Epitaksialt lag er en spesifikk enkeltkrystallfilm dyrket på waferen ved epitaksial prosess, og substratwaferen og epitaksialfilmen kalles epitaksial wafer. Ved å dyrke det epitaksiale silisiumkarbidlaget på det ledende silisiumkarbidsubstratet, kan den homogene epitaksiale silisiumkarbidplaten forberedes videre til Schottky-dioder, MOSFET-er, IGBT-er og andre kraftenheter, blant hvilke 4H-SiC-substratet er det mest brukte.
På grunn av den forskjellige produksjonsprosessen for silisiumkarbidkraftenhet og tradisjonell silisiumkraftenhet, kan den ikke fremstilles direkte på silisiumkarbid enkrystallmateriale. Ytterligere epitaksiale materialer av høy kvalitet må dyrkes på det ledende enkeltkrystallsubstratet, og forskjellige enheter må produseres på det epitaksiale laget. Derfor har kvaliteten på det epitaksiale laget stor innflytelse på ytelsen til enheten. Forbedringen av ytelsen til forskjellige kraftenheter stiller også høyere krav til tykkelsen på epitaksiallaget, dopingkonsentrasjon og defekter.
FIG. 1. Sammenheng mellom dopingkonsentrasjon og tykkelse av epitaksialt lag av unipolar enhet og blokkeringsspenning
Fremstillingsmetodene for SIC epitaksiallag inkluderer hovedsakelig fordampningsvekstmetode, væskefase epitaksial vekst (LPE), molekylær stråleepitaksial vekst (MBE) og kjemisk dampavsetning (CVD). For tiden er kjemisk dampavsetning (CVD) hovedmetoden som brukes for storskala produksjon i fabrikker.
| Forberedelsesmetode | Fordeler med prosessen | Ulemper med prosessen |
|
Epitaksial vekst i væskefase
(LPE)
|
Enkle utstyrskrav og rimelige vekstmetoder. |
Det er vanskelig å kontrollere overflatemorfologien til epitaksiallaget. Utstyret kan ikke epitaksialisere flere wafere samtidig, noe som begrenser masseproduksjonen. |
|
Molecular Beam Epitaxial Growth (MBE)
|
Ulike SiC krystall epitaksiale lag kan dyrkes ved lave veksttemperaturer |
Kravene til utstyrsvakuum er høye og kostbare. Langsom veksthastighet av epitaksialt lag |
|
Kjemisk dampavsetning (CVD) |
Den viktigste metoden for masseproduksjon i fabrikker. Veksthastighet kan kontrolleres nøyaktig når du dyrker tykke epitaksiale lag. |
SiC epitaksiale lag har fortsatt forskjellige defekter som påvirker enhetens egenskaper, så den epitaksiale vekstprosessen for SiC må kontinuerlig optimaliseres.（TaCnødvendig, se SemiceraTaC-produkt） |
|
Fordampningsvekstmetode
|
Ved å bruke samme utstyr som SiC krystalltrekking, er prosessen litt forskjellig fra krystalltrekking. Modent utstyr, lav pris |
Ujevn fordampning av SiC gjør det vanskelig å utnytte fordampningen til å dyrke epitaksiale lag av høy kvalitet |
FIG. 2. Sammenligning av hovedfremstillingsmetoder for epitaksialt lag
På substratet utenfor aksen med en viss tiltvinkel, som vist i figur 2(b), er tettheten til trinnoverflaten større, og størrelsen på trinnoverflaten er mindre, og krystallkjernedannelse er ikke lett å forekomme på trinnoverflaten, men forekommer oftere ved trinnets flettepunkt. I dette tilfellet er det bare én kjernenøkkel. Derfor kan det epitaksiale laget perfekt gjenskape stablingsrekkefølgen til substratet, og dermed eliminere problemet med multi-type sameksistens.
FIG. 3. Fysisk prosessdiagram av 4H-SiC trinnkontroll epitaksi metode
FIG. 4. Kritiske forhold for CVD-vekst ved 4H-SiC trinnkontrollert epitaksimetode
FIG. 5. Sammenligning av veksthastigheter under forskjellige silisiumkilder i 4H-SiC-epitaksi
For tiden er silisiumkarbidepitaksiteknologi relativt moden i lav- og mellomspenningsapplikasjoner (som 1200 volt-enheter). Tykkelsen, jevnheten av dopingkonsentrasjonen og defektfordelingen til epitaksiallaget kan nå et relativt godt nivå, som i utgangspunktet kan møte behovene til mellom- og lavspennings-SBD (Schottky-diode), MOS (metalloksyd-halvlederfelteffekttransistor), JBS ( koblingsdiode) og andre enheter.
Imidlertid, innen høytrykksfeltet, trenger epitaksiale wafere fortsatt å overvinne mange utfordringer. For eksempel, for enheter som må tåle 10 000 volt, må tykkelsen på epitaksiallaget være omtrent 100μm. Sammenlignet med lavspenningsenheter er tykkelsen på epitaksiallaget og jevnheten til dopingkonsentrasjonen mye forskjellig, spesielt jevnheten til dopingkonsentrasjonen. Samtidig vil trekantdefekten i epitaksiallaget også ødelegge enhetens generelle ytelse. I høyspenningsapplikasjoner har enhetstyper en tendens til å bruke bipolare enheter, som krever en høy minoritetslevetid i det epitaksiale laget, så prosessen må optimaliseres for å forbedre minoritetens levetid.
For tiden er den innenlandske epitaksen hovedsakelig 4 tommer og 6 tommer, og andelen silisiumkarbidepitaxi i stor størrelse øker år for år. Størrelsen på epitaksialt silisiumkarbidark er hovedsakelig begrenset av størrelsen på silisiumkarbidsubstratet. For tiden er 6-tommers silisiumkarbidsubstratet kommersialisert, så silisiumkarbidepitaksialet går gradvis over fra 4 tommer til 6 tommer. Med den kontinuerlige forbedringen av silisiumkarbidsubstratprepareringsteknologi og kapasitetsutvidelse, synker prisen på silisiumkarbidsubstrat gradvis. I sammensetningen av den epitaksiale arkprisen utgjør substratet mer enn 50% av kostnadene, så med nedgangen i substratprisen forventes også prisen på silisiumkarbid-epitaksialplaten å synke.
Innleggstid: Jun-03-2024