KR101607257B1 - Method for processing silicon carbide substrate surface - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄화규소 기판 표면 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CMP로 웨이퍼 표면이 깨끗하게 경면 처리되었지만 잔존하는 스크래치가 SiC 에피 성장시 결함으로 연결되는 것을 최소화하기 위한 에피 박막 성장 공정을 세정 방법과 함께 에피 박막 전처리 방법을 결합한 탄화규소 기판 표면 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon carbide substrate surface treatment method, and more particularly, to an epitaxial growth process for minimizing the connection of scratches to defects in SiC epitaxial growth even though the surface of the wafer is cleanly mirror-polished by CMP. And a surface treatment method of a silicon carbide substrate combined with an epitaxial thin film pretreatment method.
지금까지 실리콘 웨이퍼 기반의 파워반도체 산업은 비약적인 발전을 거듭하여 사회 전반에 그 역할을 다하고 있다. 그러나, 효율적인 에너지 이용 및 절약 측면에서 새로운 반도체 소재의 요구로 인해 실리콘 웨이퍼와 비교하여 내열성 및 내전압성이 뛰어난 인버터 기기나 가정용 파워 모듈, 자동차용 파워 반도체 소자 등의 고성능화, 저소비, 고전력화의 실현이 가능한 탄화규소(SiC) 반도체가 대두하게 된 것이다.So far, the power semiconductor industry based on silicon wafers has been making rapid progress and playing a role in society as a whole. However, due to the demand for new semiconductor materials in terms of efficient energy utilization and economy, high performance, low consumption, and high power consumption of inverter devices, home power modules, and automotive power semiconductor devices, which are superior in heat resistance and withstand voltage, Silicon carbide (SiC) semiconductors have emerged as much as possible.
이러한 SiC 반도체는 기존 실리콘 기반의 파워 반도체의 물리적인 한계를 뛰어넘는 것이 특징이다. 이와 같은 SiC 반도체는 초기에는 많은 결정학적 결함들을 내포하고 있었으나, 이제 이러한 것들이 거의 해결되어 본격적인 파워반도체 소재로 활용되고 있다. These SiC semiconductors exceed the physical limitations of existing silicon-based power semiconductors. Such SiC semiconductors initially contained many crystallographic defects, but these have almost been resolved and are being used as full-scale power semiconductor materials.
이러한 소재를 이용한 SiC 파워소자들은 SiC 웨이퍼 위에 동종의 SiC 박막이 파워소자의 특성에 따라 다르게 성장된 에피 박막 위에 형성된다. The SiC power devices using these materials are formed on the epitaxial films grown on the SiC wafers by using the same kind of SiC thin films grown depending on the characteristics of the power devices.
그러나, 에피 박막은 다양한 결함들과 표면 상태를 가진다. 특히, 결정학적 결함들은 어느 정도 그 원인들이 규명되어 에피 성장시 고품질의 에피 박막을 제작하는 것이 가능한 수준이다. However, epilayers have various defects and surface states. Particularly, the crystallographic defects are identified to some extent, and it is possible to produce high quality epilayers at the time of epitaxial growth.
그러나, 단결정 성장에서 웨이퍼링 공정에서 기인한 스크래치의 경우, 미세 연마공정(CMP: Chemical Mechanical Polishing)으로 기판표면에서 결정의 손상을 방지하고 이를 매끄럽게 만드는 공정이지만 아직까지 사용되는 미세 연마공정(CMP)용 다이아몬드 입자 및 CMP 가공의 기계적 손상으로 스크래치가 발생한다. 이러한 스크래치는 에피 성장시 결함을 일으키는 핵심 부분으로 남게 되므로 이를 줄이는 공정이 필요하다. However, in the case of scratches caused by the wafer ring process in the growth of a single crystal, it is a process of preventing crystal damage and smoothing the surface of the substrate by CMP (Chemical Mechanical Polishing) Scratches occur due to mechanical damage of diamond particles and CMP processing. Such scratches are left as a key part of defects in epitaxial growth, and a process for reducing them is needed.
