KR20130019569A - 탄화규소 기판의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 탄화규소 기판을 제조하는 방법은, 베이스 기판 상에 탄화규소층과 희생층을 교대로 반복하여 증착하는 단계; 상기 베이스 기판을 제거하는 단계; 그리고 고온의 산소 분위기 하에서 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 희생층은 열분해탄소층(pyrolytic carbon layer)일 수 있다.

Description

탄화규소 기판의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING OF SILICON CARBIDE SUBSTRATE}
본 발명은 탄화규소 기판의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화규소층과 희생층을 교대로 반복증착하여 탄화규소 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
탄화규소는 우수한 고온강도, 내열성, 내마모성, 내부식성 등의 특성을 가지며, 반도체 제조장치의 열처리 장치로 이용되는 차폐체, 균열링(EQUALIZING RING) 등의 각종 내열부재, 또는 반도체 제조용 장치의 확산로 장치, 에칭장치, CVD 장치 등으로 이용되는 더미 웨이퍼나 각종 부재로서 적합하게 사용된다.
탄화규소의 제조방법으로는 통상의 탄화규소 분말을 원료로 사용하는 상압소결 또는 가압소결 및 용융 실리콘(Si)과 탄소(C)의 반응에 의해 탄화규소를 합성하는 반응소결법이 알려져 있다. 이와 같은 방법을 통해 더미 웨이퍼로 사용되는 탄화규소 기판을 생산할 수 있으나, 동 생산방법은 양산성이 낮아 더미 웨이퍼를 대량으로 생산하기에는 부적합한 한계를 갖고 있을 뿐만 아니라, 생산비용이 많이 소요되는 단점이 있다.
한국등록특허공보 10-0276154호 2000. 12. 15.
본 발명의 목적은 탄화규소 기판을 효율적으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 탄화규소 기판을 대량 생산할 수 있는 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 탄화규소 기판을 제조하는 방법은, 베이스 기판 상에 탄화규소층과 희생층을 교대로 반복하여 증착하는 단계; 상기 베이스 기판을 제거하는 단계; 그리고 고온의 산소 분위기 하에서 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 희생층은 열분해탄소층(pyrolytic carbon layer)일 수 있다.
상기 방법은 상기 탄화규소층과 상기 희생층을 교대로 반복하여 증착한 이후에, 증착된 상기 탄화규소층과 상기 희생층의 측면을 절단하여 상기 희생층을 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탄화규소층은 10 ㎛이며, 상기 희생층은 1 ㎛일 수 있다.
상기 베이스 기판은 흑연 기판일 수 있다.
상기 베이스 기판은 절삭에 의해 제거되거나 연마에 의해 제거될 수 있으며, 또는 고온의 산소 분위기 하에서 제거될 수 있다.
상기 방법은 상기 탄화규소층 표면에 형성된 자연산화막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 탄화규소 기판을 대량 생산함으로써 탄화규소 기판의 생산효율을 증대시킬 수 있다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 기판의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 기판의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 7을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 기판의 제조과정을 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 기판의 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 앞서 설명한 바와 같이, 탄화규소 기판은 반도체 제조용 장치의 확산로 장치, 에칭장치, CVD 장치 등으로 이용되는 더미 웨이퍼에 사용되고 있으나, 종래의 제조방법은 양산성이 낮아 더미 웨이퍼를 대량으로 생산하기에는 부적합한 한계를 갖고 있다. 이하, 도 1 내지 도 7을 참고하여 탄화규소 기판을 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 탄화규소층(112a)을 증착하기 위한 베이스 기판(100)을 준비한다. 베이스 기판(100)은 탄화규소층(112a)의 열팽창률(4.6/K)과 유사한 열팽창률을 가지는 흑연 기판이 바람직하다. 베이스 기판(100)의 열팽창률이 탄화규소층(112a)의 열팽창률과 큰 차이가 있을 경우, 증착된 탄화규소층(112a)에 균열(crack)이 발생할 수 있다.
