(57)【要約】      （修正有）【課題】より欠陥の少ない大口径の単結晶インゴットを製造するためのインゴットの製造装置及びこれを用いた炭化珪素単結晶インゴットの製造方法の提供。【解決手段】開放部１１１を有し、原料が収容される坩堝本体１１０と、開放部１１１に位置して坩堝本体１１０に少なくともその一部が固定される蓋組立体１３０とを含むインゴットの製造装置１００であって、蓋組立体１３０は、上下に貫通された配置孔と、配置孔の周を取り囲んで開放部の周縁に沿って配置される枠部材１３１と、配置孔に位置し、枠部材を基準として上下に移動するコア部材１３２とを含む、インゴットの製造装置。坩堝本体１１０の上端部、または坩堝本体１１０と蓋組立体１３０との間に位置し、種結晶１２１を含む種結晶固定部１２０を含み、種結晶固定部１２０とコア部材１３２とは少なくとも一点以上で互いに接する、インゴットの製造装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放部を有し、原料が収容される坩堝本体と、前記開放部に位置して前記坩堝本体に少なくともその一部が固定される蓋組立体とを含むインゴットの製造装置であって、
前記蓋組立体は、上下に貫通された配置孔と、前記配置孔の周を取り囲んで前記開放部の周縁に沿って配置される枠部材と、前記配置孔に位置し、前記枠部材を基準として上下に移動するコア部材とを含む、インゴットの製造装置。
【請求項２】
前記コア部材の外周径は、前記配置孔の周径よりも小さい、請求項１に記載のインゴットの製造装置。
【請求項３】
前記インゴットの製造装置は、前記坩堝本体の上端部、または前記坩堝本体と前記蓋組立体との間に位置し、種結晶を含む種結晶固定部を含み、
前記種結晶固定部と前記コア部材とは少なくとも一点以上で互いに接する、請求項１に記載のインゴットの製造装置。
【請求項４】
前記コア部材は、前記坩堝本体またはその内部の温度上昇によって種結晶固定部に発生する反り現象が誘発する圧縮応力を、前記コア部材の上下移動によって解消または緩和する、請求項３に記載のインゴットの製造装置。
【請求項５】
前記コア部材の下面での外周は、前記配置孔の周と間隔を置いて離隔して位置する、請求項３に記載のインゴットの製造装置。
【請求項６】
前記間隔は１０ｕｍ以上である、請求項５に記載のインゴットの製造装置。
【請求項７】
前記種結晶固定部は、ｉ）その前面にインゴットを成長させる種結晶と、ｉｉ）前記種結晶の後面と直接接し、前記種結晶を固定する種結晶ホルダーとを含む、請求項３に記載のインゴットの製造装置。
【請求項８】
前記コア部材の外周径は、前記種結晶の径の０．７〜１．２倍である、請求項３に記載のインゴットの製造装置。
【請求項９】
前記コア部材は黒鉛材質のプレートである、請求項１に記載のインゴットの製造装置。
【請求項１０】
前記枠部材は、坩堝本体の開放部側の上面に一定の厚さを有して位置する枠本体と、前記枠本体と連結され、前記坩堝本体の開放部側の内周と接する延長部とを含む、請求項１に記載のインゴットの製造装置。
【請求項１１】
前記コア部材は、前記コア部材の中心を上下に貫通する仮想の線である垂直中心を有し、前記垂直中心に垂直な任意の面から見た前記コア部材の断面は円形またはドーナツ状である、請求項１に記載のインゴットの製造装置。
【請求項１２】
前記コア部材は、前記コア部材の中心を上下に貫通する仮想の線である垂直中心と、前記垂直中心と垂直をなし、前記コア部材を上部側と下部側に区画する仮想の線である水平中心とを有し、
前記上部側及び下部側のうち少なくとも一方は、外周の径が垂直中心の末端に向かって次第に小さくなる、請求項１に記載のインゴットの製造装置。
【請求項１３】
坩堝本体に原料を装入し、種結晶の一面が前記原料と対向するように前記種結晶を配置し、蓋組立体を前記開放部上に位置させて製造装置を準備するセッティングステップと、
前記製造装置に成長温度及び成長圧力を適用して前記種結晶からインゴットを成長させて単結晶インゴットを形成する成長ステップとを含む、請求項１に記載の製造装置を用いた単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１４】
前記セッティングステップにおいて、前記種結晶は、種結晶ホルダーに固定された状態で配置され、前記コア部材の下端と前記種結晶ホルダーの上端とは少なくとも一点以上で互いに接し、