그러나, 현실적으로 CMP 공정으로 스크래치를 완전히 제거하는 것은 불가능한 것이 현실이다. 그러므로, 형성된 스크래치를 SiC 공정에서 최소화시켜 이를 에피 성장 공정에서 영향을 작게 받아 이 부분에서 결함을 최소화시키는 것이 필요하다.
However, it is practically impossible to completely remove the scratch by the CMP process. Therefore, it is necessary to minimize the scratches formed in the SiC process so that it has a small effect on the epitaxial growth process and minimizes defects in this portion.
본 발명은 탄화규소(SiC) 에피 박막 성장 시 탄화규소(SiC) 기판 표면에 가공 공정으로 형성된 스크래치가 에피 성장 박막에서 결함으로 전사되는 것을 방지하는 탄화규소 기판 표면 처리 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a silicon carbide substrate surface treatment method for preventing scratches formed on a surface of a silicon carbide (SiC) substrate during a silicon carbide (SiC) epitaxial growth process from being transferred to a defect in an epi-growth film.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판의 표면에 탄화규소 에피 박막 성장 시 결함의 발생을 줄일 수 있도록 탄화규소 에피 박막 성장 공정 이전의 전처리 단계로서,According to an embodiment of the present invention, a silicon carbide (SiC) substrate on which scratches are present is pretreated before the silicon carbide epitaxial growth process so as to reduce the occurrence of defects in the growth of silicon carbide epitaxial films,
스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판을 RCA 화학 세정 용액으로 RCA 화학 세정을 행하는 RCA 화학 세정 단계, 및 An RCA chemical cleaning step in which a silicon carbide (SiC) substrate in which scratches are present is subjected to RCA chemical cleaning with an RCA chemical cleaning solution, and
상기 RCA 화학 세정 단계를 행한 후, 상기 스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판을 습식 세정 용액으로 세정하는 습식 세정 단계를 포함하는 탄화규소 에피 박막 성장 공정 이전의 전처리 단계를 포함하는 탄화규소 기판 표면 처리 방법이 제공될 수 있다.And a wet cleaning step of cleaning the silicon carbide (SiC) substrate on which the scratch is present with a wet cleaning solution after performing the RCA chemical cleaning step, before the silicon carbide epitaxial growth process, A processing method can be provided.
또한, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판을 RCA 화학 세정 용액으로 RCA 화학 세정을 행하는 RCA 화학 세정 단계, 및According to another embodiment of the present invention, there is also provided an RCA chemical cleaning step in which a silicon carbide (SiC) substrate in which scratches are present is subjected to RCA chemical cleaning with an RCA chemical cleaning solution, and
상기 RCA 화학 세정 단계를 행한 후, 상기 스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판을 습식 세정 용액으로 세정하는 습식 세정 단계를 포함하는 탄화규소 에피 박막 성장 공정 이전의 전처리 단계, A pretreatment step before the silicon carbide epitaxial growth step including a wet cleaning step of cleaning the silicon carbide (SiC) substrate with the wet cleaning solution after the RCA chemical cleaning step,
에피 성장 장치 내에 상기 전처리 단계를 행한 탄화규소(SiC) 기판을 장입한 후, 상기 에피 성장 장치 내부를 설정 온도로 승온시키는 승온 단계,A silicon carbide (SiC) substrate having undergone the preprocessing step is charged into an epitaxial growth apparatus, and then the temperature inside the epitaxial growth apparatus is raised to a set temperature,
상기 승온 단계에서 상기 에피 성장 장치 내부를 승온시키면서 행해지고, 상기 탄화규소 기판 표면을 설정 시간 동안 에칭하는 에칭 단계,An etching step performed while raising the inside of the epitaxial growth apparatus in the heating step and etching the surface of the silicon carbide substrate for a set time,
상기 에칭 단계가 끝남과 동시에 행해지고, 상기 에피 성장 장치 내에 공정가스인 SiH4 가스와 C3H8 가스를 공급하여 상기 탄화규소(SiC) 기판에 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계, 및Forming a buffer layer on the silicon carbide (SiC) substrate by supplying SiH 4 gas and C 3 H 8 gas, which are process gases, into the epitaxial growth apparatus after the etching step is completed,
상기 버퍼층이 형성된 후, 설정 온도에서 공정 가스로서 SiH4 가스와 C3H8 가스를 사용하여 상기 탄화규소(SiC) 기판에 에피 박막을 성장시켜 에피층을 형성하는 에피 박막 성장 단계를 포함하는 탄화규소 기판 표면 처리 방법이 제공될 수 있다.A step of growing an epitaxial layer on the silicon carbide (SiC) substrate by using SiH 4 gas and C 3 H 8 gas as a process gas at a set temperature after forming the buffer layer to form an epitaxial layer, A silicon substrate surface treatment method can be provided.
