Co je krokově kontrolovaný epitaxiální růst？

Jako jedna z hlavních technologií pro přípravu zařízení SIC Power zařízení, kvalita epitaxy pěstovaná technologií epitaxiální růstu SIC přímo ovlivní výkon zařízení SIC. V současné době je nejvíce běžnou technologií SIC epitaxiální růst depozice chemických par (CVD).

Existuje mnoho stabilních krystalových polytypů SiC. Proto, aby se umožnilo získané epitaxní růstové vrstvě zdědit specifický krystalový polytypSiC substrátje nutné přenést informace o trojrozměrném atomovém uspořádání substrátu do vrstvy epitaxního růstu, a to vyžaduje některé speciální metody. Hiroyuki Matsunami, emeritní profesor z Kyoto University, a další navrhli takovou technologii epitaxního růstu SiC, která provádí chemickou depozici z plynné fáze (CVD) na krystalovou rovinu substrátu SiC s nízkým indexem v malém směru mimo úhel za vhodných podmínek růstu. Tato technická metoda se také nazývá metoda epitaxního růstu s řízeným krokem.

Obrázek 1 ukazuje, jak provést epitaxní růst SiC metodou krokově řízeného epitaxního růstu. Povrch čistého a neúhlového SiC substrátu je formován do vrstev kroků a je získána struktura kroku a stolu na molekulární úrovni. Když je přiváděn plyn suroviny, surovina je přiváděna na povrch SiC substrátu a surovina pohybující se na stole je zachycována postupnými kroky. Když zachycená surovina tvoří uspořádání konzistentní s krystalovým polytypemSiC substrátV odpovídající poloze epitaxiální vrstva úspěšně zdědí specifický krystalový polytyp substrátu SIC.

Obrázek 1: Epitaxní růst substrátu SiC s odchylným úhlem (0001)

Samozřejmě mohou nastat problémy s technologií stupňovitě řízeného epitaxního růstu. Když růstové podmínky nesplňují vhodné podmínky, suroviny budou nukleovat a generovat krystaly spíše na stole než na stupních, což povede k růstu různých krystalových polytypů, což způsobí, že ideální epitaxní vrstva neroste. Pokud se v epitaxní vrstvě objeví heterogenní polytypy, může polovodičové zařízení zůstat s fatálními defekty. Proto v technologii epitaxního růstu s řízeným krokem musí být stupeň vychýlení navržen tak, aby šířka kroku dosáhla přiměřené velikosti. Přitom koncentrace Si surovin a C surovin v surovinovém plynu, teplota růstu a další podmínky musí splňovat i podmínky pro přednostní tvorbu krystalů na stupních. V současnosti je povrch hlSubstrát SiC typu 4HNa trhu představuje povrch vychýlení 4 ° (0001), který může splňovat jak požadavky krokově kontrolované technologie epitaxiálního růstu, tak zvýšit počet oplatků získaných z Boule.

Vysoce čistý vodík se používá jako nosič v metodě chemické depozice z plynné fáze pro epitaxní růst SiC a suroviny Si, jako je SiH4 a suroviny C, jako je C3H8, se přivádějí na povrch substrátu SiC, jehož teplota substrátu je vždy udržována na 1500-1600 ℃. Při teplotě 1500-1600°C, pokud teplota vnitřní stěny zařízení není dostatečně vysoká, nedojde ke zlepšení účinnosti dodávky surovin, proto je nutné použít horkostěnný reaktor. Existuje mnoho typů zařízení pro epitaxní růst SiC, včetně vertikálních, horizontálních, vícevrstvých a jednovrstvýchoplatkatypy. Obrázky 2, 3 a 4 ukazují proudění plynu a konfiguraci substrátu reaktorové části tří typů zařízení pro epitaxní růst SiC.

Obrázek 2 Vícečipové otáčení a otáčky

Obrázek 3 Vícečipová revoluce

Obrázek 4 Jediný čip

K dosažení hmotnostní produkce epitaxiálních substrátů sic je třeba zvážit několik klíčových bodů: uniformita tloušťky epitaxiální vrstvy, uniformita koncentrace dopingu, prach, výnos, frekvence výměny složek a pohodlí údržby. Mezi nimi bude uniformita koncentrace dopingu přímo ovlivnit rozložení odporu napětí zařízení, takže uniformita povrchu oplatky, šarže a šarže je velmi vysoká. Důležitým směrem výzkumu je navíc reakční produkty připojené ke složkám v reaktoru a výfukovém systému během procesu růstu a jak pohodlně tyto prach odstranit.

Po sic epitaxiálním růstu se získá vysoce čistotá sic sic jednokrystalová vrstva, kterou lze použít k výrobě napájecích zařízení. Kromě toho lze prostřednictvím epitaxiálního růstu dislokace bazální roviny (BPD) existující v substrátu také přeměnit na dislokaci vlákna (TED) na rozhraní substrátu/driftu (viz obrázek 5). Když protéká bipolární proud, BPD podstoupí expanzi poruchy stohování, což povede k degradaci charakteristik zařízení, jako je zvýšená rezistence. Po přeměně BPD však nebudou ovlivněny elektrické vlastnosti zařízení. Epitaxiální růst může významně snížit degradaci zařízení způsobenou bipolárním proudem.

Obrázek 5: BPD substrátu SIC před a po epitaxiálním růstu a průřez TED po přeměně

V epitaxiálním růstu SIC je často vložena pufrovací vrstva mezi vrstvu a substrátu. Vrstva pufru s vysokou koncentrací dopingu typu N může podpořit rekombinaci menšinových nosičů. Kromě toho má vyrovnávací vrstva také funkci přeměny bazálních rovin (BPD), která má značný dopad na náklady a je velmi důležitá technologie výroby zařízení.