KR102236395B1 - 탄화규소 잉곳 제조방법, 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 웨이퍼 제조방법 - Google Patents
탄화규소 잉곳 제조방법, 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 웨이퍼 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
구현예는 탄화규소 잉곳 제조과정에서 불활성기체의 유량, 반응용기의 열적 특성을 제어하여, 환산 탄성계수, 경도 등의 기계적 특성이 확보된 탄화규소 잉곳 및 탄화규소 웨이퍼를 제공한다.
또한, 구현예는 전위밀도 등의 결함 수치가 저하되고 양호한 품질의 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼를 제공한다.
또한, 구현예는 전위밀도 등의 결함 수치가 저하되고 양호한 품질의 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼를 제공한다.
Description
구현예는 탄화규소 잉곳 제조방법, 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 웨이퍼 제조방법에 관한 것이다.
탄화규소(SiC)는 2.2 eV 내지 3.3 eV의 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체이며, 그 우수한 물리적 화학적 특성으로 반도체 재료로서 연구 개발이 진행되고 있다.
탄화규소 단결정을 제조하는 방법으로, 액상 증착법(Liquid Phase Epitaxy; LPE), 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 물리적 기상 수송법(Physical Vapor Transport, PVT) 등이 있다. 그 중 물리적 기상 수송법은 도가니 내에 탄화규소 원료를 장입하고, 도가니 상단에는 탄화규소 단결정으로 이루어진 종자정을 배치한 다음 도가니를 유도가열 방식으로 가열하여 원료를 승화시켜, 종자정 상에 탄화규소 단결정을 성장시키는 방법이다.
물리적 기상 수송법은 높은 성장률을 가짐으로써 잉곳 형태의 탄화규소를 제작할 수 있어 가장 널리 이용되고 있다. 다만, 도가니 특성, 공정 조건 등에 따라 전류밀도가 변화하고, 도가니 내부 온도 분포 또한 변화하여 탄화규소 잉곳 및 탄화규소 웨이퍼의 적절한 기계적 특성 확보에 어려움이 있다.
외부적인 요인에 의해 과도한 변형이나 파손이 진행되는 것을 최소화하고, 적절한 기계적 특성을 만족하는 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼를 제조할 수 있는 보다 개선된 방법이 필요한 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 구현예의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
관련 선행문헌으로, 한국 공개특허공보 제10-2017-0076763호에 개시된 “탄화규소 단결정의 제조 방법 및 탄화규소 단결정 기판”, 한국 공개특허공보 제10-2010-0089103호에 개시된 “탄화규소 단결정 잉곳, 이것으로부터 얻어지는 기판 및 에피택셜 웨이퍼”등이 있다.
구현예의 목적은 탄화규소 잉곳 제조과정에서 불활성기체의 유량, 반응용기의 열적 특성을 제어하여, 환산 탄성계수, 경도 등의 기계적 특성이 확보된 탄화규소 잉곳 및 탄화규소 웨이퍼를 제공하는 데 있다.
구현예의 또 다른 목적은 전위밀도 등의 결함 수치가 저하되고 양호한 품질의 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼를 제공하는 데 있다.
구현예의 또 다른 목적은 상기 기계적 특성이 확보된 웨이퍼를 통해 에피택셜 웨이퍼 및 소자 제조 시, 기계적, 열적 변형을 최소화하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조방법은,
내부공간을 갖는 반응용기에 원료물질과 탄화규소 종자정을 이격되도록 배치하는 준비단계;
상기 내부공간의 온도, 압력 및 분위기를 조절하여 상기 원료물질을 승화시키고 상기 탄화규소 종자정 상에 탄화규소 잉곳을 성장시키는 성장단계; 및
상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;를 포함하고,
상기 성장단계는 100 sccm 내지 300 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행되고,
상기 냉각단계는 1 sccm 내지 250 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행되고,
상기 반응용기의 열전도도는 120 W/mK 이하일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 반응용기의 열전도도는 85 W/mK 이상일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 준비단계는 상기 반응용기를 둘러싸는 단열재; 상기 반응용기를 내부에 위치시킨 반응챔버; 및 상기 반응챔버 외부에 구비된 가열수단;을 더 배치하고,
상기 단열재는 2000 ℃에서 열전도도가 1.24 W/mK 이하일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 종자정은 직경이 4 인치 이상이고, 4H-탄화규소 구조를 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼는,
환산 탄성계수(reduced elastic modulus)가 300 GPa 내지 370 GPa이고,
경도가 35 GPa 내지 48 GPa이고,
상기 환산 탄성계수 및 경도는 삼각뿔(Berkovich) 형상의 인덴터를 10 mN의 하중으로 가한 나노인덴테이션 테스트에 따라 측정한 것이다.
일 구현예에 있어서, 상기 나노인덴테이션 테스트는 상기 탄화규소 웨이퍼의 최외곽 가장자리로부터 중심 방향으로 10 mm의 폭을 차지하는 고리 영역을 제외하고, 임의의 10 점을 측정한 것이다.
일 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 웨이퍼는 직경이 4 인치 이상이고, 4H-탄화규소 구조를 포함하고,
규소 원자 층이 표면 상에 나타난 일면인 Si면; 및
탄소 원자 층이 표면 상에 나타난 타면인 C면;을 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 웨이퍼는 듀폰 충격 테스트(Dupont impact tester)에 의해, 360 ㎛ 두께의 시편, 25 g의 중추로 측정한 크랙 발생 낙추높이가 100 mm 이상일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 환산 탄성계수의 표준편차가 5.5 GPa 이하이고,
상기 경도의 표준편차가 1.1 GPa 이하일 수 있다.
구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법은,
내부공간을 갖는 반응용기에 원료물질과 탄화규소 종자정을 이격되도록 배치하는 준비단계;
상기 내부공간의 온도, 압력 및 분위기를 조절하여 상기 원료물질을 승화시키고 상기 탄화규소 종자정 상에 탄화규소 잉곳을 성장시키는 성장단계; 및
상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;를 포함하고,
상기 성장단계는 100 sccm 내지 300 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행되고,
상기 냉각단계는 1 sccm 내지 250 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행되고,
상기 반응용기의 열전도도는 120 W/mK 이하이고,
상기 탄화규소 잉곳을 절단하여 탄화규소 웨이퍼를 마련하는 절단단계;를 포함하고,
상기 절단단계를 거친 탄화규소 웨이퍼를 래핑 및 표면 연마 처리한 탄화규소 웨이퍼는, 환산 탄성계수(reduced elastic modulus)가 300 GPa 내지 370 GPa이고, 경도가 35 GPa 내지 48 GPa일 수 있다.
구현예에 따른 반도체 소자는,
상기에 따른 탄화규소 웨이퍼;
상기 탄화규소 웨이퍼의 일면 상에 배치된 에피택셜 층;
상기 에피택셜 층을 사이에 두고 상기 탄화규소 웨이퍼와 반대쪽에 배치된 배리어 영역;
상기 상기 에피택셜 층과 접하는 소스 전극; 상기 배리어 영역 상에 배치된 게이트 전극; 및
상기 탄화규소 웨이퍼의 타면 상에 배치된 드레인 전극;을 포함할 수 있다.
구현예에 따라 제조되는 탄화규소 웨이퍼는 외부의 물리적인 요인, 열적인 요인에 의한 변형이 이루어지는 것을 최소화할 수 있고, 우수한 물성의 웨이퍼를 제공할 수 있다. 또한, 웨이퍼 내에 잔류하는 응력이 보다 감소된 웨이퍼를 제공할 수 있다.
