1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2020-25-6-483-496661.665.1:621.314.621.382Технологические процессы и маршрутыAnalysis of the Gas Phase Epitaxy of Silicon Carbide as a Basic Process for Power Electronics Technology. ReviewАнализ эпитаксии карбида кремния из газовой фазы как базового процесса в технологии силовой электроники. ОбзорАфанасьев Алексей Валентинович АфанасьевАлексей Валентинович ValentinovichAfanasev AlekseyAfanasev Aleksey ValentinovichИльин Владимир Алексеевич ИльинВладимир Алексеевич AlekseevichIlin VladimirIlin Vladimir AlekseevichЛучинин Виктор Викторович ЛучининВиктор Викторович ViktorovichLuchinin ViktorLuchinin Viktor ViktorovichРешанов Сергей Александрович РешановСергей Александрович AleksandrovichReshanov SergeyReshanov Sergey AleksandrovichСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, РоссияСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, РоссияAscatron AB, Чиста – Стокгольм, Швеция483496http://ivuz-e.ru/issues/6-_2020/analiz_epitaksii_karbida_kremniya_iz_gazovoy_fazy_kak_bazovogo_protsessa_v_tekhnologii_silovoy_elekt/http://ivuz-e.ru/download/6_2020_2620.pdf

Currently, chemical gas deposition is the main method for producing high-quality and reproducible epitaxial layers for commercial silicon carbide (SiC) power devices. Based on the experience of ETU «LETI» in the synthesis of monocrystalline SiC, an analysis of the current state of silicon carbide gas phase epitaxy (CVD) technology was carried out. It has been shown that modern CVD reactors allow to implement the growth processes of SiC epitaxial structures of high quality with the following parameters: substrates diameter up to 200 mm; thicknesses of epitaxial layers from 0.1 to 250 μm; layers of n - and p -types conductivity with ranges of doping levels 10-10 cm and 10-10 cm, respectively. At the same time, setting up the technology of the reproducible high-quality growth of epitaxial layers is an individual task for a specific type of reactor. It requires a detailed consideration of the technological factors presented in this paper, which at the end determine the achievable parameters of SiC-epitaxial products

В настоящее время химическое осаждение из газовой фазы (Chemical Vapor Depositior, CVD) является основным методом производства высококачественных и воспроизводимых по параметрам эпитаксиальных слоев для коммерческих силовых приборов на основе карбида кремния (SiC). С учетом имеющегося у СПбГЭТУ «ЛЭТИ» опыта синтеза монокристаллического SiC проведен анализ современного состояния технологии эпитаксиального роста SiC. В работе показано, что современные CVD-реакторы позволяют реализовать процессы роста эпитаксиальных SiC-структур высокого качества со следующими параметрами: подложки диаметром до 200 мм, толщина эпитаксиальных слоев от 0,1 до 250 мкм, слои n - и p -типа проводимости с диапазоном уровней легирования 10-10 см и 10-10 см соответственно. Отмечено, что отработка технологии воспроизводимого роста эпитаксиальных слоев является индивидуальной задачей для конкретного типа реактора. Это требует детального учета технологических факторов, которые определяют достижимые параметры эпитаксиальных SiC-структур.

