Қазіргі уақытта SiC өнеркәсібі 150 мм-ден (6 дюйм) 200 мм-ге (8 дюйм) дейін өзгеруде. Өнеркәсіптегі үлкен өлшемді, жоғары сапалы SiC гомоэпитаксиалды пластинкаларға жедел сұранысты қанағаттандыру үшін 150 мм және 200 мм4H-SiC гомоэпитаксиалды пластиналардербес әзірленген 200 мм SiC эпитаксиалды өсіру жабдығын пайдаланып отандық субстраттарда сәтті дайындалды. 150мм және 200мм үшін қолайлы гомоэпитаксиалды процесс әзірленді, онда эпитаксиалды өсу жылдамдығы 60мм/сағ жоғары болуы мүмкін. Жоғары жылдамдықты эпитаксияға жауап бере отырып, эпитаксиалды пластинаның сапасы тамаша. 150 мм және 200 мм қалыңдығы біркелкіSiC эпитаксиалды пластиналар1,5% шегінде бақылауға болады, концентрацияның біркелкілігі 3% -дан аз, өлімге әкелетін ақаулардың тығыздығы 0,3 бөлшектер/см2-ден аз, ал эпитаксиалды беттің кедір-бұдырының орташа квадраты Ra Ra 0,15 нм-ден аз және негізгі процестің барлық көрсеткіштері саланың озық деңгейі.
Кремний карбиді (SiC)үшінші буындағы жартылай өткізгіш материалдардың өкілдерінің бірі болып табылады. Ол жоғары бұзылу өрісінің күші, тамаша жылу өткізгіштік, үлкен электрондармен қанықтыру жылдамдығы және күшті радиацияға төзімділік сипаттамаларына ие. Ол қуатты құрылғылардың энергияны өңдеу мүмкіндіктерін айтарлықтай кеңейтті және қуаттылығы жоғары, шағын өлшемдері, жоғары температурасы, жоғары радиациясы және басқа да экстремалды жағдайлары бар құрылғыларға арналған келесі буын электрлік электр жабдықтарының қызмет көрсету талаптарына жауап бере алады. Ол кеңістікті азайтады, қуат тұтынуды азайтады және салқындату талаптарын азайтады. Ол жаңа энергетикалық көліктерге, теміржол көлігіне, смарт желілерге және басқа салаларға революциялық өзгерістер әкелді. Сондықтан кремний карбидінің жартылай өткізгіштері жоғары қуатты электронды құрылғылардың келесі буынын жетектейтін тамаша материал ретінде танылды. Соңғы жылдары үшінші буындағы жартылай өткізгіш өнеркәсібін дамытуға ұлттық саясатты қолдаудың арқасында Қытайда 150 мм SiC құрылғыларының өнеркәсіп жүйесін зерттеу және әзірлеу және салу негізінен аяқталды, ал өнеркәсіп тізбегінің қауіпсіздігі қамтамасыз етілді. негізінен кепілдік берілді. Сондықтан саланың назары біртіндеп шығындарды бақылауға және тиімділікті арттыруға ауысты. 1-кестеде көрсетілгендей, 150 мм-мен салыстырғанда, 200 мм SiC жиекті пайдалану жылдамдығы жоғары, ал бір пластинкалы чиптердің шығуын шамамен 1,8 есе арттыруға болады. Технология жетілгеннен кейін бір чиптің өндіріс құнын 30%-ға төмендетуге болады. 200 мм технологиялық серпіліс «шығындарды азайту мен тиімділікті арттырудың» тікелей құралы болып табылады, сонымен қатар ол менің елімнің жартылай өткізгіш өнеркәсібінің «параллель жұмыс істеуі» немесе тіпті «жетекші» болуының кілті болып табылады.
