An-dràsta, tha gnìomhachas SiC ag atharrachadh bho 150 mm (6 òirleach) gu 200 mm (8 òirleach). Gus coinneachadh ris an iarrtas èiginneach airson meud mòr, àrd-inbhe SiC homoepitaxial wafers anns a 'ghnìomhachas, 150mm agus 200mmwafers homoepitaxial 4H-SiCair an ullachadh gu soirbheachail air fo-stratan dachaigheil a’ cleachdadh an uidheamachd fàis epitaxial 200mm SiC a chaidh a leasachadh gu neo-eisimeileach. Chaidh pròiseas homoepitaxial a tha freagarrach airson 150mm agus 200mm a leasachadh, anns am faod an ìre fàis epitaxial a bhith nas àirde na 60um / h. Fhad ‘s a tha e a’ coinneachadh ris an epitaxy aig astar luath, tha càileachd wafer epitaxial sàr-mhath. Tha an aonachd tighead de 150 mm agus 200 mmwafers epitaxial SiCfaodar smachd a chumail air taobh a-staigh 1.5%, tha an èideadh dùmhlachd nas lugha na 3%, tha an dùmhlachd easbhaidh marbhtach nas lugha na 0.3 gràinean / cm2, agus tha freumh garbhachd uachdar epitaxial a’ ciallachadh ceàrnag Ra nas lugha na 0.15nm, agus tha na prìomh chomharran pròiseas aig ìre adhartach a’ ghnìomhachais.
Silicon Carbide (SiC)Is e seo aon de na riochdairean bhon treas ginealach semiconductor stuthan. Tha na feartan aige de neart raon brisidh àrd, giùlan teirmeach sàr-mhath, astar gluasad sùghaidh dealanach mòr, agus neart làidir rèididheachd. Tha e air leudachadh mòr a dhèanamh air comas giollachd cumhachd innealan cumhachd agus is urrainn dha coinneachadh ri riatanasan seirbheis an ath ghinealach de uidheamachd dealanach cumhachd airson innealan le cumhachd àrd, meud beag, teòthachd àrd, rèididheachd àrd agus suidheachaidhean fìor eile. Faodaidh e àite a lughdachadh, caitheamh cumhachd a lughdachadh agus riatanasan fuarachaidh a lughdachadh. Tha e air atharrachaidhean rèabhlaideach a thoirt do charbadan lùtha ùra, còmhdhail rèile, cliathan snasail agus raointean eile. Mar sin, tha semiconductors carbide silicon air an aithneachadh mar an stuth air leth freagarrach a stiùireas an ath ghinealach de innealan dealanach cumhachd àrd-chumhachd. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, le taing don taic poileasaidh nàiseanta airson leasachadh gnìomhachas semiconductor an treas ginealach, chaidh rannsachadh agus leasachadh agus togail siostam gnìomhachas inneal SiC 150 mm a chrìochnachadh gu bunaiteach ann an Sìona, agus tha tèarainteachd an t-sèine gnìomhachais air a chrìochnachadh gu ìre mhòr. air a ghealltainn gu bunaiteach. Mar sin, tha fòcas a’ ghnìomhachais air gluasad mean air mhean gu smachd cosgais agus leasachadh èifeachdais. Mar a chithear ann an Clàr 1, an taca ri 150 mm, tha ìre cleachdaidh iomall nas àirde aig 200 mm SiC, agus faodar toradh chips wafer singilte àrdachadh timcheall air 1.8 uair. Às deidh don teicneòlas aibidh, faodar cosgais saothrachaidh aon chip a lughdachadh 30%. Tha an adhartas teicneòlach de 200 mm na dhòigh dhìreach air "cosgaisean a lùghdachadh agus èifeachdas àrdachadh", agus tha e cuideachd na phrìomh dhòigh air gnìomhachas leth-chraobhan na dùthcha agam "ruith co-shìnte" no eadhon "stiùir".
