KR102523343B1 - 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
탄화규소 웨이퍼의 제조방법이 개시된다. 탄화규소 웨이퍼의 제조방법은 도가니 내에 탄화규소 블럭을 배치하는 단계; 상기 탄화규소 블럭에 포함된 탄화규소를 승화시켜서, 탄화규소 잉곳을 형성하는 단계; 및 상기 탄화규소 잉곳을 가공하는 단계를 포함한다.
Description
실시예는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법에 관한 것이다.
탄화규소(SiC), 실리콘(Si), 질화갈륨(GaN), 사파이어(Al2O3), 갈륨비소(GaAs), 질화알루미늄(AlN) 등의 단결정(single crystal)은 이의 다결정(polycrystal)으로부터 기대할 수 없는 특성을 나타내므로 산업분야에서의 수요가 증가하고 있다.
단결정 탄화규소(single crystal SiC)는, 에너지 밴드갭(energy band gap)이 크고, 최대 절연파괴전계(breakfield voltage) 및 열전도율(thermal conductivity)이 실리콘(Si)보다 우수하다. 또한, 단결정 탄화규소의 캐리어 이동도는 실리콘에 비견되며, 전자의 포화 드리프트 속도 및 내압도 크다. 이러한 특성으로 인해, 단결정 탄화규소는 고효율화, 고내압화 및 대용량화가 요구되는 반도체 디바이스로의 적용이 기대된다.
탄화규소는 액상 증착법(Liquid Phase Epitaxy; LPE), 시드형 승화법, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 등으로 성장된다. 그 중에서 시드형 승화법은 높은 성장률을 가짐으로써 잉곳 형태의 탄화규소를 제작할 수 있어 가장 널리 이용되고 있으며, 시드형 승화법은 물리적 증기 운반법(Physical Vapor Transport; PVT)이라고도 한다.
이러한 단결정의 제조 방법으로서, 예컨대 일본 공개특허공보 제2001-114599호에는, 아르곤 가스를 도입할 수 있는 진공용기(가열로) 속에서 히터에 의해 가열하면서 종자정(110)의 온도를 원료 분말의 온도보다도 10 내지 100℃ 낮은 온도로 유지하는 것에 의해, 종자정(110) 상에 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 개시되어 있다. 이 외에도 대구경 단결정 잉곳을 실질적으로 결함 없이 제조하고자 하는 시도들이 있다.
실시예는 향상된 기계적 물성을 가지고, 결정성이 우수하며, 결함이 적은 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 잉곳을 향상된 생산성으로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법은 도가니 내에 탄화규소 블럭을 배치하는 단계; 상기 탄화규소 블럭에 포함된 탄화규소를 승화시켜서, 탄화규소 잉곳을 형성하는 단계; 및 상기 탄화규소 잉곳을 가공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 블럭은 약 1㎤ 이상의 겉보기 부피를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 블럭은 적어도 일 방향으로 약 10 W/mK 이상의 열전도율을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 블럭의 외주면 및 상기 반응 용기의 내부면 사이에 승화된 탄화규소 기체가 이동할 수 있는 유로가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 블럭은 수평 방향으로 10 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 블럭은 승화된 탄화규소 기체가 이동할 수 있는 유로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유로는 상방으로 오픈될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유로의 적어도 일부는 상방으로 갈수록 점점 더 커지는 내경을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유로는 제 1 내경을 가지는 제 1 유로; 및 상기 제 1 유로와 연결되고, 상기 제 1 내경보다 더 큰 제 2 내경을 가지는 제 2 유로를 포함하고, 상기 제 2 유로는 상기 제 1 유로 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 블럭은 상기 반응 용기 내에 배치되는 제 1 탄화규소 블럭; 및 상기 제 1 탄화규소 블럭 상에 배치되는 제 2 탄화규소 블럭을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 탄화규소 블럭 및 상기 제 2 탄화규소 블럭 사이에 승화된 탄화규소 기체가 통과할 수 있는 유로가 형성도리 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유로에는 탄화규소 분말이 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 블럭은 원통 형상, 뿔 형상, 도넛 형상 또는 다각 기둥 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 잉곳의 성장 속도는 250㎛/hr 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄화규소 블럭은 오픈 포어를 포함하고, 상기 탄화규소 블럭의 기공율은 10vol% 내지 50vol%일 수 있다.
일 실시예에 따른 탄화규소 잉곳의 제조방법은 도가니 내에 탄화규소 블럭을 배치하는 단계; 상기 도가니 내에 종자정을 배치하는 단계; 및 상기 탄화규소 블럭에 포함된 탄화규소를 승화시켜서, 상기 종자정을 성장시키는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법은 탄화규소 블럭에 포함된 탄화규소를 승화시켜서, 탄화규소 잉곳 및 탄화규소 웨이퍼를 제조한다.
상기 탄화규소 잉곳을 형성하기 위한 원료가 블럭 형태를 가지기 때문에, 높은 열전도율을 가진다. 특히, 상기 탄화규소 블럭은 수평 방향으로 높은 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다.
이에 따라서, 도가니에서 발생되는 열이 도가니 내부에 용이하게 전달될 수 있다. 이에 따라서, 상기 도가니 내부에 배치되는 원료 전체에 균일한 온도 구배가 형성될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 상기 도가니 내의 위치별 온도를 용이하게 제어할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 온도 불균일에 따른 결정성의 틀어짐이나, 다양한 결함을 방지할 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 향상된 결정성 및 기계적 강도를 가질 수 있다.
또한, 상기 탄화규소 블럭은 높은 열전도율을 가지기 때문에, 상기 도가니로부터 발생되는 열을 상기 도가니 내부에 배치되는 원료로 효율적으로 전달할 수 있다. 즉, 상기 탄화규소 블럭은 상기 탄화규소 웨이퍼를 형성하기 위한 원료이면서 동시에 내부로 열을 전달하기 위한 열전달 매개체일 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 탄화규소의 승화 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 블럭의 열전도율이 높기 때문에, 종자정 인근의 온도가 낮더라도, 원료의 온도는 높게 유지할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 탄화규소의 승화 속도를 향상시킬 뿐만 아니라, 종자정에서의 증착속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 향상된 성장 속도를 가질 수 있다.
또한, 상기 탄화규소 웨이퍼의 직경이 커짐에 따라서, 상기 도가니의 내경도 함께 커져야 한다. 이때, 상기 탄화규소 블럭은 높은 열전도율을 가지기 때문에, 상기 도가니의 내경이 커지더라도, 상기 도가니 내부의 온도가 효율적으로 제어될 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 향상된 성능을 가지는 대구경의 탄화규소 웨이퍼를 효율적으로 생산할 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 도가니 조립체 및 탄화규소 블럭을 도시한 분해사시도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 탄화규소 잉곳을 제조하기 위한 잉곳 성장 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 제 4 실시예에 따른 탄화규소 블럭을 도시한 사시도이다.
도 7은 제 4 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 제 5 실시예에 따른 탄화규소 블럭을 도시한 사시도이다.
도 9는 제 5 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 10는 제 6 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 11은 제 7 실시예에 따른 탄화규소 블럭(100)을 도시한 사시도이다.
도 12는 제 7 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 13은 제 8 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 14는 제 9 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 15는 제 10 실시예에 따른 탄화규소 블럭의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 탄화규소 잉곳을 제조하기 위한 잉곳 성장 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 제 4 실시예에 따른 탄화규소 블럭을 도시한 사시도이다.
도 7은 제 4 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 제 5 실시예에 따른 탄화규소 블럭을 도시한 사시도이다.
도 9는 제 5 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 10는 제 6 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 11은 제 7 실시예에 따른 탄화규소 블럭(100)을 도시한 사시도이다.
도 12는 제 7 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 13은 제 8 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 14는 제 9 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 15는 제 10 실시예에 따른 탄화규소 블럭의 일 단면을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
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 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
또한, 각 실시예들은 서로 기술적으로 배치되지 않는다면, 서로 조합될 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 도가니 조립체 및 탄화규소 블럭(100)을 도시한 분해사시도이다. 도 2는 제 1 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭(100)이 배치된 상태를 도시한 단면도이다. 도 3은 제 1 실시예에 따른 탄화규소 잉곳(111)을 제조하기 위한 잉곳 성장 장치를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 탄화규소 잉곳(111) 및 탄화규소 웨이퍼를 제조하기 위한 탄화규소 잉곳(111) 성장 장치는 도가니 본체(10), 도가니 덮개(11), 종자정 홀더(12), 단열재(20), 반응 챔버(30) 및 유도 코일(40)을 포함한다.
상기 도가니 본체(10)는 내부 공간을 가진다. 상기 도가니 본체(10)는 탄화규소 잉곳(111)을 성장시키기 위한 원료를 수용한다. 상기 도가니 본체(10)는 상기 원료를 수용하기 위한 공간인 수용부를 포함한다. 또한, 상기 도가니 본체(10)는 윗면이 개방된 개구부를 갖는 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 도가니 본체(10)는 그 내부에 탄화규소 원료를 장입할 수 있는 구조를 가질 수 있다.
상기 도가니 본체(10)는 흑연을 포함할 수 있다. 상기 도가니 본체(10)는 흑연으로 이루어질 수 있다. 상기 도가니 본체(10)는 흑연 도가니일 수 있다. 상기 도가니 본체(10)는 도전체일 수 있다. 상기 도가니 본체(10)는 상기 유도 코일(40)에 의해 발생되는 유도 전류가 유발시키는 저항 열에 의해서 가열될 수 있다.
상기 도가니 본체(10)의 밀도가 1.70 g/㎤ 내지 1.90 g/㎤ 일 수 있다.
상기 도가니 덮개(11)는 상기 도가니 본체(10)의 입구를 덮는다. 상기 도가니 덮개(11)는 원형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 도가니 덮개(11)는 상기 도가니 본체(10)의 입구를 전체적으로 덮을 수 있다. 상기 도가니 덮개(11)는 상기 도가니 본체(10)의 입구에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 도가니 덮개(11)의 두께는 약 10㎜ 내지 약 50㎜일 수 있다. 상기 도가니 덮개(11)의 두께는 약 15㎜ 내지 약 40㎜일 수 있다.
상기 도가니 덮개(11)의 밀도는 1.70 g/㎤ 내지 1.90 g/㎤ 일 수 있다. 상기 도가니 덮개(11)는 흑연을 포함할 수 있다. 상기 도가니 덮개(11)는 실질적으로 흑연으로 이루어질 수 있다. 상기 도가니 덮개(11)는 상기 도가니 본체(10)의 개구부의 전부를 덮는 형태를 갖는 것이 적용될 수 있다.
상기 도가니 덮개(11)는 상기 도가니 본체(10) 개구부의 일부를 덮거나 관통홀(미도시)을 포함하는 상기 도가니 덮개(11)가 적용될 수 있다. 이러한 경우, 이후 설명하는 결정성장분위기에서 증기 이송의 속도를 조절할수 있다.
상기 도가니 본체(10) 및 상기 도가니 덮개(11)는 도가니 조립체를 형성할 수 있다. 상기 종자정(110)은 상기 도가니 조립체 내에 배치된다. 상기 종자정 홀더(12)는 상기 도가니 본체(10) 내에 배치될 수 있다. 또한, 상기 종자정 홀더(12)는 상기 도가니 덮개(11) 아래에 배치될 수 있다. 즉, 상기 종자정 홀더(12)는 상기 도가니 덮개(11)의 하면에 배치될 수 있다. 상기 종자정 홀더(12)는 상기 도가니 덮개(11)와 일체로 형성될 수 있다.
상기 종자정 홀더(12)는 흑연을 포함할 수 있다. 상기 종자정 홀더(12)는 흑연으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 종자정 홀더(12)는 약 1㎜ 내지 약 20㎜일 수 있다. 상기 종자정 홀더(12)의 두께는 약 2㎜ 내지 약 10㎜일 수 있다.
상기 단열재(20)는 상기 도가니 조립체 주위에 배치된다. 상기 단열재(20)는 상기 도가니 조립체의 주위를 둘러싼다. 상기 단열재(20)는 상기 도가니 본체(10)의 외주를 둘러싼다. 또한, 상기 단열재(20)는 상기 도가니 덮개(11) 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 단열재(20)는 상기 도가니 본체(10) 아래에도 배치될 수 있다.
상기 단열재(20)는 성장분위기에서 상기 도가니 본체(10) 내부 또는 상기 반응용기 내부의 온도 구배에 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로 상기 단열제는 그라파이트 단열재(20)를 포함할 수 있고, 더 구체적으로 상기 단열재(20)는 레이온계 그라파이트 펠트 또는 피치계 그라파이트 펠트를 포함할 수 있다.
상기 단열재(20)의 밀도는 약 0.12g/cc 내지 약 0.30 g/cc일 수 있다. 상기 단열재(20)의 밀도는 약 0.13g/cc 내지 약 0.25g/cc일 수 있다. 상기 단열재(20)의 밀도는 약 0.14g/cc 내지 약 0.20g/cc일 수 있다.
상기 단열재(20)의 밀도가 상기의 범위를 가지는 경우, 탄화규소 잉곳(111)이 적당하게 볼록하게 형성될 수 있고, 6H-SiC 다형 발생이 발생되어, 상기 탄화규소 잉곳(111)의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기 단열재(20)의 밀도가 상기의 범위를 가지는 경우, 가장자리의 성장율이 적절하게 높아질 수 있고, 상기 탄화규소 잉곳(111)의 크랙 발생을 억제할 수 있다.
상기 단열재(20)는 그 밀도가 0.12g/cc 내지 0.30g/cc인 것을 적용하는 경우 보다 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있으며, 0.14g/cc 내지 0.20g/cc인 것을 적용하는 것이 잉곳 성장과정에서 결정성장분위기를 제어하고 보다 우수한 품질의 잉곳을 성장시키는 것에 더욱 좋다.
상기 단열재(20)는 기공도가 약 73 vol% 내지 약 95 vol%인 것일 수 있다. 상기 단열재(20)는 기공도가 약 76 vol% 내지 약 93 vol%%일 수 있다. 상기 단열재(20)는 기공도가 약 81 vol% 내지 약 91 vol%%일 수 있다. 이러한 기공도를 갖는 단열재(20)를 적용하는 경우 잉곳 크랙 발생 빈도를 보다 감소시킬 수 있다.
상기 단열재(20)는 압축강도가 약 0.21 Mpa 이상인 것일 수 있다. 상기 단열재(20)는 압축강도가 약 0.49 Mpa 이상인 것일 수 있다. 상기 단열재(20)는 압축강도가 약 0.78 MPa 이상일 수 있다. 또한, 상기 단열재(20)는 압축강도가 약 3 MPa 이하인 것 일 수 있고, 약 25 MPa 이하일 수 있다. 상기 단열재(20)가 이러한 압축강도를 갖는 경우 열적/기계적 안정성이 우수하고, 재(ash)가 발생할 확률이 떨어져 보다 우수한 품질의 SiC 잉곳을 제조할 수 있다.
상기 단열재(20)는 약 20 mm 이상의 두께로 적용될 수 있고, 약 30 mm 이상의 두께로 적용될 수 있다. 또한, 상기 단열재(20)는 약 150 mm 이하의 두께로 적용될 수 있고 약 120 mm 이하의 두께로 적용될 수 있으며 약 80 mm이하의 두께로 적용될 수 있다. 이러한 두께 범위로 상기 단열재(20)를 적용하는 경우 단열재(20)의 불필요한 낭비 없이 단열 효과를 충분하게 얻을 수 있다.
상기 단열재(20)의 밀도가 0.12g/cc 내지 0.30 g/cc이고, 상기 단열재(20)의 기공도가 72 vol% 내지 90 vol%일 수 있다. 이러한 단열재(20)를 적용하는 경우 잉곳의 형상이 오목하거나 과도하게 볼록하게 성장하는 것을 억제할 수 있으며, 다형 품질이 떨어지거나 잉곳에 크랙이 발생하는 현상을 감소시킬 수 있다.
상기 반응 챔버(30)는 상기 도가니 본체(10), 상기 도가니 덮개(11), 상기 종자정 홀더(12) 및 상기 단열재(20)를 수용할 수 있다. 상기 반응 챔버(30)는 상기 도가니 본체(10) 내부의 분위기를 조절할 수 있다. 상기 반응 챔버(30)는 상기 도가니 본체(10) 내부의 가스 분위기 및 상기 도가니 본체(10) 내부의 압력을 조절할 수 있다. 즉, 상기 반응 챔버(30)는 상기 도가니 본체(10) 등을 수용하고, 내부의 가스 분위기 및 압력을 조절하여, 전체적인 반응 조건을 조절할 수 있다.
상기 유도 코일(40)은 상기 반응 챔버(30) 외측에 배치된다. 상기 유도 코일(40)은 유도 전류를 발생시킬 수 있다. 상기 유도 코일(40)은 상기 교류 전류를 발생시켜서, 상기 도가니 본체(10)에 유도 전류를 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 유도 코일(40)은 상기 도가니 본체(10)를 가열하기 위한 가열 수단일 수 있다.
