KR102231643B1 - METHOD FOR GROWIG SiC EPITAXIAL LAYER AND POWER DEVICE - Google Patents

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Abstract

실시예는 챔버 내에 기판을 배치하는 단계; 상기 챔버 내에 탄소원과 규소원을 공급하며, 상기 기판 위에 탄화 규소 에피택셜층을 성장시키는 단계; 및 상기 탄소원과 규소원 중 적어도 하나의 공급량을 조절하여, 상기 에피택셜층 내에 적어도 하나의 도핑 농도 조절층을 형성하는 단계를 포함하는 탄화규소 에피택셜층의 성장 방법을 제공한다.An embodiment includes placing a substrate in a chamber; Supplying a carbon source and a silicon source into the chamber, and growing a silicon carbide epitaxial layer on the substrate; And forming at least one doping concentration control layer in the epitaxial layer by adjusting the supply amount of at least one of the carbon source and the silicon source.

Description

탄화 규소 에피택셜층의 성장 방법 및 전력 소자{METHOD FOR GROWIG SiC EPITAXIAL LAYER AND POWER DEVICE}Silicon carbide epitaxial layer growth method and power device TECHNICAL FIELD [Method FOR GROWIG SiC EPITAXIAL LAYER AND POWER DEVICE]

실시예는 탄화 규소 에피택셜층의 성장 방법 및 성장된 전력 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄화규소 에피택셜층 내의 결함을 줄이고자 하는 것이다.The embodiment relates to a method of growing a silicon carbide epitaxial layer and a grown power device, and more particularly, to reduce defects in the silicon carbide epitaxial layer.

기판 또는 웨이퍼(wafer)상에 다양한 박막을 형성하는 기술 중에 화학 기상 증착 방법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 많이 사용되고 있다. 화학 기상 증착 방법은 화학 반응을 수반하는 증착 기술로, 소스 물질의 화학 반응을 이용하여 웨이퍼 표면상에 반도체 박막이나 절연막 등을 형성한다.Among technologies for forming various thin films on a substrate or wafer, chemical vapor deposition (CVD) is widely used. The chemical vapor deposition method is a vapor deposition technique that involves a chemical reaction, and a semiconductor thin film or an insulating film is formed on the surface of a wafer by using a chemical reaction of a source material.

이러한 화학 기상 증착 방법 및 증착 장치는 최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 발광 다이오드 개발 등으로 박막 형성 기술 중 매우 중요한 기술로 주목 받고 있다.These chemical vapor deposition methods and deposition apparatuses are recently attracting attention as a very important technology among thin film formation technologies due to the development of high-efficiency, high-power light-emitting diodes and miniaturization of semiconductor devices.

기판 또는 웨이퍼 상에 탄화규소(SiC) 에피택셜층을 성장함에 있어는 박막 내부 및 표면 결함은 전력 소자의 성능 저하 및 장시간의 신뢰성에 많은 영향을 줄 수 있다. 또한, 양산 능력을 높이기 위해 성장속도를 빠르게 하여 공정 시간을 단축하기 위한 많은 방법이 개발되고 있다.In growing a silicon carbide (SiC) epitaxial layer on a substrate or a wafer, defects in the thin film and the surface may have a great influence on performance degradation and long-term reliability of the power device. In addition, in order to increase the mass production capacity, many methods have been developed to shorten the process time by increasing the growth rate.

이러한 고속 성장을 유도하기 위해 고온의 환경에서 규소(Si) 가스의 투입량을 늘리고, 이러한 규소 가스에 의한 2차 결함을 줄이기 위해 염소 계열의 가스를 투입하여 성장되는 표면의 화학양론비를 맞추어 확산 거리를 조절하였다.In order to induce such high-speed growth, the amount of silicon (Si) gas is increased in a high-temperature environment, and a chlorine-based gas is introduced to reduce secondary defects caused by the silicon gas to match the stoichiometric ratio of the grown surface. Was adjusted.

그러나 이러한 높은 성장 온도, 염소 계열 가스의 투입 및 버퍼층의 삽입과 같은 공정은 에피택셜층 성장 과정에서 결함을 줄이기 위해 2차 공정이 추가적으로 요구된다. 따라서 이러한 추가적인 공정으로 인해 공정이 복잡해지고 비용이 상승하며 기판의 품질이 악화되어 결정 결함이 발생하는 등의 문제점이 있다.However, processes such as high growth temperature, injection of chlorine-based gas, and insertion of a buffer layer require an additional secondary process to reduce defects in the epitaxial layer growth process. Therefore, due to these additional processes, the process becomes complicated, the cost increases, and the quality of the substrate is deteriorated, resulting in crystal defects.

결정 결함은 에피택셜층의 표면에까지 전이되어 나타나거나, edge, screw 및 basal plane 등의 전이 결함으로 에피택셜층 내부에 존재할 수도 있다.Crystal defects may appear after being transferred to the surface of the epitaxial layer, or may exist inside the epitaxial layer as transition defects such as edge, screw, and basal plane.

