KR20130002616A - Reactor and method for growing silicon carbide single crystal - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A silicon carbide single crystal growth device and a method thereof are provided to increase the growth speed of a silicon carbide single crystal by increasing carbon concentration around the silicon carbide seed. CONSTITUTION: A crucible(30) is arranged inside a reaction chamber(10). The pressure of the reaction chamber is controlled by the level of 0.3-50kgf/cm^2. A vacuum pump and a gas cylinder for controlling atmosphere are connected to the reaction chamber through a valve. A rotational support(40) is located on the lower part of the crucible. A heating element(50) heats the crucible.

Description

탄화규소 단결정 성장 장치 및 그 방법 {Reactor and Method for growing Silicon Carbide Single Crystal}Silicon carbide single crystal growing apparatus and method thereof {Reactor and Method for growing Silicon Carbide Single Crystal}

본 발명은 액상 성장(Solution growth)에 의하여 탄화규소 단결정을 성장시키기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 그라파이트(Graphite) 도가니에 함유된 탄소가 주원료인 실리콘 액상 속으로 원활하게 녹아들어갈 수 있도록 하여 탄화규소 단결정이 빠른 속도로 성장할 수 있게 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for growing silicon carbide single crystals by liquid growth, and to allow carbon contained in a graphite crucible to be smoothly melted into a silicon liquid liquid as a main raw material. An apparatus and method for allowing silicon single crystal to grow at a rapid rate.

반도체 재료로 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 실리콘에 비해 우수한 특성을 가지고 있는 차세대 반도체 재료로서 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 및 질화알루미늄 등의 화합물 반도체 재료가 널리 연구되고 있다. 그 중에서도 특히 탄화규소는 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 열적 안정성 및 화학적 안정성이 뛰어나고, 열전도도가 4W/cm2 이상으로 매우 클 뿐만 아니라 동작 한계 온도가 실리콘의 200℃ 이하와 비교하여 650℃ 이하일 정도로 매우 높다. 또한 결정 구조가 3C 탄화규소, 4H 탄화규소, 6H 탄화규소인 경우에 모두 밴드갭이 2.5eV 이상으로서 실리콘과 비교하여 2배 이상으로 인해 고전력 및 저손실 변환장치용 반도체 재료로서 매우 우수하여, 최근 LED와 같은 광반도체 및 전력 변환용 반도체 재료로서 주목받고 있다. Compound semiconductor materials, such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), and aluminum nitride, have been widely studied as next-generation semiconductor materials having superior properties compared to silicon, which is currently most commonly used as semiconductor materials. Among them, silicon carbide not only has excellent mechanical strength, but also has excellent thermal and chemical stability, very high thermal conductivity of 4W / cm 2 or more, and an operating limit temperature of 650 ° C or less compared to 200 ° C or less of silicon. Is very high. In addition, when the crystal structure is 3C silicon carbide, 4H silicon carbide, and 6H silicon carbide, the bandgap is 2.5 eV or more, which is very excellent as a semiconductor material for high power and low loss converters due to more than twice as much as silicon. It is attracting attention as a semiconductor material for optical semiconductor and power conversion.

통상적으로 탄화규소 단결정의 성장을 위해서는, 예를 들어, 탄소와 실리카를 2000℃ 이상의 고온 전기로에서 반응시키는 애치슨(Acheson) 방법, 탄화규소(SiC)를 원료로 하여 2000℃ 이상의 고온에서 승화시켜 단결정을 성장시키는 승화법이 있다. 이외에도, 기체 소스를 사용하여 화학적으로 증착시키는 방법이 사용되고 있다.In general, in order to grow silicon carbide single crystals, for example, the Acheson method of reacting carbon and silica in a high-temperature electric furnace of 2000 ° C. or higher, or using silicon carbide (SiC) as a raw material to sublimate at a high temperature of 2000 ° C. or higher, for example, There is a sublimation method to grow. In addition, a method of chemically depositing using a gas source has been used.

그러나, 애치슨(Acheson) 방법은 고순도의 탄화규소 단결정을 얻기가 매우 어렵고, 화학적 기상 증착법은 박막으로서만 두께가 제한된 수준으로 성장시킬 수 있다. 이에 따라 고온에서 탄화규소를 승화시켜 결정을 성장시키는 승화법에 대한 연구에 집중되어 왔다. 그러나, 승화법 역시 일반적으로 2200℃ 이상의 고온에서 이루어지고, 미세결함(micropipe) 및 적층결함(stacking fault)과 같은 여러 결함이 발생할 가능성이 많아 생산단가적 측면에서 한계가 있는 문제점을 안고 있다.However, the Acheson method is very difficult to obtain high purity silicon carbide single crystals, and chemical vapor deposition can be grown to a limited thickness only as a thin film. Accordingly, research has been focused on the sublimation method of growing crystals by sublimating silicon carbide at high temperature. However, the sublimation method is also generally performed at a high temperature of 2200 ° C. or more, and has many problems such as micropipes and stacking faults.

