Die basiese bekendstelling van SiC epitaksiale groeiproses

Epitaksiale laag is 'n spesifieke enkelkristalfilm wat op die wafer gegroei word deur epitaksiale proses, en die substraatwafer en epitaksiale film word epitaksiale wafer genoem. Deur die silikonkarbied epitaksiale laag op die geleidende silikonkarbied substraat te laat groei, kan die silikonkarbied homogene epitaksiale wafer verder voorberei word in Schottky diodes, MOSFETs, IGBTs en ander kragtoestelle, waaronder 4H-SiC substraat die algemeenste gebruik word.

As gevolg van die verskillende vervaardigingsproses van silikonkarbiedkragtoestel en tradisionele silikonkragtoestel, kan dit nie direk op silikonkarbied-enkelkristalmateriaal vervaardig word nie. Bykomende hoë kwaliteit epitaksiale materiale moet op die geleidende enkelkristal substraat gekweek word, en verskeie toestelle moet op die epitaksiale laag vervaardig word. Daarom het die kwaliteit van die epitaksiale laag 'n groot invloed op die werkverrigting van die toestel. Die verbetering van die werkverrigting van verskillende kragtoestelle stel ook hoër vereistes vir die dikte van die epitaksiale laag, dopingkonsentrasie en defekte.

FIG. 1. Verwantskap tussen dopingkonsentrasie en dikte van epitaksiale laag van unipolêre toestel en blokkeerspanning

Die voorbereidingsmetodes van SIC epitaksiale laag sluit hoofsaaklik verdampingsgroeimetode, vloeistoffase-epitaksiale groei (LPE), molekulêre bundel-epitaksiale groei (MBE) en chemiese dampneerlegging (CVD) in. Tans is chemiese dampneerslag (CVD) die hoofmetode wat gebruik word vir grootskaalse produksie in fabrieke.

FIG. 2. Vergelyking van hoofvoorbereidingsmetodes van epitaksiale laag

Op die af-as-{0001}-substraat met 'n sekere kantelhoek, soos getoon in Figuur 2(b), is die digtheid van die trapoppervlak groter, en die grootte van die trapoppervlak is kleiner, en kristalkernvorming is nie maklik om kom op die trapoppervlak voor, maar kom meer dikwels voor by die samesmeltingspunt van die trap. In hierdie geval is daar net een kernsleutel. Daarom kan die epitaksiale laag die stapelvolgorde van die substraat perfek herhaal, en sodoende die probleem van multi-tipe naasbestaan ​​uitskakel.

FIG. 3. Fisiese prosesdiagram van 4H-SiC stap beheer epitaksie metode

FIG. 4. Kritiese toestande vir CVD-groei deur 4H-SiC stapbeheerde epitaksie-metode

FIG. 5. Vergelyking van groeitempo's onder verskillende silikonbronne in 4H-SiC epitaksie

Tans is silikonkarbied-epitaksie-tegnologie relatief volwasse in lae- en mediumspanningtoepassings (soos 1200 volt-toestelle). Die dikte-uniformiteit, dopingkonsentrasie-uniformiteit en defekverspreiding van die epitaksiale laag kan 'n relatief goeie vlak bereik, wat basies kan voldoen aan die behoeftes van middel- en laespanning SBD (Schottky diode), MOS (metaaloksied halfgeleier veld effek transistor), JBS ( aansluitingsdiode) en ander toestelle.

In die veld van hoë druk moet epitaksiale wafers egter nog baie uitdagings oorkom. Byvoorbeeld, vir toestelle wat 10 000 volt moet weerstaan, moet die dikte van die epitaksiale laag ongeveer 100μm wees. In vergelyking met laespanningstoestelle is die dikte van die epitaksiale laag en die eenvormigheid van die dopingkonsentrasie baie anders, veral die eenvormigheid van die dopingkonsentrasie. Terselfdertyd sal die driehoekdefek in die epitaksiale laag ook die algehele werkverrigting van die toestel vernietig. In hoëspanningtoepassings is toesteltipes geneig om bipolêre toestelle te gebruik, wat 'n hoë minderheidsleeftyd in die epitaksiale laag vereis, dus moet die proses geoptimaliseer word om die minderheidsleeftyd te verbeter.

Tans is die huishoudelike epitaksie hoofsaaklik 4 duim en 6 duim, en die proporsie grootgrootte silikonkarbiedepitaksie neem jaar na jaar toe. Die grootte van silikonkarbied epitaksiale vel word hoofsaaklik beperk deur die grootte van silikonkarbied substraat. Op die oomblik is die 6-duim silikonkarbied substraat gekommersialiseer, so die silikonkarbied epitaksiaal is geleidelik besig om van 4 duim na 6 duim oor te skakel. Met die voortdurende verbetering van silikonkarbiedsubstraatvoorbereidingstegnologie en kapasiteitsuitbreiding, neem die prys van silikonkarbiedsubstraat geleidelik af. In die samestelling van die epitaksiale plaatprys maak die substraat meer as 50% van die koste uit, so met die daling van die substraatprys word verwag dat die prys van silikonkarbied-epitaksiale plaat ook sal daal.