SiC 에피택셜 성장 공정의 기본 소개

에피택셜층은 에피택셜 공정에 의해 웨이퍼 위에 성장된 특정 단결정 필름을 말하며, 기판 웨이퍼와 에피택셜 필름을 에피택셜 웨이퍼라 한다. 전도성 탄화규소 기판에 탄화규소 에피택셜 층을 성장시킴으로써 탄화규소 균질 에피택셜 웨이퍼를 쇼트키 다이오드, MOSFET, IGBT 및 기타 전력 장치로 추가로 제조할 수 있으며, 그중 4H-SiC 기판이 가장 일반적으로 사용됩니다.

실리콘 카바이드 전력 장치와 기존 실리콘 전력 장치의 제조 공정이 다르기 때문에 실리콘 카바이드 단결정 소재로 직접 제작할 수 없습니다. 전도성 단결정 기판 위에는 추가적인 고품질 에피택셜 물질을 성장시켜야 하고, 에피택시층 위에는 다양한 소자를 제작해야 한다. 따라서 에피택셜층의 품질은 소자의 성능에 큰 영향을 미친다. 다양한 전력 장치의 성능이 향상되면서 에피택셜 층의 두께, 도핑 농도 및 결함에 대한 요구 사항도 높아졌습니다.

무화과. 1. 유니폴라 소자의 도핑 농도와 에피택시층 두께 및 블로킹 전압의 관계

SIC 에피택셜 층의 제조 방법에는 주로 증발 성장법, 액상 에피택셜 성장(LPE), 분자선 에피택셜 성장(MBE) 및 화학 기상 증착(CVD)이 포함됩니다. 현재 공장의 대규모 생산에는 화학기상증착(CVD)이 주로 사용되는 방식이다.

무화과. 2. 에피층의 주요 제조방법 비교

그림 2(b)에 표시된 것처럼 특정 경사각을 갖는 축외 {0001} 기판에서는 계단 표면의 밀도가 더 크고 계단 표면의 크기가 작아 결정 핵 생성이 쉽지 않습니다. 계단 표면에서 발생하지만 계단의 병합 지점에서 더 자주 발생합니다. 이 경우 핵생성 키는 단 하나뿐입니다. 따라서 에피택시층은 기판의 적층 순서를 완벽하게 복제할 수 있어 다종 공존 문제를 해소할 수 있다.

무화과. 3. 4H-SiC 단계 제어 에피택시 방법의 물리적 공정도

무화과. 4. 4H-SiC 단계 제어 에피택시 방법에 의한 CVD 성장을 위한 임계 조건

무화과. 5. 4H-SiC 에피택시에서 다양한 실리콘 소스에 따른 성장률 비교

현재 탄화규소 에피택시 기술은 저전압 및 중전압 응용 분야(예: 1200V 장치)에서 상대적으로 성숙해졌습니다. 에피택시층의 두께 균일성, 도핑 농도 균일성 및 결함 분포는 비교적 양호한 수준에 도달할 수 있으며 이는 기본적으로 중저압 SBD(쇼트키 다이오드), MOS(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터), JBS(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)의 요구를 충족할 수 있습니다. 접합 다이오드) 및 기타 장치.

그러나 고압 분야에서 에피택셜 웨이퍼는 여전히 많은 과제를 극복해야 합니다. 예를 들어 10,000V를 견뎌야 하는 장치의 경우 에피택시층의 두께는 약 100μm가 되어야 합니다. 저전압 소자와 비교하면 에피택시층의 두께와 도핑 농도의 균일성이 많이 다르며, 특히 도핑 농도의 균일성이 다릅니다. 동시에 에피택셜 층의 삼각형 결함도 장치의 전반적인 성능을 파괴합니다. 고전압 응용 분야에서 장치 유형은 에피택셜 층에서 높은 소수 수명을 요구하는 양극 장치를 사용하는 경향이 있으므로 소수 수명을 개선하기 위해 프로세스를 최적화해야 합니다.

현재 국내 에피택시는 4인치와 6인치가 주류를 이루고 있으며, 대형 탄화규소 에피택시 비중은 해마다 증가하고 있다. 탄화규소 에피텍셜 시트의 크기는 주로 탄화규소 기판의 크기에 의해 제한됩니다. 현재 6인치 탄화규소 기판이 상용화되면서 탄화규소 에피텍셜도 점차 4인치에서 6인치로 전환되고 있다. 탄화 규소 기판 준비 기술의 지속적인 개선과 생산 능력 확장으로 탄화 규소 기판의 가격은 점차 하락하고 있습니다. 에피시트 가격 구성에 있어서 기판이 원가의 50% 이상을 차지하기 때문에 기판 가격 하락에 따라 탄화규소 에피시트 가격도 하락할 것으로 예상된다.