चरण-नियंत्रित एपिटॅक्सियल वाढ म्हणजे काय?

SiC पॉवर उपकरणे तयार करण्याच्या मुख्य तंत्रज्ञानांपैकी एक म्हणून, SiC epitaxial ग्रोथ तंत्रज्ञानाद्वारे विकसित केलेल्या एपिटॅक्सीची गुणवत्ता SiC उपकरणांच्या कार्यक्षमतेवर थेट परिणाम करेल. सध्या, सर्वात मुख्य प्रवाहातील SiC एपिटॅक्सियल ग्रोथ टेक्नॉलॉजी म्हणजे रासायनिक वाफ डिपॉझिशन (CVD).

एसआयसीचे बरेच स्थिर क्रिस्टल पॉलिटाइप्स आहेत. म्हणून, प्राप्त केलेल्या एपिटॅक्सियल ग्रोथ लेयरला विशिष्ट क्रिस्टल पॉलिटाइपचा वारसा मिळविण्यासाठी सक्षम करण्यासाठीSiC सब्सट्रेट, सब्सट्रेटची त्रिमितीय अणु व्यवस्था माहिती एपिटॅक्सियल ग्रोथ लेयरमध्ये हस्तांतरित करणे आवश्यक आहे आणि यासाठी काही विशेष पद्धती आवश्यक आहेत. क्योटो युनिव्हर्सिटीचे प्रोफेसर इमेरिटस हिरोयुकी मत्सुनामी आणि इतरांनी अशा प्रकारच्या एपिटॅक्सियल ग्रोथ तंत्रज्ञानाचा प्रस्ताव दिला, जो एसआयसी सब्सट्रेटच्या कमी-इंडेक्स क्रिस्टल प्लेनवर योग्य वाढीच्या परिस्थितीत छोट्या ऑफ-एंगल दिशेने केमिकल वाफ साठा (सीव्हीडी) करतो. या तांत्रिक पद्धतीस चरण-नियंत्रित एपिटॅक्सियल ग्रोथ पद्धत देखील म्हणतात.

आकृती 1 चरण-नियंत्रित एपिटॅक्सियल ग्रोथ पद्धतीद्वारे SiC एपिटॅक्सियल वाढ कशी करावी हे दर्शविते. स्वच्छ आणि ऑफ-एंगल SiC सब्सट्रेटची पृष्ठभाग पायऱ्यांच्या थरांमध्ये तयार केली जाते आणि आण्विक-स्तरीय पायरी आणि सारणी रचना प्राप्त होते. जेव्हा कच्च्या मालाचा वायू सादर केला जातो, तेव्हा कच्चा माल SiC सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर पुरविला जातो आणि टेबलवर फिरणारा कच्चा माल क्रमाने पायऱ्यांद्वारे पकडला जातो. जेव्हा पकडलेला कच्चा माल क्रिस्टल पॉलीटाइपशी सुसंगत व्यवस्था तयार करतोSiC सब्सट्रेटसंबंधित स्थितीत, एपिटॅक्सियल लेयर यशस्वीरित्या SiC सब्सट्रेटच्या विशिष्ट क्रिस्टल पॉलीटाइपचा वारसा घेतो.

आकृती 1: ऑफ-एंगल (0001) सह SiC सब्सट्रेटची एपिटॅक्सियल वाढ

अर्थात, चरण-नियंत्रित एपिटॅक्सियल ग्रोथ टेक्नॉलॉजीमध्ये समस्या असू शकतात. जेव्हा वाढीची परिस्थिती योग्य परिस्थिती पूर्ण करीत नाही, तेव्हा कच्चा माल चरणांऐवजी टेबलवर स्फटिक बनवेल आणि तयार करेल, ज्यामुळे वेगवेगळ्या क्रिस्टल पॉलिटाइपच्या वाढीस कारणीभूत ठरेल, ज्यामुळे आदर्श एपिटॅक्सियल लेयर अपयशी ठरेल. जर हेटरोजेनियस पॉलिटाइप्स एपिटॅक्सियल लेयरमध्ये दिसून आले तर सेमीकंडक्टर डिव्हाइस प्राणघातक दोषांसह सोडले जाऊ शकते. म्हणूनच, चरण-नियंत्रित एपिटॅक्सियल ग्रोथ तंत्रज्ञानामध्ये, चरण रुंदी वाजवी आकारापर्यंत पोहोचण्यासाठी विक्षेपाची डिग्री डिझाइन करणे आवश्यक आहे. त्याच वेळी, कच्च्या मटेरियल गॅसमध्ये सी कच्च्या मालाची आणि सी कच्च्या मालाची एकाग्रता, वाढीचे तापमान आणि इतर अटींनी देखील चरणांवर क्रिस्टल्सच्या प्राथमिकतेची स्थिती पूर्ण केली पाहिजे. सध्या, मुख्य पृष्ठभाग4 एच-प्रकार एसआयसी सब्सट्रेटबाजारात 4 ° डिफ्लेक्शन एंगल (0001) पृष्ठभाग सादर करते, जे चरण-नियंत्रित एपिटॅक्सियल ग्रोथ तंत्रज्ञानाची आवश्यकता पूर्ण करू शकते आणि बुलेमधून प्राप्त झालेल्या वेफर्सची संख्या वाढवते.

