KR100845946B1 - SiC 단결정 성장방법 - Google Patents

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KR100845946B1 KR1020070002698A KR20070002698A KR100845946B1 KR 100845946 B1 KR100845946 B1 KR 100845946B1 KR 1020070002698 A KR1020070002698 A KR 1020070002698A KR 20070002698 A KR20070002698 A KR 20070002698A KR 100845946 B1 KR100845946 B1 KR 100845946B1
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신병철
이원재
김일수
구갑렬
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동의대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 성장로를 진공상태로 유지하는 단계와, 종자정 표면으로 수소함유 가스를 주기적으로 도입하면서 SiC 단결정을 성장시키는 단계와, 상기 성장로를 냉각하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 수소가 주기적으로 도입되어 성장된 SiC 결정의 품질은 상당히 향상되고, 낮은 캐리어 농도 및 낮은 마이크로파이프 밀도를 나타낸다.
SiC 단결정, 물리적 기상 이동법, 수소, 에피택셜 층, 성장률

Description

SiC 단결정 성장방법{Method for forming SiC Single Crystal}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 물리적 기상 이동법에 의한 성장로의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 물리적 기상 이동법에 의해 SiC 벌크 성장의 공정 순서의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 물리적 기상 이동법에 의해 성장된 2인치 SiC 단결정의 횡 편광 포토그래피 및 광 사진을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의해 상이한 공정 조건으로 성장된 SiC 웨이퍼를 광학 현미경의 노말스키 모드에서 관찰한 표면 형상을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의해 2㎛/h의 성장률로 성장된 SiC 에피택셜 층을 광학 현미경의 노말스키 모드 및 AFM에 의해 관찰한 표면 형상을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 물리적 기상 이동법에 의해 성장된 SiC 단결정 잉곳의 광학 사진 및 횡편광 포토그래피를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 상이한 종자정 물질에서 성장된 SiC 웨이퍼를 광학 현미경의 노말스키 모드에서 관찰한 표면 형상을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 삽입된 에피층을 가지거나 가지지 않 는 SiC 종자정에서 성장된 SiC 결정의 흡수 스펙트라를 나타낸다.
본 발명은 SiC 단결정 성장방법에 관한 것으로, 특히 단결정 성장단계에서 수소 가스를 주기적으로 도입하는 SiC 단결정 성장방법에 관한 것이다.
금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(MESFET)의 기초가 되는 실리콘 카바이드(SiC)는 SiC 물질의 높은 밴드 갭 에너지, 높은 브레이크다운 전계 및 높은 열전도성 때문에 고파워, 고온 및 고주파수 적용분야에서 많은 관심을 끌고 있다.
최근에, 2 인치 및 3 인치 SiC 웨이퍼는 상업적으로 이용할 수 있지만, SiC 기판을 사용하는 상업적 소자는 SiC 결정의 유용한 크기 및 품질에 의해 여전히 크게 제한적일 수밖에 없다. 게다가, 큰 결정에서 결함 밀도의 감소는 SiC 소자의 순수 이행에 필요하기 때문에, 많은 연구가는 SiC 벌크 성장 또는 새로운 물질의 이행의 공정 변경을 통해 SiC 단결정의 품질을 향상시키는데 초점이 맞춰지고 있다.
단결정 성장 시 종자정(seed) 표면 상에 많은 결함이 발생하여 초기 성장단계에서 SiC 결정 품질의 하락을 유도하는 결과를 초래하기 때문에, 결정 품질을 제어하는 주 요인 중 하나는 물리적 기상 이동(PVT: physical vapor transport)법을 이용한 성장의 초기 단계에서의 성장 거동일 것이다.
또한, 지난 몇 년 동안 SiC의 단결정 성장 기술에서 CVD 방법을 사용하였으나, 이 방법은 유독화학약품 및 가연성의 가스를 사용하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 SiC 벌크 성장에서 수소 가스를 주기적으로 도입하여, SiC 결정 품질이 향상된 SiC 단결정 성장방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 삽입된 에피택셜 층을 가지는 새로운 SiC 종자정 물질을 이용하여 높은 성장률 및 캐리어 농도를 가지는 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 SiC 단결정 성장방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 SiC 단결정 성장방법은 성장로를 진공상태로 유지하는 단계와, 종자정 표면으로 수소함유 가스를 주기적으로 도입하면서 SiC 단결정을 성장시키는 단계와, 상기 성장로를 냉각하는 단계를 포함한다.
