KR960012710B1 - 단일 유기규소 화합물을 이용한 탄화규소 막의 제조 - Google Patents

Abstract

요약없음

Description

단일 유기규소 화합물을 이용한 탄화규소 막의 제조

본 발명은 광검출기, 고온 전자 소자, 고출력 전기 및 전자 부품, 고주파 출력 소자, 발광 소자 등으로 응용되는 탄화규소(SiC)의 막을 탄소와 규소를 포함하는 단일 유기규소 화합물로부터 화학증착법을 이용하여 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 탄소 원자와 규소 원자가 하나씩 번갈아 가며 선형으로 결합된 유기규소 화합물들을 원료로 사용하여 화학증착법을 이용하여 탄화규소의 막을 제조하는 방법에 관한 것이다.

탄화규소는 물리적 및 화학적으로 좋은 성질을 가지고 있어 여러 용도에 이용되는 물질이다. 이를 막의 형태로 만들면 내마모코팅, 내열 코팅 등으로 사용할 수 있다. 특히 탄화규소 막의 전기적 및 반도체 성질을 이용한 전기 및 전자 소자, 광검출기, 고온 고출력 소자, 고주파 소자, 발광 다이오드 등이 주요 응용 제품이다.

탄화규소는 다형 현상(polymorphism)이 아주 심한 물질이나 이들을 무정형, α상, β상의 탄화규소로 대체적으로 분류한다. 무정형 탄화규소는 내열 코팅, 내마모 코팅 등으로 보통 사용될 수 있다. α상의 탄화규소에는 육각 또는 마름모 결정 구조를 가지는 수많은 다형체들이 속한다. 이들 중 특히 6H-SiC는 2.9eV의 넓은 띠간격을 가지고 있어서 청색 발광 다이오드의 제조에 이용되며, 또한 자외선 검출기, 고온 전자 소자, 내방사성 소자, 고출력 소자, 고주파 출력 소자 등으로 이용된다. β상의 탄화규소는 입방 결정 구조를 가지는 3C-SiC이며 이도 또한 6H-SiC와 길이 여러 가지의 전자 소자로 쓰인다[크리 리서치 인코포레이티드(Cree Research, Inc.)의 제품설명서 및 카탈로그 참조].

탄화규소를 막의 형태로 만들기 위해서는 주로 화학증착법이 이용된다. 오래 전부터 탄화규소 막은 규소를 가진 사염화규소(SiCl₄), 삼염화실란(SiHCl₃), 실란(SiH₄) 등의 화합물과 탄소를 가진 메탄(CH₄), 프로판(C₃H₃), 벤젠(C₆H₆) 등의 화합물로부터 만들거나 염화알킬규소, 알킬규소 등의 규소와 탄소를 함께 가진 화합물로부터도 만들어 왔다. 이러한 방법에서는 대부분 증착의 온도가 1,200℃ 이상으로 대단히 높다[문현 C. E. Morosanu, Thin Films by Chemical Vapor Deposition, Elsevier(1990) 참조]. 최근에는 실란과 프로판을 원료로 하여 1,300℃ 안팎의 높은 온도에서 탄화규소 막을 만드는 방법이 개발되었다[문헌 H. Matsunami, Diamond Relat. Mater. 2, 1043-1050(1993) 참조].

그러나 증착의 온도가 높고 원료 화합물을 두 가지 이상 사용해야 하는 경우에는 여러 가지 제약이 따른다. 먼저 증착의 온도가 높을 경우 이에 견디는 물질만이 증착의 기질로 이용될 수 있으므로 기질의 종류에 제한을 받게 된다. 그리고 두 가지 이상의 원료 화합물을 사용할 때에는 막의 구성 원소들 간에 조성을 맞추기 위해 원료 물질들의 공급량을 정밀하게 조절해야 하며 이에 따른 장비의 복잡함도 감수해야 한다. 따라서 증착의 온도를 되도록 낮추면서 원료 화합물도 막의 구성 원소들을 모두 포함하는 것을 사용하게 되면 이러한 문제들을 해결할 수 있게 된다.

