SiC એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ પ્રક્રિયાનો મૂળભૂત પરિચય

એપિટેક્સિયલ લેયર એ એક ચોક્કસ સિંગલ ક્રિસ્ટલ ફિલ્મ છે જે એપિટાક્સિયલ પ્રક્રિયા દ્વારા વેફર પર ઉગાડવામાં આવે છે, અને સબસ્ટ્રેટ વેફર અને એપિટેક્સિયલ ફિલ્મને એપિટેક્સિયલ વેફર કહેવામાં આવે છે. વાહક સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ પર સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ સ્તરને વધારીને, સિલિકોન કાર્બાઇડ સજાતીય એપિટેક્સિયલ વેફરને વધુ સ્કોટ્ટી ડાયોડ્સ, MOSFETs, IGBTs અને અન્ય પાવર ઉપકરણોમાં તૈયાર કરી શકાય છે, જેમાંથી 4H-SiC સબસ્ટ્રેટ સૌથી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવર ડિવાઇસ અને પરંપરાગત સિલિકોન પાવર ડિવાઇસની વિવિધ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને કારણે, તે સિલિકોન કાર્બાઇડ સિંગલ ક્રિસ્ટલ મટિરિયલ પર સીધી રીતે ફેબ્રિકેટ કરી શકાતી નથી. વાહક સિંગલ ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટ પર વધારાની ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી એપિટેક્સિયલ સામગ્રી ઉગાડવી જોઈએ, અને વિવિધ ઉપકરણો એપિટેક્સિયલ સ્તર પર ઉત્પાદિત હોવા જોઈએ. તેથી, એપિટેક્સિયલ સ્તરની ગુણવત્તા ઉપકરણના પ્રદર્શન પર ખૂબ પ્રભાવ ધરાવે છે. વિવિધ પાવર ઉપકરણોના પ્રદર્શનમાં સુધારો એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ, ડોપિંગ સાંદ્રતા અને ખામીઓ માટે પણ ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓને આગળ ધપાવે છે.

અંજીર. 1. ડોપિંગ સાંદ્રતા અને યુનિપોલર ઉપકરણના એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ અને અવરોધિત વોલ્ટેજ વચ્ચેનો સંબંધ

એસઆઈસી એપિટેક્સિયલ લેયરની તૈયારીની પદ્ધતિઓમાં મુખ્યત્વે બાષ્પીભવન વૃદ્ધિ પદ્ધતિ, લિક્વિડ ફેઝ એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ (એલપીઇ), મોલેક્યુલર બીમ એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ (એમબીઇ) અને રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (સીવીડી)નો સમાવેશ થાય છે. હાલમાં, રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (CVD) એ ફેક્ટરીઓમાં મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે વપરાતી મુખ્ય પદ્ધતિ છે.

અંજીર. 2. એપિટેક્સિયલ સ્તરની મુખ્ય તૈયારી પદ્ધતિઓની સરખામણી

આકૃતિ 2(b) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ચોક્કસ ટિલ્ટ એન્ગલ સાથે ઑફ-એક્સિસ {0001} સબસ્ટ્રેટ પર, સ્ટેપ સપાટીની ઘનતા મોટી છે, અને સ્ટેપ સપાટીનું કદ નાનું છે, અને ક્રિસ્ટલ ન્યુક્લિએશન સરળ નથી. પગલાની સપાટી પર થાય છે, પરંતુ વધુ વખત પગલાના મર્જિંગ બિંદુ પર થાય છે. આ કિસ્સામાં, માત્ર એક ન્યુક્લિટીંગ કી છે. તેથી, એપિટેક્સિયલ સ્તર સબસ્ટ્રેટના સ્ટેકીંગ ક્રમને સંપૂર્ણ રીતે નકલ કરી શકે છે, આમ બહુ-પ્રકારના સહઅસ્તિત્વની સમસ્યાને દૂર કરે છે.

