성장을 위한 핵심기술SiC 에피택셜재료는 우선 결함 제어 기술, 특히 소자 고장이나 신뢰성 저하가 발생하기 쉬운 결함 제어 기술에 중점을 둡니다. 에피택셜 성장 공정 중 에피택셜층으로 확장되는 기판 결함의 메커니즘, 기판과 에피택셜층 계면에서 발생하는 결함의 전이 및 변형 법칙, 그리고 결함의 핵 생성 메커니즘 연구는 기판 결함과 에피택셜 구조 결함 간의 상관관계를 규명하는 기반이 되며, 이를 통해 기판 스크리닝 및 에피택셜 공정 최적화를 효과적으로 이끌어낼 수 있습니다.
의 결함실리콘 카바이드 에피택셜 층결정 결함은 주로 결정 결함과 표면 형태 결함의 두 가지 범주로 나뉩니다. 점 결함, 나사 전위, 미세소관 결함, 에지 전위 등을 포함한 결정 결함은 대부분 SiC 기판의 결함에서 발생하여 에피택셜층으로 확산됩니다. 표면 형태 결함은 현미경을 사용하여 육안으로 직접 관찰할 수 있으며 전형적인 형태적 특성을 보입니다. 표면 형태 결함에는 주로 그림 4와 같이 스크래치, 삼각형 결함, 당근 결함, 다운폴 결함, 파티클 결함이 포함됩니다. 에피택셜 공정 중 이물질, 기판 결함, 표면 손상, 에피택셜 공정 편차는 모두 국소적인 스텝 플로우 성장 모드에 영향을 미쳐 표면 형태 결함을 초래할 수 있습니다.
표 1. SiC 에피택셜층에서 공통적인 매트릭스 결함 및 표면 형태 결함이 발생하는 원인
점 결함
점 결함은 단일 격자점 또는 여러 격자점에 존재하는 공극이나 간극에 의해 형성되며, 공간적 확장성이 없습니다. 점 결함은 모든 생산 공정, 특히 이온 주입 공정에서 발생할 수 있습니다. 그러나 검출이 어렵고, 점 결함의 변형과 다른 결함 간의 관계 또한 매우 복잡합니다.
마이크로파이프(MP)
마이크로파이프는 성장축을 따라 전파되는 중공 나선 전위이며, 버거스 벡터는 <0001>입니다. 마이크로튜브의 직경은 1마이크론의 몇 분의 1에서 수십 마이크론까지 다양합니다. 마이크로튜브는 SiC 웨이퍼 표면에 큰 구덩이 모양의 표면 특징을 보입니다. 일반적으로 마이크로튜브의 밀도는 약 0.1~1cm²이며, 상업용 웨이퍼 생산 품질 모니터링에서 지속적으로 감소하고 있습니다.
나사 전위(TSD) 및 에지 전위(TED)
SiC의 전위는 소자 열화 및 고장의 주요 원인입니다. 나사 전위(TSD)와 에지 전위(TED)는 모두 성장축을 따라 진행하며, 버거스 벡터는 각각 <0001>과 1/3<11–20>입니다.
나사 전위(TSD)와 에지 전위(TED)는 모두 기판에서 웨이퍼 표면까지 확장되어 작은 피트(pit) 형태의 표면 특징을 나타낼 수 있습니다(그림 4b). 일반적으로 에지 전위의 밀도는 나사 전위의 약 10배입니다. 기판에서 에피층으로 확장되는 확장 나사 전위는 다른 결함으로 변형되어 성장 축을 따라 전파될 수도 있습니다.SiC 에피택셜성장 중에 나사형 전위는 적층 결함(SF)이나 당근 결함으로 변환되는 반면, 에피층의 에지 전위는 에피택셜 성장 중에 기판에서 유전된 기저면 전위(BPD)에서 변환되는 것으로 나타났습니다.
