[전자 반도체] 에피텍셜 기술

소자나 집적회로의 제작에서 널리 다양하게 쓰이는 기술이 에피텍셜(epitaxial)이다. 단결정 기판 위에 얇은 단결정 물질을 성장시키는 방법이다. 이 방법으로 단결정의 녹는점보다 훨씬 낮은 온도에서 진행되지만 단결정 기판이 씨앗처럼 작 용한다. 기판상에서 성장하는 에피텍셜 층과 기판이 같은 물질일 때 이 방법을 동종 에피 (allhomoepitaxy)라고 하는데 Si 기판상에서 성장하는 Si 단결정이 예가 된다. 대부분 이 경우는 이종 에피텍시(heteroepitaxy)에 해당하는데, 이 경우 비록 기판상에서 성장하는 물질과 기판이 서로 다른 물질이라 하더라도 두 물질의 결정 구조가 매우 유사해야 결정 성장이 가능하고 두 물질 사이의 계면에서 결함이 생기지 않는다. 이종 에피텍시의 예로서는 GaAs 기판상에 3원소 화합물인 AIGaAs를 성장시키는 경우를 들 수 있다.

화학 기상 증착(Chemical Vapor-Phase Deposition) 널리 쓰이는 에피텍셜 성장 기술 중 하나가 화학 기상 증착법(CVD)이다. Si 기판상에 성장하는 Si 에피텍셜 층을 예로 들면 이는 Si을 포함하는 화학 기체 상태로부터 Si 원자가 표면에 잘 조절되어 증착 되는 과정이다. 실제 방법 중 하나는 가열된 기판 표면상에서 SICIA가 수소와 반응하여 Si 원자가 떨어져 나가 기판상에 증착되고, 다른 반응 생성물로서 생겨나는 기체 상태 의 HCI은 반응로 밖으로 밀려 나가는 방법이다. CVD 공정을 통해 기판에 도핑하는 것 과 에피텍셜 층에 도핑하는 것을 명확히 구분할 수 있다. 이 기술은 반도체 소자 제작에 매우 유용하게 사용된다.

액상 에피텍시(Liquid-Phase Epitaxy) 액상 에피텍시는 또 다른 에피텍셜 성장 기술 중의 하나이다. 다른 원소가 포함된 반도체 화합물은 반도체 자체보다 낮은 녹는점을 갖는다. 따라서 반도체 기판을 반도체 화합물이 녹아 있는 용융물 내에 두어도 용융물 의 온도가 기판의 녹는점보다 낮은 온도이므로 기판이 녹는 일은 생기지 않는다. 이 상태에서 용융물을 서서히 냉각시키면 씨앗으로 작용하는 결정 위에 단결정 반도체 층이 생성된다. 조크랄스키 방법보다 저온 공정인 이 기술은 III-V족 화합물 반도체의 성장에 유용하게 사용된다.

 

에피텍시(Molecular Beam Epitaxy) : 에피텍셜 층을 성장시키는 훌륭한 방법 중의 하나가 분자선 에피텍시 공정이다. 기판을 대개 400~800°C 정도의 온도를 유지 하는 진공 중에 위치시키는데 이는 다른 반도체 공정의 온도와 비교하면 상대적으로 제약이 많다.