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Technologie 5.silicon de carbure
  • 5-4-4-2 sic contrôle de polytype de croissance épitaxiale

    2018-01-08

    La croissance homoépitaxiale, par laquelle le polytype de l'épilateur sic correspond au polytype du substrat sic, est réalisée par épitaxie \"contrôlée par l'étape\". L'épitaxie par étapes est basée sur des épilayeuses en croissance sur une plaquette sic polie selon un angle (appelé «angle d'inclinaison» ou «angle hors axe») de 3 ° -8 ° par rapport au plan de base (0 0 0 1) , résultant en une surface avec des marches atomiques et des terrasses plates relativement longues entre les marches. Lorsque les conditions de croissance sont correctement contrôlées et qu'il y a une distance suffisamment courte entre les pas, les adatomes si et c qui frappent la surface de croissance trouvent leur chemin vers les élévateurs, où ils se lient et s'incorporent dans le cristal. il se produit ainsi une croissance latérale ordonnée qui permet à la séquence d'empilement polytypique du substrat d'être exactement reflétée dans la couche épitaxiale en croissance. gaufrettes sic coupées avec des orientations de surface non conventionnelles telles que ( ) et ( ) , fournissent une géométrie de surface favorable pour que les épilayeurs héritent de la séquence d'empilement (c'est-à-dire du polytype) par l'intermédiaire d'un écoulement par étapes provenant du substrat. lorsque les conditions de croissance ne sont pas correctement contrôlées lorsque les marches sont trop éloignées, comme cela peut se produire avec des surfaces de substrats mal préparées qui sont polies à moins de 1 ° du plan basal (0 0 0 1), les îlots de croissance se fondre et se lier au milieu des terrasses au lieu des marches. La nucléation insulaire incontrôlée (également appelée nucléation de la terrasse) sur les surfaces de sic conduit à une croissance hétéroépitaxiale de 3c-sic de mauvaise qualité. Pour aider à prévenir la nucléation parasite de 3c-sic au cours de la croissance épitaxiale, la plupart des substrats commerciaux 4h et 6h-sic sont polis à des angles d'inclinaison respectifs de 8 ° et 3,5 ° par rapport au plan basal (0 0 0). à ce jour, tous les composants électroniques commerciaux reposent sur des couches homoépitaxiales qui sont cultivées sur ces plaquettes sic (0 0 0 1) préparées sur l'axe c \"hors axe\". l'élimination correcte de la contamination de surface résiduelle et les défauts laissés par le processus de coupe et de polissage de la plaquette sont également vitaux pour obtenir des épilâcheurs sic de haute qualité avec des défauts de dislocation minimaux. techniques utilisées pour mieux préparer la surface de la plaquette sic avant la croissance épitaxiale vont de la gravure sèche au polissage chimico-mécanique (cmp). lorsque la plaquette est chauffée dans une chambre de croissance en préparation de l'initiation de la croissance épilaire, une gravure gazeuse de précroissance in situ à haute température (typiquement en utilisant h2 et / ou hcl) est habituellement réalisée pour éliminer davantage la contamination de surface et les défauts. Il convient de noter que le traitement de pré...

  • 5-4-4-3 sic epilayer dopage

    2018-01-08

    Le dopage in situ pendant la croissance épitaxiale de cvd est principalement accompli par l'introduction d'azote (habituellement) pour le type n et l'aluminium (habituellement le triméthyl- ou le triéthylaluminium) pour les épilayers de type p. certains dopants alternatifs tels que le phosphore et le bore ont également été étudiés pour les épilayers de type n et p, respectivement. alors qu'une certaine variation du dopage de couche épaisse peut être effectuée strictement en faisant varier le flux de gaz dopants, la méthodologie de dopage de site-compétition a permis d'accomplir une gamme beaucoup plus large de dopage sic. de plus, la compétition sur site a également rendu les dopages de couche intermédiaire plus fiables et reproductibles. la technique de dopant-control de site-compétition est basée sur le fait que de nombreux dopants de sic s'incorporent préférentiellement dans des sites de treillis ou des sites de réseau. à titre d'exemple, l'azote s'incorpore préférentiellement dans des sites de réseau normalement occupés par des atomes de carbone. par croissance sérique épitaxiale dans des conditions riches en carbone, la plus grande partie de l'azote présent dans le système cvd (qu'il s'agisse d'un contaminant résiduel ou intentionnellement introduit) peut être exclue de l'incorporation dans le cristal sic en croissance. inversement, en croissant dans un environnement déficient en carbone, l'incorporation d'azote peut être améliorée pour former des épilayers très fortement dopés pour des contacts ohmiques. l'aluminium, qui est opposé à l'azote, préfère le site de sic, et d'autres dopants ont également été contrôlés par la concurrence du site en faisant varier correctement le rapport S / C pendant la croissance des cristaux. Dopage épilateur sic allant de 9 × à 1 × sont disponibles dans le commerce, et les chercheurs ont rapporté avoir obtenu des dopages sur un facteur de 10 plus grand et plus petit que cette gamme pour les dopages de type n et p. l'orientation de surface de la plaquette affecte également l'efficacité de l'incorporation de dopage pendant la croissance de la couche épaisse. Au moment d'écrire ces lignes, les épilateurs disponibles pour les consommateurs afin de spécifier et d'acheter pour répondre à leurs propres besoins d'application de l'appareil ont des tolérances d'épaisseur et de dopage de ± 25% et ± 50%, respectivement. cependant, certains épilateurs de sic utilisés pour la production de dispositifs à grand volume sont bien plus optimisés, présentant une variation de plus de 5% du dopage et de l'épaisseur.

