KR20200046623A - MANUFACTURING METHOD OF α-Ga2O3 THIN FILM USING STEP-UP PRI-TREATMENT MODE - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 α-Ga2O3 박막 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스텝업 전처리 방식으로 버퍼층을 형성하는 것에 의해, 우수한 결정 특성을 확보할 수 있으며, 버퍼층에 의해 결함 밀도가 낮은 고품질의 에피 성장이 가능한 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an α-Ga 2 O 3 thin film, and more specifically, by forming a buffer layer by a step-up pretreatment method, excellent crystallinity can be secured, and a high quality of low defect density by the buffer layer It relates to a method of manufacturing α-Ga 2 O 3 thin film using a step-up pre-treatment method capable of epi growth.
종래의 Si 기반 전력반도체 소자는 본질적인 물성한계로 인하여 기술발전 대비 성능개선의 한계에 도달하여 WBG(Wide bandgap)와 UWB(Ultra-wide bandgap) 특성을 갖는 전력반도체 소재의 산업적 필요성이 점점 확대되고 있다.Conventional Si-based power semiconductor devices have reached the limit of performance improvement compared to technological development due to the intrinsic physical property limits, and the industrial need for power semiconductor materials having WBG (Wide Bandgap) and UWB (Ultra-wide bandgap) characteristics is gradually expanding. .
UWB Ga2O3 소재는 GaN 또는 SiC 대비 제조비용이 대략 1/3 ~ 1/5 수준으로 저렴하여 가격 경쟁력을 갖춘 차세대 전력반도체용 웨이퍼이다.The UWB Ga 2 O 3 material is a next-generation power semiconductor wafer with cost competitiveness because its manufacturing cost is roughly 1/3 to 1/5 lower than GaN or SiC.
특히, UWB Ga2O3 소재는 밴드갭(Bandgap)에 의한 내 항복전압 특성에 의해 같은 항복전압을 가지기 위해서 박막의 두께를 대략 1/3 정도로 얇게 성장할 수 있을 뿐만 아니라, 고온 성장이 아니므로 이에 따른 비용이 절감될 수 있다.In particular, UWB Ga 2 O 3 material can not only grow thinly about a third of the thickness of the thin film to have the same breakdown voltage due to the breakdown voltage characteristic due to a bandgap, but it is not a high temperature growth. The resulting cost can be reduced.
Ga2O3 에피 기술은 β-Ga2O3 기판 위에 동종의 β-Ga2O3 단결정층을 성장하거나, 사파이어 등 이종기판 위에 α-Ga2O3 단결정층을 성장하는 기술로, 고품위의 단결정층을 얻기 위한 기술과 n 타입(n-type) 특성을 얻기 위한 도핑 기술을 포함한다.Ga 2 O 3 epi technique is a technique for growing a β-Ga 2 O 3 substrate same kind of a β-Ga 2 O 3 single crystal layer on, or growing the α-Ga 2 O 3 single crystal layer on the foreign substrate such as sapphire, a high-quality And a doping technique for obtaining a single crystal layer and an n-type characteristic.
Ga2O3 물질은 가장 안정한 형태인 β-Ga2O3를 기본으로 하고, 그 외에 4 종류(α, γ, δ, ε)의 상으로 존재한다.The Ga 2 O 3 material is based on β-Ga 2 O 3 , which is the most stable form, and exists in four other phases (α, γ, δ, ε).
β-Ga2O3는 고온영역에서 가장 안정한 구조로 잉곳 성장이 용이하고, α-Ga2O3 상은 500℃ 이하의 저온 영역에서 상대적으로 안정한 구조이며, 나머지 상은 모두 준안정(meta-stable) 구조로 불안정한 상태로 존재한다.β-Ga 2 O 3 is the most stable structure in the high temperature region, and ingot growth is easy. The α-Ga 2 O 3 phase is a relatively stable structure in the low temperature region below 500 ° C., and the rest of the phases are meta-stable. The structure exists in an unstable state.
β-Ga2O3 물질은 대략 4.8 ~ 4.9eV의 밴드갭을 가지고 있으며, 격자상수는 a = 12.124Å, b = 3.037Å, c = 5.798Å이며, α = γ = 90°, β = 103.83°의 각을 이루는 단사정계(monoclinic) 구조를 갖는다.The β-Ga 2 O 3 material has a band gap of approximately 4.8 to 4.9 eV, and the lattice constants are a = 12.124Å, b = 3.037Å, c = 5.798Å, α = γ = 90 °, and β = 103.83 ° It has a monoclinic structure forming an angle of.
이러한 Ga2O3 벌크 성장의 경우, 종래의 실리콘(Si)이나 사파이어 기판을 성장하는 초크랄스키(Czochralski) 방식이 아닌 고온에서 안정된 결정면인 β-Ga2O3이 형성될 수 있는 EFG(Edge-defined film-fed growth) 방식으로 판상으로 성장된다. 이러한 EFG 방식의 경우, 벌크 성장으로부터 β-Ga2O3 이외의 다른 면을 가지는 기판을 제작하기에 어려움이 있다.In the case of Ga 2 O 3 bulk growth, EFG (Edge) in which β-Ga 2 O 3, which is a stable crystal surface at high temperature, may be formed, rather than a Czochralski method of growing a conventional silicon (Si) or sapphire substrate. -defined film-fed growth). In the case of such an EFG method, it is difficult to manufacture a substrate having a surface other than β-Ga 2 O 3 from bulk growth.
최근, 전력반도체 산업은 비약적인 발전을 거듭하면서 사회 전반에 미치는 파급 효과가 매우 큰 분야이며, 지금까지 Si이 전력반도체 산업의 주력 소자로 여러 분야에 응용되고 있다.In recent years, the electric power semiconductor industry is a field in which the ripple effect on the entire society is very large as it continues to develop rapidly, and Si has been applied to various fields as the main device of the electric power semiconductor industry so far.