이러한 승화법의 문제점을 해결하고자 초크랄스키법(Czochralski, 결정인상법: crystal pulling method)을 응용한 액상 성장법이 도입되었다. 초크랄스키법은 융액으로부터 단결정(單結晶)을 육성하는 방법이다. 결정 형상이나 성질은 인상속도(성장속도), 회전속도, 온도기울기 또는 결정방위에 따라 결정된다. 탄화규소 단결정을 위한 액상 성장법은 일반적으로 그래파이트 도가니 안에 실리콘 또는 탄화규소 분말을 장입한 후 약 1600℃에서 1900℃의 고온으로 승온하여 도가니 상부에 위치한 탄화규소 종자정 표면에서부터 결정이 성장되도록 한다. 그러나 이러한 방법으로는 결정 성장의 속도가 50㎛/hr 이하로 매우 낮아 경제성이 떨어진다. In order to solve the problem of the sublimation method, the liquid growth method using the Czochralski method (crystal pulling method) was introduced. The Czochralski method is a method of growing single crystals from a melt. The crystal shape or property is determined by the pulling rate (growth rate), rotational speed, temperature gradient or crystal orientation. The liquid phase growth method for silicon carbide single crystal is generally charged with silicon or silicon carbide powder in a graphite crucible, and then heated to a high temperature of about 1600 ° C. to 1900 ° C. to allow the crystal to grow from the silicon carbide seed crystal surface located above the crucible. However, with this method, the rate of crystal growth is very low, below 50 mu m / hr, resulting in low economic efficiency.

일본공개특허 제2004-2173호에서는 실리콘 외에 티타늄(Ti) 혹은 망간(Mn)을 일정 비율로 실리콘(Si)과 함께 혼합하여 결정 성장 속도를 높였다. In Japanese Patent Laid-Open No. 2004-2173, in addition to silicon, titanium (Ti) or manganese (Mn) is mixed with silicon (Si) at a predetermined rate to increase the crystal growth rate.

또한, 일본공개특허 제2006-143555호에서는 실리콘 외에도 철(Fe)과 코발트(Co)를 일정 비율로 실리콘(Si)과 함께 사용하여 결정 성장 속도를 높였다고 보고하고 있다. 이러한 방법들은 실리콘 이외의 금속을 혼합하여 공융점(Eutectic point)을 형성시켜 실리콘 용액 내의 탄소 용해도를 증대시키는 효과를 발생시켜 탄화규소 단결정 속도가 증대되었다. 그러나 여전히 탄소원으로 사용되는 그라파이트 도가니 내부 표면적중 금속 용융물과 접촉되는 면적이 작다는 한계점이 있다.In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-143555 reports that in addition to silicon, iron (Fe) and cobalt (Co) are used together with silicon (Si) at a predetermined rate to increase the crystal growth rate. These methods increase the silicon carbide single crystal rate by mixing metals other than silicon to form eutectic points to increase carbon solubility in the silicon solution. However, there is a limitation that the area of the inner surface area of the graphite crucible still used as the carbon source is small in contact with the metal melt.

또한 탄화규소 단결정 성장을 위한 액상 성장법의 경우, 결정성장용 탄소는 통상적으로는 그래파이트(Graphite) crucible을 사용한다. 즉, 그래파이트 도가니를 구성하고 있는 탄소 원자가 액상으로 분리되면서, 이후 용액내로 퍼지고는 그 중 일부가 탄화규소 단결정 성장지점으로 이동하여 단결정이 성장된다. 그러나 탄소 원자가 공급되는 도가니(30) 주변의 탄소 농도와 탄소 원자가 탄화규소로 합성되면서 사라지는 단결정 성장 주위의 탄소 농도에는 차이가 발생하게 된다. 따라서 고온으로 운영되고 밀폐된 성장로내에서 도가니 내 용액 중의 탄소 농도를 균일하게 하므로써, 실제적으로는 단결정 성장 주위의 탄소 농도를 높일 필요가 있다. 이를 위해 통상 초크랄스키법에 사용되는 방법과 같이 종자정이 고정되어 있는 종자정 고정봉을 회전시키거나 그리고/혹은 도가니를 회전시켜 용액내의 탄소농도 균일도를 높인다. In addition, in the liquid phase growth method for silicon carbide single crystal growth, carbon for crystal growth typically uses graphite crucible. That is, as the carbon atoms constituting the graphite crucible are separated into the liquid phase, they are subsequently diffused into a solution, and some of them move to the silicon carbide single crystal growth point, whereby single crystals are grown. However, a difference occurs between the carbon concentration around the crucible 30 to which carbon atoms are supplied and the carbon concentration around single crystal growth that disappears as the carbon atoms are synthesized with silicon carbide. Therefore, by uniformizing the carbon concentration in the solution in the crucible in a high temperature and closed growth furnace, it is actually necessary to increase the carbon concentration around single crystal growth. To this end, as in the method commonly used in the Czochralski method, the seed crystal fixing rod in which the seed crystal is fixed is rotated and / or the crucible is rotated to increase the uniformity of carbon concentration in the solution.

