Ayeuna, industri SiC robih tina 150 mm (6 inci) ka 200 mm (8 inci). Dina raraga minuhan paménta urgent pikeun badag-ukuran, kualitas luhur SiC wafers homoepitaxial di industri, 150mm na 200mm4H-SiC wafer homoepitaxialsuksés disiapkeun dina substrat domestik nganggo alat-alat pertumbuhan epitaxial 200mm SiC sacara mandiri. Prosés homoepitaxial cocog pikeun 150mm sareng 200mm dikembangkeun, dimana laju pertumbuhan epitaxial tiasa langkung ageung tibatan 60um / h. Nalika nyumponan epitaksi-speed tinggi, kualitas wafer epitaxial saé pisan. The uniformity ketebalan tina 150 mm sarta 200 mmSiC epitaxial wafersbisa dikawasa dina 1,5%, nu uniformity konsentrasi kirang ti 3%, dénsitas cacad fatal nyaeta kirang ti 0,3 partikel / cm2, sarta akar roughness permukaan epitaxial hartina kuadrat Ra kirang ti 0,15nm, sarta sakabeh indikator prosés inti aya dina tingkat maju industri.
Silicon Carbide (SiC)mangrupa salah sahiji wawakil bahan semikonduktor generasi katilu. Cai mibanda ciri kakuatan médan ngarecahna tinggi, konduktivitas termal alus teuing, laju drift jenuh éléktron badag, sarta lalawanan radiasi kuat. Eta geus greatly dimekarkeun kapasitas ngolah énérgi alat kakuatan sarta bisa minuhan sarat jasa tina generasi saterusna pakakas éléktronik kakuatan pikeun alat kalawan kakuatan tinggi, ukuran leutik, suhu luhur, radiasi tinggi jeung kaayaan ekstrim lianna. Bisa ngurangan spasi, ngurangan konsumsi kakuatan sarta ngurangan syarat cooling. Eta geus mawa parobahan revolusioner pikeun kandaraan énergi anyar, angkutan rail, grids pinter jeung widang lianna. Ku alatan éta, semikonduktor silikon carbide geus jadi dipikawanoh salaku bahan idéal anu bakal ngakibatkeun generasi saterusna alat éléktronik kakuatan tinggi. Dina taun-taun ayeuna, berkat dukungan kawijakan nasional pikeun pangembangan industri semikonduktor generasi katilu, panalungtikan sareng pamekaran sareng pangwangunan sistem industri alat 150 mm SiC parantos réngsé di Cina, sareng kaamanan ranté industri parantos réngsé. geus dasarna dijamin. Ku alatan éta, fokus industri laun-laun bergeser ka kontrol ongkos jeung perbaikan efisiensi. Ditémbongkeun saperti dina Table 1, dibandingkeun jeung 150 mm, 200 mm SiC boga laju utilization ujung luhur, jeung kaluaran chip wafer tunggal bisa ngaronjat ku ngeunaan 1,8 kali. Saatos téknologi matures, biaya manufaktur chip tunggal tiasa dikirangan ku 30%. The narabas téhnologis 200 mm mangrupakeun sarana langsung "ngurangan waragad sarta ngaronjatkeun efisiensi", sarta eta oge konci pikeun industri semikonduktor nagara urang "ngajalankeun paralel" atawa malah "lead".
Béda jeung prosés alat Si,Alat kakuatan semikonduktor SiCsadayana diolah sareng disiapkeun ku lapisan epitaxial salaku batu pondasi. Wafer epitaxial mangrupikeun bahan dasar anu penting pikeun alat kakuatan SiC. Kualitas lapisan epitaxial langsung nangtukeun ngahasilkeun alat, sarta biaya na akun pikeun 20% tina biaya manufaktur chip. Ku alatan éta, pertumbuhan epitaxial mangrupa link perantara penting dina alat kakuatan SiC. Wates luhur tingkat prosés epitaxial ditangtukeun ku alat epitaxial. Ayeuna, gelar lokalisasi tina 150mm SiC epitaxial parabot di Cina kawilang luhur, tapi tata perenah sakabéh 200mm lags balik tingkat internasional dina waktos anu sareng. Ku alatan éta, dina raraga ngajawab kabutuhan urgent jeung masalah bottleneck badag-ukuran, kualitas luhur manufaktur bahan epitaxial pikeun ngembangkeun industri semikonduktor generasi katilu domestik, makalah ieu ngenalkeun 200 mm SiC parabot epitaxial hasil dimekarkeun di nagara urang. sarta nalungtik prosés epitaxial. Ku ngaoptimalkeun parameter prosés sapertos suhu prosés, laju aliran gas pembawa, rasio C / Si, sareng sajabana, keseragaman konsentrasi <3%, ketebalan non-uniformity <1.5%, kasar Ra <0.2 nm sareng dénsitas cacad fatal <0.3 séréal / cm2 tina 150 mm sarta 200 mm SiC wafers epitaxial kalawan 200 mm tungku epitaxial silikon carbide dimekarkeun bebas dimekarkeun. Tingkat prosés alat tiasa nyumponan kabutuhan persiapan alat kakuatan SiC kualitas luhur.
1 Ékspérimén
1.1 Prinsip tinaSiC epitaxialprosés
Prosés pertumbuhan homoepitaxial 4H-SiC utamana ngawengku 2 léngkah konci, nyaéta, etching di-situ suhu luhur substrat 4H-SiC jeung prosés déposisi uap kimia homogen. Tujuan utama substrat di-situ etching nyaéta ngaleupaskeun karuksakan subsurface tina substrat sanggeus wafer polishing, residual cairan polishing, partikel jeung lapisan oksida, sarta struktur hambalan atom biasa bisa ngawujud dina beungeut substrat ku etching. In-situ etching biasana dilaksanakeun dina atmosfir hidrogén. Numutkeun sarat prosés sabenerna, jumlah leutik gas bantu ogé bisa ditambahkeun, kayaning hidrogén klorida, propana, étiléna atawa silane. Suhu etching hidrogén di-situ umumna di luhur 1 600 ℃, sarta tekanan tina chamber réaksi umumna dikawasa handap 2 × 104 Pa salila prosés etching.
