Saiki, industri SiC ganti saka 150 mm (6 inci) dadi 200 mm (8 inci). Kanggo nyukupi panjaluk sing penting kanggo wafer homoepitaxial SiC ukuran gedhe ing industri, 150mm lan 200mmwafer homoepitaxial 4H-SiCkasil disiapake ing substrat domestik nggunakake peralatan wutah epitaxial 200mm SiC sing dikembangake kanthi mandiri. Proses homoepitaxial sing cocog kanggo 150mm lan 200mm dikembangake, ing ngendi tingkat pertumbuhan epitaxial bisa luwih saka 60um / h. Nalika ketemu epitaxy kacepetan dhuwur, kualitas wafer epitaxial apik banget. Kekandelan keseragaman 150 mm lan 200 mmSiC epitaxial waferbisa dikontrol ing 1,5%, keseragaman konsentrasi kurang saka 3%, Kapadhetan cacat fatal kurang saka 0,3 partikel / cm2, lan kekasaran permukaan epitaxial tegese persegi Ra kurang saka 0,15nm, lan kabeh indikator proses inti ana ing tingkat majeng industri.
Silicon Carbide (SiC)minangka salah sawijining wakil saka bahan semikonduktor generasi katelu. Nduwe karakteristik kekuatan lapangan rusak sing dhuwur, konduktivitas termal sing apik, kecepatan drift jenuh elektron sing gedhe, lan resistensi radiasi sing kuwat. Wis ngembangake kapasitas pangolahan energi piranti daya lan bisa nyukupi syarat layanan peralatan elektronik generasi sabanjure kanggo piranti kanthi daya dhuwur, ukuran cilik, suhu dhuwur, radiasi dhuwur lan kahanan ekstrim liyane. Bisa nyuda papan, nyuda konsumsi daya lan nyuda syarat pendinginan. Iki wis nggawa owah-owahan revolusioner kanggo kendaraan energi anyar, transportasi rel, jaringan pinter lan lapangan liyane. Mula, semikonduktor karbida silikon wis diakoni minangka bahan sing cocog sing bakal mimpin piranti elektronik daya dhuwur generasi sabanjure. Ing taun-taun pungkasan, thanks kanggo dhukungan kabijakan nasional kanggo pangembangan industri semikonduktor generasi katelu, riset lan pangembangan lan konstruksi sistem industri piranti 150 mm SiC wis rampung ing China, lan keamanan rantai industri wis rampung. wis Sejatine dijamin. Mulane, fokus industri wis mboko sithik pindhah menyang kontrol biaya lan dandan efisiensi. Minangka ditampilake ing Tabel 1, dibandhingake karo 150 mm, 200 mm SiC wis tingkat pemanfaatan pinggiran luwih, lan output Kripik wafer siji bisa tambah dening bab 1,8 kaping. Sawise teknologi diwasa, biaya manufaktur chip siji bisa dikurangi 30%. Terobosan teknologi 200 mm minangka sarana langsung "ngirangi biaya lan nambah efisiensi", lan uga minangka kunci kanggo industri semikonduktor negaraku "mlaku paralel" utawa malah "timbal".
Beda karo proses piranti Si,piranti daya semikonduktor SiCkabeh diproses lan disiapake kanthi lapisan epitaxial minangka landasan. Wafer epitaxial minangka bahan dhasar sing penting kanggo piranti daya SiC. Kualitas lapisan epitaxial langsung nemtokake asil piranti, lan biaya kasebut 20% saka biaya manufaktur chip. Mulane, wutah epitaxial minangka link penengah penting ing piranti daya SiC. Watesan ndhuwur tingkat proses epitaxial ditemtokake dening peralatan epitaxial. Saiki, gelar lokalisasi peralatan epitaxial 150mm SiC ing China relatif dhuwur, nanging tata letak sakabèhé 200mm lags ing tingkat internasional ing wektu sing padha. Mulane, kanggo ngatasi kabutuhan mendesak lan masalah bottleneck saka manufaktur bahan epitaxial ukuran gedhe lan berkualitas tinggi kanggo pangembangan industri semikonduktor generasi katelu domestik, makalah iki ngenalake peralatan epitaxial 200 mm SiC sing sukses dikembangake ing negaraku, lan nyinaoni proses epitaxial. Kanthi ngoptimalake parameter proses kayata suhu proses, laju aliran gas pembawa, rasio C / Si, lan liya-liyane, keseragaman konsentrasi <3%, ketebalan non-keseragaman <1,5%, kekasaran Ra <0,2 nm lan kapadhetan cacat fatal <0,3 butir / cm2 saka 150 mm lan 200 mm SiC wafer epitaxial karo 200 mm tungku epitaxial silikon karbida dikembangaké independen dijupuk. Tingkat proses peralatan bisa nyukupi kabutuhan persiapan piranti daya SiC sing berkualitas tinggi.
