KR101081598B1 - Treatment method for seed and growing mehtod for single crystal - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 종자정 처리 방법은 종자정을 세정하는 단계와, 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계와, 종자정의 일면에 탄화막을 형성하는 단계를 포함한다.The seed crystal processing method according to the present invention includes washing the seed crystal, removing an oxide film formed on the surface of the seed crystal, and forming a carbide film on one surface of the seed crystal.

따라서, 본 발명에 의하면 산화막에 의해 종자정 홀더와 종자정 사이의 결합계면에 미세 채널 및 기공 등의 불연속적인 결함이 발생되는 것을 억제할 수 있음에 따라, 결함이 없는 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of discontinuous defects such as microchannels and pores in the bonding interface between the seed crystal holder and the seed crystal by the oxide film, thereby growing a high quality single crystal without defects. have.

실리콘카바이드, 종자정, 표면처리, 단결정 Silicon Carbide, Seed Crystal, Surface Treatment, Monocrystalline

Description

종자정 처리 방법 및 단결정 성장 방법{Treatment method for seed and growing mehtod for single crystal}Seed treatment method and single crystal growth method {Treatment method for seed and growing mehtod for single crystal}

본 발명은 종자정 처리 방법 및 단결정 성장 방법에 관한 것으로, 종자정 홀더와 결합하는 종자정의 일면에 산화막이 형성되는 것을 억제하는 종자정 처리 방법 및 단결정 성장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a seed crystal processing method and a single crystal growth method, and relates to a seed crystal processing method and a single crystal growth method for suppressing formation of an oxide film on one surface of a seed crystal that is combined with a seed crystal holder.

일반적으로 실리콘카바이드(SiC)는 고전압, 고출력 그리고 광전자 소자 등을 제조하는데 이용되는 갈륨나이트라이드(GaN), 알루미늄나이트라이드(AlN) 등의 기판 소재로, 사파이어나 실리콘보다 각광받고 있다.In general, silicon carbide (SiC) is a substrate material such as gallium nitride (GaN) or aluminum nitride (AlN) used to manufacture high voltage, high power, and optoelectronic devices, and is gaining more attention than sapphire or silicon.

이러한, 실리콘카바이드는 액상 증착법(Liquid Phase Epitaxy: LPE), 물리적 증기 운반법(Physical Vapor Transport; PVT)으로도 불리우는 시드형 승화법, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD) 등으로 성장된다. 그 중 시드형 승화법은 높은 성장률을 가짐으로써, 잉곳 형태의 실리콘카바이드를 제작할 수 있는 장점이 있어, 널리 이용되고 있다.Such silicon carbide is grown by liquid phase epitaxy (LPE), seed sublimation, also called physical vapor transport (PVT), chemical vapor deposition (CVD), and the like. Among them, the seed sublimation method has a high growth rate, and thus has the advantage of producing ingot-type silicon carbide, and is widely used.