상기 RCA 화학 세정 용액은 고순도의 초순수(DI(deionized) water))와 과산화수소(H2O2), 수산화 암모늄(NH4OH), 염산(HCl)을 포함할 수 있다.The RCA chemical cleaning solution may include high purity deionized water (DI), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), ammonium hydroxide (NH 4 OH), and hydrochloric acid (HCl).
상기 습식 세정 단계는 DHF(Diluted HF) 용액 처리 또는 HCl 용액 처리를 포함할 수 있다.The wet cleaning step may include diluted HF (HF) solution treatment or HCl solution treatment.
상기 DHF(Diluted HF) 용액 처리 또는 HCl 용액 처리는 디핑(dipping)을 통하여 이루어질 수 있다.The DHF (Diluted HF) solution treatment or the HCl solution treatment may be performed through dipping.
상기 에칭 단계에서 에칭은 상기 에피 성장 장치 내에 수소 가스를 공급하여 수소 분위기 하에서 이루어질 수 있다.
In the etching step, etching may be performed under a hydrogen atmosphere by supplying hydrogen gas into the epitaxial growth apparatus.
본 발명의 구현예에 따르면, 탄화규소 기판 표면 처리 방법으로 이루어진 공정으로 인하여, 스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판을 RCA 화학 세정 공정 및 HCl와 DHF 용액으로 전처리하여, 결함이 발생하는 일정 표면 활성화 에너지를 낮추어 저결함 에피 박막을 얻을 수 있으며, 이로 인해 파워소자 제조시 소자 수율을 향상시킬 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, a silicon carbide (SiC) substrate on which scratches are present is pretreated with an RCA chemical cleaning process and a HCl / DHF solution due to a process comprising a silicon carbide substrate surface treatment method, It is possible to obtain a low-defect epitaxial film by lowering the activation energy, thereby improving the yield of the device when the power device is manufactured.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 탄화규소 기판 표면 처리 방법의 개략적인 구성도이다.
도 2는 미세 연마공정(CMP) 후 탄화규소 기판 표면 및 에피 박막 성장 전후 결함 발생을 나타낸 사진으로서, (a)는 CMP 후 SiC 기판 표면 스크래치를 도시한 것이고, (b)는 에피 박막 성장 후 결함 발생 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 세정 효과에 따른 스크래치 부분에서 발생된 결함이 영향을 미치는 정도를 정리한 도표이다.
도 4는 HCl 처리와 DHF 처리 후 탄화규소 기판 표면 스크래치를 관찰한 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic block diagram of a surface treatment method of a silicon carbide substrate according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a photograph showing the occurrence of defects before and after the growth of the silicon carbide substrate and the epitaxial film after the fine polishing process (CMP), wherein (a) shows the scratch on the surface of the SiC substrate after CMP, and (b) Fig.
FIG. 3 is a chart summarizing the degree of influence of defects generated in the scratch portion according to the cleaning effect.
4 is a photograph showing scratches on the surface of a silicon carbide substrate after HCl treatment and DHF treatment.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 구현예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As will be readily understood by those skilled in the art, the following embodiments may be modified in various ways within the scope and spirit of the present invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.
