KR101673261B1 - P-type silicon carbide single crystal and growing method for the same - Google Patents

P-type silicon carbide single crystal and growing method for the same Download PDF

Info

Publication number
KR101673261B1
KR101673261B1 KR1020140188936A KR20140188936A KR101673261B1 KR 101673261 B1 KR101673261 B1 KR 101673261B1 KR 1020140188936 A KR1020140188936 A KR 1020140188936A KR 20140188936 A KR20140188936 A KR 20140188936A KR 101673261 B1 KR101673261 B1 KR 101673261B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crucible
single crystal
sic
powder
gas
Prior art date
Application number
KR1020140188936A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20160078779A (en
Inventor
여임규
전명철
박노형
은태희
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020140188936A priority Critical patent/KR101673261B1/en
Publication of KR20160078779A publication Critical patent/KR20160078779A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101673261B1 publication Critical patent/KR101673261B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/002Controlling or regulating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides

Abstract

P형 탄화규소 단결정 및 이의 성장방법이 개시된다. 본 발명의 일 구현예는, Al3C4 분말과 SiC 분말의 혼합 분말을 준비하는 단계; 상기 혼합 분말을 도가니의 하부에 장입시키는 단계; 상기 도가니의 상부에 SiC 종자정을 장착하는 단계; 및 상기 SiC 종자정이 장착된 도가니를 성장 온도로 승온시킨 후, 상기 도가니 내에 장입된 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시키는 단계;를 포함하고, 상기 SiC 종자정이 장착된 도가니를 성장 온도로 승온시킨 후, 상기 도가니 내에 장입된 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시키는 단계;에서, N2 가스를 공급하여 결정다형을 안정화하는, P형 탄화규소 단결정 성장방법을 제공한다.A P-type silicon carbide single crystal and a growing method thereof are disclosed. One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a mixed powder of Al 3 C 4 powder and SiC powder; Charging the mixed powder into the bottom of the crucible; Mounting a SiC seed crystal on top of the crucible; And heating the crucible equipped with the SiC seed crystal to a growth temperature and then growing the single crystal by sublimating the mixed powder charged in the crucible, wherein the crucible equipped with the SiC seed crystal is heated to a growth temperature And growing a single crystal by sublimation of mixed powder charged in the crucible, wherein N 2 A method for growing a P-type silicon carbide single crystal, which stabilizes a crystal polymorphism by supplying a gas.

Description

P형 탄화규소 단결정 및 이의 성장방법{P-TYPE SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL AND GROWING METHOD FOR THE SAME}P-TYPE SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL AND GROWING METHOD FOR THE SAME BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명의 일 구현예는 P형 탄화규소 단결정 및 이의 성장방법에 관한 것이다.
One embodiment of the present invention relates to a P-type silicon carbide single crystal and a growth method thereof.

대표적인 차세대 반도체 소자 재료로 SiC(탄화규소)는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한, 4.6W/Cm℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 4인치 이상의 대구경의 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있다. 이러한 SiC 단결정 성장방법으로 물리적 기상 이송법(Physical Vapor Transport, PVT)이 높은 수율과 고품질화된 탄화규소를 제작할 수 있어 널리 통용되고 있다.SiC (silicon carbide) is a typical next-generation semiconductor element material, and has excellent thermal stability and excellent oxidation resistance. In addition, it has an excellent thermal conductivity of about 4.6 W / Cm ° C and can be produced as a substrate having a diameter of 4 inches or more. Physical vapor transport (PVT) is widely used because of its high yield and high quality silicon carbide by the SiC single crystal growth method.

한편, 최근에 반도체 업체들의 기술이 비약적으로 발전함에 따라, SiC-SBD, SiC-MOSFET과 같은 고전압(600V~2,000V) 대전류를 가지는 파워 반도체 소자 구현이 가능해졌다. 또한, 더 높은 전압(>2,000V)을 가지는 SiC-IGBT 파워소자 개발이 진행되고 있지만 수직형(vertical) 소자의 구조적인 한계로 인해 상대적으로 개발이 지연되고 있다. SiC-IGBT는 n형, p형 혹은 p형 n형 순으로 여러 번 적층된 다중 중첩 구조를 가지는데, n형 SiC 기판을 사용하면 전하가 흐르는 채널(channel)의 다수 전하가 정공(hole)이 되고, p형 SiC 기판을 사용하면 전자(electron)가 된다. Meanwhile, recently, as the technology of semiconductor companies has developed remarkably, a power semiconductor device having high voltage (600V ~ 2,000V) such as SiC-SBD and SiC-MOSFET can be realized. In addition, development of a SiC-IGBT power device having a higher voltage (> 2,000 V) is progressing, but the development is relatively delayed due to the structural limitations of the vertical device. SiC-IGBTs have multiple nested structures stacked several times in the order of n-type, p-type or p-type n-type. When an n-type SiC substrate is used, a large number of charges in a channel When the p-type SiC substrate is used, it becomes an electron.

