Тренутно, СиЦ индустрија се трансформише са 150 мм (6 инча) на 200 мм (8 инча). Да би се задовољила хитна потражња за великим, висококвалитетним СиЦ хомоепитаксијалним плочицама у индустрији, 150 мм и 200 мм4Х-СиЦ хомоепитаксијалне плочицеуспешно су припремљени на домаћим подлогама коришћењем независно развијене опреме за епитаксијални раст од 200 мм СиЦ. Развијен је хомоепитаксијални процес погодан за 150мм и 200мм, у којем стопа раста епитаксија може бити већа од 60ум/х. Док задовољава брзу епитаксију, квалитет епитаксијалне плочице је одличан. Уједначеност дебљине 150 мм и 200 ммСиЦ епитаксијалне плочицеможе се контролисати унутар 1,5%, уједначеност концентрације је мања од 3%, густина фаталног дефекта је мања од 0,3 честице/цм2, а епитаксијална површинска храпавост корена средњег квадрата Ра је мања од 0,15 нм, а сви индикатори основног процеса су на напредни ниво индустрије.
силицијум карбид (СиЦ)је један од представника полупроводничких материјала треће генерације. Има карактеристике велике јачине поља пробоја, одличне топлотне проводљивости, велике брзине дрифта засићења електрона и јаке отпорности на зрачење. У великој мери је проширио капацитет обраде енергије енергетских уређаја и може да испуни захтеве услуга следеће генерације енергетске електронске опреме за уређаје велике снаге, мале величине, високе температуре, високог зрачења и других екстремних услова. Може смањити простор, смањити потрошњу енергије и смањити потребе за хлађењем. Донео је револуционарне промене у нова енергетска возила, железнички транспорт, паметне мреже и друга поља. Због тога су полупроводници од силицијум карбида постали препознати као идеалан материјал који ће предводити следећу генерацију електронских уређаја велике снаге. Последњих година, захваљујући подршци националне политике за развој индустрије полупроводника треће генерације, истраживање и развој и изградња 150 мм СиЦ система индустрије уређаја су у основи завршени у Кини, а безбедност индустријског ланца је у основи загарантована. Стога се фокус индустрије постепено померио на контролу трошкова и побољшање ефикасности. Као што је приказано у табели 1, у поређењу са 150 мм, 200 мм СиЦ има већу стопу искоришћења ивица, а излаз појединачних чипова плочице може се повећати за око 1,8 пута. Након што технологија сазре, трошкови производње једног чипа могу се смањити за 30%. Технолошки пробој од 200 мм је директно средство за „смањење трошкова и повећање ефикасности“, а такође је кључ за индустрију полупроводника моје земље да „иде паралелно“ или чак „води“.
За разлику од процеса Си уређаја,СиЦ полупроводнички енергетски уређајису сви обрађени и припремљени са епитаксијалним слојевима као каменом темељцем. Епитаксијалне плочице су основни основни материјали за СиЦ енергетске уређаје. Квалитет епитаксијалног слоја директно одређује принос уређаја, а његов трошак чини 20% трошкова производње чипа. Стога је епитаксијални раст суштинска посредна карика у СиЦ енергетским уређајима. Горњу границу нивоа епитаксијалног процеса одређује епитаксијална опрема. Тренутно је степен локализације 150 мм СиЦ епитаксијалне опреме у Кини релативно висок, али укупан распоред од 200 мм истовремено заостаје за међународним нивоом. Стога, у циљу решавања хитних потреба и проблема уских грла производње епитаксијалних материјала великих димензија за развој домаће индустрије полупроводника треће генерације, овај рад представља епитаксијалну опрему од 200 мм СиЦ успешно развијену у мојој земљи, и проучава епитаксијални процес. Оптимизацијом параметара процеса као што су температура процеса, брзина протока гаса-носача, однос Ц/Си, итд., уједначеност концентрације <3%, неуједначеност дебљине <1,5%, храпавост Ра <0,2 нм и густина фаталних дефеката <0,3 зрна /цм2 добијене су епитаксијалне плочице СиЦ од 150 мм и 200 мм са независно развијеном епитаксијалном пећи од силицијум карбида од 200 мм. Ниво процеса опреме може задовољити потребе висококвалитетне припреме СиЦ уређаја за напајање.
