सध्या, SiC उद्योग 150 मिमी (6 इंच) वरून 200 मिमी (8 इंच) पर्यंत बदलत आहे. उद्योगातील मोठ्या आकाराच्या, उच्च-गुणवत्तेच्या SiC homoepitaxial वेफर्सची तातडीची मागणी पूर्ण करण्यासाठी, 150 मिमी आणि 200 मि.मी.4H-SiC homoepitaxial wafersस्वतंत्रपणे विकसित 200mm SiC एपिटॅक्सियल ग्रोथ उपकरणे वापरून घरगुती सब्सट्रेट्सवर यशस्वीरित्या तयार केले गेले. 150mm आणि 200mm साठी योग्य असलेली homoepitaxial प्रक्रिया विकसित केली गेली, ज्यामध्ये एपिटॅक्सियल वाढीचा दर 60um/h पेक्षा जास्त असू शकतो. हाय-स्पीड एपिटॅक्सीची पूर्तता करताना, एपिटॅक्सियल वेफरची गुणवत्ता उत्कृष्ट आहे. 150 मिमी आणि 200 मिमी जाडीची एकसमानताSiC एपिटॅक्सियल वेफर्स1.5% च्या आत नियंत्रित केले जाऊ शकते, एकाग्रता एकसमानता 3% पेक्षा कमी आहे, घातक दोष घनता 0.3 कण/cm2 पेक्षा कमी आहे आणि एपिटॅक्सियल पृष्ठभाग खडबडीत मूळ वर्ग Ra 0.15nm पेक्षा कमी आहे आणि सर्व कोर प्रक्रिया निर्देशक आहेत उद्योगाची प्रगत पातळी.
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)तिसऱ्या पिढीतील सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या प्रतिनिधींपैकी एक आहे. यात उच्च विघटन क्षेत्र शक्ती, उत्कृष्ट थर्मल चालकता, मोठे इलेक्ट्रॉन संपृक्तता प्रवाह वेग आणि मजबूत रेडिएशन प्रतिरोध ही वैशिष्ट्ये आहेत. याने पॉवर उपकरणांच्या ऊर्जा प्रक्रिया क्षमतेचा मोठ्या प्रमाणात विस्तार केला आहे आणि उच्च शक्ती, लहान आकार, उच्च तापमान, उच्च रेडिएशन आणि इतर अत्यंत परिस्थिती असलेल्या उपकरणांसाठी पुढील पिढीच्या पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या सेवा आवश्यकता पूर्ण करू शकतात. हे जागा कमी करू शकते, वीज वापर कमी करू शकते आणि शीतलक आवश्यकता कमी करू शकते. याने नवीन ऊर्जा वाहने, रेल्वे वाहतूक, स्मार्ट ग्रिड आणि इतर क्षेत्रात क्रांतिकारक बदल घडवून आणले आहेत. त्यामुळे, सिलिकॉन कार्बाइड सेमीकंडक्टर हे आदर्श साहित्य म्हणून ओळखले गेले आहेत जे उच्च-पॉवर पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या पुढील पिढीचे नेतृत्व करेल. अलिकडच्या वर्षांत, तिसऱ्या पिढीच्या सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या विकासासाठी राष्ट्रीय धोरण समर्थनाबद्दल धन्यवाद, 150 मिमी SiC उपकरण उद्योग प्रणालीचे संशोधन आणि विकास आणि बांधकाम मुळात चीनमध्ये पूर्ण झाले आहे आणि औद्योगिक साखळीची सुरक्षितता वाढली आहे. मुळात हमी दिली आहे. त्यामुळे उद्योगाचे लक्ष हळूहळू खर्च नियंत्रण आणि कार्यक्षमता सुधारण्याकडे वळले आहे. तक्ता 1 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, 150 मिमीच्या तुलनेत, 200 मिमी SiC चा काठ वापरण्याचा दर जास्त आहे आणि सिंगल वेफर चिप्सचे आउटपुट सुमारे 1.8 पटीने वाढू शकते. तंत्रज्ञान परिपक्व झाल्यानंतर, सिंगल चिपचा उत्पादन खर्च 30% ने कमी केला जाऊ शकतो. 200 mm ची तांत्रिक प्रगती हे "खर्च कमी करणे आणि कार्यक्षमता वाढवणे" चे थेट साधन आहे आणि माझ्या देशाच्या सेमीकंडक्टर उद्योगासाठी "समांतर चालवणे" किंवा अगदी "लीड" करणे देखील महत्त्वाचे आहे.
