Во моментов, SiC индустријата се трансформира од 150 mm (6 инчи) на 200 mm (8 инчи). Со цел да се задоволи итната побарувачка за големи, висококвалитетни SiC хомоепитаксијални наполитанки во индустријата, 150 mm и 200 mm4H-SiC хомоепитаксијални наполитанкибеа успешно подготвени на домашни подлоги со користење на независно развиена опрема за епитаксијален раст од 200 mm SiC. Беше развиен хомоепитаксијален процес погоден за 150mm и 200mm, во кој стапката на епитаксијален раст може да биде поголема од 60um/h. Додека ја исполнувате епитаксијата со голема брзина, квалитетот на епитаксијалната нафора е одличен. Дебелината униформност од 150 mm и 200 mmSiC епитаксијални наполитанкиможе да се контролира во рок од 1,5%, униформноста на концентрацијата е помала од 3%, густината на фаталниот дефект е помала од 0,3 честички/cm2, а коренот на грубоста на површината на епитаксијата, средниот квадрат Ra е помал од 0,15 nm, и сите основни индикатори на процесот се на напредното ниво на индустријата.
Силициум карбид (SiC)е еден од претставниците на полупроводничките материјали од третата генерација. Има карактеристики на висока јачина на полето за распаѓање, одлична топлинска спроводливост, голема брзина на нанос на заситеноста на електроните и силна отпорност на зрачење. Во голема мера го прошири капацитетот за обработка на енергија на енергетските уреди и може да ги исполни барањата за услуги на следната генерација на енергетска електронска опрема за уреди со голема моќност, мала големина, висока температура, високо зрачење и други екстремни услови. Може да го намали просторот, да ја намали потрошувачката на енергија и да ги намали барањата за ладење. Тој донесе револуционерни промени во новите енергетски возила, железничкиот транспорт, паметните мрежи и други области. Затоа, полупроводниците од силициум карбид станаа препознаени како идеален материјал што ќе ја предводи следната генерација електронски уреди со висока моќност. Во последниве години, благодарение на поддршката на националната политика за развојот на третата генерација полупроводничка индустрија, истражувањето и развојот и изградбата на системот за индустријата на уреди од 150 mm SiC беа во основа завршени во Кина, а безбедноста на индустрискиот синџир беше во основа загарантирана. Затоа, фокусот на индустријата постепено се префрли на контрола на трошоците и подобрување на ефикасноста. Како што е прикажано во Табела 1, во споредба со 150 mm, 200 mm SiC има повисока стапка на искористување на рабовите, а излезот на чиповите со единечни обланди може да се зголеми за околу 1,8 пати. Откако ќе созрее технологијата, трошоците за производство на еден чип може да се намалат за 30%. Технолошкиот пробив од 200 mm е директно средство за „намалување на трошоците и зголемување на ефикасноста“, а исто така е клучот за индустријата за полупроводници во мојата земја да „работи паралелно“ или дури „да води“.
Различно од процесот на уредот Si,Полупроводнички уреди за напојување на SiCсите се обработени и подготвени со епитаксијални слоеви како камен-темелник. Епитаксијалните наполитанки се основни основни материјали за уредите за напојување на SiC. Квалитетот на епитаксијалниот слој директно го одредува приносот на уредот, а неговата цена изнесува 20% од трошоците за производство на чипови. Затоа, епитаксијалниот раст е суштинска средна врска во уредите за моќност на SiC. Горната граница на нивото на епитаксијалниот процес се одредува со епитаксијална опрема. Во моментов, степенот на локализација на епитаксијалната опрема од 150 mm SiC во Кина е релативно висок, но целокупниот распоред од 200 mm заостанува зад меѓународното ниво во исто време. Затоа, со цел да се решат итните потреби и проблемите со тесно грло за производство на големи, висококвалитетни епитаксијални материјали за развој на домашната трета генерација полупроводничка индустрија, овој труд ја воведува епитаксиалната опрема од 200 mm SiC успешно развиена во мојата земја. и го проучува епитаксијалниот процес. Со оптимизирање на параметрите на процесот како што се температурата на процесот, брзината на проток на гас-носител, односот C/Si итн., униформноста на концентрацијата <3%, дебелината нееднаквоста <1,5%, грубоста Ra <0,2 nm и густината на фаталниот дефект <0,3 зрна /cm2 од 150 mm и 200 mm SiC епитаксијални наполитанки со независно развиен силициум карбид од 200 mm се добиваат епиаксијална печка. Нивото на процесот на опрема може да ги задоволи потребите за висококвалитетна подготовка на уреди за моќност на SiC.
