Introducerea de bază a procesului de creștere epitaxială SiC

Stratul epitaxial este un film de cristal unic specific crescut pe napolitană prin proces ep·itaxial, iar placheta de substrat și filmul epitaxial sunt numite napolitană epitaxială. Prin creșterea stratului epitaxial de carbură de siliciu pe substratul conductiv de carbură de siliciu, placheta epitaxială omogenă cu carbură de siliciu poate fi pregătită în continuare în diode Schottky, MOSFET-uri, IGBT-uri și alte dispozitive de putere, printre care substratul 4H-SiC este cel mai frecvent utilizat.

Datorită procesului de fabricație diferit al dispozitivului de alimentare cu carbură de siliciu și al dispozitivului tradițional de alimentare cu siliciu, acesta nu poate fi fabricat direct pe material monocristal cu carbură de siliciu. Materiale epitaxiale suplimentare de înaltă calitate trebuie cultivate pe substratul conductiv de un singur cristal și trebuie fabricate diferite dispozitive pe stratul epitaxial. Prin urmare, calitatea stratului epitaxial are o mare influență asupra performanței dispozitivului. Îmbunătățirea performanței diferitelor dispozitive de putere impune, de asemenea, cerințe mai mari pentru grosimea stratului epitaxial, concentrația de dopaj și defecte.

SMOCHIN. 1. Relația dintre concentrația de dopaj și grosimea stratului epitaxial al dispozitivului unipolar și tensiunea de blocare

Metodele de preparare a stratului epitaxial SIC includ în principal metoda de creștere prin evaporare, creșterea epitaxială în fază lichidă (LPE), creșterea epitaxială cu fascicul molecular (MBE) și depunerea chimică în vapori (CVD). În prezent, depunerea chimică în vapori (CVD) este principala metodă utilizată pentru producția pe scară largă în fabrici.

SMOCHIN. 2. Compararea principalelor metode de preparare a stratului epitaxial

Pe substratul în afara axei {0001} cu un anumit unghi de înclinare, așa cum se arată în Figura 2(b), densitatea suprafeței treptei este mai mare, iar dimensiunea suprafeței treptei este mai mică, iar nuclearea cristalului nu este ușor de realizat apar pe suprafața treptei, dar mai des apare la punctul de îmbinare al treptei. În acest caz, există o singură cheie de nucleare. Prin urmare, stratul epitaxial poate replica perfect ordinea de stivuire a substratului, eliminând astfel problema coexistenței multitip.

SMOCHIN. 3. Diagrama procesului fizic al metodei epitaxiei de control în etape 4H-SiC

SMOCHIN. 4. Condiții critice pentru creșterea CVD prin metoda epitaxiei controlate în etape 4H-SiC

SMOCHIN. 5. Comparația ratelor de creștere sub diferite surse de siliciu în epitaxia 4H-SiC

În prezent, tehnologia epitaxiei cu carbură de siliciu este relativ matură în aplicații de joasă și medie tensiune (cum ar fi dispozitivele de 1200 volți). Uniformitatea grosimii, uniformitatea concentrației de dopaj și distribuția defectelor stratului epitaxial pot atinge un nivel relativ bun, care poate satisface nevoile de tensiune medie și joasă SBD (diodă Schottky), MOS (tranzistor cu efect de câmp semiconductor cu oxid de metal), JBS ( diodă de joncțiune) și alte dispozitive.

Cu toate acestea, în domeniul presiunii înalte, napolitanele epitaxiale trebuie încă să depășească multe provocări. De exemplu, pentru dispozitivele care trebuie să reziste la 10.000 de volți, grosimea stratului epitaxial trebuie să fie de aproximativ 100 μm. În comparație cu dispozitivele de joasă tensiune, grosimea stratului epitaxial și uniformitatea concentrației de dopaj sunt mult diferite, în special uniformitatea concentrației de dopaj. În același timp, defectul triunghiului din stratul epitaxial va distruge și performanța generală a dispozitivului. În aplicațiile de înaltă tensiune, tipurile de dispozitive tind să utilizeze dispozitive bipolare, care necesită o durată de viață minoritară mare în stratul epitaxial, astfel încât procesul trebuie optimizat pentru a îmbunătăți durata de viață minoritară.

În prezent, epitaxia internă este în principal de 4 inci și 6 inci, iar proporția de epitaxie de carbură de siliciu de dimensiuni mari crește de la an la an. Dimensiunea foii epitaxiale cu carbură de siliciu este limitată în principal de dimensiunea substratului cu carbură de siliciu. În prezent, substratul de carbură de siliciu de 6 inchi a fost comercializat, astfel încât epitaxialul de carbură de siliciu trece treptat de la 4 inci la 6 inci. Odată cu îmbunătățirea continuă a tehnologiei de pregătire a substratului cu carbură de siliciu și extinderea capacității, prețul substratului cu carbură de siliciu scade treptat. În compoziția prețului foii epitaxiale, substratul reprezintă mai mult de 50% din cost, astfel încât, odată cu scăderea prețului substratului, este de așteptat să scadă și prețul foii epitaxiale cu carbură de siliciu.