KR102090084B1 - Method for growing semi-insulating silicon carbide single crystal ingot - Google Patents

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Abstract

구현예는 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법으로서, (a) 종자정이 장착된 반응 용기에 SiC(탄화규소) 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 장입하는 단계; 및 (b) 상기 종자정에 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하고, 이로써 SiC 단결정 잉곳의 두께별 도핑 농도가 균일한 고품질의 반절연 SiC 단결정 잉곳을 얻을 수 있다. An embodiment is a method of growing a semi-insulated SiC single crystal ingot, comprising: (a) loading a dopant coated with SiC (silicon carbide) and a carbon-based material into a reaction vessel equipped with a seed crystal; And (b) growing a SiC single crystal ingot on the seed crystal, whereby a high quality semi-insulated SiC single crystal ingot having a uniform doping concentration for each thickness of the SiC single crystal ingot can be obtained.

Description

반절연 탄화규소 단결정 잉곳을 성장시키는 방법{METHOD FOR GROWING SEMI-INSULATING SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL INGOT}How to grow semi-insulated silicon carbide single crystal ingots {METHOD FOR GROWING SEMI-INSULATING SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL INGOT}

구현예는 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 이용하여 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에 관한 것이다. Embodiments relate to a method of growing a semi-insulated SiC single crystal ingot using a dopant coated with a carbon-based material.

탄화규소(SiC)는 내열성과 기계적 강도가 우수하고 방사선에 강한 성질을 지니며, 대구경의 기판으로도 생산 가능한 장점이 있어, 차세대 전력반도체 소자용 기판으로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히, 단결정 탄화규소(single crystal SiC)는, 에너지 밴드갭(energy band gap)이 크고, 최대 절연파괴전계(break field voltage) 및 열전도율(thermal conductivity)이 실리콘(Si)보다 우수하다. 또한, 단결정 탄화규소의 캐리어 이동도는 실리콘에 비견되며, 전자의 포화 드리프트 속도 및 내압도 크다. 따라서, 단결정 탄화수소는 고전력, 고효율화, 고내압화 및 대용량화가 요구되는 반도체 디바이스로의 적용이 기대된다. Silicon carbide (SiC) has excellent heat resistance and mechanical strength, has strong properties against radiation, and has the advantage of being able to be produced as a large-diameter substrate, and is actively researched as a substrate for next-generation power semiconductor devices. In particular, single crystal silicon carbide (single crystal SiC), the energy band gap (energy band gap) is large, the maximum breakdown field (break field voltage) and thermal conductivity (thermal conductivity) is superior to silicon (Si). In addition, the carrier mobility of the single crystal silicon carbide is comparable to that of silicon, and the saturation drift rate and the breakdown voltage of electrons are also large. Therefore, single crystal hydrocarbons are expected to be applied to semiconductor devices that require high power, high efficiency, high withstand voltage and high capacity.

최근, 고주파 반도체 디바이스용 재료로서 질화갈륨(GaN) 및 질화알루미늄(AlN)이 주목 받고 있다. 이러한 고주파 반도체 디바이스용 기판에 있어서, SiC 기판 결정의 품질 향상과 함께 소자와의 통전현상을 방지하기 위해 기판의 고 저항화(1 X 105 Ω㎝ 이상) 즉, 반절연 상태를 만들어 주는 것은 필수불가결한 요소이다.Recently, gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN) have attracted attention as materials for high-frequency semiconductor devices. In such a substrate for a high-frequency semiconductor device, it is essential to make the substrate highly resistant (1 X 10 5 Ω㎝ or more), that is, to create a semi-insulated state, in order to improve the quality of SiC substrate crystals and prevent energization with the element. It is an indispensable factor.

종래에는 반절연 SiC 단결정 잉곳을 제작하기 위하여, 도펀트를 SiC와 혼합 및 합성하여 사용하는 방법을 사용해왔다. 그러나, 상기 도펀트와 SiC의 승화온도가 다르므로, 도펀트가 먼저 승화된다. 예를 들어, 바나듐 도펀트의 승화온도는 약 1910℃이고, SiC의 승화온도는 약 2700℃이므로, 바나듐이 먼저 승화된다. 따라서, 잉곳 두께에 따른 도핑 농도가 달라지므로, 잉곳 두께에 따라 비저항(resistivity)의 차이가 발생하는 문제점이 있다. 구체적으로, SiC 단결정 잉곳 성장 초기에는 과잉 도핑이 이루어지고, SiC 단결정 잉곳 성장 말기에는 도핑이 덜 이루어짐으로써 SiC 단결정 잉곳의 두께별 도핑 농도가 달라지는 것이다. Conventionally, in order to manufacture a semi-insulated SiC single crystal ingot, a method of mixing and synthesizing a dopant with SiC has been used. However, since the sublimation temperature of the dopant and SiC is different, the dopant first sublimates. For example, since the sublimation temperature of the vanadium dopant is about 1910 ° C and the sublimation temperature of SiC is about 2700 ° C, vanadium is first sublimated. Therefore, since the doping concentration varies depending on the thickness of the ingot, there is a problem that a difference in resistivity occurs depending on the thickness of the ingot. Specifically, the doping concentration for each thickness of the SiC single crystal ingot is changed due to excessive doping at the beginning of the growth of the SiC single crystal ingot and less doping at the end of the growth of the SiC single crystal ingot.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 다공성 흑연 컨테이너에 도펀트를 장입하여 사용하거나, 합성을 통해 SiC 분말에 도펀트를 내포시키는 방법을 사용해왔다. 그러나, 이는 공정이 복잡하고, 비용이 상승하는 단점이 있다. 또한, 다공성 흑연 컨테이너에서 발생하는 불순물로 인해 도핑 농도의 제어가 어려우므로, 반절연 SiC 단결정 잉곳의 품질을 향상시키기 어렵다. In order to solve the above problems, a dopant is loaded into a porous graphite container, or a method of incorporating a dopant into SiC powder through synthesis has been used. However, this has the disadvantage that the process is complicated and the cost increases. In addition, since it is difficult to control the doping concentration due to impurities generated in the porous graphite container, it is difficult to improve the quality of the semi-insulated SiC single crystal ingot.

