Учурда SiC өнөр жайы 150 ммден (6 дюйм) 200 ммге (8 дюйм) чейин өзгөрүүдө. Өнөр жайда ири өлчөмдөгү, жогорку сапаттагы SiC гомоэпитаксиалдык пластинкаларга болгон шашылыш суроо-талапты канааттандыруу үчүн, 150мм жана 200мм.4H-SiC гомоэпитаксиалдык пластиналарөз алдынча иштелип чыккан 200mm SiC эпитаксиалдык өстүрүүчү жабдууларды колдонуу менен ата мекендик субстраттарда ийгиликтүү даярдалган. 150мм жана 200мм үчүн ылайыктуу гомоэпитаксиалдык процесс иштелип чыккан, анда эпитаксиалдык өсүү темпи 60ум/сааттан жогору болушу мүмкүн. Жогорку ылдамдыктагы эпитаксияга жооп бергенде, эпитаксиалдык пластинанын сапаты эң сонун. 150 мм жана 200 мм калыңдыгы бирдейSiC эпитаксиалдык пластиналар1,5% чегинде көзөмөлдөнсө болот, концентрациясынын бирдейлиги 3% дан аз, өлүмгө алып келүүчү кемтик тыгыздыгы 0,3 бөлүкчөлөр/см2ден аз, ал эми эпитаксиалдык беттик тегиздик тамырдын квадраты Ra 0,15нмден аз жана бардык негизги процесстин көрсөткүчтөрү ендуруштун алдыцкы децгээли.
Кремний карбиди (SiC)үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдардын өкүлдөрүнүн бири болуп саналат. Бул жогорку талкалануу талаасынын күчү, мыкты жылуулук өткөрүмдүүлүк, чоң электрон каныккан дрейф ылдамдыгы жана күчтүү нурланууга каршылык өзгөчөлүктөрүнө ээ. Бул абдан кубаттуу түзмөктөрдүн энергияны кайра иштетүү мүмкүнчүлүктөрүн кеңейтти жана жогорку кубаттуулугу, чакан өлчөмү, жогорку температура, жогорку радиация жана башка экстремалдык шарттар менен түзүлүштөр үчүн электр электрондук жабдуулардын кийинки муундагы тейлөө талаптарына жооп бере алат. Бул мейкиндикти азайтып, электр энергиясын керектөөнү азайтат жана муздатуу талаптарын азайтат. Бул жаңы энергетикалык унааларга, темир жол транспортуна, акылдуу тармактарга жана башка тармактарга революциялык өзгөрүүлөрдү алып келди. Демек, кремний карбидинин жарым өткөргүчтөрү жогорку кубаттуулуктагы электрондук түзүлүштөрдүн кийинки муунун алып келе турган идеалдуу материал катары таанылды. Акыркы жылдарда, үчүнчү муундагы жарым өткөргүч өнөр жайын өнүктүрүү боюнча улуттук саясаттын колдоосунун аркасында, Кытайда 150 мм SiC аппаратынын өнөр жай системасын изилдөө жана иштеп чыгуу жана куруу негизинен аяктады, ал эми өнөр жай чынжырынын коопсуздугун камсыз кылуу. негизинен кепилдик берилген. Ошондуктан, тармактын көңүлү акырындык менен чыгымдарды көзөмөлдөөгө жана эффективдүүлүктү жогорулатууга бурулду. 1-таблицада көрсөтүлгөндөй, 150 мм менен салыштырганда, 200 мм SiC жээкти пайдалануу ылдамдыгына ээ жана бир пластинка микросхемасынын өндүрүшүн болжол менен 1,8 эсеге көбөйтүүгө болот. Технология жетилгенден кийин, бир чиптин өндүрүштүк наркы 30% га кыскарышы мүмкүн. 200 мм технологиялык ачылыш «чыгашаларды азайтуунун жана эффективдуулугун жогорулатуунун» тузден-туз каражаты болуп саналат, ал ошондой эле менин елкемдун жарым еткеруучу енер жайынын «параллель иштеши» же ал тургай «коргошундун» ачкычы болуп саналат.
