Nuntempe, la SiC-industrio transformas de 150 mm (6 coloj) ĝis 200 mm (8 coloj). Por renkonti la urĝan postulon pri grandgrandaj, altkvalitaj SiC homoepitaxial oblatoj en la industrio, 150mm kaj 200mm4H-SiC homoepitaxial oblatojestis sukcese preparitaj sur hejmaj substratoj uzante la sendepende evoluigitan 200mm SiC epitaxial kresko ekipaĵo. Homoepitaksia procezo taŭga por 150mm kaj 200mm estis evoluigita, en kiu la epitaksia kreskorapideco povas esti pli granda ol 60um/h. Dum renkontante la altrapida epitaksio, la epitaksia oblatkvalito estas bonega. La dikeco unuformeco de 150 mm kaj 200 mmSiC epitaksaj oblatojpovas esti kontrolita ene de 1.5%, la koncentriĝo unuformeco estas malpli ol 3%, la fatala difekto denseco estas malpli ol 0.3 partikloj/cm2, kaj la epitaxial surfaca malglateco radiko averaĝa kvadrato Ra estas malpli ol 0.15nm, kaj ĉiuj kernaj procezindikiloj estas ĉe. la altnivela de la industrio.
Silicio-karbido (SiC)estas unu el la reprezentantoj de la triageneraciaj semikonduktaĵoj. Ĝi havas la karakterizaĵojn de alta rompokampa forto, bonega varmokondukteco, granda elektrona satura drivrapideco, kaj forta radiada rezisto. Ĝi multe vastigis la energi-pretigan kapaciton de potencaj aparatoj kaj povas plenumi la servopostulojn de la sekva generacio de potencaj elektronikaj ekipaĵoj por aparatoj kun alta potenco, malgranda grandeco, alta temperaturo, alta radiado kaj aliaj ekstremaj kondiĉoj. Ĝi povas redukti spacon, redukti energikonsumon kaj redukti malvarmigajn postulojn. Ĝi alportis revoluciajn ŝanĝojn al novaj energiaj veturiloj, fervoja transportado, inteligentaj retoj kaj aliaj kampoj. Sekve, siliciokarburaj duonkonduktaĵoj fariĝis rekonitaj kiel la ideala materialo, kiu gvidos la venontan generacion de alt-potencaj elektronikaj aparatoj. En la lastaj jaroj, danke al la nacia politika subteno por la disvolviĝo de la triageneracia industrio de duonkonduktaĵoj, la esploro kaj disvolviĝo kaj konstruado de la 150 mm SiC-aparata industrisistemo estis esence finitaj en Ĉinio, kaj la sekureco de la industria ĉeno fariĝis estis esence garantiita. Tial, la fokuso de la industrio iom post iom ŝanĝiĝis al kostkontrolo kaj efikeco plibonigo. Kiel montrite en Tabelo 1, kompare kun 150 mm, 200 mm SiC havas pli altan randan utiligan indicon, kaj la produktado de unuoblaj blatoj povas esti pliigita je proksimume 1.8 fojojn. Post kiam la teknologio maturiĝas, la kosto de fabrikado de unu blato povas esti reduktita je 30%. La teknologia avanco de 200 mm estas rekta rimedo por "malgrandigi kostojn kaj pliigi efikecon", kaj ĝi ankaŭ estas la ŝlosilo por ke la duonkondukta industrio de mia lando "kuru paralele" aŭ eĉ "gvidi".
Malsama al la procezo de aparato Si,SiC semikonduktaĵaj potencaj aparatojestas ĉiuj prilaboritaj kaj preparitaj kun epitaksaj tavoloj kiel la bazŝtono. Epitaksaj oblatoj estas esencaj bazaj materialoj por SiC-potencaparatoj. La kvalito de la epitaksia tavolo rekte determinas la rendimenton de la aparato, kaj ĝia kosto respondecas pri 20% de la kosto de fabrikado de blatoj. Tial, epitaksa kresko estas esenca meza ligo en SiC-potencaparatoj. La supra limo de epitaksia proceznivelo estas determinita per epitaksia ekipaĵo. Nuntempe, la lokaliza grado de 150mm SiC epitaxial ekipaĵo en Ĉinio estas relative alta, sed la ĝenerala aranĝo de 200mm postrestas malantaŭ la internacia nivelo samtempe. Sekve, por solvi la urĝajn bezonojn kaj botelkolo-problemojn de grandgranda, altkvalita epitaksia materiala fabrikado por la disvolviĝo de la hejma triageneracia industrio de duonkonduktaĵoj, ĉi tiu artikolo prezentas la 200 mm SiC-epitaksian ekipaĵon sukcese disvolvitan en mia lando, kaj studas la epitaksian procezon. Optimumigante la procezajn parametrojn kiel proceztemperaturon, transportan gasofluon, C/Si-proporcion, ktp., la koncentriĝo-unuformeco <3%, dikeco-ne-unuformeco <1,5%, malglateco Ra <0,2 nm kaj mortiga difekto-denseco <0,3 grajnoj /cm2 de 150 mm kaj 200 mm SiC epitaksaj oblatoj kun sendepende evoluigita 200 mm siliciokarbura epitaksia forno estas akirita. La ekipaĵproceza nivelo povas renkonti la bezonojn de altkvalita SiC-potenca aparato-preparo.
