Ներկայումս SiC արդյունաբերությունը փոխակերպվում է 150 մմ-ից (6 դյույմ) մինչև 200 մմ (8 դյույմ): Արդյունաբերության մեջ մեծ չափի, բարձրորակ SiC հոմոէպիտաքսիալ վաֆլիների հրատապ պահանջարկը բավարարելու համար, 150 մմ և 200 մմ4H-SiC հոմոէպիտաքսիալ վաֆլիներհաջողությամբ պատրաստվել են կենցաղային ենթաշերտերի վրա՝ օգտագործելով ինքնուրույն մշակված 200 մմ SiC էպիտաքսիալ աճի սարքավորում: Մշակվել է հոմոէպիտաքսիալ պրոցես, որը հարմար է 150 մմ և 200 մմ տրամաչափի համար, որի դեպքում էպիտաքսիալ աճի արագությունը կարող է լինել ավելի քան 60 մ/ժ: Բարձր արագությամբ էպիտաքսիային հանդիպելիս, էպիտաքսիալ վաֆլի որակը գերազանց է: Հաստությունը 150 մմ և 200 մմSiC էպիտաքսիալ վաֆլիներկարելի է կառավարել 1,5%-ի սահմաններում, կոնցենտրացիայի միատեսակությունը 3-ից պակաս է, մահացու թերության խտությունը 0,3 մասնիկ/սմ2-ից պակաս է, իսկ էպիտաքսիալ մակերեսի կոշտության արմատի միջին քառակուսի Ra 0,15 նմ-ից պակաս է, և հիմնական գործընթացի բոլոր ցուցանիշները գտնվում են արդյունաբերության առաջադեմ մակարդակը.
Սիլիցիումի կարբիդ (SiC)երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային նյութերի ներկայացուցիչներից է։ Այն ունի խզման դաշտի բարձր ուժի, գերազանց ջերմային հաղորդունակության, էլեկտրոնների հագեցվածության մեծ շարժման արագության և ճառագայթման ուժեղ դիմադրության բնութագրերը: Այն մեծապես ընդլայնել է էներգիայի սարքերի էներգիայի մշակման հզորությունը և կարող է բավարարել հաջորդ սերնդի ուժային էլեկտրոնային սարքավորումների սպասարկման պահանջները բարձր հզորությամբ, փոքր չափսերով, բարձր ջերմաստիճանով, բարձր ճառագայթմամբ և այլ ծայրահեղ պայմաններով սարքերի համար: Այն կարող է նվազեցնել տարածությունը, նվազեցնել էներգիայի սպառումը և նվազեցնել հովացման պահանջները: Այն հեղափոխական փոփոխություններ է բերել նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցների, երկաթուղային տրանսպորտի, խելացի ցանցերի և այլ ոլորտներում: Հետևաբար, սիլիցիումի կարբիդի կիսահաղորդիչները ճանաչվել են որպես իդեալական նյութ, որը կառաջնորդի բարձր հզորության էլեկտրոնային սարքերի հաջորդ սերունդը: Վերջին տարիներին, երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային արդյունաբերության զարգացմանն ուղղված ազգային քաղաքականության աջակցության շնորհիվ, Չինաստանում հիմնականում ավարտվել են 150 մմ SiC սարքերի արդյունաբերության համակարգի հետազոտությունն ու մշակումը և կառուցումը, և արդյունաբերական շղթայի անվտանգությունը: հիմնականում երաշխավորված էր: Հետևաբար, արդյունաբերության ուշադրությունը աստիճանաբար տեղափոխվել է ծախսերի վերահսկում և արդյունավետության բարելավում: Ինչպես ցույց է տրված Աղյուսակ 1-ում, համեմատած 150 մմ-ի հետ, 200 մմ SiC-ն ունի եզրերի օգտագործման ավելի բարձր արագություն, և մեկ վաֆլի չիպերի ելքը կարող է աճել մոտ 1,8 անգամ: Տեխնոլոգիայի հասունացումից հետո մեկ չիպի արտադրության արժեքը կարող է կրճատվել 30%-ով: 200 մմ-ի տեխնոլոգիական առաջընթացը «ծախսերի կրճատման և արդյունավետության բարձրացման» ուղղակի միջոց է, ինչպես նաև իմ երկրի կիսահաղորդչային արդյունաբերության համար «զուգահեռ աշխատելը» կամ նույնիսկ «առաջնորդելը»:
