Ar hyn o bryd, mae'r diwydiant SiC yn trawsnewid o 150 mm (6 modfedd) i 200 mm (8 modfedd). Er mwyn cwrdd â'r galw brys am wafferi homoepitaxial SiC maint mawr, o ansawdd uchel yn y diwydiant, 150mm a 200mmWafferi homoepitoxial 4H-SiCeu paratoi'n llwyddiannus ar swbstradau domestig gan ddefnyddio'r offer twf epitaxial SiC 200mm a ddatblygwyd yn annibynnol. Datblygwyd proses homoepitaxial sy'n addas ar gyfer 150mm a 200mm, lle gall y gyfradd twf epitaxial fod yn fwy na 60um / h. Wrth gwrdd â'r epitacsi cyflym, mae ansawdd y wafferi epitaxial yn rhagorol. Mae unffurfiaeth trwch o 150 mm a 200 mmwafferi epitaxial SiCgellir ei reoli o fewn 1.5%, mae'r unffurfiaeth crynodiad yn llai na 3%, mae'r dwysedd diffyg angheuol yn llai na 0.3 gronynnau / cm2, ac mae garwedd wyneb epitaxial gwraidd sgwâr cymedrig Ra yn llai na 0.15nm, ac mae'r holl ddangosyddion prosesau craidd ar lefel uwch y diwydiant.
Silicon Carbide (SiC)yn un o gynrychiolwyr y trydydd cenhedlaeth deunyddiau lled-ddargludyddion. Mae ganddo nodweddion cryfder maes dadelfennu uchel, dargludedd thermol rhagorol, cyflymder drifft dirlawnder electronau mawr, a gwrthiant ymbelydredd cryf. Mae wedi ehangu gallu prosesu ynni dyfeisiau pŵer yn fawr a gall fodloni gofynion gwasanaeth y genhedlaeth nesaf o offer electronig pŵer ar gyfer dyfeisiau â phŵer uchel, maint bach, tymheredd uchel, ymbelydredd uchel ac amodau eithafol eraill. Gall leihau gofod, lleihau'r defnydd o bŵer a lleihau gofynion oeri. Mae wedi dod â newidiadau chwyldroadol i gerbydau ynni newydd, cludiant rheilffordd, gridiau smart a meysydd eraill. Felly, mae lled-ddargludyddion carbid silicon wedi'u cydnabod fel y deunydd delfrydol a fydd yn arwain y genhedlaeth nesaf o ddyfeisiau electronig pŵer uchel. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, diolch i gefnogaeth polisi cenedlaethol ar gyfer datblygiad y diwydiant lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth, mae ymchwil a datblygu ac adeiladu system diwydiant dyfais SiC 150 mm wedi'u cwblhau yn Tsieina yn y bôn, ac mae diogelwch y gadwyn ddiwydiannol wedi'i gwblhau. wedi'i warantu yn y bôn. Felly, mae ffocws y diwydiant wedi symud yn raddol i reoli costau a gwella effeithlonrwydd. Fel y dangosir yn Nhabl 1, o'i gymharu â 150 mm, mae gan SiC 200 mm gyfradd defnyddio ymyl uwch, a gellir cynyddu allbwn sglodion wafer sengl tua 1.8 gwaith. Ar ôl i'r dechnoleg aeddfedu, gellir lleihau cost gweithgynhyrchu sglodion sengl 30%. Mae'r datblygiad technolegol o 200 mm yn fodd uniongyrchol o "leihau costau a chynyddu effeithlonrwydd", ac mae hefyd yn allweddol i ddiwydiant lled-ddargludyddion fy ngwlad "redeg yn gyfochrog" neu hyd yn oed "arwain".