  • 5-4-5 défauts de dislocation du cristal sic

    2018-01-08

    le tableau 5.2 résume les principaux défauts de dislocation connus trouvés dans les plaquettes et les épilayers commerciaux 4h et 6h-sic actuels. Puisque les régions actives des dispositifs résident dans les épilayers, le contenu des défauts de l'épilateur est clairement d'une importance primordiale pour la performance du dispositif sic. cependant, comme en témoigne le tableau 5.2, la plupart des défauts de l'épilateur proviennent des dislocations trouvées dans le substrat sic sous-jacent avant le dépôt de l'épi-couche. plus de détails sur l'impact électrique de certains de ces défauts sur des dispositifs spécifiques sont discutés plus loin dans la section 5.6. le défaut micropipe est considéré comme le défaut le plus évident et le plus dommageable pour les dispositifs électroniques. Une micropipe est une dislocation axiale avec un noyau creux (diamètre de l'ordre du micromètre) dans la plaquette sic et l'épilateur qui s'étend sensiblement parallèle à l'axe c cristallographique perpendiculaire à la surface polie de la plaquette d'axe c. ces défauts confèrent une contrainte locale considérable au cristal sic environnant qui peut être observée en utilisant une topographie à rayons X ou des polariseurs optiques croisés. Au cours des dix dernières années, des efforts considérables de la part des vendeurs de matériaux sic ont réussi à réduire de près de 100 fois les densités de micropipettes de tranches de silicium, et certaines boules de sic complètement exemptes de micropipes ont été démontrées. en outre, des techniques de croissance épitaxiale pour la fermeture de micropipes de substrat sic (dissociant efficacement la dislocation axiale à noyau creux en de multiples dislocations à noyau fermé) ont été développées. toutefois, cette approche n'a pas encore satisfait aux exigences de fiabilité électronique exigeantes pour les dispositifs d'alimentation électrique commerciaux fonctionnant sur des champs électriques élevés. même si les défauts \"dispositif-tueur\" de micropipettes ont été presque éliminés, les plaquettes commerciales 4h et 6hsic et les epilayers contiennent encore de très fortes densités (\u003e 10 000 , résumé dans le tableau 5.2) d'autres défauts de dislocation moins nocifs. Bien que ces dislocations restantes ne soient pas actuellement spécifiées dans les fiches techniques des fournisseurs de matériaux, elles sont néanmoins considérées comme responsables de divers comportements de dispositifs non idéaux qui ont entravé la reproductibilité et la commercialisation de certains dispositifs électroniques (en particulier à champ électrique élevé). les défauts de dislocation axiale à noyau fermé sont similaires en termes de structure et de propriétés de déformation aux micropipes, sauf que leurs vecteurs de hamburgers sont plus petits de sorte que le noyau est solide au lieu d'un vide creux. Comme le montre le tableau 5.2, les défauts de dislocation du plan de base et les défauts de dislocation du bord d'enfilage sont également nombreux dan...

  • 5-5 Principes de base de l'appareil sic

    2018-01-08

    Afin de minimiser les coûts de développement et de production de l'électronique sic, il est important que la fabrication du dispositif sic tire le meilleur parti possible de l'infrastructure existante de traitement des plaquettes de silicium et de gaas. comme on le verra dans cette section, la plupart des étapes nécessaires à la fabrication de l'électronique sic à partir de tranches sic peuvent être accomplies en utilisant des procédés électroniques de modification du silicium et des outils de fabrication quelque peu modifiés.

