Эпітаксійны пласт - гэта асобная монакрышталічная плёнка, вырашчаная на пласціне эпітаксіяльным працэсам, а пласціна падкладкі і эпітаксіяльная плёнка называюцца эпітаксіяльнай пласцінай. Пры вырошчванні эпітаксіяльнага пласта карбіду крэмнію на токаправоднай падкладцы з карбіду крэмнію аднастайную эпітаксіяльную пласціну з карбіду крэмнію можна дадаткова падрыхтаваць у дыёды Шоткі, MOSFET, IGBT і іншыя сілавыя прылады, сярод якіх падкладка 4H-SiC з'яўляецца найбольш часта выкарыстоўванай.
З-за рознага працэсу вытворчасці сілавога прыбора з карбіду крэмнію і традыцыйнага сілавога прыбора з карбіду крэмнію яго немагчыма вырабіць непасрэдна на монакрышталічным матэрыяле з карбіду крэмнію. Дадатковыя высакаякасныя эпітаксіяльныя матэрыялы павінны быць вырашчаны на праводзячай монакрышталічнай падкладцы, і розныя прылады павінны быць выраблены на эпітаксіяльным пласце. Такім чынам, якасць эпитаксиального пласта мае вялікі ўплыў на прадукцыйнасць прылады. Паляпшэнне прадукцыйнасці прыбораў рознай магутнасці таксама прад'яўляе павышаныя патрабаванні да таўшчыні эпітаксіяльнага пласта, канцэнтрацыі допінгу і дэфектаў.
ФІГ. 1. Сувязь паміж канцэнтрацыяй допінгу і таўшчынёй эпітаксіяльнага пласта ўніпалярнага прылады і напругай блакіроўкі
Метады падрыхтоўкі эпітаксіяльнага пласта SIC у асноўным уключаюць метад выпарвання, эпітаксіяльны рост у вадкай фазе (LPE), эпітаксіяльны рост малекулярным пучком (MBE) і хімічнае асаджэнне з паравой фазы (CVD). У цяперашні час хімічнае асаджэнне з паравай фазы (CVD) з'яўляецца асноўным метадам, які выкарыстоўваецца для буйнамаштабнай вытворчасці на заводах.
| Спосаб падрыхтоўкі | Перавагі працэсу | Недахопы працэсу |
|
Эпітаксіяльны рост у вадкай фазе
(LPE)
|
Простыя патрабаванні да абсталявання і недарагія метады росту. |
Цяжка кантраляваць марфалогію паверхні эпитаксиального пласта. Абсталяванне не можа эпітаксіялізаваць некалькі пласцін адначасова, што абмяжоўвае масавую вытворчасць. |
|
Малекулярна-прамянёвы эпітаксіяльны рост (MBE)
|
Розныя эпітаксіяльныя пласты крышталя SiC можна вырошчваць пры нізкіх тэмпературах росту |
Патрабаванні да вакуумнага абсталявання высокія і дарагія. Павольная хуткасць росту эпитаксиального пласта |
|
Хімічнае асаджэнне з пара (CVD) |
Найбольш важны метад для масавай вытворчасці на заводах. Хуткасць росту можна дакладна кантраляваць пры вырошчванні тоўстых эпітаксіяльных слаёў. |
Эпітаксіяльныя пласты SiC па-ранейшаму маюць розныя дэфекты, якія ўплываюць на характарыстыкі прылады, таму працэс эпітаксіяльнага росту для SiC неабходна пастаянна аптымізаваць.（TaCпатрэбна, см. SemiceraПрадукт TaC) |
|
Метад выпарвання
|
Пры выкарыстанні таго ж абсталявання, што і для выцягвання крышталя SiC, працэс трохі адрозніваецца ад выцягвання крышталя. Спелае абсталяванне, нізкі кошт |
Нераўнамернае выпарэнне SiC абцяжарвае выкарыстанне яго выпарэння для вырошчвання высакаякасных эпітаксіяльных слаёў |
ФІГ. 2. Параўнанне асноўных метадаў падрыхтоўкі эпітаксійнага пласта
На пазавосевай падкладцы {0001} з пэўным вуглом нахілу, як паказана на малюнку 2(b), шчыльнасць паверхні прыступкі большая, а памер паверхні прыступкі меншы, і зараджэнне крышталя няпроста адбываюцца на паверхні прыступкі, але часцей узнікае ў месцы зліцця прыступкі. У гэтым выпадку існуе толькі адзін зародкавы ключ. Такім чынам, эпітаксійны пласт можа ідэальна паўтарыць парадак кладкі падкладкі, ухіляючы такім чынам праблему суіснавання некалькіх тыпаў.
