Епитаксијални слој је специфичан монокристални филм који се узгаја на плочици епитаксијалним поступком, а подлога и епитаксијални филм се називају епитаксијална плочица. Узгајањем епитаксијалног слоја од силицијум карбида на проводљивој подлози од силицијум карбида, хомогена епитаксијална плоча од силицијум карбида може се даље припремити у Шоткијеве диоде, МОСФЕТ, ИГБТ и друге енергетске уређаје, међу којима се најчешће користи 4Х-СиЦ супстрат.
Због различитог процеса производње уређаја за напајање од силицијум карбида и традиционалног уређаја за напајање силицијумом, не може се директно произвести на монокристалном материјалу од силицијум карбида. Додатни висококвалитетни епитаксијални материјали морају се узгајати на проводној монокристалној подлози, а на епитаксијалном слоју се морају производити различити уређаји. Дакле, квалитет епитаксијалног слоја има велики утицај на перформансе уређаја. Побољшање перформанси различитих енергетских уређаја такође поставља веће захтеве за дебљином епитаксијалног слоја, концентрацијом допинга и дефектима.
Фиг. 1. Однос концентрације допинга и дебљине епитаксијалног слоја униполарног уређаја и напона блокирања
Методе припреме СИЦ епитаксијалног слоја углавном укључују методу раста испаравањем, епитаксијални раст течне фазе (ЛПЕ), епитаксијални раст молекуларног снопа (МБЕ) и хемијско таложење паре (ЦВД). Тренутно је хемијско таложење паре (ЦВД) главна метода која се користи за производњу великих размера у фабрикама.
| Начин припреме | Предности процеса | Недостаци процеса |
|
Епитаксиални раст течне фазе
(ЛПЕ)
|
Једноставни захтеви за опремом и методе раста ниске цене. |
Тешко је контролисати морфологију површине епитаксијалног слоја. Опрема не може епитаксијализирати више плочица истовремено, ограничавајући масовну производњу. |
|
Епитаксијални раст молекуларног зрака (МБЕ)
|
Различити епитаксијални слојеви кристала СиЦ могу се узгајати на ниским температурама раста |
Захтеви опреме за вакуум су високи и скупи. Споро раст епитаксијалног слоја |
|
Хемијско таложење паре (ЦВД) |
Најважнији метод за масовну производњу у фабрикама. Брзина раста се може прецизно контролисати када се узгајају дебели епитаксијални слојеви. |
СиЦ епитаксијални слојеви и даље имају различите дефекте који утичу на карактеристике уређаја, тако да се процес епитаксијалног раста за СиЦ треба континуирано оптимизовати.（ТаЦпотребно, види СемицераТаЦ производ） |
|
Метода раста испаравањем
|
Користећи исту опрему као извлачење кристала СиЦ, процес се мало разликује од извлачења кристала. Зрела опрема, ниска цена |
Неуједначено испаравање СиЦ-а отежава коришћење његовог испаравања за узгој висококвалитетних епитаксијалних слојева |
Фиг. 2. Поређење главних метода припреме епитаксијалног слоја
На подлози ван осе {0001} са одређеним углом нагиба, као што је приказано на слици 2(б), густина површине степеница је већа, а величина површине степеница је мања, а нуклеацију кристала није лако настају на површини степеница, али се чешће јављају на месту спајања степеница. У овом случају, постоји само један кључ за нуклеацију. Стога, епитаксијални слој може савршено реплицирати редослед слагања супстрата, чиме се елиминише проблем коегзистенције више типова.
Фиг. 3. Дијаграм физичког процеса методе степенасте контроле епитаксије 4Х-СиЦ
Фиг. 4. Критични услови за раст ЦВД методом степенасто контролисане епитаксије 4Х-СиЦ
Фиг. 5. Поређење стопа раста под различитим изворима силицијума у 4Х-СиЦ епитаксији
Тренутно је технологија епитаксије силицијум карбида релативно зрела у апликацијама ниског и средњег напона (као што су уређаји од 1200 волти). Уједначеност дебљине, уједначеност концентрације допинга и дистрибуција дефекта епитаксијалног слоја могу достићи релативно добар ниво, што у основи може задовољити потребе средњег и ниског напона СБД (Шотки диода), МОС (метал оксид полупроводнички транзистор са ефектом поља), ЈБС ( спојна диода) и други уређаји.
Међутим, у области високог притиска, епитаксијалне плочице и даље морају да превазиђу многе изазове. На пример, за уређаје који треба да издрже 10.000 волти, дебљина епитаксијалног слоја треба да буде око 100 μм. У поређењу са нисконапонским уређајима, дебљина епитаксијалног слоја и униформност концентрације допинга су много различите, посебно униформност концентрације допинга. Истовремено, дефект троугла у епитаксијалном слоју ће такође уништити укупне перформансе уређаја. У високонапонским апликацијама, типови уређаја имају тенденцију да користе биполарне уређаје, који захтевају дуг животни век мањине у епитаксијалном слоју, тако да процес треба оптимизовати да би се побољшао животни век мањине.
Тренутно је домаћа епитаксија углавном 4 инча и 6 инча, а удео епитаксије велике величине силицијум карбида се повећава из године у годину. Величина епитаксијалне плоче од силицијум карбида је углавном ограничена величином подлоге од силицијум карбида. Тренутно је супстрат од силицијум карбида од 6 инча комерцијализован, тако да епитаксијал од силицијум карбида постепено прелази са 4 инча на 6 инча. Уз континуирано побољшање технологије припреме подлоге од силицијум карбида и проширење капацитета, цена супстрата од силицијум карбида постепено се смањује. У саставу цене епитаксијалне плоче, супстрат чини више од 50% цене, тако да се са падом цене супстрата очекује и смањење цене епитаксијалне плоче од силицијум карбида.
Време поста: Јун-03-2024