그러나, 오늘날 정보화 사회의 발전은 더욱 가속화되어 기존의 반도체 공정으로는 요구를 충족할 수 없으며, Si은 재료가 가지는 물리적인 한계를 드러내고 있는 실정이다.However, the development of the information society today is more accelerated, and it cannot meet the demand with the existing semiconductor process, and Si is exposing the physical limitations of the material.
이러한 문제를 해결하기 위해, 최근에는 광역 에너지 금지 대역(Wide bandgap 또는 Ultra-wide bandgap)을 갖는 새로운 반도체 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In order to solve this problem, research into new semiconductor materials having a wide bandgap or ultra-wide bandgap has been actively conducted in recent years.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1467118호(2014.12.01. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 스퍼터링 방법을 이용한 산화갈륨 나노와이어의 제조 방법이 기재되어 있다.As a related precedent document, there is Korean Patent Registration No. 10-1467118 (announced on December 01, 2014), and the above document describes a method of manufacturing gallium oxide nanowire using a sputtering method.
본 발명의 목적은 스텝업 전처리 방식으로 버퍼층을 형성하는 것에 의해, 우수한 결정 특성을 확보할 수 있으며, 버퍼층에 의해 결함 밀도가 낮은 고품질의 에피 성장이 가능한 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법을 제공하는 것이다.The object of the present invention is to form a buffer layer by a step-up pre-treatment method, it is possible to secure excellent crystallinity, and the α-Ga 2 O using a step-up pre-treatment method capable of high-quality epi growth with low defect density by the buffer layer. 3 to provide a method for manufacturing a thin film.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법은 (a) 기판의 표면을 에칭온도에서 에칭하는 단계; (b) 상기 에칭된 기판 상에 GaCl을 스텝업 방식의 전처리로 흘려주어 버퍼층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 버퍼층이 형성된 기판을 N2 가스 분위기에 노출시킨 상태에서 350℃ ~ 600℃의 소스온도 및 400 ~ 700℃의 성장온도 조건으로 성장시켜 α-Ga2O3 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for manufacturing an α-Ga 2 O 3 thin film using a step-up pre-treatment method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is (a) etching the surface of the substrate at an etching temperature; (b) flowing GaCl on the etched substrate as a step-up pre-treatment to form a buffer layer; And (c) forming the α-Ga 2 O 3 thin film by growing the substrate on which the buffer layer is formed in an N 2 gas atmosphere under a source temperature of 350 ° C. to 600 ° C. and a growth temperature of 400 ° C. to 700 ° C. It characterized in that it contains a.
상기 (a) 단계에서, 상기 에칭온도는 300 ~ 700℃인 것이 바람직하다.In the step (a), the etching temperature is preferably 300 ~ 700 ℃.
이때, 상기 에칭은 5 ~ 15분 동안 실시하는 것이 바람직하다.At this time, the etching is preferably performed for 5 to 15 minutes.
또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 스텝업 전처리는 상기 에칭 온도에서 성장온도까지 점진적으로 온도를 증가시키는 것이 바람직하다.Further, in the step (b), it is preferable that the step-up pretreatment gradually increases the temperature from the etching temperature to the growth temperature.
보다 구체적으로, 상기 스텝업 전처리는 1 ~ 10℃/min의 속도로 온도를 증가시킬 수 있다.More specifically, the step-up pre-treatment may increase the temperature at a rate of 1 ~ 10 ℃ / min.
또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 스텝업 전처리는 5 ~ 30분 동안 실시할 수 있다.In addition, in step (b), the step-up pre-treatment may be performed for 5 to 30 minutes.
상기 (c) 단계에서, 상기 성장 시, HCl 1 ~ 50sccm 및 O2 100 ~ 1,000sccm 조건으로 공급하는 것이 바람직하다. 가스를 흘려주는 조건은 장비의 메인 챔버의 용량에 따라 차이가 있을 수 있으며, VI/Ⅲ 비율은 2 ~ 1,000까지 변화시켜 적용할 수 있다.In the step (c), during the growth, it is preferable to supply HCl 1 ~ 50sccm and O 2 100 ~ 1,000sccm conditions. The conditions for flowing gas may differ depending on the capacity of the main chamber of the equipment, and the VI / III ratio can be applied by changing from 2 to 1,000.
또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 성장은 5 ~ 15분 동안 실시할 수 있다.In addition, in the step (c), the growth may be performed for 5 to 15 minutes.
상기 (c) 단계에서, 상기 α-Ga2O3 박막은 100 ~ 5,000nm 두께를 갖는다. 성장 두께는 HCl 가스의 양에 따라 달라지게 된다.In the step (c), the α-Ga 2 O 3 thin film has a thickness of 100 ~ 5,000nm. The growth thickness will depend on the amount of HCl gas.
이때, 상기 (c) 단계에서, 상기 압력은 상압 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.At this time, in the step (c), it is preferable that the pressure is carried out under normal pressure conditions.
또한, 상기 (c) 단계 이후, (d) 상기 α-Ga2O3 박막이 형성된 기판을 상온까지 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, after the step (c), (d) cooling the substrate on which the α-Ga 2 O 3 thin film is formed to room temperature; may further include.
본 발명에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법은 스텝업 전처리 방식으로 버퍼층을 형성하는 것에 의해, 우수한 결정 특성을 확보할 수 있으며, 버퍼층에 의해 결함 밀도가 낮아져 고품질의 에피 성장을 가능하게 한다.The α-Ga 2 O 3 thin film manufacturing method using the step-up pre-treatment method according to the present invention can secure excellent crystallinity by forming the buffer layer by the step-up pre-treatment method, and the defect density is lowered by the buffer layer, resulting in high quality. Enable epi growth.
