Ce este creșterea epitaxială controlată în trepte？

Ca una dintre tehnologiile de bază pentru prepararea dispozitivelor de alimentare SIC, calitatea epitaxiei cultivate de tehnologia de creștere epitaxială SIC va afecta în mod direct performanța dispozitivelor SIC. În prezent, cea mai principală tehnologie de creștere epitaxială SIC este depunerea de vapori chimici (CVD).

Există multe politipuri cristaline stabile de SiC. Prin urmare, pentru a permite stratului de creștere epitaxial obținut să moștenească politipul de cristal specific alSubstrat SIC, este necesar să se transfere informațiile de aranjament atomic tridimensional al substratului către stratul de creștere epitaxial, iar acest lucru necesită unele metode speciale. Hiroyuki Matsunami, profesor emerit al Universității din Kyoto, și alții au propus o astfel de tehnologie de creștere epitaxială SiC, care realizează depunerea chimică în vapori (CVD) pe planul cristalin cu indice scăzut al substratului SiC într-o direcție mică în afara unghiului în condiții de creștere adecvate. Această metodă tehnică se mai numește și metodă de creștere epitaxială controlată în trepte.

Figura 1 arată modul de efectuare a creșterii epitaxiale SIC prin metoda de creștere epitaxială controlată în trepte. Suprafața unui substrat SIC curat și în afara unghiului este format în straturi de trepte și se obține pasul la nivel molecular și structura tabelului. Când este introdus gazul de materii prime, materia primă este furnizată pe suprafața substratului SIC, iar materiile prime care se deplasează pe masă este capturată de treptele din secvență. Când materia primă capturată formează un aranjament în concordanță cu politetul de cristal alSubstrat SICla poziția corespunzătoare, stratul epitaxial moștenește cu succes politipul cristalin specific al substratului SiC.

Figura 1: Creșterea epitaxială a substratului de SiC cu un unghi off (0001)

Desigur, pot exista probleme cu tehnologia de creștere epitaxială controlată în trepte. Atunci când condițiile de creștere nu îndeplinesc condițiile adecvate, materiile prime se vor nuclea și vor genera cristale pe masă mai degrabă decât pe trepte, ceea ce va duce la creșterea diferitelor politipuri de cristal, determinând eșuarea creșterii stratului epitaxial ideal. Dacă în stratul epitaxial apar politipuri eterogene, dispozitivul semiconductor poate rămâne cu defecte fatale. Prin urmare, în tehnologia de creștere epitaxială controlată în trepte, gradul de deformare trebuie proiectat pentru a face ca lățimea pasului să atingă o dimensiune rezonabilă. În același timp, concentrația materiilor prime Si și a materiilor prime C în gazul de materie primă, temperatura de creștere și alte condiții trebuie să îndeplinească, de asemenea, condițiile pentru formarea prioritară a cristalelor pe trepte. În prezent, suprafața principaluluiSubstrat de tip 4hPe piață prezintă o suprafață de deviere de 4 ° (0001), care poate îndeplini atât cerințele tehnologiei de creștere epitaxială controlată în trepte, cât și creșterea numărului de napolitane obținute din boule.

Hidrogenul de înaltă puritate este utilizat ca purtător în metoda de depunere chimică în vapori pentru creșterea epitaxială a SiC, iar materiile prime Si, cum ar fi SiH4 și materiile prime C, cum ar fi C3H8, sunt introduse pe suprafața substratului SiC a cărui temperatură a substratului este întotdeauna menținută la 1500-1600℃. La o temperatură de 1500-1600°C, dacă temperatura peretelui interior al echipamentului nu este suficient de ridicată, eficiența aprovizionării cu materii prime nu va fi îmbunătățită, deci este necesară utilizarea unui reactor cu perete fierbinte. Există multe tipuri de echipamente de creștere epitaxială SiC, inclusiv verticală, orizontală, multiplacă și unică.napolitanatipuri. Figurile 2, 3 și 4 arată fluxul de gaz și configurația substratului părții reactor a trei tipuri de echipamente de creștere epitaxială SiC.

Figura 2 Rotația și revoluția cu mai multe cipuri

Figura 3 Revoluție cu mai multe cipuri

Figura 4 cip unic

Există mai multe puncte cheie de luat în considerare pentru a obține producția în masă a substraturilor epitaxiale SIC: uniformitatea grosimii stratului epitaxial, uniformitatea concentrației de dopaj, praful, randamentul, frecvența înlocuirii componentelor și comoditatea întreținerii. Printre ele, uniformitatea concentrației de dopaj va afecta direct distribuția de rezistență la tensiune a dispozitivului, astfel încât uniformitatea suprafeței, lotului și lotului de la placă este foarte mare. În plus, produsele de reacție atașate la componentele din reactor și sistemul de evacuare în timpul procesului de creștere vor deveni o sursă de praf, iar modul de eliminare în mod convenabil a acestor praf este, de asemenea, o direcție importantă de cercetare.

După creșterea epitaxială de SiC, se obține un strat monocristal de SiC de înaltă puritate care poate fi utilizat pentru fabricarea dispozitivelor de alimentare. În plus, prin creșterea epitaxială, dislocarea planului bazal (BPD) existentă în substrat poate fi, de asemenea, convertită într-o dislocare a marginii filetate (TED) la interfața substrat/stratul de deriva (vezi Figura 5). Atunci când trece un curent bipolar, BPD-ul va suferi o expansiune a erorilor de stivuire, ceea ce duce la degradarea caracteristicilor dispozitivului, cum ar fi creșterea rezistenței la pornire. Cu toate acestea, după ce BPD este convertit în TED, caracteristicile electrice ale dispozitivului nu vor fi afectate. Creșterea epitaxială poate reduce semnificativ degradarea dispozitivului cauzată de curentul bipolar.

Figura 5: BPD de substrat SIC înainte și după creșterea epitaxială și secțiunea transversală TED după conversie

În creșterea epitaxială a SIC, un strat tampon este adesea introdus între stratul de derivă și substrat. Stratul tampon cu o concentrație mare de dopaj de tip N poate promova recombinarea transportatorilor minoritari. În plus, stratul tampon are, de asemenea, funcția conversiei de dislocare a planului bazal (BPD), care are un impact considerabil asupra costurilor și este o tehnologie de fabricație a dispozitivului foarte importantă.