본 발명은 4H-SiC CMP 상용 기판을 이용, RCA 화학 세정 공정과 결합한 습식 세정 공정을 포함하며, 이런 습식 세정 공정을 통해서, 미세 연마공정(CMP)에서 발생된 스크래치 결함과 무관하게 에피 결함이 발생하지 않는 탄화규소 에피 박막 성장이 이루어질 수 있다.The present invention includes a wet cleaning process combined with an RCA chemical cleaning process using a 4H-SiC CMP commercial substrate. Through such a wet cleaning process, an epitaxial defect is generated irrespective of scratch defects generated in a fine polishing process (CMP) Silicon carbide epitaxial growth can be achieved.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 탄화규소 기판 표면 처리 방법의 개략적인 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic block diagram of a surface treatment method of a silicon carbide substrate according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 탄화규소 기판 표면 처리 방법은, 스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판의 표면에 탄화규소 에피 박막 성장 시 결함의 발생을 줄일 수 있도록, 탄화규소 에피 박막 성장 공정 이전의 전처리 단계로서,Referring to FIG. 1, a method of treating a silicon carbide substrate according to an embodiment of the present invention includes a step of forming a silicon carbide (SiC) substrate on which scratches are present, As a pretreatment step before the silicon epitaxial growth process,
스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판을 RCA 화학 세정 용액으로 RCA 화학 세정을 행하는 RCA 화학 세정 단계(S10), 및 An RCA chemical cleaning step (S10) of subjecting a silicon carbide (SiC) substrate on which scratches are present to an RCA chemical cleaning with an RCA chemical cleaning solution, and
상기 RCA 화학 세정 단계(S10)를 행한 후, 상기 스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판을 습식 세정 용액으로 디핑(dipping)을 통하여 세정하는 습식 세정 단계(20)를 포함하는 탄화규소 에피 박막 성장 공정 이전의 전처리 단계를 포함할 수 있다.And a wet cleaning step (20) for cleaning the silicon carbide (SiC) substrate on which the scratch is present by dipping the wet cleaning solution after performing the RCA chemical cleaning step (S10). The silicon carbide epitaxial growth Processing step prior to the process.
또한, 에피 성장 장치 내에 상기 전처리 단계를 행한 탄화규소(SiC) 기판을 장입한 후, 상기 에피 성장 장치 내부를 설정 온도로 승온시키는 승온 단계(S30),In addition, a silicon carbide (SiC) substrate having undergone the preprocessing step is charged in an epitaxial growth apparatus, and thereafter a temperature elevating step (S30) for raising the inside of the epitaxial growth apparatus to a set temperature,
상기 승온 단계(S30)에서 상기 에피 성장 장치 내부를 승온시키면서 행해지고, 상기 탄화규소 기판 표면을 설정 시간 동안 에칭하는 에칭 단계(S40),An etching step (S40) of heating the surface of the silicon carbide substrate while heating the inside of the epitaxial growth apparatus in the temperature increasing step (S30)
상기 에칭 단계(S40)가 끝남과 동시에 행해지고, 상기 에피 성장 장치 내에 공정가스인 SiH4 가스와 C3H8 가스를 공급하여 상기 탄화규소(SiC) 기판에 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계(S50), 및(S50) of forming a buffer layer on the silicon carbide (SiC) substrate by supplying SiH 4 gas and C 3 H 8 gas, which are process gases, to the epitaxial growth apparatus after the etching step S40 is completed, , And
상기 버퍼층이 형성된 후, 설정 온도에서 공정 가스로서 SiH4 가스와 C3H8 가스를 사용하여 상기 탄화규소(SiC) 기판에 에피 박막을 성장시켜 에피층을 형성하는 에피 박막 성장 단계(S60)를 포함할 수 있다.After the buffer layer, the SiH 4 gas and C 3 to H using 8 gas growing the epitaxial film on the silicon carbide (SiC) substrate by epitaxial thin film growth to form a epitaxial layer (S60) as a process gas at the set temperature .
