Op it stuit feroaret de SiC-yndustry fan 150 mm (6 inch) nei 200 mm (8 inch). Om te foldwaan oan de driuwende fraach nei grutte grutte, hege kwaliteit SiC homoepitaxiale wafers yn 'e yndustry, 150mm en 200mm4H-SiC homoepitaxiale waferswaarden mei súkses taret op ynlânske substraten mei help fan de ûnôfhinklik ûntwikkele 200mm SiC epitaxial groei apparatuer. In homoepitaxial proses geskikt foar 150mm en 200mm waard ûntwikkele, wêrby't de epitaksiale groei taryf kin wêze grutter as 60um / h. By it foldwaan oan 'e epitaksy mei hege snelheid, is de kwaliteit fan' e epitaksiale wafel poerbêst. De dikte uniformiteit fan 150 mm en 200 mmSiC epitaksiale waferskin wurde regele binnen 1,5%, de konsintraasje unifoarmiteit is minder as 3%, de fatale defekt tichtens is minder as 0,3 dieltsjes / cm2, en de epitaxial oerflak rûchheid root gemiddelde fjouwerkante Ra is minder as 0,15nm, en alle kearn proses yndikatoaren binne by it avansearre nivo fan 'e yndustry.
Silisiumkarbid (SiC)is ien fan 'e fertsjintwurdigers fan' e tredde-generaasje semiconductor materialen. It hat de skaaimerken fan hege ôfbraak fjild sterkte, poerbêst termyske conductivity, grutte elektron sêding drift snelheid, en sterke strieling ferset. It hat de enerzjyferwurkingskapasiteit fan krêftapparaten sterk útwreide en kin foldwaan oan 'e tsjinsteasken fan' e folgjende generaasje fan macht elektroanyske apparatuer foar apparaten mei hege krêft, lytse grutte, hege temperatuer, hege strieling en oare ekstreme omstannichheden. It kin romte ferminderje, enerzjyferbrûk ferminderje en koeleasken ferminderje. It hat revolúsjonêre feroarings brocht oan nije enerzjyauto's, spoarferfier, smart grids en oare fjilden. Dêrom binne silisiumkarbidhealgelieders erkend wurden as it ideale materiaal dat de folgjende generaasje fan elektroanyske apparaten mei hege krêft sil liede. Yn 'e ôfrûne jierren, tanksij de nasjonale beliedsstipe foar de ûntwikkeling fan' e tredde-generaasje semiconductor-yndustry, is it ûndersyk en ûntwikkeling en de bou fan it 150 mm SiC-apparaatyndustrysysteem yn prinsipe foltôge yn Sina, en de feiligens fan 'e yndustriële keten hat yn prinsipe garandearre. Dêrom is de fokus fan 'e yndustry stadichoan ferpleatst nei kostenkontrôle en effisjinsjeferbettering. Lykas werjûn yn Tabel 1, ferlike mei 150 mm, 200 mm SiC hat in hegere râne utilization rate, en de útfier fan single wafer chips kin wurde ferhege mei likernôch 1,8 kear. Nei't de technology mature is, kinne de produksjekosten fan in inkele chip mei 30% wurde fermindere. De technologyske trochbraak fan 200 mm is in direkte middel om "kosten te ferminderjen en effisjinsje te fergrutsjen", en it is ek de kaai foar de semiconductor-yndustry fan myn lân om "parallel te rinnen" of sels "lead".
Oars as it proses fan Si-apparaat,SiC semiconductor macht apparatenwurde allegear ferwurke en taret mei epitaksiale lagen as de hoekstien. Epitaksiale wafels binne essensjele basismaterialen foar SiC-krêftapparaten. De kwaliteit fan 'e epitaksiale laach bepaalt direkt de opbringst fan it apparaat, en de kosten binne 20% fan' e chipfabrykskosten. Dêrom is epitaksiale groei in essensjele tuskenferbining yn SiC-krêftapparaten. De boppegrins fan epitaksiale prosesnivo wurdt bepaald troch epitaksiale apparatuer. Op it stuit is de lokalisaasjegraad fan 150mm SiC epitaksiale apparatuer yn Sina relatyf heech, mar de algemiene yndieling fan 200mm leit tagelyk efter it ynternasjonaal nivo. Dêrom, om de driuwende behoeften en knelpuntproblemen op te lossen fan produksje fan epitaksiaal materiaal fan grut formaat, fan hege kwaliteit foar de ûntwikkeling fan 'e ynlânske tredde-generaasje semiconductor-yndustry, yntrodusearret dit papier de 200 mm SiC epitaksiale apparatuer mei súkses ûntwikkele yn myn lân, en bestudearret it epitaksiale proses. Troch it optimalisearjen fan de proses parameters lykas proses temperatuer, drager gas flow rate, C / Si ratio, ensfh, de konsintraasje uniformiteit <3%, dikte non-uniformity <1.5%, rûchheid Ra <0.2 nm en fatale defekt tichtens <0.3 korrels /cm2 fan 150 mm en 200 mm SiC epitaksiale wafers mei ûnôfhinklik ûntwikkele 200 mm silisiumkarbid epitaxial oven wurde krigen. It nivo fan apparatuerproses kin foldwaan oan 'e behoeften fan hege kwaliteit SiC-krêftapparatuer tarieding.