일반적으로, SiC는 전자가 전공보다 이동도(mobility)가 빠르기 때문에 전자를 다수 전하로 가지는 n형 기판이 상대적으로 진보된 단계로 개발된 반면, p형 기판 개발은 지연되고 있다. 따라서, SiC IGBT 소자 구현을 위해서 p형 기판이 필요하고, 이를 이용하면 다수 전하로 전자를 사용할 수 있어서 소자의 성능을 대폭 향상 시킬 수 있다.In general, SiC has a higher mobility than electrons, so n-type substrates with a large number of electrons have been developed at a relatively advanced stage, while p-type substrate development has been delayed. Therefore, a p-type substrate is required to realize a SiC IGBT device, and electrons can be used with a large number of charges by using the p-type substrate, thereby greatly improving the performance of the device.

그러나, 물리적 기상 이송법(PVT법)에서 p형 기판을 제조하기 위해서는 일부 제약이 존재한다. 첫째, n형의 도핑(doping)재료는 질소(Nitrogen)로 가스상이고, p형은 붕소(Boron), 알루미늄(Aluminum)과 같은 고체상이기 때문에 증기압 차에 의한 승화(sublimation) 영향이 크다. 둘째, SiC의 경우, 적층주기와 결정구조에 따라 다양한 다형(polytype)이 존재하는데, n형 도핑물질인 질소는 4H-SiC 다형 안정화에 기여하는 물질이다. 따라서, p형 제조를 위해 질소를 넣지 않으면 6H, 15R 등 다형혼입들이 생성된다. 마지막으로, p형 기판의 비저항(resistivity)이 n형보다 높아 전자 이동도가 상대적으로 낮기 때문에 기판의 저항을 낮춰야 되는 문제가 발생한다(p형: > 1Ωcm, n형: ~0.015Ωcm).
However, there are some limitations in producing a p-type substrate in the physical vapor phase transfer method (PVT method). First, the n-type doping material is a nitrogen-based gas phase, and the p-type is a solid phase such as boron and aluminum, so that the sublimation effect is large due to the difference in vapor pressure. Second, in the case of SiC, various types of polytypes exist depending on the lamination period and the crystal structure. Nitrogen, which is an n-type doping material, contributes to 4H-SiC polymorphism stabilization. Therefore, if nitrogen is not added for p-type production, polymorphic inclusion such as 6H or 15R is produced. Finally, since the resistivity of the p-type substrate is higher than that of the n-type, the electron mobility is relatively low, so that the substrate resistance must be lowered (p type:> 1 Ωcm, n type: ~ 0.015 Ωcm).

본 발명의 일 구현예는, 알루미늄 카바이드(Al3C4)를 p형 도핑물질로 첨가하여 증기압 차에 대한 영향을 줄이고, n형 도핑재료인 질소(Nitrogen)를 동시에 도핑함으로써 다형제어가 용이하며, 1Ωcm이하의 저저항 p형 탄화규소 단결정을 성장시키기 위한 P형 탄화규소 단결정 및 이의 성장방법을 제공하고자 한다.
In one embodiment of the present invention, polymorphism control is facilitated by adding aluminum carbide (Al 3 C 4 ) as a p-type doping material to reduce the influence on the difference in vapor pressure and simultaneously doping nitrogen (Nitrogen) Type p-type silicon carbide single crystal having a resistance of 1? Cm or less, and a method for growing the p-type silicon carbide single crystal.

본 발명의 일 구현예는, Al3C4 분말과 SiC 분말의 혼합 분말을 준비하는 단계; 상기 혼합 분말을 도가니의 하부에 장입시키는 단계; 상기 도가니의 상부에 SiC 종자정을 장착하는 단계; 및 상기 SiC 종자정이 장착된 도가니를 성장 온도로 승온시킨 후, 상기 도가니 내에 장입된 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시키는 단계;를 포함하고, 상기 SiC 종자정이 장착된 도가니를 성장 온도로 승온시킨 후, 상기 도가니 내에 장입된 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시키는 단계;에서, N2 가스를 공급하여 결정다형을 안정화하는, P형 탄화규소 단결정 성장방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, Al 3 C 4 Preparing a mixed powder of powder and SiC powder; Charging the mixed powder into the bottom of the crucible; Mounting a SiC seed crystal on top of the crucible; And heating the crucible equipped with the SiC seed crystal to a growth temperature and then growing the single crystal by sublimating the mixed powder charged in the crucible, wherein the crucible equipped with the SiC seed crystal is heated to a growth temperature And growing a single crystal by sublimation of mixed powder charged in the crucible, wherein N 2 A method for growing a P-type silicon carbide single crystal, which stabilizes a crystal polymorphism by supplying a gas.

상기 혼합 분말에 대한 Al3C4 분말의 함량은 5 내지 10wt% 일 수 있다.The content of Al 3 C 4 powder in the mixed powder may be 5 to 10 wt%.

