상기 도가니는 50Mpa 내지 150Mpa의 압력으로 가압된다.

실시에에 따른 탄화규소 단결정 제조방법은, 1㎛ 내지 10㎛의 입경을 가지는 탄화규소 분말을 준비하는 단계; 상기 탄화규소 분말을 도가니에 충진하는 단계; 상기 도가니를 가압하는 단계; 상기 도가니를 단결정 성장 장치에 투입하는 단계; 및 상기 단결정 성장 장치를 가열하는 단계를 포함하고, 상기 도가니는 50Mpa 내지 150Mpa의 압력으로 가압된다.

실시예에 따른 탄화규소 분말 제조방법에 의해 제조되는 탄화규소 분말은 미립의 탄화규소 분말이더라도, 도가니 내 장입시 충전 밀도 및 장입량을 크게할 수 있다.

즉, 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하고, 도가니를 가압하여 탄화규소 씨드들을 응집하여, 탄화규소 씨드 간의 공극을 감소시킴으로써, 도가니 내부에 장입되는 탄화규소 분말 및 도가니 내부의 장입량을 향상시킬 수 있다.

이에 따라, 100㎛ 이상의 과립 탄화규소 분말을 사용하지 않고, 1㎛ 내지 10㎛의 미립 탄화규소 분말을 사용하여도 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 향상시킬 수 있으므로, 미립 탄화규소 분말을 이용하여 탄화규소 단결정 성장을 할 수 있으며, 이에 따라, 단결정 성장시 성장 속도를 향상시킬 수 있다.

따라서, 실시예에 따른 탄화규소 분말은, 실시예에 따른 미립의 탄화규소 분말을 성형함으로써, 충전 밀도 및 장입량을 향상시켜 단결정 성장시 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 탄화규소 분말이 도가니에 충진된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 탄화규소 분말이 도가니에 충진된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 탄화규소 분말 및 탄화규소 전구체가 혼합되어 도가니에 충진된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 탄화규소 분말을 이용하는 단결정 성장장치를 도시한 도면이다.

실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조방법을 설명한다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조방법은, 탄화규소 씨드를 준비하는 단계(ST10), 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하는 단계(ST20), 도가니를 가압하는 단계(ST30)를 포함할 수 있다.

상기 탄화규소 씨드를 준비하는 단계(ST10)에서는, 일정한 범위의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 준비할 수 있다. 상기 탄화규소 씨드는 탄화규소 분말일 수 있다. 자세하게, 상기 탄화규소 씨드는 약 1㎛ 내지 약 10㎛의 입경을 가지는 탄화규소 분말일 수 있다.

상기 탄화규소 씨드는 탄소원과 규소원을 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 규소원은 규소를 제공할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 규소원은 실리카(silica)를 포함할 수 있다. 또한, 실리카 이외에도, 상기 규소원으로는 실리카 분말, 실리카 솔(sol), 실리카 겔(gel), 석영 분말 등이 이용될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 규소를 포함하는 유기 규소 화합물을 규소원으로 사용할 수 있다.

상기 탄소원은 고체 탄소원 또는 유기 탄소 화합물을 포함할 수 있다.

고체 탄소원으로는 흑연(graphite), 카본 블랙(carbon black), 카본 나노 튜브(carbon nano tube, CNT), 풀러렌(fullerene, C₆₀) 등을 들 수 있다.

유기 탄소 화합물로는 페놀(penol), 프랑(franc), 자일렌(xylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄(polyunrethane), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 또는 폴리비닐아세테이트 (poly (vinyl acetate)) 등을 들 수 있다. 그 외에도 셀룰로오스(cellulose), 제당, 피치(pitch), 타르(tar) 등을 사용할 수 있다.

이러한 탄소원과 규소원을 용매를 이용한 습식 혼합 공정 또는 용매를 이용하지 않은 건식 혼합 공정으로 탄소원과 규소원을 혼합할 수 있다.

이러한 규소원과 탄소원은 볼 밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition bill) 등의 방법으로 혼합하여 혼합 분말을 회수한다. 혼합 분말은 체(sieve)에 의해 걸려져서 회수될 수 있다.

