De Moment transforméiert d'SiC Industrie vun 150 mm (6 Zoll) op 200 mm (8 Zoll). Fir déi dréngend Nofro fir grouss Gréisst, qualitativ héichwäerteg SiC homoepitaxial Waferen an der Industrie ze treffen, 150mm an 200mm4H-SiC homoepitaxial wafersgoufen erfollegräich op Haussubstrater virbereet mat der onofhängeger entwéckelter 200mm SiC epitaxialer Wuesstumsausrüstung. En homoepitaxialen Prozess gëeegent fir 150mm an 200mm gouf entwéckelt, an deem den epitaxialen Wuesstumsrate méi wéi 60um / h ka sinn. Wärend d'High-Speed-Epitaxie trefft, ass d'Epitaxial Waferqualitéit exzellent. D'Dicke Uniformitéit vun 150 mm an 200 mmSiC epitaxial wafersKann bannent 1,5% kontrolléiert ginn, d'Konzentratiounsuniformitéit ass manner wéi 3%, déi fatal Defektdicht ass manner wéi 0,3 Partikelen / cm2, an d'epitaxial Uewerflächrauhegkeet root mëttlerer Quadrat Ra ass manner wéi 0,15nm, an all Kärprozessindikatoren sinn um den fortgeschrattenen Niveau vun der Industrie.
Silicon Carbide (SiC)ass ee vun de Vertrieder vun der drëtter Generatioun semiconductor Materialien. Et huet d'Charakteristiken vun héich Decompte Feldkraaft, excellent thermesch Leit, grouss Elektronen Sättigung Drift Vitesse, a staark Stralung Resistenz. Et huet d'Energieveraarbechtungskapazitéit vu Kraaftapparaten erweidert a kann de Servicefuerderunge vun der nächster Generatioun vu Kraaftelektronesch Ausrüstung fir Apparater mat héijer Kraaft, klenger Gréisst, héijer Temperatur, héijer Stralung an aner extremen Konditiounen treffen. Et kann Plaz reduzéieren, Stroumverbrauch reduzéieren an Ofkillungsfuerderunge reduzéieren. Et huet revolutionär Ännerungen un nei Energie Gefierer, Schinnentransport, Smart Gitter an aner Felder bruecht. Dofir sinn Siliziumkarbid Halbleiteren als dat idealt Material unerkannt ginn, dat d'nächst Generatioun vu High-Power-Power-elektronesche Geräter féiert. An de leschte Joeren, dank der nationaler politescher Ënnerstëtzung fir d'Entwécklung vun der Drëtt-Generatioun Hallefleitindustrie, sinn d'Fuerschung an d'Entwécklung an d'Konstruktioun vum 150 mm SiC Apparatindustriesystem am Prinzip a China ofgeschloss, an d'Sécherheet vun der Industriekette huet war am Fong garantéiert. Dofir ass de Fokus vun der Industrie lues a lues op d'Käschtekontroll an d'Effizienzverbesserung verlagert. Wéi an der Tabell 1 gewisen, am Verglach zum 150 mm, huet 200 mm SiC e méi héije Randverbrauchsquote, an d'Ausgab vun eenzel Wafer Chips kann ëm ongeféier 1,8 Mol eropgesat ginn. Nodeems d'Technologie reift, kënnen d'Fabrikatiounskäschte vun engem eenzegen Chip ëm 30% reduzéiert ginn. Den technologeschen Duerchbroch vun 200 mm ass en direkten Mëttel fir "käschten ze reduzéieren an d'Effizienz ze erhéijen", an et ass och de Schlëssel fir d'Hallefleitindustrie vu mengem Land fir "parallel" oder souguer "Lead" ze lafen.