Si аппарат процессинен айырмаланып,SiC жарым өткөргүчтүү электр түзүлүштөрүбаары иштетилет жана негизги таш катары эпитаксиалдык катмарлар менен даярдалат. Эпитаксиалдык пластиналар SiC кубаттуулугу үчүн негизги материалдар болуп саналат. Эпитаксиалдык катмардын сапаты аппараттын түшүмдүүлүгүн түздөн-түз аныктайт жана анын баасы чипти өндүрүүгө кеткен чыгымдын 20% түзөт. Ошондуктан, эпитаксиалдык өсүш SiC кубаттуулук түзүлүштөрүндө маанилүү аралык байланыш болуп саналат. Эпитаксиалдык процесстин жогорку чеги эпитаксиалдык жабдуулар менен аныкталат. Азыркы учурда, Кытайда 150mm SiC epitaxial жабдууларды локалдаштыруу даражасы салыштырмалуу жогору, бирок 200mm жалпы макети ошол эле учурда эл аралык денгээлде артта. Ошондуктан, ата мекендик үчүнчү муундагы жарым өткөргүч өнөр жайын өнүктүрүү үчүн ири өлчөмдөгү, жогорку сапаттагы эпитаксиалдык материалдарды өндүрүүнүн кечиктирилгис муктаждыктарын жана көйгөйлөрүн чечүү үчүн, бул иш менин өлкөмдө ийгиликтүү иштелип чыккан 200 мм SiC эпитаксиалдык жабдууларды киргизет, жана эпитаксиалдык процессти изилдейт. Процесстин температурасы, ташуучу газдын агымынын ылдамдыгы, C/Si катышы ж.б. сыяктуу процесстин параметрлерин оптималдаштыруу аркылуу концентрациянын бирдейлиги <3%, калыңдыгы бирдей эместиги <1,5%, бүдүрлүүлүгү Ra <0,2 нм жана өлүмгө алып келүүчү кемчиликтердин тыгыздыгы <0,3 дан. /см2 150 мм жана 200 мм SiC эпитаксиалдык пластиналар өз алдынча иштелип чыккан 200 мм кремний карбид эпитаксиалдык меши менен алынат. Жабдуу процессинин деңгээли жогорку сапаттагы SiC кубаттуулук түзүлүшүн даярдоо муктаждыктарын канааттандыра алат.
1 Эксперимент
1.1 ПринцибиSiC эпитаксиалдыкпроцесс
4H-SiC гомоэпитаксиалдык өсүү процесси, негизинен, 2 негизги кадамдарды камтыйт, атап айтканда, 4H-SiC субстраттын жогорку температурадагы in-situ оюу жана бир тектүү химиялык бууларды жайгаштыруу процесси. субстрат in-situ оюп негизги максаты пластинка жылтыратуу кийин субстрат жер астындагы зыян алып салуу болуп саналат, калдык жылтыратуучу суюктук, бөлүкчөлөр жана кычкыл катмары, жана үзгүлтүксүз атомдук кадам структурасы этч менен субстрат бетинде түзүлүшү мүмкүн. In-situ оюу адатта суутек атмосферасында жүргүзүлөт. Иш жүзүндө жараян талаптарына ылайык, кошумча газдын бир аз өлчөмдө да кошулушу мүмкүн, мисалы, суутек хлориди, пропан, этилен же силан. In-situ суутек оюу температурасы жалпысынан 1 600 ℃ жогору, ал эми реакция камерасынын басымы жалпысынан 2×104 Па дан төмөн көзөмөлдөнөт.
