Epitaksiyel Katmanlar: Gelişmiş Yarı İletken Cihazların Temeli

Şekil 1: Tek kutuplu cihazlar için katkı konsantrasyonları, katman kalınlığı ve arıza voltajı arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

SiC epitaksiyel katmanlarının hazırlanması öncelikle Buharlaşma Büyümesi, Sıvı Faz Epitaksi (LPE), Moleküler Işın Epitaksi (MBE) ve Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) gibi teknikleri kapsar; CVD fabrikalarda seri üretim için baskın yöntemdir.

Tablo 1: Ana epitaksiyel katman hazırlama yöntemlerine karşılaştırmalı bir genel bakış sağlar.

Çığır açan bir yaklaşım, Şekil 2(b)'de gösterildiği gibi eksen dışı alt tabakalarda belirli bir eğim açısında büyümeyi içerir. Bu yöntem, adım boyutunu azaltırken adım yoğunluğunu önemli ölçüde artırır, öncelikle adım demetleme bölgelerinde çekirdeklenmeyi kolaylaştırır ve böylece epitaksiyel katmanın alt tabakanın istifleme sırasını mükemmel şekilde kopyalamasına izin vererek politiplerin bir arada varlığını ortadan kaldırır.

Şekil 2: 4H-SiC'de adım kontrollü epitaksinin fiziksel sürecini gösterir.

Şekil 3: 4H-SiC için adım kontrollü epitakside CVD büyümesi için kritik koşulları gösterir.

Şekil 4: 4H-SiC epitaksi için farklı silikon kaynakları altında büyüme oranlarını karşılaştırır.

Alçak ve orta gerilim uygulamaları alanında (örneğin, 1200V cihazlar), SiC epitaksi teknolojisi olgun bir aşamaya ulaşmış olup, kalınlık, doping konsantrasyonu ve kusur dağılımı açısından nispeten üstün bir tekdüzelik sunarak düşük ve orta gerilim SBD gereksinimlerini yeterince karşılamaktadır. , MOS, JBS cihazları ve diğerleri.

Ancak yüksek gerilim alanı hala önemli zorluklar barındırmaktadır. Örneğin, 10000V olarak derecelendirilen cihazlar, yaklaşık 100μm kalınlığında epitaksiyel katmanlar gerektirir, ancak bu katmanlar, düşük voltajlı muadilleriyle karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha zayıf kalınlık ve katkı tekdüzeliği sergiler; üçgen kusurların genel cihaz performansı üzerindeki zararlı etkisinden bahsetmeye bile gerek yok. Bipolar cihazları tercih eden yüksek voltaj uygulamaları aynı zamanda azınlık taşıyıcı ömrüne de sıkı talepler getirerek bu parametreyi geliştirmek için proses optimizasyonunu gerektirir.

Şu anda pazara 4 inç ve 6 inç SiC epitaksiyel levhalar hakimdir ve büyük çaplı SiC epitaksiyel levhaların oranında kademeli bir artış vardır. SiC epitaksiyel levhaların boyutu temel olarak SiC substratlarının boyutlarına göre belirlenir. Artık ticari olarak temin edilebilen 6 inçlik SiC alt tabakaları ile 4 inçten 6 inç SiC epitaksiye geçiş istikrarlı bir şekilde devam ediyor.

SiC substrat üretim teknolojisi ilerledikçe ve üretim kapasiteleri genişledikçe, SiC substratların maliyeti giderek azalıyor. Substratların epitaksiyel levhaların maliyetinin %50'sinden fazlasını oluşturduğu göz önüne alındığında, azalan substrat fiyatlarının SiC epitaksi maliyetlerinin düşmesine yol açması ve dolayısıyla endüstri için daha parlak bir gelecek vaat etmesi bekleniyor.**