Si उपकरण प्रक्रियेपेक्षा वेगळे,SiC सेमीकंडक्टर पॉवर उपकरणेसर्व प्रक्रिया आणि कोनशिला म्हणून एपिटॅक्सियल लेयरसह तयार केले जातात. एपिटॅक्सियल वेफर्स हे SiC पॉवर उपकरणांसाठी आवश्यक मूलभूत साहित्य आहेत. एपिटॅक्सियल लेयरची गुणवत्ता थेट डिव्हाइसचे उत्पन्न निर्धारित करते आणि त्याची किंमत चिप उत्पादन खर्चाच्या 20% आहे. म्हणून, एपिटॅक्सियल वाढ ही SiC पॉवर उपकरणांमध्ये एक आवश्यक मध्यवर्ती दुवा आहे. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेच्या पातळीची वरची मर्यादा एपिटॅक्सियल उपकरणांद्वारे निर्धारित केली जाते. सध्या, चीनमध्ये 150mm SiC epitaxial उपकरणांचे स्थानिकीकरण पदवी तुलनेने जास्त आहे, परंतु 200mm चे एकूण लेआउट त्याच वेळी आंतरराष्ट्रीय स्तरापेक्षा मागे आहे. त्यामुळे, देशांतर्गत तिसऱ्या पिढीतील अर्धसंवाहक उद्योगाच्या विकासासाठी मोठ्या आकाराच्या, उच्च-गुणवत्तेच्या एपिटॅक्सियल मटेरियल मॅन्युफॅक्चरिंगच्या तातडीच्या गरजा आणि अडथळ्यांच्या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, हा पेपर माझ्या देशात यशस्वीरित्या विकसित केलेल्या 200 मिमी SiC एपिटॅक्सियल उपकरणांचा परिचय करून देतो, आणि एपिटॅक्सियल प्रक्रियेचा अभ्यास करते. प्रक्रिया तापमान, वाहक वायू प्रवाह दर, C/Si गुणोत्तर इत्यादी प्रक्रिया मापदंड ऑप्टिमाइझ करून, एकाग्रता एकसमानता <3%, जाडी गैर-एकरूपता <1.5%, उग्रपणा Ra <0.2 nm आणि घातक दोष घनता <0.3 धान्य /cm2 चे 150 मिमी आणि 200 मिमी SiC एपिटॅक्सियल वेफर्स स्वतंत्रपणे विकसित केलेल्या 200 मिमी सिलिकॉन कार्बाइड एपिटॅक्सियल फर्नेससह मिळतात. उपकरणे प्रक्रिया पातळी उच्च-गुणवत्तेची SiC पॉवर उपकरण तयार करण्याच्या गरजा पूर्ण करू शकते.
1 प्रयोग
1.1 चे तत्वSiC epitaxialप्रक्रिया
4H-SiC homoepitaxial ग्रोथ प्रक्रियेमध्ये प्रामुख्याने 2 प्रमुख टप्पे समाविष्ट आहेत, म्हणजे, 4H-SiC सब्सट्रेटचे उच्च-तापमान इन-सिटू एचिंग आणि एकसंध रासायनिक वाफ जमा करण्याची प्रक्रिया. सब्सट्रेट इन-सिटू एचिंगचा मुख्य उद्देश म्हणजे वेफर पॉलिशिंग, रेसिड्यूअल पॉलिशिंग लिक्विड, कण आणि ऑक्साईड लेयर नंतर सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावरील नुकसान काढून टाकणे आणि कोरीव काम करून सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर नियमित अणु स्टेप स्ट्रक्चर तयार केले जाऊ शकते. इन-सीटू एचिंग सहसा हायड्रोजन वातावरणात केले जाते. वास्तविक प्रक्रियेच्या आवश्यकतांनुसार, हायड्रोजन क्लोराईड, प्रोपेन, इथिलीन किंवा सिलेन सारख्या थोड्या प्रमाणात सहायक वायू देखील जोडल्या जाऊ शकतात. इन-सिटू हायड्रोजन एचिंगचे तापमान साधारणपणे 1 600 ℃ पेक्षा जास्त असते आणि एचिंग प्रक्रियेदरम्यान रिॲक्शन चेंबरचा दाब सामान्यतः 2×104 Pa च्या खाली नियंत्रित केला जातो.