Si құрылғы процесінен айырмашылығы,SiC жартылай өткізгіш қуат құрылғыларыбарлығы өңделеді және ірге тасы ретінде эпитаксиалды қабаттармен дайындалады. Эпитаксиалды пластиналар SiC қуат құрылғылары үшін маңызды негізгі материалдар болып табылады. Эпитаксиалды қабаттың сапасы құрылғының өнімділігін тікелей анықтайды және оның құны чипті өндіру құнының 20% құрайды. Сондықтан эпитаксиалды өсу SiC қуат құрылғыларындағы маңызды аралық буын болып табылады. Эпитаксиалды процесс деңгейінің жоғарғы шегі эпитаксиялық жабдықпен анықталады. Қазіргі уақытта Қытайдағы 150 мм SiC эпитаксиалды жабдықты локализациялау дәрежесі салыстырмалы түрде жоғары, бірақ 200 мм жалпы орналасуы бір уақытта халықаралық деңгейден артта қалады. Сондықтан, отандық үшінші буындағы жартылай өткізгіштер өнеркәсібін дамыту үшін үлкен өлшемді, жоғары сапалы эпитаксиалды материалды өндірудің өзекті қажеттіліктері мен қиыншылықтарын шешу үшін бұл мақала менің елімде сәтті жасалған 200 мм SiC эпитаксистік жабдықты ұсынады, және эпитаксиалды процесті зерттейді. Процесс температурасы, газ тасымалдаушысының шығыны, C/Si қатынасы және т.б. сияқты технологиялық параметрлерді оңтайландыру арқылы концентрацияның біркелкілігі <3%, қалыңдығының біркелкі еместігі <1,5%, кедір-бұдырлығы Ra <0,2 нм және өлімге әкелетін ақаудың тығыздығы <0,3 түйір. /см2 150 мм және 200 мм SiC эпитаксиалды пластиналар дербес әзірленген 200 мм кремнийі бар карбидті эпитаксиалды пеш алынады. Жабдықтың технологиялық деңгейі жоғары сапалы SiC қуат құрылғысын дайындау қажеттіліктерін қанағаттандыра алады.
1 Эксперимент
1.1 принципіSiC эпитаксиалдыпроцесс
4H-SiC гомоэпитаксиалды өсу процесі негізінен 2 негізгі қадамды қамтиды, атап айтқанда, 4H-SiC субстратының жоғары температурада in-situ өңделуі және біртекті химиялық буларды тұндыру процесі. Субстратты in-situ оюдың негізгі мақсаты пластинаны жылтыратудан кейін субстраттың жер асты зақымдануын, қалдық жылтырату сұйықтығын, бөлшектерді және оксид қабатын жою болып табылады, ал тегістеу арқылы субстрат бетінде қалыпты атомдық саты құрылымын қалыптастыруға болады. In-situ ою әдетте сутегі атмосферасында жүзеге асырылады. Нақты технологиялық талаптарға сәйкес, хлорсутек, пропан, этилен немесе силан сияқты қосымша газдың аз мөлшерін қосуға болады. In-situ сутегімен өңдеудің температурасы әдетте 1600 ℃-тан жоғары, ал реакция камерасының қысымы әдетте 2×104 Па-дан төмен бақыланады.