상기 규소원 및 상기 탄소원은 일정한 비율로 혼합될 수 있다. 예를 들어, 규소원에 포함된 규소에 대한 탄소원에 포함된 탄소의 몰(mole)비(이하 “규소에 대한 탄소의 몰비”)는 약 1:1.5 내지 약 1:3 일 수 있다. 규소에 대한 탄소의 몰비가 약 3을 초과하는 경우에는 탄소의 양이 많아 반응에 참여하지 않고 잔류하는 잔류 탄소의 양이 많아져서 회수율을 저하시킬 수 있다. 그리고 규소에 대한 탄소의 몰비가 약 1.5 미만인 경우에는 규소의 양이 많아 반응에 참여하지 않고 잔류하는 잔류 규소의 양이 많아져서 회수율을 저하시킬 수 있다. 즉 상기 규소에 대한 탄소의 몰비는 회수율을 고려하여 결정된 것이다.

이때, 상기 규소원이 반응 단계의 고온에서 기체 상태로 휘발되는 것을 고려하여, 규소에 대한 탄소의 몰비를 약 1.8 내지 약 2.7로 할 수 있다.

이어서, 합성 단계를 거친다. 즉, 상기 규소원과 탄소원을 혼합한 혼합 분말을 가열하여 탄화규소 분말을 형성할 수 있다. 상기 합성 단계는 탄화(carbonization) 공정 및 합성(synthesis) 공정으로 구분될 수 있다.

상기 탄화 공정에서는 상기 유기 탄소 화합물이 탄화되어 탄소가 생성될 수 있다. 상기 탄화 공정은 약 600℃ 내지 약 1200℃의 온도에서 진행될 수 있다. 더 자세하게, 상기 탄화 공정은 약 800℃ 내지 약 1100℃의 온도에서 진행될 수 있다. 상기 고체 탄소원을 탄소원으로 사용하는 경우에는 상기 탄화공정은 진행되지 않을 수 있다.

이후, 상기 합성 공정이 진행된다. 상기 합성 공정에서는 상기 규소원과 고체 탄소원이 반응하거나 또는 상기 규소원과 상기 유기 탄소 화합물이 반응하여, 아래의 반응식 1 및 2의 단계에 따른 반응식 3의 전체 반응식에 의하여 탄화규소 분말이 형성될 수 있다.

[반응식 1]

SiO2(s) + C(s) -> SiO(g) + CO(g)

[반응식 2]

SiO(g) + 2C(s) -> SiC(s) + CO(g)

[반응식 3]

SiO2(s) + 3C(s) -> SiC(s) + 2CO(g)

상술한 바와 같은 반응이 원활하게 일어날 수 있도록 가열 온도는 약 1300℃ 이상일 수 있다. 이때, 가열 온도를 약 1300℃ 내지 약 1900℃로 함으로써 제조되는 탄화규소 분말이 저온 안정상인 베타상을 가지도록 할 수 있다. 이러한 베타상은 미세한 입자로 이루어져서 탄화규소 분말의 강도 등을 향상할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 가열 온도를 약 1900℃를 초과하도록 하여 탄화규소 분말이 고온 안정상인 알파상을 가질 수도 있음은 물론이다. 상기 합성 공정은 약 2시간 내지 4시간 동안 진행될 수 있다.

상기와 같은 제조 공정에 의해 약 1㎛ 내지 약 10㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 제조할 수 있다.

이어서, 상기 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하는 단계(ST20)에서는, 상기 약 1㎛ 내지 약 10㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 상기 도가니에 충진할 수 있다.

상기 도가니는 고온에 견딜 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 즉, 상기 도가니는 탄화규소의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 도가니는 흑연을 포함할 수 있다. 또한, 상기 도가니는 원통형의 형상을 가질 수 있다.

이어서, 상기 도가니를 가압하는 단계(ST30)에서는, 상기 도가니를 일정 범위의 압력으로 가압할 수 있다. 상기 도가니는 다양한 방법에 따라 가압될 수 있다. 일례로, 상기 도가니는 일측가압성형, warm press, CIP 및 hpt press 공법에 의해 가압될 수 있다.

상기 도가니는 약 100㎫ 내지 약 200㎫의 압력으로 가압될 수 있다. 바람직하게는, 상기 도가니는 약 50㎫ 내지 150㎫의 압력으로 가압될 수 있다. 상기 도가니가 약 50㎫ 미만으로 가압되는 경우, 상기 탄화규소 씨드가 충분히 응집하지 못할 수 있고, 상기 도가니가 약 150㎫를 초과하여 가압되는 경우, 공정 효율이 저하될 수 있다.

