स्टेप-नियंत्रित एपिटैक्सियल ग्रोथ क्या है

SiC पावर उपकरणों की तैयारी के लिए मुख्य प्रौद्योगिकियों में से एक के रूप में, SiC एपिटैक्सियल ग्रोथ तकनीक द्वारा विकसित एपिटेक्सी की गुणवत्ता सीधे SiC उपकरणों के प्रदर्शन को प्रभावित करेगी। वर्तमान में, सबसे मुख्यधारा SiC एपिटैक्सियल विकास तकनीक रासायनिक वाष्प जमाव (CVD) है।

SiC के कई स्थिर क्रिस्टल पॉलीटाइप हैं। इसलिए, प्राप्त एपीटैक्सियल विकास परत को विशिष्ट क्रिस्टल पॉलीटाइप को प्राप्त करने में सक्षम बनाने के लिएSic सब्सट्रेट, सब्सट्रेट की त्रि-आयामी परमाणु व्यवस्था की जानकारी को एपिटैक्सियल ग्रोथ परत में स्थानांतरित करना आवश्यक है, और इसके लिए कुछ विशेष तरीकों की आवश्यकता होती है। क्योटो विश्वविद्यालय के प्रोफेसर एमेरिटस हिरोयुकी मात्सुनामी और अन्य ने ऐसी SiC एपिटैक्सियल ग्रोथ तकनीक का प्रस्ताव रखा, जो उचित विकास स्थितियों के तहत एक छोटे से ऑफ-एंगल दिशा में SiC सब्सट्रेट के कम-सूचकांक क्रिस्टल विमान पर रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) करता है। इस तकनीकी विधि को चरण-नियंत्रित एपीटैक्सियल वृद्धि विधि भी कहा जाता है।

चित्र 1 दिखाता है कि चरण-नियंत्रित एपिटैक्सियल वृद्धि विधि द्वारा SiC एपिटैक्सियल वृद्धि कैसे करें। एक स्वच्छ और ऑफ-एंगल SiC सब्सट्रेट की सतह को चरणों की परतों में बनाया जाता है, और आणविक-स्तरीय चरण और तालिका संरचना प्राप्त की जाती है। जब कच्चे माल की गैस पेश की जाती है, तो कच्चे माल को SiC सब्सट्रेट की सतह पर आपूर्ति की जाती है, और टेबल पर चलने वाले कच्चे माल को अनुक्रम में चरणों द्वारा पकड़ लिया जाता है। जब कैप्चर किया गया कच्चा माल क्रिस्टल पॉलीटाइप के अनुरूप एक व्यवस्था बनाता हैSic सब्सट्रेटइसी स्थिति में, एपिटैक्सियल परत सफलतापूर्वक एसआईसी सब्सट्रेट के विशिष्ट क्रिस्टल पॉलीटाइप को विरासत में मिली।

चित्रा 1: एक ऑफ-एंगल (0001) के साथ एसआईसी सब्सट्रेट का एपिटैक्सियल ग्रोथ

बेशक, स्टेप-नियंत्रित एपिटैक्सियल ग्रोथ टेक्नोलॉजी के साथ समस्याएं हो सकती हैं। जब विकास की स्थिति उचित परिस्थितियों को पूरा नहीं करती है, तो कच्चे माल पर न्यूक्लिएट करेंगे और चरणों के बजाय टेबल पर क्रिस्टल उत्पन्न करेंगे, जिससे विभिन्न क्रिस्टल पॉलीटाइप्स की वृद्धि होगी, जिससे आदर्श एपिटैक्सियल परत बढ़ने में विफल हो जाएगी। यदि विषम पॉलीटाइप एपिटैक्सियल परत में दिखाई देते हैं, तो अर्धचालक डिवाइस को घातक दोषों के साथ छोड़ दिया जा सकता है। इसलिए, स्टेप-नियंत्रित एपिटैक्सियल ग्रोथ टेक्नोलॉजी में, डिफ्लेक्शन की डिग्री को स्टेप की चौड़ाई को एक उचित आकार तक पहुंचाने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। इसी समय, कच्चे माल की गैस में सी कच्चे माल और सी कच्चे माल की एकाग्रता, विकास का तापमान और अन्य स्थितियों को भी चरणों पर क्रिस्टल की प्राथमिकता गठन के लिए स्थितियों को पूरा करना चाहिए। वर्तमान में, मुख्य की सतह4H-प्रकार SIC सब्सट्रेटबाजार में 4° विक्षेपण कोण (0001) सतह मौजूद है, जो चरण-नियंत्रित एपिटैक्सियल विकास प्रौद्योगिकी की आवश्यकताओं और बाउल से प्राप्त वेफर्स की संख्या में वृद्धि दोनों को पूरा कर सकती है।

