4H-SiC (carbure de silicium) est un matériau semi-conducteur important à large bande passante largement utilisé dans les appareils électroniques à haute température, à haute fréquence et à haute puissance. Pour améliorer les performances des appareils 4H-SiC, il est crucial de minimiser les défauts pendant le processus de croissance épitaxiale. Voici quelques méthodes pour contrôler les défauts dans la croissance homoépitaxiale 4H-SiC:

1. Traitement de substrat

Nettoyage de Surface: avant la croissance épiaxiale, le nettoyage chimique et le recuit à haute température sont employés pour enlever les contaminants et les couches d’oxyde duSubstrat SiCSurface.

Planarisation de Surface: le polissage mécanique chimique (CMP) ou traitement thermique est utilisé pour rendre la Surface du substrat plus lisse, réduisant ainsi l’impact des microparticules et des défauts de Surface sur la couche épitaxiale.

2. Optimisation du processus de croissance épitaxiale

Contrôle de la température de croissance: l’optimisation de la température de croissance est cruciale pour réduire les défauts. Généralement, des températures de croissance plus élevées aident à réduire les dislocations de vis et les défauts de pas.

Ajustement du rapport carbone/silicium (C/Si): l’ajustement du rapport C/Si dans les gaz réactifs pendant le dépôt en phase de vapeur peut réduire efficacement les défauts d’empilement et les dislocations à trois vis.

Contrôle du taux de croissance: des taux de croissance plus faibles contribuent à réduire la densité des défauts, mais un équilibre entre l’efficacité de la production et le contrôle des défauts doit être atteint.

3. Utilisation de couches tampons

Conception de la couche tampon: la culture d’une couche tampon entre le substrat et la couche épitaxiale peut atténuer les contraintes causées par les différences dans les coefficients de dilatation thermique et le décalage de la grille, réduisant ainsi la densité des défauts.

Couches tampons graduées: la modification progressive de la composition de la couche tampon assure une transition plus fluide entre la couche épitaxiale et le substrat, réduisant ainsi les défauts d’interface.

4. Post-traitement des couches épitaxiales

Recuit à haute température: le recuit à haute température post-croissance peut réparer certains des défauts générés pendant le processus de croissance.

Contrôle du dopage: un dopage approprié (p. ex., aluminium, azote) peut influer sur la formation et la diffusion des défauts, ce qui permet de contrôler la densité des défauts.

5. Surveillance de Surface et rétroaction

Surveillance in situ: utilisation de techniques de surveillance in situ (telles que la Diffraction électronique à haute énergie par réflexion, RHEED) pour surveiller l’état de surface et le mode de croissance pendant le processus de croissance épitaxiale en temps réel.

Analyse de Surface: utilisation d’outils comme la microscopie à Force atomique (AFM) et la microscopie électronique à balayage (meb) pour analyser la Surface de la couche épitaxiale cultivée, fournissant des ajustements en temps opportun aux paramètres de croissance.

6. Techniques de croissance avancées

Dépôt chimique de vapeur (CVD): optimisation des paramètres de processus CVD (tels que la pression, le débit de gaz et la composition du gaz) pour réduire les défauts.

Épitaxie par faisceau moléculaire (MBE): bien que la MBE soit plus coûteuse, elle permet un contrôle au niveau atomique, ce qui contribue à réduire les défauts.

La mise en œuvre des méthodes susmentionnées permet de contrôler efficacement les défauts de croissance homoépitaxiale 4H-SiC, améliorant ainsi la qualité du matériau et les performances des dispositifs. Des méthodes d’optimisation spécifiques doivent être ajustées et validées en fonction des conditions réelles des équipements et des procédés.

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