Տարբերվում է Si սարքի գործընթացից,SiC կիսահաղորդչային էներգիայի սարքերբոլորը մշակվում և պատրաստվում են էպիտաքսիալ շերտերով որպես հիմնաքար: Epitaxial վաֆլիները հիմնական հիմնական նյութերն են SiC էներգիայի սարքերի համար: Էպիտաքսիալ շերտի որակը ուղղակիորեն որոշում է սարքի եկամտաբերությունը, և դրա արժեքը կազմում է չիպերի արտադրության արժեքի 20%-ը: Հետևաբար, էպիտաքսիալ աճը էական միջանկյալ օղակ է SiC էներգիայի սարքերում: Էպիտաքսիալ գործընթացի մակարդակի վերին սահմանը որոշվում է էպիտաքսիալ սարքավորումներով: Ներկայումս Չինաստանում 150 մմ SiC էպիտաքսիալ սարքավորումների տեղայնացման աստիճանը համեմատաբար բարձր է, բայց 200 մմ ընդհանուր դասավորությունը միևնույն ժամանակ հետ է մնում միջազգային մակարդակից: Հետևաբար, ներքին երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային արդյունաբերության զարգացման համար մեծ չափի, բարձրորակ էպիտաքսիալ նյութերի արտադրության հրատապ կարիքները և խցանման խնդիրները լուծելու համար այս հոդվածը ներկայացնում է իմ երկրում հաջողությամբ մշակված 200 մմ SiC էպիտաքսիալ սարքավորումը, և ուսումնասիրում է էպիտաքսիալ գործընթացը։ Օպտիմիզացնելով գործընթացի պարամետրերը, ինչպիսիք են պրոցեսի ջերմաստիճանը, կրող գազի հոսքի արագությունը, C/Si հարաբերակցությունը և այլն, կոնցենտրացիայի միատեսակությունը <3%, հաստության անհավասարությունը <1,5%, կոպտությունը Ra <0,2 նմ և մահացու թերության խտությունը <0,3 հատիկներ /cm2 150 մմ և 200 մմ SiC էպիտաքսիալ վաֆլիներ՝ ինքնուրույն մշակված 200 մմ սիլիցիումի կարբիդով էպիտաքսիալ վառարան են ստացվում. Սարքավորման գործընթացի մակարդակը կարող է բավարարել բարձրորակ SiC հզորության սարքի պատրաստման կարիքները:
1 Փորձ
1.1 ՍկզբունքSiC էպիտաքսիալգործընթաց
4H-SiC հոմոէպիտաքսիալ աճի գործընթացը հիմնականում ներառում է 2 հիմնական քայլ՝ 4H-SiC սուբստրատի բարձր ջերմաստիճանի տեղում փորագրում և միատարր քիմիական գոլորշիների նստեցման գործընթաց: Ենթաշերտի տեղում փորագրման հիմնական նպատակը վաֆլի հղկումից, մնացորդային փայլեցնող հեղուկից, մասնիկներից և օքսիդային շերտից հետո ենթաշերտի ստորգետնյա վնասը հեռացնելն է, իսկ ենթաշերտի մակերեսի վրա փորագրման միջոցով կարող է ձևավորվել սովորական ատոմային քայլ կառուցվածք: In-situ փորագրումը սովորաբար իրականացվում է ջրածնային մթնոլորտում: Գործընթացի իրական պահանջների համաձայն, կարող է ավելացվել նաև փոքր քանակությամբ օժանդակ գազ, ինչպիսիք են քլորաջրածինը, պրոպանը, էթիլենը կամ սիլանը: Ջրածնի տեղում փորագրման ջերմաստիճանը հիմնականում 1600 ℃-ից բարձր է, իսկ փորագրման գործընթացում արձագանքման պալատի ճնշումը սովորաբար վերահսկվում է 2×104 Պա-ից ցածր:
Այն բանից հետո, երբ ենթաշերտի մակերեսը ակտիվանում է տեղում փորագրման միջոցով, այն մտնում է բարձր ջերմաստիճանի քիմիական գոլորշիների նստեցման գործընթաց, այսինքն՝ աճի աղբյուր (օրինակ՝ էթիլեն/պրոպան, TCS/սիլան), դոպինգ աղբյուր (n-տիպի դոպինգ աղբյուրի ազոտ): , p- տիպի դոպինգի աղբյուր TMAl), և օժանդակ գազը, ինչպիսին է ջրածնի քլորիդը, տեղափոխվում են ռեակցիայի խցիկ՝ կրիչի մեծ հոսքի միջոցով։ գազ (սովորաբար ջրածին): Բարձր ջերմաստիճանի ռեակցիայի խցիկում գազի արձագանքից հետո պրեկուրսորի մի մասը քիմիապես արձագանքում և ներծծվում է վաֆլի մակերեսի վրա, և ձևավորվում է մեկ բյուրեղյա համասեռ 4H-SiC էպիտաքսիալ շերտ՝ հատուկ դոպինգի կոնցենտրացիայով, հատուկ հաստությամբ և ավելի բարձր որակով: ենթաշերտի մակերեսի վրա՝ օգտագործելով մեկ բյուրեղյա 4H-SiC ենթաշերտը որպես ձևանմուշ: Տարիներ շարունակ տեխնիկական հետազոտություններից հետո 4H-SiC հոմոէպիտաքսիալ տեխնոլոգիան հիմնականում հասունացել է և լայնորեն կիրառվում է արդյունաբերական արտադրության մեջ: Աշխարհում ամենալայն կիրառվող 4H-SiC հոմոէպիտաքսիալ տեխնոլոգիան ունի երկու բնորոշ հատկանիշ.
