KR101930997B1 - 탄화규소 단결정 성장장치 및 이를 이용한 탄화규소 단결정 성장방법 - Google Patents

탄화규소 단결정 성장장치 및 이를 이용한 탄화규소 단결정 성장방법 Download PDF

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Abstract

탄화규소 단결정 성장장치 및 이를 이용한 탄화규소 단결정 성장방법이 제공된다. 탄화규소 단결정 성장장치는 피처리 기판에 탄화규소 단결정을 성장시키는 탄화규소 단결정 성장장치에 있어서, 실리콘소스, 카본소스 및 도펀트소스를 포함하는 원료를 공급받고, 플라즈마 발생기로부터 플라즈마를 제공받아 비정질 탄화규소를 상기 피처리 기판으로 토출하는 공급부, 및 상기 피처리 기판으로 토출된 비정질 탄화규소를 어닐링(annealing)하여 탄화규소 단결정을 생성하고, 상기 공급부와 동일한 방향으로 이동하는 어닐링 모듈(annealing module)을 포함한다.

Description

탄화규소 단결정 성장장치 및 이를 이용한 탄화규소 단결정 성장방법{APPARATUS FOR GROWING SIC SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR GROWING SIC SINGLE CRYSTAL USING THE SAME}
본 발명은 탄화규소 단결정 성장장치에 관한 것이며, 또한, 이를 이용한 탄화규소 단결정 성장방법에 관한 것이다.
반도체 재료로 일반적으로 사용되는 실리콘에 비해 우수한 특성을 가진 반도체 재료로서 탄화규소(SiC) 등의 화합물 반도체 재료가 연구되고 있다. 탄화규소(SiC)는 기계적 강도가 우수하며, 열적 안정성 및 화학적 안정성과 열전도도가 뛰어나 이러한 탄화규소 단결정으로 제조한 반도체 장치는 높은 온도에서 고속, 고출력의 작동이 가능하여 차세대 재료로서 각광받고 있다.
탄화규소 단결정의 성장 방법으로는 승화법, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 에피텍셜(epitaxial) 성장법 등의 여러 가지 방법이 있다.
위와 같은 여러 가지 탄화규소 단결정 성장 방법 중 화학 기상 증착법(CVD)의 경우 수평 방향과 수직 방향의 열적 균일도가 좋아 주로 사용되고 있는 탄화규소 단결정 성장방법 중의 하나이다.
화학 기상 증착법(CVD)의 경우 탄화규소 단결정 성장을 위한 열처리 온도가 대략 1400℃ 정도의 고온에서 수행되고 있으며, 이러한 고온에서의 처리 때문에 탄화규소 단결정을 성장시키고자 하는 피처리 기판도 고온에서 버틸 수 있는 소재를 사용하여야 하는 제약이 있으며, 이를 해결하면서도 품질을 향상시킬 수 있는 탄화규소 단결정 성장장치 및 성장방법에 대한 연구가 진행되고 있다.
한국등록특허 제0798810호
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 탄화규소 단결정을 성장시킴에 있어서, 탄화규소 단결정의 품질을 향상시킬 수 있는 탄화규소 단결정 성장장치 및 이를 이용한 성장방법을 제공하는데 있다.
또한, 탄화규소 단결정을 성장시킴에 있어서, 불필요한 에너지 낭비를 방지하여, 보다 경제적이고 효과적으로 탄화규소 단결정을 성장시킬 수 있는 탄화규소 단결정 성장장치 및 성장방법을 제공하는데 있다.