前記成長ステップは、ｉ）前記コア部材によって前記種結晶ホルダーの熱応力が除去または緩和され、及びｉｉ）前記コア部材の上昇または下降により、前記種結晶ホルダーに発生する圧縮応力が除去または緩和されながら、前記種結晶からインゴットが成長して単結晶インゴットを形成するステップである、請求項１３に記載の単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１５】
前記セッティングステップにおいて、前記種結晶は、種結晶ホルダーに固定された状態で配置され、前記コア部材の下端と前記種結晶ホルダーの上端とは少なくとも一点以上で互いに接するように配置され、前記コア部材の下面での外周は、前記配置孔の周と間隔を置いて離隔して位置し、
前記成長ステップは、前記間隔を介して前記坩堝の外部に熱が排出される方式で前記種結晶固定部の上面と前記コア部材の下面との間に発生する断熱層を除去しながら行われる、請求項１３に記載の単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１６】
前記原料は炭素及び珪素を含み、
前記インゴットは、その表面が凸状または平坦な形状の炭化珪素単結晶インゴットである、請求項１３に記載の単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１７】
前記種結晶は、４インチ以上の大口径の種結晶である、請求項１３に記載の単結晶インゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インゴットの製造装置及びこれを用いた炭化珪素単結晶インゴットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの単結晶（ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌ）は、これらの多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）から期待できない特性を示すので、産業分野での需要が増加している。
【０００３】
単結晶炭化珪素（ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌ  ＳｉＣ）は、エネルギーバンドギャップ（ｅｎｅｒｇｙ  ｂａｎｄ  ｇａｐ）が大きく、最大絶縁破壊電界（ｂｒｅａｋ  ｆｉｅｌｄ  ｖｏｌｔａｇｅ）及び熱伝導率（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）がシリコン（Ｓｉ）よりも優れている。また、単結晶炭化珪素のキャリア移動度はシリコンと同程度であり、電子の飽和ドリフト速度及び耐圧も大きい。このような特性により、単結晶炭化珪素は、高効率化、高耐圧化、及び大容量化が要求される半導体デバイスへの適用が期待される。
【０００４】
このような単結晶の製造方法として、例えば、日本公開特許公報第２００１−１１４５９９号には、アルゴンガスを導入できる真空容器（加熱炉）の中でヒータにより加熱しながら、種結晶の温度を原料粉末の温度よりも１０〜１００℃低い温度に保つことによって、種結晶上に単結晶インゴットを成長させることが開示されている。
【０００５】
大口径の単結晶インゴットを実質的に欠陥なしに製造しようとする試みがある。種結晶を坩堝のホルダーに接着剤を用いて付着して単結晶インゴットを成長させていた方法は、従来の方法と比較して効率的な方法ではあるが、炭化珪素種結晶とホルダーとの接合力が悪く、その界面で多くの微細な気孔が発生するため、大口径かつ高品質の炭化珪素単結晶インゴットを成長させるのに改善点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本公開特許公報第２００１−１１４５９９号
【特許文献２】韓国登録特許公報第１０−０６７５９１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、より欠陥の少ない大口径の単結晶インゴットを製造するためのインゴットの製造装置及びこれを用いた炭化珪素単結晶インゴットの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一実施例に係るインゴットの製造装置は、開放部を有し、原料が収容される坩堝本体と；前記開放部に位置して前記坩堝本体に少なくともその一部が固定される蓋組立体と；を含むインゴットの製造装置であって、前記蓋組立体は、上下に貫通された配置孔と；前記配置孔の周を取り囲んで前記開放部の周縁に沿って配置される枠部材と；前記配置孔に位置し、前記枠部材を基準として上下に移動するコア部材と；を含む。
