KR20230021993A - SiC 기판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 SiC 기판의 제조 방법은 베이스를 마련하는 단계, 베이스 상에 n형(n type) 또는 p형(p type) 중 어느 하나의 SiC 박막을 형성하는 단계 및 SiC 박막과 베이스를 분리하는 단계를 포함하고, SiC 박막을 형성하는 단계는, 베이스 상에 실리콘(Si)을 함유하는 소스가스를 분사하는 단계, 소스가스의 분사 중단 후 퍼지가스를 분사하는 1차 퍼지단계, 1차 퍼지의 중단 후 탄소(C)를 함유하는 리액턴트 가스를 분사하는 단계 및 리액턴트 가스의 분사 중단 후 퍼지가스를 분사하는 2차 퍼지 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 저온에서 SiC 박막을 증착하여 SiC 기판을 마련할 수 있다. 이에, SiC 박막 형성을 위해 베이스를 승온시키는 전력 또는 시간을 줄일 수 있다.

Description

SiC 기판의 제조 방법{METHOD FOR MANUFATURING SiC SUBSTRATE}
본 발명은 SiC 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자층 증착 방법으로 SiC 박막을 형성하여 제조하는 SiC 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)는 기판, 상호 이격되도록 기판에 마련된 한 쌍의 웰(well) 영역, 기판 상에서 한 쌍의 웰 영역 사이에 마련된 채널(channel), 한 쌍의 웰 영역 각각의 상부에 마련된 소스 및 드레인 전극, 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성된 게이트 절연층, 게이트 절연층의 상부에 형성된 게이트 전극을 포함한다.
이러한 반도체 소자의 기판으로 SiC 기판을 사용한다. SiC 기판은 베이스 상에 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)으로 SiC 박막을 증착하고, 베이스를 제거하여 SiC 박막을 분리함으로써 마련된다.
그런데, 화학기상증착 방법으로 베이스 상에 SiC 박막을 증착하기 위해서는, 베이스를 고온으로 가열해야 하는 문제가 있다. 이러한 경우 SiC 박막을 증착하기 위해 소요되는 전력이 증가하거나, 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
한국등록특허 10-1001674
본 발명은 저온에서 제조할 수 있는 SiC 기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 저온에서 SiC 박막을 증착시켜 제조할 수 있는 SiC 기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 SiC 기판의 제조 방법은, 베이스를 마련하는 단계; 상기 베이스 상에 n형(n type) 또는 p형(p type) 중 어느 하나의 SiC 박막을 형성하는 단계; 및 상기 SiC 박막과 베이스를 분리하는 단계;를 포함하고, 상기 SiC 박막을 형성하는 단계는, 상기 베이스 상에 실리콘(Si)을 함유하는 소스가스를 분사하는 단계; 상기 소스가스의 분사 중단 후 퍼지가스를 분사하는 1차 퍼지단계; 상기 1차 퍼지의 중단 후 탄소(C)를 함유하는 리액턴트 가스를 분사하는 단계; 및 상기 리액턴트 가스의 분사 중단 후 퍼지가스를 분사하는 2차 퍼지 단계;를 포함할 수 있다.
상기 소스가스는 SiH4 및 Si2H6 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 리액턴트 가스는 C3H8 및 SiH3CH3를 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 리액턴트 가스를 분사하는 단계는, 플라즈마를 발생시키는 단계를 포 함할 수 있다.
상기 플라즈마를 발생시키는 단계는, 수소가스를 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 SiC 박막을 형성하는 단계는, 상기 소스가스 분사 단계, 1차 퍼지 단계, 리액턴트 가스 분사 단계, 2차 퍼지 단계 순서로 실시되는 하나의 공정 사이클을 반복 실시하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 SiC 박막을 형성하는 단계는 도핑가스를 분사하는 단계를 포함하고, 상기 도핑가스는 상기 소스가스 분사시에 분사되거나, 상기 소스가스 분사가 중단된 후 상기 1차 퍼지 단계 전에 분사될 수 있다.
상기 도핑가스는, N(질소) 및 P(인) 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 포함하거나, Al(알루미늄), B(붕소) 및 Ga(갈륨) 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 포함할 수 있다.
상기 베이스는 흑연, Si(실리콘), Ga(갈륨) 및 유리 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 저온에서 SiC 박막을 증착하여 SiC 기판을 마련할 수 있다. 이에, SiC 박막 형성을 위해 베이스를 승온시키는 전력 또는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 베이스 상에 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 SiC 박막이 형성된 상태를 도시한 개념도이다.
