SiCシングルクリスタル成長技術の概要

SiCシングルクリスタル成長技術の概要

1紹介

シリコンカービッド (SiC) の単結晶は,高温,耐磨性,高性能電子機器のアプリケーション. 様々な調製方法の中で,サブライメーション方法 (Physical Vapor Transport, PVT) は,現在,SiC単結を育てるための主要な方法であり,他の潜在的な成長技術は,液体相成長や高温化学蒸気堆積 (CVD) などこの記事では,SiC単結成長方法,その利点と課題の概要を提供し,欠陥削減のための高度な技術としてのRAF方法について議論します.

2. サブライメーション 方法 の 原則 と 応用

標準圧力下では1:1の Si-to-C 比率を持つ ステキオメトリック液相 SiC は存在しないのでシリコン単結の成長に一般的に使用される溶融成長方法は,SiC結晶の大量生産に直接適用できない.この方法では,SiC粉末を原材料として使用し,グラフィット・グライブルに配置し,SiC基質を種子結晶として使用する.温度グラデーション粉末側では少し高く,材料輸送を推進します.全体的な温度は通常2000°Cから2500°Cの間を維持されます.

図1は,改変されたレリー法を用いたSiC単結の成長の図を示している.SiC粉末は,Si2C,SiC2,Siなどの分子状態に浸透する.グラフィット・ティグビルの内側で2000°C以上の温度でこれらの分子は,惰性大気 (典型的には低圧アルゴン) で種子結晶の表面に運ばれます.原子は種子結晶表面に拡散し 成長部位に組み込まれますN型ドーピング中に窒素が導入される.

3. サブライメーション 方法 の 利点 と 課題

現在,シリコン単結晶の製造には,サブライメーション方法が広く使用されています.しかし,シリコン単結晶の溶融成長方法と比較して,SiC結晶の成長率は比較的遅い質は徐々に改善していますが,結晶にはまだ多くの外部変形や他の欠陥があります.温度グラデーションと材料輸送の継続的な最適化によって,いくつかの欠陥は効果的に制御されています.

4液体相成長方法

液体相の成長方法では SiC を溶液で成長させる.しかし,シリコン溶媒における炭素の溶解性は非常に低いため,タイタンやクロムなどの元素は,通常,溶媒に加えられ,炭素溶解性を高める.炭素は,グラフィット・チュービルによって供給され,種子結晶の表面の温度は比較的低い.成長温度は一般的に1500°C~2000°Cで,サブライメーション方法より低い液体相の成長速度は 時速数百マイクロメートルに達します

液体相成長方法の大きな利点の一つは, [0001]方向に広がる螺栓の逸脱の密度を著しく減少させる能力である.これらの外位は,既存のSiC結晶に密集して存在し,デバイスの流出電流の主要な源です液体相成長方法を使用して,これらのスクリュー外位は垂直方向に曲がり,横壁を通って結晶から sweptSiC結晶の脱位密度を大幅に低下させる.

液体相成長の課題は 成長速度を増加させ 結晶の長さを延長し 結晶の表面形状を改善することです

5高温CVD方法

高温CVD方法は,SiC単結晶の生産に使用される別の技術である.この方法は低圧水素大気の中で実施される.SiH4とC3H8がシリコンと炭素源ガスとして使用されるSiC基板を2000°C以上の温度で維持することでソースガスは,ホットウォール分解ゾーンでSiC2とSi2Cのような分子に分解し,種子結晶表面に運ばれます.単結晶層を形成する.

高温CVDメソッドの主な利点は,高純度な原ガスの使用と,ガス流量調節によってガス相におけるC/Si比の正確な制御である.この制御は,水晶の欠陥密度を管理するために決定的ですさらに,散装式SiCの成長速度は1時間あたり1mmを超えることができます.しかし,1つの欠点は,成長炉と排気管に反応副産物の有意な蓄積です.メンテナンスが難しくなりますさらに,ガス相反応は,不純物として結晶に組み込める粒子を生成します.

高温CVD方法は,高品質のシシ晶を大量に生産するための大きな可能性を持っています.低コスト,より高い生産性,そして,サブライメーション方法と比較して,脱位密度が減少しています..

6RAF メソッド: 欠陥を減らすための高度な技術

この技術では,シリコン酸塩晶の欠陥は,シリコン酸塩晶を繰り返し切ることで減少します.[0001]方向に垂直切断された種子結晶が [0001]方向に育った結晶から採取される.この新しい成長方向に垂直に切り,さらにSiC単結が作られます.このサイクルを繰り返すことで,徐々に水晶から取り除かれます欠陥が著しく少なくなる.RAF 方法によって生成される SiC 単結晶の外位密度は,標準 SiC 結晶よりも1〜2次元の大きさで低いと報告されています..

7結論

SiC単結晶の製造技術は 成長速度が速い 流動密度が低く 生産性が高い方向に進化しています高温CVD方法はそれぞれ 利点と課題があります. RAF方法などの新しい技術の適用により,SiC結晶の質は改善し続けています.プロセスのさらなる最適化と設備の改善によりSiC結晶の成長における技術的なボトルネックが克服されると予想されます.

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