KR20230158512A - 균일한 나사 전위 분포의 SiC 볼륨 단결정을 위한 제조 방법 및 SiC 기판 - Google Patents

균일한 나사 전위 분포의 SiC 볼륨 단결정을 위한 제조 방법 및 SiC 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 방법은 승화 성장 방법을 사용하여 적어도 하나의 SiC 볼륨 단결정(2)을 제조하도록 설계된다. 성장 공정을 시작하기 전에, 배양 도가니의 결정 성장 영역에 성장 표면(18)을 갖는 SiC 시드 결정(8)이 배치되고, 상기 배양 도가니의 SiC 저장 영역에 SiC 원료 물질이 도입된다. 성장 공정 동안, 2400 ℃까지의 성장 온도 및 0.1 mbar 내지 100 mbar의 성장 압력에서 SiC 원료 물질을 승화시키고 승화된 기체 성분을 결정 성장 영역으로 수송함으로써 결정 성장 영역에 SiC 성장 기체 상이 생성되며, SiC 볼륨 단결정(2)은 상기 SiC 시드 결정(8)에서 SiC 성장 기체 상으로부터 침전의 결과로서 상기 성장 기체 상에서 성장한다. 성장의 시작 전에, 상기 성장 표면(18)에서의 SiC 시드 결정(8)은 시드 나사 전위(20)의 존재에 대해 검사되고, 여기서 상기 성장 표면(18)은 시드 세그먼트로 분할되며, 해당 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도는 각각의 시드 세그먼트에 대해 확인되고, 상기 성장 표면은 가공되어 핵 생성 중심(22)이 나사 전위 시드 총 밀도 위에 놓인 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도를 갖는 각각의 시드 세그먼트에서 생성되며, 이는 전체 성장 표면(18)에 대해 적어도 1.5 내지 4배로 확인된다. 각각의 핵 생성 중심(22)은 이후 수행되는 성장 공정 동안 적어도 하나의 각각의 보상 나사 전위에 대한 시작점이다.

Description

SiC 볼륨 단결정, 균일한 나사 전위 분포를 위한 제조 방법 및 SiC 기판
유럽 특허 출원 EP 21 163 803.6의 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명은 승화 성장에 의한 적어도 하나의 SiC 볼륨 단결정의 제조 방법 및 단결정 SiC 기판에 관한 것이다.
이의 뛰어난 물리적, 화학적, 전기적 및 광학적 특성으로 인해, 반도체 물질인 탄화규소(SiC)는 전력 전자 반도체 구성요소, 고주파 구성요소 및 특수 발광 반도체 구성요소의 출발 물질로서 사용된다. 이들 구성요소들을 위해, 가능한 가장 큰 기판 직경과 최고의 품질을 갖춘 SiC 기판(= SiC 웨이퍼)이 필요하다.
SiC 기판의 기본은 고급 SiC 볼륨 단결정이며, 이는 일반적으로 물리적 기상 증착 처리(PVT), 특히 예를 들어 US 8,865,324 B2에서 설명된 (승화) 방법에 의해 생성된다. 이러한 성장 방법에서, 단결정 SiC 디스크가 적합한 원료 물질과 함께 SiC 시드 결정(seed crystal)으로 성장 도가니에 도입된다. 제어된 온도 및 압력 조건 하에서, 원료 물질(soruce material)은 승화되고 기체 종은 SiC 시드 결정(seed crystal)에 증착되어 SiC 볼륨 단결정이 거기서 성장한다.
디스크-형상의 단결정 SiC 기판은 SiC 볼륨 단결정에서 나사톱을 사용하여 절단되고 특히 여러 연마 단계를 통해 이들 표면을 다단계 정련 처리한 다음, SiC 또는 GaN(질화 갈륨)과 같은 적어도 하나의 얇은 단결정 에피택셜 층이 구성요소 제조 공정의 일부로 제공된다. 이러한 에피택셜 층의 특성과 궁극적으로 이로부터 생산된 구성요소의 특성은 SiC 기판 또는 기저 SiC 볼륨 단결정의 품질에 결정적으로 의존한다.
에피택셜 층의 생산을 위해, SiC 기판에서의 임의의 나사 전위(TSD)도 중요한데, 이는 나사 전위가 에피택셜 층으로 전파되기 때문이며, 이는 이로부터 생산된 전자 구성요소의 품질 및/또는 수율이 저하될 수 있다. 높은 수율을 위해, 결정 성장 동안 이상적인 결정 형상으로부터의 편차로 인해 발생할 수 있는 나사 전위와 같은 결정 결함을 최대한 피해야 한다. 또한, PVT 공정에 의한 SiC 볼륨 단결정을 생산하는 것은 매우 비용 집약적이고 시간 소모적이다. 예를 들어, 전위로 인한 불완전한 결정 구조로 인해 구성요소 생산에 추가로 사용할 수 없는 물질은 수율을 크게 감소시키고 비용을 증가시킨다.
US 9,234,297 B2에는, 2단계 성장 공정을 기반으로 하는 방법이 설명되며, 낮은 성장 속도와 증가된 압력의 제1 성장 단계에서, 성장하는 SiC 볼륨 단결정의 가장자리 영역의 나사 전위가 성장 방향과 수직으로 바깥쪽으로 성장하는 적층 결함으로 변환된다. 후속 제2 성장 단계에서, 성장 속도는 증가되고(감소된 압력에서) 이후 성장하는 SiC 볼륨 단결정은 가장자리 영역에서 나사 전위의 수가 감소된 결정 볼륨을 갖는다. 그러나, 나사 전위 밀도의 달성된 감소는 SiC 기판에서 전자 구성요소를 경제적으로 생산할 수 있기에는 충분하지 않다. 따라서, 추가 감소가 바람직하다.
본 발명의 목적은 공지된 해결책과 비교하여 SiC 볼륨 단결정의 개선된 제조 방법뿐만 아니라, 개선된 단결정 SiC 기판을 제공하는 것이다.
상기 방법과 관련된 목적을 달성하기 위해, 특허 청구항 1의 특징부에 대응하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 방법은 승화 성장에 의해 적어도 하나의 SiC 볼륨 단결정을 제조하는 방법으로서, 성장 시작 전에 성장 표면을 갖는 SiC 시드 결정이 성장 도가니(growing crucible)의 결정 성장 영역 및 SiC 원료 물질(source material), 특히 분말 형태이거나 특히 압축된, 바람직하게 적어도 부분적으로 압축된 SiC 원료 물질, 또는 특히 바람직하게 밀도가 3.0 g/cm2 내지 3.21 g/cm2를 갖는 단결정 또는 다결정 고체 블록 형태의 SiC 원료 물질, 또는 특히 이들 다양한 SiC 원료 물질의 조합으로 배치된다. 성장 동안, 최대 2400 ℃의 성장 온도에서, 특히 성장하는 SiC 볼륨 단결정의 성장 경계(interface)에서, SiC 원료 물질의 승화에 의해 0.1 mbar 내지 100 mbar의 성장 압력 및 승화된 기체 성분을 결정 성장 영역으로 수송함으로써, 그곳에서 SiC 성장 기체 상이 생성되고, 여기서 SiC 볼륨 단결정은 SiC 성장 기체 상으로부터의 증착에 의해 SiC 시드 결정에서 성장한다. 이러한 공정에서, SiC 시드 결정은 성장 시작 전에 성장 표면에서 시드 나사 전위의 존재 여부를 검사하며, 여기서 성장 표면은 시드 세그먼트로 나누어지고 관련된 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도는 각각의 시드 세그먼트에 대해 결정된다. 또한, SiC 시드 결정은 성장 시작 전에 성장 표면에서 처리되어, 국소 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 전체 성장 표면에 대해 결정된 전체 나사 전위 시드 밀도보다 적어도 1.5 내지 4배, 특히 적어도 적어도 2배인 각각의 시드 세그먼트에 핵 생성 중심이 생성되도록 하고, 핵 생성 중심은 이후에 수행되는 성장 동안 각각의 경우에 적어도 하나의 보상 나사 전위(compensation screw dislocation)에 대한 (특히 가능한) 시작점이 된다.