(1) Օգտագործելով առանց առանցքից դուրս (համեմատած <0001> բյուրեղյա հարթության, դեպի <11-20> բյուրեղային ուղղությամբ) թեք կտրված ենթաշերտը որպես ձևանմուշ, բարձր մաքրության մեկ բյուրեղյա 4H-SiC էպիտաքսիալ շերտը առանց կեղտերի է: դրվում է ենթաշերտի վրա՝ աստիճանական հոսքի աճի ռեժիմի տեսքով: Վաղ 4H-SiC հոմոէպիտաքսիալ աճը օգտագործում էր դրական բյուրեղային սուբստրատ, այսինքն՝ <0001> Si հարթությունը աճի համար: Դրական բյուրեղային սուբստրատի մակերեսի վրա ատոմային աստիճանների խտությունը ցածր է, իսկ տեռասները՝ լայն։ Երկչափ միջուկային աճը հեշտ է տեղի ունենալ էպիտաքսիայի գործընթացում` ձևավորելով 3C բյուրեղային SiC (3C-SiC): Առանցքից դուրս կտրելու միջոցով 4H-SiC <0001> սուբստրատի մակերևույթին կարող են տեղադրվել բարձր խտության, նեղ տեռասի լայնությամբ ատոմային աստիճաններ, և ներծծված պրեկուրսորը կարող է արդյունավետորեն հասնել ատոմային աստիճանի դիրքին՝ համեմատաբար ցածր մակերևութային էներգիայով՝ մակերեսային դիֆուզիայի միջոցով: . Քայլում նախածանցային ատոմի/մոլեկուլային խմբի կապի դիրքը եզակի է, ուստի քայլային հոսքի աճի ռեժիմում էպիտաքսիալ շերտը կարող է կատարելապես ժառանգել ենթաշերտի Si-C կրկնակի ատոմային շերտի կուտակման հաջորդականությունը՝ նույն բյուրեղով մեկ բյուրեղ ստեղծելու համար։ փուլը որպես հիմք:
(2) Բարձր արագությամբ էպիտաքսիալ աճը ձեռք է բերվում քլոր պարունակող սիլիցիումի աղբյուրի ներդրմամբ: Սովորական SiC քիմիական գոլորշիների նստեցման համակարգերում սիլանը և պրոպանը (կամ էթիլենը) աճի հիմնական աղբյուրներն են: Աճի արագության բարձրացման գործընթացում աճի աղբյուրի հոսքի արագության ավելացման գործընթացում, քանի որ սիլիցիումի բաղադրիչի հավասարակշռության մասնակի ճնշումը շարունակում է աճել, հեշտ է ձևավորել սիլիցիումի կլաստերներ միատարր գազաֆազային միջուկացման միջոցով, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է օգտագործման արագությունը: սիլիցիումի աղբյուր: Սիլիցիումի կլաստերների ձևավորումը մեծապես սահմանափակում է էպիտաքսիալ աճի արագության բարելավումը: Միևնույն ժամանակ, սիլիցիումի կլաստերները կարող են խանգարել աստիճանի հոսքի աճը և առաջացնել թերության միջուկացում: Միատարր գազաֆազային միջուկացումից խուսափելու և էպիտաքսիալ աճի արագությունը բարձրացնելու համար քլորի վրա հիմնված սիլիցիումի աղբյուրների ներդրումը ներկայումս հիմնական մեթոդն է 4H-SiC-ի էպիտաքսիալ աճի արագությունը բարձրացնելու համար:
1.2 200 մմ (8 դյույմ) SiC էպիտաքսիալ սարքավորում և գործընթացի պայմաններ
Այս հոդվածում նկարագրված փորձերը բոլորն իրականացվել են 150/200 մմ (6/8 դյույմ) համատեղելի մոնոլիտ հորիզոնական տաք պատի SiC էպիտաքսիալ սարքավորման վրա, որը ինքնուրույն մշակվել է Չինաստանի 48-րդ ինստիտուտի Electronics Technology Group Corporation-ի կողմից: Էպիտաքսիալ վառարանը ապահովում է վաֆլի լրիվ ավտոմատ բեռնում և բեռնաթափում: Նկար 1-ը էպիտաքսիալ սարքավորման ռեակցիայի խցիկի ներքին կառուցվածքի սխեմատիկ դիագրամ է: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում, ռեակցիայի խցիկի արտաքին պատը քվարցային զանգ է՝ ջրով հովացվող միջշերտով, իսկ զանգի ներսը՝ բարձր ջերմաստիճանի ռեակցիայի խցիկ, որը կազմված է ջերմամեկուսիչ ածխածնային ֆետից, բարձր մաքրությամբ։ հատուկ գրաֆիտային խոռոչ, գրաֆիտ գազով լողացող պտտվող հիմք և այլն: Ամբողջ քվարցային զանգը ծածկված է գլանաձև ինդուկցիոն կծիկով, իսկ զանգի ներսում գտնվող ռեակցիայի խցիկը էլեկտրամագնիսականորեն ջեռուցվում է միջին հաճախականության ինդուկցիոն սնուցման միջոցով: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում (բ), կրող գազը, ռեակցիայի գազը և դոպինգ գազը բոլորը հոսում են վաֆլի մակերեսով հորիզոնական շերտավոր հոսքով ռեակցիայի խցիկի վերևից մինչև ռեակցիայի խցիկի հոսանքը ներքև և թափվում են պոչից: գազի վերջ. Վաֆլի ներսում հետևողականությունն ապահովելու համար օդային լողացող հիմքով տեղափոխվող վաֆերը միշտ պտտվում է գործընթացի ընթացքում:
Փորձի մեջ օգտագործված ենթաշերտը առևտրային 150 մմ, 200 մմ (6 դյույմ, 8 դյույմ) <1120> ուղղությամբ 4° անջատված անկյան հաղորդիչ n-տիպի 4H-SiC երկկողմանի փայլեցված SiC սուբստրատ է՝ արտադրված Shanxi Shuoke Crystal-ի կողմից: Տրիքլորոսիլանը (SiHCl3, TCS) և էթիլենը (C2H4) օգտագործվում են որպես պրոցեսի փորձարկման հիմնական աճի աղբյուրներ, որոնցից TCS և C2H4 օգտագործվում են համապատասխանաբար որպես սիլիցիումի աղբյուր և ածխածնի աղբյուր, բարձր մաքրության ազոտը (N2) օգտագործվում է որպես n-: տեսակի դոպինգ աղբյուր, իսկ ջրածինը (H2) օգտագործվում է որպես նոսրացման գազ և կրող գազ: Էպիտաքսիալ գործընթացի ջերմաստիճանի միջակայքը 1 600 ~ 1 660 ℃ է, գործընթացի ճնշումը 8 × 103 ~ 12 × 103 Պա է, իսկ H2 կրիչի գազի հոսքի արագությունը 100 ~ 140 լ / րոպե է:
1.3 Էպիտաքսիալ վաֆլի փորձարկում և բնութագրում
Ֆուրիեի ինֆրակարմիր սպեկտրոմետրը (սարքավորումների արտադրող Thermalfisher, մոդել iS50) և սնդիկի զոնդի կոնցենտրացիայի ստուգիչը (սարքավորումների արտադրող Semilab, մոդել 530L) օգտագործվել են էպիտաքսիալ շերտի հաստության և դոպինգի կոնցենտրացիայի միջին և բաշխվածությունը բնութագրելու համար. Էպիտաքսիալ շերտի յուրաքանչյուր կետի հաստությունը և դոպինգի կոնցենտրացիան որոշվել են՝ հաշվի առնելով տրամագծի գծի երկայնքով կետերը, որոնք հատում են հիմնական հղման եզրի նորմալ գիծը 45°-ով վաֆլի կենտրոնում՝ 5 մմ եզրի հեռացմամբ: 150 մմ վաֆլի համար վերցվել է 9 կետ մեկ տրամագծով գծի երկայնքով (երկու տրամագիծը միմյանց ուղղահայաց էին), իսկ 200 մմ վաֆլի համար վերցվել է 21 կետ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում: Ատոմային ուժի մանրադիտակ (սարքավորումների արտադրող Bruker, մոդել Dimension Icon) օգտագործվել է կենտրոնական տարածքում 30 մկմ × 30 մկմ տարածքներ և ծայրամասի (5 մմ եզրի հեռացում) տարածքներ ընտրելու համար։ էպիտաքսիալ վաֆլի՝ էպիտաքսիալ շերտի մակերեսային կոշտությունը ստուգելու համար; Էպիտաքսիալ շերտի թերությունները չափվել են մակերևութային թերությունների փորձարկիչի միջոցով (սարքավորումներ արտադրող China Electronics The 3D պատկերազարդիչը բնութագրվում էր Kefenghua-ի ռադարի սենսորով (մոդել Mars 4410 pro):
Հրապարակման ժամանակը` 04-04-2024