1 Eksperimint
1.1 Prinsipe fanSiC epitaksiaalproses
It 4H-SiC-homoepitaxiale groeiproses omfettet foaral 2 wichtige stappen, nammentlik hege temperatuer in-situ etsen fan 4H-SiC-substraat en homogeen gemysk dampdeposysjeproses. It wichtichste doel fan substraat in-situ etsen is te ferwiderjen de ûndergrûnske skea fan it substraat nei wafer polishing, oerbleaune polishing floeistof, dieltsjes en okside laach, en in reguliere atomic stap struktuer kin wurde foarme op it substraat oerflak troch etsen. In-situ etsen wurdt meastentiids útfierd yn in wetterstofatmosfear. Neffens de eigentlike proseseasken kin ek in lyts bedrach fan helpgas tafoege wurde, lykas wetterstofchloride, propaan, ethylene of silaan. De temperatuer fan in-situ wetterstof etsen is oer it algemien boppe 1 600 ℃, en de druk fan de reaksje keamer wurdt oer it algemien regele ûnder 2 × 104 Pa tidens it etsen proses.
Neidat it substraat oerflak is aktivearre troch in-situ etsen, komt it yn 'e hege temperatuer gemyske damp ôfsetting proses, dat is, de groei boarne (lykas ethylene / propaan, TCS / silane), doping boarne (n-type doping boarne stikstof , p-type doping boarne TMAl), en helptiidwurd gas lykas wetterstof chloride wurde ferfierd nei de reaksje keamer troch in grutte stream fan drager gas (meastentiids wetterstof). Nei't it gas reagearret yn 'e hege temperatuer reaksje keamer, in part fan' e foarrinner reagearret gemysk en adsorbs op it wafel oerflak, en in single-crystal homogene 4H-SiC epitaksiale laach mei in spesifike doping konsintraasje, spesifike dikte, en hegere kwaliteit wurdt foarme op it substraat oerflak mei help fan de single-crystal 4H-SiC substraat as sjabloan. Nei jierren fan technyske ferkenning is de 4H-SiC homoepitaxiale technology yn prinsipe matured en wurdt in protte brûkt yn yndustriële produksje. De meast brûkte 4H-SiC homoepitaxiale technology yn 'e wrâld hat twa typyske skaaimerken:
(1) Mei help fan in off-as (relatyf oan it <0001> kristalflak, nei de <11-20> kristalrjochting) skuins snijde substraat as sjabloan, is in hege suverens ienkristal 4H-SiC epitaksiale laach sûnder ûnreinheden deponearre op it substraat yn 'e foarm fan stap-flow groei modus. Early 4H-SiC homoepitaxial groei brûkt in posityf kristal substraat, dat is, it <0001> Si fleantúch foar groei. De tichtens fan atomêre stappen op it oerflak fan it positive kristalsubstraat is leech en de terrassen binne breed. Twadimensjonale nukleaasjegroei is maklik te foarkommen tidens it epitaksyproses om 3C kristal SiC (3C-SiC) te foarmjen. Troch off-axis cutting, hege tichtheid, smelle terras breedte atoomstappen kinne wurde ynfierd op it oerflak fan de 4H-SiC <0001> substraat, en de adsorbed foarrinner kin effektyf berikke de atomic stap posysje mei relatyf lege oerflak enerzjy troch oerflak diffusion . By de stap is de foarrinner atoom / molekulêre groep bonding posysje unyk, dus yn 'e stap flow groei modus, de epitaksiale laach kin perfekt ervje de Si-C dûbele atomic laach stacking folchoarder fan it substraat te foarmjen in inkele kristal mei itselde kristal faze as substraat.
