Что такое ступенчато-контролируемый эпитаксиальный рост?

Качество эпитаксии, выращенной с помощью технологии эпитаксиального выращивания SiC, как одной из основных технологий подготовки силовых устройств SiC, будет напрямую влиять на производительность устройств SiC. В настоящее время наиболее распространенной технологией эпитаксиального выращивания SiC является химическое осаждение из паровой фазы (CVD).

Есть много стабильных кристаллических политипов SIC. Следовательно, чтобы позволить полученному эпитаксиальному слою роста наследовать специфический кристаллический политипSIC Substrate, необходимо передать информацию о трехмерном расположении атомов подложки в эпитаксиальный слой роста, а это требует некоторых специальных методов. Хироюки Мацунами, почетный профессор Киотского университета, и другие предложили такую ​​технологию эпитаксиального выращивания SiC, которая выполняет химическое осаждение из паровой фазы (CVD) на кристаллическую плоскость подложки SiC с низким показателем преломления в направлении небольшого угла при соответствующих условиях выращивания. Этот технический метод также называют методом ступенчатого эпитаксиального роста.

На рисунке 1 показано, как выполнить эпитаксиальный рост SiC методом ступенчатого эпитаксиального роста. Поверхность чистой и неугловой подложки SiC формируется в ступенчатые слои, и получается ступенчатая и табличная структура на молекулярном уровне. Когда вводится сырьевой газ, сырье подается на поверхность подложки SiC, и сырье, движущееся по столу, захватывается последовательными этапами. Когда захваченное сырье образует структуру, соответствующую кристаллическому политипуSIC Substrateв соответствующем положении эпитаксиальный слой успешно наследует специфический кристаллический политип подложки SiC.

Рисунок 1. Эпитаксиальный рост подложки SiC со скошенным углом (0001).

Конечно, могут возникнуть проблемы с технологией ступенчатого эпитаксиального роста. Когда условия роста не соответствуют соответствующим условиям, сырье будет зарождаться и генерировать кристаллы на столе, а не на ступеньках, что приведет к росту различных политипов кристаллов, в результате чего идеальный эпитаксиальный слой не сможет вырасти. Если в эпитаксиальном слое появляются гетерогенные политипы, полупроводниковый прибор может остаться с фатальными дефектами. Следовательно, в технологии ступенчатого эпитаксиального выращивания степень отклонения должна быть рассчитана так, чтобы ширина ступеньки достигала разумного размера. В то же время концентрация сырья Si и сырья C в сырьевом газе, температура роста и другие условия также должны соответствовать условиям приоритетного образования кристаллов на ступенях. В настоящее время поверхность главного4H-тип SIC SubstrateНа рынке представлена ​​поверхность угла отклонения 4 ° (0001), которая может соответствовать как требованиям технологии эпитаксиального роста, так и увеличить количество пластин, полученных из були.

Водород высокой чистоты используется в качестве носителя в методе химического отложения паров для эпитаксиального роста SIC, а сырье SI, такое как сырье SIH4 и C, такое как C3H8, вводятся на поверхность субстрата SIC, температура подложки которого всегда поддерживается при 1500-1600 ℃. При температуре 1500-1600 ° C, если температура внутренней стенки оборудования недостаточно высока, эффективность подачи сырья не будет улучшена, поэтому необходимо использовать реактор горячей стенки. Существует много типов эпитаксиального оборудования для роста SIC, в том числе вертикальный, горизонтальный, многооборный и одно-вафлятипы. На рисунках 2, 3 и 4 показаны газовый поток и конфигурация подложки реакторной части трех типов оборудования для эпитаксиального выращивания SiC.

Рисунок 2. Вращение и оборот нескольких чипов

Рис. 3. Многочиповая революция

Рисунок 4. Один чип

Чтобы добиться массового производства эпитаксиальных подложек SiC, необходимо учитывать несколько ключевых моментов: однородность толщины эпитаксиального слоя, однородность концентрации легирующих примесей, запыленность, производительность, частота замены компонентов и удобство обслуживания. Среди них однородность концентрации легирования напрямую влияет на распределение сопротивления напряжения устройства, поэтому однородность поверхности пластины, партии и партии очень высока. Кроме того, продукты реакции, прикрепленные к компонентам реактора и выхлопной системе в процессе роста, станут источником пыли, и способы удобного удаления этой пыли также являются важным направлением исследований.

После эпитаксиального роста SIC получается односторонний слой SIC SIC, который можно использовать для изготовления электроэнергии. Кроме того, благодаря эпитаксиальному росту дислокацию базальной плоскости (BPD), существующая в субстрате, также может быть преобразована в дислокацию ребра резьмового края (TED) на границе раздела подложка/дрифта (см. Рисунок 5). Когда биполярный ток проникает, BPD будет подвергаться расширению разломов укладки, что приведет к деградации характеристик устройства, таких как повышение на резистентности. Однако после того, как BPD преобразуется в TED, электрические характеристики устройства не будут затронуты. Эпитаксиальный рост может значительно снизить деградацию устройства, вызванное биполярным током.

Рисунок 5: BPD субстрата SIC до и после эпитаксиального роста и поперечного сечения TED после конверсии

При эпитаксиальном выращивании SiC между дрейфовым слоем и подложкой часто вводится буферный слой. Буферный слой с высокой концентрацией легирования n-типа может способствовать рекомбинации неосновных носителей. Кроме того, буферный слой также выполняет функцию преобразования дислокаций базальной плоскости (BPD), что оказывает значительное влияние на стоимость и является очень важной технологией производства устройств.