Gaur egun, SiC industria 150 mm (6 hazbete) izatetik 200 mm (8 hazbete) izatera pasatzen ari da. Tamaina handiko eta kalitate handiko SiC oble homoepitaxialen premiazko eskaria asetzeko industrian, 150 mm eta 200 mm.4H-SiC obleak homoepitaxialakEtxeko substratuetan arrakastaz prestatu ziren 200 mm-ko SiC hazkuntza epitaxialeko ekipamendu independentea erabiliz. 150mm eta 200mm-rako egokia den prozesu homoepitaxial bat garatu zen, non epitaxiaren hazkunde-tasa 60um/h baino handiagoa izan daitekeen. Abiadura handiko epitaxia betetzen den bitartean, obleen epitaxiaren kalitatea bikaina da. 150 mm-ko eta 200 mm-ko lodiera-uniformitateaSiC obleak epitaxialak% 1,5ean kontrola daiteke, kontzentrazio-uniformitatea % 3 baino txikiagoa da, akats hilgarrien dentsitatea 0,3 partikula/cm2 baino txikiagoa da eta epitaxiaren gainazaleko zimurtasunaren erro karratuaren batez besteko Ra 0,15 nm baino txikiagoa da, eta oinarrizko prozesu-adierazle guztiak daude. industriaren maila aurreratua.
Silizio karburoa (SiC)hirugarren belaunaldiko material erdieroaleen ordezkarietako bat da. Matxura-eremuaren indar handia, eroankortasun termiko bikaina, elektroien saturazio-abiadura handia eta erradiazio-erresistentzia handia ditu. Asko zabaldu du potentzia-gailuen energia prozesatzeko ahalmena eta potentzia handiko ekipamendu elektronikoen belaunaldiko hurrengo belaunaldiko zerbitzu-eskakizunak bete ditzake potentzia handiko, tamaina txikiko, tenperatura altuko, erradiazio handiko eta muturreko beste baldintza batzuk dituzten gailuetarako. Espazioa murriztu dezake, energia-kontsumoa murriztu eta hozte-eskakizunak murrizten ditu. Aldaketa iraultzaileak ekarri ditu energia-ibilgailu berrietan, trenbide-garraioan, sare adimendunetan eta beste esparru batzuetan. Hori dela eta, silizio karburoaren erdieroaleak potentzia handiko potentzia handiko gailu elektronikoen hurrengo belaunaldia eramango duen material ezin hobea dela aitortu dute. Azken urteotan, hirugarren belaunaldiko erdieroaleen industria garatzeko politika nazionalaren laguntzari esker, 150 mm-ko SiC gailuen industria sistemaren ikerketa eta garapena eta eraikuntza Txinan amaitu dira funtsean, eta industria-katearen segurtasuna izan da. funtsean bermatuta dago. Hori dela eta, industriaren arreta pixkanaka kostuen kontrolera eta eraginkortasuna hobetzera aldatu da. 1. taulan erakusten den bezala, 150 mm-rekin alderatuta, 200 mm SiC-k ertzaren erabilera-tasa handiagoa du, eta oblea txip bakarren irteera 1,8 aldiz handitu daiteke. Teknologia heldu ondoren, txip bakar baten fabrikazio kostua % 30 murriztu daiteke. 200 mm-ko aurrerapen teknologikoa "kostuak murrizteko eta eraginkortasuna areagotzeko" bide zuzena da, eta nire herrialdeko erdieroaleen industriak "paraleloan" edo are "burua" izateko gakoa ere bada.
Si gailuaren prozesutik desberdina,SiC erdieroaleen potentzia-gailuakguztiak prozesatu eta prestatzen dira geruza epitaxialak oinarritzat hartuta. Epitaxial obleak oinarrizko oinarrizko materialak dira SiC potentzia-gailuetarako. Geruza epitaxialaren kalitateak zuzenean zehazten du gailuaren etekina, eta bere kostuak txiparen fabrikazio kostuaren %20 hartzen du. Hori dela eta, hazkunde epitaxiala ezinbesteko tarteko lotura bat da SiC potentzia-gailuetan. Prozesu epitaxialaren mailaren goiko muga ekipamendu epitaxialak zehazten du. Gaur egun, Txinan 150 mm-ko SiC epitaxial ekipamenduen lokalizazio-maila nahiko altua da, baina 200 mm-ko diseinu orokorra nazioarteko mailaren atzetik geratzen da aldi berean. Hori dela eta, etxeko hirugarren belaunaldiko erdieroaleen industria garatzeko tamaina handiko eta kalitate handiko material epitaxialaren fabrikazioaren premiazko beharrak eta botila-lepoko arazoak konpontzeko, dokumentu honek nire herrialdean arrakastaz garatutako 200 mm-ko SiC epitaxial ekipamendua aurkezten du, eta prozesu epitaxiala aztertzen du. Prozesuaren parametroak optimizatuz, hala nola, prozesuaren tenperatura, gas garraiolariaren emaria, C/Si erlazioa, etab., kontzentrazio-uniformitatea <3%, lodiera ez-uniformitatea <1,5%, zimurtasuna Ra <0,2 nm eta akats hilgarrien dentsitatea <0,3 ale. /cm2-ko 150 mm eta 200 mm-ko SiC-ko olatu epitaxialak 200 mm-ko silizio-karburoko labe epitaxialak garatutako independentean lortzen dira. Ekipamendu-prozesuaren mailak kalitate handiko SiC potentzia-gailuen prestaketaren beharrak ase ditzake.
