8-انچ سي سي ايپيٽڪسيل فرنس ۽ هوموپيٽيڪسيل پروسيس تي تحقيق-Ⅰ

في الحال، سي سي انڊسٽري 150 ملي ايم (6 انچ) کان 200 ملي ايم (8 انچ) ۾ تبديل ٿي رهي آهي. صنعت ۾ وڏي سائيز، اعلي معيار جي SiC homoepitaxial wafers جي تڪڙي طلب کي پورو ڪرڻ لاء، 150mm ۽ 200mm4H-SiC homoepitaxial wafers200mm SiC epitaxial واڌ جي سامان کي استعمال ڪندي ڪاميابيءَ سان گھريلو سبسٽرن تي تيار ڪيو ويو. 150mm ۽ 200mm لاءِ مناسب هڪ homoepitaxial عمل تيار ڪيو ويو، جنهن ۾ epitaxial واڌ جي شرح 60um/h کان وڌيڪ ٿي سگهي ٿي. جڏهن ته تيز رفتار epitaxy ملڻ، epitaxial ويفر معيار شاندار آهي. 150mm ۽ 200mm جي ٿولهه جي هڪجهڙائيSiC epitaxial wafers1.5٪ جي اندر ڪنٽرول ڪري سگهجي ٿو، ڪنسنٽريشن يونيفارمٽي 3٪ کان گهٽ آهي، موتمار خرابي جي کثافت 0.3 ذرڙن/cm2 کان گهٽ آهي، ۽ epitaxial سطح جي خرابي جي روٽ جو مطلب چورس Ra 0.15nm کان گهٽ آهي، ۽ سڀ بنيادي پروسيس اشارن تي آهن. صنعت جي ترقي يافته سطح.

Silicon ڪاربائيڊ (SiC)ٽين نسل سيمي ڪنڊڪٽر مواد جي نمائندن مان هڪ آهي. ان ۾ اعليٰ بريڪ ڊائون فيلڊ طاقت، بهترين حرارتي چالکائي، وڏي اليڪٽران سنترپشن جي رفتار، ۽ مضبوط تابڪاري مزاحمت جون خاصيتون آهن. اهو تمام گهڻو وڌايو آهي پاور ڊوائيسز جي توانائي جي پروسيسنگ جي صلاحيت ۽ اعلي طاقت، ننڍڙي سائيز، اعلي درجه حرارت، تيز تابڪاري ۽ ٻين انتهائي حالتن سان ڊوائيسز لاء پاور اليڪٽرانڪ سامان جي ايندڙ نسل جي خدمت گهرجن کي پورو ڪري سگهي ٿو. اهو خلا کي گھٽائي سگھي ٿو، بجلي جي گھٽتائي کي گھٽائي سگھي ٿو ۽ ٿڌي ضرورتن کي گھٽائي سگھي ٿو. اهو نئين توانائي گاڏين، ريل ٽرانسپورٽ، سمارٽ گرڊ ۽ ٻين شعبن ۾ انقلابي تبديليون آڻيندو آهي. تنهن ڪري، سلڪون ڪاربائڊ سيمڪوڊڪٽرز کي مثالي مواد طور سڃاتو وڃي ٿو جيڪو ايندڙ نسل جي اعلي طاقت جي برقي ڊوائيسز جي اڳواڻي ڪندو. تازن سالن ۾، ٽين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر انڊسٽري جي ترقي لاء قومي پاليسي جي حمايت جي مهرباني، 150 ملي ايم سي سي ڊيوائس انڊسٽري سسٽم جي تحقيق ۽ ترقي ۽ تعمير بنيادي طور تي چين ۾ مڪمل ڪيو ويو آهي، ۽ صنعتي زنجير جي حفاظت ڪئي وئي آهي. بنيادي طور تي ضمانت ڏني وئي آهي. تنهن ڪري، صنعت جو ڌيان تدريجي طور تي لاڳت ڪنٽرول ۽ ڪارڪردگي بهتري ڏانهن منتقل ڪيو ويو آهي. جيئن ته جدول 1 ۾ ڏيکاريل آهي، 150 ملي ايم جي مقابلي ۾، 200 ملي ايم سي سي هڪ اعلي کنڊ جي استعمال جي شرح آهي، ۽ اڪيلو ويفر چپس جي پيداوار تقريبا 1.8 ڀيرا وڌائي سگهجي ٿي. ٽيڪنالاجي جي پختگي کان پوء، ھڪڙي چپ جي پيداوار جي قيمت گھٽائي سگھجي ٿي 30٪. 200 ملي ميٽر جي ٽيڪنيڪل بريڪ ٿرو ”لاگت کي گهٽائڻ ۽ ڪارڪردگي وڌائڻ“ جو سڌو وسيلو آهي، ۽ اهو منهنجي ملڪ جي سيمي ڪنڊڪٽر انڊسٽريءَ لاءِ ”متوازي هلائڻ“ يا ”ليڊ“ پڻ آهي.