상기 탄화규소 에피 박막 성장 공정에 사용하는 탄화규소(SiC) 웨이퍼는 상용기판으로 4도 이하의 오프(off)각을 가지고 있다.The silicon carbide (SiC) wafer used in the silicon carbide epitaxial growth process has a off-angle of 4 degrees or less on a commercial substrate.
상기 RCA 화학 세정 용액은 고순도의 초순수(DI(deionized) water))와 과산화수소(H2O2), 수산화 암모늄(NH4OH), 그리고 염산(HCl) 등으로 이루어질 수 있다.The RCA chemical cleaning solution may consist of high purity deionized water (DI), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), ammonium hydroxide (NH 4 OH), and hydrochloric acid (HCl).
상기 습식 세정 단계는 설정 시간 동안 DHF(Diluted HF) 용액 처리 및/또는 HCl 용액 처리로 이루어질 수 있다.The wet scrubbing step may be a DHF (Diluted HF) solution treatment and / or an HCl solution treatment for a set time.
또한, 상기 승온 단계(S10)에서 설정 온도는 1500℃ 내지 1600℃ 범위 내의 온도일 수 있다.In addition, in the temperature increasing step S10, the set temperature may be within a range of 1500 to 1600 占 폚.
상기 에칭 단계(S20)에서 에칭은 1400℃의 SiC의 녹는점을 고려할 경우, 그 녹는점에서 SiC 표면이 에칭이 본격적으로 이루어진다.In the etching step S20, when the melting point of SiC at 1400 deg. C is taken into consideration, the SiC surface is etched at the melting point in earnest.
상기 에칭 단계(S40)에서 에칭은 상기 에피 성장 장치 내에 수소 가스를 공급하여 수소 분위기 하에서 이루어질 수 있다.In the etching step S40, etching may be performed under a hydrogen atmosphere by supplying hydrogen gas into the epitaxial growth apparatus.
상기 에칭 단계(S40)에서 상기 SiC 기판 표면의 에칭 적정 시간은 상기 SiC 기판의 표면 거칠기를 양호하게 할 수 있도록 대략 10~30분 정도인데, 이 시간 범위를 벗어나면 SiC 기판 표면이 거칠기가 나빠지는 결과가 발생되기 때문이다.In the etching step S40, the etching time of the SiC substrate surface is about 10 to 30 minutes so as to improve the surface roughness of the SiC substrate. If the SiC substrate surface is out of this time range, This is because the result is generated.
상기 버퍼층 형성 단계(S50) 및 상기 에피 박막 성장 단계(S60)에서 도핑 가스로는 질소(N2)가 도입될 수 있다. In the buffer layer formation step (S50) and the epilayer growth step (S60), nitrogen (N 2 ) may be introduced as a doping gas.
또한, 상기 버퍼층 형성 단계(S50) 및 상기 에피 박막 성장 단계(S60)에서 공정 가스로서 성장 속도 향상을 위하여 염화수소(HCl)가 도입될 수 있다.In addition, hydrogen chloride (HCl) may be introduced as a process gas in the buffer layer formation step (S50) and the epilayer growth step (S60) to improve the growth rate.
상기 버퍼층 형성과 에피 박막 성장 조건은 C/Si= 1.2, Cl/Si=3, 성장 온도는 1500℃ 내지 1600℃ 범위 내의 온도일 수 있다.
The buffer layer formation and the epilayer growth conditions may be C / Si = 1.2, Cl / Si = 3, and the growth temperature may be a temperature within the range of 1500 ° C to 1600 ° C.
이하에서, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 탄화규소 기판 표면 처리 방법의 과정에 대해서 설명한다.Hereinafter, a process of a silicon carbide substrate surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
4인치 4H 상용 탄화규소(SiC) 기판은 Si-면에 대해서 에피 성장을 수행한다. 기판 업체에서 제공하는 스크래치 규격은 전체 웨이퍼에 전체 길이를 더해서 15mm 정도 이하를 제공하는 것이 일반적이다. The 4-inch 4H commercial silicon carbide (SiC) substrate performs epitaxial growth on the Si-face. Scratching standards provided by substrate manufacturers generally provide an overall length of less than 15 mm for the entire wafer.