이에 따라, 상기와 같은 2차 공정을 요구하지 않고 높은 성장 속도 및 표면 결함을 제거할 수 있는 에피택셜층의 성장 방법의 필요성이 요구된다.Accordingly, there is a need for a method of growing an epitaxial layer capable of removing surface defects and a high growth rate without requiring the secondary process as described above.

실시예는 결정 결함이 적은 에피택셜층의 성장 방법을 제공하고자 한다.The embodiment aims to provide a method for growing an epitaxial layer having fewer crystal defects.

실시예는 챔버 내에 기판을 배치하는 단계; 상기 챔버 내에 탄소원과 규소원을 공급하며, 상기 기판 위에 탄화 규소 에피택셜층을 성장시키는 단계; 및 상기 탄소원과 규소원 중 적어도 하나의 공급량을 조절하여, 상기 에피택셜층 내에 적어도 하나의 도핑 농도 조절층을 형성하는 단계를 포함하는 탄화규소 에피택셜층의 성장 방법을 제공한다.An embodiment includes placing a substrate in a chamber; Supplying a carbon source and a silicon source into the chamber, and growing a silicon carbide epitaxial layer on the substrate; And forming at least one doping concentration control layer in the epitaxial layer by adjusting the supply amount of at least one of the carbon source and the silicon source.

다른 실시예는 챔버 내에 기판을 배치하는 단계; 상기 챔버 내에 탄소원과 규소원을 공급하며, 상기 기판 위에 탄화 규소 에피택셜층을 성장시키는 단계; 및 상기 에피택셜층 내에 도펀트의 공급량을 조절하여 적어도 하나의 도핑 농도 조절층을 형성하는 단계를 포함하는 탄화규소 에피택셜층의 성장 방법을 제공한다.Another embodiment includes placing a substrate in a chamber; Supplying a carbon source and a silicon source into the chamber, and growing a silicon carbide epitaxial layer on the substrate; And forming at least one doping concentration controlling layer by controlling the supply amount of a dopant in the epitaxial layer.

도핑 농도 조절층은 복수 개가 구비되고, 인접한 도핑 농도 조절층은 10 마이크로 미터 내지 20 마이크로 미터의 주기로 성장될 수 있다.A plurality of doping concentration controlling layers may be provided, and adjacent doping concentration controlling layers may be grown in a period of 10 micrometers to 20 micrometers.

각각의 도핑 농도 조절층은 0.2 마이크로 미터 내지 0.4 마이크로 미터의 두께로 성장될 수 있다.Each doping concentration control layer may be grown to a thickness of 0.2 micrometers to 0.4 micrometers.

탄소원과 규소원은 1대 1의 몰비로 공급되되, 상기 도핑 농도 조절층의 성장 중에 상기 탄소원과 규소원은 0.8 대 1 내지 1.2 대 1의 몰비로 공급될 수 있다.The carbon source and the silicon source are supplied at a molar ratio of 1 to 1, and the carbon source and the silicon source may be supplied at a molar ratio of 0.8 to 1 to 1.2 to 1 during the growth of the doping concentration control layer.

도핑 농도 조절층 내에서 상기 도펀트의 도핑량과 다른 영역에서의 상기 도펀트의 도핑량보다 0.8 대 1 내지 1.2 대 1의 몰비를 가질 수 있다.The doping concentration control layer may have a molar ratio of 0.8 to 1 to 1.2 to 1 than the doping amount of the dopant and the doping amount of the dopant in a different region.

도핑 농도 조절층은 복수 개가 구비되고, 상기 탄소의 도핑 농도가 증가된 층과 상기 탄소의 도핑 농도가 감소된 층이 교대로 배치될 수 있다.A plurality of doping concentration control layers may be provided, and a layer having an increased doping concentration of carbon and a layer having a reduced doping concentration of carbon may be alternately disposed.

도핑 농도 조절층은 복수 개가 구비되고, 상기 도펀트의 도핑량이 증가되는 층과 상기 도펀트의 도핑량이 감소하는 층이 교대로 배치될 수 있다.A plurality of doping concentration control layers may be provided, and a layer in which a doping amount of the dopant is increased and a layer in which a doping amount of the dopant is decreased may be alternately disposed.

도핑 농도 조절층은 복수 개가 구비되고, 각각의 도핑 농도 조절층의 두께는 증가와 감소를 반복할 수 있다.A plurality of doping concentration control layers are provided, and the thickness of each doping concentration control layer may increase and decrease repeatedly.

