KR101418004B1 - The etching method of silicon carbide by oxidizing agent additive molten salt - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산화제가 첨가된 에천트를 이용한 고농도 실리콘카바이드 에칭방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수산화칼륨, 과산화나트륨, 과산화칼륨 혼합염을 에천트로 이용하여 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면에 대한 비등방성 에칭을 강화하여, 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면결함을 용이하게 분석할 수 있는 산화제가 첨가된 에천트를 이용한 고농도 실리콘카바이드 에칭방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high-concentration silicon carbide etching method using an etchant to which an oxidizing agent is added, and more particularly, to a method for etching a high concentration silicon carbide using a mixed salt of potassium hydroxide, sodium peroxide and potassium peroxide as an etchant, Density silicon carbide etching method using an etchant to which an oxidizing agent capable of easily analyzing surface defects of heavily-doped silicon carbide is enhanced by enhancing isotropic etching.
일반적으로, 실리콘 카바이드는 우수한 물리적 강도와 높은 절연 파괴전압, 높은 열전도도, 높은 전자 포화 속도를 가지고 있어 전력 소자에 적합한 재료이다.In general, silicon carbide is a suitable material for power devices because of its excellent physical strength, high dielectric breakdown voltage, high thermal conductivity, and high electron saturation rate.
좁은 에너지갭 (bandgap)을 갖는 실리콘과 비교하여 10배 이상의 절연 파괴전압을 가지기 때문에 1/10배의 실리콘 카바이드 단결정 두께로 동일한 소자를 제작할 수 있다. Because it has an insulation breakdown voltage of 10 times or more as compared to silicon with a narrow energy bandgap, the same device can be fabricated with a silicon carbide single crystal thickness of 1/10 times.
전력회로에 실리콘 카바이드 단극 소자를 적용할 경우 빠른 스위칭 속도를 얻을 수 있어 양극 소자에 비해 스위칭 손실을 줄일 수 있다. 또한 실리콘 카바이드의 높은 열전도도로 인해 저항 및 스위칭 손실로부터 발생하는 열을 빠르게 확산시켜 소자의 성능을 높을 수 있다. When a silicon carbide single-pole device is applied to a power circuit, a fast switching speed can be obtained, thereby reducing switching loss compared to a bipolar device. In addition, the high thermal conductivity of silicon carbide allows rapid dissipation of heat resulting from resistance and switching losses, thereby enhancing device performance.
통상, 실리콘 카바이드 결정은 1000~2700℃ 이상의 영역에 걸쳐 다양한 결정 구조가 존재하게 된다. 3C, 4H, 6H, 15R 등이 대표적으로 안정한 결정구조이며, 이외에도 200여종이 넘는 구조가 존재한다. 상기의 결정들은 성장 시 필요한 압력 및 온도 등의 제어가 쉽지 않아 재현성을 구현하는데 문제가 있으며, 결정의 주요한 결함으로 알려져 있는 마이크로파이프(micropipe, MP), 면결함(planar defect), 디스코케이션(dislocation), 카본인클루젼(carbon inclusion) 등의 생성은 실리콘 카바이드를 사용하는데 큰 문제로 인식되고 있다. Generally, silicon carbide crystals have various crystal structures over a range of 1000 to 2700 DEG C or more. 3C, 4H, 6H, 15R and the like are typically stable crystal structures, and there are more than 200 kinds of structures. The above crystals are difficult to control the pressure and temperature required for growth and thus cause reproducibility. Micropipes (MP), planar defects, dislocation ), Carbon inclusion and the like are recognized as a serious problem in using silicon carbide.
특히 MP 같은 결함은 전자의 이동도를 감소시켜 “killer defect”로 불려질 정도로 소자에 좋지 않는 영향을 미친다. In particular, defects such as MPs have a negative effect on the device to such an extent that it reduces the mobility of electrons and is called a "killer defect".
