ამჟამად, SiC ინდუსტრია გარდაიქმნება 150 მმ-დან (6 ინჩი) 200 მმ-მდე (8 ინჩი). დიდი ზომის, მაღალი ხარისხის SiC ჰომეპიტაქსიურ ვაფლებზე გადაუდებელი მოთხოვნის დასაკმაყოფილებლად ინდუსტრიაში, 150 მმ და 200 მმ.4H-SiC ჰომეპიტაქსიური ვაფლიწარმატებით მომზადდა შიდა სუბსტრატებზე დამოუკიდებლად შემუშავებული 200 მმ SiC ეპიტაქსიალური ზრდის აღჭურვილობის გამოყენებით. შემუშავდა ჰომეპიტაქსიური პროცესი, რომელიც შესაფერისია 150 მმ და 200 მმ-ისთვის, რომელშიც ეპიტაქსიური ზრდის სიჩქარე შეიძლება იყოს 60 მმ/სთ-ზე მეტი. მაღალსიჩქარიანი ეპიტაქსიის შეხვედრისას, ეპიტაქსიალური ვაფლის ხარისხი შესანიშნავია. სისქის ერთგვაროვნება 150 მმ და 200 მმSiC ეპიტაქსიალური ვაფლებიშესაძლებელია კონტროლირებადი 1,5%-ის ფარგლებში, კონცენტრაციის ერთგვაროვნება 3-ზე ნაკლებია, ფატალური დეფექტის სიმკვრივე 0,3 ნაწილაკ/სმ2-ზე ნაკლებია და ეპიტაქსიალური ზედაპირის უხეშობის ფესვის საშუალო კვადრატი Ra არის 0,15 ნმ-ზე ნაკლები და ძირითადი პროცესის ინდიკატორი არის ინდუსტრიის მოწინავე დონე.
სილიკონის კარბიდი (SiC)არის მესამე თაობის ნახევარგამტარული მასალების ერთ-ერთი წარმომადგენელი. მას აქვს მაღალი დაშლის ველის სიძლიერის, შესანიშნავი თერმული კონდუქტომეტრის, ელექტრონების გაჯერების დიდი დრიფტის სიჩქარის და ძლიერი გამოსხივების წინააღმდეგობის მახასიათებლები. მან მნიშვნელოვნად გააფართოვა ენერგეტიკული მოწყობილობების ენერგიის დამუშავების სიმძლავრე და შეუძლია დააკმაყოფილოს ენერგეტიკული ელექტრო მოწყობილობების შემდეგი თაობის მოთხოვნილებები მაღალი სიმძლავრის, მცირე ზომის, მაღალი ტემპერატურის, მაღალი გამოსხივების და სხვა ექსტრემალური პირობების მქონე მოწყობილობებისთვის. მას შეუძლია შეამციროს სივრცე, შეამციროს ენერგიის მოხმარება და შეამციროს გაგრილების მოთხოვნები. მან რევოლუციური ცვლილებები მოიტანა ახალ ენერგეტიკულ სატრანსპორტო საშუალებებში, სარკინიგზო ტრანსპორტში, სმარტ ქსელებში და სხვა სფეროებში. ამრიგად, სილიციუმის კარბიდის ნახევარგამტარები აღიარებულია, როგორც იდეალური მასალა, რომელიც უხელმძღვანელებს მაღალი სიმძლავრის ელექტრონული მოწყობილობების მომდევნო თაობას. ბოლო წლებში, მესამე თაობის ნახევარგამტარული ინდუსტრიის განვითარების ეროვნული პოლიტიკის მხარდაჭერის წყალობით, ჩინეთში დასრულდა 150 მმ SiC მოწყობილობების ინდუსტრიის სისტემის კვლევა და განვითარება და მშენებლობა და სამრეწველო ჯაჭვის უსაფრთხოება. ძირითადად გარანტირებული იყო. ამიტომ, ინდუსტრიის აქცენტი თანდათან გადავიდა ხარჯების კონტროლსა და ეფექტურობის გაუმჯობესებაზე. როგორც ცხრილი 1-შია ნაჩვენები, 150 მმ-თან შედარებით, 200 მმ SiC-ს აქვს კიდეების გამოყენების უფრო მაღალი მაჩვენებელი და ერთი ვაფლის ჩიპების გამომავალი შეიძლება გაიზარდოს დაახლოებით 1,8-ჯერ. ტექნოლოგიის მომწიფების შემდეგ, ერთი ჩიპის წარმოების ღირებულება შეიძლება შემცირდეს 30%-ით. ტექნოლოგიური გარღვევა 200 მმ არის პირდაპირი საშუალება "დანახარჯების შემცირებისა და ეფექტურობის გაზრდის" და ასევე არის გასაღები ჩემი ქვეყნის ნახევარგამტარული ინდუსტრიისთვის "პარალელურად აწარმოოს" ან თუნდაც "წამყვანი".
