Kio estas Silicikarbida (SiC) Epitaksio?

Resumo:

Kiel la kerna materialo de venontgeneraciaj potencaj duonkonduktaĵoj, siliciokarbido (SiC) pelas signifajn plibonigojn en energiefikeco kaj sistema funkciado. En la ĉeno de fabrikado de SiC-aparatoj, silicia karbida epitaksio estas decida paŝo en la metado de la fundamento por aparata funkciado. Ĉi tiu artikolo esploros detale la difinon de SiC-epitaksio, ŝlosilan ekipaĵon por la epitaksia procezo, ĝiajn specifajn aplikojn en duonkonduktaĵa prilaborado, kaj la problemojn kaj defiojn, kiujn ĝi alfrontas.

Difino de SiC-Epitaksio

Siliciokarbida epitaksio estas kristala kreskotekniko, kiu implikas la kreskon de unu aŭ pluraj tavoloj de unu-kristala siliciokarbida filmo (t.e., epitavolo) kun specifa kristalografia orientiĝo (kutime la sama kiel tiu de la substrato) sur unu-kristala siliciokarbida substrato (SiC-Substrato), kiu estis tranĉita kaj polurita, per Kemia Vapora Demetado (CVD), ktp. La epitavolo estas maldika filmo de tre alta kvalito kun precize kontrolita dopkoncentriĝo kaj dikeco. La procezo de kreskigo de unu aŭ pluraj tavoloj de unu-kristala siliciokarbido (epilavolo) sur SiC-substrato per kemia vapora demetado (CVD) aŭ aliaj metodoj, kun specifa kristala orientiĝo (kutime la sama kiel la substrato), tre alta kvalito kaj precize kontrolita dopkoncentriĝo kaj dikeco.

La kernaj celoj estas:

● Por provizi funkcian tavolon kun malmultaj difektoj: la epitavolo havas pli malaltan densecon de kristalaj difektoj kompare kun la substrata materialo.

● Preciza kontrolo de elektraj ecoj: La kapablo precize kontroli la dopaĵtipon (N- aŭ P-tipan), dopaĵkoncentriĝon (en la intervalo de 1014 ĝis 1019 cm-3), kaj dikecon (de kelkaj mikrometroj ĝis centoj da mikrometroj) de la epitavolo.

● Konstrui Aparatan Strukturon: Provizu la bazan platformon por fabriki la aktivajn regionojn (ekz., drivan tavolon, kanalan regionon, korpregionon, ktp.) de la aparato por la posta jona implantado, fotolitografio, gravurado, metalizado kaj aliaj procezoj.

SiC-Epitaksia Ekipaĵo kaj la Aplikoj

La kerna ekipaĵo por plenumi SiC Epitaksiaj procezoj estas alttemperaturaj kemiaj vaporaj deponaj (HTCVD) reaktoroj. Ĉi tiuj estas tre kompleksaj sistemoj desegnitaj por preciza kontrolo de kristala kresko sub ekstremaj kondiĉoj (altaj temperaturoj, specifaj atmosferoj).

Ekipaĵaj Tipoj kaj Trajtoj:

Tri specoj de silicia karbida epitaksa kreskoforno kaj kernaj akcesoraĵoj diferencoj

1) Ĉefa Teknologio: Varmmura CVD estas vaste uzata en la industrio hodiaŭ. Ĉi tiu dezajno igas la temperaturdistribuon en la reakcia ĉambro pli unuforma, kio kontribuas al plibonigo de la dikeco de la epitaksia tavolo kaj dopa unuformeco.

2) Hejtadmetodo: Indukta hejtado aŭ rezista hejtado estas ofte uzata por atingi la ultra-altajn temperaturojn necesajn por SiC-epitaksio (tipe >1500 °C, eĉ ĝis 1600-1700 °C).

