KR102245213B1 - 탄화규소 잉곳의 제조방법 및 탄화규소 잉곳 제조 시스템 - Google Patents

탄화규소 잉곳의 제조방법 및 탄화규소 잉곳 제조 시스템 Download PDF

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KR102245213B1
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박종휘
서정두
김정규
구갑렬
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Abstract

구현예는 승화법을 통한 탄화규소 잉곳 제조방법 및 제조 시스템을 제공하고, 탄화규소 잉곳 제조에 적용되는 반응용기의 부피 Vc 및 단열재 외주부의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.05 내지 0.8이고, 소정 온도에 도달 후 반응용기 상부 및 하부와의 온도차는 160 ℃ 내지 240 ℃인 특징을 갖는다.
구현예에 따르면, 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼 제조 시 반응용기와 단열재 간 부피비, 반응용기 상부 및 하부와 온도차, 단열재 밀도 및 단열재 비저항 등의 특성을 최적화하여, 제조되는 탄화규소 잉곳의 결정품질을 확보하고 결함 발생을 최소화할 수 있다.

Description

탄화규소 잉곳의 제조방법 및 탄화규소 잉곳 제조 시스템{MANUFACTURING METHOD OF SILICON CARBIDE INGOT AND MANUFACTURING SYSTEM FOR SILICON CARBIDE INGOT}
구현예는 탄화규소 잉곳의 제조방법 및 탄화규소 잉곳 제조 시스템에 관한 것이다.
탄화규소(SiC)는 2.2 eV 내지 3.3 eV의 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체이며, 그 우수한 물리적 화학적 특성으로 반도체 재료로서 연구 개발이 진행되고 있다.
탄화규소 단결정을 제조하는 방법으로, 액상 증착법(Liquid Phase Epitaxy; LPE), 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 물리적 기상 수송법(Physical Vapor Transport, PVT) 등이 있다. 그 중 물리적 기상 수송법은 도가니 내에 탄화규소 원료를 장입하고, 도가니 상단에는 탄화규소 단결정으로 이루어진 종자정을 배치한 다음 도가니를 유도가열 방식으로 가열하여 원료를 승화시켜, 종자정 상에 탄화규소 단결정을 성장시키는 방법이다.
물리적 기상 수송법은 높은 성장률을 가짐으로써 잉곳 형태의 탄화규소를 제작할 수 있어 가장 널리 이용되고 있다. 다만, 공정 조건 등에 따라 전류밀도가 변화하고, 도가니 내부 온도 분포 또한 변화하여 탄화규소 잉곳 및 탄화규소 웨이퍼의 결함발생 최소화에 어려움이 있다.
외부적인 요인에 의해 과도한 변형이나 결함이 발생되는 것을 최소화하고, 결함이 최소화된 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼를 제조할 수 있는 보다 개선된 방법이 필요한 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 구현예의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
관련 선행기술로, 한국 등록특허공보 제10-1951136호에 개시된 "탄화규소 단결정의 제조 방법" 등이 있다.
구현예의 목적은 결함 발생이 적고 양호한 결정 품질을 갖는 탄화규소 잉곳 및 탄화규소 웨이퍼를 제조하는 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 잉곳의 제조방법은,
내부공간을 갖는 반응용기에 원료와 탄화규소 종자정을 이격 배치하는 준비단계;
상기 내부공간의 온도, 압력 및 분위기를 조절하여 상기 원료를 승화시키고, 상기 탄화규소 종자정으로부터 성장된 탄화규소 잉곳을 마련하는 성장단계; 및
상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;를 포함하고,
상기 반응용기의 외면을 둘러싸는 단열재와, 상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열부를 포함하고,
상기 단열재는 상기 반응용기의 외측면을 둘러싸는 단열재 외주부를 포함하고,
상기 반응용기의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.05 내지 0.8이고,
상기 성장단계는, 상기 내부공간을 상온에서 제1온도까지 승온시키는 승온과정; 제1온도에서 제2온도까지 승온시키는 제1성장과정; 및 상기 제2온도를 유지하는 제2성장과정;을 포함하여 탄화규소 잉곳을 마련하고,
상기 제1온도는 상기 내부공간의 감압이 시작되는 온도이고,
상기 제2온도는 상기 내부공간의 감압이 완료되어 상기 감압된 압력 하에서 탄화규소 잉곳의 성장을 유도하는 온도이고,
온도차는 상기 내부공간의 상부온도 및 하부온도의 차이이고,
상기 제2온도에서 상기 온도차는 160 ℃ 내지 240 ℃일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 단열재의 비저항은 8×10-3 Ωm 이하일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 단열재의 밀도는 0.14 g/cc 내지 0.28 g/cc일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 단열재의 기공률은 72 % 내지 95 %일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 단열재 외주부의 두께는 200 mm 내지 600 mm일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 단열재의 1000 ℃에서 열팽창계수는 2×10-6 /℃ 내지 3.5×10-6 /℃일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 가열부는 상기 반응용기의 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되고,
상기 가열부는 상기 성장단계에서 상기 내부공간의 상부와 내부공간의 하부의 온도차를 유도하고,
상기 제1온도는 상기 내부공간의 하부를 기준으로 1500 ℃ 내지 1700 ℃이고,
상기 제2온도는 상기 내부공간의 하부를 기준으로 2100 ℃ 내지 2500 ℃일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 반응용기의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.1 내지 0.7일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 단열재는 상기 단열재 외주부의 상부를 덮는 단열재 상부리드 및 상기 단열재 외주부의 하부를 덮는 단열재 하부리드를 포함하고,
상기 단열재 외주부의 외경은 8 인치 이상일 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조장치는,
내부공간을 갖는 반응용기;
상기 반응용기의 외면을 둘러싸는 단열재; 및
상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열부;를 포함하여 탄화규소 잉곳을 제조하고,
상기 내부공간의 상부에 탄화규소 종자정이 위치하고,
상기 내부공간의 하부에 원료가 위치하고,
상기 가열부는 상기 반응용기의 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되어 상기 내부공간의 상부와 내부공간의 하부의 온도차를 조절하고,
상기 반응용기의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.1 내지 0.7일 수 있다.
