Басқарылатын эпитаксиалды өсу дегеніміз не?

SiC қуат құрылғыларын дайындаудың негізгі технологияларының бірі ретінде, SiC эпитаксиалды өсу технологиясы арқылы өсірілген эпитаксияның сапасы SiC құрылғыларының өнімділігіне тікелей әсер етеді. Қазіргі уақытта SiC эпитаксиалды өсірудің ең негізгі технологиясы химиялық булардың тұндыру (CVD) болып табылады.

СИК-тің көптеген тұрақты кристалды политыптары бар. Сондықтан, алынған эпитаксиальды өсу қабатына нақты кристалды полититпені иелену үшінSIC субстраты, субстраттың үш өлшемді атомдық туралы ақпаратын эпитаксальды өсу қабатына ауыстыру қажет және бұл арнайы әдістерді қажет етеді. Хироюки Матсунами, Киото университетінің профессоры, басқалар, ал басқалары тиісті өсу жағдайында аз индексті кристалды кристалды жазықтықта химиялық будың тұндыру технологиясын (CVD) ұсынды. Бұл техникалық әдіс сонымен бірге эпитаксиальды өсудің кезең-кезеңімен басқарылады.

1-суретте SiC эпитаксиалды өсімін сатылы басқарылатын эпитаксиалды өсу әдісімен орындау жолы көрсетілген. Таза және бұрышсыз SiC субстратының беті сатылар қабаттарына түзіліп, молекулалық деңгейдегі қадам және кесте құрылымы алынады. Шикізат газы енгізілгенде, шикізат SiC субстратының бетіне жеткізіледі, ал үстелде қозғалатын шикізат қадамдар бойынша реттілікпен ұсталады. Ұсталған шикізат кристалды политипке сәйкес келетін құрылымды түзген кездеSIC субстратыТиісті позицияда эпитаксиальды қабат SIC субстратының нақты кристалды полититпісін сәтті мұра алады.

1-сурет: SIC субстратының эпитаксиалды өсуі (0001)

Әрине, қадаммен басқарылатын эпитаксиалды өсу технологиясымен проблемалар болуы мүмкін. Өсу жағдайлары тиісті шарттарға сәйкес келмегенде, шикізат ядроланып, сатыларда емес, үстелде кристалдар түзеді, бұл әртүрлі кристалды политиптердің өсуіне әкеледі, бұл идеалды эпитаксиалды қабаттың өспеуіне әкеледі. Егер эпитаксиалды қабатта гетерогенді политиптер пайда болса, жартылай өткізгіш құрылғы өлімге әкелетін ақаулармен қалуы мүмкін. Сондықтан, қадаммен басқарылатын эпитаксиалды өсу технологиясында ауытқу дәрежесі қадам енін ақылға қонымды өлшемге жеткізу үшін жобалануы керек. Бұл ретте шикізат газындағы Si шикізаты мен С шикізатының концентрациясы, өсу температурасы және басқа да жағдайлар сатыларда кристалдардың басымдықты түзілу шарттарына сай болуы керек. Қазіргі уақытта негізгі беті4 типті SIC субстратынарықта 4° иілу бұрышы (0001) бетін ұсынады, ол қадаммен басқарылатын эпитаксиалды өсу технологиясының талаптарын қанағаттандыра алады, сондай-ақ бульден алынған пластиналар санын көбейтеді.

Жоғары таза сутегі SiC эпитаксиалды өсуі үшін химиялық бу тұндыру әдісінде тасымалдаушы ретінде пайдаланылады және SiH4 сияқты Si шикізаты және C3H8 сияқты C шикізаты субстрат температурасы әрқашан бір температурада сақталатын SiC субстратының бетіне енгізіледі. 1500-1600℃. 1500-1600°С температурада жабдықтың ішкі қабырғасының температурасы жеткілікті жоғары болмаса, шикізатты беру тиімділігі жақсармайды, сондықтан ыстық қабырғалық реакторды қолдану қажет. SiC эпитаксиалды өсу жабдығының көптеген түрлері бар, соның ішінде тік, көлденең, көп пластиналы және бір-вафлитүрлері. 2, 3 және 4-суреттер SiC эпитаксиалды өсу жабдығының үш түрінің реактор бөлігінің газ ағыны мен субстрат конфигурациясын көрсетеді.

2-сурет Көпіріңіз

3-сурет. Мульти-чип революциясы

4-сурет Бір чип

SiC эпитаксиалды субстраттардың жаппай өндірісіне қол жеткізу үшін бірнеше негізгі тармақтарды ескеру қажет: эпитаксиалды қабат қалыңдығының біркелкілігі, қоспа концентрациясының біркелкілігі, шаң, шығымдылық, компоненттерді ауыстыру жиілігі және техникалық қызмет көрсету ыңғайлылығы. Олардың ішінде допинг концентрациясының біркелкілігі құрылғының кернеуге төзімділігін бөлуге тікелей әсер етеді, сондықтан пластинаның бетінің, партияның және партияның біркелкілігі өте жоғары. Сонымен қатар, өсу процесінде реактордағы компоненттерге және сору жүйесіне бекітілген реакция өнімдері шаң көзіне айналады және бұл шаңдарды қалай ыңғайлы жою керектігі де маңызды зерттеу бағыты болып табылады.

SiC эпитаксиалды өсуден кейін қуатты құрылғыларды өндіру үшін пайдалануға болатын жоғары таза SiC монокристалды қабаты алынады. Сонымен қатар, эпитаксиалды өсу арқылы субстратта бар базальды жазықтық дислокациясын (BPD) субстрат/дрейф қабатының интерфейсінде бұрандалы жиек дислокациясына (TED) айналдыруға болады (5-суретті қараңыз). Биполярлық ток өткен кезде, BPD жинақтау ақауының кеңеюіне ұшырайды, бұл құрылғы сипаттамаларының нашарлауына әкеледі, мысалы, кедергінің жоғарылауы. Дегенмен, BPD TED түрлендірілгеннен кейін құрылғының электрлік сипаттамаларына әсер етпейді. Эпитаксиалды өсу биполярлық токтан туындаған құрылғының деградациясын айтарлықтай төмендетуі мүмкін.

5-сурет: Эпитаксиалды өсуге дейінгі және кейінгі SiC субстратының BPD және конверсиядан кейінгі TED қимасы

SiC эпитаксиалды өсіндісінде дрейф қабаты мен субстрат арасында буферлік қабат жиі енгізіледі. n-типті допингтің жоғары концентрациясы бар буферлік қабат азшылық тасымалдаушылардың рекомбинациясына ықпал ете алады. Сонымен қатар, буферлік қабатта базальды жазықтықтың дислокациясының (BPD) түрлендіру функциясы бар, ол құнына айтарлықтай әсер етеді және құрылғыны жасаудың өте маңызды технологиясы болып табылады.