Aktualisht, industria e SiC po transformohet nga 150 mm (6 inç) në 200 mm (8 inç). Për të përmbushur kërkesën urgjente për vafera homoepitaksiale SiC me madhësi të madhe dhe me cilësi të lartë në industri, 150 mm dhe 200 mmVafera homoepitaksiale 4H-SiCu përgatitën me sukses në nënshtresa shtëpiake duke përdorur pajisjet e rritjes epitaksiale të SiC 200 mm të zhvilluara në mënyrë të pavarur. Është zhvilluar një proces homoepitaksial i përshtatshëm për 150mm dhe 200mm, në të cilin shkalla e rritjes epitaksiale mund të jetë më e madhe se 60um/h. Ndërsa plotëson epitaksinë me shpejtësi të lartë, cilësia e vaferës epitaksiale është e shkëlqyer. Trashësia uniforme prej 150 mm dhe 200 mmVafera epitaksiale SiCmund të kontrollohet brenda 1.5%, uniformiteti i përqendrimit është më pak se 3%, densiteti i defektit fatal është më i vogël se 0.3 grimca/cm2 dhe rrënja e vrazhdësisë së sipërfaqes epitaksiale mesatare katrore Ra është më pak se 0.15 nm, dhe të gjithë treguesit kryesorë të procesit janë në nivelin e avancuar të industrisë.
Karbidi i silikonit (SiC)është një nga përfaqësuesit e materialeve gjysmëpërçuese të gjeneratës së tretë. Ka karakteristikat e forcës së lartë të fushës së prishjes, përçueshmërisë së shkëlqyer termike, shpejtësisë së madhe të lëvizjes së ngopjes së elektroneve dhe rezistencës së fortë ndaj rrezatimit. Ai ka zgjeruar në masë të madhe kapacitetin e përpunimit të energjisë të pajisjeve të energjisë dhe mund të përmbushë kërkesat e shërbimit të gjeneratës së ardhshme të pajisjeve elektronike të energjisë për pajisjet me fuqi të lartë, madhësi të vogël, temperaturë të lartë, rrezatim të lartë dhe kushte të tjera ekstreme. Mund të zvogëlojë hapësirën, të zvogëlojë konsumin e energjisë dhe të reduktojë kërkesat për ftohje. Ajo ka sjellë ndryshime revolucionare në automjetet e reja të energjisë, transportin hekurudhor, rrjetet inteligjente dhe fusha të tjera. Prandaj, gjysmëpërçuesit e karabit të silikonit janë bërë të njohur si materiali ideal që do të udhëheqë gjeneratën e ardhshme të pajisjeve elektronike me fuqi të lartë. Në vitet e fundit, falë mbështetjes së politikës kombëtare për zhvillimin e industrisë së gjysmëpërçuesve të gjeneratës së tretë, kërkimi dhe zhvillimi dhe ndërtimi i sistemit të industrisë së pajisjeve SiC 150 mm kanë përfunduar kryesisht në Kinë dhe siguria e zinxhirit industrial ka është garantuar në thelb. Prandaj, fokusi i industrisë është zhvendosur gradualisht në kontrollin e kostos dhe përmirësimin e efikasitetit. Siç tregohet në Tabelën 1, krahasuar me 150 mm, 200 mm SiC ka një shkallë më të lartë të përdorimit të skajeve dhe prodhimi i çipave të vetme vafere mund të rritet me rreth 1.8 herë. Pas maturimit të teknologjisë, kostoja e prodhimit të një çipi të vetëm mund të reduktohet me 30%. Përparimi teknologjik prej 200 mm është një mjet i drejtpërdrejtë për "uljen e kostove dhe rritjen e efikasitetit", dhe është gjithashtu çelësi që industria gjysmëpërçuese e vendit tim të "drejtojë paralelisht" apo edhe "të udhëheqë".
