Yamada Hideaki와 Chatanihara Akiyoshi 연구원은 Diamond Research Center [AIST] (AIST) (AIST) 인 DiaMond Research Center [AIST] (이하 AIST) 인 Diamond Research Center [Research Center Director Fujimori Naoji]의 단결정 기판 개발 팀인 Chatanihara Akiyoshi는 대형 지역이있는 단일 결정 라이브 바카라아몬드 웨이퍼를 제조 할 수있는 기술을 개발했습니다
라이브 바카라아몬드는 높은 경도, 높은 열전도율, 광 변속기 파장 범위의 넓은 밴드 폭, 넓은 밴드 갭 및 화학적 안정성과 같은 우수한 특성을 나타내며, 도구 및 광학 구성 요소뿐만 아니라 반도체 장치, 전자 방출 장치 및 바이오 센서에도 다양한 응용 분야에서 사용될 것으로 예상됩니다 특히, 전자 장치에 적용 할 때, 실리콘 (SI) 기반 및 실리콘 카바이드 (SIC)를 능가 할 수있는 전력 장치는 실현 될 것으로 예상되며, 전기 자동차 및 산업 장비와 같은 제어 모듈에 설치함으로써 상당한 에너지 절약을 달성 할 수 있습니다 그러나 전자 애플리케이션의 경우 인치 크기의 단결정 라이브 바카라아몬드 웨이퍼에 대한 제조 기술을 구축해야합니다
AIST는 이전에 대형 단결정 라이브 바카라아몬드를 제조하는 기술을 개발했으며 10mm 정사각형 웨이퍼를 성공적으로 생산했습니다 이 기술은 얇은 판 모양의 단결정 라이브 바카라아몬드를 종자 결정에서 직접 분리합니다직접 웨이퍼 방법의 확립으로 인해 전례없는 대형 단결정을 저렴한 비용으로 제조 할 수있을 것으로 예상됩니다
이번에는 동일한 특성을 갖는 다수의 단결정 라이브 바카라아몬드 얇은 플레이트를 직접 웨이퍼 방법을 사용하여 제조했으며,이 얇은 플레이트는 함께 결합되어 대형 영역 웨이퍼를 생성 하였다 기존의 것보다 더 나은 결합 상태를 제공하는 본딩 기술이 확립 되었으며이 기술을 사용하여 약 1 인치 정사각형의 넓은 면적을 갖는 단결정 라이브 바카라아몬드 웨이퍼를 생산하는 데 성공했습니다 (사진 1)
이 연구 결과는 2010 년 봄 Applied Physics에 관한 제 57 회 연합 강의에서 발표 될 예정이며, 2010 년 3 월 17 일부터 21 일까지 Tokai University Shonan 캠퍼스에서 개최됩니다
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사진 1 : 큰 1 인치 단일 크리스탈 라이브 바카라아몬드 웨이퍼
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라이브 바카라아몬드는 높은 경도, 열전도율, 넓은 광 전원 파장 밴드, 작은 유전체 상수 및 화학적 안정성을 포함한 다양한 우수한 물리적 특성을 나타 내기 때문에 다양한 장치에 적용될 것으로 예상됩니다 반도체로서의 적용은 특히 높다 이 실제 적용을 구현하기 위해서는 반도체 제조 공정을 적용하는 데 1 인치 크기의 단결정 웨이퍼가 필수적입니다
좁은 라이브 바카라아몬드 단결정의 좁은 자연이 크며, 초고 압력에 의한 인공 합성조차도 1 인치 크기의 크기를 증가시킬 수 없습니다증기 상 합성 방법상대적으로 적은 한계로 인해 오랜 기간 동안 성장을 유지하는 것은 쉽지 않으며, 대규모 단결정 라이브 바카라아몬드 웨이퍼의 대량 생산을 허용하는 기술은 실현되지 않았습니다
AIST Diamond Research Center마이크로파 플라즈마 CVD 방법를 사용하여 큰 단결정 라이브 바카라아몬드의 합성에 대한 연구를 수행하고 있습니다 고속 고품질 결정의 조건이 확립되었으며 2004 년에는 1 캐럿의 단결정 라이브 바카라아몬드를 합성하는 데 성공했습니다 라이브 바카라아몬드를 웨이퍼 모양으로 처리하는 것은 어렵다고 생각했지만, 이온 임플란트 및 전기 화학 에칭을 사용한 독특한 직접 웨이퍼 방법이 개발되어 모든 두께의 플레이트와 같은 단결정을 대량 생성 할 수 있습니다 또한, 2007 년에 결정의 크기를 점차적으로 증가시킴으로써 10mm 정사각형 웨이퍼와 같은 결정을 생산하는 데 성공했습니다