구현예에 따르면, 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼 제조 시 반응용기와 단열재 간 부피비, 반응용기 상부 및 하부와 온도차, 단열재 밀도 및 단열재 비저항 등의 특성을 최적화하여, 제조되는 탄화규소 잉곳의 결정품질을 확보하고 결함 발생을 최소화할 수 있다.
도 1은 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 일례를 나타낸 개념도.
도 2는 탄화규소 잉곳 제조장치의 일례를 나타낸 개념도.
도 3은 탄화규소 잉곳 제조장치 반응용기의 내부공간의 일례를 나타낸 개념도.
도 4는 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼 제조과정에서 시간 대비 온도, 압력, 아르곤 가스 압력의 추이를 나타낸 그래프.
도 5는 실시예 1 내지 4의 탄화규소 웨이퍼 일면의 마이크로파이프 결함을 나타낸 이미지 맵.
도 6은 비교예 1 및 2의 탄화규소 웨이퍼 일면의 마이크로파이프 결함을 나타낸 이미지 맵.
도 7은 구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조장치의 반응용기, 덮개, 단열재, 단열재 외주부의 일례를 나타낸 분해사시도.
도 8은 구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조장치의 다른 일례를 나타낸 사시도.
도 9는 구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조장치의 또 다른 일례를 나타낸 사시도.
도 10은 AA′를 포함하는 평면의 관점에서 반응용기 및 단열재 외주부의 단면을 나타낸 개념도.
이하, 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하나 이상의 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, A 상에 B가 위치한다는 의미는 A 상에 직접 맞닿게 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에 B가 위치하는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
본 명세서에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 특별한 설명이 없는 한 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
탄화규소 잉곳의 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 잉곳의 제조방법은,
내부공간을 갖는 반응용기(200)에 원료(300)와 탄화규소 종자정(110)을 이격 배치하는 준비단계;
상기 내부공간의 온도, 압력 및 분위기를 조절하여 상기 원료를 승화시키고, 상기 탄화규소 종자정으로부터 성장된 탄화규소 잉곳(100)을 마련하는 성장단계; 및
상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;를 포함하고,
상기 반응용기의 외면을 둘러싸는 단열재(400)와, 상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열부(600)를 포함하고,
상기 단열재는 상기 반응용기의 외측면을 둘러싸는 단열재 외주부(410)를 포함하고,
상기 반응용기의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.05 내지 0.8이고,
상기 성장단계는, 상기 내부공간을 상온에서 제1온도까지 승온시키는 승온과정; 제1온도에서 제2온도까지 승온시키는 제1성장과정; 및 상기 제2온도를 유지하는 제2성장과정;을 포함하여 탄화규소 잉곳을 마련하고,
상기 제1온도는 상기 내부공간의 감압이 시작되는 온도이고,
상기 제2온도는 상기 내부공간의 감압이 완료되어 상기 감압된 압력 하에서 탄화규소 잉곳의 성장을 유도하는 온도이고,
온도차는 상기 내부공간의 상부온도 및 하부온도의 차이이고,
상기 제2온도에서 상기 온도차는 160 ℃ 내지 240 ℃이다.
상기 준비단계는 내부공간을 갖는 반응용기에 원료와 탄화규소 종자정이 서로 마주보도록 이격 배치한다.
상기 탄화규소 종자정(110)은 목적으로 하는 웨이퍼에 따라 적절한 크기의 것이 적용될 수 있고, 상기 탄화규소 종자정의 C면((000-1)면)이 상기 원료(300) 방향으로 향하도록 할 수 있다.
상기 탄화규소 종자정(110)은 4 인치 이상의 4H 탄화규소를 포함할 수 있고, 6 인치 이상의 4H 탄화규소를 포함할 수 있으며, 8 인치 이상의 4H 탄화규소를 포함할 수 있다. 상기 탄화규소 종자정은 12 인치 이하일 수 있다.
상기 원료(300)는 탄소원과 규소원을 갖는 분말 형태가 적용될 수 있고, 상기 분말이 서로 네킹 처리된 원료 또는 표면을 탄화 처리한 탄화규소 분말 등이 적용될 수 있다.
상기 반응용기(200)는 탄화규소 잉곳 성장반응에 적절한 용기라면 적용될 수 있고, 구체적으로 흑연 도가니가 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응용기는 내부공간과 개구부를 포함하는 본체(210) 및 상기 개구부와 대응되어 상기 내부공간을 형성하는 덮개(220)를 포함할 수 있다. 상기 도가니 덮개는 상기 도가니 덮개와 일체로 또는 별도로 종자정 홀더를 더 포함할 수 있고, 상기 종자정 홀더를 통해 탄화규소 종자정과 원료가 마주보도록, 탄화규소 종자정을 고정할 수 있다.
