報告主題：碳化硅外延，“初學者”該了解哪些？
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(lǐng)域備受關(guān)注？
SiC供應(yīng)鏈概覽
SiC外延--生長的基本原理
碳化硅外延設(shè)備
外延的表征技術(shù)和要求
總結(jié)
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# 由于Si與C雙原子層堆積序列的差異會導(dǎo)致不同的晶體結(jié)構(gòu)，SiC有著超過200種（目前已知）同質(zhì)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(yīng)用
6H-SiC——射頻應(yīng)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(fù)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(dǎo)熱性允許器件在 > 200C 的高溫下運行
# 碳化硅供應(yīng)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(shè)備中，用于不同的摻雜層（n、p 型）
? 腔室之間的晶片轉(zhuǎn)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(yù)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(shè)備的配置
# 熱壁 SiC 外延反應(yīng)器熱區(qū) - 示意圖
# 行星式 SiC 外延反應(yīng)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(shù)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(jié)
? 碳化硅在電力電子領(lǐng)域的發(fā)展迅速
? 為了向行業(yè)提供高質(zhì)量的外延片，需要：
? 了解 SiC 外延生長過程至關(guān)重要
襯底
成長參數(shù)與機制
表征設(shè)備和技術(shù)
? SiC 外延設(shè)備——有多種選擇（現(xiàn)在與未來）
? 外延片表征技術(shù)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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