Anescht wéi de Si Apparat Prozess,SiC semiconductor Muecht Apparatersinn all veraarbecht a preparéiert mat epitaxiale Schichten als Ecksteen. Epitaxial Wafere si wesentlech Basismaterialien fir SiC Kraaftapparater. D'Qualitéit vun der epitaxialer Schicht bestëmmt direkt d'Ausbezuelung vum Apparat, a seng Käschte sinn 20% vun de Chipfabrikatiounskäschte. Dofir ass epitaxial Wuesstum eng wesentlech Zwëschenlink a SiC Kraaftapparater. Déi iewescht Grenz vum epitaxialen Prozessniveau gëtt duerch epitaxial Ausrüstung bestëmmt. Am Moment ass d'Lokalisatiounsgrad vun 150mm SiC epitaxial Ausrüstung a China relativ héich, awer de Gesamtlayout vun 200mm läit gläichzäiteg hannert dem internationale Niveau. Dofir, fir d'dréngend Bedierfnesser a Flaschenhalsproblemer vun der grousser Gréisst, qualitativ héichwäerteger epitaxialer Materialfabrikatioun fir d'Entwécklung vun der Heemecht Drëtt-Generatioun Hallefleitindustrie ze léisen, stellt dëse Pabeier d'200 mm SiC Epitaxial Ausrüstung vir, déi erfollegräich a mengem Land entwéckelt gouf, a studéiert den epitaxiale Prozess. Duerch d'Optimisatioun vun de Prozessparameter wéi Prozesstemperatur, Trägergasstroumrate, C/Si Verhältnis, asw., Konzentratiounsuniformitéit <3%, Dicke Net-Uniformitéit <1,5%, Rauh Ra <0,2 nm a fatal Defektdicht <0,3 Kären /cm2 vun 150 mm an 200 mm SiC epitaxial wafers mat onofhängeg entwéckelt 200 mm Silicon Carbide epitaxial Schmelzhäre kritt. Den Ausrüstungsprozessniveau kann d'Bedierfnesser vun der qualitativ héichwäerteger SiC Kraaftapparat Virbereedung treffen.
1 Experiment
1.1 Prinzip vunSiC epitaxialProzess
De 4H-SiC homoepitaxialen Wuesstumsprozess enthält haaptsächlech 2 Schlësselschrëtt, nämlech Héichtemperatur-in-situ Ätzen vum 4H-SiC-Substrat an homogene chemesche Dampdepositiounsprozess. Den Haaptzweck vum Substrat in-situ Ätzen ass den Ënnerflächleche Schued vum Substrat no der Waferpoléieren ze entfernen, Reschter Polierflëssegkeet, Partikelen an Oxidschicht, an eng regulär atomesch Schrëttstruktur kann op der Substratfläch duerch Ätzen geformt ginn. In-situ Ätzen gëtt normalerweis an enger Waasserstoffatmosphär duerchgefouert. No den eigentleche Prozessfuerderunge kann och eng kleng Quantitéit Hëllefsgas dobäigesat ginn, wéi Waasserstoffchlorid, Propan, Ethylen oder Silan. D'Temperatur vun der in-situ Waasserstoff Ässung ass allgemeng iwwer 1 600 ℃, an den Drock vun der Reaktiounskammer gëtt allgemeng ënner 2 × 104 Pa während dem Ätzprozess kontrolléiert.