또한, 낮은 공정온도에서도 효율적으로 탄화규소 단결정을 성장시킴으로써, 탄화규소 단결정을 성장시키는 피처리 기판 등의 손상을 방지하고 열에 약한 재료도 사용 가능하도록 할 수 있는 탄화규소 단결정 성장장치 및 성장방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장장치는 피처리 기판에 탄화규소 단결정을 성장시키는 탄화규소 단결정 성장장치에 있어서, 실리콘소스, 카본소스 및 도펀트소스를 포함하는 원료를 공급받고, 플라즈마 발생기로부터 플라즈마를 제공받아 비정질 탄화규소를 상기 피처리 기판으로 토출하는 공급부, 및 상기 피처리 기판으로 토출된 비정질 탄화규소를 어닐링(annealing)하여 탄화규소 단결정을 생성하고, 상기 공급부와 동일한 방향으로 이동하는 어닐링 모듈(annealing module) 을 포함한다.
또한, 상기 실리콘소스는 모노실란(SiH4), 다이실란(Si2H6) 및 사염화규소(SiCl4)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 카본소스는 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4) 및 프로판(C3H8)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 도펀트소스는 질소가스(N2), 암모니아가스(NH3) 및 트리메틸알루미늄(C6H18Al2, TMA)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 어닐링 모듈은 KrF 엑시머(excimer) 레이저 및 ArF 엑시머(excimer) 레이저로 구성된 군으로부터 선택된 어닐링 소스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급부, 상기 어닐링 모듈 및 상기 피처리 기판을 둘러싸고, 상기 공급부, 상기 어닐링 모듈 및 상기 피처리 기판 주변 상태를 컨트롤하는 대챔버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈을 둘러싸고, 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈의 주변 상태를 컨트롤하는 소챔버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급부는 외벽, 및 상기 실리콘소스, 카본소스 및 도펀트소스 중 적어도 하나의 원료를 상기 공급부 내부에서 서로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈은 상기 피처리 기판과 서로 상대적으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 어닐링 모듈은 상기 공급부의 이동방향에 따라 동일한 방향으로 이동할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장방법은 피처리 기판을 준비하는 단계, 플라즈마 발생기로부터 공급부 내부에 위치하고 실리콘소스, 카본소스 및 도펀트소스를 포함하는 원료에 플라즈마를 가하여 비정질 탄화규소를 생성하여 상기 피처리 기판 상으로 토출하는 단계, 및 상기 토출된 비정질 탄화규소 상에 어닐링 모듈(annealing module)로 어닐링(annealing)하여 탄화규소 단결정을 생성하는 어닐링 하는 단계를 포함하고, 상기 토출하는 단계 및 상기 어닐링 하는 단계는 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈을 상기 피처리 기판에 대해 상대적으로 이동하며 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 토출하는 단계 및 어닐링 하는 단계에 의해 상기 피처리 기판 상에 탄화규소 단결정 제 1층을 형성하는 단계, 및 상기 탄화규소 단결정 제 1층 상에 상기 토출하는 단계 및 어닐링 하는 단계를 반복하여 탄화규소 단결정 제 2층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 토출하는 단계 및 상기 어닐링 하는 단계는 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈이 상기 피처리 기판에 대해 제 1방향으로 상대적으로 이동하며 수행될 수 있다.
또한, 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈은 상기 피처리 기판에 대해 제 1방향으로 왕복 이동하며 수행될 수 있다.
또한, 토출하는 단계 및 상기 어닐링 하는 단계는 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈이 상기 피처리 기판에 대해 제 1방향 및 상기 제 1방향에 수직한 제 2방향으로 상대적으로 이동하며 수행될 수 있다.
또한, 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈은 상기 피처리 기판에 대해 제 1방향 및 제 2방향으로 왕복 이동하며 수행될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 탄화규소 단결정 성장장치 및 탄화규소 성장방법에 따르면,탄화규소 단결정의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 탄화규소 단결정을 성장시킴에 있어서, 불필요한 에너지 낭비를 방지하여 보다 경제적이고 효과적으로 탄화규소 단결정을 성장시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장방법을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장방법을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장장치를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장장치는 피처리 기판에 탄화규소 단결정을 성장시키는 탄화규소 단결정 성장장치에 있어서, 실리콘소스(10), 카본소스(20) 및 도펀트소스(30)를 포함하는 원료를 공급받고, 플라즈마 발생기(260, 270, 280)로부터 플라즈마를 제공받아 비정질 탄화규소 (50)를 상기 피처리 기판(100)으로 토출하는 공급부(200), 및 상기 피처리 기판(100)으로 토출된 비정질 탄화규소 (50)를 어닐링(annealing)하여 탄화규소 단결정을 생성하고, 상기 공급부(200)와 동일한 방향으로 이동하는 어닐링 모듈(annealing module) (300)을 포함한다.
