KR20210105178A - MANUFACTURING METHOD AND APPARATUS OF SiC-BASED HETEROSTRUCTURE - Google Patents

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KR20210105178A
KR20210105178A KR1020200019809A KR20200019809A KR20210105178A KR 20210105178 A KR20210105178 A KR 20210105178A KR 1020200019809 A KR1020200019809 A KR 1020200019809A KR 20200019809 A KR20200019809 A KR 20200019809A KR 20210105178 A KR20210105178 A KR 20210105178A
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silicon carbide
forming
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KR1020200019809A
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구상모
민성지
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한국전력공사
광운대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method of forming a silicon carbide heterostructure and an apparatus thereof. The method includes: a powder drying step of drying silicon carbide powder having an average particle size of no less than 50 to no more than 200 nanometers; an aerosol preparation step of locating the silicon carbide powder dried in the powder drying step in an aerosol chamber; an aerosol formation step of forming an aerosol by supplying feeding gas from a feeding gas storage tank to the aerosol chamber; and a heterostructure formation step of forming a heterostructure between a substrate and a silicon carbide film by spraying the aerosol to the substrate. Through the steps, a dense silicon carbide film can be formed in a low temperature process. Moreover, the apparatus includes: an aerosol chamber storing silicon carbide powder having an average particle size of no less than 50 to no more than 200 nanometers therein, and forming an aerosol by mixing feeding gas with the silicon carbide powder; a feeding gas supply pipe connected to the bottom of the aerosol chamber and having a flow path formed therein; a feeding gas storage tank supplying the feeding gas through the feeding gas supply pipe; a mass flowrate controller mounted on the feeding gas pipe and controlling the flowrate of the feeding gas; an aerosol pipe connected to the top of the aerosol chamber and having a flow path formed therein; a nozzle connected with the aerosol pipe and spraying the aerosol; a deposition chamber having a space, in which the substrate and the nozzle can be placed, to spray the aerosol; and a vacuum pump connected to a side of the deposition chamber to reduce pressure so as to form a vacuum therein. Through the components, uniform silicon carbide films can be formed in an upper part of the substrate.

Description

실리콘카바이드 이종접합 형성방법 및 형성장치{MANUFACTURING METHOD AND APPARATUS OF SiC-BASED HETEROSTRUCTURE}Silicon carbide heterojunction forming method and forming apparatus

본 발명은 실리콘카바이드 이종접합 형성방법 및 형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 나노 크기의 실리콘카바이드 분말을 에어로졸 증착법을 이용하여 증착한 실리콘카바이드 박막과 기판 간의 이종접합을 형성하여 저온 환경에서 부산물이 생성되지 않는 박막의 형성방법 및 형성장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for forming a silicon carbide heterojunction, and more particularly, by forming a heterojunction between a silicon carbide thin film and a substrate in which nano-sized silicon carbide powder is deposited using an aerosol deposition method to form a by-product in a low-temperature environment. The present invention relates to a method and apparatus for forming a thin film that is not produced.

실리콘카바이드, 갈륨질화물, 아연산화물, 갈륨산화물과 같이 광역밴드갭을 가지는 물질들은 고온에서의 내구성을 가지고 있어 고전력, 고주파수, 고온 환경에서 작동하는 전자소재나 방사선, 우주 환경에서 적용할 수 있는 센서와 같은 응용분야에 적용할 수 있는 잠재성을 가지는 물질이다.Materials with a wide bandgap, such as silicon carbide, gallium nitride, zinc oxide, and gallium oxide, have durability at high temperatures. It is a material that has the potential to be applied in the same field of application.

그 중에서도 실리콘카바이드는 상업적으로 150밀리미터의 웨이퍼로 쉽게 이용가능하며, 매우 높은 열 전도도를 가지고 있어 고온, 고전력밀도를 가지는 전력 반도체에서 작동하고 발열되는 열을 냉각할 수 있어 주목받고 있다.Among them, silicon carbide is commercially available as a 150 mm wafer, has very high thermal conductivity, and is attracting attention because it can work in a power semiconductor having a high temperature and high power density and cool the generated heat.

