Epitaxial Layers: The Foundation of Advanced Semiconductor Devices

Εικόνα 1: Παρουσιάζει τη συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων ντόπινγκ, του πάχους του στρώματος και της τάσης διάσπασης για μονοπολικές συσκευές.

Η προετοιμασία των επιταξιακών στρωμάτων SiC περιλαμβάνει κυρίως τεχνικές όπως η ανάπτυξη εξάτμισης, η επιταξία υγρής φάσης (LPE), η επιταξία μοριακής δέσμης (MBE) και η χημική εναπόθεση ατμών (CVD), με την CVD να είναι η κυρίαρχη μέθοδος για μαζική παραγωγή στα εργοστάσια.

Πίνακας 1: Παρέχει μια συγκριτική επισκόπηση των μεθόδων προετοιμασίας της κύριας επιταξιακής στιβάδας.

Μια πρωτοποριακή προσέγγιση περιλαμβάνει ανάπτυξη σε υποστρώματα εκτός άξονα {0001} σε συγκεκριμένη γωνία κλίσης, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 2(β). Αυτή η μέθοδος αυξάνει σημαντικά την πυκνότητα του βήματος, ενώ μειώνει το μέγεθος του βήματος, διευκολύνοντας τη δημιουργία πυρήνων κυρίως στις θέσεις συσσώρευσης βημάτων και έτσι, επιτρέποντας στο επιταξιακό στρώμα να αναπαράγει τέλεια την ακολουθία στοίβαξης του υποστρώματος, εξαλείφοντας τη συνύπαρξη πολυτύπων.

Εικόνα 2: Δείχνει τη φυσική διαδικασία της ελεγχόμενης επιταξίας σταδιακά σε 4H-SiC.

Εικόνα 3: Δείχνει τις κρίσιμες συνθήκες για την ανάπτυξη CVD σε ελεγχόμενη με βήμα επιταξία για 4H-SiC.

Εικόνα 4: Συγκρίνει τους ρυθμούς ανάπτυξης κάτω από διαφορετικές πηγές πυριτίου για την επιταξία 4H-SiC.

Στον τομέα των εφαρμογών χαμηλής και μέσης τάσης (π.χ. συσκευές 1200V), η τεχνολογία επιτάξεως SiC έχει φτάσει σε ένα ώριμο στάδιο, προσφέροντας σχετικά ανώτερη ομοιομορφία σε πάχος, συγκέντρωση ντόπινγκ και κατανομή ελαττωμάτων, ικανοποιώντας επαρκώς τις απαιτήσεις για SBD χαμηλής και μέσης τάσης , συσκευές MOS, JBS και άλλες.

Ωστόσο, ο τομέας υψηλής τάσης εξακολουθεί να παρουσιάζει σημαντικές προκλήσεις. Για παράδειγμα, οι συσκευές με ονομαστική τάση 10000 V απαιτούν επιταξιακά στρώματα πάχους περίπου 100 μm, αλλά αυτά τα στρώματα παρουσιάζουν πολύ μικρότερο πάχος και ομοιομορφία ντόπινγκ σε σύγκριση με τα αντίστοιχα χαμηλής τάσης, για να μην αναφέρουμε την επιζήμια επίδραση των τριγωνικών ελαττωμάτων στη συνολική απόδοση της συσκευής. Οι εφαρμογές υψηλής τάσης, που τείνουν να ευνοούν τις διπολικές συσκευές, θέτουν επίσης αυστηρές απαιτήσεις για τη διάρκεια ζωής των μειοψηφικών φορέων, απαιτώντας τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας για τη βελτίωση αυτής της παραμέτρου.

Επί του παρόντος, η αγορά κυριαρχείται από επιταξιακές γκοφρέτες SiC 4 ιντσών και 6 ιντσών, με σταδιακή αύξηση της αναλογίας των επιταξιακών γκοφρετών SiC μεγάλης διαμέτρου. Το μέγεθος των επιταξιακών πλακών SiC καθορίζεται βασικά από τις διαστάσεις των υποστρωμάτων SiC. Με υποστρώματα SiC 6 ιντσών που είναι πλέον διαθέσιμα στο εμπόριο, η μετάβαση από την επιταξία SiC 4 ιντσών σε 6 ιντσών βρίσκεται σταθερά σε εξέλιξη.

Καθώς η τεχνολογία κατασκευής υποστρωμάτων SiC προχωρά και οι παραγωγικές ικανότητες επεκτείνονται, το κόστος των υποστρωμάτων SiC μειώνεται σταδιακά. Δεδομένου ότι τα υποστρώματα αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 50% του κόστους των επιταξιακών γκοφρετών, η μείωση των τιμών του υποστρώματος αναμένεται να οδηγήσει σε χαμηλότερο κόστος για την επίταση SiC, υπόσχοντας έτσι ένα λαμπρότερο μέλλον για τη βιομηχανία.**