KR20010026069A - 실리콘질화물(질화실리콘)을 이용한 계면의 변형에 의한 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘질화물(SiNx)을 이용한 계면의 변형에 의한 고품위 대면적 탄화규소(SiC) 결정의 성장 기술로, 특히 질소(N) 원자를 포함한 기체를 이용하여 실리콘(Si) 기판위에 완충층(buffer layer)인 실리콘질화물(질화실리콘)을 형성한 후 탄화규소 결정을 성장하는 것이다.
본 발명에 따르면 탄화규소의 고온 성장 기술에 있어서 실리콘 기판 위에 실리콘질화물층을 형성시킬 때 실리콘기판과 탄화규소 성장박막의 계면사이에서 실리콘 기판 표면으로 기어 나오는 실리콘 원자들의 외부확산을 막아 실리콘의 미세결함(void or micropipe)의 특성을 억제함과 동시에 실리콘과 탄화규소의 이종접합계면의 거칠기를 감소시켜주며 탄화규소의 결정성을 향상시킨다.
따라서 본 발명에서 개발한 기술을 이용하면 실리콘 표면에 실리콘질화물층을 이용하여 실리콘과 탄화규소의 이종접합계면에서 결정결함이 없는 대면적 탄화규소 결정을 성장할 수 있고, 특히 실리콘질화물층 위에 탄화규소 박막을 제조할 때, 탄화규소 박막과 실리콘 기판사이를 전기적으로 절연함으로써 탄화규소를 이용하여 제작된 소자의 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 대면적 탄화규소 결정성장기술에 관한 것으로서, 특히 실리콘 기판위에 완충층인 실리콘질화물를 형성한 후 탄화규소 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 실리콘 기판 위에 실란(silanes) 기체(SiH4, SiCl4등)와 탄화수소 기체(CH4, C2H4, C3H8등)를 원료로 사용하거나 C와 Si원자가 함유된 유기실란화합물(CH3SiH3, CH3SiCl3,(CH3)6Si2, (CH3)4Si 등) 을 이용하여 고온에서 열 분해시켜 화학증착법(CVD, chemical vapor deposition)법을 이용한 탄화규소 성장 방법이다. 그러나 이 방법은 1000℃ 이상의 높은 온도에서 성장이 되기 때문에 탄화규소 박막과 실리콘 기판간의 열팽창 계수차(8%)와 20%의 격자 불일치성(lattice mismatch) 때문에 구조적, 광학적, 전기적 성질이 나쁜 탄화규소 결정이 성장되어 탄화규소를 재료로 이용하여 제작된 소자의 효율을 크게 저하시킨다는 문제점이 있다.
또한 도 2는 종래의 실리콘 기판을 탄화수소기체를 이용하여 탄화시켜 수 Å 두께의 엷은 탄화층를 형성하여 탄화규소박막을 형성하는 방법이다. 이 방법은 실리콘과 탄화규소의 격자 불일치성을 줄일 수 있어 결정성을 향상시킬 수는 있으나, 탄화공정온도가 1300℃ 정도로 높고, 탄화수소기체와 기판의 실리콘과 반응하여 탄화층을 형성하는 도중 실리콘 기판으로부터 실리콘 원자들의 외부확산을 야기시켜 실리콘 기판 쪽에 기공이 형성되어 실리콘과 탄화규소의 이종접합계면에 미세결함을 형성하고, 계면의 거칠기를 증가시켜, 그 위에 성장된 탄화규소 결정의 특성에 심각한 영향을 미쳐 탄화규소 소자 제작시 누설전류의 원인이 되는 문제점이 있다.
도 3은 종래의 SOI(silicon on insulator)구조를 가지고 실리콘표면을 탄화수소기체를 이용하여 탄화시켜 탄화규소 결정을 성장하는 방법이다. 이 방법은 종래의 탄화공정에서 발생되는 응력(stress)과 결정결함을 줄일 수 있다고 알려져 있으나 이종접합계면에서 여전히 많은 결정결함을 지니고 있고, 이용하는 SOI 기판의 가격이 실리콘에 비하여 고가인 단점을 지니고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 동시에 해결하기 위하여 창출한 발명으로서, 탄화규소 결정 성장 과정에서 실리콘과 탄화규소 사이의 계면에 형성되는 미세 결함을 제거해 줄 수 있을 뿐만 아니라, 거칠기를 감소시키고, 성장된 탄화규소 결정이 실리콘기판과 전기적으로 절연됨으로써 탄화규소를 이용해 제작한 소자의 효율을 향상하는데 목적이 있다.
도 1은 종래의 실리콘상에 성장한 탄화규소박막의 구조도이다.
