昇華SiC成長におけるドーピング制御

炭化ケイ素（SiC）優れた電気的および熱的特性により、パワーエレクトロニクスや高周波デバイスの製造において重要な役割を果たします。の品質とドーピングレベルSiC結晶ドーピングはデバイスの性能に直接影響するため、ドーピングの正確な制御は SiC 成長プロセスにおける重要な技術の 1 つです。

1. 不純物ドーピングの効果

SiC の昇華成長において、n 型および p 型インゴット成長に好ましいドーパントは、それぞれ窒素 (N) とアルミニウム (Al) です。ただし、SiC インゴットの純度およびバックグラウンド ドーピング濃度は、デバイスの性能に大きな影響を与えます。 SiC原料の純度とグラファイトコンポーネント不純物原子の性質と量を決定します。インゴット。これらの不純物には、チタン (Ti)、バナジウム (V)、クロム (Cr)、鉄 (Fe)、コバルト (Co)、ニッケル (Ni)、硫黄 (S) が含まれます。これらの金属不純物の存在により、インゴット中の不純物濃度がソース中の不純物濃度よりも 2 ～ 100 倍低くなり、デバイスの電気特性に影響を与える可能性があります。

2. 極性効果とドーピング濃度制御

SiC 結晶成長における極性効果は、ドーピング濃度に大きな影響を与えます。でSiCインゴット(0001) 結晶面上で成長した場合、窒素ドーピング濃度は (0001) 結晶面上で成長したものよりも大幅に高くなりますが、アルミニウムのドーピングは逆の傾向を示します。この効果は表面力学に由来し、気相組成とは無関係です。窒素原子は (0001) 結晶面上の 3 つの下位シリコン原子に結合しますが、(0001) 結晶面上の 1 つのシリコン原子にしか結合できないため、(0001) 結晶上の窒素の脱着速度が大幅に低下します。飛行機。 (0001)結晶面。

3. ドーピング濃度とC/Si比の関係

不純物のドーピングは C/Si 比にも影響され、この空間占有競合効果は SiC の CVD 成長でも観察されます。標準的な昇華成長では、C/Si 比を独立して制御するのは困難です。成長温度の変化は実効 C/Si 比、ひいてはドーピング濃度に影響を与えます。例えば、窒素ドーピングは一般に成長温度の上昇とともに減少するが、アルミニウムドーピングは成長温度の上昇とともに増加する。

4. ドーピングレベルの指標としての色

SiC 結晶の色はドーピング濃度が増加すると暗くなるため、色と色の濃さはドーピングの種類と濃度を示す良い指標になります。高純度の4H-SiCや6H-SiCは無色透明ですが、n型やp型のドーピングにより可視光域でキャリア吸収が起こり、結晶に独特の色を与えます。たとえば、n 型 4H-SiC は 460nm (青色光) を吸収しますが、n 型 6H-SiC は 620nm (赤色光) を吸収します。

5. ラジアルドーピングの不均一性

SiC(0001) ウェーハの中央領域では、ファセット成長中に不純物ドーピングが強化されるため、ドーピング濃度は通常より高く、より暗い色として現れます。インゴットの成長プロセス中に、0001 ファセット上で急速なスパイラル成長が発生しますが、<0001> 結晶方向に沿った成長速度は遅く、その結果、0001 ファセット領域の不純物ドーピングが強化されます。したがって、ウェーハの中央領域のドーピング濃度は周辺領域よりも 20% ～ 50% 高く、ウェーハの放射状ドーピングの不均一性の問題が指摘されています。SiC(0001)ウェーハ.

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