वर्तमान में, SiC उद्योग 150 मिमी (6 इंच) से 200 मिमी (8 इंच) में परिवर्तित हो रहा है। उद्योग में बड़े आकार, उच्च गुणवत्ता वाले SiC होमोएपिटैक्सियल वेफर्स की तत्काल मांग को पूरा करने के लिए, 150 मिमी और 200 मिमी4H-SiC होमोएपिटैक्सियल वेफर्सस्वतंत्र रूप से विकसित 200 मिमी SiC एपीटैक्सियल ग्रोथ उपकरण का उपयोग करके घरेलू सब्सट्रेट्स पर सफलतापूर्वक तैयार किया गया। 150 मिमी और 200 मिमी के लिए उपयुक्त एक होमोएपिटैक्सियल प्रक्रिया विकसित की गई, जिसमें एपीटैक्सियल वृद्धि दर 60um/h से अधिक हो सकती है। हाई-स्पीड एपिटैक्सि को पूरा करते समय, एपिटैक्सियल वेफर की गुणवत्ता उत्कृष्ट है। 150 मिमी और 200 मिमी की मोटाई एकरूपताSiC एपिटैक्सियल वेफर्स1.5% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, एकाग्रता एकरूपता 3% से कम है, घातक दोष घनत्व 0.3 कण/सेमी2 से कम है, और एपिटैक्सियल सतह खुरदरापन जड़ माध्य वर्ग रा 0.15 एनएम से कम है, और सभी मुख्य प्रक्रिया संकेतक पर हैं उद्योग का उन्नत स्तर.
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक सामग्रियों के प्रतिनिधियों में से एक है। इसमें उच्च विखंडन क्षेत्र शक्ति, उत्कृष्ट तापीय चालकता, बड़े इलेक्ट्रॉन संतृप्ति बहाव वेग और मजबूत विकिरण प्रतिरोध की विशेषताएं हैं। इसने बिजली उपकरणों की ऊर्जा प्रसंस्करण क्षमता का काफी विस्तार किया है और उच्च शक्ति, छोटे आकार, उच्च तापमान, उच्च विकिरण और अन्य चरम स्थितियों वाले उपकरणों के लिए अगली पीढ़ी के बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की सेवा आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। यह जगह कम कर सकता है, बिजली की खपत कम कर सकता है और शीतलन आवश्यकताओं को कम कर सकता है। इसने नई ऊर्जा वाहनों, रेल परिवहन, स्मार्ट ग्रिड और अन्य क्षेत्रों में क्रांतिकारी बदलाव लाए हैं। इसलिए, सिलिकॉन कार्बाइड सेमीकंडक्टर्स को आदर्श सामग्री के रूप में मान्यता दी गई है जो अगली पीढ़ी के उच्च-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का नेतृत्व करेगी। हाल के वर्षों में, तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर उद्योग के विकास के लिए राष्ट्रीय नीति समर्थन के लिए धन्यवाद, 150 मिमी SiC डिवाइस उद्योग प्रणाली का अनुसंधान और विकास और निर्माण मूल रूप से चीन में पूरा किया गया है, और औद्योगिक श्रृंखला की सुरक्षा की गई है मूलतः गारंटी दी गई है। इसलिए, उद्योग का ध्यान धीरे-धीरे लागत नियंत्रण और दक्षता में सुधार पर स्थानांतरित हो गया है। जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, 150 मिमी की तुलना में, 200 मिमी SiC में बढ़त उपयोग दर अधिक है, और एकल वेफर चिप्स का आउटपुट लगभग 1.8 गुना बढ़ाया जा सकता है। प्रौद्योगिकी परिपक्व होने के बाद एक चिप की विनिर्माण लागत 30% तक कम हो सकती है। 200 मिमी की तकनीकी सफलता "लागत कम करने और दक्षता बढ़ाने" का एक सीधा साधन है, और यह मेरे देश के सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए "समानांतर चलने" या यहां तक कि "नेतृत्व" करने की कुंजी भी है।