그러나, 제공된 스크래치 규정은 광학분석으로 이루어지며, 이러한 분석결과는 장비 성능에 따라 좌우되는 관계로 정확히 파악하기는 쉽지 않다. 그렇기 때문에 스크래치가 결함의 한 원인이 될 수 있는 관계로 스크래치가 없는 SiC 웨이퍼가 SiC 에피 박막 성장을 위해서 필요하다. However, the scratch specifications provided are based on optical analysis, and the results of these analyzes are dependent on the performance of the equipment, so it is not easy to grasp accurately. Therefore, scratch-free SiC wafers are needed for SiC epilayer growth because scratches can be a cause of defects.
본 발명의 탄화규소 기판 표면 처리 방법은, 탄화규소 에피 박막 성장 공정 이전의 전처리 단계로서, 탄화규소(SiC) 기판을 RCA 화학 세정 용액으로 RCA 화학 세정한 후, 탄화규소(SiC) 기판을 습식 세정 용액인 DHF 또는 HCl 디핑(dipping)을 통해서 탄화규소 기판 표면에 이물질을 제거하고 에피 성장 장치에 장입한다. The silicon carbide substrate surface treatment method of the present invention is a method of pretreating a silicon carbide (SiC) substrate by RCA chemical cleaning with an RCA chemical cleaning solution as a pretreatment step before a silicon carbide epitaxial growth process, The foreign substances are removed from the surface of the silicon carbide substrate through the solution of DHF or HCl dipping and charged into the epitaxial growth apparatus.
이와 같이, 상기 RCA 화학 세정 단계와 습식 세정 단계에 의하여 탄화규소 기판 표면에 이물질을 제거한 상태로, 상기 에피 성장 장치에 장입된 탄화규소 기판은 초기 성장온도 승온 시에는 H2 분위기 하에서 가스량은 10분 이내에 160slm 에 도달한다. 승온이 되면서 1,400℃까지 온도가 올라간 상태에서 H2 에칭이 이루어지고, 상기 에칭을 행한 후 버퍼층 형성 단계, 에피 박막 성장 단계를 순차적으로 행한다.In this way, the state removing the foreign matters on the silicon carbide substrate surface by the RCA chemical cleaning step and the wet scrubbing step, under the silicon carbide substrate charged to the epitaxial growth apparatus, the H 2 atmosphere during the initial growth temperature elevated temperature gas for 10 minutes To reach 160 slm. H 2 etching is performed in the state where the temperature is raised to 1,400 ° C. while the temperature is elevated. After the etching, the buffer layer forming step and the epilayer film growing step are sequentially performed.
이러한 일련의 에피 성장 공정으로 스크래치에 무관한 저 결함 탄화규소 에피 박막이 성장된다.
This series of epitaxial growth processes result in scratch-free low-defect silicon carbide epitaxial growth.
[실시예][Example]
도 2에서와 같이 스크래치는 기존 에피 성장을 위한 일반적인 공정에서는 에피 성장 중에 그 부분에서부터 결함이 발생한다. As shown in FIG. 2, in the conventional process for the conventional epitaxial growth, scratches are generated from portions thereof during epitaxial growth.
그러나, 본 발명에서는 탄화규소(SiC) 기판을 RCA 화학 세정과 DHF 또는 HCl 디핑(dipping)을 통해서 탄화규소 기판 표면에 이물질을 제거하고, 에피 성장 장치에 장입한 후, 성장한 결과이다. 이러한 결함은 전력소자를 제조할 경우에 소자의 파괴가 일어나는 부분이 된다.
However, in the present invention, the silicon carbide (SiC) substrate is subjected to RCA chemical cleaning and DHF or HCl dipping to remove foreign substances from the surface of the silicon carbide substrate, and then charged into an epitaxial growth apparatus and grown. Such a defect becomes a part where device breakdown occurs when a power device is manufactured.
