KR20150095344A - 액상 기법을 이용한 SiC 단결정 성장 방법 - Google Patents

액상 기법을 이용한 SiC 단결정 성장 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150095344A
KR20150095344A KR1020140016529A KR20140016529A KR20150095344A KR 20150095344 A KR20150095344 A KR 20150095344A KR 1020140016529 A KR1020140016529 A KR 1020140016529A KR 20140016529 A KR20140016529 A KR 20140016529A KR 20150095344 A KR20150095344 A KR 20150095344A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sic
seed
protective film
growth
single crystal
Prior art date
Application number
KR1020140016529A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101669444B1 (ko
Inventor
문정현
방욱
김남균
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020140016529A priority Critical patent/KR101669444B1/ko
Publication of KR20150095344A publication Critical patent/KR20150095344A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101669444B1 publication Critical patent/KR101669444B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/02Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
    • C30B19/04Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux the solvent being a component of the crystal composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/10Controlling or regulating
    • C30B19/106Controlling or regulating adding crystallising material or reactants forming it in situ to the liquid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)

Abstract

액상 성장법에 기초한 SiC 단결정을 육성 방법이 개시된다. 본 발명은 표면의 적어도 일부가 보호막으로 코팅된 SiC 시드를 제공하는 단계; 실리콘을 포함하는 원료 분말이 구비된 성장 도가니를 제공하는 단계; 및 상기 성장 도가니의 원료 분말을 용융하여 상기 SiC 시드가 상기 용융액에 딥핑된 상태에서 상기 SiC 시드로 SiC 결정을 육성하는 단계를 포함하는 SiC 결정의 액상 성장 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 시드로부터의 액상 성장시 발생 가능한 파티클 결함을 포함하는 결함들을 낮은 밀도로 유지할 수 있는 SiC 단결정의 육성 방법을 제공할 수 있게 된다.

Description

액상 기법을 이용한 SiC 단결정 성장 방법 {Method of Crystal Growth of SiC Using Liquid Phase Techniques}
본 발명은 SiC 단결정 육성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상 기법을 사용하여 SiC 단결정을 육성하는 방법에 관한 것이다.
SiC 단결정은고전력, 고주파, 고온 및 청색/자외선 스펙트럼 영역에서 동작하는 SiC 또는 III족 질화물 기반의 전자 디바이스나 광전자 디바이스의 기판으로 사용되고 있다.
SiC 단결정은 표준적인 방법으로 물리 기상 전달법(Physical Vapor Transport)이 사용되고 있다. 그러나, 그간 상당한 진전이 있어 왔지만, PVT법으로 형성된 SiC는 여전히 마이크로파이프, 전위 및 기생 폴리타입(parasitic polytypes) 등 상당한 결함 개수를 보이고 있다.
Si, GaAs, InP 등의 다른 주요 반도체가 초크랄스키, LEC(liquid encapsulation), VGF(verticle gradient freeze) 등 용탕으로부터 용액 성장법에 의해 제조되고 있지만, SiC 단결정을 육성하는 방법은 열역학적인 이유로 바람직하지 않다고 여겨져 왔다. 이것은 SiC 성장을 위한 화학양론적인 용탕을 제공하기 위해서는 적어도 3200℃의 온도와 100,000 bar의 압력이 요구되기 때문이다.
최근에는 Si이나 Si:Cr, Si:Sc 등 C에 대한 용해성을 갖는 용매를 사용하여 용탕을 제조함으로써 2000℃ 근방이나 그 이하의 온도에서 용액 성장법의 적용이 가능해지고 있다.
용액 성장법에 의해 제조된 SiC 결정은 기상 증착법에 의해 제조된 SiC 결정에 비해 성장 중 기생 폴리타입 결함의 발생이나 시드에 존재하는 마이크로파이프의 제거에 유용한 방법으로 보고되고 있다.