구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조방법은 최적의 공정 조건을 설정하여, 환산 탄성계수 및 경도 특성이 확보되고 결함밀도 수치가 저하된 탄화규소 잉곳 및 탄화규소 웨이퍼를 제조할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 일례를 나타낸 개념도.
도 2는 일 구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조장치의 일례를 나타낸 개념도.
도 3은 나노인덴테이션 테스트에 따른 인덴터 압입 및 제거 시 하중-변위 곡선과 최대하중에서 기울기를 나타낸 그래프.
도 4는 실험예에서 결함 측정 시 결함 형상들을 예시적으로 전자현미경을 통해 촬영한 사진.
도 5는 실시예 2의 10번째 측정에서 탄화규소 웨이퍼의 C면(a) 및 Si면(b)를 전자현미경을 통해 촬영한 사진.
도 6은 실시예 2의 10번째 측정에서 탄화규소 웨이퍼의 C면(a) 및 Si면(b)의 나노인덴테이션 테스트에 따른 인덴터 압입 및 제거 시 하중-변위 곡선과 최대하중에서 기울기를 나타낸 그래프.
도 7은 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼가 적용된 반도체 소자의 일례를 나타낸 개략도.
도 2는 일 구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조장치의 일례를 나타낸 개념도.
도 3은 나노인덴테이션 테스트에 따른 인덴터 압입 및 제거 시 하중-변위 곡선과 최대하중에서 기울기를 나타낸 그래프.
도 4는 실험예에서 결함 측정 시 결함 형상들을 예시적으로 전자현미경을 통해 촬영한 사진.
도 5는 실시예 2의 10번째 측정에서 탄화규소 웨이퍼의 C면(a) 및 Si면(b)를 전자현미경을 통해 촬영한 사진.
도 6은 실시예 2의 10번째 측정에서 탄화규소 웨이퍼의 C면(a) 및 Si면(b)의 나노인덴테이션 테스트에 따른 인덴터 압입 및 제거 시 하중-변위 곡선과 최대하중에서 기울기를 나타낸 그래프.
도 7은 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼가 적용된 반도체 소자의 일례를 나타낸 개략도.
이하, 구현예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구현예의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, A 상에 B가 위치한다는 의미는 A 상에 직접 맞닿게 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에 B가 위치하는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
본 명세서에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 특별한 설명이 없는 한 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
이하, 구현예를 보다 상세하게 설명한다.
탄화규소 잉곳 및 웨이퍼는 공정 조건에 따라 기계적 물성이 저하될 수도 있고, 이에 따라 웨이퍼의 이송, 가공 및 처리 등의 과정에서 변형, 불량이 발생할 가능성이 있으며, 후속 소자 제조 공정에서 열적 변형 등으로 인해 에피택셜 층의 품질이 저하될 수 있다.
발명자들은 보다 결함이 적고, 환산 탄성계수, 경도 특성이 향상되고 후속 공정에서 열적 변형을 최소화할 수 있는 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼를 제조하는 방법을 연구하던 중, 물리적 기상 수송법을 적용하여 탄화규소를 성장시키는 것은 다양한 요인들 중 불활성 기체의 유량 제어, 도가니의 온도구배 등이 중요하고, 이러한 조건의 제어를 통해 보다 우수한 품질의 탄화규소 잉곳, 웨이퍼를 제조할 수 있는 점을 확인하여 구현예를 완성하였다.
탄화규소 잉곳 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조방법은,
내부공간을 갖는 반응용기(200)에 원료물질(300)과 탄화규소 종자정(110)을 이격되도록 배치하는 준비단계;
상기 내부공간의 온도, 압력 및 분위기를 조절하여 상기 원료물질을 승화시키고 상기 탄화규소 종자정 상에 탄화규소 잉곳(100)을 성장시키는 성장단계; 및
상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;를 포함한다.
상기 성장단계는 100 sccm 내지 300 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행될 수 있다.
상기 냉각단계는 1 sccm 내지 250 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행될 수 있다.
상기 반응용기의 열전도도는 120 W/mK 이하일 수 있다.
상기 냉각단계를 거쳐 회수된 탄화규소 잉곳을 절단하고, 래핑 및 표면 연마 처리하여 마련된 탄화규소 웨이퍼(10)는, 환산 탄성계수(reduced elastic modulus)가 300 GPa 내지 370 GPa이고, 경도가 35 GPa 내지 48 GPa일 수 있다.
상기 환산 탄성계수 및 경도는 삼각뿔(Berkovich) 형상의 인덴터를 10 mN의 하중으로 가한 나노인덴테이션 테스트에 따라 측정한 것이다.
상기 탄화규소 잉곳 제조방법은 도 2에 도시한 바와 같은 제조장치를 통해 진행될 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 탄화규소 잉곳 제조방법을 설명한다.
상기 준비단계의 원료물질(300)은 탄소원과 규소원을 갖는 분말 형태가 적용될 수 있고, 상기 분말이 서로 네킹 처리된 원료 또는 표면이 탄화 처리된 탄화규소 분말 등이 적용될 수 있다.
상기 준비단계의 반응용기(200)는 탄화규소 잉곳의 성장반응에 적절한 용기라면 적용될 수 있고, 구체적으로 흑연 도가니가 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응용기는 내부공간과 개구부를 포함하는 본체(210) 및 상기 개구부와 대응되어 상기 내부공간을 밀폐하는 덮개(220)를 포함할 수 있다. 상기 덮개는 상기 덮개와 일체로 또는 별도로 종자정 홀더를 더 포함할 수 있고, 상기 종자정 홀더를 통해 탄화규소 종자정과 원료물질이 서로 마주볼 수 있도록, 탄화규소 종자정을 고정할 수 있다.
상기 준비단계의 반응용기(200)는 열전도도가 120 W/mK 이하일 수 있고, 85 W/mK 이상일 수 있다. 상기 반응용기의 열전도도가 85 W/mK 미만인 경우, 잉곳 성장 시 반응용기의 온도 구배가 과도해져 잉곳의 크랙 발생 확률이 증가할 수 있고, 잉곳 내부의 응력이 증가할 수 있다. 상기 반응용기의 열전도도가 120 W/mK 초과일 경우, 유도가열 시 전류가 감소하고, 내부 발열온도 또한 감소하여 잉곳 성장률이 저하될 우려가 있으며, 불순물이 증가할 수 있다. 상기 열전도도 범위를 갖는 반응용기를 적용하여, 상기 반응용기의 온도구배가 안정적으로 이루어지도록 하고, 후속 단계를 통해 제조되는 잉곳이 목적으로 하는 기계적 특성을 달성할 수 있도록 한다.
상기 준비단계의 반응용기(200)는 단열재(400)에 의해 둘러싸여 고정될 수 있고, 상기 단열재로 둘러싸인 반응용기를 석영관과 같은 반응챔버(500)가 수용할 수 있다. 상기 단열재 및 반응챔버 외부에 구비된 가열수단(600)에 의해 상기 반응용기의 내부공간의 온도를 제어할 수 있다.
상기 가열수단(600)은 코일 형태의 유도가열 수단일 수 있다. 상기 유도가열 수단에 고주파의 교류전류가 공급되면 상기 반응용기(200)에 와전류가 발생되고, 이에 따라 반응용기의 저항에 의해 발생되는 줄 열에 의해 반응용기 내부공간이 가열될 수 있다.
상기 준비단계의 단열재(400)는 기공도가 72 % 내지 95 %일 수 있고, 75 % 내지 93 %일 수 있으며, 80 % 내지 91 %일 수 있다. 상기 기공도를 만족하는 단열재를 적용하는 경우 성장되는 탄화규소 잉곳의 크랙 발생을 보다 감소시킬 수 있다.