본 발명에서 이용한 화학증착법은 다양한 막을 여러 가지의 물질 표면에 입히는 방법으로 오래 전부터 이용되어 왔다. 이 방법에서는 증착시키기 위한 막의 구성 원소를 포함하는 원료 화합물을 증기의 상태로 만들어 적당한 온도로 유지되고 있는 기질에 보냄으로써 그 표면에서 원료 화합물의 분해 또는 반응이 일어나 막이 형성되도록 한다. 기질을 가열하기 위한 방법으로는 저항 가열, 고주파 가열, 적외선 가열, 전자살 가열 등이 있고, 화학증착법으로는 원료 화합물을 기질의 표면에서 단순히 열에 의해서만 분해하거나 반응시켜 막이 생기도록 하는 전통적인 열 화학증착법, 원료 화합물을 빛으로 활성화하여 증착시키는 광 화학증착법, 원료 화합물을 플라즈마 상태로 활성화하여 증착을 촉진시키는 플라즈마 화학증착법, 또한 원료 화합물을 레이저에 의해 분해하거나 활성하는 레이저 화학증착법 등이 있다[이시우, 이전 공역, CVD 핸드북, 반도출판사(1993), CVD ハンドブク, 化學工學會編集, 朝倉書店의 번역판].

위에서 소개한 탄소화 규소를 각각 포함하는 간단한 화합물들 외에 탄소와 규소를 함께 포함하는 새로운 화합물들을 사용하여 탄화 규소를 만든 예로는 1990년에 발표된 미국 특허 제4,923,716호가 있다. 여기에서는 1, 2-비스실릴에탄(H₃SiCH₂CH₂SiH)을 사용하여 탄화규소 막을 만들었는데 증착온도는 1,100℃에서 1,400℃로 매우 높았다. 한편 1, 3-디실라시클로부탄[(SiH₂CH₂)₂]을 사용하여 탄화규소 막을 만든 것도 보고되었다. 이 화합물이 분해되기 시작하는 온도는 680℃이나 상이 확실한 막의 증착은 기질의 온도가 810℃ 이상이어야 일어나므로 여전히 고온이 요구되고 있다[문헌 D. J. Larkin and L. V. Interrante, Chem. Mater. 4, 22-24(1992) 참조].

따라서, 본 발명자들은 탄화규소 막 제조시의 증착 온도를 낮추면서도 효율적인 막의 증착을 위해 연구 노력한 결과, 지금까지 누구도 시도하지 않았던, 탄소 원자와 규소 원자가 하나씩 번갈아 가며 직접 연결된 선형 실라알칸 화합물을 단독으로 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용함으로써 낮은 온도에서도 탄화규소 막을 효과적으로 증착시킬 수 있음을 발견하였다.

상기 선형 실라알칸 화합물들은 규소 원자를 3개 이하 포함하는 것이 바람직하다. 규소 원자를 1개 포함하는 화합물의 경우, 규소가 적어도 하나의 수소 및 적어도 하나의 알킬기를 가지며 상기 알킬기 중 적어도 하나는 에틸기, 프로필기 또는 부틸기인 것이 바람직하며, 규소 원자를 2개 포함하는 화합물의 경우, 2개의 규소 및 가운데의 탄소가 하나 이상의 수소, 메틸기, 에틸기, 또는 프로필기를 갖는 것이 바람직하고 규소 원자를 3개 포함하는 화합물의 경우, 3개의 규소 및 이들 사이의 2개의 탄소가 하나 이상의 수소, 메틸기, 에틸기 또는 프로필기를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 규소 원자가 1개인 디메틸이소프로필실란[(CH₃)₂CHSiH(CH₃)₂], 규소 원자가 2개인 1, 3-디실라부탄(H₃SiCH₂SiH₂CH₃), 및 규소 원자가 3개인 1, 3, 5-트리실라펜탄(H₃SiCH₂SiH₂CH₂SiH₃), 2, 4, 6-트리실라헵탄(H₃CSiH₂CH₂SiH₂CH₂SiH₂CH₃) 및 2, 6-디메틸-2, 4, 6-트리실라헵탄[H₃CSiH(CH₃)CH₂SiH₂CH₂SiH(CH₃)CH₃)] 등이 사용된다. 이들은 모두 1000℃ 이하의 온도에서도 탄화규소의 증착을 일으키며, 특히 1, 3-디실라부탄(H₃SiCH₂SiH₂CH₃)의 경우에는 600~650℃의 범위의 아주 낮은 온도에서도 무정형 탄화규소의 증착이 일어나고 750~800℃에서는 β상의 탄화규소(β-SiC) 막을 성공적으로 얻을 수 있다.