Ndryshe nga procesi i pajisjes Si,Pajisjet e fuqisë gjysmëpërçuese SiCjanë të gjitha të përpunuara dhe të përgatitura me shtresa epitaksiale si gur themeli. Vaferat epitaksiale janë materiale bazë thelbësore për pajisjet e fuqisë SiC. Cilësia e shtresës epitaksiale përcakton drejtpërdrejt rendimentin e pajisjes dhe kostoja e saj përbën 20% të kostos së prodhimit të çipit. Prandaj, rritja epitaksiale është një lidhje thelbësore e ndërmjetme në pajisjet e fuqisë SiC. Kufiri i sipërm i nivelit të procesit epitaksial përcaktohet nga pajisjet epitaksiale. Aktualisht, shkalla e lokalizimit të pajisjeve epitaksiale SiC 150 mm në Kinë është relativisht e lartë, por paraqitja e përgjithshme prej 200 mm mbetet prapa nivelit ndërkombëtar në të njëjtën kohë. Prandaj, për të zgjidhur nevojat urgjente dhe problemet e ngushta të prodhimit të materialeve epitaksiale me përmasa të mëdha dhe me cilësi të lartë për zhvillimin e industrisë vendase të gjysmëpërçuesve të gjeneratës së tretë, ky punim prezanton pajisjet epitaksiale 200 mm SiC të zhvilluara me sukses në vendin tim. dhe studion procesin epitaksial. Duke optimizuar parametrat e procesit si temperatura e procesit, shpejtësia e rrjedhës së gazit bartës, raporti C/Si, etj., uniformiteti i përqendrimit <3%, trashësia jo uniformiteti <1,5%, vrazhdësia Ra <0,2 nm dhe dendësia e defektit fatal <0,3 kokrra /cm2 me vafera epitaksiale SiC 150 mm dhe 200 mm me karabit silikoni 200 mm të zhvilluar në mënyrë të pavarur fitohen furre epitaksiale. Niveli i procesit të pajisjeve mund të plotësojë nevojat e përgatitjes së pajisjes me fuqi SiC me cilësi të lartë.
1 Eksperiment
1.1 Parimi iSiC epitaksialeprocesi
Procesi i rritjes homoepitaksiale 4H-SiC përfshin kryesisht 2 hapa kyç, përkatësisht gdhendjen në temperaturë të lartë në vend të substratit 4H-SiC dhe procesin e depozitimit të avullit kimik homogjen. Qëllimi kryesor i gdhendjes in-situ të nënshtresës është heqja e dëmtimit të nënshtresës pas lustrimit të vaferës, lëngut lustrues të mbetur, grimcave dhe shtresës së oksidit, dhe një strukturë e rregullt hapi atomik mund të formohet në sipërfaqen e nënshtresës me gravurë. Gravimi në vend zakonisht kryhet në një atmosferë hidrogjeni. Sipas kërkesave aktuale të procesit, mund të shtohet edhe një sasi e vogël gazi ndihmës, si klorur hidrogjeni, propani, etilen ose silan. Temperatura e gdhendjes së hidrogjenit në vend është përgjithësisht mbi 1 600 ℃, dhe presioni i dhomës së reagimit përgjithësisht kontrollohet nën 2×104 Pa gjatë procesit të gravimit.
