Mis on astmeliselt juhitav epitaksiaalne kasv?

SIC -elektriseadmete valmistamise ühe põhitehnoloogiana mõjutab SIC epitaksiaalse kasvutehnoloogia poolt kasvatatud epitaksia kvaliteet otseselt SIC -seadmete jõudlust. Praegu on kõige tavalisem epitaksiaalse kasvutehnoloogia keemiline aurude ladestumine (CVD).

SIC -i stabiilseid kristallpolüpe on palju. Seetõttu, et saadud epitaksiaalse kasvukihi saaks pärida konkreetse kristallpolütüüpiSiC substraat, on vaja substraadi kolmemõõtmelise aatomi paigutuse teave üle kanda epitaksiaalsesse kasvukihti ja see nõuab mõningaid erimeetodeid. Kyoto ülikooli emeriitprofessor Hiroyuki Matsunami ja teised pakkusid välja sellise SiC epitaksiaalse kasvutehnoloogia, mis teostab sobivates kasvutingimustes keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) SiC substraadi madala indeksiga kristalltasandil väikeses nurgataguses suunas. Seda tehnilist meetodit nimetatakse ka astmeliselt juhitud epitaksiaalseks kasvumeetodiks.

Joonis 1 näitab, kuidas teha SIC epitaksiaalset kasvu astmelise epitaksiaalse kasvu meetodi abil. Puhta ja nurgavälise SIC substraadi pind moodustatakse sammude kihtideks ning saadakse molekulaartaseme etapp ja tabeli struktuur. Kui tooraine gaas on kasutusele võetud, tarnitakse tooraine SIC substraadi pinnale ja lauale liikuv tooraine jäädvustatakse järjestuses olevate sammude abil. Kui haaratud tooraine moodustab paigutuse, mis on kooskõlas kristallpolütüübigaSiC substraatVastavas asendis pärib epitaksiaalne kiht edukalt SIC substraadi konkreetse kristallpolütype.

Joonis 1: SIC substraadi epitaksiaalne kasv väljalülitatud nurga all (0001)

Muidugi võib olla probleeme astmelise epitaksiaalse kasvutehnoloogiaga. Kui kasvutingimused ei vasta sobivatele tingimustele, tuumavad ja genereerivad toorained tabelil, mitte etappidel kristalle, mis viib erinevate kristallpolütüüpide kasvuni, põhjustades ideaalse epitaksiaalse kihi kasvu. Kui epitaksiaalses kihis esinevad heterogeensed polütüübid, võib pooljuhtide seadmele jääda surmaga lõppenud defektid. Seetõttu tuleb astmelise epitaksiaalse kasvutehnoloogia korral läbipainde aste olla kavandatud selleks, et astme laius jõuda mõistliku suuruse saavutamiseks. Samal ajal peavad SI tooraine ja C tooraine kontsentratsioon tooraine gaasi, kasvutemperatuur ja muud tingimused vastama ka kristallide prioriteetide moodustumise tingimustele etappidel. Praegu peamise pind4H tüüpi sic substraatturul esitleb 4° läbipaindenurga (0001) pinda, mis vastab nii astmeliselt juhitava epitaksiaalse kasvu tehnoloogia nõuetele kui ka boule'ist saadavate vahvlite arvu suurendamisele.

Kõrge puhtusastmega vesinikku kasutatakse kandjana keemilise aurustamise-sadestamise meetodis SiC epitaksiaalse kasvu jaoks ning Si toorained, nagu SiH4 ja C toorained, nagu C3H8, sisestatakse SiC substraadi pinnale, mille substraadi temperatuuri hoitakse alati tasemel. 1500-1600 ℃. Temperatuuril 1500-1600°C, kui seadmete siseseina temperatuur ei ole piisavalt kõrge, ei parane toorainete tarneefektiivsus, mistõttu on vaja kasutada kuumseinareaktorit. SiC epitaksiaalseid kasvuseadmeid on mitut tüüpi, sealhulgas vertikaalsed, horisontaalsed, mitme vahvliga ja ühekordsedvahvltüübid. Joonistel 2, 3 ja 4 on kujutatud kolme tüüpi ränidioksiidi epitaksiaalse kasvuseadme reaktoriosa gaasivoolu ja substraadi konfiguratsiooni.

Joonis 2 Mitme chipi pöörlemine ja revolutsioon

Joonis 3 Mitme chip-revolutsioon

Joonis 4 Üksik kiip

SIC epitaksiaalsete substraatide masstootmise saavutamiseks tuleb arvestada mitut võtmepunkti: epitaksiaalse kihi paksuse ühtlus, dopingukontsentratsiooni ühtlus, tolm, saagikus, komponentide asendamise sagedus ja hooldusmugavus. Nende hulgas mõjutab dopingukontsentratsiooni ühtlus otseselt seadme pingetakistuse jaotust, seega on vahvli pinna, partii ja partii ühtlus väga kõrge. Lisaks muutuvad reaktori ja heitgaasisüsteemiga seotud komponentide külge kinnitatud reaktsioonitooted tolmuallikaks ning see, kuidas neid tolmusid mugavalt eemaldada, on ka oluline uurimistöö suund.

Pärast sic epitaksiaalset kasvu saadakse kõrge puhtusega SIC üksikkristallkiht, mida saab kasutada toiteseadmete valmistamiseks. Lisaks saab epitaksiaalse kasvu kaudu substraadis olemasoleva basaaltasandi dislokatsiooni (BPD) muuta ka substraadi/triivi kihi liideses keermelise serva dislokatsiooniks (TED) (vt joonis 5). Kui bipolaarne vool läbi voolab, läbib BPD virnastamise rikke laienemise, mille tulemuseks on seadme omaduste, näiteks suurenenud resistentsus. Pärast BPD teisendamist Tedaks ei mõjuta seda seadme elektrilisi omadusi. Epitaksiaalne kasv võib oluliselt vähendada bipolaarse voolu põhjustatud seadme lagunemist.

Joonis 5: SiC substraadi BPD enne ja pärast epitaksiaalset kasvu ning TED ristlõige pärast konversiooni

SiC epitaksiaalsel kasvul sisestatakse triivikihi ja substraadi vahele sageli puhverkiht. Kõrge n-tüüpi dopingu kontsentratsiooniga puhverkiht võib soodustada vähemuskandjate rekombinatsiooni. Lisaks on puhverkihil ka põhitasandi dislokatsiooni (BPD) muundamise funktsioon, millel on märkimisväärne mõju kuludele ja mis on väga oluline seadme valmistamise tehnoloogia.