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高压碳化硅解决方案:改善4H-SiC晶圆表面的缺陷问题

导读: 本文分析讨论了生长前氢气蚀刻时间和缺陷密度之间的关系。事实上,透过发光致光和光分析方法,我们发现层错形式的外延层缺陷和表面缺陷的数量随蚀刻时间增加而增多。增加氢气蚀刻时间后,衬底位错变大,外延层缺陷数量增多。

  碳化硅(SiC)在大功率、高温、高频等极端条件应用领域具有很好的前景。但尽管商用4H-SiC单晶圆片的结晶完整性最近几年显着改进,这些晶圆的缺陷密度依然居高不下。经研究证实,晶圆衬底的表面处理时间越长,则表面缺陷率也会跟着增加。

  碳化硅(SiC)兼有宽能带隙、高电击穿场强、高热导率、高载流子饱和速率等特性,在大功率、高温、高频等极端条件应用领域具有很好的前景。尽管商用4H–SiC单晶圆片的结晶完整性最近几年显着改进,但这些晶圆的缺陷密度依然居高不下。

  经研究证实,晶圆衬底的表面处理时间越长,则表面缺陷率也会跟着增加。表面缺陷严重影响SiC元件品质与矽元件相比,碳化硅的能带隙更宽,本征载流子浓度更低,且在更高的温度条件下仍能保持半导体特性,因此,采用碳化硅材料制成的元件,能在比矽元件更高的工作温度运作。碳化硅的高电击穿场强和高热导率,结合高工作温度,让碳化硅元件取得极高的功率密度和能效。

  如今,碳化硅晶圆品质和元件制造制程显着改进,各大半导体厂商纷纷展示了高压碳化硅解决方案,其性能远超过矽萧特基势垒二极体(SBD)和场效应电晶体(FET),其中包括阻断电压接近19kV的PiN整流管;击穿电压高于1.5kV的萧特基二极体;击穿电压高达1.0kV的 MOSFET。

  对于普通半导体技术特别是碳化硅元件,衬底材料的品质极其重要。若在晶圆非均匀表面上有机械性紊乱区和氧化区,使用这些晶圆制造出的半导体元件,其产品性能将会受到影响,例如重组率提高,或者在正常工作过程中出现无法预见的性能降低现象。商用碳化硅晶圆需要机械抛光处理,晶圆表面容易被刮伤,经常看到晶圆上有大量的刮痕。

  过去的研究报告证明,如果在外延层生长前正确处理衬底表面,晶圆衬底表面上的缺陷将会大幅减少,这是生长高品质外延层的关键所在。我们知道,氢气蚀刻方法可以去除数百奈米的体效应材料,从而改善晶圆表面的缺陷问题。

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