सब्सट्रेट पृष्ठभाग इन-सिटू एचिंगद्वारे सक्रिय झाल्यानंतर, ते उच्च-तापमान रासायनिक वाष्प जमा करण्याच्या प्रक्रियेत प्रवेश करते, म्हणजेच, वाढीचा स्रोत (जसे की इथिलीन/प्रोपेन, टीसीएस/सिलेन), डोपिंग स्त्रोत (एन-प्रकार डोपिंग स्त्रोत नायट्रोजन). , p-प्रकार डोपिंग स्रोत TMAL), आणि हायड्रोजन क्लोराईड सारखा सहायक वायू वाहक वायूच्या (सामान्यत: हायड्रोजन) मोठ्या प्रवाहाद्वारे प्रतिक्रिया कक्षात नेला जातो. उच्च-तापमान प्रतिक्रिया कक्षामध्ये वायूची प्रतिक्रिया झाल्यानंतर, पूर्ववर्ती भाग रासायनिक प्रतिक्रिया देतो आणि वेफर पृष्ठभागावर शोषून घेतो आणि विशिष्ट डोपिंग एकाग्रता, विशिष्ट जाडी आणि उच्च गुणवत्तेसह सिंगल-क्रिस्टल एकसंध 4H-SiC एपिटॅक्सियल थर तयार होतो. टेम्प्लेट म्हणून सिंगल-क्रिस्टल 4H-SiC सब्सट्रेट वापरून सब्सट्रेट पृष्ठभागावर. अनेक वर्षांच्या तांत्रिक शोधानंतर, 4H-SiC homoepitaxial तंत्रज्ञान मुळात परिपक्व झाले आहे आणि औद्योगिक उत्पादनात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. जगातील सर्वाधिक वापरल्या जाणाऱ्या 4H-SiC homoepitaxial तंत्रज्ञानाची दोन वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्ये आहेत:
(1) ऑफ-अक्ष (<0001> क्रिस्टल समतल, <11-20> क्रिस्टल दिशेच्या सापेक्ष) टेम्प्लेट म्हणून तिरकस कट सब्सट्रेट वापरणे, अशुद्धता नसलेला उच्च-शुद्धता सिंगल-क्रिस्टल 4H-SiC एपिटॅक्सियल लेयर आहे. स्टेप-फ्लो ग्रोथ मोडच्या स्वरूपात सब्सट्रेटवर जमा केले जाते. सुरुवातीच्या 4H-SiC homoepitaxial ग्रोथमध्ये पॉझिटिव्ह क्रिस्टल सब्सट्रेटचा वापर केला गेला, म्हणजेच <0001> Si प्लेन वाढीसाठी. पॉझिटिव्ह क्रिस्टल सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावरील अणू चरणांची घनता कमी आहे आणि टेरेस रुंद आहेत. द्विमितीय न्यूक्लिएशन वाढ 3C क्रिस्टल SiC (3C-SiC) तयार करण्यासाठी एपिटॅक्सी प्रक्रियेदरम्यान घडणे सोपे आहे. 4H-SiC <0001> सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर ऑफ-अक्ष कटिंग करून, उच्च-घनता, अरुंद टेरेस रुंदीच्या अणू पायऱ्यांचा परिचय करून दिला जाऊ शकतो आणि शोषलेला पूर्ववर्ती पृष्ठभागाच्या प्रसाराद्वारे तुलनेने कमी पृष्ठभागाच्या उर्जेसह अणू चरणाच्या स्थितीपर्यंत प्रभावीपणे पोहोचू शकतो. . पायरीवर, पूर्ववर्ती अणू/आण्विक गट बाँडिंग स्थिती अद्वितीय आहे, म्हणून स्टेप फ्लो ग्रोथ मोडमध्ये, एपिटॅक्सियल लेयर समान क्रिस्टलसह एक क्रिस्टल तयार करण्यासाठी सब्सट्रेटच्या Si-C दुहेरी अणू स्तर स्टॅकिंग क्रमाचा उत्तम प्रकारे वारसा मिळवू शकतो. सब्सट्रेट म्हणून टप्पा.
