Епитаксијални слојеви: основа напредних полупроводничких уређаја

Слика 1: Илуструје корелацију између концентрација допинга, дебљине слоја и пробојног напона за униполарне уређаје.

Припрема епитаксијалних слојева СиЦ првенствено обухвата технике као што су раст испаравањем, епитаксија течне фазе (ЛПЕ), епитаксија молекуларним снопом (МБЕ) и хемијско таложење паре (ЦВД), при чему је ЦВД доминантна метода за масовну производњу у фабрикама.

Табела 1: Даје упоредни преглед главних метода припреме епитаксијалног слоја.

Револуционарни приступ укључује раст на подлогама ван осе {0001} под одређеним углом нагиба, као што је приказано на слици 2(б). Овај метод значајно повећава густину корака док смањује величину корака, олакшавајући нуклеацију првенствено на местима за спајање корака и на тај начин омогућавајући епитаксијалном слоју да савршено реплицира секвенцу слагања супстрата, елиминишући коегзистенцију политипова.

Слика 2: Демонстрира физички процес степенасто контролисане епитаксије у 4Х-СиЦ.

Слика 3: Приказује критичне услове за раст ЦВД у степенасто контролисаној епитаксији за 4Х-СиЦ.

Слика 4: Упоређује стопе раста под различитим изворима силицијума за 4Х-СиЦ епитаксију.

У области апликација ниског и средњег напона (нпр. уређаји од 1200 В), технологија епитаксије СиЦ је достигла зрелу фазу, нудећи релативно супериорну униформност у дебљини, концентрацији допинга и дистрибуцији дефеката, адекватно испуњавајући захтеве за ниско и средњенапонске СБД. , МОС, ЈБС уређаји и други.

Међутим, високонапонски домен и даље представља значајне изазове. На пример, уређаји са напоном од 10000 В захтевају епитаксијалне слојеве дебљине приближно 100 μм, али ови слојеви показују знатно лошију дебљину и уједначеност допинга у поређењу са својим нисконапонским колегама, а да не помињемо штетан утицај троугластих дефеката на укупне перформансе уређаја. Високонапонске апликације, које имају тенденцију да фаворизују биполарне уређаје, такође постављају строге захтеве за животни век мањинских носача, што захтева оптимизацију процеса да би се побољшао овај параметар.

Тренутно, тржиштем доминирају 4-инчне и 6-инчне СиЦ епитаксијалне плочице, уз постепено повећање удела СиЦ епитаксијалних плочица великог пречника. Величина СиЦ епитаксијалних плоча је фундаментално одређена димензијама СиЦ супстрата. Са 6-инчним СиЦ подлогама које су сада комерцијално доступне, прелазак са 4-инчне на 6-инчну СиЦ епитаксију је стално у току.

Како технологија производње СиЦ супстрата напредује и производни капацитети се шире, цена СиЦ супстрата прогресивно опада. С обзиром на то да супстрати чине више од 50% трошкова епитаксијалних плочица, очекује се да ће опадајуће цене супстрата довести до нижих трошкова за СиЦ епитаксију, чиме се обећава светлија будућност за индустрију.**