그러나, 용액 성장법에서 성장되는 결정의 품질은 초기 성장이 이루어지는 시드의 표면상태에 영향을 크게 받기 때문에 성장 전 시드의 표면상태는 매우 중요하다. 예를 들어, TSSG(top seeded solution growth)와 같은 성장법의 경우 시드를 그라파이트홀더에 접합하는 과정에서의 오염이 발생할 수 있고, 또 승온 단계에서의 로내 오염 물질에의한 오염이 발생할 수 있다.
Deiter H. Hoffman et al, "Prospects of the use liquid phase techniques for the growth of bulk silicon carbide crystals", Mat. Sci. Eng. B61-62 (1999) pp29-39
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 액상 성장시 낮은 결함을 갖는 SiC 단결정의 육성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 SiC 단결정 액상 성장 방법에 사용되는 시드의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 제조 방법에 의해 제조된 SiC 단결정 성장용 시드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 표면의 적어도 일부가 보호막으로 코팅된 SiC 시드를 제공하는 단계; 실리콘을 포함하는 원료 분말이 구비된 성장 도가니를 제공하는 단계; 및 상기 성장 도가니의 원료 분말을 용융하여 상기 SiC 시드가 상기 용융액에 딥핑된 상태에서 상기 SiC 시드로 SiC 결정을 육성하는 단계를 포함하는 SiC 결정의 액상 성장 방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 SiC 결정 육성 단계에서, 상기 SiC 시드의 상기 보호막은 상기 용융액에딥핑된 상태에서 용해될 수 있다.
또한, 상기 SiC 결정 육성 단계는, 상기 SiC 시드를 상기 성장 도가니에 장입하는 단계; 및 상기 성장 도가니의 원료 분말이 용융과 함께 상기 SiC 시드가 상기 용융액에 딥핑되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 SiC 결정 육성 단계는, 상기 성장 도가니의 원료 분말을 용융하는 단계; 및 상기 성장 도가니의 용융액에 상기 SiC 시드를 딥핑하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 원료 분말은 실리콘과 알루미늄의 혼합 분말인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 성장 도가니는 흑연을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 SiC 시드의 보호막은 금속 산화물, 바람직하게는 산화 실리콘을 포함한다.
본 발명에서 상기 SiC 시드의 보호막은 두께가 0.5 ~ 1 마이크로미터인 것이 바람직하다.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, SiC 단결정 시드를 제공하는 단계; 및 상기 SiC 단결정 시드의 최소한 일부분에 금속 산화물을 포함하는 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 SiC 결정 성장용 시드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 보호막 형성 단계는, 상기 SiC 단결정 시드 표면에 금속 산화물을 포함하는 보호막을 제공하는 단계; 및 상기 보호막의 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 SiC 단결정 코어; 및 상기 SiC 단결정 코어 표면의 적어도 일부에 형성된 금속 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 결정 성장용 시드를 제공한다.
본 발명에서 상기 금속 산화막은 산화 실리콘을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 액상 성장시파티클 갇힘 등의 결함 밀도가 낮은 양질의 SiC 단결정을 제조할 수 있게 된다. 본 발명의 공정에 따르면 까다로운 공정 조건이나 공정 환경을 적용하지 않고서도 결함의 발생 가능성을 억제하여 높은 결정성을 갖는 SiC 단결정을 제조할 수 있게 된다.
도 1은 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SiC 단결정의 성장 장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SiC 단결정을 성장 절차를 개략적으로 도시한 절차도이다.
도 3은 본 발명의 열처리 스케쥴을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 표면 처리를 거치지 않는 SiC 시드의 표면을 촬영한 광학 현미경 사진이다.
도 5는 도 4의 파티클 갇힘 현상의 원인을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따라 보호막이 형성된 시드의 단면을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 SiC 시드를 제조하는 절차를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 식각된시드 단면을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 9는 SiC 단결정의 보호막 비형성 영역(A)을 관찰한 광학 현미경 사진이다.
도 10은 SiC 단결정의 보호막 형성 영역(B)를 관찰한 광학 현미경 사진이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SiC 단결정의 용액 성장법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SiC 단결정의 육성 장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 육성 장치(100)는 가열 히터(110), 성장 도가니(120), 시드홀더(130)를 포함하며, 전술한 콤포넌트를 수납하고 분위기를 유지하기 위한 챔버(140)를 포함한다.