시드형 승화법은 실리콘카바이드를 종자정을 단결정 성장장치의 종자정 홀더에 접착 재료를 이용하여 부착하고, 종자정으로부터 잉곳 형태의 실리콘카바이드를 성장시키게 된다. 실리콘카바이드 종자정 표면에는 상기 실리콘카바이드의 실리콘과 대기 중의 산소가 반응하여 이산화 실리콘(SiO2) 산화막이 형성된다. 이후, 실리콘카바이드의 단결정 성장 공정을 위해 단결정 원료가 장입된 도가니를 성장온도로 가열시키면, 약 1600℃에서 실리콘 산화막이 열분해되어 산소를 발생시킨다. 이러한 실리콘 산화막이 종자정 홀더와 결합되는 종자정의 일면에 존재하게 되면, 종자정과 종자정 홀더 사이의 결합계면에 불균일성을 야기시킨다. 즉, 실리콘 산화막이 분해되어 발생된 산소는 종자정과 종자정 홀더 사이의 결합계면에 미세 채널 및 기공 등의 불연속적인 결함을 발생시킨다. 이러한 결함이 발생된 상태에서 실리콘카바이드 단결정을 성장시키면, 결함이 발생되지 않은 부분에서는 종자정과 종자정 홀더 사이에 온도 구배가 발생되지 않지만, 결함이 발생된 부분에서는 온도 구배가 발생된다. 이는 결함이 발생되지 않은 부분은 종자정으로부터 종자정 홀더로 열이 잘 전달되지만, 결함이 발생된 부분에서는 종자정으로부터 종자정 홀더로 열이 잘 전달되지 않기 때문이다.The seed sublimation method attaches silicon carbide to a seed crystal holder of a single crystal growth apparatus by using an adhesive material, and grows ingot-shaped silicon carbide from the seed crystal. On the surface of the silicon carbide seed crystal, silicon of the silicon carbide and oxygen in the atmosphere react to form a silicon dioxide (SiO 2 ) oxide film. Subsequently, when the crucible containing the single crystal raw material is heated to a growth temperature for the single crystal growth process of silicon carbide, the silicon oxide film is thermally decomposed at about 1600 ° C. to generate oxygen. When the silicon oxide film is present on one surface of the seed crystal coupled with the seed crystal holder, it causes non-uniformity in the bonding interface between the seed crystal and the seed crystal holder. That is, oxygen generated by decomposition of the silicon oxide film generates discontinuous defects such as fine channels and pores in the interface between the seed crystal and the seed crystal holder. When the silicon carbide single crystal is grown in the state where such a defect is generated, a temperature gradient does not occur between the seed crystal and the seed crystal holder in the portion where the defect does not occur, but a temperature gradient occurs in the portion where the defect occurs. This is because the heat where the defect is not transferred is well transferred from the seed crystal to the seed crystal holder, but the heat is not transferred well from the seed crystal to the seed crystal holder.

온도 구배가 발생된 종자정과 종자정 홀더 사이의 계면, 즉 종자정 후면에서는 온도가 낮은 종자정 홀더를 향하여 종자정의 승화가 발생된다. 종자정의 후면에서 발생되는 승화는 단결정 성장 중에 계속해서 발생되고, 그에 따라 종자정과 종자정 홀더의 계면으로부터 성장 방향으로 전파되는 결함, 즉 매크로(macro) 결함이 발생된다.At the interface between the seed crystal in which the temperature gradient is generated and the seed crystal holder, that is, at the rear of the seed crystal, the seed crystal is sublimated toward the low temperature seed crystal holder. Sublimation that occurs at the back of the seed crystals continues to occur during single crystal growth, resulting in defects that propagate in the growth direction from the interface of the seed crystals and the seed crystal holders, ie, macro defects.

그리고, 이러한 매크로 결함을 기점으로 중공 관통 결함, 즉 마이프로파이 프(micropipe)를 유발할 수 있다. 따라서, 고품질의 실리콘카바이드 단결정을 생산하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.And, starting from such a macro defect, a hollow through defect, that is, micropipes can be caused. Therefore, there is a problem that it is difficult to produce high quality silicon carbide single crystal.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 종자정 홀더와 결합되는 종자정의 일면에 탄화막을 형성하여 상기 종자정의 일면이 노출되지 않도록 함으로써, 산화막이 형성되는 것을 억제하는 종자정 처리 방법 및 단결정 성장 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, there is provided a seed crystal processing method and a single crystal growth method for suppressing the formation of an oxide film by forming a carbide film on one surface of the seed crystal coupled with the seed crystal holder so that one surface of the seed crystal is not exposed. .

본 발명에 따른 종자정 처리 방법은 종자정을 세정하는 단계와, 상기 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계와, 상기 종자정의 일면에 탄화막을 형성하는 단계를 포함한다.The seed crystal processing method according to the present invention includes washing the seed crystal, removing the oxide film formed on the surface of the seed crystal, and forming a carbide film on one surface of the seed crystal.

상기 탄화막은 후속공정에서 성장장치의 종자정 홀더와 결합되는 종자정의 일면에 형성하는 것이 바람직하다.The carbide film is preferably formed on one surface of the seed crystal coupled with the seed crystal holder of the growth apparatus in a subsequent process.

상기 탄화막을 형성하는 단계는 상기 종자정의 일면에 포토레지스트를 도포하는 단계 및 상기 포토레지스트를 열처리하는 단계를 포함한다.Forming the carbide film includes applying a photoresist to one surface of the seed crystal and heat treating the photoresist.