최근 연구에서 실리콘카바이드/실리콘 이종구조를 통해 실리콘카바이드가 가지는 우수한 열 전도도, 광역 밴드갭, 화학적 안정성을 활용하고자 연구되고 있으나, 900-1100도 고온에서 소결되어 생성되는 비정질 실리콘카바이드 또는 실리콘 산화물로 인하여 나노결정 실리콘카바이드로 인하여 고온 공정에 결함이 발생하고 성능이 감소하는 문제점이 있다.In recent studies, a silicon carbide/silicon heterostructure has been studied to utilize the excellent thermal conductivity, wide bandgap, and chemical stability of silicon carbide. Due to the nanocrystalline silicon carbide, there is a problem in that a defect occurs in a high-temperature process and the performance is reduced.

한국등록특허공보 제10-1573010호Korean Patent Publication No. 10-1573010 한국공개특허공보 제10-2019-0087260호Korean Patent Publication No. 10-2019-0087260

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 장치 및 방법이 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로 나노 크기의 실리콘카바이드 분말을 포함한 에어로졸을 통해 저온에서 부산물 없이 치밀한 실리콘카바이드 박막을 형성하는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법 및 형성장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is a silicon carbide heterojunction forming method for forming a dense silicon carbide thin film without by-products at low temperature through an aerosol containing nano-sized silicon carbide powder and It is an object to provide a forming apparatus.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 실리콘카바이드 이종접합 형성방법 및 형성장치는, 평균입도가 50 이상 200나노미터 이하인 실리콘카바이드 분말을 건조하는 분말건조단계; 상기 분말건조단계에서 건조된 상기 실리콘카바이드 분말을 에어로졸 챔버에 위치시키는 에어로졸준비단계; 송급가스저장탱크로부터 송급가스를 상기 에어로졸 챔버에 공급하여 에어로졸을 형성하는 에어로졸형성단계; 및 상기 에어로졸을 기판으로 스프레이 분사하여 상기 기판과 실리콘카바이드 박막 간의 이종접합을 형성되는 접합형성단계;를 통해 달성한다.Silicon carbide heterojunction forming method and forming apparatus according to the present invention in order to achieve the object as described above, a powder drying step of drying silicon carbide powder having an average particle size of 50 or more and 200 nanometers or less; an aerosol preparation step of placing the silicon carbide powder dried in the powder drying step in an aerosol chamber; an aerosol forming step of supplying a supply gas from a supply gas storage tank to the aerosol chamber to form an aerosol; and a junction forming step of forming a heterojunction between the substrate and the silicon carbide thin film by spraying the aerosol onto the substrate.

상기 분말건조단계에서 건조온도가 100 이상 200도 이하에서 이루어질 수 있다.In the powder drying step, the drying temperature may be 100 or more and 200 degrees or less.

상기 에어로졸형성단계에서 상기 송급가스가 헬륨, 질소 또는 공기 중 하나가 선택될 수 있다.In the aerosol forming step, the supply gas may be one of helium, nitrogen or air.

상기 에어로졸형성단계에서 상기 송급가스의 유속이 1 이상 10리터/분 이하일 수 있다.In the aerosol forming step, the flow rate of the supply gas may be 1 or more and 10 liters/minute or less.

상기 접합형성단계에서 상기 증착챔버의 진공도가 0.01 이상 0.1토르 이하일 수 있다.In the bonding forming step, the vacuum degree of the deposition chamber may be 0.01 or more and 0.1 torr or less.

상기 접합형성단계에서 상기 증착챔버 내의 온도가 5도 이상 35도 이하의 상온 범위로 설정될 수 있다.In the bonding forming step, the temperature in the deposition chamber may be set in a room temperature range of 5 degrees or more and 35 degrees or less.

