KR102163490B1 - 탄화 규소 기판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 탄화 규소 기판의 제조 방법은 화학적 기상 증착 장치에서 탄화 규소를 성장시키는 방법에 있어서, 화학적 기상 증착 장치의 챔버에 기판을 위치시키는 단계, 챔버 내의 온도를 승온하는 단계, 기판의 표면을 식각하는 단계, 기판에 도핑하여 버퍼층을 형성하는 단계, 챔버 내에 SiH4, C3H8 , N2 를 공급하여 상기 버퍼층 위에 에피택셜 성장으로 탄화 규소층을 형성하는 단계, 챔버를 냉각하는 단계를 포함하고, SiH4, C3H8의 C/Si의 비율은 1.2이상으로 공급하여 상기 탄화 규소층을 형성한다.

Description

탄화 규소 기판의 제조 방법{METHOD FOR MANUFATURING SiC SUBSTRATE}
본 발명은 탄화 규소 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
탄화 규소(SiC)는 내열성 및 기계적 강도가 우수하고, 물리적, 화학적으로 안정적이기 때문에 내환경성 반도체 재료로서 주목 받고 있다. 또한, 최근 고주파, 고내압 전자 장치 등의 기판으로서 SiC 단결정 기판의 수요가 높아지고 있다.
SiC 단결정 기판을 사용하여 전력 장치, 고주파 장치 등을 제작하는 경우에는 통상 기판 위에 열화학증착법으로 SiC 박막을 에피텍셜 성장시키거나, 이온 주입법에 의하여 직접 도펀트를 주입한다. 그러나 이온 주입법은 이온 주입 후 고온의 열처리 공정이 필요하기 때문에 에피택셜 성장에 의한 박막 형성이 주로 사용된다.
그러나 에피텍셜 성장은 1,500도의 고온에서 이루어지기 때문에 기판 전면에 균일한 온도 분포와 가스 농도를 유지하기가 용이하지 않아, 형성된 박막의 두께가 균일하지 못한 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 균일한 두께의 탄화 규소 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 탄화 규소 기판의 제조 방법은 화학적 기상 증착 장치에서 탄화 규소를 성장시키는 방법에 있어서, 화학적 기상 증착 장치의 챔버에 기판을 위치시키는 단계, 챔버 내의 온도를 승온하는 단계, 기판의 표면을 식각하는 단계, 기판에 도핑하여 버퍼층을 형성하는 단계, 챔버 내에 SiH4, C3H8 , N2 를 공급하여 상기 버퍼층 위에 에피택셜 성장으로 탄화 규소층을 형성하는 단계, 챔버를 냉각하는 단계를 포함하고, SiH4, C3H8의 C/Si의 비율은 1.2이상으로 공급하여 상기 탄화 규소층을 형성한다.
상기 탄화 규소층을 형성하는 단계에서, 챔버에 HCl을 더 공급할 수 있다.
상기 챔버 내에 공급되는 가스의 Si/H의 비율은 0.0005 내지 0.002일 수 있다.
상기 버퍼층을 형성하는 단계는 기판에 N2를 도핑하여 형성할 수 있다.
상기 버퍼층은 탄화 규소층과 동일한 도핑 농도로 도핑하여 형성할 수 있으며, 버퍼층과 탄화 규소층의 도핑 농도는 1E18/cm3일 수 있다.
상기 승온 하는 단계와 식각하는 단계는 동시에 진행할 수 있다.
상기 승온하는 단계는 1,550℃ 내지 1,650℃까지 승온할 수 있다.
본 발명에 따라서 탄화 규소 기판을 제조하면, 기판의 위치에 따라서 두께 편차가 거의 없는 균일한 두께의 탄화 규소 기판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 탄화 규소 기판의 성장 순서를 가스의 도입 타이밍과 함께 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄화 규소 기판의 위치에 따른 탄화 규소층의 두께를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 탄화 규소 기판의 성장 순서를 가스의 도입 타이밍과 함께 도시한 그래프이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 탄화 규소 기판의 제조 방법은 승온 및 식각하고(A), 버퍼층을 형성하고(B), 에피택셜 성장으로 탄화 규소를 성장(C)시킨 후 냉각(D)하여 제조한다.
본 발명에 따른 탄화 규소는 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition) 법으로 성장된다.
먼저, 화학적 기상 증착 장치의 챔버 내에 탄화 규소를 성장시킬 기판을 배치한다. 기판은 단결정 실리콘 기판일 수 있다.
이후, 챔버 내를 진공으로 한 다음, 수소를 주입하면서 압력을 1*104 Pa 내지 3*104 Pa로 일정하게 유지하면서 챔버의 온도를 성장 온도인 1,550℃ 내지 1,650℃로 승온시킨다.
이때, 챔버를 승온하는 동시에 수소를 공급하여 수소로 기판을 식각(A)한다. 기판 식각은 기판 위에 형성될 수 있는 자연 산화막 및 기판 표면에 형성된 결함 등을 제거한다. 수소는 150slm 내지 180slm으로 공급될 수 있다.