Eadar-dhealaichte bho phròiseas inneal Si,Innealan cumhachd semiconductor SiCtha iad uile air an giullachd agus air an ullachadh le sreathan epitaxial mar chlach-oisinn. Tha wafers epitaxial nan stuthan bunaiteach riatanach airson innealan cumhachd SiC. Bidh càileachd an t-sreath epitaxial a 'dearbhadh gu dìreach toradh an uidheim, agus tha a chosgais a' dèanamh suas 20% de chosgais saothrachaidh chip. Mar sin, tha fàs epitaxial na cheangal eadar-mheadhanach riatanach ann an innealan cumhachd SiC. Tha crìoch àrd ìre pròiseas epitaxial air a dhearbhadh le uidheamachd epitaxial. Aig an àm seo, tha an ìre ionadail de uidheamachd epitaxial 150mm SiC ann an Sìona gu ìre mhath àrd, ach tha an cruth iomlan de 200mm air dheireadh air an ìre eadar-nàiseanta aig an aon àm. Mar sin, gus fuasgladh fhaighinn air feumalachdan èiginneach agus duilgheadasan botail saothrachadh stuthan epitaxial de mheud mòr, àrd-inbhe airson leasachadh gnìomhachas semiconductor treas ginealach dachaigheil, tha am pàipear seo a’ toirt a-steach an uidheamachd epitaxial 200 mm SiC a chaidh a leasachadh gu soirbheachail anns an dùthaich agam, agus a’ sgrùdadh a’ phròiseas epitaxial. Le bhith a’ dèanamh an fheum as fheàrr de pharamadairean a’ phròiseas leithid teòthachd a’ phròiseas, ìre sruthadh gas giùlain, co-mheas C/Si, msaa, an èideadh dùmhlachd <3%, neo-èideadh tighead <1.5%, garbh Ra <0.2 nm agus dùmhlachd lochdan marbhtach <0.3 gràinnean /cm2 de 150 mm agus 200 mm SiC wafers epitaxial le fùirneis epitaxial 200 mm silicon carbide air a leasachadh gu neo-eisimeileach. Faodaidh ìre pròiseas uidheamachd coinneachadh ri feumalachdan ullachadh inneal cumhachd SiC àrd-inbhe.
1 Deuchainn
1.1 PrionnsabalSiC epitaxialpròiseas
Tha pròiseas fàis homoepitaxial 4H-SiC sa mhòr-chuid a’ toirt a-steach 2 phrìomh cheum, is e sin, eitseáil in-situ aig teòthachd àrd de substrate 4H-SiC agus pròiseas tasgadh ceò ceimigeach aon-ghnèitheach. Is e prìomh adhbhar sgrìobadh substrate in-situ milleadh fo-thalamh an t-substrate a thoirt air falbh às deidh snasadh wafer, leaghan snasadh fuigheall, gràineanan agus còmhdach ogsaid, agus faodar structar ceum atamach cunbhalach a chruthachadh air uachdar an t-substrate le bhith a’ rùsgadh. Mar as trice bithear a’ dèanamh seudaireachd in-situ ann an àile hydrogen. A rèir fìor riatanasan pròiseas, faodar beagan gas cuideachaidh a chur ris cuideachd, leithid hydrogen chloride, propane, ethylene no silane. Mar as trice tha teòthachd an in-situ haidridean os cionn 1 600 ℃, agus tha cuideam an t-seòmair ath-bhualadh mar as trice fo smachd nas ìsle na 2 × 104 Pa rè a ’phròiseas sìolachaidh.