또 다른 실시예는 기판; 기판 상에 배치되는 탄화규소로 이루어진 에피택셜층; 상기 에피택셜층 내부에 배치되고, 탄소와 규소의 서로 다른 몰비로 결합되어 형성된 도핑 농도 조절층; 및 상기 에피택셜층 상에 배치되는 소스 전그과 드레인 전극 및 게이트 전극을 포함하는 전력 소자을 제공한다.Another embodiment is a substrate; An epitaxial layer made of silicon carbide disposed on the substrate; A doping concentration control layer disposed inside the epitaxial layer and formed by bonding at different molar ratios of carbon and silicon; And a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode disposed on the epitaxial layer.

전력 소자 내의 도핑 농도 조절층은, 상술한 방법으로 형성될 수 있다.The doping concentration control layer in the power device may be formed by the above-described method.

실시예에 따른 탄화규소 에피택셜층은 탄소와 규소의 공급량을 달리한 도핑 농도 조절층이 포함되어, 결정 결함이 감소하여 품질이 우수하다.The silicon carbide epitaxial layer according to the embodiment includes a doping concentration controlling layer in which the amounts of carbon and silicon supplied are different, and thus, crystal defects are reduced and thus the quality is excellent.

도 1은 실시예에 따른 탄화규소 에피택셜 웨이퍼의 성장 방법의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 2는 CVD법으로 에피택셜층을 성장시키는 원리를 나타낸 도면이고,
도 3a 내지 도 3c는 성장되는 도핑 농도 조절층의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 상술한 공정으로 성장된 에피택셜층을 포함하는 전력소자의 일실시예를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an embodiment of a method for growing a silicon carbide epitaxial wafer according to the embodiment,
2 is a diagram showing the principle of growing an epitaxial layer by a CVD method,
3A to 3C are views showing an embodiment of a grown doping concentration control layer,
4 is a diagram showing an embodiment of a power device including an epitaxial layer grown by the above-described process.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention capable of realizing the above object will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, in the case where it is described as being formed in "on or under" of each element, the upper (upper) or lower (lower) (on or under) includes both elements in direct contact with each other or in which one or more other elements are indirectly formed between the two elements. In addition, when expressed as “on or under”, it may include not only an upward direction but also a downward direction based on one element.

도 1은 실시예에 따른 탄화규소 에피택셜 웨이퍼의 성장 방법의 일실시예를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an embodiment of a method of growing a silicon carbide epitaxial wafer according to the embodiment.

먼저, 챔버 내에 기판을 배치한다(S110). 챔버는 CVD 공정이 진행되도록 밀폐된 영역을 형성하며, 후술하는 바와 같이 소스 물질의 공급과 배기 등의 공정이 진행될 수 있다.First, a substrate is placed in the chamber (S110). The chamber forms a sealed area so that the CVD process proceeds, and processes such as supplying and evacuating a source material may be performed as described below.

그리고, 기판 상에 탄소원과 규소원을 공급하며 기판 위에 탄화 규소 에피택셜층을 성장시킨다(S120). 이하에서, 도 2를 참조하여 탄소원과 규소원을 공급하여 SiC 에피택셜층을 성장시키는 공정을 상세히 설명한다.Then, a carbon source and a silicon source are supplied on the substrate, and a silicon carbide epitaxial layer is grown on the substrate (S120). Hereinafter, a process of growing a SiC epitaxial layer by supplying a carbon source and a silicon source will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2는 CVD법으로 에피택셜층을 성장시키는 원리를 나타낸 도면이다. 챔버(110) 내에 기판(Substrate)이 배치되고, 소스 공급부(120)로부터 탄소원과 규소원이 공급되며, 에너지부(130)로부터 반응 에너지가 챔버(110) 내부로 공급될 수 있다.2 is a diagram showing the principle of growing an epitaxial layer by the CVD method. A substrate is disposed in the chamber 110, a carbon source and a silicon source are supplied from the source supply unit 120, and reaction energy may be supplied into the chamber 110 from the energy unit 130.

소스(suorce) 물질로는 기상의 실란(SiH4)과 에틸렌(C2H4) 또는 실란과 프로판(C3H8)이 규소원과 탄소원으로 공급될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.As a source material, gaseous silane (SiH 4 ) and ethylene (C 2 H 4 ) or silane and propane (C 3 H 8 ) may be supplied as a silicon source and a carbon source, but the present invention is not limited thereto.

에너지부(130)에서 챔버(110)의 내부를 탄화규소 에피택셜층의 증착 온도까지 가열할수 있으며, 예를 들면 1500℃ 내지 1700℃의 온도까지 가열할 수 있다.The energy unit 130 may heat the interior of the chamber 110 to the deposition temperature of the silicon carbide epitaxial layer, for example, to a temperature of 1500°C to 1700°C.

성장 온도에서는 챔버에 투입된 소스 물질들이 중간 화합물로 분해되고, 중간 화합물과 챔버 내에 위치하는 기판와 반응하여 기판 상에 탄화규소(SiC) 에피택셜층이 증착되며 성장할 수 있다.At the growth temperature, source materials introduced into the chamber are decomposed into an intermediate compound, and react with the intermediate compound and a substrate positioned in the chamber to form a silicon carbide (SiC) epitaxial layer on the substrate and grow.