본 발명에서 바람직하게는 상기 가열 히터(110), 성장 도가니(120), 시드홀더(130) 및 챔버 내벽은 카본 물질로 구현되며, 상기 챔버 내부는 진공 분위기로 유지된다.
상기 성장 도가니(120)에는 SiC 성장을 위한 원료 분말이 구비된다. 상기 원료 분말은 Si 소스를 구비되며, 용융 온도 이상에서 용탕(122)을 형성한다. 상기 Si 소스는 실리콘 분말 또는 실리콘을 함유하는 금속 분말일 수 있다. 예컨대, 상기 Si 소스는 Si+ 20wt% Al 조성의 혼합 분말 또는 합금 분말일 수 있다. 물론, Al을 대신하여 통상의 SiC의 용액 성장에 사용되는 금속 분말이 사용될 수도 있다.
승온 과정에서 용융된 원료 분말에는 용융 도가니, 챔버 내벽, 가열 히터 등으로부터 기인하는 카본 소스가 용질로서 용해되며, 결과적으로 카본을 포함하는 용탕이SiC 결정 성장의 소스로 작용한다.
상기 시드홀더(130)에는 SiC 시드(10)가 부착된다. SiC 시드의 부착 방법은 TSSG 등 통상의 SiC 용액 성장법에 사용되는 부착 방법이 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SiC 단결정을 성장 절차를 개략적으로 도시한 절차도이다.
도 2를 참조하면, 소정의 표면 처리된 SiC 시드(10)가 전술한 바와 같은 장치(100)의 기판 홀더(130)에 장착된다(112).
후술하는 바와 같이, 본 발명에서 상기 SiC 시드는 그 표면에 보호막을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이에 대해서는 후술한다.
한편으로, 전술한 상기 장치(100)의 성장 도가니(120)에는 원료 분말이 준비된다(114). 원료 분말과 시드의 준비가 완료되면, 상기 장치(100)는 진공으로 유지되며 사전 설정된 열처리 스케쥴에 따라 승온되고(S116), 상기 원료 분말은 용융되어 용탕을 형성한다.
원료 분말의 용융 온도 전후 또는 소정의 결정 성장 온도에서 상기 시드의 최소한 일부가 상기 도가니의 용탕 내부로 딥핑(dipping)된다(S118). 후술하는 바와 같이, 바람직한 딥핑 시점은 오염 물질을 최소화하도록 설계될 수 있다.
일례로, 본 발명에서 딥핑은 결정 성장 온도에 다다른 후에 이루어질 수 있다. 또한 이와 달리 시드는 혼합 분말의 용융과 동시 또는 직후에 딥핑될 수 있다. 예컨대, 시드홀더에 장착된 시드를 성장 도가니에 장입하여딥핑 예상 위치에 시드를 위치시키면, 원료 분말의 용융과 동시에 딥핑이 이루어질 수 있다. 이 방식은 용액 성장 단계 이전에 발생할 수 있는 기상 증착에 의한 오염원의 갇힘 현상을 완화할 수 있을 것이다.
시드가 딥핑되고 결정 성장 온도에서 결정 성장이 개시되며(S120), 소정 시간 동안 상기 장치(100)의 온도가 유지된다. 본 발명에서 바람직한 결정 성장 온도는 원료 분말의 조성에 따라 변화한다. 통상적인 Si 합금 조성의 경우 1700~2300 ℃의 온도가 바람직하다.
결정 성장이 완료되면, 상기 시드를 포함하는 결정을 풀링하여 시드는 상기 용탕으로부터 분리된다(S122).
상술한 본 발명의 결정 성장 방법은 TSSG(top seeded solution growth)를 기반으로 설명하였지만, 본 발명의 방법은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, THM(traveling heater method), TSM(traveling solvent method), 냉각법(slow cooling method) 등이 사용될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 승온 과정을 포함하는 열처리 스케쥴을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 결정 성장 온도로 1800 ℃가 예시되고 있다. 결정 성장 온도로의 승온은 대략 1320 ℃까지의 가파른 승온과 이후 결정 성장 온도까지의 완만한 승온 과정으로 이루어져 있다. 결정 성장 온도에서 대략 2 시간 유지 후 도시된 스케쥴에 따라 강온 절차가 진행될 수 있다.
