"에피택셜 웨이퍼"라는 이름의 유래
웨이퍼 준비는 기판 준비와 에피택셜 공정이라는 두 가지 주요 단계로 구성됩니다. 기판은 반도체 단결정 재료로 만들어지며 일반적으로 반도체 장치를 생산하기 위해 가공됩니다. 또한 에피택셜 웨이퍼를 형성하기 위해 에피택셜 처리를 거칠 수도 있습니다. 에피택시는 세심하게 가공된 단결정 기판 위에 새로운 단결정 층을 성장시키는 과정을 말합니다. 새로운 단결정은 기판과 동일한 물질(균질 에피택시)일 수도 있고 다른 물질(이종 에피택시)일 수도 있습니다. 새로운 결정층은 기판의 결정 방향에 맞춰 성장하므로 이를 에피택셜층이라고 합니다. 에피택셜층을 갖는 웨이퍼를 에피택셜 웨이퍼(에피택셜 웨이퍼 = 에피택셜층 + 기판)라고 한다. 에피택셜 층에 제조된 장치는 "순방향 에피택시"라고 하며, 기판에 제조된 장치는 "역방향 에피택시"라고 하며 에피택셜 층은 지지체 역할만 합니다.
동종 및 이종 에피택시
▪균질한 에피택시:에피택셜 층과 기판은 동일한 재료(예: Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP)로 만들어집니다.
▪이종 에피택시:에피택셜 층과 기판은 Si/Al2O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC 등 서로 다른 재료로 만들어집니다.
연마된 웨이퍼
에피택시는 어떤 문제를 해결합니까?
벌크 단결정 재료만으로는 점점 더 복잡해지는 반도체 장치 제조 요구를 충족시키기에 충분하지 않습니다. 따라서 1959년 후반에 에피택시(Epitaxy)라고 알려진 얇은 단결정 물질 성장 기술이 개발되었습니다. 그런데 에피택시 기술이 구체적으로 어떻게 재료 발전에 도움이 되었습니까? 실리콘의 경우, 실리콘 에피택시의 개발은 고주파수, 고전력 실리콘 트랜지스터의 제조가 상당한 어려움에 직면한 중요한 시기에 이루어졌습니다. 트랜지스터 원리의 관점에서 볼 때 높은 주파수와 높은 전력을 얻으려면 컬렉터 영역의 항복 전압이 높고 직렬 저항이 낮아야 하며 이는 포화 전압이 작아야 함을 의미합니다. 전자는 집전체 재료에서 높은 저항률을 요구하는 반면, 후자는 낮은 저항률을 요구하므로 모순이 발생합니다. 직렬 저항을 줄이기 위해 컬렉터 영역의 두께를 줄이면 실리콘 웨이퍼가 처리하기에 너무 얇고 취약해지며, 저항률을 낮추는 것은 첫 번째 요구 사항과 충돌하게 됩니다. 에피택셜 기술의 개발은 이 문제를 성공적으로 해결했습니다. 해결책은 저저항 기판 위에 고저항 에피택셜 층을 성장시키는 것이었습니다. 이 장치는 에피택셜 층에 제조되어 트랜지스터의 높은 항복 전압을 보장하는 반면, 저저항 기판은 베이스 저항을 줄이고 포화 전압을 낮추어 두 요구 사항 간의 모순을 해결합니다.
또한 GaAs, GaN 등 III-V 및 II-VI 화합물 반도체에 대한 에피택시 기술(기상 및 액상 에피택시 포함)이 크게 발전했습니다. 이러한 기술은 많은 마이크로파, 광전자공학 및 전력 장치를 제조하는 데 필수적입니다. 특히, 분자빔 에피택시(MBE), 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD)과 같은 기술은 박층, 초격자, 양자우물, 변형된 초격자, 원자 규모의 얇은 에피택시층에 성공적으로 적용되어 탄탄한 기반을 마련했습니다. 밴드엔지니어링 등 반도체 신분야 개발
실제 응용 분야에서 대부분의 광대역 간격 반도체 장치는 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 재료가 기판으로만 사용되는 에피택셜 층에서 제조됩니다. 따라서 광대역 밴드갭 반도체 산업에서는 에피택시층을 제어하는 것이 매우 중요한 요소이다.
에피택시 기술: 7가지 주요 특징
1. 에피택시는 낮은(또는 높은) 저항률 기판에 높은(또는 낮은) 저항률 층을 성장시킬 수 있습니다.
2. 에피택시를 사용하면 P(또는 N) 유형 기판에 N(또는 P) 유형 에피택셜 층을 성장시킬 수 있으며, 단결정 기판에 PN 접합을 생성하기 위해 확산을 사용할 때 발생하는 보상 문제 없이 PN 접합을 직접 형성할 수 있습니다.
3. 마스크 기술과 결합하면 특정 부위에 선택적 에피택시 성장이 가능해 특수 구조의 집적회로 및 소자 제작이 가능하다.
4. 에피택셜 성장을 통해 도핑 유형 및 농도를 제어할 수 있으며 농도의 갑작스럽거나 점진적인 변화를 달성할 수 있습니다.
5. 에피택시는 초박막 층을 포함하여 다양한 구성을 갖는 이종, 다층, 다성분 화합물을 성장시킬 수 있습니다.
6. 에피택셜 성장은 재료의 녹는점보다 낮은 온도에서 성장 속도를 제어할 수 있어 원자 수준의 층 두께 정밀도가 가능합니다.
7. 에피택시는 GaN 및 3원/4원 화합물 반도체와 같이 결정으로 끌어올릴 수 없는 재료의 단결정 층 성장을 가능하게 합니다.
다양한 에피택셜 층 및 에피택셜 프로세스
요약하면, 에피택셜 레이어는 벌크 기판보다 더 쉽게 제어되고 완벽한 결정 구조를 제공하므로 고급 소재 개발에 유리합니다.
게시 시간: 2024년 12월 24일