도 2은 종래의 탄화공정을 이용한 계면의 변형에 의해 성장한 탄화규소박막의 구조도이다.
도 3은 종래의 실리콘산화물을 이용한 이종접합계면의 변형에 의해 성장한 탄화규소 박막의 구조 도이다.
도 4은 본 발명에 의한 실리콘질화물을 이용한 계면의 변형에 의해 성장한 탄화규소 박막 구조 도이다.
도 5는 본 발명에 의한 실리콘질화물을 이용한 계면의 변형에 의해 성장한 탄화규소 구조의 제작 순서 도이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 탄화규소 결정을 성장하기 전 기판위에 절연 박막인 실리콘질화물층을 형성시키고 그 위에 2종 원료(two sources) 혹은 단일 원료(single source) 기체를 이용하여 탄화규소 결정을 성장하였다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명에 따른 계면의 변형을 이용한 탄화규소의 결정 성장 방법의 순서를 보이는 그림이다.
먼저 도 5-(a) 에서와 같이 실리콘 기판 위에 1 ∼ 10000 Å 두께 범위의 실리콘질화물층을 N을 함유하는 기체와 희석기체(수소, 헬륨, 아르곤)를 이용하여 900 ∼ 1350℃에서 열 질화법, 화학기상증착법 혹은 스퍼터링(sputtering)법을 이용하여 형성한다. 도 5-(b)는 실리콘질화물로 변형된 실리콘 기판 위에 탄화규소 박막을 2종 원료 혹은 단일 원료 기체를 이용하여 500℃ ∼ 1500 ℃ 온도 범위에서 두께가 에피층 혹은 두꺼운 후막 결정 수준으로 성장한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 기존의 탄화공정을 수행한 후 성장된 탄화규소 결정과 실리콘 기판 위에 표면을 변형시킬 수 있는 실리콘질화물층을 형성한 후 탄화규소 결정을 증착 할 경우와 비교할 때 이종접합계면에서 기공이 없고, 전기·광학·구조 특성이 우수하며 성장된 결정이 기판과 전기적으로 독립될 수 있어 누설 전류를 줄일 수 있고, 또한 기판으로 실리콘 웨이퍼를 사용하기 때문에 대면적 탄화규소 결정 성장이 가능하여 탄화규소를 이용한 FET(field effect Transister), LED(light emitting diode), 고전압용 정류기 등에 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 실리콘 기판 위에 실리콘질화물 형성을 이용하여 탄화규소 결정을 성장함으로써 실리콘 기판과 성장된 탄화규소 박막의 계면에서의 기공을 제거해주며, 계면의 거칠기를 현저하게 줄여 고품위의 탄화규소 결정을 성장하고, 실리콘 기판과 성장된 탄화규소 박막을 전기적으로 절연시켜 계면에서의 누설전류를 줄여주는 우수한 특성을 나타낸다.
Claims (7)
- 실리콘질화물 형성 공정를 이용하여 탄화규소를 제조하는 방법
- 제 1 항에 있어서 실리콘질화물의 증착을 N을 함유한 기체만을 이용하거나 N을 함유한 기체와 희석 기체인 수소, 아르곤, 헬륨 등을 이용하여 형성한 후 탄화규소 결정 혹은 에피층을 성장하는 방법
- 제 1 항에 있어서 실리콘질화물의 두께를 1∼ 10000Å에서 증착한 후 탄화규소 박막을 성장하는 방법
- 제 1 항에 있어서 실리콘질화물의 증착온도를 20∼ 1500℃ 증착한 후 탄화규소 결정을 성장하는 방법
- 제 1 항에 있어서 실리콘질화물을 이용하여 탄화규소를 제조한 후 MESFET(metal semiconductor field effect transistor), BJT(bipolar junction transistor), JFET(junction field effect transistor) MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor), HFET(heterojunction field effect transistor), Thyristor, HBT(heterojunction bipolar transistor), IGBT(insulated gate bipolar transistor), Schottky retifctor, pn-junction diode, schottky diode, LED(light emitting diode), LD(laser diode), membrane, Pressur sensor, Temperature sensor로 사용하는 방법
- 제 2 항에 있어서 실리콘질화물을 이용하여 탄화규소를 제조할 때 실리콘을 포함하는 기체와 탄화수소 기체를 이용하거나, 실리콘과 카본을 모두 포함한 유기실란기체를 이용하여 탄화규소 박막을 제조하는 방법
- 제 6 항에 있어서 실리콘질화물을 이용하여 탄화규소박막을 제조한 후 Ⅲ-V족 물질을 제조하는 방법
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