Attualmente, l'industria SiC si trasforma da 150 mm (6 inches) à 200 mm (8 inches). Per risponde à a dumanda urgente di wafers omoepitassiali SiC di grande dimensione è di alta qualità in l'industria, 150mm è 200mmWafer omoepitassiali 4H-SiCsò stati preparati cù successu nantu à sustrati domestici utilizendu l'equipaggiu di crescita epitaxial SiC 200mm sviluppatu indipendentemente. Un prucessu omoepitaxial adattatu per 150mm è 200mm hè statu sviluppatu, in quale u ritmu di crescita epitaxial pò esse più grande di 60um / h. Mentre scuntrà l'epitassi d'alta velocità, a qualità di l'ostia epitassiale hè eccellente. L'uniformità di spessore di 150 mm è 200 mmWafer epitassiali di SiCpò esse cuntrullata in 1,5%, l'uniformità di cuncentrazione hè menu di 3%, a densità di difetti fatali hè menu di 0,3 particelle / cm2, è a rugosità di a superficia epitaxial ràdica media quadrata Ra hè menu di 0,15 nm, è tutti l'indicatori di prucessu core sò à u livellu avanzatu di l'industria.
Carbure di Siliciu (SiC)hè unu di i rapprisintanti di i materiali semiconductor di terza generazione. Hà e caratteristiche di una alta forza di campu di rottura, una eccellente conduttività termica, una grande velocità di deriva di saturazione di l'elettroni è una forte resistenza à a radiazione. Hà allargatu assai a capacità di trasfurmazioni di l'energia di i dispositi di putenza è pò risponde à i bisogni di serviziu di a prossima generazione di l'equipaggiu elettronicu di putenza per i dispositi cù alta putenza, piccula dimensione, alta temperatura, alta radiazione è altre cundizioni estremi. Pò riduce u spaziu, riduce u cunsumu d'energia è riduce i bisogni di rinfrescante. Hà purtatu cambiamenti rivoluzionarii à i veiculi di l'energia novi, u trasportu ferroviariu, i reti intelligenti è altri campi. Dunque, i semiconduttori di carburu di siliciu sò diventati ricunnisciuti com'è u materiale ideale chì guidà a prossima generazione di apparecchi elettronichi d'alta putenza. In l'ultimi anni, grazia à u sustegnu di a pulitica naziunale per u sviluppu di l'industria di i semiconduttori di a terza generazione, a ricerca è u sviluppu è a custruzzione di u sistema di l'industria di l'apparecchi SiC 150 mm sò stati basamente cumpletati in Cina, è a sicurità di a catena industriale hè stata cumpletata. esse basamente garantitu. Per quessa, l'enfasi di l'industria hà gradualmente spustatu à u cuntrollu di i costi è a migliione di l'efficienza. Cum'è mostra in a Tabella 1, cumparatu cù 150 mm, 200 mm SiC hà un tassu d'utilizazione di u bordu più altu, è a pruduzzione di chips wafer unichi pò esse aumentata da circa 1,8 volte. Dopu chì a tecnulugia mature, u costu di fabricazione di una sola chip pò esse ridutta da 30%. L'avanzata tecnologica di 200 mm hè un mezzu direttu di "riduzzione di i costi è di aumentà l'efficienza", è hè ancu a chjave per l'industria di i semiconduttori di u mo paese per "correre in parallelu" o ancu "cunduce".
Differenti da u prucessu di u dispusitivu Si,Dispositivi di putenza di semiconductor SiCsò tutti processati è preparati cù strati epitassiali cum'è a petra angulare. I wafers epitassiali sò materiali basi essenziali per i dispositi di putenza SiC. A qualità di a capa epitaxial determina direttamente u rendiment di u dispusitivu, è u so costu conta per u 20% di u costu di fabricazione di chip. Dunque, a crescita epitassiale hè un ligame intermediu essenziale in i dispositi di putenza SiC. U limitu superiore di u livellu di prucessu epitaxial hè determinatu da l'equipaggiu epitaxial. Attualmente, u gradu di localizazione di l'equipaggiu epitaxial SiC di 150 mm in Cina hè relativamente altu, ma u layout generale di 200 mm hè in daretu à u livellu internaziunale à u stessu tempu. Per quessa, per risolve i bisogni urgenti è i prublemi di u collu di buttiglia di a fabricazione di materiale epitaxial di grande dimensione è di alta qualità per u sviluppu di l'industria di semiconductor domestica di terza generazione, stu document presenta l'equipaggiu epitaxial SiC 200 mm sviluppatu cù successu in u mo paese, è studia u prucessu epitaxial. Ottimizendu i paràmetri di u prucessu, cum'è a temperatura di u prucessu, u flussu di gas di trasportu, u rapportu C / Si, etc., l'uniformità di cuncentrazione <3%, a non-uniformità di spessore <1,5%, a rugosità Ra <0,2 nm è a densità di difetti fatali <0,3 grani /cm2 di wafer epitassiali SiC da 150 mm e 200 mm con forno epitassiale in carburo di silicio da 200 mm sviluppato in modo indipendente. ottenuta. U nivellu di prucessu di l'equipaggiu pò risponde à i bisogni di a preparazione di l'apparecchi SiC di alta qualità.