Yn wahanol i'r broses dyfais Si,Dyfeisiau pŵer lled-ddargludyddion SiCyn cael eu prosesu a'u paratoi gyda haenau epitaxial yn gonglfaen. Mae wafferi epitaxial yn ddeunyddiau sylfaenol hanfodol ar gyfer dyfeisiau pŵer SiC. Mae ansawdd yr haen epitaxial yn pennu cynnyrch y ddyfais yn uniongyrchol, ac mae ei gost yn cyfrif am 20% o'r gost gweithgynhyrchu sglodion. Felly, mae twf epitaxial yn gyswllt canolradd hanfodol mewn dyfeisiau pŵer SiC. Mae terfyn uchaf lefel y broses epitaxial yn cael ei bennu gan offer epitaxial. Ar hyn o bryd, mae gradd lleoleiddio offer epitaxial SiC 150mm yn Tsieina yn gymharol uchel, ond mae'r gosodiad cyffredinol o 200mm yn llusgo y tu ôl i'r lefel ryngwladol ar yr un pryd. Felly, er mwyn datrys anghenion brys a phroblemau tagfa gweithgynhyrchu deunydd epitaxial maint mawr o ansawdd uchel ar gyfer datblygu'r diwydiant lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth domestig, mae'r papur hwn yn cyflwyno'r offer epitaxial SiC 200 mm a ddatblygwyd yn llwyddiannus yn fy ngwlad, ac yn astudio'r broses epitaxial. Trwy optimeiddio paramedrau'r broses megis tymheredd y broses, cyfradd llif nwy cludo, cymhareb C/Si, ac ati, mae'r unffurfiaeth crynodiad <3%, diffyg unffurfiaeth trwch <1.5%, garwedd Ra <0.2 nm a dwysedd nam angheuol <0.3 grawn /cm2 o 150 mm a 200 mm o wafferi epitaxial SiC gyda ffwrnais epitaxial carbid silicon 200 mm a ddatblygwyd yn annibynnol. Gall lefel y broses offer ddiwallu anghenion paratoi dyfeisiau pŵer SiC o ansawdd uchel.
1 Arbrawf
1.1 EgwyddorSiC epitaxialproses
Mae'r broses twf homoepitaxial 4H-SiC yn bennaf yn cynnwys 2 gam allweddol, sef, ysgythru tymheredd uchel yn y fan a'r lle o swbstrad 4H-SiC a phroses dyddodi anwedd cemegol homogenaidd. Prif bwrpas ysgythru swbstrad yn y fan a'r lle yw cael gwared ar ddifrod is-wyneb y swbstrad ar ôl sgleinio wafferi, hylif sgleinio gweddilliol, gronynnau a haen ocsid, a gellir ffurfio strwythur cam atomig rheolaidd ar wyneb y swbstrad trwy ysgythru. Mae ysgythru yn y fan a'r lle fel arfer yn cael ei wneud mewn atmosffer hydrogen. Yn ôl gofynion y broses wirioneddol, gellir ychwanegu swm bach o nwy ategol hefyd, megis hydrogen clorid, propan, ethylene neu silane. Yn gyffredinol, mae tymheredd ysgythru hydrogen yn y fan a'r lle yn uwch na 1 600 ℃, ac mae pwysedd y siambr adwaith yn cael ei reoli'n gyffredinol o dan 2 × 104 Pa yn ystod y broses ysgythru.