सी डिवाइस प्रक्रिया से अलग,SiC सेमीकंडक्टर बिजली उपकरणसभी को आधारशिला के रूप में एपिटैक्सियल परतों के साथ संसाधित और तैयार किया जाता है। एपिटैक्सियल वेफर्स SiC पावर उपकरणों के लिए आवश्यक बुनियादी सामग्री हैं। एपिटैक्सियल परत की गुणवत्ता सीधे डिवाइस की उपज निर्धारित करती है, और इसकी लागत चिप निर्माण लागत का 20% है। इसलिए, एपिटैक्सियल ग्रोथ SiC पावर उपकरणों में एक आवश्यक मध्यवर्ती लिंक है। एपिटैक्सियल प्रक्रिया स्तर की ऊपरी सीमा एपिटैक्सियल उपकरण द्वारा निर्धारित की जाती है। वर्तमान में, चीन में 150 मिमी SiC एपिटैक्सियल उपकरण की स्थानीयकरण डिग्री अपेक्षाकृत अधिक है, लेकिन 200 मिमी का समग्र लेआउट एक ही समय में अंतरराष्ट्रीय स्तर से पीछे है। इसलिए, घरेलू तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर उद्योग के विकास के लिए बड़े आकार, उच्च गुणवत्ता वाले एपिटैक्सियल सामग्री निर्माण की तत्काल जरूरतों और बाधाओं की समस्याओं को हल करने के लिए, यह पेपर मेरे देश में सफलतापूर्वक विकसित 200 मिमी SiC एपिटैक्सियल उपकरण का परिचय देता है। और एपिटैक्सियल प्रक्रिया का अध्ययन करता है। प्रक्रिया तापमान, वाहक गैस प्रवाह दर, सी/सी अनुपात इत्यादि जैसे प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित करके, एकाग्रता एकरूपता <3%, मोटाई गैर-एकरूपता <1.5%, खुरदरापन रा <0.2 एनएम और घातक दोष घनत्व <0.3 ग्रेन स्वतंत्र रूप से विकसित 200 मिमी सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल भट्टी के साथ 150 मिमी और 200 मिमी SiC एपिटैक्सियल वेफर्स के /cm2 प्राप्त किए जाते हैं। उपकरण प्रक्रिया स्तर उच्च गुणवत्ता वाली SiC पावर डिवाइस तैयारी की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।
1 प्रयोग
1.1 का सिद्धांतSiC एपिटैक्सियलप्रक्रिया
4H-SiC होमोएपिटैक्सियल विकास प्रक्रिया में मुख्य रूप से 2 प्रमुख चरण शामिल हैं, अर्थात्, 4H-SiC सब्सट्रेट की उच्च तापमान वाली इन-सीटू नक़्क़ाशी और सजातीय रासायनिक वाष्प जमाव प्रक्रिया। सब्सट्रेट इन-सीटू नक़्क़ाशी का मुख्य उद्देश्य वेफर पॉलिशिंग, अवशिष्ट पॉलिशिंग तरल, कणों और ऑक्साइड परत के बाद सब्सट्रेट की उपसतह क्षति को दूर करना है, और नक़्क़ाशी द्वारा सब्सट्रेट सतह पर एक नियमित परमाणु चरण संरचना बनाई जा सकती है। इन-सीटू नक़्क़ाशी आमतौर पर हाइड्रोजन वातावरण में की जाती है। वास्तविक प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुसार, थोड़ी मात्रा में सहायक गैस भी जोड़ी जा सकती है, जैसे हाइड्रोजन क्लोराइड, प्रोपेन, एथिलीन या सिलेन। इन-सीटू हाइड्रोजन नक़्क़ाशी का तापमान आम तौर पर 1 600 ℃ से ऊपर होता है, और नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान प्रतिक्रिया कक्ष का दबाव आम तौर पर 2×104 Pa से नीचे नियंत्रित होता है।
सब्सट्रेट सतह को इन-सीटू नक़्क़ाशी द्वारा सक्रिय करने के बाद, यह उच्च तापमान रासायनिक वाष्प जमाव प्रक्रिया में प्रवेश करता है, अर्थात, विकास स्रोत (जैसे एथिलीन / प्रोपेन, टीसीएस / सिलेन), डोपिंग स्रोत (एन-प्रकार डोपिंग स्रोत नाइट्रोजन) , पी-प्रकार डोपिंग स्रोत टीएमएएल), और सहायक गैस जैसे हाइड्रोजन क्लोराइड को वाहक गैस (आमतौर पर हाइड्रोजन) के एक बड़े प्रवाह के माध्यम से प्रतिक्रिया कक्ष में ले जाया जाता है। उच्च तापमान प्रतिक्रिया कक्ष में गैस की प्रतिक्रिया के बाद, अग्रदूत का हिस्सा रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करता है और वेफर सतह पर सोख लेता है, और एक विशिष्ट डोपिंग एकाग्रता, विशिष्ट मोटाई और उच्च गुणवत्ता के साथ एक एकल-क्रिस्टल सजातीय 4H-SiC एपिटैक्सियल परत बनती है। टेम्पलेट के रूप में एकल-क्रिस्टल 4H-SiC सब्सट्रेट का उपयोग करके सब्सट्रेट सतह पर। वर्षों के तकनीकी अन्वेषण के बाद, 4H-SiC होमोएपिटैक्सियल तकनीक मूल रूप से परिपक्व हो गई है और इसका व्यापक रूप से औद्योगिक उत्पादन में उपयोग किया जाता है। दुनिया में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली 4H-SiC होमोएपिटैक्सियल तकनीक की दो विशिष्ट विशेषताएं हैं:
(1) टेम्पलेट के रूप में एक ऑफ-एक्सिस (<0001> क्रिस्टल प्लेन के सापेक्ष, <11-20> क्रिस्टल दिशा की ओर) तिरछे कट सब्सट्रेट का उपयोग करके, अशुद्धियों के बिना एक उच्च शुद्धता वाली एकल-क्रिस्टल 4H-SiC एपिटैक्सियल परत बनाई जाती है। चरण-प्रवाह वृद्धि मोड के रूप में सब्सट्रेट पर जमा होता है। प्रारंभिक 4H-SiC होमोएपिटैक्सियल विकास में एक सकारात्मक क्रिस्टल सब्सट्रेट का उपयोग किया गया, यानी, विकास के लिए <0001> Si विमान। सकारात्मक क्रिस्टल सब्सट्रेट की सतह पर परमाणु चरणों का घनत्व कम है और छतें चौड़ी हैं। एपिटेक्सी प्रक्रिया के दौरान 3C क्रिस्टल SiC (3C-SiC) बनाने के लिए द्वि-आयामी न्यूक्लिएशन वृद्धि होना आसान है। ऑफ-एक्सिस कटिंग द्वारा, उच्च-घनत्व, संकीर्ण छत की चौड़ाई वाले परमाणु चरणों को 4H-SiC <0001> सब्सट्रेट की सतह पर पेश किया जा सकता है, और अधिशोषित अग्रदूत सतह प्रसार के माध्यम से अपेक्षाकृत कम सतह ऊर्जा के साथ परमाणु चरण की स्थिति तक प्रभावी ढंग से पहुंच सकता है। . चरण में, अग्रदूत परमाणु/आणविक समूह बंधन स्थिति अद्वितीय है, इसलिए चरण प्रवाह वृद्धि मोड में, एपिटैक्सियल परत एक ही क्रिस्टल के साथ एकल क्रिस्टल बनाने के लिए सब्सट्रेट के सी-सी डबल परमाणु परत स्टैकिंग अनुक्रम को पूरी तरह से प्राप्त कर सकती है। सब्सट्रेट के रूप में चरण।
(2) क्लोरीन युक्त सिलिकॉन स्रोत को पेश करके उच्च गति एपिटैक्सियल विकास प्राप्त किया जाता है। पारंपरिक SiC रासायनिक वाष्प जमाव प्रणालियों में, सिलेन और प्रोपेन (या एथिलीन) मुख्य विकास स्रोत हैं। विकास स्रोत प्रवाह दर को बढ़ाकर विकास दर बढ़ाने की प्रक्रिया में, जैसे-जैसे सिलिकॉन घटक का संतुलन आंशिक दबाव बढ़ता रहता है, सजातीय गैस चरण न्यूक्लिएशन द्वारा सिलिकॉन क्लस्टर बनाना आसान होता है, जो उपयोग दर को काफी कम कर देता है। सिलिकॉन स्रोत. सिलिकॉन समूहों का निर्माण एपिटैक्सियल विकास दर के सुधार को काफी हद तक सीमित कर देता है। उसी समय, सिलिकॉन क्लस्टर चरण प्रवाह वृद्धि को परेशान कर सकते हैं और दोष न्यूक्लियेशन का कारण बन सकते हैं। सजातीय गैस चरण न्यूक्लिएशन से बचने और एपिटैक्सियल विकास दर को बढ़ाने के लिए, क्लोरीन-आधारित सिलिकॉन स्रोतों की शुरूआत वर्तमान में 4H-SiC की एपिटैक्सियल विकास दर को बढ़ाने की मुख्य विधि है।
1.2 200 मिमी (8-इंच) SiC एपिटैक्सियल उपकरण और प्रक्रिया की स्थिति
इस पेपर में वर्णित सभी प्रयोग 150/200 मिमी (6/8-इंच) संगत अखंड क्षैतिज गर्म दीवार SiC एपीटैक्सियल उपकरण पर आयोजित किए गए थे, जो स्वतंत्र रूप से 48वें इंस्टीट्यूट ऑफ चाइना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नोलॉजी ग्रुप कॉर्पोरेशन द्वारा विकसित किया गया था। एपिटैक्सियल फर्नेस पूरी तरह से स्वचालित वेफर लोडिंग और अनलोडिंग का समर्थन करता है। चित्र 1 एपिटैक्सियल उपकरण के प्रतिक्रिया कक्ष की आंतरिक संरचना का एक योजनाबद्ध आरेख है। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, प्रतिक्रिया कक्ष की बाहरी दीवार पानी-ठंडा इंटरलेयर के साथ एक क्वार्ट्ज घंटी है, और घंटी के अंदर एक उच्च तापमान प्रतिक्रिया कक्ष है, जो थर्मल इन्सुलेशन कार्बन महसूस, उच्च शुद्धता से बना है विशेष ग्रेफाइट गुहा, ग्रेफाइट गैस-फ्लोटिंग घूर्णन आधार, आदि। संपूर्ण क्वार्ट्ज घंटी एक बेलनाकार प्रेरण कुंडल से ढकी हुई है, और घंटी के अंदर प्रतिक्रिया कक्ष को मध्यम-आवृत्ति प्रेरण बिजली की आपूर्ति द्वारा विद्युत चुम्बकीय रूप से गर्म किया जाता है। जैसा कि चित्र 1 (बी) में दिखाया गया है, वाहक गैस, प्रतिक्रिया गैस और डोपिंग गैस सभी प्रतिक्रिया कक्ष के अपस्ट्रीम से प्रतिक्रिया कक्ष के डाउनस्ट्रीम तक क्षैतिज लामिना प्रवाह में वेफर सतह के माध्यम से प्रवाहित होते हैं और पूंछ से छुट्टी दे दी जाती है। गैस का अंत. वेफर के भीतर स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, प्रक्रिया के दौरान एयर फ्लोटिंग बेस द्वारा ले जाए गए वेफर को हमेशा घुमाया जाता है।
प्रयोग में उपयोग किया गया सब्सट्रेट एक वाणिज्यिक 150 मिमी, 200 मिमी (6 इंच, 8 इंच) <1120> दिशा 4°ऑफ-एंगल प्रवाहकीय एन-प्रकार 4एच-एसआईसी डबल-पक्षीय पॉलिश एसआईसी सब्सट्रेट है जो शांक्सी शुओक क्रिस्टल द्वारा निर्मित है। ट्राइक्लोरोसिलेन (SiHCl3, TCS) और एथिलीन (C2H4) का उपयोग प्रक्रिया प्रयोग में मुख्य विकास स्रोतों के रूप में किया जाता है, जिनमें से TCS और C2H4 का उपयोग क्रमशः सिलिकॉन स्रोत और कार्बन स्रोत के रूप में किया जाता है, उच्च शुद्धता नाइट्रोजन (N2) का उपयोग n- के रूप में किया जाता है। डोपिंग स्रोत प्रकार, और हाइड्रोजन (H2) का उपयोग तनुकरण गैस और वाहक गैस के रूप में किया जाता है। एपिटैक्सियल प्रक्रिया की तापमान सीमा 1 600 ~ 1 660 ℃ है, प्रक्रिया दबाव 8×103 ~12×103 Pa है, और H2 वाहक गैस प्रवाह दर 100～140 L/मिनट है।
1.3 एपिटैक्सियल वेफर परीक्षण और लक्षण वर्णन
फूरियर इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर (उपकरण निर्माता थर्मलफिशर, मॉडल iS50) और पारा जांच एकाग्रता परीक्षक (उपकरण निर्माता सेमिलैब, मॉडल 530L) का उपयोग एपिटैक्सियल परत की मोटाई और डोपिंग एकाग्रता के माध्य और वितरण को चिह्नित करने के लिए किया गया था; एपिटैक्सियल परत में प्रत्येक बिंदु की मोटाई और डोपिंग एकाग्रता को 5 मिमी किनारे हटाने के साथ वेफर के केंद्र में 45 डिग्री पर मुख्य संदर्भ किनारे की सामान्य रेखा को काटने वाली व्यास रेखा के साथ बिंदुओं को लेकर निर्धारित किया गया था। 150 मिमी वेफर के लिए, एक एकल व्यास रेखा के साथ 9 बिंदु लिए गए (दो व्यास एक दूसरे के लंबवत थे), और 200 मिमी वेफर के लिए, 21 बिंदु लिए गए, जैसा चित्र 2 में दिखाया गया है। एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप (उपकरण निर्माता) ब्रुकर, मॉडल डायमेंशन आइकन) का उपयोग एपिटैक्सियल परत की सतह खुरदरापन का परीक्षण करने के लिए केंद्र क्षेत्र में 30 माइक्रोन × 30 माइक्रोन क्षेत्रों और एपिटैक्सियल वेफर के किनारे क्षेत्र (5 मिमी किनारे हटाने) का चयन करने के लिए किया गया था; एपिटैक्सियल परत के दोषों को एक सतह दोष परीक्षक (उपकरण निर्माता चीन इलेक्ट्रॉनिक्स) का उपयोग करके मापा गया था, 3 डी इमेजर को केफेनघुआ के एक रडार सेंसर (मॉडल मार्स 4410 प्रो) द्वारा चित्रित किया गया था।
पोस्ट करने का समय: सितम्बर-04-2024