Pašlaik SiC rūpniecība mainās no 150 mm (6 collas) uz 200 mm (8 collām). Lai apmierinātu neatliekamo pieprasījumu pēc liela izmēra, augstas kvalitātes SiC homoepitaksiālajām plāksnēm nozarē, 150mm un 200mm4H-SiC homoepitaksiālās vafelestika veiksmīgi sagatavoti uz vietējiem substrātiem, izmantojot neatkarīgi izstrādāto 200 mm SiC epitaksiālās augšanas iekārtu. Tika izstrādāts homoepitaksiālais process, kas piemērots 150 mm un 200 mm, kurā epitaksiālās augšanas ātrums var būt lielāks par 60 um/h. Lai gan atbilst ātrgaitas epitaksijai, epitaksiālās vafeles kvalitāte ir lieliska. Biezuma viendabīgums 150 mm un 200 mmSiC epitaksiālās vafelesvar kontrolēt 1,5% robežās, koncentrācijas vienmērīgums ir mazāks par 3%, nāvējošā defekta blīvums ir mazāks par 0,3 daļiņām/cm2, un epitaksiālās virsmas raupjuma vidējā kvadrātiskā Ra ir mazāka par 0,15 nm, un visi pamata procesa indikatori ir nozares progresīvais līmenis.
Silīcija karbīds (SiC)ir viens no trešās paaudzes pusvadītāju materiālu pārstāvjiem. Tam ir raksturīga augsta sabrukšanas lauka intensitāte, lieliska siltumvadītspēja, liels elektronu piesātinājuma novirzes ātrums un spēcīga starojuma pretestība. Tas ir ievērojami paplašinājis jaudas ierīču enerģijas apstrādes jaudu un var apmierināt nākamās paaudzes jaudas elektronisko iekārtu apkalpošanas prasības ierīcēm ar lielu jaudu, maziem izmēriem, augstu temperatūru, augstu starojumu un citiem ekstremāliem apstākļiem. Tas var samazināt vietu, samazināt enerģijas patēriņu un samazināt dzesēšanas prasības. Tas ir radījis revolucionāras izmaiņas jaunos enerģijas transportlīdzekļos, dzelzceļa transportā, viedajos tīklos un citās jomās. Tāpēc silīcija karbīda pusvadītāji ir atzīti par ideālu materiālu, kas vadīs nākamās paaudzes lieljaudas elektroniskās ierīces. Pēdējos gados, pateicoties valsts politikas atbalstam trešās paaudzes pusvadītāju nozares attīstībai, Ķīnā pamatā ir pabeigta 150 mm SiC ierīču ražošanas sistēmas izpēte, izstrāde un būvniecība, un rūpnieciskās ķēdes drošība būtībā ir garantēta. Tāpēc nozares uzmanības centrā pakāpeniski tiek pievērsta izmaksu kontrole un efektivitātes uzlabošana. Kā parādīts 1. tabulā, salīdzinot ar 150 mm, 200 mm SiC ir augstāks malu izmantošanas līmenis, un atsevišķu vafeļu mikroshēmu jaudu var palielināt aptuveni 1,8 reizes. Pēc tehnoloģijas nobriešanas vienas mikroshēmas ražošanas izmaksas var samazināt par 30%. 200 mm tehnoloģiskais sasniegums ir tiešs līdzeklis "izmaksu samazināšanai un efektivitātes paaugstināšanai", un tas ir arī galvenais, lai manas valsts pusvadītāju rūpniecība "darbotos paralēli" vai pat "vadītu".
Atšķiras no Si ierīces procesa,SiC pusvadītāju barošanas ierīcesvisi ir apstrādāti un sagatavoti, izmantojot epitaksiālos slāņus kā stūrakmeni. Epitaksiālās plāksnes ir būtiski SiC barošanas ierīču pamatmateriāli. Epitaksiālā slāņa kvalitāte tieši nosaka ierīces ražīgumu, un tā izmaksas veido 20% no mikroshēmas ražošanas izmaksām. Tāpēc epitaksiālā izaugsme ir būtiska starpposma saite SiC barošanas ierīcēs. Epitaksiskā procesa līmeņa augšējo robežu nosaka epitaksiālā iekārta. Pašlaik 150 mm SiC epitaksiālās iekārtas lokalizācijas pakāpe Ķīnā ir salīdzinoši augsta, taču kopējais 200 mm izkārtojums tajā pašā laikā atpaliek no starptautiskā līmeņa. Tāpēc, lai atrisinātu liela izmēra augstas kvalitātes epitaksiālo materiālu ražošanas neatliekamās vajadzības un sastrēgumu problēmas vietējās trešās paaudzes pusvadītāju nozares attīstībai, šajā rakstā ir sniegta informācija par 200 mm SiC epitaksiālo iekārtu, kas veiksmīgi izstrādāta manā valstī, un pēta epitaksiālo procesu. Optimizējot procesa parametrus, piemēram, procesa temperatūru, nesējgāzes plūsmas ātrumu, C/Si attiecību utt., koncentrācijas vienmērīgums <3%, biezuma nevienmērīgums <1,5%, raupjums Ra <0,2 nm un fatālo defektu blīvums <0,3 graudi /cm2 tiek iegūtas 150 mm un 200 mm SiC epitaksiālās vafeles ar neatkarīgi izstrādātu 200 mm silīcija karbīda epitaksiālo krāsni. Iekārtas procesa līmenis var apmierināt augstas kvalitātes SiC barošanas ierīces sagatavošanas vajadzības.
