De basisintroductie van het epitaxiale groeiproces van SiC

De epitaxiale laag is een specifieke eenkristalfilm die door middel van een epitaxiaal proces op de wafel is gegroeid, en de substraatwafel en de epitaxiale film worden epitaxiale wafel genoemd. Door de epitaxiale siliciumcarbidelaag op het geleidende siliciumcarbidesubstraat te laten groeien, kan de homogene epitaxiale siliciumcarbidewafel verder worden voorbereid tot Schottky-diodes, MOSFET's, IGBT's en andere vermogensapparaten, waarvan het 4H-SiC-substraat het meest gebruikte substraat is.

Vanwege het verschillende productieproces van een siliciumcarbide-energieapparaat en een traditioneel silicium-energieapparaat, kan het niet rechtstreeks op siliciumcarbide-monokristalmateriaal worden vervaardigd. Er moeten aanvullende epitaxiale materialen van hoge kwaliteit op het geleidende monokristallijne substraat worden gegroeid, en er moeten verschillende apparaten op de epitaxiale laag worden vervaardigd. Daarom heeft de kwaliteit van de epitaxiale laag grote invloed op de prestaties van het apparaat. De verbetering van de prestaties van verschillende vermogensapparaten stelt ook hogere eisen aan de dikte van de epitaxiale laag, dopingconcentratie en defecten.

AFB. 1. Verband tussen dopingconcentratie en dikte van de epitaxiale laag van een unipolair apparaat en blokkeerspanning

De bereidingsmethoden van de SIC epitaxiale laag omvatten voornamelijk de verdampingsgroeimethode, epitaxiale groei in de vloeistoffase (LPE), epitaxiale groei met moleculaire bundels (MBE) en chemische dampafzetting (CVD). Momenteel is chemische dampdepositie (CVD) de belangrijkste methode die wordt gebruikt voor grootschalige productie in fabrieken.

AFB. 2. Vergelijking van de belangrijkste bereidingsmethoden van de epitaxiale laag

Op het buiten de as gelegen {0001} substraat met een bepaalde kantelhoek, zoals weergegeven in figuur 2(b), is de dichtheid van het stapoppervlak groter en is de grootte van het stapoppervlak kleiner, en is kristalkiemvorming niet gemakkelijk te bewerkstelligen. komen voor op het oppervlak van de trede, maar komen vaker voor op het samenvoegpunt van de trede. In dit geval is er slechts één kernvormende sleutel. Daarom kan de epitaxiale laag de stapelvolgorde van het substraat perfect repliceren, waardoor het probleem van coëxistentie van meerdere typen wordt geëlimineerd.

AFB. 3. Fysisch procesdiagram van de 4H-SiC-stapcontrole-epitaxiemethode

AFB. 4. Kritieke omstandigheden voor CVD-groei door middel van 4H-SiC stapgecontroleerde epitaxiemethode

AFB. 5. Vergelijking van groeisnelheden onder verschillende siliciumbronnen in 4H-SiC-epitaxie

Momenteel is de siliciumcarbide-epitaxietechnologie relatief volwassen in laag- en middenspanningstoepassingen (zoals 1200 volt-apparaten). De dikte-uniformiteit, de doteringsconcentratie-uniformiteit en de defectverdeling van de epitaxiale laag kunnen een relatief goed niveau bereiken, wat in principe kan voldoen aan de behoeften van midden- en laagspannings-SBD (Schottky-diode), MOS (metaaloxide halfgeleiderveldeffecttransistor), JBS ( junctiediode) en andere apparaten.

Op het gebied van hoge druk moeten epitaxiale wafers echter nog steeds veel uitdagingen overwinnen. Voor apparaten die bijvoorbeeld 10.000 volt moeten kunnen weerstaan, moet de dikte van de epitaxiale laag ongeveer 100 μm zijn. Vergeleken met laagspanningsapparaten zijn de dikte van de epitaxiale laag en de uniformiteit van de doteringsconcentratie veel verschillend, vooral de uniformiteit van de doteringsconcentratie. Tegelijkertijd zal het driehoeksdefect in de epitaxiale laag ook de algehele prestaties van het apparaat vernietigen. In hoogspanningstoepassingen hebben apparaattypen de neiging om bipolaire apparaten te gebruiken, die een hoge minderheidslevensduur in de epitaxiale laag vereisen, dus het proces moet worden geoptimaliseerd om de minderheidslevensduur te verbeteren.

Momenteel is de binnenlandse epitaxie hoofdzakelijk 4 inch en 6 inch, en het aandeel grote siliciumcarbide-epitaxie neemt jaar na jaar toe. De grootte van de epitaxiale plaat van siliciumcarbide wordt hoofdzakelijk beperkt door de grootte van het siliciumcarbidesubstraat. Momenteel is het 6-inch siliciumcarbidesubstraat op de markt gebracht, dus de epitaxiale siliciumcarbide gaat geleidelijk over van 4 inch naar 6 inch. Met de voortdurende verbetering van de technologie voor de voorbereiding van siliciumcarbidesubstraten en capaciteitsuitbreiding neemt de prijs van siliciumcarbidesubstraat geleidelijk af. Bij de samenstelling van de prijs voor epitaxiale platen is het substraat verantwoordelijk voor meer dan 50% van de kosten, dus met de daling van de substraatprijs zal naar verwachting ook de prijs van epitaxiale siliciumcarbideplaten dalen.