سي ڊيوائس پروسيس کان مختلف،سي سي سيمي ڪنڊڪٽر پاور ڊوائيسزسڀ پروسيس ٿيل آهن ۽ epitaxial تہن سان تيار ڪيل بنيادن جي طور تي. Epitaxial wafers سي سي پاور ڊوائيسز لاء ضروري بنيادي مواد آهن. epitaxial پرت جو معيار سڌو سنئون ڊوائيس جي پيداوار کي طئي ڪري ٿو، ۽ ان جي قيمت چپ جي پيداوار جي قيمت جو 20٪ آهي. تنهن ڪري، epitaxial واڌ سي سي پاور ڊوائيسز ۾ هڪ لازمي وچولي لنڪ آهي. epitaxial عمل جي سطح جي مٿئين حد epitaxial سامان جي ذريعي مقرر ڪئي وئي آهي. هن وقت، چين ۾ 150mm SiC epitaxial سامان جي مقامي ڪرڻ جو درجو نسبتا بلند آهي، پر 200mm جي مجموعي ترتيب هڪ ئي وقت ۾ بين الاقوامي سطح کان پوئتي آهي. تنهن ڪري، گهريلو ٽئين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر انڊسٽري جي ترقي لاء وڏي سائيز، اعلي معيار جي epitaxial مواد جي پيداوار جي تڪڙي ضرورتن ۽ تڪليف جي مسئلن کي حل ڪرڻ لاء، هي پيپر متعارف ڪرايو 200 mm SiC epitaxial سامان ڪاميابي سان منهنجي ملڪ ۾ ترقي ڪئي، ۽ epitaxial عمل جو مطالعو. پروسيس جي پيٽرولر کي بهتر ڪرڻ سان جيئن پروسيس جي درجه حرارت، ڪيريئر گيس جي وهڪري جي شرح، سي / سي تناسب، وغيره، ڪنسنٽريشن يونيفارم <3٪، ٿلهي غير يونيفارم <1.5٪، خرابي Ra <0.2 nm ۽ موتمار خرابي جي کثافت <0.3 اناج /cm2 جو 150mm ۽ 200mm SiC epitaxial wafers سان آزاد طور تي ترقي يافته 200 ملي ميٽر سلکان ڪاربائيڊ ايپيٽيڪسيل فرنس حاصل ڪيا ويا آهن. سامان جي عمل جي سطح اعلي معيار جي سي سي پاور ڊوائيس تيار ڪرڻ جي ضرورتن کي پورو ڪري سگھي ٿو.

 

1 تجربو

 

1.1 جو اصولسي سي epitaxialعمل

4H-SiC homoepitaxial ترقي جي عمل ۾ بنيادي طور تي 2 اهم مرحلا شامل آهن، يعني، 4H-SiC سبسٽرٽ جي اعليٰ درجه حرارت ان-سيٽو ايچنگ ۽ هڪجهڙائي واري ڪيميائي وانپ جمع ڪرڻ وارو عمل. سبسٽريٽ ان-سيٽو ايچنگ جو بنيادي مقصد ويفر پالش ڪرڻ کان پوءِ ذيلي سطح جي نقصان کي ختم ڪرڻ آهي، باقي پالش ڪرڻ واري مائع، ذرڙن ۽ آڪسائيڊ پرت کي ختم ڪرڻ، ۽ ايچنگ ذريعي سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي باقاعده ايٽمي اسٽيپ ڍانچي ٺاهي سگهجي ٿي. In-situ Eching عام طور تي هائڊروجن ماحول ۾ ڪئي ويندي آهي. اصل عمل جي ضرورتن مطابق، ٿوري مقدار ۾ معاون گئس پڻ شامل ڪري سگهجي ٿي، جهڙوڪ هائيڊروجن ڪلورائڊ، پروپين، ايٿيلين يا سائلين. ان-سيٽو هائڊروجن ايچنگ جو گرمي پد عام طور تي 1 600 ℃ کان مٿي هوندو آهي، ۽ رد عمل واري چيمبر جو دٻاء عام طور تي 2 × 104 Pa هيٺ ڪنٽرول ڪيو ويندو آهي ايچنگ جي عمل دوران.