상기 혼합 분말에 대한 SiC 분말의 함량은 90 내지 95wt% 일 수 있다.The content of SiC powder in the mixed powder may be 90 to 95 wt%.

상기 성장 온도는 대기압 상태에서 1,800 내지 2,000℃ 일 수 있다.The growth temperature may be 1,800 to 2,000 DEG C at atmospheric pressure.

상기 성장 온도는 대기압 상태에서 1,850 내지 1,950℃ 일 수 있다.The growth temperature may be 1,850 to 1,950 DEG C under atmospheric pressure.

상기 단결정의 성장은, 1 내지 20torr의 성장 압력으로 유지된 상태에서 수행되는 것일 수 있다.The growth of the single crystal may be carried out while being maintained at a growth pressure of 1 to 20 torr.

상기 N2 가스는 독립적으로 공급되거나, Ar 가스를 포함하는 불활성 가스와 혼합된 혼합 가스의 형태로 공급되는 것일 수 있다.The N 2 The gas may be fed independently or in the form of a mixed gas mixed with an inert gas containing Ar gas.

상기 불활성 가스에 대한 상기 N2 가스의 비율은 15 내지 25vol% 일 수 있다.The ratio of the N 2 gas to the inert gas may be 15 to 25 vol%.

상기 도가니의 상부에 SiC 종자정을 장착하는 단계; 이후에, 상기 도가니를 진공압력 및 1,000℃ 미만으로 가열하여 상기 도가니 내의 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Mounting a SiC seed crystal on top of the crucible; Thereafter, the crucible may be heated to a vacuum pressure of less than 1,000 ° C. to remove impurities in the crucible.

상기 도가니를 진공압력 및 1,000℃ 미만으로 가열하여 상기 도가니 내의 불순물을 제거하는 단계;에서, 상기 가열은 2 내지 3시간 동안 수행되는 것일 수 있다.Heating the crucible to a vacuum pressure and less than 1,000 ° C to remove impurities in the crucible, and the heating may be performed for 2 to 3 hours.

상기 도가니의 상부에 SiC 종자정을 장착하는 단계; 이후에, 상기 도가니에 Ar 가스를 포함하는 불활성 가스를 주입하여 상기 도가니 내의 공기를 퍼징(purging)하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Mounting a SiC seed crystal on top of the crucible; Thereafter, an inert gas containing Ar gas is injected into the crucible to purging the air in the crucible.

상기 도가니에 Ar 가스를 포함하는 불활성 가스를 주입하여 상기 도가니 내의 공기를 퍼징(purging)하는 단계;는, 2회 이상 반복 수행하는 것일 수 있다.The step of purging the air in the crucible by injecting an inert gas containing Ar gas into the crucible may be repeated two or more times.

본 발명의 다른 구현예는, 전술한 P형 탄화규소 단결정의 제조방법에 따라 제조되고, 단일 결정다형을 포함하며, 비저항이 0초과 및 1Ω㎝ 이하인, P형 탄화규소 단결정을 제공한다.
Another embodiment of the present invention provides a P-type silicon carbide single crystal which is produced by the above-described method for producing a P-type silicon carbide single crystal and contains a single crystal polymorphism and has a resistivity of more than 0 and 1 cm or less.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 알루미늄 카바이드(Al3C4)와 질소(Nitrogen)의 동시 도핑을 활용하여 1Ωcm이하의 저저항 p형 탄화규소 단결정을 제조할 수 있고, 다형혼입으로 인한 문제를 해결할 수 있는 P형 탄화규소 단결정 및 이의 성장방법을 제공할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a low-resistance p-type silicon carbide single crystal of 1 Ωcm or less by utilizing the simultaneous doping of aluminum carbide (Al 3 C 4 ) and nitrogen (Nitrogen) Type P-type silicon carbide single crystal and a method of growing the same.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 P형 탄화규소 단결정 성장방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 P형 탄화규소 단결정 성장장치를 나타낸 개략도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of growing a P-type silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing a P-type silicon carbide single crystal growing apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Throughout the specification, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

