Ki sa ki epitaksi Silisyòm Carbide (SiC)?

Abstract:

Kòm materyèl prensipal semi-kondiktè pouvwa pwochen jenerasyon an, carbure Silisyòm (SiC) ap kondwi amelyorasyon siyifikatif nan efikasite enèji ak pèfòmans sistèm. Nan chèn fabrikasyon aparèy SiC yo, epitaksi carbure Silisyòm se yon etap desizif nan poze fondasyon pou pèfòmans aparèy. Atik sa a pral eksplore an pwofondè definisyon epitaksi SiC a, ekipman kle pou pwosesis epitaksi a, aplikasyon espesifik li yo nan pwosesis semi-kondiktè, ak pwoblèm ak defi li rankontre.

Definisyon SiC Epitaksi

Epitaksi Silisyòm karbid se yon teknik kwasans kristal ki enplike kwasans youn oubyen plizyè kouch yon fim Silisyòm karbid monokristal (sa vle di, yon epilauch) avèk yon oryantasyon kristalografik espesifik (anjeneral menm jan ak substrat la) sou yon substrat Silisyòm karbid monokristal (SiC Substrate) ki te koupe epi poli, pa mwayen Depozisyon Vapè Chimik (CVD), elatriye. Epilauch la se yon fim mens ki gen trè bon kalite avèk yon konsantrasyon dopan ak yon epesè byen kontwole. Pwosesis pou fè youn oubyen plizyè kouch Silisyòm karbid monokristal (epilauch) grandi sou yon substrat SiC pa depozisyon vapè chimik (CVD) oubyen lòt metòd, avèk yon oryantasyon kristal espesifik (anjeneral menm jan ak substrat la), yon trè bon kalite epi yon konsantrasyon dopan ak yon epesè byen kontwole.

Objektif prensipal yo se:

● Pou bay yon kouch fonksyonèl ki gen mwens domaj: epikouch la gen yon dansite domaj kristal ki pi ba konpare ak materyèl substrat la.

● Kontwòl presi pwopriyete elektrik yo: Kapasite pou kontwole avèk presizyon kalite dopan an (tip N oswa P), konsantrasyon dopan an (nan seri 1014 a 1019 cm-3), ak epesè (soti nan kèk mikwomèt rive nan plizyè santèn mikwomèt) epilayer la.

● Konstriksyon Estrikti Aparèy: Bay platfòm debaz la pou fabrike rejyon aktif yo (pa egzanp, kouch drift, rejyon kanal, rejyon kò, elatriye) nan aparèy la pou enplantasyon iyon, fotolitografi, grave, metalizasyon, ak lòt pwosesis ki vin apre yo.

Ekipman Epitaksi SiC ak Aplikasyon yo

Ekipman prensipal pou fè pèfòmans SiC Pwosesis epitaksi yo se reaktè depo chimik vapè nan tanperati ki wo (HTCVD). Sa yo se sistèm trè konplèks ki fèt pou kontwòl presi kwasans kristal nan kondisyon ekstrèm (tanperati ki wo, atmosfè espesifik).

Kalite ak Karakteristik Ekipman:

Twa kalite diferans ant founo kwasans epitaksiyal carbure Silisyòm ak akseswa debaz yo

1) Teknoloji prensipal: CVD miray cho a lajman itilize nan endistri jodi a. Konsepsyon sa a fè distribisyon tanperati a pi inifòm nan chanm reyaksyon an, sa ki fezab pou amelyore epesè kouch epitaksyal la ak inifòmite dopan an.

2) Metòd chofaj: Chofaj endiksyon oswa chofaj rezistif souvan itilize pou reyalize tanperati ultra-wo ki nesesè pou epitaksi SiC (tipikman >1500 °C, menm jiska 1600-1700 °C).

3) Konfigirasyon chanm reyaksyon an:

● Reaktè Orizontal: Gaz koule orizontalman nan yon waf ki plase sou yon baz grafit (Susceptor). Estrikti relativman senp, men kontwòl inifòmite gwo gwosè a se yon defi.

● Reaktè Planèt/Vètikal ki Wotasyon: Yo mete wafè yo sou pedestal ki wotasyon, anjeneral avèk plizyè pedestal satelit k ap wotasyon an menm tan otou yon sant. Konsepsyon sa a amelyore tanperati a ak inifòmite sikilasyon lè gwo wafè yo anpil atravè wotasyon ak revolisyon epi li se kounye a chwa ekipman dominan pou pwodiksyon gwo volim, espesyalman pou wafè 150mm ak 200mm. Manifaktirè ekipman reprezantatif tankou LPE, Aixtron, elatriye bay ekipman sa yo.

Reaktè LPE Halfmoon SiC EPI

4) Sistèm Transpò Gaz:

Bezwen kontwole avèk presizyon koule yon varyete gaz, tankou:

● Prekisè: Sous Silisyòm (pa egzanp, silan SiH4), sous kabòn (pa egzanp, propan C3H8 oswa etilèn C2H4), ak sous kabòn (pa egzanp, etilèn C2H4). H4).

● Gaz vektè: anjeneral idwojèn (H2) ki gen anpil pite, pafwa melanje ak agon (Ar).

● Dopan: Azòt (N2) pou dopan tip N; trimetilaliminyòm (TMA) oubyen etilboran (B2H6) pou dopan tip P.

● Gaz pou grave: pa egzanp klori idwojèn (HCl) pou netwaye chanm oswa pou grave in situ.

5) Otomatizasyon ak Kontwòl:

Ekipman an bezwen ekipe ak yon sistèm kontwòl avanse pou kontwole ak regle paramèt tankou tanperati, presyon, koule gaz, vitès debaz, elatriye an tan reyèl pou asire estabilite ak repetabilite pwosesis la.