1 Eksperimen
1.1 Prinsip sakaSiC epitaxialproses
Proses pertumbuhan homoepitaxial 4H-SiC utamane kalebu 2 langkah kunci, yaiku, etsa ing-situ suhu dhuwur saka substrat 4H-SiC lan proses deposisi uap kimia homogen. Tujuan utama etsa ing papan yaiku mbusak karusakan subsurface saka landasan sawise polishing wafer, cairan polishing residual, partikel lan lapisan oksida, lan struktur langkah atom biasa bisa dibentuk ing permukaan substrat kanthi etsa. In-situ etching biasane ditindakake ing atmosfer hidrogen. Miturut syarat proses nyata, jumlah cilik saka gas tambahan uga bisa ditambahake, kayata hidrogen klorida, propana, etilena utawa silane. Suhu etsa hidrogen ing-situ umume ndhuwur 1 600 ℃, lan tekanan saka kamar reaksi umume dikontrol ing ngisor 2 × 104 Pa sajrone proses etsa.
Sawise lumahing landasan diaktifake dening etching in-situ, iku lumebu ing suhu dhuwur proses deposisi uap kimia, yaiku, sumber wutah (kayata etilena / propana, TCS / silane), sumber doping (n-jinis doping sumber nitrogen. , sumber doping tipe-p TMAl), lan gas tambahan kayata hidrogen klorida diangkut menyang kamar reaksi liwat aliran gedhe saka gas pembawa (biasane hidrogen). Sawise gas ditanggepi ing kamar reaksi suhu dhuwur, bagéan saka prekursor reaksi kimia lan adsorbs ing lumahing wafer, lan siji-kristal homogen lapisan epitaxial 4H-SiC karo konsentrasi doping tartamtu, kekandelan tartamtu, lan kualitas sing luwih dhuwur kawangun. ing lumahing substrat nggunakake substrat siji-kristal 4H-SiC minangka cithakan. Sawise pirang-pirang taun eksplorasi teknis, teknologi homoepitaxial 4H-SiC wis mateng lan akeh digunakake ing produksi industri. Teknologi homoepitaxial 4H-SiC sing paling akeh digunakake ing donya nduweni rong ciri khas:
(1) Nggunakake sumbu mati (relatif karo bidang kristal <0001>, menyang arah kristal <11-20>) substrat potong miring minangka cithakan, lapisan epitaxial 4H-SiC kristal tunggal kanthi kemurnian dhuwur tanpa impurities. setor ing substrat ing wangun step-flow mode wutah. Wutah homoepitaxial 4H-SiC awal nggunakake substrat kristal positif, yaiku, bidang <0001> Si kanggo wutah. Kapadhetan langkah-langkah atom ing lumahing substrat kristal positif kurang lan terraces amba. Wutah nukleasi rong dimensi gampang kedadeyan sajrone proses epitaksi kanggo mbentuk kristal 3C SiC (3C-SiC). Kanthi nglereni sumbu mati, dhuwur-Kapadhetan, langkah-langkah atom amba teras sempit bisa dienalake ing permukaan substrat 4H-SiC <0001>, lan prekursor adsorbed kanthi efektif bisa nggayuh posisi langkah atom kanthi energi permukaan sing relatif kurang liwat difusi permukaan. . Ing langkah kasebut, posisi ikatan gugus atom / molekuler prekursor unik, saéngga ing mode pertumbuhan aliran langkah, lapisan epitaxial kanthi sampurna bisa marisi urutan tumpukan lapisan atom kaping pindho Si-C saka landasan kanggo mbentuk kristal siji kanthi kristal sing padha. fase minangka substrat.