상기 피처리 기판(100)은 디스플레이 장치 등에 사용되는 기판 등일 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 반도체에 사용되는 웨이퍼 기판 등일 수 있고, 탄화규소 단결정 층이 필요한 분야의 기판일 수 있다.
한편, 상기 원료 중 상기 실리콘소스(10)는 모노실란(SiH4), 다이실란(Si2H6) 및 사염화규소(SiCl4)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 카본소스(20)는 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4) 및 프로판(C3H8)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 도펀트소스는 질소가스(N2), 암모니아가스(NH3) 및 트리메틸알루미늄(C6H18Al2, TMA)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.상기 원료들이 상기 플라즈마 발생기(260, 270, 280)에 의해 플라즈마를 제공받아 비정질의 탄화규소를 생성할 수 있으며, 어닐링 모듈(300)에 의해 비정질 탄화규소는 탄화규소 단결정으로 성장할 수 있다. 생성된 탄화규소 단결정은 예를 들어, 3C-SiC 의 결정형태일 수 있다. 한편, 이에 대해서는 당해 기술분야에 널리 알려져 있는바 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 공급부(200)는 비제한적인 예로, 탄화규소 단결정 생성에 필요한 원료를 공급하는 원료 공급부와 이러한 원료들을 혼합 및 플라즈마를 가하여 생성된 비정질 탄화규소를 토출하는 탄화규소 토출부를 포함할 수 있으며, 비제한 적인 예로 내부에서 상기 원료들에 플라즈마를 가하기 위한 플라즈마 발생기(260, 270, 280)를 포함할 수 있다. 또한, 주입된 원료들은 기체(gas)형태로 공급될 수 있고, 비정질 탄화규소(50)를 형성하고 잔류한 기체들이 다시 공급부(200)외부로 방출될 수 있도록, 배기관을 포함할 수 있다. 상기 배기관은 별도의 장치가 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 후술할 격벽(250)과 외벽(220)에 의해 구획된 공간을 통해 구성될 수 있다.
또한, 상기 공급부(200)는 외벽(210, 220) 및 상기 실리콘소스(10), 카본소스(20) 및 도펀트소스(30) 중 적어도 하나의 원료를 상기 공급부(200) 내부에서 서로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽(230, 240, 250)을 더 포함할 수 있다. 외벽(210, 220)에 의해 상기 원료들은 공급부(200) 내부에 보관되고, 가열될 수 있다. 즉, 실리콘소스(10), 카본소스(20) 및 도펀트소스(30) 각각의 원료들이 서로 구분된 상태에서 최종 공급부(200)에서 토출될 때 혼합되는 방식일 수 있으며, 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 플라즈마 발생기(260, 270, 280)는 공급부(200) 내부에 배치될 수 있다. 플라즈마 발생기(260, 270, 280)는 RF 또는 DC 파워소스를 사용할 수 있으며, 그 방식으로는 예를 들어, PE-CVD 방식 또는 ICP-CVD방식일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
본 발명에 따른 탄화규소 단결정 성장장치는 피처리 기판 전체적으로 열이나, 플라즈마를 가하지 않더라도, 비정질 탄화규소를 생성하는 원료들에만 플라즈마 처리를 하고, 어닐링 모듈을 이용하여 토출된 비정질 탄화규소에만 직접적으로 열을 가함으로써, 피처리 기판의 재질을 다양하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 피처리 기판이 플랙서블 디스플레이에 주로 이용되는 폴리이미드(PI)기판일 경우 고열에서 내구성이 떨어져 기판이 변형되거나 손상될 수 있는데, 본 발명과 같은 탄화규소 단결정 성장장치를 이용하는 경우 폴리이미드 기판 전체적으로 고열이 가해지거나, 플라즈마 처리를 하지 않아도 되어, 필요한 부분에만 국소적으로 플라즈마와 열을 가함으로써, 기판이 변형되거나 손상될 우려를 방지할 수 있다. 또한, 에너지 낭비를 방지할 수 있다.