도 2는 베이스와 SiC 박막이 분리되어 SiC 기판이 마련된 상태를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 SiC 기판이 적용된 전계 효과 트랜지스터의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 베이스 상에 SiC 박막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SiC 기판의 제조를 위해 SiC 박막을 증착하는데 사용되는 증착장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예는 기판의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 원자층 증착(ALD: Atomic Layer deposition) 방법으로 베이스 상에 SiC 박막을 형성하는 SiC 기판의 제조 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 원자층 증착(ALD) 방법으로 베이스 상에 n형(n type) 또는 p형(p type)의 SiC 박막을 형성하는 SiC 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 베이스 상에 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 SiC 박막이 형성된 상태를 도시한 개념도이다. 도 2는 베이스와 SiC 박막이 분리되어 SiC 기판이 마련된 상태를 도시한 개념도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 SiC 기판이 적용된 전계 효과 트랜지스터의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, SiC 박막(10)은 베이스(B)의 적어도 일면 예컨대 베이스(B)의 상부면에 증착되어 형성될 수 있다.
베이스(B)는 흑연, Si(실리콘), Ga(갈륨) 및 유리 중 어느 하나를 포함하는 재질로 마련될 수 있다. 보다 구체적으로 베이스(B)는 흑연(Graphite) 재질의 판(plate), 웨이퍼(wafer), 유리(glass) 재질의 판(plate) 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 그리고 베이스(B)로 사용되는 웨이퍼는 예를 들어 Si 웨이퍼, SiC 웨이퍼, SiO2(석영) 웨이퍼, GaAS 웨이퍼 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
SiC 박막(10)은 원자층 증착(ALD: Atomic Layer deposition) 방법으로 형성되며, n형(n type) 또는 p형(p type)으로 형성될 수 있다.
베이스(B) 상에 소정 두께 또는 목표하는 두께의 SiC 박막(10)이 형성되면, 도 2와 같이 베이스(B)로부터 SiC 박막을 분리하거나, 베이스(B)를 제거한다. 베이스(B)와 분리된 또는 베이스(B)가 제거된 SiC 박막(10)은 반도체 소자를 제조하기 위한 기판으로 사용될 수 있다. 이에, 베이스(B)로부터 분리된 SiC 박막(10)은 기판 또는 SiC 기판으로 명명될 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위하여 도 1과 같이 베이스(B) 상부에 형성된 SiC 박막은 도면부호를 '10'으로 지칭한다. 이때, 복수의 SiC 박막이 적층되므로, 복수의 SiC 박막 각각이 도면부호 '10'으로 지칭될 수 있다.
그리고, SiC 박막(10) 형성이 종료되면 상술한 바와 같이 베이스(B)를 제거 또는 분리하는데, 이때 도 2와 같이 베이스(B)가 제거된 또는 베이스(B)와 분리된 SiC 박막(10)을 SiC 기판으로 명명하며, SiC 기판을 도면부호 'S'로 지칭한다.
본 발명의 실시예에 따른 방법으로 형성된 SiC 박막(10) 즉, SiC 기판(S)은 반도체 소자의 기판으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 SiC 기판은 전계 효과 트랜지스터의 기판(S)으로 사용될 수 있다. 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 전계 효과 트랜지스터는 기판(S), 폭 방향으로 상호 이격되도록 기판(S)에 마련된 한 쌍의 웰(well) 영역(22a, 22b), 한 쌍의 웰 영역(22a, 22b) 사이에 마련된 채널(channel)(21), 한 쌍의 웰 영역(22a, 22b) 각각의 상부에 마련된 소스 및 드레인 전극(23a, 23b), 소스 전극(23a)과 드레인 전극(23b) 사이에 형성된 게이트 절연층(24), 게이트 절연층(24)의 상부에 형성된 게이트 전극(25)을 포함할 수 있다.
여기서, 기판(S)은 실시예에 따른 방법으로 제조된 기판일 수 있다. 즉, 기판(S)은 실시예에 따른 방법으로 베이스(B)의 상부에 SiC 박막(10)을 형성하고(도 1 참조), SiC 박막(10)을 베이스(B)로부터 분리하거나 베이스(B)를 제거하여 마련된 것일 수 있다(도 2 참조). 또한, SiC 기판(S)은 원자층 증착 방법에 의해 n형 또는 p형으로 마련된 것일 수 있다.
웰 영역(22a, 22b)은 n형 또는 p형으로 마련될 수 있다. 즉, 기판(S)이 n형으로 마련되는 경우 웰 영역(22a, 22b)은 p형으로 마련될 수 있고, 기판(S)이 p형으로 마련되는 경우 웰 영역(22a, 22b)은 n형으로 마련될 수 있다. 여기서 소스 전극(23a)과 접하도록 또는 소스 전극(23a)의 하측에 형성된 웰 영역(22a)은 전계 효과 트랜지스터의 소스로서 기능하는 층일 수 있다. 또한, 드레인 전극(23b)과 접하도록 또는 드레인 전극(23b)의 하측에 형성된 웰 영역(22b)은 전계 효과 트랜지스터의 드레인로서 기능하는 층일 수 있다.