Nodeems d'Substratfläch duerch In-situ Ätzen aktivéiert ass, trëtt se an den héijen Temperaturen chemeschen Dampdepositiounsprozess, dat heescht d'Wuessquell (wéi Ethylen / Propan, TCS / Silan), Dopingquell (N-Typ Dopingquell Stickstoff). , p-Typ Dopingquell TMAl), an Hëllefsgas wéi Waasserstoffchlorid ginn an d'Reaktiounskammer duerch e grousse Stroum vum Trägergas (normalerweis Waasserstoff) transportéiert. Nodeems de Gas an der Héichtemperaturreaktiounskammer reagéiert, reagéiert en Deel vum Virgänger chemesch an adsorbéiert op der Wafer Uewerfläch, an eng eenzegkristall homogen 4H-SiC epitaxial Schicht mat enger spezifescher Dopingkonzentratioun, spezifescher Dicke a méi héijer Qualitéit gëtt geformt. op der Substrat Uewerfläch benotzt den Eenkristall 4H-SiC Substrat als Schabloun. No Joere vun der technescher Exploratioun ass d'4H-SiC homoepitaxial Technologie am Fong reift a gëtt wäit an der industrieller Produktioun benotzt. Déi meescht verbreet 4H-SiC homoepitaxial Technologie op der Welt huet zwee typesch Charakteristiken:
(1) Mat engem Off-Achs (relativ zum <0001> Kristallfläch, a Richtung <11-20> Kristallrichtung) schräg geschniddene Substrat als Schabloun ass eng héichreineg Eenkristall 4H-SiC Epitaxialschicht ouni Gëftstoffer op de Substrat deposéiert a Form vu Schrëtt-Flow Wuesstumsmodus. Fréier 4H-SiC homoepitaxial Wuesstum benotzt e positiven Kristallsubstrat, dat heescht de <0001> Si Fliger fir Wuesstem. D'Dicht vun atomesche Schrëtt op der Uewerfläch vum positive Kristallsubstrat ass niddereg an d'Terrassen si breet. Zweedimensional Nukleatiounswuesstem ass einfach während dem Epitaxisprozess opzekommen fir 3C Kristall SiC (3C-SiC) ze bilden. Duerch Off-Achs Ausschneiden, héich Dicht, schmuel Terrassebreet atomesch Schrëtt kënnen op der Uewerfläch vum 4H-SiC <0001> Substrat agefouert ginn, an den adsorbéierte Virgänger kann effektiv d'Atomstufe Positioun mat relativ gerénger Uewerflächenergie duerch Uewerflächendiffusioun erreechen . Am Schrëtt ass d'Virgänger Atom / Molekulare Grupp Bindungspositioun eenzegaarteg, sou datt am Schrëtt Flow Wuesstumsmodus d'Epitaxialschicht perfekt d'Si-C duebel Atomschicht Stacking Sequenz vum Substrat ierwen fir en eenzege Kristall mam selwechte Kristall ze bilden Phase als Substrat.
(2) Héichgeschwindeg Epitaxialwachstum gëtt erreecht duerch d'Aféierung vun enger Chlorhaltege Siliziumquell. A konventionelle SiC chemesche Dampdepositiounssystemer sinn Silan a Propan (oder Ethylen) d'Haaptwuesstemquellen. Am Prozess vun der Erhéijung vum Wuesstumsquote duerch d'Erhéijung vun der Wuesstumsquelleflossrate, well de Gläichgewiicht Partielldrock vun der Siliziumkomponent weider eropgeet, ass et einfach Siliziumcluster ze bilden duerch homogen Gasphase Nukleatioun, wat d'Notzungsquote vun der Nukleatioun wesentlech reduzéiert. Silizium Quell. D'Bildung vu Siliciumcluster limitéiert d'Verbesserung vum epitaxiale Wuesstumsrate staark. Zur selwechter Zäit kënnen Siliziumcluster de Schrëttflosswachstum stéieren an defekt Nukleatioun verursaachen. Fir homogen Gasphase Nukleatioun ze vermeiden an den epitaxiale Wuesstumsrate z'erhéijen, ass d'Aféierung vu Chlor-baséiert Siliziumquellen am Moment d'Mainstream Method fir den epitaxialen Wuesstumsrate vun 4H-SiC ze erhéijen.