또한, 디메틸이소프로필실란[(CH₃)₂CHSiH(CH₃)₂]으로부터도 1, 3-디실라부탄의 경우와 거의 같은 온도 조건에서 무정형 탄화규소 및 α상 또는 β상의 탄화규소 막을 만들 수 있다. 또한 규소 원자가 3개인 트리실라알칸들, 즉 1, 3, 5-트리실라펜탄(H₃SiCH₂SiH₂CH₂SiH₃), 2, 4, 6-트리실라헵탄(H₃CSiH₂CH₂SiH₂CH₂SiH₂CH₃), 2, 6-디메틸-2, 4, 6-트리실라헵탄[H₃CSiH(CH₃)CH₂SiH₂CH₂SiH(CH₃)CH₃)] 등으로부터도 1,000℃ 이하의 온도에서 β-SiC 막이 생기며, 특히 2, 4, 6-트리실라헵탄으로부터는 α-SiC 막도 얻을 수 있다. 낮은 온도에서 증착시킬 수 있다는 장점 외에도 이들은 모두 액체 화합물이어서 다루기에 매우 편리하다. 또한 1, 3-디실라부탄의 경우는 분자 내에 규소 원소와 탄소 원소가 1 : 1로 존재하며 다른 종류의 원소는 수소뿐이어서 화학증착시 불순물을 전혀 방출하지 않으므로 원료 화합물로서 매우 바람직하다.

1, 3, 5-트리실라펜탄은 탄소 : 규소의 비가 2 : 3이고 2, 4, 6-트리실라헵탄은 탄소 : 규소의 비가 4 : 3이므로 이 화합물들은 단독으로는 탄소 : 규소의 비가 1 : 1인 막을 만들기는 어렵겠으나 이들을 1 : 1몰비로 섞어 쓸 경우, 이 문제를 해결할 수 있다. 2, 4, 6-트리실라헵탄과 2, 6-디메틸-2, 4, 6-트리실라헵탄은 탄소의 수가 규소보다 많아서 양질의 탄화규소 막을 만들기가 어렵겠지만 수소 운반 기체와 함께 사용하면 과잉의 탄소를 메탄으로 만들어 제거할 수 있으므로 양질의 탄화규소 막을 만드는 데에 큰 어려움이 없다. 한편, 디메틸이소프로필 실란은 수소 운반 기체를 쓰지 않아도 별 문제를 일으키지 않는다.

본 발명에 사용되는 실라알칸 화합물의 합성 방법은 예를 들면 다음과 같다.

디메틸이소프로필실란 : 이 화합물은 분자량이 102.25(밀도 0.724g/㎖)이고, 비점이 66~67℃이며, 빙점이 -30℃인 액체로 상온에서도 증기압이 비교적 높은 물질이다. 특히 이 물질은 상업적으로 이미 생산되고 있으며, 가격도 비교적 저렴하기 때문에 쉽게 구입할 수 있다. 또한, 디메틸이소프로필실란보다 가격이 3배 정도 저렴한 디메틸이소프로필염화실란을 수소화리튬알루미늄(lithium aluminium hydride, LAH)이나 수소화나트륨과 반응시켜 디메틸이소프로필실란을 합성하여 사용할 수도 있다.

