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화학기상증착법(CVD)을 이용한 탄화규소(SiC) 에피택셜 성장 원문보기

전기전자재료 = Bulletin of the Korean institute of electrical and electronic material engineers, v.30 no.6, 2017년, pp.29 - 39  

김현우 (서울대학교 재료공학부) ,  김형준 (서울대학교 재료공학부)

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문제 정의

  • 본고에서는 화학기상증착법을 이용한 SiC 에피택셜 성장 시스템을 소개하고 그 구조와 방법에 대하여 설명하고자 한다. 또한 나아가 SiC 에피택셜 성장에 적용되고 있는 기법과 응용에 대하여 그 이론과 연구결과를 바탕으로 소개하고자 한다.
  • 앞서 말했듯이 SiC의 화학기상증착법에는 반응기의 구조와 형태에 따라 여러 가지로 분류할 수 있다. 본 절에서는 그 중에서 수평 냉벽 반응기(horizontal cold-wall reactor)와 수평 고온 벽 반응기(horizontal hot-wall reactor) 수직 고온 벽 반응기(vertical hot-wall reactor)의 구조와 특성에 대하여 소개하고자 한다.
  • 본고에서는 화학기상증착법을 이용한 SiC 에피택셜 성장 시스템을 소개하고 그 구조와 방법에 대하여 설명하고자 한다. 또한 나아가 SiC 에피택셜 성장에 적용되고 있는 기법과 응용에 대하여 그 이론과 연구결과를 바탕으로 소개하고자 한다.
  • 지금까지 탄화SiC의 에피택셜 성장에 사용되는 여러 방법 중, 가장 많이 연구되고 활용되는 화학기상증착법을 이용한 SiC 에피택셜 성장에 대하여 알아보았다. 화학기상증착법에서의 성공적인 에피택셜 성장을 위해 여러 가지 반응기의 형태와 구조, 그리고 전구체가 제안되었으며 본고에서 그 중 대표적인 예를 소개하였다.
  • 지금까지 탄화SiC의 에피택셜 성장에 사용되는 여러 방법 중, 가장 많이 연구되고 활용되는 화학기상증착법을 이용한 SiC 에피택셜 성장에 대하여 알아보았다. 화학기상증착법에서의 성공적인 에피택셜 성장을 위해 여러 가지 반응기의 형태와 구조, 그리고 전구체가 제안되었으며 본고에서 그 중 대표적인 예를 소개하였다. 에피택셜 성장을 위한 기법으로써 SiC 에피택셜 층의 폴리타입 안정성을 개선하기 위해 오프-엑시스 기판을 이용한 계단 제어 성장법을 활용하고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SiC 소자의 성능은 무엇에 크게 좌우되는가? 하지만 SiC를 적용함으로써 얻을 수 있는 이러한 긍정적인 효과는 SiC 소자를 성공적으로 제작 할 수 있을 때에 비로소 기대할 수 있으며, 그를 위해서는 소자제작에 있어서 필수적인 과정인 에피택셜 성장이 매우 중요하다. SiC 소자의 성능은 에피택셜 층의 품질에 크게 좌우되는데 따라서 에피택셜 층의 생산성과 재현성, 품질이 소자의 개선에 큰 영향을 끼친다고 볼 수 있다. 구체적인 특성으로는 에피택셜 층의 결함 밀도, 폴리타입 안정성, 낮은 수준에서부터 높은 수준에까지의 n-타입, p-타입 도핑 프로파일 등이 소자의 성능에 영향을 끼친다.
SiC 애피택셜 성장 방법 중에 승화 에피택시의 장단점은 무엇인가? SiC 애피택셜 성장 방법에는 여러 방법이 있는데, 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD), 승화 에피택시(sublimation epitaxy, SE), 액상 에피택시(liquid phase epitaxy, LPE), 증기액체-고체 에피택시(vapor-liquid-solid epitaxy, VLS) 등이 있으며 각각의 방법에 따라 장단점과 특징이 존재한다. 승화 에피택시 방법의 경우 성장속도가 매우 높다(1,000 µm/h)는 장점이 있지만 도핑레벨을 조절하기 힘들다는 단점이 있다 [1]. 액상에피택시는 1990년대에서부터 많이 이루어졌던 증착 방법으로 증착속도를 300 µm/h까지 달성할 수 있고 도핑 타입 또한 선택할 수 있지만 성장 중에 도핑 레벨을 조절할 수 없다는 단점이 역시 존재한다[2].
탄화규소는 어떠한 물질인가? 하지만 기술 발전의 가속화는 기존 반도체 공정으로는 그 요구를 충족할 수 없는 수준에 이르고 있으며 물리적인 한계를 극복하기 위해 새로운 물질에 대한 필요성이 대두되고 있는 상황이다. 탄화규소(silicon carbide, SiC)는 높은 융점, 큰 항복 전장, 우수한 열전도도와 높은 포화 전자이동도 등을 갖는 와이드-밴드갭 반도체로, 기존의 실리콘을 대체할 차세대 반도체 물질로써 많은 연구가 진행되고 있다.
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참고문헌 (16)

  1. Sy vajar vi M, Yakimova R, Tuominen M, Kakanakova-Georgieva A, MacMillan MF, Henry A, Wahab Q, Janzen E, and J. Cryst. Growth, 197, 155, (1999). 

  2. Powell JA and Rowland LB, Proc. IEEE, 90, 942, (2002). 

  3. Ferro G, Jacquier C, New J. Chem., 28, 889. (2004). 

  4. H. H. Lee, H. W. Kim, H. S. Seo, D. H. Lee, C. H. Kim, S. Y. Lee, H. J. Kang, J. Y. Heo, and H. J. Kim, ECS J. Solid State Sci. Technol., 4(8), N89, (2015). 

  5. ltoh A and Matsunami H, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., 22, 111, (1997). 

  6. Kordina O, Hallin C, Henry A, Bergman JP, Ivanov IG, A, Ellison A, Son NT, and Janzen E, Phys. Status Solidi B, 202, 321, (1997). 

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  9. A.N. Vorob'ev, S.Y. Karpov, O.V. Bord, A.I. Zhmakin, A.A. Lovtsus, and Y.N. Makarov, Diamond Relat. Mater., 9, 472. (2000). 

  10. R. B. Campbell, T. L. Chu, and J. Electochem. Soc. 113, 825 (1966). 

  11. Kong HS, Glass JT, and Davis RF, J. Appl. Phys., 64, 2672, (1988). 

  12. Kimoto T and Matsunami H, J. Appl. Phys., 75, 850, (1994). 

  13. J. K. Jeong, H. J. Na, J. H.o Choi, C. S.Hwang, H. J. Kim, W. Bahng, and J. Cryst. Growth, 210, 629, (2000). 

  14. H. K. Song, J. H. Moon, H. J. Kim, and M. Mehregany, Appl. Phys. Lett., 94, 112109, (2009). 

  15. Larkin DJ and Neudeck PG, Powell AJ, Matus LG, Appl. Phys. Lett., 65, 1659, (1994). 

  16. H. K. Song, S. Y. Kwon, J. H. Moon, H. S. Seo, J. H. Yim, J. H. Lee, and H. J. Kim, J. Electrochem. Soc., 155, H11, (2008). 

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