Що таке ступінчасте епітаксіальне зростання?

Як одна з основних технологій для підготовки пристроїв SIC потужності, якість епітакси, вирощеної за допомогою технології епітаксіального росту SIC, безпосередньо вплине на продуктивність пристроїв SIC. В даний час найбільш основною технологією епітаксіального росту SIC є хімічне осадження пари (CVD).

Існує багато стабільних кристалічних політипів SIC. Тому для того, щоб дати змогу отримати отриманий епітаксіальний шар росту успадкувати специфічний кристалічний політипSIC 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 малюнку 1 показано, як виконувати епітаксіальне зростання SIC методом керованого епітаксіального росту. Поверхня чистої та позакутної підкладки SIC утворюється в шари кроків, а ступінь молекулярного рівня та структура таблиці отримується. Коли вводиться газ сировини, сировина подається на поверхню підкладки SIC, а сировина, що рухається на таблицю, фіксується кроками послідовно. Коли захоплена сировина утворює розташування, що відповідає кристалічному політипуSIC підкладкау відповідному положенні епітаксійний шар успішно успадковує специфічний кристалічний політип підкладки SiC.

Малюнок 1: Епітаксіальний ріст субстрату SIC з позакутним кутом (0001)

Звичайно, можуть виникнути проблеми з керованою технологією епітаксіального зростання. Коли умови росту не відповідають відповідних умовах, сировина буде нуклелювати та генерувати кристали на таблиці, а не на етапах, що призведе до зростання різних кристалічних політипів, що спричиняє неусі ідеального епітаксіального шару. Якщо в епітаксіальному шарі з’являються гетерогенні політипи, напівпровідниковий пристрій може залишатися зі смертельними дефектами. Тому в кроковій контрольованій технології епітаксіального зростання ступінь відхилення повинен бути розроблений для того, щоб ширина кроку досягла розумних розмірів. У той же час, концентрація сировини SI та C сировини в газі сировини, температура росту та інші умови також повинні відповідати умовам для формування пріоритетних кристалів на етапах. В даний час поверхня основної4H-тип SIC субстратна 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 з високою чистотою використовується як носій в методі хімічного осадження пари для епітаксіального росту SIC, а сировина SI, така як SIH4 та C сировина, така як C3H8 1500-1600 ℃. При температурі 1500-1600 ° C, якщо температура внутрішньої стінки обладнання недостатньо висока, ефективність постачання сировини не буде покращена, тому необхідно використовувати реактор гарячої стінки. Існує багато типів обладнання для росту Epitaxial SIC, включаючи вертикальний, горизонтальний, мультипудинний та одно-вафлявиди. На малюнках 2, 3 і 4 показано потік газу та конфігурацію підкладки реакторної частини трьох типів обладнання для епітаксійного росту SiC.

Малюнок 2 Обертання та обертання мультиплікацій

Малюнок 3 Мультипірна революція

Рисунок 4 Один чіп

Щоб досягти масового виробництва епітаксійних підкладок SiC, слід враховувати кілька ключових моментів: однорідність товщини епітаксійного шару, однорідність 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 епітаксіального зростання SIC, одноразовий шар SIC SIC, який можна використовувати для виготовлення потужних пристроїв. Крім того, завдяки епітаксіальному росту базальна площина дислокації (BPD), що існує в субстраті, також може бути перетворена в дислокацію краю різьби (TED) на інтерфейсі підкладки/дрейфу (див. Малюнок 5). Коли біполярний струм протікає, БПД зазнає розширення несправностей, що призводить до погіршення характеристик пристрою, таких як збільшення стійкості. Однак після перетворення БПД на TED на електричні характеристики пристрою не впливатимуть. Епітаксіальний ріст може значно зменшити деградацію пристрою, спричинене біполярним струмом.

Малюнок 5: BPD субстрату SIC до та після епітаксіального росту та перетин TED після перетворення

При епітаксіальному зростанні SiC буферний шар часто вставляється між дрейфовим шаром і підкладкою. 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.