상기 포토레지스트를 600℃ 내지 1000℃의 온도에서 열처리하는 것이 바람직하다.It is preferable to heat-process the photoresist at a temperature of 600 ° C to 1000 ° C.

상기 종자정은 실리콘카바이드를 포함한다.The seed crystals comprise silicon carbide.

상기 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계 후에, 상기 종자정 표면에 잔류하는 결함을 제거하는 단계를 포함한다.After removing the oxide film formed on the seed crystal surface, removing the defect remaining on the seed crystal surface.

본 발명에 따른 단결정 성장 방법은 종자정을 표면 처리하는 단계와,The single crystal growth method according to the present invention comprises the steps of surface treatment of seed crystals,

상기 종자정의 일면에 탄화막을 형성하는 단계와, 상기 탄화막이 형성된 종 자정의 일면이 성장장치의 종자정 홀더와 결합되도록 부착하고, 도가니 내부에 단결정 원료를 장입하는 단계와, 상기 도가니를 성장 온도로 가열하여 상기 단결정 원료를 승화시킴으로써, 승화된 원료 기체가 종자정에서 결정화되도록 하는 단계를 포함한다.Forming a carbide film on one surface of the seed crystal, attaching one surface of the seed crystal in which the carbide film is formed to be combined with a seed crystal holder of a growth device, charging a single crystal raw material into the crucible, and placing the crucible at a growth temperature. Heating to sublimate the single crystal raw material to cause the sublimed raw material gas to crystallize in seed crystals.

상기 종자정을 표면 처리하는 단계는 상기 종자정을 세정하는 단계 및 상기 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.The surface treatment of the seed crystal may include cleaning the seed crystal and removing an oxide film formed on the seed crystal surface.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거한 후, 종자정 홀더와 결합되는 종자정의 일면에 탄화막을 형성한다. 이로 인해, 산화막에 의해 종자정 홀더와 종자정 사이의 결합계면에 미세 채널 및 기공 등의 불연속적인 결함이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 이러한 계면결함 억제에 의해 결함이 없는 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다.As described above, in the present invention, after removing the oxide film formed on the surface of the seed crystal, a carbide film is formed on one surface of the seed crystal coupled with the seed crystal holder. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of discontinuous defects such as fine channels and pores in the bonding interface between the seed crystal holder and the seed crystal by the oxide film. In addition, by suppressing such interfacial defects, it is possible to grow high quality single crystals without defects.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 종자정 처리 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.1 and 2 are process flowcharts for explaining a seed crystal processing method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 먼저, 종자정을 세정한다(S100). 실시예에서는 종자정으로 실리콘카바이드(SiC)를 사용한다. 종자정을 세정하는 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 종자정을 H2SO4와 H2O2를 혼합한 용액에서 처리하는 단계(S110) 및 상기 H2SO4:H2O2에 추가적으로 HF를 혼합한 용액으로 종자정을 처리하는 단계(S120)를 포함한다. 먼저, H2SO4와 H2O2를 혼합한 용액을 이용하여 종자정을 세정한다. 여기서, H2SO4와 H2O2를 2:1 내지 4:1의 비율로 혼합하는 것이 바람직하며, 5분간 초음파 세정한다. 이어서, 상기 H2SO4:H2O2 혼합용액에 추가적으로 HF를 혼합하고, 상기 용액을 이용하여 종자정을 세정한다. 이때, H2SO4:H2O2 혼합용액에 혼합되는 HF는 1Vol%인 것이 바람직하며, 30초 내지 1분간 초음파 세정한다. 이와 같은 세정 공정에 의해 종자정 표면의 유기물 및 미세 분진이 제거된다.Referring to Figure 1, first, the seed crystal is washed (S100). In the embodiment, silicon carbide (SiC) is used as seed crystal. To wash the seed crystals, as shown in FIG. 2, treating the seed crystals in a solution in which H 2 SO 4 and H 2 O 2 are mixed (S110) and the H 2 SO 4 : H 2 O 2 In addition to the step of treating the seed crystals with a mixture of HF (S120). First, seed crystals are washed using a solution in which H 2 SO 4 and H 2 O 2 are mixed. Here, it is preferable to mix H 2 SO 4 and H 2 O 2 in a ratio of 2: 1 to 4: 1, and ultrasonic cleaning is performed for 5 minutes. Subsequently, HF is further mixed with the H 2 SO 4 : H 2 O 2 mixed solution, and the seed crystals are washed using the solution. At this time, the HF mixed in the H 2 SO 4 : H 2 O 2 mixed solution is preferably 1% by volume, and ultrasonic cleaning is performed for 30 seconds to 1 minute. This cleaning process removes organic matter and fine dust on the surface of the seed crystals.