1 Eksperiments
1.1. PrincipsSiC epitaksiālsprocess
4H-SiC homoepitaksiālais augšanas process galvenokārt ietver 2 galvenos posmus, proti, 4H-SiC substrāta in situ kodināšanu augstā temperatūrā un homogēnu ķīmisko tvaiku pārklāšanas procesu. Substrāta in situ kodināšanas galvenais mērķis ir noņemt substrāta virsmas bojājumus pēc vafeļu pulēšanas, atlikušo pulēšanas šķidrumu, daļiņas un oksīda slāni, un ar kodināšanu uz pamatnes virsmas var izveidot regulāru atomu pakāpienu struktūru. In situ kodināšanu parasti veic ūdeņraža atmosfērā. Atbilstoši faktiskajām procesa prasībām var pievienot arī nelielu daudzumu palīggāzes, piemēram, hlorūdeņraža, propāna, etilēna vai silāna. In situ ūdeņraža kodināšanas temperatūra parasti ir virs 1 600 ℃, un kodināšanas procesa laikā reakcijas kameras spiediens parasti tiek kontrolēts zem 2 × 104 Pa.
Pēc tam, kad substrāta virsma ir aktivizēta ar in situ kodināšanu, tā nonāk augstas temperatūras ķīmiskajā tvaiku pārklāšanas procesā, tas ir, augšanas avotā (piemēram, etilēna/propāna, TCS/silāna), dopinga avotā (n-tipa dopinga avota slāpeklī). , p-tipa dopinga avots TMAl), un palīggāze, piemēram, hlorūdeņradis, tiek transportēta uz reakcijas kameru caur lielu nesējgāzes (parasti ūdeņraža) plūsmu. Pēc gāzes reakcijas augstas temperatūras reakcijas kamerā daļa prekursora ķīmiski reaģē un adsorbējas uz vafeles virsmas, un veidojas vienkristāla homogēns 4H-SiC epitaksiālais slānis ar noteiktu dopinga koncentrāciju, īpašu biezumu un augstāku kvalitāti. uz pamatnes virsmas, izmantojot vienkristāla 4H-SiC substrātu kā veidni. Pēc gadiem ilgas tehniskās izpētes 4H-SiC homoepitaksiālā tehnoloģija pamatā ir nobriedusi un tiek plaši izmantota rūpnieciskajā ražošanā. Pasaulē visplašāk izmantotajai 4H-SiC homoepitaksiālajai tehnoloģijai ir divas tipiskas īpašības:
(1) Izmantojot ārpusass (attiecībā pret <0001> kristāla plakni, virzienā uz <11-20> kristāla virzienu) slīpi griezuma substrātu kā veidni, tiek iegūts augstas tīrības pakāpes vienkristāla 4H-SiC epitaksiālais slānis bez piemaisījumiem. nogulsnējas uz substrāta pakāpeniskas plūsmas augšanas režīma veidā. Agrīnā 4H-SiC homoepitaksiālajā augšanā augšanai tika izmantots pozitīvs kristāla substrāts, tas ir, <0001> Si plakne. Atomu pakāpienu blīvums uz pozitīvā kristāla substrāta virsmas ir zems, un terases ir plašas. Epitaksijas procesa laikā ir viegli rasties divdimensiju kodolu veidošanās, veidojot 3C kristāla SiC (3C-SiC). Griežot ārpus ass, uz 4H-SiC <0001> substrāta virsmas var ievietot augsta blīvuma, šaura terases platuma atomu pakāpienus, un adsorbētais prekursors virsmas difūzijas ceļā var efektīvi sasniegt atoma pakāpiena pozīciju ar relatīvi zemu virsmas enerģiju. . Pakāpē prekursora atoma/molekulārās grupas savienojuma pozīcija ir unikāla, tāpēc soļu plūsmas augšanas režīmā epitaksiskais slānis var lieliski mantot substrāta Si-C dubultā atomu slāņa sakraušanas secību, veidojot monokristālu ar to pašu kristālu. fāze kā substrāts.
