Основното въведение в процеса на епитаксиален растеж на SiC

Епитаксиалният слой е специфичен монокристален филм, отгледан върху пластината чрез епитаксиален процес, а пластината на субстрата и епитаксиалният филм се наричат ​​епитаксиална пластина. Чрез отглеждане на епитаксиалния слой от силициев карбид върху проводимия субстрат от силициев карбид, хомогенната епитаксиална пластина от силициев карбид може да бъде допълнително подготвена в диоди на Шотки, MOSFET, IGBT и други захранващи устройства, сред които 4H-SiC субстратът е най-често използваният.

Поради различния производствен процес на захранващо устройство от силициев карбид и традиционно силициево захранващо устройство, то не може да бъде директно произведено върху монокристален материал от силициев карбид. Допълнителни висококачествени епитаксиални материали трябва да бъдат отгледани върху проводящия монокристален субстрат и различни устройства трябва да бъдат произведени върху епитаксиалния слой. Следователно качеството на епитаксиалния слой има голямо влияние върху работата на устройството. Подобряването на производителността на различни мощностни устройства също поставя по-високи изисквания за дебелината на епитаксиалния слой, концентрацията на допинг и дефектите.

Фиг. 1. Връзка между концентрацията на допинг и дебелината на епитаксиалния слой на униполярното устройство и блокиращото напрежение

Методите за приготвяне на SIC епитаксиален слой включват основно метод за растеж чрез изпаряване, епитаксиален растеж в течна фаза (LPE), епитаксиален растеж с молекулен лъч (MBE) и химическо отлагане на пари (CVD). Понастоящем химическото отлагане на пари (CVD) е основният метод, използван за широкомащабно производство във фабрики.

Фиг. 2. Сравнение на основните методи за получаване на епитаксиален слой

На субстрат {0001} извън оста с определен ъгъл на наклон, както е показано на Фигура 2(b), плътността на повърхността на стъпалото е по-голяма, а размерът на повърхността на стъпалото е по-малък и не е лесно да се зароди кристала възникват на повърхността на стъпалото, но по-често се появяват в точката на сливане на стъпалото. В този случай има само един нуклеиращ ключ. Следователно, епитаксиалният слой може идеално да възпроизведе реда на подреждане на субстрата, като по този начин елиминира проблема с многотиповото съвместно съществуване.

Фиг. 3. Диаграма на физическия процес на 4H-SiC стъпков контролен епитаксиален метод

Фиг. 4. Критични условия за растеж на CVD чрез 4H-SiC стъпково контролиран метод на епитаксия

Фиг. 5. Сравнение на скоростите на растеж при различни източници на силиций в 4H-SiC епитаксия

Понастоящем технологията за епитаксия със силициев карбид е сравнително развита в приложения с ниско и средно напрежение (като 1200 волтови устройства). Еднородността на дебелината, еднородността на концентрацията на допинг и разпределението на дефектите на епитаксиалния слой могат да достигнат относително добро ниво, което може основно да отговори на нуждите на SBD със средно и ниско напрежение (диод на Шотки), MOS (полупроводников транзистор с метален оксид), JBS ( съединителен диод) и други устройства.

Въпреки това, в областта на високото налягане епитаксиалните пластини все още трябва да преодолеят много предизвикателства. Например, за устройства, които трябва да издържат 10 000 волта, дебелината на епитаксиалния слой трябва да бъде около 100 μm. В сравнение с устройствата с ниско напрежение, дебелината на епитаксиалния слой и еднородността на концентрацията на допинг са много различни, особено еднородността на концентрацията на допинг. В същото време триъгълният дефект в епитаксиалния слой също ще разруши цялостната производителност на устройството. В приложения с високо напрежение типовете устройства са склонни да използват биполярни устройства, които изискват висок живот на малцинството в епитаксиалния слой, така че процесът трябва да бъде оптимизиран, за да се подобри живота на малцинството.

Понастоящем вътрешната епитаксия е основно 4 инча и 6 инча, а делът на епитаксията от силициев карбид с големи размери се увеличава всяка година. Размерът на епитаксиалния лист от силициев карбид е ограничен главно от размера на субстрата от силициев карбид. Понастоящем 6-инчовият субстрат от силициев карбид е комерсиализиран, така че епитаксиалният материал от силициев карбид постепенно преминава от 4 инча на 6 инча. С непрекъснатото подобряване на технологията за подготовка на субстрата от силициев карбид и разширяването на капацитета, цената на субстрата от силициев карбид постепенно намалява. В състава на цената на епитаксиалния лист субстратът представлява повече от 50% от цената, така че с намаляването на цената на субстрата се очаква цената на епитаксиалния лист от силициев карбид също да намалее.