상기에서 전술했던 바와 같이 본 실시예에서는 종자정으로 실리콘카바이드를 사용하는데, 상기 실리콘카바이드의 실리콘이 산소와 반응하면 종자정 표면에 이산화 실리콘(SiO2) 산화막이 형성된다. 상기 산화막은 결정 성장에 결함을 발생시키는 요인으로 작용한다. 따라서, 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거한다(S200). 여기서, 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 종자정을 HF 수용액에 처리하는 단계(210) 및 상기 종자정을 탈이온수(deionized water)에 처리하는 단계(S220)를 포함한다. 즉, 종자정을 HF 수용액에 5분 내지 10분간 초음파 세정한 후에, 탈이온수를 이용하여 후처리 함으로써 산화막을 제거한 다. 이때, 10 Vol% 내지 20 Vol%의 HF 수용액을 사용하는 것이 효과적이다.As described above, in the present embodiment, silicon carbide is used as the seed crystal. When silicon of the silicon carbide reacts with oxygen, a silicon dioxide (SiO 2 ) oxide film is formed on the seed crystal surface. The oxide film acts as a factor of causing defects in crystal growth. Thus, the oxide film formed on the seed crystal surface is removed (S200). Here, the step of removing the oxide film formed on the surface of the seed crystals, as shown in FIG. ). That is, the seed crystals are ultrasonically cleaned in HF aqueous solution for 5 to 10 minutes and then subjected to post-treatment with deionized water to remove the oxide film. At this time, it is effective to use 10 Vol% to 20 Vol% aqueous HF solution.

그리고, 종자정 표면에 잔류하는 각종 결함 예를 들면, 실리콘 피트(pit)를 제거한다(S300). 이는 종자정 표면에 형성된 피트를 제거함으로써, 종자정의 표면 거칠기를 향상시키기 위함이다. 종자정 표면에 잔류하는 피트를 제거하는 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 종자정을 TMAH(Tri-methyl ammonium hydroxide) 용액에 처리하는 단계(S320) 및 탈이온수에 처리하는 단계(S320)를 포함한다. 즉, TMAH 용액을 80℃내지 90℃로 가열하여, 상기 가열된 TMAH 용액에서 종자정을 1분 내지 2분간 초음파 세정한 후, 탈이온수를 이용하여 후처리함으로써 피트를 제거한다. 여기서, TMAH 용액이 피트를 에칭함으로써 종자정 표면에 잔류하는 실리콘 피트를 제거한다. 또한, 70℃ 내지 90℃의 온도로 가열된 탈이온수를 사용하는 것이 효과적이다.Then, various defects remaining on the seed crystal surface, for example, silicon pit are removed (S300). This is to improve the surface roughness of the seed crystals by removing the pits formed on the seed crystal surface. Removing the pits remaining on the seed crystal surface may include treating the seed crystals with a tri-methyl ammonium hydroxide (TMAH) solution (S320) and treating with deionized water (S320), as shown in FIG. 2. Include. That is, the TMAH solution is heated to 80 ° C. to 90 ° C., and the pits are removed by ultrasonically washing the seed crystals in the heated TMAH solution for 1 to 2 minutes and then post-treating with deionized water. Here, the TMAH solution etches the pit to remove the silicon pit remaining on the seed crystal surface. It is also effective to use deionized water heated to a temperature of 70 ° C to 90 ° C.