도 4는 특별한 표면 처리를 거치지 않는 통상의 SiC 시드를 사용하여, 도 1을 참조하여 설명한 장치에 장입한 후 소정의 열처리 스케쥴에 따라 용탕에 딥핑하지 않고 유지한 시드의 표면을 촬영한 광학 현미경 사진이다. 용탕으로는 Si + 20wt% Al이 사용되었고, 열처리는 1800 ℃까지 승온한 후 강온하였다.
도 4는 통상의 SiC 용액 성장법을 적용할 때 발생하는 결정 내부의 의도하지 않은 파티클 또는 불순물의 갇힘(closing)을 보여준다. 전술한 파티클 갇힘 현상은 승온 과정 중에 발생하는 오염 물질에 기인하는 것으로 예측된다.
도 5는 도 4의 파티클 갇힘 현상의 원인을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 승온 과정 중 용탕의 형성 전후에 원료 분말 또는 챔버로부터 기화 또는 승화된 다양한 오염원을 도시하고 있다. 예컨대 상기 오염원은 카본, Al, Si 또는 다른 물질일 수 있다.
용액 성장법에서 결정 성장 온도까지의 승온 과정은 상당한 시간이 소요되며, 용탕 내부로의 딥핑이 이루어지기 전에 이와 같은 오염원이 시드에부착된 상태에서 물리 기상 증착 메커니즘에 의해 시드 표면에 SiC층이 형성될 수 있다. 이럴 경우, 오염원은 결정 내부로부터 제거될 수 없게 되며, 도 4와 같은 파티클 갇힘 현상이 유발될 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 SiC 시드 표면에 보호막(passivation layer)을 형성하여 파티클 갇힘 현상을 해결한다.
상기 보호막은 용액 성장을 위한 승온 과정에서 시드 표면을 보호한다. 또한, 상기 보호막은 승온 과정 중 일시적으로 결정 표면을 보호하는 한편, 결정 성장 과정 전에서 제거된다. 예컨대, 상기 보호막은 딥핑시용탕에 용해되어 제거되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보호막은 증착 후 물리 화학적인 방법에 의해 선택적으로 식각 가능한 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 보호막 중 시드홀더와 접합하는 시드 상부의 보호막은 접합을 위해 선별적으로 제거되는 것이 바람직할 수 있다.
전술한 보호 기능, 선택적 제거 용이성의 확보를 위해, 상기 보호막으로 금속 산화막이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 보호막은 SiO2를 포함하는 것이 바람직하다. 물론, 이를 대신하여 Ti, Al, Cr, Mn, Ni, Fe 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따라 보호막이 형성된 시드의 단면을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, SiC 시드(10)의 표면에 걸쳐 보호막(20)이 형성되어 있다. 그러나, 본 발명에서 상기 보호막(20)은 반드시 표면 전체에 형성될 필요는 없고, 용탕 내에 딥핑되는 시드 표면을 포함하는 일부의 영역에만 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 보호막은 그 두께가 0.5 ~ 1 마이크로미터 범위에 있는 것이 바람직하다. 용액에 담기기 전까지 기상에서 보호막이 남아 있어야 하고 용액에 담기고 나서는 급속한 에칭이 일어날 수 있는 적정한 두께가 필요하다.
도 7은 본 발명에 따른 SiC 시드를 제조하는 절차를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 먼저 SiC 시드의 전면에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)과 같은 통상의 증착법에 따라 금속 산화막 예컨대 SiO2 산화막이 형성된다(100). 이어서, 시드의 표면 일부 바람직하게는 시드의 딥핑부를 포함하는 영역에 포토레지스트 등의 마스크 패턴을 형성한다(102). 다음으로 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 노출된 SiO2 막을 제거하여 시드 표면을 노출한다(104). 식각에는 습식 식각이나 건식 식각 등 통상의 식각 방법이 사용될 수 있다. 식각이 완료되면 상기 마스크 패턴은 제거된다.
