KR20170072441A - Manufacturing method of semi-insulating silicon carbide single crystal and semi-insulating silicon carbide single crystal prepared thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법은 탄화규소 단결정의 성장을 위해 물리적 기상 수송법(Physical Vapor Transport, PVT) 법을 사용하며, 도가니 내에 탄소원 및 규소원을 공급하는 단계, 상기 도가니를 가열하는 단계, 및 상기 도가니에 도핑 기체를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 도가니를 가열하는 단계 이후의 상기 도가니 내의 수직 방향의 온도 구배는 3 도(℃)/cm 이하이다. A method of manufacturing a semi-insulating silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention includes a step of supplying a carbon source and a silicon source into a crucible by using a physical vapor transport (PVT) method for growing a silicon carbide single crystal, , Heating the crucible, and supplying a doping gas to the crucible, wherein a temperature gradient in the vertical direction in the crucible after the crucible is heated is not higher than 3 degrees (占 폚) / cm.

Description

반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법 및 이로부터 제조된 반절연 탄화규소 단결정{MANUFACTURING METHOD OF SEMI-INSULATING SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL AND SEMI-INSULATING SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL PREPARED THEREBY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semi-insulating silicon carbide single crystal and a semi-insulating silicon carbide single crystal produced from the semi-insulating silicon carbide single crystal. 2. Description of the Related Art Semi-

본 발명은 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법 및 이로부터 제조된 반절연 탄화규소 단결정에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an anti-insulated silicon carbide single crystal and an anti-insulated single crystal silicon carbide produced therefrom.

탄화규소는 최근에 다양한 전자 소자 및 목적을 위한 반도체 재료로서 사용되고 있다. 탄화규소는 특히 물리적 강도 및 화학적 공격에 대한 높은 내성으로 인해 유용하다. 탄화규소는 또한 방사 경도(radiation hardness), 높은 붕괴 파일드(breakdown filed), 비교적 넓은 밴드갭, 높은 포화 전자 드리프트 속도(saturated electron drift velocity), 높은 조작 온도, 및 스펙트럼의 청색(blue), 보라(violet), 및 자외(ultraviolet) 영역에서의 높은 에너지 양자의 흡수 및 방출을 포함하는 우수한 전자적 성질을 가진다.Silicon carbide has recently been used as a semiconductor material for various electronic devices and purposes. Silicon carbide is particularly useful due to its physical strength and high resistance to chemical attack. Silicon carbide can also be used for a variety of applications including, but not limited to, radiation hardness, high breakdown filed, a relatively wide bandgap, a high saturated electron drift velocity, a high operating temperature, high energy absorption in the ultraviolet region, and absorption and emission of the high energy in the ultraviolet region.

탄화규소 단결정은 보통 시드 사용 승화 성장 공정에 의해 제조된다. 전형적인 탄화규소 단결정 성장 기술에서, 시드 결정과 소스 분체 모두를 반응 도가니에 담고, 소스와 최저로 냉각된 시드 결정 사이에 열 구배(thermal gradient)가 생성되는 방식으로 반응 도가니를 소스의 승화 온도까지 가열한다. 상기 열 구배는 재료가 소스로부터 시드로 기상 운동을 하도록 촉진하고, 이어서 시드 표면에 응축되어 벌크 결정 성장을 초래한다. 상기 방법을 물리적 기상 수송법(physical vapor transport; PVT)이라고도 한다.The silicon carbide single crystal is usually produced by a seed-used sublimation growth process. In a typical silicon carbide single crystal growth technique, the reaction crucible is heated to the sublimation temperature of the source in such a manner that both the seed crystal and the source powder are contained in the reaction crucible and a thermal gradient is generated between the source and the lowest cooled seed crystal do. The thermal gradient promotes material to vapor phase movement from the source to the seed, followed by condensation on the seed surface resulting in bulk crystal growth. This method is also referred to as physical vapor transport (PVT).

