Hvad er trinstyret epitaksial vækst?

Som en af ​​kerneteknologierne til fremstilling af SiC-kraftenheder vil kvaliteten af ​​epitaksi dyrket af SiC epitaksial vækstteknologi direkte påvirke ydeevnen af ​​SiC-enheder. På nuværende tidspunkt er den mest almindelige SiC epitaksiale vækstteknologi kemisk dampaflejring (CVD).

Der er mange stabile krystalpolytyper af SIC. Derfor for at muliggøre det opnåede epitaksiale vækstlag at arve den specifikke krystalpolytype afSIC -underlag, er det nødvendigt at overføre den tredimensionelle atomarrangementinformation af substratet til det epitaksiale vækstlag, og dette kræver nogle specielle metoder. Hiroyuki Matsunami, professor emeritus fra Kyoto University, og andre foreslog en sådan SiC epitaksial vækstteknologi, som udfører kemisk dampaflejring (CVD) på lavindekskrystalplanet af SiC-substratet i en lille off-vinkel retning under passende vækstbetingelser. Denne tekniske metode kaldes også trinstyret epitaksial vækstmetode.

Figur 1 viser, hvordan man udfører SIC-epitaksial vækst ved trinstyret epitaksial vækstmetode. Overfladen af ​​et rent og off-Angle SIC-substrat dannes til lag af trin, og molekylært trin- og bordstruktur opnås. Når råmaterialets gas indføres, leveres råmaterialet til overfladen af ​​SIC -underlaget, og råmaterialet, der bevæger sig på bordet, fanges af trinnene i rækkefølge. Når den fangede råmateriale danner en ordning, der er i overensstemmelse med krystalpolytypen afSIC -underlagi den tilsvarende position arver det epitaksiale lag med succes den specifikke krystalpolytype af SiC-substratet.

Figur 1: Epitaksial vækst af SIC-substrat med et off-vinkle (0001)

Selvfølgelig kan der være problemer med trinstyret epitaksial vækstteknologi. Når vækstbetingelserne ikke opfylder de relevante betingelser, vil råmaterialerne nukleat og generere krystaller på bordet snarere end på trinnene, hvilket vil føre til vækst af forskellige krystalpolytyper, hvilket får det ideelle epitaksiale lag til at ikke vokse. Hvis heterogene polytyper vises i det epitaksiale lag, kan halvlederindretningen efterlades med fatale defekter. Derfor skal graden af ​​afbøjning i den trinstyrede epitaksiale vækstteknologi være designet til at få trinbredden til at nå til en rimelig størrelse. På samme tid skal koncentrationen af ​​SI -råmaterialer og C -råmaterialer i råmaterialets gas, væksttemperaturen og andre betingelser også opfylde betingelserne for prioritetsdannelsen af ​​krystaller på trinnene. På nuværende tidspunkt, overfladen af ​​hovedet4H-type SIC-substratPå markedet præsenterer en 4 ° afbøjningsvinkel (0001) overflade, som kan opfylde begge kravene til trinstyret epitaksial vækstteknologi og øge antallet af skiver opnået fra boule.

Højrent brint bruges som bærer i den kemiske dampaflejringsmetode til SiC epitaksial vækst, og Si-råmaterialer såsom SiH4 og C-råmaterialer såsom C3H8 tilføres overfladen af ​​SiC-substratet, hvis substrattemperatur altid holdes på 1500-1600 ℃. Ved en temperatur på 1500-1600°C, hvis temperaturen på udstyrets indre væg ikke er høj nok, vil råmaterialernes forsyningseffektivitet ikke blive forbedret, så det er nødvendigt at bruge en varmvægsreaktor. Der er mange typer SiC epitaksialt vækstudstyr, herunder lodret, vandret, multi-wafer og enkelt-WaferTyper. Figur 2, 3 og 4 viser gasstrømmen og substratkonfigurationen af ​​reaktordelen af ​​tre typer SIC -epitaksiale vækstudstyr.

Figur 2 Multi-chip rotation og omdrejning

Figur 3 Multi-chip revolution

Figur 4 Enkelt chip

Der er flere nøglepunkter, der skal overvejes for at opnå masseproduktion af SIC -epitaksiale underlag: ensartethed af epitaksial lagtykkelse, ensartethed af dopingkoncentration, støv, udbytte, hyppighed af komponentudskiftning og bekvemmelighed ved vedligeholdelse. Blandt dem vil ensartetheden af ​​dopingkoncentration direkte påvirke spændingsfordelingsfordelingen af ​​enheden, så ensartetheden af ​​skiveoverfladen, batch og batch er meget høj. Derudover vil de reaktionsprodukter, der er knyttet til komponenterne i reaktoren, og udstødningssystemet under vækstprocessen blive en støvkilde, og hvordan man nemt fjerner disse støv er også en vigtig forskningsretning.

Efter SIC-epitaksialvækst opnås et SIC-krystallag med høj renhed, der kan bruges til at fremstille strømenheder. Derudover kan der gennem epitaksial vækst også basale plane dislokation (BPD), der findes i underlaget, også omdannes til en trådkant dislokation (TED) ved underlag/drivlagsgrænsefladen (se figur 5). Når en bipolær strøm strømmer igennem, vil BPD gennemgå stabling af fejludvidelse, hvilket resulterer i nedbrydning af enhedsegenskaber, såsom øget modstand. Efter at BPD er konverteret til TED, vil de elektriske egenskaber på enheden imidlertid ikke blive påvirket. Epitaksial vækst kan reducere nedbrydningen af ​​enheder forårsaget af bipolar strøm.

Figur 5: BPD af SiC-substrat før og efter epitaksial vækst og TED-tværsnit efter konvertering

I den epitaksiale vækst af SIC indsættes et pufferlag ofte mellem drivlaget og underlaget. Bufferlaget med høj koncentration af doping af N-type kan fremme rekombinationen af ​​minoritetsbærere. Derudover har bufferlaget også funktionen af ​​Basal Plane Dislocation (BPD) konvertering, som har en betydelig indflydelse på omkostningerne og er en meget vigtig enhedsproduktionsteknologi.