이후, 종자정 일면에 탄화막을 형성한다(S400). 이때, 도시되지는 않았지만 성장장치 내에 배치된 종자정 홀더에 결합될 종자정 일면에 탄화막을 형성한다. 탄화막을 형성하는 단계는 종자정 홀더와 결합될 종자정 일면에 포토레지스트를 도포하는 단계(S410) 및 포토레지스트를 열처리하는 단계(S420)를 포함한다. 이때, 포토레지스트는 진공압력 및 상기 아르곤 분위기에서 600℃ 내지 1000℃의 온도로 열처리하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고 불활성 가스 예를 들어, 질소 분위기에서 포토레지스트를 열처리할 수도 있다. 이러한 포토레지스트의 열처리로 인해, 상기 포토레지스트에 포함된 액상이 제거됨에 따라 종자정 일면에 탄화막이 형성된다. 즉, 종자정 홀더와 결합될 종자정의 일면에 탄화막이 형성된다.Thereafter, a carbide film is formed on one surface of the seed crystal (S400). At this time, although not shown, a carbide film is formed on one surface of the seed crystal to be coupled to the seed crystal holder disposed in the growth apparatus. Forming the carbide film includes applying a photoresist to one surface of the seed crystal to be combined with the seed crystal holder (S410) and heat treating the photoresist (S420). At this time, the photoresist is preferably heat-treated at a temperature of 600 ℃ to 1000 ℃ in the vacuum pressure and the argon atmosphere. Of course, the present invention is not limited thereto, and the photoresist may be heat-treated in an inert gas, for example, a nitrogen atmosphere. Due to the heat treatment of the photoresist, a carbide film is formed on one surface of the seed crystal as the liquid phase included in the photoresist is removed. That is, a carbide film is formed on one surface of the seed crystal to be combined with the seed crystal holder.

상기한 방법으로 처리된 종자정은 시드형 승화법으로 실리콘카바이드 잉곳을 성장시키는데 이용된다. 이를 위해, 상기 종자정을 도시되지는 않았지만, 성장장치 내의 종자정 홀더에 부착시킨다(S500). 이때, 탄화막이 형성된 종자정의 일면이 종자정 홀더에 결합되도록 부착한다.The seed crystals treated by the above method are used to grow silicon carbide ingots by seed type sublimation. To this end, the seed crystal is not shown, but is attached to the seed crystal holder in the growth apparatus (S500). At this time, one surface of the seed crystal in which the carbide film is formed is attached to be coupled to the seed crystal holder.

도 3은 시드형 승화법으로 실리콘카바이드 잉곳을 성장시키는 성장장치의 일예를 도시한 단면 계략도이다.3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a growth apparatus for growing a silicon carbide ingot by a seed sublimation method.

도 3을 참조하면, 실리콘카바이드 잉곳 성장장치는 내부에 단결정 원료(A)가 장입되는 도가니(210)와, 본 발명의 실시예에 따라 처리된 종자정(100A)이 부착되는 종자정 홀더(220)와, 도가니(210)를 둘러싸는 단열재(230) 및 석영관(240)과, 석영관(240) 외부에 마련되어 도가니(210)를 가열하기 위한 가열수단(250)을 포함한다. 또한, 가열수단(250)을 독립적으로 작동시키기 위한 제어장치(미도시)를 더 포함할 수도 있다.Referring to FIG. 3, the silicon carbide ingot growth apparatus includes a crucible 210 into which a single crystal raw material A is charged, and a seed crystal holder 220 to which a seed crystal 100A treated according to an embodiment of the present invention is attached. ), A heat insulator 230 and a quartz tube 240 surrounding the crucible 210, and a heating means 250 provided outside the quartz tube 240 to heat the crucible 210. In addition, it may further include a control device (not shown) for operating the heating means 250 independently.

도가니(210)는 실리콘카바이드의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 제작되는데, 예를들어 흑연으로 제작되거나 흑연 재질 상에 실리콘카바이드의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질이 도포될 수도 있다. 여기서, 흑연 재질 상에 도포되는 물질은 실리콘카바이드 잉곳이 성장되는 온도에서 실리콘 및 수소에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 금속 탄화물로는 금속 질화물을 이용할 수 있으며, 특히 Ta, Hf, Nb, Zr, W, V과 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합물과 탄소가 이루는 탄화물과, Ta, Hf, Nb, Zr, W, V과 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합물과 질소가 이루는 질화물을 이용할 수 있다. 또한, 도가니(210) 내에 장입되는 단결정 원료(A)는 실리콘카바이드 분말 등을 포함할 수 있다.The crucible 210 is made of a material having a melting point higher than the silicon carbide sublimation temperature. For example, the crucible 210 may be made of graphite or a material having a melting point higher than the silicon carbide sublimation temperature may be coated on the graphite material. Here, the material to be applied on the graphite material is preferably used a material that is chemically inert to silicon and hydrogen at the temperature at which the silicon carbide ingot is grown. For example, metal nitrides may be used as the metal carbide, and in particular, carbides formed of carbon with Ta, Hf, Nb, Zr, W, V and a mixture of at least two of them, and Ta, Hf, Nb, Zr, W , Ni, and a mixture of V and at least two or more of them and nitrogen. In addition, the single crystal raw material A loaded into the crucible 210 may include silicon carbide powder.

