Tans verander die SiC-industrie van 150 mm (6 duim) na 200 mm (8 duim). Om te voorsien in die dringende vraag na groot-grootte, hoë-gehalte SiC-homoepitaksiale wafers in die industrie, 150mm en 200mm4H-SiC-homoepitaksiale wafersis suksesvol voorberei op huishoudelike substrate met behulp van die onafhanklik ontwikkelde 200mm SiC epitaksiale groeitoerusting. 'n Homeepitaksiale proses geskik vir 150mm en 200mm is ontwikkel, waarin die epitaksiale groeitempo groter as 60um/h kan wees. Terwyl die hoë-spoed epitaksie voldoen, is die epitaksiale wafer kwaliteit uitstekend. Die dikte eenvormigheid van 150 mm en 200 mmSiC epitaksiale waferskan binne 1,5% beheer word, die konsentrasie-uniformiteit is minder as 3%, die fatale defekdigtheid is minder as 0,3 partikels/cm2, en die epitaksiale oppervlakruwheid wortelgemiddelde vierkant Ra is minder as 0,15nm, en alle kernproses-aanwysers is by die gevorderde vlak van die bedryf.
Silikonkarbied (SiC)is een van die verteenwoordigers van die derde generasie halfgeleier materiale. Dit het die kenmerke van hoë afbreekveldsterkte, uitstekende termiese geleidingsvermoë, groot elektronversadigingsdryfsnelheid en sterk stralingsweerstand. Dit het die energieverwerkingskapasiteit van kragtoestelle aansienlik uitgebrei en kan voldoen aan die diensvereistes van die volgende generasie kragelektroniese toerusting vir toestelle met hoë krag, klein grootte, hoë temperatuur, hoë bestraling en ander uiterste toestande. Dit kan ruimte verminder, kragverbruik verminder en verkoelingsvereistes verminder. Dit het revolusionêre veranderinge aan nuwe energievoertuie, spoorvervoer, slimnetwerke en ander velde meegebring. Daarom het silikonkarbied-halfgeleiers erken geword as die ideale materiaal wat die volgende generasie hoë-krag-krag elektroniese toestelle sal lei. In onlangse jare, danksy die nasionale beleidsondersteuning vir die ontwikkeling van die derdegenerasie-halfgeleierbedryf, is die navorsing en ontwikkeling en konstruksie van die 150 mm SiC-toestelbedryfstelsel basies in China voltooi, en die sekuriteit van die industriële ketting het was basies gewaarborg. Daarom het die fokus van die bedryf geleidelik verskuif na kostebeheer en doeltreffendheidverbetering. Soos getoon in Tabel 1, in vergelyking met 150 mm, het 200 mm SiC 'n hoër randbenuttingskoers, en die uitset van enkelwafelskyfies kan met ongeveer 1.8 keer verhoog word. Nadat die tegnologie volwasse is, kan die vervaardigingskoste van 'n enkele skyfie met 30% verminder word. Die tegnologiese deurbraak van 200 mm is 'n regstreekse manier om "koste te verminder en doeltreffendheid te verhoog", en dit is ook die sleutel vir my land se halfgeleierbedryf om "parallel te loop" of selfs "voor te loop".
Anders as die Si-toestelproses,SiC halfgeleier krag toestelleword almal verwerk en voorberei met epitaksiale lae as die hoeksteen. Epitaksiale wafers is noodsaaklike basiese materiale vir SiC-kragtoestelle. Die kwaliteit van die epitaksiale laag bepaal direk die opbrengs van die toestel, en die koste daarvan is verantwoordelik vir 20% van die chip-vervaardigingskoste. Daarom is epitaksiale groei 'n noodsaaklike tussenskakel in SiC-kragtoestelle. Die boonste limiet van epitaksiale prosesvlak word deur epitaksiale toerusting bepaal. Op die oomblik is die lokaliseringsgraad van 150mm SiC epitaksiale toerusting in China relatief hoog, maar die algehele uitleg van 200mm is terselfdertyd agter die internasionale vlak. Daarom, ten einde die dringende behoeftes en knelpuntprobleme van groot-grootte, hoë-gehalte epitaksiale materiaal vervaardiging op te los vir die ontwikkeling van die binnelandse derde generasie halfgeleier industrie, hierdie vraestel stel die 200 mm SiC epitaksiale toerusting wat suksesvol in my land ontwikkel is, bekend, en bestudeer die epitaksiale proses. Deur die prosesparameters soos prosestemperatuur, draergasvloeitempo, C/Si-verhouding, ens., die konsentrasie-uniformiteit <3%, dikte-nie-uniformiteit <1.5%, grofheid Ra <0.2 nm en fatale defekdigtheid <0.3 korrels te optimaliseer /cm2 van 150 mm en 200 mm SiC epitaksiale wafers met onafhanklik ontwikkelde 200 mm silikonkarbied epitaksiale oond verkry word. Die toerusting proses vlak kan voldoen aan die behoeftes van hoë-gehalte SiC krag toestel voorbereiding.