상기 도가니 본체(10) 내에는 상기 탄화규소 잉곳(111)을 형성하기 위한 탄화규소 원료가 배치된다. 상기 탄화규소 원료는 탄화규소 블럭(100)을 포함한다. 상기 탄화규소 원료는 거의 대부분이 탄화규소 블럭(100)으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화규소 블럭(100)은 상기 탄화규소 원료 전체를 기준으로 약 70중량% 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 상기 탄화규소 원료 전체를 기준으로 약 80중량% 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 상기 탄화규소 원료 전체를 기준으로 약 90중량% 이상일 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)은 블럭 형태를 가질 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 상기 도가니 본체(10) 내에 1개가 포함될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 탄화규소 블럭(100)은 상기 도가니 본체(10)에 여러 개가 포함될 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)의 겉보기 부피는 약 1㎤ 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 겉보기 부피는 약 5㎤이상 일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 겉보기 부피는 약 10㎤ 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 겉보기 부피는 약 20㎤ 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 겉보기 부피는 약 100㎤ 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 겉보기 부피는 약 1000㎤ 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 겉보기 부피는 약 5000㎤ 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 겉보기 부피는 상기 도가니 본체(10)의 내부 공간의 부피보다는 작다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 겉보기 부피는 약 1㎥ 이하일 수 있다.
이때, 상기 겉보기 부피는 상기 탄화규소 블럭(100)의 외형을 기준으로 측정된 부피일 수 있다. 즉, 상기 겉보기 부피는 상기 탄화규소 블럭(100)내에 기공이 전혀 없다는 가정에서 측정된 부피일 수 있다. 즉, 상기 탄화규소 블럭(100) 내의 탄화규소의 부피 및 상기 탄화규소 블럭(100) 내의 기공의 부피를 합친 값이 상기 겉보기 부피일 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)은 원 기둥 또는 다각 기둥 등과 같은 기둥 형상을 가질 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 다면체 형상을 가질 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 블럭(100)은 원뿔 또는 다각 뿔 등과 같은 뿔 형상을 가질 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 도넛 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 블럭(100)은 일부가 절단된 형상을 가질 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)은 단결정 또는 다결정일 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 블럭(100)은 소결체일 수 있다. 즉, 상기 탄화규소 블럭(100)은 탄화규소 입자 등이 소결되어, 블럭 형태로 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 탄화규소 블럭(100)은 화학기상증착에 의해서 탄화규소가 증착되어 형성된 것일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 물리기상증착에 의해서 탄화규소가 증착되어 형성된 것일 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)은 α상 탄화규소 또는 β상 탄화규소를 포함할 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)은 높은 열전도율을 가질 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 열전도율은 약 10 W/mK 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 열전도율은 약 20 W/mK 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 열전도율은 약 30 W/mK 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 열전도율은 약 50 W/mK 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 열전도율은 약 70 W/mK 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 열전도율은 약 100 W/mK 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 열전도율은 약 110 W/mK 이상일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 열전도율의 상한치는 약 2000 W/mK일 수 있다.
또한, 상기 탄화규소 블럭(100)은 이방성의 열전도율을 가질 수 있다. 이때, 상기 탄화규소 블럭(100)은 수평 방향으로 약 10 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 수평 방향으로 약 20 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 수평 방향으로 약 30 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 수평 방향으로 약 40 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 수평 방향으로 약 50 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 수평 방향으로 약 70 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 수평 방향으로 약 100 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 수평 방향으로 약 110 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 수평 방향으로의 열전도율의 상한치는 약 2000 W/mK일 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)은 단결정 탄화규소 또는 다결정 탄화규소를 포함할 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 탄화규소를 단결정 또는 다결정으로 성장시켜서 형성될 수 있다. 즉, 상기 탄화규소 블럭(100)은 실질적으로 포어를 포함하지 않을 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 기공율은 약 10vol% 이하일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 기공율은 약 5vol% 이하일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 기공율은 약 3vol% 이하일 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 기공율은 약 0.001vol%의 하한치를 가질 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)이 낮은 기공율을 가지는 경우, 높은 열전도율을 가질 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)이 상기의 범위의 열전도율을 가지기 때문에, 상기 도가니 본체(10)로부터 발생되는 열이 상기 도가니 본체(10)의 내부 공간의 중심으로 효율적으로 전달될 수 있다. 이에 따라서, 상기 도가니 본체(10) 내부에서 수평 방향으로 온도 구배가 최소화될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 탄화규소 웨이퍼의 제조방법은 상기 도가니 본체(10)의 내부의 온도를 효과적으로 제어할 수 있다. 따라서, 상기 탄화규소 블럭(100)에 의해서 제조되는 탄화규소 잉곳(111)은 빠른 성장 속도 및 향상된 결정 특성을 가질 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)의 직경은 상기 도가니 본체(10)의 내경과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라서, 상기 탄화규소 블럭(100)은 상기 도가니 본체(10)의 하부에 거의 꽉 찰 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 블럭(100)의 외면의 적어도 일부가 상기 도가니 본체(10)의 내부면과 직접 접촉될 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)의 외주면 중, 상기 도가니 본체(10)의 내부면과 접촉하는 부분은 약 20% 이상일 수 있다.
상기와 같이, 상기 도가니 본체(10)와 상기 탄화규소 블럭(100)이 일부 접촉될 때, 상기 도가니 본체(10)에서 발생되는 열이 상기 탄화규소 블럭(100)에 용이하게 전달될 수 있다.
실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼는 하기와 같이 제조될 수 있다.
먼저, 상기 탄화규소 잉곳(111)이 제조될 수 있다. 상기 탄화규소 잉곳(111)은 대면적이면서 결함이 적도록, 물리적 기상 수송법(PVT)이 적용되어, 제조된다.
일 실시예에 따른 탄화규소 잉곳의 제조방법은, 준비단계, 원료장입단계 및 성장단계를 포함할 수 있다.
상기 준비단계는 내부공간을 갖는 상기 도가니 본체(10) 및 상기 도가니 본체(10)를 덮는 도가니 덮개(11)를 포함하는 도가니 조립체를 준비하는 단계이다.
상기 원료장입단계는 상기 도가니 조립체 내에 상기 탄화규소 블럭(100)을 포함하는 탄화규소 원료를 장입하고 상기 원료 상에는 종자정(110)을 상기 원료와 일정한 간격을 두고 배치되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 탄화규소 잉곳(111)이 제조되기 위해서, 상기 종자정(110)이 준비된다. 상기 종자정(110)은 [0001]면에 대해 0 내지 8도의 범위에서 선택된 각도인 오프각을 적용한 웨이퍼들 중 어느 하나일 수 있다.
상기 종자정(110)은 결함이나 다형 혼입이 최소화된 실질적으로 단결정인 4H SiC 잉곳일 수 있다. 상기 탄화규소 종자정(110)은 실질적으로 4H SiC로 이루어진 것일 수 있다.
상기 종자정(110)은 4인치 이상, 5인치 이상, 나아가 6인치 이상의 구경을 가질 수 있다. 더 구체적으로 상기 종자정(110)은 4 내지 12 인치, 4 내지 10 인치, 또는 6 내지 8 인치의 직경을 가질 수 있다.
상기 종자정(110)은 상기 종자정 홀더(12)에 접착된다. 상기 종자정 홀더(12)는 흑연을 포함한다. 상기 종자정 홀더(12)는 흑연으로 이루어질 수 있다. 상기 종자정 홀더(12)는 이방성 흑연을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 종자정 홀더(12)는 이방성 흑연으로 이루어질 수 있다.
상기 종자정 홀더(12)는 높은 열전도율을 가질 수 있다. 상기 종자정 홀더(12)는 수평 방향으로 높은 열전도율을 가질 수 있다. 상기 종자정 홀더(12)는 적어도 일 방향으로 약 100 W/mK 이상의 열전도율을 가질 수 있다. 상기 종자정 홀더(12)는 적어도 일 방향으로 약 110 W/mK 이상의 열전도율을 가질 수 있다.
또한, 상기 도가니 덮개(11) 및 상기 종자정 홀더(12)는 서로 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 도가니 덮개(11) 및 상기 종자정 홀더(12)는 흑연으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 도가니 덮개(11) 및 상기 종자정 홀더(12)는 수평 방향 중, 적어도 하나의 방향으로 약 100W/mK 이상의 열전도율을 가질 수 있다. 이때, 상기 도가니 덮개(11) 및 상기 종자정 홀더(12)는 수평 방향 중, 적어도 하나의 방향으로 약 110W/mK 이상의 열전도율을 가질 수 있다. 또한, 상기 도가니 덮개(11) 및 상기 종자정 홀더(12)는 방향에 따른 열전도율이 실질적으로 동일할 수 있다.
또한, 상기 종자정(110) 및 상기 종자정 홀더(12)는 접착층에 의해서 서로 접착된다. 상기 접착층은 흑연 필러 및 페놀 수지 등의 탄화물을 포함한다. 상기 접착층은 낮은 기공율을 가질 수 있다.
상기 종자정(110)은 C면이 하방으로 향하도록 배치될 수 있다.
이후, 상기 도가니 내에 상기 탄화규소 잉곳(111)을 제조하기 위한 상기 탄화규소 블럭(100)을 포함하는 원료가 장입되다.