Si მოწყობილობის პროცესისგან განსხვავებით,SiC ნახევარგამტარული დენის მოწყობილობებიყველა დამუშავებულია და მზადდება ეპიტაქსიალური ფენებით, როგორც ქვაკუთხედი. ეპიტაქსიალური ვაფლი არის აუცილებელი ძირითადი მასალა SiC დენის მოწყობილობებისთვის. ეპიტაქსიური ფენის ხარისხი პირდაპირ განსაზღვრავს მოწყობილობის მოსავლიანობას და მისი ღირებულება შეადგენს ჩიპის წარმოების ღირებულების 20%-ს. ამიტომ, ეპიტაქსიური ზრდა არის არსებითი შუალედური რგოლი SiC დენის მოწყობილობებში. ეპიტაქსიური პროცესის დონის ზედა ზღვარი განისაზღვრება ეპიტაქსიური აღჭურვილობით. ამჟამად, ჩინეთში 150 მმ SiC ეპიტაქსიალური აღჭურვილობის ლოკალიზაციის ხარისხი შედარებით მაღალია, მაგრამ საერთო განლაგება 200 მმ ჩამორჩება საერთაშორისო დონეს ამავე დროს. ამიტომ, დიდი ზომის, მაღალი ხარისხის ეპიტაქსიალური მასალის წარმოების გადაუდებელი საჭიროებებისა და პრობლემების გადასაჭრელად, მესამე თაობის შიდა ნახევარგამტარული ინდუსტრიის განვითარებისთვის, ეს ნაშრომი წარმოგიდგენთ ჩემს ქვეყანაში წარმატებით განვითარებულ 200 მმ SiC ეპიტაქსიალურ აღჭურვილობას. და სწავლობს ეპიტაქსიურ პროცესს. პროცესის პარამეტრების ოპტიმიზაციის გზით, როგორიცაა პროცესის ტემპერატურა, გადამზიდავი აირის ნაკადის სიჩქარე, C/Si თანაფარდობა და ა.შ., კონცენტრაციის ერთგვაროვნება <3%, სისქის არაერთგვაროვნება <1.5%, უხეშობა Ra <0.2 ნმ და ფატალური დეფექტის სიმკვრივე <0.3 მარცვალი. მიიღება 150მმ და 200მმ SiC ეპიტაქსიალური ვაფლის /სმ2 დამოუკიდებლად განვითარებული 200მმ სილიციუმის კარბიდის ეპიტაქსიალური ღუმელი. აღჭურვილობის პროცესის დონეს შეუძლია დააკმაყოფილოს მაღალი ხარისხის SiC დენის მოწყობილობის მომზადების საჭიროებები.
