Tăng trưởng epiticular được kiểm soát bởi từng bước？

Là một trong những công nghệ cốt lõi để chuẩn bị các thiết bị SIC Power, chất lượng của epitax được phát triển bởi công nghệ tăng trưởng epiticular SIC sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của các thiết bị SIC. Hiện tại, công nghệ tăng trưởng epiticular chính thống nhất là lắng đọng hơi hóa học (CVD).

Có nhiều polytypes tinh thể ổn định của sic. Do đó, để cho phép lớp tăng trưởng epiticular thu được để thừa hưởng polytype tinh thể cụ thể củaChất nền SiC, cần phải chuyển thông tin sắp xếp nguyên tử ba chiều của chất nền sang lớp tăng trưởng epiticular và điều này đòi hỏi một số phương pháp đặc biệt. Hiroyuki Matsunami, giáo sư danh dự của Đại học Kyoto và những người khác đã đề xuất công nghệ tăng trưởng epiticular SiC, thực hiện lắng đọng hơi hóa học (CVD) trên mặt phẳng tinh thể chiết suất thấp của chất nền SiC theo hướng góc lệch nhỏ trong điều kiện tăng trưởng thích hợp. Phương pháp kỹ thuật này còn được gọi là phương pháp tăng trưởng epiticular được kiểm soát theo bước.

Hình 1 cho thấy cách thực hiện tăng trưởng epiticular SiC bằng phương pháp tăng trưởng epiticular được kiểm soát theo từng bước. Bề mặt của chất nền SiC sạch và góc lệch được hình thành thành các lớp bước và thu được cấu trúc bảng và bước ở cấp độ phân tử. Khi khí nguyên liệu thô được đưa vào, nguyên liệu thô được cung cấp lên bề mặt của chất nền SiC và nguyên liệu thô chuyển động trên bàn được thu giữ theo các bước theo trình tự. Khi nguyên liệu thô được thu giữ tạo thành một sự sắp xếp phù hợp với kiểu đa dạng tinh thể củaChất nền SiCỞ vị trí tương ứng, lớp epiticular kế thừa thành công polytype tinh thể cụ thể của chất nền SIC.

Hình 1: Sự tăng trưởng epiticular của chất nền SiC với góc lệch (0001)

Tất nhiên, có thể có vấn đề với công nghệ tăng trưởng epiticular được kiểm soát từng bước. Khi điều kiện tăng trưởng không đáp ứng được điều kiện thích hợp, nguyên liệu thô sẽ tạo mầm và tạo ra các tinh thể trên bàn thay vì trên các bậc thang, điều này sẽ dẫn đến sự phát triển của các loại tinh thể khác nhau, khiến lớp epiticular lý tưởng không thể phát triển. Nếu các polytype không đồng nhất xuất hiện trong lớp epitaxy, thiết bị bán dẫn có thể bị lỗi nghiêm trọng. Vì vậy, trong công nghệ tăng trưởng epiticular điều khiển theo bước, độ lệch phải được thiết kế sao cho chiều rộng bước đạt kích thước hợp lý. Đồng thời, nồng độ nguyên liệu Si và nguyên liệu C trong khí nguyên liệu, nhiệt độ tăng trưởng và các điều kiện khác cũng phải đáp ứng các điều kiện ưu tiên hình thành tinh thể trên các bước. Hiện nay, bề mặt chínhChất nền SiC loại 4HTrên thị trường trình bày bề mặt góc độ lệch 4 ° (0001), có thể đáp ứng cả hai yêu cầu của công nghệ tăng trưởng epiticular được kiểm soát bước và tăng số lượng wafer thu được từ Boule.

Hydro có độ tinh khiết cao được sử dụng làm chất mang trong phương pháp lắng đọng hơi hóa học để tăng trưởng epiticular SiC và các nguyên liệu thô Si như nguyên liệu SiH4 và C như C3H8 được đưa vào bề mặt của chất nền SiC có nhiệt độ cơ chất luôn được duy trì ở mức 1500-1600oC. Ở nhiệt độ 1500-1600°C, nếu nhiệt độ của thành trong của thiết bị không đủ cao thì hiệu suất cung cấp nguyên liệu thô sẽ không được cải thiện nên cần phải sử dụng lò phản ứng vách nóng. Có nhiều loại thiết bị tăng trưởng epiticular SiC, bao gồm dọc, ngang, đa wafer và đơnbánh xốpcác loại. Hình 2, 3 và 4 cho thấy dòng khí và cấu hình cơ chất của bộ phận phản ứng của ba loại thiết bị tăng trưởng epiticular SiC.

Hình 2 Xoay và Cách mạng đa chip

Hình 3 Cuộc cách mạng đa chip

Hình 4 Chip đơn

Có một số điểm chính cần xem xét để đạt được sản xuất hàng loạt chất nền epiticular: tính đồng nhất của độ dày lớp epiticular, tính đồng nhất của nồng độ pha tạp, bụi, năng suất, tần suất thay thế thành phần và thuận tiện cho việc bảo trì. Trong số đó, tính đồng nhất của nồng độ pha tạp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố điện áp của thiết bị, do đó tính đồng nhất của bề mặt wafer, lô và lô rất cao. Ngoài ra, các sản phẩm phản ứng gắn liền với các thành phần trong lò phản ứng và hệ thống xả trong quá trình tăng trưởng sẽ trở thành nguồn bụi và cách loại bỏ các loại bụi này một cách thuận tiện cũng là một hướng nghiên cứu quan trọng.

Sau khi tăng trưởng epiticular, một lớp tinh thể đơn SIC có thể được sử dụng để sản xuất các thiết bị năng lượng. Ngoài ra, thông qua sự tăng trưởng epiticular, trật khớp mặt phẳng cơ bản (BPD) tồn tại trong chất nền cũng có thể được chuyển đổi thành trật khớp cạnh ren (TED) tại giao diện lớp cơ chất/trôi (xem Hình 5). Khi dòng điện lưỡng cực chảy qua, BPD sẽ trải qua việc mở rộng lỗi xếp chồng, dẫn đến sự xuống cấp của các đặc tính thiết bị như tăng khả năng chống lại. Tuy nhiên, sau khi BPD được chuyển đổi thành TED, các đặc tính điện của thiết bị sẽ không bị ảnh hưởng. Tăng trưởng epiticular có thể làm giảm đáng kể sự suy giảm của thiết bị do dòng lưỡng cực.

Hình 5: BPD của chất nền SIC trước và sau khi tăng trưởng epiticular và mặt cắt TED sau khi chuyển đổi

Trong sự tăng trưởng epiticular của SIC, một lớp đệm thường được chèn giữa lớp trôi và chất nền. Lớp đệm có nồng độ pha tạp loại N cao có thể thúc đẩy sự tái hợp của các tàu sân bay thiểu số. Ngoài ra, lớp đệm cũng có chức năng chuyển đổi trật khớp mặt phẳng cơ bản (BPD), có tác động đáng kể đến chi phí và là một công nghệ sản xuất thiết bị rất quan trọng.