도 3은 기존의 에피 성장 공정 위한 RCA 화학 세정 단계와 함께 DHF 디핑(dipping )와 HCl 처리 등의 에피 성장 전처리 조건을 변화시켜 스크래치 부분에서 생성된 결함이 영향을 미치는 정도를 정리한 것이다. FIG. 3 is a graph showing the degree of influence of defects generated in the scratch portion by changing the pretreatment conditions of the epi growth such as DHF dipping and HCl treatment together with the RCA chemical cleaning step for the conventional epitaxial growth process.
전 처리 조건은 RCA 화학 세정 단계 처리 후, 20분간 DHF(0.1%)를 사용하였고, HCl 조건은 HCl:H2O2:H2O=1:1:5, 90℃에서 시간을 변화시키면서 처리를 한 것이다. The pretreatment conditions were as follows: DHF (0.1%) was used for 20 minutes after the RCA chemical washing step and HCl: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: .
이와 같이 처리된 탄화규소(SiC) 기판을 에피 성장 장치 내로 장입하여, 탄화규소 에피 박막 성장은 먼저, 수소 분위기에서 승온이 이루어지며, 1,400℃에서는 Si의 녹는점을 고려할 경우, SiC 표면이 에칭이 본격적으로 이루어진다. 이 때, 적정 에칭시간은 10분 정도이다. 버퍼층 형성과 에피층 형성 조건은 C/Si= 1.2, Cl/Si=3, 성장온도는 대략 1570℃이다.
The silicon carbide (SiC) substrate thus processed is charged into the epitaxial growth apparatus, and the silicon carbide epilayers are first heated in a hydrogen atmosphere. When the melting point of Si is considered at 1,400 ° C., the SiC surface is etched It is done in earnest. At this time, the appropriate etching time is about 10 minutes. C / Si = 1.2, Cl / Si = 3, and the growth temperature is approximately 1570 占 폚.
결함분석은 표면결함 분석장치인 SICA를 이용하였다. 표면결함이 가장 작은 것은 HCl(40min)+DHF인데, 이것은 SiC 기판 표면을 먼저 Cl기가 어느 정도 활성화한 결과로 여겨진다. 화학처리를 한 후, 표면에서의 상태는 스크래치가 그대로 남아 있는 것으로 보아, 단순히 표면 상태를 변화시킨 것으로 해석되는 바, 스크래치를 화학처리 중에 없앤 것은 아닌 것으로 도 4에서 알 수 있다.
Defect analysis was performed using SICA, a surface defect analysis device. The smallest surface defect is HCl (40 min) + DHF, which is considered to be the result of first activating the Cl group to some extent on the SiC substrate surface. After chemical treatment, the state on the surface is interpreted as simply changing the surface state because the scratch remains, and it can be seen from Fig. 4 that the scratch is not removed during the chemical treatment.