이러한 웰 영역(22a, 22b)은 기판(S)의 상면에 형성된 게이트 절연층 형성용 박막의 일부를 제거한 후, 제거된 영역에 도펀트 원료를 주입함으로써 마련될 수 있다. 그리고 이와 같은 한 쌍의 웰 영역(22a, 22b)이 마련되면, 상기 한 쌍의 웰 영역(22a, 22b) 사이에 채널(channel)(21)이 형성된다.
소스 및 드레인 전극(23a, 23b)은 한 쌍의 웰 영역(22a, 22b) 각각의 상부에 형성된다. 즉, 한 쌍의 웰 영역(22a) 중 어느 하나의 상부에 소스 전극(23a)이 형성되고, 다른 하나의 웰 영역(22b) 상부에 드레인 전극(23b)이 형성된다. 이때, 소스 및 드레인 전극(23a, 23b)은 금속을 포함하는 재료로 형성되며, 예컨대 Ti 및 Au 중 적어도 하나의 재료로 형성될 수 있다.
게이트 절연층(24)은 소스 전극(23a)과 드레인 전극(23b) 사이에서 채널(21) 상부에 위치하도록 형성될 수 있다. 이러한 게이트 절연층(24)은 SiO2, SiON, Al2O3 중 어느 어느 하나로 형성될 수 있다.
게이트 전극(25)은 소스 전극(23a)과 드레인 전극(23b) 사이에 위치하도록 게이트 절연층(24)의 상부에 형성될 수 있다. 이때, 게이트 전극(25)은 금속을 포함하는 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어 Ti 및 Au 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성될 수 있다.
상기에서는 실시예에 따른 방법으로 제조된 SiC 기판(S)이 전계 효과 트랜지스터의 기판으로 사용되는 것을 예를 들어 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 SiC 기판은 다양한 반도체 소자에 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 베이스 상에 SiC 박막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 도 1 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SiC 박막의 형성 방법을 설명한다.
먼저, 베이스(B)를 마련한다. 이때, 베이스(B)는 예를 들어 흑연(graphite) 재질의 원판일 수 있다.
베이스(B)가 마련되면, 도 1과 같이 베이스(B)의 일면 예컨대 상부면에 SiC 박막(10)을 증착한다. 이때, 원자층 증착(ALD) 방법으로 형성하며, 복수의 SiC 박막(10)을 적층하여 형성할 수 있다.
원자층 증착(ALD) 방법을 이용하여 SiC 박막(10)을 형성하는 방법에 대해 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, SiC 박막(10)을 형성하는 단계는, 소스가스를 분사하는 단계, 퍼지가스를 분사하는 단계(1차 퍼지), 리액턴트 가스를 분사하는 단계, 퍼지가스를 분사하는 단계(2차 퍼지)를 포함할 수 있다. 이러한 경우 소스가스 분사, 퍼지가스 분사(1차 퍼지), 리액턴트 가스 분사, 퍼지가스 분사(2차 퍼지) 순서로 진행될 수 있다.
이때, 소스가스는 Si을 함유하는 가스일 수 있다. 그리고 Si 함유 가스는 예컨대 SiH4, Si2H6 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 또한, 반응가스는 C(탄소)를 함유하는 가스 일 수 있다. 그리고 C(탄소) 함유 가스는 예컨대 C3H8 및 SiH3CH3 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 사용할 수 있다.
또한, n형 또는 p형의 SiC 박막(10)을 형성하기 위해 도핑가스를 분사한다. 이때, 도핑가스는 N(질소)를 함유하는 가스 및 P(인)을 함유하는 가스 중 적어도 하나를 함유하는 가스이거나, Al(알루미늄)을 함유하는 가스, B(붕소)를 함유하는 가스 및 Ga(갈륨)을 함유 하는 가스 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 즉, n형의 SiC 박막(10)을 형성하고자 하는 경우, 도핑가스는 N(질소) 함유 가스 및 P(인) 함유 가스 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 다른 예로, p형의 SiC 박막(10)을 형성하고자 하는 경우, 도핑가스는 Al(알루미늄) 함유 가스, B(붕소) 함유 가스 및 Ga(갈륨) 함유 가스 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
도핑가스는 소스가스 분사시에 함께 분사되거나, 소스가스 분사가 종료된 후 1차 퍼지 전에 분사될 수 있다.
