SiC 결정 성장을 위한 세 가지 주요 기술

그림 3에서 볼 수 있듯이 SiC 단결정에 높은 품질과 효율성을 제공하는 것을 목표로 하는 세 가지 주요 기술은 LPE(액상 에피택시), PVT(물리적 기상 수송), HTCVD(고온 화학 기상 증착)입니다. PVT는 주요 웨이퍼 제조업체에서 널리 사용되는 SiC 단결정 생산을 위한 확립된 공정입니다.

그러나 세 가지 프로세스 모두 빠르게 진화하고 혁신하고 있습니다. 앞으로 어떤 프로세스가 널리 채택될지는 아직 예측할 수 없습니다. 특히 최근 상당한 속도로 용액 성장을 통해 고품질의 SiC 단결정을 생산하는 사례가 보고되고 있는데, 액상에서 SiC 벌크 성장은 승화나 증착 공정에 비해 낮은 온도가 필요하며, P 생산에 탁월한 성능을 보인다. - 유형 SiC 기판(표 3)[33, 34].사진

그림 3: 세 가지 주요 SiC 단결정 성장 기술의 도식: (a) 액상 에피택시; (b) 물리적 증기 수송; (c) 고온 화학 기상 증착

표 3: SiC 단결정 성장을 위한 LPE, PVT 및 HTCVD의 비교 [33, 34]

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용액 성장은 화합물 반도체 제조를 위한 표준 기술이다[36]. 1960년대부터 연구자들은 용액에서 결정을 개발하려고 시도했습니다[37]. 기술이 개발되면 성장 표면의 과포화를 잘 제어할 수 있으므로 용액 방법은 고품질 단결정 잉곳을 얻기 위한 유망한 기술이 됩니다.

SiC 단결정의 용액 성장을 위해 Si 소스는 고순도 Si 용융물에서 유래하는 반면 흑연 도가니는 히터와 C 용질 소스라는 두 가지 용도로 사용됩니다. SiC 단결정은 C와 Si의 비율이 1에 가까울 때 이상적인 화학량론적 비율에서 성장할 가능성이 더 높으며 이는 결함 밀도가 낮다는 것을 나타냅니다[28]. 그러나 대기압에서 SiC는 융점을 나타내지 않으며 약 2,000°C를 초과하는 온도에서 기화를 통해 직접 분해됩니다. 이론적 기대에 따르면 SiC 용융물은 온도 구배 및 용액 시스템에 따라 Si-C 이진 상태 다이어그램(그림 4)에서 볼 수 있듯이 심각한 환경에서만 형성될 수 있습니다. Si 용융물의 C가 높을수록 1at.%에서 13at.%까지 다양합니다. C 과포화를 주도하면 성장 속도가 빨라지고, 낮은 C 성장력은 109Pa의 압력과 3,200°C 이상의 온도에서 지배적인 C 과포화입니다. 과포화는 매끄러운 표면을 생성할 수 있습니다[22, 36-38]. 온도 1,400~2,800°C 사이에서 Si 용융물에서 C의 용해도는 1at.%에서 13at.%까지 다양합니다. 성장의 원동력은 온도 구배와 용액 시스템에 의해 지배되는 C 과포화입니다. C 과포화도가 높을수록 성장 속도가 빨라지고, C 과포화도가 낮을수록 표면이 매끄러워집니다[22, 36-38].

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그림 4: Si-C 이진 상태 다이어그램[40]

전이금속 원소나 희토류 원소를 도핑하는 것은 성장 온도를 효과적으로 낮출 뿐만 아니라 Si 용융물의 탄소 용해도를 획기적으로 향상시키는 유일한 방법인 것 같습니다. Ti [8, 14-16, 19, 40-52], Cr [29, 30, 43, 50, 53-75], Co [63, 76], Fe [77- 80] 등이나 Ce[81], Y[82], Sc 등의 희토류 금속을 Si 용융물에 첨가하면 열역학적 평형에 가까운 상태에서 탄소 용해도가 50at.%를 초과할 수 있습니다. 더욱이, LPE 기술은 Al을 합금화하여 달성할 수 있는 SiC의 P형 도핑에 유리합니다.
용매 [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. 그러나 Al을 첨가하면 P형 SiC 단결정의 저항률이 증가합니다[49, 56]. 질소 도핑 하에서 N형 성장과 별도로,

용액 성장은 일반적으로 불활성 가스 분위기에서 진행됩니다. 헬륨(He)은 아르곤보다 비싸지만 점도가 낮고 열 전도성(아르곤의 8배)이 높기 때문에 많은 학자들이 선호합니다[85]. 4H-SiC의 이동 속도와 Cr 함량은 He 및 Ar 분위기에서 유사하며, 시드 홀더의 더 큰 열 방출로 인해 Heresults에서의 성장이 Ar에서의 성장보다 더 높은 성장률로 입증되었습니다[68]. 그는 성장된 결정 내부의 공극 형성과 용액의 자발적인 핵 생성을 방해하여 매끄러운 표면 형태를 얻을 수 있습니다 [86].

본 논문에서는 SiC 소자의 개발, 응용 및 특성과 SiC 단결정 성장을 위한 세 가지 주요 방법을 소개했습니다. 다음 섹션에서는 현재의 솔루션 성장 기술과 해당 주요 매개 변수를 검토했습니다. 마지막으로, 용액법을 통한 SiC 단결정의 대량 성장에 관한 과제와 향후 연구를 논의하는 전망이 제안되었습니다.


게시 시간: 2024년 7월 1일
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