상기 준비단계의 단열재(400)는 압축강도가 0.2 Mpa 이상일 수 있고, 0.48 Mpa 이상일 수 있으며, 0.8 MPa 이상일 수 있다. 또한, 상기 단열재는 압축강도가 3 MPa 이하일 수 있고, 2.5 MPa 이하일 수 있다. 상기 단열재가 이러한 압축강도를 갖는 경우 열적/기계적 안정성이 우수하고, 애쉬(ash)가 발생할 확률이 떨어져 보다 우수한 품질의 탄화규소 잉곳을 제조할 수 있다.
상기 준비단계의 단열재(400)는 2000 ℃에서 열전도도가 1.79 W/mK 이하일 수 있고, 1.24 W/mK 이하일 수 있다. 상기 단열재의 2000 ℃에서 열전도도는 0.3 W/mK 이상일 수 있고, 0.48 W/mK 이상일 수 있다. 상기 열전도도 범위를 갖는 단열재를 통해, 잉곳 성장 시 상기 반응용기(200)의 열 방출을 차단함과 동시에 반응용기의 안정적인 온도 구배를 형성시킬 수 있도록 한다.
상기 준비단계의 단열재(400)는 그 밀도가 0.13 g/cc 이상일 수 있고, 0.17 g/cc 이상일 수 있다. 상기 단열재는 그 밀도가 0.28 g/cc이하일 수 있고, 0.24 g/cc이하일 수 있다. 상기 밀도 범위를 갖는 단열재를 통해, 제조되는 잉곳의 휨 및 뒤틀림 발생을 억제할 수 있다.
상기 준비단계의 반응챔버(500)는 반응챔버 내부와 연결되며 반응챔버 내부의 진공도를 조절하는 진공배기장치(700), 반응챔버 내부와 연결되며 반응챔버 내부에 기체를 유입시키는 배관(810) 및 제어하는 매스 플로우 컨트롤러(800)를 포함할 수 있다. 이들을 통해, 후속 성장단계 및 냉각단계에서 불활성기체의 유량을 조절할 수 있도록 한다.
상기 성장단계는 상기 내부공간의 온도, 압력 및 분위기를 조절하여 상기 원료물질(300)을 승화시키고 상기 탄화규소 종자정(110) 상에 탄화규소 잉곳(100)을 성장시키는 단계이다.
상기 성장단계는 상기 가열수단(600)에 의해 상기 반응용기(200) 및 반응용기의 내부공간을 가열하여 진행될 수 있고, 상기 가열과 동시에 또는 별도로 내부공간을 감압하여 압력을 조절하고, 불활성기체를 주입하며 탄화규소 잉곳의 성장을 유도할 수 있다.
상기 성장단계는 2000 ℃ 내지 2600 ℃의 온도와 1 torr 내지 200 torr의 압력 조건에서 진행될 수 있고, 상기 온도 및 압력 범위에서 보다 효율적으로 탄화규소 잉곳을 제조할 수 있다.
상기 성장단계는 예시적으로 상기 반응용기(200) 상부 및 하부의 온도가 2100 ℃ 내지 2500 ℃, 상기 반응용기 내부공간의 압력이 1 torr 내지 50 torr인 조건에서 진행될 수 있고, 상부 및 하부의 온도가 2150 ℃ 내지 2350 ℃, 상기 반응용기 내부공간의 압력이 1 torr 내지 30 torr인 조건에서 진행될 수 있다. 상기 온도 및 압력 조건을 상기 성장단계에 적용하는 경우 보다 고품질의 탄화규소 잉곳을 제조할 수 있다.
상기 성장단계는 1 ℃/min 내지 10 ℃/min의 승온 속도, 5 ℃/min 내지 10 ℃/min의 승온 속도로 상기 온도 범위까지 승온이 진행될 수 있고, 승온속도가 상대적으로 낮은 사전성장과정과 높은 성장진행과정을 포함할 수 있다.
상기 성장단계는 상기 반응용기(200) 내부에 소정 유량의 불활성기체를 가할 수 있다. 예시적으로, 상기 불활성기체는 상기 원료물질(300)에서 상기 탄화규소 종자정(110) 방향으로 흐름이 이루어질 수 있다. 이때, 상기 성장단계는 100 sccm 내지 300 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행될 수 있고, 150 sccm 내지 250 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행될 수 있다. 상기 유량이 100 sccm 미만이라면, 상기 원료물질의 승화량 감소로 불순물의 함량이 증가할 우려가 있고, 상기 유량이 300 sccm 초과라면 잉곳의 성장속도가 지나치게 급등하여 잉곳 품질이 저하될 우려가 있다. 상기 유량 범위에서 성장단계를 진행하여, 상기 반응용기 및 내부공간의 안정적인 온도구배가 형성되도록 하고, 상기 원료물질의 승화가 용이하게 이루어져 잉곳이 목적으로 하는 기계적 특성을 달성할 수 있도록 돕는다.
상기 성장단계의 불활성기체는 예시적으로 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합기체일 수 있고, 소량의 질소도 포함할 수 있다.
상기 냉각단계는 상기 성장된 탄화규소 잉곳을 소정 냉각속도 및 불활성기체 유량 조건에서 냉각하는 단계이다.
상기 냉각단계는 1 ℃/min 내지 10 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있고, 3 ℃/min 내지 9 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있다. 상기 냉각단계는 5 ℃/min 내지 8 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있다.
상기 냉각단계는 상기 성장단계와 마찬가지로 상기 반응용기(200) 내부에 소정 유량의 불활성기체를 가할 수 있다. 예시적으로 상기 불활성기체는 상기 원료물질(300)에서 상기 탄화규소 종자정(110) 방향으로 흐름이 이루어질 수 있다. 이때, 상기 냉각단계는 1 sccm 내지 300 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행될 수 있고, 10 sccm 내지 250 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행될 수 있다. 상기 유량이 1 sccm 미만이라면, 잉곳의 냉각 효율이 감소하고, 반응용기의 온도구배가 과도해져 잉곳의 크랙 발생확률 및 잉곳 내부 응력이 증가할 수 있다. 상기 유량이 300 sccm 초과라면, 냉각속도가 지나치게 증가하여 잉곳의 크랙 발생확률 및 잉곳 내부 응력이 증가할 수 있다. 상기 유량 범위에서 냉각단계를 진행하여, 상기 반응용기 및 내부공간의 안정적인 온도구배가 형성되도록 하고, 상기 탄화규소 잉곳의 냉각이 용이하게 이루어져 목적으로 하는 기계적 특성이 달성되도록 할 수 있다.
상기 성장단계의 불활성기체 유량(Fg) 및 냉각단계의 불활성기체의 유량(Fc)의 비 Fg/Fc는 0.33 내지 30일 수 있고, 0.6 내지 25일 수 있으며, 0.6 내지 6일 수 있다. 이러한 유량 비를 가짐으로, 성장 및 냉각 공정 시 완만한 유량 변화가 이루어지도록 하고, 성장 및 냉각되는 잉곳이 목적으로 하는 기계적 특성을 가질 수 있도록 한다.
상기 냉각단계는 상기 반응용기(200)의 내부공간의 압력 조절이 동시에 이루어질 수 있고, 상기 냉각단계와 별도로 압력 조절이 이루어질 수 있다. 상기 압력 조절은 상기 내부공간의 압력이 최대 800 torr가 되도록 이루어질 수 있다.
상기 냉각단계의 회수는 상기 탄화규소 종자정(110)과 접한 탄화규소 잉곳의 후면을 절단하여 진행될 수 있다. 이렇게 회수된 탄화규소 잉곳은 후속 과정을 통해 탄화규소 웨이퍼 형태로 가공될 수 있다.