한편, 어닐링 모듈(300)은 피처리 기판(100) 상에 토출된 비정질 탄화규소 에 국소적으로 열을 가함으로써, 탄화규소 단결정을 생성할 수 있다. 어닐링 모듈(300)은 비제한적인 예로, KrF 엑시머(excimer) 레이저 및 ArF 엑시머(excimer) 레이저로 구성된 군으로부터 선택된 어닐링 소스를 포함할 수 있다.
한편, 상기 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)은 피처리 기판(100)과 서로 상대적으로 이동할 수 있다. 즉, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)은 고정되어 있고, 피처리 기판(100)이 작업자가 설정된 속도로 이동하면서 비정질 탄화규소(50)가 공급부(200)로부터 피처리 기판(100)으로 토출되거나, 피처리 기판(100)이 고정되어 있고, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)이 일정 속도로 일 방향(y)으로 이동하면서 비정질 탄화규소 (50)를 피처리 기판(100)으로 토출하고, 탄화규소 단결정을 생성할 수 있다. 이는 탄화규소 단결정을 성장시키는 공정 조건 등에 따라 적절히 변경할 수 있다.
또한, 상기 어닐링 모듈(300)은 공급부(200)의 이동방향에 따라 동일한 방향으로 이동할 수 있다. 다시 말하면, 어닐링 모듈(300)은 공급부(200)의 이동방향을 추적하면서 공급부(200)로부터 생성 및 토출된 비정질 탄화규소 (50)에 즉각적으로 어닐링 작업을 수행할 수 있다. 비제한적인 예로, 어닐링 모듈(300)은 공급부(200)와 결합된 형태일 수 있다. 이러한 경우 어닐링 모듈(300)은 별도의 이동경로를 설정하지 않더라도 공급부(200)가 이동하는 경로와 동일한 경로로 이동하면서 작업을 수행할 수 있다. 또한, 다른 비제한적인 예로, 어닐링 모듈(300)은 공급부(200)의 설정된 이동경로와 동일한 이동경로로 이동하도록 별도로 설정 및 제어될 수 있다. 이러한 경에도 공급부(200)와 어닐링 모듈(300)은 실질적으로 유사하게 설정된 이동경로에 따라 시차를 두고 동일한 방향으로 이동할 수 있다.
상기 어닐링 모듈(300)과 공급부(200)의 이동방향에 대해 보다 상세히 설명하면, 어닐링 모듈(300)과 공급부(200)는 각각 별개의 제어부를 구비하여 제어부의 명령에 따라 설정된 이동경로로 이동하거나, 어닐링 모듈(300)과 공급부(200)가 결합되어 하나의 제어부 명령에 따라 설정된 이동경로로 이동할 수 있다. 또한, 탄화수소 단결정의 필요한 어닐링 정도에 따라 어느 정도 시차를 두고 어닐링 모듈(300)과 공급부(200)가 이동할 수 있도록 설정할 수도 있다. 한편, 어닐링 모듈(300)과 공급부(200)가 결합되어 하나의 제어부에 의해 이동 경로가 제어된다 하더라도, 각각의 구성들이 작업하는 시간은 상이할 수 있으며, 이를 위해 비정질 탄화규소 생성 및 토출을 위한 제어부와 어닐링을 위한 제어부가 별도로 구비될 수도 있다.
