Paraqitja themelore e procesit të rritjes epitaksiale të SiC

Shtresa epitaksiale është një film specifik me një kristal i rritur në vaferë me anë të procesit epitaksial, dhe vafera e nënshtresës dhe filmi epitaksial quhen vafer epitaksiale. Duke rritur shtresën epitaksiale të karbitit të silikonit në nënshtresën përçuese të karbitit të silikonit, vafera homogjene epitaksiale e karbitit të silikonit mund të përgatitet më tej në dioda Schottky, MOSFET, IGBT dhe pajisje të tjera të energjisë, ndër të cilat substrati 4H-SiC është më i përdoruri.

Për shkak të procesit të ndryshëm të prodhimit të pajisjes së fuqisë së karabit të silikonit dhe pajisjes tradicionale të fuqisë së silikonit, ajo nuk mund të fabrikohet drejtpërdrejt në material karabit silikoni me një kristal. Materiale shtesë epitaksiale me cilësi të lartë duhet të rriten në nënshtresën e vetme kristalore përçuese dhe duhet të prodhohen pajisje të ndryshme në shtresën epitaksiale. Prandaj, cilësia e shtresës epitaksiale ka ndikim të madh në performancën e pajisjes. Përmirësimi i performancës së pajisjeve të ndryshme të fuqisë shtron gjithashtu kërkesa më të larta për trashësinë e shtresës epitaksiale, përqendrimin e dopingut dhe defektet.

FIG. 1. Marrëdhënia midis përqendrimit të dopingut dhe trashësisë së shtresës epitaksiale të pajisjes unipolare dhe tensionit bllokues

Metodat e përgatitjes së shtresës epitaksiale SIC përfshijnë kryesisht metodën e rritjes së avullimit, rritjen epitaksiale të fazës së lëngshme (LPE), rritjen epitaksiale me rreze molekulare (MBE) dhe depozitimin kimik të avullit (CVD). Aktualisht, depozitimi i avullit kimik (CVD) është metoda kryesore që përdoret për prodhimin në shkallë të gjerë në fabrika.

FIG. 2. Krahasimi i metodave kryesore të përgatitjes së shtresës epitaksiale

Në nënshtresën jashtë boshtit {0001} me një kënd të caktuar animi, siç tregohet në figurën 2(b), dendësia e sipërfaqes së hapit është më e madhe dhe madhësia e sipërfaqes së hapit është më e vogël dhe bërthamimi i kristalit nuk është i lehtë për t'u ndodhin në sipërfaqen e hapit, por më shpesh ndodh në pikën e bashkimit të hapit. Në këtë rast, ka vetëm një çelës bërthamor. Prandaj, shtresa epitaksiale mund të përsërisë në mënyrë të përsosur rendin e grumbullimit të nënshtresës, duke eliminuar kështu problemin e bashkëjetesës së shumëllojshme.

FIG. 3. Diagrami i procesit fizik të metodës së epitaksisë së kontrollit të hapave 4H-SiC

FIG. 4. Kushtet kritike për rritjen CVD me metodën e epitaksisë së kontrolluar me hapa 4H-SiC

FIG. 5. Krahasimi i ritmeve të rritjes nën burime të ndryshme silikoni në epitaksinë 4H-SiC

Aktualisht, teknologjia e epitaksisë së karbitit të silikonit është relativisht e pjekur në aplikime të tensionit të ulët dhe të mesëm (të tilla si pajisjet 1200 volt). Uniformiteti i trashësisë, uniformiteti i përqendrimit të dopingut dhe shpërndarja e defekteve të shtresës epitaksiale mund të arrijnë një nivel relativisht të mirë, i cili në thelb mund të plotësojë nevojat e tensionit të mesëm dhe të ulët (diodë Schottky), MOS (transistor me efekt në terren gjysmëpërçues të oksidit metalik), JBS ( diodë kryqëzimi) dhe pajisje të tjera.

Megjithatë, në fushën e presionit të lartë, vaferat epitaksiale ende duhet të kapërcejnë shumë sfida. Për shembull, për pajisjet që duhet të përballojnë 10,000 volt, trashësia e shtresës epitaksiale duhet të jetë rreth 100μm. Krahasuar me pajisjet me tension të ulët, trashësia e shtresës epitaksiale dhe uniformiteti i përqendrimit të dopingut janë shumë të ndryshme, veçanërisht uniformiteti i përqendrimit të dopingut. Në të njëjtën kohë, defekti i trekëndëshit në shtresën epitaksiale do të shkatërrojë gjithashtu performancën e përgjithshme të pajisjes. Në aplikimet me tension të lartë, llojet e pajisjeve priren të përdorin pajisje bipolare, të cilat kërkojnë një jetëgjatësi të lartë të pakicës në shtresën epitaksiale, kështu që procesi duhet të optimizohet për të përmirësuar jetëgjatësinë e pakicës.

Aktualisht, epitaksia shtëpiake është kryesisht 4 inç dhe 6 inç, dhe përqindja e epitaksisë së karbitit të silikonit me madhësi të madhe po rritet nga viti në vit. Madhësia e fletës epitaksiale të karabit të silikonit është e kufizuar kryesisht nga madhësia e substratit të karabit të silikonit. Aktualisht, nënshtresa e karbitit të silikonit 6 inç është komercializuar, kështu që epitaksiali i karbitit të silikonit po kalon gradualisht nga 4 inç në 6 inç. Me përmirësimin e vazhdueshëm të teknologjisë së përgatitjes së karbitit të silikonit dhe zgjerimit të kapacitetit, çmimi i substratit të karabit të silikonit po zvogëlohet gradualisht. Në përbërjen e çmimit të fletës epitaksiale, nënshtresa zë më shumë se 50% të kostos, ndaj me rënien e çmimit të nënshtresës pritet të ulet edhe çmimi i fletës epitaksiale të karbitit të silikonit.