चरण-नियन्त्रित epitaxial वृद्धि के हो?

SiC पावर उपकरणहरूको तयारीको लागि मुख्य प्रविधिहरू मध्ये एकको रूपमा, SiC epitaxial ग्रोथ टेक्नोलोजी द्वारा बढेको epitaxy को गुणस्तरले SiC उपकरणहरूको प्रदर्शनलाई प्रत्यक्ष असर गर्नेछ। वर्तमानमा, सबैभन्दा मुख्यधारा SiC epitaxial वृद्धि प्रविधि रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD) हो।

SiC को धेरै स्थिर क्रिस्टल पोलिटाइपहरू छन्। तसर्थ, प्राप्त एपिटेक्सियल वृद्धि तह सक्षम गर्न को लागी विशिष्ट क्रिस्टल पोलिटाइप इनहेरिट गर्न को लागी।SiC सब्सट्रेट, सब्सट्रेटको त्रि-आयामी आणविक व्यवस्था जानकारीलाई एपिटेक्सियल वृद्धि तहमा स्थानान्तरण गर्न आवश्यक छ, र यसका लागि केही विशेष विधिहरू आवश्यक पर्दछ। हिरोयुकी मात्सुनामी, क्योटो विश्वविद्यालयका प्रोफेसर एमेरिटस, र अरूले यस्तो SiC एपिटेक्सियल ग्रोथ टेक्नोलोजी प्रस्ताव गरे, जसले उपयुक्त वृद्धि अवस्थाहरूमा सानो अफ-एंगल दिशामा SiC सब्सट्रेटको कम-इन्डेक्स क्रिस्टल प्लेनमा रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD) प्रदर्शन गर्दछ। यो प्राविधिक विधिलाई चरण-नियन्त्रित एपिटेक्सियल वृद्धि विधि पनि भनिन्छ।

चित्र १ ले चरण-नियन्त्रित एपिटेक्सियल वृद्धि विधिद्वारा SiC एपिटेक्सियल वृद्धि कसरी गर्ने भनेर देखाउँछ। सफा र अफ-एंगल SiC सब्सट्रेटको सतह चरणहरूको तहहरूमा बनाइन्छ, र आणविक-स्तर चरण र तालिका संरचना प्राप्त हुन्छ। जब कच्चा माल ग्यास पेश गरिन्छ, कच्चा माल SiC सब्सट्रेट को सतह मा आपूर्ति गरिन्छ, र तालिका मा चलिरहेको कच्चा माल क्रम मा चरणहरु द्वारा कब्जा गरिन्छ। जब कब्जा गरिएको कच्चा मालले क्रिस्टल पोलिटाइपसँग मिल्दो व्यवस्था बनाउँछSiC सब्सट्रेटसम्बन्धित स्थितिमा, एपिटेक्सियल तहले सफलतापूर्वक SiC सब्सट्रेटको विशिष्ट क्रिस्टल पोलिटाइप इनहेरिट गर्छ।

चित्र १: अफ-एंगल (००१) सँग SiC सब्सट्रेटको एपिटेक्सियल वृद्धि

निस्सन्देह, त्यहाँ चरण-नियन्त्रित epitaxial वृद्धि प्रविधि संग समस्या हुन सक्छ। जब बृद्धि अवस्थाहरूले उपयुक्त अवस्थाहरू पूरा गर्दैनन्, कच्चा मालले चरणहरूमा भन्दा टेबलमा क्रिस्टलहरू न्यूक्लियट र उत्पन्न गर्दछ, जसले विभिन्न क्रिस्टल पोलिटाइपहरूको विकासको नेतृत्व गर्दछ, जसले गर्दा आदर्श एपिटेक्सियल तह बढ्न असफल हुन्छ। यदि विषम पोलिटाइपहरू एपिटेक्सियल तहमा देखा पर्छन् भने, सेमीकन्डक्टर यन्त्र घातक दोषहरूको साथ छोड्न सक्छ। त्यसकारण, चरण-नियन्त्रित एपिटेक्सियल वृद्धि प्रविधिमा, विक्षेपनको डिग्रीलाई चरण चौडाइलाई उचित आकारमा पुग्नको लागि डिजाइन गरिएको हुनुपर्छ। एकै समयमा, कच्चा माल ग्यासमा सी कच्चा माल र सी कच्चा मालको एकाग्रता, वृद्धि तापमान र अन्य सर्तहरू पनि चरणहरूमा क्रिस्टलको प्राथमिकता गठनको लागि सर्तहरू पूरा गर्नुपर्छ। वर्तमान मा, मुख्य को सतह4H-प्रकार SiC सब्सट्रेटबजारमा 4° डिफ्लेक्शन एंगल (0001) सतह प्रस्तुत गर्दछ, जसले चरण-नियन्त्रित एपिटेक्सियल वृद्धि प्रविधिको आवश्यकताहरू र बाउलेबाट प्राप्त वेफरहरूको संख्या बढाउन दुवै आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्छ।