상기 반응용기(200)는 단열재(400)에 둘러싸여 고정될 수 있고, 석영관과 같은 반응챔버(500) 내에 상기 반응용기를 둘러싼 단열재가 위치할 수 있다. 상기 단열재 및 반응챔버 외부에 가열부(600)가 구비되어 상기 반응용기의 내부공간의 온도를 제어할 수 있다.
상기 단열재(400)는 비저항이 8×10-3 Ωm 이하일 수 있고, 5×10-3 Ωm 이하일 수 있으며, 3.1×10-3 Ωm일 수 있다. 상기 단열재는 비저항이 1×10-4 Ωm 이상일 수 있고, 2.5×10-4 Ωm 이상일 수 있으며, 1.0×10-4 Ωm 이상일 수 있다. 이러한 비저항을 갖는 단열재를 적용하는 경우 성장되는 탄화규소 잉곳의 결함 발생을 보다 감소시킬 수 있다.
상기 단열재(400)는 상기 반응용기(200)의 측면을 둘러싸는 단열재 외주부(410)를 포함할 수 있고, 상기 단열재 외주부의 두께는 200 mm 내지 600 mm일 수 있으며, 300 mm 내지 500 mm일 수 있다. 이러한 외주부의 두께를 갖는 단열재를 적용하는 경우 고품질의 탄화규소 잉곳을 성장시킬 수 있다.
상기 단열재(400)는 기공도가 72 % 내지 95 %일 수 있고, 75 % 내지 93 %일 수 있으며, 80 % 내지 91 %일 수 있다. 상기 기공도를 만족하는 단열재를 적용하는 경우 성장되는 탄화규소 잉곳의 결함 발생을 보다 감소시킬 수 있다.
상기 단열재(400)는 탄소계 펠트를 포함할 수 있고, 구체적으로 흑연 펠트를 포함할 수 있으며, 레이온계 흑연 펠트 또는 피치계 흑연 펠트를 포함할 수 있다.
상기 단열재(400)의 밀도는 0.14 g/cc 내지 0.28 g/cc일 수 있고, 0.15 g/cc 내지 0.17 g/cc일 수 있다. 이러한 밀도를 갖는 단열재를 적용하는 경우 고품질의 탄화규소 잉곳을 성장시킬 수 있다.
상기 반응용기(200)의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부(410)의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.05 내지 0.8일 수 있고, 0.1 내지 0.7일 수 있으며, 0.3 내지 0.5일 수 있다. 도 7을 참조하면, 상기 반응용기의 부피 Vc는 내부공간을 제외한 반응용기 자체의 부피일 수 있다. 상기 단열재 외주부는 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 상기 반응용기의 상하부 덮개를 제외한 측면을 둘러싸는 것일 수 있고, 상기 내부공간을 둘러싸는 것일 수 있다. 도 7 내지 도 9에서 내부공간의 상부(230)에 종자정(110)이, 내부공간의 하부(240)에 원료(300)가 위치할 수 있다.
상기 반응용기(200)의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부(410)의 부피 Vi는 실측하거나 3차원 모델링 프로그램(CATIA, SolidWorks, AutoCAD) 등을 통해 부피를 계산할 수 있다.
상기 단열재 외주부(410)은 내경 및 외경을 갖는 중공형일 수 있다. 상기 단열재 외주부의 외경은 8 인치 이상일 수 있고, 14 인치 이하일 수 있다.
상기 단열재(400)는 상기 반응용기(200)의 상부에 위치하는 단열재 상부리드와, 상기 반응용기의 하부에 위치하는 단열재 하부리드를 더 포함할 수 있다. 상기 단열재 상부리드 및 단열재 하부리드는 상기 단열재 외주부(410)의 상부 및 하부를 각각 덮어 마감하여 단열재 내부를 단열 처리할 수 있다.
상기 반응용기(200)와 단열재 외주부(410)가 적절한 부피비율을 가짐으로, 성장되는 탄화규소 잉곳의 결함 발생을 최소화하도록 하고, 탄화규소 잉곳을 통해 탄화규소 웨이퍼 제조 시 마이크로파이프 등의 발생을 최소화하도록 한다. 이러한 Vc/Vi 비를 벗어나는 경우, 성장되는 탄화규소 잉곳이 과도한 곡률을 가질 수 있어 잔류응력 증가로 인한 품질이 저하될 수 있고, 크랙이 발생될 우려가 있다. 또한, 품질 확보 대비 제조 단가가 상승하여 경제성이 저하될 우려가 있다.
상기 반응챔버(500)는 반응챔버 내부와 연결되며 반응챔버 내부의 진공도를 조절하는 진공배기장치(700), 반응챔버 내부와 연결되며 반응챔버 내부에 기체를 유입시키는 배관(810) 및 기체 유입을 제어하는 매스 플로우 컨트롤러(800)를 포함할 수 있다. 이들을 통해, 후속 성장단계 및 냉각단계에서 불활성기체의 유량을 조절할 수 있도록 한다.
상기 성장단계는 상기 가열부(600)에 의해 상기 반응용기(200) 및 상기 반응용기의 내부공간을 가열하여 진행될 수 있고, 상기 가열과 동시에 또는 별도로 내부공간을 감압하여 진공도를 조절하고, 불활성 기체를 주입하며 탄화규소 잉곳의 성장을 유도할 수 있다.
상기 가열부(600)는 상기 반응용기(200)의 상하 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있고, 이에 따라 반응용기와 가열부 간 상대적인 위치가 변경될 수 있으며, 상기 내부공간의 상부(230)와 상기 내부공간의 하부(240)에 온도차를 가할 수 있다. 구체적으로 상기 내부공간의 상부의 탄화규소 종자정(110) 및 하부의 원료(300)에 온도차를 가할 수 있다.