중간 화합물은 예를 들면 CH3, SiCl, SiCl2, SiHCl 및 SiHCl2등을 포함하는 CHx(1≤x＜4) 또는 SiClx(1≤x＜4)를 포함할 수 있다.The intermediate compound may include CH x (1≦x<4) or SiCl x (1≦ x<4) including, for example, CH 3 , SiCl, SiCl 2 , SiHCl and SiHCl 2.

반응 에너지는 열, 플라즈마, UV나 레이저 등의 열 등의 형태로 공급되는데, 기체 상태의 소스인 탄소원과 규소원이 반응 에너지를 받아서 원자 단위로 분해되고 반응하여 기판 상에 고체 상태의 탄화규소로 증착될 수 있다. 이때, 부산물은 배기부(140)를 통하여 챔버(110) 외부로 방출될 수 있다.Reaction energy is supplied in the form of heat, plasma, heat such as UV or laser, and the carbon source and silicon source, which are gaseous sources, receive the reaction energy and are decomposed and reacted in atomic units to form solid silicon carbide on the substrate. Can be deposited. In this case, the by-product may be discharged to the outside of the chamber 110 through the exhaust unit 140.

그리고, 에피택셜층의 성장 중에 탄소원과 규소원 중 적어도 하나의 공급량을 조절하여, 에피택셜층 내에 적어도 하나의 도핑 농도 조절층을 형성한다(S130). 이때, 챔버 내부로 공급되는 탄소원의 양을 과량 또는 소량으로 조절하거나, 규소원의 양을 과량 또는 소량으로 조절할 수 있으며, 에피택셜층 내에서 탄소 또는 규소의 도핑량이 상대적으로 다른 층이 성장될 수 있는데 이러한 층을 '도핑 농도 조절층'이라 할 수 있다.In addition, during the growth of the epitaxial layer, at least one doping concentration control layer is formed in the epitaxial layer by adjusting the supply amount of at least one of the carbon source and the silicon source (S130). At this time, the amount of carbon source supplied into the chamber may be adjusted to an excessive or small amount, or the amount of silicon source may be adjusted to an excessive or small amount, and a layer with a relatively different doping amount of carbon or silicon may be grown in the epitaxial layer. However, such a layer can be referred to as a'doping concentration control layer'.

탄화수소 에피택셜층의 성장 공정에서 탄소원과 규소원은 1 대 1의 몰비로 공급될 수 있으나, 도핑 농도 조절층의 성장 공정에서 탄소원과 규소원의 몰비를 0.8 대 1 내지 1.2 대 1의 범위 내에서 조절하여 규소원 또는 탄소원이 더 많이 공급되게 할 수 있다.In the growth process of the hydrocarbon epitaxial layer, the carbon source and the silicon source may be supplied in a molar ratio of 1 to 1, but the molar ratio of the carbon source and the silicon source in the growth process of the doping concentration control layer is within the range of 0.8 to 1 to 1.2 to 1. Adjustments can be made to provide more silicon or carbon sources.

탄소원과 규소원의 몰비가 상술한 범위를 벗어나게 공급되면 성장되는 에피택셜층 내의 격자 상수가 달라져서, 결정 구조가 틀어지고 전위(dislocation) 등의 결함이 증가할 수 있다.If the molar ratio of the carbon source and the silicon source is supplied outside the above-described range, the lattice constant in the epitaxial layer to be grown may be changed, resulting in a change in the crystal structure and an increase in defects such as dislocation.

에피택셜층의 두께가 10 마이크로 미터 이상으로 두꺼워지면 결정 결함이 증가할 수 있으므로, 결함의 감소를 위하여 도핑 농도 조절층을 성장시킬 실익이 크다.When the thickness of the epitaxial layer is increased to 10 micrometers or more, crystal defects may increase. Therefore, it is advantageous to grow a doping concentration control layer to reduce defects.

도 3a는 성장되는 도핑 농도 조절층의 일실시예를 나타낸 도면이다.3A is a view showing an embodiment of a grown doping concentration control layer.

도핑 농도 조절층(230)은 0.2 마이크로 미터 내지 0.4 마이크로 미터의 두께(t)를 가지도록 성장될 수 있는데, 도핑 농도 조절층(230)의 두께(t)가 0.2 마이크로 미터보다 작아지거나 0.4 마이크로 미터보다 크면 격자 상수가 변하여 에피택셜층의 결정 결함이 증가할 수 있다.The doping concentration control layer 230 may be grown to have a thickness t of 0.2 micrometer to 0.4 micrometer, and the thickness t of the doping concentration control layer 230 is less than 0.2 micrometer or 0.4 micrometer. If it is greater than, the lattice constant may change and crystal defects in the epitaxial layer may increase.