이상과 같이 보호막 패턴이 형성된 SiC 시드를 사용함으로써, 시드의딥핑 전 단계에서 결정 성장 표면을 보호한다. 전술한 바와 같이, 상기 SiO2 보호막은 용탕에 딥핑시 용탕에 용해되어 제거된다.
이에 따라, 상기 보호막은 결정 성장 전 단계에서 시드의 성장 표면을 보호하고, 오염원의 부착을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에서 전술한 보호막을 구비한 시드는 시드홀더에 적절한 방법으로 부착될 수 있다. 시드와 시드홀더의 접합에는 통상적으로 사용되는 카본 접착제가 사용될 수 있다. 물론 이와 달리, 포토 레지스트와 같은 다른 카본 소스가 접착제로 사용될 수도 있을 것이다.
<실시예>
다우코닝사의SiC 시드{면적:1cm x 1cm, 두께:350 um}를 시드 표면에 화학기상증착법으로 SiO2 보호막을 형성하였다. 보호막의 두께는 약 1 마이크로미터였다. 울텍사의 PECVD 장비를 사용하였고, 증착 조건은 공정압력 550 mTorr, RF power 60W, 가스유량 SiH4, N2O, N2 각각 160, 1500, 240 sccm으로 하였다.
이어서, 다우사의 AZ1512 포토레지스트 용액을 도포하고, UV 광원을 사용하여 시드의 일부를 노출하였다. 이어서, 노출된 보호막 영역을 Buffered oxide etchant(BOE)를 이용하여 식각하였다. 도 8은 식각 과정을 거쳐 형성된 시드 단면을 모식적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 시드의 중앙을 기준으로 시드하면의 영역 A는 시드 표면이 노출되며, 영역 B는 시드 표면이 보호막에 의해 덮혀 있음을 알 수 있다.
이어서, 제조된 SiC 시드의 상면을 시드홀더에 부착하였다. 시드와 시드홀더의 접합에서 접착제로는 포토레지스트를 사용하였다. 포토레지스트를시드 상면에 도포하고 약 1200 ℃의 온도에서 2시간 열처리하여 시드홀더와 시드를 접합하였다.
태원과학사의 Si 분말과 태원과학사의 Al 분말을 준비하고 중량비로 8:2로 혼합하여 원료 분말을 제조하였다. 제조된 원료 분말을 성장 도가니에 담고, 시드와 함께 도 1의 성장로에 장착하였다. 성장로를 약 8×10-3 torr의 고진공으로 유지하고, 도 3의 열처리 스케쥴에 따라 승온하였다. 결정 성장 온도인 1800 ℃에서 시드를 용탕에 딥핑(dipping)하고 약 2시간 동안 결정 성장을 진행하였다. 이어서, 시드를 용탕에서 풀링(pulling)하고 도 3의 열처리 스케쥴에 따라 강온하였다. 얻어진 단결정을 불산, 질산 및 중수로 이루어진 용액(중량비 1:3:4)에서 세척하였다.
세척이 완료된 결정을 광학 현미경 및 나노시스템사의 나노뷰 표면 프로파일러(Nano view surface profiler)로 표면 분석하고, 히다치사의 전계방출 주사전자현미경(FeildEmmission Scanning Microscopy; FE-SEM)으로 성장 두께를 측정하였다. 또, KOH 식각법을 이용하여 표면 결함을 분석하였다.
도 9 및 도 10은 각각 실시예에서 얻어진 SiC 단결정의 보호막 비형성 영역(A)과 보호막 형성 영역(B)를 관찰한 광학 현미경 사진이다.
