Adım kontrollü epitaksiyal büyüme nedir？

SIC güç cihazlarının hazırlanması için temel teknolojilerden biri olarak, SIC epitaksiyal büyüme teknolojisi tarafından yetiştirilen epitaksinin kalitesi, SIC cihazlarının performansını doğrudan etkileyecektir. Şu anda, en ana akım SIC epitaksiyal büyüme teknolojisi kimyasal buhar birikimidir (CVD).

SiC'nin birçok kararlı kristal politipi vardır. Bu nedenle, elde edilen epitaksiyel büyüme katmanının spesifik kristal politipini miras almasını sağlamak içinSiC substratı, substratın üç boyutlu atomik düzenleme bilgilerini epitaksiyal büyüme katmanına aktarmak gerekir ve bu bazı özel yöntemler gerektirir. Kyoto Üniversitesi Profesör Emeritus Hiroyuki Matsunami ve diğerleri, uygun büyüme koşulları altında SIC substratının düşük endeks kristal düzleminde kimyasal buhar birikimi (CVD) gerçekleştiren böyle bir SIC epitaksiyal büyüme teknolojisi önerdi. Bu teknik yönteme adım kontrollü epitaksiyal büyüme yöntemi olarak da adlandırılır.

Şekil 1, adım kontrollü epitaksiyal büyüme yöntemi ile SIC epitaksiyal büyümesinin nasıl yapılacağını göstermektedir. Temiz ve açılı bir SIC substratının yüzeyi adım katmanlarına dönüştürülür ve moleküler düzeyde adım ve tablo yapısı elde edilir. Hammadde gazı sokulduğunda, hammadde SIC substratının yüzeyine verilir ve masa üzerinde hareket eden hammadde sıradaki adımlarla yakalanır. Yakalanan hammadde, kristal politipiyle tutarlı bir düzenleme oluşturduğundaSiC substratıKarşılık gelen pozisyonda, epitaksiyal tabaka, SIC substratının spesifik kristal politipini başarıyla miras alır.

Şekil 1: SIC substratının bir açılı açı ile epitaksiyal büyümesi (0001)

Tabii ki, adım kontrollü epitaksiyal büyüme teknolojisi ile ilgili sorunlar olabilir. Büyüme koşulları uygun koşulları karşılamadığında, hammaddeler adımlardan ziyade tabloda kristalleri çekirir ve üretir, bu da farklı kristal politiplerin büyümesine yol açar ve ideal epitaksiyal tabakanın büyümesine neden olur. Epitaksiyal tabakada heterojen politipler görülürse, yarı iletken cihazı ölümcül kusurlarla bırakılabilir. Bu nedenle, adım kontrollü epitaksiyal büyüme teknolojisinde, sapma derecesi, adım genişliğinin makul bir boyuta ulaşmasını sağlamak için tasarlanmalıdır. Aynı zamanda, hammadde gazındaki Si hammaddeleri ve c hammaddelerinin konsantrasyonu, büyüme sıcaklığı ve diğer koşullar da kristallerin öncelikli oluşumu koşullarını karşılamalıdır. Şu anda ana yüzey4H tipi SiC substratıPiyasada, hem aşamalı olarak kontrol edilen epitaksiyal büyüme teknolojisinin gereksinimlerini karşılayabilen hem de Boule'den elde edilen gofret sayısını artırabilen 4 ° sapma açısı (0001) yüzeyi sunulmaktadır.

SiC epitaksiyel büyümesi için kimyasal buhar biriktirme yönteminde taşıyıcı olarak yüksek saflıkta hidrojen kullanılır ve SiH4 gibi Si ham maddeleri ve C3H8 gibi C ham maddeleri, substrat sıcaklığı her zaman aynı sıcaklıkta tutulan SiC substratının yüzeyine girer. 1500-1600°C. 1500-1600°C sıcaklıkta, ekipmanın iç duvarının sıcaklığı yeterince yüksek değilse, hammaddelerin tedarik verimliliği artmayacaktır, bu nedenle sıcak duvar reaktörünün kullanılması gerekir. Dikey, yatay, çok tabakalı ve tekli dahil olmak üzere birçok SiC epitaksiyel büyütme ekipmanı türü vardır.gofrettürleri. Şekil 2, 3 ve 4, üç tip SiC epitaksiyel büyütme ekipmanının reaktör kısmının gaz akışını ve substrat konfigürasyonunu göstermektedir.

Şekil 2 Çoklu şip rotasyonu ve devrim

Şekil 3 Çoklu Çip Devrimi

Şekil 4 Tek Çip

SiC epitaksiyel substratların seri üretimini gerçekleştirmek için dikkate alınması gereken birkaç önemli nokta vardır: epitaksiyel katman kalınlığının tekdüzeliği, doping konsantrasyonunun tekdüzeliği, toz, verim, bileşen değiştirme sıklığı ve bakım kolaylığı. Bunlar arasında, doping konsantrasyonunun tekdüzeliği, cihazın voltaj direnci dağılımını doğrudan etkileyecektir, bu nedenle levha yüzeyinin, partinin ve partinin tekdüzeliği çok yüksektir. Ayrıca, büyüme süreci sırasında reaktördeki ve egzoz sistemindeki bileşenlere bağlanan reaksiyon ürünleri bir toz kaynağı haline gelecektir ve bu tozların uygun şekilde nasıl uzaklaştırılacağı da önemli bir araştırma yönüdür.

SiC epitaksiyel büyümeden sonra, güç cihazlarının üretiminde kullanılabilecek yüksek saflıkta bir SiC tek kristal katmanı elde edilir. Ek olarak, epitaksiyel büyüme yoluyla, substratta mevcut olan bazal düzlem dislokasyonu (BPD), substrat/sürüklenme katmanı arayüzünde diş açma kenarı dislokasyonuna (TED) dönüştürülebilir (bkz. Şekil 5). İki kutuplu bir akım geçtiğinde, BPD istifleme hatası genişlemesine maruz kalacak ve bu da artan direnç gibi cihaz özelliklerinin bozulmasına neden olacaktır. Ancak BPD, TED'e dönüştürüldükten sonra cihazın elektriksel özellikleri etkilenmeyecektir. Epitaksiyel büyüme, bipolar akımın neden olduğu cihaz bozulmasını önemli ölçüde azaltabilir.

Şekil 5: Epitaksiyel büyümeden önce ve sonra SiC substratının BPD'si ve dönüşümden sonraki TED kesiti

SiC'nin epitaksiyel büyümesinde, sürüklenme katmanı ile altlık arasına sıklıkla bir tampon katman yerleştirilir. Yüksek konsantrasyonda n-tipi katkı içeren tampon katman, azınlık taşıyıcıların rekombinasyonunu destekleyebilir. Ayrıca tampon katman, maliyet üzerinde önemli bir etkiye sahip olan ve çok önemli bir cihaz üretim teknolojisi olan bazal düzlem dislokasyonunu (BPD) dönüştürme işlevine de sahiptir.