1 Esperimentu
1.1 Principiu diSiC epitaxialprucessu
U prucessu di crescita omoepitaxiale 4H-SiC include principalmente 2 tappe chjave, vale à dì, gravure in situ à alta temperatura di sustrato 4H-SiC è prucessu di deposizione chimica di vapore homogeni. U scopu principale di l'incisione in situ di u sustrato hè di caccià i danni di u sustrato dopu a lucidatura di wafer, u liquidu di lucidatura residuale, particeddi è strati d'ossidu, è una struttura di passu atomicu regulare pò esse furmatu nantu à a superficia di u sustrato per incisione. L'incisione in situ hè generalmente realizata in una atmosfera d'idrogenu. Sicondu i bisogni di u prucessu attuale, una piccula quantità di gas ausiliari pò ancu esse aghjuntu, cum'è l'idrogenu chloride, propane, etilene o silane. A temperatura di l'incisione à l'idrogenu in situ hè generalmente sopra à 1 600 ℃, è a pressione di a camera di reazzione hè generalmente cuntrullata sottu à 2 × 104 Pa durante u prucessu di incisione.
Dopu chì a superficia di u sustrato hè attivata da incisione in situ, entra in u prucessu di depositu di vapore chimicu à alta temperatura, vale à dì, a fonte di crescita (cum'è etilene / propanu, TCS / silane), fonte di doping (n-tipu fonte di doping nitrogenu). , p-type doping source TMAl), è gas ausiliari cum'è l'idrogenu chloride sò trasportati à a camera di reazzione attraversu un grande flussu di gasu trasportatore (di solitu l'idrogenu). Dopu chì u gasu reagisce in a camera di reazzione à alta temperatura, una parte di u precursore reagisce chimicamente è adsorbe nantu à a superficia di l'ostia, è si forma una capa epitaxial 4H-SiC omogenea monocristallina cun una concentrazione specifica di doping, un grossu specificu è una qualità più alta. nantu à a superficia di u sustrato usendu u sustrato 4H-SiC di cristallo unicu cum'è mudellu. Dopu anni di scuperta tecnica, a tecnulugia omoepitaxial 4H-SiC hè maturata in fondu è hè largamente usata in a produzzione industriale. A tecnulugia omoepitaxial 4H-SiC più usata in u mondu hà duie caratteristiche tipiche:
(1) Utilizendu un sustrato di tagliu oblicu off-axis (relativu à u pianu di cristallo <0001>, versu a direzzione di u cristallu <11-20>) cum'è mudellu, una capa epitaxial monocristallina 4H-SiC di alta purezza senza impurità hè dipositu nantu à u sustrato in a forma di modu di crescita step-flow. A crescita omoepitaxial 4H-SiC iniziale hà utilizatu un substratu di cristallu pusitivu, vale à dì u pianu <0001> Si per a crescita. A densità di passi atomichi nantu à a superficia di u sustrato di cristallu pusitivu hè bassu è e terrazze sò largu. A crescita di nucleazione bidimensionale hè faciule fà durante u prucessu di epitassi per furmà 3C cristalli SiC (3C-SiC). By taglio off-axis, high-densità, strette terrazza larghezza di passi atomicu pò esse introduttu nantu à a superficia di u sustrato 4H-SiC <0001>, è u precursore adsorbed pò effittivamenti ghjunghje sin'à a pusizioni di passu atomicu cù energia di superficia relativamente bassu attraversu diffusione di superficia. . À u passu, a pusizione di ligame di l'atomu precursore / gruppu moleculare hè unica, cusì in u modu di crescita di u flussu di u passu, a capa epitaxiale pò eredite perfettamente a sequenza di stacking Si-C doppia strata atomica di u sustrato per furmà un unicu cristallu cù u stessu cristallu. fase cum'è sustrato.