그래서 반도체 성장용 실리콘 카바이드는 낮은 결함 밀도를 가지는 단결정을 필요로 한다. 실리콘 카바이드 벌크 결정 표면의 결함 밀도는 지속적으로 감소하고 있지만, 상대적으로 높은 결함 밀도가 여전히 나타나고 있으며, 이를 완전히 제거하는 것도 어려운 것으로 밝혀져 왔다. 실리콘 카바이드를 이용한 소자의 성능을 제한하거나, 소자로서 사용할 수 없게 하는 결함은 결함 분석 방법을 통하여 분석이 가능하다. Thus, silicon carbide for semiconductor growth requires a single crystal having a low defect density. Although the defect density of the silicon carbide bulk crystal surface is steadily decreasing, relatively high defect densities are still present and it has been found difficult to completely eliminate it. Defects that limit the performance of a device using silicon carbide or make it unusable as an element can be analyzed through a defect analysis method.
실리콘 카바이드의 결함 분석 방법 중 고온의 용융염(molten salt)을 이용하여 실리콘 카바이드를 에칭하는 방법이 주로 사용된다. 용융염을 이용한 에칭은 주로 900℃ ~ 1000℃의 높은 온도에서 일어난다. Among silicon carbide defect analysis methods, a method of etching silicon carbide using a molten salt at a high temperature is mainly used. Etching with molten salt occurs mainly at high temperatures of 900 캜 to 1000 캜.
수산화칼륨(KOH) 염이 가장 널리 사용되는 에천트(etchant)로, 이 물질은 500℃ ~ 600℃의 비교적 낮은 온도에서 실리콘 카바이드를 에칭할 수 있는 물질이다. 에칭 후 에치 피트(etch pit)의 형태와 크기 분포로 결함의 종류를 구별할 수 있다.Potassium hydroxide (KOH) salt is the most widely used etchant, which is a material capable of etching silicon carbide at a relatively low temperature of 500 ° C to 600 ° C. The types and types of defects can be distinguished by the shape and size distribution of the etch pits after etching.
상기에서 설명한 바와 같이, 수산화칼륨(potassium hydroxide, KOH) 염은 가장 널리 사용되는 에천트(etchant)로써, 이 물질은 500~600℃의 비교적 낮은 온도에서 실리콘 카바이드를 에칭할 수 있는 물질이다. As described above, potassium hydroxide (KOH) salt is the most widely used etchant, which is a material capable of etching silicon carbide at a relatively low temperature of 500 to 600 ° C.
에칭 후 관찰되는 에치 피트의 형태와 크기 분포로 결함 종류를 분류하게 된다. 수산화칼륨을 이용한 실리콘 카바이드의 에칭은 낮은 농도로 도핑된 실리콘 카바이드 에피 층(epi layer)에서는 결함을 효율적으로 분석할 수 있다. 결함의 종류에 따라 에치 피트의 크기와 형태가 다르게 나타나 결함의 분석이 가능하다. The types of defects are classified by the shape and size distribution of etch pits observed after etching. Etching of silicon carbide with potassium hydroxide can efficiently analyze defects in a low doped silicon carbide epi layer. The size and shape of the etch pits differ depending on the types of defects, and it is possible to analyze defects.
하지만 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 경우 수산화칼륨을 이용한 에칭을 하여도 결함의 종류 및 구별이 용이하지 않다. 육각형 형태의 에치 피트의 관찰이 어려울 뿐 아니라, 그 크기도 연속적이라 결함의 종류를 구별하기가 어렵다는 문제점이 있다.However, in the case of heavily doped silicon carbide, it is not easy to sort and distinguish defects even if etching is performed using potassium hydroxide. There is a problem that it is difficult to observe the hexagonal etch pit, and since the size is also continuous, it is difficult to distinguish kinds of defects.