상기 시드 세그먼트는 각각 특히 원형, 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며, 각각은 바람직하게 1 mm2 내지 100 mm2, 바람직하게 5 mm2 또는 10 mm2의 시드 세그먼트 면적(seed segment area)을 갖는다. 다른 시드 세그먼트 기하학적 구조(geometry)도 가능하다. 바람직하게, 모든 시드 세그먼트의 시드 세그먼트 기하학적 구조 및/또는 시드 세그먼트 영역은 동일하다. 이에 대한 예외는, 예를 들어 SiC 시드 결정의 가장자리에 위치된 시드 세그먼트에 적용될 수 있다. 그러나, 원칙적으로 시드 세그먼트는 또한 서로 벗어나는, 특히 서로 무작위로 벗어나는 시드 세그먼트 기하학적 구조 및/또는 시드 세그먼트 영역을 가질 수도 있다.
전체 나사 전위 시드 밀도는 특히 SiC 시드 결정의 전체 성장 표면에서 결정된 모든 시드 나사 전위의 수를 이러한 성장 표면의 전체 면적과 관련시킴으로써 결정될 수 있다. 대안으로, 전체 나사 전위 시드 밀도는 성장 표면의 모든 시드 세그먼트의 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도의 산술 평균값으로 결정될 수도 있다. 이와 관련하여, 전체 나사 전위 시드 밀도는 전체 및/또는 평균 나사 전위 시드 밀도라고도 할 수 있다.
여기서 나사 전위는 순수한 나사 전위와 m- 또는 a-결정 방향으로 적어도 하나의 성분을 갖는 혼합된 형태 중 하나로 이해된다.
각각의 핵 생성 중심은 이후에 수행되는 결정 성장 동안 형성되는 보상 나사 전위의 실제 시작점이 될 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 특히, 정확하게 이런 종류의 보상 나사 전위가 하나의 핵 생성 중심에서 형성된다. 그러나, 하나의 핵 생성 중심이 하나 이상의 보상 나사 전위의 시작점이 될 수도 있다. 특히, 모든 감지된 시드 나사 전위에 대해 핵 생성 중심이 생성된다.
유리하게, 이전, 특히 세그먼트별 검사 동안, 증가된 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 검출된 곳에서 핵 생성 중심이 생성된다.
성장하는 SiC 볼륨 단결정(및 그에 따라 이후에 제조된 디스크-형상 SiC 기판에서도)에서 나사 전위 밀도가 국부적으로 증가하는 주요 원인은 성장에 사용되는 SiC 시드 결정이라는 것이 인지되었다. 따라서, SiC 시드 결정에 우세한 시드 나사 전위는 성장 공정 동안 성장하는 SiC 볼륨 단결정으로 성장 방향으로 전파될 수 있다. 이를 방지하기 위해, SiC 시드 결정의 성장 표면을 깎아내어 특이적으로 삽입되거나 적용되는 핵 생성 중심이 제공된다. 성장 공정이 시작될 때, 이러한 핵 생성 중심은 특히 추가 나사 전위, 즉 보상 나사 전위의 시작점이다. 특별히 위치된 핵 생성 중심에서 시작되는 이러한 보상 나사 전위는 바람직하게 핵 생성 중심 위치에서 SiC 시드 결정으로부터 계속되는 나사 전위와 재결합될 수 있다.
SiC 시드 결정에서 발생하는 나사 전위와 핵 생성 중심에서 핵화된 나사 전위, 예를 들어 이들의 인공 표면 구조(= 보상 나사 전위)의 상호 작용을 통해, 이러한 나사 전위가 재결합되고 소멸될 수 있다. 이러한 유리한 재결합은 특히 서로 다른 회전 방향, 즉 각각의 버거 벡터의 서로 다른 부호를 갖는 나사 전위가 포함될 때 발생한다. SiC 시드 결정에서 양의 버거 벡터를 갖는 나사 전위 수 대 음의 버거 벡터를 갖는 나사 전위 수의 비율은 일반적으로 1에 가깝기 때문에, 두 비율은 성장하는 SiC 볼륨 단결정에서 의도적으로 유도된 보상 나사 전위에 의해 감소될 수 있다. 이는 특히 검사 동안 SiC 시드 결정에서 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 증가한 것으로 검출되고, 이에 따라 핵 생성 중심이 목표 방식으로 형성된 위치에 적용된다.
보상 나사 전위를 생성하기 위해 위에서 설명한 메커니즘 외에도, 초기 결정 성장 공정과 관련하여 SiC 시드 결정의 성장 표면을 처리, 특히 구조화(structuring)함으로써 미세한 내부 표면이 생성될 수도 있다. 상기 미세한 내부 표면은 또한 무엇보다도 양의 또는 음의 버거 벡터를 갖는 추가적인 나사 전위에 대한 시작점이 될 수 있으며, 이는 또한 보상 나사 전위로서 (증가된 국부) 나사 전위 밀도의 감소에 유리하게 기여할 수도 있다.
따라서 상호 재결합하는 나사 전위는 바람직하게 서로 소멸시키고 재결합 지점으로부터 앞으로 성장하는 SiC 볼륨 단결정의 결정 구조에 더 이상 존재하지 않는다. 이는 국부적으로나 전체적으로 볼 때, 성장하는 SiC 볼륨 단결정의 나사 전위 밀도를 감소시킨다. 또한, 성장하는 SiC 볼륨 단결정에서 나사 전위의 분포가 균일해진다. 나머지 나사 전위는 방사형 또는 측면으로(즉, 성장 방향에 수직으로 배향된 성장하는 SiC 볼륨 단결정의 단면적 내에서; 다른 한편으로 성장하는 SiC 볼륨 단결정의 성장 방향은 축 방향으로서 이해됨), 바람직하게 매우 균일하게 분포된다.
본 발명에 따른 방법을 사용하면, 성장하는 SiC 볼륨 단결정(및 그에 따라 후속으로 이로부터 제조되는 디스크-형상 SiC 기판)의 나사 전위 밀도가 바람직하게 예를 들어 가장자리 영역뿐만 아니라, 모든 곳에서 감소될 수 있고, 특히 균일화될 수도 있다. 이는 이전에 알려진 방법에 비해 이점이 있다.
성장 시작 전 SiC 시드 결정의 검사 및 처리는 특히 SiC 시드 결정을 성장 도가니에 위치시키기 전에 수행된다. 검사 동안, SiC 시드 결정은 성장 공정에 사용되기 전에 이의 시드 나사 전위와 관련하여 특성화된다. 특히, 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 증가된 시드 세그먼트가 정의(= 결정)되고, 특히 정확한 위치에 핵 생성 중심을 생성하기 위한 처리를 수행하기 위해 표시된다. 특히 표시는 서로 수직인 두 측면 방향(= x- 및 y-방향)에서 검사된 SiC 시드 결정의 정확한 위치 설정(positioning)을 허용하는 x-y 스테이지를 사용하여 수행된다. 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 증가된 시드 세그먼트의 x 좌표와 y 좌표가 결정되고 저장된다.