1, 3-디실라부탄 : 하기 일반식(1)로 표시되는 유기염화 실란을, 촉매로서 구리 및 조촉매로서 카드뮴을 사용하여 금속 상태의 규소 및 염화수소와 반응시키면 하기 일반식(2)로 표시되는 염화디실라알칸이 만들어진다. 이 같은 염화디실라알칸을 에테르내에서 수소화리튬알루미늄(LAH)과 같은 금속의 수소화물로 환원시켜 하기 일반식(3)의 디실라알칸 화합물을 얻는다.

상기 일반식(1) 및 (2)에서, R¹및 R²는 독립적으로 염소 또는 메틸기이고, R³는 수소 또는 염소이다.

상기 일반식(3)에서, R¹및 R²는 독립적으로 수소 또는 메틸기이다.

R¹과 R²가 모두 수소일 때, 생성물은 1, 3-디실라부탄이다[한국 특허출원 제92-4705호 참조].

1, 3, 5-트리실라펜탄, 2, 4, 6-트리실라헵탄 및 2, 6-디메틸-2, 4, 6-트리실라헵탄 : 하기 일반식(4)의 α-염화메틸실란을 금속 상태의 규소와 직접 반응시키면 하기 일반식(5)의 염화트리실라알칸이 얻어진다[문헌 I. N. Jung, G. -H. Lee, S. H. Yeon and M. Y. Suk, Bull. Korean Chem. Soc. 12, 445-449(1991) 참조].

상기 식에서, R^1', R^2'및 R^3'는 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기 또는 프로필기를 나타낸다.

상기 일반식(5) 화합물을 환원시켜 수소화된 트리실라알칸을 얻으며 R^1', R^2'및 R^3'에 따라 여러 종류의 트리실라알칸이 얻어진다.

본 발명에 의하면, 상기와 같이 구입하거나 합성한 선형 실라알칸 화합물을 화학증착의 전구체로 사용하여 25~55Pa의 압력과 600~1000℃의 온도에서 증착한다. 750℃ 이상의 온도에서 Si(100) 결정 면이나 탄소강, 그리고 흑연 및 탄화규소(다결정 및 단결정) 면 위에 상기 실라알칸 화합물을 증착시켜 β상의 탄화규소 막을 얻을 수 있으며, 아울러 600~650℃에서도 무정형의 탄화규소 막을 얻을 수 있다. 이 때 이러한 무정형의 탄화규소 막을 저항 가열법으로 750℃ 이상에서 어닐링(annealing) 해 주면 β상의 탄화 규소 막이 형성되기 시작한다. 또한 기질로 Si(111) 결정 면을 사용하고 그 위에, 1, 3-디실라부탄을 750℃ 이상에서 증착시키면 β상의 탄화규소 막이 적층 성장하게 된다. 특히 디메틸이소프로필실란을 사용하면 950℃에서 Si(100) 결정 면 위에 α상의 탄화규소 막도 얻을 수 있다.

또한 트리실라알칸(예를 들어, 1, 3, 5-트리실라펜탄, 2, 4, 6-트리실라헵탄 또는 2, 6-디메틸-2, 4, 6-트리실라헵탄 등)을 단독으로 또는 두 가지 이상 혼합하여, 운반 기체로서 수소나 아르곤과 같은 기체를 각각 분리 사용하거나 4 : 1의 비율로 혼합하여 사용하거나, 또는 운반 기체를 사용하지 않고 증착 화합물을 그대로 증기로 만들어 750~1000℃에서 규소(다결정 및 단결정)나 탄소강, 그리고 흑연 및 탄화규소(다결정 및 단결정)면 위에 각각 증착시켜 β상의 탄화규소 막을 얻을 수 있다. 특히, 2, 4, 6-트리실라알칸의 경우에는 950℃ 이상에서 α상의 탄화규소 막이 얻어진다. 실라알칸 화합물의 증착에 사용할 수 있는 운반 기체로는 수소, 아르곤 또는 수소와 아르곤의 혼합 기체 등이 있다. 본 발명에서 사용되는 운반 기체의 양은 수소의 경우 1~15sccm이고 아르곤의 경우에는 5~30sccm이며, 수소와 아르곤의 혼합 기체의 경우에는 혼합비가 4 : 1이면서 총량이 5~50sccm이다.