(2) Ātra epitaksiskā augšana tiek panākta, ieviešot hloru saturošu silīcija avotu. Parastās SiC ķīmiskās tvaiku pārklāšanas sistēmās silāns un propāns (vai etilēns) ir galvenie augšanas avoti. Augšanas ātruma palielināšanas procesā, palielinot augšanas avota plūsmas ātrumu, turpinot palielināties silīcija komponenta līdzsvara daļējam spiedienam, ir viegli veidot silīcija kopas ar homogēnu gāzes fāzes kodināšanu, kas ievērojami samazina silīcija komponenta izmantošanas ātrumu. silīcija avots. Silīcija kopu veidošanās ievērojami ierobežo epitaksiālās augšanas ātruma uzlabošanos. Tajā pašā laikā silīcija kopas var traucēt soļu plūsmas augšanu un izraisīt defektu veidošanos. Lai izvairītos no homogēnas gāzes fāzes kodolu veidošanās un palielinātu epitaksiālās augšanas ātrumu, uz hloru balstītu silīcija avotu ieviešana pašlaik ir galvenā metode, lai palielinātu 4H-SiC epitaksiālo augšanas ātrumu.
1,2 200 mm (8 collu) SiC epitaksiālās iekārtas un procesa apstākļi
Visi šajā rakstā aprakstītie eksperimenti tika veikti ar 150/200 mm (6/8 collu) saderīgu monolītu horizontālu karstās sienas SiC epitaksiālo aprīkojumu, ko neatkarīgi izstrādājis Ķīnas 48. Institūts Electronics Technology Group Corporation. Epitaksiālā krāsns atbalsta pilnībā automātisku vafeļu iekraušanu un izkraušanu. 1. attēlā ir shematiska epitaksiālās iekārtas reakcijas kameras iekšējās struktūras diagramma. Kā parādīts 1. attēlā, reakcijas kameras ārējā siena ir kvarca zvans ar ūdens dzesēšanas starpslāni, un zvana iekšpuse ir augstas temperatūras reakcijas kamera, kas sastāv no augstas tīrības pakāpes siltumizolācijas oglekļa filca. īpašs grafīta dobums, grafīta gāzē peldoša rotējoša pamatne u.c. Viss kvarca zvans ir pārklāts ar cilindrisku indukcijas spoli, un reakcijas kamera zvana iekšpusē tiek elektromagnētiski uzsildīta ar vidējas frekvences indukcijas barošanas avotu. Kā parādīts 1. (b) attēlā, nesējgāze, reakcijas gāze un dopinga gāze plūst caur vafeles virsmu horizontālā laminārā plūsmā no reakcijas kameras augšpus uz reakcijas kameras lejpus un tiek izvadīta no astes. gāzes gals. Lai nodrošinātu vafeles konsistenci, vafele, ko nes gaisa peldošā pamatne, procesa laikā vienmēr tiek pagriezta.
Eksperimentā izmantotais substrāts ir komerciāls 150 mm, 200 mm (6 collas, 8 collas) <1120> virziens 4° leņķī vadošs n-tipa 4H-SiC abpusējs pulēts SiC substrāts, ko ražo Shanxi Shuoke Crystal. Trihlorsilāns (SiHCl3, TCS) un etilēns (C2H4) tiek izmantoti kā galvenie augšanas avoti procesa eksperimentā, starp kuriem TCS un C2H4 tiek izmantoti attiecīgi kā silīcija avots un oglekļa avots, augstas tīrības pakāpes slāpeklis (N2) tiek izmantots kā n- tipa dopinga avotu, un ūdeņradi (H2) izmanto kā atšķaidīšanas gāzi un nesējgāzi. Epitaksiskā procesa temperatūras diapazons ir 1 600 ~ 1 660 ℃, procesa spiediens ir 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, un H2 nesējgāzes plūsmas ātrums ir 100 - 140 l/min.
1.3. Epitaksiālo plāksnīšu testēšana un raksturojums
Lai raksturotu epitaksiālā slāņa biezuma un dopinga koncentrācijas vidējo un sadalījumu, tika izmantots Furjē infrasarkanais spektrometrs (iekārtu ražotājs Thermalfisher, modelis iS50) un dzīvsudraba zondes koncentrācijas testeris (iekārtu ražotājs Semilab, modelis 530L); katra epitaksiskā slāņa punkta biezums un dopinga koncentrācija tika noteikta, ņemot punktus pa diametra līniju, kas krusto galvenās atskaites malas normālo līniju 45° leņķī vafeles centrā ar 5 mm malas noņemšanu. 150 mm plāksnītei pa viena diametra līniju tika ņemti 9 punkti (divi diametri bija viens otram perpendikulāri), bet 200 mm plāksnei tika ņemts 21 punkts, kā parādīts 2. attēlā. Atomu spēka mikroskops (iekārtu ražotājs Bruker, modeļa Dimension Icon) tika izmantots, lai atlasītu 30 μm × 30 μm apgabalus epitaksiālās vafeles centra zonā un malas laukumu (5 mm malu noņemšana), lai pārbaudītu epitaksiālā slāņa virsmas raupjumu; epitaksiskā slāņa defekti tika izmērīti, izmantojot virsmas defektu testeri (iekārtu ražotājs China Electronics 3D attēlveidotājs tika raksturots ar radara sensoru (modelis Mars 4410 pro) no Kefenghua.
Izlikšanas laiks: Sep-04-2024