따라서, SiC 단결정 잉곳의 품질을 저하시키지 않으면서, 반절연 상태를 만들어주는 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에 대한 연구가 계속되고 있다. Accordingly, research into a method of growing a semi-insulated SiC single crystal ingot that creates a semi-insulated state without deteriorating the quality of the SiC single crystal ingot is continuing.

한국 공개특허공보 제2014-0110266호Korea Patent Publication No. 2014-0110266

구현예는 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 이용하여 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시킴으로써, SiC 단결정 잉곳의 두께별 도핑 농도가 균일한 고품질의 반절연 SiC 단결정 잉곳을 제공하고자 한다. The embodiment is to grow a semi-insulated SiC single crystal ingot using a dopant coated with a carbon-based material to provide a high-quality semi-insulated SiC single crystal ingot having a uniform doping concentration by thickness of the SiC single crystal ingot.

일 구현예에 따른 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법은 (a) 종자정이 장착된 반응 용기에 SiC(탄화규소) 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 장입하는 단계; 및 (b) 상기 종자정에 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함한다. A method of growing a semi-insulated SiC single crystal ingot according to an embodiment includes (a) loading a dopant coated with SiC (silicon carbide) and a carbon-based material into a reaction vessel equipped with a seed crystal; And (b) growing a SiC single crystal ingot on the seed crystal.

구현예에 따른 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에 따르면, 도펀트가 SiC 보다 먼저 승화되는 현상을 방지하고, SiC 단결정 잉곳의 두께별 도핑 농도의 불균일성을 최소화하여 반절연 SiC 단결정 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있다. According to the method of growing a semi-insulated SiC single crystal ingot according to an embodiment, the dopant is prevented from subliming before SiC, and the non-uniformity of the doping concentration by thickness of the SiC single crystal ingot is minimized to improve the quality of the semi-insulated SiC single crystal ingot I can do it.

또한, 구현예에 따른 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에 따르면, 단순한 공정을 통해 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있음은 물론, 미반응 원료의 양을 최소화할 수 있으므로, 비용 절감의 효과가 있다. In addition, according to the method for growing a semi-insulated SiC single crystal ingot according to an embodiment, it is possible to grow a semi-insulated SiC single crystal ingot through a simple process, as well as to minimize the amount of unreacted raw materials, thereby reducing the cost There is.

도 1은 구현예의 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 반응 용기의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 성장시키는 반응 용기의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 표면 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 비교예의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 표면 이미지를 나타낸 것이다.
도 5a 내지 5c는 실시예의 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서 초기, 중기 및 말기의 도핑 농도를 나타낸 것이다.
도 6a 내지 6c는 비교예의 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서 초기, 중기 및 말기의 도핑 농도를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 UV 이미지를 나타낸 것이다.
도 8은 비교예의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 UV 이미지를 나타낸 것이다.
1 shows a cross-sectional view of a reaction vessel for growing a semi-insulated SiC single crystal ingot of an embodiment.
2 is a sectional view showing a reaction vessel for growing a conventional semi-insulated SiC single crystal ingot.
Figure 3 shows the surface image of the semi-insulating SiC single crystal ingot of the embodiment.
4 shows a surface image of a semi-insulated SiC single crystal ingot of a comparative example.
5A to 5C show the doping concentrations in the early, middle and late stages in the step of growing the semi-insulated SiC single crystal ingot of the embodiment.
6A to 6C show the doping concentrations in the early, middle, and late stages in the step of growing the semi-insulated SiC single crystal ingot of the comparative example.
7 shows the UV image of the semi-insulating SiC single crystal ingot of the embodiment.
8 shows a UV image of a semi-insulated SiC single crystal ingot of a comparative example.

이하, 구현예를 통해 발명을 상세하게 설명한다. 구현예는 이하에서 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.Hereinafter, the invention will be described in detail through embodiments. The embodiments are not limited to the contents disclosed below, and may be modified in various forms as long as the gist of the invention is not changed.

본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part is to “include” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless otherwise stated.

본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.It should be understood that all numbers and expressions indicative of the amount of ingredients, reaction conditions, and the like described in this specification are modified in all cases with the term "about" unless otherwise specified.

종래에는 SiC 단결정 잉곳을 성장시키기 위하여, 다공성 흑연 컨테이너에 도펀트를 장입하여 사용하거나, 합성을 통해 SiC에 도펀트를 내포시키는 방법을 사용해왔다. 도 2는 종래의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 성장시키는 반응 용기의 단면도를 나타낸 것이다. 도 2에는 내부 상단에 종자정(200)이 장착되고, SiC(100) 및 도펀트(400)가 장입된 다공성 흑연 컨테이너(500)가 내부 하단에 장입된 반응 용기의 구조가 예시되어 있다. Conventionally, in order to grow a SiC single crystal ingot, a dopant is loaded into a porous graphite container, or a method of incorporating a dopant into SiC through synthesis has been used. 2 is a sectional view showing a reaction vessel for growing a conventional semi-insulated SiC single crystal ingot. In FIG. 2, the structure of the reaction vessel in which the seed crystal 200 is mounted on the inner top and the porous graphite container 500 loaded with the SiC 100 and the dopant 400 is loaded on the inner bottom is illustrated.

그러나, 종래 방법에 따르면, 공정이 복잡하고, 비용이 상승하는 단점이 있다. 또한, 다공성 흑연 컨테이너에서 발생하는 불순물로 인해 도핑 농도의 제어가 어려우므로, 반절연 SiC 단결정 잉곳의 품질을 향상시키기 어렵다. However, according to the conventional method, there is a disadvantage that the process is complicated and costs increase. In addition, since it is difficult to control the doping concentration due to impurities generated in the porous graphite container, it is difficult to improve the quality of the semi-insulated SiC single crystal ingot.