이 결과, 본 발명에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법으로 제조된 α-Ga2O3 박막은 기판과의 사이에 배치되는 버퍼층이 사파이어 기판과 α-Ga2O3 사이에 존재하는 격자상수 차이 및 열팽창계수 차이를 완화시켜 결함 밀도를 낮추는 역할을 하여 고품질 에피 성장을 가능하게 하여 박막의 결정성을 향상시킬 수 있게 된다.As a result, produced by the present invention α-Ga 2 O 3 thin-film manufacturing method using a step-up pre-treatment method according to the α-Ga 2 O 3 thin film has a buffer layer disposed between the substrate sapphire substrate and α-Ga 2 O By reducing the difference in the lattice constant and the coefficient of thermal expansion existing between 3 , it serves to lower the defect density, thereby enabling high-quality epitaxial growth and improving the crystallinity of the thin film.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법을 나타낸 공정 모식도.
도 3은 비교예 1에 따른 HT 버퍼층을 이용한 α-Ga2O3 박막의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 모식도.
도 4는 비교예 2에 따른 LT 버퍼층을 이용한 α-Ga2O3 박막의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 모식도.
도 5는 실시예 1에 따른 스텝업 버퍼층을 이용한 α-Ga2O3 박막의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 모식도.
도 6은 비교예 1에 따른 방법으로 제조된 HT 버퍼층을 촬영하여 나타낸 OM 사진.
도 7은 비교예 2에 따른 방법으로 제조된 LT 버퍼층을 촬영하여 나타낸 OM 사진.
도 8은 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 스텝업 버퍼층을 촬영하여 나타낸 OM 사진.
도 9는 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 방법으로 제조된 α-Ga2O3 박막에 대한 HR-XRD 측정 결과를 나타낸 그래프.1 is a process flow chart showing a method of manufacturing α-Ga 2 O 3 thin film using a step-up pre-treatment method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a process schematic diagram showing a method of manufacturing α-Ga 2 O 3 thin film using a step-up pre-treatment method according to an embodiment of the present invention.
3 is a process schematic diagram for explaining the manufacturing process of the α-Ga 2 O 3 thin film using the HT buffer layer according to Comparative Example 1.
Figure 4 is a process schematic diagram for explaining the manufacturing process of the α-Ga 2 O 3 thin film using the LT buffer layer according to Comparative Example 2.
5 is a process schematic diagram for explaining the manufacturing process of the α-Ga 2 O 3 thin film using the step-up buffer layer according to Example 1.
Figure 6 is an OM photograph showing the HT buffer layer prepared by the method according to Comparative Example 1.
7 is an OM photograph showing the LT buffer layer prepared by the method according to Comparative Example 2.
8 is an OM photograph showing a step-up buffer layer manufactured by the method according to Example 1;
9 is a graph showing the results of HR-XRD measurement for the α-Ga 2 O 3 thin film prepared by the method according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 2.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing an α-Ga 2 O 3 thin film using a step-up pretreatment method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법을 나타낸 공정 모식도이다.1 is a process flow chart showing a method of manufacturing an α-Ga 2 O 3 thin film using a step-up pre-treatment method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an α-Ga using a step-up pre-treatment method according to an embodiment of the present invention It is a process schematic diagram showing the manufacturing method of 2 O 3 thin film.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법은 에칭 단계(S110), 스텝업 전처리 단계(S120), 성장 단계(S130) 및 냉각 단계(S140)를 포함한다.1 and 2, the α-Ga 2 O 3 thin film manufacturing method using the step-up pre-treatment method according to an embodiment of the present invention is an etching step (S110), a step-up pre-treatment step (S120), a growth step (S130) ) And a cooling step (S140).
에칭etching
에칭 단계(S110)에서는 기판의 표면을 에칭온도(T1)에서 에칭한다.In the etching step S110, the surface of the substrate is etched at the etching temperature T1.
이때, 기판으로는 Ga2O3, GaN, 사파이어, Si 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있으며, 이 중 사파이어를 이용하는 것이 바람직하다.At this time, any one selected from Ga 2 O 3 , GaN, sapphire, Si, etc. may be used as the substrate, and it is preferable to use sapphire.
본 단계에서, 에칭은 300 ~ 700℃의 에칭온도(T1)에서 5 ~ 15분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 에칭온도(T1)가 300℃ 미만이거나, 또는 에칭시간이 5분 미만으로 실시될 경우, 표면 특성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 에칭온도(T1)가 700℃를 초과하거나, 에칭시간이 15분을 초과하여 실시될 경우, 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.In this step, the etching is preferably performed for 5 to 15 minutes at an etching temperature (T1) of 300 ~ 700 ℃. When the etching temperature T1 is less than 300 ° C., or when the etching time is performed in less than 5 minutes, difficulty in securing surface properties may occur. Conversely, when the etching temperature T1 exceeds 700 ° C. or when the etching time is performed in excess of 15 minutes, it is not economical because it may act as a factor that increases only the manufacturing cost without further effect increase.
스텝업Step up 전처리 Pretreatment
스텝업 전처리 단계(S120)에서는 에칭된 기판 상에 GaCl을 스텝업 전처리로 증착하여 버퍼층을 형성한다.In the step-up pretreatment step (S120), GaCl is deposited on the etched substrate as a step-up pretreatment to form a buffer layer.
즉, 에칭된 기판 상에 갈륨소스를 HCl에 노출시키는 반응으로 GaCl을 스텝업 전처리로 5 ~ 10분 동안 증착하여 버퍼층을 형성하게 된다. 여기서, 갈륨소스와 HCl은 온도에 따라서 GaCl 및 GaCl3를 발생되므로 소스온도를 적절하게 유지시켜 주어야 한다. 또한, GaCl를 이용한 버퍼층 증착은 이후 α-Ga2O3 박막 형성에서 핵생성을 위한 공정이므로 박막의 결정질에 상당하게 미치는 요인 중 하나이다.That is, GaCl is deposited for 5 to 10 minutes as a step-up pre-treatment in a reaction to expose the gallium source to HCl on the etched substrate to form a buffer layer. Here, the gallium source and HCl generate GaCl and GaCl 3 depending on the temperature, so the source temperature must be properly maintained. In addition, the deposition of the buffer layer using GaCl was followed by α-Ga 2 O 3 It is one of the factors that significantly affect the crystallinity of the thin film because it is a process for nucleation in thin film formation.