탄화규소 웨이퍼 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼 제조방법은,
상기 탄화규소 잉곳의 제조방법을 통해 제조된 탄화규소 잉곳을 절단하여 웨이퍼를 마련하는 절단단계를 포함할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼 제조방법은 또한 상기 절단단계를 통해 마련된 탄화규소 웨이퍼의 두께를 평탄화하는 과정 및 표면을 연마하는 가공단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 절단단계는 상기 탄화규소 잉곳의 (0001)면 또는 탄화규소 종자정으로부터 성장이 시작된 면과 소정 오프 각을 갖도록 절단할 수 있다. 상기 오프 각은 0 °내지 10 °일 수 있다.
상기 절단단계는 상기 탄화규소 웨이퍼의 두께가 150 ㎛ 내지 900 ㎛이 되도록 할 수 있고, 200 ㎛ 내지 600 ㎛이 되도록 할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 절단단계 이전 상기 탄화규소 잉곳의 가장자리를 연마하여 직경이 일정한 원통형의 형상이 되도록 가공할 수 있다.
상기 절단단계 이후 마련된 탄화규소 웨이퍼는 절단 흔적 등 손상부위가 존재할 수 있어 후속 단계를 통해 이를 제거하고 평탄화 과정이 진행될 수 있다.
상기 가공단계에서 두께를 평탄화하는 과정은 휠 연삭이 웨이퍼의 양 측면에 적용되어 진행될 수 있고, 상기 절단단계에서 가해진 손상을 제거하고 균일한 두께를 가지도록 할 수 있다. 상기 연삭 휠은 표면에 입자가 매립된 형태일 수 있고, 상기 연삭 휠의 표면에 매립된 입자는 다이아몬드 등일 수 있다. 상기 연삭 휠과 탄화규소 웨이퍼가 서로 반대 방향으로 회전하며 진행될 수 있다. 상기 연삭 휠의 직경이 상기 탄화규소 웨이퍼의 직경보다 클 수 있다.
상기 가공단계는 상기 웨이퍼를 습식 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가공단계는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마는 회전하는 정반 상에 연마입자 슬러리를 가하면서, 회전하는 연마헤드에 고정된 탄화규소 웨이퍼를 소정 압력으로 접촉시켜 진행될 수 있다.
상기 제조방법을 통해 제조된 탄화규소 웨이퍼는 결함 밀도, 불순물 입자 수가 적고, 후술할 나노인덴테이션 테스트에 따른 기계적 특성이 양호한 이점일 가진다.
탄화규소 웨이퍼(10)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼는, 환산 탄성계수(reduced elastic modulus)가 300 GPa 내지 370 GPa이다.
구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼는, 경도가 35 GPa 내지 48 GPa이다.
상기 환산 탄성계수 및 경도는 삼각뿔(Berkovich) 형상의 인덴터를 10 mN의 하중으로 가한 나노인덴테이션 테스트에 따라 측정한 것이다.
웨이퍼의 기계적 특성을 측정하는 방법의 하나로 나노인덴테이션(nanoindentation) 방법을 적용할 수 있다. 나노인덴테이션은 일정한 기하학적 형상을 갖는 압입자인 인덴터(indenter)를 목적물의 표면으로 압입한 후 제거할 때, 인가된 하중의 변화에 따른 인덴터의 침투 깊이의 해석을 통해, 목적물의 기계적 특성을 분석할 수 있다. 도 3에 나노인덴테이션 테스트에 따른 하중-변위곡선과 최대하중에서 기울기 일례를 도시하였다. 이 때 인가되는 하중의 범위는 μN 내지 mN으로, 인덴터의 침투 깊이도 nm 내지 ㎛으로 측정할 수 있어, 웨이퍼의 경도, 탄성계수, 잔류응력 등 다양한 기계적 물성을 보다 정밀하게 파악할 수 있다. 구현예에서는 사용된 나노인덴테이션 테스트 장비는 웨이퍼의 표면에서 환산 탄성계수를 측정하기 위해 상기 인덴터의 압입 깊이가 100 nm 내지 150 nm가 되도록 할 수 있고, 구체적인 사항은 하기 실험예에 기재하였다.
상기 나노인덴테이션 테스트에서 경도(H)는 다음 식에 따라 계산될 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서, H는 경도이고, Fmax는 상기 인덴터가 목적물에 가해질 시 최대하중이고, Ap는 상기 인덴터가 목적물에 최대하중이 가해질 시 인덴터와 목적물의 접촉면적이다.
상기 나노인덴테이션 테스트에서 환산 탄성계수(Er, reduced elastic modulus)는 다음 식에 따라 계산될 수 있다.
[식 2]
상기 식 2에서, Er은 환산 탄성계수이고, β는 보정계수이고, S는 인덴터 하중-변위 곡선에서 최대하중에 도달 후 제거(unloading)할 때 기울기 값을 나타내는 강성도이고, Ap는 상기 인덴터가 목적물에 최대하중이 가해질 시 인덴터와 목적물의 접촉면적이다.
상기 보정계수 β는 일반적으로 인덴터가 축대칭형의 원뿔형일 경우 1, 사각뿔(Vickers) 형태일 경우 1.012, 삼각뿔(Berkovich) 형태일 경우 1.034일 수 있으며, 반드시 이에 고정되는 것은 아니고 측정장치에 따라 달라질 수 있다. 구현예에서는 삼각뿔(Berkovich) 형태의 인덴터를 통해 측정한 것을 기준으로 하였다.
탄화규소는 취성 및 경질의 소재로, 탄화규소 웨이퍼를 제조하기 위한 기계적 가공은 절단(슬라이싱), 평탄화(래핑) 및 연마 등을 포함하고, 이러한 가공은 다이아몬드 입자, 그리트 등을 통해 진행될 수 있다. 양호하지 못한 기계적 특성을 갖는 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼는, 가공, 이송, 처리과정 등의 작업 시 표면에서 취성 파괴 및 균열 전파 등의 문제가 발생할 수 있고, 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼는 나노인덴테이션 테스트에 따른 환산 탄성계수 및 경도가 특정 값이 되도록 하여, 상기 문제를 최소화하고자 하였다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 상기 나노인덴테이션 테스트에 따른 환산 탄성계수는 300 GPa 내지 370 GPa일 수 있고, 320 GPa 내지 370 GPa일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 상기 나노인덴테이션 테스트에 따른 경도는 35 GPa 내지 48 GPa일 수 있고, 40 GPa 내지 48 GPa일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 상기 환산 탄성계수 및 경도 값을 가짐으로, 외부 요인으로 발생할 수 있는 변형을 적절한 수준으로 제어해 웨이퍼의 손상 발생 가능성을 최소화할 수 있고, 후속 공정에서 결함 형성을 감소시킬 수 있다.
