Was ist stufengesteuertes epitaktisches Wachstum?

Als eine der Kerntechnologien für die Herstellung von SiC-Leistungsbauelementen wirkt sich die Qualität der Epitaxie, die mit der SiC-Epitaxie-Wachstumstechnologie erzeugt wird, direkt auf die Leistung von SiC-Bauelementen aus. Die derzeit am weitesten verbreitete epitaktische Wachstumstechnologie für SiC ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD).

Es gibt viele stabile Kristallpolytypen von sic. Daher, um die erhaltene epitaxiale Wachstumsschicht zu ermöglichen, den spezifischen Kristallpolytyp desSiC-Substrat, ist es notwendig, die dreidimensionalen Atomanordnungsinformationen des Substrats auf die epitaktische Wachstumsschicht zu übertragen, und dies erfordert einige spezielle Methoden. Hiroyuki Matsunami, emeritierter Professor der Universität Kyoto, und andere schlugen eine solche SiC-Epitaxie-Wachstumstechnologie vor, die unter geeigneten Wachstumsbedingungen eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) auf der Kristallebene mit niedrigem Index des SiC-Substrats in einer Richtung mit kleinem Abweichungswinkel durchführt. Dieses technische Verfahren wird auch als stufengesteuertes epitaktisches Wachstumsverfahren bezeichnet.

Abbildung 1 zeigt, wie ein sic-epitaxielles Wachstum nach einer stufenkontrollierten epitaxialen Wachstumsmethode durchführt. Die Oberfläche eines sauberen und off-Winkels-SIC-Substrats wird in Stufenschichten gebildet, und die Struktur- und Tabellenstruktur auf Molekularebene wird erhalten. Wenn das Rohstoffgas eingeführt wird, wird das Rohstoff an die Oberfläche des sic -Substrats geliefert, und das auf der Tabelle bewegende Rohstoff wird durch die Schritte nacheinander erfasst. Wenn der erfasste Rohstoff eine Anordnung bildet, die mit dem Kristallpolytyp der von dem übereinstimmtSiC-SubstratAn der entsprechenden Position erbt die epitaxiale Schicht erfolgreich das spezifische Kristallpolytyp des sic -Substrats.

Abbildung 1: Epitaxiales Wachstum des SIC-Substrats mit einem Off-Winkel (0001)

Natürlich kann es Probleme mit einer stufengesteuerten epitaxialen Wachstumstechnologie geben. Wenn die Wachstumsbedingungen nicht den geeigneten Bedingungen erfüllen, kernt die Rohstoffe auf der Tabelle Kristalle und erzeugen Kristalle und erzeugen nicht auf den Schritten, was zum Wachstum verschiedener Kristallpolytypen führt, wodurch die ideale epitaxiale Schicht nicht wächst. Wenn heterogene Polytypen in der epitaxialen Schicht erscheinen, kann das Halbleitervorrichtung mit tödlichen Defekten übrig bleiben. Daher muss in der stufengesteuerten epitaxialen Wachstumstechnologie der Ablenkungsgrad so gestaltet sein, dass die Schrittbreite eine angemessene Größe erreicht. Gleichzeitig müssen die Konzentration von SI -Rohstoffen und C -Rohstoffen im Rohstoffgas, die Wachstumstemperatur und andere Bedingungen auch die Bedingungen für die Prioritätsbildung von Kristallen auf den Schritten erfüllen. Derzeit die Oberfläche der Hauptoberfläche4H-Typ SIC-SubstratDas auf dem Markt erhältliche Produkt verfügt über eine Oberfläche mit einem Ablenkwinkel von 4° (0001), die sowohl den Anforderungen der stufengesteuerten epitaktischen Wachstumstechnologie gerecht wird als auch die Anzahl der aus der Kugel gewonnenen Wafer erhöht.

Hochreiner Wasserstoff wird als Träger im chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren für das epitaktische SiC-Wachstum verwendet, und Si-Rohstoffe wie SiH4 und C-Rohstoffe wie C3H8 werden auf die Oberfläche des SiC-Substrats aufgetragen, dessen Substrattemperatur stets konstant gehalten wird 1500-1600℃. Wenn bei einer Temperatur von 1500–1600 °C die Temperatur der Innenwand der Anlage nicht hoch genug ist, wird die Versorgungseffizienz der Rohstoffe nicht verbessert, sodass ein Heißwandreaktor eingesetzt werden muss. Es gibt viele Arten von SiC-Epitaxie-Wachstumsgeräten, einschließlich vertikaler, horizontaler, Multi-Wafer- und Single-Wafer-Geräte.WaferTypen. Die Abbildungen 2, 3 und 4 zeigen die Gasfluss- und Substratkonfiguration des Reaktorteils von drei Arten von SIC -epitaxialen Wachstumsgeräten.

Abbildung 2 Multi-Chip-Rotation und -Revolution

Abbildung 3 Multi-Chip-Revolution

Abbildung 4 Einzelchip

Es sind mehrere wichtige Punkte zu berücksichtigen, um die Massenproduktion von sic -epitaxialen Substraten zu erreichen: Gleichmäßigkeit der epitaxialen Schichtdicke, Gleichmäßigkeit der Dotierungskonzentration, Staub, Ausbeute, Häufigkeit des Ersatzs von Komponenten und Bequemlichkeit der Wartung. Unter ihnen wirkt sich die Gleichmäßigkeit der Dopingkonzentration direkt auf die Spannungswiderstandsverteilung des Geräts aus, sodass die Gleichmäßigkeit der Waferoberfläche, der Charge und der Charge sehr hoch ist. Darüber hinaus werden die an die Komponenten des Reaktors und im Abgassystems während des Wachstumsprozesses angebrachten Reaktionsprodukte zu einer Staubquelle, und das bequeme Entfernen dieser Stäube ist ebenfalls eine wichtige Forschungsrichtung.

Nach dem epitaktischen Wachstum von SiC wird eine hochreine SiC-Einkristallschicht erhalten, die zur Herstellung von Leistungsbauelementen verwendet werden kann. Darüber hinaus kann durch epitaktisches Wachstum die im Substrat vorhandene Basalebenenversetzung (BPD) auch in eine Threading-Edge-Versetzung (TED) an der Grenzfläche zwischen Substrat und Driftschicht umgewandelt werden (siehe Abbildung 5). Wenn ein bipolarer Strom durchfließt, erfährt das BPD eine Stapelfehlerausdehnung, was zu einer Verschlechterung der Geräteeigenschaften wie einem erhöhten Einschaltwiderstand führt. Nach der Umwandlung des BPD in TED werden die elektrischen Eigenschaften des Geräts jedoch nicht beeinträchtigt. Epitaktisches Wachstum kann die durch bipolaren Strom verursachte Geräteverschlechterung erheblich reduzieren.

Abbildung 5: BPD des SIC -Substrats vor und nach Epitaxialwachstum und TED -Querschnitt nach der Umwandlung

Im epitaxialen Wachstum von SIC wird häufig eine Pufferschicht zwischen der Driftschicht und dem Substrat eingefügt. Die Pufferschicht mit hoher Konzentration an Doping vom Typ N kann die Rekombination von Minderheitenträgern fördern. Darüber hinaus hat die Pufferschicht auch die Funktion der Basalebene -Versetzungsumwandlung (BPD), die erhebliche Auswirkungen auf die Kosten hat und eine sehr wichtige Technologie zur Herstellung von Geräten ist.