Eins og er er SiC iðnaðurinn að breytast úr 150 mm (6 tommur) í 200 mm (8 tommur). Til að mæta brýnni eftirspurn eftir stórum, hágæða SiC homoepitaxial oblátum í greininni, 150mm og 200mm4H-SiC homoepitaxial obláturvoru útbúin með góðum árangri á innlendum undirlagi með því að nota sjálfstætt þróað 200mm SiC epitaxial vaxtarbúnað. Þróað var homoepitaxial ferli sem hentar fyrir 150mm og 200mm, þar sem epitaxial vaxtarhraði getur verið meiri en 60um/klst. Þó að þú uppfyllir háhraða epitaxy, eru epitaxial oblátagæðin framúrskarandi. Þykkt einsleitni 150 mm og 200 mmSiC epitaxial obláturhægt að stjórna innan við 1,5%, einsleitni í styrk er minni en 3%, þéttleiki banvænna galla er minni en 0,3 agnir/cm2, og yfirborðsgrófleiki rót meðal ferningur Ra er minna en 0,15nm, og allir kjarnaferlisvísar eru við háþróaða stig iðnaðarins.
Kísilkarbíð (SiC)er einn af fulltrúum þriðju kynslóðar hálfleiðaraefna. Það hefur einkenni mikillar niðurbrotssviðsstyrks, framúrskarandi hitaleiðni, stórs rafeindamettunarhraða og sterkrar geislunarþols. Það hefur stóraukið orkuvinnslugetu raforkutækja og getur uppfyllt þjónustukröfur næstu kynslóðar rafeindabúnaðar fyrir tæki með mikið afl, smærri, háan hita, mikla geislun og aðrar erfiðar aðstæður. Það getur dregið úr plássi, dregið úr orkunotkun og dregið úr kælikröfum. Það hefur valdið byltingarkenndum breytingum á nýjum orkutækjum, járnbrautarflutningum, snjallnetum og öðrum sviðum. Þess vegna hafa kísilkarbíð hálfleiðarar orðið viðurkenndir sem hið fullkomna efni sem mun leiða næstu kynslóð af kraftmiklum rafeindatækjum. Á undanförnum árum, þökk sé innlendum stefnustuðningi við þróun þriðju kynslóðar hálfleiðaraiðnaðarins, hefur rannsóknum og þróun og smíði 150 mm SiC tækjaiðnaðarkerfisins verið í grundvallaratriðum lokið í Kína og öryggi iðnaðarkeðjunnar hefur verið í grundvallaratriðum tryggð. Þess vegna hefur áhersla iðnaðarins smám saman færst yfir í kostnaðarstjórnun og skilvirkni. Eins og sýnt er í töflu 1, samanborið við 150 mm, hefur 200 mm SiC hærra brúnnýtingarhlutfall og hægt er að auka framleiðsla stakra flísa um það bil 1,8 sinnum. Eftir að tæknin þroskast er hægt að lækka framleiðslukostnað einnar flísar um 30%. Tæknibyltingin 200 mm er bein leið til að „lækka kostnað og auka skilvirkni“ og það er líka lykillinn fyrir hálfleiðaraiðnað landsins míns að „hlaupa samhliða“ eða jafnvel „leiða“.
Frábrugðið Si tæki ferli,SiC hálfleiðara afltækieru öll unnin og unnin með epitaxial lög sem hornstein. Epitaxial oblátur eru nauðsynleg grunnefni fyrir SiC raforkutæki. Gæði epitaxial lagsins ákvarðar afrakstur tækisins beint og kostnaður þess nemur 20% af framleiðslukostnaði flísanna. Þess vegna er epitaxial vöxtur nauðsynlegur millihlekkur í SiC aflbúnaði. Efri mörk epitaxial ferli stigs eru ákvörðuð af epitaxial búnaði. Sem stendur er staðsetningarstig 150 mm SiC epitaxial búnaðar í Kína tiltölulega hátt, en heildarskipulag 200 mm er á eftir alþjóðlegu stigi á sama tíma. Þess vegna, til þess að leysa brýnar þarfir og flöskuhálsvandamál við framleiðslu á stórum, hágæða epitaxial efni fyrir þróun innlends þriðju kynslóðar hálfleiðaraiðnaðarins, kynnir þessi grein 200 mm SiC epitaxial búnaðinn sem hefur verið þróaður með góðum árangri í mínu landi, og rannsakar epitaxial ferlið. Með því að fínstilla ferlisbreytur eins og vinnsluhitastig, flæðihraða burðargass, C/Si hlutfall o.s.frv., styrkleikajafnvægi <3%, ójafnvægi þykktar <1,5%, grófleiki Ra <0,2 nm og banvænni gallaþéttleiki <0,3 korn /cm2 af 150 mm og 200 mm SiC epitaxial oblátum með sjálfstætt þróuðum 200 mm kísilkarbíði epitaxial ofn fást. Búnaðarferlisstigið getur mætt þörfum hágæða SiC aflbúnaðarbúnaðar.
