단계 제어 에피택셜 성장이란 무엇입니까?

SiC 전력 소자 제조를 위한 핵심 기술 중 하나로, SiC 에피택셜 성장 기술로 성장된 에피택시의 품질은 SiC 소자의 성능에 직접적인 영향을 미치게 됩니다. 현재 가장 주류를 이루는 SiC 에피택셜 성장 기술은 화학기상증착(CVD)이다.

SiC에는 안정적인 결정 다형이 많이 있습니다. 따라서, 획득된 에피택셜 성장층이 에피택셜 성장층의 특정 결정 다형을 계승할 수 있도록 하기 위해,SiC 기판, 기판의 3 차원 원자 배열 정보를 에피 택셜 성장층으로 전달해야하며, 이는 몇 가지 특별한 방법이 필요하다. Kyoto University의 명예 교수 인 Hiroyuki Matsunami 및 다른 사람들은 적절한 성장 조건 하에서 SIC 기판의 낮은 인덱스 결정 평면에서 화학 기질 증착 (CVD)을 수행하는 SIC 에피 택셜 성장 기술을 제안했습니다. 이 기술적 방법을 단계 제어 에피 택셜 성장 방법이라고도합니다.

그림 1은 단계 제어 에피택셜 성장 방법을 통해 SiC 에피택셜 성장을 수행하는 방법을 보여줍니다. 깨끗한 오프 앵글 SiC 기판의 표면은 계단의 층으로 형성되고 분자 수준의 계단 및 테이블 구조가 얻어집니다. 원료가스를 도입하면 SiC 기판 표면에 원료가 공급되고, 테이블 위에서 이동하는 원료는 순차적인 단계를 거쳐 포획된다. 포획된 원료가 결정 다형과 일치하는 배열을 형성할 때SiC 기판해당 위치에서 에피택셜 층은 SiC 기판의 특정 결정 다형을 성공적으로 상속합니다.

그림 1 : 발각 오프 앵글 (0001)을 갖는 SIC 기질의 에피 택셜 성장

물론, 단계 제어형 에피택셜 성장 기술에는 문제가 있을 수 있다. 성장 조건이 적절한 조건을 충족하지 않으면 원료가 단계가 아닌 테이블에서 결정을 핵화하고 생성하여 다양한 결정 다형의 성장으로 이어져 이상적인 에피택셜 층이 성장하지 못하게 됩니다. 에피층에 이종 다형이 나타나면 반도체 소자에 치명적인 결함이 남을 수 있다. 따라서, 계단 제어 에피택셜 성장 기술에서는 계단 폭이 합리적인 크기에 도달할 수 있도록 편향 정도를 설계해야 합니다. 동시에, 원료 가스 중의 Si 원료 및 C 원료의 농도, 성장 온도 및 기타 조건도 단계에서 결정이 우선적으로 형성되기 위한 조건을 충족해야 합니다. 현재 메인 표면은4H형 SiC 기판시장에서는 4 ° 변형 각도 (0001) 표면을 제시하며, 이는 계단 제어 에피 택셜 성장 기술의 요구 사항을 모두 충족하고 Boule에서 얻은 웨이퍼 수를 증가시킬 수 있습니다.

SiC 에피택셜 성장을 위한 화학기상증착법에서는 고순도 수소를 캐리어로 사용하며, 기판 온도가 항상 200℃로 유지되는 SiC 기판 표면에 SiH4 등의 Si 원료와 C3H8 등의 C 원료를 투입한다. 1500-1600℃. 1500~1600°C의 온도에서는 장비 내벽의 온도가 충분히 높지 않으면 원료 공급 효율이 향상되지 않으므로 열벽 반응기(Hot wall Reactor)를 사용할 필요가 있다. SiC 에피택시 성장 장비에는 수직형, 수평형, 다중 웨이퍼, 단일 웨이퍼 등 다양한 유형이 있습니다.웨이퍼유형. 도 2, 3 및 4는 세 가지 유형의 SIC 에피 택셜 성장 장비의 반응기 부분의 가스 흐름 및 기판 구성을 보여준다.

그림 2 멀티 칩 회전 및 혁명

그림 3 멀티칩 혁명

그림 4 단일 칩

SiC 에피택셜 기판의 대량 생산을 위해서는 에피택시층 두께의 균일성, 도핑 농도의 균일성, 먼지, 수율, 부품 교체 빈도, 유지 관리의 편의성 등 몇 가지 핵심 사항을 고려해야 합니다. 그중에서도 도핑 농도의 균일성은 장치의 전압 저항 분포에 직접적인 영향을 미치므로 웨이퍼 표면, 배치 및 배치의 균일성은 매우 높습니다. 또한, 성장과정에서 반응기 내부 구성요소와 배기시스템에 부착된 반응생성물은 먼지의 원인이 되며, 이러한 먼지를 어떻게 편리하게 제거할 수 있는지도 중요한 연구방향이다.

SIC 에피 택셜 성장 후, 전력 장치를 제조하는 데 사용할 수있는 고순도 SIC 단결정 층이 얻어진다. 또한, 에피 택셜 성장을 통해, 기판에 존재하는 기저 평면 탈구 (BPD)는 또한 기판/드리프트 층 인터페이스에서 나사 가장자리 탈구 (TED)로 변환 될 수있다 (도 5 참조). 양극성 전류가 흐르면 BPD는 스태킹 결함 팽창을 겪게되어 재생성 증가와 같은 장치 특성이 저하됩니다. 그러나 BPD가 TED로 변환 된 후 장치의 전기적 특성은 영향을받지 않습니다. 에피 택셜 성장은 양극성 전류로 인한 장치 분해를 크게 감소시킬 수 있습니다.

그림 5: 에피택셜 성장 전후 SiC 기판의 BPD 및 변환 후 TED 단면

SIC의 에피 택셜 성장에서, 버퍼 층은 종종 드리프트 층과 기판 사이에 삽입된다. 고농도의 N 형 도핑을 갖는 완충 층은 소수 운반체의 재조합을 촉진 할 수있다. 또한, 버퍼 층은 또한 기저 평면 탈구 (BPD) 변환의 기능을 가지고 있으며, 이는 비용에 상당한 영향을 미치며 매우 중요한 장치 제조 기술입니다.