Bħalissa, l-industrija tas-SiC qed tittrasforma minn 150 mm (6 pulzieri) għal 200 mm (8 pulzieri). Sabiex tissodisfa d-domanda urġenti għal wejfers omoepitaxjali SiC ta 'daqs kbir u ta' kwalità għolja fl-industrija, 150mm u 200mmWejfers omoepitaxjali 4H-SiCġew ippreparati b'suċċess fuq sottostrati domestiċi bl-użu ta 'tagħmir ta' tkabbir epitassjali ta '200mm SiC żviluppat b'mod indipendenti. Ġie żviluppat proċess omoepitaxjali adattat għal 150mm u 200mm, li fih ir-rata ta 'tkabbir epitassjali tista' tkun akbar minn 60um/h. Filwaqt li tissodisfa l-epitassija b'veloċità għolja, il-kwalità tal-wejfer epitassjali hija eċċellenti. L-uniformità tal-ħxuna ta '150 mm u 200 mmWejfers epitassjali SiCjista 'jiġi kkontrollat fi żmien 1.5%, l-uniformità tal-konċentrazzjoni hija inqas minn 3%, id-densità tad-difett fatali hija inqas minn 0.3 partiċelli / ċm2, u l-għerq tal-ħruxija tal-wiċċ epitassjali kwadru medju Ra huwa inqas minn 0.15nm, u l-indikaturi kollha tal-proċess tal-qalba huma f' il-livell avvanzat tal-industrija.
Karbur tas-Silikon (SiC)huwa wieħed mir-rappreżentanti tal-materjali semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni. Għandu l-karatteristiċi ta 'qawwa għolja tal-kamp ta' tqassim, konduttività termali eċċellenti, veloċità kbira ta 'drift ta' saturazzjoni ta 'elettroni, u reżistenza qawwija għar-radjazzjoni. Espandiet ħafna l-kapaċità tal-ipproċessar tal-enerġija tal-apparati tal-enerġija u tista 'tissodisfa r-rekwiżiti tas-servizz tal-ġenerazzjoni li jmiss ta' tagħmir elettroniku tal-enerġija għal apparati b'qawwa għolja, daqs żgħir, temperatura għolja, radjazzjoni għolja u kundizzjonijiet estremi oħra. Jista 'jnaqqas l-ispazju, inaqqas il-konsum tal-enerġija u jnaqqas ir-rekwiżiti tat-tkessiħ. Ġab bidliet rivoluzzjonarji għal vetturi tal-enerġija ġodda, trasport bil-ferrovija, grids intelliġenti u oqsma oħra. Għalhekk, is-semikondutturi tal-karbur tas-silikon saru rikonoxxuti bħala l-materjal ideali li se jwassal il-ġenerazzjoni li jmiss ta 'apparat elettroniku ta' qawwa għolja. F'dawn l-aħħar snin, grazzi għall-appoġġ tal-politika nazzjonali għall-iżvilupp tal-industrija tas-semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni, ir-riċerka u l-iżvilupp u l-kostruzzjoni tas-sistema tal-industrija tal-apparat SiC 150 mm bażikament tlestew fiċ-Ċina, u s-sigurtà tal-katina industrijali għandha bażikament ġie garantit. Għalhekk, il-fokus tal-industrija nbidel gradwalment għall-kontroll tal-ispejjeż u t-titjib tal-effiċjenza. Kif muri fit-Tabella 1, meta mqabbel ma '150 mm, 200 mm SiC għandu rata ogħla ta' utilizzazzjoni tat-tarf, u l-output ta 'ċipep wafer wieħed jista' jiżdied b'madwar 1.8 darbiet. Wara li t-teknoloġija timmatura, l-ispiża tal-manifattura ta 'ċippa waħda tista' titnaqqas bi 30%. L-avvanz teknoloġiku ta '200 mm huwa mezz dirett ta' "tnaqqis tal-ispejjeż u żieda fl-effiċjenza", u huwa wkoll iċ-ċavetta għall-industrija tas-semikondutturi ta 'pajjiżi biex "taħdem parallel" jew saħansitra "tmexxi".