예를 들어 소스가스와 도핑가스를 함께 분사하는 경우, SiC 박막(10)을 형성하는 단계는, 소스가스 및 도핑가스 분사, 퍼지가스 분사(1차 퍼지), 리액턴트 가스 분사, 퍼지가스 분사(2차 퍼지) 순서로 진행될 수 있다. 이때, 도핑가스는 소스가스와 혼합되어 분사될 수 있다. 물론, 소스가스 분사되는 시점에 도핑가스가 분사되되, 소스가스가 분사되는 경로와 도핑가스가 분사되는 경로를 다르게 하여 분사시킬 수도 있다. 이렇게 소스가스와 도핑가스를 함께 분사하여 SiC 박막(10)을 형성하는데 있어서, 상술한 바와 같은 '소스가스 및 도핑가스 분사 - 퍼지가스 분사(1차 퍼지) - 리액턴트 가스 분사 - 퍼지가스 분사(2차 퍼지)'를 SiC 박막(10) 형성을 위한 하나의 공정 사이클(cycle)로 할 수 있다.
다른 예로, 소스가스와 도핑가스를 별도의 단계로 나누어 분사할 수도 있다. 즉, 소스가스의 분사가 종료된 후에 도핑가스를 분사할 수 있다. 이러한 경우, SiC 박막을 형성하는 단계는, 소스가스 분사, 도핑가스 분사, 퍼지가스 분사(1차 퍼지), 리액턴트 가스 분사, 퍼지가스 분사(2차 퍼지) 순서로 진행될 수 있다. 그리고 SiC 박막(10)을 형성하는데 있어서 상술한 바와 같은 '소스가스 분사 - 도핑가스 분사 - 퍼지가스 분사(1차 퍼지) - 리액턴트 가스 분사 - 퍼지가스 분사(2차 퍼지)'를 SiC 박막 형성을 위한 하나의 공정 사이클(cycle)로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 공정 사이클의 리액턴트 가스 분사 단계에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그리고 이때 수소가스를 분사하여 수소가스에 의한 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 즉, 리액턴트 가스 분사시에 수소가스를 함께 분사하고, 수소가스를 방전시켜 수소가스에 의한 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이렇게 리액턴트 가스 분사시에 플라즈마를 발생시킴으로써, 300℃ 내지 600℃의 저온에서 SiC 박막을 증착시킬 수 있다.
또한, 수소가스에 의해 발생되는 플라즈마 즉, 수소 플라즈마는 SiC 박막 내 또는 SiC 박막이 증착되는 공간(반응공간) 내의 불순물을 제거할 수 있다. 여기서, 불순물은 예컨대 소스가스와 리액턴트 가스 간의 반응으로 인한 반응 부산물일 수 있다. 수소 플라즈마는 불순물 예컨대 소스가스와 리액턴트 가스 간의 반응으로 인한 반응 부산물을 분해시킬 수 있다. 이에, 반응공간에 연결된 배기부를 통해 반응 부산물의 배기가 용이하게 된다. 따라서, 반응공간 또는 SiC 박막에 존재하는 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다.
상술한 바와 같은 공정 사이클을 복수 번 반복함에 따라, 복수 번의 원자층 증착이 실시된다. 다른 말로 설명하면, 복수 번의 원자층 증착에 의해 복수의 SiC 박막(10)이 적층된다. 그리고 공정 사이클의 실시 횟수를 조정함으로써 목표로 하는 두께의 SiC 박막(10)을 형성할 수 있다.
한편, 종래에는 화학기상증착 방법으로 베이스(B) 상에 SiC 박막을 증착하여 SiC 기판을 마련하였다. 이때, 베이스(B)를 지지하는 지지대(200) 또는 베이스(B)를 약 1200℃의 고온으로 유지시켰다. 다른 말로 설명하면, 지지대(200) 또는 베이스(B)의 온도가 1200℃로 고온으로 유지되어야만, 베이스(B) 상면에 SiC 박막이 증착될 수 있다. 이러한 경우 지지대(200) 또는 베이스를 고온으로 가열해야 하는 문제가 있다. 따라서 SiC 박막을 증착하기 위해 소요되는 전력이 증가하거나, 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
그러나, 실시예에서는 원자층 증착 방법으로 SiC 박막(10)을 증착함으로써, 종래에 비해 저온에서 SiC 박막(10)을 증착할 수 있다. 이에, SiC 박막(10)을 증착하는 소요되는 전력을 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SiC 기판의 제조를 위해 SiC 박막을 증착하는데 사용되는 증착장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
증착장치는 원자층 증착(ALD) 방법으로 박막을 증착하는 장치일 수 있다. 보다 구체적으로 베이스(B) 상에 SiC 박막(10)을 형성하기 위한 장치일 수 있다.
이러한 증착장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(100), 챔버(100) 내에 설치되어 베이스(B)를 지지하기 위한 지지대(200), 지지대(200)와 마주보도록 배치되어 챔버(100) 내부로 공정을 위한 가스(이하 공정가스)를 분사하는 분사부(300), 분사부(300)로 공정가스를 제공하는 가스 공급부(400), 서로 다른 경로를 가지도록 분사부(300)에 연결되며 가스 공급부(400)로부터 제공된 가스를 분사부(300)로 공급하는 제1 및 제2가스 공급관(500a, 500b), 챔버(100) 내에 플라즈마를 발생시키도록 전원을 인가하는 RF 전원부(600)를 포함할 수 있다.