본 발명의 일 구현예는, Al3C4 분말과 SiC 분말의 혼합 분말을 준비하는 단계(S100); 상기 혼합 분말을 도가니의 하부에 장입시키는 단계(S200); 상기 도가니의 상부에 SiC 종자정을 장착하는 단계(S300); 및 상기 SiC 종자정이 장착된 도가니를 성장 온도로 승온시킨 후, 상기 도가니 내에 장입된 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시키는 단계(S400);를 포함하고, 상기 SiC 종자정이 장착된 도가니를 성장 온도로 승온시킨 후, 상기 도가니 내에 장입된 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시키는 단계;에서, N2 가스를 공급하여 결정다형을 안정화하는, P형 탄화규소 단결정 성장방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, Al 3 C 4 Preparing a mixed powder of powder and SiC powder (SlOO); Charging the mixed powder to the bottom of the crucible (S200); Mounting a SiC seed crystal on the crucible (S300); And a step (S400) of growing a single crystal by sublimation of the mixed powder charged in the crucible after the temperature of the crucible equipped with the SiC seed crystal is raised to a growth temperature, wherein the crucible equipped with the SiC seed crystal is heated to a growth temperature Heating the mixed powder charged in the crucible and growing a single crystal, wherein N 2 A method for growing a P-type silicon carbide single crystal, which stabilizes a crystal polymorphism by supplying a gas.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 P형 탄화규소 단결정 성장방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of growing a P-type silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 알루미늄 카바이드(Al3C4)는 승화되어 알루미늄과, 카본(carbon)으로 분해된다. 이 때, 알루미늄은 실리콘(silicon)자리에 치환되어 p형 도핑이 되고, 잔여 카본은 SiC 원료분말과 함께 카본 과잉(Carbon rich) 분위기를 만들어 4H-SiC 결정다형 안정화에 기여한다. 또한, 단일 원소를 사용하는 경우에 비하여, 증기압이 상대적으로 낮아 과도핑을 현상을 억제하여 저항값을 제어할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, aluminum carbide (Al 3 C 4 ) is sublimated and decomposed into aluminum and carbon. At this time, aluminum is substituted for the silicon site to form p-type doping, and the remaining carbon contributes to 4H-SiC crystal polymorphism stabilization by making a carbon rich atmosphere together with the SiC raw material powder. Compared to the case of using a single element, the vapor pressure is relatively low, so that the resistance value can be controlled by suppressing the phenomenon of excessive pumping.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 질소(N2) 가스에 의해 결정다형의 안정화에 기여할 수 있고, Al-N이 결합하여 저항값을 낮춰줌으로써 저저항의 P형 탄화규소 단결정을 제조할 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, a low-resistance P-type silicon carbide single crystal can be produced by contributing to the stabilization of the crystal polymorphism by the nitrogen (N 2 ) gas and lowering the resistance value by bonding with Al-N .

상기 혼합 분말에 대한 Al3C4 분말의 함량은 5 내지 10wt% 인 것이 바람직하다. Al3C4 분말의 함량이 5wt% 미만인 경우에는 P형 도핑이 되기 힘들고, 10wt%를 초과하는 경우에는 과도핑되어 저항값이 올라가는 문제점이 있다.Al 3 C 4 for the mixed powder The content of the powder is preferably 5 to 10 wt%. Al 3 C 4 When the content of the powder is less than 5 wt%, the P-type doping is difficult to be performed, and when the content is more than 10 wt%, the resistance value is increased due to excessive pumping.

상기 혼합 분말에 대한 SiC 분말의 함량은 90 내지 95wt% 인 것이 바람직하다. SiC 분말의 함량이 90wt% 미만인 경우에는 알루미늄, 질소 등이 과도핑되고, 95wt%를 초과하는 경우에는 도핑이 억제되는 문제점이 있다.The content of SiC powder in the mixed powder is preferably 90 to 95 wt%. When the SiC powder content is less than 90 wt%, aluminum, nitrogen and the like are excessively doped, and when the SiC powder content is more than 95 wt%, doping is inhibited.

상기 성장 온도는 대기압 상태에서 1,800 내지 2,000℃ 일 수 있으며, 보다 구체적으로는 1,850 내지 1,950℃ 인 것이 바람직하다. 성장 온도가 1,800℃ 미만인 경우에는 동일 조건에서도 비저항이 상승하게 된다. 이는, 알루미늄의 증기압이 높아 상대적으로 저온에서 빠르게 승화하기 때문이다. 한편, 2,000℃를 초과하는 경우, 비저항은 감소하나 6H, 15R 등의 결정다형이 혼입되는 형태가 발생하는 문제점이 있다.The growth temperature may be 1,800 to 2,000 ° C at atmospheric pressure, and more preferably 1,850 to 1,950 ° C. When the growth temperature is lower than 1,800 DEG C, the specific resistance is increased even under the same conditions. This is because the vapor pressure of aluminum is high and the aluminum sublimes quickly at a relatively low temperature. On the other hand, when the temperature exceeds 2,000 DEG C, the specific resistance is decreased, but there is a problem that a crystalline polymorphism such as 6H or 15R is mixed.

이 때, 대기압을 유지하는 이유는 결정의 성장 초기에 원하지 않는 결정다형이 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 대기압을 유지하며 도가니에 장입된 혼합 분말을 성장 온도까지 승온시킨 뒤, 내부 압력을 1 내지 20torr로 감압하여 유지한 상태로, 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시킨다.The reason for maintaining the atmospheric pressure at this time is to prevent undesired crystal polymorphism from occurring at the initial stage of crystal growth. That is, the mixed powder charged in the crucible is maintained at atmospheric pressure, the temperature of the mixed powder is raised to the growth temperature, and the mixed powder is sublimed while the internal pressure is reduced to 1 to 20 torr to grow single crystals.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에서는, 상기 SiC 종자정이 장착된 도가니를 성장 온도로 승온시킨 후, 상기 도가니 내에 장입된 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시키는 단계;에서, N2 가스를 공급하는데, 이 때, 상기 N2 가스는 독립적으로 공급되거나, Ar 가스를 포함하는 불활성 가스와 혼합된 혼합 가스의 형태로 공급될 수 있다., Comprising the steps of: After raising the crucible equipped with the SiC seed affection to the growth temperature, to transform the mixed powder charged in the crucible in growing a single crystal, one embodiment of the invention, as described above; in, N 2 Gas, wherein the N2 < RTI ID = 0.0 > The gas may be supplied independently or in the form of a mixed gas mixed with an inert gas containing Ar gas.