한편, 도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장장치의 개략적인 단면도가 도시되어 있으며, 도 2를 참조하면, 공급부(200), 어닐링 모듈(300) 및 피처리 기판(100)을 둘러싸고, 공급부(200), 어닐링 모듈(300) 및 피처리 기판(100) 주변 온도나 압력 등의 공정조건을 컨트롤하는 대챔버(1000)를 더 포함할 수 있다. 대챔버(1000)는 공급부(200), 어닐링 모듈(300) 및 피처리 기판(100)의 작업공간을 외부로부터 차단하여 외부의 먼지(dust) 등이 탄화규소 단결정에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 대챔버(1000)는 대챔버(1000) 내부의 온도나 압력 등의 공정조건 등을 조절함으로써, 공정 최적화를 하거나, 공급부(200)의 플라즈마 발생기(260, 270, 280)에 가해지는 에너지 소모를 줄일 수 있다. 이는 피처리 기판에 탄화규소 단결정을 형성하는 공정, 단결정의 두께 등 여러 요인을 고려하여 작업자가 적절히 설계 가능하다.
또한, 별도로 도시하진 않았으나, 대챔버(1000)는 보다 효율적이고 보다 최적화된 공정을 위해 온도나, 압력 조절 제어부를 구비할 수 있고, 작업 효율성을 위해 작업자가 원하는 온도나 압력이 대챔버(1000) 내에서 구현되도록 조절할 수 있다. 또한, 대챔버(1000)는 탄화규소 단결정 형성을 마친 피처리 기판을 외부로 꺼내기 위한 별도의 개폐부를 구비할 수 있고, 이에 의해 작업자 등이 대챔버(1000) 내부를 필요에 따라 밀폐하거나, 개방할 수 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장장치의 개략적인 단면도가 도시되어 있으며, 도 3을 참조하면, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)을 둘러싸고, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)의 주변 온도를 컨트롤하는 소챔버(400)를 더 포함할 수 있다.
도 3에는 소챔버(400)가 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)의 비정질 탄화규소(50)를 토출하는 부분, 어닐링이 이루어지는 부분만 개방하고 나머지 부분을 모두 둘러싸는 것으로 표현하고 있으나, 이는 일 예일 뿐이며, 필요에 따라 원료를 공급부(200) 상으로 주입하는 부분 등은 개방되어 있을 수 있다. 또한, 도 3에는 대챔버(1000) 및 소챔버(400)가 모두 구비되어 있으나, 필요에 따라 소챔버(400)만을 구성할 수도 있으며, 어느 것에 특별히 한정하지 않는다.
한편, 도 1 내지 3에서는 실리콘소스(10), 카본소스(20) 및 도펀트소스(30) 각각이 공급부(200)의 일 외벽(210)과 격벽들(230, 240, 250)에 의해 구분되는 공간에서 독립적으로 위치하고 있으며, 다른 외벽(220)과 이와 인접하는 격벽(250) 사이에는 배기관을 구비하고 있다. 다만 이에 한정하지 않는다.
즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄화수소 단결정 성장장치의 개략적인 단면도인 도 4를 참조하면, 도 1 내지 3과 달리 격벽(230, 240)은 두개로 구성될 수 있고, 외벽(210, 220)과 격벽(230, 240)에 의해 구분되는 공간은 3개일 수 있다. 이러한 3개의 공간을 각각 제 1공간 내지 제 3공간이라 하면, 제 1공간에는 실리콘소스(10)만 위치하고, 제 2공간에는 카본소스(20)와 도펀트소스(30)가 위치하고, 제 3공간에는 배기관이 구성될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 달리, 제 1공간에 실리콘소스(10) 외에 다른 원료가 위치할 수 있고, 제 2공간에는 그 외의 다른 원료들이 위치할 수 있으며, 이는 필요에 따라 적절히 배치 변경 가능하다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄화수소 단결정 성장장치의 개략적인 단면도가 도시되어 있으며, 도 5를 참조하면, 공급부(200) 내의 격벽(240)은 하나만 배치될 수 있고, 구획된 일 공간에는 모든 원료들이 혼합되어 위치할 수 있다. 이 경우, 구획된 다른 공간에는 소진된 기체가 외부로 방출될 수 있는 배기관이 구성될 수 있다.