1 tilraun
1.1 Meginregla umSiC epitaxialferli
4H-SiC vaxtarferlið fyrir hornhimnu inniheldur aðallega 2 lykilþrep, nefnilega háhita ætingu á 4H-SiC undirlagi á staðnum og einsleitt efnagufuútfellingarferli. Megintilgangur ætingar undirlags á staðnum er að fjarlægja skemmdir undir yfirborði undirlagsins eftir obláta fægja, leifar af fægivökva, agnir og oxíðlag og hægt er að mynda venjulegt atómþrep uppbygging á yfirborði undirlagsins með ætingu. Æsing á staðnum fer venjulega fram í vetnislofti. Samkvæmt raunverulegum kröfum ferlisins er einnig hægt að bæta við litlu magni af hjálpargasi, svo sem vetnisklóríði, própani, etýleni eða sílani. Hitastig vetnisætingar á staðnum er yfirleitt yfir 1.600 ℃ og þrýstingi hvarfhólfsins er almennt stjórnað undir 2×104 Pa meðan á ætingarferlinu stendur.
Eftir að undirlagsyfirborðið er virkjað með ætingu á staðnum fer það inn í háhitaefnagufuútfellingarferlið, það er vaxtaruppspretta (eins og etýlen/própan, TCS/sílan), lyfjagjafa (n-gerð lyfjagjafa köfnunarefnis). , p-gerð lyfjagjafar TMAl), og hjálpargas eins og vetnisklóríð er flutt í hvarfhólfið í gegnum mikið flæði burðargass (venjulega vetni). Eftir að gasið bregst við í háhita hvarfhólfinu bregst hluti af forefninu efnafræðilega og aðsogast á yfirborði skífunnar og myndast einskristalt einsleitt 4H-SiC epitaxial lag með ákveðnum lyfjaþéttni, sértækri þykkt og meiri gæðum. á yfirborði undirlagsins með því að nota einkristalla 4H-SiC undirlagið sem sniðmát. Eftir margra ára tæknilega könnun hefur 4H-SiC homoepitaxial tæknin í grundvallaratriðum þroskast og er mikið notuð í iðnaðarframleiðslu. Mest notaða 4H-SiC homoepitaxial tækni í heiminum hefur tvö dæmigerð einkenni:
(1) Með því að nota utanás (miðað við <0001> kristalplanið, í átt að <11-20> kristalstefnu) skáskorið undirlag sem sniðmát, er háhreint einkristalt 4H-SiC epitaxial lag án óhreininda sett á undirlagið í formi þrepaflæðisvaxtarhams. Snemma 4H-SiC homoepitaxial vöxtur notaði jákvætt kristal hvarfefni, það er <0001> Si planið fyrir vöxt. Þéttleiki atómþrepanna á yfirborði jákvæða kristalhvarflagsins er lítill og veröndin breiður. Tvívíður kjarnavöxtur er auðvelt að eiga sér stað meðan á epitaxy ferlinu stendur til að mynda 3C kristal SiC (3C-SiC). Með því að klippa utan ás er hægt að setja frumeindaþrep með miklum þéttleika, þröngum verönd á breidd á yfirborði 4H-SiC <0001> undirlagsins og aðsogað forefni getur í raun náð lotustigi með tiltölulega lítilli yfirborðsorku með yfirborðsdreifingu . Í þrepinu er tengingarstaða forefnisatóms/sameindahóps einstök, þannig að í þrepaflæðisvaxtarham getur epitaxial lagið fullkomlega erft Si-C tvöfalda atómlagsröð undirlagsins til að mynda einn kristal með sama kristal fasi sem undirlag.