상기 나노인덴테이션 테스트는 상기 탄화규소 웨이퍼 표면의 임의의 영역에 삼각뿔(Berkovich) 형상의 인덴터를 10 mN의 하중으로 가한 조건에서 상기 기계적 특성을 도출할 수 있다. 예시적으로, 상기 삼각뿔 인덴터는 높이가 1 ㎛이고, 밑면이 정삼각형이고, 세 옆면 중 하나의 옆면은 밑면과의 각도가 24.7 °이고, 나머지 두 옆면은 밑면과의 각도가 12.95 °인 것일 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 웨이퍼 표면의 임의의 10 점을 측정하여 그 평균 값을 통해 상기 기계적 특성을 도출할 수 있고, 상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 최외곽 가장자리로부터 중심 방향으로 10 mm의 폭을 차지하는 고리 영역을 제외하고, 임의의 10 점을 측정하여 그 평균 값을 통해 상기 기계적 특성을 도출할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 상기 나노인덴테이션 테스트에 따른 환산 탄성계수의 표준편차는 5.5 GPa 이하일 수 있고, 5 GPa 이하일 수 있으며, 4 GPa 이하일 수 있다. 상기 환산 탄성계수의 표준편차는 0.1 GPa 이상일 수 있고, 0.2 GPa 이상일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 상기 나노인덴테이션 테스트에 따른 경도의 표준편차는 1.1 GPa 이하일 수 있고, 0.8 GPa 이하일 수 있다. 상기 경도의 표준편차는 0.1 GPa 이상일 수 있고, 0.2 GPa 이상일 수 있다.
상기 나노인덴테이션 테스트에 따른 환산 탄성계수 및 경도의 표준편차는, 상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 최외곽 가장자리로부터 중심 방향으로 10 mm의 폭을 차지하는 고리 영역을 제외하고, 임의의 10 점을 측정하여 계산될 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 이러한 나노인덴테이션 테스트에 따른 환산 탄성계수 및 경도의 표준편차 범위를 가짐으로, 웨이퍼 전역에 걸쳐 고른 기계적 물성을 나타낼 수 있고, 후속 웨이퍼 가공 과정, 에피택셜 층 형성과정에서 결함 발생을 최소화할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10) 4H-탄화규소 구조를 포함할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 규소 원자 층이 표면 상에 나타난 일면인 Si면; 및 탄소 원자 층이 표면 상에 나타난 타면인 C면;을 포함할 수 있다.
탄화규소 잉곳에서, 탄소 원자가 배열되는 층과 규소 원자가 배열되는 층 사이의 결합력은 다른 부분의 결합력 보다 약하므로, 특정 면에 평행한 방향으로 절단되기 쉽다. 따라서, 탄화규소 잉곳 절단 시 탄소 원자의 층과 규소 원자의 층의 경계로서 특정 면에 평행한 방향으로 절단되기 쉽고, 탄소 원자의 층과 규소 원자의 층이 절단면 상에 나타나게 된다.
이것은 연마가 수행된 후에도 동일하고, 따라서 탄화규소 웨이퍼에서, 일면은 규소 원자 층이 나타나는 소위 Si면일 수 있고, 타면은 탄소 원자 층이 나타나는 소위 C면일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 C면에서 상기 나노인덴테이션 테스트에 따른 환산 탄성계수는 330 GPa 내지 370 GPa일 수 있고, 340 GPa 내지 370 GPa일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 C면에서 상기 나노인덴테이션 테스트에 따른 경도는 38 GPa 내지 48 GPa일 수 있고, 40 GPa 내지 48 GPa일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 C면에서 상기 나노인덴테이션 테스트에 따른 환산 탄성계수의 표준편차는 5.5 GPa 이하일 수 있고, 5 GPa 이하일 수 있으며, 4 GPa 이하일 수 있다. 상기 환산 탄성계수의 표준편차는 0.1 GPa 이상일 수 있고, 0. 2 GPa 이상일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 C면에서 상기 나노인덴테이션 테스트에 따른 경도의 표준편차는 1 GPa 이하일 수 있고, 0.8 GPa 이하일 수 있다. 상기 경도의 표준편차는 0.1 GPa 이상일 수 있고, 0.2 GPa 이상일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 상기 기계적 특징을 가짐으로, 외력에 의해 발생 가능한 변형의 정도를 적절히 조절해, 내구성과 가공성을 만족하도록 한다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 마이크로파이프(MP, Micropipe) 밀도가 1 /cm2 이하일 수 있고, 0.8 /cm2 이하일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 관통 칼날전위(TED, Threading Edge Dislocation) 밀도가 9000 /cm2 이하일 수 있고, 7500 /cm2 이하일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 기저면 전위(BPD, Basal Plane Dislocation) 밀도가 3000 /cm2 이하일 수 있고, 2760 /cm2 이하일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 두께는 100 ㎛ 내지 600 ㎛ 일 수 있고, 반도체 소자에 적용될 수 있는 적절한 두께라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)가 상기 결함밀도 범위를 만족함으로써, 결함이 적은 양질의 웨이퍼를 제공하도록 하고, 이를 소자에 적용할 시 전기적 특성 또는 광학적 특성이 우수한 소자를 제조할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 결함밀도는 에칭 용액을 가하고 그 표면을 촬영하여 측정할 수 있고, 구체적인 사항은 하기 실험예에 기술하였다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 4 인치 이상, 5 인치 이상, 나아가 6 인치 이상의 직경을 가질 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 웨이퍼는 12 인치 이하, 10 인치 이하의 직경을 가질 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 표면에 가해지는 역학적 에너지에 의해 크랙이 발생될 시, 상기 역학적 에너지의 최소값은 단위면적(cm2)당 0.194 J 내지 0.475 J일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 그 표면에 가해지는 역학적 에너지에 의해 크랙이 발생될 시, 상기 역학적 에너지의 최소값은 단위면적(cm2)당 0.194 J 이상일 수 있고, 단위면적(cm2)당 0.233 J 이상일 수 있다. 상기 역학적 에너지는 단위면적(cm2)당 0.475 J 이하일 수 있고, 단위면적(cm2)당 0.467 J 이하일 수 있다. 탄화규소 웨이퍼 표면에 가해지는 역학적 에너지에 의해 크랙이 발생될 시, 상기 범위의 역학적 에너지의 최소값을 갖는 탄화규소 웨이퍼는 웨이퍼의 이송, 가공, 처리과정 등에서 파손, 불량 발생을 최소화할 수 있고, 소자 제조를 위한 후속 공정인 탄화규소 에피택셜 층 형성 과정에서 양호한 품질을 나타내도록 할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)가 역학적 에너지에 크랙이 발생된다는 것은, 상기 역학적 에너지가 상기 탄화규소 웨이퍼 표면에 가해졌을 시, 둘 이상으로 나누어 지거나, 폭 0.001 mm 이상의 금이 발생되거나, 파편으로 깨지지 않는다는 의미이다. 상기 역학적 에너지는 외부의 충격원에 대한 위치에너지, 운동에너지 등이 상기 탄화규소 웨이퍼에 가해질 시 해당하는 에너지일 수 있고, 상기 충격원이 상기 탄화규소 웨이퍼에 도달 시 상기 충격원의 운동에너지일 수 있다.
상기 표면에 역학적 에너지가 가해지는 면적은 100 mm2 이하일 수 있고, 50 mm2 이하일 수 있으며, 25 mm2 이하일 수 있다. 상기 표면에 역학적 에너지가 가해지는 면적은 10 mm2 이상일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼는 ASTM D 2794에 따라, 약 25 ℃의 온도, 약 360 μm 두께의 시편, 높이 약 100 mm 내지 200 mm, 중추의 무게 25 g을 획심에 적용하여 낙하시키는 DuPont 충격 시험을 실시했을 때 크랙이 발생되지 않는 것일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼는 ASTM D 2794에 따라, 약 25 ℃의 온도, 360 μm 두께의 시편, 높이 약 100 mm 내지 200 mm, 중추의 무게 30 g을 획심에 적용하여 낙하시키는 DuPont 충격 시험을 실시했을 때 크랙이 발생되지 않는 것일 수 있다. 상기 획심(임팩터)은 직경이 약 4 mm인 것이 적용될 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼가 그 표면에 가해지는 역학적 에너지에 의해 크랙이 발생될 시, 상기 역학적 에너지의 최소값을 나타내는 내충격성은, 중추를 상기 탄화규소 웨이퍼에 낙하하는 시험을 통해 측정할 수 있다.