본 발명은 종래기술의 한계점을 개선하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄화규소 단결정의 성장을 보다 빠르게 할 수 있는 탄화규소 성장 장치 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the limitations of the prior art, and an object of the present invention is to provide a silicon carbide growth apparatus and method for enabling faster growth of silicon carbide single crystals.

상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,In order to achieve the above and other objects,

일정한 압력 상태의 반응실;Reaction chamber under constant pressure;

상기 반응실의 내부에 제공되며, 내부에 실리콘(Si), 또는 탄화규소(SiC) 분말 또는 이들의 혼합물이 장입되고 내측 상부에 탄화규소가 성장하는 탄화규소 종자정과 상기 탄화규소 종자정으로부터 연장되어 형성되어 있는 종자정 연결봉이 제공되어 있는 그래파이트 재질의 도가니; 및It is provided inside the reaction chamber, and is charged with silicon (Si) or silicon carbide (SiC) powder or a mixture thereof, and extends from the silicon carbide seed crystal and the silicon carbide seed crystal in which silicon carbide grows on the inside. Crucible crucible is provided with a seed crystal connecting rod is formed; And

상기 도가니를 가열하기 위한 발열체;를 포함하며,It includes; a heating element for heating the crucible,

상기 도가니의 내부에는 적어도 일부 또는 전부가 상기 도가니의 내주면을 따라서 그래파이트 재질의 돌출턱이 적어도 하나 이상 제공되어 있는 탄화규소 단결정 성장 장치를 제공한다.At least a portion or the whole of the crucible is provided with a silicon carbide single crystal growth apparatus in which at least one protrusion jaw of graphite material is provided along the inner circumferential surface of the crucible.

본 발명에 있어, 상기 돌출턱들 중의 일부 또는 전부는 도가니의 내부에 장입되는 실리콘의 용액의 흐름을 방해하지 않는 구조로 형상화되는 것이 바람직하며, 특히 예를 들어 도넛형으로 형상화되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that some or all of the protruding jaws are shaped into a structure that does not interfere with the flow of the solution of silicon charged into the crucible, and in particular, it is preferably shaped into a donut shape.

본 발명에 있어, 상기 탄화규소 종자정은 상기 종자정 연결봉의 도움으로 상기 도가니에 대하여 회전 가능하게 제공될 수도 있다. 뿐만 아니라, 이러한 탄화규소 종자정은 종자정 연결봉의 도움으로 상기 도가니에 대하여 상하로 움직일 수 있게 제공된다. 이와 같은 탄화규소 종자정의 회전 및 상하 움직임이 가능한 구조에 의해 도가니 내부의 온도 분포 제어가 용이해진다. In the present invention, the silicon carbide seed crystal may be provided rotatably with respect to the crucible with the aid of the seed crystal connecting rod. In addition, such silicon carbide seed crystals are provided to be able to move up and down relative to the crucible with the aid of seed crystal connecting rods. Such a structure in which the silicon carbide seed crystal can rotate and move up and down facilitates the temperature distribution control inside the crucible.

본 발명에 있어, 상기 도가니의 하부에 바람직하게는 상기 도가니를 회전시킬 수 있는 회전 지지체가 제공된다. 이러한 회전 지지체에 의해 반응실의 내부에 배치된 도가니 자체가 회전할 수 있게 되며, 이로써 도가니의 내부에 충진되어 있는 실리콘(Si)과 탄소가 더 빠른 접촉 기회를 가져 탄화규소 단결정의 성장 속도를 증대시킨다.In the present invention, a rotary support capable of rotating the crucible is preferably provided below the crucible. The rotatable support allows the crucible itself to be rotated inside the reaction chamber, thereby increasing the rate of growth of the silicon carbide single crystal by providing faster contact between silicon (Si) and carbon filled in the crucible. Let's do it.