(2) A crescita epitaxial d'alta velocità hè ottenuta da l'introduzione di una fonte di siliciu chì cuntene cloru. In i sistemi di depositu di vapore chimicu SiC cunvinziunali, silane è propanu (o etilene) sò i principali fonti di crescita. In u prucessu di aumentà a rata di crescita aumentendu a velocità di flussu di a fonte di crescita, cum'è a pressione parziale di equilibriu di u cumpunente di siliciu cuntinueghja à aumentà, hè faciule di furmà clusters di siliciu per nucleazione omogenea in fase di gas, chì riduce significativamente a rata d'utilizazione di u siliciu. fonte di siliciu. A furmazione di clusters di siliciu limita assai a migliione di u ritmu di crescita epitaxial. À u listessu tempu, i clusters di siliciu ponu disturbà a crescita di u flussu di u passu è causanu a nucleazione di difetti. Per evità a nucleazione omogenea di a fase di gasu è aumentà a rata di crescita epitassiale, l'intruduzioni di fonti di siliciu basati in cloru hè attualmente u metudu mainstream per aumentà a rata di crescita epitassiale di 4H-SiC.
1.2 200 mm (8-inch) SiC epitaxial Equipment è cundizioni di prucessu
L'esperimenti descritti in questu documentu sò stati tutti cunduti nantu à un equipamentu epitaxial SiC monoliticu horizontale di parete calda compatibile 150/200 mm (6/8-inch) sviluppatu indipendentemente da u 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. U furnace epitassiale supporta a carica è u scaricamentu di wafer completamente automatica. A figura 1 hè un schema schematicu di a struttura interna di a camera di reazione di l'equipaggiu epitaxial. Comu mostra in a Figura 1, u muru esternu di a camera di reazzione hè una campana di quartz cù un interlayer rinfriscatu à l'acqua, è l'internu di a campana hè una camera di reazzione à alta temperatura, chì hè cumpostu di insulazione termale di carbonu feltru, d'alta purezza. cavità di grafite spiciali, basa rotanti grafite gas-floating, etc. L'intera campana di quartz hè cuperta cù una bobina d'induzione cilindrica, è a reazione. A camera interna di a campana hè riscaldata elettromagneticamente da una fonte di induzione di frequenza media. Cum'è mostratu in a Figura 1 (b), u gasu di trasportu, u gasu di reazione è u gasu doping passanu à traversu a superficia di l'ostia in un flussu laminare horizontale da u monte di a camera di reazione à a valle di a camera di reazione è sò scaricati da a coda. fine di gas. Per assicurà a cunsistenza in l'ostia, l'ostia purtata da a basa flottante di l'aria hè sempre rotata durante u prucessu.
U sustrato utilizatu in l'esperimentu hè un sustrato SiC pulitu bifacciale 4H-SiC cunduttivu n-type 4 ° off-angle conduttivu di 150 mm, 200 mm (6 inches, 8 inches) <1120> pruduciutu da Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) è etilene (C2H4) sò usati cum'è i principali fonti di crescita in l'esperimentu di prucessu, trà i quali TCS è C2H4 sò usati cum'è fonte di silicuu è fonte di carbonu rispettivamente, u nitrogenu d'alta purezza (N2) hè utilizatu cum'è n- surghjente di doping tipu, è l'idrogenu (H2) hè adupratu cum'è gas di diluzione è gasu trasportatore. U intervallu di temperatura di u prucessu epitaxial hè 1 600 ~ 1 660 ℃, a prissioni di prucessu hè 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, è u flussu di gas H2 carrier hè 100 ~ 140 L / min.
1.3 Test di wafer epitassiale è carattarizazione
Spettrometru infrared Fourier (fabricante d'equipaggiu Thermalfisher, mudellu iS50) è tester di cuncentrazione di sonda di mercuriu (fabricante d'equipaggiu Semilab, mudellu 530L) sò stati utilizati per caratterizà a media è a distribuzione di u grossu epitaxial è a cuncentrazione di doping; u gruixu è a cuncentrazione di doping di ogni puntu in u stratu epitaxial sò stati determinati pigliendu punti longu a linea di diametru chì intersece a linea normale di u bordu di riferimentu principale à 45 ° à u centru di l'ostia cù a rimozione di 5 mm. Per una wafer di 150 mm, 9 punti sò stati pigliati longu una linea di diametru unicu (dui diametri eranu perpendiculari l'una à l'altru), è per un wafer di 200 mm, 21 punti sò stati pigliati, cum'è mostra in a Figura 2. Un microscopiu di forza atomica (fabricante di l'equipaggiu). Bruker, mudellu Dimension Icon) hè stata utilizata per selezziunà e zone di 30 μm × 30 μm in a zona centrale è a zona di bordu (eliminazione di u bordu di 5 mm) wafer epitaxial per pruvà a rugosità di a superficia di a capa epitaxial; i difetti di a strata epitaxial sò stati misurati cù un tester di difetti di a superficia (fabricante di l'equipaggiu China Electronics L'imager 3D era carattarizatu da un sensor di radar (mudellu Mars 4410 pro) da Kefenghua.
Tempu di Postu: Settembre-04-2024