이러한 도핑 농도 조절층(230)은 에피텍셜층의 전체 두께가 커짐에 따라 2회 이상 성장시킬 수도 있는데, 예를 들면 도핑 농도 조절층(230)의 주기(T)는 10 마이크로 미터 내지 20 마이크로 미터일 수 있다.The doping concentration control layer 230 may be grown two or more times as the total thickness of the epitaxial layer increases. For example, the period T of the doping concentration control layer 230 is 10 micrometers to 20 micrometers. Can be

도핑 농도 조절층(230)의 주기가 상술한 범위보다 작으면 결정 결함이 증가할 수 있고, 상술한 범위보다 크면 도핑 농도 조절층(230)들 사이에서 에피택셜층 내의 결정 결함이 증가할 수 있다.If the period of the doping concentration control layer 230 is less than the above-described range, crystal defects may increase, and if it is greater than the above-described range, crystal defects in the epitaxial layer between the doping concentration control layers 230 may increase. .

도 3b는 성장되는 도핑 농도 조절층의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.3B is a view showing another embodiment of a grown doping concentration control layer.

복수 개의 도핑 농도 조절층이 성장될 때 탄소의 도핑 농도가 증가된 제1 도핑 농도 조절층(230a)과 규소의 도핑 농도가 증가된 제2 도핑 농도 조절층(230b)이 번갈아 배치될 수도 있다. 제1 도핑 농도 조절층(230a) 및 제2 도핑 농도 조절층(230b)의 성장은, 에피택셜층(220)의 성장 중에 탄소원 또는 규소원의 공급량을 증가시키거나 또는 감소시키는 방법으로 진행할 수 있다.When a plurality of doping concentration control layers are grown, a first doping concentration control layer 230a having an increased doping concentration of carbon and a second doping concentration control layer 230b having an increased doping concentration of silicon may be alternately disposed. Growth of the first doping concentration control layer 230a and the second doping concentration control layer 230b may be performed by increasing or decreasing the supply amount of the carbon source or silicon source during the growth of the epitaxial layer 220. .

이때, 제1 도핑 농도 조절층(230a) 및 제2 도핑 농도 조절층(230b)의 두께(ta, tb)와 배치 주기(T)는 도 3a에 도시된 실시예와 동일할 수 있다. In this case, the thicknesses (t a , t b ) and the arrangement period (T) of the first doping concentration control layer 230a and the second doping concentration control layer 230b may be the same as those of the embodiment illustrated in FIG. 3A.

도 3c는 성장되는 도핑 농도 조절층의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.3C is a view showing another embodiment of the grown doping concentration control layer.

복수 개의 도핑 농도 조절층이 구비될 때 상대적으로 두께(t1)가 두꺼운 제1 층(231)과 상대적으로 두께(t2)가 얇은 제2 층(232)이 반복되어 배치될 수 있는데, 제1 층(231)과 제2 층(232)의 성장시에 공급되는 탄소원과 규소원의 몰비의 변화는 상술한 범위 이내일 수 있다.When a plurality of doping concentration control layers are provided, a first layer 231 having a relatively thick thickness t 1 and a second layer 232 having a relatively thin thickness t 2 may be repeatedly disposed. A change in the molar ratio of the carbon source and the silicon source supplied when the first layer 231 and the second layer 232 are grown may be within the above-described range.

서로 다른 두께를 가지는 도핑 농도 조절층인 제1층(231)과 제2층(232)들의 배치 주기(T)는 도 3a에 도시된 실시예와 동일할 수 있다.The arrangement period T of the first layer 231 and the second layer 232, which are doping concentration control layers having different thicknesses, may be the same as in the embodiment illustrated in FIG. 3A.

상술한 실시예들에서 도핑 농도 조절층들은 에피택셜층의 전 영역에서 성장될 수 있으나, 후술하는 전기적 특성 등을 고려하여 일부 영역에서만 성장될 수도 있다. 그리고, 도핑 농도 조절층들이 복수 개 배치될 때, 각각의 복수 농도 조절층의 배치 주기는 상술한 범위 내에서 서로 다를 수 있다.In the above-described embodiments, the doping concentration control layers may be grown in all regions of the epitaxial layer, but may be grown only in some regions in consideration of electrical characteristics, which will be described later. In addition, when a plurality of doping concentration control layers are disposed, a disposition period of each of the plurality of concentration control layers may be different within the above-described range.

상술한 도핑 농도 조절층은 탄소(C)와 규소(Si)의 공급량을 달리하여 형성되는데, 통상 규소 원자 하나에 탄소 원자 4개가 결합하는데 탄소와 규소가 1 대 1로 공급될 경우 탄소가 부족하여 규소와 규소 사이의 결합 거리가 짧아져서, 에피택셜층 내에 압축 결함이 발생할 수 있다.The above-described doping concentration control layer is formed by varying the amount of supply of carbon (C) and silicon (Si). Usually, four carbon atoms are bonded to one silicon atom. However, when carbon and silicon are supplied one to one, carbon is insufficient. Since the bonding distance between silicon and silicon is shortened, compression defects may occur in the epitaxial layer.