상기 수소 함유 가스는 수소 또는 수소와 아르곤을 혼합한 가스이며, 상기 수소 함유 가스는 초기 결정성장 시 종자정 표면을 에칭하기 위하여 도입하고, 상기 수소 함유 가스는 종자정 표면 에칭 후 1 시간마다 10분 동안 도입하고, 상기 단결정 성장 시 아르곤 가스와 수소 가스의 양을 20:1 비율로 10분간 도입한다. 이때 아르곤 가스와 수소 가스의 양이 20:1 비율 보다 작으면, SiC 단결정 초기 성장 시 종자정 표면의 에칭이 잘 되지 않고, 상기 비율 보다 높으면 종자정 표면의 에칭이 심화되어 표면에 요철이 형성되어 성장될 SiC 단결정의 질을 저하시킨다.
본 발명의 SiC 단결정 성장방법은 표면 상에 SiC 에피택셜 층을 구비한 종자정을 마련하는 단계와, 상기 종자정을 도가니에 안착하여 성장로를 진공상태로 유지하는 단계와, SiC 단결정을 성장시키는 단계와, 상기 성장로를 냉각하는 단계를 포함한다. 상기 SiC 에피택셜 층 성장 온도는 약 2000℃이다.
상기 성장온도는 2000℃ 내지 2500℃이고, 성장압력은 30mbar내지 70mbar이다. 또한, 상기 SiC 단결정의 축 열 기울기는 10 내지 20℃/cm 인 SiC 단결정 성장방법.
상기 종자정은 6H-SiC인 것이다.
물리적 기상 이동(PVT: Physical Vapor Transport)법은 SiC 단결정 성장 방법 중 현재까지 널리 쓰이고 있는 방법이다. PVT 방법으로 도가니 내에서는 결정의 승화와 재결정이 동시에 진행되며, 다른 성장 방법에 비해 결정 성장률이 상대적으로 높은 편이기 때문에 현재 널리 통용되고 있는 방법이다. 도 1은 PVT법 성장을 위한 성장로의 개략도이다. 도가니(10) 상부에는 SiC 종자정(20)이, 하부에는 SiC 소스 분말(30)이 채워지게 된다. 도가니 외부는 복사열을 차단하는 흑연 펠트(Graphite felt)로 감싸져 있으며, 이를 RF 유도 코일(40)을 이용하여 고주파를 발생시킨다. 코일 내의 교류전류에 의해 전도체인 도가니(10)는 와전류 손실 및 히스테리시스 손실로 열이 발생되어 도가니(10)는 가열되고 내부의 SiC 분말은 승화가 된다. 특히 승화된 가스들이 상부 종자정(20)에서의 재결정을 위해 상부와 하부에 온도구배를 주게 되는데, 이는 흔히 말하는 핫 존(Hot zone)(유도 코일의 중심 영역)으로 설정된 이 부근에서 가장 높은 열이 발생된다. 상대적으로 핫 존과 먼 도가니 상부 쪽은 온도가 낮게 된다. 이런 원리를 이용하여 핫존에서 승화된 SiC 승화 가스들은 상부의 상대적으로 온도가 낮은 종자정(20) 쪽으로 이동하게 되며, 종자정(20) 표면에서 재결정화되어 SiC 단결정이 성장되는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다.
<제 1 실시예>
6H-SiC 결정은 PVT법에 의해 성장된다.
흑연 절연체에 의해 둘러싸인 밀봉된 흑연 도가니(10) 상부에는 SiC 종자정(20)이, 하부에는 고순도 SiC 소스 분말(30)이 채워지게 된다.