Субстрат бети in-situ оюу жолу менен активдештирилгенден кийин, ал жогорку температурадагы химиялык буу туташтыруу процессине кирет, башкача айтканда, өсүү булагы (мисалы, этилен/пропан, TCS/силан), допинг булагы (n-типтеги допинг булагы азот). , p-типтеги допинг булагы TMAl), жана хлордуу суутек сыяктуу көмөкчү газ реакция камерасына ташуучу газдын (көбүнчө суутек) чоң агымы аркылуу ташылат. Газ жогорку температурадагы реакция камерасында реакцияга киргенден кийин, прекурсордун бир бөлүгү химиялык реакцияга кирип, пластинка бетине адсорбцияланат жана конкреттүү допинг концентрациясы, өзгөчө калыңдыгы жана жогорку сапаттагы монокристаллдуу гомогендүү 4H-SiC эпитаксиалдык катмары пайда болот. шаблон катары монокристаллдуу 4H-SiC субстратын колдонуу менен субстрат бетинде. Көп жылдык техникалык чалгындоодон кийин 4H-SiC гомоэпитаксиалдык технологиясы негизинен жетилип, өнөр жай өндүрүшүндө кеңири колдонулат. Дүйнөдө эң көп колдонулган 4H-SiC гомоэпитаксиалдык технологиясы эки типтүү өзгөчөлүктөргө ээ:
(1) Үлгү катары огунан тышкаркы (<0001> кристаллдык тегиздикке салыштырмалуу, <11-20> кристаллдык багытты көздөй) кыйгач кесилген субстратты шаблон катары колдонуп, аралашуусу жок жогорку тазалыктагы монокристаллдуу 4H-SiC эпитаксиалдык катмар болуп саналат. кадам агымы өсүү режими түрүндө субстрат боюнча депонирленген. Эрте 4H-SiC гомоэпитаксиалдык өсүш оң кристаллдык субстрат, башкача айтканда, өсүү үчүн <0001> Si тегиздигин колдонгон. Оң кристаллдык субстраттын бетиндеги атомдук кадамдардын тыгыздыгы аз жана террасалары кең. Эки өлчөмдүү нуклеациянын өсүшү 3C кристалл SiC (3C-SiC) пайда кылуу үчүн эпитакс процессинде оңой болот. 4H-SiC <0001> субстраттын бетине огунан тышкаркы кесүү аркылуу, жогорку тыгыздыктагы, тар терраса туурасы атомдук кадамдар киргизилиши мүмкүн жана адсорбцияланган прекурсор беттик диффузия аркылуу салыштырмалуу аз беттик энергия менен атомдук кадам абалына натыйжалуу жете алат. . Кадамда прекурсордун атом/молекулярдык топтун байланыш абалы уникалдуу, ошондуктан кадам агымынын өсүү режиминде эпитаксиалдык катмар ошол эле кристалл менен бир кристалл түзүү үчүн субстраттын Si-C кош атомдук катмарынын тизилишин эң сонун мурастай алат. субстрат катары фаза.
(2) Жогорку ылдамдыктагы эпитаксиалдык өсүш хлор камтыган кремний булагын киргизүү менен ишке ашат. Кадимки SiC химиялык буу тутумдарында силан жана пропан (же этилен) өсүштүн негизги булагы болуп саналат. Өсүү булагынын агымынын ылдамдыгын жогорулатуу аркылуу өсүү темпин жогорулатуу процессинде кремний компонентинин тең салмактуу жарым-жартылай басымы жогорулаган сайын, бир тектүү газ фазасынын нуклеациясы аркылуу кремний кластерлерин түзүү оңой, бул генерацияны пайдалануу ылдамдыгын олуттуу төмөндөтөт. кремний булагы. Кремний кластерлеринин пайда болушу эпитаксиалдык өсүү темпин жакшыртууну бир топ чектейт. Ошол эле учурда, кремний кластерлери кадам агымынын өсүшүн бузуп, дефект нуклеациясын жаратышы мүмкүн. Бир тектүү газ фазасынын нуклеациясын болтурбоо жана эпитаксиалдык өсүү темпин жогорулатуу үчүн, хлор негизиндеги кремний булактарын киргизүү азыркы учурда 4H-SiC эпитаксиалдык өсүш темпин жогорулатуунун негизги ыкмасы болуп саналат.