상기 접합형성단계에서 상기 기판이 n형 또는 p형의 실리콘, 갈륨비소 화합물, 실리콘카바이드 화합물 또는 갈륨질화물 중에서 하나가 선택될 수 있다.In the junction forming step, one of n-type or p-type silicon, gallium arsenide compound, silicon carbide compound, and gallium nitride may be selected for the substrate.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 실리콘카바이드 이종접합 형성방법 및 형성장치는, 평균입도가 50 이상 200나노미터 이하인 실리콘카바이드 분말이 내부에 저장되고, 상기 실리콘카바이드 분말이 송급가스와 혼합되어 에어로졸이 형성되는 에어로졸 챔버; 상기 에어로졸 챔버의 하단에 연결되고 내부에 유로가 형성된 송급가스관; 상기 송급가스관을 통해 상기 송급가스를 공급하는 송급가스저장탱크; 상기 송급가스관에 장착되고 상기 송급가스의 유량을 제어하는 질량유량조절장치; 상기 에어로졸 챔버의 상단에 연결되고 내부에 유로가 형성된 에어로졸관; 상기 에어로졸관과 연결되고 상기 에어로졸을 스프레이 분사하는 노즐; 내부에 상기 기판과 상기 노즐이 구비되는 공간이 형성되어 상기 에어로졸이 분사되는 증착챔버; 및 상기 증착챔버의 측면에 연결되어 내부가 진공상태가 되도록 감압하는 진공펌프;를 통해 달성한다.In addition, the silicon carbide heterojunction forming method and apparatus according to the present invention in order to achieve the above object, silicon carbide powder having an average particle size of 50 or more and 200 nanometers or less is stored therein, and the silicon carbide powder is supplied an aerosol chamber in which an aerosol is formed by mixing with the gas; a supply gas pipe connected to the lower end of the aerosol chamber and having a flow path formed therein; a supply gas storage tank for supplying the supply gas through the supply gas pipe; a mass flow control device mounted on the supply gas pipe and controlling the flow rate of the supply gas; an aerosol tube connected to the upper end of the aerosol chamber and having a flow path therein; a nozzle connected to the aerosol tube and spraying the aerosol; a deposition chamber in which a space in which the substrate and the nozzle are provided is formed and the aerosol is sprayed; and a vacuum pump connected to the side surface of the deposition chamber to reduce the pressure so that the inside is in a vacuum state.

상기 증착챔버 내부의 상기 기판이 상기 노즐과 1 이상 10밀리미터 이하의 간격으로 이격될 수 있다.The substrate in the deposition chamber may be spaced apart from the nozzle by an interval of 1 or more and 10 mm or less.

상기 증착챔버는 상기 기판을 지지하고 X축 또는 Y축으로 이동하여 박막을 균일하게 형성할 수 있도록 XY축 스테이지를 더 포함할 수 있다.The deposition chamber may further include an XY-axis stage to support the substrate and move in the X-axis or Y-axis to uniformly form a thin film.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실리콘카바이드 이종접합 형성방법 및 형성장치에 의하면, 나노 크기의 실리콘카바이드 분말과 송급가스가 혼합되어 형성된 에어로졸을 스프레이 분사하여 실리콘카바이드 박막을 형성하므로 고온에서 발생하는 비정질 실리콘카바이드 또는 실리콘 산화물이 형성되지 않아 실리콘 카바이드의 광역 밴드갭, 높은 열전도성, 높은 화학적 안정성을 활용하고 고집적 반도체 소자 및 초소형 센서를 제조할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the method and apparatus for forming a silicon carbide heterojunction according to the present invention, a silicon carbide thin film is formed by spraying an aerosol formed by mixing nano-sized silicon carbide powder and a supply gas to form a silicon carbide thin film. Since silicon carbide or silicon oxide is not formed, it is possible to utilize the wide band gap, high thermal conductivity, and high chemical stability of silicon carbide, and to manufacture highly integrated semiconductor devices and ultra-small sensors.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 이종접합 형성장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘카바이드 이종접합 형성방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 실리콘카바이드 분말의 형상을 나타낸 도면이다.
도 4은 본 발명에 따라 제조된 실리콘카바이드 박막을 SEM을 사용하여 관찰한 모습을 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명에 따라 제조된 실리콘카바이드 박막과 기판을 단면 방향에서 절단하여 관찰한 도면이다.
1 is a view schematically showing an apparatus for forming a silicon carbide heterojunction according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of forming a silicon carbide heterojunction according to another embodiment of the present invention.
3 is a view showing the shape of the silicon carbide powder used in the embodiment of the present invention.
Figure 4 is a view showing the state observed using the SEM of the silicon carbide thin film prepared according to the present invention.
5 is a view observed by cutting the silicon carbide thin film and the substrate prepared according to the present invention in the cross-sectional direction.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be construed to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.The term “and/or” may include a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. can be understood On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it may be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and one or more other features It may be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary may be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, it is interpreted in an ideal or excessively formal meaning. it may not be