따라서, 스텝업 전처리는 에칭온도(T1)에서 성장온도(T2)까지 점진적으로 온도를 증가시키는 방식으로 실시하는 것이 바람직하다. 여기서, 에칭온도(T1)는 300 ~ 700℃이고, 성장온도(T2)는 400 ~ 700℃일 수 있다.Therefore, it is preferable to perform the step-up pretreatment in a manner that gradually increases the temperature from the etching temperature T1 to the growth temperature T2. Here, the etching temperature (T1) is 300 ~ 700 ℃, growth temperature (T2) may be 400 ~ 700 ℃.
이와 같이, 에칭온도(T1)에서부터 성장온도(T2)까지 점진적으로 온도를 증가시키는 스텝업 전처리를 실시하게 되면, 표면에 핏(pit), 힐락(hillock) 등의 표면결함이 발생하는 것 없이 표면 특성이 향상되어 표면조도(surface roughness)가 확연하게 향상된다.As described above, if a step-up pre-treatment to gradually increase the temperature from the etching temperature T1 to the growth temperature T2 is performed, the surface is free from surface defects such as pit and hillock. The properties are improved, and the surface roughness is markedly improved.
보다 구체적으로, 스텝업 전처리는 에칭온도(T1)에서 성장온도(T2)까지 1 ~ 10℃/min의 속도로 온도를 증가시키는 것이 바람직하다. 스텝업 전처리 속도가 1℃/min 미만일 경우에는 그 속도가 너무 낮아 생성된 버퍼층이 분해되어 결정성 및 표면 특성 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 스텝업 전처리 속도가 10℃/min을 초과할 경우에는 급격한 온도 증가로 인하여 버퍼층이 불균일하게 형성되어 힐락 등의 표면결함이 발생할 우려가 있다. More specifically, it is preferable that the step-up pretreatment increases the temperature from the etching temperature T1 to the growth temperature T2 at a rate of 1 to 10 ° C / min. When the step-up pretreatment speed is less than 1 ° C / min, the speed is too low to decompose the resulting buffer layer, which may have difficulty in properly exhibiting the effect of improving crystallinity and surface properties. Conversely, when the step-up pretreatment speed exceeds 10 ° C / min, the buffer layer may be formed non-uniformly due to a sudden increase in temperature, which may cause surface defects such as hillock.
이러한 스텝업 전처리는 5 ~ 10분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 스텝업 전처리 시간이 5분 미만일 경우에는 표면 특성 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 스텝업 전처리 시간이 10분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조비용만을 증가시키는 요인으로 작용하므로, 경제적이지 못하다.It is preferable to perform this step-up pretreatment for 5 to 10 minutes. When the step-up pretreatment time is less than 5 minutes, difficulty in properly exerting the effect of improving the surface properties may be accompanied. Conversely, when the step-up pretreatment time exceeds 10 minutes, it is not economical because it acts as a factor that increases only the manufacturing cost without further effect.
성장growth
성장 단계(S130)에서는 버퍼층이 형성된 기판을 N2 가스 분위기에 노출시킨 상태에서 400℃ ~ 600℃의 소스온도 및 450 ~ 700℃의 성장온도(T2) 조건으로 성장시켜 α-Ga2O3 박막을 형성한다.In the growth step (S130), the substrate on which the buffer layer is formed is exposed to an N 2 gas atmosphere and grown at a source temperature of 400 ° C to 600 ° C and a growth temperature (T2) of 450 to 700 ° C to form an α-Ga 2 O 3 thin film To form.
본 단계에서, 성장 시, HCl 1 ~ 50sccm 및 O2 100 ~ 1,000sccm 조건으로 증착 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 가스를 흘려주는 조건은 장비의 메인 챔버의 용량에 따라 차이가 있을 수 있으며, VI/Ⅲ 비율은 2 ~ 1,000까지 변화시켜 적용할 수 있다.In this step, during growth, it is preferable to supply the deposition gas under conditions of HCl 1-50 sccm and O 2 100-1,000 sccm. The conditions for flowing gas may differ depending on the capacity of the main chamber of the equipment, and the VI / III ratio can be applied by changing from 2 to 1,000.
HCl의 유량이 1sccm 미만일 경우에는 HCl의 유량이 적어 성장률이 낮아지는 관계로 생산 수율을 저하시키는 문제가 있다. 반대로, HCl의 유량이 50sccm을 초과할 경우에는 표면 특성이 나빠지고 입자가 커져 α-Ga2O3 박막 두께가 과도하게 증가시킬 우려가 있다.When the flow rate of HCl is less than 1 sccm, there is a problem in that the production yield is lowered due to a low growth rate due to a low flow rate of HCl. Conversely, when the flow rate of HCl exceeds 50 sccm, there is a fear that the surface properties deteriorate and the particles become large, and the α-Ga 2 O 3 thin film thickness is excessively increased.
또한, O2의 유량이 100sccm 미만일 경우에는 O2의 유량이 적어 성장률이 낮아지는 관계로 생산 수율을 저하시키는 문제가 있다. 반대로, O2의 유량이 1,000sccm을 초과할 경우에는 표면 특성이 나빠지고 입자가 커져 α-Ga2O3 박막 두께를 과도하게 증가시킬 우려가 있다.In addition, when less than the flow rate of O 2 100sccm there is a problem that the flow rate of O 2 down lowering the production yield to a relationship where growth rate is lowered. Conversely, when the flow rate of O 2 exceeds 1,000 sccm, there is a fear that the surface properties deteriorate and the particles become large, thereby excessively increasing the thickness of the α-Ga 2 O 3 thin film.
