Какво е стъпаловидно контролиран епитаксиален растеж？

Като една от основните технологии за подготовката на SIC захранващите устройства, качеството на епитаксията, отглеждана от технологията за епитаксиален растеж на SIC, ще повлияе пряко на работата на SIC устройства. Понастоящем най -основната технология за растеж на SIC Epitaxial е химическото отлагане на пари (CVD).

Има много стабилни кристални политипи на SIC. Следователно, за да се даде възможност на получения епитаксиален растежен слой да наследява специфичния кристален политип наSiC субстрат, Необходимо е да се прехвърли информацията за триизмерната атомна подредба на субстрата към епитаксиалния растежен слой и това изисква някои специални методи. Хироюки Мацунами, професор Емерит от университета в Киото и други предложиха такава технология за растеж на SIC Epitaxial, която извършва отлагане на химически пари (ССЗ) върху кристалната равнина на ниската индекс на SIC субстрата в малка офтанска посока при подходящи условия на растеж. Този технически метод също се нарича метод на епитаксиален растеж, контролиран от стъпка.

Фигура 1 показва как да се извърши SIC епитаксиален растеж по метод на епитаксиален растеж, контролиран от стъпка. Повърхността на чист и ъгъл SIC субстрат се образува в слоеве от стъпки и се получава стъпка на молекулно ниво и структура на таблицата. Когато се въведе суровиният газ, суровината се подава на повърхността на SIC субстрата и суровината, движеща се по масата, се улавя от стъпките на последователност. Когато уловената суровина образува подредба, съответстваща на кристалния политип наSiC субстратв съответната позиция, епитаксиалният слой успешно наследява специфичния кристален политип на SiC субстрата.

Фигура 1: Епитаксиален растеж на SIC субстрат с извън ъгъл (0001)

Разбира се, може да има проблеми с технологията за епитаксиален растеж, контролирана от стъпка. Когато условията на растеж не отговарят на подходящите условия, суровините ще ямлят и генерират кристали на масата, а не върху стъпките, което ще доведе до растеж на различни кристални политипи, причинявайки идеалния епитаксиален слой да не успее да расте. Ако в епитаксиалния слой се появят хетерогенни политипове, полупроводниковото устройство може да остане с фатални дефекти. Следователно, в технологията за епитаксиален растеж, контролирана от стъпките, степента на отклонение трябва да бъде проектирана, за да стигне до ширината на стъпката да достигне разумен размер. В същото време концентрацията на SI суровини и С суровини в газовете на суровините, температурата на растеж и други условия също трябва да отговаря на условията за приоритетно образуване на кристали на стъпките. В момента повърхността на основната4H тип SIC субстратНа пазара представя повърхност на ъгъл на отклонение от 4 ° (0001), която може да отговаря както на изискванията на технологията за епитаксиален растеж, контролирана от стъпка, така и да увеличи броя на вафлите, получени от була.

Водородът с висока чист се използва като носител в метода за отлагане на химически пари за растеж на епитаксиален SIC, а SI суровините като SIH4 и C суровини като C3H8 са вход към повърхността на SIC субстрата, чиято температура на субстрата винаги се поддържа при 1500-1600 ℃. При температура 1500-1600 ° C, ако температурата на вътрешната стена на оборудването не е достатъчно висока, ефективността на захранването на суровините няма да бъде подобрена, така че е необходимо да се използва реактор на гореща стена. Има много видове оборудване за растеж на SIC Epitaxial, включително вертикална, хоризонтална, мулти-вафер и едно-вафлавидове. Фигури 2, 3 и 4 показват газовия поток и конфигурацията на субстрата на реакторната част на три типа оборудване за епитаксиален растеж на SiC.

Фигура 2 Въртене и завъртане на множество чипове

Фигура 3 Революция с много чип

Фигура 4 Единичен чип

Има няколко ключови момента, които трябва да се имат предвид, за да се постигне масово производство на SiC епитаксиални субстрати: еднаквост на дебелината на епитаксиалния слой, еднаквост на концентрацията на допинг, прах, добив, честота на подмяна на компоненти и удобство на поддръжка. Сред тях еднородността на концентрацията на допинг ще повлияе пряко на разпределението на съпротивлението на напрежението на устройството, така че еднородността на повърхността на вафлата, партидата и партидата е много висока. В допълнение, реакционните продукти, прикрепени към компонентите в реактора и изпускателната система по време на процеса на растеж, ще се превърнат в източник на прах и как удобно да се отстранят тези прахове също е важна изследователска посока.

След SIC епитаксиален растеж се получава високо чистота SIC единичен кристален слой, който може да се използва за производство на устройства за електроенергия. В допълнение, чрез епитаксиален растеж, дислокацията на базалната равнина (BPD), съществуваща в субстрата, също може да бъде преобразувана в резба на резбата (TED) в интерфейса на субстрат/дрейф -слой (виж фигура 5). Когато биполярният ток преминава, BPD ще претърпи разширяване на неизправностите на подреждането, което води до разграждане на характеристиките на устройството като увеличена устойчивост. Въпреки това, след като BPD се преобразува в TED, електрическите характеристики на устройството няма да бъдат засегнати. Епитаксиалният растеж може значително да намали разграждането на устройството, причинено от биполярен ток.

Фигура 5: BPD на SiC субстрат преди и след епитаксиален растеж и TED напречно сечение след преобразуване

В епитаксиалния растеж на SIC често се вкарва буферен слой между дрифт слоя и субстрата. Буферният слой с висока концентрация на допинг от N-тип може да насърчи рекомбинацията на малцинствените носители. В допълнение, буферният слой също има функция на преобразуване на базална равнина (BPD), което има значително влияние върху разходите и е много важна технология за производство на устройства.