상기 원료장입단계에서 상기 도가니 조립체는, 상기 원료의 중량을 1로 보았을 때, 상기 도가니 조립체의 중량이 0.3 배 내지 0.8 배인 중량비율(Rw)을 가질 수 있다. 여기서, 도가니 조립체의 중량은 원료를 제외한 도가니 조립체의 중량을 의미하며, 구체적으로 상기 도가니 조립체에 종자정 홀더(12)가 적용되는지 여부와 무관하게, 종자정(110)까지 포함되어 조립된 도가니 조립체에서 투입한 원료의 무게를 제외한 값이다.
상기 성장단계는 상기 도가니 본체(10)의 내부공간을 결정성장분위기로 조절하여 상기 원료가 상기 종자정(110)에 증기 이송되어 증착되고 상기 종자정(110)로부터 성장된 탄화규소 잉곳(111)을 마련하는 단계이다.
상기 성장단계는 상기 도가니조립체의 내부공간을 결정성장분위기로 조절하는 과정이 포함되며, 구체적으로 단열재(20)로 상기 도가니 조립체를 감싸서 상기 도가니 조립체와 이를 감싸는 상기 단열재(20)를 포함하는 반응용기(미도시)를 마련하고, 이를 석영관 등의 반응챔버에 위치시킨 후 가열수단에 의하여 상기 도가니 등을 가열하는 방식으로 진행될 수 있다.
상기 반응챔버(42) 내에는 상기 반응용기가 위치하여 유도 코일(40)에 의해 상기 도가니 본체(10)의 내부공간을 결정성장분위기에 적합한 온도로 유도한다. 이러한 온도는 상기 결정성장분위기에 중요한 요소 중 하나이며, 압력과 가스의 이동 등의 조건을 조절하여 보다 적합한 결정성장분위기를 형성한다. 상기 반응챔버(42)와 상기 반응용기 사이에는 단열재(20)가 위치하여 결정성장분위기의 형성과 제어를 보다 용이하게 도울 수 있다.
상기 결정성장분위기는 상기 반응챔버(42) 외부의 유도 코일(40)에 의해서 상기 도가니에서 발생되는 열을 통해 진행될 수 있다. 상기 도가니의 가열과 동시에 또는 별도로 감압하여 공기를 제거하고, 감압분위기 및/또는 불활성 분위기(예시, Ar 분위기, N2 분위기 또는 이의 혼합 분위기)에서 진행될 수 있다.
상기 결정성장분위기는 원료를 종자정(110)의 표면에 증기 이송되도록 하여 탄화규소 결정의 성장을 유도하여 잉곳(111)으로 성장시킨다.
상기 결정성장분위기는 2100℃ 내지 2450 ℃의 성장온도와 1 torr 내지 100 torr의 성장압력 조건이 적용될 수 있고, 이러한 온도와 압력을 적용하는 경우 보다 효율적으로 탄화규소 잉곳(111)을 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 결정성장분위기는 도가니 상하부 표면 온도가 2100℃ 내지 2450 ℃의 성장온도와 1torr 내지 50 torr의 성장압력 조건이 적용될 수 있으며, 더 자세하게는 도가니 상하부 표면 온도가 2150℃ 내지 2450 ℃의 성장온도와 1 torr 내지 40 torr의 성장압력 조건이 적용될 수 있다.
더 구체적으로 도가니 상하부 표면 온도가 2150 내지 2350 ℃의 성장온도와 1 torr 내지 30 torr의 성장압력 조건이 적용될 수 있다.
위에서 설명한 결정성장분위기를 적용하면, 본 발명의 제조방법 등에 보다 고품질의 탄화규소 잉곳을 제조하는데 보다 유리하다.
상기 탄화규소 잉곳은 4H SiC을 함유하는 것으로, 그 표면이 볼록한 형태 또는 평평한 형태의 것일 수 있다.
상기 탄화규소 잉곳의 표면이 오목한 형태로 형성되는 경우 의도하는 4H-SiC 결정 외에 6H-SiC와 같은 다른 다형이 혼입된 것일 수 있고, 이는 탄화규소 잉곳(111)의 품질을 떨어드릴 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 잉곳(111)의 표면이 과도하게 볼록한 형태로 형성되는 경우에는 잉곳 자체에 크랙이 발생하거나, 웨이퍼로 가공할 때 결정이 깨질 수 있다.
이때, 상기 탄화규소 잉곳이 과도하게 볼록한 형태의 잉곳인지 여부는 휘어짐 정도를 기준으로 판단하며, 본 명세서에서 제조되는 탄화규소 잉곳(111)은 휘어짐이 20 mm 이하이다.
상기 휘어짐은, 탄화규소 잉곳의 성장이 완료된 샘플을 정반 위에 놓고 잉곳 후면을 기준으로 잉곳의 중심과 가장자리의 높이를 높이 게이지(Height Gauge)로 측정하여 (중심 높이 - 가장자리높이)의 값으로 평가한다. 휘어짐의 수치가 양의 값이면 볼록함을 의미하고 0의 값은 평평함, 그리고 음의값은 오목함을 의미한다.
구체적으로, 상기 탄화규소 잉곳은 그 표면이 볼록한 형태 또는 평평한 형태의 것으로 휘어짐이 0 ㎜ 내지 14 mm인 것일 수 있고, 0 mm 내지 11 mm일 수 있으며, 0 mm 내지 8 mm인 것일 수 있다. 이러한 휘어짐 정도를 갖는 탄화규소 잉곳은 웨이퍼 가공이 보다 용이하고 깨짐 발생을 감소시킬 수 있다.
상기 탄화규소 잉곳은 결함이나 다형 혼입이 최소화된 실질적으로 단결정인 4H SiC 잉곳일 수 있다. 상기 탄화규소 잉곳은 실질적으로 4H SiC로 이루어진 것으로, 그 표면이 볼록한 형태 또는 평평한 형태의 것일 수 있다.
상기 탄화규소 잉곳은 탄화규소 잉곳에서 발생할 수 있는 결함을 줄인 것으로 보다 고품질의 탄화규소 웨이퍼를 제공할 수 있다.
본 명세서의 방법으로 제조된 상기 탄화규소 잉곳은 그 표면의 핏(pit)을 감소시키며, 구체적으로 4 인치 이상의 직경을 갖는 잉곳에서 그 표면에 포함되는 핏(pit)이 10k/㎠ 이하일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 탄화규소 잉곳의 표면 핏 측정은, 잉곳 표면에서 패싯을 제외한 중앙부분의 한 곳, 그리고 탄화규소 잉곳 엣지에서 중앙부 방향으로 약 10 mm 안쪽에 위치하는 3시, 6시, 9시, 그리고 12시 방향의 네 곳, 총 5곳을 광학현미경으로 관찰하여 각 위치에서 단위면적(1 ㎠)당 핏(pit)을 측정한 후 그 평균값으로 평가한다.
예시적으로, 상기 탄화규소 잉곳을 외경 연삭 장비를 적용하여 잉곳의 외곽 테두리 부분을 다듬고(External Grinding), 일정한 두께로 절삭(Slicing)한 후 가장자리 연삭과 표면 연마, 폴리싱 등의 가공이 진행될 있다.
상기 슬라이싱단계는 탄화규소 잉곳을 일정한 오프 앵글을 갖도록 슬라이싱하여 슬라이싱된 결정을 마련하는 단계이다. 상기 오프 앵글은 4H SiC에서 [0001]면을 기준으로 한다. 상기 오프 앵글은 구체적으로 0 내지 15 도에서 선택된 각도일 수 있고, 0 내지 12 도에서 선택된 각도일 수 있으며, 0 내지 8도에서 선택된 각도일 수 있다.
상기 슬라이싱은 통상 웨이퍼 제조에 적용되는 슬라이싱 방법이라면 적용할 수 있고, 예시적으로 다이아몬드 와이어나 다이아몬드 슬러리를 적용한 와이어를 이용한 절삭, 다이아몬드가 일부 적용된 블레이드나 휠을 이용하는 절삭 등이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 슬라이싱된 결정의 두께는 제조하고자 하는 웨이퍼의 두께를 고려하여 조절될 수 있고, 이후 설명하는 연마단계에서 연마된 후의 두께를 고려하여 적절한 두께로 슬라이싱될 수 있다.
상기 연마단계는 상기 슬라이싱된 결정을 그 두께가 300 내지 800 um가 되도록 연마하여 탄화규소 웨이퍼를 형성하는 단계이다.
상기 연마단계는 통상 웨이퍼 제조에 적용되는 연마 방법이 적용될 수 있고, 예시적으로 랩핑(Lapping) 및/또는 그라인딩(Grinding) 등의 공정이 진행된 후, 폴리싱(polishing) 등이 진행되는 방식이 적용될 수 있다.
실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법은 탄화규소 블럭(100)에 포함된 탄화규소를 승화시켜서, 탄화규소 잉곳 및 탄화규소 웨이퍼를 제조한다.
상기 탄화규소 잉곳을 형성하기 위한 원료가 블럭 형태를 가지기 때문에, 높은 열전도율을 가진다. 특히, 상기 탄화규소 블럭(100)은 수평 방향으로 높은 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다.