1 Eksperiment
1.1 Beginsel vanSiC epitaksiaalproses
Die 4H-SiC-homoepitaksiale groeiproses sluit hoofsaaklik 2 sleutelstappe in, naamlik hoë-temperatuur in-situ ets van 4H-SiC substraat en homogene chemiese dampneerslag proses. Die hoofdoel van substraat in-situ ets is om die ondergrondse skade van die substraat na wafel polering, oorblywende poleervloeistof, deeltjies en oksiedlaag te verwyder, en 'n gereelde atoomstapstruktuur kan op die substraatoppervlak gevorm word deur ets. In-situ-ets word gewoonlik in 'n waterstofatmosfeer uitgevoer. Volgens die werklike prosesvereistes kan 'n klein hoeveelheid hulpgas ook bygevoeg word, soos waterstofchloried, propaan, etileen of silaan. Die temperatuur van in-situ waterstof-ets is gewoonlik bo 1 600 ℃, en die druk van die reaksiekamer word gewoonlik onder 2×104 Pa beheer tydens die etsproses.
Nadat die substraatoppervlak deur in-situ ets geaktiveer is, gaan dit die hoëtemperatuur chemiese dampneerslagproses binne, dit wil sê die groeibron (soos etileen/propaan, TCS/silaan), dopingbron (n-tipe dopingbron stikstof) , p-tipe dopingbron TMAl), en hulpgas soos waterstofchloried word na die reaksiekamer vervoer deur 'n groot vloei van draergas (gewoonlik waterstof). Nadat die gas in die hoë-temperatuur reaksiekamer reageer, reageer 'n deel van die voorloper chemies en adsorbeer op die wafeloppervlak, en 'n enkelkristal homogene 4H-SiC epitaksiale laag met 'n spesifieke doteringkonsentrasie, spesifieke dikte en hoër kwaliteit word gevorm op die substraatoppervlak deur die enkelkristal 4H-SiC substraat as 'n sjabloon te gebruik. Na jare se tegniese verkenning het die 4H-SiC-homepitaksiale tegnologie basies volwasse geword en word dit wyd in industriële produksie gebruik. Die mees gebruikte 4H-SiC-homoepitaksiale tegnologie in die wêreld het twee tipiese kenmerke:
(1) Deur 'n af-as (relatief tot die <0001> kristalvlak, na die <11-20> kristalrigting) skuins gesnyde substraat as 'n sjabloon te gebruik, is 'n hoësuiwer enkelkristal 4H-SiC epitaksiale laag sonder onsuiwerhede gedeponeer op die substraat in die vorm van stap-vloei groeimodus. Vroeë 4H-SiC-homoepitaksiale groei het 'n positiewe kristalsubstraat gebruik, dit wil sê die <0001> Si-vlak vir groei. Die digtheid van atoomtrappe op die oppervlak van die positiewe kristalsubstraat is laag en die terrasse is wyd. Tweedimensionele nukleasiegroei is maklik om tydens die epitaksieproses te plaasvind om 3C kristal SiC (3C-SiC) te vorm. Deur af-as-sny kan hoëdigtheid, smal terraswydte atoomtrappe op die oppervlak van die 4H-SiC <0001> substraat ingebring word, en die geadsorbeerde voorloper kan effektief die atoomstapposisie bereik met relatief lae oppervlakenergie deur oppervlakdiffusie . By die stap is die voorloper atoom/molekulêre groep bindingsposisie uniek, dus in die stapvloeigroeimodus kan die epitaksiale laag die Si-C dubbele atoomlaag stapelvolgorde van die substraat perfek erf om 'n enkele kristal met dieselfde kristal te vorm fase as die substraat.
