報告主題：碳化硅外延，“初學者”該了解哪些？

為什么碳化硅在電力電子領域備受關注？

SiC供應鏈概覽

SiC外延--生長的基本原理

碳化硅外延設備

外延的表征技術和要求

總結

如需領取本文報告可關注

公眾號后臺回復關鍵詞“2022”，加主編領取

報告詳細內容

# 由于Si與C雙原子層堆積序列的差異會導致不同的晶體結構，SiC有著超過200種（目前已知）同質多型族

最被人熟知的便是立方密排的3C-SiC和六方密排的2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC（碳化硅具有優(yōu)良的物理和化學性能）

最常用的多型是：

4H-SiC——功率集成電路應用

6H-SiC——射頻應用

在不同的晶面上生長不同的晶錠多型體：

4H-SiC——在碳 (C) 面晶種上生長

6H-SiC——在硅 (Si) 面晶種上生長

與硅相比，SiC的多型性使SiC的外延生長和襯底制備更加復雜。

# 4H-SiC是功率器件的最佳選擇

（6H-SiC的電子遷移率是各向異性的）

# SiC 相對于 Si 器件的優(yōu)勢

? SiC 的寬帶隙允許更薄的外延層來阻擋給定的電壓

? 較薄的漂移層降低了整體器件電阻

? 更高的電子飽和速度允許更高頻率的運行

? SiC 的高導熱性允許器件在 > 200C 的高溫下運行

# 碳化硅供應鏈概覽

# SiC外延生長：常見元素

襯底：

?用于電力電子的4H多型

?當前晶圓直徑150 mm和200 mm

?定向4°離軸

?雙面拋光

?在晶片的硅面上生長的外延

? 需要對硅表面進行仔細的化學機械拋光 (cmp) 以減少缺陷

生長參數(shù)：

?溫度 ~ 1650 oC

?壓力 ~ 50-100 mbar

?硅源

?碳源

?摻雜氣體

?C/Si 比率——用于摻雜控制

?涂層石墨

外延片表征：

?厚度 - 目標和均勻度

?摻雜 - 目標和均勻度

?缺陷（表面缺陷、位錯缺陷）

?晶圓形狀（弓形等）

 ...

# SiC 外延生長的通用工藝示意圖（溫度與時間）

# SiC外延生長工藝:臺階流生長

# SiC外延工藝:氣體流速和比率

碳化硅外延生長率

? 生長速度與Si 流量成正比

碳化硅外延摻雜受C/Si比控制

# 近 30 年的 SiC 外延系統(tǒng)演變

Epigress熱壁式SiC外延生長系統(tǒng)

? 單晶片 2” 直徑

? 手動裝載和卸載外延片

? 過程手動控制

? 基于硅烷 (SiH4) 的工藝 – 不含氯

? 增長率限制在 10 微米/小時左右

Aixtron 暖壁系統(tǒng)

? 多晶片 6” 直徑 (8”)

? 自動加載和卸載外延片

? 配方控制過程

? 基于氯硅烷的工藝

? (TCS) 增長率通常為 30 微米/小時

? 主要用于>30um 的外延層

Epiluvac 集群式熱壁系統(tǒng)

? 最大直徑為 8 英寸的單晶片室

? 腔室可以組合在一個集群設備中，用于不同的摻雜層（n、p 型）

? 腔室之間的晶片轉移發(fā)生在空閑溫度和真空下。

? 外延片的自動加載鎖定加載、預熱、冷卻和卸載

? 通過配方控制過程

? 基于氯硅烷 (TCS) 的工藝證明生長速率超過 100 um/hr

# SiC外延設備的配置

# 熱壁 SiC 外延反應器熱區(qū) - 示意圖

# 行星式 SiC 外延反應器組件

# 外延表征

在每個外延片上收集的數(shù)據(jù)

在選定的樣品外延片上收集的數(shù)據(jù)

# 外延厚度表征

# 外延摻雜表征

# 外延片形狀表征

（通過電容探針技術測量外延片形狀）

# SiC外延缺陷

# SiC外延表面缺陷

# 用 UVPL 檢測碳化硅外延位錯缺陷

# 總結

? 碳化硅在電力電子領域的發(fā)展迅速

? 為了向行業(yè)提供高質量的外延片，需要：

? 了解 SiC 外延生長過程至關重要

襯底

成長參數(shù)與機制

表征設備和技術

? SiC 外延設備——有多種選擇（現(xiàn)在與未來）

? 外延片表征技術和商業(yè)要求

厚度和摻雜準確度和均勻度

缺陷類型和控制

特殊要求

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