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 탄화규소 단결정 중의 질소 함량을 저하시킴으로써 탄화규소 단결정의 반절연성(semi-insulating quality)을 향상시키는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to improve the semi-insulating quality of a silicon carbide single crystal by lowering the nitrogen content in the silicon carbide single crystal.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법은 탄화규소 단결정의 성장을 위해 물리적 기상 수송법(Physical Vapor Transport, PVT) 법을 사용하는 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법에서, 도가니 내에 탄소원 및 규소원을 포함하는 혼합물을 공급하는 단계 및 상기 도가니를 가열하는 단계를 포함하고, 상기 도가니를 가열하는 단계 이후의 상기 도가니 내의 수직 방향의 온도 구배는 3 도(℃)/cm 이하일 수 있다. In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semi-insulating silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming a semi-insulating silicon carbide single crystal using physical vapor transport (PVT) Wherein the temperature gradient in the vertical direction in the crucible after the step of heating the crucible is a temperature gradient of 3 degrees ( C) / cm or less.

상기 도가니 내부 탄소/규소의 함량비는 0.32 내지 0.36이다.The content ratio of the carbon / silicon inside the crucible is 0.32 to 0.36.

상기 혼합물은 도핑 기체를 더 포함하며, 상기 도핑 기체의 함량은 30 내지 60 ppm 일 수 있다. The mixture may further include a doping gas, and the content of the doping gas may be 30 to 60 ppm.

상기 도핑 기체는 질소계 기체일 수 있다. The doping gas may be a nitrogen-based gas.

상기 도가니 내에 불활성 기체를 주입하는 단계, 및 상기 불활성 기체를 이용하여 퍼징(purging)하는 단계를 더 포함할 수 있다. Injecting an inert gas into the crucible, and purging using the inert gas.

상기 도가니를 가열하는 단계에서, 상기 도가니 내의 온도는 2000도 내지 2400도이고, 상기 도가니 내의 압력은 대기압일 수 있다. In the step of heating the crucible, the temperature in the crucible may be 2000 to 2400 degrees, and the pressure in the crucible may be atmospheric.

상기 도가니 내의 압력을 1 torr 내지 50 torr로 감압하는 단계를 더 포함할 수 있다. And reducing the pressure in the crucible to 1 torr to 50 torr.

바나듐을 도핑하지 않을 수 있다. Vanadium may not be doped.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정은 전술한 탄화규소 단결정의 제조 방법을 사용하여 제조된다. The silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention is manufactured using the above-described method of manufacturing silicon carbide single crystal.

상기 탄화규소 단결정이 포함하는 질소 농도는 1017/cm3이하일 수 있다.The concentration of nitrogen contained in the silicon carbide single crystal may be 10 17 / cm 3 or less.

이상과 같은 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법에 따르면 질소 함량이 저하되고 반절연성이 우수한 탄화규소 단결정을 수득할 수 있다.According to the above-described method for producing a semi-insulating silicon carbide single crystal, the silicon content can be reduced and a silicon carbide single crystal excellent in semi-insulating properties can be obtained.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정 제조 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 도가니 내의 온도 및 탄소/규소 비율에 따른 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for producing silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semi-insulating silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph of temperature and carbon / silicon ratio in the crucible.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

이하 본 실시예는 반절연 탄화규소 단결정을 제조하기 위한 장치를 예로서 설명한다. 본 실시예은 반절연 탄화규소 단결정에 한정되지 않으며 다양한 원료의 단결정 성장을 위한 장치에 모두 적용가능하다.Hereinafter, this embodiment will be described by taking an apparatus for manufacturing a semi-insulating silicon carbide single crystal as an example. The present embodiment is not limited to semi-insulating silicon carbide single crystal, and can be applied to devices for single crystal growth of various raw materials.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 방법에 대해 살펴본다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 장치의 간략한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 방법에 대한 간략한 순서도이다. Hereinafter, a method of manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a simplified flowchart of a method of manufacturing a silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention.