여기에서, Ar 가스를 포함하는 불활성 가스와 혼합된 혼합 가스의 형태로 공급되는 경우, 상기 불활성 가스에 대한 상기 N2 가스의 비율은 15 내지 25vol% 인 것이 바람직하다. 상기 불활성 가스에 대한 상기 N2 가스의 비율이 15vol% 미만인 경우, Al-N 간의 결합력이 저하되어 저저항의 기판을 제작할 수 없고, 25wt%를 초과하는 경우에는 n형 도핑이 이루어지는 문제점이 있다.
Here, when supplied in the form of a mixed gas mixed with an inert gas containing Ar gas, the N 2 The ratio of the gas is preferably 15 to 25 vol%. The N2 < RTI ID = 0.0 > If the ratio of the gas is less than 15 vol%, the bonding force between Al-N is reduced to make it impossible to fabricate a substrate with low resistance. If it exceeds 25 wt%, n-type doping may occur.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 일 실시예 일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, examples of the present invention will be described. However, the following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 P형 탄화규소 단결정 성장장치를 나타낸 개략도이다.2 is a schematic view showing a P-type silicon carbide single crystal growing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 P형 탄화규소 단결정 성장장치는 Al3C4 분말(10)과 SiC 분말(20)의 혼합 분말이 장입되는 내부공간이 마련된 도가니(100), 도가니(100)를 둘러싸는 단열재(200) 및 석영관(300), 석영관(300) 외부에 마련되어 도가니(100)를 가열하기 위한 가열수단(400)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서는 물리적 기상 이송법(Physical Vapor Transport, PVT)을 이용하여 종자정(500)에 단결정을 성장시킨다.
2, a P-type silicon carbide single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention includes a crucible 100 provided with an internal space for charging a mixed powder of an Al 3 C 4 powder 10 and a SiC powder 20, A heat insulating material 200 surrounding the crucible 100 and the quartz tube 300 and a heating means 400 provided outside the quartz tube 300 for heating the crucible 100. In one embodiment, a single crystal is grown on the seed crystal 500 using physical vapor transport (PVT).

실시예Example 1 One

도가니(100)의 하부에 Al3C4 분말 7.5wt%와, SiC 분말 92.5wt%이 혼합된 혼합 분말을 장입하였다. 또한, 질소(N2)+아르곤(Ar)의 혼합 가스도 도가니 내부에 주입될 수 있도록 준비하였다. 이 때, 아르곤(Ar) 가스에 대한 질소 가스의 비율은 20vol%로 하였다.Al 3 C 4 is added to the bottom of the crucible 100 A mixed powder containing 7.5 wt% of powder and 92.5 wt% of SiC powder was charged. Also, a mixed gas of nitrogen (N 2 ) + argon (Ar) was prepared so as to be injected into the crucible. At this time, nitrogen (N 2) for argon (Ar) The gas ratio was 20 vol%.

탄화규소(SiC)로 이루어진 종자정을 마련하고, 이를 도가니 내부 상부에 장착한다. 종자정이 결합된 도가니를 성장장치 내로 인입시키고, 진공압력 및 1,000℃ 미만으로 2 내지 3시간 동안 가열하여 도가니에 포함된 불순물을 제거하였다. A seed crystal made of silicon carbide (SiC) is provided and mounted on the upper part of the crucible. The crucible having the seed crystal bonded thereto was introduced into the growth apparatus and heated at a vacuum pressure of less than 1,000 DEG C for 2 to 3 hours to remove impurities contained in the crucible.

이후, 불활성 가스, 예컨대, 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 도가니 내부와, 도가니와 단열재 사이에 남아있는 공기를 제거하였다. 여기에서, 불활성 가스를 이용한 퍼징(purging) 공정은 2 내지 3회 정도 수행하였다. Then, an inert gas such as argon (Ar) gas was injected to remove the air remaining in the crucible and between the crucible and the heat insulating material. Here, the purging process using an inert gas was performed about 2 to 3 times.

이어서, 압력을 대기압으로 높인 후, 가열수단을 이용하여 도가니를 1,800 내지 2,000℃ 의 온도로 가열하였다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 결정 성장 초기에 원하지 않는 결정 다형의 발생을 방지하기 위함이다. Subsequently, the pressure was raised to atmospheric pressure, and then the crucible was heated to a temperature of 1,800 to 2,000 DEG C using a heating means. Here, the reason for maintaining the atmospheric pressure is to prevent the generation of undesired crystal polymorphism at the initial stage of crystal growth.

