일반기술

화학 증착법으로 입방형 탄화규소 박막을 실리콘 기질 위에 적층 성장시키는 방법

흔히 사용하는 발화성이 강한 실란 (SiH4) 대신 발화성이 없어 훨씬 더 안전한 1,3-디실라부탄 (SiH3CH2SiH2CH3, 1,3-disilabutane, DSB)을 단독으로 화학 증착법 (chemical vapor deposition, CVD)의 원료로 사용하여 실리콘 (100) 기질과 (111) 기질 위에 입방형 탄화규소 (3C-SiC) 박막을 제조하였다. 이 방법으로 탄화규소 박막을 만들 때 실리콘 기질 표면의 초기 탄화 과정을 거치지 않아도 되고 증착 온도도 실란과 프로판을 쓰는 기존 공정에 비해 400 oC 이상 낮아진다. 또 육방형 탄화규소 단결정 4H-SiC나 6H-SiC 웨이퍼 위에 적층 성장을 실시할 때에도 증착 온도가 500 oC 이상 낮아져 아주 유리하다. 본 기술은 단일 선구 물질의 장점이 잘 드러나는 기술로서, DSB를 쓰는 공정은 간단하고 안전하며 증착 온도가 낮아 에너지를 절약하는 방법도 된다. 본 기술로 제조하는 탄화규소 박막은 실란과 프로판 또는 다른 단일 선구 물질을 써서 얻는 박막보다 품질이 더 좋음이 투과 전자 현미경 분석법으로 밝혀졌다.본 기술은 발화성이 없는 안전한 DBS를 단일 선구 물질로 사용하여 비교적 낮은 온도에서 탄화규소 박막을 제조하는 점에서 기존의 실란과 프로판을 쓰는 공정보다 훨씬 더 유리하다. 실리콘 기질의 표면을 탄화시키지 않고도 적층 성장을 달성하며 또 단일 선구 물질 하나로만 탄화규소 박막을 제조할 수 있는 본 기술은 여러 면에서 뛰어나는 점을 지닌다. 현재로는 본 기술의 단점이나 보완점이 없는 것으로 보인다. 국내외적으로 탄화규소 박막을 제조할 때에는 기존의 방법 대로 실란과 프로판을 규소와 탄소의 원료 화합물로 쓴다. 그러나 본 기술의 장점이 알려지기 시작하여 최근에는 미국에서 본 기술을 이용하여 실리콘을 바탕으로 하는 MEMS (microelectromechanical system)에 탄화규소를 증착시켜 더욱 좋은 특성을 얻었다는 보고가 있었다. 이 보고는 본 기술로 탄화규소의 증착 온도가 많이 낮아졌기 때문에 비로소 나올 수 있게 된 것이다. 탄화규소는 그 다형체 (polytype)에 따라 몇 가지 산화물과 질화갈륨 (GaN)의 기질로도 쓰이기 때문에 본 기술의 응용이 더욱 늘어날 것으로 보인다.