ان-سيٽو ايچنگ ذريعي سبسٽريٽ جي مٿاڇري کي چالو ڪرڻ کان پوءِ، اهو اعليٰ درجه حرارت واري ڪيميائي بخار جي جمع ٿيڻ واري عمل ۾ داخل ٿئي ٿو، يعني ترقي جو ذريعو (جهڙوڪ ethylene/propane، TCS/silane)، ڊاپنگ جو ذريعو (n-type doping Source nitrogen) , p-type doping source TMAL) ۽ معاون گئس جهڙوڪ هائڊروجن کلورائڊ کي رد عمل ڏانهن منتقل ڪيو ويندو آهي. گيس جي وڏي وهڪري ذريعي چيمبر (عام طور تي هائڊروجن). تيز گرمي پد جي رد عمل واري چيمبر ۾ گيس جي رد عمل کان پوء، اڳڪٿي جو حصو ڪيميائي طور تي رد عمل ڪري ٿو ۽ ويفر جي مٿاڇري تي جذب ڪري ٿو، ۽ هڪ واحد-ڪرسٽل هڪجهڙائي واري 4H-SiC epitaxial پرت هڪ مخصوص ڊاپنگ ڪنسنٽريشن، مخصوص ٿلهي، ۽ اعلي معيار سان ٺهيل آهي. هڪ ٽيمپليٽ جي طور تي سنگل-ڪرسٽل 4H-SiC سبسٽرٽ استعمال ڪندي ذيلي سطح تي. سالن جي ٽيڪنيڪل ڳولا کان پوء، 4H-SiC homoepitaxial ٽيڪنالاجي بنيادي طور تي پختو ٿي چڪو آهي ۽ وڏي پيماني تي صنعتي پيداوار ۾ استعمال ٿيندو آهي. دنيا ۾ سڀ کان وڏي پيماني تي استعمال ٿيندڙ 4H-SiC homoepitaxial ٽيڪنالاجي ۾ ٻه خاصيتون آهن:
(1) هڪ آف محور استعمال ڪندي (<0001> ڪرسٽل جهاز جي نسبت سان، <11-20> ڪرسٽل جي طرف) هڪ ٽيمپليٽ جي طور تي ترڪيب ڪٽ سبسٽريٽ، هڪ اعلي پاڪائي واري واحد-ڪرسٽل 4H-SiC epitaxial پرت بغير ڪنهن نجاست جي آهي. قدم جي وهڪري جي ترقي جي صورت ۾ substrate تي جمع. شروعاتي 4H-SiC homoepitaxial واڌ هڪ مثبت ڪرسٽل سبسٽريٽ استعمال ڪيو، اهو آهي، <0001> سي جهاز ترقي لاء. مثبت ڪرسٽل سبسٽرٽ جي مٿاڇري تي ايٽمي قدمن جي کثافت گهٽ آهي ۽ ڇتون وسيع آهن. 3C کرسٽل SiC (3C-SiC) ٺاهڻ لاءِ ايپيٽڪسي عمل دوران ٻه طرفي نيوڪليشن جي واڌ آسان آهي. بند-محور ڪٽڻ سان، اعلي کثافت، تنگ ڇت جي چوٽي جو ايٽمي مرحلو 4H-SiC <0001> سبسٽرٽ جي مٿاڇري تي متعارف ڪرايو وڃي ٿو، ۽ جذب ٿيل اڳوڻو مؤثر طور تي مٿاڇري جي ڦهلائڻ ذريعي نسبتا گهٽ سطحي توانائي سان ايٽمي قدم جي پوزيشن تائين پهچي سگهي ٿو. . قدم تي، اڳوڻو ايٽم/ماليڪيولر گروپ بانڊنگ پوزيشن منفرد آهي، تنهن ڪري قدم جي وهڪري جي واڌ واري موڊ ۾، ايپيٽڪسيل پرت مڪمل طور تي هڪ ئي ڪرسٽل سان هڪ واحد ڪرسٽل ٺاهڻ لاءِ سبسٽريٽ جي Si-C ڊبل ايٽمي پرت اسٽيڪنگ تسلسل کي مڪمل طور تي وارث ڪري سگهي ٿي. مرحلو substrate طور.
(2) تيز رفتار epitaxial ترقي حاصل ڪئي وئي آهي متعارف ڪرائڻ سان کلورين تي مشتمل سلکان ماخذ. روايتي سي سي ڪيميائي وانپ جمع ڪرڻ واري نظام ۾، سائلين ۽ پروپين (يا ايٿيلين) مکيه ترقي جا ذريعا آهن. ترقي جي شرح کي وڌائڻ جي عمل ۾، ترقي جي ذريعن جي وهڪري جي شرح کي وڌائڻ سان، جيئن ته سلکان جزو جو توازن جزوي دٻاء وڌندو رهي ٿو، اهو هڪجهڙائي واري گئس فيز نيوڪليشن ذريعي سلڪون ڪلستر ٺاهڻ آسان بڻائي ٿو، جيڪو خاص طور تي استعمال جي شرح کي گھٽائي ٿو. سلين جو ذريعو. سلڪون ڪلستر جو ٺهڻ تمام گهڻو حد تائين وڌائي ٿو epitaxial ترقي جي شرح. ساڳئي وقت، سلڪون ڪلستر قدمن جي وهڪري جي ترقي کي پريشان ڪري سگهي ٿو ۽ خرابي جي نيوڪليشن جو سبب بڻائيندو. هڪجهڙائي واري گيس مرحلن جي نيوڪليشن کان بچڻ ۽ ايپيٽيڪسيل ترقي جي شرح کي وڌائڻ لاء، کلورين جي بنياد تي سلکان ذريعن جو تعارف هن وقت 4H-SiC جي ايپيٽيڪسيل ترقي جي شرح کي وڌائڻ جو مکيه طريقو آهي.