이후, 승온된 챔버 내에서 도핑 가스인 N2를 공급하여 기판에 N2가 도핑된 버퍼층을 형성(B)한다.
도핑은 대략 5분 동안 실시하여 도핑 농도가 약 1E18/cm3로 한다. 이때, 도핑 농도는 추후 형성되는 탄화 규소층의 도핑 농도와 같은 농도로 도핑한다.
이후, 탄화 규소를 성장시키기 위한 가스를 주입하여 에피택셜 성장(C)으로 탄화 규소층을 형성한다.
가스는 탄화 규소층을 형성하기 위한 SiH4, C3H8 와 도핑 가스인 N2 및 Si 드롭렛(droplet) 형성을 억제하고 성장 속도를 향상시키기 위한 HCl이 주입될 수 있으며, 버퍼층을 형성할 때부터 주입하여 챔버 내의 기체 분위기가 안정화될 수 있도록 한다.
이때, SiH4는 70sccm 내지 150sccm으로 공급하고, C3H8은 30sccm 내지 60sccm으로 공급할 수 있다. 그리고 공급 가스 중 N/C의 비율은 형성되는 탄화 규소층의 설정된 도핑 농도를 가지도록, 0.002 내지 0.004의 범위가 되도록 공급한다. 이때, 탄화 규소층의 질소 도핑 농도는 약 1E18/cm3 일 수 있다.
그리고 HCl은 Si 드롭렛 형성을 억제하고 성장 속도를 향상시키기 위한 것으로, Cl/Si의 비율이 0 내지 3의 범위가 되도록 공급한다. 그리고 Si/H의 비율은 0.0005 내지 0.002가 되도록 공급한다.
한편, C와 Si의 비율이 증가할수록 기판의 중앙부에 형성되는 탄화 규소층의 두께가 가장자리에 형성되는 탄화 규소층의 두께보다 두껍게 형성되므로, C와 Si의 비율을 조절하여 탄화 규소층의 두께가 균일하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에서 C/Si는 1.2이상으로 공급하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 탄화 규소 기판의 위치에 따른 탄화 규소층의 두께를 나타낸 그래프이다. 이때, C/Si는 1.25로 유지하면서 공급하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 탄화 규소층의 두께는 6.0 내지 6.2 사이에 위치하는 것으로, 중앙부(X축의 0지점)로부터 가장자리(X축의 40, -40지점)까지 형성된 탄화 규소층의 두께 편차가 2%이내로 형성된 것을 알 수 있다.
이후, 원하는 두께로 탄화 규소층이 성장되면 가스 공급을 중단하고, 냉각(S106)을 진행한다.
냉각은 챔버 내에 수소 가스만 흘려 수소 분위기에서 상온까지 챔버 내의 온도가 하강된다.
이후, 수소 가스의 주입을 멈추고 성장실 내를 진공 배기 한 후 불활성 가스를 주입하여 성장실의 내부를 대기압 상태로 유지한다.
이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 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. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 화학적 기상 증착 장치에서 탄화 규소를 성장시키는 방법에 있어서,
    상기 화학적 기상 증착 장치의 챔버에 기판을 위치시키는 단계,
    상기 챔버 내에 수소를 공급하는 단계,
    상기 챔버 내의 온도를 승온하는 단계,
    상기 기판의 표면을 식각하는 단계,
    상기 기판에 도핑하여 버퍼층을 형성하는 단계,
    상기 챔버 내에 SiH4, C3H8, N2 를 공급하여 상기 버퍼층 위에 에피택셜 성장으로 탄화 규소층을 형성하는 단계,
    상기 챔버를 냉각하는 단계
    를 포함하고,
    상기 수소를 공급하는 단계는 상기 승온하는 단계, 식각하는 단계, 버퍼층을 형성하는 단계, 탄화규소층을 형성하는 단계 및 챔버를 냉각하는 단계와 함께 진행하며,상기 SiH4, C3H8의 C/Si의 비율은 1.2이상으로 공급하여 상기 탄화 규소층을 형성하는 탄화 규소 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 탄화 규소층을 형성하는 단계에서,
    상기 챔버에 HCl을 더 공급하는 탄화 규소 기판의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 챔버 내에 공급되는 가스의 Si/H의 비율은 0.0005 내지 0.002인 탄화 규소 기판의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 버퍼층을 형성하는 단계는 상기 기판에 N2를 도핑하여 형성하는 탄화 규소 기판의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 버퍼층은 상기 탄화 규소층과 동일한 도핑 농도로 도핑하여 형성하는 탄화 규소 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 버퍼층과 상기 탄화 규소층의 도핑 농도는 1E18/cm3인 탄화 규소 기판의 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 승온 하는 단계와 상기 식각하는 단계는 동시에 진행하는 탄화 규소 기판의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 승온하는 단계는 1,550℃ 내지 1,650℃까지 승온하는 탄화 규소 기판의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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