Epitaxiale lagen: de basis van geavanceerde halfgeleiderapparaten

Figuur 1: illustreert de correlatie tussen dopingconcentraties, laagdikte en doorslagspanning voor unipolaire apparaten.

De bereiding van epitaxiale SiC-lagen omvat voornamelijk technieken zoals verdampingsgroei, vloeistoffase-epitaxie (LPE), moleculaire bundelepitaxie (MBE) en chemische dampafzetting (CVD), waarbij CVD de belangrijkste methode is voor massaproductie in fabrieken.

Tabel 1: Geeft een vergelijkend overzicht van de belangrijkste preparatiemethoden voor epitaxiale lagen.

Een baanbrekende aanpak omvat groei op substraten buiten de as {0001} onder een specifieke kantelhoek, zoals weergegeven in figuur 2(b). Deze methode verhoogt de stapdichtheid aanzienlijk terwijl de stapgrootte wordt verkleind, waardoor kiemvorming voornamelijk op stapbundelplaatsen wordt vergemakkelijkt en waardoor de epitaxiale laag de stapelvolgorde van het substraat perfect kan repliceren, waardoor het naast elkaar bestaan ​​van polytypes wordt geëlimineerd.

Figuur 2: Demonstreert het fysieke proces van stapgecontroleerde epitaxie in 4H-SiC.

Figuur 3: Toont de kritische omstandigheden voor CVD-groei in stapgecontroleerde epitaxie voor 4H-SiC.

Figuur 4: Vergelijkt de groeisnelheden onder verschillende siliciumbronnen voor 4H-SiC-epitaxie.

Op het gebied van laag- en middenspanningstoepassingen (bijvoorbeeld 1200V-apparaten) heeft de SiC-epitaxietechnologie een volwassen stadium bereikt, waardoor een relatief superieure uniformiteit in dikte, doteringsconcentratie en defectverdeling wordt geboden, waardoor adequaat wordt voldaan aan de vereisten voor SBD op lage en middenspanning. , MOS-, JBS-apparaten en andere.

Het hoogspanningsdomein biedt echter nog steeds aanzienlijke uitdagingen. Apparaten met een vermogen van 10.000 V vereisen bijvoorbeeld epitaxiale lagen van ongeveer 100 μm dik, maar deze lagen vertonen een aanzienlijk slechtere dikte en doteringsuniformiteit vergeleken met hun laagspanningstegenhangers, om nog maar te zwijgen van de schadelijke impact van driehoekige defecten op de algehele prestaties van het apparaat. Hoogspanningstoepassingen, die de voorkeur geven aan bipolaire apparaten, stellen ook strenge eisen aan de levensduur van minderheidsdragers, waardoor procesoptimalisatie nodig is om deze parameter te verbeteren.

Momenteel wordt de markt gedomineerd door epitaxiale SiC-wafels van 4 inch en 6 inch, met een geleidelijke toename van het aandeel epitaxiale SiC-wafels met grote diameter. De grootte van epitaxiale SiC-wafels wordt fundamenteel bepaald door de afmetingen van SiC-substraten. Nu 6-inch SiC-substraten in de handel verkrijgbaar zijn, is de overgang van 4-inch naar 6-inch SiC-epitaxie gestaag aan de gang.

Naarmate de technologie voor de vervaardiging van SiC-substraten vordert en de productiecapaciteiten toenemen, nemen de kosten van SiC-substraten geleidelijk af. Gegeven dat substraten meer dan 50% van de kosten van epitaxiale wafers uitmaken, zullen de dalende substraatprijzen naar verwachting leiden tot lagere kosten voor SiC-epitaxie, waardoor een betere toekomst voor de industrie wordt beloofd.**