일 구현예에 따른 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법은 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 이용하여 SiC 단결정 잉곳을 성장시킴으로써, 도펀트가 SiC에 비하여 먼저 승화되는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, SiC 단결정 잉곳의 두께별 도핑 농도의 불균일성을 최소화함으로써, 반절연 SiC 단결정 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있다.The method of growing a semi-insulated SiC single crystal ingot according to an embodiment may prevent a phenomenon that a dopant first sublimates compared to SiC by growing a SiC single crystal ingot using a dopant coated with a carbon-based material. Therefore, by minimizing the non-uniformity of the doping concentration for each thickness of the SiC single crystal ingot, it is possible to improve the quality of the semi-insulated SiC single crystal ingot.

또한, 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 이용하는 단순한 공정을 통해 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있음은 물론, 미반응 원료의 양을 최소화할 수 있으므로, 비용 절감의 효과가 있다. In addition, the semi-insulated SiC single crystal ingot can be grown through a simple process using a dopant coated with a carbon-based material, and the amount of unreacted raw materials can be minimized, thereby reducing cost.

나아가, 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 사용하여 원료 공급도 균일하게 이루어지게 되므로, SiC 단결정 잉곳의 성장률 및 품질 향상은 물론, 다형제어에도 유리하다. 즉, 4H-SiC를 사용하는 경우, 3C, 6H 및 15R 등의 성장률을 낮추고 4H의 성장률을 높일 수 있다.Furthermore, since the supply of raw materials is uniformly performed using a dopant coated with a carbon-based material, it is advantageous for improving the growth rate and quality of the SiC single crystal ingot, as well as for polymorphic control. That is, when using 4H-SiC, it is possible to lower the growth rates of 3C, 6H and 15R, and increase the growth rate of 4H.

따라서, 일 구현예에 따른 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법은 반절연 상태를 만들어주면서, SiC 단결정 잉곳의 품질이 향상된 반절연 SiC 단결정 잉곳을 제공할 수 있다. Therefore, the method of growing a semi-insulated SiC single crystal ingot according to an embodiment may provide a semi-insulated SiC single crystal ingot with improved quality of the SiC single crystal ingot while creating a semi-insulated state.

도 1은 구현예의 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 반응 용기의 단면도를 나타낸 것이다. 도 1에는 내부 상단에 종자정(200)이 장착되고, 내부 하단에 SiC(100) 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트(300)가 장입된 반응 용기의 구조가 예시되어 있다. 1 shows a cross-sectional view of a reaction vessel for growing a semi-insulated SiC single crystal ingot of an embodiment. In FIG. 1, the structure of the reaction vessel in which the seed crystal 200 is mounted on the inner top and the dopant 300 coated with the SiC 100 and the carbon-based material is loaded on the inner bottom is illustrated.

일 구현예에 따른 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법은 (a) 종자정이 장착된 반응 용기에 SiC(탄화규소) 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 장입하는 단계; 및 (b) 상기 종자정에 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함한다. A method of growing a semi-insulated SiC single crystal ingot according to an embodiment includes (a) loading a dopant coated with SiC (silicon carbide) and a carbon-based material into a reaction vessel equipped with a seed crystal; And (b) growing a SiC single crystal ingot on the seed crystal.

먼저, SiC 단결정 잉곳을 성장시키기 위하여, 종자정이 장착된 반응 용기에 SiC 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 장입한다(단계 (a)).First, in order to grow a SiC single crystal ingot, a dopant coated with SiC and a carbon-based material is charged in a reaction vessel equipped with a seed crystal (step (a)).

상기 반응 용기는 도가니일 수 있고, SiC의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 그라파이트로 제작될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The reaction vessel may be a crucible, and may be made of a material having a melting point above the sublimation temperature of SiC. For example, it may be made of graphite, but is not limited thereto.

상기 종자정은 상기 반응 용기의 내부 상단에 장착될 수 있다. 상기 종자정은 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC 또는 15R-SiC 등 성장시키고자 하는 결정의 종류에 따라 다양한 결정구조를 갖는 종자정을 사용할 수 있다. The seed crystal may be mounted on the inner top of the reaction vessel. As the seed crystal, seed crystals having various crystal structures may be used according to the type of crystal to be grown, such as 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC, or 15R-SiC.

상기 SiC 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트는 상기 반응 용기의 하단에 장입될 수 있다. The dopant coated with the SiC and carbon-based material may be loaded at the bottom of the reaction vessel.

일 구현예에 따르면, 상기 SiC 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트가 장입된 반응 용기는 밀폐될 수 있다. 상기 반응 용기를 1층 이상의 단열 부재로 둘러싼 후, 가열 수단을 구비한 반응 챔버(ex. 석영관 등)에 넣는다. 상기 단열 부재 및 반응 챔버는 상기 반응 용기의 온도를 SiC 단결정 성장 온도로 유지하도록 한다. According to one embodiment, the reaction vessel loaded with the dopant coated with the SiC and the carbon-based material may be sealed. After surrounding the reaction vessel with one or more insulating members, it is placed in a reaction chamber (eg, quartz tube, etc.) equipped with heating means. The heat insulating member and the reaction chamber keep the temperature of the reaction vessel at a SiC single crystal growth temperature.

상기 가열 수단은 유도가열 또는 저항가열 수단일 수 있다. 예를 들어, 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써, 반응 용기를 가열하여 SiC 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 원하는 온도로 가열하는 고주파 유도 코일이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The heating means may be induction heating or resistance heating means. For example, by flowing a high frequency current to the high frequency induction coil, a high frequency induction coil may be used to heat a reaction vessel to heat a dopant coated with SiC and a carbon-based material to a desired temperature, but is not limited thereto.

일 구현예에서, 상기 SiC는 SiC 분말 형태일 수 있다.In one embodiment, the SiC may be in the form of SiC powder.