3) Konfiguracioj de la reakcia ĉambro:

● Horizontalaj Reaktoroj: Gaso fluas horizontale tra oblato metita sur grafitan bazon (Susceptoro). Relative simpla strukturo, sed la kontrolo de homogeneco en granda grandeco estas defio.

● Planedaj/Vertikalaj Rotaciantaj Reaktoroj: Oblatetoj estas metitaj sur rotaciantajn piedestalojn, kutime kun pluraj satelitaj piedestaloj rotaciantaj samtempe ĉirkaŭ centro. Ĉi tiu dezajno signife plibonigas la temperaturon kaj aerfluo-homogenecon de grandaj oblatetoj per rotacio kaj revolucio kaj nuntempe estas la domina ekipaĵa elekto por altkvanta produktado, precipe por 150mm kaj 200mm oblatetoj. Reprezentaj ekipaĵproduktantoj kiel LPE, Aixtron, ktp. provizas tian ekipaĵon.

LPE Duonluna SiC EPI Reaktoro

4) Gasaj Transportaj Sistemoj:

Bezono precize kontroli la fluon de diversaj gasoj, inkluzive de:

● Antaŭuloj: Fontoj de silicio (ekz., silano SiH4), fontoj de karbono (ekz., propano C3H8 aŭ etileno C2H4), kaj fontoj de karbono (ekz., etileno C2H4). H4).

● Transportgaso: kutime altpureca hidrogeno (H2), kelkfoje miksita kun argono (Ar).

● Dopantoj: Nitrogeno (N2) por N-tipa dopado; trimetilaluminio (TMA) aŭ etilborano (B2H6) por P-tipa dopado.

● Gravadgasoj: ekz. hidrogena klorido (HCl) por purigado de ĉambro aŭ surloka gratvundo.

5) Aŭtomatigo kaj Kontrolo:

La ekipaĵo devas esti ekipita per altnivela kontrolsistemo por monitori kaj reguligi parametrojn kiel temperaturo, premo, gasfluo, baza rapideco, ktp. en reala tempo por certigi procezan stabilecon kaj ripeteblon.

Aplikoj en Semikondukta Prilaborado:

1) Produktado de SiC Epi-obleoj: La tuja eligo de CVD-reaktoro estas SiC-oblatoj kun altkvalitaj epitaksiaj tavoloj. Ĉi tio estas la deirpunkto por ĉia posta fabrikado de SiC-aparatoj.

2) Fabrikado de Potencaj Aparatoj: Ĉi tiuj epi-obleoj estas senditaj al ico-fabrikadinstalaĵo (Fab) por la produktado de:

● SiC MOSFET-oj: La aparatoj bezonas precize kreskigi plurtavolajn strukturojn kiel N-driftojn, P-korpojn/putojn, ktp., kaj la kvalito de la epitaksa tavolo havas rektan efikon sur la Rds(on), Sojlan Tension (Vth), Rompan Tension (Vth), kaj la RDS(on) de la aparato. ), rompigan tension (Vbr) kaj fidindecon.

● SiC SBD-oj: La ekipaĵo estas ĉefe uzata por kreskigi la N-drivan tavolon, kiu determinas la inversan blokan kapablon kaj antaŭen tensiofalon de la diodo.

3) Subteno de esplorado kaj disvolvado: Epitaksia ekipaĵo ankaŭ estas uzata por disvolvi novajn epitaksajn procezojn, esplori novajn materialajn ecojn kaj disvolvi novajn aparatstrukturojn.

Listo de partoj de la planeda reaktoro Aixtron

Problemoj kaj Defioj de SiC-Epitaksia Ekipaĵo kaj Procezoj en Aplikoj

La alta komplekseco de SiC-epitaksia ekipaĵo kaj la ekstremaj kondiĉoj de la procezo igas ĝin alfronti kelkajn gravajn defiojn en praktikaj aplikoj:

Defioj je la ekipaĵnivelo

● Temperaturhomogeneco kaj -kontrolo: Ĉe temperaturoj >1500 °C, estas ekstreme malfacile atingi precizan temperaturkontrolon ene de kelkaj celsiusgradoj trans granda areo (portanta 150 mm aŭ 200 mm oblatojn). Malgrandaj temperaturdevioj povas konduki al neegala epitaksia tavoldikeco kaj dopkoncentriĝo.