(2) Hoëspoed epitaksiale groei word verkry deur 'n chloorbevattende silikonbron in te voer. In konvensionele SiC chemiese dampneerslagstelsels is silaan en propaan (of etileen) die hoofgroeibronne. In die proses om die groeitempo te verhoog deur die groeibronvloeitempo te verhoog, namate die ewewigparsiële druk van die silikonkomponent steeds toeneem, is dit maklik om silikonklusters te vorm deur homogene gasfasekernvorming, wat die benuttingstempo van die silikonkomponent aansienlik verminder. silikon bron. Die vorming van silikonklusters beperk die verbetering van die epitaksiale groeitempo grootliks. Terselfdertyd kan silikonklusters die stapvloeigroei versteur en defekkernvorming veroorsaak. Ten einde homogene gasfase-kernvorming te vermy en die epitaksiale groeitempo te verhoog, is die bekendstelling van chloor-gebaseerde silikonbronne tans die hoofstroommetode om die epitaksiale groeitempo van 4H-SiC te verhoog.
1.2 200 mm (8-duim) SiC epitaksiale toerusting en prosestoestande
Die eksperimente wat in hierdie vraestel beskryf word, is almal uitgevoer op 'n 150/200 mm (6/8-duim) versoenbare monolitiese horisontale warmwand SiC epitaksiale toerusting wat onafhanklik ontwikkel is deur die 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Die epitaksiale oond ondersteun ten volle outomatiese wafer laai en aflaai. Figuur 1 is 'n skematiese diagram van die interne struktuur van die reaksiekamer van die epitaksiale toerusting. Soos getoon in Figuur 1, is die buitenste wand van die reaksiekamer 'n kwartsklok met 'n waterverkoelde tussenlaag, en die binnekant van die klok is 'n hoë-temperatuur reaksiekamer, wat saamgestel is uit termiese isolasie koolstof vilt, hoë suiwerheid spesiale grafietholte, grafietgas-swewende roterende basis, ens. Die hele kwartsklok is bedek met 'n silindriese induksiespoel, en die reaksie kamer binne die klok word elektromagneties verhit deur 'n medium-frekwensie induksie kragbron. Soos getoon in Figuur 1 (b), vloei die draergas, reaksiegas en doteringgas almal deur die wafeloppervlak in 'n horisontale laminêre vloei vanaf die stroomop van die reaksiekamer na die stroomaf van die reaksiekamer en word uit die stert ontslaan. gas einde. Om die konsekwentheid binne die wafer te verseker, word die wafel wat deur die lugdrywende basis gedra word, altyd gedurende die proses geroteer.
Die substraat wat in die eksperiment gebruik is, is 'n kommersiële 150 mm, 200 mm (6 duim, 8 duim) <1120> rigting 4° afhoek geleidende n-tipe 4H-SiC dubbelzijdig gepoleerde SiC substraat vervaardig deur Shanxi Shuoke Crystal. Trichloorsilaan (SiHCl3, TCS) en etileen (C2H4) word as die hoofgroeibronne in die proses-eksperiment gebruik, waaronder TCS en C2H4 onderskeidelik as silikonbron en koolstofbron gebruik word, hoë-suiwer stikstof (N2) word as n- tipe dopingbron, en waterstof (H2) word as verdunningsgas en dragas gebruik. Die temperatuurreeks van die epitaksiale proses is 1 600 ~1 660 ℃, die prosesdruk is 8×103 ~12×103 Pa, en die H2-draergasvloeitempo is 100~140 L/min.
1.3 Epitaksiale wafertoetsing en karakterisering
Fourier infrarooi spektrometer (toerustingvervaardiger Thermalfisher, model iS50) en kwiksondekonsentrasietoetser (toerustingvervaardiger Semilab, model 530L) is gebruik om die gemiddelde en verspreiding van epitaksiale laagdikte en dopingkonsentrasie te karakteriseer; die dikte en doteringkonsentrasie van elke punt in die epitaksiale laag is bepaal deur punte te neem langs die deursneelyn wat die normale lyn van die hoofverwysingsrand by 45° by die middel van die wafer sny met 5 mm randverwydering. Vir 'n 150 mm wafer is 9 punte langs 'n enkele deursneelyn geneem (twee diameters was loodreg op mekaar), en vir 'n 200 mm wafer is 21 punte geneem, soos getoon in Figuur 2. 'n Atoomkragmikroskoop (toerustingvervaardiger) Bruker, model Dimension Icon) is gebruik om 30 μm×30 μm areas in die middelarea en die randarea (5 mm rand) te kies verwydering) van die epitaksiale wafer om die oppervlakruwheid van die epitaksiale laag te toets; die defekte van die epitaksiale laag is gemeet met behulp van 'n oppervlakdefektoetser (toerustingvervaardiger China Electronics Die 3D-beeldvormer is gekenmerk deur 'n radarsensor (model Mars 4410 pro) van Kefenghua.
Postyd: Sep-04-2024