예를 들어, 상기 SiC는 입자의 크기가 10 ㎛ 내지 5000 ㎛인 SiC 분말 형태일 수 있다. 구체적으로, 상기 SiC 입자의 크기는 50 ㎛ 내지 3000 ㎛, 50 ㎛ 내지 2000 ㎛, 100 ㎛ 내지 2000 ㎛ 또는 100 ㎛ 내지 1000 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the SiC may be in the form of SiC powder having a particle size of 10 μm to 5000 μm. Specifically, the size of the SiC particles may be 50 μm to 3000 μm, 50 μm to 2000 μm, 100 μm to 2000 μm, or 100 μm to 1000 μm, but is not limited thereto.

일 구현예에서, 상기 SiC는 90 중량% 내지 99 중량%의 순도를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 SiC는 91 중량% 내지 96 중량% 또는 92 중량% 내지 95 중량%의 순도를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In one embodiment, the SiC may have a purity of 90% to 99% by weight. Specifically, the SiC may have a purity of 91% to 96% by weight or 92% to 95% by weight, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 탄소계 물질은 카본 블랙, 그라파이트 또는 이들의 조합일 수 있다. According to one embodiment, the carbon-based material may be carbon black, graphite, or a combination thereof.

상기 탄소계 물질로 코팅된 도펀트는 탄소-함유 고분자 수지, 용매 및 도펀트를 포함하는 조성물을 건조; 경화; 탄화(carbonization) 또는 흑연화(graphitization); 및 분쇄의 과정을 거쳐 제조된다. The dopant coated with the carbon-based material is dried a composition comprising a carbon-containing polymer resin, a solvent and a dopant; Hardening; Carbonization or graphitization; And crushing.

일 구현예에 따르면, 상기 탄소-함유 고분자 수지는 페놀계 수지, 폴리아크릴아마이드계 수지 및 열경화성 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다. According to one embodiment, the carbon-containing polymer resin includes at least one selected from the group consisting of phenolic resins, polyacrylamide resins, and thermosetting resins.

상기 페놀계 수지는 노볼락 수지 및 레졸 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The phenol-based resin may be at least one selected from the group consisting of novolac resin and resol resin, but is not limited thereto.

상기 폴리아크릴아마이드계 수지는 폴리아믹산 수지일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The polyacrylamide-based resin may be a polyamic acid resin, but is not limited thereto.

상기 열경화성 수지는 폴리우레탄 수지, 멜라민 수지 및 알키드 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The thermosetting resin may be one or more selected from the group consisting of polyurethane resin, melamine resin and alkyd resin, but is not limited thereto.

상기 조성물은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 1 중량% 내지 40 중량%의 탄소-함유 고분자 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 5 중량% 내지 35 중량%, 5 중량 % 내지 30 중량% 또는 10 중량% 내지 30 중량%의 탄소-함유 고분자 수지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The composition may include 1% to 40% by weight of a carbon-containing polymer resin based on the total weight of the composition. For example, the composition may include 5 wt% to 35 wt%, 5 wt% to 30 wt%, or 10 wt% to 30 wt% carbon-containing polymer resin based on the total weight of the composition, , But is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 용매는 에탄올, 메탄올, 아세톤, 디메틸포름아미드 및 디메틸술폭시드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 용매는 에탄올일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to one embodiment, the solvent may be one or more selected from the group consisting of ethanol, methanol, acetone, dimethylformamide and dimethyl sulfoxide. Specifically, the solvent may be ethanol, but is not limited thereto.

상기 조성물은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 1 중량% 내지 20 중량%의 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 5 중량% 내지 17 중량%, 5 중량% 내지 15 중량% 또는 10 중량% 내지 15 중량%의 용매를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The composition may include 1% by weight to 20% by weight of a solvent based on the total weight of the composition. For example, the composition may include 5 wt% to 17 wt%, 5 wt% to 15 wt%, or 10 wt% to 15 wt% of a solvent based on the total weight of the composition, but is not limited thereto. It is not.

일 구현예에 따르면, 상기 도펀트는 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 코발트(Co)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 도펀트는 천이 금속(transition elements, transition metal)일 수 있으며, 바나듐일 수 있다. 구체적으로, 바나듐은 SiC 결정내에서 도너(donor) 혹은 억셉터(acceptor)의 어느 상태에서도 깊은 준위를 형성할 수 있고, 얕은 도너 또는 얕은 억셉터 불순물을 보상하여, 결정을 고 저항화 즉, 반절연 상태로 만들 수 있다.According to one embodiment, the dopant may be at least one selected from the group consisting of vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn) and cobalt (Co). For example, the dopant may be transition elements (transition elements), or may be vanadium. Specifically, vanadium can form a deep level in any state of a donor or acceptor in a SiC crystal, compensating for a shallow donor or shallow acceptor impurity, making the crystal highly resistant, i.e., half It can be made insulated.

상기 조성물은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.5 중량% 내지 10 중량%의 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.5 중량% 내지 8 중량%, 1 중량% 내지 8 중량% 또는 1 중량% 내지 5 중량%의 도펀트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The composition may include 0.5% to 10% by weight of a dopant based on the total weight of the composition. For example, the composition may include 0.5 wt% to 8 wt%, 1 wt% to 8 wt%, or 1 wt% to 5 wt% dopant based on the total weight of the composition, but is not limited thereto. It is not.