본 발명에 있어, 상기 발열체는 도가니 주변의 어디에 배치되어도 무방하나, 도가니 내부에 제공되어 있는 돌출턱을 통한 더욱 더 원활한 흐름을 위해서는 도가니의 외주면을 따라 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 발열체로는 발열 특성 또는 발열 작동을 하는 어떠한 발열체도 사용될 수 있지만, 대표적으로 예를 들어 저항식 발열체 또는 유도 가열식 발열체가 사용될 수 있다. 상기 발열체에 의한 도가니 내부에서의 온도 구배는 상하방향으로 5℃/cm2 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the heating element may be disposed anywhere around the crucible, but is preferably disposed along the outer circumferential surface of the crucible for a smoother flow through the protruding jaw provided in the crucible. As such a heating element, any heating element having exothermic characteristics or exothermic operation may be used, but for example, a resistive heating element or an induction heating element may be used. The temperature gradient inside the crucible by the heating element is preferably 5 ° C./cm 2 or more in the vertical direction.

본 발명에 있어, 상기 반응실의 내부에는 아르곤 또는 헬륨 기체와 같은 비활성기체가 충진되며, 반응실 내부의 압력은 0.3~50Kgf/cm2로 유지된다. 이러한 압력를 유지하기 위해서는 예를 들어 진공 펌프 및 분위기 제어용 가스 실린더가 밸브를 통해 연결될 수 있다. 본 명세서를 숙지한 당업자라면 반응실의 내부를 진공 상태로 유지할 수 있는 다른 다양한 수단을 인지하고 있을 것이다.In the present invention, the inside of the reaction chamber is filled with an inert gas such as argon or helium gas, the pressure inside the reaction chamber is maintained at 0.3 ~ 50Kgf / cm 2 . To maintain this pressure, for example, a vacuum pump and an atmosphere control gas cylinder can be connected via a valve. Those skilled in the art will appreciate the various other means of maintaining the interior of the reaction chamber in a vacuum state.

본 발명의 보다 바람직한 구체예에 있어, 상기 도가니의 내부 바닥면에는 일정한 방향으로 유체의 흐름을 유도할 수 있는 그래파이트 재질의 날개형 보조구가 더 제공된다. 이러한 날개형 보조구는 탄화수소 종자봉의 회전에 의한 유체 흐름 및/또는 도가니의 하부에 제공되어 있는 회전 지지체에 의한 도가니의 회전에 따른 유체 흐름을 일방향으로 선택적으로 배향되게 하는 역할을 하여 탄소 등의 물질이 탄화규소 종자봉에 더 빠르고 더 많은 접촉 기회를 부여하여 탄화수소 단결정의 형성 속도를 증대시키게 된다.In a more preferred embodiment of the present invention, the inner bottom surface of the crucible is further provided with a wing-shaped aid made of graphite material that can induce the flow of fluid in a predetermined direction. The wing-shaped assisting tool serves to selectively orient the fluid flow due to the rotation of the hydrocarbon seed rod and / or the flow of the crucible by the rotational support provided on the lower part of the crucible, so that a material such as carbon It gives faster and more contact opportunities to the silicon carbide seed rods to speed up the formation of hydrocarbon single crystals.

본 발명에 의하면, 탄화규소 종자정 주위의 탄소 농도가 증가하게 되어 탄화규소 단결정의 성장 속도가 증대된다.According to the present invention, the carbon concentration around the silicon carbide seed crystal increases, thereby increasing the growth rate of the silicon carbide single crystal.

도 1은 본 발명의 하나의 바람직한 구체예에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치의 요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 그래파이트 재질의 도가니의 내부 모습의 일부를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 보다 바람직한 구체예에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치의 요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 날개형 보조구가가 제공되어 있는 그래파이트 재질의 도가니의 내부 모습의 일부를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing the main part of a silicon carbide single crystal growth apparatus according to one preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view illustrating a part of an internal view of the crucible made of graphite material illustrated in FIG. 1.
3 is a cross-sectional view schematically showing the main part of a silicon carbide single crystal growth apparatus according to a more preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partial cutaway perspective view schematically illustrating a part of an internal view of a crucible made of graphite material in which the wing-shaped assisting tool illustrated in FIG. 3 is provided.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 더 상세하게 설명된다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, in the following description of the present invention, a description of a known function or configuration will be omitted to clarify the gist of the present invention.