(2) क्लोरीनयुक्त सिलिकॉन स्त्रोताचा परिचय करून उच्च-गती एपिटॅक्सियल वाढ साध्य केली जाते. पारंपारिक SiC रासायनिक वाष्प निक्षेप प्रणालीमध्ये, सिलेन आणि प्रोपेन (किंवा इथिलीन) हे मुख्य वाढीचे स्रोत आहेत. वाढीच्या स्त्रोत प्रवाह दरात वाढ करून वाढीचा दर वाढविण्याच्या प्रक्रियेत, सिलिकॉन घटकाचा समतोल आंशिक दाब सतत वाढत असल्याने, एकसंध वायू फेज न्यूक्लिएशनद्वारे सिलिकॉन क्लस्टर्स तयार करणे सोपे होते, ज्यामुळे वायूचा वापर दर लक्षणीयरीत्या कमी होतो. सिलिकॉन स्रोत. सिलिकॉन क्लस्टर्सच्या निर्मितीमुळे एपिटॅक्सियल ग्रोथ रेटमध्ये सुधारणा मोठ्या प्रमाणात मर्यादित होते. त्याच वेळी, सिलिकॉन क्लस्टर्स स्टेप फ्लोच्या वाढीस अडथळा आणू शकतात आणि दोष न्यूक्लिएशन होऊ शकतात. एकसंध वायू फेज न्यूक्लिएशन टाळण्यासाठी आणि एपिटॅक्सियल वाढीचा दर वाढवण्यासाठी, क्लोरीन-आधारित सिलिकॉन स्त्रोतांचा परिचय सध्या 4H-SiC च्या एपिटॅक्सियल वाढीचा दर वाढवण्याची मुख्य पद्धत आहे.
1.2 200 मिमी (8-इंच) SiC एपिटॅक्सियल उपकरणे आणि प्रक्रिया परिस्थिती
या पेपरमध्ये वर्णन केलेले सर्व प्रयोग 150/200 mm (6/8-इंच) सुसंगत मोनोलिथिक क्षैतिज गरम भिंतीवर आयोजित केले गेले आहेत SiC epitaxial उपकरणे 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation ने स्वतंत्रपणे विकसित केले आहेत. एपिटॅक्सियल फर्नेस पूर्णपणे स्वयंचलित वेफर लोडिंग आणि अनलोडिंगला समर्थन देते. आकृती 1 एपिटॅक्सियल उपकरणाच्या प्रतिक्रिया कक्षाच्या अंतर्गत संरचनेचा एक योजनाबद्ध आकृती आहे. आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, प्रतिक्रिया कक्षाची बाहेरील भिंत ही वॉटर-कूल्ड इंटरलेयर असलेली क्वार्ट्ज बेल आहे आणि बेलच्या आतील बाजूस एक उच्च-तापमान प्रतिक्रिया कक्ष आहे, जो थर्मल इन्सुलेशन कार्बन फील्ड, उच्च-शुद्धतेने बनलेला आहे. विशेष ग्रेफाइट पोकळी, ग्रेफाइट गॅस-फ्लोटिंग रोटेटिंग बेस, इ. संपूर्ण क्वार्ट्ज बेल दंडगोलाकार इंडक्शन कॉइलने झाकलेली असते आणि बेलच्या आतील प्रतिक्रिया कक्ष मध्यम-फ्रिक्वेंसी इंडक्शन पॉवर सप्लायद्वारे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली गरम होते. आकृती 1 (b) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, वाहक वायू, अभिक्रिया वायू आणि डोपिंग वायू हे सर्व वेफरच्या पृष्ठभागावरून क्षैतिज लॅमिनार प्रवाहात अभिक्रिया कक्षाच्या वरच्या बाजूपासून प्रतिक्रिया कक्षाच्या डाउनस्ट्रीममध्ये वाहतात आणि शेपटातून बाहेर पडतात. गॅस समाप्त. वेफरमध्ये सुसंगतता सुनिश्चित करण्यासाठी, प्रक्रियेदरम्यान एअर फ्लोटिंग बेसद्वारे वाहून नेले जाणारे वेफर नेहमी फिरवले जाते.
