실리콘 카바이드 결정 성장이란 무엇입니까?

SIC에 접근 | 실리콘 카바이드 결정 성장의 원리

본질적으로 결정은 어디에나 있고, 분포와 적용은 매우 광범위합니다. 다른 결정은 다른 구조, 특성 및 준비 방법을 갖는다. 그러나 그들의 일반적인 특징은 결정의 원자가 정기적으로 배열되고, 특정 구조를 갖는 격자는 3 차원 공간에서 주기적 스택을 통해 형성된다는 것이다. 따라서, 결정 재료의 출현은 일반적으로 규칙적인 기하학적 형상을 나타낸다.

실리콘 카바이드 단결정 기판 물질 (이하 SIC 기질이라고 함)은 또한 일종의 결정질 물질이다. 그것은 넓은 밴드 갭 반도체 재료에 속하며 고전압 저항, 고온 저항, 고주파, 낮은 손실 등의 장점이 있습니다. 고출력 전자 장치 및 마이크로 웨이브 RF 장치를 준비하는 기본 재료입니다.

Sic의 결정 구조

SIC는 1 : 1의 화학량 론적 비율로 탄소 및 실리콘으로 구성된 IV-IV 화합물 반도체 물질이며, 그 경도는 다이아몬드에 이어 두 번째입니다.

탄소 및 실리콘 원자는 4 개의 원자가 전자를 가지며, 이는 4 개의 공유 결합을 형성 할 수있다. SIC 결정의 기본 구조 단위 인 SIC 사면체는 실리콘과 탄소 원자 사이의 사면체 결합에서 발생한다. 실리콘 및 탄소 원자의 배위 수는 4입니다. 즉, 각각의 탄소 원자는 주위에 4 개의 실리콘 원자가 있고 각 실리콘 원자는 또한 주위에 4 개의 탄소 원자가 있습니다.

결정 재료로서, SIC 기판은 또한 원자 층의 주기적 스택의 특성을 갖는다. SI-C 규정형 층은 [0001] 방향을 따라 쌓입니다. 층 간의 결합 에너지의 작은 차이에 이르기까지, 원자 층간에 다른 연결 모드가 쉽게 생성되어 200 개 이상의 SIC 폴리 유형으로 이어집니다. 일반적인 폴리 유형은 2H-SIC, 3C-SIC, 4H-SIC, 6H-SIC, 15R-SIC 등을 포함합니다. 그 중 "ABCB"순서의 스택 시퀀스를 4H 폴리 타입이라고합니다. SIC의 다른 폴리 타입은 동일한 화학적 조성을 갖지만, 그들의 물리적 특성, 특히 밴드 갭 폭, 캐리어 이동성 및 기타 특성은 상당히 다릅니다. 4H 폴리 유형의 특성은 반도체 응용 분야에 더 적합하다.

2H-SIC

4H-SIC

6H-SIC

온도 및 압력과 같은 성장 파라미터는 성장 공정 동안 4H-SIC의 안정성에 크게 영향을 미칩니다. 따라서, 고품질 및 균일 성을 갖는 단결정 재료를 얻으려면, 제조 중에 성장 온도, 성장 압력 및 성장 속도와 같은 파라미터를 정확하게 제어해야한다.

SIC의 준비 방법 : 물리 증기 전송 방법 (PVT)

현재, 실리콘 카바이드의 제조 방법은 물리 증기 수송 방법 (PVT), 고온 화학 증기 증착 방법 (HTCVD) 및 액체 상 방법 (LPE)이다. PVT는 산업 대량 생산에 적합한 주류 방법입니다.

(a) sic boules에 대한 PVT 성장 방법의 스케치 및 

(b) 형태 및 결정 성장 계면 및 조건에 대한 훌륭한 세부 사항을 이미지화하기 위해 PVT 성장의 2D 시각화

PVT 성장 동안, SIC 종자 결정은 Crucible의 상단에 놓고 소스 재료 (SIC 파우더)가 바닥에 배치됩니다. 고온 및 저압을 갖는 밀폐 된 환경에서, SIC 분말은 온도 구배 및 농도 차이의 영향으로 종자 근처의 공간으로 상향으로 이동한다. 그리고 과포화 상태에 도달 한 후에 재결합 할 것입니다. 이 방법을 통해 SIC 결정의 크기와 폴리 타입을 제어 할 수 있습니다.

그러나 PVT 방법은 전체 성장 과정에서 적절한 성장 조건을 유지해야하며, 그렇지 않으면 격자 장애로 이어지고 바람직하지 않은 결함을 형성합니다. 또한, SIC 결정 성장은 제한된 모니터링 방법과 많은 변수를 갖는 밀폐 된 공간에서 완료되므로 프로세스의 제어가 어렵다.

단결정 성장을위한 주요 메커니즘 : 단계 흐름 성장

PVT 방법에 의해 SIC 결정을 성장시키는 과정에서, 단계 흐름 성장은 단결정을 형성하는 주요 메커니즘으로 간주된다. 기화 된 SI 및 C 원자는 계단 및 꼬임에서 결정 표면의 원자와 우선적으로 결합하여 각 단계가 병렬로 전진하도록 핵 생성 및 성장할 것이다. 성장 표면의 각 단계 사이의 폭이 흡착 된 원자의 확산 자유 경로보다 훨씬 클 때, 다수의 흡착 된 원자가 응집 될 수 있고, 2 차원 섬을 형성하여 단계 흐름 성장 모드를 파괴하여 4H 대신 다른 폴리 타입의 형성을 초래할 것이다. 따라서, 공정 파라미터의 조정은 바람직하지 않은 폴리 타입의 형성을 방지하고 4H 단결정 구조를 얻고 최종적으로 고품질 결정을 준비하는 목표를 달성하기 위해 성장 표면의 단계 구조를 제어하는 ​​것을 목표로한다.

SIC 단결정의 계단 흐름 성장

결정의 성장은 고품질 SIC 기판을 준비하는 첫 번째 단계 일뿐입니다. 사용하기 전에 4H-Sic 잉곳은 슬라이스, 랩핑, 경사, 연마, 청소 및 검사와 같은 일련의 프로세스를 거쳐야합니다. 단단하지만 부서지기 쉬운 재료로서 SIC 단결정은 또한 웨이퍼 단계에 대한 높은 기술적 요구 사항을 가지고 있습니다. 각 프로세스에서 생성 된 모든 손상은 특정 유전성을 가질 수 있고 다음 프로세스로 전송되고 최종적으로 제품 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 SIC 기판을위한 효율적인 웨이퍼 기술도 업계의 관심을 끌고 있습니다.