1 Експеримент
1.1 Принцип одСиЦ епитаксијалнипроцес
Процес хомоепитаксијалног раста 4Х-СиЦ углавном укључује 2 кључна корака, наиме, високотемпературно нагризање 4Х-СиЦ супстрата и процес хомогеног хемијског таложења паре. Главна сврха нагризања подлоге на лицу места је уклањање површинских оштећења подлоге након полирања плочице, преостале течности за полирање, честица и оксидног слоја, а правилна атомска структура корака може се формирати на површини супстрата јеткањем. Јеткање на лицу места се обично изводи у атмосфери водоника. Према стварним захтевима процеса, може се додати и мала количина помоћног гаса, као што су хлороводоник, пропан, етилен или силан. Температура нагризања водоником на лицу места је генерално изнад 1 600 ℃, а притисак у реакционој комори се генерално контролише испод 2×104 Па током процеса јеткања.
Након што се површина супстрата активира нагризањем на лицу места, она улази у процес хемијског таложења на високој температури, односно у извор раста (као што је етилен/пропан, ТЦС/силан), извор допинга (н-тип извора допинга азота , извор допинга п-типа ТМАл) и помоћни гас као што је хлороводоник се транспортују у реакциону комору кроз велики проток носећег гаса (обично водоника). Након што гас реагује у високотемпературној реакционој комори, део прекурсора реагује хемијски и адсорбује се на површини плочице, а формира се монокристални хомогени 4Х-СиЦ епитаксијални слој са специфичном концентрацијом допинга, специфичном дебљином и вишим квалитетом. на површини супстрата користећи монокристалну 4Х-СиЦ подлогу као шаблон. Након година техничког истраживања, 4Х-СиЦ хомоепитаксијална технологија је у основи сазрела и широко се користи у индустријској производњи. Најраспрострањенија 4Х-СиЦ хомоепитаксијална технологија у свету има две типичне карактеристике:
(1) Користећи подлогу ван осе (у односу на раван кристала <0001>, у правцу <11-20>) косо исечену подлогу као шаблон, добија се епитаксијални слој 4Х-СиЦ високе чистоће без нечистоћа. депоноване на подлогу у облику степ-флов режима раста. Рани 4Х-СиЦ хомоепитаксијални раст користио је позитиван кристални супстрат, то јест <0001> Си раван за раст. Густина атомских степеница на површини позитивног кристалног супстрата је мала, а терасе су широке. Дводимензионални раст нуклеације се лако дешава током процеса епитаксије да би се формирао 3Ц кристал СиЦ (3Ц-СиЦ). Сечењем ван осе, атомске степенице високе густине, уске ширине терасе могу се увести на површину 4Х-СиЦ <0001> супстрата, а адсорбовани прекурсор може ефикасно да достигне позицију атомског корака са релативно малом површинском енергијом кроз површинску дифузију . У кораку, позиција везе прекурсора атома/молекулске групе је јединствена, тако да у режиму раста тока корака, епитаксијални слој може савршено наследити секвенцу двоструког атомског слоја Си-Ц супстрата како би формирао један кристал са истим кристалом. фаза као подлога.
(2) Брзи епитаксијални раст постиже се увођењем извора силицијума који садржи хлор. У конвенционалним системима хемијског таложења СиЦ из паре, силан и пропан (или етилен) су главни извори раста. У процесу повећања брзине раста повећањем брзине протока извора раста, како равнотежни парцијални притисак силицијумске компоненте наставља да расте, лако је формирати кластера силицијума хомогеном нуклеацијом гасне фазе, што значајно смањује стопу искоришћења силицијумске компоненте. извор силицијума. Формирање силицијумских кластера у великој мери ограничава побољшање епитаксијалне брзине раста. Истовремено, кластери силицијума могу пореметити раст степена тока и изазвати нуклеацију дефекта. Да би се избегла хомогена нуклеација гасне фазе и повећала брзина епитаксијалног раста, увођење извора силицијума на бази хлора је тренутно главна метода за повећање епитаксијалне брзине раста 4Х-СиЦ.