प्रयोगात वापरलेला सब्सट्रेट हा व्यावसायिक 150 मिमी, 200 मिमी (6 इंच, 8 इंच) <1120> दिशा 4°ऑफ-एंगल कंडक्टिव्ह एन-टाइप 4H-SiC डबल-साइड पॉलिश SiC सब्सट्रेट आहे जो शांक्सी शूओके क्रिस्टलने उत्पादित केला आहे. ट्रायक्लोरोसिलेन (SiHCl3, TCS) आणि इथिलीन (C2H4) प्रक्रिया प्रयोगात मुख्य वाढीचे स्रोत म्हणून वापरले जातात, त्यापैकी TCS आणि C2H4 अनुक्रमे सिलिकॉन स्त्रोत आणि कार्बन स्त्रोत म्हणून वापरले जातात, उच्च-शुद्धता नायट्रोजन (N2) n- म्हणून वापरले जाते. प्रकार डोपिंग स्रोत, आणि हायड्रोजन (H2) सौम्य गॅस आणि वाहक वायू म्हणून वापरला जातो. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेची तापमान श्रेणी 1 600 ~ 1 660 ℃ आहे, प्रक्रियेचा दाब 8×103 ~ 12×103 Pa आहे आणि H2 वाहक वायू प्रवाह दर 100～140 L/min आहे.
1.3 एपिटॅक्सियल वेफर चाचणी आणि वैशिष्ट्यीकरण
फूरियर इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर (उपकरणे निर्माता थर्मलफिशर, मॉडेल iS50) आणि पारा प्रोब एकाग्रता परीक्षक (उपकरणे निर्माता सेमिलॅब, मॉडेल 530L) हे एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी आणि डोपिंग एकाग्रतेचे सरासरी आणि वितरण वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी वापरले गेले; एपिटॅक्सियल लेयरमधील प्रत्येक बिंदूची जाडी आणि डोपिंग एकाग्रता व्यास रेषेच्या बाजूने बिंदू घेऊन 5 मिमी किनार काढून टाकून वेफरच्या मध्यभागी 45° वर मुख्य संदर्भ काठाच्या सामान्य रेषेला छेदून निर्धारित केले जाते. 150 मिमी वेफरसाठी, एका व्यासाच्या रेषेसह 9 बिंदू घेतले गेले (दोन व्यास एकमेकांना लंब होते), आणि 200 मिमी वेफरसाठी, आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 21 गुण घेतले गेले. एक अणुशक्ती सूक्ष्मदर्शक (उपकरणे निर्माता ब्रुकर, मॉडेल डायमेंशन आयकॉन) मध्यभागी 30 μm×30 μm क्षेत्रे निवडण्यासाठी आणि एपिटॅक्सियल लेयरच्या पृष्ठभागाच्या खडबडीची चाचणी करण्यासाठी एपिटॅक्सियल वेफरचे किनारी क्षेत्र (5 मिमी धार काढणे) निवडण्यासाठी वापरले गेले; एपिटॅक्सियल लेयरचे दोष पृष्ठभाग दोष परीक्षक वापरून मोजले गेले (उपकरणे निर्माता चीन इलेक्ट्रॉनिक्स द 3D इमेजर केफेंगुआच्या रडार सेन्सर (मॉडेल मार्स 4410 प्रो) द्वारे वैशिष्ट्यीकृत केले गेले.
पोस्ट वेळ: सप्टेंबर-04-2024