Den grundlæggende introduktion af SiC epitaksial vækstproces

Epitaksiallag er en specifik enkeltkrystalfilm dyrket på waferen ved epitaksial proces, og substratwaferen og epitaksialfilmen kaldes epitaksial wafer.Ved at dyrke det epitaksiale siliciumcarbidlag på det ledende siliciumcarbidsubstrat kan den homogene epitaksiale siliciumcarbidwafer yderligere fremstilles til Schottky-dioder, MOSFET'er, IGBT'er og andre strømenheder, blandt hvilke 4H-SiC-substratet er det mest almindeligt anvendte.

På grund af den forskellige fremstillingsproces af siliciumcarbid-kraftenhed og traditionel siliciumkraft-enhed, kan den ikke fremstilles direkte på siliciumcarbid-enkeltkrystalmateriale.Yderligere epitaksiale materialer af høj kvalitet skal dyrkes på det ledende enkeltkrystalsubstrat, og forskellige enheder skal fremstilles på det epitaksiale lag.Derfor har kvaliteten af ​​det epitaksiale lag stor indflydelse på enhedens ydeevne.Forbedringen af ​​ydeevnen af ​​forskellige kraftenheder stiller også højere krav til tykkelsen af ​​epitaksiallaget, dopingkoncentration og defekter.

FIG.1. Sammenhæng mellem dopingkoncentration og tykkelse af epitaksialt lag af unipolær enhed og blokeringsspænding

Forberedelsesmetoderne til SIC epitaksiallag omfatter hovedsageligt fordampningsvækstmetode, væskefase epitaksial vækst (LPE), molekylær stråle epitaksial vækst (MBE) og kemisk dampaflejring (CVD).På nuværende tidspunkt er kemisk dampaflejring (CVD) den vigtigste metode, der anvendes til storskalaproduktion på fabrikker.

FIG.2. Sammenligning af hovedfremstillingsmetoder for epitaksialt lag

På substratet uden for aksen med en vis hældningsvinkel, som vist i figur 2(b), er tætheden af ​​trinoverfladen større, og størrelsen af ​​trinfladen er mindre, og krystalkernedannelse er ikke let at forekomme på trinfladen, men forekommer oftere ved trinets sammensmeltningspunkt.I dette tilfælde er der kun én kernenøgle.Derfor kan det epitaksiale lag perfekt replikere substratets stablingsrækkefølge og dermed eliminere problemet med multi-type sameksistens.

FIG.3. Fysisk procesdiagram af 4H-SiC trinkontrolepitaksimetode

FIG.4. Kritiske betingelser for CVD-vækst ved 4H-SiC trinstyret epitaksimetode

FIG.5. Sammenligning af væksthastigheder under forskellige siliciumkilder i 4H-SiC epitaksi

På nuværende tidspunkt er siliciumcarbid-epitaxiteknologi relativt moden i lav- og mellemspændingsapplikationer (såsom 1200 volt-enheder).Tykkelsens ensartethed, dopingkoncentrationens ensartethed og defektfordelingen af ​​det epitaksiale lag kan nå et relativt godt niveau, som grundlæggende kan opfylde behovene for mellem- og lavspændings-SBD (Schottky-diode), MOS (metaloxid-halvlederfelteffekttransistor), JBS ( junction diode) og andre enheder.

Men inden for højtryksområdet skal epitaksiale wafere stadig overvinde mange udfordringer.For eksempel, for enheder, der skal modstå 10.000 volt, skal tykkelsen af ​​det epitaksiale lag være omkring 100μm.Sammenlignet med lavspændingsanordninger er tykkelsen af ​​det epitaksiale lag og ensartetheden af ​​dopingkoncentrationen meget forskellige, især ensartetheden af ​​dopingkoncentrationen.Samtidig vil trekantdefekten i det epitaksiale lag også ødelægge enhedens overordnede ydeevne.I højspændingsapplikationer har enhedstyper en tendens til at bruge bipolære enheder, som kræver en høj minoritetslevetid i det epitaksiale lag, så processen skal optimeres for at forbedre minoritetens levetid.

På nuværende tidspunkt er den indenlandske epitaksi hovedsageligt 4 tommer og 6 tommer, og andelen af ​​siliciumcarbidepitaksi i stor størrelse stiger år for år.Størrelsen af ​​siliciumcarbid epitaksial plade er hovedsageligt begrænset af størrelsen af ​​siliciumcarbid substrat.På nuværende tidspunkt er 6-tommer siliciumcarbidsubstratet blevet kommercialiseret, så siliciumcarbidepitaksialet gradvist går fra 4 tommer til 6 tommer.Med den kontinuerlige forbedring af siliciumcarbidsubstratforberedelsesteknologi og kapacitetsudvidelse er prisen på siliciumcarbidsubstrat gradvist faldende.I sammensætningen af ​​epitaksialpladeprisen tegner substratet sig for mere end 50% af omkostningerne, så med faldet i substratprisen forventes prisen på siliciumcarbid-epitaksialplade også at falde.