1.2 200 мм (8 инча) СиЦ епитаксијална опрема и услови процеса
Експерименти описани у овом раду су сви спроведени на 150/200 мм (6/8 инча) компатибилној монолитној хоризонталној СиЦ епитаксијалној опреми са врућим зидом коју је независно развио 48. Институт Кине Елецтроницс Тецхнологи Гроуп Цорпоратион. Епитаксијална пећ подржава потпуно аутоматско пуњење и пражњење плочица. Слика 1 је шематски дијаграм унутрашње структуре реакционе коморе епитаксијалне опреме. Као што је приказано на слици 1, спољни зид реакционе коморе је кварцно звоно са водено хлађеним међуслојем, а унутрашњост звона је високотемпературна реакциона комора, која се састоји од термоизолационог угљеничног филца, високе чистоће. специјална графитна шупљина, графитна гасна ротирајућа база итд. Целокупно кварцно звоно је прекривено цилиндричним индукционим намотајем, а реакциона комора унутар звона се електромагнетно загрева индукционим напајањем средње фреквенције. Као што је приказано на Слици 1 (б), гас носач, реакциони гас и гас за допуну теку кроз површину плочице у хоризонталном ламинарном току од узводно од реакционе коморе до низводно од реакционе коморе и испуштају се из репа гас крај. Да би се обезбедила конзистентност у плочици, обланда коју носи ваздушна плутајућа база се увек ротира током процеса.
Подлога коришћена у експерименту је комерцијална 150 мм, 200 мм (6 инча, 8 инча) <1120> смер 4° ван угла проводљива н-тип 4Х-СиЦ двострано полирани СиЦ супстрат произведен од Сханки Схуоке Цристал. Трихлоросилан (СиХЦл3, ТЦС) и етилен (Ц2Х4) се користе као главни извори раста у процесном експерименту, међу којима се ТЦС и Ц2Х4 користе као извор силицијума и извор угљеника, азот високе чистоће (Н2) се користи као н- тип извора допинга, а водоник (Х2) се користи као гас за разблаживање и гас носач. Опсег температуре епитаксијалног процеса је 1 600 ~1 660 ℃, процесни притисак је 8×103 ~12×103 Па, а брзина протока гаса Х2 је 100～140 Л/мин.
1.3 Епитаксијално испитивање и карактеризација плочице
Фуријеов инфрацрвени спектрометар (произвођач опреме Тхермалфисхер, модел иС50) и тестер концентрације живине сонде (произвођач опреме Семилаб, модел 530Л) коришћени су за карактеризацију средње вредности и дистрибуције дебљине епитаксијалног слоја и концентрације допинга; дебљина и концентрација допинга сваке тачке у епитаксијалном слоју су одређене узимањем тачака дуж линије пречника које секу нормалну линију главне референтне ивице под углом од 45° у центру плочице са уклањањем ивице од 5 мм. За плочицу од 150 мм узето је 9 тачака дуж једне линије пречника (два пречника су била окомита један на други), а за плочицу од 200 мм узета је 21 тачка, као што је приказано на слици 2. Микроскоп атомске силе (произвођач опреме Брукер, модел Дименсион Ицон) је коришћен за одабир области од 30 μм×30 μм у средишњој области и области ивице (5 мм уклањање ивице) епитаксијалне плочице да би се тестирала храпавост површине епитаксијалног слоја; дефекти епитаксијалног слоја су мерени помоћу тестера површинских дефеката (произвођач опреме Цхина Елецтроницс 3Д имагер је карактерисан радарским сензором (модел Марс 4410 про) компаније Кефенгхуа.
Време поста: Сеп-04-2024