이러한 DuPont 충격 시험에 따른 결과에서 크랙이 발생되지 않는 탄화규소 웨이퍼는 웨이퍼의 이송, 가공, 처리과정 등에서 파손, 불량 발생을 최소화할 수 있고, 소자 제조를 위한 후속 공정인 탄화규소 에피택셜 층 형성 과정에서 양호한 품질을 나타내도록 할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 표면에 에피택셜(epitaxial) 성장이 진행되기 이전의 것인, 소위 베어(bare) 웨이퍼에 해당할 수 있다.
반도체 소자(1)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 반도체 소자(1)는,
상기에 따른 탄화규소 웨이퍼(10);
상기 탄화규소 웨이퍼의 일면 상에 배치된 에피택셜 층(20);
상기 에피택셜 층을 사이에 두고 상기 탄화규소 웨이퍼와 반대쪽에 배치된 배리어 영역(30);
상기 상기 에피택셜 층과 접하는 소스 전극(41); 상기 배리어 영역 상에 배치된 게이트 전극(42); 및
상기 탄화규소 웨이퍼의 타면 상에 배치된 드레인 전극(43);을 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자(1)의 일례를 도 7에 나타내었다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 n+형의 탄화규소를 포함할 수 있다.
여기서, 위 첨자의 +, - 부호는 캐리어 농도를 상대적으로 나타내는 것으로, 예를 들어, n+는 강하게 도핑되어 높은 도펀트 농도를 가진 n형 반도체를 의미하고, p-는 매우 약하게 도핑되어 상대적으로 낮은 도펀트 농도를 가진 p형 반도체를 의미한다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10) 상의 에피택셜 층(20)은 상기 탄화규소 웨이퍼와 격자 상수차이가 작거나 거의 없는 탄화규소 단결정 층으로 이루어질 수 있다.
상기 에피택셜 층(20)은 화학기상증착(CVD) 공정 등으로 형성될 수 있다.
상기 에피택셜 층(20)은 상기 n+형의 탄화규소 웨이퍼(10) 상에 배치된 n-형 에피택셜 층(21); 및 상기 n-형 에피택셜 층 상에 배치된 p+형 에피택셜 층(22);을 포함할 수 있다.
상기 p+형 에피택셜 층은 상부에 선택적인 이온 주입을 가하여, n+형 영역(23)이 형성될 수 있다.
상기 반도체 소자(1)의 중앙에는 n-형 에피택셜 층(21)까지 파인 트렌치 구조의 배리어 영역과, 상기 트렌치 구조의 배리어 영역 상에 게이트 전극(42)이 배치될 수 있다.
상기 반도체 소자(1)는 상기 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 따라 제조된 탄화규소 웨이퍼(10)를 적용하여, 디바이스 불량을 저감 시킬 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 - 탄화규소 잉곳의 제조
도 1에 탄화규소 잉곳 제조장치의 일례를 도시한 바와 같이, 반응용기(200) 내부공간 하부에 원료물질(300)인 탄화규소 분말을 장입하고, 그 상부에 탄화규소 종자정(110)을 배치하였다. 이 때, 탄화규소 종자정은 6 인치의 4H-탄화규소 결정으로 구성된 것을 적용하였고, C면((000-1)면)이 내부공간 하부의 탄화규소 원료를 향하도록 통상의 방법으로 고정하였으며, 상기 반응용기는 하기 표 1의 실시예의 열전도도를 갖는 것을 적용하였다.
반응용기(200)를 밀폐하고, 그 외부를 단열재(400)로 둘러싼 뒤, 외부에 가열수단(600)인 가열 코일이 구비된 석영관(500) 내에 반응용기를 배치하였다. 상기 반응용기 내부공간을 감압하여 진공 분위기로 조절하고, 아르곤 가스를 주입하여 상기 내부공간이 760 torr에 도달하도록 한 다음, 다시 내부공간을 감압시켰다. 동시에, 내부공간의 온도를 5 ℃/min의 승온 속도로 2300 ℃까지 승온시켰고, 상기 석영관과 연통된 배관(810), 진공배기장치(700)를 통해 석영관 내부의 아르곤 가스 유량이 하기 표 1의 실시예의 유량이 되도록 조절하였다. 2300 ℃의 온도와 20 torr의 압력 조건 하에서 100 시간 동안 탄화규소 원료와 대향하는 탄화규소 종자정 면에 탄화규소 잉곳을 성장시켰다.
성장 이후, 상기 내부공간의 온도를 5 ℃/min의 속도로 25 ℃까지 냉각시켰고, 동시에 내부공간의 압력이 760 torr가 되도록 하고, 탄화규소 잉곳을 회수하였다. 이때 상기 석영관과 연통된 배관(810), 진공배기장치(700)를 통해 석영관 내부의 아르곤 가스 유량이 하기 표 1의 실시예의 유량이 되도록 조절하였다.
비교예 - 탄화규소 잉곳의 제조
상기 실시예의 탄화규소 잉곳의 제조에서, 상기 반응용기(200)가 하기 표 1의 비교예의 열전도도를 갖는 것을 적용하고, 성장 및 냉각 시 불활성기체 유량 조건이 하기 표 1의 비교예의 유량이 되도록 조절한 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일하게 진행하였다.
실시예 및 비교예 - 탄화규소 웨이퍼의 제조
상기 실시예 및 비교예의 탄화규소 잉곳의 제조에서 냉각된 탄화규소 잉곳의 외주면을 최대외경 대비 95 %의 외경을 갖도록 연삭하여 균일한 외경을 갖는 원주 형태로 가공하고, 탄화규소 잉곳의 (0001)면과 4 °의 오프 각을 갖도록 절단하였으며, 360 ㎛의 두께를 갖는 탄화규소 웨이퍼를 제조하였다. 그 다음 다이아몬드 휠을 통해 탄화규소 웨이퍼를 연삭하여 두께를 평탄화하고, 이후 실리카 슬러리를 통해 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 처리하였다. 연마 처리된 탄화규소 웨이퍼 샘플의 최외곽 가장자리로부터 중심 방향으로 10 mm의 폭을 차지하는 외곽 고리 영역을 제외한, 내부 영역 중 임의의 5곳을 10 mm×10 mm 크기로 절단한 탄화규소 웨이퍼 샘플을 마련하였다.
탄화규소 웨이퍼의 결함밀도 측정
상기 실시예 및 비교예에서 마련된 탄화규소 웨이퍼 샘플을 500 ℃, 5 분 조건으로 용융 수산화칼륨(KOH)에 침지하여 에칭시켰으며, 그 표면의 결함을 도 4에 도시한 바와 같이 전자현미경 등을 통해 촬영하였다. 조개형 피트를 기저면 전위(BPD), 소형의 6각형 피트를 관통 칼날전위(TED), 흑색의 거대한 6각형 피트를 마이크로파이프(MP)로 분류하였다.
