A introdución básica do proceso de crecemento epitaxial SiC

A capa epitaxial é unha película de cristal único que crece na oblea mediante un proceso ep·itaxial, e a oblea de substrato e a película epitaxial chámanse oblea epitaxial.Ao crecer a capa epitaxial de carburo de silicio no substrato condutor de carburo de silicio, a oblea epitaxial homoxénea de carburo de silicio pódese preparar en díodos Schottky, MOSFET, IGBT e outros dispositivos de potencia, entre os que o substrato 4H-SiC é o máis utilizado.

Debido ao proceso de fabricación diferente do dispositivo de potencia de carburo de silicio e do dispositivo de enerxía de silicio tradicional, non se pode fabricar directamente en material de cristal único de carburo de silicio.Os materiais epitaxiais adicionais de alta calidade deben cultivarse no substrato de cristal único condutor e deben fabricarse varios dispositivos na capa epitaxial.Polo tanto, a calidade da capa epitaxial ten unha gran influencia no rendemento do dispositivo.A mellora do rendemento dos diferentes dispositivos de potencia tamén presenta requisitos máis elevados para o grosor da capa epitaxial, a concentración de dopaxe e os defectos.

FIG.1. Relación entre a concentración de dopaxe e o grosor da capa epitaxial do dispositivo unipolar e a tensión de bloqueo

Os métodos de preparación da capa epitaxial SIC inclúen principalmente o método de crecemento por evaporación, o crecemento epitaxial en fase líquida (LPE), o crecemento epitaxial de feixe molecular (MBE) e a deposición química de vapor (CVD).Na actualidade, a deposición química en vapor (CVD) é o principal método empregado para a produción a gran escala nas fábricas.

FIG.2. Comparación dos principais métodos de preparación da capa epitaxial

No substrato fóra do eixe {0001} cun certo ángulo de inclinación, como se mostra na Figura 2(b), a densidade da superficie do paso é maior e o tamaño da superficie do paso é menor e a nucleación de cristal non é fácil de ocorre na superficie do chanzo, pero ocorre con máis frecuencia no punto de fusión do chanzo.Neste caso, só hai unha clave de nucleación.Polo tanto, a capa epitaxial pode replicar perfectamente a orde de apilado do substrato, eliminando así o problema da coexistencia de varios tipos.

FIG.3. Diagrama de proceso físico do método de epitaxia de control de pasos 4H-SiC

FIG.4. Condicións críticas para o crecemento das ECV mediante o método de epitaxia controlada por pasos 4H-SiC

FIG.5. Comparación das taxas de crecemento baixo diferentes fontes de silicio na epitaxia 4H-SiC

Na actualidade, a tecnoloxía de epitaxia de carburo de silicio é relativamente madura en aplicacións de baixa e media tensión (como dispositivos de 1200 voltios).A uniformidade do grosor, a uniformidade da concentración de dopaxe e a distribución de defectos da capa epitaxial poden alcanzar un nivel relativamente bo, que basicamente pode satisfacer as necesidades de SBD (diodo Schottky) de media e baixa tensión, MOS (transistor de efecto de campo semicondutor de óxido metálico), JBS ( diodo de unión) e outros dispositivos.

Non obstante, no campo da alta presión, as obleas epitaxiais aínda teñen que superar moitos desafíos.Por exemplo, para os dispositivos que precisan soportar 10.000 voltios, o grosor da capa epitaxial debe ser duns 100 μm.En comparación cos dispositivos de baixa tensión, o grosor da capa epitaxial e a uniformidade da concentración de dopaxe son moi diferentes, especialmente a uniformidade da concentración de dopaxe.Ao mesmo tempo, o defecto do triángulo na capa epitaxial tamén destruirá o rendemento xeral do dispositivo.Nas aplicacións de alta tensión, os tipos de dispositivos adoitan utilizar dispositivos bipolares, que requiren unha alta vida útil minoritaria na capa epitaxial, polo que o proceso debe optimizarse para mellorar a vida útil minoritaria.

Na actualidade, a epitaxia doméstica é principalmente de 4 polgadas e 6 polgadas, e a proporción de epitaxia de carburo de silicio de gran tamaño está aumentando ano tras ano.O tamaño da folla epitaxial de carburo de silicio está limitado principalmente polo tamaño do substrato de carburo de silicio.Na actualidade, o substrato de carburo de silicio de 6 polgadas foi comercializado, polo que o epitaxial de carburo de silicio está a pasar gradualmente de 4 polgadas a 6 polgadas.Coa mellora continua da tecnoloxía de preparación do substrato de carburo de silicio e a expansión da capacidade, o prezo do substrato de carburo de silicio está a diminuír gradualmente.Na composición do prezo da folla epitaxial, o substrato representa máis do 50% do custo, polo que co descenso do prezo do substrato, tamén se espera que o prezo da folla epitaxial de carburo de silicio diminúa.