Às deidh uachdar an t-substrate a bhith air a ghnìomhachadh le sgudal in-situ, bidh e a ’dol a-steach don phròiseas tasgaidh ceò ceimigeach àrd-teòthachd, is e sin, an stòr fàis (leithid ethylene / propane, TCS / silane), stòr dopaidh (stòr dopaidh n-seòrsa nitrogen). , stòr dopaidh seòrsa p TMAl), agus gas cuideachaidh leithid hydrogen cloride air an giùlan don t-seòmar freagairt tro shruth mòr de ghas giùlain (mar as trice hydrogen). Às deidh don ghas ath-fhreagairt anns an t-seòmar ath-bhualadh àrd-teòthachd, bidh pàirt den ro-ruithear ag ath-fhreagairt gu ceimigeach agus a’ sùghadh air uachdar na wafer, agus tha còmhdach epitaxial aon-criostail 4H-SiC aon-ghnèitheach le dùmhlachd dopaidh sònraichte, tiugh sònraichte, agus càileachd nas àirde air a chruthachadh. air uachdar an t-substrate a’ cleachdadh an t-substrate 4H-SiC aon-criostail mar theamplaid. Às deidh bliadhnaichean de sgrùdadh teignigeach, tha teicneòlas homoepitaxial 4H-SiC air a thighinn gu ìre agus air a chleachdadh gu farsaing ann an cinneasachadh gnìomhachais. Tha dà fheart àbhaisteach aig an teicneòlas homoepitaxial 4H-SiC as fharsainge san t-saoghal:
(1) A’ cleachdadh far-axis (an taca ris an itealan criostail <0001>, a dh’ ionnsaigh an treòrachadh criostail <11-20>) fo-fhilleadh gearraidh oblique mar theamplaid, tha còmhdach epitaxial aon-criostail 4H-SiC àrd-ghlan gun neo-chunbhalachd. air a thasgadh air an t-substrate ann an cruth modh fàis sruth-cheum. Chleachd fàs homoepitaxial tràth 4H-SiC fo-fhilleadh criostail dearbhach, is e sin, am plèana <0001> Si airson fàs. Tha dùmhlachd ceumannan atamach air uachdar an t-substrate criostail adhartach ìosal agus tha na barraidean farsaing. Tha e furasta fàs nucleation dà-thaobhach tachairt tron phròiseas epitaxy gus criostal 3C SiC (3C-SiC) a chruthachadh. Le bhith a’ gearradh far-axis, faodar ceumannan atamach àrd-dùmhlachd, leud cumhang a thoirt a-steach air uachdar an t-substrate 4H-SiC <0001>, agus faodaidh an ro-ruithear adsorbed an suidheachadh ceum atamach a ruighinn gu h-èifeachdach le lùth uachdar gu ìre ìosal tro sgaoileadh uachdar. . Aig a ’cheum, tha suidheachadh ceangail buidheann atom / moileciuil ro-làimh gun samhail, agus mar sin anns a’ mhodh fàs sruthadh ceum, faodaidh an còmhdach epitaxial an sreath cruachadh còmhdach atamach dùbailte Si-C den t-substrate a shealbhachadh gu foirfe gus aon chriostal a chruthachadh leis an aon chriostail. ìre mar an t-substrate.
(2) Tha fàs epitaxial àrd-astar air a choileanadh le bhith a’ toirt a-steach stòr silicon anns a bheil clorine. Ann an siostaman tasgaidh bhalbhaichean ceimigeach SiC àbhaisteach, is e silane agus propane (no ethylene) na prìomh stòran fàis. Anns a ’phròiseas a bhith ag àrdachadh ìre fàis le bhith ag àrdachadh ìre sruth stòr fàis, mar a tha cuideam pàirt co-chothromachd na pàirt sileaconach a’ sìor dhol am meud, tha e furasta cruinneachaidhean sileaconach a chruthachadh le nucleation ìre gas aon-ghnèitheach, a lughdaicheas gu mòr an ìre cleachdaidh den stòr silicon. Tha cruthachadh cruinneachaidhean silicon gu mòr a’ cuingealachadh leasachadh ìre fàis epitaxial. Aig an aon àm, faodaidh cruinneachaidhean sileaconach dragh a chuir air fàs sruth ceum agus adhbhrachadh nucleation lochdan. Gus nucleation ìre gas aon-ghnèitheach a sheachnadh agus an ìre fàis epitaxial àrdachadh, is e toirt a-steach stòran silicon stèidhichte air clorine an dòigh prìomh-shruthach gus ìre fàis epitaxial de 4H-SiC àrdachadh.
