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 sobre o 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.