Субстрат беті in-situ ою арқылы белсендірілгеннен кейін ол жоғары температурадағы химиялық бу тұндыру процесіне, яғни өсу көзіне (мысалы, этилен/пропан, TCS/силан), қоспалау көзіне (n-типті қоспа көзі азот) енеді. , p-типті қоспа көзі TMAl) және хлорсутек сияқты көмекші газ реакция камерасына үлкен ағынмен тасымалданады. тасымалдаушы газ (әдетте сутегі). Газ жоғары температуралық реакция камерасында әрекеттескеннен кейін прекурсордың бір бөлігі химиялық реакцияға түсіп, пластинаның бетінде адсорбцияланады және белгілі бір қоспалы концентрациясы, меншікті қалыңдығы және сапасы жоғары бір кристалды біртекті 4H-SiC эпитаксиалды қабаты түзіледі. шаблон ретінде монокристалды 4H-SiC субстратын пайдаланып субстрат бетінде. Көптеген жылдар бойы жүргізілген техникалық зерттеулерден кейін 4H-SiC гомоэпитаксиалды технологиясы негізінен жетілді және өнеркәсіптік өндірісте кеңінен қолданылады. Әлемде ең көп қолданылатын 4H-SiC гомоэпитаксиалды технологиясының екі типтік сипаттамасы бар:
(1) Үлгі ретінде осьтен тыс (<0001> кристалдық жазықтыққа қатысты, <11-20> кристалдық бағытқа қарай) қиғаш кесілген субстратты пайдаланып, қоспалары жоқ жоғары таза кристалды 4H-SiC эпитаксиалды қабаты жасалады. қадамдық өсу режимі түрінде субстратқа қойылады. Ерте 4H-SiC гомоэпитаксиалды өсуі оң кристалды субстрат, яғни өсу үшін <0001> Si жазықтығы пайдаланылды. Оң кристалды субстрат бетіндегі атомдық қадамдардың тығыздығы төмен және террассалар кең. 3С кристалды SiC (3C-SiC) түзу үшін эпитаксистік процесс кезінде екі өлшемді нуклеацияның өсуі оңай болады. Осьтен тыс кесу арқылы 4H-SiC <0001> субстратының бетіне жоғары тығыздықты, тар террассалық ені атомдық қадамдарды енгізуге болады және адсорбцияланған прекурсор беттік диффузия арқылы салыстырмалы түрде төмен беттік энергиямен атомдық қадам позициясына тиімді жете алады. . Қадамда прекурсордың атом/молекулярлық топпен байланысу орны ерекше, сондықтан қадамдық ағынның өсу режимінде эпитаксиалды қабат бірдей кристалы бар бір кристалды қалыптастыру үшін субстраттың Si-C қос атомдық қабатының қабаттасу ретін тамаша мұра ете алады. фаза субстрат ретінде.
(2) Жоғары жылдамдықтағы эпитаксиалды өсуге хлоры бар кремний көзін енгізу арқылы қол жеткізіледі. Кәдімгі SiC химиялық бу тұндыру жүйелерінде силан және пропан (немесе этилен) негізгі өсу көздері болып табылады. Өсу көзінің ағынының жылдамдығын арттыру арқылы өсу қарқынын арттыру процесінде кремний құрамдас бөлігінің тепе-теңдік парциалды қысымы артуын жалғастыруда, біртекті газ фазасының ядролануы арқылы кремний кластерлерін құру оңай, бұл кремнийдің пайдалану жылдамдығын айтарлықтай төмендетеді. кремний көзі. Кремний шоғырларының түзілуі эпитаксиалды өсу қарқынының жақсаруын айтарлықтай шектейді. Сонымен қатар, кремний кластерлері қадамдық ағынның өсуін бұзып, ақау нуклеациясын тудыруы мүмкін. Біртекті газ фазасының ядролануын болдырмау және эпитаксиалды өсу жылдамдығын арттыру үшін хлор негізіндегі кремний көздерін енгізу қазіргі уақытта 4H-SiC эпитаксиалды өсу жылдамдығын арттырудың негізгі әдісі болып табылады.