또한, 본 단계에서, 성장은 350 ~ 600℃의 소스온도 및 400 ~ 700℃의 성장온도(T2) 조건에서 5 ~ 15분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 이때, 소스온도가 350℃ 미만일 경우에는 낮은 온도로 인하여 성장률이 낮아지는 문제가 있다. 반대로, 소스 온도가 600℃를 초과할 경우에는 표면 특성이 나빠지고 입자가 커져 α-Ga2O3 박막 두께가 과도하게 증가하는 문제가 있다.In addition, in this step, the growth is preferably carried out for 5 to 15 minutes at a source temperature of 350 ~ 600 ℃ and a growth temperature (T2) of 400 ~ 700 ℃. At this time, when the source temperature is less than 350 ℃, there is a problem that the growth rate is lowered due to the low temperature. Conversely, when the source temperature exceeds 600 ° C., there is a problem in that surface properties are deteriorated and particles become large, resulting in an excessive increase in the thickness of the α-Ga 2 O 3 thin film.
또한, 성장온도(T2)가 400℃ 미만이거나, 성막시간이 5분 미만일 경우에는 낮은 온도로 인하여 성장률이 낮아지는 문제가 있다. 반대로, 성장온도(T2)가 700℃를 초과하거나, 성막시간이 15분을 초과할 경우에는 성장률은 증가하나, 과도한 성장 온도로 인하여 β 상이 생성되어 결정성을 감소시켜 표면 특성이 저하되는 문제가 있다.In addition, when the growth temperature T2 is less than 400 ° C or the film formation time is less than 5 minutes, there is a problem that the growth rate is lowered due to the low temperature. Conversely, when the growth temperature (T2) exceeds 700 ° C or the film formation time exceeds 15 minutes, the growth rate increases, but there is a problem that the surface properties are deteriorated by decreasing the crystallinity due to the formation of β phase due to the excessive growth temperature. have.
본 단계에서, 압력은 상압 조건으로 일정하게 유지시킨 상태로 실시하는 것이 바람직하다.In this step, it is preferable to carry out the pressure while maintaining constant pressure under normal pressure conditions.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법에 의해 제조된 α-Ga2O3 박막은 500 ~ 5,000nm 두께를 가지며, (0006)면의 반치전폭(FWHM) 측정 결과가 대략 50arcsec 수준을 나타낸다.Accordingly, the α-Ga 2 O 3 thin film produced by the α-Ga 2 O 3 thin film manufacturing method using the step-up pre-treatment method according to an embodiment of the present invention has a thickness of 500 to 5,000 nm, and (0006) The half width (FWHM) measurement result shows approximately 50 arcsec levels.
냉각Cooling
냉각 단계(S140)에서는 α-Ga2O3 박막이 형성된 기판을 상온까지 냉각한다.In the cooling step S140, the substrate on which the α-Ga 2 O 3 thin film is formed is cooled to room temperature.
이때, 냉각은 자연 냉각 방식이 이용될 수 있다. 상온은 0 ~ 40℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the cooling may be a natural cooling method. Room temperature may be 0 ~ 40 ℃, but is not limited thereto.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법이 종료될 수 있다.As described above, the α-Ga 2 O 3 thin film manufacturing method using the step-up pre-treatment method according to an embodiment of the present invention may be finished.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법은 스텝업 전처리 방식으로 버퍼층을 형성하는 것에 의해, 우수한 결정 특성을 확보할 수 있으며, 버퍼층에 의해 결함 밀도가 낮아져 고품질의 에피 성장을 가능하게 한다.The α-Ga 2 O 3 thin film manufacturing method using the step-up pre-treatment method according to the above-described embodiment of the present invention can secure excellent crystallinity by forming the buffer layer by the step-up pre-treatment method, and is defective by the buffer layer. The low density enables high quality epi growth.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법으로 제조된 α-Ga2O3 박막은 기판과의 사이에 배치되는 버퍼층이 사파이어 기판과 α-Ga2O3 사이에 존재하는 격자상수 차이 및 열팽창계수 차이를 완화시켜 결함 밀도를 낮추는 역할을 하여 고품질 에피 성장을 가능하게 하여 박막의 결정성을 향상시킬 수 있게 된다.As a result, α-Ga 2 O 3 is manufactured of a thin-film production method α-Ga 2 O using a step-up pre-treatment method according to an embodiment of the present invention the buffer layer 3 is a thin film disposed between the substrate and the sapphire substrate and α- It is possible to improve the crystallinity of the thin film by reducing the density of defects by alleviating the difference in the lattice constant and the coefficient of thermal expansion existing between Ga 2 O 3 .
일반적으로, MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 성장법은 복잡한 구조의 LED(lighting-emitting diode)나 LD(laser diode)와 같은 질화물계 에피 성장에는 매우 효과적이지만 산소 분위기에서 성장되는 산화물계 에피 성장에서 적용하기 위해서는 전구체(Precursor) 물질의 개발이 필요하다.In general, the MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) growth method is very effective for growing a nitride-based epidermis such as a light-emitting diode (LED) or a laser diode (LD) of a complex structure, but grows an oxide-based epitaxial grown in an oxygen atmosphere. In order to apply in, it is necessary to develop a precursor material.
이와 달리, 본 발명의 제조 방법에 사용되는 HVPE(Halide Vapor Phase Epitaxy) 성장법은 GaN나 SiC 에피층 성장법인 MOCVD 성장법에 비해 생산성, 유지비 및 초기 설비투자비 측면에서 매우 유리한 장점을 갖는다.On the other hand, the HVPE (Halide Vapor Phase Epitaxy) growth method used in the manufacturing method of the present invention has a very advantageous advantage in terms of productivity, maintenance cost, and initial facility investment cost compared to the MOCVD growth method, which is a GaN or SiC epi layer growth method.
이에 따라, HVPE(Halide Vapor Phase Epitaxy) 성장법을 이용하여 제조되는 α-Ga2O3 박막은 기상법이나 고상법으로 제조하는 GaN이나 SiC 보다 제조비용이 매우 저렴한 장점이 있어서 궁극적으로 웨이퍼 가격의 경쟁력을 갖출 수 있게 된다.Accordingly, the α-Ga 2 O 3 thin film manufactured by using the HVPE (Halide Vapor Phase Epitaxy) growth method has a very low manufacturing cost than GaN or SiC manufactured by a vapor phase method or a solid phase method, ultimately competing for wafer price. It becomes possible to have.