상기 가열부(600)는 상기 반응용기(200) 또는 반응용기를 둘러싼 단열재(400)의 외주면을 따라 나선형의 코일로 형성될 수 있다.
상기 성장단계는 도 4를 참조하면, 상기 내부공간을 상온에서 제1온도까지 승온시키는 승온과정(Sb); 제1온도에서 제2온도까지 승온시키는 제1성장과정(S1); 및 상기 제2온도를 유지하는 제2성장과정(S2);을 포함하여 탄화규소 잉곳을 마련할 수 있다.
상기 성장단계 이전, 대기 상태의 내부공간을 감압하는 감압과정(Sa)을 포함할 수 있다.
상기 제1온도까지의 승온은 3 ℃/min 내지 13 ℃/min의 속도로 진행될 수 있고, 5 ℃/min 내지 11 ℃/min의 속도로 진행될 수 있다. 상기 사전성장 시작온도까지의 승온은 7 ℃/min 내지 10 ℃/min의 속도로 진행될 수 있다.
상기 감압과정(Sa)은 상기 내부공간의 압력이 10 torr 이하, 5 torr 이하가 되도록 이루어질 수 있다.
상기 승온과정(Sb)은 상기 내부공간의 압력이 500 torr 내지 800 torr가 되도록 아르곤, 질소 등의 불활성 가스를 주입하여 이루어질 수 있고, 1 ℃/min 내지 10 ℃/min의 속도로 상기 내부공간의 하부가 1500 ℃ 내지 1700 ℃의 온도가 되도록 승온이 이루어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 성장단계에서 내부공간의 상부(230)는 탄화규소 종자정(110)의 표면에 해당하는 위치일 수 있고, 내부공간의 하부(240)는 원료(300)의 표면에 해당하는 위치일 수 있다.
상기 제1온도는 상기 원료(300)의 승화가 일부 시작되는 온도로, 도 4의 점선 영역에 표시한 바와 같이 성장단계 이전 상기 승온과정(Sb)을 거친 온도일 수 있고, 상기 승온과정의 불활성 가스 주입 이후 내부공간의 감압이 시작되는 온도일 수 있다. 구체적으로 상기 내부공간의 하부(240)를 기준으로 1500 ℃ 내지 1700 ℃일 수 있으며, 1600 ℃ 내지 1640 ℃일 수 있다.
상기 제1온도는 상기 내부공간의 상부(230)를 기준으로 1450 ℃ 내지 1650 ℃일 수 있고, 1550 ℃ 내지 1587 ℃일 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 제1온도에서 상기 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부(240)의 온도차가 40 ℃ 내지 60 ℃일 수 있고, 50 ℃ 내지 55 ℃일 수 있다.
상기 제2온도는 본격적으로 상기 원료(300)의 승화가 진행되는 온도로, 도 4의 점선 영역에 표시한 바와 같이 상기 제1성장과정의 승온이 이루어진 온도일 수 있고, 상기 내부공간의 감압이 완료되어 상기 감압된 압력 하에서 탄화규소 잉곳의 성장을 유도하는 온도일 수 있다. 또한, 상기 제2온도에서 상기 감압된 압력 대비 ±10 % 이내로 압력을 변경하면서 탄화규소 잉곳의 성장을 유도할 수 있다.
상기 제2온도는 내부공간의 하부(240)를 기준으로 2100 ℃ 내지 2500 ℃일 수 있으며, 2200 ℃ 내지 2400 ℃일 수 있다.
상기 제2온도는 상기 내부공간의 상부(230)를 기준으로 1900 ℃ 내지 2300 ℃일 수 있고, 2100 ℃ 내지 2250 ℃일 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 제2온도에서 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부(240)의 온도차가 160 ℃ 내지 240 ℃일 수 있고, 180 내지 220일 수 있다. 상기 온도차는 196 ℃ 내지 207 ℃일 수 있고, 202 ℃ 내지 207 ℃일 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 내부공간의 온도 상승에 따라, 상기 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부(240)의 온도차가 함께 증가할 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부(240) 온도범위와 온도차 및 온도차 변화량을 가짐으로, 초기 탄화규소 잉곳 형성 시 목적으로 하는 결정 이외의 다형 발생을 최소화하고, 안정적인 잉곳 성장이 가능하도록 할 수 있다. 상기 제1성장과정의 제1온도, 제2온도에서 상기 범위의 온도차 미만이면, 목적으로 하는 결정 이외의 결정이 혼입되어 다결정을 형성할 가능성이 높아지고, 성장 속도가 저하될 우려가 있으며, 상기 범위의 온도차 초과이면, 결정 품질이 저하될 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 제1온도에서 제2온도로 승온과 더불어 감압이 이루어질 수 있고, 1 torr 내지 50 torr까지 진행될 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)의 승온속도는 상기 승온과정(Sb)의 승온속도보다 작을 수 있고, 상기 승온과정과 상기 제1성장과정 전체의 평균승온속도보다 작을 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)의 승온속도는 1 ℃/min 내지 5 ℃/min일 수 있고, 3 ℃/min 내지 5 ℃/min일 수 있다. 상기 승온속도 범위에서 목적으로 하는 결정 이외의 다형 발생을 방지하고 안정적으로 성장이 되도록 유도할 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 가열부(600)의 최대 가열영역이 상기 내부공간의 하부(240), 원료(300)의 표면(240)이 되도록 진행될 수 있고, 상기 가열부가 나선형의 코일 형상일 경우, 권취 수 및 두께 등을 변경하여 목적으로 하는 상기 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부의 온도차를 가하도록 할 수 있다.