상기에서 설명한 도 1 내지 5 각각의 실시예들에 의한 공급부(200)의 형태는 당업자가 필요에 따라 적절하게 배치 변경 가능하다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장방법을 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있으며, 이하에서는 도 1 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장방법에 대해 설명하기로 한다.
탄화규소 단결정 성장방법은 피처리 기판(100)을 준비하는 단계, 플라즈마 발생기(260, 270, 280)로부터 공급부(200) 내부에 위치하고 실리콘소스(10), 카본소스(20) 및 도펀트소스(30)를 포함하는 원료에 플라즈마를 가하여 비정질 탄화규소(50)를 생성하여 상기 피처리 기판(100) 상으로 토출하는 단계, 및 상기 토출된 비정질 탄화규소(50) 상에 어닐링 모듈(annealing module)(300)로 어닐링(annealing)하여 탄화규소 단결정을 생성하는 어닐링 하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 토출하는 단계 및 상기 어닐링 하는 단계는 상기 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)을 피처리 기판(100)에 대해 상대적으로 이동하며 수행되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기에서 이미 설명하였다시피 원료 중 상기 실리콘소스(10)는 모노실란(SiH4), 다이실란(Si2H6) 및 사염화규소(SiCl4)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 카본소스(20)는 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4) 및 프로판(C3H8)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 도펀트소스는 질소가스(N2), 암모니아가스(NH3) 및 트리메틸알루미늄(C6H18Al2, TMA)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 기타 장치적인 요소들에 대한 설명은 이미 상기 탄화규소 단결정 성장장치에서 설명하였는바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 별도로 도시하진 않았으나, 상기 토출하는 단계 및 어닐링 하는 단계에 의해 상기 피처리 기판 상에 탄화규소 단결정 제 1층을 형성하는 단계, 및 상기 탄화규소 단결정 제 1층 상에 상기 토출하는 단계 및 어닐링 하는 단계를 반복함으로써 탄화규소 단결정 제 2층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 상기 피처리 기판의 일면에 탄화규소 단결정 제 1층을 모두 형성한 이후, 이러한 과정을 동일하게 반복 수행함으로써, 탄화규소 단결정 제 2층을 형성할 수 있다.
다른 예로, 피처리 기판의 일부에 탄화규소 단결정 제 1층을 형성하고, 다시 동일 작업을 반복 수행하여 탄화규소 단결정 제 2층을 형성한 후, 다시 다른 위치에 탄화규소 단결정 제 1층과 탄화규소 단결정 제 2층을 형성하는 과정을 거칠 수 있으며, 이는 당업자가 필요에 따라 적절히 조절할 수 있다. 또한, 상기에서는 탄화규소 단결정 제 1층과 탄화규소 단결정 제 2층을 형성하는 과정에 대해 설명하고 있으나, 필요에 따라 탄화규소 단결정 제 3층을 형성하는 등 원하는 층의 갯수를 조절하여 형성할 수 있다. 이에 따라, 원하는 탄화규소 단결정 두께의 미세한 조절이 가능하고, 고품질의 탄화규소 단결정 층이 형성되도록 제조할 수 있다.
한편, 상기 탄화규소 단결정 층의 두께 조절은 공정 조건을 변경함으로써, 조절 가능한데, 이는 피처리 기판(100)과 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)의 상대적인 이동 속도, 플라즈마 발생기(260, 270, 280)에 가해지는 에너지의 정도, 어닐링 속도와 온도 등의 공정 조건, 소챔버나 대챔버를 구비하는 경우 이들의 온도나 압력 등의 조건 등을 변경함으로써 조절할 수 있다. 또한, 상기에서 설명한 어닐링 소스의 변경을 통해서도 두께나 밀도 등을 조절할 수 있다.