아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, the following embodiments are provided to more completely explain to those with average knowledge in the art, and the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 이종접합 형성장치는 평균입도가 50 이상 200나노미터 이하인 실리콘카바이드 분말(21)이 내부에 저장되고, 실리콘카바이드 분말(21)이 송급가스와 혼합되어 에어로졸이 형성되는 에어로졸 챔버(20), 에어로졸 챔버(20)의 하단에 연결되고 내부에 유로가 형성된 송급가스관(11), 송급가스관(11)을 통해 송급가스를 공급하는 송급가스저장탱크(10), 송급가스관(11)에 장착되고 송급가스의 유량을 제어하는 질량유량조절장치(12), 에어로졸 챔버(20)의 상단에 연결되고 내부에 유로가 형성된 에어로졸관(22), 에어로졸관(22)과 연결되고 상기 에어로졸을 스프레이 분사하는 노즐(23), 내부에 상기 기판(32)과 상기 노즐(23)이 구비되는 공간이 형성되어 상기 에어로졸이 분사되는 증착챔버(30), 증착챔버(30)의 측면에 연결되어 내부가 진공상태가 되도록 감압하는 진공펌프(40)를 포함할 수 있다.1, in the silicon carbide heterojunction forming apparatus according to an embodiment of the present invention, silicon carbide powder 21 having an average particle size of 50 or more and 200 nanometers or less is stored therein, and the silicon carbide powder 21 is supplied. An aerosol chamber 20 that is mixed with gas to form an aerosol, a supply gas pipe 11 connected to the lower end of the aerosol chamber 20 and having a flow path formed therein, and a supply gas supplying gas supply through the supply gas pipe 11 Tank 10, a mass flow control device 12 mounted on the supply gas pipe 11 and controlling the flow rate of the supply gas, an aerosol pipe 22 connected to the upper end of the aerosol chamber 20 and having a flow path formed therein, aerosol A nozzle 23 connected to the tube 22 and spraying the aerosol, a space in which the substrate 32 and the nozzle 23 are provided, the deposition chamber 30 in which the aerosol is sprayed, deposition It may include a vacuum pump 40 that is connected to the side of the chamber 30 to reduce the pressure so that the inside is in a vacuum state.

증착챔버(30) 내부에서 기판(32)은 노즐(23)과 1 이상 10밀리미터 이하의 간격으로 이격되어 기판(32)에 에어로졸이 분사되는 범위를 조절하여 실리콘카바이드 박막(31)이 형성되는 속도를 조절할 수 있다.In the deposition chamber 30, the substrate 32 is spaced apart from the nozzle 23 by an interval of 1 or more and 10 mm or less to adjust the range in which the aerosol is sprayed to the substrate 32, thereby forming the silicon carbide thin film 31. can be adjusted.

또한, 에어로졸관(22)의 중간에 질량유량조절장치를 추가로 구비하여 에어로졸의 유속을 제어하여 기판(32)에 에어로졸이 분사되어 발생하는 해머링 효과(Hammering Effect)를 조절하여 실리콘카바이드 박막(31)의 기공을 제어할 수 있다.In addition, a mass flow control device is additionally provided in the middle of the aerosol tube 22 to control the flow rate of the aerosol to control the hammering effect generated by spraying the aerosol to the substrate 32 to control the silicon carbide thin film 31 ) can be controlled.

