SiC эпитаксиалды өсу процесінің негізгі кіріспесі

Эпитаксиалды қабат - эпитаксиалды процесс арқылы пластинада өсірілген ерекше монокристалды қабық, ал субстрат пластинасы мен эпитаксиалды қабықша эпитаксиалды пластиналар деп аталады. Өткізгіш кремний карбиді субстратта кремний карбидінің эпитаксиалды қабатын өсіру арқылы кремний карбиді біртекті эпитаксиалды пластинаны одан әрі Шоттки диодтарына, MOSFETтерге, IGBTтерге және басқа қуат құрылғыларына дайындауға болады, олардың арасында 4H-SiC субстраты жиі қолданылады.

Кремний карбидінің қуат құрылғысы мен дәстүрлі кремний қуат құрылғысының әртүрлі өндірістік процесіне байланысты оны кремний карбидінің монокристалды материалында тікелей жасау мүмкін емес. Өткізгіш монокристалды субстратта қосымша жоғары сапалы эпитаксиалды материалдарды өсіру керек, ал эпитаксиалды қабатта әртүрлі құрылғыларды жасау керек. Сондықтан эпитаксиалды қабаттың сапасы құрылғының жұмысына үлкен әсер етеді. Әртүрлі қуатты құрылғылардың өнімділігін жақсарту эпитаксиалды қабаттың қалыңдығына, қоспа концентрациясына және ақауларға жоғары талаптар қояды.

ІНЖІР. 1. Допинг концентрациясы мен бірполярлы құрылғының эпитаксиалды қабатының қалыңдығы мен блоктау кернеуінің арасындағы байланыс

SIC эпитаксиалды қабатын дайындау әдістеріне негізінен булану әдісі, сұйық фазалық эпитаксиалды өсу (LPE), молекулалық сәулелік эпитаксиалды өсу (MBE) және химиялық бу тұндыру (CVD) кіреді. Қазіргі уақытта химиялық буларды тұндыру (CVD) зауыттарда кең ауқымды өндіріс үшін қолданылатын негізгі әдіс болып табылады.

ІНЖІР. 2. Эпитаксиалды қабаттың негізгі дайындау әдістерін салыстыру

Белгілі бір көлбеу бұрышы бар осьтен тыс субстратта {0001} 2(b)-суретте көрсетілгендей, қадам бетінің тығыздығы үлкенірек, ал баспалдақ бетінің өлшемі кішірек, ал кристалды нуклеациялау оңай емес. баспалдақ бетінде пайда болады, бірақ көбінесе қадамның қосылу нүктесінде пайда болады. Бұл жағдайда бір ғана ядролық кілт бар. Сондықтан эпитаксиалды қабат субстраттың қабаттасу ретін тамаша қайталай алады, осылайша көп типті бірге өмір сүру мәселесін жояды.

ІНЖІР. 3. 4H-SiC қадамдық эпитаксистік бақылау әдісінің физикалық процесс диаграммасы

ІНЖІР. 4. 4H-SiC сатылы бақыланатын эпитаксистік әдіспен ЖЖЖ өсуінің маңызды шарттары

ІНЖІР. 5. 4H-SiC эпитаксисіндегі әртүрлі кремний көздерінің өсу қарқынын салыстыру

Қазіргі уақытта кремний карбиді эпитаксия технологиясы төмен және орташа кернеулі қолданбаларда (мысалы, 1200 вольтты құрылғылар сияқты) салыстырмалы түрде жетілген. Эпитаксиалды қабаттың қалыңдығының біркелкілігі, легирленген концентрацияның біркелкілігі және ақаулардың таралуы салыстырмалы түрде жақсы деңгейге жетуі мүмкін, ол негізінен орташа және төмен кернеулі SBD (Шотки диод), MOS (металл оксиді жартылай өткізгіш өріс эффектісі транзисторы), JBS ( қосылыс диоды) және басқа құрылғылар.

Дегенмен, жоғары қысым саласында эпитаксиалды пластиналар әлі де көптеген қиындықтарды жеңуі керек. Мысалы, 10 000 вольтқа төтеп беруі керек құрылғылар үшін эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы шамамен 100 мкм болуы керек. Төмен вольтты құрылғылармен салыстырғанда эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы мен легирлеу концентрациясының біркелкілігі айтарлықтай ерекшеленеді, әсіресе қоспа концентрациясының біркелкілігі. Сонымен қатар эпитаксиалды қабаттағы үшбұрыш ақауы да құрылғының жалпы өнімділігін бұзады. Жоғары вольтты қолданбаларда құрылғы түрлері эпитаксиалды қабатта азшылықтың жоғары қызмет ету мерзімін қажет ететін биполярлы құрылғыларды пайдаланады, сондықтан азшылықтың қызмет ету мерзімін жақсарту үшін процесті оңтайландыру қажет.

Қазіргі уақытта отандық эпитаксия негізінен 4 дюйм және 6 дюймді құрайды, ал үлкен өлшемді кремний карбиді эпитаксисінің үлесі жыл сайын артып келеді. Кремний карбидінің эпитаксиалды парағының өлшемі негізінен кремний карбиді субстратының өлшемімен шектеледі. Қазіргі уақытта 6 дюймдік кремний карбиді субстраты коммерцияланды, сондықтан кремний карбиді эпитаксиалды біртіндеп 4 дюймден 6 дюймге дейін ауысады. Кремний карбиді субстрат дайындау технологиясын үздіксіз жетілдіру және сыйымдылықты кеңейту кезінде кремний карбиді субстратының бағасы біртіндеп төмендейді. Эпитаксиалды парақ бағасының құрамында субстрат құнының 50% -дан астамын құрайды, сондықтан субстрат бағасының төмендеуімен кремний карбиді эпитаксиалды парағының бағасы да төмендейді деп күтілуде.