종자정 홀더(220)는 고밀도의 흑연을 이용하여 제작할 수 있다. 본 발명에 따라 처리된 종자정(100A)은 종자정 홀더(220)의 내면에 부착된다. 즉, 종자정(100A)의 일면에 형성된 탄화막이 종자정 홀더(220)의 내면과 결합하도록 부착된다.The seed crystal holder 220 may be manufactured using high density graphite. The seed crystal 100A treated according to the present invention is attached to the inner surface of the seed crystal holder 220. That is, a carbide film formed on one surface of the seed crystal 100A is attached to the inner surface of the seed crystal holder 220.

단열재(230) 및 석영관(240)은 도가니(210) 외부에 마련되며, 도가니(210)의 온도를 결정 성장 온도로 유지하도록 한다. 단열재(230)는 실리콘카바이드의 결정 성장 온도가 매우 높기 때문에 흑연 섬유를 압착시켜 일정 두께의 관상 원통형으로 제작된 흑연 펠트를 사용할 수 있다. 또한, 단열재(230)는 복수의 층으로 형성되어 도가니(210)를 둘러쌀 수도 있다.The heat insulator 230 and the quartz tube 240 are provided outside the crucible 210 to maintain the temperature of the crucible 210 at a crystal growth temperature. Since the thermal insulation material 230 has a very high crystal growth temperature of silicon carbide, the graphite felt may be made of a tubular cylindrical shape having a predetermined thickness by compressing the graphite fibers. In addition, the heat insulating material 230 may be formed of a plurality of layers to surround the crucible 210.

가열 수단(250)은 석영관(240) 외부에 마련된다. 가열 수단(250)으로는 예를 들어 고주파 유도 코일이 이용될 수 있다. 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 도가니(210)를 가열하고, 단결정 원료(A)를 원하는 온도로 가열할 수 있다.The heating means 250 is provided outside the quartz tube 240. As the heating means 250, for example, a high frequency induction coil may be used. By allowing a high frequency current to flow through the high frequency induction coil, the crucible 210 can be heated, and the single crystal raw material A can be heated to a desired temperature.

이하, 상술한 성장장치를 이용하여 실리콘카바이드 잉곳의 성장 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of growing a silicon carbide ingot is described using the above-described growth apparatus.

먼저, 접착 재료(미도시)를 이용하여 종자정 홀더(220)의 내면에 본 발명의 실시예에 따라 처리된 종자정(100A)을 부착한다. 이때, 종자정(100A)의 일면에 형성된 탄화막이 종자정 홀더(220)의 내면과 결합하도록 부착한다. 그리고, 도가니(210)의 내부에 단결정 원료(A), 예를 들어 실리콘카바이드 분말을 장입한다.First, the seed crystal 100A treated according to the embodiment of the present invention is attached to the inner surface of the seed crystal holder 220 using an adhesive material (not shown). At this time, the carbide film formed on one surface of the seed crystal 100A is attached to the inner surface of the seed crystal holder 220. Then, a single crystal raw material A, for example silicon carbide powder, is charged into the crucible 210.