상기 도가니는 약 30초 내지 약 1분 동안 가압될 수 있다. 자세하게, 상기 도가니는 최대 압력 유지 시간을 약 30초 내지 약 1분으로 하여 가압될 수 있다.

상기 도가니를 가압함에 따라. 상기 도가니에 충진되는 탄화규소 씨드의 충전 밀도가 향상될 수 있다. 즉, 상기 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하는 경우의 탄화규소 씨드 충전밀도와, 상기 탄화규소 씨드를 도가니에 충진한 후 가압을 하는 경우의 탄화규소 씨드 충전 밀도는 서로 상이할 수 있다.

일례로, 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조방법에 의해 제조되는 탄화규소 분말의 충전밀도는 약 1.95g/㎤ 내지 약 2.18g/㎤ 일 수 있다.

도 2를 참조하면, 종래의 경우, 상기 탄화규소 씨드(200)를 단순히 도가니(100)에 충진하는 경우, 도가니 내에 배치되는 약 1㎛ 내지 약 10㎛의 미립 입자를 가지는 탄화규소 씨드는 미립 입자간의 마찰력과 정전기적 인력에 의해 입자 간의 공극이 넓어지게 되어 충진효율이 저하될 수 있다.

그러나, 도 3을 참조하면, 상기 탄화규소 씨드를 도가니에 충진한 후, 일정 범위의 압력으로 가압을 하는 경우, 도가니 내에 배치되는 상기 탄화규소 씨드들이 서로 응집함으로써, 미립 입자들이 서로 뭉쳐질 수 있고, 이에 따라, 입자간 공극이 작아지게 되어 충진효율이 향상될 수 있다.

이에 따라, 도가니 내에 탄화규소 분말의 장입량을 향상시킬 수 있고, 미립 입자를 사용함에 따라, 단결정 성장시 성장 속도를 빠르게 함으로써 성장 효율을 향상시킬 수 있다.

실시예에 따른 탄화규소 분말 제조방법은 탄화규소 씨드에 탄화규소 전구체를 더 투입할 수 있다. 자세하게, 상기 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하는 단계(ST20) 이후에, 상기 탄화규소 전구체를 상기 도가니에 더 투입할 수 있다.

상기 탄화규소 전구체는 탄소 및 규소를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 탄화규소 전구체는 폴리카보실란{Polycarbosilane) 및 실라잔(Silazane) 중 적어도 하나의 전구체를 포함할 수 있다. 상기 탄화규소 전구체는 고상 또는 액상의 상으로 투입될 수 있다.

상기 탄화규소 전구체는 상기 도가니에 투입되어, 상기 탄화규소 씨드와 혼합될 수 있다. 이후, 상기 탄화규소 전구체를 더 투입한 후, 상기 도가니를 약 100㎫ 내지 약 200㎫의 압력으로 가압할 수 있다. 바람직하게는, 상기 도가니는 약 50㎫ 내지 150㎫의 압력으로 가압될 수 있다. 상기 도가니가 약 50㎫ 미만으로 가압되는 경우, 상기 탄화규소 씨드 및 상기 탄화규소 전구체가 충분히 응집하지 못할 수 있고, 상기 도가니가 약 150㎫를 초과하여 가압되는 경우, 공정 효율이 저하될 수 있다.

상기 도가니는 약 30초 내지 약 1분 동안 가압될 수 있다. 자세하게, 상기 도가니는 최대 압력 유지 시간을 약 30초 내지 약 1분으로 하여 가압될 수 있다.

이어서, 상기 탄화규소 전구체에서 유기물을 제거하기 위해, 상기 도가니를 가열할 수 있다. 자세하게, 상기 도가니는 약 1300℃ 내지 약 1500℃의 온도로 가열될 수 있다. 이에 따라, 상기 탄화규소 전구체에 포함되는 유기물들을 기체 상태로 변화시켜 제거할 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 탄화규소 씨드(200) 및 상기 탄화규소 전구체(300)를 도가니에 충진한 후, 일정 범위의 압력으로 가압을 하는 경우, 도가니 내에 배치되는 상기 탄화규소 씨드들이 서로 응집함으로써, 미립 입자들이 서로 뭉쳐질 수 있고, 이에 따라, 입자간 공극이 작아지게 되어 충진효율이 향상될 수 있다.

