Wat is stapgecontroleerde epitaxiale groei？

Als een van de kerntechnologieën voor het bereiden van SIC -vermogensapparaten, zal de kwaliteit van epitaxy gegroeid door SiC -epitaxiale groeipechnologie rechtstreeks de prestaties van SIC -apparaten beïnvloeden. Momenteel is de meest mainstream SIC -epitaxiale groeitologie chemische dampafzetting (CVD).

Er zijn veel stabiele kristalpolytypes van SiC. Om het daarom mogelijk te maken dat de verkregen epitaxiale groeilaag het specifieke kristalpolytype van de erftSiC-substraatis het noodzakelijk om de driedimensionale atomaire rangschikkingsinformatie van het substraat over te dragen naar de epitaxiale groeilaag, en dit vereist enkele speciale methoden. Hiroyuki Matsunami, emeritus hoogleraar aan de Universiteit van Kyoto, en anderen stelden een dergelijke epitaxiale groeitechnologie van SiC voor, die chemische dampafzetting (CVD) uitvoert op het kristalvlak met lage index van het SiC-substraat in een kleine richting buiten de hoek onder geschikte groeiomstandigheden. Deze technische methode wordt ook wel stapgecontroleerde epitaxiale groeimethode genoemd.

Figuur 1 laat zien hoe SIC-epitaxiale groei kan worden uitgevoerd door step-gecontroleerde epitaxiale groeimethode. Het oppervlak van een schone en off-hoek SIC-substraat wordt gevormd in lagen van stappen en de stap en de tafelstructuur op moleculair niveau wordt verkregen. Wanneer het grondstofgas wordt geïntroduceerd, wordt de grondstof geleverd aan het oppervlak van het SIC -substraat en wordt de grondstof die op de tafel beweegt, vastgelegd door de stappen in volgorde. Wanneer de vastgelegde grondstof een opstelling vormt die consistent is met de kristalpolytype van deSiC-substraatOp de overeenkomstige positie erft de epitaxiale laag met succes het specifieke kristalpolytype van het SIC -substraat.

Figuur 1: Epitaxiale groei van SiC-substraat met een off-hoek (0001)

Natuurlijk kunnen er problemen zijn met stiefgestuurde epitaxiale groestechnologie. Wanneer de groeiomstandigheden niet aan de juiste omstandigheden voldoen, zullen de grondstoffen kristallen op de tafel kwamen en genereren in plaats van op de stappen, wat zal leiden tot de groei van verschillende kristal polytypes, waardoor de ideale epitaxiale laag niet kan groeien. Als heterogene polytypes in de epitaxiale laag verschijnen, kan het halfgeleiderapparaat worden achtergelaten met fatale defecten. Daarom moet de mate van afbuiging in de stiefgestuurde epitaxiale groeicijfte technologie worden ontworpen om de stapbreedte een redelijke grootte te laten bereiken. Tegelijkertijd moeten de concentratie van SI -grondstoffen en C -grondstoffen in het grondstofgas, de groeitemperatuur en andere omstandigheden ook voldoen aan de voorwaarden voor de prioriteitsvorming van kristallen op de stappen. Momenteel, het oppervlak van de hoofd4H-type SIC-substraatOp de markt presenteert een 4 ° afbuigingshoek (0001) oppervlak, dat kan voldoen aan zowel de vereisten van stiefgestuurde epitaxiale groeicijftechnologie als het vergroten van het aantal wafels dat uit de boule is verkregen.

Zeer zuivere waterstof wordt gebruikt als drager in de chemische dampafzettingsmethode voor epitaxiale groei van SiC, en Si-grondstoffen zoals SiH4 en C-grondstoffen zoals C3H8 worden ingevoerd in het oppervlak van het SiC-substraat waarvan de substraattemperatuur altijd op hetzelfde niveau wordt gehouden. 1500-1600℃. Als bij een temperatuur van 1500-1600°C de temperatuur van de binnenwand van de apparatuur niet hoog genoeg is, zal de toevoerefficiëntie van de grondstoffen niet worden verbeterd, dus is het noodzakelijk om een ​​hetewandreactor te gebruiken. Er zijn veel soorten epitaxiale SiC-groeiapparatuur, waaronder verticale, horizontale, multi-wafer- en single-wafer-apparatuur.wafeltjetypen. Figuren 2, 3 en 4 tonen de gasstroom en substraatconfiguratie van het reactorgedeelte van drie typen epitaxiale SiC-groeiapparatuur.

Figuur 2 Multi-chip rotatie en revolutie

Figuur 3 multi-chip revolutie

Figuur 4 Enkele chip

Er zijn verschillende belangrijke punten waarmee rekening moet worden gehouden om massaproductie van epitaxiale SiC-substraten te bereiken: uniformiteit van epitaxiale laagdikte, uniformiteit van dopingconcentratie, stof, opbrengst, frequentie van vervanging van componenten en onderhoudsgemak. Onder hen zal de uniformiteit van de dopingconcentratie rechtstreeks de spanningsweerstandsverdeling van het apparaat beïnvloeden, dus de uniformiteit van het wafeloppervlak, batch en batch is zeer hoog. Bovendien zullen de reactieproducten die tijdens het groeiproces aan de componenten in de reactor en het uitlaatsysteem zijn bevestigd een stofbron worden, en hoe deze stof gemakkelijk kan worden verwijderd is ook een belangrijke onderzoeksrichting.

Na SiC-epitaxiale groei wordt een hoge-zuivere SIC single crystal-laag die kan worden gebruikt om vermogensapparaten te produceren, verkregen. Bovendien kan door epitaxiale groei de basale vlak dislocatie (BPD) die in het substraat bestaan ​​ook worden omgezet in een schroefdraadrand dislocatie (TED) op het substraat/drift -laag interface (zie figuur 5). Wanneer een bipolaire stroom doorloopt, zal de BPD een stapelfoutuitbreiding ondergaan, wat resulteert in afbraak van apparaatkenmerken zoals verhoogde onresistentie. Nadat de BPD echter is omgezet in TED, worden de elektrische kenmerken van het apparaat niet beïnvloed. Epitaxiale groei kan de afbraak van apparaten veroorzaakt door bipolaire stroom aanzienlijk verminderen.

Figuur 5: BPD van SiC -substraat voor en na epitaxiale groei en TED -dwarsdoorsnede na conversie

Bij de epitaxiale groei van SiC wordt vaak een bufferlaag tussen de driftlaag en het substraat ingebracht. De bufferlaag met een hoge concentratie n-type dotering kan de recombinatie van minderheidsdragers bevorderen. Bovendien heeft de bufferlaag ook de functie van conversie van basale vlakdislocatie (BPD), wat een aanzienlijke impact heeft op de kosten en een zeer belangrijke technologie voor de productie van apparaten is.