Базовое введение в процесс эпитаксиального роста SiC

Эпитаксиальный слой представляет собой особую монокристаллическую пленку, выращенную на пластине эпитаксиальным процессом, а пластина-подложка и эпитаксиальная пленка называются эпитаксиальной пластиной. Путем выращивания эпитаксиального слоя карбида кремния на проводящей подложке из карбида кремния гомогенную эпитаксиальную пластину карбида кремния можно в дальнейшем превратить в диоды Шоттки, МОП-транзисторы, IGBT и другие силовые устройства, среди которых наиболее часто используется подложка 4H-SiC.

Из-за различий в производственном процессе силового устройства из карбида кремния и традиционного кремниевого силового устройства его невозможно изготовить непосредственно из монокристаллического материала карбида кремния. На проводящей монокристаллической подложке необходимо выращивать дополнительные высококачественные эпитаксиальные материалы, а на эпитаксиальном слое изготавливать различные устройства. Поэтому качество эпитаксиального слоя оказывает большое влияние на работоспособность устройства. Улучшение характеристик устройств различной мощности выдвигает также более высокие требования к толщине эпитаксиального слоя, концентрации легирования и дефектности.

ИНЖИР. 1. Зависимость концентрации легирования от толщины эпитаксиального слоя униполярного устройства и запирающего напряжения.

Методы подготовки эпитаксиального слоя SIC в основном включают метод испарения, эпитаксиальный рост в жидкой фазе (LPE), эпитаксиальный рост молекулярным лучом (MBE) и химическое осаждение из паровой фазы (CVD). В настоящее время химическое осаждение из паровой фазы (CVD) является основным методом, используемым для крупномасштабного производства на заводах.

ИНЖИР. 2. Сравнение основных способов приготовления эпитаксиального слоя.

На внеосевой подложке {0001} с определенным углом наклона, как показано на рисунке 2(b), плотность поверхности ступени больше, а размер поверхности ступени меньше, и зарождение кристаллов затруднено. возникают на поверхности ступени, но чаще возникает в месте слияния ступени. В этом случае существует только один зародышеобразующий ключ. Таким образом, эпитаксиальный слой может идеально повторять порядок укладки подложки, тем самым устраняя проблему сосуществования нескольких типов.

ИНЖИР. 3. Физическая схема процесса ступенчатой ​​эпитаксии 4H-SiC.

ИНЖИР. 4. Критические условия для CVD-роста методом ступенчатой ​​эпитаксии 4H-SiC.

ИНЖИР. 5. Сравнение скоростей роста при различных источниках кремния при эпитаксии 4H-SiC.

В настоящее время технология эпитаксии карбида кремния является относительно зрелой в приложениях низкого и среднего напряжения (например, в устройствах на 1200 В). Однородность толщины, однородность концентрации легирования и распределение дефектов эпитаксиального слоя могут достигать относительно хорошего уровня, что в основном может удовлетворить потребности SBD среднего и низкого напряжения (диод Шоттки), MOS (металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор), JBS ( переходной диод) и другие устройства.

Однако в области высоких давлений эпитаксиальным пластинам все еще приходится преодолевать множество проблем. Например, для устройств, которым необходимо выдерживать напряжение 10 000 вольт, толщина эпитаксиального слоя должна составлять около 100 мкм. По сравнению с низковольтными устройствами толщина эпитаксиального слоя и однородность концентрации легирования сильно различаются, особенно однородность концентрации легирования. В то же время треугольный дефект эпитаксиального слоя также ухудшит общую производительность устройства. В приложениях высокого напряжения в устройствах, как правило, используются биполярные устройства, для которых требуется высокий срок службы несовершеннолетних в эпитаксиальном слое, поэтому процесс необходимо оптимизировать для увеличения срока службы несовершеннолетних.

В настоящее время отечественная эпитаксия в основном составляет 4 дюйма и 6 дюймов, а доля крупногабаритной эпитаксии из карбида кремния увеличивается с каждым годом. Размер эпитаксиального листа карбида кремния в основном ограничен размером подложки из карбида кремния. В настоящее время 6-дюймовая подложка из карбида кремния выведена на рынок, поэтому эпитаксиальный размер карбида кремния постепенно переходит от 4 дюймов к 6 дюймам. Благодаря постоянному совершенствованию технологии подготовки подложек из карбида кремния и расширению мощностей цена подложек из карбида кремния постепенно снижается. В составе цены эпитаксиального листа на подложку приходится более 50% стоимости, поэтому с падением цены на подложку ожидается также снижение цены на эпитаксиальный лист карбида кремния.