따라서 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수산화칼륨 염에, 불안전한 구조를 가지면서 에천트에 산소를 원활히 공급할 수 있는 물질인 과산화나트륨(sodium peroxide, Na2O2)과 과산화칼륨(potassium superoxide, KO2)염을 혼합하여 에천트를 형성시키고, 이를 이용하여 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면에 대한 비등방성 에칭을 강화하여, 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면결함을 용이하게 분석할 수 있는 산화제가 첨가된 에천트를 이용한 고농도 실리콘카바이드 에칭방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a sodium hydroxide, sodium peroxide (Na 2 O 2) , which is a substance capable of supplying oxygen to an etchant while having an unstable structure, ) And potassium superoxide (KO 2 ) salt were mixed to form an etchant, which was used to reinforce the anisotropic etching on the surface of heavily doped silicon carbide to facilitate the surface defects of heavily doped silicon carbide The present invention provides a high-concentration silicon carbide etching method using an etchant to which an oxidizing agent is added.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수산화칼륨, 과산화나트륨, 과산화칼륨으로 구성된 에천트를 도가니에 수용시키는 제1단계와; 상기 제1단계의 에천트를 가열로내에서 용융시키는 제2단계와; 상기 제2단계를 거친 용융된 에천트에 고농도 실리콘 카바이드 기판을 침지시켜 450℃ 내지 660℃의 온도에서 에칭시키는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 에칭된 실리콘 카바이드를 냉각시키고 세척하는 제4단계;를 포함하여 구성되는 산화제가 첨가된 에천트를 이용한 고농도 실리콘카바이드 에칭방법을 기술적 요지로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a crucible, comprising: a first step of accommodating an etchant composed of potassium hydroxide, sodium peroxide, and potassium peroxide in a crucible; A second step of melting the etchant in the first step in a heating furnace; A third step of immersing the high-concentration silicon carbide substrate in a molten etchant that has undergone the second step and etching the silicon carbide substrate at a temperature of 450 ° C to 660 ° C; And a fourth step of cooling and cleaning the silicon carbide etched in the third step. The present invention also provides a method of etching a silicon carbide with a high concentration using an etchant to which an oxidant is added.
여기서, 상기 에천트는 수산화칼륨 100중량부에 과산화나트륨 10 내지 40중량부, 과산화칼륨 1 내지 20중량부가 혼합되는 것이 바람직하다. The etchant preferably contains 10 to 40 parts by weight of sodium peroxide and 1 to 20 parts by weight of potassium peroxide in 100 parts by weight of potassium hydroxide.
그리고, 상기 제2단계의 용융은 450℃ 내지 660℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. It is preferable that the melting in the second step is performed at a temperature of 450 ° C to 660 ° C.
이에 따라, 수산화칼륨 염에, 불안전한 구조를 가지면서 에천트에 산소를 원활히 공급할 수 있는 물질인 과산화나트륨(sodium peroxide, Na2O2)과 과산화칼륨(potassium superoxide, KO2)염을 혼합하여 에천트를 형성시키고, 이를 이용하여 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면에 대한 비등방성 에칭을 강화하여, 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면결함을 용이하게 분석할 수 있는 이점이 있다. Accordingly, sodium peroxide (Na 2 O 2 ) and potassium superoxide (KO 2 ) salts, which are substances capable of supplying oxygen to the etchant while having an unsafe structure, are mixed with the potassium hydroxide salt An anisotropic etching on the surface of the heavily doped silicon carbide is enhanced by using the etchant and the surface defect of the heavily doped silicon carbide can be easily analyzed.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 수산화칼륨 염에, 불안전한 구조를 가지면서 에천트에 산소를 원활히 공급할 수 있는 물질인 과산화나트륨(sodium peroxide, Na2O2)과 과산화칼륨(potassium superoxide, KO2)염을 혼합하여 에천트를 형성시키고, 이를 이용하여 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면에 대한 비등방성 에칭을 강화하여, 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면결함을 용이하게 분석할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, there is provided a process for producing a potassium hydroxide salt, which comprises mixing sodium peroxide (Na 2 O 2 ) and potassium superoxide (KO 2 ), which are substances capable of supplying oxygen to an etchant while having an unstable structure, 2 ) salt is mixed to form an etchant. By using this, the anisotropic etching on the surface of the heavily doped silicon carbide is strengthened, and surface defects of the heavily doped silicon carbide can be easily analyzed.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수산화 칼륨에 과산화나트륨과 과산화칼륨을 첨가하여 제조한 에천트를 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에치 피트의 면적에 따른 에치 피트의 개수 분포를 나타낸 도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수산화 칼륨에 과산화나트륨과 과산화칼륨을 첨가하여 제조한 에천트를 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에치 피트 형태의 광학 현미경 사진을 나타낸 도이고,
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 수산화칼륨을 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에치 피트의 크기에 따른 에치 피트의 개수 분포를 나타낸 도이고,
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 수산화칼륨을 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에치 피트 형태의 광학 현미경 사진을 나타낸 도이다. FIG. 1 is a view showing the number distribution of etch pits according to the area of heavily doped silicon carbide etch pits etched using an etchant prepared by adding sodium peroxide and potassium peroxide to potassium hydroxide according to an embodiment of the present invention ,
FIG. 2 is an optical microphotograph of a highly doped silicon carbide etch pit pattern etched using an etchant prepared by adding sodium peroxide and potassium peroxide to potassium hydroxide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing the number distribution of etch pits according to the size of heavily doped silicon carbide etch pits etched using potassium hydroxide according to a comparative example of the present invention.