도 1에는 본 발명의 하나의 바람직한 구체예에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치의 요부가 개략적으로 도시되어 있고, 도 2에는 그래파이트 재질의 도가니의 내부 모습의 일부가 부분 절개되어 개략적으로 도시되어 있다. Figure 1 schematically shows the main part of the silicon carbide single crystal growth apparatus according to one preferred embodiment of the present invention, Figure 2 schematically shows a part of the internal appearance of the crucible made of graphite material.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 바람직한 구체예에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치(1)는 반응실(10), 상기 반응실(10)의 내부에 제공되어 있는 도가니(30) 및 도가니(30)를 가열하기 위한 발열체(50)를 포함한다. 도가니(30)의 내부에는 도시된 바와 같이 적어도 일부 또는 전부가 도가니(30)의 내주면을 따라서 그래파이트 재질의 돌출턱(38)이 적어도 하나 이상 제공된다.1 and 2, the silicon carbide single crystal growth apparatus 1 according to one preferred embodiment of the present invention is a reaction chamber 10 and a crucible 30 provided inside the reaction chamber 10. And a heating element 50 for heating the crucible 30. As shown in the crucible 30, at least one portion or all of the protrusion jaw 38 made of graphite material is provided along the inner circumferential surface of the crucible 30.

반응실(10)에는 진공 상태가 유지되게 한 후, 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 기체가 채워지며, 압력은 0.3~50kgf/cm2의 수준으로 조절된다. 이러한 분위기 유지를 위하여, 도면에는 도시되지 않았지만, 반응실(10)에는 진공 펌프 및 분위기 제어용 가스 실린더가 밸브를 통해 연결된다. 본 명세서를 숙지한 당업자라면 반응실의 분위기를 유지하기 위한 다양한 다른 수단을 인지하고 있을 것이다.After the reaction chamber 10 is maintained in a vacuum state, an inert gas such as argon or helium is filled, and the pressure is adjusted to a level of 0.3 to 50 kgf / cm 2 . In order to maintain such an atmosphere, although not shown in the drawing, a vacuum pump and an atmosphere control gas cylinder are connected to the reaction chamber 10 through a valve. Those skilled in the art will appreciate the various other means for maintaining the atmosphere of the reaction chamber.

도가니(30)는 상기한 바와 같이 반응실(10)의 내부에 제공되며, 도가니(30)의 내부에는 실리콘(Si) 또는 탄화규소(SiC) 분말 또는 이들의 혼합물이 장입된다. 도가니(30)는 그래파이트 재질로 만들어지며, 도가니(30) 그 자체가 탄소의 공급원으로도 활용될 수 있다. The crucible 30 is provided inside the reaction chamber 10 as described above, and the silicon (Si) or silicon carbide (SiC) powder or a mixture thereof is charged inside the crucible 30. The crucible 30 is made of graphite material, and the crucible 30 itself may be utilized as a source of carbon.

도가니(30)의 내측 상부에는 도시된 바와 같이 종자정 연결봉(34)의 도움으로 탄화규소가 성장하는 탄화규소 종자정(32)이 제공된다. 종자정 연결봉(34)은 도가니(30)의 상단부에 대하여 필요시 회전 가능하게 제공된다. 아울러, 종자정 연결봉(34)은 도가니(30)의 상단부에 대하여 상하로 움직일 수 있도록 제공된다. 이에 따라 탄화규소 종자정(32)도 함께 회전이 가능하게 제공되며 또한 단결정이 성장함에 따라 필요시 상하로 움직일 수 있도록 제공되는 것이다. 이러한 구성은 비록 도면상에는 도시되어 있지 않지만 본 명세서를 숙지한 당업자에게는 자명할 것이다. The inner top of the crucible 30 is provided with a silicon carbide seed crystal 32 in which silicon carbide grows with the aid of the seed crystal connecting rod 34 as shown. The seed crystal connecting rod 34 is provided to be rotatable with respect to the upper end of the crucible 30. In addition, the seed crystal connecting rod 34 is provided to move up and down with respect to the upper end of the crucible (30). Accordingly, the silicon carbide seed crystals 32 are also provided to be rotatable together and to be able to move up and down as needed as the single crystal grows. Although such a configuration is not shown in the drawings, it will be apparent to those skilled in the art having knowledge of the present specification.

