Podstawowe wprowadzenie do procesu wzrostu epitaksjalnego SiC

Warstwa epitaksjalna to specyficzna folia monokrystaliczna naniesiona na płytkę w procesie epitaksjalnym, a płytka podłoża i folia epitaksjalna nazywane są płytką epitaksjalną.Hodując warstwę epitaksjalną z węglika krzemu na przewodzącym podłożu z węglika krzemu, jednorodną płytkę epitaksjalną z węglika krzemu można dalej przygotować na diody Schottky'ego, tranzystory MOSFET, IGBT i inne urządzenia mocy, wśród których najczęściej stosowany jest substrat 4H-SiC.

Ze względu na inny proces produkcyjny urządzenia zasilającego z węglika krzemu i tradycyjnego urządzenia zasilającego z krzemu, nie można go bezpośrednio wytworzyć na materiale monokrystalicznym z węglika krzemu.Na przewodzącym podłożu monokrystalicznym należy hodować dodatkowe wysokiej jakości materiały epitaksjalne, a na warstwie epitaksjalnej należy wyprodukować różne urządzenia.Dlatego jakość warstwy epitaksjalnej ma ogromny wpływ na wydajność urządzenia.Poprawa wydajności różnych urządzeń zasilających stawia również wyższe wymagania dotyczące grubości warstwy epitaksjalnej, stężenia domieszki i defektów.

FIGA.1. Zależność stężenia domieszki od grubości warstwy epitaksjalnej urządzenia jednobiegunowego i napięcia blokującego

Metody wytwarzania warstwy epitaksjalnej SIC obejmują głównie metodę wzrostu przez odparowanie, wzrost epitaksjalny w fazie ciekłej (LPE), wzrost epitaksjalny za pomocą wiązek molekularnych (MBE) i chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD).Obecnie główną metodą stosowaną w produkcji na dużą skalę w fabrykach jest chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD).

FIGA.2. Porównanie głównych metod przygotowania warstwy epitaksjalnej

Na podłożu poza osią {0001} o pewnym kącie nachylenia, jak pokazano na rysunku 2(b), gęstość powierzchni stopnia jest większa, a rozmiar powierzchni stopnia jest mniejszy, a zarodkowanie kryształów nie jest łatwe występują na powierzchni stopnia, ale częściej występują w miejscu zbiegu stopnia.W tym przypadku istnieje tylko jeden klucz zarodkujący.Dzięki temu warstwa epitaksjalna może doskonale odwzorowywać kolejność układania podłoża, eliminując w ten sposób problem współistnienia wielu typów.

FIGA.3. Schemat procesu fizycznego metody epitaksji z kontrolą krokową 4H-SiC

FIGA.4. Krytyczne warunki wzrostu CVD metodą epitaksji sterowanej etapowo 4H-SiC

FIGA.5. Porównanie szybkości wzrostu przy różnych źródłach krzemu w epitaksji 4H-SiC

Obecnie technologia epitaksji z węglika krzemu jest stosunkowo dojrzała w zastosowaniach niskiego i średniego napięcia (takich jak urządzenia 1200 V).Jednorodność grubości, jednorodność stężenia domieszkowania i rozkład defektów warstwy epitaksjalnej mogą osiągnąć stosunkowo dobry poziom, który w zasadzie może zaspokoić potrzeby SBD średniego i niskiego napięcia (dioda Schottky'ego), MOS (tranzystor polowy z półprzewodnikiem z tlenkiem metalu), JBS ( dioda złączowa) i inne urządzenia.

Jednak w dziedzinie wysokich ciśnień płytki epitaksjalne nadal muszą stawić czoła wielu wyzwaniom.Na przykład w przypadku urządzeń, które muszą wytrzymać napięcie 10 000 woltów, grubość warstwy epitaksjalnej musi wynosić około 100 μm.W porównaniu z urządzeniami niskonapięciowymi grubość warstwy epitaksjalnej i jednorodność stężenia domieszki są znacznie różne, zwłaszcza jednorodność stężenia domieszki.Jednocześnie defekt trójkąta w warstwie epitaksjalnej zniszczy również ogólną wydajność urządzenia.W zastosowaniach wysokiego napięcia w urządzeniach zwykle stosuje się urządzenia bipolarne, które wymagają dużej żywotności mniejszości w warstwie epitaksjalnej, dlatego proces należy zoptymalizować, aby wydłużyć żywotność mniejszości.

Obecnie epitaksja krajowa wynosi głównie 4 cale i 6 cali, a udział wielkogabarytowych epitaksji z węglika krzemu rośnie z roku na rok.Rozmiar arkusza epitaksjalnego z węglika krzemu jest ograniczony głównie przez rozmiar podłoża z węglika krzemu.Obecnie 6-calowe podłoże z węglika krzemu zostało skomercjalizowane, więc epitaksjalny węglik krzemu stopniowo zmienia się z 4 cali na 6 cali.Wraz z ciągłym udoskonalaniem technologii przygotowania podłoża z węglika krzemu i zwiększaniem mocy produkcyjnych, cena podłoża z węglika krzemu stopniowo spada.W składzie ceny arkusza epitaksjalnego podłoże stanowi ponad 50% kosztu, więc wraz ze spadkiem ceny podłoża oczekuje się, że cena arkusza epitaksjalnego z węglika krzemu również spadnie.