아르곤 분위기 또는 아르곤/수소 혼합 분위기에서 성장온도는 2000℃ 내지 2500℃이고, 성장압력은 30mbar내지 70mbar이다. 성장하는 동안에 SiC 결정을 가로지는 축방향 열 기울기(axial thermal gradient)는 10~20℃/cm 범위내이다. 종래의 SiC 파우더를 사용하여 성장된 SiC 결정은 PVT 성장 단계 동안에 비고의적 질소 도핑에 의해 n형임이 증명되었다. 여기서, 성장 온도가 상기 온도보다 낮으면, 단결정의 성장 속도가 낮을 뿐만 아니라 SiC 결정의 특성상 3C-SiC 타입의 결정이 혼입되어 다결정을 형성할 가능성이 높아지고, 상기 온도보다 높으면 급격한 성장 속도로 인해 결정질이 저하되는 문제점이 발생한다. 또한, 성장 압력이 상기 압력보다 낮을 때에는 SiC 소스 분말의 증발력이 높아져 SiC 소스 분말에서 분해된 Si2C, SiC2, Si 등의 분자들이 종자정에 과잉 공급되어 적층 결함, 면상 결함 등 결정질을 저하시키게 되는 원인을 제공하게 되고, 성장 압력이 상기보다 높을 때에는 SiC 소스 분말이 분해되지 않아 결정 성장이 잘 일어나지 않게 된다. 그리고, 축방향 열 기울기가 상기보다 낮은 경우에는 단결정 성장이 잘 일어나지 않을 뿐만 아니라 열적 구배가 작아 종자정이 SiC 소스 분말과 같이 증발하는 경우가 발생하여 단결정을 성장시킬 수 없게 되고, 높을 경우에는 SiC 소스 분말에서 분해된 Si2C, SiC2, Si 등의 분자들 종자정까지 이송되지 못하고 SiC 소스 분말 상단에서 재결정화되어 단결정 성장률이 저하된다.
도 2는 PVT법에 의해 SiC 벌크 성장의 공정 진행의 개략도를 나타낸다. 공정시간의 함수로서 공정 온도, 공정 압력 및 수소 가스의 추가 흐름을 개략적으로 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 전체 공정은 진공 단계, 성장 단계 및 냉각 단계인 3단계로 구성되고, 수소 및 아르곤의 혼합 가스는 SiC 벌크 성장 단계 동안에 성장 분위기에서 주기적으로 추가된다. 수소 에칭은 SiC 웨이퍼의 표면 손상을 제거하고 자동으로 플랫하고 클린한 표면을 준비하는데 사용되어 왔기 때문에, 수소 가스는 결정성장을 시작하기 전에 종자정 표면으로 도입된다. 게다가, 주기적으로 변화된 수소 가스는 SiC 결정 성장 단계에서 성장 분위기로 도입된다.
좀 더 상세히 설명하면, 종자정(20)과 SiC 소스(30)가 장입된 도가니(10)를 성장로(50)에 장착한 후 반응챔버를 밀봉한다(S1). 불순물 등을 제거하기 위해 약 30nbar이하로 진공공정을 진행한다(S2). 충분히 불순물이 제거되었다고 판단될 때에는 가열하기 위한 전단계로 압력을 약 800mbar로 높여준다(S3). 성장로를 약 2200℃까지 가열하여 성장 전 단계를 유지한다(S4). 성장을 위해 압력을 약 40~50mbar로 천천히 낮춘다(S5). 초기 종자정을 에칭하는 단계로, 성장 압력이 유지되면 아르곤 가스 200sccm과 수소 가스 1000sccm을 10분간 주입한다(S6). 수소 가스 주입이 멈추면 아르곤 가스 200sccm을 10시간 동안 계속 주입하여, 성장을 유지한다(S7). 아르곤 가스 200sccm가 계속 주입되는 상태에서 수소 가스 10sccm을 10분간 주입한다(S8). 수소 가스 주입이 멈추면 아르곤가스 200sccm을 1시간 동안 유지하며, 성장을 유지한다(S9). 성장 공정이 끝날 때까지 (S8)과 (S9) 공정을 반복한다(S10). 성장이 완료되면 압력을 약 800mbar로 상승시켜 성장 공정을 멈춘다( 1차 냉각)(S11). 히팅 파워를 낮추어 온도를 하강시킨다( 2차 냉각)(S12). 히팅 파워가 '0'이 되면 성장로에서 24시간 로냉시킨다(3차 냉각)(S13).
실험결과
PVT법에 의해 성장된 6H-SiC 결정 불(boules)은 웨이퍼를 생산하기 위하여 바닥 면을 따라 슬라이스되고, 그 다음에 광학 현미경으로 웨이퍼 표면을 관찰하기 위하여 다이아몬드 페이스트(diamond paste)를 사용하여 연마(polishing)하였다. 결함을 관찰하기 위해서, KOH 용액을 480도에서 5분간 유지시켜 화학적 에칭을 실시하였고, 편광 현미경의 노말스키 모드(Nomarski mode)에서 관찰하였다. 벌크 SiC 물질의 전기적 특성은 반 데르 파울 기하학을 사용하는 홀 효과 및 UV/VIS 스펙트로포토미터에 의해 측정되었다.
