Epitaxiális rétegek: A fejlett félvezető eszközök alapja

1. ábra: Az adalékkoncentráció, a rétegvastagság és az átütési feszültség közötti összefüggést szemlélteti unipoláris eszközök esetén.

A SiC epitaxiális rétegek elkészítése elsősorban olyan technikákat foglal magában, mint a párolgásos növekedés, a folyadékfázisú epitaxia (LPE), a molekuláris sugár-epitaxia (MBE) és a kémiai gőzleválasztás (CVD), ahol a CVD a gyári tömeggyártás domináns módszere.

1. táblázat: Összehasonlító áttekintést nyújt a fő epitaxiális réteg-előkészítési módszerekről.

Az úttörő megközelítés magában foglalja a növekedést a tengelyen kívüli {0001} szubsztrátumokon egy adott dőlésszögben, amint az a 2(b) ábrán látható. Ez a módszer jelentősen növeli a lépéssűrűséget, miközben csökkenti a lépések méretét, megkönnyíti a magképződést elsősorban a lépcsős csomópontokon, és így lehetővé teszi az epitaxiális réteg számára, hogy tökéletesen megismételje a szubsztrát halmozási szekvenciáját, kiküszöbölve a politípusok együttélését.

2. ábra: A lépésvezérelt epitaxia fizikai folyamatát mutatja be 4H-SiC-ben.

3. ábra: A CVD növekedésének kritikus feltételeit mutatja be lépésvezérelt epitaxiában 4H-SiC esetén.

4. ábra: Hasonlítsa össze a növekedési sebességeket különböző szilíciumforrások mellett a 4H-SiC epitaxia esetében.

A kis- és középfeszültségű alkalmazások (pl. 1200 V-os eszközök) területén a SiC epitaxy technológia elérte a kiforrott stádiumot, viszonylag jobb egyenletességet kínálva vastagságban, adalékolási koncentrációban és hibaeloszlásban, megfelelően teljesítve a kis- és középfeszültségű SBD követelményeit. , MOS, JBS eszközök és mások.

A nagyfeszültségű tartomány azonban továbbra is jelentős kihívásokat jelent. Például az 10000 V feszültségű eszközökhöz körülbelül 100 μm vastag epitaxiális rétegre van szükség, de ezek a rétegek lényegesen gyengébb vastagságot és adalékolási egyenletességet mutatnak alacsony feszültségű társaikhoz képest, nem is beszélve a háromszöghibák káros hatásáról az eszköz teljes teljesítményére. A nagyfeszültségű alkalmazások, amelyek általában a bipoláris eszközöket részesítik előnyben, szintén szigorú követelményeket támasztanak a kisebbségi hordozó élettartamával szemben, ami szükségessé teszi a folyamat optimalizálását e paraméter javítása érdekében.

Jelenleg a piacot a 4 hüvelykes és a 6 hüvelykes SiC epitaxiális lapkák uralják, a nagy átmérőjű SiC epitaxiális lapkák aránya fokozatosan növekszik. A SiC epitaxiális lapkák méretét alapvetően a SiC hordozók mérete határozza meg. A már kereskedelmi forgalomban kapható 6 hüvelykes SiC szubsztrátokkal folyamatosan zajlik az átállás a 4 hüvelykesről a 6 hüvelykes SiC epitaxiára.

A SiC szubsztrátumgyártási technológia fejlődésével és a gyártási kapacitások bővülésével a SiC szubsztrátumok költsége fokozatosan csökken. Tekintettel arra, hogy a szubsztrátumok az epitaxiális lapkák költségének több mint 50%-át teszik ki, a csökkenő szubsztrátumárak várhatóan a szilícium-karbid epitaxia költségeinek csökkenéséhez vezetnek, ami szebb jövőt ígér az ipar számára.**