따라서, HVPE(Halide Vapor Phase Epitaxy) 성장법을 이용하여 α-Ga2O3 박막을 제조시킬 경우, 1kV 이상에서 SiC나 GaN 보다 더 낮은 온-저항을 갖기 때문에 고전압 전력변환 시 전력손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.Therefore, when the α-Ga 2 O 3 thin film is manufactured using the HVPE (Halide Vapor Phase Epitaxy) growth method, it has a lower on-resistance than SiC or GaN at 1 kV or more, so power loss during high-voltage power conversion is minimized. There are advantages.
따라서, 1kV 이상의 고전압 전력 반도체소자 부품은 SiC가 현재의 Si 기술을 대체하고 있는 실정이나, α-Ga2O3 박막을 이용한 초광대역 밴드갭 반도체의 경우 향후 SiC 대비 가격 경쟁력을 갖출 수 있을 뿐만 아니라 전력소자로서의 FOM(Figure-of-Merit)이 매우 우수(SiC에 비하여 대략 10배)하기 때문에 보다 높은 고전압 전력소자 응용으로 전력산업, 전기자동차, 전력기기 등 다양한 분야에서 활용하는 것이 가능해질 수 있게 된다.Therefore, in the case of 1kV or higher high-voltage power semiconductor device components, SiC is replacing the current Si technology, but in the case of ultra-wideband bandgap semiconductors using α-Ga 2 O 3 thin films, it can not only have price competitiveness compared to SiC in the future. Since the figure-of-merit (FOM) as a power element is very good (approximately 10 times that of a SiC), it can be used in various fields such as the power industry, electric vehicles, power equipment, etc. do.
이에 따라, α-Ga2O3 박막을 이용한 초광대역 밴드갭 반도체는 현재 각광 받고 있는 광대역 밴드갭 반도체인 SiC와 GaN 보다 물질적 우수성을 지니고 있으며, 궁극적으로 웨이퍼 생산가격이 낮기 때문에 항복전압이 2kV 이상인 100kW 급의 고전력이 필요한 분야에 대한 활용이 매우 높을 것으로 판단된다.Accordingly, the ultra-wide bandgap semiconductor using the α-Ga 2 O 3 thin film has material superiority to SiC and GaN, which are the wideband bandgap semiconductors currently in the spotlight. It is judged that the utilization in fields requiring high power of 100kW will be very high.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention through a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. However, this is provided as a preferred example of the present invention and cannot be interpreted as limiting the present invention by any means.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.The contents not described here will be sufficiently technically inferred by those skilled in the art, and thus the description thereof will be omitted.
1. α-1. α- GaGa 22 OO 33 박막 제조 Thin film manufacturing
실시예Example 1 One
사파이어 기판의 표면을 400℃의 에칭온도에서 10분 동안 에칭한 후, 갈륨소스를 HCl에 노출시키는 반응으로 GaCl을 스텝업 전처리로 7분 동안 증착하여 버퍼층을 형성하였다. 이때, 스텝업 전처리는 400℃의 에칭온도에서 470℃의 성장온도까지 10℃/min의 속도로 온도를 증가시키는 방식으로 실시하였다.After etching the surface of the sapphire substrate for 10 minutes at an etching temperature of 400 ° C., GaCl was deposited for 7 minutes as a step-up pretreatment in a reaction to expose the gallium source to HCl to form a buffer layer. At this time, the step-up pretreatment was performed in a manner of increasing the temperature at a rate of 10 ° C / min from an etching temperature of 400 ° C to a growth temperature of 470 ° C.
다음으로, 버퍼층이 형성된 기판을 상압 및 N2 가스 분위기에 노출시킨 상태에서 500℃의 소스온도 및 470℃의 성장온도 조건으로 12분 동안 성장시켜 α-Ga2O3 박막을 제조하였다. 이때, 성장 시, HCl 15sccm 및 O2 200sccm 조건으로 증착 가스를 공급하였다.Next, an α-Ga 2 O 3 thin film was prepared by growing the substrate on which the buffer layer was formed at atmospheric pressure and an N 2 gas atmosphere for 12 minutes under conditions of a source temperature of 500 ° C. and a growth temperature of 470 ° C. At this time, during the growth, the deposition gas was supplied under the conditions of HCl 15 sccm and O 2 200 sccm.
다음으로, α-Ga2O3 박막이 형성된 기판을 자연 냉각 방식으로 상온(15℃)까지 냉각하였다.Next, the substrate on which the α-Ga 2 O 3 thin film was formed was cooled to room temperature (15 ° C.) by natural cooling.
비교예Comparative example 1 One
사파이어 기판의 표면을 400℃의 에칭온도에서 10분 동안 에칭한 후, 470℃의 성장온도까지 온도를 증가시킨 상태에서 갈륨소스를 HCl에 노출시키는 반응으로 GaCl을 7분 동안 증착하여 HT 버퍼층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 α-Ga2O3 박막를 제조하였다.After etching the surface of the sapphire substrate at an etching temperature of 400 ° C. for 10 minutes, GaCl was deposited for 7 minutes in a reaction to expose the gallium source to HCl while increasing the temperature to a growth temperature of 470 ° C. to form an HT buffer layer. An α-Ga 2 O 3 thin film was prepared in the same manner as in Example 1, except for one.
비교예Comparative example 2 2
사파이어 기판의 표면을 400℃의 에칭온도에서 10분 동안 에칭한 후, 400℃의 에칭온도를 유지시킨 상태에서 갈륨소스를 HCl에 노출시키는 반응으로 GaCl을 7분 동안 증착하여 LT 버퍼층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 α-Ga2O3 박막를 제조하였다.After the surface of the sapphire substrate was etched for 10 minutes at an etching temperature of 400 ° C., GaCl was deposited for 7 minutes in a reaction to expose the gallium source to HCl while maintaining the etching temperature of 400 ° C. to form an LT buffer layer. An α-Ga 2 O 3 thin film was prepared in the same manner as in Example 1 except for the above.