이에 따라서, 도가니에서 발생되는 열이 도가니 내부에 용이하게 전달될 수 있다. 이에 따라서, 상기 도가니 내부에 배치되는 원료 전체에 균일한 온도 구배가 형성될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 상기 도가니 내의 위치별 온도를 용이하게 제어할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 온도 불균일에 따른 결정성의 틀어짐이나, 다양한 결함을 방지할 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 향상된 결정성 및 기계적 강도를 가질 수 있다.
또한, 상기 탄화규소 블럭(100)은 높은 열전도율을 가지기 때문에, 상기 도가니로부터 발생되는 열을 상기 도가니 내부에 배치되는 원료로 효율적으로 전달할 수 있다. 즉, 상기 탄화규소 블럭(100)은 상기 탄화규소 웨이퍼를 형성하기 위한 원료이면서 동시에 내부로 열을 전달하기 위한 열전달 매개체가 될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 탄화규소의 승화 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 블럭(100)의 열전도율이 높기 때문에, 종자정(110) 인근의 온도가 낮더라도, 원료의 온도는 높게 유지할 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)은 높은 열전도율을 가지고, 수평 방향으로 높은 열전도율을 가지도록 배치될 수 있다. 이에 따라서, 상기 도가니 본체(10) 내의 원료는 전체적으로 수평 방향으로 높은 열전도율 가질 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 수평 방향으로의 온도 구배를 낮출 수 있다. 또한, 상기 원료의 중앙 부분과 외곽 부분의 온도 차이가 크지 않기 때문에, 상기 종자정(110) 인근과 상기 원료의 상부의 온도 차이가 커질 수 있다. 즉, 상기 도가니 본체(10) 내에서 수직 방향으로의 온도 구배가 커질 수 있다. 이에 따라서, 상기 원료 부근에서의 탄화규소의 승화 속도는 빨라지고, 상기 종자정(110)에서의 증착 속도도 빨라질 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 탄화규소의 승화 속도를 향상시킬 뿐만 아니라, 종자정(110)에서의 증착속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 향상된 성장 속도를 가질 수 있다.
또한, 상기 탄화규소 웨이퍼의 직경이 커짐에 따라서, 상기 도가니 본체(10)의 내경도 함께 커져야 한다. 이때, 상기 탄화규소 블럭(100)은 높은 열전도율을 가지기 때문에, 상기 도가니 본체(10)의 내경이 커지더라도, 상기 도가니 본체(10)의 내부의 온도가 효율적으로 제어될 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법 및 탄화규소 잉곳의 제조방법은 향상된 성능을 가지는 대구경의 탄화규소 웨이퍼를 효율적으로 생산할 수 있다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서는 앞선 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 대한 설명을 참고하고, 변경된 부분에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 실시예들에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 4를 참조하면, 탄화규소 블럭(100) 및 도가니 본체(10)의 내부면 사이에 제 1 유로(120)가 형성될 수 있다. 상기 제 1 유로(120)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 외주면과 상기 도가니 본체(10)의 내부면 사이의 빈 공간일 수 있다. 즉, 상기 제 1 유로(120)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 외주면과 상기 도가니 본체(10)의 내부면이 서로 이격되어 형성될 수 있다.
상기 제 1 유로(120)의 폭(D)은 약 0.1㎜ 내지 약 30㎜일 수 있다. 상기 제 1 유로(120)의 폭(D)은 약 0.5㎜ 내지 약 20㎜일 수 있다. 상기 제 1 유로(120)의 폭(D)은 약 1㎜ 내지 약 10㎜일 수 있다.
상기 제 1 유로(120)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 외주면에 전체적으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 유로(120)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 외주면의 일부에 형성될 수 있다. 상기 제 1 유로(120)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 외주면 중, 약 10% 내지 약 90%의 영역에 형성될 수 있다. 상기 제 1 유로(120)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 외주면 중, 약 20% 내지 약 80%의 영역에 형성될 수 있다. 상기 제 1 유로(120)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 외주면 중, 약 30% 내지 약 70%의 영역에 형성될 수 있다.
상기 제 1 유로(120)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 하부에서 상부로 연장될 수 있다. 상기 제 1 유로(120)는 상기 도가니 본체(10)의 바닥에서 상기 도가니 본체(10)의 상부를 향하여 연장될 수 있다. 상기 제 1 유로(120)는 상하방으로 연장될 수 있다.
상기 제 1 유로(120)를 통하여, 상기 탄화규소 블럭(100)의 외주면 및 상기 탄화규소 블럭(100)의 하부에서 승화된 탄화규소 기체는 효과적으로 상기 도가니 본체(10)의 상부로 이동할 수 있다. 이에 따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장속도를 가질 수 있다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서는 앞선 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 대한 설명을 참고하고, 변경된 부분에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 실시예들에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 유로(120)는 탄화규소 분말을 포함한다. 상기 제 1 유로(120)에 상기 탄화규소 분말이 채워질 수 있다. 즉, 상기 제 1 유로(120)에 상기 탄화규소 분말이 패킹될 수 있다.
상기 탄화규소 분말은 탄화규소를 포함한다. 상기 탄화규소 분말은 탄화규소로 이루어질 수 있다. 상기 탄화규소 분말은 입자의 크기가 약 75 ㎛이 이하인 것이 전체 원료를 기준으로 15 중량% 이하로 포함될 수 있고, 10 중량% 이하로 포함될 수 있으며, 5 중량% 이하로 포함될 수 있다.
또한, 상기 탄화규소 분말의 D50 입경은 약 130㎛ 내지 약 400 ㎛일 수 있다. 상기 탄화규소 분말의 D50 입경은 약 170㎛ 내지 약 300㎛일 수 있다.
상기 탄화규소 분말은 상기 탄화규소 블럭(100) 및 상기 도가니 본체(10) 사이에 배치되고, 상기 도가니 본체(10)로부터 발생되는 열을 상기 탄화규소 블럭(100)으로 전달할 수 있다. 즉, 상기 탄화규소 분말은 상기 탄화규소 블럭(100) 및 상기 도가니 본체(10) 사이의 갭을 채우고, 상기 도가니 본체(10) 및 상기 탄화규소 블럭(100) 사이의 열전달 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제 1 유로(120)에는 상기 탄화규소 분말이 채워지기 때문에, 상기 탄화규소 분말에 포함된 입자 사이의 공간으로 승화된 탄화규소는 효율적으로 이동할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장 속도로, 결함이 적고, 결정 특성이 향상된 잉곳 및 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 6은 제 4 실시예에 따른 탄화규소 블럭을 도시한 사시도이다. 도 7은 제 4 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서는 앞선 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 대한 설명을 참고하고, 변경된 부분에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 실시예들에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 탄화규소 블럭은 제 1 탄화규소 블럭(101), 제 2 탄화규소 블럭(102) 및 제 3 탄화규소 블럭(103)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 탄화규소 블럭(101), 상기 제 2 탄화규소 블럭(102) 및 상기 제 3 탄화규소 블럭(103)은 차례로 적층될 수 있다.
즉, 도가니 본체(10)의 바닥면 상에 상기 제 1 탄화규소 블럭(101)이 배치되고, 상기 제 1 탄화규소 블럭(101) 상에 제 2 탄화규소 블럭(102)이 배치되고, 상기 제 2 탄화규소 블럭(102) 상에 제 3 탄화규소 블럭(103)이 배치될 수 있다.
상기 제 1 탄화규소 블럭(101), 상기 제 2 탄화규소 블럭(102) 및 상기 제 3 탄화규소 블럭(103)은 도 6에 도시된 플레이트 형상 이외에, 앞서 설명한 바와 같이, 다양한 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 도가니 본체(10) 내에 배치되는 탄화규소 블럭들의 개수는 3개 이상일 수 있다. 즉, 여러 개의 탄화규소 블럭들이 상기 도가니 본체(10) 내에 적층되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 블럭(100)들은 서로 동일하거나, 서로 다른 다양한 형상들을 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 탄화규소 원료로 다수 개의 탄화규소 블럭들을 사용하여, 원하는 높이로 원료를 적층할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 여러 개의 탄화규소 블럭들을 상기 도가니 본체(10) 내에 적절하게 배치하여, 전체적인 열 전도율을 효율적으로 설계할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 여러 개의 탄화규소 블럭들을 배치하여, 승화된 탄화규소 기체가 효율적으로 종자정(110)으로 이동할 수 있도록 유로를 형성할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장 속도로, 결함이 적고, 결정 특성이 향상된 잉곳 및 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 8은 제 5 실시예에 따른 탄화규소 블럭을 도시한 사시도이다. 도 9는 제 5 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서는 앞선 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 대한 설명을 참고하고, 변경된 부분에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 실시예들에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 탄화규소 원료로 스페이서들이 추가로 포함될 수 있다. 상기 스페이서들은 탄화규소 블럭들 사이에 배치될 수 있다.