즉, 먼저 대기압을 유지하며 혼합 분말을 성장 온도까지 승온시키고, 성장장치 내부를 1 내지 20torr의 성장 압력으로 감압하여 유지시키면서, 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시켰다.
That is, the mixed powder was first heated to the growth temperature while maintaining the atmospheric pressure, and the mixed powder was sublimed while growing the inside of the growth apparatus at a growth pressure of 1 to 20 torr to grow single crystals.

실시예Example 2 2

실시예 1에서, Al3C4 분말 12.5wt%와, SiC 분말 87.5wt%를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 단결정을 성장시켰다.
In Example 1, Al 3 C 4 Single crystal was grown in the same manner as in Example 1, except that 12.5 wt% of powder and 87.5 wt% of SiC powder were used.

비교예Comparative Example 1 One

실시예 1에서, Al3C4 분말 2.5wt%와, SiC 분말 97.5wt%를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 단결정을 성장시켰다.
In Example 1, Al 3 C 4 A single crystal was grown in the same manner as in Example 1, except that 2.5 wt% of powder and 97.5 wt% of SiC powder were used.

비교예Comparative Example 2 내지 4 2 to 4

실시예 1에서, Al3C4 분말과 SiC 분말의 혼합 분말 대신 SiC 분말 만을 사용하고, 혼합 가스에 대한 질소 가스의 비율을 각각 10vol%, 20vol%, 30vol%를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 단결정을 성장시켰다.
In Example 1, Al 3 C 4 Only SiC powder was used instead of the mixed powder of powder and SiC powder, and nitrogen Single crystals were grown in the same manner as in Example 1, except that 10 vol%, 20 vol%, and 30 vol% of gases were used, respectively.

비교예Comparative Example 5 5

실시예 1에서, 질소(N2) 가스를 주입하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 단결정을 성장시켰다.
In Example 1, a single crystal was grown in the same manner as in Example 1, except that no nitrogen (N 2 ) gas was injected.

비교예Comparative Example 6 6

실시예 2에서, 질소(N2) 가스를 주입하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 단결정을 성장시켰다.
In Example 2, a single crystal was grown in the same manner as in Example 2 except that no nitrogen (N 2 ) gas was injected.

비교예Comparative Example 7 7

실시예 3에서, 질소(N2) 가스를 주입하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 3과동일하게 단결정을 성장시켰다.
In Example 3, a single crystal was grown in the same manner as in Example 3, except that no nitrogen (N 2 ) gas was injected.

평가evaluation

실시예 1, 2, 및 비교예 1 내지 7에 따라 성장된 잉곳을 절단, 가공하여 결정다형 및 전도 타입을 확인하였다.
The ingots grown according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 7 were cut and processed to confirm the crystal polymorphism and conduction type.

도펀트Dopant Al3C4
(wt%)
Al 3 C 4
(wt%)
SiC
(wt%)
SiC
(wt%)
N2/ArN 2 / Ar 결정다형Crystalline polymorph 전도타입Conductive type 비저항
(Ω㎝)
Resistivity
(Ω cm)
실시예 1Example 1 Al3C4+N+SiCAl 3 C 4 + N + SiC 7.57.5 92.592.5 20/10020/100 4H4H P형P type 0.780.78 실시예 2Example 2 Al3C4+N+SiCAl 3 C 4 + N + SiC 12.512.5 87.587.5 20/10020/100 P형P type 1.231.23 비교예 1Comparative Example 1 Al3C4+N+SiCAl 3 C 4 + N + SiC 2.52.5 97.597.5 20/10020/100 n형n type -- 비교예 2Comparative Example 2 N+SiCN + SiC -- 100100 10/10010/100 n형n type -- 비교예 3Comparative Example 3 N+SiCN + SiC -- 100100 20/10020/100 n형n type -- 비교예 4Comparative Example 4 N+SiCN + SiC -- 100100 30/10030/100 n형n type -- 비교예 5Comparative Example 5 Al3C4+SiCAl 3 C 4 + SiC 2.52.5 97.597.5 -- 4H+6H+15R (mixed)4H + 6H + 15R (mixed) P형P type -- 비교예 6Comparative Example 6 Al3C4+SiCAl 3 C 4 + SiC 7.57.5 92.592.5 -- P형P type -- 비교예 7Comparative Example 7 Al3C4+SiCAl 3 C 4 + SiC 12.512.5 87.587.5 -- P형P type --

[표 1]을 참조하면, 실시예 1 및 2의 경우 4H, p형의 단결정이 관찰되었다. 또한, Hall 효과를 이용해 비저항 측정한 결과 p형 도핑물질의 중량이 높을수록 저항값이 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
Referring to Table 1, in Examples 1 and 2, 4H, p type single crystals were observed. As a result of the resistivity measurement using the Hall effect, it was confirmed that the resistance value increases as the weight of the p-type doping material increases.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

