Osnovno uvođenje SiC epitaksijalnog procesa rasta

Epitaksijalni sloj je specifičan monokristalni film koji se uzgaja na pločici epitaksijalnim postupkom, a podloga i epitaksijalni film se nazivaju epitaksijalna pločica.Uzgajanjem epitaksijalnog sloja od silicijum karbida na vodljivoj podlozi od silicijum karbida, homogena epitaksijalna ploča od silicijum karbida može se dalje pripremiti u Šotkijeve diode, MOSFET, IGBT i druge energetske uređaje, među kojima je najčešće korišćena 4H-SiC supstrata.

Zbog različitog procesa proizvodnje uređaja za napajanje od silicijum karbida i tradicionalnog uređaja za napajanje silikona, ne može se direktno proizvesti na monokristalnom materijalu od silicijum karbida.Na provodljivoj monokristalnoj podlozi moraju se uzgajati dodatni visokokvalitetni epitaksijalni materijali, a na epitaksijalnom sloju se moraju proizvoditi različiti uređaji.Stoga kvalitet epitaksijalnog sloja ima veliki utjecaj na performanse uređaja.Poboljšanje performansi različitih energetskih uređaja postavlja i veće zahtjeve za debljinom epitaksijalnog sloja, koncentracijom dopinga i defektima.

Fig.1. Odnos između koncentracije dopinga i debljine epitaksijalnog sloja unipolarnog uređaja i napona blokiranja

Metode pripreme SIC epitaksijalnog sloja uglavnom uključuju metodu rasta isparavanjem, epitaksijalni rast u tečnoj fazi (LPE), epitaksijalni rast molekularnog snopa (MBE) i hemijsko taloženje pare (CVD).Trenutno je hemijsko taloženje pare (CVD) glavna metoda koja se koristi za proizvodnju velikih razmera u fabrikama.

Fig.2. Poređenje glavnih metoda pripreme epitaksijalnog sloja

Na podlozi izvan osi {0001} sa određenim uglom nagiba, kao što je prikazano na slici 2(b), gustina površine stepenica je veća, a veličina površine stepenica je manja, a nukleaciju kristala nije lako javljaju se na površini stepenica, ali se češće javljaju na mjestu spajanja stepenica.U ovom slučaju, postoji samo jedan nukleacijski ključ.Stoga, epitaksijalni sloj može savršeno replicirati redoslijed slaganja supstrata, čime se eliminira problem koegzistencije više tipova.

Fig.3. Dijagram fizičkog procesa 4H-SiC metode step control epitaksije

Fig.4. Kritični uslovi za rast CVD metodom epitaksije 4H-SiC stepenasto kontroliranom

Fig.5. Poređenje stopa rasta pod različitim izvorima silicija u 4H-SiC epitaksiji

Trenutno je tehnologija epitaksije silicijum karbidom relativno zrela u aplikacijama niskog i srednjeg napona (kao što su uređaji od 1200 volti).Ujednačenost debljine, ujednačenost koncentracije dopinga i distribucija defekta epitaksijalnog sloja mogu doseći relativno dobar nivo, što u osnovi može zadovoljiti potrebe srednjeg i niskog napona SBD (Schottky dioda), MOS (metal oksid poluvodički tranzistor sa efektom polja), JBS ( spojna dioda) i drugi uređaji.

Međutim, u području visokog tlaka, epitaksijalne pločice još uvijek moraju savladati mnoge izazove.Na primjer, za uređaje koji trebaju izdržati 10.000 volti, debljina epitaksijalnog sloja treba biti oko 100 μm.U poređenju sa niskonaponskim uređajima, debljina epitaksijalnog sloja i ujednačenost koncentracije dopinga su mnogo različite, posebno ujednačenost koncentracije dopinga.U isto vrijeme, trokut defekt u epitaksijalnom sloju će također uništiti ukupne performanse uređaja.U visokonaponskim aplikacijama, tipovi uređaja imaju tendenciju da koriste bipolarne uređaje, koji zahtijevaju dug životni vijek manjine u epitaksijalnom sloju, tako da proces treba optimizirati kako bi se poboljšao vijek trajanja manjine.

Trenutno je domaća epitaksija uglavnom 4 inča i 6 inča, a udio epitaksije velike veličine silicijum karbida raste iz godine u godinu.Veličina epitaksijalne ploče od silicijum karbida uglavnom je ograničena veličinom podloge od silicijum karbida.Trenutno je supstrat od silicijum karbida od 6 inča komercijalizovan, tako da epitaksijal od silicijum karbida postepeno prelazi sa 4 inča na 6 inča.Uz kontinuirano poboljšanje tehnologije pripreme podloge od silicijum karbida i proširenje kapaciteta, cijena supstrata od silicijum karbida postepeno se smanjuje.U sastavu cijene epitaksijalne ploče supstrat čini više od 50% cijene, pa se s padom cijene podloge očekuje i smanjenje cijene epitaksijalne ploče od silicijum karbida.