또한, 상기 탄화규소 씨드 이외에 탄화규소 전구체가 함께 포함됨에 따라, 도가니 내 탄화규소 분말의 충진량을 더욱 향상시킬 수 있어, 충전 밀도를 향상시킬 수 있다.

이에 따라, 도가니 내에 탄화규소 분말의 장입량을 향상시킬 수 있고, 미립 입자를 사용함에 따라, 단결정 성장시 성장 속도를 빠르게 함으로써 성장 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 실시예들 및 비교예들에 따른 탄화규소 분말의 제조 방법을 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시로 제시한 것에 불과하다. 따라서 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

약 1㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하고, 약 50㎫의 압력으로 도가니를 가압하였다.

이때, 도가니를 가압할 때, 최대 압력 유지시간은 약 1분이었다.

이후, 상기 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

실시예 2

도가니를 가압할 때, 약 150㎫의 압력으로 도가니를 가압하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 탄화규소 씨드를 도가니에 장입하고, 상기 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

실시예 3

도가니를 가압할 때, 약 150㎫의 압력으로 가압하고, 최대 압력 유지시간이 약 5분이었다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 탄화규소 씨드를 도가니에 장입하고, 상기 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

실시예 4

약 2㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하고, 약 150㎫의 압력으로 도가니를 가압하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 탄화규소 씨드를 도가니에 장입하고, 상기 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

실시예 5

약 10㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하고, 약 150㎫의 압력으로 도가니를 가압하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 탄화규소 씨드를 도가니에 장입하고, 상기 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

실시예 6

약 1㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드 및 폴리카보실란{Polycarbosilane) 및 실라잔을 포함하는 탄화규소 전구체를 도가니에 충진하고, 약 50㎫의 압력으로 도가니를 가압하였다.

이때, 상기 탄화규소 전구체는 상기 도가니에 충진되는 탄화규소 씨드 및 탄화규소 전구체 전체에 대해 약 10 중량% 만큼 투입되었다.

이때, 도가니를 가압할 때, 최대 압력 유지시간은 약 1분이었다.

이어서, 승온 온도를 2℃/min으로 하여 약 1600℃의 온도에서 도가니를 가열하였다.

이후, 상기 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

실시예 7

탄화규소 씨드가 약 2㎛의 입경을 가진다는 점을 제외하고는, 실시예 6과 동일하게 탄화규소 씨드를 도가니에 장입하고, 상기 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

실시예 8

탄화규소 전구체가 탄화규소 씨드 및 탄화규소 전구체 전체에 대해 약 20 중량% 만큼 투입되었다는 점을 제외하고는, 실시예 6과 동일하게 탄화규소 씨드를 도가니에 장입하고, 상기 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

실시예 9

탄화규소 씨드가 약 2㎛의 입경을 가지고, 탄화규소 전구체가 탄화규소 씨드 및 탄화규소 전구체 전체에 대해 약 20 중량% 만큼 투입되었다는 점을 제외하고는, 실시예 6과 동일하게 탄화규소 씨드를 도가니에 장입하고, 상기 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

비교예 1

약 1㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 도가니에 투입하고, 가압 공정 없이 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

비교예 2

약 2㎛의 입경을 가지는 탄화규소 씨드를 도가니에 투입하고, 가압 공정 없이 도가니 내에 충진되는 탄화규소 분말의 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 측정하였다.

	충전밀도(g/㎤)	도가니내 장입량(g)
실시예 1	1.28	900
실시예 2	1.31	960
실시예 3	1.33	970
실시예 4	1.45	1070
실시예 5	1.85	1430
실시예 6	1.95	1560
실시예 7	2.03	1590
실시예 8	2.08	1620
실시예 9	2.18	1680
비교예 1	1.20	820
비교예 2	1.40	1000

표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시에 5에서는 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 도가니 내에 장입되는 탄화규소 분말의 충전밀도 및 도가니 내부의 장입량이 향상되는 것을 알 수 있다.

즉, 탄화규소 씨드를 도가니에 충진하고, 도가니를 가압하여 탄화규소 씨드들을 응집하여, 탄화규소 씨드 간의 공극을 감소시킴으로써, 도가니 내부에 장입되는 탄화규소 분말 및 도가니 내부의 장입량을 향상시킬 수 있다.