전반적으로, 본 발명에 따른 성장 방법은 고품질 SiC 기판을 얻을 수 있는 SiC 볼륨 단결정을 제조하는데 사용될 수 있다. 이들의 SiC 결정 구조에서 정밀도가 높은 SiC 기판은 구성요소 제조의 맥락에서 수행되는 후속 공정 단계에 거의 이상적인 조건을 제공한다. 따라서 본 발명에 따라 제조되는 SiC 볼륨 단결정은 특히 반도체 및/또는 고주파 구성요소의 제조를 위해 매우 효율적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 단일 SiC 볼륨 단결정을 제조하는데 사용될 수 있지만, 또한 더 많은 수, 예를 들어 2개, 3개, 4개, 5개 또는 바람직하게 최대 10개의 SiC 볼륨 단결정을 제조하는데 사용될 수도 있다. 두 개의 SiC 볼륨 단결정이 성장하는 방법, 특히 중앙 길이방향 축의 방향으로 서로 위에 또는 뒤에 하나씩 배치되어, 중앙 길이방향 축의 방향에서 볼 때 SiC 저장 영역의 양쪽에서 성장하는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 실시형태들은 청구항 1에 따른 청구항의 특징들로부터 기인한다.
유리한 실시형태는 핵 생성 중심의 핵 생성 수가 시드 세그먼트, 특히 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 증가된 것으로 검출된 각각의 시드 세그먼트에서 생성되는 것이며, 핵 생성 수는 이러한 시드 세그먼트에서 결정된 시드 나사 전위의 전위 수만큼 큰 절반 이상이다. 특히, 핵 생성 수 대 전위 수의 비율은 0.5 내지 1의 범위에 있다. 결과적으로, 결정된 시드 나사 전위 중 가능한 한 많은, 바람직하게 모두에 대해, 시작점이 시드 결정에서 나중에 성장하는 SiC 볼륨 단결정에 형성되는 보상 나사 전위에 대해 존재한다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 핵 생성 중심은 성장 표면의 국부적으로 제한된, 특히 추가로 수행되는 구조화에 의해 생성된다. 구조화는 특히 물질 제거 및/또는 물질 적용에 의해 수행될 수 있다. 핵 생성 중심 및 이에 따라 보상 나사 전위의 가능한 시작점은 예를 들어, 하나 이상의 스크래치의 국부적으로 제한된 생성 및/또는 국부적으로 제한된 에칭(etching)과 같은 성장 표면의 목표화된 구조화에 의해 매우 쉽고 매우 효율적으로 형성될 수 있다. 보상 나사 전위는 특히 성장 공정의 이른 초기에 SiC 시드 결정의 성장 표면의 이러한 특별하게 생성된 구조에서 특히 잘 핵 생성된다. 구조화로 인해, 특히 구조화 위치에서 성장 표면이 거칠어진다. 이러한 구조화된 영역에서, 성장 표면은 SiC 시드 결정의 성장 표면에서 핵 생성 나사 전위가 검출되지 않고 특히 Ra ≤ 0.4 mm의 거칠기가 제공되는 구조화되지 않은 영역에 비해 2 내지 3배 더 높은 거칠기를 갖는 것이 바람직하다. 따라서 핵 생성 중심을 형성하도록 특별하게 구조화된 SiC 시드 결정의 성장 표면 영역에서의 표면 거칠기는 SiC 시드 결정의 성장 표면의 구조화되지 않은 영역보다 크게, 특히 2 내지 3배 더 크게 설정된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 핵 생성 중심은 레이저 방사선을 이용한 성장 표면의 국부적으로 제한된 처리 또는 가공에 의해 생성된다. 레이저 방사선은 일반적으로 특히 물질-제거 방식으로 성장 표면을 구조화하는데 사용되지만, 때로는 필요한 경우 물질-적용 방식으로도 사용된다. 레이저 방사선에 의해, 성장 표면은 핵 생성 중심이 형성되는 방식으로 매우 쉽게 구조화될 수 있다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 핵 생성 중심은 첨가제를 이용한 성장 표면의 국부적으로 제한된 코팅, 특히 리소그래피 코팅에 의해 생성된다. 첨가제로 코팅함으로써, 특히 성장 표면의 물질-적용 구조화가 수행된다. 성장 표면의 국부적으로 제한된 코팅에 사용되는 첨가제는 탄소(C), 이산화규소(SiO2), 흑연 및 그래핀의 군으로부터의 적어도 하나의 물질이다.
다른 유리한 실시형태에 따르면, 핵 생성 중심은 성장 표면의 국부적으로 제한된 연마(polishing)에 의해 생성된다. 특히, 성장 표면의 물질-제거 구조화를 수행하기 위해 연마가 사용된다. 바람직하게, 국부적으로 제한된 연마는 다이아몬드 현탁액 및/또는 화학-기계적 연마 방법에 의해 수행되며, 이는 바람직하다. 바람직하게, 화학-기계적 연마 방법은 결함-선택적 또는 TSD-선택적 방식으로, 즉 특히 SiC 시드 결정의 성장 표면에 시드 나사 전위가 위치되는 이들의 위치에서만 수행된다. 연마 공정 동안, 특히 예를 들어 해당 영역을 더 거친 입자의 연마 페이스트로 후속 처리(따라서 다시 거칠게 함)하거나 최종 처리를 위해 더 미세한 입자의 연마 페이스트를 사용함으로써, 국부적으로 더 높은 표면 거칠기를 달성하는 것도 가능하다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 핵 생성 중심은 성장 표면의 국부적으로 제한된 에칭에 의해 생성된다. 특히, 에칭은 성장 표면의 물질-제거 구조화를 수행하기 위해 사용된다. 에칭은 또한 바람직하게 결함-선택적 또는 TSD-선택적 방식으로, 즉 특히 SiC 시드 결정의 성장 표면에 시드 나사 전위가 위치되는 위치에서만 수행된다.
또 다른 유리한 실시형태에 따르면, SiC 시드 결정의 성장 표면에 나노구조가 생성되어 핵 생성 중심을 생성한다. 생성된 나노-구조는 특히 1 나노미터(1 nm)에서 최대 수 나노미터, 바람직하게 최대 10 nm 범위의 두께 또는 높이 방향의 기하학적 연장부를 가지며, 원칙적으로 훨씬 더 두꺼운 나노-구조가 가능하다. 나노-구조의 실제 두께는 특히 이러한 나노-구조를 제조하는데 사용되는 방법에 따라 달라진다.
SiC 시드 결정의 성장 표면에 핵 생성 중심을 생성하기 위한 전술한 실시형태들은 바람직하게 서로 결합될 수도 있다.
추가의 유리한 실시형태에 따르면, 시드 나사 전위에 대한 검사는 X-선 토포그래피(topography)에 의해 수행된다. X-선 토포그래피는 SiC 시드 결정의 성장 표면이 시드 나사 전위의 존재에 대한 전체 표면 및 이들의 분포에 대해 검사하게 하는 상업적으로 이용가능하고 유리하게 비파괴적인 측정 방법이다.
다른 바람직한 실시형태에 따르면, 시드 나사 전위에 대한 검사와 핵 생성 중심을 생성하기 위한 SiC 시드 결정의 성장 표면의 처리가 결합된 방법으로 수행된다. 이러한 결합된 방법에서, 시드 나사 전위에 대한 검사와 성장 표면의 처리가 동시에(병렬로) 수행된다. 이렇게 하면 시간과 비용이 절약된다. 그러나, 원칙적으로 두 가지 방법 단계는 순차적으로, 즉 차례로 수행될 수도 있다.