도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 보호막 비형성 영역의 각 지점(#4, #5, #6)에서 TD(Threading Dislocation)와 BPD(Basal Plane Dislocation)가 관찰되고 있다. 또한, 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 보호막 형성 영역의 각 지점(#1, #2, #3)에서도 TD는 관찰되나 도 9에 비해 그 빈도가 현저히 감소함을 알 수 있다. 또한, 보호막 형성 영역의 각 지점에서는 BPD가 관찰되지 않음을 알 수 있다.
한편, KOH 용액을 이용하여 단결정 표면을 식각한 후 에치핏(etch pit)의 개수를 계산하였다.
아래 표 1은 각 영역 A 및 B의 각 지점에서 측정한 결함 밀도를 정리하여 나타낸 표이다.
Figure pat00001
위 표로부터 보호막이 형성되지 않은 경우 EPD(etch pit density)가 약 80% 증가함을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명과 같이 시드 표면에 제공된 보호막은 용액 성장법에서 SiC 단결정의 결함 밀도를 현저히 감소시킴을 알 수 있다.
10 SiC 시드
20 보호막
100 단결정 육성 장치
110 가열 히터
120 성장 도가니
122 용탕
130 시드홀더
140 챔버

Claims (14)

  1. 표면의 적어도 일부가 보호막으로 코팅된 SiC 시드를 제공하는 단계;
    실리콘을 포함하는 원료 분말이 구비된 성장 도가니를 제공하는 단계; 및
    상기 성장 도가니의 원료 분말을 용융하여 상기 SiC 시드가 상기 용융액에 딥핑된 상태에서 상기 SiC 시드로 SiC 결정을 육성하는 단계를 포함하는 SiC 결정의 액상 성장 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SiC 결정 육성 단계에서,
    상기 SiC 시드의 상기 보호막은 상기 용융액에 딥핑된 상태에서 용해되는 것을 특징으로 하는 SiC 결정의 액상 성장 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 SiC 결정 육성 단계는,
    상기 SiC 시드를 상기 성장 도가니에 장입하는 단계; 및
    상기 성장 도가니의 원료 분말이 용융과 함께 상기 SiC 시드가 상기 용융액에 딥핑되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 결정의 액상 성장 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 SiC 결정 육성 단계는,
    상기 성장 도가니의 원료 분말을 용융하는 단계; 및
    상기 성장 도가니의 용융액에 상기 SiC 시드를 딥핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 결정의 액상 성장 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원료 분말은 실리콘과 알루미늄의 혼합 분말인 것을 특징으로 하는 SiC 결정의 액상 성장 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성장 도가니는 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 결정의 액상 성장 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 SiC 시드의 보호막은 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 성장 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 SiC 시드의 보호막은 산화 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 성장 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 SiC 시드의 보호막은 두께가 0.5 ~ 1 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 SiC 결정의 액상 성장 방법.
  10. SiC 단결정시드를 제공하는 단계; 및
    상기 SiC 단결정시드의 최소한 일부분에 금속 산화물을 포함하는 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 SiC 결정 성장용 시드의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보호막 형성 단계는,
    상기 SiC 단결정시드 표면에 금속 산화물을 포함하는 보호막을 제공하는 단계; 및
    상기 보호막의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 결정 성장용 시드의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 보호막은 0.5 ~ 1 마이크로미터인것을 특징으로 하는 SiC 결정 성장용 시드의 제조 방법.
  13. SiC 단결정 코어; 및
    상기 SiC 단결정 코어 표면의 적어도 일부에 형성된 금속 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 결정 성장용 시드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 금속 산화막은 산화 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 결정 성장용 시드.