  • 5-5-1 choix de polytype pour les appareils

    2018-01-08

    comme discuté dans la section 4, 4h- et 6h-sic sont les formes supérieures de qualité de dispositif semi-conducteur sic disponibles dans le commerce sous forme de plaquettes produites en masse. par conséquent, seules les méthodes de traitement de périphériques 4h et 6h-sic seront explicitement considérées dans le reste de cette section. il convient de noter, cependant, que la plupart des méthodes de traitement décrites dans cette section sont applicables à d'autres polytypes de sic, sauf dans le cas d'une couche 3c-sic résidant toujours sur un substrat de silicium, où toutes les températures de traitement doivent être conservées bien en dessous de la température de fusion du silicium (~ 1400 ° c). Il est généralement admis que la mobilité des porteurs de 4h-sic et les énergies d'ionisation de dopage plus faibles comparées à 6h-sic (tableau 5.1) devraient en faire le polytype de choix pour la plupart des appareils électroniques, à condition que tous les autres Les problèmes liés à ce problème sont à peu près égaux entre les deux polytypes. de plus, l'anisotropie de mobilité inhérente qui dégrade la conduction parallèlement à l'axe c cristallographique en 6h-sic favorise particulièrement 4h-sic pour les configurations de dispositifs de puissance verticale (section 5.6.4). parce que l'énergie d'ionisation des dopants accepteurs de type p est significativement plus profonde que pour les donneurs de type n, une conductivité beaucoup plus élevée peut être obtenue pour les substrats sic de type n que pour les substrats de type p.

  • 5-5-2 dopage sic-sélectif: implantation ionique

    2018-01-08

    le fait que les coefficients de diffusion de la plupart des dopants soient négligeables (à 1800 ° c) est excellent pour maintien de la stabilité de la jonction du dispositif, car les dopants ne diffusent pas de manière indésirable lorsque le dispositif fonctionne à long terme à des températures élevées. malheureusement, cette caractéristique aussi largement (sauf pour b à l'extrême températures) exclut l'utilisation de la diffusion de dopant classique, une technique très utile largement employé dans la fabrication de la microélectronique de silicium, pour le dopage à motifs de sic. le dopage de sic à motifs latéraux est réalisé par implantation ionique. cela restreint quelque peu la profondeur que la plupart des dopants peuvent être implantés conventionnellement à \u003c1 μm en utilisant des dopants classiques et une implantation équipement. par rapport aux processus de silicium, l'implantation de l'ion sic nécessite un budget thermique beaucoup plus élevé réaliser une activation électrique de l'implant dopant acceptable. résumés des processus d'implantation ionique pour divers dopants peuvent être trouvés dans. la plupart de ces processus sont basés sur la réalisation de l'implantation à températures allant de la température ambiante à 800 ° C en utilisant un motif (parfois haute température) matériel de masquage. la température élevée pendant l'implantation favorise une auto-guérison du réseau pendant l'implant, de sorte que les dommages et la ségrégation des atomes de silicium et de carbone déplacés ne deviennent pas excessive, en particulier dans les implants à haute dose souvent utilisés pour la formation de contact ohmique. co-implantation de carbone avec des dopants a été étudié comme un moyen d'améliorer la conductivité électrique de la plus couches implantées fortement dopées. après l'implantation, le masque de modelage est dépouillé et une température plus élevée (~ 1200 à 1800 ° c) le recuit est effectué pour obtenir une activation électrique maximale des ions dopants. le recuit final les conditions sont cruciales pour obtenir les propriétés électriques souhaitées à partir de couches implantées par ions. à plus haut la température de recuit d'implant, la morphologie de surface de sic peut sérieusement se dégrader. parce que la sublimation la gravure est entraînée principalement par la perte de silicium de la surface du cristal, le recuit dans les surpressions de silicium peut être utilisé pour réduire la dégradation de la surface pendant les recuits à haute température. une telle surpression peut être obtenue par des sources solides de proximité telles que l'utilisation d'un creuset sic fermé avec couvercle sic et / ou sic poudre près de la plaquette, ou par recuit dans une atmosphère contenant du silane. de même, robuste déposé couches de recouvrement telles que l'aln et le graphite, ont également prouvé efficace pour mieux préserver la surface sic morphologie lors du recuit d'implantation ionique à haute température. comme en témoign...