우선 도 1에 도시된 바와 같이, 대구경 단결정 성장장치(100)는 내부에 단결정 혼합물이 수용되는 도가니(10)와, 도가니(10)를 둘러싸는 단열재(20), 상기 단열재(20)의 외부에 배치되는 석영관(40), 상기 석영관(40)의 외부에 마련되어 도가니(10)를 가열하는 가열수단(42)을 포함한다.1, a large diameter single crystal growing apparatus 100 includes a crucible 10 in which a single crystal mixture is contained, a heat insulating material 20 surrounding the crucible 10, And a heating means 42 provided on the outside of the quartz tube 40 for heating the crucible 10.

이하 설명에서 도 1의 y축은 축방향이라 하고, x축은 폭방향이라 하며, 상단 상부 상방향이라 함은 도 1에서 y축 방향을 따라 위쪽을 의미하며 하단 하부 하방향이라 함은 그 반대인 아래쪽을 의미한다.In the following description, the y axis in Fig. 1 is referred to as the axial direction, the x axis is referred to as the width direction, the upper upper direction refers to the upper direction along the y axis direction in Fig. 1, .

석영관(40)은 도시하지 않은 진공 배기 장치 및 이너가스 유량 조절계와 연결되어 단결정 성장 과정에서 내부가 고진공으로 배기됨과 아울러 아르곤 가스와 각종 도핑 가스(질소 등)를 제공받을 수 있다.The quartz tube 40 is connected to a vacuum exhaust device (not shown) and an inner gas flow rate controller so that the inside of the quartz tube 40 is evacuated to a high vacuum during the single crystal growth process, and argon gas and various doping gases (nitrogen, etc.) can be supplied.

단열재(20)는 석영관(40) 내부에서 도가니(10)를 감싸며 설치된다. 단열재(20)는 도가니(10)의 온도를 결정 성장 온도로 유지한다. 단열재(20) 상, 하부에는 예를 들어 파이로메터(pyrometer)로 반응기 표면의 온도를 측정할 수 있도록 측정구멍(22,24)이 형성될 수 있다. 이에, 석영관(40)으로 공급된 가스는 단열재(20)의 기공을 통해 내부로 투과되어 반응기와 접촉된다.The heat insulating material 20 is installed in the quartz tube 40 so as to surround the crucible 10. The heat insulator 20 maintains the temperature of the crucible 10 at the crystal growth temperature. Measurement holes 22 and 24 can be formed on the upper and lower surfaces of the heat insulating material 20 to measure the temperature of the surface of the reactor with a pyrometer, for example. Thus, the gas supplied to the quartz tube (40) passes through the pores of the heat insulating material (20) and is in contact with the reactor.

도가니(10)는 그 내부에 단결정을 제조하기 위한 혼합물(원료)과 종자정(32)을 수용한다.
The crucible 10 houses therein a mixture (raw material) and a seed crystal 32 for producing a single crystal.

이와 같은 탄화규소 단결정 제조 장치를 이용한 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법에 대해 이하에서 설명한다. A method of producing a semi-insulating silicon carbide single crystal using such a silicon carbide single crystal producing apparatus will be described below.

본 발명의 일 실시예에 따른 반절연 탄화규소 단결정을 제조하는 방법은, 도 2에 도시한 바와 같이, 도가니(10) 내에 탄소원 및 규소원을 포함하는 혼합물을 공급하는 단계(S10) 및 혼합물을 가열하는 단계(S20)를 포함한다.
As shown in FIG. 2, a method of manufacturing a semi-insulating silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention includes: (S10) supplying a mixture containing a carbon source and a silicon source into a crucible 10; And heating (S20).

각 단계를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다. Each step is described in more detail as follows.