4 is a photomicrograph of a heavily doped silicon carbide etch pit pattern etched using potassium hydroxide according to a comparative example of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수산화 칼륨에 과산화나트륨과 과산화칼륨을 첨가하여 제조한 에천트를 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에치 피트의 면적에 따른 에치 피트의 개수 분포를 나타낸 도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수산화 칼륨에 과산화나트륨과 과산화칼륨을 첨가하여 제조한 에천트를 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에치 피트 형태의 광학 현미경 사진을 나타낸 도이고, 도 3은 본 발명의 비교예에 따른 수산화칼륨을 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에치 피트의 크기에 따른 에치 피트의 개수 분포를 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명의 비교예에 따른 수산화칼륨을 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에치 피트 형태의 광학 현미경 사진을 나타낸 도이다.FIG. 1 is a view showing the number distribution of etch pits according to the area of heavily doped silicon carbide etch pits etched using an etchant prepared by adding sodium peroxide and potassium peroxide to potassium hydroxide according to an embodiment of the present invention , FIG. 2 is an optical microscope photograph of a highly doped silicon carbide etch pit type etched using an etchant prepared by adding sodium peroxide and potassium peroxide to potassium hydroxide according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 FIG. 4 is a graph showing the number distribution of etch pits according to the size of heavily doped silicon carbide etch pits etched using potassium hydroxide according to a comparative example of the present invention. Lt; / RTI > shows an optical microscope photograph of a highly doped silicon carbide etch pit in the form of an etched silicon wafer.
통상, 실리콘 카바이드의 결함 분석을 위한 에칭에서는 표면의 결함을 선택적으로 에칭하는 비등방성(anisotropic etching) 에칭이 일어나야 한다. 실리콘 카바이드의 습식 에칭 원리는 전기화학적 에칭(electrochemical etching)과 화학적 에칭(chemical etching) 두 가지로 나누어진다. 전기화학적 에칭은 외부의 전압 소스나, 전해질 또는 빛에너지(photo-assisted)에 의해 생성된 홀이 실리콘 카바이드 표면의 산화반응에 참여하는 것으로 등방성 에칭(isotropic etching)을 일으킨다.Typically, in an etch for silicon carbide defect analysis, anisotropic etching must be performed to selectively etch defects on the surface. The wet etching principle of silicon carbide is divided into electrochemical etching and chemical etching. Electrochemical etching causes isotropic etching in which holes generated by an external voltage source, an electrolyte or photo-assisted participate in the oxidation reaction of the silicon carbide surface.
화학적 에칭은 실리콘 카바이드의 표면의 결합이 깨지면서 표면산화가 일어나고 연속적으로 산화막의 에칭이 일어난다. 화학적 에칭에 의해서는 비등방성 에칭이 일어나는 것으로 알려져 있다. The chemical etching breaks bonding of the surface of silicon carbide, causing surface oxidation and etching of the oxide film continuously. It is known that anisotropic etching occurs by chemical etching.
