एपिटैक्सियल परतें: उन्नत सेमीकंडक्टर उपकरणों की नींव

चित्र 1: एकध्रुवीय उपकरणों के लिए डोपिंग सांद्रता, परत की मोटाई और ब्रेकडाउन वोल्टेज के बीच संबंध को दर्शाता है।

SiC एपिटैक्सियल परतों की तैयारी में मुख्य रूप से वाष्पीकरण वृद्धि, तरल चरण एपिटैक्सी (एलपीई), आणविक बीम एपिटैक्सी (एमबीई), और रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) जैसी तकनीकें शामिल हैं, जिसमें सीवीडी कारखानों में बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए प्रमुख विधि है।

तालिका 1: मुख्य एपिटैक्सियल परत तैयार करने के तरीकों का तुलनात्मक अवलोकन प्रदान करता है।

एक अभूतपूर्व दृष्टिकोण में एक विशिष्ट झुकाव कोण पर ऑफ-एक्सिस {0001} सब्सट्रेट्स पर विकास शामिल है, जैसा कि चित्र 2 (बी) में दर्शाया गया है। यह विधि स्टेप आकार को कम करते हुए स्टेप घनत्व को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाती है, मुख्य रूप से स्टेप बंचिंग साइटों पर न्यूक्लिएशन की सुविधा प्रदान करती है और इस प्रकार, एपिटैक्सियल परत को सब्सट्रेट के स्टैकिंग अनुक्रम को पूरी तरह से दोहराने की अनुमति देती है, जिससे पॉलीटाइप्स का सह-अस्तित्व समाप्त हो जाता है।

चित्र 2: 4H-SiC में चरण-नियंत्रित एपिटेक्सी की भौतिक प्रक्रिया को प्रदर्शित करता है।

चित्र 3: 4H-SiC के लिए चरण-नियंत्रित एपिटेक्सी में सीवीडी वृद्धि के लिए महत्वपूर्ण स्थितियों को दर्शाता है।

चित्र 4: 4H-SiC एपिटॉक्सी के लिए विभिन्न सिलिकॉन स्रोतों के तहत विकास दर की तुलना करता है।

निम्न और मध्यम वोल्टेज अनुप्रयोगों (उदाहरण के लिए, 1200V डिवाइस) के क्षेत्र में, SiC एपिटैक्सी तकनीक एक परिपक्व चरण में पहुंच गई है, जो मोटाई, डोपिंग एकाग्रता और दोष वितरण में अपेक्षाकृत बेहतर एकरूपता प्रदान करती है, जो निम्न और मध्यम-वोल्टेज एसबीडी के लिए आवश्यकताओं को पर्याप्त रूप से पूरा करती है। , एमओएस, जेबीएस डिवाइस और अन्य।

हालाँकि, हाई-वोल्टेज डोमेन अभी भी महत्वपूर्ण चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है। उदाहरण के लिए, 10000V पर रेटेड उपकरणों को लगभग 100μm मोटी एपिटैक्सियल परतों की आवश्यकता होती है, लेकिन ये परतें अपने कम-वोल्टेज समकक्षों की तुलना में काफी कम मोटाई और डोपिंग एकरूपता प्रदर्शित करती हैं, समग्र डिवाइस प्रदर्शन पर त्रिकोणीय दोषों के हानिकारक प्रभाव का उल्लेख नहीं किया जाता है। उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोग, जो द्विध्रुवी उपकरणों का पक्ष लेते हैं, अल्पसंख्यक वाहक जीवनकाल पर भी कठोर मांग रखते हैं, जिससे इस पैरामीटर को बढ़ाने के लिए प्रक्रिया अनुकूलन की आवश्यकता होती है।

वर्तमान में, बाजार में 4-इंच और 6-इंच SiC एपिटैक्सियल वेफर्स का वर्चस्व है, जिसमें बड़े-व्यास वाले SiC एपिटैक्सियल वेफर्स के अनुपात में क्रमिक वृद्धि हुई है। SiC एपिटैक्सियल वेफर्स का आकार मूल रूप से SiC सब्सट्रेट्स के आयामों से निर्धारित होता है। 6-इंच SiC सबस्ट्रेट्स अब व्यावसायिक रूप से उपलब्ध होने के साथ, 4-इंच से 6-इंच SiC एपिटैक्सी में संक्रमण लगातार चल रहा है।

जैसे-जैसे SiC सब्सट्रेट निर्माण प्रौद्योगिकी आगे बढ़ती है और उत्पादन क्षमता का विस्तार होता है, SiC सब्सट्रेट की लागत उत्तरोत्तर कम होती जा रही है। यह देखते हुए कि सब्सट्रेट एपिटैक्सियल वेफर्स की लागत का 50% से अधिक के लिए जिम्मेदार है, घटती सब्सट्रेट कीमतों से SiC एपिटेक्सी की लागत कम होने की उम्मीद है, जिससे उद्योग के लिए एक उज्जवल भविष्य का वादा किया जा सकता है।**