Kas yra laipsniškai valdomas epitaksinis augimas?

Kaip viena iš pagrindinių SIC galios prietaisų paruošimo technologijų, epitaksijos kokybė, kurią užaugo SIC epitaksinio augimo technologija, tiesiogiai paveiks SIC prietaisų veikimą. Šiuo metu labiausiai pagrindinė SIC epitaksinio augimo technologija yra cheminio garų nusėdimas (CVD).

Yra daug stabilių krištolo polipų sic. Todėl, kad gautas epitaksinis augimo sluoksnis galėtų paveldėti specifinį kristalų politipąSic substratas, būtina perduoti trimačio substrato atominio išsidėstymo informaciją į epitaksinį augimo sluoksnį, o tam reikia specialių metodų. Kioto universiteto profesorius emeritas Hiroyuki Matsunami ir kiti pasiūlė tokią SiC epitaksinio augimo technologiją, kuri atlieka cheminį nusodinimą iš garų (CVD) SiC substrato žemo indekso kristalinėje plokštumoje maža kampo kryptimi esant tinkamoms augimo sąlygoms. Šis techninis metodas taip pat vadinamas laipsniškai kontroliuojamu epitaksiniu augimo metodu.

1 paveiksle parodyta, kaip atlikti SiC epitaksinį augimą laipsniškai kontroliuojamu epitaksinio augimo metodu. Švaraus ir nekampinio SiC substrato paviršius formuojamas į pakopų sluoksnius ir gaunama molekulinio lygio pakopos ir lentelės struktūra. Įvedus žaliavos dujas, žaliava tiekiama į SiC substrato paviršių, o ant stalo judanti žaliava fiksuojama žingsniais nuosekliai. Kai sugauta žaliava sudaro išdėstymą, atitinkantį kristalinį politipąSic substratasatitinkamoje padėtyje epitaksinis sluoksnis sėkmingai paveldi specifinį SiC substrato kristalinį politipą.

1 paveikslas: SiC substrato epitaksinis augimas nuokrypio kampu (0001)

Žinoma, gali kilti problemų dėl pakopinių epitaksinio augimo technologijos. Kai augimo sąlygos neatitinka tinkamų sąlygų, žaliavos bus branduolinės ir generuos kristalus ant stalo, o ne ant laiptelių, dėl kurių augs skirtingi kristalų politaipiai, todėl idealus epitaksinis sluoksnis nepavyks augti. Jei epitaksiniame sluoksnyje atsiranda nevienalyčių polipų, puslaidininkio įtaisas gali būti paliktas mirtinais defektais. Todėl kontroliuojamoje epitaksialinio augimo technologijoje turi būti sukurtas deformacijos laipsnis, kad žingsnio plotis pasiektų pagrįstą dydį. Tuo pačiu metu SI žaliavų ir C žaliavų koncentracija žaliavų dujose, augimo temperatūra ir kitos sąlygos taip pat turi atitikti sąlygas, susijusias su kristalų formavimo etapais sąlygomis. Šiuo metu pagrindinio paviršiaus paviršius4H tipo SiC substratasRinkoje yra 4 ° įlinkio kampo (0001) paviršiaus, kuris gali atitikti tiek laiptelių kontroliuojamos epitaksinio augimo technologijos reikalavimus, tiek padidinti vaflių, gautų iš bulvaro, skaičių.

Didelio grynumo vandenilis naudojamas kaip nešiklis cheminio garų nusėdimo metodo, skirto SiC epitaksiniam augimui, ir SI žaliavos, tokios kaip SIH4 ir C žaliavos, tokios kaip C3H8 1500-1600 ℃. Esant 1500–1600 ° C temperatūrai, jei vidinės įrangos sienos temperatūra nėra pakankamai aukšta, žaliavų tiekimo efektyvumas nebus pagerintas, todėl reikia naudoti karšto sienos reaktorių. Yra daugybė SiC epitaksialinės augimo įrangos rūšių, įskaitant vertikalią, horizontalų, daugialypį ir vienkartinįvaflįtipai. 2, 3 ir 4 paveiksluose parodytas trijų tipų SiC epitaksinio augimo įrangos reaktoriaus dalies dujų srautas ir substrato konfigūracija.

2 paveikslas

3 paveikslas

4 pav. Vienas lustas

Norint pasiekti masinę SiC epitaksinių substratų gamybą, reikia atsižvelgti į kelis pagrindinius dalykus: vienodą epitaksinio sluoksnio storį, vienodą dopingo koncentraciją, dulkes, išeigą, komponentų keitimo dažnumą ir priežiūros patogumą. Tarp jų dopingo koncentracijos vienodumas tiesiogiai paveiks įrenginio įtampos pasipriešinimo pasiskirstymą, todėl plokštelės paviršiaus, partijos ir partijos vienodumas yra labai didelis. Be to, augimo proceso metu prie komponentų reaktoriuje ir išmetimo sistemoje prisirišę reakcijos produktai taps dulkių šaltiniu, o kaip patogiai šias dulkes pašalinti – taip pat svarbi tyrimų kryptis.

Po SiC epitaksinio augimo gaunamas didelio grynumo SiC monokristalinis sluoksnis, kuris gali būti naudojamas energijos įtaisams gaminti. Be to, dėl epitaksinio augimo pagrindo plokštumos dislokacija (BPD), esanti substrate, taip pat gali būti paversta įsriegimo krašto dislokacija (TED) substrato / dreifo sluoksnio sąsajoje (žr. 5 pav.). Kai praeina bipolinė srovė, BPD susikaupia gedimas, todėl pablogės įrenginio charakteristikos, pvz., padidės atsparumas įjungimui. Tačiau po to, kai BPD konvertuojamas į TED, prietaiso elektrinės charakteristikos nebus paveiktos. Epitaksinis augimas gali žymiai sumažinti prietaiso degradaciją, kurią sukelia bipolinė srovė.

5 paveikslas: SiC substrato BPD prieš ir po epitaksinio augimo ir TED skerspjūvis po konversijos

Epitaksinio SiC augimo metu tarp dreifo sluoksnio ir substrato dažnai įterpiamas buferinis sluoksnis. Buferinis sluoksnis su didele n tipo dopingo koncentracija gali skatinti mažumos nešiotojų rekombinaciją. Be to, buferinis sluoksnis taip pat atlieka bazinės plokštumos dislokacijos (BPD) konvertavimo funkciją, kuri turi didelį poveikį sąnaudoms ir yra labai svarbi įrenginio gamybos technologija.