1 Експеримент
1.1 Принцип наSiC епитаксијаленпроцес
Процесот на хомоепитаксијален раст 4H-SiC главно вклучува 2 клучни чекори, имено, високотемпературно офортување на подлогата 4H-SiC и хомоген процес на хемиско таложење на пареа. Главната цел на ин-situ офортувањето на подлогата е да се отстрани подповршинското оштетување на подлогата по полирање на нафора, преостаната течност за полирање, честички и оксиден слој, а на површината на подлогата со офорт може да се формира редовна структура на атомски чекор. Ин-situ офорт обично се врши во водородна атмосфера. Според вистинските барања на процесот, може да се додаде и мала количина на помошен гас, како што се водород хлорид, пропан, етилен или силиан. Температурата на in-situ водородното офорт е генерално над 1600 ℃, а притисокот на комората за реакција генерално се контролира под 2×104 Pa за време на процесот на офорт.
Откако површината на подлогата се активира со ин-situ офорт, таа влегува во процесот на високотемпературно таложење на хемиска пареа, односно во изворот на раст (како што се етилен/пропан, TCS/силан), извор на допинг (n-тип на допинг извор азот , извор на допинг од тип р, TMAl), и помошен гас како што е водород хлорид се транспортираат до комората за реакција преку голем проток на носач гас (обично водород). Откако гасот реагира во комората за реакција со висока температура, дел од претходникот реагира хемиски и се адсорбира на површината на обланда, и се формира еднокристален хомоген епитаксијален слој 4H-SiC со специфична концентрација на допинг, специфична дебелина и повисок квалитет. на површината на подлогата користејќи ја еднокристалната 4H-SiC подлога како шаблон. По долгогодишно техничко истражување, хомоепитаксијалната технологија 4H-SiC во основа созрева и широко се користи во индустриското производство. Најшироко користената хомоепитаксијална технологија 4H-SiC во светот има две типични карактеристики:
(1) Користејќи отсечена подлога надвор од оската (во однос на кристалната рамнина <0001>, кон кристалната насока <11-20>) косо исечена подлога како шаблон, епитаксијален слој со висока чистота 4H-SiC без нечистотии е депонирани на подлогата во форма на режим на раст со чекор-проток. Раниот хомоепитаксијален раст на 4H-SiC користел позитивен кристален супстрат, односно <0001> Si рамнина за раст. Густината на атомските чекори на површината на позитивниот кристален супстрат е мала, а терасите се широки. Дводимензионалниот раст на нуклеацијата е лесно да се случи за време на процесот на епитаксијата за да се формира 3C кристален SiC (3C-SiC). Со сечење надвор од оската, атомските скалила со висока густина и тесна ширина на терасата може да се воведат на површината на подлогата 4H-SiC <0001>, а адсорбираниот претходник може ефективно да ја достигне положбата на атомскиот чекор со релативно ниска површинска енергија преку дифузија на површината . На чекорот, позицијата за поврзување на претходник атом/молекуларна група е единствена, така што во режимот на раст на протокот во чекор, епитаксијалниот слој може совршено да ја наследи секвенцата на натрупување двоен атомски слој Si-C на подлогата за да формира еден кристал со истиот кристал. фаза како подлога.
(2) Епитаксијалниот раст со голема брзина се постигнува со воведување на извор на силициум што содржи хлор. Во конвенционалните системи за таложење на хемиска пареа на SiC, силинот и пропанот (или етиленот) се главните извори на раст. Во процесот на зголемување на стапката на раст преку зголемување на стапката на проток на изворот на раст, бидејќи парцијалниот рамнотежен притисок на силициумската компонента продолжува да се зголемува, лесно е да се формираат силиконски кластери со хомогена нуклеација на гасна фаза, што значително ја намалува стапката на искористеност на извор на силикон. Формирањето силиконски кластери во голема мера го ограничува подобрувањето на епитаксиалната стапка на раст. Во исто време, силиконските кластери можат да го нарушат растот на протокот во чекор и да предизвикаат нуклеација на дефекти. Со цел да се избегне хомогена нуклеација на гасната фаза и да се зголеми стапката на епитаксијален раст, воведувањето на силициумски извори базирани на хлор во моментов е мејнстрим метод за зголемување на стапката на епитаксијален раст на 4H-SiC.
