Що таке ступінчасте епітаксіальне зростання?

Як одна з основних технологій для підготовки силових пристроїв SiC, якість епітаксії, вирощеної за технологією епітаксійного вирощування SiC, безпосередньо впливатиме на продуктивність пристроїв SiC. В даний час найпоширенішою технологією епітаксійного вирощування SiC є хімічне осадження з газової фази (CVD).

Існує багато стабільних кристалічних політипів SiC. Отже, для того, щоб дати можливість отриманому епітаксіальному зростаючому шару успадкувати специфічний політип кристалаSiC підкладка, необхідно перенести тривимірну інформацію про розташування атомів підкладки в шар епітаксіального зростання, і для цього потрібні деякі спеціальні методи. Хіроюкі Мацунамі, почесний професор Кіотського університету, та інші запропонували таку технологію епітаксіального вирощування SiC, яка виконує хімічне осадження з парової фази (CVD) на кристалічній площині з низьким індексом підкладки SiC у невеликому кутовому напрямку за відповідних умов росту. Цей технічний метод також називають методом ступінчастого епітаксіального росту.

На рисунку 1 показано, як виконати епітаксійне вирощування SiC за допомогою методу поетапного епітаксійного вирощування. Поверхня чистої підкладки SiC зі змінним кутом формується в шари сходинок, і виходить структура сходинок і столу на молекулярному рівні. Коли вводиться вихідний газ, сировинний матеріал подається на поверхню підкладки SiC, і сировинний матеріал, що рухається на столі, захоплюється послідовними етапами. Коли захоплена сировина утворює розташування, що відповідає політипу кристалаSiC підкладкау відповідному положенні епітаксійний шар успішно успадковує специфічний кристалічний політип підкладки SiC.

Малюнок 1: Епітаксіальне зростання підкладки SiC зі змінним кутом (0001)

Звичайно, можуть виникнути проблеми з технологією епітаксійного росту з ступінчастим контролем. Коли умови росту не відповідають відповідним умовам, сировина зароджуватиметься та генеруватиме кристали на столі, а не на сходах, що призведе до росту різних політипів кристалів, через що ідеальний епітаксійний шар не зможе рости. Якщо в епітаксіальному шарі з’являються неоднорідні політипи, напівпровідниковий пристрій може мати фатальні дефекти. Таким чином, у технології епітаксіального росту з ступінчастим контролем ступінь прогину має бути розроблений таким чином, щоб ширина кроку досягла прийнятного розміру. У той же час концентрація сировини Si та сировини C у вихідному газі, температура росту та інші умови також повинні відповідати умовам для пріоритетного утворення кристалів на ступенях. На даний час поверхня оснПідкладка SiC типу 4Hна ринку представлена ​​поверхня з кутом відхилення 4° (0001), яка може задовольнити як вимоги технології ступінчастого епітаксіального росту, так і збільшення кількості пластин, отриманих із буль.

Водень високої чистоти використовується як носій у методі хімічного осадження з парової фази для епітаксійного росту SiC, а вихідні матеріали Si, такі як SiH4, і вихідні матеріали C, такі як C3H8, подаються на поверхню підкладки SiC, температура якої завжди підтримується на рівні 1500-1600 ℃. При температурі 1500-1600 °C, якщо температура внутрішньої стінки обладнання недостатньо висока, ефективність подачі сировини не покращиться, тому необхідно використовувати реактор з гарячою стінкою. Існує багато типів обладнання для епітаксійного вирощування SiC, включаючи вертикальне, горизонтальне, багатопластинове та однопластинчастевафельнийвиди. На малюнках 2, 3 і 4 показано потік газу та конфігурацію підкладки реакторної частини трьох типів обладнання для епітаксійного вирощування SiC.

Малюнок 2 Обертання та обертання кількох мікросхем

Малюнок 3 Революція багатьох мікросхем

Рисунок 4 Один чіп

Щоб досягти масового виробництва епітаксіальних підкладок SiC, необхідно враховувати кілька ключових моментів: рівномірність товщини епітаксійного шару, рівномірність концентрації легування, пилу, вихід, частота заміни компонентів і зручність обслуговування. Серед них рівномірність концентрації легування безпосередньо впливатиме на розподіл опору напруги пристрою, тому однорідність поверхні пластини, партії та партії дуже висока. Крім того, продукти реакції, приєднані до компонентів у реакторі та вихлопній системі під час процесу росту, стануть джерелом пилу, і те, як зручно видалити цей пил, також є важливим напрямком досліджень.

Після епітаксійного нарощування SiC отримують монокристалічний шар SiC високої чистоти, який можна використовувати для виготовлення силових пристроїв. Крім того, завдяки епітаксіальному зростанню дислокація в базальній площині (BPD), що існує в підкладці, також може бути перетворена в дислокацію з різьбленням (TED) на межі підкладка/дрейфовий шар (див. Малюнок 5). Коли біполярний струм протікає, BPD зазнає розширення дефекту стекування, що призводить до погіршення характеристик пристрою, наприклад збільшення опору увімкнення. Однак після перетворення BPD на TED це не вплине на електричні характеристики пристрою. Епітаксійне зростання може значно зменшити деградацію пристрою, викликану біполярним струмом.

Рисунок 5: BPD підкладки SiC до та після епітаксійного росту та поперечний переріз TED після перетворення

При епітаксіальному зростанні SiC між дрейфовим шаром і підкладкою часто вставляється буферний шар. Буферний шар з високою концентрацією легування n-типу може сприяти рекомбінації неосновних носіїв. Крім того, буферний шар також виконує функцію перетворення дислокації в базальній площині (BPD), що має значний вплив на вартість і є дуже важливою технологією виробництва пристрою.