1 ექსპერიმენტი
1.1 პრინციპიSiC ეპიტაქსიალურიპროცესი
4H-SiC ჰომოეპიტაქსიური ზრდის პროცესი ძირითადად მოიცავს 2 საკვანძო საფეხურს, კერძოდ, 4H-SiC სუბსტრატის მაღალტემპერატურულ ადგილზე გრავირებას და ორთქლის ქიმიური დეპონირების ერთგვაროვან პროცესს. სუბსტრატის ადგილზე გრავირების მთავარი მიზანია ვაფლის გაპრიალების, ნარჩენი გასაპრიალებელი სითხის, ნაწილაკების და ოქსიდის ფენის შემდეგ სუბსტრატის მიწისქვეშა დაზიანების მოცილება, ხოლო სუბსტრატის ზედაპირზე შეიძლება ჩამოყალიბდეს რეგულარული ატომური საფეხურის სტრუქტურა ოქროვით. ადგილზე გრავირება ჩვეულებრივ ხორციელდება წყალბადის ატმოსფეროში. პროცესის ფაქტობრივი მოთხოვნების შესაბამისად, შეიძლება დაემატოს მცირე რაოდენობით დამხმარე გაზი, როგორიცაა წყალბადის ქლორიდი, პროპანი, ეთილენი ან სილანი. წყალბადის ადგილზე ამოღების ტემპერატურა ზოგადად 1 600 ℃-ზე მეტია, ხოლო რეაქციის კამერის წნევა ზოგადად კონტროლდება 2×104 Pa-ზე დაბლა, ჭრის პროცესის დროს.
მას შემდეგ, რაც სუბსტრატის ზედაპირი გააქტიურდება ადგილზე გრავირებით, ის შედის მაღალი ტემპერატურის ქიმიური ორთქლის დეპონირების პროცესში, ანუ ზრდის წყაროში (როგორიცაა ეთილენი/პროპანი, TCS/სილანი), დოპინგ წყარო (n-ტიპის დოპინგ წყარო აზოტი). , p-ტიპის დოპინგ წყარო TMAl) და დამხმარე გაზი, როგორიცაა წყალბადის ქლორიდი, ტრანსპორტირდება რეაქციის კამერაში გადამზიდავი აირის (ჩვეულებრივ წყალბადის) დიდი ნაკადით. მაღალი ტემპერატურის რეაქციის პალატაში გაზის რეაქციის შემდეგ, წინამორბედის ნაწილი ქიმიურად რეაგირებს და ადსორბირდება ვაფლის ზედაპირზე და წარმოიქმნება ერთკრისტალური ჰომოგენური 4H-SiC ეპიტაქსიალური ფენა სპეციფიური დოპინგის კონცენტრაციით, სპეციფიკური სისქით და უმაღლესი ხარისხით. სუბსტრატის ზედაპირზე შაბლონად ერთკრისტალური 4H-SiC სუბსტრატის გამოყენებით. წლების ტექნიკური კვლევის შემდეგ, 4H-SiC ჰომეპიტაქსიური ტექნოლოგია ძირითადად მომწიფდა და ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო წარმოებაში. მსოფლიოში ყველაზე ფართოდ გამოყენებულ 4H-SiC ჰომეპიტაქსიალურ ტექნოლოგიას აქვს ორი ტიპიური მახასიათებელი:
(1) ღერძიდან გამოსული (<0001> ბროლის სიბრტყესთან შედარებით, <11-20> ბროლის მიმართულებით) ირიბი მოჭრილი სუბსტრატის შაბლონად, მაღალი სისუფთავის ერთკრისტალური 4H-SiC ეპიტაქსიალური ფენა მინარევების გარეშე არის დეპონირებულია სუბსტრატზე ნაბიჯ-ნაკადის ზრდის რეჟიმის სახით. ადრეული 4H-SiC ჰომეპიტაქსიური ზრდა იყენებდა დადებით კრისტალურ სუბსტრატს, ანუ <0001> Si სიბრტყეს ზრდისთვის. დადებითი კრისტალური სუბსტრატის ზედაპირზე ატომური საფეხურების სიმკვრივე დაბალია და ტერასები ფართოა. ორგანზომილებიანი ნუკლეაციის ზრდა ადვილია ეპიტაქსიის პროცესში 3C კრისტალური SiC (3C-SiC) წარმოქმნის მიზნით. ღერძს გარეთ ჭრით, მაღალი სიმკვრივის, ვიწრო ტერასის სიგანის ატომური საფეხურები შეიძლება დაინერგოს 4H-SiC <0001> სუბსტრატის ზედაპირზე და ადსორბირებული წინამორბედი ეფექტურად მიაღწიოს ატომურ საფეხურს შედარებით დაბალი ზედაპირის ენერგიით ზედაპირის დიფუზიის გზით. . საფეხურზე, წინამორბედი ატომის/მოლეკულური ჯგუფის შემაკავშირებელი პოზიცია უნიკალურია, ასე რომ, საფეხურის ნაკადის ზრდის რეჟიმში, ეპიტაქსიალურ ფენას შეუძლია სრულყოფილად დაიმკვიდროს სუბსტრატის Si-C ორმაგი ატომური ფენის დაწყობის თანმიმდევრობა, რათა შექმნას ერთი კრისტალი იმავე კრისტალთან. ფაზა, როგორც სუბსტრატი.