Uidheam epitaxial SiC 1.2 200 mm (8-òirleach) agus suidheachaidhean pròiseas
Chaidh na deuchainnean a tha air am mìneachadh sa phàipear seo a dhèanamh air uidheamachd epitaxial SiC balla teth còmhnard monolithic 150/200 mm (6/8-òirleach) a chaidh a leasachadh gu neo-eisimeileach leis an 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Bidh an fhùirneis epitaxial a’ toirt taic do luchdachadh is luchdachadh wafer gu tur fèin-ghluasadach. Tha Figear 1 na dhealbh sgeamach de structar a-staigh seòmar freagairt an uidheamachd epitaxial. Mar a chithear ann am Figear 1, tha balla a-muigh an t-seòmair ath-bhualadh na chlag èiteag le interlayer air a fhuarachadh le uisge, agus tha taobh a-staigh a’ chlag na sheòmar ath-bhualadh àrd-teòthachd, a tha air a dhèanamh suas de insulation teirmeach gualain faireachdainn, fìor-ghlan cuas grafait sònraichte, bunait rothlach gas-fleòdraidh grafait, msaa. Tha an clag quartz gu lèir còmhdaichte le coil inntrigidh siolandair, agus tha an seòmar ath-bhualadh taobh a-staigh a’ chlag air a theasachadh gu electromagnetically le solar cumhachd inntrigidh tricead meadhanach. Mar a chithear ann am Figear 1 (b), bidh an gas giùlain, gas ath-bhualadh, agus gas dopaidh uile a’ sruthadh tron uachdar wafer ann an sruth laminar còmhnard bho shuas an abhainn den t-seòmar ath-bhualadh gu sìos an abhainn den t-seòmar ath-bhualadh agus air an leigeil ma sgaoil bhon earball. deireadh gas. Gus dèanamh cinnteach à cunbhalachd taobh a-staigh an wafer, bidh an wafer a tha air a ghiùlan leis a’ bhunait adhair air a thionndadh an-còmhnaidh tron phròiseas.
Is e an t-substrate a thathar a’ cleachdadh anns an deuchainn substrate SiC snasta dà-thaobh malairteach 150 mm, 200 mm (6 òirleach, 8 òirleach) <1120> stiùireadh 4 ° taobh a-muigh ceàrn n-seòrsa 4H-SiC air a dhèanamh le Shanxi Shuoke Crystal. Thathas a’ cleachdadh trichlorosilane (SiHCl3, TCS) agus ethylene (C2H4) mar na prìomh stòran fàis anns an deuchainn pròiseas, am measg a bheil TCS agus C2H4 air an cleachdadh mar stòr silicon agus stòr gualain fa leth, thathas a’ cleachdadh nitrogen àrd-ghlan (N2) mar n- tha stòr dopaidh seòrsa, agus hydrogen (H2) air a chleachdadh mar ghas caolachaidh agus gas giùlain. Is e raon teòthachd a ’phròiseas epitaxial 1 600 ~ 1 660 ℃, is e cuideam a’ phròiseas 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, agus is e ìre sruthadh gas giùlan H2 100 ～ 140 L / min.
1.3 Deuchainn agus comharrachadh wafer epitaxial
Chaidh spectrometer infridhearg Fourier (neach-dèanamh uidheamachd Thermalfisher, modail iS50) agus neach-deuchainn dùmhlachd probe mercury (neach-dèanamh uidheamachd Semilab, modail 530L) a chleachdadh gus cuibheasachd agus cuairteachadh tiugh còmhdach epitaxial agus dùmhlachd dopaidh a chomharrachadh; chaidh tiugh agus dùmhlachd dopaidh gach puing anns an t-sreath epitaxial a dhearbhadh le bhith a’ toirt puingean air an loidhne trast-thomhas a’ dol tarsainn loidhne àbhaisteach a’ phrìomh oir iomraidh aig 45 ° aig meadhan an wafer le toirt air falbh oir 5 mm. Airson wafer 150 mm, chaidh 9 puingean a thoirt air aon loidhne trast-thomhas (bha dà thrast-thomhas ceart-cheàrnach ri chèile), agus airson wafer 200 mm, chaidh puingean 21 a thoirt, mar a chithear ann am Figear 2. Miocroscop feachd atamach (neach-dèanamh uidheamachd Chaidh Bruker, modal Tomhas Icon) a chleachdadh gus raointean 30 μm × 30 μm a thaghadh ann an sgìre a’ mheadhan agus an raon iomall (toirt air falbh oir 5 mm) den wafer epitaxial gus deuchainn a dhèanamh air garbh uachdar an t-sreath epitaxial; chaidh lochdan an t-sreath epitaxial a thomhas le bhith a’ cleachdadh inneal deuchainn locht uachdar (neach-dèanamh uidheamachd China Electronics Bha an ìomhaigh 3D air a chomharrachadh le sensor radar (modail Mars 4410 pro) bho Kefenghua.
Ùine puist: Sultain-04-2024