Ziel: Dicke SiC-Schichten schneller und mit besserer Qualität abscheiden
Mit der Förderung durch die BFS soll es den Forschern gelingen, durch Zugabe von Chlorwasserstoff (HCl) die für die Bauelemente benötigten dicken SiC-Schichten schneller und mit besserer Qualität abscheiden zu können. Diese Schichten werden in einem Reaktor bei Temperaturen von über 1550°C durch eine chemische Reaktion von gasförmigem Propan und Silan auf einem SiC-Wafer hergestellt. Die adressierten Sperrspannungsklassen bis 13kV benötigen Schichten mit Dicken von bis zu 100 µm und einer hohen Ladungsträgerlebensdauer. Normalerweise beträgt die Wachstumsrate dieser Schichten lediglich 10-20 µm pro Stunde. Der Prozess dauert also für die dicken Schichten etwa 5 bis 10 Stunden und ist damit extrem kostenintensiv. So hat die Epitaxie einen Anteil von etwa 60 % an den gesamten Herstellungskosten der Bauelemente.
Aus verfahrenstechnischen Gründen ist eine Steigerung der Wachstumsrate bei der konventionellen Epitaxie aber nicht so einfach möglich. Für eine wirksame Kostenreduktion sind also innovative Epitaxie-Prozesse gefragt. Im Rahmen des SiC-WinS-Projektes wird die Epitaxie durch den Zusatz von Chlorwasserstoff (HCl) weiterentwickelt. HCl soll die chemische Spaltung von Propan und Silan fördern und damit höhere Wachstumsraten ermöglichen. Gleichzeitig wird durch die ätzende Wirkung des HCls die Abscheidung von parasitärem SiC an den Reaktorinneneinbauten reduziert.
Dadurch verringert sich der Aufwand für die regelmäßig notwendigen Reinigungen und das Risiko des Einwachsens parasitärer SiC-Partikel in die Schicht wird minimiert. Schließlich soll der HCl-Zusatz zu einer Absenkung der so genannten Hintergrund-Dotierung und zu einer Reduktion elektrisch aktiver Defekte führen. Mit der Technologie lassen sich gezielt Schichten mit sehr niedriger Dotierung und hoher Ladungsträgerlebensdauer herstellen, wie sie für die hoch sperrenden Bauelemente benötigt werden.