Ar ôl i wyneb y swbstrad gael ei actifadu gan ysgythru yn y fan a'r lle, mae'n mynd i mewn i'r broses dyddodi anwedd cemegol tymheredd uchel, hynny yw, y ffynhonnell twf (fel ethylene / propan, TCS / silane), ffynhonnell dopio (ffynhonnell dopio nitrogen n-math). , ffynhonnell dopio math p TMAl), a nwy ategol fel hydrogen clorid yn cael eu cludo i'r siambr adwaith trwy lif mawr o nwy cludo (hydrogen fel arfer). Ar ôl i'r nwy adweithio yn y siambr adwaith tymheredd uchel, mae rhan o'r rhagflaenydd yn adweithio'n gemegol ac yn adsorbio ar yr wyneb wafer, ac mae haen epitaxial homogenaidd 4H-SiC homogenaidd sengl gyda chrynodiad dopio penodol, trwch penodol, ac ansawdd uwch yn cael ei ffurfio. ar wyneb y swbstrad gan ddefnyddio'r swbstrad un-grisial 4H-SiC fel templed. Ar ôl blynyddoedd o archwilio technegol, mae'r dechnoleg homoepitaxial 4H-SiC wedi aeddfedu yn y bôn ac fe'i defnyddir yn eang mewn cynhyrchu diwydiannol. Mae gan y dechnoleg homoepitoxial 4H-SiC a ddefnyddir fwyaf yn y byd ddwy nodwedd nodweddiadol:
(1) Gan ddefnyddio all-echel (o'i gymharu â'r awyren grisial <0001>, tuag at y cyfeiriad grisial <11-20>) swbstrad torri oblique fel templed, mae haen epitaxial sengl-grisial 4H-SiC purdeb uchel heb amhureddau yn a adneuwyd ar y swbstrad ar ffurf modd twf llif cam. Defnyddiodd twf homoepitaxial 4H-SiC cynnar swbstrad grisial cadarnhaol, hynny yw, yr awyren <0001> Si ar gyfer twf. Mae dwysedd y camau atomig ar wyneb y swbstrad grisial cadarnhaol yn isel ac mae'r terasau yn eang. Mae twf cnewyllol dau-ddimensiwn yn hawdd i ddigwydd yn ystod y broses epitaxy i ffurfio grisial 3C SiC (3C-SiC). Trwy dorri oddi ar yr echel, gellir cyflwyno camau atomig lled teras cul dwysedd uchel ar wyneb y swbstrad 4H-SiC <0001>, a gall y rhagflaenydd arsugn gyrraedd y safle cam atomig yn effeithiol gydag ynni arwyneb cymharol isel trwy drylediad arwyneb. . Ar y cam, mae'r sefyllfa bondio atomig / grŵp moleciwlaidd rhagflaenol yn unigryw, felly yn y modd twf llif cam, gall yr haen epitaxial etifeddu'n berffaith ddilyniant stacio haen atomig dwbl Si-C y swbstrad i ffurfio grisial sengl gyda'r un grisial. cyfnod fel y swbstrad.
(2) Cyflawnir twf epitaxial cyflym trwy gyflwyno ffynhonnell silicon sy'n cynnwys clorin. Mewn systemau dyddodiad anwedd cemegol SiC confensiynol, silane a phropan (neu ethylene) yw'r prif ffynonellau twf. Yn y broses o gynyddu'r gyfradd twf trwy gynyddu cyfradd llif y ffynhonnell twf, wrth i bwysau rhannol ecwilibriwm y gydran silicon barhau i gynyddu, mae'n hawdd ffurfio clystyrau silicon trwy gnewyllyn cam nwy homogenaidd, sy'n lleihau'n sylweddol gyfradd defnyddio'r ffynhonnell silicon. Mae ffurfio clystyrau silicon yn cyfyngu'n fawr ar welliant y gyfradd twf epitaxial. Ar yr un pryd, gall clystyrau silicon aflonyddu ar y twf llif cam ac achosi cnewyllyn diffyg. Er mwyn osgoi cnewyllyn cam nwy homogenaidd a chynyddu'r gyfradd twf epitaxial, cyflwyno ffynonellau silicon sy'n seiliedig ar glorin yw'r dull prif ffrwd ar hyn o bryd i gynyddu cyfradd twf epitaxial 4H-SiC.