상기 제2성장과정(S2)는 상기 제1성장과정(S1)에서 제2온도로 승온 후, 제2온도를 유지하여 본격적으로 원료(300)를 승화시켜 탄화규소 잉곳을 형성하도록 한다.
상기 제2성장과정(S2)은 5 시간 내지 180 시간 동안 진행될 수 있고, 30 시간 내지 160 시간 동안 진행될 수 있으며, 50 시간 내지 150 시간 동안 진행될 수 있다.
상기 성장단계는 상기 반응용기(200)의 상하방향을 축으로 회전하며 진행될 수 있고, 온도구배를 더욱 동일하게 유지하도록 할 수 있다.
상기 성장단계는 상기 반응용기(200) 외부에 소정 유량의 불활성기체를 가할 수 있다. 상기 불활성기체는 상기 반응용기의 내부공간에서 그 흐름이 이루어질 수 있고, 상기 원료(300)에서 상기 탄화규소 종자정(110) 방향으로 그 흐름이 이루어질 수 있다. 이에 따라 상기 반응용기 및 내부공간의 안정적인 온도구배가 형성될 수 있도록 한다.
상기 제2성장단계(S2)의 상기 불활성기체는 구체적으로 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합기체일 수 있다.
상기 제2성장단계(S2) 이후, 상기 반응용기(200)를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계(S3);를 포함할 수 있다.
상기 냉각단계(S3)는 상기 성장단계를 통해 성장된 탄화규소 잉곳을 소정 냉각속도 및 불활성기체 유량 조건에서 냉각한다.
상기 냉각단계(S3)는 1 ℃/min 내지 10 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있고, 3 ℃/min 내지 9 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있다. 상기 냉각단계는 5 ℃/min 내지 8 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있다.
상기 냉각단계(S3)는 상기 반응용기(200)의 내부공간의 압력 조절이 동시에 이루어질 수 있고, 상기 냉각단계와 별도로 압력 조절이 이루어질 수 있다. 상기 압력 조절은 상기 내부공간의 압력이 최대 800 torr가 되도록 이루어질 수 있다.
상기 냉각단계(S3)는 상기 성장단계와 마찬가지로 상기 반응용기(200) 내부에 소정 유량의 불활성기체를 가할 수 있다. 상기 불활성기체는 예시적으로 아르곤, 질소일 수 있다. 상기 불활성기체는 상기 반응용기의 내부공간에서 그 흐름이 이루어질 수 있고, 상기 원료(300)에서 상기 탄화규소 종자정(110) 방향으로 그 흐름이 이루어질 수 있다.
상기 냉각단계(S3)는 상기 반응용기(200)의 내부공간의 압력이 대기압 이상이 되도록 가압하고, 상기 내부공간의 온도가 상부(230)를 기준으로 1500 ℃ 내지 1700 ℃가 되도록 냉각시키는 1차냉각과정; 상기 1차냉각단계 이후 상기 내부공간의 온도를 상온으로 냉각시키는 2차냉각과정;을 포함할 수 있다.
상기 냉각단계(S3)의 회수는 상기 탄화규소 종자정(110)과 접한 탄화규소 잉곳(100)의 후면을 절단하여 진행될 수 있다. 이렇게 절단된 탄화규소 잉곳은 종자정과 접하는 후면의 손실을 최소화하고, 개선된 결정 품질을 나타낼 수 있다.
탄화규소 웨이퍼의 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법은,
상기의 탄화규소 잉곳의 제조방법을 통해 제조된 탄화규소 잉곳을 절단하여 탄화규소 웨이퍼를 마련하는 절단단계;를 포함한다.
상기 절단단계는 상기 웨이퍼의 두께가 150 μm 내지 900 μm이 되도록 할 수 있고, 200 μm 내지 600 μm 이 되도록 할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 절단단계 이후, 마련된 탄화규소 웨이퍼의 두께를 평탄화하고 표면을 연마하는 가공단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가공단계에서 연삭 휠은 표면에 입자가 매립된 형태일 수 있고, 상기 연삭 휠의 표면에 매립된 입자는 다이아몬드일 수 있다.
상기 가공단계는 상기 연삭 휠과 웨이퍼가 서로 반대 방향으로 회전하며 진행될 수 있다.
상기 가공단계는 상기 연삭 휠의 직경이 상기 웨이퍼의 직경보다 클 수 있고, 250 mm 이하일 수 있다.
상기 가공단계 이후 상기 탄화규소 웨이퍼를 습식 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가공단계는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마는 회전하는 정반 상에 연마입자 슬러리를 가하면서, 회전하는 연마헤드에 고정된 웨이퍼를 소정 압력으로 접촉시켜 이루어질 수 있다.
상기 가공단계 이후 통상의 RCA 화학 세정 용액을 통한 세정단계가 더 이루어질 수 있다.
상기 제조방법을 통해 제조된 웨이퍼는 결함 밀도가 낮고, 불순물 입자 수가 적고, 표면 특성이 양호한 이점을 지니며, 이를 소자 제조에 적용할 시 전기적, 광학적 특성이 우수한 소자를 제조할 수 있다.