उच्च-शुद्धता हायड्रोजनचा वापर एसआयसी एपिटॅक्सियल वाढीसाठी रासायनिक वाष्प जमा करण्याच्या पद्धतीमध्ये वाहक म्हणून केला जातो आणि सी 3 एच 8 सारख्या एसआयएच 4 आणि सी कच्च्या मालासारख्या एसआय कच्च्या मालाने एसआयसी सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर इनपुट केले जाते ज्यांचे सब्सट्रेट तापमान नेहमीच राखले जाते 1500-1600 ℃. 1500-1600 डिग्री सेल्सिअस तापमानात, जर उपकरणांच्या आतील भिंतीचे तापमान पुरेसे जास्त नसेल तर कच्च्या मालाची पुरवठा कार्यक्षमता सुधारली जाणार नाही, म्हणून गरम भिंत अणुभट्टी वापरणे आवश्यक आहे. अनुलंब, क्षैतिज, मल्टी-वेफर आणि सिंगल- यासह अनेक प्रकारचे एसआयसी एपिटॅक्सियल ग्रोथ उपकरण आहेतवेफरप्रकार आकृती 2, 3 आणि 4 तीन प्रकारच्या SiC एपिटॅक्सियल ग्रोथ उपकरणांच्या अणुभट्टी भागाचे गॅस प्रवाह आणि सब्सट्रेट कॉन्फिगरेशन दर्शविते.

आकृती 2 मल्टी-चिप रोटेशन आणि क्रांती

आकृती 3 मल्टी-चिप क्रांती

आकृती 4 एकल चिप

एसआयसी एपिटॅक्सियल सब्सट्रेट्सचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन साध्य करण्यासाठी विचार करण्यासाठी अनेक महत्त्वाचे मुद्दे आहेतः एपिटॅक्सियल लेयर जाडीची एकसारखेपणा, डोपिंग एकाग्रतेची एकरूपता, धूळ, उत्पन्न, घटक बदलण्याची वारंवारता आणि देखभाल सुविधा. त्यापैकी, डोपिंग एकाग्रतेची एकरूपता डिव्हाइसच्या व्होल्टेज प्रतिरोध वितरणावर थेट परिणाम करेल, म्हणून वेफर पृष्ठभाग, बॅच आणि बॅचची एकसमानता खूप जास्त आहे. याव्यतिरिक्त, वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान अणुभट्टी आणि एक्झॉस्ट सिस्टममधील घटकांशी जोडलेली प्रतिक्रिया उत्पादने धूळ स्त्रोत बनतील आणि या डस्टला सोयीस्करपणे कसे काढायचे हे देखील एक महत्त्वपूर्ण संशोधन दिशा आहे.

SiC epitaxial वाढीनंतर, उच्च-शुद्धता SiC सिंगल क्रिस्टल लेयर प्राप्त होते ज्याचा वापर पॉवर उपकरणे तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. याव्यतिरिक्त, एपिटॅक्सियल ग्रोथद्वारे, सब्सट्रेटमध्ये विद्यमान बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी) देखील सब्सट्रेट/ड्रिफ्ट लेयर इंटरफेसवर थ्रेडिंग एज डिस्लोकेशन (टीईडी) मध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकते (आकृती 5 पहा). जेव्हा द्विध्रुवीय प्रवाह वाहतो तेव्हा BPD मध्ये स्टॅकिंग फॉल्ट विस्तार होतो, परिणामी ऑन-रेझिस्टन्स वाढण्यासारख्या डिव्हाइस वैशिष्ट्यांचा ऱ्हास होतो. तथापि, BPD चे TED मध्ये रूपांतर झाल्यानंतर, उपकरणाच्या विद्युत वैशिष्ट्यांवर परिणाम होणार नाही. एपिटॅक्सियल वाढ द्विध्रुवीय प्रवाहामुळे होणारी उपकरणाची झीज लक्षणीयरीत्या कमी करू शकते.

आकृती 5: एपिटॅक्सियल ग्रोथ आधी आणि नंतर SiC सब्सट्रेटचे BPD आणि रूपांतरणानंतर TED क्रॉस सेक्शन

SiC च्या एपिटॅक्सियल वाढीमध्ये, ड्रिफ्ट लेयर आणि सब्सट्रेट दरम्यान बफर लेयर घातला जातो. एन-टाइप डोपिंगच्या उच्च एकाग्रतेसह बफर लेयर अल्पसंख्याक वाहकांच्या पुनर्संयोजनास प्रोत्साहन देऊ शकते. याव्यतिरिक्त, बफर लेयरमध्ये बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी) रूपांतरणाचे कार्य देखील आहे, ज्याचा खर्चावर लक्षणीय परिणाम होतो आणि हे एक अतिशय महत्वाचे उपकरण उत्पादन तंत्रज्ञान आहे.