이때, 탄소의 농도를 증가시키면 에피택셜층이 신장되어 압축 결함이 감소할 수 있다. 단, 규소에 비하여 탄소의 도핑 농도가 증가하면 전기적인 특성은 감소할 수 있다.In this case, when the concentration of carbon is increased, the epitaxial layer is elongated, so that compression defects may be reduced. However, when the doping concentration of carbon increases compared to silicon, the electrical properties may decrease.

상술한 바와 같이 에피택셜층의 성장 중에 탄소 또는 규소의 도핑 농도를 조절하여, 에피택셜층 내에서 성장할 수 있는 결정 결함을 감소시킬 수 있다. 이러한 도핑 농도 조절층은 내부의 원소의 양을 분석하여 각각의 원소의 양이 일정하지 않은 것으로부터 확인할 수 있다.As described above, by adjusting the doping concentration of carbon or silicon during growth of the epitaxial layer, crystal defects that may grow in the epitaxial layer may be reduced. This doping concentration control layer can be confirmed from the fact that the amount of each element is not constant by analyzing the amount of the element inside.

다른 실시예에 따르면, 탄소원과 규소원의 공급량을 달리하지 않고 도펀트의 공급량을 달리하여 도핑 농도 조절층을 형성할 수도 있다.According to another embodiment, the doping concentration control layer may be formed by varying the supply amount of the dopant without changing the supply amount of the carbon source and the silicon source.

예를 들어, 질소(N)를 도펀트로 사용할 경우, 질소의 공급량을 달리하여 도핑 농도 조절층을 형성할 수 있다. 이때, 질소의 도핑량이 증가 또는 감소된 도핑 농도 조절층의 두께나 거리는 상술한 도 3a에 도시된 실시예와 동일할 수 있고, 도 3c에 도시된 바와 같이 질소의 도핑량이 증가되거나 감소한 층이 서로 교대로 배치될 수도 있다.For example, when nitrogen (N) is used as a dopant, a doping concentration control layer may be formed by varying the amount of nitrogen supplied. At this time, the thickness or distance of the doping concentration control layer with an increased or decreased doping amount of nitrogen may be the same as that of the embodiment shown in FIG. 3A, and as shown in FIG. They can also be placed alternately.

상술한 방법으로 성장된 탄화규소 에피택셜층은 100V/um(볼트/마이크로 미터) 정도의 내전압 특성을 가지며, 사용될 어플리케이션에서의 정격전압(Breakdown Voltage; BV)에 따라 두께가 달라질 수 있다. 예를 들면, 자동차용은 6~15um, 전철이나 산업기기용은 25~50um, 신재생에너지용은 10~50um, 송배전용은 50~200um 정도의 두께로 성장될 수 있다.The silicon carbide epitaxial layer grown by the above-described method has a withstand voltage characteristic of about 100V/um (volt/micrometer), and the thickness may vary according to a breakdown voltage (BV) in the application to be used. For example, it can be grown to a thickness of 6 to 15 um for automobiles, 25 to 50 um for trains and industrial devices, 10 to 50 um for new and renewable energy, and 50 to 200 um for transmission and distribution.

도 4는 상술한 공정으로 성장된 에피택셜층을 포함하는 전력소자의 일실시예를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing an embodiment of a power device including an epitaxial layer grown by the above-described process.

실시예에 따른 전력소자(400)는 기판(410) 위에 버퍼층(415)과 에피택셜층(420)이 성장되고, 에피택셜층(420) 내에 도핑 농도 조절층(430)이 형성되고, 에피택셜층(420) 상에 소스 전극(450)과 드레인 전극(460) 및 게이트 전극(470)이 배치된다.In the power device 400 according to the embodiment, a buffer layer 415 and an epitaxial layer 420 are grown on a substrate 410, a doping concentration controlling layer 430 is formed in the epitaxial layer 420, and epitaxial A source electrode 450, a drain electrode 460, and a gate electrode 470 are disposed on the shell layer 420.

기판(410)은 탄화 규소(SiC) 기판일 수 있고, 기타 사파이어 기판, Si 기판, GaN 기판 등이 사용될 수 있다. 기판(410)은 에피택셜층(420)과의 사이에서 격자 상수차이(lattice constant difference)가 작거나 또는 거의 없는 단결정 기판을 이용할 수 있다.The substrate 410 may be a silicon carbide (SiC) substrate, and other sapphire substrates, Si substrates, GaN substrates, and the like may be used. As the substrate 410, a single crystal substrate having little or no lattice constant difference between the epitaxial layer 420 and the epitaxial layer 420 may be used.