【０００９】
前記コア部材の外周径は、前記配置孔の周径よりも小さくてもよい。
【００１０】
前記インゴットの製造装置は、前記坩堝本体の上端部、または前記坩堝本体と前記蓋組立体との間に位置し、種結晶を含む種結晶固定部を含むことができる。
【００１１】
前記種結晶固定部と前記コア部材とは少なくとも一点以上で互いに接することができる。
【００１２】
前記コア部材は、前記坩堝本体またはその内部の温度上昇によって種結晶固定部に発生する反り現象が誘発する圧縮応力を、前記コア部材の上下移動によって解消または緩和することができる。
【００１３】
前記コア部材の下面での外周は、前記配置孔の周と間隔を置いて離隔して位置することができる。
【００１４】
前記間隔は１０ｕｍ以上であってもよい。
【００１５】
前記種結晶固定部は、ｉ）その前面にインゴットを成長させる種結晶と；ｉｉ）前記種結晶の後面と直接接し、前記種結晶を固定する種結晶ホルダーと；を含むことができる。
【００１６】
前記コア部材の外周径は、前記種結晶の径の０．７〜１．２倍であってもよい。
【００１７】
前記コア部材は黒鉛材質のプレートであってもよい。
【００１８】
前記枠部材は、坩堝本体の開放部側の上面に一定の厚さを有して位置する枠本体と；前記枠本体と連結され、前記坩堝本体の開放部側の内周と接する延長部と；を含むことができる。
【００１９】
前記コア部材は、前記コア部材の中心を上下に貫通する仮想の線である垂直中心を有し、前記垂直中心に垂直な任意の面から見た前記コア部材の断面は円形またはドーナツ状であってもよい。
【００２０】
前記コア部材は、前記コア部材の中心を上下に貫通する仮想の線である垂直中心と、前記垂直中心と垂直をなし、前記コア部材を上部側と下部側に区画する仮想の線である水平中心とを有し、前記上部側及び下部側のうち少なくとも一方は、外周の径が垂直中心の末端に向かって次第に小さくなるものであってもよい。
【００２１】
本発明の他の一実施例に係る単結晶インゴットの製造方法は、坩堝本体に原料を装入し、種結晶の一面が前記原料と対向するように前記種結晶を配置し、前記蓋組立体を前記開放部上に位置させて製造装置を準備するセッティングステップと；前記製造装置に成長温度及び成長圧力を適用して前記種結晶からインゴットを成長させて単結晶インゴットを形成する成長ステップと；を含む。
【００２２】
前記セッティングステップにおいて、前記種結晶は、種結晶ホルダーに固定された状態で配置され、前記コア部材の下端と前記種結晶ホルダーの上端とは少なくとも一点以上で互いに接し、前記成長ステップは、ｉ）前記コア部材によって前記種結晶ホルダーの熱応力が除去または緩和され、及びｉｉ）前記コア部材の上昇または下降により、前記種結晶ホルダーに発生する圧縮応力が除去または緩和されながら、前記種結晶からインゴットが成長して単結晶インゴットを形成するステップであってもよい。
【００２３】
前記セッティングステップにおいて、前記種結晶は、種結晶ホルダーに固定された状態で配置され、前記コア部材の下端と前記種結晶ホルダーの上端とは少なくとも一点以上で互いに接するように配置され、前記コア部材の下面での外周は、前記配置孔の周と間隔を置いて離隔して位置することができる。
【００２４】
前記成長ステップは、前記間隔を介して前記坩堝の外部に熱が排出される方式で前記種結晶固定部の上面と前記コア部材の下面との間に発生する断熱層を除去しながら行われてもよい。
【００２５】
前記原料は炭素と珪素を含むことができ、前記インゴットは、その表面が凸状または平坦な形状の炭化珪素単結晶インゴットであってもよい。
【００２６】
前記種結晶は、４インチ以上の大口径の種結晶であってもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のインゴットの製造装置及びこれを用いた炭化珪素単結晶インゴットの製造方法は、インゴットの成長過程で種結晶に発生し得る圧縮応力、熱応力などを効果的に制御して、より欠陥の少ない単結晶インゴットを大面積で効果的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】インゴットの製造装置の一例を提示する概略図である。
【図２】インゴットの製造装置の一例を提示する概略図である。
【図３】本発明の一実施例に係るインゴットの製造装置のセッティング過程を説明する概略図である。