우선 도가니(10) 내에 혼합물을 공급하는 단계(S10)를 설명한다. 혼합물은 규소원(Si source) 및 탄소원(C source)을 포함하며, 이들을 균일하게 혼합하여 혼합물을 형성한다.First, a step S10 of supplying the mixture into the crucible 10 will be described. The mixture contains a Si source and a C source, which are uniformly mixed to form a mixture.

이때 혼합물은 도핑 기체를 더 포함할 수 있다. 도핑 기체인 질소계 기체는 도가니(10) 내에 30 내지 60 ppm로 포함될 수 있다. 질소계 기체의 농도가 60 ppm보다 크게 되면 반절연 탄화규소 단결정 성장 시 질소가 지속적으로 공급되어 단결정 내의 질소 농도가 상당할 수 있으며 30ppm보다 적게 되면 결정다형(polytype) 제어가 어려워 기판의 품질이 저하될 수 있기 때문이다. Wherein the mixture may further comprise a doping gas. The nitrogen-based gas as the doping gas may be contained in the crucible 10 at 30 to 60 ppm. When the concentration of nitrogen gas is greater than 60 ppm, nitrogen is continuously supplied during the growth of semi-insulated silicon carbide single crystal, and the nitrogen concentration in the single crystal may be considerable. When the concentration of nitrogen gas is less than 30 ppm, it is difficult to control the polytype, It can be.

한편, 도핑 기체는 일례로써 질소(N2) 가스 또는 암모니아(NH3) 가스를 포함할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 질소를 포함하는 다양한 가스를 포함할 수 있다. On the other hand, the doping gas may include, for example, nitrogen (N 2 ) gas or ammonia (NH 3 ) gas. However, the embodiment is not limited thereto, and may include various gases including nitrogen.

규소원은 규소를 제공할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 규소원은 실리카졸, 이산화규소, 미세 실리카 및 석영 분말 등일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 규소 포함하는 유기 규소 화합물을 규소원으로 사용할 수 있다.The silicon source may comprise various materials capable of providing silicon. For example, the silicon source may be silica sol, silicon dioxide, fine silica, quartz powder, and the like. However, the present invention is not limited thereto, and an organic silicon compound containing silicon may be used as a silicon source.

탄소원은 고체 탄소원 또는 유기 탄소 화합물을 포함할 수 있다. 고체 탄소원은 카본 블랙(carbon black), 카본 나노 튜브(carbon nano tube, CNT), 풀러렌(fullerene,C60) 등일 수 있다. 유기 탄소 화합물로는 페놀(phenol) 수지, 프랑(franc) 수지, 자일렌(xylene) 수지, 폴리이미드 (polyimide), 폴리우레탄(polyunrethane), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 셀룰로오스(cellulose), 제당, 피치(pitch), 타르(tar) 등일 수 있다.The carbon source may comprise a solid carbon source or an organic carbon compound. The solid carbon source may be carbon black, carbon nano tube (CNT), fullerene (C60), or the like. Examples of the organic carbon compound include phenol resin, franc resin, xylene resin, polyimide, polyunrethane, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol Cellulose, sugar, pitch, tar, and the like.

이러한 탄소원 및 규소원은 용매를 이용한 습식 혼합 공정, 또는 용매를 이용하지 않은 건식 혼합 공정으로 혼합할 수 있다. 이때, 습식 혼합 공정에 의하면 탄소원과 규소원을 응집할 수 있어 생산성을 향상할 수 있다. 그리고 건식 혼합 공정에 의하면 용매 사용에 따른 비용 및 오염 문제를 방지할 수 있으며, 탄화 공정 등을 생략할 수 있어 공정을 단순화할 수 있다.The carbon source and the silicon source may be mixed by a wet mixing process using a solvent or a dry mixing process using no solvent. At this time, according to the wet mixing process, the carbon source and the silicon source can be coagulated, and the productivity can be improved. According to the dry mixing process, it is possible to prevent the cost and pollution problems due to the use of the solvent, and the carbonization process and the like can be omitted, thereby simplifying the process.