(2) Pertumbuhan epitaxial kanthi kacepetan dhuwur digayuh kanthi ngenalake sumber silikon sing ngemot klorin. Ing sistem deposisi uap kimia SiC konvensional, silane lan propana (utawa etilena) minangka sumber pertumbuhan utama. Ing proses nambah tingkat wutah kanthi nambah tingkat aliran sumber wutah, minangka tekanan sebagean keseimbangn saka komponen silikon terus kanggo nambah, iku gampang kanggo mbentuk kluster silikon dening nukleasi phase gas podho, kang Ngartekno nyuda tingkat pemanfaatan saka sumber silikon. Pembentukan kluster silikon mbatesi paningkatan tingkat pertumbuhan epitaxial. Ing wektu sing padha, kluster silikon bisa ngganggu pertumbuhan aliran langkah lan nyebabake nukleasi cacat. Kanggo ngindhari nukleasi fase gas homogen lan ningkatake tingkat pertumbuhan epitaxial, introduksi sumber silikon basis klorin saiki dadi cara utama kanggo nambah tingkat pertumbuhan epitaxial 4H-SiC.
1,2 200 mm (8-inci) peralatan epitaxial SiC lan kahanan proses
Eksperimen sing diterangake ing kertas iki kabeh ditindakake ing peralatan epitaxial SiC tembok panas horisontal monolitik 150/200 mm (6/8 inci) sing kompatibel kanthi mandiri dikembangake dening 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Tungku epitaxial ndhukung wafer loading lan unloading kanthi otomatis. Gambar 1 minangka diagram skematis saka struktur internal kamar reaksi saka peralatan epitaxial. Minangka ditampilake ing Figure 1, tembok njaba saka kamar reaksi iku lonceng kuarsa karo interlayer banyu-digawe adhem, lan nang lonceng punika kamar reaksi suhu dhuwur, kang dumadi saka insulasi termal karbon felt, dhuwur-kemurnian. rongga grafit khusus, basa puteran grafit gas-ngambang, lan sapiturute Lonceng kuarsa kabeh ditutupi karo kumparan induksi bentuke silinder, lan kamar reaksi ing njero lonceng digawe panas kanthi elektromagnetik kanthi sumber daya induksi frekuensi medium. Kaya sing dituduhake ing Gambar 1 (b), gas pembawa, gas reaksi, lan gas doping kabeh mili liwat permukaan wafer kanthi aliran laminar horisontal saka hulu kamar reaksi menyang hilir kamar reaksi lan dibuwang saka buntut. gas mburi. Kanggo mesthekake konsistensi ing wafer, wafer sing digawa dening basis ngambang udhara tansah diputer sajrone proses kasebut.
Substrat sing digunakake ing eksperimen yaiku 150 mm, 200 mm komersial (6 inci, 8 inci) <1120> arah 4 ° off-angle konduktif n-jinis 4H-SiC polesan substrat SiC dobel sisi sing diprodhuksi dening Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) lan etilena (C2H4) digunakake minangka sumber pertumbuhan utama ing eksperimen proses, ing antarane TCS lan C2H4 digunakake minangka sumber silikon lan sumber karbon, nitrogen kemurnian dhuwur (N2) digunakake minangka n- sumber doping jinis, lan hidrogen (H2) digunakake minangka gas pengenceran lan gas pembawa. Kisaran suhu proses epitaxial yaiku 1 600 ~ 1 660 ℃, tekanan proses yaiku 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, lan tingkat aliran gas pembawa H2 yaiku 100 ~ 140 L / min.
1.3 Pengujian wafer epitaxial lan karakterisasi
Spektrometer infra merah Fourier (produsen peralatan Thermalfisher, model iS50) lan tester konsentrasi probe merkuri (produsen peralatan Semilab, model 530L) digunakake kanggo nemtokake rata-rata lan distribusi ketebalan lapisan epitaxial lan konsentrasi doping; kekandelan lan konsentrasi doping saben titik ing lapisan epitaxial ditemtokake dening njupuk TCTerms sadawane garis diameteripun intersecting garis normal pinggiran referensi utama ing 45 ° ing tengah wafer karo 5 mm aman pinggiran. Kanggo wafer 150 mm, 9 titik dijupuk ing sadawane garis diameter siji (loro dhiameter jejeg saben liyane), lan kanggo wafer 200 mm dijupuk 21 titik, kaya sing dituduhake ing Gambar 2. Mikroskop gaya atom (produsen peralatan Bruker, model Dimension Icon) digunakake kanggo milih 30 μm × 30 μm wilayah ing wilayah tengah lan area pinggiran (5 mm mbusak pinggiran) saka wafer epitaxial kanggo nyoba roughness lumahing lapisan epitaxial; cacat lapisan epitaxial diukur nggunakake tester cacat lumahing (produsen peralatan China Electronics The 3D imager iki ditondoi dening sensor radar (model Mars 4410 pro) saka Kefenghua.
Wektu kirim: Sep-04-2024