더 큰 단결정 라이브 바카라아몬드 웨이퍼를 생산하기 위해, 우리는 동일한 시드 크리스탈로 만든 다중 플레이트와 같은 단결정 라이브 바카라아몬드를 결합하여 더 큰 면적 (모자이크-유사) 단일 결정 라이브 바카라아몬드 웨이퍼를 생산하는 기술을 개발했습니다
라이브 바카라아몬드 단결정의 생산은 매우 엄격한 조건으로 제한되며, 기존 장비를 사용하여 품질을 유지하면서 큰 단결정을 생산할 수 있는지 여부는 불분명했습니다 AIST는 또한 플라즈마 시뮬레이션을 사용하여 개발 방법을 사용하여 대형 단결정 라이브 바카라아몬드를 준비하는 조건을 개선했으며 약 1 인치의 균일 한 영역을 재배 할 수 있음을 발견했습니다
라이브 바카라아몬드 단결정의 크기를 높이려는 많은 시도가 이루어졌으며, 몇몇 연구 기관은 여러 단결정을 결합 시키거나 소위 모자이크와 같은 단결정 웨이퍼를 만드는 기술을 시도했습니다 그러나, 별도의 결정을 결합 할 때 결정 방향을 정렬하는 것은 극히 어렵고, 다결정과 흑연이 결정 사이의 경계에서 자라서 올바르게 결합 할 수 없다는 것이 문제가 있다고한다 또한, 이들 기판의 크기는 약 5mm 정사각형 이하로 매우 작다는 것이 문제였습니다
AIST에 의해 개발 된 제조 기술의 특징은 그림 1과 같이, 다중 얇은 플레이트 형 단결정 라이브 바카라아몬드가 단일 시드 결정에서 생성되고, 이들 얇은 판 모양의 단결정은 함께 결합되어 대기업 모자이크 단일 결정 웨이퍼를 생성한다는 것이다 단일 종자 결정에서 자라기 때문에, 이번에 사용 된 얇은 판 모양의 단결정 라이브 바카라아몬드는 동일한 특성 및 결정 방향을 갖는 "트윈"결정입니다 이들 얇은 플레이트-유사 결정은 하나의 큰 면적 웨이퍼를 생성하기 위해 함께 결합되기 때문에, 결정 사이의 경계에서 비정상적인 결정 성장이나 제대로 결합 할 수없는 것과 같은 문제는 거의 없다
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그림 1 : 모자이크와 유사한 대형 지역 웨이퍼 제조 공정
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이 대형 지역 기술을 사용하여 생산 된 대규모 지역 단일 크리스탈 웨이퍼는 부드러운 상호 결정이 결합되어 있으며 과거보다 더 조밀하게 결합됩니다 이러한 이유로 연마 및 직접 웨이퍼 방법도 적용될 수 있습니다 따라서, 이것이 종자 결정으로 사용되는 경우, 원하는 수의 시트를 갖는 넓은 면적 기판이 대량으로 생성 될 수있다 또한 종자 결정으로부터의 분리 처리 기술인 직접 웨이퍼 방법이 1 인치 정사각형의 넓은 면적을 갖는 라이브 바카라아몬드 결정에 적용될 수 있음이 입증되었다
이번에는 이미 성공적으로 제작 된 10mm 정사각형 시드 크리스탈을 사용하고 6 개의 얇은 판 모양의 결정으로 1 인치 정사각형의 면적을 덮었지만 원래 시드 결정 크기가 증가함에 따라 더 큰 단결정과 결합하여 모자이크를 형성 할 수 있습니다
위에서 설명한 바와 같이, 동일한 종자 결정으로 만든 복수의 얇은 플레이트 형 단결정 라이브 바카라아몬드를 결합함으로써 더 큰 지역 모자이크 단축 라이브 바카라아몬드 웨이퍼를 쉽게 만들기위한 기술이 개발되었다 또한,이 대형 영역 웨이퍼를 종자 결정으로 사용하고 직접 웨이퍼 방법을 적용함으로써 대규모 지역 단축 기질 웨이퍼를 대량 생산할 수 있다고 믿어진다
이번에 성공적으로 제조 된 인치 크기의 단결정 라이브 바카라아몬드 웨이퍼는 1 년 이내에 실질적으로 사용하기 위해 고려 될 것입니다
또한, 라이브 바카라아몬드를 반도체 장치에 적용하기 위해 더 큰 크기의 웨이퍼가 필요하다고 생각되므로 웨이퍼의 크기를 계속 증가시킬 것입니다 앞으로는 균일 한 2 인치 웨이퍼를 개발하기위한 성장 및 가공 장비 및 방법을 개선하고자합니다 또한, 우리는 수정 품질을 장치 제작과 일치하는 레벨로 개발할 것입니다