성장을 위한 핵심 기술SiC 에피택셜재료공학 분야에서 가장 중요한 기술 중 하나는 결함 제어 기술이며, 특히 소자 고장이나 신뢰성 저하를 유발하기 쉬운 결함 제어 기술에 중점을 둡니다. 에피택시 성장 과정에서 기판 결함이 에피택시층으로 확장되는 메커니즘, 기판과 에피택시층 계면에서의 결함 전이 및 변환 법칙, 그리고 결함 핵 생성 메커니즘에 대한 연구는 기판 결함과 에피택시 구조적 결함 간의 상관관계를 규명하는 데 기초가 되며, 이를 통해 기판 선별 및 에피택시 공정 최적화에 효과적인 지침을 제공할 수 있습니다.
결함탄화규소 에피택셜 층결함은 크게 결정 결함과 표면 형태 결함의 두 가지 범주로 나뉩니다. 점 결함, 나사 전위, 미세관 결함, 모서리 전위 등을 포함하는 결정 결함은 대부분 SiC 기판의 결함에서 발생하여 에피택시층으로 확산됩니다. 표면 형태 결함은 현미경을 사용하여 육안으로 직접 관찰할 수 있으며 전형적인 형태적 특징을 나타냅니다. 표면 형태 결함은 주로 스크래치, 삼각형 결함, 당근 결함, 하강, 입자 등을 포함하며, 그림 4에 나타낸 바와 같습니다. 에피택시 공정 중 이물질, 기판 결함, 표면 손상, 에피택시 공정 편차 등이 모두 국부적인 계단 흐름 성장 모드에 영향을 미쳐 표면 형태 결함을 유발할 수 있습니다.
표 1. SiC 에피택셜 층에서 흔히 발생하는 기지 결함 및 표면 형태 결함의 형성 원인
점결함
점결함은 단일 격자점 또는 여러 격자점에 존재하는 빈자리 또는 틈으로 형성되며, 공간적으로 확장되지 않습니다. 점결함은 모든 제조 공정, 특히 이온 주입 공정에서 발생할 수 있습니다. 그러나 점결함은 검출하기 어렵고, 점결함과 다른 결함 간의 변환 관계 또한 매우 복잡합니다.
마이크로파이프(MP)
마이크로튜브는 성장 축을 따라 전파되는 속이 빈 나사형 전위이며, 버거스 벡터는 <0001>입니다. 마이크로튜브의 직경은 수 마이크론 미만에서 수십 마이크론에 이릅니다. 마이크로튜브는 SiC 웨이퍼 표면에 큰 구덩이 모양의 특징을 나타냅니다. 일반적으로 마이크로튜브의 밀도는 약 0.1~1cm⁻²이며, 상용 웨이퍼 생산 품질 모니터링을 통해 지속적으로 감소하고 있습니다.
나사 전위(TSD) 및 모서리 전위(TED)
SiC에서 전위는 소자 열화 및 고장의 주요 원인입니다. 나사 전위(TSD)와 모서리 전위(TED)는 모두 성장 축을 따라 진행하며, 버거스 벡터는 각각 <0001>과 1/3<11–20>입니다.
나사 전위(TSD)와 모서리 전위(TED)는 모두 기판에서 웨이퍼 표면까지 확장되어 작은 구덩이 모양의 표면 특징을 유발할 수 있습니다(그림 4b). 일반적으로 모서리 전위의 밀도는 나사 전위의 약 10배입니다. 기판에서 에피층까지 확장된 나사 전위는 다른 결함으로 변형되어 성장 축을 따라 전파될 수도 있습니다.SiC 에피택셜성장 과정에서 나사형 전위는 적층 결함(SF) 또는 당근 모양 결함으로 변환되는 반면, 에피층의 모서리 전위는 에피택시 성장 동안 기판으로부터 계승된 기저면 전위(BPD)로부터 변환되는 것으로 나타났습니다.