기판(410)과 에피택셜층(420)이 이종인 경우, 이종 재료 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, 버퍼층(415)을 형성할 수 있다.When the substrate 410 and the epitaxial layer 420 are of different types, since the lattice mismatch between the different materials is very large and the difference in the coefficient of thermal expansion between them is also very large, a dislocation that deteriorates the crystallinity, Since melt-back, crack, pit, and surface morphology defects may occur, the buffer layer 415 may be formed.

에피택셜층(420)은 상술한 바와 같이 탄화 규소로 이루어지며, CVD 방법 등으로 성장될 수 있다. 에피택셜층(420)의 두께는 특별한 제한은 없으나, 도핑 농도 조절층(430)이 배치될 때 에피택셜층(420)의 두께는 적어도 10 마이크로 미터 이상일 수 있다.The epitaxial layer 420 is made of silicon carbide as described above, and may be grown by a CVD method or the like. The thickness of the epitaxial layer 420 is not particularly limited, but when the doping concentration control layer 430 is disposed, the thickness of the epitaxial layer 420 may be at least 10 micrometers or more.

도핑 농도 조절층(430)은 상술한 바와 같이 탄소원과 규소원 중 하나의 공급량을 조절하거나 질소 등의 도펀트의 양을 조절하거 형성될 수 있으며, 도 4에서 하나의 도핑 농도 조절층(430)이 형성되나 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 2개 이상이 형성될 수도 있다.As described above, the doping concentration control layer 430 may be formed by adjusting the supply amount of one of the carbon source and the silicon source or by adjusting the amount of a dopant such as nitrogen. Although formed, two or more may be formed as shown in FIGS. 3A to 3C.

에피택셜층(420) 상에는 소스 전극(450)과 드레인 전극(460) 및 게이트 절연막(475)을 통하여 게이트 전극(470)이 형성될 수 있다.A gate electrode 470 may be formed on the epitaxial layer 420 through the source electrode 450, the drain electrode 460, and the gate insulating layer 475.

게이트 절연막(475)을 마련함으로써, 게이트 전극(470)에 순방향 바이어스 전압을 인가했을 때의 리크 전류를 작게 할 수 있기 때문에, 큰 순방향 전압을 인가할 수 있게 된다.By providing the gate insulating film 475, since the leakage current when the forward bias voltage is applied to the gate electrode 470 can be reduced, a large forward voltage can be applied.

소스 전극(450)과 드레인 전극(460) 및 게이트 전극(470)은 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 일 예로 금속으로 이루어질 수 있으며, 보다 상세하게는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.The source electrode 450, the drain electrode 460, and the gate electrode 470 may be made of a conductive material, for example, a metal, and more specifically, aluminum (Al), titanium (Ti), and chromium (Cr). ), nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au) may be formed in a single-layer or multi-layered structure.

에피택셜층(420)의 측면에는 분리층(480)이 배치될 수 있는데, 분리층(480)은 기판(410) 상에 복수 개의 에피택셜층(420)을 포함하는 전력소자가 배치될 때 서로 전기적으로 간섭하지 않도록 할 수 있다.The separation layer 480 may be disposed on the side of the epitaxial layer 420. The separation layer 480 is electrically connected to each other when a power device including a plurality of epitaxial layers 420 is disposed on the substrate 410. Can be avoided to interfere.

게이트 절연막(475) 및 분리층(480)은 절연성 물질로 이루어질 수 있으며, 일예로 질화물계 또는 산화물계 절연물로 이루어질 수 있다.The gate insulating layer 475 and the separation layer 480 may be formed of an insulating material, and for example, may be formed of a nitride-based or oxide-based insulating material.

상술한 전력 소자는, 에피택셜층 내에 도핑 농도 조절층이 형성되어 결정 결함이 감소하여 품질이 우수할 수 있다.In the power device described above, since a doping concentration control layer is formed in the epitaxial layer, crystal defects may be reduced, and thus quality may be excellent.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the embodiments have been described above, these are only examples and do not limit the present invention, and those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs are not exemplified above without departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

110: 챔버 120: 소스 공급부
130: 에너지부 140: 배기부
210, 410: 기판 220, 420: 에피택셜층
230, 430: 도핑 농도 조절층 230a: 제1 도핑 농도 조절층
230b: 제2 도핑 농도 조절층 231: 제1 층
232: 제2 층 450: 소스 전극
460: 드레인 전극 470: 게이트 전극
475: 게이트 절연막 480: 분리층110: chamber 120: source supply
130: energy unit 140: exhaust unit
210, 410: substrate 220, 420: epitaxial layer
230, 430: doping concentration control layer 230a: first doping concentration control layer
230b: second doping concentration control layer 231: first layer
232: second layer 450: source electrode
460: drain electrode 470: gate electrode
475: gate insulating film 480: separation layer

Claims (11)

