Straturi epitaxiale: fundamentul dispozitivelor semiconductoare avansate

Figura 1: ilustrează corelația dintre concentrațiile de dopaj, grosimea stratului și tensiunea de defalcare pentru dispozitivele unipolare.

Pregătirea straturilor epitaxiale de SiC cuprinde în primul rând tehnici precum Creșterea prin evaporare, Epitaxia în fază lichidă (LPE), Epitaxia fasciculului molecular (MBE) și Depunerea chimică în vapori (CVD), CVD fiind metoda predominantă pentru producția de masă în fabrici.

Tabelul 1: Oferă o imagine de ansamblu comparativă a principalelor metode de preparare a stratului epitaxial.

O abordare inovatoare implică creșterea pe substraturi în afara axei {0001} la un unghi de înclinare specific, așa cum este prezentat în Figura 2(b). Această metodă crește semnificativ densitatea treptei, reducând în același timp dimensiunea pasului, facilitând nuclearea în primul rând la locurile de grupare a treptei și, astfel, permițând stratului epitaxial să reproducă perfect secvența de stivuire a substratului, eliminând coexistența politipurilor.

Figura 2: Demonstrează procesul fizic de epitaxie controlată în trepte în 4H-SiC.

Figura 3: Arată condițiile critice pentru creșterea CVD în epitaxie controlată în trepte pentru 4H-SiC.

Figura 4: Compară ratele de creștere în diferite surse de siliciu pentru epitaxia 4H-SiC.

În domeniul aplicațiilor de joasă și medie tensiune (de exemplu, dispozitive de 1200 V), tehnologia de epitaxie SiC a atins un stadiu matur, oferind uniformitate relativ superioară în grosime, concentrație de dopaj și distribuție a defectelor, îndeplinind în mod adecvat cerințele pentru SBD de joasă și medie tensiune. , MOS, dispozitive JBS și altele.

Cu toate acestea, domeniul de înaltă tensiune prezintă încă provocări semnificative. De exemplu, dispozitivele evaluate la 10000 V necesită straturi epitaxiale de aproximativ 100 μm grosime, dar aceste straturi prezintă o grosime și o uniformitate de dopaj considerabil mai slabe în comparație cu omologii lor de joasă tensiune, ca să nu mai vorbim de impactul negativ al defectelor triunghiulare asupra performanței generale a dispozitivului. Aplicațiile de înaltă tensiune, care tind să favorizeze dispozitivele bipolare, impun, de asemenea, cerințe stricte asupra duratei de viață a purtătorului minoritar, necesitând optimizarea procesului pentru a îmbunătăți acest parametru.

În prezent, piața este dominată de plachete epitaxiale SiC de 4 inci și 6 inci, cu o creștere treptată a proporției de plachete epitaxiale SiC cu diametru mare. Mărimea plachetelor epitaxiale de SiC este determinată în mod fundamental de dimensiunile substraturilor de SiC. Cu substraturile SiC de 6 inchi acum disponibile comercial, tranziția de la epitaxia SiC de 4 inci la 6 inci este în curs de desfășurare.

Pe măsură ce tehnologia de fabricare a substratului SiC avansează și capacitățile de producție se extind, costul substraturilor SiC scade progresiv. Având în vedere că substraturile reprezintă mai mult de 50% din costul plachetelor epitaxiale, se așteaptă că scăderea prețurilor substratului va duce la costuri mai mici pentru epitaxia SiC, promițând astfel un viitor mai luminos pentru industrie.**