이밖에 고주파 가열법으로 흑연 및 탄화규소(다결정 및 단결정), 그리고 탄형텅스텐 위에 디메틸이소프로필실란 또는 1, 3-디실라부탄 등으로 25~55Pa의 압력과 680℃의 온도에서 증착을 수행하여 무정형의 탄화규소 막을 얻을 수 있다. 그리고 생성된 탄화규소 막에 균열이 생기지 않도록 하기 위해 메탄, 에탄, 프로판 또는 부탄을 수소에 5~25분 동안 기질을 전처리하면 그 표면에 탄화막이 생겨 이 위에 탄화규소 막을 입혀도 균열이 생기지 않게 된다.

또한, 기질 표면의 산소 층을 제거하기 위해, 증착 전에 기질을 870~970℃에서 25~100sccm의 수소로 전처리할 수도 있다.

본 발명은 탄화규소 막을 만드는데 사용되는 유기규소 화합물들이 독성이 없고 액체이어서 다루기가 쉽고 증기압이 높아 화학증착을 수행하기에 알맞을 뿐만 아니라, 화합물 내의 작용기들이 비교적 낮은 온도에서도 쉽게 열분해되어 제거되므로 얻고자 하는 탄화규소 막에 혼입되지 않으며 또한 원하는 조성의 막을 만들 수 있다는 장점이 있다.

하기 실시예는 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다.

실시예 1

본 발명의 모든 실시예에서 사용한 화학증착 장치는 파이렉스(Pyrex)관과 석영 관을 적절히 연결하여 만든 것으로서 주요 부분은 버블러(bubbler), 반응기, 액체질소 포착기 및 진공 펌프로 되어 있다. 버블러는 약 10㎖의 액체 시료를 담을 수 있는 외경 2. 4㎝, 길이 7㎝의 파이렉스 관이다. 이 관의 위끝에, 그 위에 잠금 꼭지들이 붙어 있는 0-링 연결기를 연결한다. 반응기 쪽에 부착된 잠금 꼭지를 열면 액체 시료의 증기가 반응기로 이동하게 된다. 또 하나의 잠금 꼭지는 운반 기체의 저장 용기에 유출량 조절기(mass flow controller)를 통하여 연결되어 있어 운반 기체가 필요한 때에 이를 버블러를 통하여 반응기로 보낼 수 있도록 되어 있다. 버블러의 한 끝에 연결된 반응기의 위쪽은 파이렉스 관과 석영 관이 접합된 구배 접합관으로서, 기질이 가열될 때 뜨거워지는 부분은 석영 관이다. 이 석영 관은 아래쪽의 큰 파이렉스 0-링 연결기의 조금 위에서 파이렉스관과 구배 접합되어 있다. 증착용 기질은 두 개의 굵은 구리. 봉의 위에 각각 고정한 얇은 구리 조각에 스테인레스 강 나사로 니크롬 판과 함께 매여 있어 니크롬 판의 저항 가열에 의하여 가열된다. 기질의 온도는 크로멜-알루멜(Chromel-Alumel) 열전기쌍 또는 광 고온계로 측정하였고, 반응 시스템 전체의 압력은 반응기의 아래쪽에 연결된 파이렉스 관과 액체질소 포착기 사이에 설치한 컨벡트론 게이지(Convectron gauge)로 측정하였다. 액체 질소 포착기는 기름 확산 펌프와 회전 날개 펌프로 이어지며 마지막으로 회전 날개 펌프에서 배출되는 기체 및 증기는 증기 후드를 통하여 외부로 나가게 되어 있다. 반응기에서 증착을 거치지 않고 액체질소 포착기까지 도달한 시료 증기는 포착기에 수집되며 다른 부산물이 함께 포착되지 않을 경우에는 이를 회수하여 다시 쓸 수 있다.