 

1.2 200 mm (8-inch) SiC epitaxial سامان ۽ عمل جون حالتون

هن مقالي ۾ بيان ڪيل تجربا سڀ هڪ 150/200 ملي ايم (6/8-انچ) مطابقت رکندڙ مونوليٿڪ افقي گرم ڀت تي ڪيا ويا سي سي ايپيٽيڪسيل سامان آزاد طور تي 48 هين انسٽيٽيوٽ آف چائنا اليڪٽرانڪس ٽيڪنالاجي گروپ ڪارپوريشن پاران تيار ڪيل. epitaxial فرنس مڪمل طور تي خودڪار ويفر لوڊ ڪرڻ ۽ ان لوڊ ڪرڻ جي حمايت ڪري ٿو. شڪل 1 epitaxial سامان جي رد عمل چيمبر جي اندروني ڍانچي جي هڪ اسڪيمي ڊراگرام آهي. جيئن تصوير 1 ۾ ڏيکاريل آهي، رد عمل واري چيمبر جي ٻاهرئين ڀت هڪ کوارٽز بيل آهي جنهن ۾ واٽر-ڪولڊ انٽرليئر آهي، ۽ گھنٽي جي اندر هڪ اعلي درجه حرارت جي رد عمل واري چيمبر آهي، جيڪا حرارتي موصليت ڪاربن محسوس ڪئي وئي آهي، اعلي-پاسيري خاص graphite cavity، graphite gas-floating rotating base، وغيره. سڄو کوارٽز گھنٽيءَ سان ڍڪيل آھي سلنڊريڪل انڊڪشن ڪوئل، ۽ گھنٽي جي اندر رد عمل واري چيمبر کي برقي مقناطيسي طور تي وچولي فريڪوئنسي انڊڪشن پاور سپلائي ذريعي گرم ڪيو ويندو آهي. جيئن ته شڪل 1 (b) ۾ ڏيکاريل آهي، ڪيريئر گيس، رد عمل گيس، ۽ ڊاپنگ گيس سڀ ويفر جي مٿاڇري ذريعي هڪ افقي لامينار وهڪري ۾ وهن ٿا، رد عمل واري چيمبر جي اپ اسٽريم کان رد عمل واري چيمبر جي هيٺئين پاسي تائين ۽ دم مان خارج ٿي ويا آهن. گئس جي پڇاڙي. ويفر جي اندر مستقل مزاجي کي يقيني بڻائڻ لاءِ، ايئر فلوٽنگ بيس ذريعي ويفر کي هميشه پروسيس دوران گھمايو ويندو آهي.