탄화규소 잉곳 제조 시스템
구현예에 따른 탄화규소 잉곳 제조 시스템은,
내부공간을 갖는 반응용기(200);
상기 반응용기의 외면을 둘러싸는 단열재(400); 및
상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열부(600);를 포함하여 탄화규소 잉곳을 제조하고,
상기 내부공간의 상부(230)에 탄화규소 종자정(110)이 위치하고,
상기 내부공간의 하부(240)에 원료(300)가 위치하고,
상기 가열부는 상기 반응용기의 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되어 상기 내부공간의 상부와 내부공간의 하부의 온도차를 조절하고,
상기 반응용기의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부(410)의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.05 내지 0.8일 수 있다.
상기 탄화규소 잉곳 제조 시스템을 통해 기술한 탄화규소 잉곳의 제조방법의 감압과정(Sa), 승온과정(Sb), 제1성장단계(S1), 제2성장단계(S2), 냉각단계(S3)가 적용될 수 있다.
상기 탄화규소 잉곳 제조 시스템의 탄화규소 종자정(110), 원료(300), 반응용기(200), 단열재(400), 가열부(600) 등은 탄화규소 잉곳의 제조방법에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
탄화규소 웨이퍼(10)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼(10)는,
마이크로파이프 밀도가 1 /cm2 이하이고, 고분해능 엑스선 회절 분석에 따른 로킹 커브의 반치전폭이 0.01 °내지 0.5 °일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 상기 로킹 커브의 반치전폭이 0.01 ° 내지 0.5 °일 수 있고, 0.02 ° 내지 0.4 °일 수 있으며, 0.1 ° 내지 0.4 °일 수 있다. 이러한 특징을 갖는 탄화규소 웨이퍼는 우수한 결정질 특성을 가질 수 있고, 후속 공정을 통해 제조되는 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 로킹 커브는 고분해능 엑스선 회절 분석 시스템(HR-XRD system)을 적용하여 상기 탄화규소 웨이퍼의 [11-20] 방향을 엑스선 경로에 맞추고, 엑스선 소스와 엑스선 검출기 각도를 2θ(35 ° 내지 36 °)로 설정한 후 탄화규소 웨이퍼의 오프 각에 맞추어 오메가(ω, 또는 쎄타 θ, 엑스선 검출기) 각도를 조절하여 로킹 커브를 측정하고, 로킹 커브의 반치전폭 값을 통해 결정성을 평가한다. 구체적으로, 탄화규소 잉곳의 (0001)면에 대해 0 ° 내지 10 °의 범위에서 선택된 각도인 오프각을 적용한 탄화규소 웨이퍼들 중, 오프각이 0 ° 일 경우, 오메가 각도는 17.8111 °이고, 오프각이 4 ° 일 경우, 오메가 각도는 13.811 °, 그리고 오프각이 8 °일 경우, 오메가 각도는 9.8111 ° 이다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 4 인치 이상일 수 있고, 5 인치 이상일 수 있고, 6 인치 이상일 수 있으며, 8 인치 이상일 수 있다. 상기 웨이퍼의 직경은 12 인치 이하일 수 있고, 10 인치 이하일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 4H 탄화규소를 포함할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 표면에 에피택셜 층을 형성하기 이전의 것일 수 있다. 예시적으로, 상기 탄화규소 웨이퍼는 탄화규소 잉곳으로부터 절단된 후, 평탄화 가공 및 화학적 기계적 연마과정을 거치기 전의 웨이퍼일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 규소 원자 층이 표면상에 나타난 일면(11)인 Si면 및 탄소 원자 층이 표면상에 나타난 타면(12)인 C면을 포함할 수 있다. 탄화규소 잉곳으로부터 절단 가공하여 탄화규소 웨이퍼를 제조할 때, 탄화규소 단결정이 갖는 탄소 원자의 층과 규소 원자의 층의 경계면 또는 이와 평행한 방향으로 절단되기 쉽다. 따라서, 탄소 원자가 주로 노출되는 면과 규소 원자가 주로 노출되는 면이 절단면 상에 나타나게 된다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 일면(11)인 Si면의 Ra 조도는 0.3 nm 이하일 수 있고, 0.2 nm 이하일 수 있다. 상기 일면의 Ra 조도는 0.01 nm 이상일 수 있다. 이러한 조도 범위를 갖는 웨이퍼는 후속 공정을 통해 소자 제조 시 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 두께는 100 ㎛ 내지 900 ㎛일 수 있고, 반도체 소자에 적용될 수 있는 적절한 두께라면 이에 제한하는 것은 아니다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 - 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조
도 2에 탄화규소 잉곳 제조장치의 일례를 도시한 바와 같이, 반응용기(200) 내부공간 하부에 원료(300)인 탄화규소 분말을 장입하고, 그 상부에 탄화규소 종자정(110)을 배치하였다. 상기 탄화규소 종자정은 6 인치의 4H-탄화규소 결정으로 이루어진 것을 적용하였고, C면((000-1)면)이 내부공간 하부의 원료를 향하도록 고정하였다.
반응용기(200)를 밀폐하고, 그 외부를 단열재(400)로 둘러싸도록 하고, 외부에 가열부(600)인 가열 코일이 구비된 석영관(500) 내에 반응용기를 배치하였다. 상기 단열재의 밀도, 상기 반응용기의 부피 Vc 및 상기 반응용기의 외측면을 둘러싸는 단열재 외주부(410)의 부피 Vi의 비 Vc/Vi가 하기 표 1에 기재된 것이 되도록 적용하였다. 각 부피는 실측 또는 3차원 모델링 프로그램 등을 통해 계산되었다.