또한, 증착챔버(30) 내부에서 기판(32)을 지지하고 X축 또는 Y축으로 이동하여 실리콘카바이드 박막(31)을 균일하게 형성할 수 있도록 XY축 스테이지(33)를 포함할 수 있으며, XY축 스테이지(33)가 Z축으로 이동하는 기능을 추가로 포함하여 기판(32)이 노즐(23)과 이격되는 거리를 조절할 수 있다.In addition, an XY-axis stage 33 may be included to support the substrate 32 inside the deposition chamber 30 and move in the X-axis or Y-axis to uniformly form the silicon carbide thin film 31, XY The distance at which the substrate 32 is spaced apart from the nozzle 23 may be adjusted by additionally including a function of the axis stage 33 moving in the Z-axis.

도 2을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 다른 실리콘카바이드 이종접합 형성방법은 평균입도가 50 이상 200나노미터 이하인 실리콘카바이드 분말(21)을 건조하는 분말건조단계(S10), 분말건조단계에서 건조된 상기 실리콘카바이드 분말(21)을 에어로졸 챔버(20)에 위치시키는 에어로졸준비단계(S20), 송급가스저장탱크(10)로부터 송급가스를 상기 에어로졸 챔버(20)에 공급하여 에어로졸을 형성하는 에어로졸형성단계(S30), 상기 에어로졸을 기판(32)으로 스프레이 분사하여 상기 기판(32)과 실리콘카바이드 박막(31) 간의 이종접합을 형성되는 접합형성단계(S40)로 구성할 수 있다.Referring to Figure 2, the silicon carbide heterojunction forming method according to another embodiment of the present invention is a powder drying step (S10) of drying the silicon carbide powder 21 having an average particle size of 50 or more and 200 nanometers or less, in the powder drying step Aerosol preparation step (S20) of placing the dried silicon carbide powder 21 in the aerosol chamber 20, supply gas from the supply gas storage tank 10 to the aerosol chamber 20 to form an aerosol The forming step (S30), the aerosol is sprayed onto the substrate (32) to form a heterojunction between the substrate (32) and the silicon carbide thin film (31).

도 2에서는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법이 4 단계로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 세부 공정에 따라 분할되거나 반복되어 실시될 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위에 속한다고 볼 것이다. 편의상 이하에서는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법을 4 단계로 설명한다. In FIG. 2, the silicon carbide heterojunction forming method is shown in four steps, but the present invention is not limited thereto, and may be divided or repeated according to detailed processes, all of which will fall within the scope of the present invention. . For convenience, a method of forming a silicon carbide heterojunction will be described in four steps.

분말건조단계(S10)에서는 도 3에 도시된 바와 같은 평균입도가 50 이상 200나노미터 이하인 실리콘카바이드 분말(21)을 진공 펌프를 이용하여 진공 상태가 형성된 가열장치에서 100 이상 200도 이하의 건조온도로 가열하여 30분 이상 실시하여 분말에 흡착된 수분을 제거하여 박막 형성시 기포가 형성되는 것을 방지한다.In the powder drying step (S10), the silicon carbide powder 21 having an average particle size of 50 or more and 200 nanometers or less as shown in FIG. By heating with a furnace for 30 minutes or more, moisture adsorbed to the powder is removed to prevent the formation of bubbles when forming a thin film.

분말건조단계(S10) 이후, 에어로졸준비단계(S20)에서는 건조된 실리콘카바이드 분말(21) 중 10 이상 100그램 이하를 선택하여 에어로졸 챔버(20)에 위치시킨다.After the powder drying step (S10), in the aerosol preparation step (S20), 10 or more and 100 g or less of the dried silicon carbide powder 21 are selected and placed in the aerosol chamber 20.