실리콘 카바이드의 결함은 결정 성장 시 스트레인(strain)이나 구조적 결함 (dislocation 또는 vacancy)에 의한 것으로 이곳에 가해지는 스트레인을 최소화 하려는 경향이 있다. 그래서 결함이 있는 부분은 없는 곳에 비해 결합이 쉽게 끊어지게 되고 다른 곳에 비해 산화가 빠르게 일어난다. Silicon carbide defects are due to strain or dislocation or vacancy during crystal growth and tend to minimize strain applied thereto. Thus, the bond is easily broken and the oxidation occurs more rapidly than in the other places, as compared with the place where there is no defective part.
고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 결함 분석을 위해서는 화학적 에칭을 강화시킬 수 있는 새로운 에천트가 필요하다. Defect analysis of heavily doped silicon carbide requires a new etchant that can enhance chemical etching.
본 발명은 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 비등방성 에칭을 강화시키는 고농도 실리콘카바이드 에칭방법으로, 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 비등방성 에칭의 강화를 위해 수산화칼륨에 과산화나트륨과 과산화칼륨을 첨가하여 에천트를 제조한다. The present invention relates to a high concentration silicon carbide etching method for enhancing the anisotropic etching of highly doped silicon carbide by adding sodium peroxide and potassium peroxide to potassium hydroxide for enhancing the anisotropic etching of highly doped silicon carbide do.
상기 과산화나트륨과 과산화칼륨은 화학적으로 불안전한 염(unstable salt)으로 화합물 내의 결합이 쉽게 끊어져 에천트에 산화반응을 촉진시키는 산소를 효율적으로 공급하게 된다. 에칭에서 공급되는 산소의 양은 에칭 속도에 영향을 미친다. 에칭시 산소 공급 양을 조절하였을 때 산소의 공급양이 많아질수록 에칭 속도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.Sodium peroxides and potassium peroxides are chemically unstable salts that easily break the bonds in the compound and efficiently supply oxygen to the etchant to promote the oxidation reaction. The amount of oxygen supplied in the etching affects the etching rate. It can be seen that the etching rate is improved as the amount of oxygen supplied increases when the amount of oxygen supplied during etching is controlled.
수산화칼륨에 첨가되는 과산화나트륨과 과산화칼륨의 비율에 따라 실리콘 카바이드의 비등방성 에칭을 일으킬 수 있는 에천트의 제조가 가능하다. It is possible to produce an etchant which can cause anisotropic etching of silicon carbide depending on the ratio of sodium peroxide and potassium peroxide added to potassium hydroxide.
각 물질의 특성을 살펴보면, 수산화칼륨은 낮은 온도에서도 실리콘 카바이드를 에칭할 수 있는 물질로 널리 사용되는 에천트이다. 하지만 단독으로 사용될 경우 본 발명에서 해결하고자 하는 문제점인 고농도 도핑된 실리콘 카바이드에서는 에칭을 통해서는 결함의 구분은 용이하지 않다. 과산화나트륨의 경우 단독 사용 시에도 비등방성 에칭을 일으키나 역시 수산화칼륨을 다량 사용할 때 보다 에칭 온도가 높은 단점이 있다. 과산화칼륨의 경우 녹는점이 가장 높으므로 다량 첨가시 에천트를 용융시키기 위해서는 에칭 온도를 높여야 한다. As for the properties of each material, potassium hydroxide is an etchant widely used as a material capable of etching silicon carbide even at low temperatures. However, when used alone, it is difficult to distinguish defects through etching in the heavily doped silicon carbide, which is a problem to be solved by the present invention. In the case of sodium peroxide, anisotropic etching is caused even when used alone, but there is also a disadvantage that the etching temperature is higher than when using a large amount of potassium hydroxide. Since potassium peroxide has the highest melting point, it is necessary to increase the etching temperature in order to melt the cantilever in a large amount.
첨가량은 통상 수산화칼륨 100중량부에 과산화나트륨 10 내지 40중량부, 과산화칼륨 1 내지 20중량부가 혼합하는 것이 바람직하나, 과산화나트륨 100 중량부에 수산화나트륨을 10중량부 정도 첨가하더라도 유사한 결과가 도출된다. The addition amount is preferably 10 to 40 parts by weight of sodium peroxide and 1 to 20 parts by weight of potassium peroxide in 100 parts by weight of potassium hydroxide, but even if 10 parts by weight of sodium hydroxide is added to 100 parts by weight of sodium peroxide, similar results are obtained .