도가니(30)의 외주면측에는 도시된 바와 같이 발열체(50)가 제공된다. 이러한 발열체(50)로는 발열 특성을 갖는 어떠한 것이든 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 저항식 발열체 또는 유도 가열식 발열체가 바람직하게 사용된다. The outer circumferential surface side of the crucible 30 is provided with a heating element 50 as shown. As the heating element 50, any one having an exothermic property may be used. In the present invention, a resistive heating element or an induction heating element may be preferably used.

도가니(30)의 내부에는 적어도 일부 또는 전부가 도가니(30)의 내주면을 따라서 그래파이트 재질의 돌출턱(38)이 적어도 하나 이상 제공된다. 이러한 그래파이트 재질의 돌출턱(38)에는 도가니(30)의 내부에 채워져 있는 실리콘 함유액과의 더 많은 접촉 기회를 부여하기 위하여 다수의 돌기가 형성되게 하거나 기공이 형성되게 할 수 있다. 이러한 돌기 구조와 기공 구조 또한 본 발명의 구성에 포함된다. 이러한 돌출턱(38)에 의해 실리콘이 함유된 용액 내로 더 많은 탄소가 용해되어 단결정이 성장되는 주위의 탄소 농도를 높이도록 함으로써 탄화규소 단결정의 성장 속도를 증대시킨다.At least one or more protruding jaws 38 of graphite material are provided in the crucible 30 along the inner circumferential surface of the crucible 30. The protruding jaw 38 of the graphite material may allow a plurality of protrusions or pores to be formed to give more contact with the silicon-containing liquid filled in the crucible 30. Such protrusion structures and pore structures are also included in the configuration of the present invention. This protruding jaw 38 increases the growth rate of the silicon carbide single crystal by dissolving more carbon into the silicon-containing solution to increase the carbon concentration around the single crystal.

이러한 돌출턱(38)은 그 자체로서 탄소 공급원이 되는 동시에 발열체(50)에 의한 도가니(30)의 가열, 필요에 따른 탄화수소 종자정(32)의 회전 및/또는 후술되어 있는 회전 지지체(40)의 회전에 의해 발생된 실리콘 및 첨가물의 유도 접촉 또는 강제 접촉을 통한 접촉면의 증가로 탄소 공급원의 양이 많아져 탄소 공급원의 공급량 및 속도가 더욱 더 빨라지게 된다. 이때, 도가니(30)의 내표면과 더불어 돌출턱(38)으로부터의 탄소 용해량이 증가하게 되는 동시에 나선형 흐름에 의해 탄화규소 종자정(32)의 결정 성장 부위 주위의 탄소 농도를 더욱 더 증대시게 되고, 결과적으로 탄화규소 단결정의 성장 속도를 증대시키는 결과를 가져오게 되는 것이다.This protruding jaw 38 is itself a carbon source and at the same time heating the crucible 30 by the heating element 50, rotation of the hydrocarbon seed crystals 32 as necessary and / or the rotary support 40 described below. Increasing the contact surface through inductive contact or forced contact of silicon and additives generated by the rotation of P increases the amount of carbon source, thereby making the supply and speed of the carbon source even faster. At this time, the amount of carbon dissolution from the protruding jaw 38 together with the inner surface of the crucible 30 increases, and at the same time, the carbon concentration around the crystal growth site of the silicon carbide seed crystals 32 is further increased by the spiral flow. As a result, the growth rate of silicon carbide single crystals is increased.

또한, 도가니(30)의 하부에는 회전 지지체(40)가 제공되어 있다. 이러한 회전 지지체(40)는 필요시 회전 작동하여 도가니(30)를 일정한 속도로 회전할 수 있도록 한다. 이러한 회전에 의해서도 도가니(30)로부터의 탄소와 도가니(30)의 내부에 형성되어 있는 돌출턱(38)으로부터의 탄소가 실리콘 함유 용액에 빠르게 용해되며 그러한 회전에 의해 탄화규소 종자정(32) 주위의 탄소 농도가 증가하게 되어 탄화규소 단결정의 성장 속도가 더욱 더 증가되게 한다.In addition, a rotary support 40 is provided below the crucible 30. The rotary support 40 is rotated as necessary to rotate the crucible 30 at a constant speed. By this rotation, the carbon from the crucible 30 and the carbon from the protruding jaw 38 formed inside the crucible 30 are rapidly dissolved in the silicon-containing solution, and by such rotation, around the silicon carbide seed crystals 32. Increasing the carbon concentration of the silicon carbide single crystal increases the growth rate even more.