그리고, 1300℃ 내지 1500℃의 온도와 진공압력으로 2 시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니(210)에 포함된 불순물을 제거한다. 이어서, 불활성 가스 예를 들어 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 도가니(210) 내부 및 도가니(210)와 단열재(230) 사이에 남아있는 공기를 제거한다. 그리고, 압력을 대기압으로 높인 후, 가열수단(250)을 이용하여 도가니(210)를 2000℃ 내지 2300℃의 온도로 가열한다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정 다형의 발생을 방지하기 위함이다. 즉, 먼저 대기압을 유지하며 단결정 원료(A)를 성장 온도까지 승온시킨다. 이후, 성장장치 내부를 20mbar 내지 60mbar으로 감압하여 성장 압력으로 유지시키면서, 단결정 원료(A)를 승화시켜 단결정을 성장시킨다. 이때, 종자정 홀더(220)와 결합되는 종자정(100A)의 일면에는 탄화막이 형성되어 있으므로, 상기 종자정(100A)의 일면에는 산화막이 형성되지 않는다. 즉, 종자정 홀더(220)와 결합되는 종자정(100A)의 일면을 보호하고 있는 탄화막은 성장장치 내에 잔류하는 산소와 상기 종자정(100A) 일면이 반응하여 산화막이 형성되는 것을 방지한다. 이에, 도가니(210)를 2000℃ 내지 2300℃로 가열하더라도, 종자정 홀더(220)와 종자정(100A)의 결합계면 사이에 산화막의 열분해에 의한 산소가 발생되지 않는다. 또한, 종자정(100A)의 성장면(종자정 홀더(220)와 결합되지 않고 단결정 원료(A)가 승화되어 단결정이 성장되는 면)이 잔류하는 산소와 반응하여 산화막을 형성하더라도, 상기 산화막은 약 1600℃에서 열분해 되어 제거된다. 이로 인해, 종자정 홀더(220)와 종자정(100A)의 결합계면 사이에 미세 채널 및 기공이 발생되지 않음에 따라, 결함이 없는 고품질의 실리콘카바이드 단결정을 성장시킬 수 있다.Then, by heating for 2 to 3 hours at a temperature of 1300 ℃ to 1500 ℃ and vacuum pressure to remove impurities contained in the crucible (210). Subsequently, an inert gas such as argon (Ar) gas is injected to remove air remaining inside the crucible 210 and between the crucible 210 and the heat insulating material 230. After the pressure is raised to atmospheric pressure, the crucible 210 is heated to a temperature of 2000 ° C. to 2300 ° C. using the heating means 250. Here, the reason for maintaining the atmospheric pressure is to prevent the occurrence of unwanted crystal polymorphism at the beginning of crystal growth. That is, the single crystal raw material A is heated up to a growth temperature, maintaining atmospheric pressure first. Thereafter, the single crystal raw material (A) is sublimed to grow single crystal while maintaining the growth pressure by reducing the inside of the growth apparatus to 20 mbar to 60 mbar. At this time, since a carbide film is formed on one surface of the seed crystal 100A coupled to the seed crystal holder 220, an oxide film is not formed on one surface of the seed crystal 100A. That is, the carbide film protecting one surface of the seed crystal 100A coupled to the seed crystal holder 220 prevents the oxide film from being formed by reaction of oxygen remaining in the growth device with one surface of the seed crystal 100A. Thus, even when the crucible 210 is heated to 2000 ° C. to 2300 ° C., oxygen is not generated due to thermal decomposition of the oxide film between the seed crystal holder 220 and the seed crystal 100A. Further, even if the growth surface of the seed crystal 100A (the surface where the single crystal raw material A is sublimed and the single crystal is grown without bonding with the seed crystal holder 220) reacts with the remaining oxygen to form an oxide film, the oxide film is It is thermally decomposed and removed at about 1600 ° C. As a result, fine channels and pores are not generated between the seed crystal holder 220 and the coupling interface of the seed crystal 100A, thereby growing a high quality silicon carbide single crystal without defects.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 종자정 처리 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도1 and 2 are a flowchart illustrating a seed crystal processing method according to an embodiment of the present invention.