1,2 200 мм (8 дюйм) SiC эпитаксистік жабдық және процесс шарттары
Осы құжатта сипатталған эксперименттердің барлығы 150/200 мм (6/8 дюйм) үйлесімді монолитті көлденең ыстық қабырға SiC эпитаксистік жабдығында China Electronics Technology Group корпорациясының 48-ші институты дербес әзірлеген. Эпитаксиалды пеш толығымен автоматты вафлиді тиеу мен түсіруді қолдайды. 1-суретте эпитаксиалды аппаратураның реакциялық камерасының ішкі құрылымының принципиалды сұлбасы берілген. 1-суретте көрсетілгендей, реакциялық камераның сыртқы қабырғасы сумен салқындатылатын аралық қабаты бар кварцты қоңырау, ал қоңыраудың ішкі жағы жылу оқшаулағыш көміртекті киізден, жоғары тазалықтағы жоғары температуралы реакциялық камерадан тұрады. арнайы графит қуысы, графит газы қалқымалы айналмалы негіз және т.б. Бүкіл кварц қоңырауы цилиндрлік индукциялық катушкамен жабылған және қоңыраудың ішіндегі реакция камерасы орташа жиілікті индукциялық қуат көзі арқылы электромагниттік түрде қыздырылады. 1(b)-суретте көрсетілгендей, тасымалдаушы газ, реакциялық газ және қоспалы газ барлығы реакция камерасының жоғарғы ағынынан реакция камерасының төменгі ағынына дейін көлденең ламинарлы ағынмен пластинаның беті арқылы ағып, құйрықтан шығарылады. газ соңы. Вафлидегі консистенцияны қамтамасыз ету үшін ауада қалқымалы негіз арқылы тасымалданатын пластинаны процесс барысында әрқашан айналдырады.
Тәжірибеде пайдаланылатын субстрат коммерциялық 150 мм, 200 мм (6 дюйм, 8 дюйм) <1120> бағыты 4° бұрыштан тыс өткізгіш n-типті 4H-SiC екі жақты жылтыратылған SiC субстраты Shanxi Shuoke Crystal шығарған. Технологиялық тәжірибеде негізгі өсу көздері ретінде трихлоросилан (SiHCl3, TCS) және этилен (C2H4) пайдаланылады, олардың ішінде кремний көзі және көміртегі көзі ретінде TCS және C2H4, n- ретінде жоғары таза азот (N2) пайдаланылады. қоспа көзі түрі, ал сутегі (Н2) сұйылту газы және тасымалдаушы газ ретінде пайдаланылады. Эпитаксиалды процестің температура диапазоны 1 600 ~ 1 660 ℃, технологиялық қысым 8 × 103 ~ 12 × 103 Па, H2 тасымалдаушы газ ағынының жылдамдығы 100 ~ 140 л/мин.
1.3 Эпитаксиалды пластинаны сынау және сипаттамасы
Фурье инфрақызыл спектрометрі (жабдық өндірушісі Thermalfisher, iS50 моделі) және сынап зондының концентрациясын сынаушы (жабдық өндірушісі Semilab, 530L үлгісі) эпитаксиалды қабат қалыңдығы мен қоспа концентрациясының орташа мәні мен таралуын сипаттау үшін пайдаланылды; эпитаксиалды қабаттағы әрбір нүктенің қалыңдығы мен легирлеу концентрациясы 5 мм жиегін алып тастау арқылы пластинаның ортасында 45° негізгі тірек жиегінің қалыпты сызығымен қиылысатын диаметр сызығының бойындағы нүктелерді алу арқылы анықталды. 150 мм пластинка үшін бір диаметрлі сызық бойымен 9 нүкте алынды (екі диаметр бір-біріне перпендикуляр), ал 200 мм пластина үшін 21 нүкте алынды, 2-суретте көрсетілгендей. Атомдық күш микроскобы (жабдық өндірушісі). Bruker, үлгі өлшем белгішесі) орталық аймақ пен жиек аймағындағы 30 мкм×30 мкм аумақтарды таңдау үшін пайдаланылды (5 мм жиекті алып тастау) эпитаксиалды қабаттың бетінің кедір-бұдырын сынау үшін эпитаксиалды пластинаның; эпитаксиалды қабаттың ақаулары бет ақауларын сынаушы көмегімен өлшенді (жабдық өндірушісі China Electronics 3D бейнелеу құралы Кефэнхуадан келген радар сенсорымен (Марс 4410 pro үлгісі) сипатталды.
Жіберу уақыты: 04 қыркүйек 2024 ж