[Epitaxy] Epitaxy 공정

어렵고 비싼 초순수층, 기존에 있는 Sub위쪽 방향으로 새로운 층을 생성하는 공정(Sub을 Seed로 생성한다고 생각).

일반 증착 방식보다 결정 격자가 단결정형태로 안정되어 있음. (Single Crystal).

다결정이나 비결정질(화합물)로 형성할 경우 Mobility가 떨어지기 때문(Trap 발생 가능성), Mismatch로 서로에게 반대방향 Stress를 주어 억제

=> Compressive, Tensile Stress와 Trap 방지!

++Mobility 향상 기술: Strained Si – Hetero의 경우

PMOS의 경우 압축응력(Compressive Stress), NMOS의 경우 인장응력(Tensile Stress) 개선 요함. (Mismatch) => 반대 Stress를 형성

-> PMOS는 Si 보다 격자상수가 큰 SiGe(실리콘저마늄)를 S와 D에, NMOS는 Si 보다 격자상수가 작은 SiC(실리콘카바이드)를 Epitaxy 공정 진행.

Epitaxy 공정의 두가지

점결함(Point Defect)- 특히 Carbon성 Defect이 많음 (MOCVD)

점결함

선결함(Line Defect)-Dislocation(전위), Threading

선결함

+Treading

1. defect Nucleation: half loof 형성 및 이동

2. {111}면 상에서 계면 쪽으로 Gliding down

3. 계면에서 strain release

4. Threading Dislocation의 측면 이동

Treading

 

면 결함(Planar Defect)-Stacking Fault(쌓이는 순서가 뒤바뀌는 것), Twin(일정 영역의 격자 구조가 180도 뒤집힌 것)

-해결을 위해 단차 Step을 한 개가 아닌 두개로 주면서 배열이 바뀌지 않도록 함, 또는, Tilt

 

++화합물 반도체 Epitaxy 형성  – MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Depo 참고)

 

원하는 이온이 들어가 있는 곳만 활성화시켜 Epi 성장

고진공 상태의 챔버 내부에서 이온들이 고체상태에서 승화하여 Target에서 반응

격자구조가 비슷한 값을 가져야 Stress가 최소화되기 때문에 두개의 화합물을 합쳐서 중간값의 화합물을 사용하기도 함.

 

RHEED(Reflection High Energy Electron Diffraction): 회절 패턴을 형성해 박막을 확인하는 장비

화합물의 굴절률과 Bandgap이 반비례 관계에 있어야 Laser Diode를 형성할 때 사용할 수 있음

(Bandgap이 작아야 전자와 정공이 들어오기 쉽고, 굴절률이 큰 쪽에 빛이 모일 수 있음)

또한, 태양전지(Tandem Solar Cell), LED(GaN) 등에도 활용

Bandgap Offset(위와 아래의 Bandgap크기가 다름, Hetero Junction, 같은 물질이라도 목적에 따라 다르게 설정 가능)

화합물 반도체는 Direct Bandgap으로 광전 소자에 유리하며 Mobility도 우수함. 하지만 비쌈

RHEED