SiC 기판에 관한 목적을 달성하기 위해, 청구항 11의 특징들에 따른 SiC 기판이 개시된다. 본 발명에 따른 SiC 단결정 기판은 승화-성장된 SiC 볼륨 단결정으로 만들어지고 전체 주요 표면을 가지며, 전체 주요 표면은 개념적으로 각각이 관련된 기판 세그먼트 영역을 갖는 기판 세그먼트로 분할되고, 각각의 기판 세그먼트는 이러한 기판 세그먼트에 존재하는 기판 나사 전위의 수를 나타내고, 특히 이러한 기판 세그먼트의 기판 세그먼트 영역에 대해, 전체 주요 표면에서 검출 가능한 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도를 갖는다. 또한, SiC 기판은 전체 주요 표면 전체에 적용되는 전체 나사 전위 기판 밀도를 갖는다. SiC 기판은 또한 전체 주요 표면의 85% 이상으로 형성된 서브-영역을 가지며, 상기 서브-영역 내에 위치된 모든 기판 세그먼트의 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도는 전체 나사 전위 기판 밀도와 최대 25%로 다르다.
개념적인 기판 세그먼트는 각각이 특히 원형, 정사각형 또는 직사각형일 수 있으며, 각각은 바람직하게 1 mm2 내지 100 mm2, 바람직하게 5 mm2 또는 10 mm2의 기판 세그먼트 면적을 갖는다. 다른 기판 세그먼트 기하학적 구조도 가능하다. 바람직하게, 모든 기판 세그먼트의 기판 세그먼트 기하학적 구조 및/또는 기판 세그먼트 영역은 각각의 경우에 동일하다. 이에 대한 예외는 예를 들어 SiC 기판의 가장자리에 위치된 기판 세그먼트에 적용될 수 있다. 그러나, 원칙적으로 기판 세그먼트는 또한 서로 다른 방식으로 벗어나는, 특히 서로 무작위로 벗어나는 기판 세그먼트 기하학적 구조 및/또는 기판 세그먼트 영역을 가질 수도 있다.
전체 나사 전위 기판 밀도는 특히 SiC 기판의 전체 주요 표면에서 존재하고/하거나 SiC 기판의 전체 주요 표면에서 검출 가능한 모든 기판 나사 전위의 수를 상기 전체 주요 표면의 면적 값과 관련시켜 결정될 수 있다. 대안으로, 전체 나사 전위 기판 밀도는 전체 주요 표면의 모든 기판 세그먼트의 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도의 산술 평균값으로서 결정될 수도 있다. 이와 관련하여, 전체 나사 전위 기판 밀도는 전체 및/또는 평균 나사 전위 기판 밀도라고도 지칭될 수 있다.
전체 주요 표면의 85% 이상으로 형성된 서브-영역은 연속적일 수 있으며, 예를 들어 중앙 또는 가장자리 영역을 포함할 수 있다. 그러나, 연속되지 않도록 구성할 수도 있다. 상기 서브-영역은 유리하게 기판 나사 전위의 매우 균일한 분포를 가지며 따라서 전자 구성요소의 제조에 특히 적합하다.
SiC 기판의 에피택셜 코팅의 맥락에서, 높은 수율로 구성요소의 고급 제조를 위해, SiC 기판에서 기판 나사 전위 수가 적을 뿐만 아니라, 이를 가능한한 측면으로 균일하게 분포시키는 것이 매우 중요하며, 이는 기판 나사 전위가 에피택셜 층으로 전파될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 작은 공간에서 많은 수의 나사 전위(즉, 높은 국부 나사 전위 밀도)는 국부 전하 캐리어 수명의 감소로 이어지고 이로부터 제조되는 전자 구성요소에서 항복 전압의 감소로 이어질 수 있다. 불균일하고 국부적으로 증가된 나사 전위 밀도를 갖는 SiC 기판을 사용하는 경우, 이로 인해 이로부터 생산된 전자 구성요소의 품질이 낮아지거나 수율이 낮아진다. 이러한 부정적인 효과에도 불구하고, 예를 들어 US 2006/0073707 A1에 도시된 바와 같이, 기판 나사 전위의 측면으로 불균일한 분포는 공지된 해결책에서 SiC 기판에 존재한다.
대조적으로, 본 발명에 따른 SiC 기판에서는 이러한 문제가 발생하지 않는다. 특히, 이들은 낮은 나사 전위 밀도를 가지고, 바람직하게 또한 나머지 기판 나사 전위의 대체로 균일한 측면 분포, 즉 매우 큰 서브-영역에 걸쳐, 바람직하게 SiC 기판의 전체 주요 표면에 걸쳐 대체로 균일한 나사 전위 분포를 갖는다.
본 발명에 따른 SiC 기판은 반도체 구성요소의 제조를 위한 적용과 관련하여 산업적 요건을 충족한다. 전체 주요 표면에 수직으로 측정된 이러한 SiC 기판의 기판 두께는 특히 대략 100 μm 내지 대략 1,000 μm 사이의 범위, 바람직하게 대략 200 μm 내지 대략 500 μm 사이의 범위이고, 기판 두께는 전체적으로 전체 총 주요 표면에 걸쳐 전체 두께 변화를 고려하면 최대 20 μm인 것이 바람직하다. SiC 기판은 특정 기계적 안정성을 가지며 특히 자립형이다. 이는 바람직하게 실질적으로 둥근 디스크 형상을 가지며, 즉 전체 주요 표면은 실질적으로 둥글다. 해당하는 경우, 주변 가장자리에 제공되는 하나 이상의 식별 표시로 인해 정확하게 원형 기하학적 구조에서 약간의 편차가 있을 수 있다. 이러한 식별 표시는 편평하거나 노치(notch)일 수 있다. 특히, SiC 기판은 승화-성장된 SiC 볼륨 단결정, 예를 들어 위에서 설명한 본 발명에 따른 제조 방법에 따라 성장된 SiC 볼륨 단결정으로부터 제조되는데, 이는 SiC 볼륨 단결정의 중앙 길이방향 축에 수직인 슬라이스로서 절단된다.
그렇지 않으면, 본 발명에 따른 SiC 기판 및 이의 유리한 변형은 본 발명에 따른 제조 방법 및 이의 유리한 변형과 관련하여 이미 설명된 것과 본질적으로 동일한 이점을 제공한다.
본 발명에 따른 SiC 기판의 추가적인 유리한 실시형태들은 청구항 11에 따른 청구항들의 특징들로부터 기인한다.
유리한 설계는 서브-영역 내에 위치된 모든 기판 세그먼트의 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도가 전체 나사 전위 기판 밀도에서 최대 20%, 특히 최대 15%로 벗어나는 것이다. 이는 나사 전위 분포의 훨씬 더 유리한 균일성을 초래한다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 서브-영역은 전체 주요 표면의 적어도 90%의 크기를 갖는다. 따라서, 전체 주요 표면의 훨씬 더 큰 부분은 나사 전위 분포의 측면 균일성이 높다는 이점을 갖는다. 그런 다음 SiC 기판의 훨씬 더 많은 부분을 고급 구성요소의 제조에 사용될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, SiC 기판의 총 나사 전위 기판 밀도는 최대 1,000 cm-2, 특히 최대 500 cm-2이다. 나사 전위 밀도에 대한 매우 낮은 값이므로, SiC 기판은 고급 구성요소의 제조에 사용하기에 매우 적합하다.