이러한 규소원 및 탄소원은 볼 밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition bill) 등의 방법으로 혼합하여 혼합 분말을 회수한다. 혼합 분말은 체(sieve)에 의해 걸려져서 회수될 수 있다. These silicon sources and carbon sources are mixed by a method such as ball mill, attrition bill or the like to recover the mixed powder. The mixed powder can be recovered by being caught by a sieve.

규소원 및 탄소원은 일정한 질량 비율로 혼합될 수 있다. 예를 들어, 규소원에 포함된 규소에 대한 탄소원에 포함된 탄소의 몰(mole)비(이하 "규소에 대한 탄소의 몰비")는 약 1:1.5 내지 1:3 일 수 있다. 규소에 대한 탄소의 몰비가 3을 초과하는 경우에는 탄소의 양이 많아 반응에 참여하지 않고 잔류하는 잔류 탄소의 양이 많아져서 회수율을 저하시킬 수 있다. 그리고 규소에 대한 탄소의 몰비가 1.5 미만인 경우에는 규소의 양이 많아 반응에 참여하지 않고 잔류하는 잔류 규소의 양이 많아져서 회수율을 저하시킬 수 있다. 즉 상기 규소에 대한 탄소의 몰비는 회수율을 고려하여 결정된 것이다.The silicon source and carbon source may be mixed at a constant mass ratio. For example, the mole ratio of carbon contained in the carbon source to silicon contained in the silicon source (hereinafter referred to as "mole ratio of carbon to silicon") may be about 1: 1.5 to 1: 3. When the molar ratio of carbon to silicon is more than 3, the amount of carbon is so large that the amount of residual carbon remaining does not participate in the reaction and the recovery rate may be lowered. When the molar ratio of carbon to silicon is less than 1.5, the amount of residual silicon remaining in the reaction does not participate in the reaction due to a large amount of silicon, which may reduce the recovery rate. That is, the molar ratio of carbon to silicon is determined in consideration of the recovery rate.

규소원이 반응 단계의 고온에서 기체 상태로 휘발되는 것을 고려하면, 규소에 대한 탄소의 몰 비는 약 1.8 내지 약 2.7로 할 수 있다.
Considering that the silicon source is volatilized in the gaseous state at the high temperature of the reaction step, the molar ratio of carbon to silicon can be from about 1.8 to about 2.7.

다음, 종자정(32)이 결합된 도가니(10)를 장치(100) 내로 인입 시키고, 1000℃ 미만의 온도와 진공 압력으로 2 시간 내지 3시간 동안 가열하여 도가니(10)에 포함된 불순물을 제거한다.
Next, the crucible 10 to which the seed crystal 32 is coupled is drawn into the apparatus 100 and heated at a temperature of less than 1000 ° C. and a vacuum pressure for 2 hours to 3 hours to remove impurities contained in the crucible 10 do.

그 다음 탄화규소 단결정의 제조 장치에 대해 순화 처리 공정을 실시한다. 순화 처리 공정을 통해서 도가니(10)나 단열재(20)에 남아있는 공기를 제거할 수 있다. Then, the apparatus for producing a silicon carbide single crystal is subjected to a purification treatment process. The air remaining in the crucible 10 and the heat insulating material 20 can be removed through the purification process.

구체적으로 도가니(10) 및 단열재(20)를 아르곤(Ar) 가스 등의 불활성 가스 분위기로 퍼징(purging)할 수 있다. 상기 퍼징 공정은 2회 내지 3회 반복될 수 있다.
Concretely, the crucible 10 and the heat insulating material 20 can be purged into an inert gas atmosphere such as argon (Ar) gas or the like. The purging process may be repeated two to three times.

이어서, 혼합물을 가열하는 단계(S20)에서 도가니(10) 내에 장입된 상기 혼합물을 가열한다. Then, the mixture charged in the crucible 10 is heated in step S20 of heating the mixture.

