رشد اپیتاکسیال کنترل مرحله ای چیست

به عنوان یکی از فناوری‌های اصلی برای تهیه دستگاه‌های قدرت SiC، کیفیت اپیتاکسی رشد یافته توسط فناوری رشد همپایه SiC به طور مستقیم بر عملکرد دستگاه‌های SiC تأثیر می‌گذارد. در حال حاضر، اصلی ترین تکنولوژی رشد همپایه SiC، رسوب شیمیایی بخار (CVD) است.

پلی تیپهای کریستالی پایدار بسیاری از SIC وجود دارد. بنابراین ، به منظور فعال کردن لایه رشد اپیتاکسیال به دست آمده برای ارث بردن پلی پلی کریستال خاص ازبستر SiCانتقال اطلاعات آرایش اتمی سه بعدی بستر به لایه رشد اپیتاکسیال ضروری است و این امر مستلزم روش های خاصی است. هیرویوکی ماتسونامی، استاد بازنشسته دانشگاه کیوتو، و دیگران چنین فناوری رشد همپایه SiC را پیشنهاد کردند که رسوب بخار شیمیایی (CVD) را بر روی صفحه کریستالی با شاخص پایین بستر SiC در یک جهت خارج از زاویه کوچک در شرایط رشد مناسب انجام می‌دهد. این روش فنی را روش رشد اپیتاکسیال گامی کنترل شده نیز می نامند.

شکل 1 نحوه انجام رشد اپیتاکسیال SiC با روش رشد اپیتاکسیال کنترل شده را نشان می دهد. سطح یک بستر SiC تمیز و خارج از زاویه به لایه های پله ای تبدیل می شود و پله و ساختار جدول در سطح مولکولی به دست می آید. هنگامی که گاز ماده خام وارد می شود، مواد خام به سطح بستر SiC عرضه می شود و مواد خام در حال حرکت روی میز توسط مراحل به ترتیب جذب می شود. هنگامی که ماده خام جذب شده آرایشی مطابق با پلی تیپ کریستالی تشکیل می دهدبستر SiCدر موقعیت مربوطه، لایه اپیتاکسیال با موفقیت پلی تیپ کریستالی خاص بستر SiC را به ارث می برد.

شکل 1: رشد اپیتاکسی بستر SIC با زاویه خارج (0001)

البته ممکن است با فناوری رشد اپیتاکسیال کنترل شده ، مشکلاتی وجود داشته باشد. هنگامی که شرایط رشد شرایط مناسب را برآورده نمی کند ، مواد اولیه به جای مراحل ، کریستال هایی را روی میز تولید می کنند و این امر منجر به رشد پلی پلی های کریستالی مختلف می شود و باعث می شود لایه اپی کلیسای ایده آل رشد کند. اگر پلی تیپ های ناهمگن در لایه اپیتاکسیال ظاهر شوند ، ممکن است دستگاه نیمه هادی با نقص کشنده باقی بماند. بنابراین ، در فن آوری رشد اپیتاکسیال کنترل شده ، باید درجه انحراف را طراحی شود تا عرض گام به اندازه معقول برسد. در عین حال ، غلظت مواد اولیه Si و مواد اولیه C در گاز مواد اولیه ، دمای رشد و سایر شرایط نیز باید شرایط تشکیل اولویت کریستال ها را در مراحل انجام دهد. در حال حاضر ، سطح اصلیبستر SIC از نوع 4Hدر بازار سطح زاویه انحراف 4 درجه (0001) را نشان می دهد ، که می تواند هر دو نیاز فناوری رشد اپیتاکسیال کنترل شده را برآورده کند و هم تعداد ویفرهای به دست آمده از بلوک را افزایش دهد.

هیدروژن با خلوص بالا به عنوان یک حامل در روش رسوب بخار شیمیایی برای رشد همپایه SiC استفاده می شود و مواد خام Si مانند SiH4 و مواد خام C مانند C3H8 به سطح زیرلایه SiC که دمای بستر همیشه در آن حفظ می شود، وارد می شود. 1500-1600 ℃. در دمای 1500-1600 درجه سانتیگراد، اگر دمای دیواره داخلی تجهیزات به اندازه کافی بالا نباشد، راندمان تامین مواد اولیه بهبود نمی یابد، بنابراین استفاده از راکتور دیوار داغ ضروری است. انواع زیادی از تجهیزات رشد اپیتاکسیال SiC از جمله عمودی، افقی، چند ویفری و تکویفرانواع شکل 2 ، 3 و 4 جریان گاز و پیکربندی بستر قسمت راکتور سه نوع تجهیزات رشد اپیتاکسیال SIC را نشان می دهد.

شکل 2 چرخش و چرخش چند تراشه

شکل 3 انقلاب چند چینه

شکل 4 تک تراشه

چندین نکته کلیدی برای دستیابی به تولید انبوه بسترهای همپای SiC وجود دارد: یکنواختی ضخامت لایه همپایی، یکنواختی غلظت دوپینگ، گرد و غبار، عملکرد، فرکانس تعویض اجزا و راحتی نگهداری. در این میان، یکنواختی غلظت دوپینگ به طور مستقیم بر توزیع مقاومت ولتاژ دستگاه تأثیر می گذارد، بنابراین یکنواختی سطح ویفر، دسته و دسته بسیار بالا است. علاوه بر این، محصولات واکنش متصل به اجزای راکتور و سیستم اگزوز در طول فرآیند رشد به منبع گرد و غبار تبدیل می‌شوند و نحوه حذف راحت این غبارها نیز یک جهت تحقیقاتی مهم است.

پس از رشد اپیتاکسیال SiC، یک لایه تک کریستالی SiC با خلوص بالا که می تواند برای ساخت دستگاه های قدرت استفاده شود به دست می آید. علاوه بر این، از طریق رشد اپیتاکسیال، نابجایی صفحه پایه (BPD) موجود در بستر نیز می تواند به یک دررفتگی لبه نخی (TED) در سطح مشترک لایه زیرلایه/دریفت تبدیل شود (شکل 5 را ببینید). هنگامی که یک جریان دوقطبی از آن عبور می کند، BPD دچار انبساط خطای انباشته می شود که منجر به تخریب ویژگی های دستگاه مانند افزایش مقاومت در برابر روشن می شود. با این حال، پس از تبدیل BPD به TED، ویژگی های الکتریکی دستگاه تحت تأثیر قرار نمی گیرد. رشد اپیتاکسیال می تواند به طور قابل توجهی تخریب دستگاه ناشی از جریان دوقطبی را کاهش دهد.

شکل 5: BPD بستر SIC قبل و بعد از رشد اپیتاکسیال و مقطع TED پس از تبدیل

در رشد اپیتاکسیال SIC ، یک لایه بافر اغلب بین لایه رانش و بستر درج می شود. لایه بافر با غلظت بالای دوپینگ از نوع N می تواند نوترکیب حامل های اقلیت را ترویج کند. علاوه بر این ، لایه بافر همچنین عملکرد جابجایی هواپیمای پایه (BPD) را دارد که تأثیر قابل توجهی در هزینه دارد و یک فناوری تولید دستگاه بسیار مهم است.