  • 5-5-3 sic contacts et interconnexion

    2018-01-08

    toute l'électronique semi-conductrice utile nécessite des chemins de signaux conducteurs dans et hors de chaque dispositif ainsi que interconnexions conductrices pour transporter des signaux entre des dispositifs sur la même puce et à un circuit externe éléments qui résident hors puce. tandis que sic lui-même est théoriquement capable d'un fonctionnement électrique fantastique dans des conditions extrêmes (section 5.3), une telle fonctionnalité est inutile sans contacts et interconnexions qui sont également capables de fonctionner dans les mêmes conditions. la durabilité et la fiabilité de les contacts métal-semiconducteurs et les interconnexions sont l'un des principaux facteurs limitant limites à haute température de l'électronique sic. De la même manière, les contacts et les métallisations de dispositifs haute puissance sic devra résister à la fois à haute température et à haute contrainte de densité de courant jamais rencontré auparavant dans l'expérience de l'électronique de puissance de silicium. le sujet de la formation de contact métal-semiconducteur est un domaine technique très important trop large à discuter en détail ici. pour des discussions d'ordre général sur le contact métal-semiconducteur la physique et la formation, le lecteur devrait consulter les récits présentés aux références 15 et 104. Ces les références traitent principalement des contacts ohmiques avec les semi-conducteurs conventionnels à bande étroite tels que silicium et gaas. des aperçus spécifiques de la technologie de contact métal-semiconducteur sic peuvent être trouvés dans références 105-110. comme discuté dans les références 105-110, il y a des similitudes et quelques différences entre sic des contacts et des contacts avec des semiconducteurs conventionnels à bande interdite étroite (par exemple, silicium, gaas). la même physique de base et les mécanismes de transport actuels qui sont présents dans les contacts à bande étroite tels que les états de surface, fermi-pinning, émission thermionique et tunneling, s'appliquent également aux contacts sic. une conséquence naturelle du bandgap plus large de sic est les hauteurs de barrière schottky efficaces plus élevées. analogue à la physique des contacts ohmiques à bande étroite, l'état microstructural et chimique l'interface sic-métal est cruciale pour contacter les propriétés électriques. par conséquent, dépôt prémétallique préparation de surface, procédé de dépôt de métal, choix de métal et recuit post-dépôt tous ont un impact important sur la performance résultante des contacts métal-sic. parce que la nature chimique de la surface de sic de départ dépend fortement de la polarité de surface, il n'est pas rare d'obtenir résultats significativement différents lorsque le même processus de contact est appliqué à la surface du visage de silicium par rapport à la surface du visage de carbone.

  • 5-5-4 Gravure à motifs de sic pour la fabrication de dispositifs

    2018-01-08

    à la température ambiante, il n'y a pas de produits chimiques humides conventionnels connus qui attaquent les cristaux monocristallins. plus gravure à motifs de sic pour les dispositifs électroniques et les circuits est réalisée en utilisant des techniques de gravure sèche. le lecteur devrait consulter les références 122-124 qui contiennent des résumés des résultats de sic gravure sèche obtenu à ce jour. le processus le plus couramment employé implique une gravure ionique réactive (rie) de sic dans plasmas fluorés. les masques de gravure sacrificiels (tels que l'aluminium métallique) sont déposés et photolithographiés modelé pour protéger les zones désirées d'être gravées. le processus de sic rie peut être mis en œuvre en utilisant un matériel standard de rie au silicium et des vitesses de gravure typiques de 4h et 6h-sic rie de l'ordre de centaines d'angstroms par minute. les processus de sic rie bien optimisés sont typiquement très anisotropes avec peu sous-coupe du masque de gravure, laissant des surfaces lisses. l'une des clés pour atteindre des surfaces lisses empêche le \"micromasking\", dans lequel le matériau de masquage est légèrement gravé et redéposé au hasard sur l'échantillon masquant effectivement de très petites zones sur l'échantillon qui étaient destinés à l'uniforme gravure. cela peut entraîner la formation de résidus de gravure semblables à de l'herbe dans les régions non masquées, est indésirable dans la plupart des cas. Alors que les taux de gravure sont suffisants pour de nombreuses applications électroniques, les taux de gravure sont beaucoup plus élevés. nécessaire pour sculpter des caractéristiques de l'ordre de dizaines à des centaines de micromètres de profondeur qui sont nécessaires pour réaliser des capteurs avancés, des mems et des trous traversants pour les dispositifs de sic rf. Séchage par plasma plasma haute densité Des techniques telles que la résonance cyclotronique électronique et le plasma inductif ont été développé pour répondre à la nécessité d'une gravure profonde de sic. taux de gravure à motifs sans résidus dépassant un mille angstroms par minute ont été démontrés. gravure à motifs de sic à très haute vitesse de gravure a également été démontrée en utilisant photo-assistée et gravure humide électrochimique sombre. en choisissant des conditions de gravure appropriées, cette technique a démontré une capacité très utile d'arrêt de gravure sélectif du dopant. Cependant, il existe des incompatibilités majeures processus électrochimique qui le rend indésirable pour la production de masse vlsi, y compris pré-étirage et post-préparation de l'échantillon, l'isotropie de gravure et la sous-coupe du masque, et un peu gravure non uniforme à travers l'échantillon. les techniques de gravure au laser sont capables de graver de grandes caractéristiques, comme par exemple des trous traversants pour gaufrettes utiles pour les puces RF....

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