उच्च-शुद्धता वाले हाइड्रोजन का उपयोग एसआईसी एपिटैक्सियल ग्रोथ के लिए रासायनिक वाष्प जमाव विधि में एक वाहक के रूप में किया जाता है, और सी कच्चे माल जैसे कि SIH4 और C कच्चे माल जैसे C3H8 SIC सब्सट्रेट की सतह पर इनपुट होते हैं, जिनके सब्सट्रेट तापमान को हमेशा बनाए रखा जाता है। 1500-1600 ℃। 1500-1600 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, यदि उपकरण की आंतरिक दीवार का तापमान पर्याप्त नहीं है, तो कच्चे माल की आपूर्ति दक्षता में सुधार नहीं किया जाएगा, इसलिए एक गर्म दीवार रिएक्टर का उपयोग करना आवश्यक है। कई प्रकार के एसआईसी एपिटैक्सियल ग्रोथ उपकरण हैं, जिनमें ऊर्ध्वाधर, क्षैतिज, बहु-वेफर और सिंगल शामिल हैं-वफ़रप्रकार. चित्र 2, 3 और 4 तीन प्रकार के SiC एपिटैक्सियल ग्रोथ उपकरण के रिएक्टर भाग के गैस प्रवाह और सब्सट्रेट कॉन्फ़िगरेशन को दर्शाते हैं।

चित्रा 2 मल्टी-चिप रोटेशन और क्रांति

चित्रा 3 बहु-चिप क्रांति

चित्र 4 एकल चिप

SiC एपिटैक्सियल सब्सट्रेट्स के बड़े पैमाने पर उत्पादन को प्राप्त करने के लिए विचार करने के लिए कई प्रमुख बिंदु हैं: एपिटैक्सियल परत की मोटाई की एकरूपता, डोपिंग एकाग्रता की एकरूपता, धूल, उपज, घटक प्रतिस्थापन की आवृत्ति और रखरखाव की सुविधा। उनमें से, डोपिंग एकाग्रता की एकरूपता सीधे डिवाइस के वोल्टेज प्रतिरोध वितरण को प्रभावित करेगी, इसलिए वेफर सतह, बैच और बैच की एकरूपता बहुत अधिक है। इसके अलावा, विकास प्रक्रिया के दौरान रिएक्टर और निकास प्रणाली में घटकों से जुड़े प्रतिक्रिया उत्पाद धूल स्रोत बन जाएंगे, और इन धूल को आसानी से कैसे हटाया जाए यह भी एक महत्वपूर्ण शोध दिशा है।

SIC एपिटैक्सियल ग्रोथ के बाद, एक उच्च शुद्धता वाले SIC सिंगल क्रिस्टल लेयर जिसका उपयोग बिजली उपकरणों के निर्माण के लिए किया जा सकता है, प्राप्त किया जाता है। इसके अलावा, एपिटैक्सियल ग्रोथ के माध्यम से, सब्सट्रेट में मौजूद बेसल प्लेन डिस्लोकेशन (बीपीडी) को सब्सट्रेट/ड्रिफ्ट लेयर इंटरफेस (चित्र 5 देखें) में एक थ्रेडिंग एज अव्यवस्था (TED) में भी परिवर्तित किया जा सकता है। जब एक द्विध्रुवी करंट के माध्यम से बहता है, तो बीपीडी स्टैकिंग फॉल्ट विस्तार से गुजरता है, जिसके परिणामस्वरूप डिवाइस विशेषताओं जैसे कि ऑन-प्रतिरोध में वृद्धि होती है। हालांकि, बीपीडी को टेड में परिवर्तित करने के बाद, डिवाइस की विद्युत विशेषताएं प्रभावित नहीं होंगी। एपिटैक्सियल वृद्धि द्विध्रुवी वर्तमान के कारण डिवाइस की गिरावट को काफी कम कर सकती है।

चित्रा 5: रूपांतरण के बाद एपिटैक्सियल ग्रोथ और टेड क्रॉस सेक्शन से पहले और बाद में एसआईसी सब्सट्रेट का बीपीडी

एसआईसी के एपिटैक्सियल विकास में, एक बफर परत को अक्सर बहाव परत और सब्सट्रेट के बीच डाला जाता है। एन-टाइप डोपिंग की उच्च एकाग्रता के साथ बफर परत अल्पसंख्यक वाहकों के पुनर्संयोजन को बढ़ावा दे सकती है। इसके अलावा, बफर परत में बेसल विमान अव्यवस्था (बीपीडी) रूपांतरण का कार्य भी है, जिसका लागत पर काफी प्रभाव पड़ता है और यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण डिवाइस निर्माण तकनीक है।