карбид кремния (SiC)эпитаксия из газовой фазы (CVD)прекурсорыэпитаксиальный слойпараметры процесса CVD-эпитаксииСVD-реактор Лучинин В.В., Таиров Ю. М. Отечественный карбид кремния // Изв. вузов. Электроника. 2011.№ 6 (92). С. 3–26.Лучинин В.В Технологии превосходства. Карбид кремния. Научно-технологический статус ЛЭТИ // Нано- и микросистемная техника. 2016. Т. 18. № 5. С. 259–271.Tairov Y.M., Tsvetkov V.F. Investigation of growth processes of ingots of silicon carbide single crystals // J. Cryst. Growth. 1978. Vol. 43 (2). P. 209–212.Лебедев А.О., Авров Д.Д., Таиров Ю.М, Лучинин В.В. Способ получения монокристаллического SiC // Патент РФ № 2633909. 2016.Способ получения монокристаллического SiC / Д.Д. Авров, Ю.О. Быков, С.В. Гладкий и др. // Патент РФ № 2671349. 2017.Лучинин В.В., Таиров Ю.М. Отечественный полупроводниковый карбид кремния: шаг к паритету // Современная электроника. 2009. Т. 7. С. 12–15.Лучинин В.В. Отечественная экстремальная ЭКБ: карбидокремниевая индустрия СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Ч. I // Наноиндустрия. 2016. № 3 (65). С. 78–89.Лучинин В.В. Отечественная экстремальная ЭКБ: карбидокремниевая индустрия СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Ч.II // Наноиндустрия. 2016. №4 (66). С. 40–50.Полупроводниковая сэндвич-структура 3С-SiC/Si, способ ее получения и чувствительный эле-мент мембранного типа с ее использованием / А.В. Афанасьев, В.А. Ильин, А.C. Петров и др. // Патент РФ №2395867. 2010.Ильин В.А., Матузов А.В., Казак-Казакевич А.З., Петров А.С. Методика эпитаксиального на-ращивания кубического карбида кремния на кремний по технологии CVD // Изв. вузов. Материалы элек-тронной техники. 2007. № 3. С. 22–26.Ильин В.А., Матузов А.В., Петров А.С. Исследования процессов получения гетероэпитакси-альных структур 3С-карбид кремния на подложках кремния // Изв. вузов. Материалы электронной тех-ники. 2008. № 4. С. 31–34.Kimoto T., Cooper J.A. Fundamentals of silicon carbide technology: growth, characterization, devices and applications. Singapore: John Wiley & Sons, Inc., 2014. 400 p.Афанасьев А.В., Ильин В.А., Лучинин В.В., Михайлов А.И. Газофазная эпитаксия – ключевая технология силовых МДП-транзисторов на карбиде кремния // Наноиндустрия. 2018. № 7-8 (86).С. 488–497.Кальнин А.А., Лучинин В.В., Нойберт Ф., Таиров Ю.М. Закономерность эволюции кристалли-ческой структуры при синтезе веществ, обладающих множеством структурно-устойчивых состояний // ЖТФ. 1984. Т. 54. № 7. С. 1388–1390.Лучинин В.В., Таиров Ю.М. Гетероэпитаксиальная композиция: редкий политип карбида крем-ния 2Н на изолирующей подложке: нитрид алюминия – сапфир // Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10. № 14. С. 873–875.Matsunami H., Kimoto T. Step-controlled epitaxial growth of SiC: High quality homoepitaxy // Mate-rials Science and Engineering 1997. No. 20. P. 125–166.Kong H.S., Glass J.T., Davis R.F. Chemical vapor deposition and characterization of 6H-SiC thin films on off-axis 6H-SiC substrates // Journal of Applied Physics. 1988. No. 64. P. 2672–2679.Nitrogen donors and deep levels in high-quality 4H-SiC epilayers grown by chemical vapor deposition / T. Kimoto, A. Itoh, H. Matsunami et al. // Applied Physics Letters. 1995. No. 67 (19). P. 2833–2835.Kimoto T. Bulk and epitaxial growth of silicon carbide // Progress in Chrystal Growth and Characterisa-tion of Materials. 2016. Vol. 62. P. 329–351.Larkin, D.J., Neudeck, P.G., Powell, J.A., Matus, L.G. Site-competition epitaxy for superior silicon carbide electronics // Applied Physics Letters. 1994. Vol. 65. P. 1659–1661.Nishizawa S., Pons M. Growth and doping modeling of SiC-CVD in a horizontal hot-wall reactor // Chemical Vapor Deposition. 2006. Vol. 12. P. 516–522.Способ подготовки тигля для выращивания монокристаллов карбида кремния / Д.Д. Авров,Ю.О. Быков, А.Е. Комлев и др. // Евразийский патент № 033855. 2019.Burk A. A. Development of multiwafer warm‐wall planetary VPE reactors for sic device production // Chemical Vapor Deposition. 2006. Vol. 12. P. 465–473.Advances in fast epitaxial growth of 4H-SiC and defect reduction / H. Tsuchida, I. Kamata,M. Ito et al. // Materials Science Forum. 2016. Vol. 858. P. 119–124.