Mi a lépésvezérelt epitaxiális növekedés?

Mint a SIC energiakészülékek előkészítésének egyik legfontosabb technológiája, a SIC epitaxiális növekedési technológia által termelt epitaxis minősége közvetlenül befolyásolja a SIC eszközök teljesítményét. Jelenleg a leggyakoribb SIC epitaxiális növekedési technológia a kémiai gőzlerakódás (CVD).

A SiC-nek számos stabil kristálypolitípusa létezik. Ezért annak érdekében, hogy a kapott epitaxiális növekedési réteg örökölje a specifikus kristálypolitípustSiC szubsztrát, a szubsztrát háromdimenziós atomrendezési információkra kell továbbítani az epitaxiális növekedési rétegre, és ehhez néhány speciális módszert igényel. Hiroyuki Matsunami, a Kyoto Egyetem emeritus professzora, és mások egy ilyen SIC epitaxiális növekedési technológiát javasoltak, amely kémiai gőzlerakódást (CVD) hajt végre a SIC szubsztrát alacsony indexes kristálysíkján, egy kis off szögben, megfelelő növekedési körülmények között. Ezt a műszaki módszert lépésvezérelt epitaxiális növekedési módszernek is nevezik.

Az 1. ábra bemutatja, hogyan lehet végrehajtani a SIC epitaxiális növekedést lépésvezérelt epitaxiális növekedési módszerrel. A tiszta és off-line SIC szubsztrát felületét lépések rétegeibe alakítják, és a molekuláris szintű lépést és az asztal szerkezetét kapjuk. A nyersanyaggáz bevezetésekor a nyersanyagot a SIC szubsztrát felületére szállítják, és az asztalon mozgó nyersanyagot a lépések sorolják be. Amikor a rögzített nyersanyag olyan elrendezést alkot, amely összhangban van aSiC szubsztrátA megfelelő helyzetben az epitaxiális réteg sikeresen örököli a SIC szubsztrát specifikus kristálypolitikáját.

1. ábra: A SIC szubsztrát epitaxiális növekedése off szöggel (0001)

Természetesen problémák adódhatnak a lépésvezérelt epitaxiális növekedési technológiával. Ha a növekedési feltételek nem felelnek meg a megfelelő feltételeknek, a nyersanyagok magot képeznek és kristályokat generálnak az asztalon, nem pedig a lépcsőkön, ami különböző kristálypolitípusok növekedéséhez vezet, ami az ideális epitaxiális réteg növekedését okozza. Ha heterogén politípusok jelennek meg az epitaxiális rétegben, akkor a félvezető eszköz végzetes hibái maradhatnak. Ezért a lépésvezérelt epitaxiális növekedési technológiában az elhajlás mértékét úgy kell megtervezni, hogy a lépésszélesség elérje az ésszerű méretet. Ugyanakkor a szilícium-alapanyagok és a C-alapanyagok koncentrációjának a nyersanyaggázban, a növekedési hőmérsékletnek és egyéb feltételeknek is meg kell felelniük a lépcsőkön történő elsőbbségi kristályképződés feltételeinek. Jelenleg a felület a fő4H típusú szubsztrátA piacon egy 4 ° -os elhajlási szög (0001) felületet mutat be, amely megfelel a lépésvezérelt epitaxiális növekedési technológia követelményeinek, mind pedig a Boule-tól kapott ostyák számának növelésével.

A nagy tisztaságú hidrogént hordozóként használják a kémiai gőzleválasztásos módszerben a SiC epitaxiális növekedéséhez, és a Si-nyersanyagokat, például a SiH4-et és a C-nyersanyagokat, például a C3H8-at, a SiC szubsztrát felületére vezetik, amelynek szubsztrátum hőmérséklete mindig a megfelelő értéken van tartva. 1500-1600 ℃. 1500-1600°C hőmérsékleten, ha a berendezés belső falának hőmérséklete nem elég magas, az alapanyagok ellátási hatékonysága nem javul, ezért melegfalú reaktor alkalmazása szükséges. Sokféle SiC epitaxiális növesztő berendezés létezik, beleértve a függőleges, vízszintes, több lapátos és egy-ostyatípusok. A 2., 3. és 4. ábra a SIC epitaxiális növekedési berendezések reaktor részének gázáramának és szubsztrát konfigurációját mutatja.

2. ábra Multi-chip forgás és forradalom

3. ábra Multi-chip forradalom

4. ábra Egyetlen chip

Számos kulcsfontosságú szempontot kell figyelembe venni a SIC epitaxiális szubsztrátok tömegtermelése érdekében: az epitaxiális réteg vastagságának egységessége, a dopping koncentráció egységessége, a por, a hozam, az alkatrészek cseréjének gyakorisága és a karbantartás kényelme. Közülük a doppingkoncentráció egységessége közvetlenül befolyásolja az eszköz feszültségállóságának eloszlását, így az ostya felületének, a kötegnek és a kötegnek az egységessége nagyon magas. Ezenkívül fontos kutatási irány, amely a reaktor és a kipufogórendszerhez kapcsolódó reakciótermékek a reaktor és a kipufogórendszer számára porforrássá válnak, és hogyan lehet ezeket a porokat kényelmesen eltávolítani.

A SiC epitaxiális növekedése után nagy tisztaságú SiC egykristály réteget kapunk, amely felhasználható teljesítményeszközök gyártására. Ezenkívül az epitaxiális növekedés révén a szubsztrátumban meglévő alapsík-diszlokáció (BPD) a szubsztrát/sodródás réteg határfelületén menetes éldiszlokációvá (TED) is átalakítható (lásd 5. ábra). Amikor bipoláris áram folyik át rajta, a BPD halmozási hiba növekszik, ami az eszköz jellemzőinek romlását eredményezi, például megnövekszik a bekapcsolási ellenállás. A BPD TED-re való átalakítása után azonban az eszköz elektromos jellemzői nem változnak. Az epitaxiális növekedés jelentősen csökkentheti a bipoláris áram okozta eszközromlást.

5. ábra: A SIC szubsztrát BPD -je az epitaxiális növekedés előtt és után, és a TED keresztmetszet az átalakítás után

A SIC epitaxiális növekedésében gyakran pufferréteget helyeznek be a sodródó réteg és a szubsztrát közé. Az N-típusú dopping magas koncentrációjú pufferréteg elősegítheti a kisebbségi hordozók rekombinációját. Ezenkívül a pufferrétegnek a bazális sík diszlokációjának (BPD) konverziójának funkciója is van, amely jelentős hatással van a költségekre, és ez egy nagyon fontos eszközgyártási technológia.