Differenti mill-proċess tat-tagħmir Si,Apparat tal-qawwa tas-semikondutturi SiChuma kollha pproċessati u ppreparati b'saffi epitassjali bħala l-pedament. Il-wejfers epitassjali huma materjali bażiċi essenzjali għall-apparati tal-enerġija SiC. Il-kwalità tas-saff epitassjali tiddetermina direttament ir-rendiment tal-apparat, u l-ispiża tiegħu tammonta għal 20% tal-ispiża tal-manifattura taċ-ċippa. Għalhekk, it-tkabbir epitassjali huwa rabta intermedja essenzjali fl-apparati tal-enerġija SiC. Il-limitu ta 'fuq tal-livell tal-proċess epitassjali huwa determinat minn tagħmir epitassjali. Fil-preżent, il-grad ta 'lokalizzazzjoni ta' tagħmir epitassjali ta '150mm SiC fiċ-Ċina huwa relattivament għoli, iżda t-tqassim ġenerali ta' 200mm jibqa 'wara l-livell internazzjonali fl-istess ħin. Għalhekk, sabiex issolvi l-bżonnijiet urġenti u l-problemi ta 'konġestjoni ta' manifattura ta 'materjal epitassjali ta' daqs kbir u ta 'kwalità għolja għall-iżvilupp tal-industrija domestika tas-semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni, dan id-dokument jintroduċi t-tagħmir epitassjali ta' 200 mm SiC żviluppat b'suċċess f'pajjiżi, u jistudja l-proċess epitassjali. Billi jottimizzaw il-parametri tal-proċess bħal temperatura tal-proċess, rata tal-fluss tal-gass trasportatur, proporzjon C/Si, eċċ., L-uniformità tal-konċentrazzjoni <3%, ħxuna mhux uniformità <1.5%, ħruxija Ra <0.2 nm u densità ta 'difett fatali <0.3 qmuħ /cm2 ta 'wejfers epitassjali SiC ta' 150 mm u 200 mm b'forn epitasssjali tal-karbur tas-silikon ta '200 mm żviluppat b'mod indipendenti huma miksuba. Il-livell tal-proċess tat-tagħmir jista 'jissodisfa l-ħtiġijiet ta' preparazzjoni ta 'apparat ta' enerġija SiC ta 'kwalità għolja.
1 Esperiment
1.1 Prinċipju ta'SiC epitassjaliproċess
Il-proċess ta 'tkabbir omoepitaxjali 4H-SiC jinkludi prinċipalment 2 passi ewlenin, jiġifieri, inċiżjoni fil-post b'temperatura għolja ta' sottostrat 4H-SiC u proċess ta 'depożizzjoni tal-fwar kimiku omoġenju. L-għan ewlieni tal-inċiżjoni in-situ tas-sottostrat huwa li tneħħi l-ħsara ta 'taħt il-wiċċ tas-sottostrat wara l-illustrar tal-wejfer, likwidu tal-illustrar residwu, partiċelli u saff ta' ossidu, u struttura ta 'pass atomiku regolari tista' tiġi ffurmata fuq il-wiċċ tas-sottostrat bl-inċiżjoni. L-inċiżjoni fil-post ġeneralment titwettaq f'atmosfera ta 'idroġenu. Skont ir-rekwiżiti attwali tal-proċess, jista 'jiġi miżjud ukoll ammont żgħir ta' gass awżiljarju, bħal klorur tal-idroġenu, propan, etilene jew silan. It-temperatura tal-inċiżjoni tal-idroġenu in-situ hija ġeneralment ogħla minn 1 600 ℃, u l-pressjoni tal-kamra tar-reazzjoni hija ġeneralment ikkontrollata taħt 2 × 104 Pa matul il-proċess tal-inċiżjoni.