도 3은 비교예 1에 따른 HT 버퍼층을 이용한 α-Ga2O3 박막의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 모식도이고, 도 4는 비교예 2에 따른 LT 버퍼층을 이용한 α-Ga2O3 박막의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 모식도이며, 도 5는 실시예 1에 따른 스텝업 버퍼층을 이용한 α-Ga2O3 박막의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 모식도이다.Figure 3 is a process schematic diagram for explaining the process of manufacturing the α-Ga 2 O 3 thin film using the HT buffer layer according to Comparative Example 1, Figure 4 is an α-Ga 2 O 3 thin film using the LT buffer layer according to Comparative Example 2 Process schematic diagram for explaining the manufacturing process, Figure 5 is a process schematic diagram for explaining the manufacturing process of the α-Ga 2 O 3 thin film using the step-up buffer layer according to Example 1.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, α-Ga2O3 박막의 품질을 향상시키기 위해 다양한 버퍼층을 이용한 α-Ga2O3 박막의 제조 과정을 나타내고 있다.As shown in FIG. 3 to FIG. 5, there is shown a manufacturing process of the thin film using α-Ga 2 O 3 to a variety of buffer layers to improve the quality of the Ga 2 O 3 thin-α.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 비교예 1의 경우에는 사파이어 기판의 표면을 400℃에서 에칭한 후, 470℃의 성장온도까지 온도를 증가시킨 상태에서 갈륨소스를 HCl에 노출시키는 반응으로 GaCl을 흘려주어 LH 버퍼층을 형성하였다.At this time, as shown in Figure 3, in the case of Comparative Example 1, after etching the surface of the sapphire substrate at 400 ℃, GaCl as a reaction to expose the gallium source to HCl in a state of increasing the temperature to a growth temperature of 470 ℃ Flowed to form an LH buffer layer.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 비교예 2의 경우에는 사파이어 기판의 표면을 400℃에서 에칭한 후, 400℃의 에칭온도를 유지시킨 상태에서 갈륨소스를 HCl에 노출시키는 반응으로 GaCl을 흘려주어 LT 버퍼층을 형성하였다.In addition, as shown in FIG. 4, in the case of Comparative Example 2, after etching the surface of the sapphire substrate at 400 ° C., GaCl was flowed in a reaction to expose the gallium source to HCl while maintaining the etching temperature of 400 ° C. The LT buffer layer was formed.
반면, 도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 경우에는 사파이어 기판의 표면을 400℃에서 에칭한 후, 400℃의 에칭온도에서 470℃의 성장온도까지 10℃/min의 속도로 온도를 증가시키는 방식으로 갈륨소스를 HCl에 노출시키는 반응으로 GaCl을 흘려주어 스텝업 전처리 방식에 의한 버퍼층을 형성하였다.On the other hand, as shown in Figure 5, in the case of Example 1, after etching the surface of the sapphire substrate at 400 ℃, the temperature is increased at a rate of 10 ℃ / min from 400 ℃ etching temperature to a growth temperature of 470 ℃ GaCl was flowed as a reaction to expose the gallium source to HCl in a method of forming a buffer layer by a step-up pre-treatment method.
이와 같이, 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2의 경우, 버퍼층의 형성시 온도를 변화시켜 제조하였다.Thus, in the case of Example 1 and Comparative Examples 1 to 2, it was prepared by changing the temperature during the formation of the buffer layer.
2. 물성 평가2. Property evaluation
도 6은 비교예 1에 따른 방법으로 제조된 HT 버퍼층을 촬영하여 나타낸 OM 사진이고, 도 7은 비교예 2에 따른 방법으로 제조된 LT 버퍼층을 촬영하여 나타낸 OM 사진이며, 도 8은 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 스텝업 버퍼층을 촬영하여 나타낸 OM 사진이다.6 is an OM photograph showing the HT buffer layer prepared by the method according to Comparative Example 1, and FIG. 7 is an OM photograph showing the LT buffer layer prepared by the method according to Comparative Example 2, and FIG. 8 is Example 1 It is an OM picture showing the step-up buffer layer prepared by the method according to the image.
표면 분석 결과, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따라 제조된 HT 버퍼층의 표면에는 힐락(hillock)이 관찰되었고, 비교예 2에 따라 제조된 LT 버퍼층의 표면에는 다수의 핏(pit)이 관찰되었다.As a result of surface analysis, as shown in FIGS. 6 and 7, hillock was observed on the surface of the HT buffer layer prepared according to Comparative Example 1, and multiple fits were formed on the surface of the LT buffer layer prepared according to Comparative Example 2. (pit) was observed.
반면, 도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 스텝업 버퍼층의 표면에는 핏(pit), 힐락(hillock) 등의 표면 결함 없이 표면 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 8, it can be seen that the surface properties of the step-up buffer layer prepared according to Example 1 were improved without surface defects such as pit and hillock.
이때, 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1에 따라 제조된 HT 버퍼층, LT 버퍼층 및 스텝업 전처리 방식의 버퍼층은 1,155nm, 1,258nm 및 1,166nm의 두께로 각각 형성되어, 두께는 비교적 비슷한 수준을 갖는 것을 확인하였다.At this time, the HT buffer layer, LT buffer layer prepared in accordance with Comparative Examples 1 and 2 and Example 1, and the buffer layer of the step-up pretreatment method were formed to have thicknesses of 1,155 nm, 1,258 nm, and 1,166 nm, respectively, and the thicknesses have relatively similar levels. Was confirmed.
위의 실험 결과를 토대로, 다수의 버퍼층에 대한 성장 방법에 따라 성장 후의 표면조도(surface roughness)가 확연하게 차이가 나는 것을 확인하였다.Based on the above experimental results, it was confirmed that the surface roughness after growth was significantly different according to the growth method for a plurality of buffer layers.
