직경 50.8mm x 두께 10mm, 2인치 SiC 잉곳, 4H-N 단결정

SiC 결정 성장 기술

SiC의 특성상 단결정 성장이 어렵습니다. 이는 주로 대기압에서 Si:C = 1:1의 화학양론적 비율을 갖는 액상이 존재하지 않기 때문이며, 반도체 산업의 주류인 직접 인발법이나 낙하도가니법과 같은 기존의 성장 방식으로는 SiC를 성장시킬 수 없기 때문입니다. 이론적으로 Si:C = 1:1의 화학양론적 비율을 갖는 용액은 10⁵기압 이상의 압력과 3200℃ 이상의 온도에서만 얻을 수 있습니다. 현재 주류 성장 방식으로는 PVT법, 액상법, 고온 기상 화학 증착법 등이 있습니다.

당사가 제공하는 SiC 웨이퍼 및 결정은 주로 물리적 증기 수송(PVT) 방식으로 성장되며, PVT에 대한 간략한 소개는 다음과 같습니다.

물리적 증기 수송(PVT) 방법은 1955년 Lely가 발명한 기체상 승화 기술에서 유래했습니다. 이 기술에서는 SiC 분말을 흑연관에 넣고 고온으로 가열하여 SiC 분말을 분해 및 승화시킨 후, 흑연관을 냉각시켜 분해된 기체상 SiC 분말 성분을 흑연관 주변 영역에 SiC 결정으로 증착 및 결정화시킵니다. 이 방법은 대형 SiC 단결정을 얻기 어렵고 흑연관 내부의 증착 공정을 제어하기 어렵다는 단점이 있지만, 후대 연구자들에게 아이디어를 제공했습니다.

러시아의 YM Tairov 외 연구진은 이를 바탕으로 종자 결정 개념을 도입하여 SiC 결정의 제어 불가능한 결정 모양과 핵 생성 위치 문제를 해결했습니다. 이후 연구진들은 이를 지속적으로 개선하여 오늘날 산업적으로 사용되는 물리적 증기 전달(PVT) 방법을 개발했습니다.

가장 초기에 개발된 SiC 결정 성장 방법인 PVT는 현재 SiC 결정 성장에 가장 널리 사용되는 방법입니다. 다른 방법에 비해 성장 장비에 대한 요구 조건이 낮고, 성장 공정이 간단하며, 제어성이 뛰어나고, 연구가 충분히 진행되어 이미 산업화되었습니다.