상기 반응용기(200) 내부공간을 감압하여 진공 분위기로 조절하고, 아르곤 가스를 주입하여 상기 내부공간이 760 torr에 도달하도록 하였다. 이후, 다시 내부공간을 감압시킴과 동시에, 상기 내부공간의 온도를 하부를 기준으로 제1온도(1600 ℃)까지 7 ℃/min 내지 10 ℃/min의 속도로 승온시켰다. 제1성장과정으로 감압과 동시에 3 ℃/min 내지 5 ℃/min의 속도로 표 1의 제2온도 및 온도차에 도달하도록 승온시켰다. 동일 조건을 유지하며 탄화규소 잉곳을 80 내지 140 시간 동안 성장시켰다.
성장 이후, 상기 내부공간의 온도를 5 ℃/min 내지 8 ℃/min의 속도로 25 ℃까지 냉각시켰고, 동시에 내부공간의 압력이 760 torr가 되도록 아르곤 또는 질소 가스를 주입하여 탄화규소 잉곳을 냉각시켰다.
상기 냉각된 탄화규소 잉곳의 외주면을 연삭하여 균일한 외경을 갖는 형태로 가공하고, 탄화규소 잉곳의 (0001)면과 0 °, 4 °, 8 °의 오프 각 중 어느 하나의 오프 각을 갖도록 절단하였으며, 360 ㎛의 두께를 갖는 탄화규소 웨이퍼를 제조하였다. 그 다음 다이아몬드 휠을 통해 탄화규소 웨이퍼를 연삭하여 두께를 평탄화하고, 이후 실리카 슬러리를 통해 화학적 기계적 연마 처리하여 탄화규소 웨이퍼를 마련하였다.
실시예 2 내지 4, 비교예 1 및 2 - 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조
상기 실시예 1에서, 상기 Vc/Vi, 상기 제2온도에서 상부온도 및 온도차, 단열재 밀도 및 단열재 비저항을 표 1에 기재된 것으로 변경하여, 탄화규소 웨이퍼를 마련하였다.
Vc/Vi 제2온도에서
상부온도(℃)		 제2온도에서
하부온도(℃)		 제2온도에서
온도차(℃)		 단열재 밀도
(g/cc)		 단열재 비저항
(Ωm)
실시예 1 0.1 2125 2330 205 0.15 2.5×10-4
실시예 2 0.3 2123 2330 207 0.16 3.1×10-3
실시예 3 0.5 2128 2330 202 0.17 1.0×10-4
실시예 4 0.7 2134 2330 196 0.17 5.0×10-3
비교예 1 0.9 2173 2330 157 0.13 9.2×10-3
비교예 2 1 2198 2330 132 0.29 6.3×10-2
Vc: 반응용기의 부피, Vi: 단열재 외주부의 부피
실험예 - 탄화규소 웨이퍼의 마이크로파이프 및 엑스선 로킹 커브 반치전폭 측정
1) 마이크로파이프 측정
KLA-Tencor 사의 Candela 8520 장치를 통해, 상기 실시예 및 비교예에서 마련된 탄화규소 웨이퍼를 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 이미지 맵을 형성하였고, 마이크로파이프 밀도를 측정하였다.
2) 로킹 커브 반치전폭 측정
고분해능 엑스선 회절 분석 시스템(Rigaku, SmartLab High Resolution X-ray Diffraction System)을 적용하여, 상기 실시예 및 비교예에서 마련된 탄화규소 웨이퍼의 [11-20] 방향을 엑스선 경로에 맞추고, 엑스선 소스와 엑스선 검출기 각도를 2θ(35 내지 36도)로 설정한 후 웨이퍼의 오프 각도에 맞추어 오메가(ω, 또는 쎄타 θ, 엑스선 검출기) 각도를 조절하여 측정하였다. 구체적으로 0 도 오프 기준으로 오메가 각도는 17.8111도이고, 4도 오프 기준으로 오메가 각도는 13.811도, 그리고 8도 오프 기준으로 오메가 각도는 9.8111도를 적용하여 표 2에 나타내었다.
MP 밀도 로킹 커브
피크 각도 및 반치전폭
실시예 1 0.13 17.81 °±0.2 °
실시예 2 0.12 13.81 °±0.08 °
실시예 3 0.06 17.81 °±0.05 °
실시예 4 0.18 13.81 °±0.10 °
비교예 1 1.16 17.81 °±1.8 °
비교예 2 8.16 17.81 °±1.7 °
MP: 마이크로파이프
상기 표를 참조하면, 탄화규소 잉곳 제조 시 최적의 상기 Vc/Vi, 온도차, 단열재 밀도 및 단열재 비저항을 적용한 실시예의 경우, 마이크로파이프 밀도가 현저히 작고, 로킹 커브의 반치전폭이 작아 결정 특성이 더욱 우수한 것을 알 수 있다. 비교예의 경우, 적절치 못한 Vc/Vi, 온도차, 단열재 밀도 및 단열재 비저항의 영향으로, 탄화규소 잉곳 성장과정에서 곡률, 응력 발생 등이 과도해지고, 결정 품질과 결함 특성이 좋지 않은 결과를 나타낸 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 탄화규소 웨이퍼 11: 일면
12: 타면
100: 탄화규소 잉곳 110: 탄화규소 종자정
200: 반응용기 210: 본체
220: 덮개 230: 내부공간 상부
240: 내부공간 하부 300: 원료
400: 단열재 500: 반응챔버, 석영관
600: 가열부 700: 진공배기장치
800: 매스 플로우 컨트롤러 810: 배관

Claims (10)

  1. 내부공간을 갖는 반응용기에 원료와 탄화규소 종자정을 이격 배치하는 준비단계;
    상기 내부공간의 온도, 압력 및 분위기를 조절하여 상기 원료를 승화시키고, 상기 탄화규소 종자정으로부터 성장된 탄화규소 잉곳을 마련하는 성장단계; 및
    상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;를 포함하고,
    상기 반응용기의 외면을 둘러싸는 단열재와, 상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열부를 포함하고,
    상기 단열재는 상기 반응용기의 외측면을 둘러싸는 단열재 외주부를 포함하고,
    상기 반응용기의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.05 내지 0.8이고,
    상기 성장단계는, 상기 내부공간을 상온에서 제1온도까지 승온시키는 승온과정; 제1온도에서 제2온도까지 승온시키는 제1성장과정; 및 상기 제2온도를 유지하는 제2성장과정;을 포함하여 탄화규소 잉곳을 마련하고,
    상기 제1온도는 상기 내부공간의 감압이 시작되는 온도이고,
    상기 제2온도는 상기 내부공간의 감압이 완료되어 상기 감압된 압력 하에서 탄화규소 잉곳의 성장을 유도하는 온도이고,
    온도차는 상기 내부공간의 상부온도 및 하부온도의 차이이고,