한편, 도 9는 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 방법으로 제조된 α-Ga2O3 박막에 대한 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프이다. On the other hand, Figure 9 is a graph showing the XRD measurement results for the α-Ga 2 O 3 thin film prepared by the method according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 2.
도 9에 도시된 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따른 방법으로 제조된 α-Ga2O3 박막에 대한 결정성을 확인하기 위해 HR-XRD를 이용하여 반치전폭(FWHM)을 측정하여 비교하였다.As shown in Figure 9, to determine the crystallinity for the α-Ga 2 O 3 thin film prepared by the method according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 2 using the HR-XRD half-width (FWHM) Measured and compared.
요동 곡선(Rocking curve) 측정 결과, 비교예 1 ~ 2에 비하여, 실시예 1과 같이 스텝업 전처리 방식의 버퍼층 상에서 성장된 α-Ga2O3 박막이 (0006)면의 반치전폭(FWHM) 측정 값이 대략 50arcsec 수준을 나타내어 결정성이 가장 향상된 것을 확인하였다. 스텝업 전처리 방식의 버퍼층은 기판과 α-Ga2O3 박막 사이의 부조화(mismatch)를 가장 많이 감소시킨다는 것을 확인하였다.As a result of measuring the rocking curve, compared to Comparative Examples 1 and 2, the α-Ga 2 O 3 thin film grown on the buffer layer of the step-up pretreatment method as in Example 1 measured the half width (FWHM) of the (0006) plane It was confirmed that the crystallinity was most improved because the value was approximately 50 arcsec. It was confirmed that the buffer layer of the step-up pre-treatment method most reduced the mismatch between the substrate and the α-Ga 2 O 3 thin film.
위의 실험 결과를 토대로 알 수 있듯이, 실시예 1과 같이, 스텝업 전처리 방식의 버퍼층을 이용했을 때 가장 우수한 결정 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 이는 스텝업 전처리 방식의 버퍼층이 효과적으로 작용하여 결함 밀도를 낮춰 고품질 에피 성장이 가능하다는 것을 입증한 것이다.As can be seen based on the above experimental results, it was confirmed that, as in Example 1, the best crystallinity was exhibited when the step-up pretreatment buffer layer was used. This proves that the step-up pre-treatment buffer layer effectively works to lower the defect density and enable high-quality epi growth.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of a person skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention without departing from the scope of the technical idea provided by the present invention. Therefore, the scope of the present invention should be judged by the claims set forth below.
S110 : 에칭 단계
S120 : 스텝업 전처리 단계
S130 : 성장 단계
S140 : 냉각 단계S110: etching step
S120: Step-up pre-processing step
S130: Growth stage
S140: cooling stage
Claims (12)
(b) 상기 에칭된 기판 상에 GaCl을 스텝업 방식의 전처리로 흘려주어 버퍼층을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 버퍼층이 형성된 기판을 N2 가스 분위기에 노출시킨 상태에서 350℃ ~ 600℃의 소스온도 및 400 ~ 700℃의 성장온도 조건으로 성장시켜 α-Ga2O3 박막을 형성하는 단계;
를 포함하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
(a) etching the surface of the substrate at an etching temperature;
(b) flowing GaCl on the etched substrate as a step-up pre-treatment to form a buffer layer; And
(c) forming the α-Ga 2 O 3 thin film by growing the substrate on which the buffer layer is formed in an N 2 gas atmosphere under a source temperature of 350 ° C. to 600 ° C. and a growth temperature of 400 ° C. to 700 ° C .;
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method comprising a.
상기 (a) 단계에서,
상기 에칭온도는
300 ~ 700℃인 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 1,
In step (a),
The etching temperature
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method, characterized in that 300 ~ 700 ℃.
상기 에칭은
5 ~ 15분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 1,
The etching
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method, characterized in that carried out for 5 to 15 minutes.
상기 (b) 단계에서,
상기 스텝업 전처리는
상기 에칭 온도에서 성장온도까지 점진적으로 온도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 1,
In step (b),
The step-up pre-processing
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method characterized in that the temperature is gradually increased from the etching temperature to the growth temperature.
상기 스텝업 전처리는
1 ~ 10℃/min의 속도로 온도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 4,
The step-up pre-processing
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method characterized in that the temperature is increased at a rate of 1 ~ 10 ℃ / min.
상기 (b) 단계에서,
상기 스텝업 전처리는
5 ~ 10분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 1,
In step (b),
The step-up pre-processing
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method, characterized in that carried out for 5 to 10 minutes.
상기 (c) 단계에서,
상기 성장 시,
HCl 1 ~ 50sccm 및 O2 100 ~ 1,000sccm 조건으로 공급하는 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 1,
In step (c),
Upon the growth,
Method of producing α-Ga 2 O 3 thin film using a step-up pre-treatment method, characterized in that the supply of HCl 1 ~ 50sccm and O 2 100 ~ 1,000sccm.
상기 (c) 단계에서,
상기 성장은
5 ~ 15분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 1,
In step (c),
The growth
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method, characterized in that carried out for 5 to 15 minutes.
상기 (c) 단계에서,
상기 α-Ga2O3 박막은
500 ~ 5,000nm 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 1,
In step (c),
The α-Ga 2 O 3 thin film
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method characterized in that it has a thickness of 500 ~ 5,000nm.
상기 (c) 단계에서,
상기 압력은
상압 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 1,
In step (c),
The pressure is
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method, characterized in that carried out under normal pressure conditions.
상기 (c) 단계 이후,
(d) 상기 α-Ga2O3 박막이 형성된 기판을 상온까지 냉각하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법.
According to claim 1,
After step (c),
(d) cooling the substrate on which the α-Ga 2 O 3 thin film is formed to room temperature;
Α-Ga 2 O 3 thin film production method using a step-up pre-treatment method characterized in that it further comprises.
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