PVT법에 의한 링 모양의 SiC 단결정 성장

국문 초록 (Abstract)

최근 반도체 공정의 미세화와 적층 구조화로 인한 고전력 플라즈마가 필요하게 되면서 이에 따른 에칭 공정의 관련 부품 또한 내플라즈마 특성이 우수한 부품이 필요하게 되었다. 기존 공정에 주로 사용되었던 실리콘을 대체하는 물질로 SiC 소재의 부품 비율이 증가하는 추세이다. SiC는 실리콘보다 물리적, 화학적 특성이 뛰어나 고온, 고전압, 부식 환경에서의 안정성이 우수하다. 이러한 우수한 특성을 바탕으로 반도체 공정 중에 입자의 발생이 줄어들게 되어 반도체 공정용 소재로 활용할 수 있다. 반도체 공정단계 중 식각 공정에서 사용되는 포커스링은 플라즈마 챔버 내에서 웨이퍼를 잡아주고 플라즈마를 집속시켜 고르게 분포되는 역할을 한다. 반도체 식각공정의 경우 CF4, 불소, 염소와 같은 반응성 가스가 포함된 가스를 사용하므로 주변 부품의 부식이 불가피하며, 웨이퍼와 가장 근접한 포커스링은 침식 속도가 챔버 내 부품 중 가장 빨라 교체 주기가 짧다. 그러므로 고도화된 미세공정에 사용되는 식각공정 장비의 고성능화와 더불어 식각장비 부품 소재의 고성능화가 중요해지는 추세이다. 실리콘 포커스링을 더 우수한 특성을 가지는 SiC 포커스링으로 대체함으로써 식각 공정에서의 수율 향상 및 비용 절감을 기대할 수 있다. 현재 SiC 포커스링은 일반적으로 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 제조되며 CVD법은 증착 온도가 1000℃에서 1500℃로 비교적 저온상에서 다결정 SiC가 증착된다. 본 연구에서는 물리적 기상 수송법(Physical Vapor Transport, PVT)을 이용하여 단결정 SiC 포커스링을 제조하기 위한 선행연구로써 링 모양의 SiC 단결정을 성장하였다. 흑연 도가니 내부에 원기둥 형태의 흑연 구조물을 배치하여 PVT법에 의한 링 모양의 SiC 단결정을 성장하였다. 성장한 결정은 Ultraviolet Fluorescence(UVF) 분석과 UV/Vis/Nir Spectrophotometer를 이용한 밴드갭 측정으로 결정다형의 분포를 확인하였다. 또한, Rocking curve 분석을 이용하여 결정성을 분석하였다. CVD-SiC 포커스링과 PVT-SiC 포커스링의 내플라즈마성을 비교하기 위해 유도결합 플라즈마 식각공정을 진행하였으며 PVT-SiC 포커스링의 내플라즈마성이 더 우수하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 5
• 2.1. 탄화규소(Silicon Carbide, SiC) 5
• 2.1.1. SiC의 구조 5
• 2.1.2. SiC의 특성 8
• 2.1.2.1. 열적 특성(Thermal Properties) 8
• 2.1.2.1. 전기적 특성(Electrical Properties) 8
• 2.2. SiC 단결정 성장법 10
• 2.2.1. 물리적 기상 수송법(Physical Vapor Transport, PVT) 10
• 2.2.2. 고온 화학 기상 증착법(High Temperature Chemical Vapor Deposition, HTCVD) 12
• 2.3. SiC의 결함 13
• 2.3.1. 마이크로파이프(Micropipe) 14
• 2.3.2. 면상결함(Planar Defect) 17
• 2.3.3. 저각입계(Low-angle Grain Boundary=Subgrain Boundary) 20
• 2.3.4. 전위(Dislocation) 21
• 2.3.5. 결정다형 변형(Polytype Change) 23
• Ⅲ. 실험방법 25
• 3.1. 링 모양의 SiC 종자정 준비 실험(실험 1) 27
• 3.1.1. 링 모양의 SiC 종자정 준비 27
• 3.1.2. 결정성장 실험을 위한 SiC 분말 27
• 3.1.3. 흑연 도가니 모식도 29
• 3.2. 링 모양의 SiC 단결정 성장 실험(실험 2,3) 30
• 3.2.1. 링 모양의 SiC 웨이퍼(실험 2) 30
• 3.2.2. 2인치 4H-SiC 웨이퍼(실험 3) 30
• 3.2.3. 흑연 도가니 모식도 31
• 3.3 SiC 단결정 성장 장비 32
• 3.3.1. 고주파 유도 전기로 32
• 3.4. 링 모양의 SiC 단결정 성장 조건 및 공정 순서 33
• 3.5. 웨이퍼화 공정 36
• 3.5.1. 외경 연삭 장비(External Grinder Machine) 36
• 3.5.2. 다이아몬드 와이어 쏘우 장비(Diamond wire Sawing) 37
• 3.5.3. 평면 연삭 장비(Surface Grinder Machine) 38
• 3.5.4. 기계적 슬러리 연마 장비(Diamond Slurry Mechanical Polishing) 39
• 3.6. SiC 단결정 분석 방법 41
• 3.6.1. 자외선 형광기(Ultraviolet Fluorescence, UVF) 41
• 3.6.2. 자외/가시광/근적외선 분광광도계(UV/Vis/NIR Spectrophotometer) 42
• 3.6.3. 고분해능 X-선 회절분석기(HR-XRD) 43
• 3.6.4. 유도결합 플라즈마 식각기(ICP Dry Etcher) 44
• Ⅳ. 결과 및 고찰 45
• 4.1. 링 모양의 SiC 단결정 광학 사진 45
• 4.2. 링 모양의 SiC 단결정 웨이퍼 편광사진 46
• 4.3. UVF 형광 사진 47
• 4.4. Rocking Curve 분석 48
• 4.5. 내플라즈마성 평가 49
• Ⅴ. 결론 50
• 참고문헌 52
• Abstract 55