10: Al3C4 분말 20: SiC 분말
100: 도가니 200: 단열재
300: 석영관 400: 가열수단
500: 종자정
10: Al 3 C 4 Powder 20: SiC powder
100: Crucible 200: Insulation
300: quartz tube 400: heating means
500: seed seed

Claims (13)

Al3C4 분말과 SiC 분말의 혼합 분말을 준비하는 단계;
상기 혼합 분말을 도가니의 하부에 장입시키는 단계;
상기 도가니의 상부에 SiC 종자정을 장착하는 단계; 및
상기 SiC 종자정이 장착된 도가니를 성장 온도로 승온시킨 후, 상기 도가니 내에 장입된 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시키는 단계;
를 포함하고,
상기 혼합 분말에 대한 Al3C4 분말의 함량은 5 내지 10wt% 이고,
상기 혼합 분말에 대한 SiC 분말의 함량은 90 내지 95wt% 이고,
상기 SiC 종자정이 장착된 도가니를 성장 온도로 승온시킨 후, 상기 도가니 내에 장입된 혼합 분말을 승화시켜 단결정을 성장시키는 단계;에서,
N2 가스를 공급하여 결정다형을 안정화하되,
상기 결정다형은 4H인 것인, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
Preparing a mixed powder of Al 3 C 4 powder and SiC powder;
Charging the mixed powder into the bottom of the crucible;
Mounting a SiC seed crystal on top of the crucible; And
Heating the crucible equipped with the SiC seed crystal to a growth temperature and then sublimating the mixed powder charged in the crucible to grow a single crystal;
Lt; / RTI >
The content of Al 3 C 4 powder in the mixed powder is 5 to 10 wt%
The content of SiC powder in the mixed powder is 90 to 95 wt%
Heating the crucible equipped with the SiC seed crystal to a growth temperature and then sublimating the mixed powder charged in the crucible to grow a single crystal,
N 2 gas is supplied to stabilize the crystal polymorphism,
Wherein the crystalline polymorphism is 4H.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 성장 온도는 대기압 상태에서 1,800 내지 2,000℃ 인, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
The method according to claim 1,
Wherein the growth temperature is 1,800 to 2,000 DEG C at atmospheric pressure.
제 4 항에 있어서,
상기 성장 온도는 대기압 상태에서 1,850 내지 1,950℃ 인, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the growth temperature is 1,850 to 1,950 DEG C at atmospheric pressure.
제 1 항에 있어서,
상기 단결정의 성장은,
1 내지 20torr의 성장 압력으로 유지된 상태에서 수행되는 것인, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
The method according to claim 1,
The growth of the single crystal
Wherein the growth is carried out at a growth pressure of 1 to 20 torr.
제 1 항에 있어서,
상기 N2 가스는 독립적으로 공급되거나, Ar 가스를 포함하는 불활성 가스와 혼합된 혼합 가스의 형태로 공급되는 것인, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
The method according to claim 1,
The N 2 Wherein the gas is supplied independently or in the form of a mixed gas mixed with an inert gas containing an Ar gas.
제 7 항에 있어서,
상기 불활성 가스에 대한 상기 N2 가스의 비율은 15 내지 25vol% 인, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
8. The method of claim 7,
The N2 < RTI ID = 0.0 > Wherein the ratio of the gas is 15 to 25 vol%.
제 1 항에 있어서,
상기 도가니의 상부에 SiC 종자정을 장착하는 단계; 이후에,
상기 도가니를 진공압력 및 1,000℃ 미만으로 가열하여 상기 도가니 내의 불순물을 제거하는 단계;
를 더 포함하는, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
The method according to claim 1,
Mounting a SiC seed crystal on top of the crucible; Since the,
Heating the crucible to a vacuum pressure of less than 1,000 ° C to remove impurities in the crucible;
Wherein the P-type silicon carbide single crystal growth method further comprises:
제 9 항에 있어서,
상기 도가니를 진공압력 및 1,000℃ 미만으로 가열하여 상기 도가니 내의 불순물을 제거하는 단계;에서,
상기 가열은 2 내지 3시간 동안 수행되는 것인, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
10. The method of claim 9,
Heating the crucible to a vacuum pressure of less than 1,000 DEG C to remove impurities in the crucible,
Wherein the heating is performed for 2 to 3 hours.
제 1 항에 있어서,
상기 도가니의 상부에 SiC 종자정을 장착하는 단계; 이후에,
상기 도가니에 Ar 가스를 포함하는 불활성 가스를 주입하여 상기 도가니 내의 공기를 퍼징(purging)하는 단계;
를 더 포함하는, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
The method according to claim 1,
Mounting a SiC seed crystal on top of the crucible; Since the,
Injecting an inert gas containing Ar gas into the crucible to purge the air in the crucible;
Wherein the P-type silicon carbide single crystal growth method further comprises:
제 11 항에 있어서,
상기 도가니에 Ar 가스를 포함하는 불활성 가스를 주입하여 상기 도가니 내의 공기를 퍼징(purging)하는 단계;는,
2회 이상 반복 수행하는 것인, P형 탄화규소 단결정 성장방법.
12. The method of claim 11,
Injecting an inert gas containing Ar gas into the crucible to purge the air in the crucible;
Wherein the p-type silicon carbide single crystal growth is repeated twice or more.
제 1 항 및 제 4 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따라 제조되고,
단일 결정다형을 포함하며, 비저항이 0초과 및 1Ωcm이하인, P형 탄화규소 단결정.
13. A process for the preparation of a compound according to any one of claims 1 to 12,
Wherein the P-type silicon carbide single crystal contains a single crystalline polymorph, and the resistivity is more than 0 and 1? Cm or less.
KR1020140188936A 2014-12-24 2014-12-24 P-type silicon carbide single crystal and growing method for the same KR101673261B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140188936A KR101673261B1 (en) 2014-12-24 2014-12-24 P-type silicon carbide single crystal and growing method for the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140188936A KR101673261B1 (en) 2014-12-24 2014-12-24 P-type silicon carbide single crystal and growing method for the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160078779A KR20160078779A (en) 2016-07-05
KR101673261B1 true KR101673261B1 (en) 2016-11-08