SiC epitaxial वृद्धिको लागि रासायनिक वाष्प निक्षेप विधिमा उच्च-शुद्धता हाइड्रोजन एक वाहकको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, र Si कच्चा पदार्थहरू जस्तै SiH4 र C कच्चा पदार्थहरू जस्तै C3H8 SiC सब्सट्रेटको सतहमा इनपुट हुन्छन् जसको सब्सट्रेटको तापक्रम सधैं राखिन्छ। 1500-1600℃। 1500-1600 डिग्री सेल्सियसको तापक्रममा, यदि उपकरणको भित्री पर्खालको तापक्रम पर्याप्त उच्च छैन भने, कच्चा मालको आपूर्ति दक्षता सुधार हुनेछैन, त्यसैले यो तातो पर्खाल रिएक्टर प्रयोग गर्न आवश्यक छ। त्यहाँ धेरै प्रकारका SiC epitaxial वृद्धि उपकरणहरू छन्, जसमा ठाडो, तेर्सो, बहु-वेफर र एकल-वेफरप्रकारहरू। फिगर 2, 3 र 4 ले तीन प्रकारका SiC epitaxial वृद्धि उपकरणको रिएक्टर भागको ग्यास प्रवाह र सब्सट्रेट कन्फिगरेसन देखाउँदछ।

चित्र २ बहु-चिप रोटेशन र क्रान्ति

चित्र 3 बहु-चिप क्रान्ति

चित्र ४ एकल चिप

SiC epitaxial substrates को ठूलो उत्पादन हासिल गर्न को लागी विचार गर्न को लागी धेरै मुख्य बिन्दुहरु छन्: epitaxial तह मोटाई को एकरूपता, डोपिंग एकाग्रता को एकरूपता, धुलो, उपज, घटक प्रतिस्थापन को आवृत्ति, र मर्मत को सुविधा। तिनीहरू मध्ये, डोपिङ एकाग्रताको एकरूपताले यन्त्रको भोल्टेज प्रतिरोध वितरणलाई प्रत्यक्ष असर गर्नेछ, त्यसैले वेफर सतह, ब्याच र ब्याचको एकरूपता धेरै उच्च छ। थप रूपमा, वृद्धि प्रक्रियाको क्रममा रिएक्टर र निकास प्रणालीमा कम्पोनेन्टहरूमा संलग्न प्रतिक्रिया उत्पादनहरू धुलोको स्रोत बन्नेछ, र कसरी यी धूलोहरू सजिलै हटाउने भन्ने पनि अनुसन्धानको महत्त्वपूर्ण दिशा हो।

SiC epitaxial वृद्धि पछि, एक उच्च शुद्धता SiC एकल क्रिस्टल तह जुन पावर उपकरणहरू निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। थप रूपमा, एपिटेक्सियल वृद्धिको माध्यमबाट, सब्सट्रेटमा अवस्थित बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (BPD) लाई पनि सब्सट्रेट/ड्राफ्ट लेयर इन्टरफेसमा थ्रेडिङ एज डिस्लोकेशन (TED) मा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ (चित्र 5 हेर्नुहोस्)। जब एक द्विध्रुवीय वर्तमान प्रवाह हुन्छ, BPD ले स्ट्याकिंग दोष विस्तारबाट गुजरनेछ, जसको परिणामस्वरूप यन्त्र विशेषताहरू जस्तै बढ्दो प्रतिरोधात्मक क्षमताको ह्रास हुन्छ। यद्यपि, BPD लाई TED मा रूपान्तरण गरिसकेपछि, उपकरणको विद्युतीय विशेषताहरू प्रभावित हुने छैनन्। एपिटेक्सियल वृद्धिले द्विध्रुवी वर्तमानको कारणले गर्दा उपकरणको गिरावटलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्न सक्छ।

चित्र 5: एपिटेक्सियल वृद्धि अघि र पछि SiC सब्सट्रेटको BPD र रूपान्तरण पछि TED क्रस सेक्शन

SiC को epitaxial वृद्धि मा, एक बफर तह अक्सर बहाव तह र सब्सट्रेट बीच सम्मिलित गरिन्छ। एन-टाइप डोपिङको उच्च एकाग्रता भएको बफर तहले अल्पसंख्यक क्यारियरहरूको पुन: संयोजनलाई बढावा दिन सक्छ। थप रूपमा, बफर तहमा बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (BPD) रूपान्तरणको कार्य पनि छ, जसले लागतमा उल्लेखनीय प्रभाव पार्छ र यो एक धेरै महत्त्वपूर्ण उपकरण निर्माण प्रविधि हो।