1. L’introduction àÉpitaxie SiC

Contrairement au procédé de fabrication conventionnel de dispositif de puissance de silicium, les dispositifs de puissance de carbure de silicium ne peuvent pas être directement fabriqués sur le carbure de silicium matériau monocristal. Au lieu de cela, une couche de nouveau matériau monocristallin à l’échelle du micron doit être cultivée sur un substrat monocristallin soigneusement traité à travers des étapes comme la coupe, le meulage et le polissage. Cette nouvelle couche monocristalline et le substrat peuvent être constitués du même matériau ou de matériaux différents, une technique appelée homoépitaxie ou hétéroépitaxie. La couche épitaxiale sert à éliminer les défauts de surface ou de sous-surface introduits pendant la croissance et le traitement des cristaux, ce qui entraîne une grille cristalline bien ordonnée et une morphologie de surface améliorée. La qualité de la couche épitaxiale influence considérablement les performances finales de l’appareil.

2. La méthode de production pour l’épitaxie SiC

Les méthodes de production pour l’épitaxie de carbure de silicium comprennent le dépôt chimique en vapeur (CVD), l’épitaxie par faisceau moléculaire (MBE), l’épitaxie en Phase liquide (LPE), le dépôt Laser pulsé (PLD), et d’autres. Parmi celles-ci, la méthode CVD est la plus utilisée pour l’épitaxie 4H-SiC. Son avantage réside dans le contrôle efficace du débit de la source de gaz, de la température de la chambre de réaction et de la pression pendant le processus de croissance, ce qui permet un contrôle précis de l’épaisseur de la couche épitaxiale, de la concentration de dopage et du type de dopage, ce qui entraîne une forte contrôlabilité du processus.

Dans les premiers stades, le carbure de silicium était principalement cultivé sur des substrats non désalignés, donnant des résultats sous-optimaux en raison de l’influence du mélange de polytypes. Par la suite, une méthode d’épitaxie contrôlée par étapes a été mise au point. En découpant des substrats en carbure de silicium à différents angles, des étapes épitaxiales à haute densité ont été formées. Cette technique a permis une croissance stable des cristaux tout en maintenant des conditions de croissance à basse température. Plus tard, le Trichlorosilane (TCS) a été introduit, dépassant les limites de la méthode d’épitaxie contrôlée par étapes et augmentant considérablement le taux de croissance à plus de 10 fois celui des méthodes traditionnelles. À l’heure actuelle, les gaz précurseurs courants de la réaction comprennent le SiH4, le CH4 et le NH3 pour le dopage au silicium et à l’azote, tandis que le triméthylaluminium (TMA) sert de source dopant. La croissance épitaxiale est réalisée sur des substrats 4H-SiC coupés à 4° à des températures allant de 1500 à 1650 degrés Celsius.

3. Les paramètres épitaxiaux clés de l’épitaxie SiC

Les paramètres épitaxiaux dépendent principalement de la conception de l’appareil, l’épaisseur et la concentration de dopage étant des facteurs clés pour les plaquettes épitaxiales. À mesure que la tension augmente, les exigences en matière d’épaisseur épitaxiale et d’uniformité de la concentration de dopage deviennent plus strictes, ce qui entraîne une plus grande complexité de fabrication. Pour les applications à basse tension à environ 600V, l’épaisseur épitaxiale doit être d’environ 6 micromètres. Dans les applications de moyenne tension allant de 1200V à 1700V, l’épaisseur épitaxiale devrait être d’environ 10-15 micromètres. Cependant, dans les applications à haute tension telles que 10kV, l’épaisseur épitaxiale doit dépasser 100 micromètres.

Dans le domaine des applications à moyenne et basse tension, la technologie de l’épitaxie au carbure de silicium est relativement mature. Les paramètres tels que l’épaisseur épitaxiale et la concentration de dopage des plaquettes sont plus optimisés, et ils peuvent généralement répondre aux exigences des dispositifs tels que les Diodes barrière Schottky (SBD), les Diodes barrière Schottky (JBS), les dispositifs métal-oxyde-semi-conducteur (MOS), etc., à ces plages de tension. Cependant, dans le domaine de la haute tension, des défis doivent être surmontés en ce qui concerne l’uniformité de la concentration de dopage et le contrôle des défauts des plaquettes épitaxiales.