Ano ang paglaki ng epitaxial na kinokontrol ng hakbang？

Bilang isa sa mga pangunahing teknolohiya para sa paghahanda ng mga aparato ng kapangyarihan ng SIC, ang kalidad ng epitaxy na lumago ng teknolohiya ng paglago ng epitaxial ay direktang makakaapekto sa pagganap ng mga aparato ng SIC. Sa kasalukuyan, ang pinaka -mainstream sic epitaxial growth na teknolohiya ay ang kemikal na singaw ng singaw (CVD).

Maraming mga matatag na kristal na polytypes ng sic. Samakatuwid, upang paganahin ang nakuha na layer ng paglago ng epitaxial upang magmana ng tiyak na kristal na polytype ngSIC substrate, kinakailangan upang ilipat ang three-dimensional na impormasyon ng pag-aayos ng atom ng substrate sa epitaxial growth layer, at nangangailangan ito ng ilang mga espesyal na pamamaraan. Si Hiroyuki Matsunami, Propesor Emeritus ng Kyoto University, at iba pa ay iminungkahi ang tulad ng isang teknolohiyang paglago ng epitaxial na paglaki, na nagsasagawa ng pag-aalis ng singaw ng kemikal (CVD) sa mababang-index na eroplano ng kristal ng SIC substrate sa isang maliit na direksyon na nasa labas ng anggulo sa ilalim ng naaangkop na mga kondisyon ng paglago. Ang teknikal na pamamaraan na ito ay tinatawag ding step-control na epitaxial na pamamaraan ng paglago.

Ipinapakita ng Figure 1 kung paano maisagawa ang paglaki ng epitaxial ng SIC sa pamamagitan ng hakbang na kontrolado na epitaxial na pamamaraan ng paglago. Ang ibabaw ng isang malinis at off-anggulo na SIC substrate ay nabuo sa mga layer ng mga hakbang, at ang hakbang na antas ng molekular at istraktura ng talahanayan ay nakuha. Kapag ipinakilala ang hilaw na materyal na gas, ang hilaw na materyal ay ibinibigay sa ibabaw ng SIC substrate, at ang hilaw na materyal na gumagalaw sa mesa ay nakuha ng mga hakbang nang pagkakasunud -sunod. Kapag ang nakunan na hilaw na materyal ay bumubuo ng isang pag -aayos na naaayon sa kristal na polytype ngSIC substrateSa kaukulang posisyon, ang epitaxial layer ay matagumpay na nagmamana ng tiyak na kristal na polytype ng SIC substrate.

Figure 1: Epitaxial growth ng SiC substrate na may off-angle (0001)

Siyempre, maaaring may mga problema sa teknolohiyang epitaxial growth na kinokontrol ng hakbang. Kapag ang mga kondisyon ng paglago ay hindi nakakatugon sa naaangkop na mga kondisyon, ang mga hilaw na materyales ay mag-nucleate at bubuo ng mga kristal sa mesa sa halip na sa mga hakbang, na hahantong sa paglaki ng iba't ibang mga polytype ng kristal, na nagiging sanhi ng perpektong epitaxial layer upang mabigong lumaki. Kung ang mga heterogenous na polytype ay lilitaw sa epitaxial layer, ang semiconductor device ay maaaring magkaroon ng mga nakamamatay na depekto. Samakatuwid, sa teknolohiyang epitaxial growth na kinokontrol ng hakbang, ang antas ng pagpapalihis ay dapat na idinisenyo upang maabot ang lapad ng hakbang sa isang makatwirang laki. Kasabay nito, ang konsentrasyon ng Si raw na materyales at C raw na materyales sa hilaw na materyal na gas, ang temperatura ng paglago at iba pang mga kondisyon ay dapat ding matugunan ang mga kondisyon para sa priyoridad na pagbuo ng mga kristal sa mga hakbang. Sa kasalukuyan, ang ibabaw ng pangunahing4h-type sic substrateSa merkado ay nagtatanghal ng isang 4 ° na anggulo ng pagpapalihis (0001) na ibabaw, na maaaring matugunan ang parehong mga kinakailangan ng teknolohiya ng paglago ng epitaxial na kinokontrol ng hakbang at pagtaas ng bilang ng mga wafer na nakuha mula sa boule.