제 1 스페이서(131)는 제 1 탄화규소 블럭(101) 및 제 2 탄화규소 블럭(102) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제 2 스페이서(132)는 상기 2 탄화규소 블럭(100) 및 상기 제 3 탄화규소 블럭(103) 사이에 배치될 수 있다.
상기 스페이서들은 탄화규소를 포함할 수 있다. 상기 스페이서들은 탄화규소로 이루어질 수 있다. 상기 스페이서들은 99질량% 이상으로 탄화규소를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스페이서들은 탄화규소 블럭(100)일 수 있다. 즉, 상기 스페이서들은 일정 크기 이상을 가지는 탄화규소 덩어리일 수 있다.
상기 제 1 스페이서(131)는 상기 제 1 탄화규소 블럭(101) 및 상기 제 2 탄화규소 블럭(102) 사이에 공간을 형성한다. 상기 제 1 스페이서(131)에 의해서, 상기 제 1 탄화규소 블럭(101) 및 상기 제 2 탄화규소 블럭(102) 사이에 제 2 유로(121)가 형성된다 상기 제 2 유로(121)는 수평 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제 2 유로(121)의 폭은 약 0.5㎜ 내지 약 30㎜일 수 있다. 상기 제 2 유로(121)의 폭은 약 1㎜ 내지 약 20㎜일 수 있다. 상기 제 2 유로(121)의 폭은 약 5㎜ 내지 약 10㎜일 수 있다. 상기 제 2 유로(121)의 폭은 상기 제 1 스페이서(131)의 높이에 의해서 결정될 수 있다.
상기 제 2 유로(121)는 제 1 유로(120)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 제 2 유로(121)는 상기 제 2 탄화규소 블럭(102) 및 상기 도가니 본체(10)의 내부면 사이의 공간과 연결될 수 있다.
상기 제 2 스페이서(132)는 상기 제 2 탄화규소 블럭(102) 및 상기 제 3 탄화규소 블럭(103) 사이에 공간을 형성한다. 상기 제 2 스페이서(132)에 의해서, 상기 제 2 탄화규소 블럭(102) 및 상기 제 3 탄화규소 블럭(103) 사이에 제 3 유로(122)가 형성된다 상기 제 3 유로(122)는 수평 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제 3 유로(122)의 폭은 약 0.5㎜ 내지 약 30㎜일 수 있다. 상기 제 3 유로(122)의 폭은 약 1㎜ 내지 약 20㎜일 수 있다. 상기 제 3 유로(122)의 폭은 약 5㎜ 내지 약 10㎜일 수 있다. 상기 제 3 유로(122)의 폭은 상기 제 2 스페이서(132)의 높이에 의해서 결정될 수 있다.
상기 제 3 유로(122)는 제 1 유로(120)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 제 3 유로(122)는 상기 제 3 탄화규소 블럭(103) 및 상기 도가니 본체(10)의 내부면 사이의 공간과 연결될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 제 1 탄화규소 블럭(101) 및 상기 도가니 본체(10)의 바닥면 사이에도 제 3 스페이서가 배치될 수 있다. 상기 제 3 스페이서는 상기 제 1 탄화규소 블럭(101) 및 상기 도가니 본체(10)의 바닥면 사이에 제 4 유로를 형성할 수 있다.
상기 제 2 유로(121), 상기 제 3 유로(122) 및 상기 제 4 유로는 상기 도가니 본체(10) 내부에서, 수직한 방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.
이에 따라서, 상기 제 1 탄화규소 블럭(101)의 하면 및 제 3 스페이서에서 승화되어 발생되는 탄화규소 기체는 상기 제 4 유로 및 상기 제 1 유로(120)를 통하여 효율적으로 상기 종자정(110)에 전달될 수 있다.
또한, 상기 제 1 탄화규소 블럭(101)의 상면, 상기 제 2 탄화규소 블럭(102)의 하면 및 제 1 스페이서(131)에서 승화되는 탄화규소 기체는 상기 제 2 유로(121) 및 상기 제 1 유로(120)를 통하여, 상기 종자정(110)에 효율적으로 전달될 수 있다.
또한, 제 2 탄화규소 블럭(102)의 상면, 상기 제 3 탄화규소 블럭(103)의 하면 및 제 2 스페이서(132)에서 승화되는 탄화규소 기체는 상기 제 3 유로(122) 및 상기 제 1 유로(120)를 통하여, 상기 종자정(110)에 효율적으로 전달될 수 있다.
본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 상기 수직한 방향에 교차하는 방향으로, 예를 들어 수평 방향으로 연장되는 유로들을 사용하여, 승화된 탄화규소 기체를 효율적으로 상방으로 전달할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장 속도로, 결함이 적고, 결정 특성이 향상된 잉곳 및 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 10는 제 6 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서는 앞선 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 대한 설명을 참고하고, 변경된 부분에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 실시예들에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제 1 유로(120), 제 2 유로(121) 및 제 3 유로(122)에 탄화규소 분말이 배치될 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 분말은 상기 제 1 유로(120), 상기 제 2 유로(121) 및 상기 제 3 유로(122)에 패킹될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 제 4 유로에도 상기 탄화규소 분말이 배치될 수 있다.
또한, 제 1 스페이서(131), 제 2 스페이서(132) 및 제 3 스페이서는 생략될 수 있다. 즉, 상기 제 1 스페이서(131), 상기 제 2 스페이서(132) 및 상기 제 3 스페이서의 스페이서 기능을 상기 탄화규소 분말이 대체할 수 있다.
상기 탄화규소 분말에 의해서, 각 유로에서의 열전달 특성이 향상되고, 상기 탄화규소 분말에 포함된 입자들 사이의 공간에 의해서, 승화된 탄화규소 기체의 전달 성능은 유지될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 수평방향으로 전체적으로 균일한 온도 구배를 가질 수 있다. 이에 따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장 속도로, 결함이 적고, 결정 특성이 향상된 잉곳 및 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 11은 제 7 실시예에 따른 탄화규소 블럭을 도시한 사시도이다. 도 12는 제 7 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서는 앞선 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 대한 설명을 참고하고, 변경된 부분에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 실시예들에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 탄화규소 블럭(100)은 제 5 유로(124)를 포함한다. 상기 제 5 유로(124)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 중앙 부분에 형성될 수 있다. 상기 제 5 유로(124)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 내부로부터 상방으로 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 5 유로(124)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 내부로부터 상방으로 오픈될 수 있다.
이때, 상기 제 5 유로(124)의 깊이는 상기 탄화규소 블럭(100)의 높이의 약 1/2 내지 약 1일 수 있다. 상기 제 5 유로(124)의 깊이는 상기 탄화규소 블럭(100)의 높이의 약 2/3 내지 약 9/10일 수 있다. 상기 제 5 유로(124)의 깊이는 상기 탄화규소 블럭(100)의 높이의 약 3/4 내지 약 4/5일 수 있다.
상기 제 5 유로(124)는 상기 탄화규소 블럭(100)을 상하 방향으로 관통할 수 있다. 즉, 상기 제 5 유로(124)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 하면으로부터 상면까지 관통할 수 있다.
상기 제 5 유로(124)는 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 탄화규소 블럭(100)은 도넛 형상을 가질 수 있다.
상기 제 5 유로(124)의 직경은 상기 탄화규소 블럭(100)의 직경의 약 1/10 내지 약 1/2일 수 있다. 상기 제 5 유로(124)의 직경은 상기 탄화규소 블럭(100)의 직경의 약 1/5 내지 약 1/3일 수 있다. 상기 제 5 유로(124)의 직경은 상기 탄화규소 블럭(100)의 직경의 약 3/10 내지 약 1/2일 수 있다.
또한, 상기 제 5 유로(124)의 직경은 약 1㎝ 내지 약 30㎝일 수 있다. 상기 제 5 유로(124)의 직경은 약 3㎝ 내지 약 20㎝일 수 있다. 상기 제 5 유로(124)의 직경은 약 5㎝ 내지 약 10㎝일 수 있다.
상기 제 5 유로(124)는 상방으로 오픈되어 있기 때문에, 상기 제 5 유로(124) 내부면으로 승화된 탄화규소 기체는 상방으로 효율적으로 전달될 수 있다. 또한, 상기 제 5 유로(124)의 내부면은 상기 도가니 본체(10)의 내부면을 따라서 배치될 수 있다. 이에 따라서, 상기 도가니 본체(10)로부터의 열이 균일하게 상기 제 5 유로(124)의 내부면으로 전달될 수 있다. 즉, 상기 제 5 유로(124)의 내부면과 상기 도가니 본체(10)의 내부면 사이의 간격이 위치에 따라서 균일할 수 있고, 상기 도가니 본체(10)로부터의 열이 상기 제 5 유로(124)의 내부면으로 균일하게 전달될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 상기 제 5 유로(124)의 내부면의 온도를 균일하게 조절할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 상기 제 5 유로(124)의 내부면으로 부터 탄화규소 기체를 효율적으로 승화시킬 수 있다.