또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 서브-영역 내에 위치되고 서로 인접한 임의의 두개의 기판 세그먼트의 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도는 최대 25%, 특히 최대 20%, 바람직하게 최대 15%만큼 서로 다르다. 따라서, 인접한 기판 세그먼트는 이들 각각의 국부적인 나사 전위 기판 세그먼트 밀도에 대해 매우 유사한 값을 갖는다. 따라서 기판 나사 전위는 SiC 기판 내에서 매우 균일하게 분포된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 전체 주요 표면(및 특히 전체로서 SiC 기판)은 적어도 150 mm, 특히 적어도 200 mm의 기판 직경을 갖는다. 바람직하게, 기판 직경은 대략 200 mm이다. 제조로 인한 기판 직경의 현재 상한은 특히 250 mm이며, 원칙적으로 훨씬 더 큰 기판 직경도 고려 가능하다. 기판 직경이 클수록, 단결정 SiC 기판은 예를 들어 반도체 및/또는 고주파수 구성요소 제조에 더 효율적으로 사용될 수 있다. 이를 통해 구성요소의 생산 비용이 절감된다. 이러한 큰 직경을 갖는 SiC 기판은 또한 예를 들어 약 1 cm2의 설치 공간(footprint)을 갖는 상대적으로 큰 반도체 및/또는 고주파 구성요소의 제조에 유리하게 사용될 수 있다.
다른 바람직한 실시형태에 따르면, SiC 기판은 단 하나의 단일 SiC 다형, 특히 SiC 다형 4H, 6H, 15R 및 3C 중 하나를 갖는 SiC 결정 구조를 갖는다. 바람직하게, 특히 다형 변화가 가장 광범위하게 없는 것을 특징으로 하는 높은 변형 안정성이 존재한다. SiC 기판이 단 하나의 SiC 다형만을 갖는 경우, 이는 유리하게도 매우 낮은 결함 밀도만을 갖는다. 그 결과 매우 고품질의 SiC 기판이 나타난다. 다형 4H가 특히 바람직하다.
또 다른 유리한 실시형태에 따르면, SiC 기판은 전체 주요 표면의 표면 법선에 대해 약간 기울어진 배향(= 오프-배향)을 갖는 결정 구조를 가지며, 여기서 경사각은 0°와 8° 사이의 범위, 바람직하게 대략 4°이다. 특히, 전체 주요 표면의 표면 법선은 SiC 기판이 제조되는 SiC 볼륨 단결정의 성장 방향에 적어도 실질적으로 해당한다. 특히, 오프-배향에서, SiC 기판의 전체 주요 표면은 결정 구조의 (0001) 평면에 대해 [-1-120] 결정 방향으로 0°내지 8° 범위의 각도만큼 기울어진다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, SiC 기판은 8 mWcm 내지 26 mWcm, 특히 10 mWcm 내지 24 mWcm의 전기 저항률(resistivity)을 갖는다.
다른 바람직한 실시형태에 따르면, SiC 기판은 25 μm 미만, 특히 15 μm 미만의 굴곡(bow)을 갖는다.
또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, SiC 기판은 40 μm 미만, 특히 30 μm 미만의 뒤틀림(warp)을 갖는다.
도 1은 SiC 볼륨 단결정의 승화 성장을 위한 성장 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 성장 방향에서 SiC 시드 결정을 통한 길이방향 단면을 표현하여 승화 성장에 일반적으로 사용되는 시드 나사 전위를 갖는 SiC 시드 결정의 일 실시예를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 일반적으로 사용되는 SiC 시드 결정에서 성장된 높은 나사 전위 밀도 및 불균일한 나사 전위 분포를 갖는 SiC 볼륨 단결정의 일 실시예를 길이방향 단면 표현으로 도시한다.
도 4는 도 1에 따른 성장 장치에 의해 표적화되고 국부적으로 제한된 방식으로 핵 생성 중심이 제공된 SiC 시드 결정에서 성장된 감소된 나사 전위 밀도 및 균일한 나사 전위 분포를 갖는 SiC 볼륨 단결정의 일 실시예를 길이방향 단면 표현으로 도시한다.
도 5는 성장하는 SiC 볼륨 단결정에서 나사 전위의 재결합을 확대한 개략도를 갖는 도 4에 따른 단면(V)을 도시한다.
도 6은 도 2에 따른 SiC 시드 결정의 시드 나사 전위의 X-선 토포그래픽 국지화와 증가된 국부 나사 전위 밀도가 검출된 영역에서 SiC 시드 결정의 레이저 구조화를 위한 결합된 방법의 일 실시예를 도시한다.
도 7은 증가된 국부 나사 전위 밀도가 검출된 영역에서 국부 코팅에 의해 구조화된 SiC 시드 결정의 일 실시예를 도시한다.
도 8은 표적화되고 국부적으로 제한된 방식으로 핵 생성 중심이 제공된 SiC 시드 결정에 의해 성장된 감소된 나사 전위 밀도 및 균일한 나사 전위 분포를 갖는 SiC 볼륨 단결정으로부터 얻어진 SiC 기판의 일 실시예를 평면도로 도시한다.
도 9는 높은 나사 전위 밀도 및 불균일한 나사 전위 분포를 갖는 도 3에 따른 일반적으로 사용되는 SiC 시드 결정에 의해 성장된 SiC 볼륨 단결정으로부터 얻어진 SiC 기판의 일 실시예를 평면도로 도시한 것이다.
서로 대응하는 부분들은 도 1 내지 도 9에서 동일한 참조 부호로 표시된다. 아래에서 더 자세히 설명되는 실시형태의 세부 사항은 그 자체로 발명을 구성할 수도 있고 발명의 요지의 일부를 형성할 수도 있다.
도 1은 승화 성장에 의해 SiC 볼륨 단결정(2)을 제조하기 위한 성장 장치(1)의 일 실시예를 도시한다. 성장 장치(1)는 SiC 저장 영역(4)과 결정 성장 영역(5)을 포함하는 성장 도가니(3)를 포함한다. SiC 저장 영역(4)은 성장 공정이 시작되기 전에 미리 제조된 출발 물질로서 예를 들어, 성장 도가니(3)의 SiC 저장 영역(4)에 충전되는 분말형 SiC 원료 물질(6)을 포함한다.
SiC 저장 영역(4) 반대편의 성장 도가니(3)의 도가니 단부 벽(7) 영역에서, 결정 성장 영역(5)으로 축방향으로 연장되는 SiC 시드 결정(8)이 부착된다. SiC 시드 결정(8)은 특히 단결정이다. 도시된 실시예에서, 도가니 단부 벽(7)은 성장 도가니(3)의 도가니 덮개로서 형성된다. 그러나, 이는 필수가 아니다. 성장될 SiC 볼륨 단결정(2)은 결정 성장 영역(5)에 형성되는 SiC 성장 기체 상(9)으로부터의 증착에 의해 SiC 시드 결정(8)에서 성장한다. 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2)과 SiC 시드 결정(8)은 대략 동일한 직경을 갖는다. 조금이라도 SiC 시드 결정(8)의 시드 직경이 SiC 볼륨 단결정(2)의 단결정 직경보다 작은 편차는 최대 10%이다. 그러나, 도 1에 도시되지 않은 틈이 한편으로 도가니 측벽(13)의 내측 사이에 존재할 수 있고, 다른 한편으로 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2) 및 SiC 시드 결정(8) 사이에 존재할 수 있다.