Ang high-purity hydrogen ay ginagamit bilang carrier sa chemical vapor deposition method para sa SiC epitaxial growth, at ang Si raw na materyales tulad ng SiH4 at C raw na materyales gaya ng C3H8 ay input sa ibabaw ng SiC substrate na ang temperatura ng substrate ay palaging pinapanatili sa 1500-1600 ℃. Sa temperatura na 1500-1600°C, kung ang temperatura ng panloob na dingding ng kagamitan ay hindi sapat na mataas, ang kahusayan ng supply ng mga hilaw na materyales ay hindi mapapabuti, kaya kinakailangan na gumamit ng isang mainit na reaktor sa dingding. Maraming uri ng SiC epitaxial growth equipment, kabilang ang vertical, horizontal, multi-wafer at single-ostiyamga uri. Ang mga figure 2, 3 at 4 ay nagpapakita ng daloy ng gas at pagsasaayos ng substrate ng bahagi ng reaktor ng tatlong uri ng kagamitan sa paglago ng epitaxial.

Figure 2 Multi-chip rotation at revolution

Figure 3 Multi-chip revolution

Larawan 4 solong chip

Mayroong ilang mga pangunahing punto na dapat isaalang-alang upang makamit ang mass production ng SiC epitaxial substrates: pagkakapareho ng kapal ng epitaxial layer, pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping, alikabok, ani, dalas ng pagpapalit ng bahagi, at kaginhawaan ng pagpapanatili. Kabilang sa mga ito, ang pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping ay direktang makakaapekto sa pamamahagi ng resistensya ng boltahe ng aparato, kaya ang pagkakapareho ng ibabaw ng wafer, batch at batch ay napakataas. Bilang karagdagan, ang mga produkto ng reaksyon na nakakabit sa mga sangkap sa reaktor at ang sistema ng tambutso sa panahon ng proseso ng paglago ay magiging isang mapagkukunan ng alikabok, at kung paano maginhawang alisin ang mga alikabok na ito ay isang mahalagang direksyon ng pananaliksik.

Pagkatapos ng SiC epitaxial growth, isang high-purity SiC single crystal layer na maaaring magamit sa paggawa ng mga power device ay nakuha. Bilang karagdagan, sa pamamagitan ng paglaki ng epitaxial, ang basal plane dislocation (BPD) na umiiral sa substrate ay maaari ding ma-convert sa isang threading edge dislocation (TED) sa interface ng substrate/drift layer (tingnan ang Larawan 5). Kapag dumaloy ang isang bipolar current, ang BPD ay sasailalim sa stacking fault expansion, na magreresulta sa pagkasira ng mga katangian ng device gaya ng tumaas na on-resistance. Gayunpaman, pagkatapos ma-convert ang BPD sa TED, hindi maaapektuhan ang mga katangiang elektrikal ng device. Ang paglaki ng epitaxial ay maaaring makabuluhang bawasan ang pagkasira ng aparato na dulot ng bipolar current.

Figure 5: BPD ng SiC substrate bago at pagkatapos ng epitaxial growth at TED cross section pagkatapos ng conversion

Sa epitaxial na paglaki ng SIC, ang isang buffer layer ay madalas na nakapasok sa pagitan ng drift layer at ang substrate. Ang layer ng buffer na may mataas na konsentrasyon ng N-type doping ay maaaring magsulong ng muling pagsasaayos ng mga minorya na carrier. Bilang karagdagan, ang layer ng buffer ay mayroon ding pag -andar ng pagbabalik ng basal eroplano (BPD), na may malaking epekto sa gastos at isang napakahalagang teknolohiya sa pagmamanupaktura ng aparato.