1.2 200 mm (8-modfedd) offer epitaxial SiC ac amodau proses
Cynhaliwyd yr arbrofion a ddisgrifir yn y papur hwn i gyd ar offer epitaxial SiC wal boeth llorweddol monolithig cydnaws 150/200 mm (6/8-modfedd) a ddatblygwyd yn annibynnol gan Gorfforaeth Grŵp Technoleg Electroneg 48th Sefydliad Tsieina. Mae'r ffwrnais epitaxial yn cefnogi llwytho a dadlwytho wafferi cwbl awtomatig. Mae Ffigur 1 yn ddiagram sgematig o strwythur mewnol siambr adwaith yr offer epitaxial. Fel y dangosir yn Ffigur 1, mae wal allanol y siambr adwaith yn gloch cwarts gyda rhyng-haen wedi'i oeri â dŵr, ac mae tu mewn i'r gloch yn siambr adwaith tymheredd uchel, sy'n cynnwys ffelt carbon inswleiddio thermol, purdeb uchel. ceudod graffit arbennig, sylfaen cylchdroi nwy-fel y bo'r angen graffit, ac ati Mae'r gloch cwarts gyfan wedi'i gorchuddio â choil ymsefydlu silindrog, ac mae'r siambr adwaith y tu mewn i'r gloch yn cael ei gwresogi'n electromagnetig gan gyflenwad pŵer sefydlu amledd canolig. Fel y dangosir yn Ffigur 1 (b), mae'r nwy cludo, y nwy adwaith, a'r nwy dopio i gyd yn llifo trwy'r wyneb wafer mewn llif laminaidd llorweddol o'r ochr i fyny'r afon o'r siambr adwaith i lawr yr afon o'r siambr adwaith ac yn cael eu gollwng o'r gynffon. diwedd nwy. Er mwyn sicrhau cysondeb o fewn y wafer, mae'r wafer a gludir gan y sylfaen arnofio aer bob amser yn cael ei gylchdroi yn ystod y broses.
Y swbstrad a ddefnyddir yn yr arbrawf yw swbstrad SiC caboledig dwyochrog masnachol 150 mm, 200 mm (6 modfedd, 8 modfedd) <1120> cyfeiriad 4° oddi ar ongl dargludol n-math 4H-SiC a gynhyrchwyd gan Shanxi Shuoke Crystal. Defnyddir trichlorosilane (SiHCl3, TCS) ac ethylene (C2H4) fel y prif ffynonellau twf yn yr arbrawf proses, ymhlith y defnyddir TCS a C2H4 fel ffynhonnell silicon a ffynhonnell carbon yn y drefn honno, defnyddir nitrogen purdeb uchel (N2) fel n- ffynhonnell dopio math, a defnyddir hydrogen (H2) fel nwy gwanhau a nwy cludo. Amrediad tymheredd y broses epitaxial yw 1 600 ~ 1 660 ℃, pwysedd y broses yw 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, a chyfradd llif nwy cludo H2 yw 100 ~ 140 L / min.
1.3 Profi a nodweddu wafferi epitaxial
Defnyddiwyd sbectromedr isgoch Fourier (gwneuthurwr offer Thermalfisher, model iS50) a phrofwr crynodiad chwiliedydd mercwri (gwneuthurwr offer Semilab, model 530L) i nodweddu cymedr a dosbarthiad trwch haen epitaxial a chrynodiad dopio; pennwyd trwch a chrynodiad dopio pob pwynt yn yr haen epitaxial trwy gymryd pwyntiau ar hyd y llinell ddiamedr sy'n croesi llinell arferol y prif ymyl cyfeirio ar 45 ° yng nghanol y wafer gyda thynnu ymyl 5 mm. Ar gyfer wafer 150 mm, cymerwyd 9 pwynt ar hyd llinell un diamedr (roedd dau ddiamedr yn berpendicwlar i'w gilydd), ac ar gyfer wafer 200 mm, cymerwyd 21 pwynt, fel y dangosir yn Ffigur 2. Microsgop grym atomig (gwneuthurwr offer Defnyddiwyd Bruker, model Dimension Icon) i ddewis ardaloedd 30 μm × 30 μm yn ardal y ganolfan ac ardal ymyl (tynnu ymyl 5 mm) y wafer epitaxial i brofi garwedd wyneb yr haen epitaxial; mesurwyd diffygion yr haen epitaxial gan ddefnyddio profwr diffygion arwyneb (gwneuthurwr offer Tsieina Electroneg Nodweddwyd y delweddwr 3D gan synhwyrydd radar (model Mars 4410 pro) o Kefenghua.
Amser post: Medi-04-2024