에어로졸준비단계(S20) 이후, 에어로졸형성단계(S30)에서는 송급가스저장탱크(10)에 저장된 헬륨, 질소 또는 공기 중 하나의 송급가스를 송급가스관(11)을 통해 1 이상 10리터/분 이하의 유속으로 에어로졸 챔버(20)에 공급하여 건조된 실리콘카바이드 분말(21)을 송급가스에 분산시켜 균일한 에어로졸을 형성한다.After the aerosol preparation step (S20), in the aerosol forming step (S30), the supply gas of one of helium, nitrogen, or air stored in the supply gas storage tank 10 is supplied through the supply gas pipe 11 at 1 or more 10 liters / min. A uniform aerosol is formed by dispersing the dried silicon carbide powder 21 in the supply gas by supplying it to the aerosol chamber 20 at a flow rate.

에어로졸형성단계(S30)에서 질량유량조절장치(12)가 유속을 일정하게 유지하여 균일한 에어로졸이 형성되도록 할 수 있으며, 질량유량조절장치(12)에 구비된 별도의 소프트웨어를 통한 알고리즘을 통해 에어로졸 챔버(20)의 질량 변화에 따라 유속이 변화되도록 하여 에어로졸을 제어할 수 있다.In the aerosol formation step (S30), the mass flow control device 12 maintains a constant flow rate to form a uniform aerosol, and the aerosol through an algorithm through a separate software provided in the mass flow control device 12 The aerosol can be controlled by changing the flow rate according to the change in the mass of the chamber 20 .

에어로졸형성단계(S30) 이후, 접합형성단계(S40)에서는 형성된 에어로졸을 에어로졸 챔버(20)와 연결된 에어로졸관(22)과 노즐(23)을 통해 증착챔버(30)의 내부에 있는 기판(32)으로 스프레이 분사하여 기판(32)과 이종접합이 형성된 실리콘카바이드 박막(31)을 형성한다.After the aerosol forming step (S30), in the bonding forming step (S40), the formed aerosol is transferred through the aerosol tube 22 and the nozzle 23 connected to the aerosol chamber 20. The substrate 32 inside the deposition chamber 30. by spraying to form a silicon carbide thin film 31 having a heterojunction with the substrate 32 .

접합형성단계(S40)에서 사용되는 기판(32)은 n형 또는 p형의 실리콘, 갈륨비소 화합물, 실리콘카바이드 화합물 또는 갈륨질화물을 사용할 수 있다.The substrate 32 used in the junction forming step S40 may use n-type or p-type silicon, a gallium arsenide compound, a silicon carbide compound, or gallium nitride.

접합형성단계(S40)에서 증착챔버(30)는 진공펌프를 통한 배기 과정을 거쳐 0.01 이상 0.1토르 이하의 진공도를 가지고, 온도가 5도 이상 35도 이하의 상온 범위로 설정된다.In the bonding forming step ( S40 ), the deposition chamber 30 is evacuated through a vacuum pump to have a vacuum degree of 0.01 or more and 0.1 torr or less, and the temperature is set in a room temperature range of 5 degrees or more and 35 degrees or less.

도 1 및 도 2를 참조하면, XY축 스테이지(33)는 X,Y축으로 회전하여 경사를 가지도록 하여, 에어로졸의 충돌을 통해 실리콘카바이드 박막(31)의 일부가 식각되도록 할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the XY-axis stage 33 rotates along the X and Y axes to have an inclination, so that a portion of the silicon carbide thin film 31 may be etched through the collision of the aerosol.

또한, 에어로졸 챔버에 연결되는 진공펌프와 에어로졸 챔버의 하단에 구비되는 가열장치를 추가로 포함하여, 에어로졸 챔버에 실리콘카바이드 분말을 위치시킨 후, 진공 펌프를 이용하여 에어로졸 챔버 내부에 진공인 상태에서 100 내지 200도의 건조온도로 가열하여 분말건조단계(S10)을 수행할 수 있다.In addition, after placing the silicon carbide powder in the aerosol chamber, including a vacuum pump connected to the aerosol chamber and a heating device provided at the bottom of the aerosol chamber, using a vacuum pump inside the aerosol chamber in a vacuum 100 The powder drying step (S10) may be performed by heating to a drying temperature of about 200 degrees.

