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SiC 결정의 전위

2023-08-21

SiC 기판에는 TSD(Threading Screw Dislocation), TED(Threading Edge Dislocation), BPD(Base Plane Dislocation) 등과 같은 미세한 결함이 있을 수 있습니다. 이러한 결함은 원자 수준에서 원자 배열의 편차로 인해 발생합니다.


SiC 결정은 일반적으로 c축에 평행하게 또는 작은 각도로 확장되는 방식으로 성장합니다. 이는 c축이 기본 평면이라고도 알려져 있음을 의미합니다. 결정에는 두 가지 주요 유형의 전위가 있습니다. 전위선이 베이스 평면에 수직인 경우, 결정은 종자 결정에서 에피택셜 성장 결정으로 전위를 물려받습니다. 이러한 전위는 관통 전위로 알려져 있으며 전위선에 대한 베르누이 벡터의 방향에 따라 나사형 전위(TED)와 나사형 전위(TSD)로 분류할 수 있습니다. 전위선과 브뢴스테드 벡터가 모두 기본 평면에 있는 전위를 기본 평면 전위(BPD)라고 합니다. SiC 결정은 위의 전위가 결합된 복합 전위를 가질 수도 있습니다.




1. TED&TSD

나사산 전위(TSD)와 나사산 가장자리 전위(TED)는 각각 <0001>과 1/3<11-20>의 서로 다른 버거 벡터를 사용하여 [0001] 성장 축을 따라 실행됩니다.


TSD와 TED는 모두 기판에서 웨이퍼 표면까지 확장될 수 있으며 작은 구덩이 같은 표면 특징을 생성할 수 있습니다. 일반적으로 TED의 밀도는 약 8,000-10,000 1/cm2이며 이는 TSD의 거의 10배입니다.


SiC 에피택셜 성장 프로세스 동안, TSD는 기판에서 확장된 TSD의 에피택셜 층으로 확장되어 기판 평면의 다른 결함으로 변환되어 성장 축을 따라 전파될 수 있습니다.


SiC 에피택셜 성장 동안 TSD는 기판 평면의 적층 결함(SF) 또는 당근 결함으로 변환되는 반면, 에피택셜 층의 TED는 에피택셜 성장 동안 기판에서 상속된 BPD로부터 변환되는 것으로 나타났습니다.


2. BPD

SiC 결정의 [0001] 평면에 위치한 기저면 전위(BPD)는 1/3<11-20>의 버거 벡터를 갖습니다.


BPD는 SiC 웨이퍼 표면에 거의 나타나지 않습니다. 이들은 일반적으로 기판에 1500 1/cm2의 밀도로 집중되어 있는 반면, 에피택셜 층의 밀도는 약 10 1/cm2에 불과합니다.


SiC 기판의 두께가 증가함에 따라 BPD의 밀도가 감소하는 것으로 이해됩니다. 광발광(PL)을 사용하여 검사하면 BPD는 선형 특징을 나타냅니다. SiC 에피택셜 성장 공정 중에 확장된 BPD는 SF 또는 TED로 변환될 수 있습니다.


이상으로부터, SiC 기판 웨이퍼에 결함이 존재하는 것이 명백하다. 이러한 결함은 박막의 에피택시 성장에서 유전될 수 있으며, 이로 인해 SiC 장치에 치명적인 손상을 줄 수 있습니다. 이로 인해 높은 항복 전계, 높은 역전압, 낮은 누설 전류 등 SiC의 장점이 손실될 수 있습니다. 더욱이 이는 제품의 인증률을 저하시킬 수 있으며, 신뢰성 저하로 인해 SiC 산업화에 큰 장애가 될 수 있습니다.