Apa itu pertumbuhan epitaxial yang dikendalikan langkah？

Sebagai salah satu teknologi inti untuk persiapan perangkat daya SiC, kualitas epitaxy yang ditanam oleh teknologi pertumbuhan epitaxial SIC akan secara langsung mempengaruhi kinerja perangkat SIC. Saat ini, teknologi pertumbuhan epitaxial SIC yang paling utama adalah Chemical Vapor Deposition (CVD).

Ada banyak politipe kristal SiC yang stabil. Oleh karena itu, untuk memungkinkan lapisan pertumbuhan epitaksi yang diperoleh mewarisi politipe kristal tertentuSubstrat sic, informasi susunan atom tiga dimensi substrat perlu ditransfer ke lapisan pertumbuhan epitaksial, dan ini memerlukan beberapa metode khusus. Hiroyuki Matsunami, profesor emeritus Universitas Kyoto, dan yang lainnya mengusulkan teknologi pertumbuhan epitaksi SiC, yang melakukan pengendapan uap kimia (CVD) pada bidang kristal indeks rendah dari substrat SiC dalam arah sudut kecil di bawah kondisi pertumbuhan yang sesuai. Metode teknis ini disebut juga metode pertumbuhan epitaksi terkontrol langkah.

Gambar 1 menunjukkan cara melakukan pertumbuhan epitaxial SIC dengan metode pertumbuhan epitaxial yang dikendalikan langkah. Permukaan substrat SiC yang bersih dan tidak sudut dibentuk menjadi lapisan langkah, dan langkah tingkat molekul dan struktur tabel diperoleh. Ketika gas bahan baku diperkenalkan, bahan baku dipasok ke permukaan substrat SiC, dan bahan baku yang bergerak di atas meja ditangkap oleh langkah -langkah secara berurutan. Ketika bahan baku yang ditangkap membentuk pengaturan yang konsisten dengan polytype kristal dariSubstrat sicPada posisi yang sesuai, lapisan epitaxial berhasil mewarisi polytype kristal spesifik dari substrat SiC.

Gambar 1: Pertumbuhan epitaxial substrat SiC dengan sudut di luar (0001)

Tentu saja, mungkin ada masalah dengan teknologi pertumbuhan epitaxial yang dikendalikan langkah. Ketika kondisi pertumbuhan tidak memenuhi kondisi yang sesuai, bahan baku akan nukleasi dan menghasilkan kristal di atas meja daripada pada langkah -langkah, yang akan menyebabkan pertumbuhan polytype kristal yang berbeda, menyebabkan lapisan epitaxial ideal gagal tumbuh. Jika polytype heterogen muncul di lapisan epitaxial, perangkat semikonduktor dapat dibiarkan dengan cacat fatal. Oleh karena itu, dalam teknologi pertumbuhan epitaxial yang dikendalikan langkah, tingkat defleksi harus dirancang untuk membuat lebar langkah mencapai ukuran yang wajar. Pada saat yang sama, konsentrasi bahan baku Si dan bahan baku C dalam gas bahan baku, suhu pertumbuhan dan kondisi lainnya juga harus memenuhi kondisi untuk pembentukan prioritas kristal pada langkah -langkah. Saat ini, permukaan utamaSubstrat SiC tipe 4HDi pasaran menghadirkan permukaan defleksi 4 ° (0001), yang dapat memenuhi kedua persyaratan teknologi pertumbuhan epitaxial yang dikendalikan langkah dan meningkatkan jumlah wafer yang diperoleh dari boule.

Hidrogen dengan kemurnian tinggi digunakan sebagai pembawa dalam metode deposisi uap kimia untuk pertumbuhan epitaxial SIC, dan bahan baku Si seperti bahan baku SIH4 dan C seperti C3H8 adalah input ke permukaan substrat SiC yang suhu substratnya selalu dipertahankan pada 1500-1600 ℃. Pada suhu 1500-1600 ° C, jika suhu dinding bagian dalam peralatan tidak cukup tinggi, efisiensi pasokan bahan baku tidak akan ditingkatkan, sehingga perlu menggunakan reaktor dinding panas. Ada banyak jenis peralatan pertumbuhan epitaxial SIC, termasuk vertikal, horizontal, multi-wafer dan tunggal-kue kue wafertipe. Gambar 2, 3 dan 4 menunjukkan aliran gas dan konfigurasi substrat bagian reaktor dari tiga jenis peralatan pertumbuhan epitaxial SiC.

Gambar 2 Rotasi dan revolusi multi-chip

Gambar 3 Revolusi Multi-Chip

Gambar 4 chip tunggal

Ada beberapa poin utama yang perlu dipertimbangkan untuk mencapai produksi massal substrat epitaxial SIC: keseragaman ketebalan lapisan epitaxial, keseragaman konsentrasi doping, debu, hasil, frekuensi penggantian komponen, dan kenyamanan pemeliharaan. Di antara mereka, keseragaman konsentrasi doping akan secara langsung mempengaruhi distribusi resistansi tegangan perangkat, sehingga keseragaman permukaan wafer, batch dan batch sangat tinggi. Selain itu, produk reaksi yang melekat pada komponen dalam reaktor dan sistem pembuangan selama proses pertumbuhan akan menjadi sumber debu, dan bagaimana cara menghilangkan debu ini juga merupakan arah penelitian yang penting.

Setelah pertumbuhan epitaksi SiC, diperoleh lapisan kristal tunggal SiC dengan kemurnian tinggi yang dapat digunakan untuk memproduksi perangkat listrik. Selain itu, melalui pertumbuhan epitaksi, dislokasi bidang basal (BPD) yang ada pada substrat juga dapat diubah menjadi dislokasi tepi ulir (TED) pada antarmuka lapisan substrat/drift (lihat Gambar 5). Ketika arus bipolar mengalir, BPD akan mengalami perluasan kesalahan bertumpuk, yang mengakibatkan penurunan karakteristik perangkat seperti peningkatan resistansi-on. Namun, setelah BPD diubah menjadi TED, karakteristik kelistrikan perangkat tidak akan terpengaruh. Pertumbuhan epitaksi dapat secara signifikan mengurangi degradasi perangkat yang disebabkan oleh arus bipolar.

Gambar 5: BPD substrat SiC sebelum dan sesudah pertumbuhan epitaksial dan penampang TED setelah konversi

Dalam pertumbuhan epitaxial SIC, lapisan buffer sering dimasukkan antara lapisan drift dan substrat. Lapisan buffer dengan konsentrasi tinggi doping tipe-N dapat mempromosikan rekombinasi pembawa minoritas. Selain itu, lapisan buffer juga memiliki fungsi konversi Dislokasi Pesawat Basal (BPD), yang memiliki dampak yang cukup besar pada biaya dan merupakan teknologi manufaktur perangkat yang sangat penting.