이에 따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장 속도로, 결함이 적고, 결정 특성이 향상된 잉곳 및 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 13은 제 8 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서는 앞선 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 대한 설명을 참고하고, 변경된 부분에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 실시예들에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 13을 참조하면, 탄화규소 블럭(100)은 제 6 유로(125)를 포함한다. 상기 제 6 유로(125)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 중앙 부분에 형성될 수 있다. 상기 제 6 유로(125)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 내부로부터 상방으로 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 6 유로(125)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 내부로부터 상방으로 오픈될 수 있다.
이때, 상기 제 6 유로(125)의 깊이는 상기 탄화규소 블럭(100)의 높이의 약 1/2 내지 약 1일 수 있다. 상기 제 6 유로(125)의 깊이는 상기 탄화규소 블럭(100)의 높이의 약 2/3 내지 약 9/10일 수 있다. 상기 제 6 유로(125)의 깊이는 상기 탄화규소 블럭(100)의 높이의 약 3/4 내지 약 4/5일 수 있다.
또한, 상기 제 6 유로(125)의 평균 내경은 약 1㎝ 내지 약 30㎝일 수 있다. 상기 제 6 유로(125)의 평균 내경은 약 3㎝ 내지 약 20㎝일 수 있다. 상기 제 6 유로(125)의 평균 내경은 약 5㎝ 내지 약 10㎝일 수 있다.
상기 제 6 유로(125)는 상기 탄화규소 블럭(100)을 상하 방향으로 관통할 수 있다. 즉, 상기 제 6 유로(125)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 하면으로부터 상면까지 관통할 수 있다.
또한, 상기 제 6 유로(125)의 내부면은 수직 방향을 기준으로 기울어질 수 있다. 상기 제 6 유로(125)는 상방으로 갈수록 점점 더 커지는 내경을 가질 수 있다. 여기서, 유로의 내경은 유로의 수평 방향으로 유로의 단면적과 동일한 면적을 가지는 원의 직경을 의미한다. 상기 제 6 유로(125)의 내부면의 평균 경사도는 0.5 내지 10 일 수 있다. 상기 제 6 유로(125)의 내부면의 평균 경사도는 약 1 내지 약 5일 수 있다. 상기 제 6 유로(125)의 내부면의 평균 경사도는 약 1.5 내지 약 3일 수 있다.
여기서, 상기 평균 경사도는 상기 제 6 유로(125)의 깊이를 상기 제 6 유로(125)의 가장 아랫 부분의 내경과 상기 제 6 유로(125)의 가장 높은 부분의 내경의 차이로 나눈 값이다. 상기 평균 경사도는 하기의 수식 1로 표시될 수 있다.
[수식 1]
유로의 깊이 / (유로의 최상부의 내경 - 유로의 최하부의 내경)
상기 제 6 유로(125)는 잘려진 원 뿔 형상을 가질 수 있다. 상기 제 6 유로(125)는 잘려진 다각 뿔 형상을 가질 수 있다. 상기 제 6 유로(125)의 내경은 상방으로 갈수록 점점 커지는 경향성을 가질 수 있다.
상기 제 6 유로(125)는 상방으로 오픈되어 있기 때문에, 상기 제 6 유로(125)의 내부면으로 승화된 탄화규소 기체는 상방으로 효율적으로 전달될 수 있다. 또한, 상기 제 6 유로(125)의 내부면은 경사지기 때문에, 넓은 표면적으로 가질 수 있다.
또한, 유도 코일(40)은 상기 탄화규소 블럭(100)이 배치되는 영역 중, 상기 도가니 본체(10)의 하부로부터 상부로 갈수록 가해지는 열을 줄일 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 6 유로(125)의 내부면이 기울어지더라도, 상기 제 6 유로(125)의 내부면의 온도는 균일하게 조절될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 상기 제 6 유로(125)의 내부면으로부터 승화되는 탄화규소 기체의 양을 증가시킬 수 있다.
이에 따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장 속도로, 결함이 적고, 결정 특성이 향상된 잉곳 및 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 14는 제 9 실시예에 따른 도가니 조립체 내에 탄화규소 블럭이 배치된 상태를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서는 앞선 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 대한 설명을 참고하고, 변경된 부분에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 실시예들에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 14를 참조하면, 탄화규소 블럭(100)의 중앙 부분에 형성되는 유로는 계단 형상을 가질 수 있다. 상기 유로의 내부면은 계단 형상을 가질 수 있다. 상기 유로의 내부면은 단차를 가질 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)은 제 7 유로(126), 제 8 유로(127) 및 제 9 유로(128)를 포함할 수 있다.
상기 제 7 유로(126)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 하부에 배치된다. 상기 제 7 유로(126)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 하부면에 인접하여 배치된다. 상기 7 유로는 상기 탄화규소 블럭(100)의 하부면을 관통할 수 있다.
상기 제 8 유로(127)는 상기 제 7 유로(126)와 연결되고, 상기 제 7 유로(126) 상에 배치된다.
상기 제 9 유로(128)는 상기 제 8 유로(127) 상에 배치된다. 또한, 상기 제 9 유로(128)는 상기 제 8 유로(127)에 연결된다. 상기 제 9 유로(128)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 상부에 배치된다. 상기 제 9 유로(128)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 상면을 관통한다. 상기 제 9 유로(128)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 상면으로부터 상방으로 오픈된다.
상기 제 9 유로(128)의 평균 내경은 상기 제 8 유로(127)의 평균 내경보다 더 크다. 또한, 상기 제 8 유로(127)의 평균 내경은 상기 제 9 유로(128)의 평균 내경보다 더 크다.
상기 제 9 유로(128)의 평균 내경은 상기 제 8 유로(127)의 평균 내경보다 약 1.1배 내지 약 2배 더 클 수 있다. 또한, 상기 제 8 유로(127)의 평균 내경은 상기 제 7 유로(126)의 평균 내경보다 약 1.1배 내지 약 2배 더 클 수 있다.
상기 제 9 유로(128)는 상방으로 오픈되어 있기 때문에, 상기 제 7 유로(126), 상기 제 8 유로(127) 및 상기 제 9 유로(128)의 내부면으로 승화된 탄화규소 기체는 상방으로 효율적으로 전달될 수 있다. 또한, 상기 제 제 7 유로(126), 상기 제 8 유로(127) 및 상기 제 9 유로(128)의 내부면은 단차를 가지기 때문에, 넓은 표면적으로 가질 수 있다.
또한, 유도 코일(40)은 상기 탄화규소 블럭(100)이 배치되는 영역 중, 상기 도가니 본체(10)의 하부로부터 상부로 갈수록 가해지는 열을 줄일 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 7 유로(126), 상기 제 8 유로(127) 및 상기 제 9 유로(128)의 내부면이 단차를 가지더라도, 상기 제 7 유로(126), 상기 제 8 유로(127) 및 상기 제 9 유로(128)의 내부면의 온도는 균일하게 조절될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 상기 제 6 유로(125)의 내부면으로부터 승화되는 탄화규소 기체의 양을 증가시킬 수 있다.
이에 따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장 속도로, 결함이 적고, 결정 특성이 향상된 잉곳 및 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 15는 제 10 실시예에 따른 탄화규소 블럭의 일 단면을 도시한 단면도이다. 본 실시예에 대한 설명에서는 앞선 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 대한 설명을 참고하고, 변경된 부분에 대해서 추가적으로 설명한다. 앞선 실시예들에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 15를 참조하면, 탄화규소 블럭(100)은 미세 포어(129)를 가질 수 있다. 상기 미세 포어(129)는 약 1㎛ 내지 약 500㎛의 내경을 가질 수 있다. 상기 미세 포어(129)는 오픈 포어이다. 즉, 상기 미세 포어(129)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 외부로 오픈될 수 있다. 또한, 상기 미세 포어(129)는 상기 탄화규소 블럭(100)의 내부까지 서로 연결될 수 있다.
상기 미세 포어(129)가 형성되기 위해서, 상기 탄화규소 블럭(100)은 소결에 의해서 형성될 수 있다. 즉, 탄화규소 분말이 원하는 형상으로 패킹되고, 소결되어, 상기 탄화규소 블럭(100)이 형성될 수 있다. 상기 소결 과정에서, 상기 탄화규소 분말에 포함된 입자들이 서로 연결되어, 상기 탄화규소 블럭(100)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 소결 과정에서, 상기 탄화규소 분말에 포함된 입자들 사이의 공간이 상기 미세 포어(129)를 형성할 수 있다.
또한, 스페이서들도 상기 탄화규소 블럭(100)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 스페이서들도 미세 포어(129)를 포함할 수 있다.