S10: RCA 화학 세정 단계
S20: 습식 세정 단계
S30: 승온 단계
S40: 에칭 단계
S50: 버퍼층 형성 단계
S60: 에피 박막 성장 단계S10: RCA chemical cleaning step
S20: Wet cleaning step
S30:
S40: etching step
S50: buffer layer formation step
S60: Epi thin film growth step
Claims (6)
상기 RCA 화학 세정 단계를 행한 후, 상기 스크래치가 존재하는 탄화규소(SiC) 기판을 습식 세정 용액으로 세정하는 습식 세정 단계를 포함하는 탄화규소 에피 박막 성장 공정 이전의 전처리 단계,
에피 성장 장치 내에 상기 전처리 단계를 행한 탄화규소(SiC) 기판을 장입한 후, 상기 에피 성장 장치 내부를 설정 온도로 승온시키는 승온 단계,
상기 승온 단계에서 상기 에피 성장 장치 내부를 승온시키면서 행해지고, 상기 탄화규소 기판 표면을 설정 시간 동안 에칭하는 에칭 단계,
상기 에칭 단계가 끝남과 동시에 행해지고, 상기 에피 성장 장치 내에 공정가스인 SiH4 가스와 C3H8 가스를 공급하여 상기 탄화규소(SiC) 기판에 버퍼층을 형성하는 버퍼층 형성 단계, 및
상기 버퍼층이 형성된 후, 설정 온도에서 공정 가스로서 SiH4 가스와 C3H8 가스를 사용하여 상기 탄화규소(SiC) 기판에 에피 박막을 성장시켜 에피층을 형성하는 에피 박막 성장 단계
를 포함하고,
상기 RCA 화학 세정 용액은 고순도의 초순수(deionized water))와 과산화수소(H2O2), 수산화 암모늄(NH4OH), 염산(HCl)을 포함하고,
상기 습식 세정 단계는 DHF(Diluted HF) 용액 처리 또는 HCl 용액 처리를 포함하고,
상기 승온 단계에서 설정 온도는 1500℃ 내지 1600℃ 범위 내의 온도이고,
상기 버퍼층 형성 단계 및 상기 에피 박막 성장 단계에서 도핑 가스로는 질소(N2)가 도입되고,
상기 버퍼층 형성 단계 및 상기 에피 박막 성장 단계에서 공정 가스로서 성장 속도 향상을 위하여 염화수소(HCl)가 도입되며,
상기 버퍼층 형성과 상기 에피 박막 성장 조건은 C/Si= 1.2, Cl/Si=3, 성장 온도는 1500℃ 내지 1600℃ 범위 내의 온도인 탄화규소 기판 표면 처리 방법.An RCA chemical cleaning step in which a silicon carbide (SiC) substrate in which scratches are present is subjected to RCA chemical cleaning with an RCA chemical cleaning solution, and
A pretreatment step before the silicon carbide epitaxial growth step including a wet cleaning step of cleaning the silicon carbide (SiC) substrate with the wet cleaning solution after the RCA chemical cleaning step,
A silicon carbide (SiC) substrate having undergone the preprocessing step is charged into an epitaxial growth apparatus, and then the temperature inside the epitaxial growth apparatus is raised to a set temperature,
An etching step performed while raising the inside of the epitaxial growth apparatus in the heating step and etching the surface of the silicon carbide substrate for a set time,
Forming a buffer layer on the silicon carbide (SiC) substrate by supplying SiH 4 gas and C 3 H 8 gas, which are process gases, into the epitaxial growth apparatus after the etching step is completed,
After the buffer layer is formed, an epitaxial layer is formed by growing an epitaxial layer on the silicon carbide (SiC) substrate using SiH 4 gas and C 3 H 8 gas as a process gas at a set temperature
Lt; / RTI >
The RCA chemical cleaning solution comprises deionized water of high purity and hydrogen peroxide H 2 O 2 , ammonium hydroxide NH 4 OH, and hydrochloric acid HCl,
The wet cleaning step may include treatment with a diluted HF (DHF) solution or a treatment with an HCl solution,
The set temperature in the temperature increasing step is a temperature within a range of 1500 ° C to 1600 ° C,
In the buffer layer formation step and the epilayer growth step, nitrogen (N 2) is introduced as a doping gas,
In the buffer layer formation step and the epilayer growth step, hydrogen chloride (HCl) is introduced as a process gas to improve the growth rate,
Wherein the buffer layer formation and the epi-thin film growth conditions are C / Si = 1.2, Cl / Si = 3, and the growth temperature is a temperature within a range of 1500 占 폚 to 1600 占 폚.
상기 DHF(Diluted HF) 용액 처리 또는 HCl 용액 처리는 디핑(dipping)을 통하여 이루어지는 탄화규소 기판 표면 처리 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the DHF (Diluted HF) solution treatment or the HCl solution treatment is performed by dipping.
상기 에칭 단계에서 에칭은 상기 에피 성장 장치 내에 수소 가스를 공급하여 수소 분위기 하에서 이루어지는 탄화규소 기판 표면 처리 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the etching in the etching step is performed in a hydrogen atmosphere by supplying hydrogen gas into the epitaxial growth apparatus.
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