Giới thiệu cơ bản về quá trình tăng trưởng epiticular SiC

Lớp epiticular là một màng tinh thể đơn cụ thể được phát triển trên wafer bằng quy trình ep·iticular, và wafer nền và màng epiticular được gọi là wafer epiticular. Bằng cách phát triển lớp epiticular silic cacbua trên nền cacbua silic dẫn điện, tấm wafer epiticular đồng nhất cacbua silic có thể được điều chế thêm thành điốt Schottky, MOSFET, IGBT và các thiết bị điện khác, trong đó chất nền 4H-SiC được sử dụng phổ biến nhất.

Do quy trình sản xuất thiết bị năng lượng cacbua silic và thiết bị năng lượng silicon truyền thống khác nhau nên nó không thể được chế tạo trực tiếp trên vật liệu đơn tinh thể cacbua silic. Các vật liệu epiticular chất lượng cao bổ sung phải được trồng trên chất nền đơn tinh thể dẫn điện và các thiết bị khác nhau phải được sản xuất trên lớp epitaxy. Vì vậy, chất lượng của lớp epitaxy có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của thiết bị. Việc cải thiện hiệu suất của các thiết bị điện khác nhau cũng đặt ra yêu cầu cao hơn về độ dày của lớp epitaxy, nồng độ pha tạp và các khuyết tật.

QUẢ SUNG. 1. Mối quan hệ giữa nồng độ pha tạp và độ dày lớp epitaxy của thiết bị đơn cực và điện áp chặn

Các phương pháp chuẩn bị lớp epiticular SIC chủ yếu bao gồm phương pháp tăng trưởng bay hơi, tăng trưởng epiticular pha lỏng (LPE), tăng trưởng epiticular chùm phân tử (MBE) và lắng đọng hơi hóa học (CVD). Hiện nay, lắng đọng hơi hóa học (CVD) là phương pháp chính được sử dụng để sản xuất quy mô lớn trong các nhà máy.

QUẢ SUNG. 2. So sánh các phương pháp chuẩn bị chính của lớp epitaxy

Trên đế {0001} ngoài trục có Góc nghiêng nhất định, như trong Hình 2(b), mật độ của bề mặt bước lớn hơn và kích thước của bề mặt bước nhỏ hơn và quá trình tạo mầm tinh thể không dễ dàng xảy ra trên bề mặt bước, nhưng thường xảy ra hơn ở điểm hợp nhất của bước. Trong trường hợp này, chỉ có một khóa tạo mầm. Do đó, lớp epiticular có thể tái tạo hoàn hảo thứ tự xếp chồng của chất nền, từ đó loại bỏ vấn đề cùng tồn tại nhiều loại.

QUẢ SUNG. 3. Sơ đồ quy trình vật lý của phương pháp epitaxy điều khiển bước 4H-SiC

QUẢ SUNG. 4. Điều kiện tới hạn cho sự phát triển CVD bằng phương pháp epit Wax kiểm soát bước 4H-SiC

QUẢ SUNG. 5. So sánh tốc độ tăng trưởng dưới các nguồn silicon khác nhau trong epitaxy 4H-SiC

Hiện nay, công nghệ epit Wax silicon cacbua tương đối trưởng thành trong các ứng dụng điện áp thấp và trung bình (như thiết bị 1200 volt). Độ đồng đều về độ dày, độ đồng đều của nồng độ pha tạp và sự phân bố khuyết tật của lớp epiticular có thể đạt đến mức tương đối tốt, về cơ bản có thể đáp ứng nhu cầu của SBD điện áp trung và thấp (diode Schottky), MOS (bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại), JBS ( diode tiếp giáp) và các thiết bị khác.

Tuy nhiên, trong lĩnh vực áp suất cao, tấm wafer epiticular vẫn cần phải vượt qua nhiều thách thức. Ví dụ, đối với các thiết bị cần chịu được điện áp 10.000 volt thì độ dày của lớp epiticular cần khoảng 100μm. So với các thiết bị điện áp thấp, độ dày của lớp epiticular và độ đồng đều của nồng độ pha tạp khác nhau nhiều, đặc biệt là độ đồng đều của nồng độ pha tạp. Đồng thời, khuyết tật tam giác ở lớp epitaxy cũng sẽ phá hủy hiệu suất tổng thể của thiết bị. Trong các ứng dụng điện áp cao, các loại thiết bị có xu hướng sử dụng thiết bị lưỡng cực, yêu cầu tuổi thọ thiểu số cao trong lớp epitaxy, do đó quy trình cần được tối ưu hóa để cải thiện tuổi thọ thiểu số.

Hiện nay, epitaxy trong nước chủ yếu là 4 inch và 6 inch, tỷ lệ epit Wax silicon cacbua kích thước lớn đang tăng lên hàng năm. Kích thước của tấm epitaxy cacbua silic chủ yếu bị giới hạn bởi kích thước của chất nền cacbua silic. Hiện nay, chất nền cacbua silic 6 inch đã được thương mại hóa, do đó, chất nền cacbua silic đang dần chuyển từ 4 inch sang 6 inch. Với sự cải tiến liên tục của công nghệ chuẩn bị chất nền cacbua silic và mở rộng công suất, giá chất nền cacbua silic đang giảm dần. Trong thành phần giá tấm epiticular, chất nền chiếm hơn 50% chi phí, do đó, với việc giá chất nền giảm, giá của tấm epiticular silic cacbua dự kiến ​​cũng sẽ giảm.