일 구현예에 따르면, 상기 건조는 50℃ 내지 350℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 경화는 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 건조 및 경화 조건을 만족함으로써, 상기 탄소계 물질을 상기 도펀트에 균일하게 코팅하는데 유리할 수 있다. 예를 들어, 상기 건조는 50℃ 내지 350℃ 또는 50℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 1 시간 내지 5시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 경화는 100℃ 내지 400℃ 또는 150℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 1 시간 내지 10 시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to one embodiment, the drying may be performed in a temperature range of 50 ℃ to 350 ℃. In addition, the curing may be performed in a temperature range of 100 ℃ to 400 ℃. Specifically, by satisfying the drying and curing conditions, it may be advantageous to uniformly coat the carbon-based material on the dopant. For example, the drying may be performed for 1 hour to 5 hours in a temperature range of 50 ° C to 350 ° C or 50 ° C to 300 ° C, but is not limited thereto. In addition, the curing may be performed for 1 hour to 10 hours in a temperature range of 100 ° C to 400 ° C or 150 ° C to 400 ° C, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 탄화 또는 흑연화는 200℃ 내지 2200℃의 온도 범위 및 1 torr 내지 1500 torr의 압력 조건에서 수행된다. 구체적으로, 상기 탄화 또는 흑연화 조건을 만족함으로써, 탄소계 물질로 도펀트를 코팅하기에 용이하다. 예를 들어, 상기 건조 및 경화 단계를 거친 도펀트는 300℃ 내지 600℃의 온도 범위 및 500 torr 내지 700 torr의 압력 조건에서 열처리를 진행한 후, 2000℃ 내지 2200℃의 온도 범위 및 500 torr 내지 800 torr의 압력 조건에서 탄화 또는 흑연화 될 수 있다. 또한, 상기 탄화 또는 흑연화는 2 시간 내지 5 시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to one embodiment, the carbonization or graphitization is performed in a temperature range of 200 ° C to 2200 ° C and a pressure condition of 1 torr to 1500 torr. Specifically, by satisfying the carbonization or graphitization conditions, it is easy to coat the dopant with a carbon-based material. For example, the dopant that has undergone the drying and curing step is subjected to heat treatment under a temperature range of 300 ° C to 600 ° C and a pressure condition of 500 torr to 700 torr, and then a temperature range of 2000 ° C to 2200 ° C and 500 torr to 800 It can be carbonized or graphitized under torr pressure condition. In addition, the carbonization or graphitization may be performed for 2 to 5 hours, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 탄화 또는 흑연화는 불활성 분위기에서 열처리하는 것을 의미한다. 상기 불활성 분위기는 질소 분위기 또는 아르곤 분위기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to one embodiment, the carbonization or graphitization means heat treatment in an inert atmosphere. The inert atmosphere may be a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 탄화 또는 흑연화된 도펀트는 분쇄의 과정을 수행한다. According to one embodiment, the carbonized or graphitized dopant performs a process of grinding.

상기 분쇄는 탑다운(Top-Down), 볼밀 및 제트밀 등에 의한 분쇄 공정의 방법으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The pulverization may be performed by a method of a pulverization process by top-down, ball mill, jet mill, or the like, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 탄소계 물질로 코팅된 도펀트의 입자의 크기는 1 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소계 물질로 코팅된 도펀트의 입자의 크기는 5 ㎛ 내지 1000 ㎛, 10 ㎛ 내지 1000 ㎛ 또는 10 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the particle size of the dopant coated with the carbon-based material may be 1 μm to 2000 μm. For example, the particle size of the dopant coated with the carbon-based material may be 5 μm to 1000 μm, 10 μm to 1000 μm, or 10 μm to 500 μm, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 도펀트의 입자는 각각 외부 표면의 전부 또는 일부가 상기 탄소계 물질로 코팅될 수 있다. 구체적으로, 상기 도펀트는 외부 표면의 전부가 상기 탄소계 물질로 코팅되거나, 외부 표면의 50% 이상이 상기 탄소계 물질로 코팅될 수 있다. According to an embodiment, the particles of the dopant may be coated with the carbon-based material, in whole or in part, on the outer surface. Specifically, the dopant may be entirely coated with the carbon-based material, or 50% or more of the external surface may be coated with the carbon-based material.

일 구현예에 따르면, 상기 탄소계 물질로 코팅된 부분의 코팅 두께는 1 ㎛ 내지 100 ㎛이다. 구체적으로, 상기 탄소계 물질로 코팅된 부분의 코팅 두께가 상기 두께 범위를 만족함으로써, SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서 초기, 중기 및 말기의 도펀트의 도핑 농도를 균일하게 할 수 있다. 예를 들어, 탄소계 물질로 코팅된 부분의 코팅 두께는 5 ㎛ 내지 50 ㎛, 5 ㎛ 내지 40 ㎛, 10 ㎛ 내지 40 ㎛, 10 ㎛ 내지 30 ㎛ 또는 10 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the coating thickness of the portion coated with the carbon-based material is 1 μm to 100 μm. Specifically, the doping concentrations of the dopants in the initial, middle, and late stages may be uniformized in the step of growing the SiC single crystal ingot by satisfying the thickness range of the coating thickness of the portion coated with the carbon-based material. For example, the coating thickness of the portion coated with the carbon-based material may be 5 μm to 50 μm, 5 μm to 40 μm, 10 μm to 40 μm, 10 μm to 30 μm, or 10 μm to 25 μm, but is not limited thereto. It does not work.

다음으로, 상기 종자정에 SiC 단결정 잉곳을 성장시킨다(단계 (b)).Next, a SiC single crystal ingot is grown on the seed crystal (step (b)).

일 구현예에 따르면, 상기 단계 (b)의 상기 종자정에 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계는, 상기 단계 (a)에서 장입된 SiC 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 승화시켜 종자정 상에 성장시키는 단계이다. According to one embodiment, the step of growing a SiC single crystal ingot in the seed crystal of step (b), sublimates the dopant coated with the SiC and carbon-based materials charged in step (a) to grow on the seed crystal This is the step.

