Čo je to stupňovito riadený epitaxný rast？

Ako jedna zo základných technológií na prípravu zariadení SIC Power zariadenia bude kvalita epitaxie pestovaná technológiou epitaxného rastu SIC priamo ovplyvniť výkon zariadení SIC. V súčasnosti je najdôležitejšou technológiou rastu SIC Epitaxial chemické ukladanie pár (CVD).

Existuje mnoho stabilných kryštálových polytypov SiC. Preto, aby sa umožnilo získanej epitaxnej rastovej vrstve zdediť špecifický kryštálový polytypSubstrát SICje potrebné preniesť informácie o trojrozmernom atómovom usporiadaní substrátu do vrstvy epitaxného rastu, čo si vyžaduje niektoré špeciálne metódy. Hiroyuki Matsunami, emeritný profesor z Kjótskej univerzity, a ďalší navrhli takú technológiu epitaxného rastu SiC, ktorá vykonáva chemickú depozíciu pár (CVD) na kryštálovej rovine substrátu SiC s malým indexom mimo uhla za vhodných podmienok rastu. Táto technická metóda sa tiež nazýva metóda epitaxného rastu s riadeným krokom.

Obrázok 1 ukazuje, ako vykonať SIC epitaxiálny rast pomocou metódy epitaxného rastu s krokom. Povrch substrátu čistého a off-uhlu SIC sa vytvára do vrstiev schodov a získa sa krok na úrovni molekulárnej úrovne a štruktúra tabuľky. Keď je zavedený plyn suroviny, surovina sa dodáva na povrch substrátu SIC a surovina pohybujúca sa po stole je zachytená postupne krokmi. Keď zachytená surovina tvorí usporiadanie konzistentné s kryštalickým polytypeomSubstrát SICv zodpovedajúcej polohe epitaxná vrstva úspešne zdedí špecifický kryštálový polytyp substrátu SiC.

Obrázok 1: Epitaxný rast substrátu SiC s odchýlkou ​​uhla (0001)

Samozrejme, môžu sa vyskytnúť problémy s technológiou Epitaxial Rast, samozrejme. Ak podmienky rastu nespĺňajú vhodné podmienky, suroviny budú nukleatovať a generovať kryštály skôr na stole ako na kroky, čo povedie k rastu rôznych kryštálových polytypov, čo spôsobí zlyhanie ideálnej epitaxnej vrstvy. Ak sa v epitaxiálnej vrstve objavia heterogénne polytypy, polovodičové zariadenie môže zostať smrteľnými defektmi. Preto musí byť v technológii Epitaxial Rast v kroku kontrolovanej epitaxnej technológie navrhnutý stupeň vychýlenia, aby šírka kroku dosiahla primeranú veľkosť. Súčasne koncentrácia surovín SI a su suroviny v plyne suroviny, rastová teplota a ďalšie podmienky musia spĺňať aj podmienky na tvorbu prioritných kryštálov na krokoch. V súčasnosti je povrch hlavnéhosubstrát SiC typu 4HNa trhu predstavuje povrch vychyľovania 4 ° (0001), ktorý môže spĺňať obidva požiadavky technológie kroku s epitaxným rastom a zvyšuje počet doštičiek získaných z bulváru.

Vysoko čistotný vodík sa používa ako nosič v metóde chemického ukladania pary pre rast epitaxiálneho rastu SI a SI Suroviny, ako sú SIH4 a C Suroviny, ako je C3H8, sú vstupné na povrch SIC substrátu, ktorého teplota substrátu je vždy udržiavaná v 1500-1600 ℃. Pri teplote 1500-1600 ° C, ak teplota vnútornej steny zariadenia nie je dostatočne vysoká, účinnosť napájania surovín sa nezlepší, takže je potrebné použiť reaktor s horúcou stenou. Existuje veľa typov epitaxiálnych rastových zariadení SIC, vrátane vertikálnych, vodorovných, viacnásobných a jednosmernýchdoštičkatypy. Obrázky 2, 3 a 4 znázorňujú prietok plynu a konfiguráciu substrátu reaktorovej časti troch typov zariadení na epitaxný rast SiC.

Obrázok 2 Rotácia a otáčky viacerých čipov

Obrázok 3 Viacčipová revolúcia

Obrázok 4 jeden čip

Na dosiahnutie masovej výroby epitaxných substrátov SiC je potrebné zvážiť niekoľko kľúčových bodov: rovnomernosť hrúbky epitaxnej vrstvy, rovnomernosť koncentrácie dopingu, prach, výťažnosť, frekvencia výmeny komponentov a pohodlnosť údržby. Medzi nimi rovnomernosť koncentrácie dopingu priamo ovplyvní rozloženie odporu napätia zariadenia, takže rovnomernosť povrchu plátku, šarže a šarže je veľmi vysoká. Okrem toho sa reakčné produkty pripojené ku komponentom v reaktore a výfukovom systéme počas procesu rastu stanú zdrojom prachu a dôležitým smerom výskumu je aj to, ako tento prach pohodlne odstrániť.

Po SIC epitaxiálnom raste sa získa vysoko čistotná vrstva SIC s jednou kryštálovou vrstvou, ktorá sa môže použiť na výrobu energetických zariadení. Okrem toho sa prostredníctvom epitaxného rastu môže dislokácia bazálnej roviny (BPD) existujúce v substráte previesť na dislokáciu okrajovej hrany (TED) na rozhraní vrstvy substrátu/driftov (pozri obrázok 5). Keď preteká bipolárny prúd, BPD podstúpi expanziu na stohovanie porúch, čo bude mať za následok degradáciu charakteristík zariadenia, ako je zvýšená rezistencia. Po premene BPD na TED však nebudú ovplyvnené elektrické charakteristiky zariadenia. Epitaxiálny rast môže významne znížiť degradáciu zariadenia spôsobeného bipolárnym prúdom.

Obrázok 5: BPD substrátu SIC pred a po epitaxiálnom raste a prierez TED po konverzii

Pri epitaxnom raste SiC sa medzi driftovú vrstvu a substrát často vkladá vyrovnávacia vrstva. Tlmivá vrstva s vysokou koncentráciou dopingu typu n môže podporovať rekombináciu menšinových nosičov. Okrem toho má vyrovnávacia vrstva aj funkciu konverzie dislokácie bazálnej roviny (BPD), ktorá má značný vplyv na cenu a je veľmi dôležitou technológiou výroby zariadenia.