Էպիտաքսիալ շերտը հատուկ մեկ բյուրեղյա թաղանթ է, որը աճեցվում է վաֆլի վրա էպիտաքսիալ գործընթացով, իսկ ենթաշերտի վաֆերը և էպիտաքսիալ թաղանթը կոչվում են էպիտաքսիալ վաֆլի: Սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիալ շերտը հաղորդիչ սիլիցիումի կարբիդային ենթաշերտի վրա աճեցնելով, սիլիցիումի կարբիդի համասեռ էպիտաքսիալ վաֆլան կարող է հետագայում պատրաստվել Schottky դիոդների, MOSFET-ների, IGBT-ների և այլ ուժային սարքերի, որոնց թվում առավել հաճախ օգտագործվում է 4H-SiC սուբստրատը:
Սիլիցիումի կարբիդային էներգիայի սարքի և ավանդական սիլիցիումային էներգիայի սարքի տարբեր արտադրության գործընթացի պատճառով այն չի կարող ուղղակիորեն արտադրվել սիլիցիումի կարբիդի մեկ բյուրեղյա նյութի վրա: Լրացուցիչ բարձրորակ էպիտաքսիալ նյութեր պետք է աճեցվեն հաղորդիչ միաբյուրեղային հիմքի վրա, և տարբեր սարքեր պետք է արտադրվեն էպիտաքսիալ շերտի վրա: Հետևաբար, էպիտաքսիալ շերտի որակը մեծ ազդեցություն ունի սարքի աշխատանքի վրա: Տարբեր ուժային սարքերի աշխատանքի բարելավումը նաև ավելի բարձր պահանջներ է առաջադրում էպիտաքսիալ շերտի հաստության, դոպինգի կոնցենտրացիայի և թերությունների նկատմամբ:
ՆԿԱՐ. 1. Դոպինգի կոնցենտրացիայի և միաբևեռ սարքի էպիտաքսիալ շերտի հաստության և արգելափակող լարման միջև կապը
SIC էպիտաքսիալ շերտի պատրաստման մեթոդները հիմնականում ներառում են գոլորշիացման աճի մեթոդը, հեղուկ փուլային էպիտաքսիալ աճը (LPE), մոլեկուլային ճառագայթով էպիտաքսիալ աճը (MBE) և քիմիական գոլորշիների նստեցումը (CVD): Ներկայումս քիմիական գոլորշիների նստեցումը (CVD) հիմնական մեթոդն է, որն օգտագործվում է գործարաններում լայնածավալ արտադրության համար:
| Պատրաստման եղանակը | Գործընթացի առավելությունները | Գործընթացի թերությունները |
|
Հեղուկ փուլի էպիտաքսիալ աճ
(LPE)
|
Սարքավորումների պարզ պահանջներ և աճի էժան մեթոդներ: |
Դժվար է վերահսկել էպիտաքսիալ շերտի մակերեսային մորֆոլոգիան: Սարքավորումը չի կարող միաժամանակ մի քանի վաֆլի էպիտաքսիալացնել՝ սահմանափակելով զանգվածային արտադրությունը: |
|
Molecular Beam Epitaxial Growth (MBE)
|
Տարբեր SiC բյուրեղյա էպիտաքսիալ շերտեր կարող են աճել ցածր աճի ջերմաստիճանում |
Սարքավորումների վակուումային պահանջները բարձր են և ծախսատար: Էպիտաքսիալ շերտի դանդաղ աճի տեմպը |
|
Քիմիական գոլորշիների նստեցում (CVD) |
Գործարաններում զանգվածային արտադրության ամենակարեւոր մեթոդը. Աճի արագությունը կարելի է ճշգրիտ վերահսկել, երբ աճում են հաստ էպիտաքսիալ շերտերը: |
SiC էպիտաքսիալ շերտերը դեռևս ունեն տարբեր թերություններ, որոնք ազդում են սարքի բնութագրերի վրա, ուստի SiC-ի էպիտաքսիալ աճի գործընթացը պետք է շարունակաբար օպտիմալացվի:TaCանհրաժեշտ է, տե՛ս SemiceraTaC արտադրանք） |
|
Գոլորշիացման աճի մեթոդ
|
Օգտագործելով նույն սարքավորումը, ինչ SiC բյուրեղների քաշումը, գործընթացը փոքր-ինչ տարբերվում է բյուրեղապակուց: Հասուն սարքավորումներ, ցածր գնով |
SiC-ի անհավասար գոլորշիացումը դժվարացնում է դրա գոլորշիացումը բարձրորակ էպիտաքսիալ շերտերի աճեցման համար |
ՆԿԱՐ. 2. Էպիտաքսիալ շերտի պատրաստման հիմնական մեթոդների համեմատություն