도가니(10) 내의 압력은 대기압으로 형성하고, 가열 수단을 이용하여 도가니 내의 온도를 2000℃ 내지 2400℃ 로 가열한다. 여기서, 대기압을 유지하는 이유는 단결정 성장 초기에 원하지 않는 결정 다형의 발생을 방지하기 위함이다. 따라서 대기압을 유지하면서 혼합물을 성장 온도까지 승온시킨다.
The pressure in the crucible 10 is set at atmospheric pressure, and the temperature in the crucible is heated to 2000 to 2400 占 폚 using a heating means. Here, the reason why the atmospheric pressure is maintained is to prevent the generation of undesired crystal polymorphism at the initial stage of single crystal growth. Thus, the mixture is heated to the growth temperature while maintaining atmospheric pressure.

다음 도가니(10) 내의 압력이 1 torr 내지 15 torr로 감압된 상태(성장 압력)가 되도록 제어한다. 이와 같은 도가니(10) 내부 조건이 만족되는 경우, 상기 혼합물은 승화되고 단결정을 성장시킨다. So that the pressure in the next crucible 10 is reduced to 1 torr to 15 torr (growth pressure). When the internal conditions of the crucible 10 are satisfied, the mixture is sublimed and a single crystal is grown.

이와 같은 조건의 도가니(10) 내부에서 탄소/규소의 함량비는 약 0.32 내지 0.36일 수 있다. The carbon / silicon content ratio in the crucible 10 under the above conditions may be about 0.32 to 0.36.

이와 같은 함량비를 가지는 경우 반절연성을 가지는 탄화규소 단결정의 성장이 용이하기 때문이다. 다시 말해, 반절연 탄화규소 단결정이 포함하는 질소의 함유량을 저하시킬 수 있다. This is because it is easy to grow a silicon carbide single crystal having a semi-insulating property with such a content ratio. In other words, the content of nitrogen contained in the semi-insulating silicon carbide single crystal can be lowered.

또한 도가니(10) 내의 수직 방향 온도 구배는 약 3 도(℃)/cm 이하일 수 있다. 수직 방향 온도 구배란 도가니(10) 내에서 종자정(32)과 혼합물 사이에 해당하는 공간에 대한 온도 구배를 의미한다. 즉, 상기 공간에서 수직 방향 온도 구배는 약 3 도(℃)/cm 이하일 수 있다. Further, the temperature gradient in the vertical direction in the crucible 10 may be about 3 degrees (C) / cm or less. The vertical temperature gradient refers to the temperature gradient for the space between the seed crystal 32 and the mixture in the crucible 10. That is, the temperature gradient in the vertical direction in the space may be about 3 degrees Celsius / cm or less.

이와 같이 낮은 온도 구배를 가지는 경우, 상기 공간에 위치하는 승화 상태의 탄소/규소의 함량이 균일하고, 이를 통해 반절연성을 가지는 탄화규소 단결정의 성장이 용이하기 때문이다. 특히 최종 탄화규소 단결정이 포함하는 질소 함유량을 저하시킬 수 있다. In the case of having such a low temperature gradient, the carbon / silicon content in the sublimation state located in the space is uniform, and the growth of the silicon carbide single crystal having semi-insulation properties is facilitated. In particular, the nitrogen content of the final silicon carbide single crystal can be lowered.

본 명세서는 일 실시예에 따라 혼합물과 동시에 공급되는 도핑 기체에 대해 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 공정 중 질소계 기체를 투입하는 추가 공정도 가능함은 물론이다.
Although the present disclosure has been described with respect to a doping gas that is supplied simultaneously with a mixture according to an embodiment, it is needless to say that an additional process of introducing a nitrogen gas into the process is also possible.