(2) Epitaksiale groei mei hege snelheid wurdt berikt troch it yntrodusearjen fan in chlor-befette silisiumboarne. Yn konvinsjonele SiC gemyske dampdeposysjesystemen binne silaan en propaan (as ethyleen) de wichtichste groeiboarnen. Yn it proses fan it fergrutsjen fan de groei taryf troch it fergrutsjen fan de groei boarne flow rate, as de lykwicht parsjele druk fan de silisium komponint bliuwt tanimmen, is it maklik te foarmjen silisium klusters troch homogene gas faze nucleation, dy't gâns ferminderet it benutten taryf fan de silisium boarne. De formaasje fan silisiumklusters beheint de ferbettering fan 'e epitaksiale groei sterk. Tagelyk kinne silisiumklusters de groei fan stapstream fersteure en defektkearing feroarsaakje. Om homogene gasfaze nukleaasje te foarkommen en de epitaksiale groei taryf te ferheegjen, is de ynfiering fan chlor-basearre silisiumboarnen op it stuit de mainstream metoade om de epitaksiale groei fan 4H-SiC te ferheegjen.
1,2 200 mm (8-inch) SiC epitaxial apparatuer en proses betingsten
De eksperiminten beskreaun yn dit papier waarden allegearre útfierd op in 150/200 mm (6/8-inch) kompatibel monolithic horizontale hot muorre SiC epitaxial apparatuer ûnôfhinklik ûntwikkele troch de 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. De epitaksiale oven stipet folslein automatysk laden en lossen fan wafers. Figuer 1 is in skematyske diagram fan 'e ynterne struktuer fan' e reaksje keamer fan 'e epitaksiale apparatuer. Lykas werjûn yn figuer 1, de bûtenmuorre fan 'e reaksje keamer is in kwarts klok mei in wetterkuolle interlayer, en de binnenkant fan' e klok is in hege-temperatuer reaksje keamer, dat is gearstald út termyske isolaasje koalstof fielde, hege suverens spesjale grafyt holte, grafyt gas-driuwende rotearjende basis, ensfh De hiele quartz klok is bedekt mei in silindryske induction coil, en de reaksje keamer binnen de klok wurdt elektromagnetysk ferwaarme troch in medium-frekwinsje induction Netzteil. Lykas werjûn yn figuer 1 (b), streamt it dragergas, reaksjegas en dopinggas allegear troch it wafelflak yn in horizontale laminêre stream fan 'e streamop fan' e reaksjekeamer nei de streamôfwerts fan 'e reaksjekeamer en wurde út 'e sturt ôffierd. gas ein. Om de konsistinsje binnen de wafel te garandearjen, wurdt de wafel dy't troch de loft driuwende basis droegen wurdt altyd rotearre tidens it proses.
It substraat brûkt yn it eksperimint is in kommersjeel 150 mm, 200 mm (6 inch, 8 inch) <1120> rjochting 4 ° off-hoek conductive n-type 4H-SiC dûbelsidige gepolijst SiC substraat produsearre troch Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) en ethylene (C2H4) wurde brûkt as de wichtichste groei boarnen yn it proses eksperimint, wêrûnder TCS en C2H4 wurde brûkt as silisium boarne en koalstof boarne respektivelik, hege-suverheid stikstof (N2) wurdt brûkt as n- type dopingboarne, en wetterstof (H2) wurdt brûkt as ferwetteringsgas en dragergas. It temperatuerberik fan it epitaksiale proses is 1 600 ~ 1 660 ℃, de prosesdruk is 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, en de H2-dragergasstreaming is 100 ~ 140 L / min.
1.3 Testen en karakterisaasje fan epitaksiale wafers
Fourier ynfraread spektrometer (apparatuer fabrikant Thermalfisher, model iS50) en kwiksonde konsintraasje tester (apparatuer fabrikant Semilab, model 530L) waarden brûkt om te karakterisearjen it gemiddelde en ferdieling fan epitaxial laach dikte en doping konsintraasje; de dikte en doping konsintraasje fan elk punt yn de epitaxial laach waard bepaald troch nimme punten lâns de diameter line krusend de normale line fan de wichtichste referinsje râne op 45 ° yn it sintrum fan 'e wafel mei 5 mm edge removal. Foar in 150 mm wafel waarden 9 punten nommen lâns in ienige diameter line (twa diameters wiene perpendiculêr op elkoar), en foar in 200 mm wafer waarden 21 punten nommen, lykas werjûn yn figuer 2. In atoomkrêftmikroskoop (apparatuerfabrikant Bruker, model Dimension Icon) waard brûkt om 30 μm × 30 μm gebieten te selektearjen yn it sintrumgebiet en it rânegebiet (5 mm râne fuortheljen) fan 'e epitaksiale wafel om de oerflakruwheid fan' e epitaksiale laach te testen; de defekten fan 'e epitaksiale laach waarden metten mei in oerflak defekt tester (apparatuer fabrikant China Electronics De 3D imager waard karakterisearre troch in radar sensor (model Mars 4410 pro) út Kefenghua.
Post tiid: Sep-04-2024