소개
InP와 Ga₂O₃는 열전도도가 낮고 단결정 기판이 비싸다는 병목을 함께 안고 있다. 기능층만 떼어 RBSC 지지체에 계면선택 광가열로 접합하는 공통 제조 플랫폼을 정리한 기술 자료다.
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요약
InP와 Ga₂O₃는 열전도도가 낮고 단결정 기판이 비싸지만 기능하는 층은 표면 수 μm에 그친다. 기능층만 층전사로 떼어 RBSC에 붙이고 원웨이퍼는 재연마해 다시 쓴다. 1500 nm 대역 광은 두 소재를 투과해 계면 흡수막에서만 발열하고, RBSC 잔류 Si상이 국부 용융되어 접합한다. 열저항·원가 효과의 계산 근거를 함께 싣는다.
결론
두 소재의 병목은 같은 구조로 정리된다. InP(약 68 W/m·K)와 Ga₂O₃(약 11~27 W/m·K)는 열전도도가 낮아 소자 바로 아래 기판이 열의 통로가 아니라 장벽이 되고, 고가 단결정 기판이 원가와 생산량의 상한을 함께 정한다. 그런데 소자 성능에 기여하는 층은 수 μm 이하로 웨이퍼 두께의 1%에 못 미친다. 기능층만 남기고 나머지를 고열전도·저원가 지지체로 바꾸는 하나의 조치가 열, 원가, 취급성 문제를 함께 다룬다. 플랫폼은 RBSC net-shape 기판, 층전사, 계면선택 광가열 접합의 세 요소로 이루어진다. RBSC는 잔류 Si 함량과 기공률에 따라 열전도도 120~200 W/m·K, 열팽창계수 4~5 ppm/K로 조절되고, 소성 수축이 거의 없어 대면적 판재로 만들 수 있다. 층전사는 이온주입 유도 박리나 응력 유도 박리로 소자에 필요한 두께만 떼어 내고 나머지 웨이퍼를 원형으로 남긴다. InP의 흡수단은 900 nm대이고 β-Ga₂O₃는 자외 영역에서만 흡수하므로, 1500 nm 대역 광은 두 소재를 모두 투과한다. 하나의 광원과 광학계로 서로 다른 두 반도체를 처리할 수 있는 근거다. 광흡수막은 열원일 뿐 접착층이 아니다. 실제 접합 매개상은 RBSC 계면의 잔류 Si상이며, 이 Si가 국부 용융·젖음·응고를 거쳐 반도체층과 세라믹을 일체화한다. 문헌 물성으로 산출한 열확산길이 계산값은 1 μs 조사에서 Si 약 4.5 μm, InP 약 6.8 μm, Ga₂O₃ 약 2.1 μm다. 조사 시간을 마이크로초 이하로 두면 열이 관여하는 영역은 계면 수 μm 안에 머문다. 통합 경로는 기존 에피 자산을 쓰는 에피-퍼스트와, 접합 뒤에 활성영역을 형성하는 본딩-퍼스트 두 가지이며 같은 층전사 라인과 접합 광학계를 공유한다. 면적 1 mm² 발열원 기준 1차원 전도 모델 계산값(횡방향 확산 제외)으로, 소자 직하 열저항은 InP 구조에서 1.9배, Ga₂O₃ 구조에서 10.6배 개선된다. Ga₂O₃의 개선폭이 큰 것은 기존 구조의 열저항이 거의 전부 기판에서 나오기 때문이다. 원웨이퍼 재사용 횟수 N은 두께 산술로 정해진다. 두께 350 μm 웨이퍼에서 회당 전사 3 μm와 재연마 손실 12 μm, 사용 가능 두께 300 μm를 잡으면 N은 20 내외다(산술값). 원가 경쟁력은 결국 재생 공정의 정밀도라는 하나의 변수로 수렴한다.
주제
- 전력반도체
- 포토닉스