    상기 제2온도에서 상기 온도차는 160 ℃ 내지 240 ℃인, 탄화규소 잉곳의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열재의 비저항은 8×10-3 Ωm 이하인, 탄화규소 잉곳의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단열재의 밀도는 0.14 g/cc 내지 0.28 g/cc인, 탄화규소 잉곳의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단열재의 기공률은 72 % 내지 95 %인, 탄화규소 잉곳의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단열재 외주부의 두께는 200 mm 내지 600 mm인, 탄화규소 잉곳의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단열재의 1000 ℃에서 열팽창계수는 2×10-6 /℃ 내지 3.5×10-6 /℃인, 탄화규소 잉곳의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 반응용기의 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되고,
    상기 가열부는 상기 성장단계에서 상기 내부공간의 상부와 내부공간의 하부의 온도차를 유도하고,
    상기 제1온도는 상기 내부공간의 하부를 기준으로 1500 ℃ 내지 1700 ℃이고,
    상기 제2온도는 상기 내부공간의 하부를 기준으로 2100 ℃ 내지 2500 ℃인, 탄화규소 잉곳의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반응용기의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.1 내지 0.7인, 탄화규소 잉곳의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단열재는 상기 단열재 외주부의 상부를 덮는 단열재 상부리드 및 상기 단열재 외주부의 하부를 덮는 단열재 하부리드를 포함하고,
    상기 단열재 외주부의 외경은 8 인치 이상인, 탄화규소 잉곳의 제조방법.
  10. 내부공간을 갖는 반응용기;
    상기 반응용기의 외면을 둘러싸는 단열재; 및
    상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열부;를 포함하여 탄화규소 잉곳을 제조하고,
    상기 내부공간의 상부에 탄화규소 종자정이 위치하고,
    상기 내부공간의 하부에 원료가 위치하고,
    상기 가열부는 상기 반응용기의 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되어 상기 내부공간의 상부와 내부공간의 하부의 온도차를 조절하고,
    상기 반응용기의 부피 Vc 및 상기 단열재 외주부의 부피 Vi의 비 Vc/Vi는 0.1 내지 0.7인, 탄화규소 잉곳 제조장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102442732B1 (ko) * 2021-11-05 2022-09-13 주식회사 쎄닉 탄화규소 웨이퍼 및 이의 제조방법
KR20230111956A (ko) 2022-01-19 2023-07-26 이영준 잉곳 제조 설비의 필터링 장치
EP3960911B1 (en) * 2020-08-31 2024-06-12 SENIC Inc. Silicon carbide ingot manufacturing method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100086466A1 (en) * 2007-04-25 2010-04-08 Kagan Ceran Deposition of high-purity silicon via high-surface area gas-solid or gas-liquid interfaces and recovery via liquid phase
KR101339377B1 (ko) * 2012-06-19 2013-12-09 주식회사 인솔텍 실리콘 잉곳 제조장치 및 이를 이용한 잉곳 제조방법
JP2015224169A (ja) * 2014-05-29 2015-12-14 住友電気工業株式会社 炭化珪素インゴットの製造方法
KR102104751B1 (ko) * 2019-06-17 2020-04-24 에스케이씨 주식회사 탄화규소 잉곳 및 이의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100086466A1 (en) * 2007-04-25 2010-04-08 Kagan Ceran Deposition of high-purity silicon via high-surface area gas-solid or gas-liquid interfaces and recovery via liquid phase
KR101339377B1 (ko) * 2012-06-19 2013-12-09 주식회사 인솔텍 실리콘 잉곳 제조장치 및 이를 이용한 잉곳 제조방법
JP2015224169A (ja) * 2014-05-29 2015-12-14 住友電気工業株式会社 炭化珪素インゴットの製造方法
KR102104751B1 (ko) * 2019-06-17 2020-04-24 에스케이씨 주식회사 탄화규소 잉곳 및 이의 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3960911B1 (en) * 2020-08-31 2024-06-12 SENIC Inc. Silicon carbide ingot manufacturing method
KR102442732B1 (ko) * 2021-11-05 2022-09-13 주식회사 쎄닉 탄화규소 웨이퍼 및 이의 제조방법
US12037704B2 (en) 2021-11-05 2024-07-16 Senic Inc. Silicon carbide wafer and method of manufacturing same
KR20230111956A (ko) 2022-01-19 2023-07-26 이영준 잉곳 제조 설비의 필터링 장치

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