상기 탄화규소 블럭(100)은 탄화규소 입자들이 서로 연결되어 형성되므로, 높은 열전도율을 가지면서, 상기 미세 포어(129)를 포함하기 때문에, 승화된 탄화규소 기체가 효율적으로 방출될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 상기 미세 포어(129)의 내부면으로부터 승화되는 탄화규소 기체의 양을 증가시킬 수 있다.
이에 따라서, 본 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장 속도로, 결함이 적고, 결정 특성이 향상된 잉곳 및 웨이퍼를 제공할 수 있다.
이상, 앞서 설명된 실시예들은 서로 기술적으로 배치되지 않는다면, 서로 조합될 수 있다. 예를 들어, 탄화규소 분말은 제 4 유로, 제 5 유로(124), 제 6 유로(125), 제 7 유로(126), 제 8 유로(127) 및 제 9 유로(128)에도 배치될 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 분말은 탄화규소 블럭(100)들 사이의 공간에도 배치될 수 있다. 또한, 상기 스페이서들은 다양한 위치에 배치되어, 유로를 형성할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 구현예를 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 구현예에 대한 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 명세서가 개시하는 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5 및 비교예
도넛형 소결체#1이 그라파이트 도가니 본체 내부에 장입되었다. 상기 탄화규소 블럭의 상부에 탄화규소 종자정 및 종자정 홀더를 배치하였다. 이 때, 탄화규소 종자정(4H SiC 단결정, 6인치)의 C면이 도가니 하부를 향하도록 통상의 방법으로 고정하였다. 또한, 도가니 덮개와 종자정 홀더가 흑연으로 일체로 제조되었고, 상기 도가니 덮개 및 상기 종자정 홀더는 모두 원판 형상을 가진다.
상기 종자정 및 종자정 홀더가 설치된 도가니 덮개로 상기 도가니 본채를 덮고, 단열재로 에워싼 뒤, 가열수단인 가열 코일이 구비된 반응 챔버 내에 넣었다.
이 때, 단열재로는 0.19 g/cc 밀도, 기공도 85%, 압축강도 0.37 MPa인 그라파이트 펠트가 단열재로 적용되었다.
도가니 내부를 진공 상태로 만든 뒤, 아르곤 가스를 서서히 주입하여 상기 도가니 내부가 대기압에 도달하도록하고, 다시 상기 도가니 내부를 서서히 감압 시켰다. 이와 함께, 도가니 내부의 온도를 2000 ℃까지 약 5℃/분의 승온속도로 서서히 승온시키고, 2350℃까지 약 3℃/분의 승온속도로 서서히 승온시켰다.
이후, 2350 ℃의 온도와 20 torr의 압력 조건 하에서 100시간 동안 탄화규소 종자정으로부터 SiC 잉곳을 성장시켰다.
이후, 상기 탄화규소 잉곳은 다이아몬드 와이어 쏘에 의해서 절단되었고, 모따기 공정, 연삭 공정 및 연마 공정에 의해서 가공되었다. 이에 따라서, (0001)면을 기준으로 4도 오프 각도의 탄화규소 웨이퍼가 제조되었다.
| 구분 | 원료 | 성장율 (㎛/hr) |
표면 핏 (개/㎠) |
결함(BPD, TSD, TED 등) (개/㎠) |
| 실시예 1 | 도넛형 탄화규소 소결체#1 | 320 | 4800 | 8000 |
| 실시예 2 | 도넛형 탄화규소 소결체#2 | 260 | 4400 | 8400 |
| 실시예 3 | 원통형 탄화규소 소결체 | 330 | 4400 | 8800 |
| 실시예 4 | 원통형 다결정 탄화규소 블럭 | 375 | 5200 | 7200 |
| 실시예 5 | 원통형 단결정 탄화규소 블럭 | 380 | 5200 | 7600 |
| 비교예 | 탄화규소 분말 | 220 | 5600 | 10400 |
1) 도넛형 탄화규소 소결체#1
D50입경이 약 150㎛인 탄화규소 분말이 약 2200℃의 온도에서, 약 5시간 동안 소결되어 형성되고, 도 10의 형상을 가지고, 외경 약 175㎜이고, 내경 약 30㎜이고, 높이 약 80㎜이고, 기공율이 약 45vol%인 탄화규소 소결체.
2) 도넛형 탄화규소 소결체#2
D50입경이 약 150㎛인 탄화규소 분말이 약 2200℃의 온도에서, 약 5시간 동안 소결되어 형성되고, 도 13의 탄화규소 블럭의 형상을 가지고, 외경 약 170㎜이고, 높이가 약 80㎜이고, 가장 작은 내경이 약 30㎜이고, 가장 큰 내경이 약 100㎜이고, 기공율이 약 46vol%인 탄화규소 소결체.
3) 원통형 탄화규소 소결체
D50입경이 약 150㎛인 분말이 약 2200℃의 온도에서, 약 5시간 동안 소결되어 형성되고, 외경이 약 170㎜이고, 높이가 약 80㎜이고, 기공율이 약 43vol%인 탄화규소 소결체.
4) 원통형 다결정 탄화규소 블럭
외경이 약 170㎜이고, 높이가 약 80㎜인 다결정 탄화규소 블럭.
5) 원통형 단결정 탄화규소 블럭
외경이 약 170㎜이고, 높이가 약 80㎜인 단결정 탄화규소 블럭.
6) 탄화규소 분말
D50입경이 약 150㎛인 탄화규소 분말.
실시예들에 따른 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법은 향상된 성장율을 가지고, 낮은 결함을 가진다.
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.
탄화규소 블럭 100
도가니 본체 10
도가니 덮개 11
종자정 홀더 12
종자정 110
탄화규소 잉곳 111
도가니 본체 10
도가니 덮개 11
종자정 홀더 12
종자정 110
탄화규소 잉곳 111
Claims (16)
- 도가니 내에 탄화규소 블럭을 배치하는 단계;
상기 탄화규소 블럭에 포함된 탄화규소를 승화시켜서, 탄화규소 잉곳을 형성하는 단계; 및
상기 탄화규소 잉곳을 가공하는 단계를 포함하고,
상기 탄화규소 블럭은 1000㎤ 이상의 겉보기 부피를 가지고,
상기 탄화규소 블럭의 외주면 및 상기 도가니의 내부면 사이에 승화된 탄화규소 기체가 이동할 수 있는 제 1 유로가 형성되고,
상기 탄화규소 블럭은 수평 방향으로 10 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치되는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 도가니 내에 탄화규소 블럭을 배치하는 단계;
상기 탄화규소 블럭에 포함된 탄화규소를 승화시켜서, 탄화규소 잉곳을 형성하는 단계; 및
상기 탄화규소 잉곳을 가공하는 단계를 포함하고,
상기 탄화규소 블럭은 승화된 탄화규소 기체가 이동할 수 있는 유로를 포함하고,
상기 유로의 깊이는 상기 탄화규소 블럭의 높이의 1/2 내지 1이고,
상기 탄화규소 블럭은 1000㎤ 이상의 겉보기 부피를 가지고,
상기 탄화규소 블럭은 수평 방향으로 10 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치되는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법. - 제 6 항에 있어서, 상기 유로는 상방으로 오픈되는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 유로의 적어도 일부는 상방으로 갈수록 점점 더 커지는 내경을 가지는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 유로는
제 1 내경을 가지는 제 1 유로; 및
상기 제 1 유로와 연결되고, 상기 제 1 내경보다 더 큰 제 2 내경을 가지는 제 2 유로를 포함하고,
상기 제 2 유로는 상기 제 1 유로 상에 배치되는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 탄화규소 블럭은
상기 도가니 내에 배치되는 제 1 탄화 규소블럭; 및
상기 제 1 탄화 규소 블럭 상에 배치되는 제 2 탄화규소 블럭을 포함하는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법. - 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 탄화규소 블럭 및 상기 제 2 탄화규소 블럭 사이에 승화된 탄화규소 기체가 통과할 수 있는 제 2 유로가 형성되는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 유로에는 탄화규소 분말이 배치되는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 탄화규소 블럭은 원통 형상, 뿔 형상, 도넛 형상 또는 다각 기둥 형상을 가지는 탄화규소 웨이퍼의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 탄화규소 잉곳의 성장 속도는 250㎛/hr 이상인 탄화규소 웨이퍼의 제조방법.
- 삭제
- 도가니 내에 탄화규소 블럭을 배치하는 단계;
상기 도가니 내에 종자정을 배치하는 단계; 및
상기 탄화규소 블럭에 포함된 탄화규소를 승화시켜서, 상기 종자정을 성장시키는 단계를 포함하고,
상기 탄화규소 블럭은 1000㎤ 이상의 겉보기 부피를 가지고,
상기 탄화규소 블럭의 외주면 및 상기 도가니의 내부면 사이에 승화된 탄화규소 기체가 이동할 수 있는 유로가 형성되고,
상기 탄화규소 블럭은 수평 방향으로 10 W/mK 이상의 열전도율을 가지도록 배치되는 탄화규소 잉곳의 제조방법.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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