【図４】本発明の一実施例に係るインゴットの製造装置を示す概略図である。
【図５】図４のＡ部分の拡大図である。
【図６】図４の蓋組立体を示す分解斜視図である。
【図７】図３のコア部材の実施例を示す概略図である。
【図８】図２による構造を有する坩堝を用いて製造した炭化珪素インゴットの写真（ａ：実物写真、ｂ：ＵＶイメージ）である。
【図９】図３による構造を有する坩堝を用いて製造した炭化珪素インゴットの写真（ａ：実物写真、ｂ：ＵＶイメージ）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。明細書全体にわたって類似の部分に対しては同一の図面符号を付した。
【００３０】
本明細書において、ある構成が他の構成を「含む」とするとき、これは、特に反対の記載がない限り、それ以外の他の構成を除くものではなく、他の構成をさらに含むこともできるということを意味する。
【００３１】
本明細書において、ある構成が他の構成と「連結」されているとするとき、これは、「直接的に連結」されている場合のみならず、「それらの間に他の構成を介在して連結」されている場合も含む。
【００３２】
本明細書において、Ａ上にＢが位置するという意味は、Ａ上に直接当接してＢが位置するか、またはそれらの間に別の層が位置しながらＡ上にＢが位置することを意味し、Ａの表面に当接してＢが位置するものに限定されて解釈されない。
【００３３】
本明細書において、マーカッシュ形式の表現に含まれた「これらの組み合わせ」という用語は、マーカッシュ形式の表現に記載された構成要素からなる群から選択される１つ以上の混合又は組み合わせを意味するものであって、前記構成要素からなる群から選択される１つ以上を含むことを意味する。
【００３４】
本明細書において、「Ａ及び／又はＢ」の記載は、「Ａ、Ｂ、または、Ａ及びＢ」を意味する。
【００３５】
本明細書において、「第１」、「第２」又は「Ａ」、「Ｂ」のような用語は、特に説明がない限り、同一の用語を互いに区別するために使用される。
【００３６】
本明細書において、単数の表現は、特に説明がなければ、文脈上解釈される単数又は複数を含む意味として解釈される。
【００３７】
【００３８】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００３９】
本発明の発明者らは、より大口径であり、かつより欠陥のない単結晶インゴットを成長させるための方法を研究していたところ、図１のように、種結晶ホルダー１が坩堝の入り口を閉じている蓋（Ｌｉｄ）２に直接触れるように坩堝を構成する場合、種結晶と種結晶ホルダーとの熱膨張率の差により、インゴットが種結晶ホルダーの方向に凸状に反る反り現象が発生し、種結晶ホルダー１が蓋２を押すようになって、インゴットに圧縮応力Ｓが発生し、これは、成長したインゴットにクラックを発生させる原因の一つとなるという点を確認した。このような問題点を解決するために、本発明の発明者らは、種結晶と蓋との間に一定の間隔を置くようにセッティングされた坩堝を用いてインゴットを成長させることを試みたが（図２参照）、このような場合、かえってインゴットの中央部分が凹状に成長する現象ＣＳが現れた（図８の写真参照）。また、このように製造されたインゴットにはポリタイプの混入や品質の低下が生じるという点も確認した。
【００４０】
このような問題点を解決するために、本発明の発明者らは、以下で説明する蓋の中央部分の一部が上昇又は下降し得る構造を有する坩堝蓋組立体を提示する。
【００４１】
図３及び図４は、それぞれ、本発明の一実施例に係るインゴットの製造装置のセッティング過程を説明する概略図であり、図５は、図４のＡ部分の拡大図であり、図６は、図４の蓋を示した分解斜視図である。以下、図３乃至図６を参照して、本発明の一実施例をより詳細に説明する。
【００４２】
本発明の一実施例に係るインゴットの製造装置１００は、開放部１１１を有し、原料が収容される坩堝本体１１０；及び前記開放部１１１に位置して前記坩堝本体１１０に少なくともその一部が固定される蓋組立体１３０；を含む。
【００４３】
前記坩堝本体１１０は、原料などが装入される内部空間を有するものであって、その上端に開放部１１１を有する。前記開放部１１１は、前記原料が出入りし、前記開放部１１１又は前記坩堝本体１１０の上端、前記開放部と近い位置に種結晶固定部１２０が位置することができる。
【００４４】