અંજીર. 3. 4H-SiC સ્ટેપ કંટ્રોલ એપિટેક્સી પદ્ધતિની ભૌતિક પ્રક્રિયા ડાયાગ્રામ

અંજીર. 4. 4H-SiC સ્ટેપ-નિયંત્રિત એપિટેક્સી પદ્ધતિ દ્વારા CVD વૃદ્ધિ માટે જટિલ પરિસ્થિતિઓ

અંજીર. 5. 4H-SiC એપિટાક્સીમાં વિવિધ સિલિકોન સ્ત્રોતો હેઠળ વૃદ્ધિ દરની સરખામણી

હાલમાં, સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સી ટેક્નોલોજી ઓછી અને મધ્યમ વોલ્ટેજ એપ્લિકેશન (જેમ કે 1200 વોલ્ટ ઉપકરણો) માં પ્રમાણમાં પરિપક્વ છે. જાડાઈ એકરૂપતા, ડોપિંગ એકાગ્રતા એકરૂપતા અને એપિટેક્સિયલ સ્તરની ખામી વિતરણ પ્રમાણમાં સારા સ્તરે પહોંચી શકે છે, જે મૂળભૂત રીતે મધ્યમ અને નીચા વોલ્ટેજ SBD (Schottky ડાયોડ), MOS (મેટલ ઓક્સાઇડ સેમિકન્ડક્ટર ફીલ્ડ ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર), JBS (જેબીએસ) ની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે. જંકશન ડાયોડ) અને અન્ય ઉપકરણો.

જો કે, ઉચ્ચ દબાણના ક્ષેત્રમાં, એપિટેક્સિયલ વેફર્સને હજુ પણ ઘણા પડકારોને દૂર કરવાની જરૂર છે. ઉદાહરણ તરીકે, એવા ઉપકરણો માટે કે જેને 10,000 વોલ્ટનો સામનો કરવાની જરૂર છે, એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ લગભગ 100μm હોવી જરૂરી છે. લો-વોલ્ટેજ ઉપકરણોની તુલનામાં, એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ અને ડોપિંગ સાંદ્રતાની એકરૂપતા ઘણી અલગ છે, ખાસ કરીને ડોપિંગ સાંદ્રતાની એકરૂપતા. તે જ સમયે, એપિટેક્સિયલ સ્તરમાં ત્રિકોણ ખામી ઉપકરણના એકંદર પ્રદર્શનને પણ નષ્ટ કરશે. ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ એપ્લિકેશન્સમાં, ઉપકરણ પ્રકારો દ્વિધ્રુવી ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરે છે, જેને એપિટેક્સિયલ સ્તરમાં ઉચ્ચ લઘુમતી જીવનકાળની જરૂર હોય છે, તેથી લઘુમતી જીવનકાળને સુધારવા માટે પ્રક્રિયાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની જરૂર છે.

હાલમાં, ઘરેલું એપિટેક્સી મુખ્યત્વે 4 ઇંચ અને 6 ઇંચની છે, અને મોટા કદના સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સીનું પ્રમાણ દર વર્ષે વધી રહ્યું છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ શીટનું કદ મુખ્યત્વે સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટના કદ દ્વારા મર્યાદિત છે. હાલમાં, 6-ઇંચ સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટનું વ્યાપારીકરણ કરવામાં આવ્યું છે, તેથી સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ ધીમે ધીમે 4 ઇંચથી 6 ઇંચમાં સંક્રમિત થઈ રહ્યું છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ તૈયાર કરવાની ટેક્નોલોજી અને ક્ષમતાના વિસ્તરણમાં સતત સુધારા સાથે, સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટની કિંમત ધીમે ધીમે ઘટી રહી છે. એપિટેક્સિયલ શીટની કિંમતની રચનામાં, સબસ્ટ્રેટ કિંમતના 50% કરતા વધુનો હિસ્સો ધરાવે છે, તેથી સબસ્ટ્રેટના ભાવમાં ઘટાડા સાથે, સિલિકોન કાર્બાઇડ એપિટેક્સિયલ શીટની કિંમતમાં પણ ઘટાડો થવાની ધારણા છે.