Family

ID=56501930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140188936A KR101673261B1 (en) 2014-12-24 2014-12-24 P-type silicon carbide single crystal and growing method for the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101673261B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102035786B1 (en) * 2017-12-26 2019-10-23 주식회사 포스코 Method for growing sic single crystal
KR102325751B1 (en) * 2019-12-20 2021-11-12 주식회사 포스코 High quality silicon carbide crystal and method for growing the same
CN113174631A (en) * 2020-06-05 2021-07-27 北京世纪金光半导体有限公司 High-thickness low-defect six-inch silicon carbide crystal growth method meeting industrial production

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4469396B2 (en) * 2008-01-15 2010-05-26 新日本製鐵株式会社 Silicon carbide single crystal ingot, substrate obtained therefrom and epitaxial wafer
JP4697235B2 (en) * 2008-01-29 2011-06-08 トヨタ自動車株式会社 Method for producing p-type SiC semiconductor single crystal and p-type SiC semiconductor single crystal produced thereby
KR20130069193A (en) * 2011-12-16 2013-06-26 재단법인 포항산업과학연구원 Method for growing of sic single crystal
KR101353679B1 (en) * 2012-05-04 2014-01-21 재단법인 포항산업과학연구원 Apparatus for growing large diameter single crystal and method for growing using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160078779A (en) 2016-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100897312B1 (en) Process for producing silicon carbide single crystal
EP1652973B1 (en) Silicon carbide single crystal, silicon carbide substrate and manufacturing method for silicon carbide single crystal
US9893152B2 (en) Semi-insulating silicon carbide monocrystal and method of growing the same
US11542631B2 (en) Method for producing p-type 4H-SiC single crystal
JP4926556B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide single crystal ingot and silicon carbide single crystal substrate
KR101673261B1 (en) P-type silicon carbide single crystal and growing method for the same
US11655561B2 (en) n-Type 4H—SiC single crystal substrate and method of producing n-type 4H—SiC single crystal substrate
KR20060065661A (en) Growth of ultra-high purity silicon carbide crystals in an ambient containing hydrogen
JP2007500668A5 (en)
KR20150123114A (en) Preparing method of silicon carbide powder
WO2019095632A1 (en) Method for preparing semi-insulating silicon carbide single crystal
JP5293732B2 (en) Method for producing silicon carbide single crystal
JP2016052961A (en) Silicon carbide single crystal and production method thereof
US8802546B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
KR20150142245A (en) Silicon carbide powder, method of fabrication the same and silicon carbide single crystal
KR102508851B1 (en) Manufacturing method of semi-insulating silicon carbide single crystal and semi-insulating silicon carbide single crystal prepared thereby
JP5521317B2 (en) p-type SiC semiconductor
KR20220089732A (en) Method for semi-insulating sic single crystal growth
KR101819140B1 (en) Method for growing silicon carbide single crystal ingot with high quality
KR102325751B1 (en) High quality silicon carbide crystal and method for growing the same
KR101674585B1 (en) Method for reducing the content of nitrogen of Silicon Carbide Powder, and Silicon carbide single crystal thereof
JP5657949B2 (en) Low nitrogen concentration graphite material and storage method thereof
KR20150142246A (en) Silicon carbide powder, method of fabrication the same and silicon carbide single crystal
CN115404549B (en) Method for growing low-resistance p-type 4H-SiC by PVT method and low-resistance p-type 4H-SiC
KR102090085B1 (en) Method for growing semi-insulating silicon carbide single crystal ingot

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191028

Year of fee payment: 4