(2) Háhraða epitaxial vöxtur er náð með því að kynna kísilgjafa sem inniheldur klór. Í hefðbundnum SiC efnagufuútfellingarkerfum eru sílan og própan (eða etýlen) helstu vaxtargjafar. Í því ferli að auka vaxtarhraðann með því að auka flæðishraða vaxtaruppsprettu, þar sem jafnvægishlutþrýstingur kísilhlutans heldur áfram að aukast, er auðvelt að mynda kísilþyrpingar með einsleitri gasfasakjarnamyndun, sem dregur verulega úr nýtingarhraða kísilhlutans. kísilgjafa. Myndun kísilþyrpinga takmarkar verulega bætingu á vaxtarhraða húðþekju. Á sama tíma geta kísilþyrpingar truflað þrepaflæðisvöxt og valdið gallakjarnamyndun. Til að koma í veg fyrir einsleita kjarnamyndun í gasfasa og auka vaxtarhraða húðþekju, er innleiðing á klór-undirstaða kísilgjafa sem stendur almenn aðferð til að auka epitaxial vaxtarhraða 4H-SiC.
1,2 200 mm (8 tommu) SiC epitaxial búnaður og vinnsluskilyrði
Tilraunirnar sem lýst er í þessari grein voru allar gerðar á 150/200 mm (6/8 tommu) samhæfðum einlitum láréttum heitum vegg SiC epitaxial búnaði sjálfstætt þróaður af 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Epitaxial ofninn styður fullsjálfvirka hleðslu og affermingu á oblátum. Mynd 1 er skýringarmynd af innri uppbyggingu hvarfhólfsins í epitaxial búnaðinum. Eins og sýnt er á mynd 1 er ytri veggur hvarfhólfsins kvarsbjalla með vatnskældu millilagi og innra hluta bjöllunnar er háhitaviðbragðshólf, sem samanstendur af hitaeinangrandi kolefnisfilti, hárhreinleika. sérstakt grafíthol, grafítgas-fljótandi snúningsbotn, osfrv. Allt kvarsbjallan er þakið sívalur innleiðsluspólu og hvarfið hólfið inni í bjöllunni er rafsegulhitað með miðlungs tíðni framkallaaflgjafa. Eins og sýnt er á mynd 1 (b), flæða burðargasið, hvarfgasið og lyfjagasið allt í gegnum skífuyfirborðið í láréttu lagskiptu flæði frá andstreymis hvarfhólfsins til niðurstreymis hvarfhólfsins og er losað úr skottinu. gas enda. Til að tryggja samkvæmni innan skúffunnar er skúffunni sem loftfljótandi botninn flytur alltaf snúið á meðan á ferlinu stendur.
Undirlagið sem notað er í tilrauninni er auglýsing 150 mm, 200 mm (6 tommur, 8 tommur) <1120> átt 4° burt-horn leiðandi n-gerð 4H-SiC tvíhliða fáður SiC undirlag framleitt af Shanxi Shuoke Crystal. Tríklórsílan (SiHCl3, TCS) og etýlen (C2H4) eru notuð sem helstu vaxtargjafar í ferlitilrauninni, þar á meðal eru TCS og C2H4 notuð sem kísilgjafi og kolefnisgjafi í sömu röð, háhreint köfnunarefni (N2) er notað sem n- tegund lyfjagjafar og vetni (H2) er notað sem þynningargas og burðargas. Hitastigið á epitaxial ferlinu er 1 600 ~ 1 660 ℃, vinnsluþrýstingurinn er 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, og H2 burðargasstreymishraði er 100 ~ 140 l/mín.
1.3 Prófun og lýsingu á húðflísum
Fourier innrauður litrófsmælir (búnaðarframleiðandi Thermalfisher, gerð iS50) og styrkleikamælir kvikasilfursnema (búnaðarframleiðanda Semilab, gerð 530L) voru notaðir til að einkenna meðaltal og dreifingu á þykkt þekjulaga og lyfjaþéttni; þykkt og lyfjaþéttni hvers punkts í þekjulaginu voru ákvörðuð með því að taka punkta meðfram þvermálslínunni sem sker eðlilega línu aðalviðmiðunarbrúnarinnar í 45° við miðju skífunnar með 5 mm brún fjarlægð. Fyrir 150 mm oblátu voru 9 punktar teknir eftir einni þvermálslínu (tveir þvermál voru hornrétt á hvor aðra) og fyrir 200 mm oblátu voru teknir 21 punktar eins og sýnt er á mynd 2. Atómkraftssmásjá (framleiðandi búnaðar Bruker, líkan Dimension Icon) var notað til að velja 30 μm×30 μm svæði á miðjusvæði og brúnsvæði (5 mm brún fjarlæging) á þekjubotninum til að prófa yfirborðsgrófleika þekjulagsins; gallarnir í þekjulaginu voru mældir með yfirborðsgallaprófara (búnaðarframleiðanda China Electronics 3D myndavélin einkenndist af ratsjárskynjara (módel Mars 4410 pro) frá Kefenghua.
Pósttími: Sep-04-2024