1,2 200 mm (8-инчи) SiC епитаксијална опрема и услови на процесот
Експериментите опишани во овој труд сите беа спроведени на 150/200 mm (6/8-инчи) компатибилна монолитна SiC епитаксијална опрема со хоризонтален топол ѕид, независно развиена од 48-от Институт за кинеска електронска технолошка групација. Епитаксијалната печка поддржува целосно автоматско полнење и растоварување на нафора. Слика 1 е шематски дијаграм на внатрешната структура на комората за реакција на епитаксијалната опрема. Како што е прикажано на слика 1, надворешниот ѕид на комората за реакција е кварцно ѕвоно со меѓуслој што се лади со вода, а внатрешноста на ѕвоното е комора за реакција со висока температура, која е составена од термоизолациски јаглероден филц, со висока чистота. специјална графитна празнина, графитна ротирачка основа што лебди со гас, итн. Целото кварцно ѕвоно е покриено со цилиндрична индукциска намотка, а комората за реакција во внатрешноста на ѕвончето електромагнетно се загрева со индукциско напојување со средна фреквенција. Како што е прикажано на Слика 1 (б), носачкиот гас, реакциониот гас и допинг гасот течат низ површината на обланда во хоризонтален ламинарен проток од возводно на комората за реакција до низводно од комората за реакција и се испуштаат од опашката гасен крај. За да се обезбеди конзистентност во нафората, обландата што ја носи воздушната лебдечка основа секогаш се ротира во текот на процесот.
Подлогата што се користеше во експериментот е комерцијална 150 mm, 200 mm (6 инчи, 8 инчи) <1120> правец 4° надвор од аголот спроводлив n-тип 4H-SiC двострана полиран SiC подлога произведена од Shanxi Shuoke Crystal. Трихлоросилан (SiHCl3, TCS) и етилен (C2H4) се користат како главни извори на раст во процесот на експеримент, меѓу кои TCS и C2H4 се користат како извор на силициум и извор на јаглерод соодветно, азот со висока чистота (N2) се користи како n- тип извор на допинг, а водородот (H2) се користи како гас за разредување и гас-носител. Температурниот опсег на епитаксијалниот процес е 1 600 ~ 1 660 ℃, притисокот на процесот е 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, а брзината на проток на гас-носител H2 е 100 ~ 140 L / мин.
1.3 Епитаксијално тестирање и карактеризација на нафора
Фуриеовиот инфрацрвен спектрометар (производител на опрема Thermalfisher, модел iS50) и тестер за концентрација на жива сонда (производител на опрема Semilab, модел 530L) беа користени за карактеризирање на средната вредност и распределбата на дебелината на епитаксијалниот слој и концентрацијата на допинг; дебелината и концентрацијата на допинг на секоја точка во епитаксијалниот слој беа одредени со земање точки долж линијата на дијаметар што ја пресекува нормалната линија на главниот референтен раб на 45° во центарот на обландата со отстранување на рабовите од 5 mm. За обланда од 150 mm, земени се 9 точки по линија со еден дијаметар (два дијаметри беа нормални еден на друг), а за нафора од 200 mm, земени се 21 точка, како што е прикажано на слика 2. Микроскоп со атомска сила (производител на опремата Bruker, модел Dimension Icon) се користеше за избор на области од 30 μm×30 μm во средишната област и областа на рабовите (отстранување на рабовите од 5 mm) на епитаксијална нафора за тестирање на површинската грубост на епитаксијалниот слој; дефектите на епитаксијалниот слој беа измерени со помош на тестер за површински дефекти (производител на опрема China Electronics 3D-сликарот се карактеризираше со радарски сензор (модел Mars 4410 pro) од Kefenghua.
Време на објавување: Сеп-04-2024 година