또한, 증착장치는 지지대(200)를 승하강 및 회전 동작 중 적어도 하나로 동작시키는 구동부(700), 챔버(100)에 연결되게 설치된 배기부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부로 반입된 베이스(B) 상에 박막이 형성될 수 있는 내부공간을 포함할 수 있다. 예컨대 그 단면의 형상이 사각형, 오각형, 육각형 등의 형상일 수 있다. 물론, 챔버(100) 내부의 형상은 다양하게 변경 가능하며, 베이스(B)의 형상과 대응하도록 마련되는 것이 바람직하다.
지지대(200)는 분사부(300)와 마주보도록 챔버(100) 내부에 설치되어, 챔버(100) 내부로 장입된 베이스(B)를 지지한다. 이러한 지지대(200)의 내부에는 히터(210)가 마련될 수 있다. 이에 히터(210)를 동작시키면 지지대(200) 상에 안착된 베이스(B) 및 챔버(100) 내부가 가열될 수 있다.
또한, 베이스(B) 또는 챔버(100) 내부를 가열하기 위한 수단으로 지지대(200)에 마련된 히터(210) 외에 챔버(100) 내부 또는 챔버(100) 외부에 별도의 히터가 마련될 수 있다.
분사부(300)는 지지대(200)의 연장 방향으로 나열되어 상호 이격 배치된 복수의 홀(이하 홀(311))을 가지며, 챔버(100) 내부에서 지지대(200)와 마주보도록 배치된 제1플레이트(310), 적어도 일부가 복수의 홀(311) 각각에 삽입되도록 마련된 복수의 노즐(320), 챔버(100) 내부에서 상기 챔버(100) 내 상부벽과 제1플레이트(310) 사이에 위치하도록 설치된 제2플레이트(330)를 포함할 수 있다.
또한, 분사부(300)는 제1플레이트(310)와 제2플레이트(330) 사이에 위치된 절연부(340)를 더 포함할 수 있다.
제1플레이트(310)는 지지대(200)의 연장 방향으로 연장 형성된 판 형상일 수 있다. 그리고, 제1플레이트(310)에는 복수의 홀(311)이 마련되는데, 복수의 홀(311) 각각은 제1플레이트(310)를 상하 방향으로 관통하도록 마련될 수 있다. 복수의 홀(311)은 제1플레이트(310) 또는 지지대(200)의 연장 방향으로 나열될 수 있다.
복수의 노즐(320) 각각은 상하 방향으로 연장된 형상일 수 있고, 그 내부에는 가스의 통과가 가능한 통로가 마련되어 있으며, 상단 및 하단이 개구된 형상일 수 있다. 그리고, 복수의 노즐(320) 각각은 적어도 그 하부가 제1플레이트(310)에 마련된 홀(311)에 삽입되고, 상부는 제2플레이트(330)와 연결되도록 설치될 수 있다. 이에, 노즐(320)은 제2플레이트(330)로부터 하부로 돌출된 형상으로 설명될 수 있다.
노즐(320)의 외경은 홀(311)의 내경에 비해 작도록 마련될 수 있다. 그리고, 노즐(320)이 홀(311)의 내부에 삽입되게 설치되는데 있어서, 노즐(320)의 외주면이 홀(311) 주변벽(즉, 제1플레이트(310)의 내측벽)과 이격되게 설치될 수 있다. 이에, 홀(311)의 내부는 노즐(320)의 외측 공간과, 노즐(320)의 내측 공간으로 분리될 수 있다.
홀(311)의 내부공간에 있어서, 노즐(320) 내 통로는 제1가스 공급관(500a)으로부터 제공된 가스가 이동, 분사되는 통로이다. 그리고, 홀(311) 내부공간에 있어서 노즐(320)의 외측 공간은 제2가스 공급관(500b)으로부터 제공된 가스가 이동, 분사되는 통로이다. 따라서, 이하에서는 노즐(320) 내 통로를 제1경로(360a), 홀(311) 내부에서 노즐(320)의 외측 공간을 제2경로(360b)라 명명한다.
제2플레이트(330)는 그 상부면이 챔버(100) 내 상부벽과 이격되고, 하부면이 제1플레이트(310)와 이격되도록 설치될 수 있다. 이에 제2플레이트(330)와 제1플레이트(310) 사이 및 제2플레이트(330)와 챔버(100) 상부벽 사이 각각에 빈 공간이 마련될 수 있다.