1 Esperimentua
1.1-ren printzipioaSiC epitaxialaprozesua
4H-SiC hazkuntza homoepitaxialaren prozesuak 2 funtsezko urrats biltzen ditu batez ere, hots, 4H-SiC substratuaren in situ tenperatura altuko grabaketa eta lurrun kimikoen jalkitze prozesu homogeneoa. Substratu in-situ grabatzearen helburu nagusia obleak leuntzeko, hondar leuntzeko likidoa, partikulak eta oxido-geruza ondoren substratuaren gainazaleko kalteak kentzea da, eta grabatu bidez substratuaren gainazalean urrats atomiko erregular egitura bat sor daiteke. In situ grabazioa hidrogeno-atmosferan egiten da normalean. Prozesuaren benetako eskakizunen arabera, gas laguntzaile kopuru txiki bat ere gehi daiteke, hala nola hidrogeno kloruroa, propanoa, etilenoa edo silanoa. In situ hidrogeno-grabaketaren tenperatura 1 600 ℃-tik gorakoa da, eta erreakzio-ganberaren presioa 2 × 104 Pa azpitik kontrolatzen da, oro har, grabaketa-prozesuan.
Substratuaren gainazala in-situ grabaketa bidez aktibatu ondoren, tenperatura altuko lurrun kimikoen jalkitze-prozesuan sartzen da, hau da, hazkuntza-iturria (adibidez, etilenoa/propanoa, TCS/silanoa), dopa-iturria (n motako doping-iturri nitrogenoa). , p motako doping-iturria TMAl), eta gas laguntzailea, hala nola hidrogeno kloruroa, erreakzio-ganberara garraiatzen dira gas eramailearen fluxu handi baten bidez (normalean hidrogenoa). Gasak tenperatura altuko erreakzio-ganberan erreakzionatu ondoren, aitzindariaren zati batek kimikoki erreakzionatzen du eta obleen gainazalean xurgatzen du, eta kristal bakarreko 4H-SiC geruza epitaxial homogeneoa sortzen da, dopin-kontzentrazio zehatza, lodiera espezifikoa eta kalitate handiagoa duena. substratuaren gainazalean kristal bakarreko 4H-SiC substratua txantiloi gisa erabiliz. Urteetako esplorazio teknikoaren ondoren, 4H-SiC homoepitaxial teknologia funtsean heldu da eta oso erabilia da industria-ekoizpenean. Munduan gehien erabiltzen den 4H-SiC homoepitaxial teknologiak bi ezaugarri tipiko ditu:
(1) Ardatz kanpo (<0001> kristal-planoari dagokionez, <11-20> kristalaren norabiderantz) moztutako substratu zeiharra txantiloi gisa erabiliz, purutasun handiko 4H-SiC geruza epitaxial bat da ezpurutasunik gabe. substratuan jalkitzen da urrats-fluxuaren hazkuntza modu moduan. 4H-SiC hasierako hazkunde homoepitaxialak kristalezko substratu positiboa erabili zuen, hau da, <0001> Si planoa hazteko. Kristal positiboaren substratuaren gainazaleko urrats atomikoen dentsitatea baxua da eta terrazak zabalak dira. Bi dimentsioko nukleazio-hazkundea erraza da epitaxia prozesuan 3C kristal SiC (3C-SiC) eratzeko. Ardatz kanpoko ebaketaren bidez, dentsitate handiko eta terraza-zabalera estuko urrats atomikoak sar daitezke 4H-SiC <0001> substratuaren gainazalean, eta adsorbatutako aitzindaria modu eraginkorrean irits daiteke urrats atomikoaren posiziora gainazaleko energia nahiko baxuarekin gainazaleko difusioaren bidez. . Urratsean, atomo aitzindari/talde molekularraren lotura-posizioa bakarra da, beraz, urrats-fluxuaren hazkuntza-moduan, geruza epitaxialak ezin hobeto hereda dezake substratuaren Si-C geruza atomiko bikoitzeko pilaketa-sekuentzia kristal berdinarekin kristal bakar bat osatzeko. fasea substratu gisa.