도 3에는 본 발명의 보다 바람직한 구체예에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치의 요부가 개략적으로 도시되어 있고, 도 4에는 그래파이트 재질의 날개형 보조구를 통해 유도된 유체의 흐름과 함께 도가니의 내부 모습이 개략적으로 도해되어 있다.Figure 3 schematically shows the main part of the silicon carbide single crystal growth apparatus according to a more preferred embodiment of the present invention, Figure 4 is a view of the inside of the crucible with the flow of fluid induced through the wing-shaped auxiliary tool of graphite material It is schematically illustrated.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 보다 바람직한 구체예에 따른 탄화규소 단결정 성장 장치에는 상기한 구체예에 더하여 도가니(30)의 바닥에 그래파이트 재질의 날개형 보조구(90)가 추가로 구성된다.3 and 4, the silicon carbide single crystal growth apparatus according to a more preferred embodiment of the present invention, in addition to the above-described embodiment, a wing-shaped auxiliary tool 90 of graphite material is further added to the bottom of the crucible 30. It is composed.

본 발명에서는 본 발명의 일부 구성에 속하는 그래파이트 재질의 날개형 보조구(90)가 상기한 돌출턱(70)과 함께 제공되어 있으나, 본 명세서를 충분히 숙지한 당업자라면 도가니의 내주면을 따라 형성된 돌출턱(38) 없이 그래파이트 재질의 날개형 보조구(90)가 단독으로 제공될 수 있음을 인지할 것이다.In the present invention, although the wing-shaped assisting tool 90 of the graphite material belonging to a part of the present invention is provided with the protruding jaw 70, those skilled in the art fully familiar with the present specification, the protruding jaw formed along the inner circumferential surface of the crucible It will be appreciated that the wing shaped aid 90 of graphite material can be provided alone without 38.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일부 구성에 속하는 그래파이트 재질의 날개형 보조구(90)는 도가니(30)의 바닥에 일정한 배향의 유체 흐름을 유도할 수 있도록 제공된다. 날개형 보조구(90)는 단독으로 제공될 수 있으며, 상기한 돌출턱(38)과 함께 제공될 수 있다. 날개형 보조구(90)가 상기한 돌출턱(38)과 함께 제공되는 경우, 돌출턱(38)의 배향과 나란하게 함께 제공되거나 최하단에 제공된 돌출턱(38)과 일정한 거리 만큼 이격된 상태로 별도로 제공될 수 있다.Referring back to Figures 3 and 4, graphite-shaped wing 90, which belongs to some configurations of the present invention, is provided to induce fluid flow in a constant orientation at the bottom of the crucible 30. The wing assist tool 90 may be provided alone, or may be provided together with the protruding jaw 38. When the wing-shaped assisting tool 90 is provided together with the protruding jaw 38 described above, the wing-shaped assisting tool 90 is provided alongside the orientation of the protruding jaw 38 or spaced apart by a predetermined distance from the protruding jaw 38 provided at the lowermost end. It may be provided separately.

날개형 보조구(90)는 특히 도 4에 도시된 바와 같이 일방향으로 유체가 흐를 수 있도록 구성된다. 또한, 날개형 보조구(90)는 그래파이트 재질로 만들어지므로 그 자체로서 탄소 공급원으로 이용된다. 이와 같은 일방향 흐름을 유도할 수 있는 날개형 보조구(90)는 발열체(50)에 의한 가열, 탄화규소 종자정(32) 및/또는 회전 지지체(40)에 의한 회전 흐름이 발생되는 경우 그 흐름을 더욱 더 배가하여 탄화규소 종자정(32) 주위의 탄소 농도를 높이게 된다. 탄화규소 종자정(32) 및/또는 회전 지지체(40)에 의한 회전 흐름이 없는 경우에도 발열체(40)에 의한 도가니(30)의 가열에 의해 발생된 유체의 흐름을 일방향으로 유도하게 되므로 탄화규소 종자정(32) 주위의 탄소 농도를 높여 최종적으로는 탄화규소 단결정이 성장되는 주위에서의 탄소 농도가 높아질 수 있게 한다. 본 발명에서는 날개형 보조구(90)로서 2개의 날개 구조만이 도시되어 있으나, 날개의 숫자 및 형태는 도 3 및 도 4에 도시된 개수와 구조로 한정되는 것은 아니다.The vane assist tool 90 is particularly configured to allow fluid to flow in one direction as shown in FIG. 4. In addition, since the wing-shaped assisting tool 90 is made of graphite material, it is used as a carbon source by itself. The wing-shaped assisting tool 90 which can induce such a one-way flow is generated when the heating flow by the heating element 50, the rotational flow by the silicon carbide seed crystal 32 and / or the rotary support 40 is generated. It is further doubled to increase the carbon concentration around the silicon carbide seed crystals 32. Even when there is no rotational flow by the silicon carbide seed crystals 32 and / or the rotary support 40, the flow of the fluid generated by the heating of the crucible 30 by the heating element 40 is induced in one direction. Increasing the carbon concentration around the seed crystals 32 ultimately increases the carbon concentration around the growing silicon carbide single crystal. Although only two wing structures are shown as the wing assisting tool 90 in the present invention, the number and shape of the wings is not limited to the number and structure shown in FIGS. 3 and 4.