Wara li l-wiċċ tas-sottostrat jiġi attivat permezz ta 'inċiżjoni in-situ, jidħol fil-proċess ta' depożizzjoni tal-fwar kimiku b'temperatura għolja, jiġifieri, is-sors tat-tkabbir (bħal etilene/propan, TCS/silan), sors tad-doping (nitroġenu sors tad-doping tat-tip n , sors ta 'doping tat-tip p TMAl), u gass awżiljarju bħall-klorur tal-idroġenu huma ttrasportati lejn il-kamra tar-reazzjoni permezz ta' fluss kbir ta 'gass trasportatur (ġeneralment idroġenu). Wara li l-gass jirreaġixxi fil-kamra tar-reazzjoni b'temperatura għolja, parti mill-prekursur jirreaġixxi kimikament u jassorbi fuq il-wiċċ tal-wejfer, u jiġi ffurmat saff epitassjali 4H-SiC omoġenju ta 'kristall wieħed b'konċentrazzjoni speċifika ta' doping, ħxuna speċifika u kwalità ogħla. fuq il-wiċċ tas-sottostrat billi tuża s-sottostrat 4H-SiC ta 'kristall wieħed bħala mudell. Wara snin ta 'esplorazzjoni teknika, it-teknoloġija omoepitaxjali 4H-SiC bażikament immaturat u tintuża ħafna fil-produzzjoni industrijali. It-teknoloġija omoepitaxjali 4H-SiC l-aktar użata fid-dinja għandha żewġ karatteristiċi tipiċi:
(1) Bl-użu ta 'off-axis (relattivament mal-pjan tal-kristall <0001>, lejn id-direzzjoni tal-kristall <11-20>) sottostrat maqtugħ oblikwu bħala mudell, saff epitassjali ta' kristall wieħed ta 'purità għolja 4H-SiC mingħajr impuritajiet huwa iddepożitat fuq is-sottostrat fil-forma ta 'mod ta' tkabbir pass-flow. It-tkabbir omoepitaxjali bikri 4H-SiC uża substrat tal-kristall pożittiv, jiġifieri, il-pjan <0001> Si għat-tkabbir. Id-densità tal-passi atomiċi fuq il-wiċċ tas-sottostrat tal-kristall pożittiv hija baxxa u t-terrazzin huma wesgħin. It-tkabbir ta 'nukleazzjoni bidimensjonali huwa faċli li jseħħ matul il-proċess ta' epitaxy biex jifforma 3C kristall SiC (3C-SiC). Permezz ta 'qtugħ barra l-assi, passi atomiċi ta' densità għolja u dejqa ta 'terrazzin jistgħu jiġu introdotti fuq il-wiċċ tas-sottostrat 4H-SiC <0001>, u l-prekursur adsorbit jista' effettivament jilħaq il-pożizzjoni tal-pass atomiku b'enerġija tal-wiċċ relattivament baxxa permezz tad-diffużjoni tal-wiċċ . Fil-pass, il-pożizzjoni tat-twaħħil ta 'l-atomu/grupp molekulari tal-prekursur hija unika, għalhekk fil-mod ta' tkabbir tal-fluss pass, is-saff epitassjali jista 'jiret perfettament is-sekwenza ta' stivar ta 'saff atomiku doppju Si-C tas-sottostrat biex jifforma kristall wieħed bl-istess kristall fażi bħala s-sottostrat.
(2) It-tkabbir epitassjali b'veloċità għolja jinkiseb bl-introduzzjoni ta 'sors tas-silikon li fih il-kloru. F'sistemi ta 'depożizzjoni tal-fwar kimiku SiC konvenzjonali, silane u propan (jew etilene) huma s-sorsi ewlenin tat-tkabbir. Fil-proċess li tiżdied ir-rata tat-tkabbir billi tiżdied ir-rata tal-fluss tas-sors tat-tkabbir, peress li l-pressjoni parzjali tal-ekwilibriju tal-komponent tas-silikon tkompli tiżdied, huwa faċli li jiġu ffurmati gruppi tas-silikon permezz ta 'nukleazzjoni omoġenja tal-fażi tal-gass, li tnaqqas b'mod sinifikanti r-rata ta' utilizzazzjoni tal- sors tas-silikon. Il-formazzjoni ta 'clusters tas-silikon tillimita ħafna t-titjib tar-rata tat-tkabbir epitassjali. Fl-istess ħin, clusters tas-silikon jistgħu jiddisturbaw it-tkabbir tal-fluss tal-pass u jikkawżaw nukleazzjoni ta 'difett. Sabiex tiġi evitata n-nukleazzjoni tal-fażi tal-gass omoġenja u tiżdied ir-rata ta 'tkabbir epitassjali, l-introduzzjoni ta' sorsi tas-silikon ibbażati fuq il-kloru bħalissa hija l-metodu mainstream biex tiżdied ir-rata ta 'tkabbir epitassjali ta' 4H-SiC.
