SiC Epitaksiyel Büyüme Sürecinin Temel Tanıtımı

Epitaksiyel katman, epitaksiyel işlemle levha üzerinde büyütülen spesifik bir tek kristal filmdir ve alt tabaka levhası ve epitaksiyel film, epitaksiyel levha olarak adlandırılır. İletken silisyum karbür substrat üzerinde silisyum karbür epitaksiyel tabakanın büyütülmesiyle, silisyum karbür homojen epitaksiyel levha, Schottky diyotlara, MOSFET'lere, IGBT'lere ve aralarında 4H-SiC substratının en yaygın olarak kullanıldığı diğer güç cihazlarına daha da hazırlanabilir.

Silisyum karbür güç cihazının ve geleneksel silikon güç cihazının farklı üretim süreçleri nedeniyle, doğrudan silisyum karbür tek kristal malzeme üzerine üretilemez. İletken tek kristal substrat üzerinde ilave yüksek kaliteli epitaksiyel malzemeler yetiştirilmeli ve epitaksiyel katman üzerinde çeşitli cihazlar üretilmelidir. Bu nedenle epitaksiyel katmanın kalitesi cihazın performansı üzerinde büyük etkiye sahiptir. Farklı güç cihazlarının performansının iyileştirilmesi aynı zamanda epitaksiyel tabakanın kalınlığı, doping konsantrasyonu ve kusurlar için daha yüksek gereksinimler ortaya koymaktadır.

İNCİR. 1. Katkı konsantrasyonu ile tek kutuplu cihazın epitaksiyel katmanının kalınlığı ve blokaj voltajı arasındaki ilişki

SIC epitaksiyel katmanının hazırlanma yöntemleri temel olarak buharlaştırma büyüme yöntemini, sıvı fazda epitaksiyel büyümeyi (LPE), moleküler ışın epitaksiyel büyümeyi (MBE) ve kimyasal buhar biriktirmeyi (CVD) içerir. Şu anda, kimyasal buhar biriktirme (CVD), fabrikalarda büyük ölçekli üretim için kullanılan ana yöntemdir.

İNCİR. 2. Epitaksiyel tabakanın ana hazırlama yöntemlerinin karşılaştırılması

Şekil 2(b)'de gösterildiği gibi, belirli bir eğim açısına sahip eksen dışı alt tabaka üzerinde, adım yüzeyinin yoğunluğu daha büyüktür ve adım yüzeyinin boyutu daha küçüktür ve kristal çekirdeklenmenin çözülmesi kolay değildir. basamak yüzeyinde meydana gelir, ancak daha sıklıkla adımın birleşme noktasında meydana gelir. Bu durumda yalnızca bir çekirdekleştirme anahtarı vardır. Bu nedenle, epitaksiyel katman, alt tabakanın istiflenme sırasını mükemmel bir şekilde kopyalayabilir, böylece çoklu tipin bir arada bulunması sorununu ortadan kaldırabilir.

İNCİR. 3. 4H-SiC adım kontrol epitaksi yönteminin fiziksel süreç diyagramı

İNCİR. 4. 4H-SiC adım kontrollü epitaksi yöntemiyle CVD büyümesi için kritik koşullar

İNCİR. 5. 4H-SiC epitakside farklı silikon kaynakları altında büyüme oranlarının karşılaştırılması

Şu anda, silisyum karbür epitaksi teknolojisi, düşük ve orta gerilim uygulamalarında (1200 volt cihazlar gibi) nispeten olgunlaşmıştır. Epitaksiyel tabakanın kalınlık tekdüzeliği, katkı konsantrasyonu tekdüzeliği ve kusur dağılımı, temel olarak orta ve düşük voltajlı SBD (Schottky diyot), MOS (metal oksit yarı iletken alan etkili transistör), JBS ( bağlantı diyotu) ve diğer cihazlar.

Bununla birlikte, yüksek basınç alanında, epitaksiyel levhaların hala birçok zorluğun üstesinden gelmesi gerekmektedir. Örneğin 10.000 volta dayanması gereken cihazlar için epitaksiyel tabakanın kalınlığının yaklaşık 100μm olması gerekir. Düşük voltajlı cihazlarla karşılaştırıldığında, epitaksiyel tabakanın kalınlığı ve doping konsantrasyonunun tekdüzeliği, özellikle doping konsantrasyonunun tekdüzeliği çok farklıdır. Aynı zamanda epitaksiyel katmandaki üçgen kusuru da cihazın genel performansını bozacaktır. Yüksek voltaj uygulamalarında cihaz türleri, epitaksiyel katmanda yüksek bir azınlık ömrü gerektiren iki kutuplu cihazları kullanma eğilimindedir; bu nedenle, azınlık ömrünün iyileştirilmesi için sürecin optimize edilmesi gerekir.

Şu anda, ev tipi epitaksi esas olarak 4 inç ve 6 inçtir ve büyük boyutlu silisyum karbür epitaksi oranı her geçen yıl artmaktadır. Silisyum karbür epitaksiyel tabakanın boyutu esas olarak silisyum karbür substratın boyutuyla sınırlıdır. Şu anda, 6 inçlik silisyum karbür substrat ticarileştirilmiştir, dolayısıyla silisyum karbür epitaksiyelliği kademeli olarak 4 inçten 6 inç'e geçiş yapmaktadır. Silisyum karbür substrat hazırlama teknolojisinin sürekli gelişmesi ve kapasite genişlemesi ile silisyum karbür substratın fiyatı giderek düşüyor. Epitaksiyel levha fiyatının bileşiminde, substrat maliyetin %50'sinden fazlasını oluşturur, dolayısıyla substrat fiyatının düşmesiyle birlikte silisyum karbür epitaksiyel levha fiyatının da düşmesi bekleniyor.