(2) მაღალსიჩქარიანი ეპიტაქსიალური ზრდა მიიღწევა ქლორის შემცველი სილიციუმის წყაროს შემოღებით. ჩვეულებრივი SiC ქიმიური ორთქლის დეპონირების სისტემებში სილანი და პროპანი (ან ეთილენი) ზრდის ძირითადი წყაროა. ზრდის ტემპის გაზრდის პროცესში ზრდის წყაროს ნაკადის სიჩქარის გაზრდით, რადგან სილიციუმის კომპონენტის წონასწორული პარციული წნევა აგრძელებს ზრდას, ადვილია სილიციუმის მტევნის ფორმირება ერთგვაროვანი გაზის ფაზის ნუკლეაციით, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს უტილიზაციის სიჩქარეს. სილიკონის წყარო. სილიციუმის მტევნის ფორმირება მნიშვნელოვნად ზღუდავს ეპიტაქსიური ზრდის ტემპის გაუმჯობესებას. ამავდროულად, სილიციუმის მტევანებმა შეიძლება ხელი შეუშალონ საფეხურის ნაკადის ზრდას და გამოიწვიოს დეფექტის ნუკლეაცია. გაზის ფაზის ერთგვაროვანი ნუკლეაციის თავიდან ასაცილებლად და ეპიტაქსიური ზრდის სიჩქარის გაზრდის მიზნით, ქლორზე დაფუძნებული სილიციუმის წყაროების დანერგვა ამჟამად არის ძირითადი მეთოდი 4H-SiC-ის ეპიტაქსიური ზრდის სიჩქარის გაზრდის მიზნით.
1.2 200 მმ (8 დიუმიანი) SiC ეპიტაქსიალური მოწყობილობა და პროცესის პირობები
ამ ნაშრომში აღწერილი ექსპერიმენტები ჩატარდა 150/200 მმ (6/8 ინჩი) თავსებად მონოლითურ ჰორიზონტალურ ცხელ კედელზე SiC ეპიტაქსიალურ მოწყობილობაზე დამოუკიდებლად შემუშავებული ჩინეთის 48-ე ინსტიტუტის Electronics Technology Group Corporation-ის მიერ. ეპიტაქსიალური ღუმელი მხარს უჭერს ვაფლის სრულად ავტომატურ ჩატვირთვას და გადმოტვირთვას. სურათი 1 არის ეპიტაქსიალური აღჭურვილობის რეაქციის კამერის შიდა სტრუქტურის სქემატური დიაგრამა. როგორც სურათი 1-ზეა ნაჩვენები, რეაქციის კამერის გარე კედელი არის კვარცის ზარი წყლით გაგრილებული ფენით, ხოლო ზარის შიგნით არის მაღალი ტემპერატურის რეაქციის კამერა, რომელიც შედგება ნახშირბადის თბოიზოლაციისგან, მაღალი სისუფთავისგან. სპეციალური გრაფიტის ღრუ, გრაფიტის გაზის მბრუნავი ბაზა და ა.შ. მთელი კვარცის ზარი დაფარულია ცილინდრული ინდუქციური ხვეულით, ხოლო ზარის შიგნით რეაქციის კამერა ელექტრომაგნიტურად თბება საშუალო სიხშირის ინდუქციური კვების წყაროს საშუალებით. როგორც 1 (ბ) სურათზეა ნაჩვენები, მატარებელი გაზი, სარეაქციო გაზი და დოპინგ აირი მიედინება ვაფლის ზედაპირზე ჰორიზონტალურ ლამინარულ ნაკადში რეაქციის კამერის ზემოთ რეაქციის კამერის ქვემოთ და გამოიყოფა კუდიდან. გაზის დასასრული. ვაფლის შიგნით თანმიმდევრულობის უზრუნველსაყოფად, ვაფლი, რომელსაც ატარებს ჰაერის მცურავი ბაზა, ყოველთვის ბრუნავს პროცესის დროს.