화학증착은 보통 액체 시료 1~10㎖를 600~1,000℃로 가열한 Si(100) 기질 위로 보내어 수행하였다. 증착 과정 중 반응기 내부의 압력은 컨벡트론 게이지로 측정할 때 25~55Pa이었고 증착 시간은 4~6시간이었다. 모든 액체 시료는 버블러에 넣은 채로 가열하지 않고 실온에서 사용하였다. 증착 압력과 증착 시간을 상기한 범위 내에서 변화시켜도 증착 결과에 눈에 뛸 만한 영향을 미치지 않았다. 증착의 결과로 형성된 막의 두께는 증착 조건에 따라 약 1㎛ 이내에서부터 수 ㎛까지 변하였다.

위와 같은 장치를 사용하여 디메틸이소프로필실란을 증착의 전구체로 하여 650℃에서 Si(100) 결정 면 위에 탄화규소 막을 입혔다. 여기서 형성된 막은 무정형이었으나 이를 750℃에서 1시간 가량 어닐링함으로써 X선 회절 무늬에서 확인되는 바와 같이 β상의 탄화규소 막을 얻을 수 있었다. 한편 X선 광전자 분광법에 의해 탄화규소 막을 구성하는 규소와 탄소의 조성비를 확인한 결과, 실험 오차 내에서 1 : 1이라는 값을 얻었다. 그러나 이 막의 주사 전자 현미경 사진은 탄화규소 막이 전체적으로 연결되어 있지 않고 균열이 많이 생긴 모양을 보여 주었다.

실시예 2

실시예 1과 같은 조건에서 1, 3-디실라부탄을 전구체로 사용하여 Si(100) 결정 면 위에 탄화규소 막을 입혔다. 여기에서도 실시예 1에서와 거의 유사한 성질의 막을 얻었고, β상의 탄화규소 막도 750℃에서 어닐링 하거나 증착 온도를 750~800℃로 올리면 얻을 수 있었다.

실시예 3

실시예 1과 유사한 조건에서 2, 6-디메틸-2, 4, 6-트리실라헵탄을 전구체로 하여 Si(100) 결정 면 위에 탄화규소 막을 입혔다. 이 실시예에서도 700℃ 이하에서는 무정형의 탄화규소 막이 생겼으며 750℃ 이상으로 어닐링을 해 주었을 때 β상의 탄화규소 막을 얻을 수 있었다. 그러나 실시예 1과 실시예 2에서는 운반 기체를 사용하지 않았어도 β상의 탄화규소 막이 형성되었으나, 본 실시예에서는 수소 또는 수소와 아르곤의 4 : 1 혼합 기체를 사용했을 때에만 β상이 얻어졌다는 점이 다르다.

실시예 4

실시예 1 내지 실시예 3과 거의 같은 조건에서 2, 4, 6-트리실라헵탄을 전구체로 하여 Si(100) 결정 면 위에 탄화규소 막을 입혔다. 이때에는 β상의 탄화규소 막이 920℃ 이상의 비교적 높은 온도에서만 생겼다. 그러나 수소를 운반 기체로 사용했을 때에는 950℃ 이상에서 α상의 탄화규소 막이 얻어졌다.

실시예 5

실시예 1 내지 실시예 4에서는 전체적으로 균열이 많이 생기는 탄화규소 막이 얻어져 이를 방지하기 위해 본 실시예에서는 Si(100) 결정 면을 탄화시켰다. 이 공정은 탄화(carbonization 또는 carburization)라는 기존의 탄화규소 막의 증착에 흔히 이용되는 방법이다. 저항 가열에 의해 Si(100) 기질을 870~970℃의 온도로 유지하고 그 위로 25~100sccm의 수소를 5~25분 동안 흘려 주는 전처리 과정을 거친 뒤에 기질의 온도를 1,000~1,200℃로 올리고, 메탄 또는 프로판을 수소에 0. 1~0. 5%로 희석하여 5~25분 동안 흘려 주면 그 표면에 탄화막이 생기며 이는 X선 광전자 분광법으로 확인할 수 있다. 이렇게 탄화 과정을 거친 Si(100) 기질은 거울 면을 그대로 유지하나 그 광택이 약간 낮아져서 어둡게 보인다. 이 기질을 900℃로 가열하고 1, 3, 5-트리실라펜탄과 2, 4, 6-트리실라헵탄의 1 : 1몰비의 혼합물을 사용하여 탄화규소의 증착을 수행하였다.