1.2 Tagħmir epitassjali SiC 200 mm (8 pulzieri) u kundizzjonijiet tal-proċess
L-esperimenti deskritti f'dan id-dokument twettqu kollha fuq tagħmir epitassjali SiC ta 'ħajt sħun orizzontali monolitiku kompatibbli ta' 150/200 mm (6/8 pulzieri) żviluppat b'mod indipendenti mit-48 Istitut taċ-Ċina Electronics Technology Group Corporation. Il-forn epitassjali jappoġġja t-tagħbija u l-ħatt tal-wejfers kompletament awtomatiċi. Il-Figura 1 hija dijagramma skematika tal-istruttura interna tal-kamra tar-reazzjoni tat-tagħmir epitassjali. Kif muri fil-Figura 1, il-ħajt ta 'barra tal-kamra tar-reazzjoni huwa qanpiena tal-kwarz b'saff ta' bejn is-saff imkessaħ bl-ilma, u l-parti ta 'ġewwa tal-qanpiena hija kamra ta' reazzjoni b'temperatura għolja, li hija magħmula minn feltru tal-karbonju ta 'insulazzjoni termali, purità għolja kavità speċjali tal-grafita, bażi li ddur li tgħolli f'wiċċ l-ilma tal-grafita, eċċ Il-qanpiena kollha tal-kwarz hija mgħottija b'kolja ta 'induzzjoni ċilindrika, u r-reazzjoni kamra ġewwa l-qanpiena hija msaħħna elettromanjetikament minn provvista ta 'enerġija ta' induzzjoni ta 'frekwenza medja. Kif muri fil-Figura 1 (b), il-gass trasportatur, il-gass tar-reazzjoni, u l-gass tad-doping kollha jgħaddu mill-wiċċ tal-wejfer fi fluss laminari orizzontali minn fuq il-kamra tar-reazzjoni għal isfel tal-kamra tar-reazzjoni u huma skarikati mid-denb. tarf tal-gass. Biex tiġi żgurata l-konsistenza fi ħdan il-wejfer, il-wejfer li jinġarr mill-bażi li jżomm f'wiċċ l-ilma huwa dejjem imdawwar matul il-proċess.
Is-sottostrat użat fl-esperiment huwa kummerċjali 150 mm, 200 mm (6 pulzieri, 8 pulzieri) <1120> direzzjoni 4°off-angle konduttiv n-tip 4H-SiC sottostrat SiC illustrat b'żewġ naħat prodott minn Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) u etilene (C2H4) huma użati bħala s-sorsi ewlenin tat-tkabbir fl-esperiment tal-proċess, fosthom TCS u C2H4 huma użati bħala sors tas-silikon u sors tal-karbonju rispettivament, nitroġenu ta 'purità għolja (N2) jintuża bħala n- sors tad-doping tat-tip, u l-idroġenu (H2) jintuża bħala gass tad-dilwizzjoni u gass trasportatur. Il-firxa tat-temperatura tal-proċess epitassjali hija 1 600 ~ 1 660 ℃, il-pressjoni tal-proċess hija 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, u r-rata tal-fluss tal-gass trasportatur H2 hija 100 ~ 140 L/min.
1.3 Ittestjar u karatterizzazzjoni tal-wejfer epitassjali
Spettrometru infra-aħmar Fourier (manifattur tat-tagħmir Thermalfisher, mudell iS50) u tester tal-konċentrazzjoni tas-sonda tal-merkurju (manifattur tat-tagħmir Semilab, mudell 530L) intużaw biex jikkaratterizzaw il-medja u d-distribuzzjoni tal-ħxuna tas-saff epitassjali u l-konċentrazzjoni tad-doping; il-ħxuna u l-konċentrazzjoni tad-doping ta 'kull punt fis-saff epitassjali ġew determinati billi jittieħdu punti tul il-linja tad-dijametru li jaqsmu l-linja normali tat-tarf ta' referenza prinċipali f'45 ° fiċ-ċentru tal-wejfer b'tneħħija tat-tarf ta '5 mm. Għal wejfer ta’ 150 mm, ittieħdu 9 punti tul linja ta’ dijametru wieħed (żewġ dijametri kienu perpendikolari ma’ xulxin), u għal wejfer ta’ 200 mm, ittieħdu 21 punt, kif muri fil-Figura 2. Mikroskopju tal-forza atomika (manifattur tat-tagħmir Bruker, mudell Dimension Icon) intuża biex tagħżel żoni ta '30 μm × 30 μm fiż-żona taċ-ċentru u ż-żona tat-tarf (tneħħija tat-tarf ta' 5 mm) tal- wejfer epitassjali biex tittestja l-ħruxija tal-wiċċ tas-saff epitassjali; id-difetti tas-saff epitassjali ġew imkejla bl-użu ta 'tester tad-difetti tal-wiċċ (manifattur tat-tagħmir China Electronics L-imager 3D kien ikkaratterizzat minn sensor tar-radar (mudell Mars 4410 pro) minn Kefenghua.
Ħin tal-post: Settembru-04-2024