Ar 가스만을 사용하거나 Ar+H2 혼합가스를 사용하여 성장된 2인치 SiC 단결정 웨이퍼의 횡 편광 포토그래피 및 광 사진은 도 3에 도시된다. Ar 가스만(a) 사용하거나 Ar+H2 혼합가스(b)를 사용한 공정 분위기를 이용하여 성장된 SiC 단결정의 다양한 특성은 표 1에 나타낸다.
홀 측정으로부터 추출된 SiC 결정의 캐리어 농도에서, 주기적으로 변화된 수소 추가로 성장된 SiC결정은 단지 Ar 가스만으로 성장된 SiC 결정보다 상대적으로 낮은 캐리어 농도 1.98×1017/cm2를 나타내고, 수소는 성장된 SiC 결정에서 질소 혼합 능력을 억압하는 것을 나타낸다. 2인치 SiC 결정의 성장률은 잉곳의 높이에 의해 측정되고, 수소 추가로 성장된 SiC 잉곳의 성장률은 상당히 감소하였고, 이는 수소 에칭이 벌크 성장하는 동안에 성장률을 감소시키는 것으로 여겨진다. UV/VIS 스펙트로포토미터에 의해 분석된 흡수 스펙트럼은 양쪽의 SiC 결정의 밴드 갭 에너지 3.04eV를 나타내는 기초 흡수를 보여준다.
도 4는 상이한 공정 조건으로 성장된 SiC 웨이퍼를 광학 현미경의 노말스키 모드에서 관찰한 표면 형상도를 나타낸다. 도 4(a)는 아르곤 가스만 사용하고, 도 4(b)는 아르곤 + 수소 가스의 혼합가스를 사용한 것이다. 결함을 관찰하기 위해서, KOH 용액을 480℃에서 5분간 유지시켜 화학적 에칭을 실시하였다. SiC 웨이퍼의 에칭된 표면들은 많은 셀 모양 에치 핏과 둥근 모양의 에치 핏을 나타내고, 이는 (0001)SiC 표면을 교차하는 바닥면 전위(BPD: basal plane dislocation) 및 c 축에 연속적으로 평행한 에지 전위이라고 생각된다. 주기적으로 변화된 수소 추가는 SiC 결정 품질을 향상시키고, 10/cm2에서 4/cm2까지 마이크로파이프 밀도(MPD:micropipe density)가 감소하는 것을 관찰하였다.
Figure 112007002341562-pat00001
<제 2 실시예>
종자정의 내부와 표면에는 마이크로파이프(micro-pipe), 면상결함, 카본 혼입 등 많은 결함들이 존재한다. 이 종자정을 그대로 사용하여 성장 공정을 진행하면 결함들이 성장 중 결함을 증가시키는 요인이 되므로 제거하거나 더 이상 결함의 진전이 없도록 차단시켜 주어야하는데, 종자정에 내포되어 있는 결함들을 완전히 제거하기가 불가능하기 때문에 차단시켜 주기 위해 에피택셜 층을 종자정 표면에 입혀준다. 에피택셜 층 성장 공정은 단결정 성장공정과 거의 같으므로, 상세한 설명은 생략한다. 그러나 이때, 에피택셜 층 성장온도(약 2000℃)와 성장 시간(약 3시간)이 좀 다를 뿐이다.
6H-SiC 결정은 삽입된 층의 역할을 평가하기 위하여 종래의 PVT 법에 의해 성장된다.
흑연 절연체에 의해 둘러싸인 밀봉된 흑연 도가니(10) 상부에는 삽입된 에피택셜 층을 가지는 SiC 종자정(20)이, 하부에는 고순도 SiC 소스 분말(30)이 채워지게 된다.
성장로(50)를 진공상태로 유지하고, SiC 단결정을 성장시킨 후에, 상기 성장로(50)를 냉각한다. 공정 단계는 제 1 실시예와 같으므로, 상세한 설명은 생략한다.
벌크 SiC 결정의 성장온도 2000℃ 내지 2500℃이고, 성장압력은 30mbar내지 70mbar이다. 성장하는 동안에 SiC 결정을 가로지는 축방향 열 기울기는 15~20℃/cm의 범위내이다.