(2) Abiadura handiko hazkunde epitaxiala kloroa duen silizio iturri bat sartuz lortzen da. SiC lurrun-jadaketa kimikoko sistema konbentzionaletan, silanoa eta propanoa (edo etilenoa) dira hazkunde-iturri nagusiak. Hazkunde-tasa handitzeko prozesuan, hazkuntza-iturriaren emaria handituz, silizio-osagaiaren oreka-presio partziala handitzen doan heinean, erraza da silizio-multzoa sortzea gas fase homogeneoaren nukleazioarekin, eta horrek nabarmen murrizten du erabilera-tasa. silizio iturria. Silizio-multzoen eraketak asko mugatzen du epitaxiaren hazkunde-tasa hobetzea. Aldi berean, silizio-multzoek urrats-fluxuaren hazkundea traba dezakete eta akatsen nukleazioa eragin dezakete. Gas-fasearen nukleazio homogeneoa saihesteko eta hazkunde epitaxiala handitzeko, kloroan oinarritutako silizio iturriak sartzea da gaur egun 4H-SiC-ren epitaxiaren hazkunde-tasa handitzeko metodo nagusia.
1,2 200 mm (8 hazbeteko) SiC epitaxial ekipamendua eta prozesu-baldintzak
Artikulu honetan deskribatutako esperimentuak guztiak 150/200 mm (6/8 hazbeteko) bateragarria den SiC horma bero horizontal monolitikoko ekipo epitaxial batean egin ziren, 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation-ek independenteki garatuta. Labe epitaxialak obleen karga eta deskarga guztiz automatikoak onartzen ditu. 1. irudia ekipamendu epitaxialaren erreakzio-ganberaren barne-egituraren diagrama eskematiko bat da. 1. Irudian ikusten den bezala, erreakzio-ganberaren kanpoko horma kuartzozko kanpai bat da, urarekin hoztutako geruza batekin, eta kanpaiaren barrualdea tenperatura altuko erreakzio-ganbera bat da, isolamendu termikoko karbono-feltroz osatua, purutasun handikoa. grafitozko barrunbe berezia, grafitozko gas flotatzen duen oinarri birakaria, etab. Kuartzozko kanpai osoa indukzio bobina zilindriko batez estalita dago, eta kanpai barruko erreakzio-ganbera elektromagnetikoki berotzen da maiztasun ertaineko indukzio-hornidura baten bidez. 1 (b) Irudian erakusten den moduan, gas eramailea, erreakzio gasa eta doping-gasa oblearen gainazaletik igarotzen da fluxu laminar horizontal batean erreakzio-ganberaren goratik erreakzio-ganberaren urpean beherantz eta isatsetik isurtzen dira. gas muturra. Oblearen barneko koherentzia bermatzeko, airearen oinarri flotatzaileak daraman oblea beti biratzen da prozesuan zehar.
Esperimentuan erabilitako substratua 150 mm, 200 mm (6 hazbete, 8 hazbete) <1120> norabideko 4° off-angelu eroalea da, Shanxi Shuoke Crystal-ek ekoitzitako n-motako 4H-SiC alde bikoitzeko leundutako SiC substratu. Triklorosilanoa (SiHCl3, TCS) eta etilenoa (C2H4) hazkuntza-iturri nagusi gisa erabiltzen dira prozesuko esperimentuan, horien artean TCS eta C2H4 silizio iturri gisa eta karbono iturri gisa erabiltzen dira hurrenez hurren, purutasun handiko nitrogenoa (N2) n- gisa erabiltzen da. motako dopin iturria, eta hidrogenoa (H2) diluzio-gas eta gas eramaile gisa erabiltzen da. Prozesu epitaxialaren tenperatura-tartea 1 600 ~ 1 660 ℃ da, prozesuaren presioa 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa da eta H2 eramaile gasaren emaria 100 ~ 140 L/min da.
1.3 Ostia epitaxialaren saiakuntza eta karakterizazioa
Fourier infragorri espektrometroa (ekipamendu-fabrikatzailea Thermalfisher, iS50 modeloa) eta merkurio-zunda-kontzentrazio-probatzailea (ekipamendu-ekoizlea Semilab, 530L eredua) geruza epitaxialaren lodieraren eta dopinaren kontzentrazioen batez besteko eta banaketa ezaugarritzeko erabili ziren; geruza epitaxialeko puntu bakoitzaren lodiera eta doping-kontzentrazioa erreferentzia-ertz nagusiaren lerro normala 45°-tan ebakitzen duten diametro-lerroan zehar puntuak hartuz zehaztu ziren oblearen erdigunean 5 mm-ko ertza kenduz. 150 mm-ko oblea baterako, 9 puntu hartu ziren diametro bakarreko marra batean (bi diametroak elkarren perpendikularrak ziren), eta 200 mm-ko oblean, 21 puntu hartu ziren, 2. Irudian ikusten den moduan. Indar atomikoko mikroskopio bat (ekipamenduaren fabrikatzailea). Bruker, eredua Dimension Icon) erdiko eremuan 30 μm × 30 μm eremuak eta ertzaren eremua (5 mm-ko ertzak kentzea) ostia epitaxialaren hautatzeko erabili zen, geruza epitaxialaren gainazaleko zimurtasuna probatzeko; geruza epitaxialaren akatsak gainazaleko akatsen probatzaile baten bidez neurtu ziren (ekipamendu fabrikatzailea China Electronics The 3D imager Kefenghua-ko radar sentsore batek (Mars 4410 pro eredua) ezaugarritu zuen.
Argitalpenaren ordua: 2024-04-09