상기 비율로 칭량한 에천트를 에천트와 반응을 일으키지 않는 불활성 재료의 도가니에 준비한다. 도가니는 온도 조절이 가능한 로(furnace)에서 승온 준비를 한다. The etchant weighed in the above ratio is prepared in a crucible of an inert material which does not react with the etchant. The crucible is warmed up in a temperature controlled furnace.
에칭 온도는 에천트의 비율과 함께 실리콘 카바이드 에칭에 중요한 변수이다. The etch temperature is an important parameter for silicon carbide etch with the ratio of etchant.
에칭 온도가 높을수록 에칭 속도가 빠르기 때문에 적절한 에치 피트를 관찰할 수 있는 온도에서 에칭을 실시한다. 이때 에칭 온도는 450℃ 이상 660℃ 이하의 온도에서 실시한다. 에천트를 에칭 온도까지 승온시켜 충분히 용융될 수 있도록 30분 이상의 충분한 시간을 유지한다. Since the etching rate is higher as the etching temperature is higher, etching is performed at a temperature at which a proper etch pit can be observed. At this time, the etching temperature is 450 ° C or higher and 660 ° C or lower. The etchant is heated to the etching temperature and maintained for a sufficient time for more than 30 minutes so that it can be sufficiently melted.
그리고 에칭할 실리콘 카바이드 시편을 니켈 그물망(Ni mesh)에 고정하여 1분 이상 20분 이하의 시간 동안 에칭한다. 에칭한 실리콘 카바이드는 공랭한 후 세척하여 에치 피트를 관찰한다. Then, the silicon carbide specimen to be etched is fixed to a nickel mesh and is etched for 1 minute to 20 minutes or less. The etched silicon carbide is air cooled and then washed to observe etch pits.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
< 실시예 ><Examples>
고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에칭을 위한 에천트는 다음과 같이 비율로 제조하였다. The etchant for the heavily doped silicon carbide etch was prepared in the following proportions.
수산화칼륨 24g, 과산화나트륨 14g, 과산화칼륨 2g을 칭량하였다. 칭량한 에천트를 알루미나 도가니에 넣었다. 24 g of potassium hydroxide, 14 g of sodium peroxide and 2 g of potassium peroxide were weighed. A weighed etchant was placed in an alumina crucible.
상기 알루미나 도가니는 다시 구경이 더 큰 니켈 도가니에 넣고 온도조절이 가능한 로에 넣었다. The alumina crucible was again placed in a nickel crucible with a larger diameter and placed in a temperature controllable furnace.
에천트를 용융시키기 위해 로의 온도를 460℃까지 상승시켰다. 로의 온도가 460℃까지 승온 된 후에 에천트가 충분히 용해되도록 460℃를 1시간 이상 유지시켰다.The temperature of the furnace was raised to 460 ° C to melt the etchant. After the temperature of the furnace was raised to 460 占 폚, 460 占 폚 was maintained for 1 hour or more so that the etchant was sufficiently dissolved.
다음은 고농도 도핑된 실리콘 카바이드를 에칭시켜야 하는바, 0.5 × 0.5cm 크기의 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 기판을 니켈 그물망에 고정시켰다. Next, a heavily doped silicon carbide substrate of 0.5 x 0.5 cm in size was immobilized on the nickel mesh, since the heavily doped silicon carbide had to be etched.
로 속의 에천트가 담긴 도가니에 고농도 실리콘 카바이드 기판이 에천트에 충분히 담기도록 하여 460℃의 로속에서 8분간 에칭을 하였다. Concentration silicon carbide substrate was sufficiently contained in the etchant in the crucible containing the etchant in the furnace and etched for 8 minutes at a furnace speed of 460 ° C.
에칭된 고농도 도핑된 실리콘 카바이드를 2분간 공랭하고, 다시 물로 세척하였다. The etched heavily doped silicon carbide was air cooled for 2 minutes and again washed with water.