1 Eksperimento
1.1 Principo deSiC epitaksiaprocezo
La 4H-SiC homoepitaxial kreskprocezo ĉefe inkluzivas 2 ŝlosilajn paŝojn, nome, alt-temperatura en-situ akvaforto de 4H-SiC substrato kaj homogena kemia vapora deponado procezo. La ĉefa celo de substrata surloka akvaforto estas forigi la subteran damaĝon de la substrato post oblata polurado, resta polura likvaĵo, partikloj kaj oksida tavolo, kaj regula atompaŝa strukturo povas esti formita sur la substrata surfaco per akvaforto. Surloka akvaforto estas kutime aranĝita en hidrogena atmosfero. Laŭ la realaj procezaj postuloj, malgranda kvanto da helpgaso ankaŭ povas esti aldonita, kiel hidrogena klorido, propano, etileno aŭ silano. La temperaturo de surloka hidrogena akvaforto estas ĝenerale super 1 600 ℃, kaj la premo de la reakcia ĉambro estas ĝenerale kontrolita sub 2×104 Pa dum la akvaforta procezo.
Post kiam la substrata surfaco estas aktivigita per surloka akvaforto, ĝi eniras la alt-temperaturan kemian vapordeponan procezon, tio estas, la kreskfonton (kiel etileno/propano, TCS/silano), dopa fonto (n-tipa dopa fonto nitrogeno). , p-speca dopa fonto TMAl), kaj helpgaso kiel ekzemple hidrogena klorido estas transportitaj al la reagkamero tra granda fluo de portantgaso (kutime hidrogeno). Post kiam la gaso reagas en la alt-temperatura reakcia ĉambro, parto de la antaŭulo reagas kemie kaj adsorbiĝas sur la oblasurfaco, kaj formiĝas unukristala homogena 4H-SiC epitaksia tavolo kun specifa dopa koncentriĝo, specifa dikeco kaj pli alta kvalito. sur la substratsurfaco uzante la unu-kristalan 4H-SiC-substraton kiel ŝablonon. Post jaroj da teknika esplorado, la 4H-SiC homoepitaxial teknologio esence maturiĝis kaj estas vaste uzata en industria produktado. La plej vaste uzata 4H-SiC homoepitaxial teknologio en la mondo havas du tipajn karakterizaĵojn:
(1) Uzante ekster-akson (rilate al la <0001> kristala ebeno, al la <11-20> kristala direkto) oblikva tranĉita substrato kiel ŝablono, altpura unukristala 4H-SiC epitaksa tavolo sen malpuraĵoj estas deponita sur la substrato en formo de paŝo-flua kreskoreĝimo. Frua 4H-SiC homoepitaxial kresko uzis pozitivan kristalsubstrato, tio estas, la <0001> Si-ebeno por kresko. La denseco de atomŝtupoj sur la surfaco de la pozitiva kristala substrato estas malalta kaj la terasoj estas larĝaj. Dudimensia nuklea kresko facile okazas dum la epitaksioprocezo por formi 3C-kristalan SiC (3C-SiC). Per ekster-aksa tranĉado, altdenseca, mallarĝa terasa larĝa atomŝtupoj povas esti enkondukitaj sur la surfacon de la 4H-SiC <0001> substrato, kaj la adsorbita antaŭulo povas efike atingi la atompaŝan pozicion kun relative malalta surfaca energio per surfaca disvastigo. . Ĉe la paŝo, la antaŭulo-atomo/molekula grupa liga pozicio estas unika, do en la paŝa fluo-kreskreĝimo, la epitaksia tavolo povas perfekte heredi la Si-C duoblan atomtavolan stakan sekvencon de la substrato por formi ununuran kristalon kun la sama kristalo. fazo kiel la substrato.