기본 평면 전위(BPD)
SiC 기저면에 위치하며, 버거스 벡터는 1/3 <11–20>입니다. BPD는 SiC 웨이퍼 표면에 거의 나타나지 않습니다. 일반적으로 기판에 1500 cm-2의 밀도로 집중되어 있는 반면, 에피층에서는 약 10 cm-2에 불과합니다. 광발광(PL)을 이용한 BPD 검출은 그림 4c와 같이 선형적인 특징을 보입니다.SiC 에피택셜성장, 확장된 BPD는 적층 결함(SF)이나 가장자리 전위(TED)로 변환될 수 있습니다.
적층 결함(SF)
SiC 기저면의 적층 순서 결함. 적층 결함은 기판의 SF를 계승하여 에피택셜층에 나타나거나, 기저면 전위(BPD) 및 나사산 전위(TSD)의 확장 및 변형과 관련이 있을 수 있습니다. 일반적으로 SF의 밀도는 1 cm-2 미만이며, 그림 4e에서 볼 수 있듯이 PL을 사용하여 검출 시 삼각형 모양을 보입니다. 그러나 SiC에서는 쇼클리형 및 프랭크형과 같은 다양한 유형의 적층 결함이 발생할 수 있는데, 이는 평면 간의 적층 에너지 불균형이 작더라도 적층 순서에 상당한 불규칙성을 초래할 수 있기 때문입니다.
몰락
낙하 결함은 주로 성장 과정 중 반응 챔버의 상부 및 측벽에 입자가 떨어지는 것으로 인해 발생하는데, 이는 반응 챔버 흑연 소모품의 주기적 유지 관리 프로세스를 최적화하여 최적화할 수 있습니다.
삼각형 결함
이는 그림 4g에서 볼 수 있듯이 기저면 방향을 따라 SiC 에피층 표면까지 확장되는 3C-SiC 폴리타입 내포물입니다. 이는 에피택셜 성장 중 SiC 에피층 표면에 떨어지는 입자들에 의해 생성될 수 있습니다. 입자들은 에피층에 매립되어 성장 과정을 방해하여 3C-SiC 폴리타입 내포물을 형성하는데, 이 내포물은 삼각형 영역의 꼭짓점에 위치한 입자들을 가진 날카로운 삼각형 표면 특징을 보입니다. 많은 연구에서 폴리타입 내포물의 발생 원인을 표면 스크래치, 마이크로파이프, 그리고 성장 과정의 부적절한 매개변수로 추정하기도 합니다.
당근 결함
당근 결함은 TSD와 SF 기저 결정면에 두 개의 단부가 위치하며, 프랭크형 전위로 끝나는 적층 결함 복합체이며, 당근 결함의 크기는 프리즘형 적층 결함과 관련이 있습니다. 이러한 특징들의 조합으로 당근 결함의 표면 형태가 형성되며, 그림 4f에서 볼 수 있듯이 밀도가 1cm² 미만인 당근 모양으로 보입니다. 당근 결함은 연마 스크래치, TSD 또는 기판 결함에서 쉽게 형성됩니다.
긁힘
스크래치는 그림 4h에서 볼 수 있듯이 SiC 웨이퍼 제조 공정 중 표면에 발생하는 기계적 손상입니다. SiC 기판의 스크래치는 에피층의 성장을 방해하거나, 에피층 내에 고밀도 전위열을 생성하거나, 캐럿 결함(carrot defect) 형성의 원인이 될 수 있습니다. 따라서 SiC 웨이퍼를 적절하게 연마하는 것이 매우 중요합니다. 이러한 스크래치는 소자의 활성 영역에 발생할 경우 소자 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.
기타 표면 형태 결함
스텝 번칭은 SiC 에피택셜 성장 공정 중 발생하는 표면 결함으로, SiC 에피층 표면에 둔각 삼각형이나 사다리꼴 모양을 형성합니다. 표면 패임, 범프, 얼룩 등 다른 표면 결함도 많이 있습니다. 이러한 결함은 일반적으로 최적화되지 않은 성장 공정과 연마 손상의 불완전한 제거로 인해 발생하며, 이는 소자 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.
게시 시간: 2024년 6월 5일