도 3은 시드형 승화법으로 실리콘카바이드 잉곳을 성장시키는 성장장치의 일예를 도시한 단면 계략도Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a growth apparatus for growing a silicon carbide ingot by the seed sublimation method

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

S100: 종자정 세정 S100: Seed cleaning

S200: 종자정 표면 상의 산화막 제거S200: Remove oxide film on seed crystal surface

S300: 종자정 표면 상의 실리콘 결정 제거S300: Removal of silicon crystals on the seed crystal surface

S400: 실리콘 표면 상에 탄화막 형성S400: Formation of Carbonized Film on Silicon Surface

Claims (8)

H2SO4와 H2O2가 혼합된 혼합 용액을 이용하여 종자정을 세정하는 단계;Washing seed crystals using a mixed solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 ; 상기 H2SO4와 H2O2가 혼합된 혼합 용액에 HF를 추가 혼합하여, 상기 종자정을 세정하는 단계;Further mixing HF with the mixed solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 to wash the seed crystals; 상기 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계;Removing an oxide film formed on the seed crystal surface; 상기 종자정의 일면에 탄화막을 형성하는 단계를 포함하는 종자정 처리 방법.Seed crystal processing method comprising the step of forming a carbide film on one surface of the seed crystal. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 탄화막은 후속공정에서 성장장치의 종자정 홀더와 결합되는 종자정의 일면에 형성하는 종자정 처리 방법.And the carbide film is formed on one surface of the seed crystal coupled with the seed crystal holder of the growth apparatus in a subsequent process. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 탄화막을 형성하는 단계는 상기 종자정의 일면에 포토레지스트를 도포하는 단계 및 상기 포토레지스트를 열처리하는 단계를 포함하는 종자정 처리 방법.The forming of the carbonization film may include applying a photoresist to one surface of the seed crystal and heat treating the photoresist. 청구항 3에 있어서,The method of claim 3, 상기 포토레지스트를 600℃ 내지 1000℃의 온도에서 열처리하는 종자정 처리 방법.Seed crystal treatment method of heat treatment the photoresist at a temperature of 600 ℃ to 1000 ℃. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 종자정은 실리콘카바이드를 포함하는 종자정 처리 방법.And the seed crystal comprises silicon carbide. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계 후에, 상기 종자정 표면에 잔류하는 결함을 제거하는 단계를 포함하고,After removing the oxide film formed on the seed crystal surface, removing the defect remaining on the seed crystal surface, 상기 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계는,Removing the oxide film formed on the seed crystal surface, HF 수용액으로 상기 종자정을 처리하고, 탈이온수로 상기 종자정을 처리하여 상기 종자정에 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계를 포함하고,Treating the seed crystals with an aqueous HF solution, and treating the seed crystals with deionized water to remove an oxide film formed on the surface of the seed crystals, 상기 종자정 표면에 잔류하는 결함을 제거하는 단계는,Removing the defect remaining on the seed crystal surface, TMAH 용액으로 상기 종자정을 처리하고, 탈이온수로 상기 종자정을 처리하여 상기 종자정 표면에 형성된 결함을 제거하는 단계를 포함하는 종자정 처리 방법.Treating said seed crystals with TMAH solution and treating said seed crystals with deionized water to remove defects formed on said seed crystal surface. H2SO4와 H2O2가 혼합된 혼합 용액을 이용하여 종자정을 세정하는 단계;Washing seed crystals using a mixed solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 ; 상기 H2SO4와 H2O2가 혼합된 혼합 용액에 HF를 추가 혼합하여, 상기 종자정을 세정하는 단계를 포함하도록 상기 종자정을 표면처리하는 단계;Surface-treating the seed crystals by further mixing HF in the mixed solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 , and washing the seed crystals; 상기 종자정의 일면에 탄화막을 형성하는 단계;Forming a carbide film on one surface of the seed crystal; 상기 탄화막이 형성된 상기 종자정의 일면이 성장장치의 종자정 홀더와 결합되도록 부착하고, 도가니 내부에 단결정 원료를 장입하는 단계;Attaching one surface of the seed crystal on which the carbide film is formed to be coupled to the seed crystal holder of the growth apparatus, and charging single crystal raw material into the crucible; 상기 도가니를 성장 온도로 가열하여 상기 단결정 원료를 승화시킴으로써, 승화된 원료 기체가 상기 종자정에서 결정화되도록하는 단계를 포함하는 단결정 성장 방법.Heating the crucible to a growth temperature to sublimate the single crystal raw material to cause the sublimed raw material gas to crystallize in the seed crystals. 청구항 7에 있어서,The method of claim 7, HF 수용액과 탈이온수를 이용하여 상기 종자정 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계를 포함하는 단결정 성장 방법.Removing the oxide film formed on the seed crystal surface using an aqueous HF solution and deionized water.
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