Pasi sipërfaqja e nënshtresës aktivizohet me gravurë në vend, ajo hyn në procesin e depozitimit kimik të avullit në temperaturë të lartë, domethënë në burimin e rritjes (siç është etilen/propan, TCS/silani), burim doping (n-tipi i burimit të dopingut azot. , burimi i dopingut të tipit p TMAl), dhe gazi ndihmës si kloruri i hidrogjenit transportohen në dhomën e reaksionit përmes një fluksi të madh transportuesi gaz (zakonisht hidrogjen). Pasi gazi reagon në dhomën e reaksionit në temperaturë të lartë, një pjesë e prekursorit reagon kimikisht dhe absorbohet në sipërfaqen e vaferit, dhe formohet një shtresë epitaksiale homogjene 4H-SiC me një kristal me një përqendrim specifik dopingu, trashësi specifike dhe cilësi më të lartë. në sipërfaqen e nënshtresës duke përdorur si shabllon nënshtresën me një kristal 4H-SiC. Pas vitesh eksplorimi teknik, teknologjia homoepitaksiale 4H-SiC në thelb është pjekur dhe përdoret gjerësisht në prodhimin industrial. Teknologjia homoepitaksiale 4H-SiC më e përdorur në botë ka dy karakteristika tipike:
(1) Duke përdorur një substrat të pjerrët të prerë si shabllon jashtë boshtit (në lidhje me rrafshin kristal <0001>, drejt drejtimit kristal <11-20>), një shtresë epitaksiale 4H-SiC me një kristal me pastërti të lartë pa papastërti është depozitohet në nënshtresë në formën e mënyrës së rritjes me rrjedhje hap pas hapi. Rritja e hershme homoepitaksiale 4H-SiC përdori një substrat kristal pozitiv, domethënë rrafshin <0001> Si për rritje. Dendësia e shkallëve atomike në sipërfaqen e substratit kristal pozitiv është e ulët dhe tarracat janë të gjera. Rritja e bërthamës dydimensionale është e lehtë të ndodhë gjatë procesit të epitaksisë për të formuar SiC kristal 3C (3C-SiC). Me prerje jashtë boshtit, mund të futen shkallë atomike me densitet të lartë dhe me gjerësi të ngushtë të tarracës në sipërfaqen e substratit 4H-SiC <0001> dhe pararendësi i adsorbuar mund të arrijë në mënyrë efektive pozicionin e hapit atomik me energji relativisht të ulët sipërfaqësore përmes difuzionit sipërfaqësor . Në hap, pozicioni i lidhjes së atomit/grupit molekular pararendës është unik, kështu që në modalitetin e rritjes së rrjedhës së hapit, shtresa epitaksiale mund të trashëgojë në mënyrë të përsosur sekuencën e grumbullimit të shtresës atomike të dyfishtë Si-C të substratit për të formuar një kristal të vetëm me të njëjtin kristal. faza si substrat.
(2) Rritja epitaksiale me shpejtësi të lartë arrihet duke futur një burim silikoni që përmban klor. Në sistemet konvencionale të depozitimit të avullit kimik të SiC, silani dhe propani (ose etileni) janë burimet kryesore të rritjes. Në procesin e rritjes së shkallës së rritjes duke rritur shpejtësinë e rrjedhës së burimit të rritjes, ndërsa presioni i pjesshëm i ekuilibrit i komponentit të silikonit vazhdon të rritet, është e lehtë të formohen grupime silikoni nga bërthamimi homogjen i fazës së gazit, gjë që redukton ndjeshëm shkallën e përdorimit të burim silikoni. Formimi i grupimeve të silikonit kufizon shumë përmirësimin e shkallës së rritjes epitaksiale. Në të njëjtën kohë, grupimet e silikonit mund të shqetësojnë rritjen e rrjedhës së hapit dhe të shkaktojnë bërthama të defektit. Për të shmangur bërthamimin homogjen të fazës së gazit dhe për të rritur shkallën e rritjes epitaksiale, futja e burimeve të silikonit me bazë klori është aktualisht metoda kryesore për të rritur shkallën e rritjes epitaksiale të 4H-SiC.