실험결과
PVT법으로 성장된 6H-SiC 결정 불(boule)은 바닥 면(basal)을 따라 슬라이스되어 웨이퍼 생산하고 그 다음 광학 현미경으로 웨이퍼 표면을 관찰하기 위하여 다이아몬드 페이스트를 사용하여 연마된다. 결함을 관찰하기 위해서, KOH 용액을 480℃에서 5분간 유지시켜 화학적 에칭을 실시하였고, 편광 현미경의 노말스키 모드(Nomarski mode)에서 관찰하였다. 벌크 SiC 물질의 전기적 특성 및 흡수 스펙트라는 각각 반 데르 파울 기하학 및 UV/VIS 스펙트로포토미터기를 사용하는 홀 측정에 의해 분석된다.
도 5는 2㎛/h의 성장률로 성장된 SiC 에피택셜 층을 광학 현미경의 노말스키 모드 및 AFM에 의해 관찰한 표면 형상을 나타낸다. SiC 종자종 물질에서 성장된 에피택셜 층의 전체 표면에서 거울 형상 및 스트라이프 형상이 발견된다. 스텝 번칭(step-bunching)으로 불리는 스트라이프 형상은 에피택셜 층이 성장하는 동안에 스텝 플로우 성장으로부터 생긴다.
종래의 SiC 종자종 물질 및 삽입된 SiC 에피택셜 층을 가지는 새로운 SiC 종자종 물질 상에 승화 PVT법을 사용하여 SiC결정을 준비하였고 그 다음 성장률 및 SiC 결정의 결함 밀도를 포함하는 결정 품질에 의해 SiC 결정의 특성을 구조적으로 관찰하였다. 성장된 2인치 SiC 결정의 성장률은 잉곳의 높이에 의해 측정되고, 삽입된 에피택셜 층을 가지는 종자종에서 성장된 SiC 잉곳의 성장률은 삽입된 에피택셜 층이 없는 종자종보다 14% 더 높다는 것이 증명되었다. 도 6은 두개의 상이한 종자종 물질에서 성장된 2인치 지름의 6H-SiC 불(boule)의 포토그래피를 나타낸다. 모노결정의 지역은 도가니 디자인 구조를 제어함으로써 폴리결정지역으로부터 분리되어 관찰된다. 마이크로파이프 및 함유물과 같은 결함의 밀도는 슬라이스된 웨이퍼의 에칭된 표면에서 분석된다. 결함 없는 표면은 두 개의 상이한 SiC 잉곳으로부터 준비된 양쪽의 SiC 웨이퍼에서 관찰되었지만, 웨이퍼의 가장자리 지역은 1~2/cm2의 마이크로파이프 밀도를 나타낸다.
도 7은 상이한 종자종 물질에서 성장된 SiC 웨이퍼를 광학 현미경의 노말스키 모드에서 관찰한 표면 형상을 나타낸다. 도 7(a)는 에피택셜 층이 삽입되지 않은 것이고, 도 7(b)는 에피택셜층이 삽입된 SiC 웨이퍼의 표면 형상을 나타낸 것이다. SiC 웨이퍼의 에칭된 표면은 쉘 형상 에치 핏 및 둥글거나 육각형의 에치 핏을 다수 나타내고, 이는 (0001)SiC 표면을 교차하는 바닥면 전위 및 C축으로 전달되는 에지 전위(edge dislocation)로 여겨진다. 삽입된 에피택셜 층이 없는 종자종에서 성장된 SiC 잉곳은 주로 둥글거나 육각형의 에치 핏을 나타내는 반면에, 삽입된 에피택시 층을 가지며 성장된 SiC 웨이퍼는 균일하고 쉘 형상의 에치 핏의 높은 밀도를 가진다. 이 차이는 삽입된 에피택셜 층에 관련된 것이다.
