Cos'è la crescita epitassiale controllata dal passo？

Essendo una delle tecnologie principali per la preparazione dei dispositivi di potenza SiC, la qualità dell'epitassia cresciuta mediante la tecnologia di crescita epitassiale SiC influenzerà direttamente le prestazioni dei dispositivi SiC. Al momento, la tecnologia di crescita epitassiale SiC più diffusa è la deposizione chimica da fase vapore (CVD).

Esistono molti politipi cristallini stabili di SiC. Pertanto, al fine di consentire allo strato di crescita epitassiale ottenuto di ereditare il politipo cristallino specifico diSubstrato sic, è necessario trasferire le informazioni tridimensionali sulla disposizione atomica del substrato allo strato di crescita epitassiale e ciò richiede alcuni metodi speciali. Hiroyuki Matsunami, professore emerito dell'Università di Kyoto, e altri hanno proposto una tale tecnologia di crescita epitassiale SIC, che esegue la deposizione di vapore chimica (CVD) sul piano cristallino a basso indice del substrato SIC in una piccola direzione off-angolo in condizioni di crescita appropriata. Questo metodo tecnico è anche chiamato metodo di crescita epitassiale controllata dal passo.

La Figura 1 mostra come eseguire la crescita epitassiale SiC mediante il metodo di crescita epitassiale controllato a gradini. La superficie di un substrato SiC pulito e disangolato viene formata in strati di passaggi e si ottiene la struttura del passaggio e della tabella a livello molecolare. Quando viene introdotto il gas della materia prima, la materia prima viene fornita alla superficie del substrato SiC e la materia prima che si muove sul tavolo viene catturata attraverso le fasi in sequenza. Quando la materia prima catturata forma una disposizione coerente con il politipo cristallino delSubstrato sicNella posizione corrispondente, lo strato epitassiale eredita con successo il politipo di cristallo specifico del substrato SIC.

Figura 1: crescita epitassiale del substrato SIC con un angolo (0001)

Naturalmente, potrebbero esserci problemi con la tecnologia di crescita epitassiale controllata dal passo. Quando le condizioni di crescita non soddisfano le condizioni appropriate, le materie prime nucleare e generare cristalli sul tavolo piuttosto che sui gradini, che porteranno alla crescita di diversi politipi di cristalli, causando la crescita dello strato epitassiale ideale. Se nell'appartamento di politipi eterogenei nello strato epitassiale, il dispositivo a semiconduttore può essere lasciato con difetti fatali. Pertanto, nella tecnologia di crescita epitassiale controllata dal passo, il grado di deflessione deve essere progettato per rendere la larghezza del passo raggiungi una dimensione ragionevole. Allo stesso tempo, la concentrazione di materie prime SI e materie prime C nei gas prima, la temperatura di crescita e altre condizioni devono anche soddisfare le condizioni per la formazione prioritaria di cristalli sui gradini. Al momento, la superficie del principaleSubstrato SiC di tipo 4Hsul mercato presenta una superficie con angolo di deflessione di 4° (0001), in grado di soddisfare sia i requisiti della tecnologia di crescita epitassiale a gradini sia di aumentare il numero di wafer ottenuti dalla boule.

L'idrogeno ad alta purezza viene utilizzato come vettore nel metodo di deposizione del vapore chimico per la crescita epitassiale SIC e le materie prime SI come le materie prime SIH4 e C come C3H8 sono inserite sulla superficie del substrato SIC la cui temperatura del substrato è sempre mantenuta a 1500-1600 ℃. A una temperatura di 1500-1600 ° C, se la temperatura della parete interna dell'attrezzatura non è abbastanza alta, l'efficienza di alimentazione delle materie prime non sarà migliorata, quindi è necessario utilizzare un reattore a parete a caldo. Esistono molti tipi di apparecchiature di crescita epitassiale SIC, tra cui verticale, orizzontale, multi-wafer e singoli-wafertipi. Le figure 2, 3 e 4 mostrano il flusso di gas e la configurazione del substrato della parte del reattore di tre tipi di apparecchiature di crescita epitassiale SiC.

Figura 2 Rotazione e rivoluzione multi-chip

Figura 3 Rivoluzione multi-chip

Figura 4 Chip singolo

Esistono diversi punti chiave da considerare per ottenere la produzione di massa di substrati epitassiali SIC: uniformità dello spessore dello strato epitassiale, uniformità della concentrazione di doping, polvere, resa, frequenza della sostituzione dei componenti e comodità della manutenzione. Tra questi, l'uniformità della concentrazione di doping influenzerà direttamente la distribuzione della resistenza alla tensione del dispositivo, quindi l'uniformità della superficie del wafer, del lotto e del lotto è molto elevata. Inoltre, i prodotti di reazione collegati ai componenti del reattore e del sistema di scarico durante il processo di crescita diventeranno una fonte di polvere e come rimuovere comodamente queste polveri sono anche una direzione di ricerca importante.

Dopo la crescita epitassiale SIC, si ottiene uno strato di cristallo singolo SIC ad alta purezza che può essere utilizzato per produrre dispositivi di alimentazione. Inoltre, attraverso la crescita epitassiale, la dislocazione del piano basale (BPD) esistente nel substrato può anche essere convertita in una dislocazione del bordo di threading (TED) all'interfaccia del substrato/drift (vedi Figura 5). Quando una corrente bipolare scorre attraverso, il BPD subirà un'espansione dei guasti di impilamento, con conseguente degrado delle caratteristiche del dispositivo come un aumento della resistenza. Tuttavia, dopo che il BPD è stato convertito in TED, le caratteristiche elettriche del dispositivo non saranno interessate. La crescita epitassiale può ridurre significativamente la degradazione del dispositivo causato dalla corrente bipolare.

Figura 5: BPD del substrato SIC prima e dopo la crescita epitassiale e la sezione trasversale TED dopo la conversione

Nella crescita epitassiale di SIC, viene spesso inserito uno strato tampone tra lo strato di deriva e il substrato. Lo strato tampone con alta concentrazione di doping di tipo N può promuovere la ricombinazione dei portatori di minoranza. Inoltre, lo strato tampone ha anche la funzione della conversione della dislocazione del piano basale (BPD), che ha un impatto considerevole sul costo ed è una tecnologia di produzione di dispositivi molto importante.