前記開放部１１１は、前記坩堝本体１１０の内部空間を開放し、種結晶固定部１２０が挿入され得る挿入固定部１１２が形成され得る。具体的には、前記挿入固定部１１２は、前記開放部１１１の周縁に沿って位置する坩堝本体の末端の内径が、前記坩堝本体１１０に原料が位置する下端部の内径よりも広くなるように形成され得る。例えば、前記挿入固定部１１２は固定段の形態で形成されてもよい。
【００４５】
前記蓋組立体１３０は、上下に貫通された配置孔１３１ｂと；前記配置孔１３１ｂの周を取り囲んで前記開放部１１１の周縁に沿って配置される枠部材１３１と；前記配置孔１３１ｂに位置し、前記枠部材１３１を基準として上下に移動するコア部材１３２と；を含むことができる。
【００４６】
前記コア部材１３２の外周径は、前記配置孔１３１ｂの周径よりも小さく適用され得る。具体的には、前記コア部材１３２の外周径と前記配置孔１３１ｂの周径との差は、１０ｕｍ以上であってもよく、１０〜１０，０００ｕｍであってもよく、５０〜１，０００ｕｍであってもよい。
【００４７】
前記インゴットの製造装置１００は、前記坩堝本体１１０の上端部、または前記坩堝本体１１０と前記蓋組立体１３０との間に位置し、種結晶１２１を含む種結晶固定部１２０を含むことができる。
【００４８】
前記種結晶固定部１２０と前記コア部材１３２とは少なくとも一点以上で互いに接することができる。
【００４９】
前記種結晶固定部１２０は、ｉ）その前面にインゴットを成長させる種結晶１２１と；ｉｉ）前記種結晶１２１の後面と直接接し、前記種結晶１２１を固定する種結晶ホルダー１２２と；を含むことができる。すなわち、前記インゴットの製造装置１００は、前記坩堝本体１１０の上端部、または前記坩堝本体１１０と前記蓋組立体１３０との間に位置し、その一面に種結晶１２１が固定される種結晶ホルダー１２２；をさらに含むことができる。このとき、前記種結晶ホルダー１２２の他面は、前記コア部材１３２と少なくとも一点以上において互いに接する。
【００５０】
前記種結晶固定部１２０は、ｉ）その一面にインゴットを成長させる種結晶１２１と；ｉｉ）前記種結晶１２１の後面に直接接して前記種結晶の後面を保護する保護膜（図示せず）と；を含むことができる。前記コア部材１３２は、前記保護膜と少なくとも一点で互いに接することができる。
【００５１】
前記コア部材１３２は、前記坩堝本体１１０またはその内部の温度上昇によって種結晶固定部１２０に発生する反り現象が誘発する圧縮応力を、前記コア部材１３２の上下移動によって解消または緩和する。
【００５２】
前記コア部材１３２は、前記坩堝本体１１０またはその内部の温度上昇によって種結晶固定部１２０と前記蓋組立体１３０との間で発生し得る熱応力を解消または緩和する。具体的には、前記コア部材１３２は、前記種結晶固定部１２０と当接して、種結晶固定部１２０で発生する過度の熱を排出させることができる。
【００５３】
また、前記コア部材１３２は、前記種結晶固定部１２０と前記コア部材１３２との間、そして、前記コア部材１３２と前記枠部材１３１との間に存在する空間１２０ａまたは間隔１３２ｇによって直接的に熱排出を誘導して断熱層の発生を解消することができる。
【００５４】
前記コア部材１３２の下面での外周は、前記配置孔１３１ｂの周と間隔１３２ｇを置いて離隔して位置することができる。
【００５５】
前記間隔１３２ｇは、１０ｕｍ以上であってもよく、１０〜１０，０００ｕｍであってもよく、５０〜５，０００ｕｍであってもよく、または６０〜２００ｕｍであってもよい。このような間隔１３２ｇを有する場合、前記製造装置１００は、前記コア部材１３２と前記枠本体１３１ａとの間に坩堝の蓋としての役割を十分に行いながらも、熱の排出を助け、安定的にインゴットを成長させるように助けることができる。
【００５６】
前記コア部材１３２の外周径は、前記種結晶１２１の径の０．７〜１．２倍であってもよく、または０．９〜１．１５倍であってもよい。コア部材１３２をこのような大きさに形成する場合、より欠陥の少ないインゴットを種結晶から成長させることができる。
【００５７】
前記坩堝本体１１０及び前記枠部材１３１は、インゴット成長用坩堝の材質であれば適用可能であり、具体的に黒鉛材質で製造することができる。
【００５８】
前記コア部材１３２は、前記枠部材１３１と同一の材料、あるいは前記枠部材１３１と熱膨張が同一又は小さい材料が適用されてもよく、具体的には、黒鉛材質のプレートが適用され得る。
【００５９】