챔버 내에 기판을 배치하는 단계;
상기 챔버 내에 탄소원과 규소원을 공급하며, 상기 기판 위에 탄소와 규소의 도핑량이 동일한 복수의 에피택셜층들을 성장시키는 단계; 및
상기 탄소원과 규소원 중 적어도 하나의 공급량을 조절하여, 상기 복수의 에피택셜층들의 사이에 상기 탄소의 도핑 농도가 증가된 제1 도핑 농도 조절층과 상기 규소의 도핑 농도가 증가된 제2 도핑 농도 조절층을 번갈아 성장시키는 단계를 포함하고,
상기 제1 도핑 농도 조절층과 상기 제2 도핑 농도 조절층은 상기 복수의 에피택셜층들 중 하나를 사이에 두고 성장되는 탄화규소 에피택셜층의 성장 방법.Placing the substrate in the chamber;
Supplying a carbon source and a silicon source into the chamber, and growing a plurality of epitaxial layers on the substrate with the same doping amount of carbon and silicon; And
The first doping concentration control layer in which the doping concentration of carbon is increased between the plurality of epitaxial layers by controlling the supply amount of at least one of the carbon source and the silicon source, and a second doping concentration in which the doping concentration of silicon is increased Including the step of alternately growing the control layer,
The method of growing a silicon carbide epitaxial layer in which the first doping concentration controlling layer and the second doping concentration controlling layer are grown with one of the plurality of epitaxial layers interposed therebetween. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 도핑 농도 조절층과 제2 도핑 농도 조절층은 각각 복수 개가 구비되고, 인접한 제1 도핑 농도 조절층과 제2 도핑 농도 조절층은 10 마이크로 미터 내지 20 마이크로 미터의 주기로 성장되고,
상기 제1 도핑 농도 조절층과 제2 도핑 농도 조절층은 각각 0.2 마이크로 미터 내지 0.4 마이크로 미터의 두께로 성장되는 탄화규소 에피택셜층의 성장 방법.The method of claim 1,
A plurality of the first doping concentration control layer and the second doping concentration control layer are each provided, and the adjacent first doping concentration control layer and the second doping concentration control layer are grown in a period of 10 micrometers to 20 micrometers,
The first doping concentration controlling layer and the second doping concentration controlling layer are each grown to a thickness of 0.2 micrometers to 0.4 micrometers. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 탄소원과 규소원은 1대 1의 몰비로 공급되되, 상기 제1 도핑 농도 조절층의 성장 중에 상기 탄소원과 규소원은 1.2 대 1의 몰비로 공급되고, 상기 제2 도핑 농도 조절층의 성장 중에 상기 탄소원과 규소원은 0.8 대 1의 몰비로 공급되는 탄화규소 에피택셜층의 성장 방법.The method of claim 1,
The carbon source and the silicon source are supplied at a molar ratio of 1 to 1, the carbon source and the silicon source are supplied at a molar ratio of 1.2 to 1 during the growth of the first doping concentration control layer, and during the growth of the second doping concentration control layer The method of growing a silicon carbide epitaxial layer in which the carbon source and the silicon source are supplied at a molar ratio of 0.8 to 1. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 도핑 농도 조절층과 제2 도핑 농도 조절층은 각각 복수 개가 구비되고, 각각의 제1 도핑 농도 조절층과 제2 도핑 농도 조절층의 두께는 증가와 감소를 반복하는 탄화규소 에피택셜층의 성장 방법.The method of claim 1,
The first doping concentration control layer and the second doping concentration control layer are provided with a plurality of each, and the thickness of each of the first doping concentration control layer and the second doping concentration control layer increases and decreases repeatedly. Method of growth. 기판;
기판 상에 배치되는 탄화규소로 이루어진 복수의 에피택셜층들;
상기 복수의 에피택셜층들의 사이에 배치되고, 탄소의 몰비가 규소의 몰비보다 큰 제1 도핑 농도 조절층;
상기 복수의 에피택셜층들의 사이에 배치되고, 상기 규소의 몰비가 상기 탄소의 몰비보다 큰 제2 도핑 농도 조절층; 및
상기 복수의 에피택셜층들 중 하나의 에피택셜층 상에 배치되는 소스 전극과 드레인 전극 및 게이트 전극을 포함하고,
상기 제1 도핑 농도 조절층과 상기 제2 도핑 농도 조절층은, 상기 복수의 에피택셜층들 중 다른 하나의 에피택셜층을 사이에 두고 이격되는 전력 소자.Board;
A plurality of epitaxial layers made of silicon carbide disposed on the substrate;
A first doping concentration control layer disposed between the plurality of epitaxial layers and having a molar ratio of carbon greater than a molar ratio of silicon;
A second doping concentration controlling layer disposed between the plurality of epitaxial layers and having a molar ratio of silicon greater than a molar ratio of carbon; And
A source electrode, a drain electrode, and a gate electrode disposed on one epitaxial layer among the plurality of epitaxial layers,
The first doping concentration controlling layer and the second doping concentration controlling layer are spaced apart from each other through the other epitaxial layer of the plurality of epitaxial layers. 삭제delete
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