도 1에 따른 일 실시예에서, 도가니 덮개(7)를 포함하는 성장 도가니(3)는 예를 들어 적어도 1.75 g/cm3의 밀도를 갖는 전기 및 열 전도성 흑연 도가니 물질로 구성된다. 단열층(10)이 이 주위에 배치된다. 후자는 예를 들어, 다공성이 흑연 도가니 물질의 다공성보다 상당히 높은 폼형 흑연 절연 물질로 구성된다.
단열 성장 도가니(3)는 관형 용기(tubular container; 11) 내부에 위치되며, 실시예에서 석영 유리관으로 설계되고 오토클레이브(autoclave) 또는 반응기를 형성한다. 성장 도가니(3)를 가열하기 위해, 가열 코일(12) 형태로 유도 가열 장치가 용기(11) 주위에 배치된다. 성장 도가니(3)는 가열 코일(12)에 의해 성장에 필요한 온도로 가열된다. 도시된 실시예에서, 이러한 성장 온도는 최소 2,250 ℃이다. 가열 코일(12)은 전류를 성장 도가니(3)의 전기 전도성 도가니 측벽(13)에 유도적으로 결합한다. 이러한 전류는 원형의 중공형 원통형 도가니 측벽(13) 내에서 실질적으로 원주 방향으로 원형 전류로 흐르게 하여, 성장 도가니(3)를 가열한다. 필요에 따라, 가열 코일(12)과 성장 도가니(3) 사이의 상대 위치가 축 방향으로, 즉 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2)의 중앙 길이방향 축(14)의 방향으로 변경될 수 있어, 성장 도가니(3) 내에서 온도 또는 온도 프로파일을 조절하고 필요한 경우 변경한다. 성장 공정 동안 가열 코일(12)의 축 방향으로 변형 가능한 위치가 도 1에서 이중 화살표(15)로 표시된다. 특히, 가열 코일(12)은 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2)의 성장 진행에 따라 변위된다. 변위는 바람직하게 아래쪽으로, 즉 SiC 원료 물질(6)의 방향으로, 그리고 바람직하게 SiC 볼륨 단결정(2)이 총 약 20 mm로 성장하는 동일한 길이로 일어난다. 이러한 목적을 위해, 성장 장치(1)는 더 자세히 도시되지 않은 상응하게 설계된 모니터링, 제어 및 조절 수단을 포함한다.
결정 성장 영역(5)의 SiC 성장 기체 상(9)은 SiC 원료 물질(6)에 의해 공급된다. SiC 성장 기체 상(9)은 적어도 Si, Si2C 및 SiC2(= SiC 기체 종) 형태로 적어도 기체 성분을 함유한다. SiC 원료 물질(6)로부터 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2)에서의 성장 계면(16)으로의 물질 수송은 한편으로는 축 방향 온도 구배를 따라 일어난다. SiC 결정 성장에 사용되는 승화 방법(= PVT 방법)에서, 물질 수송을 포함한 성장 조건이 성장 도가니(3)에서 우세한 온도를 통해 조절 및 제어된다. 성장 계면(16)에서 적어도 2,250 ℃, 특히 심지어 적어도 2,350 ℃ 또는 2,400 ℃의 상대적으로 높은 성장 온도가 있다. 또한, 중앙 길이방향 축(14)의 방향에서 측정된 5 K/cm 이상, 바람직하게는 15 K/cm 이상의 축 방향 온도 구배가 특히 성장 계면(16)에서 설정된다. 성장하는 도가니(3) 내의 온도는 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2) 방향으로 감소한다. SiC 저장 영역(4)의 영역에서 약 2,450 ℃ 내지 2,550 ℃의 최고 온도가 우세하다. SiC 저장 영역(4)과 성장 계면(16) 사이에서 특히 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도 차이를 갖는 이러한 온도 프로파일은 다양한 조치에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 가열 코일(12)을 2개 이상의 축 섹션으로 분할함으로써 축 방향으로 변화하는 가열이 제공될 수 있으며, 이는 더욱 자세히 도시되지 않는다. 또한, 성장 도가니(3)의 상부 섹션보다 성장 도가니(3)의 하부 섹션에서, 예를 들어 가열 코일(12)의 상응하는 축 위치 설정에 의해, 더 강한 가열 효과가 설정될 수 있다. 또한, 단열재는 두개의 축 방향 도가니 단부 벽에서 다르게 설계될 수 있다. 도 1에 개략적으로 표시된 바와 같이, 단열층(10)은 상부 도가니 단부 벽에서보다 하부 도가니 단부 벽에서 더 큰 두께를 가질 수 있다. 또한, 단열층(10)은 상부 도가니 단부 벽(7)에 인접한 중앙 길이방향 축(14) 주위에 배치된 중앙 냉각 개구(17)를 가지며, 이를 통해 냉각 개구(17)의 열이 소산되는 것이 가능하다. 이러한 중앙 냉각 개구(17)는 도 1에 점선으로 표시된다.
또한, 실제 결정 성장 동안 성장 도가니(3)에는 특히 0.1 hPa(=mbar) 내지 10 hPa(=mbar)의 성장 압력이 우세하다.
SiC 볼륨 단결정(2)은 성장 방향(19)으로 성장하는데, 이는 도 1에 도시된 실시예에서 위에서 아래로, 즉 도가니 덮개(7)로부터 SiC 저장 영역(4) 방향으로 배향된다. 성장 방향(19)은 중앙으로 배치된 중앙 길이방향 축(14)과 평행하게 진행한다. 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2)이 도시된 실시예에서 성장 장치(1) 내에 동심으로 배치되기 때문에, 중앙에 배치된 중앙 길이방향 축(14)은 또한 전체적으로 성장 장치(1)에 할당될 수 있다.
성장하는 SiC 볼륨 단결정(2)은 4H 다형의 SiC 결정 구조를 갖는다. 그러나 원칙적으로 6H-SiC, 3C-SiC 또는 15R-SiC와 같은 또 다른 다형(= 또 다른 결정 변형)도 가능하다. 유리하게, SiC 볼륨 단결정(2)은 실시예에서 상기 4H-SiC인 단 하나의 SiC 다형을 갖는다. SiC 볼륨 단결정(2)은 높은 변형 안정성으로 성장하며 이러한 관점에서 본질적으로 단 하나의 단일 다형을 갖는다. 후자는 결함이 매우 적고 결정 품질이 높다는 점에서 유리하다.
SiC 볼륨 단결정(2)을 제조하기 위해 성장 장치(1)에 의해 수행되는 성장 방법은 또한 다른 측면에서 달성되는 높은 결정 품질을 특징으로 한다. 따라서, 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2)은 매우 낮은 나사 전위 밀도와 나머지 나사 전위(TSD)의 대체로 균일한 분포를 갖는다. 이러한 관점에서, SiC 시드 결정(8)의 성질은 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2)의 품질에 필수적인 요인이다.
특히, 일반적으로 사용되는 SiC 시드 결정(8a)에 존재하는 시드 나사 전위(20)(도 2 참조)는 성장 방향(19)으로, 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2a)으로 전파될 수 있으며, 이는 도 3에 따른 표현에 도시된다. SiC 시드 결정(8a)의 시드 나사 전위(20)는 평소대로 처리된 SiC 시드 결정(8a)의 성장 표면(18a), 즉 특히 완전히 편평하게 연마된 SiC 시드 결정(8a)의 성장 표면(18a)에서 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2a)에 볼륨 단결정 나사 전위(21)를 형성하게 한다. 이와 관련하여, 볼륨 단결정 나사 전위(21)는 시드 나사 전위(20)의 (원하지 않는) 연속을 나타낸다.