Aplikasyon nan Pwosesis Semi-kondiktè:

1) Pwodiksyon SiC Epi-wafers: Pwodiksyon imedya yon reaktè CVD se Gato SiC yo ak kouch epitaksyal kalite siperyè. Sa a se pwen depa pou tout fabrikasyon aparèy SiC ki vin apre yo.

2) Fabrikasyon Aparèy Pouvwa: Yo voye epi-wafè sa yo nan yon etablisman fabrikasyon chip (Fab) pou pwodiksyon:

● MOSFET SiC: Aparèy yo bezwen devlope estrikti miltikouch tankou N-drifts, P-bodies/wells, elatriye avèk presizyon, epi kalite kouch epitaksyèl la gen yon enpak dirèk sou Rds(on), Vòltaj Seuil (Vth), Vòltaj Pann (Vth), ak RDS(on) aparèy la. ), vòltaj pann (Vbr) ak fyab.

● SiC SBD: Ekipman an sitou itilize pou fè kouch N-drift la grandi, ki detèmine kapasite blokaj ranvèse ak gout vòltaj pi devan dyòd la.

3) Sipòte aktivite R&D: Yo itilize ekipman epitaksi tou pou devlope nouvo pwosesis epitaksi, eksplore nouvo pwopriyete materyèl epi devlope nouvo estrikti aparèy.

Lis pyès reaktè planèt Aixtron yo

Pwoblèm ak defi ekipman ak pwosesis epitaksi SiC nan aplikasyon yo

Gwo konpleksite ekipman epitaksi SiC yo ak kondisyon ekstrèm pwosesis la fè li fè fas ak yon kantite gwo defi nan aplikasyon pratik yo:

Difikilte nan nivo ekipman yo

● Inifòmite ak kontwòl tanperati: Nan tanperati >1500°C, li trè difisil pou reyalize yon kontwòl tanperati egzak nan kèk degre Sèlsiyis sou yon gwo anprint (ki pote waf 150mm oswa 200mm). Ti devyasyon nan tanperati ka mennen nan epesè kouch epitaksyèl inegal ak konsantrasyon dopan.

● Konsepsyon ak optimize koule gaz la: Modèl koule gaz la nan chanm reyaksyon an enpòtan anpil pou vitès kwasans ak inifòmite. Konsepsyon ekipman an mande pou simulation idrodinamik konplèks ak eksperyans pou optimize tèt douch la, jeyometri chanm lan, ak paramèt koule lè a pou evite toubiyon, zòn mò, ak nikleyasyon faz gaz (pwodiksyon patikil).

● Estabilite ak Antretyen Ekipman: Tanperati ki wo ak gaz koroziv (pa egzanp, HCl) lakòz gwo domaj sou pati entèn chanm lan (pa egzanp, grafit, kwats). Materyèl ki reziste tanperati ki wo ak korozyon ak antretyen regilye ak ranplasman pyès nesesè pou asire estabilite fenèt pwosesis la ak yon kontaminasyon patikil ki ba. Sa ogmante depans fonksyònman ak tan pann.

● Kontwòl Patikil: Ti patikil ki pwodui andedan aparèy la se youn nan prensipal kòz domaj sifas kouch epitaksyèl ak echèk aparèy. Sous lè ki trè pwòp, filtè presizyon, ak pwosedi netwayaj chanm optimize yo nesesè.

● Pri ak kapasite ekipman: Ekipman epitaksi SiC yo chè anpil. An menm tan, to kwasans yo souvan limite pou asire bon jan kalite, espesyalman pou kouch epitaksi epè, epi kapasite (Wafers Per Hour (WPH)) yon sèl inite relativman limite, sa ki afekte dirèkteman pri a. SiC epitaxial wafersReaktè planèt yo gen plis kapasite, men yo pi konplèks e pi chè.

● Tranzisyon pou waf 200mm: Mete pwosesis ak ekipman 150mm ki deja egziste yo a nivo waf 200mm prezante gwo defi, sitou pou kenbe oswa menm amelyore inifòmite ak kontwòl defo.

Difikilte nan nivo pwosesis la (ki gen rapò sere sere avèk ekipman yo)

● Kontwòl defo: Kijan pou siprime oswa elimine dislokasyon (TSD, TED) ki soti nan substra a avèk efikasite, ansanm ak defo sifas (kratè, reyur, agregasyon mach eskalye) ak defo entèn (erè anpileman) ki pwodui pandan epitaksi a se yon defi konstan. Optimizasyon paramèt ekipman yo (tanperati, presyon, rapò C/Si, to kwasans) enpòtan anpil.

● Epitaksi fim epè: Aparèy ki gen gwo vòltaj bezwen kouch epitaksi ki pa gen anpil dopan, plizyè dizèn oswa menm plizyè santèn mikron epesè. Li difisil pou kenbe yon dansite domaj ki ba, yon inifòmite ki wo, ak yon to kwasans ki estab pandan yon peryòd kwasans ki long konsa.

● Kontwòl dopan: Pou rive nan konsantrasyon dopan ki trè konsistan (sitou dopan ki ba nan seri 1014-1015cm-3) atravè gwo gwosè waf ak de pakèt an pakèt, ansanm ak koòdone ki byen dope, sa mande ekipman ki gen yon estabilite ki wo anpil ak yon kontwòl koule gaz presi. Efikasite aktivasyon ki ba ak efè memwa dopan tip P (Al) yo se defi tou. Efè memwa yo se defi tou.