상기 토출하는 단계 및 상기 어닐링 하는 단계는 상기 공급부(200) 및 상기 어닐링 모듈(300)이 상기 피처리 기판(100)에 대해 제 1방향(y)으로 상대적으로 이동하며 수행될 수 있으며, 복수의 층을 형성하는 경우 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)은 피처리 기판(100)에 대해 제 1방향(y)으로 왕복 이동하며 수행될 수 있다. 즉, 제 1방향(y)을 향하여 상대적으로 이동하고, 다시 제 1방향(y)에 역방향으로 이동하면서 수행할 수 있다.
또한, 도 6에서와 같이, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)의 너비는 피처리 기판(100)의 일 변의 너비와 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 공정 마진을 고려하여 피처리 기판(100)의 일변의 너비보다 더 크거나 더 작게 형성될 수 있다.
도 7에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소 단결정 성장방법을 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있으며, 도 7을 참조하면, 상기 토출하는 단계 및 상기 어닐링 하는 단계는 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)이 피처리 기판(100)에 대해 제 1방향(y) 및 상기 제 1방향(y)에 수직한 제 2방향(x)으로 상대적으로 이동하며 수행될 수 있다. 이 경우, 도 7과 같이, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)의 너비는 피처리 기판(100)의 일 변의 너비보다 작을 수 있다. 즉, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)의 피처리 기판(100)과 대향하는 면적은 피처리 기판(100)보다 작을 수 있으며, 원하는 위치에만 국소적으로 탄화규소 단결정 층을 형성할 수 있다.
도 7 상에서 제 1방향(y)은 피처리 기판(100)의 우측으로 도시하였고, 제 2방향(x)은 이와 수직되는 방향인 상측으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고, 제 2방향(x)은 하측 방향일 수 있다. 따라서, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)은 피처리 기판(100) 상에서 제 1방향(y)을 향하여 이동하면서 탄화규소 단결정층을 형성하고, 다시 제 2방향(x)을 향하여 이동하거나, 제 2방향(x)의 역방향으로 이동할 수 있다. 그리고 다시 제 1방향(y)에 역방향으로 진행할 수 있으며, 필요에 따라, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)은 피처리 기판(100)에 대해 제 1방향 및 제 2방향으로 왕복 이동하며 수행할 수 있다.
다시 설명하면, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)은 피처리 기판(100)에 대해 제 1방향 및 제 2방향을 왕복이동하며 탄화규소 단결정 층을 형성하고, 필요에 따라 여러 층의 탄화규소 단결정 층을 형성할 수 있다. 또한, 제 1방향 또는 제 2방향을 향할 때에만 탄화규소 단결정 층을 형성하는 등의 방식으로 탄화규소 단결정을 성장시킬 수 있다.
한편, 별도로 도시하진 않았으나, 공급부(200) 및 어닐링 모듈(300)은 제 1방향(y) 또는 제 2방향(x)을 향하여 수평 방향의 이동뿐만 아니라, 수직 방향으로의 이동도 가능하도록 설계할 수 있으며, 이들 장치를 구동하기 위해 별도로 구비된 제어부에 작업자가 명령을 입력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 사용자 또는 작업자가 신호를 입력하는 신호 입력부를 포함하고, 공급부(200)와 어닐링 모듈(300)이 원하는 위치로 이동할 수 있도록 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 특정 양의 탄화규소 단결정이 배출되도록 제어할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 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.