前記コア部材１３２の厚さは、前記枠部材１３１の厚さを基準として０．４〜２．５の割合であってもよい。前記コア部材１３２の厚さが前記枠部材１３１の厚さを基準として０．４倍未満と薄すぎる場合、コア部材１３２がかえってヒータの役割をし、種結晶１２１、即ちシード部の温度が上昇して、インゴットの成長の厚さが低くなることがある。また、前記コア部材１３２の厚さが前記枠部材１３１の厚さを基準として２．５倍を超えて厚すぎる場合、種結晶１２１、即ちシード部の温度が低下して、インゴットの上部がフラット（Ｆｌａｔ）状又は凹状に成長することがある。
【００６０】
前記枠部材１３１は、坩堝本体の開放部１１１側の上面に一定の厚さを有して位置する枠本体１３１ａ；及び前記枠本体１３１ａと連結され、前記坩堝本体１１０の開放部側の内周と接する延長部１３１ｃ；を含むことができる。
【００６１】
前記延長部１３１ｃは、坩堝本体１１０の上端開放部側の内面を一定の厚さで囲むことで、安定に枠本体１３１ａが前記坩堝本体１１０上に位置するように助ける。
【００６２】
また、前記延長部１３１ｃの末端は、前記種結晶固定部１２０の上部の少なくとも一部を加圧することができ、このように配置される製造装置１００は、高温低圧の環境においてより安定に種結晶固定部１２０を支持することができる。具体的には、前記延長部１３１ｃの末端は、前記種結晶固定部１２０の縁部と当接してこれを支持又は加圧することができ、より具体的には、種結晶ホルダー１２２の縁部と当接してこれを支持又は加圧することができる。
【００６３】
前記コア部材１３２の形状を説明する。
【００６４】
前記コア部材１３２は、前記コア部材の中心を上下に貫通する仮想の線である垂直中心ｖを有し、前記垂直中心ｖに垂直な任意の面から見た前記コア部材の断面が円形またはドーナツ状であってもよい。
【００６５】
前記コア部材１３２は、前記コア部材の中心を上下に貫通する仮想の線である垂直中心ｖと、前記垂直中心と垂直をなし、前記コア部材を上部側と下部側に区画する仮想の線である水平中心ｈとを有することができる。
【００６６】
前記コア部材１３２は、前記上部側及び下部側のうち少なくとも一方は、外周の径が垂直中心の末端に向かって次第に小さくなる形状を有することができる。前記コア部材がこのような形状を有する場合、前記蓋組立体と共に作用して、熱などをより容易に排出させることができる。
【００６７】
具体的には、前記コア部材１３２は、垂直中心ｖを有する円柱状であり得る（図７のａ参照）。このとき、コア部材１３２の外周径は、垂直中心ｖを基準として上下方向に同一に形成され得る。
【００６８】
前記コア部材１３２は、円筒状のプレートの中央部分の上面の一部が下面方向に凹んだ円筒状のプレートであり得る（図７のｂ参照）。
【００６９】
前記コア部材１３２は、配置孔１３１ｂに沿って配置され、下面が種結晶固定部１２０と接するコアボディー１３２ａと、前記コアボディー１３２ａの上面から突出している突出部１３２ｂとを含むことができる。前記突出部１３２ｂの径は、コアボディー１３２ａの径よりも小さく形成することができる（図７のｃ参照）。
【００７０】
前記コア部材１３２は、垂直に連結された水平中心ｈと垂直中心ｖとを有することができ、前記コア部材１３２は、水平中心ｈを基準として上部側と下部側とに区画され、前記上部側及び前記下部側のうち少なくとも一方は、外周径が垂直中心の末端に向かって次第に小さくなる形状に形成され得る。具体的には、前記コア部材は、垂直中心ｖに沿って切断された断面から観察するとき、上部側は、三角形の断面を有することができ、下部側は、菱形または矩形の形状を有することができる（図７のｄ参照）。
【００７１】
具体的には、前記コア部材１３２は、上部側の中央と上部側の縁部との高さの差が、前記コア部材の全厚さを基準として０〜６０％さらに低く形成され得、より具体的には、上部側の垂直中心を基準とする断面が、三角形、半円または台形の形状を有するものであってもよい。このような形状で前記コア部材を適用する場合、前記坩堝の内部から上がってくる熱による応力をより効果的に制御することができる。
【００７２】
前記製造装置１００は、炭化珪素単結晶インゴットの製造に活用することができる。このような場合、前記原料として、炭素原料と珪素原料が装入され得、結晶形または非結晶形の炭化珪素原料が装入され得る。
【００７３】
前記製造装置１００は、大口径のインゴットの製造に活用することができる。具体的には、前記インゴットの製造装置は、４インチ以上の口径を有する単結晶炭化珪素インゴットを製造することができ、６インチ以上の口径を有する単結晶炭化珪素インゴットを製造することができ、４〜１６インチの口径を有する単結晶炭化珪素インゴットを製造することができる。