ФІГ. 3. Схема фізічнага працэсу метаду эпітаксіі з крокавым кіраваннем 4H-SiC
ФІГ. 4. Крытычныя ўмовы для росту CVD з дапамогай метаду паэтапнай эпітаксіі з 4H-SiC
ФІГ. 5. Параўнанне хуткасцей росту пры розных крыніцах крэмнію пры эпітаксіі 4H-SiC
У цяперашні час тэхналогія эпітаксіі з карбіду крэмнію адносна развітая ў прылажэннях нізкага і сярэдняга напружання (напрыклад, у прыладах на 1200 вольт). Аднастайнасць таўшчыні, аднастайнасць канцэнтрацыі допінгу і размеркаванне дэфектаў эпітаксіяльнага пласта могуць дасягаць адносна добрага ўзроўню, які ў асноўным можа задаволіць патрэбы SBD сярэдняга і нізкага напружання (дыёд Шоткі), MOS (металаксідны паўправадніковы палявы транзістар), JBS ( дыёд) і іншыя прылады.
Аднак у вобласці высокага ціску эпітаксіяльныя пласціны яшчэ павінны пераадолець шмат праблем. Напрыклад, для прылад, якія павінны вытрымліваць 10000 вольт, таўшчыня эпитаксиального пласта павінна быць каля 100 мкм. У параўнанні з нізкавольтнымі прыладамі таўшчыня эпітаксіяльнага пласта і аднастайнасць канцэнтрацыі легіравання значна адрозніваюцца, асабліва аднастайнасць канцэнтрацыі легіравання. У той жа час дэфект трохкутніка ў эпітаксіяльным пласце таксама пагоршыць агульную прадукцыйнасць прылады. У прылажэннях высокага напружання тыпы прылад, як правіла, выкарыстоўваюць біпалярныя прылады, якія патрабуюць вялікага тэрміну службы меншасці ў эпітаксіяльным пласце, таму працэс неабходна аптымізаваць, каб павялічыць працягласць жыцця меншасці.
У цяперашні час айчынная эпітаксія ў асноўным складае 4 і 6 цаляў, і доля буйнагабарытнай эпітаксіі з карбіду крэмнію павялічваецца з кожным годам. Памер эпітаксіяльнага ліста з карбіду крэмнію ў асноўным абмежаваны памерам падкладкі з карбіду крэмнію. У цяперашні час 6-цалевая падкладка з карбіду крэмнію была камерцыялізавана, таму эпітаксіяльны карбід крэмнія паступова пераходзіць з 4 цаляў на 6 цаляў. З пастаянным удасканаленнем тэхналогіі падрыхтоўкі падкладкі з карбіду крэмнію і пашырэннем магутнасцей цана падкладкі з карбіду крэмнію паступова зніжаецца. У складзе цаны эпітаксіяльнага ліста падкладка складае больш за 50% ад кошту, таму, як чакаецца, са зніжэннем кошту падкладкі кошт эпітаксіяльнага ліста з карбіду крэмнію таксама знізіцца.
Час публікацыі: 3 чэрвеня 2024 г