기본 평면 전위(BPD)
SiC 기저면에 위치하며 버거스 벡터가 1/3인 BPD(버거스 결정립)는 SiC 웨이퍼 표면에는 거의 나타나지 않습니다. 일반적으로 기판에 1500 cm⁻²의 밀도로 집중되어 있으며, 에피층에서의 밀도는 약 10 cm⁻²에 불과합니다. 광발광(PL)을 이용한 BPD 검출은 그림 4c에서 볼 수 있듯이 선형적인 특징을 나타냅니다.SiC 에피택셜성장 과정에서 확장된 BPD는 적층 결함(SF) 또는 모서리 전위(TED)로 변환될 수 있습니다.
적층 결함(SF)
SiC 기저면의 적층 순서 결함. 적층 결함은 기판의 적층 결함(SF)을 계승하여 에피택셜 층에 나타나거나, 기저면 전위(BPD) 및 나사형 전위(TSD)의 확장 및 변형과 관련될 수 있습니다. 일반적으로 적층 결함의 밀도는 1 cm⁻² 미만이며, 그림 4e에서와 같이 PL을 사용하여 검출할 때 삼각형 특징을 나타냅니다. 그러나 SiC에서는 쇼클리형 및 프랭크형과 같은 다양한 유형의 적층 결함이 형성될 수 있는데, 이는 평면 간의 적층 에너지 불균형이 미미하더라도 적층 순서에 상당한 불규칙성을 초래할 수 있기 때문입니다.
몰락
낙하 결함은 주로 성장 과정 중 반응 챔버의 상부 및 측벽에 입자가 떨어지는 것에서 비롯되며, 이는 반응 챔버의 흑연 소모품에 대한 주기적인 유지 보수 과정을 최적화함으로써 개선할 수 있습니다.
삼각형 결함
그림 4g에서 볼 수 있듯이, 이는 기저면 방향을 따라 SiC 에피층 표면까지 확장된 3C-SiC 다형체 개재물입니다. 이러한 개재물은 에피택시 성장 과정에서 SiC 에피층 표면에 떨어지는 입자들에 의해 생성될 수 있습니다. 입자들이 에피층에 박혀 성장 과정을 방해함으로써, 입자들이 삼각형 영역의 꼭짓점에 위치한 날카로운 각도의 삼각형 표면 특징을 보이는 3C-SiC 다형체 개재물이 형성됩니다. 많은 연구에서도 다형체 개재물의 발생 원인을 표면 긁힘, 미세관, 그리고 부적절한 성장 공정 매개변수 등으로 제시하고 있습니다.
당근 결함
당근 결함은 TSD와 SF 기저 결정면에 두 끝이 위치하고 프랭크형 전위로 끝나는 적층 결함 복합체이며, 당근 결함의 크기는 프리즘형 적층 결함과 관련이 있습니다. 이러한 특징들이 결합되어 당근 모양의 표면 형태를 이루는 당근 결함이 형성되며, 그림 4f에서 볼 수 있듯이 밀도는 1cm⁻² 미만입니다. 당근 결함은 연마 스크래치, TSD 또는 기판 결함에서 쉽게 발생합니다.
긁힘
스크래치는 그림 4h에서 볼 수 있듯이 제조 공정 중에 SiC 웨이퍼 표면에 발생하는 기계적 손상입니다. SiC 기판의 스크래치는 에피층 성장을 방해하거나, 에피층 내에 고밀도 전위열을 생성하거나, 캐럿 결함 형성의 기초가 될 수 있습니다. 따라서 이러한 스크래치가 소자의 활성 영역에 나타날 경우 소자 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있으므로 SiC 웨이퍼를 적절하게 연마하는 것이 매우 중요합니다.
기타 표면 형태 결함
스텝 번칭은 SiC 에피택셜 성장 과정에서 발생하는 표면 결함으로, SiC 에피층 표면에 둔각 삼각형이나 사다리꼴 모양의 돌출부를 생성합니다. 이 외에도 표면 피트, 범프, 얼룩 등 다양한 표면 결함이 존재합니다. 이러한 결함은 대개 최적화되지 않은 성장 공정이나 연마 과정에서 발생하는 손상을 완전히 제거하지 못한 경우 발생하며, 소자 성능에 악영향을 미칩니다.
게시 시간: 2024년 6월 5일