절단된 웨이퍼 샘플 내 500 ㎛ × 500 ㎛ 영역을 임의로 12 회 지정하여, 상기 각각의 영역에서 결함들의 개수를 파악하고 단위면적당 평균 결함 갯수를 계산하였고 결함 밀도를 구하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
탄화규소 웨이퍼의 나노인덴테이션 테스트에 따른 환산 탄성계수 및 경도 측정
상기 실시예 및 비교예에서 마련된 탄화규소 웨이퍼 샘플의 환산 탄성계수 및 경도를 측정하기 위해, Bruker 사의 TI-950 장비를 사용하여 나노인덴테이션 테스트를 실시하였다. 높이가 1 ㎛이고, 밑면이 정삼각형이고, 세 옆면 중 하나의 옆면은 밑면과의 각도가 24.7 °이고, 나머지 두 옆면은 밑면과의 각도가 12.95 °이고, 1140 GPa의 영률, 0.07의 푸아송 비를 갖는 삼각뿔(Berkovich) 형상의 다이아몬드 인덴터를 사용하였고, 이를 상기 탄화규소 웨이퍼의 C면의 임의의 10곳에 가하되, 최대 하중인 10 mN에 도달하기까지 5초, 최대하중에서 1초 지속, 지속 후 하중 제거까지 5초의 시간이 되도록 하였다. 이렇게 측정하고 평균값을 계산한 결과를 표 2에 나타내었다.
또한, 실시예 2에서, 탄화규소 웨이퍼의 C면의 임의의 10곳 및 Si면의 임의의 10곳에 실시한 나노인덴테이션 테스트의 구체적인 결과를 표 3, 표 4에 나타내었고, 그 중 10번째 측정 시 탄화규소 웨이퍼의 C면(a) 및 Si면(b)의 모습을 도 5에 나타내었으며, C면(a) 및 Si면(b)의 하중-변위 곡선과 최대하중에서 기울기를 도 6에 나타내었다.
| 성장 시 불활성기체 유량(sccm) | 냉각 시 불활성기체 유량(sccm) | 반응용기 열전도도 (W/mK) |
MP | TED | BPD | |
| 실시예 1 | 200 | 200 | 95 | 0.8 | 6480 | 2480 |
| 실시예 2 | 150 | 200 | 96 | 1 | 6840 | 2520 |
| 실시예 3 | 200 | 10 | 92 | 1 | 7120 | 2820 |
| 실시예 4 | 200 | 200 | 105 | 0.8 | 7880 | 2720 |
| 실시예 5 | 150 | 200 | 85 | 0.9 | 7280 | 2960 |
| 실시예 6 | 250 | 200 | 108 | 0.8 | 8280 | 2640 |
| 실시예 7 | 200 | 250 | 95 | 0.9 | 8600 | 2760 |
| 실시예 8 | 200 | 150 | 95 | 0.8 | 7920 | 2980 |
| 실시예 9 | 200 | 200 | 120 | 0.8 | 8910 | 2960 |
| 실시예 10 | 200 | 200 | 88 | 1 | 7920 | 3000 |
| 실시예 11 | 200 | 200 | 108 | 0.7 | 5680 | 2840 |
| 실시예 12 | 200 | 200 | 114 | 0.8 | 9660 | 2560 |
| 실시예 13 | 200 | 200 | 122 | 0.9 | 8680 | 2360 |
| 실시예 14 | 200 | 200 | 130 | 0.9 | 6840 | 2920 |
| 실시예 15 | 250 | 200 | 95 | 0.7 | 7200 | 2800 |
| 실시예 16 | 250 | 200 | 114 | 0.6 | 7280 | 2880 |
| 실시예 17 | 200 | 150 | 108 | 0.8 | 6840 | 2520 |
| 실시예 18 | 200 | 150 | 122 | 0.9 | 8240 | 2820 |
| 비교예 1 | 200 | 200 | 130 | 1 | 10480 | 3680 |
| 비교예 2 | 200 | 300 | 98 | 1.2 | 9660 | 2960 |
| 비교예 3 | 350 | 200 | 95 | 1.3 | 11240 | 3160 |
| 비교예 4 | 300 | 300 | 130 | 1.2 | 10480 | 3680 |
MP: 마이크로파이프, TED: 관통 칼날전위, BPD: 기저면 전위
| 성장 시 불활성기체 유량(sccm) | 냉각 시 불활성기체 유량(sccm) | 반응용기 열전도도 (W/mK) |
Er (GPa) |
H (GPa) |
Er 표준편차 (GPa) |
H 표준편차 (GPa) |
|
| 실시예 1 | 200 | 200 | 95 | 349.34 | 43.11 | - | - |
| 실시예 2 | 150 | 200 | 96 | 338.60 | 40.85 | 2.65 | 0.50 |
| 실시예 3 | 200 | 10 | 92 | 326.46 | 37.09 | - | - |
| 실시예 4 | 200 | 200 | 105 | 323.28 | 42.19 | - | - |
| 실시예 5 | 150 | 200 | 85 | 343.61 | 42.22 | - | - |
| 실시예 6 | 250 | 200 | 108 | 328.33 | 36.29 | - | - |
| 실시예 7 | 200 | 250 | 95 | 328.04 | 37.44 | - | - |
| 실시예 8 | 200 | 150 | 95 | 326.68 | 37.70 | - | - |
| 실시예 9 | 200 | 200 | 120 | 324.33 | 36.48 | - | - |
| 실시예 10 | 200 | 200 | 88 | 338.60 | 40.85 | - | - |
| 실시예 11 | 200 | 200 | 108 | 339.54 | 41.25 | - | - |
| 실시예 12 | 200 | 200 | 114 | 335.95 | 40.19 | - | - |
| 실시예 13 | 200 | 200 | 122 | 335.16 | 41.45 | - | - |
| 실시예 14 | 200 | 200 | 130 | 342.79 | 40.98 | - | - |
| 실시예 15 | 250 | 200 | 95 | 340.23 | 40.64 | - | - |
| 실시예 16 | 250 | 200 | 114 | 330.58 | 38.20 | - | - |
| 실시예 17 | 200 | 150 | 108 | 326.68 | 37.70 | - | - |
| 실시예 18 | 200 | 150 | 122 | 327.77 | 37.17 | - | - |
| 비교예 1 | 200 | 200 | 130 | 295.42 | 31.54 | 7.82 | 1.26 |
| 비교예 2 | 200 | 300 | 98 | 294.45 | 32.39 | ||
| 비교예 3 | 350 | 200 | 95 | 288.45 | 33.22 | 5.71 | 1.16 |
| 비교예 4 | 300 | 300 | 130 | 298.42 | 34.54 |
Er: 환산 탄성계수, H: 경도
| 실시예 2 C면 | 최대 압입깊이(nm) | 최대하중에서 강성도(μN/nm) | 인덴터 접촉면적(㎛2) |
Er (GPa) |
H (GPa) |
| 1 | 122.46 | 189.05 | 0.241 | 341.03 | 41.44 |
| 2 | 123.19 | 189.08 | 0.245 | 338.27 | 40.76 |
| 3 | 122.75 | 188.67 | 0.242 | 339.54 | 41.25 |
| 4 | 123.04 | 187.72 | 0.242 | 337.80 | 41.24 |
| 5 | 123.93 | 188.53 | 0.249 | 334.89 | 40.19 |
| 6 | 123.86 | 189.14 | 0.249 | 335.95 | 40.19 |
| 7 | 123.07 | 185.78 | 0.241 | 335.16 | 41.45 |
| 8 | 122.61 | 191.09 | 0.244 | 342.79 | 40.98 |
| 9 | 123.35 | 191.33 | 0.248 | 340.35 | 40.30 |
| 10 | 123.11 | 190.46 | 0.246 | 340.23 | 40.64 |
| 평균 | 123.14 | 198.09 | 0.245 | 338.60 | 40.85 |
| 표준편차 | - | - | - | 2.65 | 0.50 |
표 3의 강성도는 하중-변위 곡선에서 최대하중에 도달 후 제거(unload)할 때 기울기 값을 나타내는 강성도, Er: 환산 탄성계수, H: 경도
| 실시예 2 Si면 | 최대 압입깊이(nm) | 최대하중에서 강성도(μN/nm) | 인덴터 접촉면적(㎛2) |
Er (GPa) |
H (GPa) |
| 1 | 126.70 | 190.20 | 0.27 | 321.30 | 37.72 |
| 2 | 127.66 | 194.51 | 0.28 | 328.33 | 36.29 |
| 3 | 127.59 | 192.45 | 0.27 | 326.21 | 36.59 |
| 4 | 127.49 | 194.04 | 0.27 | 328.40 | 36.48 |
| 5 | 125.93 | 190.89 | 0.26 | 330.58 | 38.20 |
| 6 | 126.88 | 191.33 | 0.27 | 328.04 | 37.44 |
| 7 | 126.63 | 189.88 | 0.27 | 326.68 | 37.70 |
| 8 | 127.91 | 191.63 | 0.27 | 324.33 | 36.48 |
| 9 | 128.59 | 186.50 | 0.27 | 316.92 | 36.78 |
| 10 | 127.01 | 191.73 | 0.27 | 327.77 | 37.17 |
| 평균 | 127.24 | 191.32 | 0.27 | 326.46 | 37.09 |
| 표준편차 | - | - | - | 3.72 | 0.65 |
표 4의 강성도는 하중-변위 곡선에서 최대하중에 도달 후 제거(unload)할 때 기울기 값을 나타내는 강성도, Er: 환산 탄성계수, H: 경도
표 1 및 표 2를 참조하면, 성장 시 불활성기체의 유량이 100 sccm 내지 300 sccm이고, 냉각 시 불활성기체의 유량이 1 sccm 내지 250 sccm이고, 반응용기의 열전도도가 120 W/mK 이하인 실시예들은, 제조된 탄화규소 웨이퍼가 300 GPa 내지 370 GPa의 환산 탄성계수, 35 GPa 내지 48 GPa의 경도를 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예에서는 비교예 대비 제조된 탄화규소 웨이퍼의 환산 탄성계수 표준편차가 5.5 GPa 이하, 경도 표준편차가 1.1 GPa 이하인 것을 확인할 수 있다.
