Dopingkontrolle beim Sublimations-SiC-Wachstum

Siliziumkarbid (SiC)spielt aufgrund seiner hervorragenden elektrischen und thermischen Eigenschaften eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Leistungselektronik und Hochfrequenzgeräten. Die Qualität und das Dopingniveau vonSiC-KristalleDa sie sich direkt auf die Leistung des Geräts auswirken, ist die präzise Kontrolle der Dotierung eine der Schlüsseltechnologien im SiC-Wachstumsprozess.

1. Auswirkung der Verunreinigungsdotierung

Beim Sublimationswachstum von SiC sind Stickstoff (N) bzw. Aluminium (Al) die bevorzugten Dotierstoffe für das Ingotwachstum vom n-Typ und p-Typ. Allerdings haben die Reinheit und die Hintergrunddotierungskonzentration von SiC-Ingots einen erheblichen Einfluss auf die Geräteleistung. Die Reinheit der SiC-Rohstoffe undGraphitkomponentenbestimmt die Art und Menge der Verunreinigungsatome imBarren. Zu diesen Verunreinigungen gehören Titan (Ti), Vanadium (V), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Schwefel (S). Das Vorhandensein dieser Metallverunreinigungen kann dazu führen, dass die Verunreinigungskonzentration im Barren zwei- bis hundertmal niedriger ist als die in der Quelle, was sich auf die elektrischen Eigenschaften des Geräts auswirkt.

2. Polareffekt und Dopingkonzentrationskontrolle

Polare Effekte beim SiC-Kristallwachstum haben einen erheblichen Einfluss auf die Dotierungskonzentration. InSiC-BarrenBei Wachstum auf der (0001)-Kristallebene ist die Stickstoffdotierungskonzentration deutlich höher als bei Wachstum auf der (0001)-Kristallebene, während die Aluminiumdotierung den gegenteiligen Trend zeigt. Dieser Effekt entsteht durch die Oberflächendynamik und ist unabhängig von der Gasphasenzusammensetzung. Das Stickstoffatom ist an drei niedrigere Siliziumatome auf der (0001)-Kristallebene gebunden, kann jedoch nur an ein Siliziumatom auf der (0001)-Kristallebene gebunden werden, was zu einer viel geringeren Desorptionsrate von Stickstoff auf dem (0001)-Kristall führt Flugzeug. (0001) Kristallgesicht.

3. Zusammenhang zwischen Dotierungskonzentration und C/Si-Verhältnis

Die Dotierung von Verunreinigungen wird auch durch das C/Si-Verhältnis beeinflusst, und dieser Raumbelegungskonkurrenzeffekt wird auch beim CVD-Wachstum von SiC beobachtet. Beim Standard-Sublimationswachstum ist es schwierig, das C/Si-Verhältnis unabhängig zu steuern. Änderungen der Wachstumstemperatur wirken sich auf das effektive C/Si-Verhältnis und damit auf die Dotierungskonzentration aus. Beispielsweise nimmt die Stickstoffdotierung im Allgemeinen mit zunehmender Wachstumstemperatur ab, während die Aluminiumdotierung mit zunehmender Wachstumstemperatur zunimmt.

4. Farbe als Indikator für den Dopinggrad

Die Farbe von SiC-Kristallen wird mit zunehmender Dotierungskonzentration dunkler, sodass Farbe und Farbtiefe gute Indikatoren für die Art und Konzentration der Dotierung sind. Hochreines 4H-SiC und 6H-SiC sind farblos und transparent, während die Dotierung vom n- oder p-Typ eine Ladungsträgerabsorption im sichtbaren Lichtbereich verursacht und dem Kristall eine einzigartige Farbe verleiht. Beispielsweise absorbiert 4H-SiC vom n-Typ bei 460 nm (blaues Licht), während 6H-SiC vom n-Typ bei 620 nm absorbiert (rotes Licht).

5. Radiale Dotierungsinhomogenität

Im zentralen Bereich eines SiC(0001)-Wafers ist die Dotierungskonzentration typischerweise höher und äußert sich in einer dunkleren Farbe aufgrund der erhöhten Dotierung mit Verunreinigungen während des Facettenwachstums. Während des Wachstumsprozesses des Barrens kommt es auf der 0001-Facette zu einem schnellen Spiralwachstum, aber die Wachstumsrate entlang der <0001>-Kristallrichtung ist gering, was zu einer erhöhten Dotierung mit Verunreinigungen im 0001-Facettenbereich führt. Daher ist die Dotierungskonzentration im zentralen Bereich des Wafers 20 bis 50 % höher als im Randbereich, was auf das Problem der radialen Dotierungsungleichmäßigkeit hinweistSiC (0001)-Wafer.

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