삽입된 에피택셜 층을 가지거나 가지지 않는 SiC 종자종에서 성장된 SiC 결정에서 400에서 900nm 범위의 파장에서의 흡수 스펙트라를 도 8에 도시하였다. 삽입된 에피택셜 층이 없는 종자종에서 성장된 SiC 결정의 전형적인 흡수 스펙트라는 SiC 폴리타입이 대략 3.05eV의 기초적인 흡수 에너지를 가지는 6H-SiC인 것을 나타내는 반면에, 삽입된 에피택셜 층을 가지고 성장된 SiC 결정의 흡수 스펙트라는 3.03eV 의 밴드갭 에너지를 나타내는 기초적인 흡수와 대략 2.0eV의 질소 도너에 관련된 낮은 밴드갭 흡수(BBGA:below bandgap absorption)를 나타낸다. 도 8의 삽입그림은 SiC 결정의 밴드갭 에너지를 나타내는 x축에 교차하는 점을 보여준다. 높은 도핑은 밴드 갭 내로우 현상 때문에 낮은 에너지로의 밴드갭 시프트를 만드는 것으로 잘 알려져 있으므로, 삽입된 층과 함께 성장된 SiC 결정은 높은 캐리어 농도를 포함한다. 홀 측정으로부터, 삽입된 에피택셜 층을 가지거나 가지지 않는 SiC 종자종에서 성장된 SiC 결정의 캐리어 농도는 각각 대략 7×1016/cm3 및 8×1016/cm3 이였다.
본 발명에 의하면, 주기적으로 수소를 도입하여 성장된 SiC 결정의 품질은 상당히 향상되고, 낮은 캐리어 농도 및 낮은 마이크로파이프 밀도를 나타낸다.
또한, 본 발명에 의하면, 종자정 표면에 삽입된 에피택셜 층을 가지는 새로운 SiC 종자종 물질에서 성장된 SiC 단결정 잉곳에서 높은 성장률 및 캐리어 농도를 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 종자정과 소스가 장입된 도가니를 성장로에 장착하는 단계;
    상기 성장로를 진공 상태로 유지하는 단계;
    수소 함유 가스의 주입 및 중단을 반복하여 SiC 단결정을 성장시키는 단계; 및
    상기 성장로를 냉각하는 단계를 포함하는 SiC 단결정 성장방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 함유 가스는 수소 또는 수소와 아르곤을 혼합한 가스인 SiC 단결정 성장방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 함유 가스는 초기 결정성장시 종자정 표면을 에칭하기 위하여 도입하는 SiC 단결정 성장방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 함유 가스는 종자정 표면 에칭 후 1 시간마다 10분 동안 도입하는 SiC 단결정 성장방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 단결정 성장시 아르곤 가스와 수소 가스의 비율이 20:1이 되는 량을 도입하는 SiC 단결정 성장방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 종자정은 표면 상에 SiC 에피택셜 층이 형성된 SiC 단결정 성장방법.
  7. 표면상에 SiC 에피택셜 층을 구비한 종자정을 마련하는 단계;
    상기 종자정과 소스를 도가니에 장입한 후 상기 도가니를 성장로에 장착하는 단계;
    상기 성장로를 진공 상태로 유지하는 단계;
    수소 함유 가스의 주입 및 중단을 반복하여 SiC 단결정을 성장시키는 단계; 및
    상기 성장로를 냉각하는 단계를 포함하는 SiC 단결정 성장방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 SiC 에피택셜층은 2000℃의 온도에서 성장되는 SiC 단결정 성장방법.
  9. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 SiC 단결정의 성장온도는 2000℃ 내지 2500℃이고, 성장압력은 30mbar내지 70mbar인 SiC 단결정 성장방법.
  10. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 SiC 단결정의 축방향 열 기울기는 10 내지 20℃/cm 인 SiC 단결정 성장방법.
