Шта је корак-контролисани епитаксијални раст?

Као једна од основних технологија за припрему СиЦ енергетских уређаја, квалитет епитаксије добијен технологијом епитаксијалног раста СиЦ директно ће утицати на перформансе СиЦ уређаја. Тренутно, најосновнија технологија епитаксијалног раста СиЦ је хемијско таложење паре (ЦВД).

Постоји много стабилних кристалних политипова СиЦ. Дакле, да би се омогућило да добијени епитаксијални слој раста наследи специфични кристални политипСиЦ супстрат, потребно је пренети тродимензионалну информацију о атомском распореду супстрата у епитаксијални слој раста, а то захтева неке посебне методе. Хиројуки Мацунами, професор емеритус Универзитета Кјото, и други предложили су такву технологију епитаксијалног раста СиЦ, која врши хемијско таложење паре (ЦВД) на кристалној равни ниског индекса супстрата СиЦ у малом смеру ван угла под одговарајућим условима раста. Ова техничка метода се такође назива методом епитаксијалног раста контролисаног корака.

Слика 1 показује како извршити епитаксијални раст СиЦ методом епитаксијалног раста контролисаног корака. Површина чистог СиЦ супстрата који није под углом формира се у слојеве степеница и добија се степен и структура стола на молекуларном нивоу. Када се сирови материјал уведе гас, сировина се испоручује на површину СиЦ супстрата, а сировина која се креће на столу се хвата корацима у низу. Када ухваћена сировина формира аранжман у складу са кристалним политипомСиЦ супстратна одговарајућој позицији, епитаксијални слој успешно наслеђује специфични кристални политип супстрата СиЦ.

Слика 1: Епитаксијални раст СиЦ супстрата са вануглом (0001)

Наравно, може постојати проблем са технологијом епитаксијалног раста контролисане кораком. Када услови раста не испуне одговарајуће услове, сировине ће стварати језгро и стварати кристале на столу, а не на степеницама, што ће довести до раста различитих кристалних политипова, узрокујући да идеални епитаксијални слој не успе да расте. Ако се у епитаксијалном слоју појаве хетерогени политипови, полупроводнички уређај може остати са фаталним дефектима. Стога, у технологији епитаксијалног раста контролисане кораком, степен отклона мора бити дизајниран тако да ширина корака достигне разумну величину. Истовремено, концентрација Си сировина и Ц сировина у сировом гасу, температура раста и други услови такође морају испунити услове за приоритетно формирање кристала на степеницама. Тренутно је површина главног4Х-тип СиЦ супстратна тржишту представља површину са углом скретања од 4° (0001), која може да испуни и захтеве технологије епитаксијалне технологије раста са контролом корака и повећање броја плочица добијених из боула.

Водоник високе чистоће се користи као носач у методи хемијског таложења паре за епитаксијални раст СиЦ, а сировине Си као што су СиХ4 и Ц сировине као што је Ц3Х8 се уносе на површину СиЦ супстрата чија се температура супстрата увек одржава на 1500-1600℃. На температури од 1500-1600°Ц, ако температура унутрашњег зида опреме није довољно висока, ефикасност снабдевања сировинама неће бити побољшана, па је неопходно користити реактор са врућим зидом. Постоји много типова опреме за епитаксијални раст СиЦ, укључујући вертикалну, хоризонталну, вишеструку и једнострукуваферврсте. На сликама 2, 3 и 4 приказан је проток гаса и конфигурација супстрата реакторског дела три типа опреме за епитаксијални раст СиЦ.

Слика 2 Ротација и окретање више чипова

Слика 3 Револуција са више чипова

Слика 4 Један чип

Постоји неколико кључних тачака које треба узети у обзир да би се постигла масовна производња СиЦ епитаксијалних супстрата: уједначеност дебљине епитаксијалног слоја, униформност концентрације допинга, прашина, принос, учесталост замене компоненти и погодност одржавања. Међу њима, уједначеност концентрације допинга ће директно утицати на расподелу отпора напона уређаја, тако да је униформност површине плочице, шарже и шарже веома висока. Поред тога, производи реакције који су причвршћени за компоненте у реактору и издувном систему током процеса раста постаће извор прашине, а начин на који се ове прашине практично уклањају је такође важан правац истраживања.

Након епитаксијалног раста СиЦ добија се монокристални слој СиЦ високе чистоће који се може користити за производњу енергетских уређаја. Поред тога, путем епитаксијалног раста, дислокација базалне равни (БПД) која постоји у супстрату такође се може конвертовати у дислокацију ивице навоја (ТЕД) на интерфејсу супстрат/слој дрифта (видети слику 5). Када кроз њих протиче биполарна струја, БПД ће се подвргнути ширењу грешке у слагању, што ће резултирати деградацијом карактеристика уређаја као што је повећан отпор на укључење. Међутим, након што се БПД претвори у ТЕД, то неће утицати на електричне карактеристике уређаја. Епитаксијални раст може значајно смањити деградацију уређаја узроковану биполарном струјом.

Слика 5: БПД СиЦ супстрата пре и после епитаксијалног раста и ТЕД пресек после конверзије

У епитаксијалном расту СиЦ, пуферски слој се често убацује између слоја дрифта и супстрата. Пуферски слој са високом концентрацијом допинга н-типа може промовисати рекомбинацију мањинских носача. Поред тога, баферски слој такође има функцију конверзије базалне равни дислокације (БПД), што има значајан утицај на цену и веома је важна технологија производње уређаја.