상기 SiC의 승화점은 2000℃ 내지 2800 ℃ 이다. 또한, 상기 도펀트의 승화점은 1800℃ 내지 2000℃ 이고, 상기 탄소계 물질로 코팅된 도펀트의 승화점은 2000℃ 내지 2500℃이다. 구체적으로, 상기 탄소계 물질로 코팅된 도펀트의 승화점이 상기 범위를 만족함으로써, SiC와 유사한 온도 범위 내에서 도펀트를 승화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소계 물질로 코팅된 도펀트의 승화점은 2100℃ 내지 2500℃ 또는 2100℃ 내지 2300℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The sublimation point of the SiC is 2000 ℃ to 2800 ℃. Further, the sublimation point of the dopant is 1800 ° C to 2000 ° C, and the sublimation point of the dopant coated with the carbon-based material is 2000 ° C to 2500 ° C. Specifically, by sublimation point of the dopant coated with the carbon-based material satisfies the above range, it is possible to sublimate the dopant within a temperature range similar to SiC. For example, the sublimation point of the dopant coated with the carbon-based material may be 2100 ° C to 2500 ° C or 2100 ° C to 2300 ° C, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 단계 (b) 에서의 온도는 2000℃ 내지 2500℃, 2200℃ 내지 2500℃ 또는 2250℃ 내지 2300℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 단계 (b) 에서의 압력은 1 torr 내지 150 torr, 1 torr 내지 100 torr, 또는 1 torr 내지 50 torr일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to one embodiment, the temperature in step (b) may be 2000 ° C to 2500 ° C, 2200 ° C to 2500 ° C or 2250 ° C to 2300 ° C, but is not limited thereto. In addition, the pressure in step (b) may be 1 torr to 150 torr, 1 torr to 100 torr, or 1 torr to 50 torr, but is not limited thereto.

일 구현예에 따르면, 상기 SiC 단결정 잉곳은 0.1 Ω㎝ 내지 1 X 1010 Ω㎝의 비저항을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 SiC 단결정 잉곳은 0.1 Ω㎝ 내지 1 X 105 Ω㎝, 1 Ω㎝ 내지 1 X 108 Ω㎝ 또는 10 Ω㎝ 내지 1 X 105 Ω㎝의 비저항을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the SiC single crystal ingot may have a specific resistance of 0.1 Ω㎝ to 1 X 10 10 Ω㎝. For example, the SiC single crystal ingot may have a specific resistance of 0.1 Ω㎝ to 1 X 10 5 Ω㎝, 1 Ω㎝ to 1 X 10 8 Ω㎝ or 10 Ω㎝ to 1 X 10 5 Ω㎝, but is not limited thereto. It does not work.

일 구현예에 따르면, 상기 SiC 단결정 잉곳의 도펀트 농도는 5.5 X 1016 atoms/cc 내지 1 X 1018 atoms/cc 이다. 구체적으로, 상기 SiC 단결정 잉곳의 도펀트 농도는 5.5 X 1016 atoms/cc 내지 1.5 X 1017 atoms/cc 또는 1 X 1017 atoms/cc 내지 5 X 1017 atoms/cc 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to one embodiment, the dopant concentration of the SiC single crystal ingot is 5.5 X 10 16 atoms / cc to 1 X 10 18 atoms / cc. Specifically, the dopant concentration of the SiC single crystal ingot may be 5.5 X 10 16 atoms / cc to 1.5 X 10 17 atoms / cc or 1 X 10 17 atoms / cc to 5 X 10 17 atoms / cc, but is not limited thereto. no.

일 구현예에 따르면, 상기 SiC 단결정 잉곳은 95% 내지 99.9%의 순도를 갖는다. 예를 들어, 상기 SiC 단결정 잉곳은 95% 내지 99.5%, 97% 내지 99.5%, 98% 내지 99.5%, 98% 내지 99%의 순도를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to one embodiment, the SiC single crystal ingot has a purity of 95% to 99.9%. For example, the SiC single crystal ingot may have a purity of 95% to 99.5%, 97% to 99.5%, 98% to 99.5%, and 98% to 99%, but is not limited thereto.

상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The above contents will be described in more detail by the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the examples is not limited to these.

[실시예] [Example]

탄소-함유 고분자 수지로 페놀계 수지(제품명: KC-5536, 제조사: 강남화성) 80 중량%, 에탄올 용매(제조사: OCI) 18 중량% 및 바나듐 도펀트 2 중량%를 혼합하였다. 200℃에서 3 시간 동안 건조시킨 후, 400℃에서 2 시간 동안 경화시켰다. 500℃ 및 700 torr의 조건에서 열처리를 진행한 후, 2000℃ 및 760 torr의 조건에서 5 시간 동안 탄화 또는 흑연화시킨 후, 분쇄하여, 평균 입자의 크기가 10 ㎛인 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 제조하였다. As a carbon-containing polymer resin, 80% by weight of a phenolic resin (product name: KC-5536, manufacturer: Gangnam Chemicals), 18% by weight of an ethanol solvent (manufacturer: OCI) and 2% by weight of vanadium dopant were mixed. After drying at 200 ° C for 3 hours, curing at 400 ° C for 2 hours. After heat treatment at 500 ° C and 700 torr, carbonization or graphitization for 5 hours at 2000 ° C and 760 torr, followed by pulverization, a dopant coated with a carbon-based material having an average particle size of 10 μm Was prepared.

그라파이트 도가니의 내부 상단에 종자정을 장착한 후, SiC 분말 및 상기 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 장입하였다. 상기 도가니를 단열 부재로 둘러싸고, 가열 코일이 구비된 반응 챔버 내에 넣었다. 도가니 내를 진공 상태로 만든 뒤, 아르곤 가스를 서서히 주입하였다. 이와 함께, 도가니 내의 온도를 2400℃까지 승온시키고, 700 torr로 승압시켰다. 이후, 압력을 점점 낮추어 30 torr에 도달시킨 후, 상기 조건에서 50시간 동안 SiC 단결정 잉곳을 종자정에 성장시켜, 반절연 SiC 단결정 잉곳을 제조하였다. After the seed crystal was mounted on the inner top of the graphite crucible, a SiC powder and a dopant coated with the carbon-based material were charged. The crucible was surrounded by a heat insulating member and placed in a reaction chamber equipped with a heating coil. After the inside of the crucible was vacuumed, argon gas was slowly injected. At the same time, the temperature in the crucible was raised to 2400 ° C, and the temperature was raised to 700 torr. Thereafter, the pressure was gradually lowered to reach 30 torr, and the SiC single crystal ingot was grown in a seed crystal for 50 hours under the above conditions to prepare a semi-insulated SiC single crystal ingot.

[비교예][Comparative example]

탄소계 물질로 코팅된 도펀트 대신에 도펀트가 장입된 다공성 흑연 컨테이너를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일하게 실험하여 반절연 SiC 단결정 잉곳을 제조하였다. A semi-insulated SiC single crystal ingot was manufactured in the same manner as in the above example, except that a porous graphite container loaded with a dopant was used instead of a dopant coated with a carbon-based material.