ექსპერიმენტში გამოყენებული სუბსტრატი არის კომერციული 150 მმ, 200 მმ (6 ინჩი, 8 ინჩი) <1120> მიმართულების 4° კუთხიდან გამორთვის გამტარი n ტიპის 4H-SiC ორმხრივი გაპრიალებული SiC სუბსტრატი, რომელიც წარმოებულია Shanxi Shuoke Crystal-ის მიერ. ტრიქლოროსილანი (SiHCl3, TCS) და ეთილენი (C2H4) გამოიყენება როგორც ზრდის ძირითადი წყაროები პროცესის ექსპერიმენტში, რომელთა შორის TCS და C2H4 გამოიყენება როგორც სილიციუმის წყარო და ნახშირბადის წყარო, შესაბამისად, მაღალი სისუფთავის აზოტი (N2) გამოიყენება როგორც n-. ტიპის დოპინგ წყარო, ხოლო წყალბადი (H2) გამოიყენება როგორც განზავების გაზი და გადამზიდავი აირი. ეპიტაქსიური პროცესის ტემპერატურული დიაპაზონი არის 1 600 ~ 1 660 ℃, პროცესის წნევა არის 8×103 ~ 12×103 Pa, ხოლო H2 გადამზიდავი აირის ნაკადის სიჩქარეა 100-140 ლ/წთ.
1.3 ეპიტაქსიალური ვაფლის ტესტირება და დახასიათება
ფურიეს ინფრაწითელი სპექტრომეტრი (აღჭურვილობის მწარმოებელი Thermalfisher, მოდელი iS50) და ვერცხლისწყლის ზონდის კონცენტრაციის ტესტერი (აღჭურვილობის მწარმოებელი Semilab, მოდელი 530L) გამოყენებული იყო ეპიტაქსიური შრის სისქის და დოპინგ კონცენტრაციის საშუალო და განაწილების დასახასიათებლად; ეპიტაქსიური შრის თითოეული წერტილის სისქე და დოპინგის კონცენტრაცია განისაზღვრა ქულების აღებით დიამეტრის ხაზის გასწვრივ, რომელიც კვეთს ძირითადი საორიენტაციო კიდის ნორმალურ ხაზს 45°-ზე ვაფლის ცენტრში 5 მმ კიდის ამოღებით. 150 მმ ვაფლისთვის აღებული იქნა 9 წერტილი ერთი დიამეტრის ხაზის გასწვრივ (ორი დიამეტრი იყო ერთმანეთის პერპენდიკულარული), ხოლო 200 მმ ვაფლისთვის აიღეს 21 ქულა, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2. ატომური ძალის მიკროსკოპი (აღჭურვილობის მწარმოებელი ბრუკერი, მოდელი Dimension Icon) გამოიყენებოდა ეპიტაქსიური ვაფლის 30 μm×30 μm არეების შესარჩევად და ეპიტაქსიალური ვაფლის კიდის არე (5 მმ კიდის მოცილება) ეპიტაქსიური ფენის ზედაპირის უხეშობის შესამოწმებლად; ეპიტაქსიალური ფენის დეფექტები გაზომილი იყო ზედაპირული დეფექტის ტესტერის გამოყენებით (აღჭურვილობის მწარმოებელი China Electronics The 3D imager ხასიათდებოდა რადარის სენსორით (მოდელი Mars 4410 pro) Kefenghua-სგან.
გამოქვეყნების დრო: სექ-04-2024