Qu'est-ce que la croissance épitaxiale contrôlée par pas à contrôler？

En tant que l'une des technologies de base pour la préparation des dispositifs de puissance SIC, la qualité de l'épitaxie cultivée par la technologie de croissance épitaxiale SIC affectera directement les performances des dispositifs SIC. À l'heure actuelle, la technologie de croissance épitaxiale SIC la plus courante est le dépôt de vapeur chimique (CVD).

Il existe de nombreux polytypes cristallins stables de SIC. Par conséquent, afin de permettre à la couche de croissance épitaxiale obtenue pour hériter du polytype cristallin spécifique duSubstrat sic, il est nécessaire de transférer les informations de disposition atomique tridimensionnelle du substrat vers la couche de croissance épitaxiale, ce qui nécessite des méthodes spéciales. Hiroyuki Matsunami, professeur émérite de l'Université de Kyoto, et d'autres ont proposé une telle technologie de croissance épitaxiale du SiC, qui effectue un dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur le plan cristallin à faible indice du substrat SiC dans une petite direction hors angle dans des conditions de croissance appropriées. Cette méthode technique est également appelée méthode de croissance épitaxiale contrôlée par étapes.

La figure 1 montre comment réaliser une croissance épitaxiale SiC par une méthode de croissance épitaxiale contrôlée par étapes. La surface d'un substrat SiC propre et hors angle est formée en couches d'étapes, et la structure d'étape et de table au niveau moléculaire est obtenue. Lorsque le gaz de matière première est introduit, la matière première est amenée à la surface du substrat SiC, et la matière première se déplaçant sur la table est capturée par les étapes en séquence. Lorsque la matière première capturée forme un arrangement cohérent avec le polytype cristallin duSubstrat sicà la position correspondante, la couche épitaxiale hérite avec succès du polytype cristallin spécifique du substrat SiC.

Figure 1: Croissance épitaxiale du substrat SIC avec un angle (0001)

Bien entendu, la technologie de croissance épitaxiale contrôlée par étapes peut poser des problèmes. Lorsque les conditions de croissance ne remplissent pas les conditions appropriées, les matières premières nucléent et génèrent des cristaux sur la table plutôt que sur les marches, ce qui entraînera la croissance de différents polytypes de cristaux, empêchant la croissance de la couche épitaxiale idéale. Si des polytypes hétérogènes apparaissent dans la couche épitaxiale, le dispositif semi-conducteur peut présenter des défauts fatals. Par conséquent, dans la technologie de croissance épitaxiale contrôlée par étapes, le degré de déflexion doit être conçu pour que la largeur de marche atteigne une taille raisonnable. Dans le même temps, la concentration des matières premières Si et des matières premières C dans le gaz de la matière première, la température de croissance et d'autres conditions doivent également répondre aux conditions de formation prioritaire de cristaux sur les étapes. À l'heure actuelle, la surface du principalSubstrat sic de type 4Hsur le marché présente une surface avec un angle de déviation de 4° (0001), qui peut répondre à la fois aux exigences de la technologie de croissance épitaxiale contrôlée par étapes et à l'augmentation du nombre de tranches obtenues à partir de la boule.

De l'hydrogène de haute pureté est utilisé comme support dans le procédé de dépôt chimique en phase vapeur pour la croissance épitaxiale du SiC, et des matières premières Si telles que SiH4 et des matières premières C telles que C3H8 sont introduites à la surface du substrat SiC dont la température du substrat est toujours maintenue à 1500-1600℃. À une température de 1 500 à 1 600 °C, si la température de la paroi interne de l'équipement n'est pas suffisamment élevée, l'efficacité d'approvisionnement en matières premières ne sera pas améliorée, il est donc nécessaire d'utiliser un réacteur à paroi chaude. Il existe de nombreux types d'équipements de croissance épitaxiale SiC, notamment verticaux, horizontaux, multi-plaquettes et mono-plaquettes.tranchegenres. Les figures 2, 3 et 4 montrent le flux de gaz et la configuration du substrat de la partie réacteur de trois types d'équipement de croissance épitaxiale SiC.

Figure 2 Rotation et révolution multi-chip

Figure 3 Révolution multi-chip

Figure 4 Puce unique

Il existe plusieurs points clés à considérer afin d'atteindre la production de masse de substrats épitaxiaux SIC: uniformité de l'épaisseur de la couche épitaxiale, uniformité de la concentration de dopage, de la poussière, du rendement, de la fréquence du remplacement des composants et de la commodité de l'entretien. Parmi eux, l'uniformité de la concentration de dopage affectera directement la distribution de résistance à la tension du dispositif, de sorte que l'uniformité de la surface, du lot et du lot de la plaquette est très élevée. De plus, les produits de réaction attachés aux composants du réacteur et du système d'échappement pendant le processus de croissance deviendront une source de poussière, et comment éliminer facilement ces poussières est également une direction de recherche importante.

Après croissance épitaxiale du SiC, une couche monocristalline de SiC de haute pureté pouvant être utilisée pour fabriquer des dispositifs électriques est obtenue. De plus, grâce à la croissance épitaxiale, la luxation du plan basal (BPD) existant dans le substrat peut également être convertie en une luxation du bord de filetage (TED) à l'interface substrat/couche de dérive (voir Figure 5). Lorsqu'un courant bipolaire le traverse, le BPD subit une expansion des défauts d'empilement, entraînant une dégradation des caractéristiques du dispositif, telle qu'une augmentation de la résistance à l'état passant. Cependant, une fois le BPD converti en TED, les caractéristiques électriques de l'appareil ne seront pas affectées. La croissance épitaxiale peut réduire considérablement la dégradation du dispositif provoquée par le courant bipolaire.

Figure 5: BPD du substrat SIC avant et après la croissance épitaxiale et la section transversale TED après conversion

Lors de la croissance épitaxiale du SiC, une couche tampon est souvent insérée entre la couche de dérive et le substrat. La couche tampon à forte concentration de dopage de type n peut favoriser la recombinaison des porteurs minoritaires. De plus, la couche tampon a également la fonction de conversion de dislocation du plan basal (BPD), ce qui a un impact considérable sur le coût et constitue une technologie de fabrication de dispositifs très importante.