이상에서는 본 발명의 바람직한 구체예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that it is possible.

10 : 반응실 30 : (그래파이트 재질의) 도가니
32 : 탄화규소 종자정 34 : 종자정 연결봉
38 : 돌출턱 50 : 발열체
90 : 날개형 보조구10: reaction chamber 30: crucible (of graphite material)
32: silicon carbide seed crystal 34: seed crystal connecting rod
38: projection jaw 50: heating element
90: wing type assisting tool

Claims (9)

일정한 압력 상태의 반응실;
상기 반응실의 내부에 제공되며, 내부에 실리콘(Si), 또는 탄화규소(SiC) 분말 또는 이들의 혼합물이 장입되고 내측 상부에 탄화규소가 성장하는 탄화규소 종자정과 상기 탄화규소 종자정으로부터 연장되어 형성되어 있는 종자정 연결봉이 제공되어 있는 그래파이트 재질의 도가니; 및
상기 도가니를 가열하기 위한 발열체;를 포함하며,
상기 도가니의 내부에는 적어도 일부 또는 전부가 상기 도가니의 내주면을 따라서 그래파이트 재질의 돌출턱이 적어도 하나 이상 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치. Reaction chamber under constant pressure;
It is provided inside the reaction chamber, and is charged with silicon (Si) or silicon carbide (SiC) powder or a mixture thereof, and extends from the silicon carbide seed crystal and the silicon carbide seed crystal in which silicon carbide grows on the inside. Crucible crucible is provided with a seed crystal connecting rod is formed; And
It includes; a heating element for heating the crucible,
At least part or all of the inside of the crucible is silicon carbide single crystal growth apparatus, characterized in that at least one projection jaw of graphite material is provided along the inner circumferential surface of the crucible. 제 1항에 있어서, 상기 돌출턱의 하부에 일정한 방향으로 유체의 흐름을 유도할 수 있는 그래파이트 재질의 날개형 보조구가 더 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치.The silicon carbide single crystal growth apparatus according to claim 1, further comprising a wing shaped auxiliary tool of graphite material capable of inducing a flow of fluid in a predetermined direction under the protruding jaw. 제 2항에 있어서, 상기 돌출턱들 중의 적어도 일부가 도넛형으로 형상화되어 있는 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치.3. The silicon carbide single crystal growing apparatus according to claim 2, wherein at least some of the protruding jaws are shaped like a donut. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 탄화규소 종자정은 상기 종자정 연결봉의 도움으로 상기 도가니에 대하여 회전 가능하게 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치.The silicon carbide single crystal growing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the silicon carbide seed crystals are rotatably provided with respect to the crucible with the aid of the seed crystal connecting rods. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 도가니의 하부에 배치되어 상기 도가니를 회전시킬 수 있는 회전 지지체가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치.The silicon carbide single crystal growth apparatus according to claim 1 or 2, wherein a rotating support is provided below the crucible to rotate the crucible. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 발열체는 상기 도가니의 외주면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치.The silicon carbide single crystal growth apparatus according to claim 1 or 2, wherein the heating element is disposed on an outer circumferential surface of the crucible. 제 6항에 있어서, 상기 발열체는 저항식 발열체 또는 유도 가열식 발열체인 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치.7. The silicon carbide single crystal growth apparatus according to claim 6, wherein the heating element is a resistance heating element or an induction heating element. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 발열체에 의한 도가니 내부에서의 온도 구배는 상하방향으로 5℃/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치.The silicon carbide single crystal growth apparatus according to claim 1 or 2, wherein the temperature gradient inside the crucible by the heating element is 5 ° C / cm 2 or more in the vertical direction. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 반응실의 내부에 아르곤 또는 헬륨 기체가 충진되어 있으며, 상기 반응실 내부의 진공도가 0.3~50 kgf/cm2인 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장 장치.The silicon carbide single crystal growth apparatus according to claim 1 or 2, wherein argon or helium gas is filled in the reaction chamber, and the vacuum degree in the reaction chamber is 0.3 to 50 kgf / cm 2 .
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