실리콘 Si(P형) 증착 공정 참고 내용

실리콘은 세계에서 가장 널리 사용되는 원소 중 하나입니다. 짙은 회색이며 푸른빛을 띠는 준금속성 물질입니다. 녹는점은 1,410°C, 밀도는 2.32 g/cc, 증기압은 1,337°C에서 10-4 Torr 입니다. 깨지기 쉬운 준금속으로 쉽게 깨질 수 있습니다. 실리콘은 전자 및 컴퓨터 산업에 널리 사용되는 반도체입니다. 용도에 따라 비소, 인 또는 붕소로 도핑되는 경우가 많습니다. 진공 상태에서 증발시켜 회로 소자, 데이터 저장 장치, 배터리 제조에 사용됩니다.

실리콘(Si(P형))의 열증발

실리콘을 열적으로 증발시키는 것은 어렵거나 불가능합니다.

재료의 증발 온도는 10-2 Torr 의 증기압에 도달하는 데 필요한 온도입니다 . 이 증기압에서 일반적인 소스-기판 구조를 갖는 시스템에서 높은 증착 속도가 가능합니다. 이 증기압에 도달하려면 실리콘을 약 1,600°C까지 가열해야 합니다. 이 온도는 실리콘의 녹는점(1,410°C)보다 높기 때문에 실리콘은 액체 상태에서 증발합니다.

그러나 액상 실리콘은 내화성 금속과 반응합니다. 두꺼운 텅스텐 보트(0.025인치 두께)에서 실리콘을 열 증발시켜 보려고 시도했지만, 별다른 성과가 없었습니다. 액상 실리콘이 보트에 젖어 합금화되어 적절한 두께의 층이 증착되기 전에 파손되었습니다. 또한 흑연 도가니에 차폐형 도가니 히터를 사용하려고 시도했지만, 이 방법 역시 액상 실리콘이 도가니와 반응하여 실패했습니다.

현재로서는 실리콘 열 증착에 대한 적절한 공급처를 추천해 드릴 수 없으며, 일반적으로 실리콘 박막 증착에는 전자빔 증착이나 스퍼터링을 권장합니다. 그러나 전자빔 증착 공정 또한 복잡할 수 있습니다.

실리콘(Si(P형))의 전자빔 증발

실리콘은 전자빔 증발에 있어서는 양호하다고 평가됩니다.

재료의 증발 온도는 10-2 Torr 의 증기압에 도달하는 데 필요한 온도입니다 . 이 증기압에서 일반적인 소스-기판 구조를 갖는 시스템에서 높은 증착 속도가 가능합니다. 이 증기압에 도달하려면 실리콘을 약 1,600°C까지 가열해야 합니다. 이 온도는 실리콘의 녹는점(1,410°C)보다 높기 때문에 실리콘은 액체 상태에서 증발합니다.

실리콘 증착에는 그라파이트 (함침) 또는 탄탈륨 도가니(라이너)를 사용하는 것이 좋습니다 . 액체 실리콘은 라이너를 손상시키는 경향이 있으므로 도가니 라이너는 상당히 자주 교체해야 합니다. 실리콘이 녹으면 도가니 라이너의 내벽에 기계적으로 결합합니다. 냉각 또는 재가열 시, 라이너와 접촉하는 실리콘의 열 팽창/수축 차이로 인해 라이너가 파손될 수 있는 충분한 응력이 발생할 수 있습니다. 또한 도가니 내 재료의 용융 수준이 도가니 라이너의 성공 여부에 직접적인 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 도가니에 재료를 너무 많이 채우면 재료가 넘쳐 라이너와 하스(hearth) 사이에 단락이 발생합니다. 결과적으로 도가니에 균열이 발생합니다. 이는 도가니 라이너 파손의 가장 흔한 원인입니다. 도가니에 재료를 너무 적게 넣거나 재충전하기 전에 재료를 너무 많이 증발시키는 것도 공정에 악영향을 미칠 수 있습니다. 용융 수준이 30% 미만이면 전자빔이 도가니 바닥이나 벽에 부딪혀 파손될 가능성이 높습니다. 이러한 문제를 방지하기 위해 용융 수준을 30~80%로 유지하고 출력을 천천히 높였다 낮췄습니다. 하지만 이러한 지침을 따르더라도 라이너는 여전히 자주 교체해야 합니다.

그라파이트 라이너는 증발 실험을 한 번만 거치면 수명이 다한다는 점에 유의해야 합니다 . 탄탈륨 라이너는 여러 번 사용할 수 있습니다. 그러나 탄탈륨 라이너는 일반적으로 비쌉니다 . 사용자는 탄탈륨 라이너의 수명 연장과 추가 비용을 비교하여 그라파이트 라이너를 추가 구매하고 매번 사용할 때마다 교체하는 것이 더 경제적인지 판단해야 합니다 .

결국, 실리콘(Si(P형))의 물리적 증착은 스퍼터가 제일 적합하다. 이빔은 가능하지만 라이너가 파손 되고 챔버 오염이 심해서 좋지 않다. 써멀은 안된다고 생각하면 된다.