이렇게 하여 얻은 탄화규소 막은 실시예 1 및 실시예 2에서 얻은 탄화규소 막과 비교해 볼 때 그 조성 및 상이 동일하였으며 그 표면에서 균열이 관찰되지 않았다. 앞의 실시예와 다른 점은 증착 온도가 900℃보다 낮으면 β상의 탄화규소 막이 얻어지지 않는다는 것이다.

실시예 6

여기서는 950℃에서 2, 6-디메틸-2, 4, 6-트리실라헵탄을 탄화 처리한 Si(100) 결정 면 위에 증착시켰다. 이 화합물은 규소 원자와 탄소 원자의 비가 3 : 6이므로 이로부터 형성되는 막에 탄소가 규소보다 많이 포함될 것이 예상되어 수소를 운반 기체로 사용하여 증착을 수행하였다. 이로부터 얻어진 막은 규소 : 탄소의 비가 1 : 1이었고, X선 회절 무늬로부터는 아주 뚜럿하지는 않으나 β상의 존재를 확인할 수 있었다.

실시예 7

탄화 처리된 Si(100) 결정 면 위에 850℃에서 1, 3-디실라부탄을 사용하여 증착을 수행하였다. 얻어진 탄화규소 막은 탄소 : 규소의 비가 1 : 1이었고 X선 회절 무늬에는 β상의 탄화규소 막에 해당하는 피크들의 수가 줄어들었으나 적층 성장(epitaxy)이 이루어졌다고 볼 수는 없었다. 실시예 2와 비교하여 다른 점은 탄화 처리를 거쳤기 때문에 증착되는 탄화규소 막에 균열이 생기지 않았다는 것이다. 그리고 주사 전자 현미경법으로 막의 파단면을 관찰할 때 기질과 막의 경계면이 아주 없어지지는 않았으나 보이지 않을 정도로 훨씬 희미하게 보인다는 것도 탄화 처리에 의해서 나타나는 결과이다.

실시예 8

여기서는 970℃에서 수소 기체로 15분 동안 전처리한 뒤에 1190℃에서 5분 동안 탄화 처리한 Si(100) 결정 면 위에 디메틸이소프로필실란을 970~1000℃에서 증착시켰다. 증착 결과 얻어진 막은 규소 : 탄소의 비가 거의 1 : 1로 나타났으며, X선 회절 무늬로부터 β상의 탄화규소 막이 얻어졌음을 확인하엿다. 그러나 950℃ 이하의 온도에서는 α상의 흔적이 나타났다.

실시예 9

970℃에서 수소 기체로 15분 동안 전처리한 뒤에 1190℃에서 5분 동안 탄화 처리한 Si(100) 결정 면 위에 2, 4, 6-트리실라헵탄을 920~970℃에서 증착시켰다. 그 결과 얻어진 막은 규소와 탄소의 비가 거의 1 : 1인 것으로 확인되었지만, X선 회절무늬는 증착 온도에 무관하게 α상만이 얻어지는 것으로 나타났다. 이는 실시예 4의 경우와 달리, 수소를 운반 기체로 사용하지 않아도 탄화 처리한 Si(100) 결정 면 위에 α상의 탄화규소 막을 제조할 수 있음을 보여 준다.

실시예 10

여기서는 Si(111) 결정 면을 기질로 하여 1, 3-디실라부탄을 사용하여 화학증착을 수행하였다. 증착 결과, 탄화 처리하지 않은 Si(11) 결정 면에서는 실시예 2와 마찬가지로 750℃ 이하에서는 무정형의 막이, 750℃ 이상에는 β상이 얻어졌다. 1160℃에서 5분 동안 탄화 처리한 Si(111)결정 면에서는 실시예 7과 유사하게 900℃에서 뚜렷한 β상이 얻어졌으며, X선 회절 무늬에서도 (111)면에 해당하는 피크만이 나타나 적층 성장이 이루어졌음을 알 수 있었다.