10: 실리콘소스
20: 카본소스
30: 도펀트소스
50: 비정질 탄화규소
100: 피처리 기판
200: 공급부
210, 220: 외벽
230, 240, 250: 격벽
260, 270, 280: 플라즈마 발생기
300: 어닐링 모듈
400: 소챔버
1000: 대챔버

Claims (14)

  1. 피처리 기판에 탄화규소 단결정을 성장시키는 탄화규소 단결정 성장장치에 있어서,
    실리콘소스, 카본소스 및 도펀트소스를 포함하는 원료를 공급받고, 플라즈마 발생기로부터 플라즈마를 제공받아 비정질 탄화규소를 상기 피처리 기판으로 토출하는 공급부; 및
    상기 피처리 기판으로 토출된 비정질 탄화규소를 어닐링(annealing)하여 탄화규소 단결정을 생성하고, 상기 공급부와 동일한 방향으로 이동하는 어닐링 모듈(annealing module);을 포함하며,
    상기 공급부는 외벽; 및 상기 실리콘소스, 카본소스 및 도펀트소스 중 적어도 하나의 원료를 상기 공급부 내부에서 서로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽;을 더 포함하고,
    상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈은 상기 피처리 기판과 서로 상대적으로 이동하며, 상기 어닐링 모듈은 상기 공급부의 이동방향에 따라 동일한 방향으로 이동하는 탄화규소 단결정 성장장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘소스는 모노실란(SiH4), 다이실란(Si2H6) 및 사염화규소(SiCl4)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고,
    상기 카본소스는 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4) 및 프로판(C3H8)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하며,
    상기 도펀트소스는 질소가스(N2), 암모니아가스(NH3) 및 트리메틸알루미늄(C6H18Al2, TMA)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 탄화규소 단결정 성장장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 어닐링 모듈은 KrF 엑시머(excimer) 레이저 및 ArF 엑시머(excimer) 레이저로 구성된 군으로부터 선택된 어닐링 소스를 포함하는 탄화규소 단결정 성장장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공급부, 상기 어닐링 모듈 및 상기 피처리 기판을 둘러싸고, 상기 공급부, 상기 어닐링 모듈 및 상기 피처리 기판 주변 상태를 컨트롤하는 대챔버를 더 포함하는 탄화규소 단결정 성장장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈을 둘러싸고, 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈의 주변 상태를 컨트롤하는 소챔버를 더 포함하는 탄화규소 단결정 성장장치.
  6. 피처리 기판을 준비하는 단계;
    플라즈마 발생기로부터 공급부 내부에 위치하고 실리콘소스, 카본소스 및 도펀트소스를 포함하는 원료에 플라즈마를 가하여 비정질 탄화규소를 생성하여 상기 피처리 기판 상으로 토출하는 단계; 및
    상기 토출된 비정질 탄화규소 상에 어닐링 모듈(annealing module)로 어닐링(annealing)하여 탄화규소 단결정을 생성하는 어닐링 하는 단계;를 포함하고,
    상기 공급부는 상기 실리콘소스, 카본소스 및 도펀트소스 중 적어도 하나의 원료를 상기 공급부 내부에서 서로 분리하는 적어도 하나 이상의 격벽을 더 포함하고,
    상기 토출하는 단계 및 상기 어닐링 하는 단계는 상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈을 상기 피처리 기판에 대해 상대적으로 이동하며 수행되며, 상기 어닐링 모듈은 상기 공급부의 이동방향에 따라 동일한 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 단결정 성장방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 토출하는 단계 및 어닐링 하는 단계에 의해 상기 피처리 기판 상에 탄화규소 단결정 제 1층을 형성하는 단계; 및
    상기 탄화규소 단결정 제 1층 상에 상기 토출하는 단계 및 어닐링 하는 단계를 반복하여 탄화규소 단결정 제 2층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 탄화규소 단결정 성장방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 토출하는 단계 및 상기 어닐링 하는 단계는
    상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈이 상기 피처리 기판에 대해 제 1방향으로 상대적으로 이동하며 수행되는 탄화규소 단결정 성장방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈은 상기 피처리 기판에 대해 제 1방향으로 왕복 이동하며 수행되는 탄화규소 단결정 성장방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 토출하는 단계 및 상기 어닐링 하는 단계는
    상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈이 상기 피처리 기판에 대해 제 1방향 및 상기 제 1방향에 수직한 제 2방향으로 상대적으로 이동하며 수행되는 탄화규소 단결정 성장방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 공급부 및 상기 어닐링 모듈은 상기 피처리 기판에 대해 제 1방향 및 제 2방향으로 왕복 이동하며 수행되는 탄화규소 단결정 성장방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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