[평가예 1: 도펀트 농도 측정][Evaluation Example 1: Dopant concentration measurement]

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳에 대하여, SIMS(Secondary ion mass spectrometry)를 이용해 도펀트의 농도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. For the semi-insulated SiC single crystal ingots prepared in Examples and Comparative Examples, concentrations of dopants were measured using SIMS (Secondary ion mass spectrometry), and the results are shown in Table 1 below.

구 분division 도펀트 농도(atoms/cc)Dopant concentration (atoms / cc) 실시예Example 1.1×1017 1.1 × 10 17 비교예Comparative example 5.3×1016 5.3 × 10 16

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예에 따라 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳의 도펀트의 농도가 비교예에 따라 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳의 도펀트의 농도에 비하여 큰 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, it can be confirmed that the concentration of the dopant of the semi-insulated SiC single crystal ingot prepared according to the embodiment is greater than the concentration of the dopant of the semi-insulated SiC single crystal ingot prepared according to the comparative example.

[평가예 2: 표면 이미지 평가][Evaluation Example 2: Surface image evaluation]

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳에 대하여, 광학 현미경을 이용하여, 육안으로 표면 이미지를 평가하였다. About the semi-insulated SiC single crystal ingot prepared in the above Examples and Comparative Examples, the surface image was evaluated visually using an optical microscope.

도 3은 실시예의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 표면 이미지를 나타낸 것이고, 도 4는 비교예의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 표면 이미지를 나타낸 것이다. Figure 3 shows the surface image of the semi-insulated SiC single crystal ingot of the embodiment, Figure 4 shows the surface image of the semi-insulated SiC single crystal ingot of the comparative example.

상기 도 3에서 보는 바와 같이, 실시예에 따라 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳은, SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서 도펀트의 농도가 균일하게 유지되어 도펀트의 석출이 거의 발생하지 않았다. 반면, 도 4에서 보는 바와 같이, 비교예의 반절연 SiC 단결정 잉곳은, SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서 과잉 도핑이 이루어져 도펀트가 석출되었다. As shown in FIG. 3, in the semi-insulated SiC single crystal ingot prepared according to the embodiment, the concentration of the dopant was uniformly maintained in the step of growing the SiC single crystal ingot, so that precipitation of the dopant hardly occurred. On the other hand, as shown in FIG. 4, the semi-insulated SiC single crystal ingot of the comparative example was over-doped in the step of growing the SiC single crystal ingot, and a dopant was deposited.

[평가예 3: 성장단계에서의 도핑 농도의 변화][Evaluation Example 3: Change of doping concentration in the growth stage]

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳에 대하여, 기판 가공을 이용하여, 종자정에 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계의 초기, 중기 및 말기의 도핑 농도 변화 이미지를 평가하였다. For the semi-insulated SiC single crystal ingots prepared in the above Examples and Comparative Examples, the doping concentration change images of the initial, middle, and late stages of the step of growing the SiC single crystal ingot in seed crystals were evaluated using substrate processing.

도 5a 내지 5c는 실시예의 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서 초기, 중기 및 말기의 도핑 농도를 각각 나타낸 것이고, 도 6a 내지 6c는 비교예의 반절연 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서 초기, 중기 및 말기의 도핑 농도를 각각 나타낸 것이다.5A to 5C show the doping concentrations of the initial, middle, and end stages in the step of growing the semi-insulated SiC single crystal ingot of the embodiment, and FIGS. 6A to 6C are the initial and middle stages in the step of growing the semi-insulated SiC single crystal ingot of the comparative example. And terminal doping concentrations, respectively.

상기 도 5a 내지 5c에서 보는 바와 같이, 실시예에 따라 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳은 기판 전체에 대하여 균일하게 투명한 것을 알 수 있다. 반면, 도 6a 내지 도 6c에서 보는 바와 같이, 비교예의 반절연 SiC 단결정 잉곳은 부분적으로 짙은 색상 및 불균일한 색상 분포를 갖는 것을 알 수 있다. As shown in Figures 5a to 5c, it can be seen that the semi-insulated SiC single crystal ingot prepared according to the embodiment is uniformly transparent to the entire substrate. On the other hand, as shown in Figures 6a to 6c, it can be seen that the semi-insulated SiC single crystal ingot of the comparative example has a partially dark color and non-uniform color distribution.

[평가예 4: 잉곳 표면 및 UV 이미지 평가][Evaluation Example 4: Ingot surface and UV image evaluation]

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳에 대하여, UV Lamp 조사를 이용한 육안 검사 통해, UV 이미지를 평가하였다. For the semi-insulated SiC single crystal ingots prepared in Examples and Comparative Examples, the UV image was evaluated through visual inspection using UV Lamp irradiation.

도 7은 실시예의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 UV 이미지를 나타낸 것이고, 도 8은 비교예의 반절연 SiC 단결정 잉곳의 UV 이미지를 나타낸 것이다. 7 shows the UV image of the semi-insulated SiC single crystal ingot of the embodiment, and FIG. 8 shows the UV image of the semi-insulated SiC single crystal ingot of the comparative example.

상기 도 7 및 도 8의 UV 이미지를 통해 다형 제어를 확인할 수 있다. 구체적으로, 초록색은 4H, 붉은색은 6H 및 검은색은 15R을 나타낸다. 따라서, 상기 도 7에서 보는 바와 같이, 실시예에 따라 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳은 목적하는 4H가 균일하게 형성되었다. 반면, 도 8에서 보는 바와 같이, 비교예에 따라 제조된 반절연 SiC 단결정 잉곳은 4H, 6H 및 15H가 부분적으로 형성되어 SiC 단결정 잉곳의 품질이 낮은 것을 알 수 있다. The polymorphic control may be confirmed through the UV images of FIGS. 7 and 8. Specifically, green represents 4H, red represents 6H, and black represents 15R. Accordingly, as shown in FIG. 7, the desired 4H was uniformly formed in the semi-insulated SiC single crystal ingot prepared according to the embodiment. On the other hand, as shown in FIG. 8, it can be seen that the semi-insulated SiC single crystal ingot prepared according to the comparative example is partially formed with 4H, 6H, and 15H, so that the quality of the SiC single crystal ingot is low.