후자를 가능한 한 방지하기 위해, SiC 시드 결정(8)은 SiC 볼륨 단결정(2)을 성장시키는데 사용되기 전에 특별한 두-단계 처리를 거친다.
한편, 시드 나사 전위 검사는 제1 처리 단계로서 수행되며, 이 과정에서 SiC 시드 결정(8)의 성장 표면(18)이 세그먼트별로(특히 SiC 기판과 관련하여 도 8에 개략적으로 도시된 세그먼트와 상당하거나 유사한 세그멘트를 가짐) 시드 나사 변위(20)의 존재에 대해 검사된다. 특히, 이들 시드 나사 전위(20)의 분포와 전체 나사 전위 시드 밀도가 전체 성장 표면(18) 및/또는 복수의 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도에 대해 결정되고, 각각은 특정 시드 세그먼트와만 관련되며, 각각은 성장 표면(18)의 크기에서 약 10 mm2이 결정된다. 증가된 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 검출된 시드 세그먼트는 특히 표시될 수 있다. 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도는 이의 값이 전체 나사 전위 시드 세그먼트 밀도 값의 최소 2배, 즉 최소 2배 이상 큰 경우 증가된다.
한편, 표면 처리는 제2 처리 단계로서 수행되며, 이 과정에서 성장 표면(18)에는 국부 나사 전위가 증가한 시드 세그먼트 밀드가 검출된 시드 세그먼트 영역의 각각의 경우에 핵 생성 중심(22)이 제공된다.
이러한 핵 생성 중심(22) 각각은 SiC 볼륨 단결정(2)의 실제 승화 성장 동안 보상 나사 전위(23)의 시작점 역할을 할 수 있다. 실제 승화 성장 동안 특정 위치에 있는 핵 생성 중심(22)에서 시작되는 이러한 보상 나사 전위(23)는 핵 생성 중심(22)의 위치에서 SiC 시드 결정(8)으로부터 연속되는 볼륨 단결정 나사 전위(21)와 재결합할 수 있다(도 4뿐만 아니라 도 5에 따른 확대된 상세 표현 참조). SiC 시드 결정(8)으로부터 발생하고 실제로 SiC 볼륨 단결정(2)에서 계속되는 볼륨 단결정 나사 전위(21)와 보상 나사 전위(23)는 유리하게 서로 상쇄된다. 이는 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2) 및 구성요소 제조를 위해 이로부터 제조되는 디스크-형상 단결정 SiC 기판(31)(도 8 참조)에서 나사 전위 밀도의 감소뿐만 아니라, 남아있는 볼륨 단결정 나사 전위(21)의 분포의 균일화를 초래한다.
유리한 핵 생성 중심(22)의 생성은 성장 표면(18)의 국부적으로 제한된 구조화에 의해, 특히 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 증가된 것으로 검출된 시드 세그먼트에서 수행된다. 성장 표면(18)에는 핵 생성 구조(24)가 목표화되고 국부적으로 제한된 방식으로 제공되며, 이는 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 따라 거친 표면 영역으로 설계된다. 그러나, 핵 생성 구조(24)의 다른 설계, 예를 들어 국부적으로 제한된 연마, 에칭 및/또는 코팅된 표면 영역도 가능하다. SiC 시드 결정(8)의 성장 표면(18)에서 거친 표면 영역의 형태로 도 4 및 도 5에 도시된 핵 생성 구조(24)는 예를 들어 레이저 방사선에 의해 제조될 수 있다.
성장 표면(18)의 국부적으로 제한된 구조화는 성장 표면(18)의 연속적인 구조화 보다 성장하는 SiC 볼륨 단결정(2)에서 나사 전위 밀도의 원하는 감소와 나사 전위 분포의 균일화와 관련하여 상당히 더 나은 결과로 이어지는 것으로 나타났다.
제1 처리 단계로서 시드 나사 전위 검사와 제2 처리 단계로서 표면 처리는 기본적으로 순차적으로 수행될 수 있으며, 필요에 따라 별도의 설비를 이용할 수도 있다. 그러나, 이들 2개의 처리 단계를 조합하여 특히 동시 실행하는 도 6에 도시된 실시예가 특히 효율적이다. 여기서, 시드 나사 전위 검사는 X-선 지형학적으로 수행된다. X-선 공급원(25)은 성장 표면(18)의 방향으로 X-선 방사선(26)을 방출하고, 연속적으로 특히 이러한 X-선 방사선(26)으로 성장 표면(18)을 완전히 스캔한다. X-선 검출기(27)는 성장 표면(18)으로부터 반사된 X-선 방사선(26)을 수신하고 이를 수신된 신호로 변환한 다음, 이는 시드 나사 전위(20)가 성장 표면(18)에서 X-선 방사선(26)의 현재 반사 지점에 제공되는지 여부의 추가 평가를 위해 평가 유닛(미도시)에 제공된다. 이러한 평가가 막 검사된 시드 세그먼트에서 관련 증가된 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 존재하는 것이 표시되는 경우, 레이저 라이터(laser writer; 28)는 레이저 방사선(29)에 의해 성장 표면(18)의 이러한 시드 세그먼트를 처리하도록 유발하고 야기하며 핵 생성 중심(22)을 갖는 핵 생성 구조(24)를 거기에 생성한다.
도 7에서, 이의 성장 표면(18b)에서 다른 핵 생성 구조(24b)를 갖는 SiC 시드 결정(8b)의 일 실시예가 도시된다. 후자는 또한 국부적으로 제한되며 검출된 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 증가된 성장 표면(18b)의 시드 세그먼트에 위치된다. 이들 핵 생성 구조(24b)를 생성하기 위해, 성장 표면(18b)은 탄소 코팅(30)이 제공된 도 7에 따른 실시예에서, 관련 시드 세그먼트에서 리소그래피적으로 나노 구조화된다.
국부적으로 제한된 표면 구조화에 적합한 SiC 시드 결정(8, 8b) 중 하나를 사용하는 경우, 성장 장치(1)는 단지 소수의 볼륨 단결정 나사 전위(21)만을 가지며 매우 균일한 측면 분포를 갖는 고급 SiC 볼륨 단결정(2)의 성장을 가능하게 한다.
이러한 고급 SiC 볼륨 단결정(2)으로부터, 동일한 고급 SiC 기판(31)(도 8에 따른 개략도 참조)이 제조될 수 있다. 이러한 디스크-형상 SiC 기판(31)은 성장 방향(19) 또는 중앙 길이방향 축(14)에 수직인 디스크로서 축 방향으로 연속적으로 절단하거나 톱질함으로써 문제의 SiC 볼륨 단결정(2)으로부터 획득된다. 이러한 SiC 기판(31)은 크고 얇다. 하나의 가능한 실시형태에서, 이의 전체 주요 표면(32)은 적어도 150 mm, 예를 들어 200 mm의 기판 직경을 갖는 반면, 기판 두께는 대략 500 μm이다. SiC 기판(31)은 SiC 볼륨 단결정(2)과 마찬가지로 바람직하게 최대 1000 cm-2의 낮은 전체 나사 전위 밀도와 나머지 볼륨 단결정 나사 전위(21)의 매우 균일한 분포를 가지며, 두 가지 모두 구성요소의 제조에 사용하기 위한 SiC 기판의 적합성을 개선한다. 전체 나사 전위 밀도는 중앙 길이방향 축(14)에 수직인 SiC 볼륨 단결정(2)의 전체 단면적을 의미하거나 SiC 볼륨 단결정(2)의 경우 성장 방향(19) 그리고 SiC 기판(31)의 경우 완전한 전체 주요 표면(32)을 의미한다. SiC 기판(31)의 경우, 본 발명에서 전체 나사 전위 기판 밀도라고도 한다. 매우 균일한 나사 전위 분포는 SiC 기판(31)의 Si 측면이 도시된 도 8에 따른 예시에서 볼 수 있다.
