Pengenalan Dasar Proses Pertumbuhan Epitaxial SiC

Lapisan epitaksi adalah film kristal tunggal spesifik yang ditumbuhkan pada wafer melalui proses ep·itaksial, dan wafer substrat serta film epitaksi disebut wafer epitaksi. Dengan menumbuhkan lapisan epitaksi silikon karbida pada substrat silikon karbida konduktif, wafer epitaksi homogen silikon karbida dapat disiapkan lebih lanjut menjadi dioda Schottky, MOSFET, IGBT, dan perangkat daya lainnya, di antaranya substrat 4H-SiC adalah yang paling umum digunakan.

Karena proses pembuatan perangkat daya silikon karbida berbeda dan perangkat daya silikon tradisional, perangkat ini tidak dapat langsung dibuat pada bahan kristal tunggal silikon karbida. Bahan epitaksi tambahan berkualitas tinggi harus ditanam pada substrat kristal tunggal konduktif, dan berbagai perangkat harus diproduksi pada lapisan epitaksi. Oleh karena itu, kualitas lapisan epitaksi mempunyai pengaruh besar terhadap kinerja perangkat. Peningkatan kinerja perangkat daya yang berbeda juga menuntut persyaratan yang lebih tinggi untuk ketebalan lapisan epitaksi, konsentrasi doping, dan cacat.

ARA. 1. Hubungan antara konsentrasi doping dan ketebalan lapisan epitaksi perangkat unipolar dan tegangan pemblokiran

Metode preparasi lapisan epitaksi SIC terutama meliputi metode pertumbuhan evaporasi, pertumbuhan epitaksi fase cair (LPE), pertumbuhan epitaksi berkas molekul (MBE) dan deposisi uap kimia (CVD). Saat ini, deposisi uap kimia (CVD) merupakan metode utama yang digunakan untuk produksi skala besar di pabrik.

ARA. 2. Perbandingan metode preparasi utama lapisan epitaksi

Pada substrat off-axis dengan sudut kemiringan tertentu, seperti ditunjukkan pada Gambar 2(b), kerapatan permukaan langkah lebih besar, dan ukuran permukaan langkah lebih kecil, dan nukleasi kristal tidak mudah dilakukan. terjadi pada permukaan anak tangga, namun lebih sering terjadi pada titik penggabungan anak tangga. Dalam hal ini, hanya ada satu kunci nukleasi. Oleh karena itu, lapisan epitaksial dapat dengan sempurna mereplikasi urutan penumpukan substrat, sehingga menghilangkan masalah koeksistensi multi-tipe.

ARA. 3. Diagram proses fisik metode epitaksi kontrol langkah 4H-SiC

ARA. 4. Kondisi kritis untuk pertumbuhan CVD dengan metode epitaksi terkontrol langkah 4H-SiC

ARA. 5. Perbandingan tingkat pertumbuhan pada sumber silikon yang berbeda dalam epitaksi 4H-SiC

Saat ini, teknologi epitaksi silikon karbida relatif matang dalam aplikasi tegangan rendah dan menengah (seperti perangkat 1200 volt). Keseragaman ketebalan, keseragaman konsentrasi doping dan distribusi cacat lapisan epitaksial dapat mencapai tingkat yang relatif baik, yang pada dasarnya dapat memenuhi kebutuhan SBD (Dioda Schottky) tegangan menengah dan rendah, MOS (transistor efek medan semikonduktor oksida logam), JBS ( dioda persimpangan) dan perangkat lainnya.

Namun, di bidang tekanan tinggi, wafer epitaxial masih perlu mengatasi banyak tantangan. Misalnya, untuk perangkat yang perlu menahan tegangan 10.000 volt, ketebalan lapisan epitaksial harus sekitar 100μm. Dibandingkan dengan perangkat bertegangan rendah, ketebalan lapisan epitaksial dan keseragaman konsentrasi doping jauh berbeda, terutama keseragaman konsentrasi doping. Pada saat yang sama, cacat segitiga pada lapisan epitaksial juga akan merusak kinerja perangkat secara keseluruhan. Dalam aplikasi tegangan tinggi, jenis perangkat cenderung menggunakan perangkat bipolar, yang memerlukan masa pakai minoritas yang tinggi di lapisan epitaksial, sehingga prosesnya perlu dioptimalkan untuk meningkatkan masa pakai minoritas.

Saat ini, epitaksi domestik sebagian besar berukuran 4 inci dan 6 inci, dan proporsi epitaksi silikon karbida ukuran besar meningkat dari tahun ke tahun. Ukuran lembaran epitaksi silikon karbida terutama dibatasi oleh ukuran substrat silikon karbida. Saat ini, substrat silikon karbida 6 inci telah dikomersialkan, sehingga epitaksi silikon karbida secara bertahap beralih dari 4 inci menjadi 6 inci. Dengan peningkatan berkelanjutan dalam teknologi persiapan substrat silikon karbida dan perluasan kapasitas, harga substrat silikon karbida secara bertahap menurun. Dalam komposisi harga lembaran epitaksi, substrat menyumbang lebih dari 50% biaya, sehingga dengan turunnya harga substrat, harga lembaran epitaksi silikon karbida juga diperkirakan akan menurun.