KR1020140016529A 2014-02-13 2014-02-13 액상 기법을 이용한 SiC 단결정 성장 방법 KR101669444B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140016529A KR101669444B1 (ko) 2014-02-13 2014-02-13 액상 기법을 이용한 SiC 단결정 성장 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140016529A KR101669444B1 (ko) 2014-02-13 2014-02-13 액상 기법을 이용한 SiC 단결정 성장 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150095344A true KR20150095344A (ko) 2015-08-21
KR101669444B1 KR101669444B1 (ko) 2016-10-26

Family

ID=54058387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140016529A KR101669444B1 (ko) 2014-02-13 2014-02-13 액상 기법을 이용한 SiC 단결정 성장 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101669444B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110191870A (zh) * 2017-01-11 2019-08-30 通用电气公司 使用SiGa和/或Siln合金的熔渗法
KR20210010243A (ko) * 2019-07-19 2021-01-27 주식회사 엘지화학 단결정 제조 방법
CN113005519A (zh) * 2021-02-26 2021-06-22 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 一种采用预处理籽晶生长碳化硅晶体的方法
CN113026105A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 一种使用预处理粉料制备碳化硅晶体的生长方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010514648A (ja) * 2006-09-14 2010-05-06 クリー インコーポレイテッド マイクロパイプ・フリーの炭化ケイ素およびその製造方法
KR20100054156A (ko) * 2008-01-15 2010-05-24 도요타 지도샤(주) 탄화규소 단결정의 성장방법
KR20100090387A (ko) * 2009-02-06 2010-08-16 동의대학교 산학협력단 종자정 처리 방법 및 단결정 성장 방법
JP2013256445A (ja) * 2013-08-21 2013-12-26 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 単結晶シリコンの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010514648A (ja) * 2006-09-14 2010-05-06 クリー インコーポレイテッド マイクロパイプ・フリーの炭化ケイ素およびその製造方法
KR20100054156A (ko) * 2008-01-15 2010-05-24 도요타 지도샤(주) 탄화규소 단결정의 성장방법
KR20100090387A (ko) * 2009-02-06 2010-08-16 동의대학교 산학협력단 종자정 처리 방법 및 단결정 성장 방법
JP2013256445A (ja) * 2013-08-21 2013-12-26 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 単結晶シリコンの製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Deiter H. Hoffman et al, "Prospects of the use liquid phase techniques for the growth of bulk silicon carbide crystals", Mat. Sci. Eng. B61-62 (1999) pp29-39

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110191870A (zh) * 2017-01-11 2019-08-30 通用电气公司 使用SiGa和/或Siln合金的熔渗法
KR20210010243A (ko) * 2019-07-19 2021-01-27 주식회사 엘지화학 단결정 제조 방법
CN113005519A (zh) * 2021-02-26 2021-06-22 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 一种采用预处理籽晶生长碳化硅晶体的方法
CN113026105A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司 一种使用预处理粉料制备碳化硅晶体的生长方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101669444B1 (ko) 2016-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4100228B2 (ja) 炭化珪素単結晶とその製造方法
JP6537590B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
JP5429288B2 (ja) SiC単結晶の製造方法
US9587327B2 (en) Method of production of sic single crystal
KR101669444B1 (ko) 액상 기법을 이용한 SiC 단결정 성장 방법
JP2003523918A (ja) 低欠陥密度炭化ケイ素を成長させる方法及び装置、並びに得られる物質
JP5045272B2 (ja) 単結晶炭化珪素基板の製造方法
JP5668724B2 (ja) SiC単結晶のインゴット、SiC単結晶、及び製造方法
KR101152857B1 (ko) 탄화규소 단결정의 성장방법
JP7085833B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JPH09268096A (ja) 単結晶の製造方法及び種結晶
JP2015182948A (ja) 炭化ケイ素単結晶の製造方法
JP5850490B2 (ja) SiC単結晶の製造方法
JP5263900B2 (ja) 単結晶SiCの成長方法
JP6028754B2 (ja) SiC単結晶基板の製造方法
JP5614387B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法、及び炭化珪素単結晶インゴット
JP4253974B2 (ja) SiC単結晶およびその成長方法
KR101983751B1 (ko) 실리콘 단결정 인상 장치 내의 부재의 재생 방법
JP2000034199A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2005132703A (ja) 炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板
JP2011032109A (ja) 炭化珪素単結晶製造装置
JPH0977595A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
KR101409424B1 (ko) 탄화규소 종자정의 결함 저감방법
JP2010052997A (ja) 炭化ケイ素単結晶成長用種結晶の製造方法及び炭化ケイ素単結晶の製造方法
JP2002274995A (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191015

Year of fee payment: 4