● Gasfluo-dezajno kaj optimumigo: La gasfluo-padrono en la reakcia ĉambro estas kritika por kreskorapideco kaj homogeneco. Ekipaĵdezajno postulas kompleksajn hidrodinamikajn simulaĵojn kaj eksperimentojn por optimumigi la duŝkapon, ĉambro-geometrion kaj aerfluo-parametrojn por eviti vorticojn, mortajn zonojn kaj gasfazan nukleadon (partiklogeneradon).

● Stabileco kaj Prizorgado de Ekipaĵo: Altaj temperaturoj kaj korodaj gasoj (ekz., HCl) kaŭzas severan eluziĝon de la internaĵoj de la ĉambro (ekz., grafito, kvarco). Alttemperaturaj kaj korodorezistaj materialoj kun regula prizorgado kaj anstataŭigo de partoj estas necesaj por certigi stabilecon de la procezfenestro kaj malaltan poluadon de partikloj. Ĉi tio pliigas funkciajn kostojn kaj malfunkcitempon.

● Partikla Kontrolo: Etaj partikloj generitaj ene de la aparato estas unu el la ĉefaj kaŭzoj de difektoj sur la surfaco de la epitaksiaj tavoloj kaj paneoj de la aparato. Necesas ekstreme puraj aerfontoj, precizaj filtriloj kaj optimumigitaj proceduroj por purigi la ĉambron.

● Kosto kaj kapacito de ekipaĵo: SiC-epitaksia ekipaĵo estas esence multekosta. Samtempe, kreskorapidecoj ofte estas limigitaj por certigi altan kvaliton, precipe por dikaj epitaksiaj tavoloj, kaj la kapacito (Obletoj Po Horo (Obletoj Po Horo)) de unuopa unuo estas relative limigita, kio rekte influas la koston de SiC epitaksaj oblatojPlanedaj reaktoroj havas pli altan kapaciton, sed estas pli kompleksaj kaj multekostaj.

● Transiro al 200mm oblatoj: Skali ekzistantajn maturajn 150mm procezojn kaj ekipaĵajn dezajnojn al 200mm oblatoj prezentas signifajn defiojn, precipe por konservi aŭ eĉ plibonigi homogenecon kaj difektokontrolon.

Defioj je Procesa Nivelo (proksime rilataj al ekipaĵo)

● Kontrolo de difektoj: Kiel efike subpremi aŭ elimini dislokigojn (TSD, TED) etendiĝantajn de la substrato, same kiel surfacajn difektojn (kraterojn, gratvundojn, ŝtupagregaĵojn) kaj internajn difektojn (stakigajn erarojn) generitajn dum epitaksio estas konstanta defio. Optimigo de ekipaĵaj parametroj (temperaturo, premo, C/Si-proporcio, kreskorapideco) estas kritika.

● Dika filma epitaksio: Altatensiaj aparatoj postulas malalte dopitajn epitaksiajn tavolojn dekojn aŭ eĉ centojn da mikrometroj dikajn. Konservi malaltan difektodensecon, altan homogenecon kaj stabilajn kreskorapidecojn dum tiaj longaj kreskotempoj estas malfacile.

● Dopkontrolo: Atingi tre koherajn dopkoncentriĝojn (precipe malaltan dopadon en la intervalo 1014-1015cm-3) trans grandaj silikaj grandecoj kaj de aro al aro, same kiel krute dopitajn interfacojn, postulas ekipaĵon kun tre alta stabileco kaj preciza gasfluokontrolo. Malaltaj aktivigaj efikecoj kaj memorefikoj de P-tipa dopado (Al) ankaŭ estas defioj. Memorefikoj ankaŭ estas defioj.