여기서, 제2플레이트(330)의 상측 공간은 제1가스 공급관(500a)으로부터 제공된 가스가 확산 이동되는 공간(이하, 확산공간(350))으로서, 복수의 노즐(320)의 상측 개구와 연통될 수 있다. 다른 말로 설명하면, 확산공간(350)은 복수의 제1경로(360a)와 연통된 공간이다. 이에, 제1가스 공급관(500a)을 통과한 가스는 확산공간(350)에서 제2플레이트(330)의 연장방향으로 확산된 후, 복수의 제1경로(360a)를 통과하여 하측으로 분사될 수 있다.
또한, 제2플레이트(330)의 내부에는 가스가 이동되는 통로인 건드릴(미도시)이 마련되어 있으며, 상기 건드릴은 제2가스 공급관(500b)과 연결되고, 제2경로(360b)와 연통되도록 마련될 수 있다. 따라서, 제2가스 공급관(500b)으로부터 제공된 가스는 제2플레이트(330)의 건드릴, 제2경로(360b)를 거쳐 베이스(B)를 향해 분사될 수 있다.
가스 공급부(400)는 원자층 증착 방법으로 박막을 증착하는데 필요한 가스를 제공한다. 이러한 가스 공급부(400)는 소스가스가 저장된 소스가스 저장부(410), 도핑가스가 저장된 도핑가스 저장부(420), 소스가스와 반응하는 리액턴트 가스가 저장된 리액턴트 가스 저장부(430), 퍼지가스가 저장된 퍼지가스 저장부(440)를 포함한다. 또한, 수소가스가 저장된 수소가스 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 퍼지가스 저장부(440)에 저장된 퍼지가스는 예컨대 N2 가스 또는 Ar 가스일 수 있다.
또한, 가스 공급부(400)는 소스가스 저장부(410) 및 도핑가스 저장부(420)와 제1가스 공급관(500a)을 연결하도록 제1이송관(450a), 리액턴트 가스 저장부(430) 및 퍼지가스 저장부(440)와 제2가스 공급관(500b)을 연결하도록 설치된 제2이송관(450b)을 포함할 수 있다.
그리고, 가스 공급부(400)는 도핑가스 저장부(420)로부터 제공된 가스와 소스가스 저장부로부터 제공된 가스를 혼합하는 혼합부(460)를 더 포함할 수 있다.
또한, 가스 공급부(400)는 소스가스 저장부(410) 및 도핑가스 저장부(420) 각각과 제1이송관(450a)을 연결하는 복수의 제1연결관(470a), 복수의 제1연결관(470a) 각각에 설치된 밸브, 리액턴트 가스 저장부(430) 및 퍼지가스 저장부(440) 각각과 제2이송관(450b)을 연결하는 복수의 제2연결관(470b), 복수의 제2연결관(470b) 각각에 설치된 밸브를 포함할 수 있다.
그리고 수소가스 저장부는 제1이송관(450a)과 연결될 수 있고, 수소가스 저장부와 제1이송관(450a)을 사이에 연결관이 마련될 수 있다.
혼합부(460)는 가스가 혼합될 수 있는 내부공간을 가지도록 마련될 수단일 수 있다. 또한, 혼합부(460)는 소스가스 저장부(410) 및 도핑가스 저장부(420) 각각에 연결된 제1연결관(470a)과 제1이송관(450a) 사이를 연결하도록 설치될 수 있다. 이에 혼합부(460) 내부로 유입된 소스가스와 도핑가스가 혼합부(460) 내부에서 혼합된 후 제1이송관(450a)을 통해 제1가스 공급관(500a)으로 이송될 수 있다. 이러한 경우, 소스가스와 도핑가스가 혼합된 상태로 분사부(300)로 유입되고, 분사부(300)의 제1경로(360a)를 통해 혼합가스가 분사된다.
물론, 소스가스와 도핑가스를 혼합시키지 않고, 소스가스와 도핑가스를 시간차를 두고 제1가스 공급관(500a)으로 이송시킬 수도 있다.
상기에서는 소스가스 저장부(410)와 도핑가스 저장부(420)가 동일한 제1이송관(450a)에 연결되어, 제1경로(360a)를 통해 분사되는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 소스가스 저장부(410)와 도핑가스 저장부(420)는 서로 다른 경로로 분사되도록 연결될 수 있다. 예를 들어, 소스가스 저장부(410)는 제1이송관(450a)에 연결되고, 도핑가스 저장부(420)는 제2이송관(450b)에 연결될 수 있다. 이러한 경우 소스가스는 제1이송관(450a) 및 제1가스 공급관(500a)을 통해 분사부(300)의 제1경로(360a)로 유입되어 분사되고, 도핑가스는 제2이송관(450b) 및 제2 가스 공급관(500b)을 통해 분사부(300)의 제2경로(360b)로 유입되어 분사될 수 있다.