도 4를 참조하면, 상술한 실리콘카바이드 이종접합 형성방법 및 형성장치를 활용하여 형성된 실리콘카바이드 박막(31)은 실리콘카바이드 분말(21)이 연결되고, 기공의 크기가 1 마이크로미터 이하인 구조로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, the silicon carbide thin film 31 formed by using the above-described silicon carbide heterojunction forming method and forming apparatus is formed in a structure in which the silicon carbide powder 21 is connected, and the pore size is 1 micrometer or less. can

도 5를 참조하면, 상술한 실리콘카바이드 이종접합 형성방법 및 형성장치를 활용하여 형성된 실리콘카바이드 박막(31)의 두께는 약 150 마이크로미터의 크기를 가지고 기판(32)과 이종접합을 형성한다.Referring to FIG. 5 , the thickness of the silicon carbide thin film 31 formed by using the above-described silicon carbide heterojunction forming method and forming apparatus has a size of about 150 micrometers and forms a heterojunction with the substrate 32 .

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, it is intended to describe the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto. It is clear that the transformation or improvement is possible by the person.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다. All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

10 : 송급가스저장탱크
11 : 송급가스관
12 : 질량유량조절장치
20 : 에어로졸 챔버
21 : 실리콘카바이드 분말
22 : 에어로졸관
23 : 노즐
30 : 증착챔버
31 : 실리콘카바이드 박막
32 : 기판
33 : XY축 스테이지
40 : 진공펌프
10: supply gas storage tank
11: supply gas pipe
12: mass flow control device
20: aerosol chamber
21: silicon carbide powder
22: aerosol tube
23 : Nozzle
30: deposition chamber
31: silicon carbide thin film
32: substrate
33: XY axis stage
40: vacuum pump

Claims (10)