상기 에칭된 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 에치 피트(etch pits)를 광학 현미경으로 관찰하였다. Etch pits of the etched heavily doped silicon carbide were observed with an optical microscope.
관찰된 에치 피트 크기 분포와 에치 피트를 도1 및 도2에 나타내었다. Observed etch pit size distributions and etch pits are shown in Figures 1 and 2.
도1 및 도2에 나타난 바와 같이, 수산화칼륨에 과산화나트륨과 과산화칼륨을 첨가하여 제조된 에천트를 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 에치 피트의 형태는 뚜렷한 육각형을 나타내고, 비연속적인 에치 피트의 크기 분포를 관찰하였다. 도2에서 결함인 MP(micropipe), TSD(threading screw dislocation), TED(threading edge dislocation), BPD(basal plane dislocation) 등의 결함이 구분이 가능하므로, 에치 피트의 형태와 크기 분포를 통해 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 결함의 구분이 가능함을 알 수 있다.
As shown in FIGS. 1 and 2, the shape of the heavily doped silicon carbide etch pit etched using an etchant prepared by adding sodium peroxide and potassium peroxide to potassium hydroxide shows a clear hexagon, Were observed. 2, defects such as MP (micropipe), threading screw dislocation (TSD), threading edge dislocation (TED), and basal plane dislocation (BPD) can be distinguished in FIG. 2, It is possible to distinguish defects of the silicon carbide.
본 발명의 실시예에서는 에천트를 수산화칼륨에 과산화나트륨과 과산화칼륨를 혼합한 것을 사용한 것이나, 아래에 기술하는 본 발명의 비교예에서는 수산화칼만륨을 에천트로 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 에치 피트의 형태를 살펴보기로 한다.
In the embodiment of the present invention, the etchant is a mixture of sodium hydroxide and potassium peroxide in potassium hydroxide. In the comparative example of the present invention described below, etchant of heavily doped silicon carbide, which is etched using kalium hydroxide as an etchant, Let's look at the shape of the pit.
< 비교예 ><Comparative Example>
고농도 도핑된 실리콘 카바이드를 주원료인 수산화칼륨만을 이용하여 에칭하였다. Highly doped silicon carbide was etched using only potassium hydroxide as a main material.
먼저, 수산화칼륨 40g을 칭량하였다. 칭량한 에천트는 알루미나 도가니에 넣었다. 알루미나 도가니는 다시 구경이 더 큰 니켈 도가니에 넣고 온도조절이 가능한 로에 넣었다. 에천트를 용융시키기 위해 로의 온도를 460℃까지 상승시켰다. 로의 온도가 460℃까지 승온 된 후에 에천트가 충분히 용해되도록 460℃를 1시간 이상 유지시켰다. First, 40 g of potassium hydroxide was weighed. The weighed etchant was placed in an alumina crucible. The alumina crucible was again placed in a nickel crucible with a larger diameter and in a temperature controllable furnace. The temperature of the furnace was raised to 460 ° C to melt the etchant. After the temperature of the furnace was raised to 460 占 폚, 460 占 폚 was maintained for 1 hour or more so that the etchant was sufficiently dissolved.
0.5 × 0.5cm 크기의 고농도 도핑된 실리콘 카바이드 기판을 니켈 그물망에 고정시켰다. 로 속의 에천트가 담긴 도가니에 실리콘 카바이드 기판이 에천트에 충분히 담기도록 하여 460℃의 로속에서 30분간 에칭을 하였다. A 0.5 x 0.5 cm high concentration doped silicon carbide substrate was fixed to the nickel mesh. The silicon carbide substrate was etched into the crucible containing the etchant in the furnace so that the silicon carbide substrate was sufficiently contained in the etchant at a rate of 460 ° C for 30 minutes.
에칭된 실리콘 카바이드를 2분간 공랭하고 다시 물로 세척하였다. 에치 피트 (etch pits)를 광학 현미경으로 관찰하였다. The etched silicon carbide was air-cooled for 2 minutes and again washed with water. Etch pits were observed with an optical microscope.
관찰된 에치 피트 크기 분포와 에치 피트를 도 3 및 도4에 나타내었다. The observed etch pit size distribution and etch pits are shown in Figures 3 and 4.