다음, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 베이스 기판(100) 상에 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)을 교대로 증착한다(S10). 증착공정은 화학기상증착(chemical vapor deposition:CVD)에 의해 이루어질 수 있다.
증착챔버 내에 베이스 기판(100)을 로딩한 상태에서, 증착챔버의 내부를 증착조건에 따라 감압 및 가열한다. 이후, 수소가스를 증착챔버의 내부에 공급하여 수소가스 분위기를 형성한 후, 수소가스를 캐리어 가스로 하여 트리클로로메틸실란, 트리클로로페닐실란, 디클로로메틸실란, 디클로로디메틸실란 등의 할로겐화 유기 규소 화합물을 반응가스로 하여 공급하며, 화학기상증착법에 따라 베이스 기판(100) 상에 탄화규소층(112a,112b,112c)을 증착시킨다. 이때, 증착온도는 900~1700℃, 증착압력은 10torr~760torr 일 수 있다.
다음, 증착챔버의 내부를 증착조건에 따라 조정한 후, 증착챔버의 내부에 불활성가스를 캐리어 가스로 하여 전구체(precursor) 가스를 공급하며, 화학기상증착법에 따라 베이스 기판(100) 상에 희생층(114a,114b)을 증착시킨다. 불활성가스는 질소, 헬륨, 아르곤 등에서 선택될 수 있으며, 전구체 가스는 CxHy(x,y는 자연수, x≥2)로 되어 있는 적어도 하나의 탄화수소(예를 들어, 프로판(C3H8), 부탄(C4H10), 프로필렌(C3H6) 등)로 이루어진다. 이때, 증착온도는 700~1500℃, 증착압력은 10torr~760torr 일 수 있다. 탄화규소층(112a,112b,112c)은 10㎛ 이상일 수 있으며, 희생층(114a,114b)은 1㎛ 이상일 수 있다. 희생층(114a,114b)은 열분해탄소층(pyrolytic carbon layer)일 수 있다. 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)은 동일한 증착챔버 내에서 각각의 증착조건에 따라 증착될 수 있으며, 일련의 공정을 통해 세 개의 탄화규소층(112a,112b,112c)을 증착할 수 있다.
도 3은 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)이 베이스 기판(100) 상에 증착된 모습을 도시하고 있다. 본 실시예에서는 3개의 탄화규소층(112a,112b,112c)과 2개의 희생층(114a,114b)이 증착되는 것으로 설명하고 있으나, 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)의 개수는 변경될 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)을 베이스 기판(100) 상에 증착하는 경우, 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)은 기판(100)의 측면으로부터 돌출되어 증착된다.
다음, 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)을 원하는 형상으로 절단한다(S20). 절단공정을 통해 기판(100)의 측면으로 돌출된 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)은 절단될 수 있으며, 이 과정을 통해 탄화규소층(112c,112b)에 덮인 희생층(114a,114b)이 외부로 노출될 수 있다. 도 4는 돌출된 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)이 절단된 모습을 도시하고 있다.
또한, 기계적 가공을 통해 베이스 기판(100)의 대부분을 제거한다(S30). 베이스 기판(100) 중 제거되지 않은 부분은 후술하는 어닐링 공정을 통해 제거될 수 있다. 베이스 기판(100)은 절삭에 의한 방법, 연마에 의한 방법, 공기 중에서 가열, 연소하여 제거하는 방법, 또는 이들 방법을 조합한 방법에 의해 제거될 수 있다. 도 5는 베이스 기판(100)의 일부가 제거된 모습을 도시하고 있다.
다음, 희생층(114a,114b)을 제거한다(S40). 예를 들어, 열분해탄소층은 고온의 어닐링(annealing) 과정을 통해 제거될 수 있다. 산화로의 내부에 산소를 공급하여 산소 분위기를 형성한 후, 베이스 기판(100) 상에 증착된 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)을 로딩한 상태에서 산화로를 고온(예를 들어, 500~1000℃)으로 1시간 이상 가열하면, 열분해탄소층 내의 탄소와 산화로 내의 산소가 반응하여 이산화탄소가 생성되며, 열분해탄소층은 제거될 수 있다. 이 과정에서, 베이스 기판(100) 중 제거되지 않은 부분도 함께 제거될 수 있으며, 베이스 기판(100) 내의 탄소와 산화로 내의 산소가 반응하여 이산화탄소를 생성할 수 있다.