Pajisjet epitaksiale të SiC 1,2 200 mm (8 inç) dhe kushtet e procesit
Eksperimentet e përshkruara në këtë dokument u kryen të gjitha në një pajisje epitaksiale monolitike horizontale të nxehtë horizontale SiC të përputhshme 150/200 mm (6/8-inç), e zhvilluar në mënyrë të pavarur nga Korporata e Grupit të Teknologjisë Elektronike të Kinës të 48-të të Institutit të Kinës. Furra epitaksiale mbështet ngarkimin dhe shkarkimin plotësisht automatik të vaferës. Figura 1 është një diagram skematik i strukturës së brendshme të dhomës së reagimit të pajisjes epitaksiale. Siç tregohet në figurën 1, muri i jashtëm i dhomës së reagimit është një zile kuarci me një shtresë të brendshme të ftohur me ujë, dhe pjesa e brendshme e kambanës është një dhomë reagimi me temperaturë të lartë, e cila përbëhet nga izolim termik i karbonit, me pastërti të lartë. zgavër speciale grafiti, bazë rrotulluese me gaz grafit, etj. E gjithë kambana e kuarcit është e mbuluar me një spirale induksioni cilindrike, dhe dhoma e reagimit brenda ziles nxehet elektromagnetikisht nga një furnizim me induksion me frekuencë të mesme. Siç tregohet në figurën 1 (b), gazi bartës, gazi i reaksionit dhe gazi doping rrjedhin të gjithë nëpër sipërfaqen e vaferit në një rrjedhë horizontale laminare nga rrjedha e sipërme e dhomës së reagimit në rrjedhën e poshtme të dhomës së reagimit dhe shkarkohen nga bishti. fundi i gazit. Për të siguruar konsistencën brenda vaferës, vafera e bartur nga baza lundruese e ajrit rrotullohet gjithmonë gjatë procesit.
Nënshtresa e përdorur në eksperiment është një substrat komercial 150 mm, 200 mm (6 inç, 8 inç) <1120> me drejtim 4° jashtë këndit përçues të tipit n 4H-SiC, i lëmuar me dy anë, i prodhuar nga Shanxi Shuoke Crystal. Triklorosilani (SiHCl3, TCS) dhe etilen (C2H4) përdoren si burimet kryesore të rritjes në eksperimentin e procesit, ndër të cilët TCS dhe C2H4 përdoren si burim silikoni dhe burim karboni përkatësisht, azoti me pastërti të lartë (N2) përdoret si n- lloji i burimit të dopingut, dhe hidrogjeni (H2) përdoret si gaz hollues dhe gaz bartës. Gama e temperaturës së procesit epitaksial është 1 600 ~ 1 660 ℃, presioni i procesit është 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, dhe shkalla e rrjedhës së gazit bartës H2 është 100 ~ 140 L / min.
1.3 Testimi dhe karakterizimi i vaferës epitaksiale
Spektometri me infra të kuqe Fourier (prodhuesi i pajisjeve Thermalfisher, modeli iS50) dhe testuesi i përqendrimit të sondës së merkurit (prodhuesi i pajisjeve Semilab, modeli 530L) u përdorën për të karakterizuar mesataren dhe shpërndarjen e trashësisë së shtresës epitaksiale dhe përqendrimit të dopingut; trashësia dhe përqendrimi i dopingut të çdo pike në shtresën epitaksiale u përcaktuan duke marrë pika përgjatë vijës së diametrit që kryqëzon vijën normale të skajit kryesor të referencës në 45° në qendër të vaferës me heqjen e skajit 5 mm. Për një vaferë 150 mm, u morën 9 pika përgjatë një linje me diametër të vetëm (dy diametra ishin pingul me njëri-tjetrin), dhe për një vaferë 200 mm, u morën 21 pika, siç tregohet në figurën 2. Një mikroskop i forcës atomike (prodhuesi i pajisjeve Bruker, modeli Dimension Icon) u përdor për të zgjedhur zona 30 μm×30 μm në zonën qendrore dhe zonën e skajit (heqja e skajit 5 mm) të meshë epitaksiale për të testuar vrazhdësinë e sipërfaqes së shtresës epitaksiale; defektet e shtresës epitaksiale u matën duke përdorur një testues të defekteve sipërfaqësore (prodhuesi i pajisjeve China Electronics Imazhi 3D u karakterizua nga një sensor radar (modeli Mars 4410 pro) nga Kefenghua.
Koha e postimit: Shtator-04-2024