【導讀】SiC外延生長技術是SiC功率器件製備的核心技術之一
，外延質量直接影響SiC器件的性能。目前應用較多的SiC外延生長方法是化學氣相沉積（CVD），本文簡要介紹其生產過程及注意事項。

SiC外延生長技術是SiC功率器件製備的核心技術之一，外延質量直接影響SiC器件的性能。目前應用較多的SiC外延生長方法是化學氣相沉積（CVD）
，本文簡要介紹其生產過程及注意事項。

SiC有多種穩定的晶體多型（polytype）。因此
，為了使獲得的外延生長層能夠繼承SiC襯底的特定晶體多型，需要將襯底的原子三維排列信息傳遞給外延生長層
，這需要一些巧妙的設計和方法。其中一種SiC外延生長法
，在SiC襯底的低指數晶麵上小偏角方向上，用適當的生長條件，進行化學氣相沉積（CVD）。這種方法是由京都大學名譽教授鬆波弘之等人發現的，稱為台階控製外延生長法（Step-Controlled Epitaxy）。

圖1展示了使用台階控製外延生長法進行SiC外延生長的概念圖。通過清潔具有偏角的SiC襯chen底di表biao麵mian
，形xing成cheng分fen子zi層ceng級ji的de台tai階jie和he台tai麵mian結jie構gou。當dang原yuan料liao氣qi體ti流liu動dong時shi，原yuan料liao被bei供gong應ying到dao該gai表biao麵mian
，原yuan料liao在zai台tai麵mian移yi動dong，並bing被bei分fen布bu在zai各ge處chu的de台tai階jie捕bu獲huo。捕bu獲huo的de原yuan料liao在zai該gai位wei置zhi上shang形xing成cheng與yu作zuo為wei基ji底di的deSiC襯底晶體多型一致的排列，從而使外延層得以生長。

圖1：帶有（0001）偏角的襯底上SiC外延生長概念圖

zaitaijiekongzhiwaiyanshengchangzhong，dangshengchangtiaojianbuheshishi，yuanliaozaitaimianshangerbushizaitaijieshangchenghebingshengchengjingti，yincihuishengchangchubutongdejingtiduoxing。hunruwaiyancengzhongdeyizhongduoxingduiqijianlaishuoshizhimingdequexian，yincizaitaijiekongzhiwaiyanshengchangzhong，xuyaoshezhiheshidepianjiao
，yihuodeshidangdetaijiekuandu，bingyouhuayuanliaoqitizhongSi原料和C原料的濃度
、生長溫度等條件
，選擇在台階上優先形成晶體的條件。目前市場上銷售的4H型SiC襯底的表麵呈現4°偏角（0001）麵，是基於台階控製外延生長的要求以及增加從boule中獲得的晶圓數量這兩個要求而決定的。

通過化學氣相沉積法進行SiC外延生長時，通常使用高純度氫氣作為載體，向保持在1500～1600℃高溫的SiC襯底表麵供應SiH4等Si原料以及C3H8等C原料。在這種高溫下，如果設備內壁等周圍溫度較低
，向襯底表麵的原料供應效率會大幅降低，因此采用熱壁型反應器。關於SiC的外延生長設備
，有多種方式，包括立式、水平式、多晶片式和單晶片式等。圖2、圖3和圖4展示了各種外延生長設備反應器部分的氣流和襯底配置示例。

內容

圖3：多晶片公轉型（從側麵引入氣體）

圖4：單晶片高速旋轉型

考慮到SiC外延襯底的量產，需考慮以下幾個要點：外延層厚度的均勻性、摻雜濃度的均勻性
、粉塵、產量、部件更換頻率以及維護的便利性。關於摻雜濃度的均勻性，由於它直接影響器件的耐壓分布，因此要求晶圓表麵、批次內以及批次間的均勻性。目前
，針對8英寸襯底的SiC外(wai)延(yan)生(sheng)長(chang)設(she)備(bei)的(de)研(yan)發(fa)正(zheng)在(zai)進(jin)行(xing)中(zhong)，從(cong)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)看(kan)，期(qi)待(dai)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)更(geng)適(shi)合(he)量(liang)產(chan)的(de)設(she)備(bei)。此(ci)外(wai)，附(fu)著(zhe)在(zai)反(fan)應(ying)器(qi)內(nei)的(de)部(bu)件(jian)和(he)排(pai)氣(qi)係(xi)統(tong)上(shang)的(de)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)物(wu)是(shi)粉(fen)塵(chen)源(yuan)，因(yin)此(ci)正(zheng)在(zai)開(kai)發(fa)氣(qi)體(ti)蝕(shi)刻(ke)技(ji)術(shu)
，以(yi)方(fang)便(bian)清(qing)除(chu)這(zhe)些(xie)粉(fen)塵(chen)。

通過SiC的外延生長
，形成可用於製造功率器件的高純度SiC單晶層。此外，外延生長還可以將襯底內存在的基麵位錯（BPD）轉換為襯底/漂移層界麵處的貫穿刃位錯（TED）（參見圖5）。正如第5講中所述，當雙極電流流過時，BPD會發生堆垛層錯擴展，從而導致導通電阻增加等器件特性的劣化。然而，轉換後的TED不會對器件的電氣特性產生影響。因此，適當的外延生長可以大幅減少由於雙極電流引起的劣化。

圖5：SiC襯底中的BPD和轉換後的TED橫截麵示意圖（a）外延生長前
；（b）外延生長後；

通常，在SiC的外延生長中，會在漂移層和襯底之間插入緩衝層。緩衝層通常進行高濃度的n型摻雜，這有助於促進少數載流子的複合。緩衝層還承擔著上述基麵位錯（BPD）轉換的作用，並且對成本的影響也很大，是器件製造中的一項重要技術。

文章來源：三菱電機半導體

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