Hva er trinnkontrollert epitaksial vekst？

Som en av kjerneteknologiene for klargjøring av SiC-kraftenheter, vil kvaliteten på epitaksi dyrket av SiC-epitaksialvekstteknologi direkte påvirke ytelsen til SiC-enheter. For tiden er den mest vanlige SiC epitaksiale vekstteknologien kjemisk dampavsetning (CVD).

Det er mange stabile krystallpolytyper av SIC. Derfor, for å gjøre det mulig for det oppnådde epitaksiale vekstlaget å arve den spesifikke krystallpolytype avSiC-substrat, Det er nødvendig å overføre den tredimensjonale atomarrangementinformasjonen til underlaget til det epitaksiale vekstlaget, og dette krever noen spesielle metoder. Hiroyuki Matsunami, professor emeritus ved Kyoto University, og andre foreslo en slik SIC-epitaksial vekstteknologi, som utfører kjemisk dampavsetning (CVD) på lavindeks-krystallplanet til SIC-underlaget i en liten retning utenfor vinkelen under passende vekstbetingelser. Denne tekniske metoden kalles også trinnkontrollert epitaksial vekstmetode.

Figur 1 viser hvordan man utfører SIC-epitaksial vekst ved trinnkontrollert epitaksial vekstmetode. Overflaten til et rent og off-vinkel SIC-underlag dannes i lag med trinn, og trinn og tabellstruktur på molekylnivå oppnås. Når råstoffgassen introduseres, tilføres råstoffet til overflaten av SIC -underlaget, og råstoffet som beveger seg på bordet, blir fanget av trinnene i rekkefølge. Når det fangede råstoffet danner et arrangement i samsvar med krystallpolytype avSiC-substratI den tilsvarende posisjonen arver det epitaksiale laget med suksess den spesifikke krystallpolytype av SIC -underlaget.

Figur 1: Epitaksial vekst av SIC-underlag med en off-vinkel (0001)

Selvfølgelig kan det være problemer med trinnkontrollert epitaksial vekstteknologi. Når vekstforholdene ikke oppfyller de aktuelle forholdene, vil råvarene kjerne og generere krystaller på bordet i stedet for på trinnene, noe som vil føre til vekst av forskjellige krystallpolytyper, noe som fører til at det ideelle epitaksiale laget ikke klarer å vokse. Hvis heterogene polytyper vises i det epitaksiale laget, kan halvlederenheten sitte igjen med dødelige defekter. I den trinnkontrollerte epitaksiale vekstteknologien må derfor graden av avbøyning utformes for å gjøre trinnbredden til en rimelig størrelse. Samtidig må konsentrasjonen av SI råvarer og C råvarer i råstoffgassen, veksttemperaturen og andre forhold også oppfylle forholdene for prioritert dannelse av krystaller på trinnene. For øyeblikket overflaten av hoved4H-type SIC-underlagpå markedet presenterer en 4° avbøyningsvinkel (0001) overflate, som kan oppfylle både kravene til trinnkontrollert epitaksial vekstteknologi og øke antall wafere hentet fra bulen.

Hydrogen med høy renhet brukes som bærer i den kjemiske dampavsetningsmetoden for SIC-epitaksial vekst, og Si råvarer som SIH4 og C råvarer som C3H8 er innspill til overflaten til SIC-underlaget hvis underlagstemperatur alltid opprettholdes ved 1500-1600 ℃. Ved en temperatur på 1500-1600 ° C, hvis temperaturen på den indre veggen på utstyret ikke er høy nok, vil ikke forsyningseffektiviteten til råvarene bli forbedret, så det er nødvendig å bruke en varm veggreaktor. Det er mange typer SIC-epitaksialt vekstutstyr, inkludert vertikale, horisontale, multi-wafer og enkelt-oblatTyper. Figur 2, 3 og 4 viser gasstrømmen og underlagskonfigurasjonen av reaktordelen av tre typer SIC -epitaksialt vekstutstyr.

Figur 2 Multi-chip rotasjon og revolusjon

Figur 3 Multi-chip revolusjon

Figur 4 Enkel brikke

Det er flere viktige punkter å vurdere for å oppnå masseproduksjon av SIC -epitaksiale underlag: ensartethet av epitaksial lagtykkelse, ensartethet av dopingkonsentrasjon, støv, utbytte, frekvens av komponentstatning og bekvemmelighet ved vedlikehold. Blant dem vil enhetligheten av dopingkonsentrasjonen direkte påvirke spenningsmotstandens fordeling av enheten, så enhetligheten til skivets overflate, batch og batch er veldig høy. I tillegg vil reaksjonsproduktene festet til komponentene i reaktoren og eksosanlegget under vekstprosessen bli en støvkilde, og hvordan man enkelt kan fjerne disse støvene er også en viktig forskningsretning.

Etter SiC epitaksial vekst oppnås et høyrent SiC enkeltkrystalllag som kan brukes til å produsere kraftenheter. I tillegg, gjennom epitaksial vekst, kan basalplandislokasjonen (BPD) som eksisterer i substratet også omdannes til en gjengekantdislokasjon (TED) ved grensesnittet substrat/driftlag (se figur 5). Når en bipolar strøm flyter gjennom, vil BPD gjennomgå stablingsfeilutvidelse, noe som resulterer i forringelse av enhetens egenskaper som økt på-motstand. Etter at BPD er konvertert til TED, vil imidlertid ikke de elektriske egenskapene til enheten bli påvirket. Epitaksial vekst kan betydelig redusere nedbrytningen av enheten forårsaket av bipolar strøm.

Figur 5: BPD av SIC -underlag før og etter epitaksial vekst og TED -tverrsnitt etter konvertering

I den epitaksiale veksten av SIC settes et buffersjikt ofte mellom drivlaget og underlaget. Bufferlaget med høy konsentrasjon av doping av N-type kan fremme rekombinasjon av minoritetsbærere. I tillegg har bufferlaget også funksjonen til Basal Plane Dislocation (BPD) konvertering, som har betydelig innvirkning på kostnadene og er en veldig viktig produksjonsteknologi.