실시예 11

화학증착법에서 흔히 지지대(susceptor)로 이용되는 흑연을 3㎝×3㎝×1㎝의 직육면체로 잘라 석영 관 안에 넣고 주파수 58KHz, 출력 800W의 고주파로 가열하여 그 온도를 700℃ 정도로 맞추었다. 여기에 1, 3-디실라부탄의 증기를 보내어 증착이 일어나도록 하였다. 흑연 표면 위에 형성된 탄화규소 막은 무정형이었으나 탄소와 규소의 조성비는 1 : 1로 잘 맞았다.

실시예 12

두께가 0.3㎝인 탄화텅스텐 판을 1. 2㎝×1. 2㎝의 정사각형 모양으로 잘라 흑연 지지대 위에 올려 놓고 주파수 58KHz, 출력 700W의 고주파로 가열하여 그 온도를 680℃로 유지하면서 디메틸이소프로필실란의 증기를 보내어 증착을 수행하였다. 그 결과, 탄소와 규소의 조성비는 거의 1 : 1이었으며, X선 회절 무늬로부터는 무정형의 탄화규소 막이 얻어졌음을 알 수 있었다.

실시예 13

탄화규소 소결체를 1. 2㎝×1. 2㎝×0. 1㎝의 정사각형 모양으로 잘라 흑연 지지대 위에 올려 놓고 주파수 58KHz, 출력 700W의 고주파로 가열하여 그 온도를 680℃로 유지하면서 1, 3-디실라부탄의 증기를 보내어 증착을 수행하였다. 그 결과, 탄소와 규소의 조성비는 거의 1 : 1이었으며, X선 회절 무늬로부터는 무정형의 탄화규소 막이 얻어졌음을 알 수 있었다.

Claims (15)

1. 적어도 하나의 규소 원자와 적어도 하나의 탄소 원자가 서로 번갈아 가며 직접 결합하고 있는 선형 실라알칸 화합물을 단독으로 또는 두 가지 이상 혼합 사용하여 화학증착법으로 탄화규소 막을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 선형 실라알칸 화합물이 규소 원자를 세 개 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 실라알칸 화합물이 한 개의 규소 원자를 포함하는 경우, 규소가 적어도 하나의 수소 및 적어도 하나의 알킬기를 가지며, 상기 알킬기 중 적어도 하나는 에틸기, 프로필기 또는 부틸기임을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 선형 실라알칸 화합물이 디메틸이소프로필실란인 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 실란알칸 화합물이 두개의 규소 원자를 포함하는 경우, 두 개의 규소 및 가운데의 탄소가 하나 이상의 수소, 메틸기, 에틸기 또는 프로필기를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 선형 실라알칸 화합물이 1, 3-디실라부탄인 방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 실라알칸 화합물이 세 개의 규소 원자를 포함하는 경우, 세 개의 규소 및 이들 사이의 두 개의 탄소가 하나 이상의 수소, 메틸기, 에틸기 또는 프로필기를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 선형 실라알칸 화합물이 1, 3, 5-트리실라펜탄, 2, 4, 6-트리실라헵탄 또는 2, 6-디메틸-2, 4, 6-트리실라헵탄인 방법.
9. 제1항에 있어서, 화학증착의 압력이 25~55Pa이고, 기질의 온도가 600~1,000℃인 방법.
10. 제1항에 있어서, 기질 표면의 산소 층을 제거하기 위해 증착 전에 기질을 870~970℃에서 25~100sccm의 수소로 전처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 선형 실라알칸 화합물을 운반 기체와 혼합하여 사용하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 운반 기체로 수소, 아르곤 또는 이들의 혼합 기체를 사용하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 기질의 가열을 적외선 가열, 저항 가열, 고주파 가열, 또는 전자살 가열을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 탄화규소 막을 증착시키기 전 규소 기질의 표면을 메탄, 에탄, 프로판 또는 부탄으로 미리 탄화시킴을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 기질이 규소(다결정 또는 단결정), 흑연, 탄화규소(다결정 또는 단결정), 탄화텅스텐 또는 탄소강임을 특징으로 하는 방법.