Epitaksiale lag: Grundlaget for avancerede halvlederenheder

Figur 1: Illustrerer sammenhængen mellem dopingkoncentrationer, lagtykkelse og gennembrudsspænding for unipolære enheder.

Forberedelsen af ​​SiC-epitaksiale lag omfatter primært teknikker såsom fordampningsvækst, væskefaseepitaxi (LPE), molekylær stråleepitaxi (MBE) og kemisk dampaflejring (CVD), hvor CVD er den dominerende metode til masseproduktion på fabrikker.

Tabel 1: Giver et sammenlignende overblik over de vigtigste epitaksiale lagforberedelsesmetoder.

En banebrydende tilgang involverer vækst på off-akse {0001}-substrater ved en specifik hældningsvinkel, som vist i figur 2(b). Denne metode øger trindensiteten markant, mens den reducerer trinstørrelsen, letter nukleering primært ved trin-bundningssteder og tillader således det epitaksiale lag at replikere substratets stablesekvens perfekt, hvilket eliminerer sameksistensen af ​​polytyper.

Figur 2: Demonstrerer den fysiske proces med trinstyret epitaksi i 4H-SiC.

Figur 3: Viser de kritiske betingelser for CVD-vækst i trinstyret epitaksi for 4H-SiC.

Figur 4: Sammenligner væksthastigheder under forskellige siliciumkilder for 4H-SiC-epitaksi.

Inden for lav- og mellemspændingsapplikationer (f.eks. 1200V-enheder) har SiC-epitaksiteknologi nået et modent stadie, der tilbyder relativt overlegen ensartethed i tykkelse, dopingkoncentration og defektfordeling, og opfylder tilstrækkeligt kravene til lav- og mellemspændings-SBD , MOS, JBS-enheder og andre.

Højspændingsdomænet byder dog stadig på betydelige udfordringer. For eksempel kræver enheder, der er vurderet til 10000V, epitaksiale lag med en tykkelse på ca. 100μm, men disse lag udviser betydeligt dårligere tykkelse og dopingensartethed sammenlignet med deres lavspændingsmodstykker, for ikke at nævne den skadelige indvirkning af trekantede defekter på enhedens samlede ydeevne. Højspændingsapplikationer, som har tendens til at favorisere bipolære enheder, stiller også strenge krav til minoritetsbærerens levetid, hvilket nødvendiggør procesoptimering for at forbedre denne parameter.

I øjeblikket er markedet domineret af 4-tommer og 6-tommer SiC epitaksiale wafere, med en gradvis stigning i andelen af ​​SiC epitaksiale wafere med stor diameter. Størrelsen af ​​SiC epitaksiale wafere er grundlæggende bestemt af dimensionerne af SiC substrater. Med 6-tommer SiC-substrater, der nu er kommercielt tilgængelige, er overgangen fra 4-tommer til 6-tommer SiC-epitaksi støt i gang.

Efterhånden som teknologien til fremstilling af SiC-substrater udvikler sig, og produktionskapaciteten udvides, falder prisen på SiC-substrater gradvist. I betragtning af, at substrater tegner sig for mere end 50% af omkostningerne ved epitaksiale wafere, forventes de faldende substratpriser at føre til lavere omkostninger for SiC-epitaksi, hvilket lover en lysere fremtid for industrien.**