100: SiC
200: 종자정
300: 탄소계 물질로 코팅된 도펀트
400: 도펀트
500: 다공성 흑연 컨테이너
100: SiC
200: seed crystal
300: dopant coated with a carbon-based material
400: dopant
500: porous graphite container

Claims (13)

(a) 종자정이 장착된 반응 용기에 SiC(탄화규소) 및 탄소계 물질로 코팅된 도펀트를 장입하는 단계; 및
(b) 상기 종자정에 SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하고,
상기 탄소계 물질로 코팅된 부분의 코팅 두께가 1 ㎛ 내지 100 ㎛인, SiC 단결정 잉곳을 성장시키는 방법.
(a) loading a dopant coated with SiC (silicon carbide) and a carbon-based material into a reaction vessel equipped with a seed crystal; And
(b) growing a SiC single crystal ingot in the seed crystal,
A method of growing a SiC single crystal ingot having a coating thickness of 1 μm to 100 μm in a portion coated with the carbon-based material.
제1항에 있어서,
상기 탄소계 물질은 카본 블랙, 그라파이트 또는 이들의 조합인, 방법.
According to claim 1,
The carbon-based material is carbon black, graphite or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 탄소계 물질로 코팅된 도펀트는 탄소-함유 고분자 수지, 용매 및 도펀트를 포함하는 조성물을 건조; 경화; 탄화(carbonization) 또는 흑연화(graphitization); 및 분쇄의 과정을 거쳐 제조되는, 방법.
According to claim 1,
The dopant coated with the carbon-based material is dried a composition containing a carbon-containing polymer resin, a solvent and a dopant; Hardening; Carbonization or graphitization; And manufactured through the process of grinding.
제3항에 있어서,
상기 탄소-함유 고분자 수지는 페놀계 수지, 폴리아크릴아마이드계 수지 및 열경화성 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 방법.
According to claim 3,
The carbon-containing polymer resin comprises at least one member selected from the group consisting of phenolic resins, polyacrylamide resins and thermosetting resins.
제3항에 있어서,
상기 건조는 50℃ 내지 350℃의 온도 범위에서 수행되는, 방법.
According to claim 3,
The drying is performed in a temperature range of 50 ° C to 350 ° C.
제3항에 있어서,
상기 경화는 100℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행되는, 방법.
According to claim 3,
The curing is carried out in a temperature range of 100 ℃ to 400 ℃, method.
제3항에 있어서,
상기 탄화 또는 흑연화는 200℃ 내지 2200℃의 온도 범위 및 1 torr 내지 1500 torr의 압력 조건에서 수행되는, 방법.
According to claim 3,
The carbonization or graphitization is performed in a temperature range of 200 ° C to 2200 ° C and a pressure condition of 1 torr to 1500 torr.
제3항에 있어서,
상기 탄화 또는 흑연화는 불활성 분위기에서 열처리하는, 방법.
According to claim 3,
The carbonization or graphitization is a method of heat treatment in an inert atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 도펀트는 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 코발트(Co)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 방법.
According to claim 1,
The dopant comprises one or more selected from the group consisting of vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn) and cobalt (Co).
제1항에 있어서,
상기 탄소계 물질로 코팅된 도펀트의 입자의 크기는 1 ㎛ 내지 2000 ㎛인, 방법.
According to claim 1,
The particle size of the dopant coated with the carbon-based material is 1 μm to 2000 μm.
제1항에 있어서,
상기 SiC는 분말 형태이고, 상기 분말의 크기가 10 ㎛ 내지 5000 ㎛인, 방법.
According to claim 1,
The SiC is in powder form, the size of the powder is 10 ㎛ to 5000 ㎛, the method.
제1항에 있어서,
상기 SiC 단결정 잉곳은 0.1 Ω㎝ 내지 1×1010 Ω㎝의 비저항을 갖는, 방법.
According to claim 1,
The SiC single crystal ingot has a specific resistance of 0.1 mm 2 to 1 × 10 10 mm 2.
제1항에 있어서,
상기 도펀트가 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 코발트(Co)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고,
상기 SiC 단결정 잉곳은 5.5 X 1016 atoms/cc 내지 1 X 1018 atoms/cc의 도펀트 농도를 갖는, 방법.
According to claim 1,
The dopant is one or more selected from the group consisting of vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn) and cobalt (Co),
The SiC single crystal ingot has a dopant concentration of 5.5 X 10 16 atoms / cc to 1 X 10 18 atoms / cc.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002293525A (en) 2001-03-30 2002-10-09 Bridgestone Corp Silicon carbine powder, its production method and silicon carbine monocrystal
JP2010248025A (en) * 2009-04-14 2010-11-04 Bridgestone Corp Method for producing silicon carbide powder
KR101614325B1 (en) * 2015-01-21 2016-04-21 한국세라믹기술원 Method of manufacturing silicon carbide powder contaning vanadium and silicon carbide single cryctal thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100821360B1 (en) * 2006-08-23 2008-04-11 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 Silicon carbide single crystal, silicon carbide single crystal wafer, and process for producing the same
KR101458183B1 (en) 2013-03-07 2014-11-05 에스케이씨 주식회사 An apparatus and method for growing silicon carbide single crystal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002293525A (en) 2001-03-30 2002-10-09 Bridgestone Corp Silicon carbine powder, its production method and silicon carbine monocrystal
JP2010248025A (en) * 2009-04-14 2010-11-04 Bridgestone Corp Method for producing silicon carbide powder
KR101614325B1 (en) * 2015-01-21 2016-04-21 한국세라믹기술원 Method of manufacturing silicon carbide powder contaning vanadium and silicon carbide single cryctal thereof

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