이하, 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SiC 기판의 제조 방법에 대해 설명한다. 이때 n형의 SiC 박막을 형성하는 방법을 예를 들어 설명한다.
먼저, 지지대(200)에 마련된 히터(210)를 동작시켜 지지대(200)를 가열한다. 이때, 지지대(200) 또는 상기 지지대(200)에 안착될 베이스(B)의 온도가 공정온도 예를 들어 300℃ 내지 600℃가 되도록 히터를 동작시킨다.
다음으로, 베이스(B) 예컨대 Si 웨이퍼를 챔버(100) 내부로 장입시켜 지지대(200) 상에 안착시킨다. 이후, 지지대(200) 상에 안착된 베이스(B)가 목표하는 공정온도 예컨대 300℃ 내지 600℃가 되면, 도 1과 같이 베이스(B) 상에 SiC 박막(10)을 형성한다.
이때, 원자층 증착 방법을 이용하여 SiC 박막(10)을 형성한다. 즉, 소스가스 분사, 퍼지가스 분사(1차 퍼지), 리액턴트 가스 분사, 퍼지가스 분사(2차 퍼지) 순으로 실시되는 원자층 증착을 통해 베이스(B) 상에 SiC 박막(10)을 형성한다.
이때, 도핑가스는 소스가스와 혼합되어 분사될 수 있다. 또한, 리액턴트 가스 분사시에 수소가스를 분사하고 RF 전원부(600)를 동작시켜 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이러한 경우, 원자층 증착 방법으로 SiC 박막(10)을 형성하는 공정 사이클은 '소스가스 및 도핑가스 분사 - 퍼지가스 분사(1차 퍼지) - 리액턴트 가스 분사(플라즈마 발생) - 퍼지가스 분사(2차 퍼지)'일 수 있다. 그리고 상술한 공정 사이클을 복수 번 반복하여 복수의 SiC 박막을 증착함으로써 목표하는 두께의 SiC 박막(10)을 형성한다.
이하, 분사부(300) 및 가스 공급부(400)를 이용하여 챔버(100) 내부로 공정가스를 분사하여 SiC 박막(10)을 형성하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 챔버(100) 내부로 소스가스와 도핑가스를 분사한다. 이를 위해, 소스가스 저장부(410)에 저장되어 있는 소스가스 및 도핑가스 저장부(420)에 저장되어 있는 도핑가스를 혼합부(460)로 공급한다. 이에 혼합부(460) 내부에서 소스가스와 도핑가스가 혼합된다. 이때 소스가스는 Si 함유 가스일 수 있고, 도핑가스는 N(질소) 함유 가스일 수 있다.
소스가스와 도핑가스가 혼합된 혼합가스는 제1이송관(450a) 및 제1가스 공급관(500a)을 거쳐 분사부(300) 내 확산공간(350)으로 유입된다. 그리고 혼합가스는 확산공간(350) 내에서 확산된 후, 복수의 노즐(320) 즉, 복수의 제1경로(360a)를 통과하여 베이스(B)를 향해 분사된다.
상기에서는 소스가스와 도핑가스를 혼합하여 분사하는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 소스가스와 도핑가스를 혼합하지 않고 별도로 나누어 분사할 수 있다.
소스가스와 도핑가스 즉, 혼합가스의 분사가 중단 또는 종료되면, 퍼지가스 저장부(440)를 통해 퍼지가스를 제공하여 챔버(100) 내부에 퍼지가스를 분사한다(1차 퍼지). 이때 퍼지가스 저장부(440)로부터 배출된 퍼지가스는 제2연결관(470b), 제2이송관(450b) 및 제2가스 공급관(500b)을 거친 후, 제2경로(360b)를 통해 하측으로 분사될 수 있다.
다음으로, 리액턴트 가스 저장부(430)로부터 리액턴트 가스 예컨대 C(탄소) 함유 가스를 제공받아 챔버(100) 내부로 분사한다. 이때 리액턴트 가스는 퍼지가스와 동일한 경로를 통해 챔버(100) 내부로 분사될 수 있다. 즉, 리액턴트 가스는 제2연결관(470b), 제2이송관(450b) 및 제2가스 공급관(500b)을 거친 후, 제2경로(360b)를 통해 하측으로 분사될 수 있다. 리액턴트 가스가 분사되면, 베이스(B) 상에 흡착되어 있는 소스가스와 상기 리액턴트 가스 간의 반응이 일어나 반응물 즉, SiC가 생성될 수 있다. 그리고 이 반응물이 베이스(B) 상에 퇴적 또는 증착되며, 이에 베이스(B) 상에 SiC 박막(10)이 증착된다. 이때, 베이스(B) 상에 흡착된 도핑가스에 의해 n형의 SiC 박막(10)이 증착된다.