تجربي ۾ استعمال ٿيل سبسٽرٽ هڪ ڪمرشل 150 mm، 200 mm (6 انچ، 8 انچ) <1120> هدايت 4° آف-زاويه conductive n-type 4H-SiC ڊبل رخا پالش ٿيل SiC سبسٽريٽ آهي جيڪو Shanxi Shuoke Crystal پاران تيار ڪيو ويو آهي. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) ۽ ethylene (C2H4) عمل جي تجربن ۾ مکيه ترقي جي ذريعن طور استعمال ڪيا ويا آھن، جن مان TCS ۽ C2H4 استعمال ڪيا ويا آھن سلڪون ماخذ ۽ ڪاربن ماخذ جي طور تي، اعلي-پاڪ نائيٽروجن (N2) استعمال ڪيو ويندو آھي n- قسم doping ذريعو، ۽ هائيڊروجن (H2) استعمال ڪيو ويندو آهي dilution گيس ۽ ڪيريئر گيس طور. epitaxial عمل جي درجه حرارت جي حد 1 600 ~ 1 660 ℃ آهي، پروسيس جو دٻاء 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa آهي، ۽ H2 ڪيريئر گيس جي وهڪري جي شرح 100～140 L/min آهي.

 

1.3 Epitaxial wafer جاچ ۽ خاصيت

فورئر انفراريڊ اسپيڪٽروميٽر (سامان ٺاهيندڙ Thermalfisher، ماڊل iS50) ۽ پارا پروب ڪنسنٽريشن ٽيسٽر (سامان ٺاهيندڙ سيميلاب، ماڊل 530L) استعمال ڪيا ويا epitaxial پرت جي ٿلهي ۽ ڊاپنگ ڪنسنٽريشن جي معنيٰ ۽ ورڇ جي خصوصيت لاءِ؛ epitaxial پرت ۾ هر پوائنٽ جي ٿلهي ۽ ڊاپنگ ڪنسنٽريشن کي قطر جي لڪير سان گڏ پوائنٽون کڻڻ سان طئي ڪيو ويو هو 45 ° تي ويفر جي مرڪز تي 5 ملي ايم ايج هٽائڻ سان. 150 ملي ميٽر جي ويفر لاءِ، 9 پوائنٽون ھڪڙي قطر جي لڪير سان گڏ ورتيون ويون (ٻه قطر ھڪ ٻئي تي عمودي ھو)، ۽ 200 ملي ميٽر ويفر لاءِ، 21 پوائنٽون کنيا ويا، جيئن تصوير 2 ۾ ڏيکاريل آھي. ھڪ ايٽمي قوت خوردبيني (سامان ٺاھيندڙ) Bruker، ماڊل طول و عرض آئڪن) استعمال ڪيو ويو 30 μm × 30 μm علائقن جي وچ واري علائقي ۾ چونڊڻ لاءِ ۽ epitaxial wafer جي ڪنڊ ايريا (5 ملي ايم ايج هٽائڻ) epitaxial پرت جي سطح جي خرابي کي جانچڻ لاءِ؛ epitaxial پرت جي خرابين کي سطح جي خرابي ٽيسٽر استعمال ڪندي ماپيو ويو (سامان ٺاهيندڙ چين اليڪٽرانڪس The 3D اميجر کي ڪيفينگهوا کان ريڊار سينسر (ماڊل مارس 4410 پرو) جي خاصيت هئي.