ステップ制御エピタキシャル成長とは何ですか？

SICパワーデバイスの準備のためのコアテクノロジーの1つとして、SICエピタキシャル成長技術によって成長したエピタキシーの品質は、SICデバイスのパフォーマンスに直接影響します。現在、最も主流のSICエピタキシャル成長技術は、化学蒸気堆積（CVD）です。

SiC には安定した結晶ポリタイプが多数あります。したがって、得られるエピタキシャル成長層が、エピタキシャル成長層の特定の結晶ポリタイプを継承できるようにするために、SiC基板、基質の3次元原子配置情報をエピタキシャル成長層に伝達する必要があり、これにはいくつかの特別な方法が必要です。京都大学名誉教授、松村島、その他は、適切な成長条件下で小さな外角方向のSIC基板の低インデックス結晶面で化学蒸気堆積（CVD）を実行するこのようなSICエピタキシャル成長技術を提案しました。この技術的方法は、ステップ制御されたエピタキシャル成長法とも呼ばれます。

図1は、ステップ制御されたエピタキシャル成長法により、SICエピタキシャル成長を実行する方法を示しています。クリーンおよびアングルのSIC基質の表面は、ステップの層に形成され、分子レベルのステップとテーブル構造が得られます。原材料ガスが導入されると、原材料がSIC基質の表面に供給され、テーブルの上に移動する原材料は順番のステップによってキャプチャされます。キャプチャされた原料が結晶ポリタイプと一致する配置を形成する場合SiC基板対応する位置では、エピタキシャル層がSIC基質の特定の結晶ポリタイプを正常に継承します。

図1：オフアングルを伴うSIC基質のエピタキシャル成長（0001）

もちろん、ステップ制御されたエピタキシャル成長技術には問題があるかもしれません。成長条件が適切な条件を満たしていない場合、原材料は段階ではなくテーブルの結晶を核形成し、生成し、異なる結晶ポリタイプの成長につながり、理想的なエピタキシャル層が成長しません。不均一なポリタイプがエピタキシャル層に現れる場合、半導体デバイスに致命的な欠陥が残されている可能性があります。したがって、ステップ制御されたエピタキシャル成長技術では、ステップ幅を妥当なサイズにするために、たわみの程度を設計する必要があります。同時に、原料ガスにおけるSi原料とC原材料の濃度は、成長温度とその他の条件も、階段上の結晶の優先順位形成の条件を満たす必要があります。現在、メインの表面4H型SIC基質市場では、偏向角 4° (0001) 面が提供されており、ステップ制御エピタキシャル成長技術の要件と、ブールから得られるウェーハ数の増加の両方の要件を満たすことができます。

SiCエピタキシャル成長の化学気相成長法では高純度水素をキャリアとして用い、基板温度を常に一定に保ったSiC基板表面にSiH4などのSi原料やC3H8などのC原料を投入します。 1500～1600℃。 1500～1600℃の場合、装置内壁の温度が高くないと原料の供給効率が上がらないため、ホットウォール反応器を使用する必要があります。 SiCエピタキシャル成長装置には、縦型、横型、枚葉式、枚葉式など多くの種類があります。ウェーハ種類。図2、図3、図4に3種類のSiCエピタキシャル成長装置の反応炉部のガスの流れと基板構成を示します。

図2 マルチチップの回転と公転

図3 マルチチップ革命

図4単一チップ

SICエピタキシャル基質の大量生産を達成するために考慮すべきいくつかの重要なポイントがあります：エピタキシャル層の厚さの均一性、ドーピング濃度の均一性、ほこり、収量、成分交換の頻度、メンテナンスの利便性。その中で、ドーピング濃度の均一性は、デバイスの電圧抵抗分布に直接影響するため、ウェーハ表面、バッチ、バッチの均一性が非常に高くなります。さらに、成長プロセス中の原子炉内のコンポーネントと排気システムに接続された反応生成物は、ダスト源になり、これらのダストを便利に除去する方法も重要な研究方向です。

SiC エピタキシャル成長後、パワーデバイスの製造に使用できる高純度の SiC 単結晶層が得られます。さらに、エピタキシャル成長により、基板内に存在する基底面転位（BPD）を基板/ドリフト層界面で貫通刃状転位（TED）に変換することもできます（図5参照）。バイポーラ電流が流れるとBPDが積層欠陥を拡大し、オン抵抗が増加するなどデバイス特性が劣化します。ただし、BPD が TED に変換された後は、デバイスの電気特性は影響を受けません。エピタキシャル成長は、バイポーラ電流によって引き起こされるデバイスの劣化を大幅に軽減できます。

図5：エピタキシャル成長の前後のSIC基質のBPDおよび変換後のTED断面積

SICのエピタキシャル成長では、ドリフト層と基質の間にバッファ層が挿入されることがよくあります。 n型ドーピングの高濃度のバッファ層は、少数派のキャリアの組換えを促進する可能性があります。さらに、バッファ層には基礎面脱臼（BPD）変換の機能もあります。これはコストに大きな影響を与え、非常に重要なデバイス製造技術です。