Apakah pertumbuhan epitaxial yang dikawal oleh langkah？

Sebagai salah satu teknologi teras untuk penyediaan peranti kuasa SIC, kualiti epitaxy yang ditanam oleh teknologi pertumbuhan epitaxial SIC secara langsung akan menjejaskan prestasi peranti SIC. Pada masa ini, teknologi pertumbuhan epitaxial yang paling utama adalah pemendapan wap kimia (CVD).

Terdapat banyak polytipe kristal stabil SIC. Oleh itu, untuk membolehkan lapisan pertumbuhan epitaxial yang diperoleh untuk mewarisi politis kristal tertentuSubstrat sic, adalah perlu untuk memindahkan maklumat susunan atom tiga dimensi substrat ke lapisan pertumbuhan epitaxial, dan ini memerlukan beberapa kaedah khas. Hiroyuki Matsunami, profesor emeritus Universiti Kyoto, dan lain-lain mencadangkan teknologi pertumbuhan epitaxial SiC seperti itu, yang melakukan pemendapan wap kimia (CVD) pada satah kristal indeks rendah substrat SiC dalam arah luar sudut kecil di bawah keadaan pertumbuhan yang sesuai. Kaedah teknikal ini juga dipanggil kaedah pertumbuhan epitaxial terkawal langkah.

Rajah 1 menunjukkan cara melakukan pertumbuhan epitaxial SiC dengan kaedah pertumbuhan epitaxial terkawal langkah. Permukaan substrat SiC yang bersih dan luar sudut dibentuk menjadi lapisan langkah, dan struktur langkah dan jadual peringkat molekul diperolehi. Apabila gas bahan mentah diperkenalkan, bahan mentah dibekalkan ke permukaan substrat SiC, dan bahan mentah yang bergerak di atas meja ditangkap oleh langkah-langkah dalam urutan. Apabila bahan mentah yang ditangkap membentuk susunan yang konsisten dengan polytype kristalSubstrat sicPada kedudukan yang sama, lapisan epitaxial berjaya mewarisi polytype kristal spesifik substrat SIC.

Rajah 1: Pertumbuhan epitaxial substrat SIC dengan sudut luar (0001)

Sudah tentu, mungkin terdapat masalah dengan teknologi pertumbuhan epitaxial terkawal langkah. Apabila keadaan pertumbuhan tidak memenuhi syarat yang sesuai, bahan mentah akan nukleus dan menghasilkan kristal di atas meja dan bukannya pada tangga, yang akan membawa kepada pertumbuhan politip kristal yang berbeza, menyebabkan lapisan epitaxial yang ideal gagal berkembang. Jika politip heterogen muncul dalam lapisan epitaxial, peranti semikonduktor mungkin dibiarkan dengan kecacatan yang membawa maut. Oleh itu, dalam teknologi pertumbuhan epitaxial terkawal langkah, tahap pesongan mesti direka untuk menjadikan lebar langkah mencapai saiz yang munasabah. Pada masa yang sama, kepekatan bahan mentah Si dan bahan mentah C dalam gas bahan mentah, suhu pertumbuhan dan keadaan lain juga mesti memenuhi syarat untuk pembentukan keutamaan kristal pada tangga. Pada masa ini, permukaan utamaSubstrat SIC 4H-jenisdi pasaran membentangkan permukaan sudut pesongan 4° (0001), yang boleh memenuhi kedua-dua keperluan teknologi pertumbuhan epitaxial terkawal langkah dan meningkatkan bilangan wafer yang diperoleh daripada boule.

Hidrogen ketulenan tinggi digunakan sebagai pembawa dalam kaedah pemendapan wap kimia untuk pertumbuhan epitaxial SiC, dan bahan mentah Si seperti bahan mentah SiH4 dan C seperti C3H8 adalah input kepada permukaan substrat SiC yang suhu substratnya sentiasa dikekalkan pada 1500-1600 ℃. Pada suhu 1500-1600°C, jika suhu dinding dalaman peralatan tidak cukup tinggi, kecekapan bekalan bahan mentah tidak akan bertambah baik, jadi perlu menggunakan reaktor dinding panas. Terdapat banyak jenis peralatan pertumbuhan epitaxial SiC, termasuk menegak, mendatar, berbilang wafer dan satu-waferjenis. Angka 2, 3 dan 4 menunjukkan aliran gas dan konfigurasi substrat bahagian reaktor tiga jenis peralatan pertumbuhan epitaxial SIC.

Rajah 2 Putaran dan revolusi berbilang cip

Rajah 3 Revolusi berbilang cip

Rajah 4 cip tunggal

Terdapat beberapa perkara penting yang perlu dipertimbangkan untuk mencapai pengeluaran besar-besaran substrat epitaxial SiC: keseragaman ketebalan lapisan epitaxial, keseragaman kepekatan doping, habuk, hasil, kekerapan penggantian komponen, dan kemudahan penyelenggaraan. Antaranya, keseragaman kepekatan doping secara langsung akan menjejaskan taburan rintangan voltan peranti, jadi keseragaman permukaan wafer, kelompok dan kelompok adalah sangat tinggi. Di samping itu, produk tindak balas yang melekat pada komponen dalam reaktor dan sistem ekzos semasa proses pertumbuhan akan menjadi sumber habuk, dan cara mudah mengeluarkan habuk ini juga merupakan hala tuju penyelidikan yang penting.

Selepas pertumbuhan epitaxial SIC, lapisan kristal tunggal SIC yang tinggi yang boleh digunakan untuk mengeluarkan peranti kuasa diperolehi. Di samping itu, melalui pertumbuhan epitaxial, dislokasi pesawat basal (BPD) yang ada dalam substrat juga boleh ditukar menjadi dislokasi pinggir threading (TED) pada antara muka lapisan substrat/drift (lihat Rajah 5). Apabila arus bipolar mengalir melalui, BPD akan menjalani pengembangan kesalahan menyusun, mengakibatkan kemerosotan ciri-ciri peranti seperti peningkatan rintangan. Walau bagaimanapun, selepas BPD ditukar kepada TED, ciri -ciri elektrik peranti tidak akan terjejas. Pertumbuhan epitaxial dapat mengurangkan kemerosotan peranti yang disebabkan oleh arus bipolar.

Rajah 5: BPD substrat SIC sebelum dan selepas pertumbuhan epitaxial dan bahagian silang TED selepas penukaran

Dalam pertumbuhan epitaxial SIC, lapisan penampan sering dimasukkan di antara lapisan drift dan substrat. Lapisan penampan dengan kepekatan tinggi N-jenis doping boleh menggalakkan penggabungan semula pembawa minoriti. Di samping itu, lapisan penampan juga mempunyai fungsi penukaran dislokasi pesawat basal (BPD), yang mempunyai kesan yang besar terhadap kos dan merupakan teknologi pembuatan peranti yang sangat penting.