이에 따라, 100㎛ 이상의 과립 탄화규소 분말을 사용하지 않고, 1㎛ 내지 10㎛의 미립 탄화규소 분말을 사용하여도 충전 밀도 및 도가니 내부의 장입량을 향상시킬 수 있으므로, 미립 탄화규소 분말을 이용하여 탄화규소 단결정 성장을 할 수 있으며, 이에 따라, 단결정 성장시 성장 속도를 향상시킬 수 있다.

따라서, 실시예에 따른 탄화규소 분말은, 실시예에 따른 미립의 탄화규소 분말을 성형함으로써, 충전 밀도 및 장입량을 향상시켜 단결정 성장시 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여, 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장 제조방법을 설명한다.

실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장 제조방법은, 탄화규소 분말을 준비하는단계, 상기 탄화규소 분말을 도가니에 충진하는 단계, 상기 도가니를 가압하는 단계, 상기 도가니를 단결정 성장 장치에 투입하는 단계 및 단결정 성장 장치를 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

탄화규소 분말을 준비하는단계, 상기 탄화규소 분말을 도가니에 충진하는 단계 및 상기 도가니를 가압하는 단계는 앞서 설명한 탄화규소 분말 제조방법과 동일하므로 이하의 설명은 생략한다.

상기 도가니를 단결정 성장 장치에 투입하는 단계에서는, 상기 도가니를 가압하여 제조되는 탄화규소 분말(200)이 충진된 도가니(100)를 단결정 성장 장치(1000)에 투입할 수 있다. 이때, 상기 도가니는 별도의 도가니를 이용하지 않고, 탄화규소 분말 제조시 즉, 가압시킨 도가니를 직접 단결정 성장 장치에 투입할 수 있다.

이어서, 상기 단결정 성장 장치를 가열하는 단계에서는 상기 도가니(100)에 열을 가할 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 발열 유도부가 상기 도가니(100) 외부에 위치하여 상기 도가니(100)에 열을 가할 수 있다. 상기 도가니(100)는 상기 발열 유도부에 의해 스스로 발열될 수 있다. 상기 발열 유도부는 일례로, 고주파 유도 코일일 수 있다. 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 상기 도가니(100) 및 상기 도가니(100)를 가열할 수 있다. 즉, 상기 도가니(100)에 수용되는 원료를 원하는 온도로 가열할 수 있다.

이에 따라, 상기 도가니(100) 내에 수용된 탄화규소 분말이 승화되고, 도가니(100) 내의 종자정(400)으로 이동할 수 있고, 상기 종자정(400)으로부터 잉곳(410)이 성장할 수 있다.

구체적으로, 상기 발열 유도부에 의해 상기 도가니(100)의 상부 및 하부에 서로 다른 가열온도 영역을 갖는 온도구배가 형성된다. 이러한 온도구배로 인하여 상기 탄화규소 분말의 승화가 일어나고, 승화된 탄화규소 가스가 상대적으로 온도가 낮은 종자정(400)의 표면으로 이동한다. 이로 인해, 상기 탄화규소 가스가 재결정되어 잉곳(410)으로 성장될 수 있다.

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 1㎛ 내지 10㎛의 입경을 가지는 탄화규소 분말을 준비하는 단계;
   상기 탄화규소 분말을 도가니에 충진하는 단계;
   상기 도가니에 탄화규소 전구체를 투입하여 혼합물을 형성하는 단계;
   상기 도가니를 가압하는 단계;
   상기 도가니를 단결정 성장 장치에 투입하는 단계; 및
   상기 단결정 성장 장치를 가열하는 단계를 포함하고,
   상기 탄화규소 분말과 상기 탄화규소 전구체의 입경은 상이하고,
   상기 도가니는 50Mpa 내지 150Mpa의 압력으로 가압되고,
   상기 탄화규소 전구체는 상기 탄화규소 분말 사이의 공극에 배치되고,
   상기 혼합물은 상기 도가니 내에서 1.95g/㎤ 내지 2.18g/㎤의 충진 밀도를 가지고,
   상기 탄화규소 전구체는 폴리카보실란{Polycarbosilane)을 포함하는 탄화규소 단결정 제조방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 탄화규소 전구체는 상기 혼합물 전체에 대해 10 중량% 내지 20% 중량으로 포함되는 탄화규소 단결정 제조방법.
8. 삭제
9. 제 6항에 있어서,
   상기 탄화규소 분말과 상기 탄화규소 전구체는 1300℃ 내지 1500℃의 온도에서 혼합되는 탄화규소 단결정 제조방법.
10. 삭제

Images