Առանց առանցքի {0001} սուբստրատի վրա որոշակի թեքության անկյունով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2(բ)-ում, աստիճանի մակերեսի խտությունն ավելի մեծ է, իսկ աստիճանի մակերեսի չափը փոքր է, և բյուրեղների միջուկացումը հեշտ չէ։ առաջանում են քայլի մակերեսին, բայց ավելի հաճախ տեղի է ունենում քայլի միաձուլման կետում: Այս դեպքում կա միայն մեկ միջուկային բանալի: Հետևաբար, էպիտաքսիալ շերտը կարող է կատարելապես կրկնօրինակել ենթաշերտի կուտակման կարգը՝ այդպիսով վերացնելով բազմատեսակ համակեցության խնդիրը:
ՆԿԱՐ. 3. 4H-SiC քայլի կառավարման էպիտաքսիայի մեթոդի ֆիզիկական պրոցեսի դիագրամ
ՆԿԱՐ. 4. CVD աճի կրիտիկական պայմանները 4H-SiC քայլով վերահսկվող էպիտաքսիայի մեթոդով
ՆԿԱՐ. 5. Սիլիցիումի տարբեր աղբյուրների տակ աճի տեմպերի համեմատություն 4H-SiC էպիտաքսիայում
Ներկայումս սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիայի տեխնոլոգիան համեմատաբար հասուն է ցածր և միջին լարման կիրառություններում (օրինակ՝ 1200 վոլտ սարքեր): Էպիտաքսիալ շերտի հաստության միատեսակությունը, դոպինգի կոնցենտրացիայի միատեսակությունը և արատների բաշխումը կարող են հասնել համեմատաբար լավ մակարդակի, ինչը հիմնականում կարող է բավարարել միջին և ցածր լարման SBD (Schottky diode), MOS (մետաղական օքսիդ կիսահաղորդչային դաշտային էֆեկտի տրանզիստոր), JBS ( միացման դիոդ) և այլ սարքեր:
Այնուամենայնիվ, բարձր ճնշման ոլորտում էպիտաքսիալ վաֆլիները դեռ պետք է հաղթահարեն բազմաթիվ մարտահրավերներ: Օրինակ, սարքերի համար, որոնք պետք է դիմակայեն 10000 վոլտ, էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը պետք է լինի մոտ 100 մկմ: Ցածր լարման սարքերի համեմատությամբ, էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը և դոպինգի կոնցենտրացիայի միատեսակությունը շատ տարբեր են, հատկապես դոպինգի կոնցենտրացիայի միատեսակությունը: Միևնույն ժամանակ, էպիտաքսիալ շերտի եռանկյունի թերությունը նույնպես կկործանի սարքի ընդհանուր աշխատանքը: Բարձր լարման կիրառություններում սարքերի տեսակները հակված են օգտագործել երկբևեռ սարքեր, որոնք պահանջում են էպիտաքսիալ շերտում մեծ փոքրամասնության ժամկետ, ուստի գործընթացը պետք է օպտիմիզացվի փոքրամասնության ժամկետը բարելավելու համար:
Ներկայումս կենցաղային էպիտաքսիան հիմնականում 4 դյույմ և 6 դյույմ է, իսկ մեծ չափերի սիլիցիումի կարբիդային էպիտաքսիայի տեսակարար կշիռը տարեցտարի ավելանում է։ Սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիալ թերթիկի չափը հիմնականում սահմանափակվում է սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտի չափերով: Ներկայումս 6 դյույմանոց սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտը առևտրայնացվել է, ուստի սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիալը աստիճանաբար անցնում է 4 դյույմից 6 դյույմ: Սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտի պատրաստման տեխնոլոգիայի շարունակական բարելավմամբ և հզորությունների ընդլայնմամբ, սիլիցիումի կարբիդի ենթաշերտի գինը աստիճանաբար նվազում է: Էպիտաքսիալ թերթիկի գնի բաղադրության մեջ ենթաշերտը կազմում է ինքնարժեքի ավելի քան 50%-ը, ուստի ենթաշերտի գնի նվազմամբ ակնկալվում է, որ կնվազի նաև սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիալ թերթի գինը:
Հրապարակման ժամանակը՝ հունիս-03-2024