ชั้นอีปิเทกเซียล: รากฐานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

รูปที่ 1: แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารต้องห้าม ความหนาของชั้น และแรงดันพังทลายสำหรับอุปกรณ์แบบขั้วเดียว

การเตรียมชั้น epitaxis ของ SiC ครอบคลุมเทคนิคต่างๆ เป็นหลัก เช่น การเจริญเติบโตของการระเหย, Epitaxy เฟสของเหลว (LPE), Epitaxy ลำแสงโมเลกุล (MBE) และการสะสมไอสารเคมี (CVD) โดย CVD เป็นวิธีการหลักสำหรับการผลิตจำนวนมากในโรงงาน

ตารางที่ 1: ให้ภาพรวมเปรียบเทียบของวิธีการเตรียมชั้น epitaxis หลัก

แนวทางที่ก้าวล้ำเกี่ยวข้องกับการเติบโตบนพื้นผิวนอกแกน {0001} ที่มุมเอียงเฉพาะ ดังที่อธิบายไว้ในรูปที่ 2(b) วิธีการนี้เพิ่มความหนาแน่นของขั้นตอนอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่ลดขนาดขั้นตอน โดยอำนวยความสะดวกในการเกิดนิวเคลียสเป็นหลักที่ตำแหน่งการอัดแน่นขั้นตอน และด้วยเหตุนี้ จึงทำให้ชั้นเอปิแอกเซียลสามารถจำลองลำดับการเรียงซ้อนของซับสเตรตได้อย่างสมบูรณ์แบบ โดยกำจัดการอยู่ร่วมกันของโพลีไทป์

รูปที่ 2: สาธิตกระบวนการทางกายภาพของ epitaxy แบบควบคุมขั้นตอนใน 4H-SiC

รูปที่ 3: แสดงสภาวะวิกฤตสำหรับการเจริญเติบโตของ CVD ในเอพิแทกซีแบบควบคุมขั้นตอนสำหรับ 4H-SiC

รูปที่ 4: เปรียบเทียบอัตราการเติบโตภายใต้แหล่งซิลิคอนต่างๆ สำหรับ epitaxy 4H-SiC

ในขอบเขตของการใช้งานแรงดันไฟฟ้าต่ำและปานกลาง (เช่น อุปกรณ์ 1200V) เทคโนโลยี SiC epitaxy ได้มาถึงขั้นสมบูรณ์แล้ว โดยนำเสนอความหนาที่สม่ำเสมอ ความเข้มข้นของสารต้องห้าม และการกระจายข้อบกพร่องอย่างเพียงพอ ซึ่งตรงตามข้อกำหนดสำหรับ SBD แรงดันไฟฟ้าต่ำและปานกลางอย่างเพียงพอ , MOS, อุปกรณ์ JBS และอื่นๆ

อย่างไรก็ตาม โดเมนไฟฟ้าแรงสูงยังคงมีความท้าทายที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ที่ได้รับการจัดอันดับที่ 10,000V จำเป็นต้องมีชั้น epitaxis ที่มีความหนาประมาณ 100μm แต่ชั้นเหล่านี้มีความหนาและความสม่ำเสมอของสารโด๊ปต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำ ไม่ต้องพูดถึงผลกระทบที่เป็นอันตรายของข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมต่อประสิทธิภาพโดยรวมของอุปกรณ์ การใช้งานไฟฟ้าแรงสูงซึ่งมีแนวโน้มที่จะชื่นชอบอุปกรณ์ไบโพลาร์ ยังได้กำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับอายุการใช้งานของผู้ให้บริการรายย่อย โดยจำเป็นต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเพื่อปรับปรุงพารามิเตอร์นี้

ปัจจุบัน ตลาดถูกครอบงำด้วยเวเฟอร์ SiC epitaxis ขนาด 4 นิ้วและ 6 นิ้ว โดยมีสัดส่วนเพิ่มขึ้นทีละน้อยในสัดส่วนของเวเฟอร์ SiC epitaxis ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ขนาดของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล SiC นั้นถูกกำหนดโดยพื้นฐานของขนาดของซับสเตรต SiC เนื่องจากซับสเตรต SiC ขนาด 6 นิ้วมีจำหน่ายในท้องตลาดแล้ว การเปลี่ยนจาก SiC epitaxy ขนาด 4 นิ้วเป็น 6 นิ้วจึงดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง

เนื่องจากเทคโนโลยีการผลิตซับสเตรต SiC ก้าวหน้าและกำลังการผลิตขยายตัว ต้นทุนของซับสเตรต SiC ก็ลดลงอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากซับสเตรตคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 50% ของต้นทุนของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล ราคาของซับสเตรตที่ลดลงคาดว่าจะส่งผลให้ต้นทุนเอพิแทกซี SiC ต่ำลง ดังนั้นจึงมีแนวโน้มว่าอุตสาหกรรมจะมีอนาคตที่สดใสยิ่งขึ้น-