Mitä on vaiheohjattu epitaksiaalinen kasvu?

Yhtenä SIC -voimalaitteiden valmistelun ydinteknologiana sic -epitaksiaalisen kasvutekniikan kasvattaman epitaksian laatu vaikuttaa suoraan sic -laitteiden suorituskykyyn. Tällä hetkellä kaikkein valtavirran sic -epitaksiaalinen kasvutekniikka on kemiallinen höyryn laskeutuminen (CVD).

SiC: n stabiileja kidepolytyyppejä on monia. Siksi saadun epitaksiaalisen kasvukerroksen mahdollistamiseksi periä spesifinen kidepolytyyppiSic -substraatti, on välttämätöntä siirtää substraatin kolmiulotteiset atomijärjestelytiedot epitaksiaaliseen kasvukerrokseen, ja tämä vaatii joitain erityisiä menetelmiä. Kioton yliopiston emeritusprofessori Hiroyuki Matsunami ja muut ehdottivat tällaista SIC-epitaksiaalista kasvutekniikkaa, joka suorittaa kemiallisen höyryn laskeutumisen (CVD) SIC-substraatin alhaisen indeksin kiditasoon pienessä kulun suunnassa asianmukaisissa kasvuolosuhteissa. Tätä teknistä menetelmää kutsutaan myös askelohjattu epitaksiaalikasvumenetelmä.

Kuva 1 näyttää kuinka SiC:n epitaksiaalinen kasvu suoritetaan vaiheohjatulla epitaksiaalisella kasvumenetelmällä. Puhtaan ja kulmasta poikkeavan SiC-substraatin pinta muodostetaan porraskerroksiksi ja saadaan molekyylitason porras- ja pöytärakenne. Kun raaka-ainekaasu syötetään, raaka-aine syötetään SiC-substraatin pinnalle ja pöydällä liikkuva raaka-aine vangitaan vaiheittain peräkkäin. Kun siepattu raaka-aine muodostaa järjestelyn, joka on yhdenmukainen kidepolytyypin kanssaSic -substraattivastaavassa paikassa epitaksiaalinen kerros onnistuneesti perii SiC-substraatin spesifisen kidepolytyypin.

Kuva 1: SiC-substraatin epitaksiaalinen kasvu poikkeavalla kulmalla (0001)

Tietenkin, askelohjatun epitaksiaalisen kasvutekniikan kanssa voi olla ongelmia. Kun kasvuolosuhteet eivät täytä asianmukaisia ​​olosuhteita, raaka -aineet nukleoivat ja tuottavat kiteitä pöydällä kuin vaiheissa, mikä johtaa eri kidepolytyyppien kasvuun, aiheuttaen ihanteellisen epitaksiaalikerroksen kasvamisen epäonnistumiseksi. Jos epitaksiaalikerroksessa esiintyy heterogeenisiä polytyyppejä, puolijohdelaite voidaan jättää kuolemaan johtavilla vikoilla. Siksi askelohjatussa epitaksiaalikasvutekniikassa taipumaaste on suunniteltava, jotta askelleveys saavuttaa kohtuullisen koon. Samanaikaisesti raaka -ainekaasun SI -raaka -aineiden ja C -raaka -aineiden pitoisuuden, kasvulämpötilan ja muiden olosuhteiden on myös täytettävä kiteiden prioriteetin muodostumisen olosuhteet vaiheissa. Tällä hetkellä pääpinta4H-tyyppinen SiC-substraattimarkkinoilla on 4° poikkeutuskulma (0001) pinta, joka voi täyttää sekä porrasohjatun epitaksiaalisen kasvuteknologian vaatimukset että kasvattaa petankista saatavien kiekkojen määrää.

SIC-epitaksiaalisen kasvun kemiallisen höyryn saostumismenetelmän kantoaaltona käytetään kantoaaltona, ja SI-raaka-aineita, kuten SIH4- ja C-raaka-aineita, kuten C3H8 1500-1600 ℃. Jos lämpötilassa on 1500–1600 ° C, jos laitteen sisäseinän lämpötila ei ole riittävän korkea, raaka-aineiden syöttötehokkuutta ei paranneta, joten on tarpeen käyttää kuuman seinän reaktoria. SiC-epitaksiaalisia kasvulaitteita on monia tyyppejä, mukaan lukien pystysuorat, vaakasuorat, monikeiset ja yhdenvohvelityyppejä. Kuvat 2, 3 ja 4 esittävät kolmen tyyppisen SiC-epitaksiaalisen kasvatuslaitteiston reaktoriosan kaasuvirtausta ja substraattikonfiguraatiota.

Kuva 2 monen chip-kierto ja vallankumous

Kuva 3 Monipihna vallankumous

Kuva 4 Yksisiru

Sic -epitaksiaalisten substraattien massatuotannon saavuttamiseksi on otettava huomioon useita keskeisiä kohtia: epitaksiaalikerroksen paksuuden tasaisuus, seosan pitoisuuden tasaisuus, pöly, sato, komponenttien korvaamisen tiheys ja ylläpidon mukavuus. Niiden joukossa dopingpitoisuuden tasaisuus vaikuttaa suoraan laitteen jännitekestävyyteen, joten kiekkojen pinnan, erän ja erän tasaisuus on erittäin korkea. Lisäksi reaktorin ja pakojärjestelmän komponentteihin kiinnitetyistä reaktiotuotteista kasvuprosessin aikana tulee pölylähde, ja kuinka näiden pölyjen poistaminen on myös tärkeä tutkimussuunta.

SiC epitaksiaalisen kasvun jälkeen saadaan erittäin puhdas SiC yksikidekerros, jota voidaan käyttää teholaitteiden valmistukseen. Lisäksi substraatissa oleva perustason dislokaatio (BPD) voidaan epitaksiaalisen kasvun avulla myös muuntaa kierteitysreunan dislokaatioksi (TED) substraatti/drift-kerroksen rajapinnassa (katso kuva 5). Kun kaksinapainen virta kulkee läpi, BPD käy läpi pinoamisvian laajenemisen, mikä johtaa laitteen ominaisuuksien heikkenemiseen, kuten lisääntyneeseen päällekytkentäresistanssiin. Sen jälkeen kun BPD on muunnettu TED:ksi, laitteen sähköiset ominaisuudet eivät kuitenkaan muutu. Epitaksiaalinen kasvu voi merkittävästi vähentää bipolaarisen virran aiheuttamaa laitteen heikkenemistä.

Kuva 5: SiC-substraatin BPD ennen ja jälkeen epitaksiaalisen kasvun ja TED-poikkileikkauksen muuntamisen jälkeen

SiC:n epitaksiaalisessa kasvussa puskurikerros asetetaan usein drift-kerroksen ja substraatin väliin. Puskurikerros, jossa on korkea n-tyypin seostuspitoisuus, voi edistää vähemmistökantaja-aineiden rekombinaatiota. Lisäksi puskurikerroksella on myös Basal Plan Dislocation (BPD) -muunnos, jolla on huomattava vaikutus kustannuksiin ja joka on erittäin tärkeä laitevalmistustekniikka.