반면, 성장, 냉각 시 불활성기체의 유량 및 반응용기의 열전도도 조건 모두가 실시예의 범위에 미치지 못하는 비교예의 경우, 296 GPa 미만의 환산 탄성계수, 34 GPa 미만의 경도 값을 나타내어, 목적으로 하는 기계적 특성을 만족하지 못하는 것을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 탄화규소 웨이퍼 11: 일면(Si면)
12: 타면(C면) 100: 탄화규소 잉곳
110: 종자정 200: 반응용기
210: 본체 220: 덮개
300: 원료 400: 단열재
500: 반응챔버, 석영관 600: 가열수단
700: 진공배기장치 800: 매스 플로우 컨트롤러
810: 배관
12: 타면(C면) 100: 탄화규소 잉곳
110: 종자정 200: 반응용기
210: 본체 220: 덮개
300: 원료 400: 단열재
500: 반응챔버, 석영관 600: 가열수단
700: 진공배기장치 800: 매스 플로우 컨트롤러
810: 배관
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- 환산 탄성계수(reduced elastic modulus)가 300 GPa 내지 370 GPa이고,
경도가 35 GPa 내지 48 GPa이고,
상기 환산 탄성계수 및 경도는 삼각뿔(Berkovich) 형상의 인덴터를 10 mN의 하중으로 가한 나노인덴테이션 테스트에 따라 측정한 것인, 탄화규소 웨이퍼.
- 제5항에 있어서,
상기 나노인덴테이션 테스트는 상기 탄화규소 웨이퍼의 최외곽 가장자리로부터 중심 방향으로 10 mm의 폭을 차지하는 고리 영역을 제외하고, 임의의 10 점을 측정한 것인, 탄화규소 웨이퍼.
- 제5항에 있어서,
상기 탄화규소 웨이퍼는 직경이 4 인치 이상이고, 4H-탄화규소 구조를 포함하고,
규소 원자 층이 표면 상에 나타난 일면인 Si면; 및
탄소 원자 층이 표면 상에 나타난 타면인 C면;을 포함하는, 탄화규소 웨이퍼. - 제5항에 있어서,
듀폰 충격 테스트(Dupont impact tester)에 의해, 360 ㎛ 두께의 시편, 25 g의 중추로 측정한 크랙 발생 낙추높이가 100 mm 이상인, 탄화규소 웨이퍼.
- 제5항에 있어서,
상기 환산 탄성계수의 표준편차가 5.5 GPa 이하이고,
상기 경도의 표준편차가 1.1 GPa 이하인, 탄화규소 웨이퍼.
- 내부공간을 갖는 반응용기에 원료물질과 탄화규소 종자정을 이격되도록 배치하는 준비단계;
상기 내부공간의 온도, 압력 및 분위기를 조절하여 상기 원료물질을 승화시키고 상기 탄화규소 종자정 상에 탄화규소 잉곳을 성장시키는 성장단계; 및
상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;를 포함하고,
상기 성장단계는 100 sccm 내지 300 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행되고,
상기 냉각단계는 1 sccm 내지 250 sccm의 유량을 갖는 불활성기체 분위기에서 진행되고,
상기 반응용기의 열전도도는 120 W/mK 이하이고,
상기 탄화규소 잉곳을 절단하여 탄화규소 웨이퍼를 마련하는 절단단계;를 포함하고,
상기 절단단계를 거친 탄화규소 웨이퍼를 래핑 및 표면 연마 처리한 탄화규소 웨이퍼는, 환산 탄성계수(reduced elastic modulus)가 300 GPa 내지 370 GPa이고, 경도가 35 GPa 내지 48 GPa인, 탄화규소 웨이퍼 제조방법.
- 제5항에 따른 탄화규소 웨이퍼;
상기 탄화규소 웨이퍼의 일면 상에 배치된 에피택셜 층;
상기 에피택셜 층을 사이에 두고 상기 탄화규소 웨이퍼와 반대쪽에 배치된 배리어 영역;
상기 상기 에피택셜 층과 접하는 소스 전극; 상기 배리어 영역 상에 배치된 게이트 전극; 및
상기 탄화규소 웨이퍼의 타면 상에 배치된 드레인 전극;을 포함하는, 반도체 소자.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101760030B1 (ko) * | 2016-03-02 | 2017-08-01 | 한국세라믹기술원 | 대구경 탄화규소 단결정 성장 장치로부터 소구경 탄화규소 단결정을 성장시키는 방법 및 장치 |
| JP2019528233A (ja) * | 2016-08-31 | 2019-10-10 | 台州市一能科技有限公司 | 炭化ケイ素単結晶製造装置 |
| KR102068933B1 (ko) * | 2019-07-11 | 2020-01-21 | 에스케이씨 주식회사 | 탄화규소 잉곳 성장용 분말 및 이를 이용한 탄화규소 잉곳의 제조방법 |
| JP2020093965A (ja) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | 昭和電工株式会社 | ＳｉＣ単結晶の製造装置及びＳｉＣ単結晶製造用の構造体 |
-
2020
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR101760030B1 (ko) * | 2016-03-02 | 2017-08-01 | 한국세라믹기술원 | 대구경 탄화규소 단결정 성장 장치로부터 소구경 탄화규소 단결정을 성장시키는 방법 및 장치 |
| JP2019528233A (ja) * | 2016-08-31 | 2019-10-10 | 台州市一能科技有限公司 | 炭化ケイ素単結晶製造装置 |
| JP2020093965A (ja) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | 昭和電工株式会社 | ＳｉＣ単結晶の製造装置及びＳｉＣ単結晶製造用の構造体 |
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Cited By (2)
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