이하에서는 도 3을 참조하여 반절연 탄화규소 단결정의 성장 시 도가니 내부의 특성을 나타낸 그래프이다. Hereinafter, referring to FIG. 3, there is a graph showing the characteristics of the inside of the crucible when the semi-insulating silicon carbide single crystal is grown.

도 3을 참조하면 도가니 내부의 온도가 증가할수록 탄소/규소 함량비가 증가함을 알 수 있다. 이는 상대적 저온에서 탄소의 증기압이 규소의 증기압 보다 낮기 때문이다. 따라서 온도가 상승할수록 탄소의 증기압이 커지는바, 탄소/규소의 함량비가 커진다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the carbon / silicon content ratio increases as the temperature inside the crucible increases. This is because the vapor pressure of carbon at lower temperatures is lower than the vapor pressure of silicon. Therefore, as the temperature increases, the vapor pressure of carbon becomes larger, and the carbon / silicon content ratio becomes larger.

또한 혼합물과 종자정 사이의 수직 온도 구배의 경우, 탄소/규소 함량비가 증가할수록 감소하는 것을 알 수 있다. 즉 온도가 높을수록 탄소/규소의 승화량이 증가하고 이를 통해 확산에 의한 농도가 높아지므로 수직 온도 구배가 감소함을 나타내는 것이다.
It can also be seen that the vertical temperature gradient between the mixture and the seed crystal decreases with increasing carbon / silicon content ratio. That is, the higher the temperature, the higher the sublimation amount of carbon / silicon, and the higher the concentration due to diffusion, the lower the vertical temperature gradient.

종자정 온도 (℃)Seed temperature (℃) 압력 (torr)Pressure (torr) 수직 방향 온도 구배 (℃/cm)Vertical temperature gradient (° C / cm) 질소 농도 (cm-3)Nitrogen concentration (cm-3) 실험예 1Experimental Example 1 22002200 1~151 to 15 1111 6 X 1017 6 X 10 17 실험예 2Experimental Example 2 22502250 1~151 to 15 77 2 X 1017 2 X 10 17 실험예 3Experimental Example 3 23002300 1~151 to 15 33 0.5 X 1017 0.5 X 10 17

표 1은 도 3에 도시한 온도, 함량 비 등을 기초로 하여 단결정 내 질소 농도를 나타낸 것이다. Table 1 shows the nitrogen concentration in the single crystal based on the temperature, content ratio and the like shown in Fig.

표 1 및 도 3을 참조하면, 도가니 내부 온도가 높아질수록 탄화규소 단결정 기판 내의 질소 농도가 낮아짐을 알 수 있었다. 일반적인 전도성 기판이 질소를 1018 내지 1019 정도 포함하는 것을 참고할 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면 도가니 내의 수직 방향 온도 구배, 탄소/규소 함량비 등의 제어를 통해 0.5 X 1017 수준의 질소 농도를 가지는 탄화규소 단결정 기판을 제공할 수 있음을 확인하였다. 즉, 기존에 비해 낮은 질소 농도를 가지는 단결정 기판의 제공이 가능하고 이는 기판의 저항값이 상대적으로 높음을 의미한다. 즉 고저항값을 가지며 반절연성이 우수한 기판을 제공할 수 있다.
Referring to Table 1 and FIG. 3, it can be seen that as the internal temperature of the crucible becomes higher, the nitrogen concentration in the silicon carbide single crystal substrate becomes lower. According to one embodiment of the present invention, when a general conductive substrate contains about 10 18 to 10 19 nitrogen, a nitrogen concentration of 0.5 X 10 < 17 > is obtained by controlling the vertical temperature gradient in the crucible, the carbon / silicon content ratio, It is possible to provide a silicon carbide single crystal substrate having a high crystallinity. That is, it is possible to provide a single crystal substrate having a lower nitrogen concentration than the conventional one, which means that the resistance value of the substrate is relatively high. That is, it is possible to provide a substrate having a high resistance value and an excellent semi-insulation property.

