La introducció bàsica del procés de creixement epitaxial de SiC

La capa epitaxial és una pel·lícula d'un sol cristall específica cultivada a l'hòstia mitjançant un procés ep·itaxial, i l'hòstia de substrat i la pel·lícula epitaxial s'anomenen hòstia epitaxial. En fer créixer la capa epitaxial de carbur de silici al substrat conductor de carbur de silici, la hòstia epitaxial homogènia de carbur de silici es pot preparar encara més en díodes Schottky, MOSFET, IGBT i altres dispositius de potència, entre els quals el substrat 4H-SiC és el més utilitzat.

A causa del diferent procés de fabricació del dispositiu de potència de carbur de silici i el dispositiu d'alimentació de silici tradicional, no es pot fabricar directament amb material de cristall únic de carbur de silici. S'han de cultivar materials epitaxials addicionals d'alta qualitat al substrat de cristall únic conductor i s'han de fabricar diversos dispositius a la capa epitaxial. Per tant, la qualitat de la capa epitaxial té una gran influència en el rendiment del dispositiu. La millora del rendiment de diferents dispositius de potència també planteja requisits més elevats pel que fa al gruix de la capa epitaxial, la concentració de dopatge i els defectes.

FIG. 1. Relació entre la concentració de dopatge i el gruix de la capa epitaxial del dispositiu unipolar i la tensió de bloqueig

Els mètodes de preparació de la capa epitaxial SIC inclouen principalment el mètode de creixement per evaporació, creixement epitaxial en fase líquida (LPE), creixement epitaxial de feix molecular (MBE) i deposició química de vapor (CVD). Actualment, la deposició química de vapor (CVD) és el principal mètode utilitzat per a la producció a gran escala a les fàbriques.

FIG. 2. Comparació dels principals mètodes de preparació de la capa epitaxial

Al substrat {0001} fora de l'eix amb un cert angle d'inclinació, com es mostra a la figura 2 (b), la densitat de la superfície del pas és més gran i la mida de la superfície del pas és més petita i la nucleació de cristalls no és fàcil de fer. es produeix a la superfície del pas, però més sovint es produeix al punt de fusió del pas. En aquest cas, només hi ha una clau de nucleació. Per tant, la capa epitaxial pot replicar perfectament l'ordre d'apilament del substrat, eliminant així el problema de la coexistència multitipus.

FIG. 3. Diagrama de procés físic del mètode d'epitaxi de control de passos 4H-SiC

FIG. 4. Condicions crítiques per al creixement de CVD mitjançant el mètode d'epitaxi controlat per passos 4H-SiC

FIG. 5. Comparació de les taxes de creixement sota diferents fonts de silici en epitaxia 4H-SiC

Actualment, la tecnologia d'epitaxi de carbur de silici és relativament madura en aplicacions de baixa i mitjana tensió (com ara dispositius de 1200 volts). La uniformitat del gruix, la uniformitat de la concentració de dopatge i la distribució de defectes de la capa epitaxial poden assolir un nivell relativament bo, que bàsicament pot satisfer les necessitats de SBD de tensió mitjana i baixa (diode Schottky), MOS (transistor d'efecte de camp semiconductor d'òxid metàl·lic), JBS ( díode d'unió) i altres dispositius.

Tanmateix, en el camp de l'alta pressió, les hòsties epitaxials encara necessiten superar molts reptes. Per exemple, per als dispositius que necessiten suportar 10.000 volts, el gruix de la capa epitaxial ha de ser d'uns 100 μm. En comparació amb els dispositius de baixa tensió, el gruix de la capa epitaxial i la uniformitat de la concentració de dopatge són molt diferents, especialment la uniformitat de la concentració de dopatge. Al mateix temps, el defecte del triangle a la capa epitaxial també destruirà el rendiment global del dispositiu. En aplicacions d'alta tensió, els tipus de dispositius solen utilitzar dispositius bipolars, que requereixen una vida minoritària elevada a la capa epitaxial, de manera que el procés s'ha d'optimitzar per millorar la vida útil de la minoria.

Actualment, l'epitaxia domèstica és principalment de 4 polzades i 6 polzades, i la proporció d'epitaxia de carbur de silici de gran mida augmenta any rere any. La mida de la làmina epitaxial de carbur de silici està limitada principalment per la mida del substrat de carbur de silici. Actualment, el substrat de carbur de silici de 6 polzades s'ha comercialitzat, de manera que l'epitaxial de carbur de silici està passant gradualment de 4 polzades a 6 polzades. Amb la millora contínua de la tecnologia de preparació del substrat de carbur de silici i l'expansió de la capacitat, el preu del substrat de carbur de silici està disminuint gradualment. En la composició del preu de la làmina epitaxial, el substrat representa més del 50% del cost, de manera que amb la disminució del preu del substrat, també s'espera que el preu de la làmina epitaxial de carbur de silici disminueixi.