도 6은 열분해탄소층(114a,114b)과 베이스 기판(100) 중 제거되지 않은 부분이 제거된 모습을 도시하고 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 열분해탄소층(114a,114b)과 베이스 기판(100)이 제거됨으로써, 탄화수소층(112a,112b,112c)은 각각 탄화수소 기판으로 사용될 수 있다.
상술한 바에 의하면, 동일한 증착챔버 내에 하나의 베이스 기판(100)을 로딩하여 일련의 증착공정을 거침으로써 복수의 탄화수소 기판들을 제조할 수 있다. 즉, 베이스 기판(100) 상에 탄화규소층(112a,112b,112c)과 희생층(114a,114b)을 교대로 반복하여 증착한 후 희생층(114a,114b)을 제거함으로써, 탄화규소층(112a,112b,112c)의 개수에 해당하는 탄화수소 기판들을 제조할 수 있다. 특히, 일련의 증착공정 동안, 증착챔버의 내부는 초기조건(베이스 기판(100)을 증착챔버 내에 로딩할 때의 조건)으로 감압 또는 냉각되지 않으므로, 감압 또는 냉각에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 본 제조방법은 높은 양산성을 가질 수 있다.
다음, 각각의 탄화수소 기판(112a,112b,112c)(이하에서는 탄화수소 기판이라고 함)은 연마 공정을 거친다(S50). 연마 공정은 탄화수소 기판(112a,112b,112c)의 표면에 남아있는 미세돌기 등을 제거할 뿐만 아니라, 표면의 평행도 및 평탄도, 표면조도 등을 조절하기 위한 공정이다. 연마 공정은 폴리싱(polishing) 또는 래핑(lapping) 공정을 통해 이루어질 수 있다.
다음, 탄화수소 기판(112a,112b,112c) 상에 형성된 불순물 또는 자연산화막(native oxide, SiO2)을 제거하는 공정을 거친다(S60). 탄화수소 기판(112a,112b,112c)은 이송과정에서 대기 중에 노출될 수 있으며, 이때, 탄화수소 기판(112a,112b,112c) 상에 자연산화막이 형성되거나 불순물이 달라붙을 수 있다. 자연산화막 등은 HF, H2SO4 등의 산성용액을 이용한 화학적 에칭방법을 통해 제거될 수 있다.
다음, 탄화수소 기판(112a,112b,112c)은 세정 및 건조공정을 거친다(S70). 세정공정은 탄화수소 기판(112a,112b,112c) 상에 남아있는 산성용액을 제거하기 위한 것이며, 산성용액은 탈이온수(DI water) 또는 이소프로필알콜(IPA)을 통해 제거될 수 있다. 세정공정이 완료되면, 탄화수소 기판(112a,112b,112c) 상에 물반점(watermark)이나 얼룩이 남지 않도록 건조한다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
100 : 베이스기판
112 : 탄화규소층
114 : 희생층

Claims (9)

  1. 베이스 기판 상에 탄화규소층과 희생층을 교대로 반복하여 증착하는 단계;
    상기 베이스 기판을 제거하는 단계; 및
    고온의 산소 분위기 하에서 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희생층은 열분해탄소층(pyrolytic carbon layer)인 것을 특징으로 하는 탄화규소 기판의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 상기 탄화규소층과 상기 희생층을 교대로 반복하여 증착한 이후에,
    증착된 상기 탄화규소층과 상기 희생층의 측면을 절단하여 상기 희생층을 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 기판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄화규소층은 10 ㎛이며,
    상기 희생층은 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 탄화규소 기판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 흑연 기판인 것을 특징으로 하는 탄화규소 기판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 절삭에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 기판의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 연마에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 기판의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 고온의 산소 분위기 하에서 제거되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 기판의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 상기 탄화규소층 표면에 형성된 자연산화막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 기판의 제조방법.
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