Addımla idarə olunan epitaksial böyümə nədir?

SiC güc cihazlarının hazırlanması üçün əsas texnologiyalardan biri kimi, SiC epitaksial böyümə texnologiyası ilə yetişdirilən epitaksiyanın keyfiyyəti SiC cihazlarının işinə birbaşa təsir edəcəkdir. Hal-hazırda, ən əsas SiC epitaksial böyümə texnologiyası kimyəvi buxar çökdürmədir (CVD).

SiC-nin bir çox sabit kristal politipləri var. Buna görə də, əldə edilmiş epitaksial böyümə təbəqəsinin spesifik kristal politipini miras almasını təmin etmək üçünSiC substratı, Substratın üçölçülü atom tənzimləmə məlumatını epitaxial böyümə qatına köçürmək və bunun üçün xüsusi üsullar tələb olunur. Hiroyuki Matsunami, Kyoto Universitetinin professoru və digərləri, digər bir substratın (CVD), kiçik bir açılı istiqamətdə olan kiçik bucaq şəraitində kiçik bir açılı istiqamətdə (CVD) ifa edən belə bir sic epitaxial böyümə texnologiyasını təklif etdi. Bu texniki üsul, həmçinin addım-idarə olunan epitaxial böyümə üsulu adlanır.

Şəkil 1 addım-nəzarət epitaksial artım metodu ilə SiC epitaksial artım həyata keçirmək üçün necə göstərir. Təmiz və kənar bucaqlı SiC substratının səthi pilləli təbəqələrə çevrilir və molekulyar səviyyəli pillə və masa quruluşu əldə edilir. Xammal qazı daxil edildikdə, xammal SiC substratının səthinə verilir və masa üzərində hərəkət edən xammal ardıcıl addımlarla tutulur. Tutulan xammal kristal politipinə uyğun bir quruluş meydana gətirdikdəSiC substratımüvafiq mövqedə epitaksial təbəqə SiC substratının spesifik kristal politipini uğurla miras alır.

Şəkil 1: Off-bucağı ilə sic substratın epitaksial böyüməsi (0001)

Əlbəttə ki, pilləli idarə olunan epitaksial böyümə texnologiyası ilə bağlı problemlər ola bilər. Böyümə şərtləri uyğun şərtlərə cavab vermədikdə, xammal pillələrdə deyil, masada nüvələşəcək və kristallar əmələ gətirəcək, bu da müxtəlif kristal politiplərinin böyüməsinə səbəb olacaq və ideal epitaksial təbəqənin böyüməməsinə səbəb olacaqdır. Epitaksial təbəqədə heterojen politiplər görünsə, yarımkeçirici cihaz ölümcül qüsurlarla qala bilər. Buna görə də, pilləli idarə olunan epitaksial böyümə texnologiyasında, əyilmə dərəcəsi addım eninin ağlabatan bir ölçüyə çatması üçün nəzərdə tutulmalıdır. Eyni zamanda, xammal qazında Si xammalının və C xammalın konsentrasiyası, böyümə temperaturu və digər şərtlər də pillələrdə kristalların prioritet əmələ gəlməsi şərtlərinə cavab verməlidir. Hazırda əsas səthi4h tipli sic substratBazarda, ögey növbəli epitaxial böyümə texnologiyasının tələblərinə cavab verə bilən və Boule-dən əldə edilən wafterlərin sayını artırmaq üçün 4 ° bir açı (0001) səthi təqdim edir.

SiC epitaksial böyüməsi üçün kimyəvi buxar çökmə metodunda daşıyıcı kimi yüksək saflıqda hidrogen istifadə olunur və SiH4 kimi Si xammalı və C3H8 kimi C xammalı substratın temperaturu həmişə saxlanılan SiC substratının səthinə daxil edilir. 1500-1600 ℃. 1500-1600°C temperaturda avadanlığın daxili divarının temperaturu kifayət qədər yüksək olmadıqda xammalın tədarük səmərəliliyi yaxşılaşmayacaq, ona görə də isti divar reaktorundan istifadə etmək lazımdır. Şaquli, üfüqi, multi-vafli və tək-li də daxil olmaqla bir çox növ SiC epitaksial böyümə avadanlığı var.gofretnövləri. Şəkillər 2, 3 və 4 üç növ SiC epitaksial artım avadanlığının reaktor hissəsinin qaz axını və substrat konfiqurasiyasını göstərir.

Şəkil 2 Çox Chip Fırlanma və İnqilab

Şəkil 3 Çox çipli inqilab

Şəkil 4 tək çip

SIC epitaxial substratların kütləvi istehsalına nail olmaq üçün nəzərdən keçirmək üçün bir neçə əsas məqam var: epitaxial təbəqənin qalınlığının vahidliyi, dopinq konsentrasiyasının vahidliyi, toz, məhsul, komponent dəyişdirmə tezliyi və istismar rahatlığı. Bunların arasında dopinq konsentrasiyasının vahidliyi cihazın gərginlik müqavimətinin bölüşdürülməsinə birbaşa təsir edəcək, buna görə gofret səthinin, toplu və dəstənin vahidliyi çox yüksəkdir. Bundan əlavə, reaktorun komponentlərinə qoşulan reaktor və böyümə prosesi zamanı egzoz sistemi toz mənbəyinə çevriləcək və bu tozları rahat şəkildə aradan qaldırmaq üçün də vacib bir tədqiqat yönümlüdür.

SiC epitaksial böyüməsindən sonra güc cihazlarının istehsalı üçün istifadə edilə bilən yüksək təmizlikli SiC tək kristal təbəqəsi əldə edilir. Bundan əlavə, epitaksial böyümə vasitəsilə, substratda mövcud olan bazal müstəvi dislokasiyası (BPD) də substrat/drift təbəqəsi interfeysində yivli kənar dislokasiyaya (TED) çevrilə bilər (bax Şəkil 5). Bipolyar cərəyan keçdikdə, BPD yığılma xətasının genişlənməsinə məruz qalacaq və nəticədə artan müqavimət kimi cihaz xüsusiyyətlərinin deqradasiyası baş verəcəkdir. Bununla belə, BPD TED-ə çevrildikdən sonra cihazın elektrik xüsusiyyətlərinə təsir etməyəcək. Epitaksial artım bipolyar cərəyanın səbəb olduğu cihazın deqradasiyasını əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər.

Şəkil 5: Dönüşümdən sonra epitaksial böyümə və ted xaç hissəsindən əvvəl və sonra sic substratın BPD

SIC-nin epitaksial böyüməsində, bir tampon təbəqəsi tez-tez sürüşmə təbəqəsi və substrat arasında yerləşdirilir. N-tip dopinqin yüksək konsentrasiyası olan bufer təbəqəsi azlıq daşıyıcılarının rekombinasiyasını təbliğ edə bilər. Bundan əlavə, tampon təbəqəsi də xərclərə xeyli təsir göstərən bazal təyyarə dislokasiyasının (BPD) dönüşümünün funksiyasına malikdir və çox vacib bir cihaz istehsal texnologiyasıdır.