평균입도가 50 이상 200나노미터 이하인 실리콘카바이드 분말을 건조하는 분말건조단계;
상기 분말건조단계에서 건조된 상기 실리콘카바이드 분말을 에어로졸 챔버에 위치시키는 에어로졸준비단계;
송급가스저장탱크로부터 송급가스를 상기 에어로졸 챔버에 공급하여 에어로졸을 형성하는 에어로졸형성단계; 및
상기 에어로졸을 기판으로 스프레이 분사하여 상기 기판과 실리콘카바이드 박막 간의 이종접합을 형성되는 접합형성단계;
를 포함하는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법.
Powder drying step of drying the silicon carbide powder having an average particle size of 50 or more and 200 nanometers or less;
an aerosol preparation step of placing the silicon carbide powder dried in the powder drying step in an aerosol chamber;
an aerosol forming step of supplying a supply gas from a supply gas storage tank to the aerosol chamber to form an aerosol; and
a junction forming step of forming a heterojunction between the substrate and the silicon carbide thin film by spraying the aerosol onto the substrate;
A method of forming a silicon carbide heterojunction comprising a.
제1항에 있어서,
상기 분말건조단계에서는,
건조온도가 100 이상 200도 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법.
According to claim 1,
In the powder drying step,
A method of forming a silicon carbide heterojunction, characterized in that the drying temperature is 100 or more and 200 degrees or less.
제1항에 있어서,
상기 에어로졸형성단계에서는,
상기 송급가스가 헬륨, 질소 또는 공기 중 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법.
According to claim 1,
In the aerosol forming step,
The silicon carbide heterojunction forming method, characterized in that the supply gas is one of helium, nitrogen or air is selected.
제1항에 있어서,
상기 에어로졸형성단계에서는,
상기 송급가스의 유속이 1 이상 10리터/분 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법.
According to claim 1,
In the aerosol forming step,
Silicon carbide heterojunction forming method, characterized in that the flow rate of the supply gas is 1 to 10 liters / min or less.
제1항에 있어서,
상기 접합형성단계에서는,
증착챔버의 진공도가 0.01 이상 0.1토르 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법.
According to claim 1,
In the bonding forming step,
A method of forming a silicon carbide heterojunction, characterized in that the vacuum degree of the deposition chamber is 0.01 or more and 0.1 torr or less.
제1항에 있어서,
상기 접합형성단계에서는,
증착챔버 내의 온도가 5도 이상 35도 이하의 상온 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법.
According to claim 1,
In the bonding forming step,
A method for forming a silicon carbide heterojunction, characterized in that the temperature in the deposition chamber is set in a room temperature range of 5 degrees or more and 35 degrees or less.
제1항에 있어서,
상기 접합형성단계에서는,
상기 기판이 n형 또는 p형의 실리콘, 갈륨비소 화합물, 실리콘카바이드 화합물 또는 갈륨질화물 중에서 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 이종접합 형성방법.
According to claim 1,
In the bonding forming step,
The method for forming a silicon carbide heterojunction, characterized in that the substrate is selected from among n-type or p-type silicon, gallium arsenide compound, silicon carbide compound, and gallium nitride.
기판과 실리콘카바이드 박막 간의 이종접합을 형성하는 장치에 있어서,
평균입도가 50 이상 200나노미터 이하인 실리콘카바이드 분말이 내부에 저장되고, 상기 실리콘카바이드 분말이 송급가스와 혼합되어 에어로졸이 형성되는 에어로졸 챔버;
상기 에어로졸 챔버의 하단에 연결되고 내부에 유로가 형성된 송급가스관;
상기 송급가스관을 통해 상기 송급가스를 공급하는 송급가스저장탱크;
상기 송급가스관에 장착되고 상기 송급가스의 유량을 제어하는 질량유량조절장치;
상기 에어로졸 챔버의 상단에 연결되고 내부에 유로가 형성된 에어로졸관;
상기 에어로졸관과 연결되고 상기 에어로졸을 스프레이 분사하는 노즐;
내부에 상기 기판과 상기 노즐이 구비되는 공간이 형성되어 상기 에어로졸이 분사되는 증착챔버; 및
상기 증착챔버의 측면에 연결되어 내부가 진공상태가 되도록 감압하는 진공펌프;
를 포함하는 실리콘카바이드 이종접합 형성장치.
In the device for forming a heterojunction between a substrate and a silicon carbide thin film,
an aerosol chamber in which silicon carbide powder having an average particle size of 50 or more and 200 nanometers or less is stored therein, and the silicon carbide powder is mixed with a supply gas to form an aerosol;
a supply gas pipe connected to the lower end of the aerosol chamber and having a flow path formed therein;
a supply gas storage tank for supplying the supply gas through the supply gas pipe;
a mass flow control device mounted on the supply gas pipe and controlling the flow rate of the supply gas;
an aerosol tube connected to the upper end of the aerosol chamber and having a flow path therein;
a nozzle connected to the aerosol tube and spraying the aerosol;
a deposition chamber in which a space in which the substrate and the nozzle are provided is formed and the aerosol is sprayed; and
a vacuum pump connected to a side surface of the deposition chamber to depressurize the inside to be in a vacuum state;
Silicon carbide heterojunction forming apparatus comprising a.
제8항에 있어서,
상기 증착챔버 내부의 상기 기판이 상기 노즐과 1 이상 10밀리미터 이하의 간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 이종접합 형성장치.
9. The method of claim 8,
The silicon carbide heterojunction forming apparatus, characterized in that the substrate inside the deposition chamber is spaced apart from the nozzle by an interval of 1 or more and 10 mm or less.
제8항에 있어서,
상기 증착챔버는 상기 기판을 지지하고 X축 또는 Y축으로 이동하여 박막을 균일하게 형성할 수 있도록 XY축 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 이종접합 형성장치.

9. The method of claim 8,
The deposition chamber supports the substrate and moves along the X-axis or the Y-axis to further include an XY-axis stage to uniformly form a thin film.

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