Ang Pangunahing Panimula ng SiC Epitaxial Growth na Proseso

Ang epitaxial layer ay isang partikular na solong kristal na pelikula na lumago sa wafer sa pamamagitan ng ep·itaxial process, at ang substrate wafer at epitaxial film ay tinatawag na epitaxial wafer. Sa pamamagitan ng pagpapalaki ng silicon carbide epitaxial layer sa conductive silicon carbide substrate, ang silicon carbide homogeneous epitaxial wafer ay maaaring higit pang ihanda sa Schottky diodes, MOSFET, IGBT at iba pang power device, kung saan ang 4H-SiC substrate ay ang pinakakaraniwang ginagamit.

Dahil sa iba't ibang proseso ng pagmamanupaktura ng silicon carbide power device at tradisyunal na silicon power device, hindi ito direktang gawa sa silicon carbide na solong kristal na materyal. Ang mga karagdagang de-kalidad na epitaxial na materyales ay dapat na lumaki sa conductive solong kristal na substrate, at ang iba't ibang mga aparato ay dapat gawin sa epitaxial layer. Samakatuwid, ang kalidad ng epitaxial layer ay may malaking impluwensya sa pagganap ng aparato. Ang pagpapabuti ng pagganap ng iba't ibang mga power device ay naglalagay din ng mas mataas na mga kinakailangan para sa kapal ng epitaxial layer, doping concentration at mga depekto.

FIG. 1. Relasyon sa pagitan ng doping concentration at kapal ng epitaxial layer ng unipolar device at blocking voltage

Ang mga paraan ng paghahanda ng SIC epitaxial layer ay higit sa lahat ay kinabibilangan ng evaporation growth method, liquid phase epitaxial growth (LPE), molecular beam epitaxial growth (MBE) at chemical vapor deposition (CVD). Sa kasalukuyan, ang chemical vapor deposition (CVD) ang pangunahing paraan na ginagamit para sa malakihang produksyon sa mga pabrika.

FIG. 2. Paghahambing ng mga pangunahing paraan ng paghahanda ng epitaxial layer

Sa off-axis {0001} substrate na may partikular na Anggulo ng pagtabingi, tulad ng ipinapakita sa Figure 2(b), ang density ng step surface ay mas malaki, at ang laki ng step surface ay mas maliit, at ang crystal nucleation ay hindi madaling nangyayari sa ibabaw ng hakbang, ngunit mas madalas na nangyayari sa merge point ng step. Sa kasong ito, mayroon lamang isang nucleating key. Samakatuwid, ang epitaxial layer ay maaaring perpektong kopyahin ang stacking order ng substrate, kaya inaalis ang problema ng multi-type coexistence.

FIG. 3. Physical process diagram ng 4H-SiC step control epitaxy method

FIG. 4. Mga kritikal na kondisyon para sa paglaki ng CVD sa pamamagitan ng 4H-SiC na step-controlled na paraan ng epitaxy

FIG. 5. Paghahambing ng mga rate ng paglago sa ilalim ng iba't ibang mapagkukunan ng silikon sa 4H-SiC epitaxy

Sa kasalukuyan, ang teknolohiya ng silicon carbide epitaxy ay medyo mature sa mababang at katamtamang boltahe na mga aplikasyon (tulad ng mga 1200 volt device). Ang pagkakapareho ng kapal, pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping at pamamahagi ng depekto ng epitaxial layer ay maaaring umabot sa isang medyo mahusay na antas, na maaaring karaniwang matugunan ang mga pangangailangan ng gitna at mababang boltahe SBD (Schottky diode), MOS (metal oxide semiconductor field effect transistor), JBS ( junction diode) at iba pang mga device.

Gayunpaman, sa larangan ng mataas na presyon, ang mga epitaxial wafer ay kailangan pa ring pagtagumpayan ang maraming hamon. Halimbawa, para sa mga device na kailangang makatiis ng 10,000 volts, ang kapal ng epitaxial layer ay kailangang mga 100μm. Kung ikukumpara sa mga aparatong may mababang boltahe, ang kapal ng epitaxial layer at ang pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping ay ibang-iba, lalo na ang pagkakapareho ng konsentrasyon ng doping. Kasabay nito, sisirain din ng tatsulok na depekto sa epitaxial layer ang pangkalahatang pagganap ng device. Sa mga application na may mataas na boltahe, ang mga uri ng device ay may posibilidad na gumamit ng mga bipolar na device, na nangangailangan ng mataas na minorya na panghabambuhay sa epitaxial layer, kaya kailangang i-optimize ang proseso upang mapabuti ang panghabambuhay ng minorya.

Sa kasalukuyan, ang domestic epitaxy ay higit sa lahat ay 4 na pulgada at 6 na pulgada, at ang proporsyon ng malalaking sukat na silicon carbide epitaxy ay tumataas taon-taon. Ang laki ng silicon carbide epitaxial sheet ay pangunahing limitado sa laki ng silicon carbide substrate. Sa kasalukuyan, ang 6-inch na silicon carbide substrate ay na-komersyal, kaya ang silicon carbide epitaxial ay unti-unting lumilipat mula 4 na pulgada hanggang 6 na pulgada. Sa patuloy na pagpapabuti ng teknolohiya ng paghahanda ng silicon carbide substrate at pagpapalawak ng kapasidad, ang presyo ng silicon carbide substrate ay unti-unting bumababa. Sa komposisyon ng presyo ng epitaxial sheet, ang substrate ay nagkakahalaga ng higit sa 50% ng gastos, kaya sa pagbaba ng presyo ng substrate, ang presyo ng silicon carbide epitaxial sheet ay inaasahang bababa din.