정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 단결정의 제조 방법은 탄소/규소의 함량비, 도가니 내의 수직 온도 구배 등의 조건을 제어하여 질소 함량이 낮은 단결정을 제공할 수 있다.
In summary, the method of producing a silicon carbide single crystal according to an embodiment of the present invention can provide a single crystal having a low nitrogen content by controlling conditions such as a carbon / silicon content ratio and a vertical temperature gradient in a crucible.

이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments may be modified and implemented. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

10 : 도가니
20 : 단열재
32 : 종자정
40 : 석영관
42 : 가열수단10: Crucible
20: Insulation
32: seed seed
40: quartz tube
42: Heating means

Claims (10)

탄화규소 단결정의 성장을 위해 물리적 기상 수송법(Physical Vapor Transport, PVT) 법을 사용하는 탄화규소 단결정의 제조 방법에서,
도가니 내에 탄소원 및 규소원을 포함하는 혼합물을 공급하는 단계, 및
상기 혼합물을 가열하는 단계를 포함하고,
상기 도가니를 가열하는 단계 이후의 상기 도가니 내의 수직 방향의 온도 구배는 3 도(℃)/cm 이하인 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법. In a method of manufacturing a silicon carbide single crystal using a physical vapor transport (PVT) method for growing a silicon carbide single crystal,
Supplying a mixture comprising a carbon source and a silicon source in a crucible, and
And heating the mixture,
Wherein the temperature gradient in the vertical direction in the crucible after the step of heating the crucible is not more than 3 degrees (占 폚) / cm. 제1항에서,
상기 혼합물은 도핑 기체를 더 포함하며, 상기 도핑 기체의 함량은 30 내지 60 ppm 인 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법. The method of claim 1,
Wherein the mixture further comprises a doping gas, and the content of the doping gas is 30 to 60 ppm. 제2항에서,
상기 도핑 기체는 질소계 기체인 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the doping gas is a nitrogen-based gas. 제1항에서,
상기 도가니 내부 탄소/규소의 함량비는 0.32 내지 0.36인 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법. The method of claim 1,
Wherein the content ratio of carbon / silicon in the crucible is 0.32 to 0.36. 제1항에서,
상기 도가니 내에 불활성 기체를 주입하는 단계, 및
상기 불활성 기체를 이용하여 퍼징(purging)하는 단계를 더 포함하는 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법. The method of claim 1,
Injecting an inert gas into the crucible, and
Further comprising the step of purging the silicon carbide with the inert gas. 제1항에서,
상기 도가니를 가열하는 단계에서,
상기 도가니 내의 온도는 2000도(℃) 내지 2400도(℃)이고, 상기 도가니 내의 압력은 대기압인 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법. The method of claim 1,
In the step of heating the crucible,
Wherein the temperature in the crucible is in the range of 2000 ° C to 2400 ° C, and the pressure in the crucible is the atmospheric pressure. 제6항에서,
상기 도가니 내의 압력을 1 torr 내지 50 torr로 감압하는 단계를 더 포함하는 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법. The method of claim 6,
Further comprising reducing the pressure in the crucible to 1 torr to 50 torr. 제1항에서,
바나듐을 도핑하지 않는 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법. The method of claim 1,
Method of manufacturing semi - insulating silicon carbide single crystal not doped with vanadium. 제1항 내지 제8항의 반절연 탄화규소 단결정의 제조 방법을 사용하여 제조한 반절연 탄화규소 단결정. A semi-insulating silicon carbide single crystal produced by the method of manufacturing the semi-insulating silicon carbide single crystal of any one of claims 1 to 8. 제9항에서,
상기 탄화규소 단결정이 포함하는 질소 농도는 1017 /cm3이하인 탄화규소 단결정. The method of claim 9,
Wherein the silicon carbide single crystal has a nitrogen concentration of 10 < 17 > / cm < 3 > or less.
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