도3, 도4에서 수산화칼륨만을 에천트로 이용하여 에칭한 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 에치 피트의 형태는 둥근 모양을 나타내며, 에치 피트의 크기 분포는 연속적으로 관찰되었다. 이는 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면에 형성된 결함의 구분이 불가능함을 의미한다.
In FIGS. 3 and 4, the etch pits of the heavily doped silicon carbide etched using only potassium hydroxide as the etchant showed a round shape, and the size distribution of etch pits was continuously observed. This means that it is impossible to distinguish defects formed on the surface of heavily doped silicon carbide.
이상에서와 같이, 수산화칼륨 염에 과산화나트륨과 과산화칼륨염을 혼합하여 에천트를 형성시키고, 이를 이용하여 고농도 도핑된 실리콘 카바이드의 표면에 대한 비등방성 에칭을 함에 의해, 에칭 후 관찰되는 에치 피트의 형태와 크기 분포로 결함 종류를 용이하게 분류함으로써 결함의 분석이 가능하다는 이점이 있다. As described above, an etchant is formed by mixing sodium peroxide and potassium peroxide in a potassium hydroxide salt, and anisotropic etching is performed on the surface of heavily doped silicon carbide using the etchant. As a result, It is possible to analyze the defects by easily classifying the defect types by the shape and size distribution.
Claims (3)
수산화칼륨 100중량부에 과산화나트륨 10 내지 40중량부, 과산화칼륨 1 내지 20중량부가 혼합됨을 특징으로 하는 산화제가 첨가된 에천트를 이용한 고농도 실리콘카바이드 에칭방법.A first step of mixing potassium hydroxide and sodium peroxide (Na 2 O 2 ) and potassium superoxide (KO 2 ) salts, which are substances capable of supplying oxygen to the etchant, into a crucible; A second step of melting the etchant in the first step in a heating furnace; A third step of immersing the high-concentration silicon carbide substrate in a molten etchant that has undergone the second step and etching the silicon carbide substrate at a temperature of 450 ° C to 660 ° C; And a fourth step of cooling and cleaning the silicon carbide etched in the third step,
10 to 40 parts by weight of sodium peroxide and 1 to 20 parts by weight of potassium peroxide are mixed with 100 parts by weight of potassium hydroxide.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190105634A (en) * | 2017-02-16 | 2019-09-17 | 신에츠 폴리머 가부시키가이샤 | Etching method |
| KR102254543B1 (en) | 2020-11-13 | 2021-05-20 | 노재호 | Chemical composition for processing silicon carbide surface |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040036713A (en) * | 2001-08-31 | 2004-04-30 | 간토 가세이 고교 가부시키가이샤 | Method of plating nonconductor product |
| JP2009147246A (en) | 2007-12-18 | 2009-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | Silicon carbide semiconductor substrate, method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate, silicon carbide semiconductor bulk crystal, method of manufacturing silicon carbide semiconductor bulk crystal, silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device |
| JP2011151317A (en) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Toyota Motor Corp | Method of detecting defect of silicon carbide single crystal |
-
2013
- 2013-01-25 KR KR1020130008740A patent/KR101418004B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040036713A (en) * | 2001-08-31 | 2004-04-30 | 간토 가세이 고교 가부시키가이샤 | Method of plating nonconductor product |
| JP2009147246A (en) | 2007-12-18 | 2009-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | Silicon carbide semiconductor substrate, method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate, silicon carbide semiconductor bulk crystal, method of manufacturing silicon carbide semiconductor bulk crystal, silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device |
| JP2011151317A (en) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Toyota Motor Corp | Method of detecting defect of silicon carbide single crystal |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190105634A (en) * | 2017-02-16 | 2019-09-17 | 신에츠 폴리머 가부시키가이샤 | Etching method |
| KR102326876B1 (en) | 2017-02-16 | 2021-11-16 | 신에츠 폴리머 가부시키가이샤 | Etching method |
| KR102254543B1 (en) | 2020-11-13 | 2021-05-20 | 노재호 | Chemical composition for processing silicon carbide surface |
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