  11. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 종자정은 6H-SiC인 SiC 단결정 성장방법.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101043280B1 (ko) 2008-09-17 2011-06-22 동의대학교 산학협력단 종자정 처리 방법 및 단결정 성장 방법
WO2012177086A2 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Lg Innotek Co., Ltd. Method of fabricating wafer
WO2014123634A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-14 Dow Corning Corporation Method to reduce dislocations in sic crystal grown by sublimation (pvt)
US8860040B2 (en) 2012-09-11 2014-10-14 Dow Corning Corporation High voltage power semiconductor devices on SiC
US8940614B2 (en) 2013-03-15 2015-01-27 Dow Corning Corporation SiC substrate with SiC epitaxial film
US9018639B2 (en) 2012-10-26 2015-04-28 Dow Corning Corporation Flat SiC semiconductor substrate
US9279192B2 (en) 2014-07-29 2016-03-08 Dow Corning Corporation Method for manufacturing SiC wafer fit for integration with power device manufacturing technology
US9738991B2 (en) 2013-02-05 2017-08-22 Dow Corning Corporation Method for growing a SiC crystal by vapor deposition onto a seed crystal provided on a supporting shelf which permits thermal expansion
US9797064B2 (en) 2013-02-05 2017-10-24 Dow Corning Corporation Method for growing a SiC crystal by vapor deposition onto a seed crystal provided on a support shelf which permits thermal expansion
KR20190074152A (ko) 2017-12-19 2019-06-27 한국세라믹기술원 단결정 성장을 위하여 용액에 침잠되는 돌설부를 구비하는 도가니

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08208380A (ja) * 1995-01-25 1996-08-13 Nippon Steel Corp 単結晶炭化珪素の製造方法
JPH0952796A (ja) * 1995-08-18 1997-02-25 Fuji Electric Co Ltd SiC結晶成長方法およびSiC半導体装置
JP2003176200A (ja) * 2001-12-12 2003-06-24 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶育成用種結晶、炭化珪素単結晶インゴット、及びこれらの製造方法
KR20060065661A (ko) * 2003-07-28 2006-06-14 크리 인코포레이티드 수소를 포함하는 주위 분위기 중에서 초고순도 실리콘카바이드 결정을 성장시키는 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08208380A (ja) * 1995-01-25 1996-08-13 Nippon Steel Corp 単結晶炭化珪素の製造方法
JPH0952796A (ja) * 1995-08-18 1997-02-25 Fuji Electric Co Ltd SiC結晶成長方法およびSiC半導体装置
JP2003176200A (ja) * 2001-12-12 2003-06-24 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶育成用種結晶、炭化珪素単結晶インゴット、及びこれらの製造方法
KR20060065661A (ko) * 2003-07-28 2006-06-14 크리 인코포레이티드 수소를 포함하는 주위 분위기 중에서 초고순도 실리콘카바이드 결정을 성장시키는 방법

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101043280B1 (ko) 2008-09-17 2011-06-22 동의대학교 산학협력단 종자정 처리 방법 및 단결정 성장 방법
WO2012177086A2 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Lg Innotek Co., Ltd. Method of fabricating wafer
WO2012177086A3 (en) * 2011-06-22 2013-06-13 Lg Innotek Co., Ltd. Method of fabricating wafer
US9745667B2 (en) 2011-06-22 2017-08-29 Lg Innotek Co., Ltd. Method of fabricating wafer
US8860040B2 (en) 2012-09-11 2014-10-14 Dow Corning Corporation High voltage power semiconductor devices on SiC
US9337277B2 (en) 2012-09-11 2016-05-10 Dow Corning Corporation High voltage power semiconductor device on SiC
US9018639B2 (en) 2012-10-26 2015-04-28 Dow Corning Corporation Flat SiC semiconductor substrate
US9165779B2 (en) 2012-10-26 2015-10-20 Dow Corning Corporation Flat SiC semiconductor substrate
US9017804B2 (en) 2013-02-05 2015-04-28 Dow Corning Corporation Method to reduce dislocations in SiC crystal growth
US9738991B2 (en) 2013-02-05 2017-08-22 Dow Corning Corporation Method for growing a SiC crystal by vapor deposition onto a seed crystal provided on a supporting shelf which permits thermal expansion
WO2014123634A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-14 Dow Corning Corporation Method to reduce dislocations in sic crystal grown by sublimation (pvt)
US9797064B2 (en) 2013-02-05 2017-10-24 Dow Corning Corporation Method for growing a SiC crystal by vapor deposition onto a seed crystal provided on a support shelf which permits thermal expansion
US8940614B2 (en) 2013-03-15 2015-01-27 Dow Corning Corporation SiC substrate with SiC epitaxial film
US9279192B2 (en) 2014-07-29 2016-03-08 Dow Corning Corporation Method for manufacturing SiC wafer fit for integration with power device manufacturing technology
US10002760B2 (en) 2014-07-29 2018-06-19 Dow Silicones Corporation Method for manufacturing SiC wafer fit for integration with power device manufacturing technology
KR20190074152A (ko) 2017-12-19 2019-06-27 한국세라믹기술원 단결정 성장을 위하여 용액에 침잠되는 돌설부를 구비하는 도가니

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