이렇게 리액턴트 가스가 분사될 때, 챔버(100) 내부로 수소가스를 분사하고 RF 전원부(600)를 동작시켜 제1플레이트(310)에 RF 전원을 인가할 수 있다. 제1플레이트(310)에 RF 전원이 인가되면, 분사부(300) 내 제2경로(360b) 및 제1플레이트(310)와 지지대(200) 사이의 공간에 플라즈마가 생성될 수 있다.
리액턴트 가스 분사가 중단되면, 퍼지가스 저장부(440)를 통해 퍼지가스를 제공하여 챔버(100) 내부에 퍼지가스를 분사한다(2차 퍼지). 이때 2차 퍼지에 의해 소스가스와 리액턴트 가스 간의 반응에 의한 부산물 등이 챔버(100) 외부로 배출될 수 있다.
상술한 바와 같은 '소스가스 및 도핑가스 분사, 퍼지가스 분사(1차 퍼지), 리액턴트 가스 분사, 퍼지가스 분사(2차 퍼지)' 순서로 실시되는 공정 사이클은 복수 번 반복하여 실시될 수 있다. 그리고, 목표로 하는 두께에 따라 공정 사이클의 실시 회수를 결정할 수 있다.
목표 두께의 SiC 박막(10)이 형성되면, 도 2와 같이 SiC 박막(10)과 베이스(B)를 분리한다. 이때 예를 들어 연마 방법으로 베이스(B)를 제거하여 SiC 박막(10)을 분리할 수 있다. 물론, 연마 방법에 한정되지 않고, 베이스(B)를 제거하거나 베이스(B)로부터 SiC 박막(10)을 분리시킬 수 있다면, 어떠한 방법이 사용되어도 무방하다.
이렇게 베이스(B)로부터 SiC 박막(10)이 분리되면, 반도체 소자의 기판으로 사용될 수 있는 기판(S) 즉, SiC 기판(S)이 마련된다. 그리고, 이와 같은 방법으로 제조된 SiC 기판(S)은 반도체 소자 예를 들어 전계 효과 트랜지스터 제조를 위한 기판으로 사용될 수 있다.
이와 같이 실시예에 따른 SiC 기판(S)의 제조 방법에 의하면, 원자층 증착 방법으로 베이스 상에 SiC 박막(10)을 증착한다. 이에, 종래에 비해 저온에서 SiC 박막(10)을 증착할 수 있다. 따라서, SiC 기판(S)을 제조하는데 또는 SiC 박막(10)을 증착하는데 소요되는 전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.
B: 베이스 10: SiC 박막
S: SiC 기판

Claims (9)

  1. 베이스를 마련하는 단계;
    상기 베이스 상에 n형(n type) 또는 p형(p type) 중 어느 하나의 SiC 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 SiC 박막과 베이스를 분리하는 단계;를 포함하고,
    상기 SiC 박막을 형성하는 단계는,
    상기 베이스 상에 실리콘(Si)을 함유하는 소스가스를 분사하는 단계;
    상기 소스가스의 분사 중단 후 퍼지가스를 분사하는 1차 퍼지단계;
    상기 1차 퍼지의 중단 후 탄소(C)를 함유하는 리액턴트 가스를 분사하는 단계; 및
    상기 리액턴트 가스의 분사 중단 후 퍼지가스를 분사하는 2차 퍼지 단계;를 포함하는 SiC 기판의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소스가스는 SiH4 및 Si2H6 중 적어도 하나를 포함하는 SiC 기판의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 리액턴트 가스는 C3H8 및 SiH3CH3를 중 적어도 하나를 포함하는 SiC 기판의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 리액턴트 가스를 분사하는 단계는, 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하는 SiC 기판의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 플라즈마를 발생시키는 단계는, 수소가스를 분사하는 단계를 포함하는 SiC 기판의 제조 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SiC 박막을 형성하는 단계는,
    상기 소스가스 분사 단계, 1차 퍼지 단계, 리액턴트 가스 분사 단계, 2차 퍼지 단계 순서로 실시되는 하나의 공정 사이클을 반복 실시하는 단계를 포함하는 SiC 기판의 제조 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SiC 박막을 형성하는 단계는 도핑가스를 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 도핑가스는 상기 소스가스 분사시에 분사되거나, 상기 소스가스 분사가 중단된 후 상기 1차 퍼지 단계 전에 분사되는 SiC 기판의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 도핑가스는,
    N(질소) 및 P(인) 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 포함하거나,
    Al(알루미늄), B(붕소) 및 Ga(갈륨) 중 적어도 하나를 함유하는 가스를 포함하는 SiC 기판의 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스는 흑연, Si(실리콘), Ga(갈륨) 및 유리 중 어느 하나를 포함하는 SiC 기판의 제조 방법.
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