(2) Altrapida epitaksia kresko estas atingita per enkonduko de kloro-enhava silicia fonto. En konvenciaj SiC-kemiaj vapordemetsistemoj, silano kaj propano (aŭ etileno) estas la ĉefkreskfontoj. En la procezo de pliigo de la kreskorapideco per pliigo de la kreskfonta flukvanto, ĉar la ekvilibra parta premo de la silicia komponanto daŭre pliiĝas, estas facile formi siliciajn grapojn per homogena gasfaza nukleado, kiu signife reduktas la utiligan indicon de la silicio. siliciofonto. La formado de siliciaj aretoj multe limigas la plibonigon de la epitaksia kreskorapideco. Samtempe, siliciaj grapoloj povas ĝeni la paŝofluan kreskon kaj kaŭzi difektan nukleadon. Por eviti homogenan gasfazan nukleadon kaj pliigi la epitaksian kreskorapidecon, la enkonduko de kloro-bazitaj siliciaj fontoj estas nuntempe la ĉefa metodo por pliigi la epitaksian kreskorapidecon de 4H-SiC.
1.2 200 mm (8-cola) SiC epitaxial ekipaĵo kaj procezaj kondiĉoj
La eksperimentoj priskribitaj en ĉi tiu artikolo estis ĉiuj faritaj sur 150/200 mm (6/8-cola) kongrua monolita horizontala varma muro SiC epitaxial ekipaĵo sendepende evoluigita de la 48-a Instituto de Ĉina Elektronika Teknologia Grupo Korporacio. La epitaksia forno subtenas plene aŭtomatan ŝarĝadon kaj malŝarĝon de oblatoj. Figuro 1 estas skema diagramo de la interna strukturo de la reakcia ĉambro de la epitaksia ekipaĵo. Kiel montrite en Figuro 1, la ekstera muro de la reakcia ĉambro estas kvarca sonorilo kun akvomalvarmigita intertavolo, kaj la interno de la sonorilo estas alt-temperatura reakcia ĉambro, kiu estas kunmetita de termika izolado karbona felto, altpura. speciala grafita kavo, grafita gas-flosanta turnanta bazo, ktp La tuta kvarca sonorilo estas kovrita per cilindra indukta bobeno, kaj la reago kamero ene de la sonorilo estas elektromagnete varmigita per mezfrekvenca indukta elektroprovizo. Kiel montrite en Figuro 1 (b), la portanta gaso, reakcia gaso kaj dopa gaso ĉiuj fluas tra la oblasurfaco en horizontala laminara fluo de la kontraŭflue de la reakcia ĉambro ĝis la laŭflue de la reagkamero kaj estas eligitaj de la vosto. gasa fino. Por certigi la konsistencon ene de la oblato, la oblato portita per la aero flosanta bazo ĉiam estas rotaciita dum la procezo.
La substrato uzita en la eksperimento estas komerca 150 mm, 200 mm (6 coloj, 8 coloj) <1120> direkto 4°for-angula konduktiva n-tipa 4H-SiC duoble polurita SiC-substrato produktita fare de Shanxi Shuoke Crystal. Triklorosilano (SiHCl3, TCS) kaj etileno (C2H4) estas uzataj kiel la ĉefaj kreskfontoj en la proceza eksperimento, inter kiuj TCS kaj C2H4 estas uzataj kiel siliciofonto kaj karbonfonto respektive, altpura nitrogeno (N2) estas uzata kiel n- tipo dopa fonto, kaj hidrogeno (H2) estas uzata kiel dilua gaso kaj portanta gaso. La temperaturintervalo de la epitaksia procezo estas 1 600 ~ 1 660 ℃, la proceza premo estas 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, kaj la fluo de H2 portanta gaso estas 100 ~ 140 L/min.
1.3 Epitaksa oblatestado kaj karakterizado
Fourier-infraruĝa spektrometro (ekipaĵfabrikisto Thermalfisher, modelo iS50) kaj hidrarga sonda koncentriĝotestilo (ekipaĵproduktanto Semilab, modelo 530L) estis uzitaj por karakterizi la meznombre kaj distribuadon de epitaxial tavoldikeco kaj dopa koncentriĝo; la dikeco kaj dopa koncentriĝo de ĉiu punkto en la epitaxial tavolo estis determinitaj prenante punktojn laŭ la diametrolinio intersekcanta la normalan linion de la ĉefa referenca rando ĉe 45° ĉe la centro de la oblato kun 5 mm rando forigo. Por 150 mm oblato, 9 poentoj estis prenitaj laŭ ununura diametrolinio (du diametroj estis perpendikularaj unu al la alia), kaj por 200 mm oblato, 21 poentoj estis prenitaj, kiel montrite en Figuro 2. Atomfortmikroskopo (ekipaĵfabrikisto). Bruker, modelo Dimension Icon) estis uzata por elekti 30 μm × 30 μm areojn en la centra areo kaj la randareo (5 mm randforigo) de la epitaxial oblato por testi la surfacan malglatecon de la epitaxial tavolo; la difektoj de la epitaksia tavolo estis mezuritaj per surfaca difekto-testilo (ekipaĵfabrikisto China Electronics La 3D-bildilo estis karakterizita per radarsensilo (modelo Mars 4410 pro) de Kefenghua.
Afiŝtempo: Sep-04-2024