【００７４】
炭化珪素インゴットを製造する場合、前記種結晶としては、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣ、１５Ｒ−ＳｉＣなどが適用されてもよい。
【００７５】
前記製造装置１００を適用する場合、前記単結晶炭化珪素インゴットを、前記坩堝本体の外径を基準として７０％以上の大きさで大口径のインゴットを製造することができ、適用するプレートの厚さや形状を変更して、成長したインゴットの形状も制御できるという利点を有する。
【００７６】
【００７７】
本発明の他の一実施例に係る単結晶インゴットの製造方法は、セッティングステップ及び成長ステップを含む。
【００７８】
前記セッティングステップは、坩堝本体１１０に原料を装入し、種結晶１２１の一面が前記原料と対向するように前記種結晶を配置し、上述した蓋組立体１３０を前記開放部上に位置させて製造装置１００を準備するステップである。
【００７９】
前記セッティングステップにおいて、前記種結晶１２１は、種結晶ホルダー１２２に固定された状態で配置され、前記コア部材１３２の下端と前記種結晶ホルダー１２２の上端とは少なくとも一点以上で互いに接するようにする。
【００８０】
具体的には、前記セッティングステップにおいて、前記種結晶１２１は、種結晶ホルダー１２２に固定された状態で配置され、前記コア部材１３２の下端と前記種結晶ホルダー１２２の上端とは少なくとも一点以上で互いに接するように配置され、前記コア部材１３２の下面での外周は、前記配置孔１３１ｂの周と間隔を置いて離隔して位置し得る。
【００８１】
前記成長ステップは、前記製造装置１００に成長温度及び成長圧力を適用して前記種結晶１２１からインゴットを成長させて単結晶インゴットを形成するステップである。
【００８２】
前記成長ステップは、前記原料を、２０００〜２５００℃の成長温度及び１〜２００ｔｏｒｒの成長圧力の条件下で行うことができる。
【００８３】
前記成長ステップでは、ｉ）前記コア部材１３２によって前記種結晶ホルダー１２２の熱応力が除去または緩和されながらインゴットの成長が行われ得る。
【００８４】
また、前記成長ステップでは、ｉｉ）前記コア部材１３２の上昇または下降により、前記種結晶ホルダー１２２に発生する圧縮応力が除去または緩和されながら前記種結晶１２１からインゴットが成長し得る。
【００８５】
前記成長ステップは、上述した間隔を介して前記坩堝の外部に熱が排出される方式で前記種結晶固定部１２０の上面と前記コア部材１３２の下面との間に発生する断熱層を除去しながら行われ得る。
【００８６】
このように、本発明で適用する蓋組立体１３０を適用してインゴットを製造する場合、前記の種結晶固定部１２０、特に、種結晶ホルダー１２２から熱を良好に放出させ、材料の膨張による反り現象の発生と共に発生する圧縮応力も除去しながら前記インゴットの成長を誘導する。また、製造された単結晶インゴットが高品質かつ大口径で形成可能であり、特に、その表面が凸状または平坦な形状を有することによって、優れた品質のインゴットを成長させることができる（図９の写真参照）。
【００８７】
前記製造装置の具体的な構成及び形態、インゴット、原料、種結晶などについての具体的な説明は、前記での説明と重複するので、その記載を省略する。
【００８８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
【符号の説明】
【００８９】
１００    製造装置
１１０    坩堝本体
１１１    開放部
１１２    挿入固定部
１２０    種結晶固定部
１２０ａ    空間
１２１    種結晶、インゴット
１２２    種結晶ホルダー
１３０    蓋組立体
１３１    枠部材
１３１ａ    枠本体
１３１ｂ    配置孔
１３１ｃ    延長部
１３２    コア部材
１３２ａ    コアボディー
１３２ｂ    突出部
１３２ｇ    間隔
ｖ    垂直中心
ｈ    水平中心
Ｓ    応力（ｓｔｒｅｓｓ）発生
ＣＳ    凹形状の発生
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020093970.tif 000010
【図９】
2020093970.tif 000011
【外国語明細書】
2020093970000001.pdf