1,2 200 мм (8 дюйм) SiC эпитаксиалдык жабдуулар жана процесс шарттары
Бул документте сүрөттөлгөн эксперименттердин бардыгы 150/200 мм (6/8 дюйм) шайкеш монолиттүү горизонталдуу ысык дубал SiC эпитаксиалдык жабдыкта өз алдынча Кытай Электроника Технология Групп Корпорациясынын 48-Институту тарабынан иштелип чыккан. Эпитаксиалдык меш толугу менен автоматтык пластинкаларды жүктөө жана түшүрүүнү колдойт. 1-сүрөт эпитаксиалдык жабдуулардын реакциялык камерасынын ички түзүлүшүнүн схемалык схемасы. 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, реакция камерасынын сырткы дубалы суу менен муздатуучу катмары бар кварц коңгуроосу, ал эми коңгуроонун ички жагы жылуулук изоляциялоочу көмүртек кийизден, жогорку тазалыктагы жогорку температуралуу реакциялык камерадан турат. атайын графит көңдөйү, графиттик газда сүзүүчү айлануучу негиз ж. 1(b)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ташуучу газ, реакциялык газ жана допингдик газдын бардыгы пластинка бетинен горизонталдуу ламинардуу агымда реакция камерасынын өйдө жагына чейин реакция камерасынын ылдый жагына агып өтөт жана куйруктан чыгарылат. газ аягы. Вафлидеги ырааттуулукту камсыз кылуу үчүн абада калкып жүрүүчү база тарабынан жасалган пластинка процесстин жүрүшүндө ар дайым айланып турат.
Экспериментте колдонулган субстрат коммерциялык 150 мм, 200 мм (6 дюйм, 8 дюйм) <1120> багыты 4 ° өчүк бурч өткөргүч n-түрү 4H-SiC эки тараптуу жылмаланган SiC субстраты Shanxi Shuoke Crystal тарабынан өндүрүлгөн. Технологиялык экспериментте негизги өсүү булактары катары трихлоросилан (SiHCl3, TCS) жана этилен (C2H4) колдонулат, алардын арасында TCS жана C2H4 кремний булагы жана көмүртек булагы катары колдонулат, n- катары жогорку тазалыктагы азот (N2) колдонулат. типтеги допинг булагы, ал эми суутек (Н2) суюлтуу газы жана ташуучу газ катары колдонулат. Эпитаксиалдык процесстин температура диапазону 1 600 ~ 1 660 ℃, процесстин басымы 8 × 103 ~ 12 × 103 Па, H2 ташуучу газ агымынын ылдамдыгы 100 ~ 140 L/мин.
1.3 Эпитаксиалдык пластиналарды сыноо жана мүнөздөмө
Фурье инфракызыл спектрометри (жабдуу өндүрүүчү Thermalfisher, модели iS50) жана сымап зонду концентрациясын текшерүүчү (жабдыктарды чыгаруучу Semilab, модель 530L) эпитаксиалдык катмардын калыңдыгын жана допинг концентрациясын орточо жана бөлүштүрүүнү мүнөздөш үчүн колдонулган; эпитаксиалдык катмардагы ар бир чекиттин калыңдыгы жана допинг концентрациясы 5 мм четин алып салуу менен пластинанын борборунда 45° негизги таяныч четинин нормалдуу сызыгын кесип өткөн диаметр сызыгы боюнча чекиттерди алуу менен аныкталган. 150 мм пластинка үчүн бир диаметр сызыгынан 9 чекит алынган (эки диаметр бири-бирине перпендикуляр болгон), ал эми 200 мм пластинка үчүн 21 чекит алынган, 2-сүрөттө көрсөтүлгөн. Атомдук күч микроскобу (жабдык чыгаруучу) Bruker, модели Dimension Icon) эпитаксиалдык катмардын беттик тегиздигин сынап көрүү үчүн эпитаксиалдык пластинанын борбордук аянтында 30 мкм × 30 мкм аймактарды жана жээк аянтын (5 мм четин алып салуу) тандоо үчүн колдонулган; эпитаксиалдык катмардын кемчиликтери беттик кемтикти текшерүүчү (жабдуу өндүрүүчүсү China Electronics 3D сүрөтчүсү Кефэнхуадан келген радар сенсору (Марс 4410 pro модели) менен мүнөздөлгөн.
Посттун убактысы: 04-04-2024