1,2 200 mm (8-Zoll) SiC epitaxial Equipement a Prozess Konditiounen
D'Experimenter an dësem Pabeier beschriwwe goufen all op engem 150/200 mm (6/8-Zoll) kompatibel monolithic horizontal waarm Mauer SiC epitaxial Ausrüstung gehaal onofhängeg vun der 48th Institut vun China Electronics Technology Group Corporation entwéckelt. Den epitaxialen Uewen ënnerstëtzt voll automatesch Wafer Luede an Ausluede. Figur 1 ass e schemateschen Diagramm vun der interner Struktur vun der Reaktiounskammer vun der epitaxialer Ausrüstung. Wéi an der Figur 1 gewisen, ass déi baussenzeg Mauer vun der Reaktiounskammer eng Quarzklack mat engem Waassergekillte Interlayer, an d'Innere vun der Klack ass eng Héichtemperaturreaktiounskammer, déi aus thermesch Isolatioun Kuelefilt besteet, héich Rengheet. speziell graphite Kavitéit, GRAPHITE Gas-floating Rotatiounsbasis, etc. D'Kammer an der Klack gëtt elektromagnetesch erhëtzt duerch eng mëttelfrequenz Induktiounsenergie. Wéi an der Figur 1 (b) gewisen, fléissen d'Trägergas, d'Reaktiounsgas an d'Dopinggas all duerch d'Waferoberfläche an engem horizontalen laminare Stroum vum Upstream vun der Reaktiounskammer bis zum Downstream vun der Reaktiounskammer a ginn aus dem Schwanz entlooss. Gas Enn. Fir d'Konsistenz an der Wafer ze garantéieren, gëtt de Wafer, deen vun der Loftschwiewende Basis gedroe gëtt, ëmmer wärend dem Prozess rotéiert.
De Substrat, deen am Experiment benotzt gëtt, ass e kommerziellen 150 mm, 200 mm (6 Zoll, 8 Zoll) <1120> Richtung 4 ° Off-Wénkel konduktiv n-Typ 4H-SiC duebelsäiteg poléiert SiC Substrat produzéiert vum Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilan (SiHCl3, TCS) an Ethylen (C2H4) ginn als Haaptwachstumsquellen am Prozessexperiment benotzt, dorënner TCS an C2H4 als Siliziumquell respektiv Kuelestoffquelle benotzt ginn, héichreinege Stickstoff (N2) gëtt als n- benotzt. Typ Doping Quell, a Waasserstoff (H2) gëtt als Verdünnungsgas an Trägergas benotzt. D'Temperaturberäich vum epitaxialen Prozess ass 1 600 ~ 1 660 ℃, de Prozessdrock ass 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, an den H2-Trägergasstroum ass 100 ~ 140 L / min.
1.3 Epitaxial Wafer Testen a Charakteriséierung
Fourier Infraroutspektrometer (Equipement Fabrikant beschwéiert Thermalfisher, Modell iS50) a Quecksëlwer Sonde Konzentratioun Tester (Ausrüstung Fabrikant beschwéiert Semilab, Modell 530L) goufen benotzt der Moyenne an Verdeelung vun epitaxial Layer deck an Doping Konzentratioun ze charakteriséieren; d'Dicke an d'Dopingkonzentratioun vun all Punkt an der epitaxialer Schicht goufen duerch Punkten laanscht den Duerchmiesserlinn festgeluecht, déi d'normale Linn vun der Haaptreferenzkant op 45 ° am Zentrum vun der Wafer mat 5 mm Randentfernung kräizt. Fir e 150 mm Wafer, goufen 9 Punkte laanscht eng eenzeg Duerchmiesser Linn geholl (zwee Duerchmiesser ware senkrecht openeen), a fir eng 200 mm Wafer goufen 21 Punkte geholl, wéi an der Figur 2. En Atomkraaftmikroskop (Ausrüstungshersteller) Bruker, Modell Dimensioun Icon) gouf benotzt fir 30 μm × 30 μm Beräicher am Zentrum an der Randberäich (5 mm Rand) ze wielen Entfernung) vun der epitaxialer Wafer fir d'Uewerflächrauheet vun der epitaxialer Schicht ze testen; d'Mängel vun der epitaxial Layer goufen mat engem Uewerfläch Defekt Tester gemooss (Ausrüstung Fabrikant beschwéiert China Electronics Den 3D Imager war vun engem Radar Sensor (Modell Mars 4410 pro) aus Kefenghua charakteriséiert.
Post Zäit: Sep-04-2024