도 8에서는, 전체 주요 표면(32)을 기판 세그먼트(33)로 (개념적) 분할하는 것도 점선으로 도시하며, 여기서 기판 세그먼트(33)는 적어도 기판 가장자리에 대한 기준이 없는 한 각각 정사각형이고 특히 10 mm2의 기판 세그먼트 면적을 갖는다. 각각의 기판 세그먼트(33)는 이의 기판 세그먼트 영역에 대해 그 안에 존재하는 볼륨 단결정 나사 전위(21)의 수를 나타내는 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도를 갖는다. SiC 기판(31)과 관련하여, 볼륨 단결정 나사 전위(21)는 또한 기판 나사 전위(21)로서 이해되고 지칭될 수 있다. 전체 주요 표면(32)의 85% 서브-영역 내에서, 기판 세그먼트(33)는 각각의 경우에서 최대 25%로 전체 나사 전위 기판 밀도로부터 벗어나는 국부 나사 전위를 갖는다. 따라서 소수의 기판 나사 전위(21)도 매우 균일하게 분포된다. 후자는 또한 이러한 서브-영역 내의 임의의 인접한 기판 세그먼트(34 및 35)가 이들 각각의 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도에서 최대 25%로 서로 다르다는 사실에 의해 달성된다.
비교를 위해, 도 9는 국부적으로 제한된 표면 구조화 없이 일반적으로 사용되는 SiC 시드 결정(8a)에 의해 성장된 SiC 볼륨 단결정(2a)으로 만들어진, 일반적으로 사용되는 SiC 기판(31a)의 Si 측면을 도시한다(도 3 참조). 전체 주요 표면(32a)에 대해 더 높은 총 나사 전위 밀도뿐만 아니라 더 불균일한 나사 전위 분포가 도 9에 따른 개략도에서 볼 수 있다.

Claims (15)

  1. 승화 성장에 의해 적어도 하나의 SiC 볼륨 단결정(2)을 제조하는 방법으로서,
    a) 성장의 시작되기 전에
    a1) 성장 표면(18, 18b)을 갖는 SiC 시드 결정(8, 8b)은 성장 도가니(3)의 결정 성장 영역(5)에 배치되고,
    a2) SiC 원료 물질(6)은 상기 성장 도가니(3)의 SiC 저장 영역(4)으로 도입되며,
    b) 최대 2400 ℃의 성장 온도 및 0.1 mbar 내지 100 mbar의 성장 압력에서 상기 SiC 원료 물질(6)의 승화에 의해 그리고 승화된 기체 성분을 상기 결정 성장 영역(5)으로 수송에 의해 성장 동안, SiC 성장 기체 상(9)은 생성되고, SiC 볼륨 단결정(2)은 상기 SiC 성장 기체 상(9)으로부터 증착에 의해 상기 SiC 시드 결정(8, 8b)에서 성장하며,
    c) 상기 성장 표면(18, 18b)에서 성장이 시작되기 전의 SiC 시드 결정(8, 8b)은
    c1) 시드 나사 전위(20)의 존재를 검사하며, 여기서 상기 성장 표면(18, 18b)은 시드 세그먼트로 분할되고 관련된 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도는 각각의 시드 세그먼트에 대해 결정되며,
    c2) 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 전체 성장 표면(18, 18b)에 대해 결정된 전체 나사 전위 시드 밀도보다 적어도 1.5 내지 4배 높은 각각의 시드 세그먼트에서 핵 생성 중심(22)이 생성되도록 처리되고, 여기서 상기 핵 생성 중심(22)은 각각의 경우에서 후속적으로 수행되는 성장 동안 적어도 하나의 보상 나사 전위(23)에 대한 시작점인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 국부 나사 전위 시드 세그먼트 밀도가 증가된 것으로 검출되는 시드 세그먼트에서, 핵 생성 중심(22)의 핵 생성 수가 생성되며, 이는 이러한 시드 세그먼트에서 결정된 시드 나사 전위(20)의 전위 수의 절반 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 핵 생성 중심(22)은 상기 성장 표면(18, 18b)의 국부적으로 제한된 구조화에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵 생성 중심(22)은 레이저 방사선(29)으로 상기 성장 표면(18, 18b)의 국부적으로 제한된 처리에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵 생성 중심(22)은 첨가제로 상기 성장 표면(18b)의 국부적으로 제한된 코팅(30)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵 생성 중심(22)은 상기 성장 표면(18, 18b)의 국부적으로 제한된 연마에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵 생성 중심(22)은 상기 성장 표면(18, 18b)의 국부적으로 제한된 에칭에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 나노-구조는 상기 SiC 시드 결정(8, 8b)의 성장 표면(18, 18b)에 핵 생성 중심(22)을 생성하기 위해 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 시드 나사 전위(20)에 대한 검사는 X-선 토포그래피에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵 생성 중심(22)을 생성하기 위해 시드 나사 전위(20)를 위한 검사 및 상기 SiC 시드 결정(8, 8b)의 성장 표면(18, 18b)의 처리가 결합된 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 전체 주요 표면(32)을 갖는 승화-성장된 SiC 볼륨 단결정(2)으로부터 제조되는 단결정 SiC 기판(31)으로서,
    a) 전체 주요 표면(32)은 개념적으로 각각이 관련된 기판 세그먼트 영역을 갖는 기판 세그먼트(33)로 분할되며, 각각의 기판 세그먼트(33)는 해당 기판 세그먼트의 기판 세그먼트 영역에 대해 해당 기판 세그먼트(33)에 존재하는 기판 나사 전위(21)의 수를 나타내는 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도를 가지고,
    b) 상기 SiC 기판(31)은 상기 전체 주요 표면(32)에 전체로서 적용 가능한 전체 나사 전위 기판 밀도를 가지며,
    c) 상기 SiC 기판(31)은 전체 주요 표면(32)의 85% 이상으로 형성된 서브-영역을 가지고, 여기서 상기 서브-영역 내에 놓여있는 모든 기판 세그먼트(33, 34, 35)의 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도가 상기 전체 나사 전위 기판 밀도로부터 최대 25%로 벗어나는, SiC 기판.
  12. 제11항에 있어서, 상기 서브-영역 내에 놓여있는 모든 기판 세그먼트(33, 34, 35)의 국부 나사 전위 기판 세그먼트 밀도는 전체 나사 전위 기판 밀도로부터 최대 20%로, 특히 최대 15%로 벗어나는 것을 특징으로 하는 SiC 기판.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 서브-영역은 상기 전체 주요 표면(32)의 90% 이상의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 SiC 기판.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 SiC 기판(31)의 전체 나사 전위 기판 밀도는 최대 1000 cm-2, 특히 최대 500 cm-2인 것을 특징으로 하는 SiC 기판.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브-영역 내에서 서로 인접하게 위치되는 임의의 2개의 기판 세그먼트(34, 35)의 나사 전위 기판 세그먼트 밀도는 서로 최대 25%, 특히 최대 20% 그리고 바람직하게 최대 15%로 상이한 것을 특징으로 하는 SiC 기판.
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