Saatos permukaan substrat diaktipkeun ku etching in-situ, éta asup kana prosés déposisi uap kimia suhu luhur, nyaéta, sumber pertumbuhan (sapertos étiléna / propana, TCS / silane), sumber doping (n-tipe doping sumber nitrogén. , sumber doping tipe-p TMAl), jeung gas bantu saperti hidrogén klorida diangkut ka kamar réaksi ngaliwatan aliran badag gas pembawa (biasana hidrogén). Saatos gas meta dina chamber réaksi suhu luhur, bagian tina prékursor meta kimiawi jeung adsorbs dina beungeut wafer, sarta single-kristal homogen lapisan epitaxial 4H-SiC kalawan konsentrasi doping husus, ketebalan husus, sarta kualitas luhur kabentuk. dina permukaan substrat ngagunakeun substrat tunggal-kristal 4H-SiC salaku citakan. Saatos sababaraha taun éksplorasi téknis, téknologi homoepitaxial 4H-SiC dasarna parantos dewasa sareng seueur dianggo dina produksi industri. Téknologi homoepitaxial 4H-SiC anu paling seueur dianggo di dunya ngagaduhan dua ciri khas:
(1) Ngagunakeun hiji off-axis (relatif ka <0001> pesawat kristal, nuju <11-20> arah kristal) serong cut substrat salaku citakan, hiji-purity tinggi kristal tunggal 4H-SiC lapisan epitaxial tanpa najis. disimpen dina substrat dina bentuk modeu tumuwuhna step-flow. Awal pertumbuhan homoepitaxial 4H-SiC ngagunakeun substrat kristal positif, nyaéta, <0001> Si pesawat pikeun tumuwuh. Kapadetan léngkah-léngkah atom dina permukaan substrat kristal positip rendah sareng teras-terasanna lega. Tumuwuh nukleasi dua diménsi gampang lumangsung salila prosés épitaksi pikeun ngabentuk kristal 3C SiC (3C-SiC). Ku motong off-sumbu, dénsitas luhur, téras sempit lebar hambalan atom bisa diwanohkeun dina beungeut 4H-SiC <0001> substrat, sarta prékursor adsorbed éféktif bisa ngahontal posisi hambalan atom kalawan énergi permukaan rélatif low ngaliwatan difusi permukaan. . Dina hambalan, posisi beungkeutan atom prékursor / grup molekular unik, jadi dina modeu tumuwuhna aliran hambalan, lapisan epitaxial sampurna bisa inherit Si-C lapisan atom ganda urutan stacking tina substrat pikeun ngabentuk kristal tunggal jeung kristal sarua. fase salaku substrat.
(2) Pertumbuhan epitaxial-speed tinggi kahontal ku ngawanohkeun sumber silikon klorin-ngandung. Dina sistem déposisi uap kimia SiC konvensional, silane sareng propana (atanapi étiléna) mangrupikeun sumber pertumbuhan utama. Dina prosés ningkatkeun laju tumuwuh ku cara ningkatkeun laju aliran sumber tumuwuh, sakumaha tekanan parsial kasatimbangan komponén silikon terus ningkat, éta gampang pikeun ngabentuk klaster silikon ku nucleation fase gas homogen, nu nyata ngurangan laju utilization tina. sumber silikon. Wangunan klaster silikon greatly ngawatesan pamutahiran laju tumuwuh epitaxial. Dina waktos anu sami, klaster silikon tiasa ngaganggu kamekaran aliran léngkah sareng nyababkeun nukleasi cacad. Pikeun ngahindarkeun nukleasi fase gas homogen sareng ningkatkeun laju pertumbuhan epitaxial, bubuka sumber silikon dumasar klorin ayeuna mangrupikeun metode mainstream pikeun ningkatkeun laju pertumbuhan epitaxial 4H-SiC.
1,2 200 mm (8 inci) SiC parabot epitaxial jeung kaayaan prosés
Percobaan anu dijelaskeun dina makalah ieu sadayana dilakukeun dina 150/200 mm (6/8 inci) anu cocog sareng monolithic horizontal hot wall SiC epitaxial epitaxial anu dikembangkeun sacara mandiri ku 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. The tungku epitaxial ngarojong pinuh otomatis wafer loading na unloading. Gambar 1 mangrupa diagram skéma tina struktur internal chamber réaksi alat epitaxial. Ditémbongkeun saperti dina Gambar 1, témbok luar chamber réaksi nyaéta bel quartz ku interlayer cai-tiis, jeung jero bel téh chamber réaksi suhu luhur, nu diwangun ku insulasi termal karbon dirasakeun, purity tinggi. Rongga grafit husus, grafit gas-ngambang basa puteran, jsb Sakabéh bel quartz katutupan ku coil induksi cylindrical, sarta réaksina. chamber jero bel dipanaskeun sacara éléktromagnétik ku catu daya induksi frekuensi sedeng. Sapertos dina Gambar 1 (b), gas pembawa, gas réaksi, sareng gas doping sadayana ngalir ngalangkungan permukaan wafer dina aliran laminar horizontal ti hulu kamar réaksi ka hilir kamar réaksi sareng dikaluarkeun tina buntut. tungtung gas. Pikeun mastikeun konsistensi dina wafer, wafer anu dibawa ku dasar ngambang hawa sok diputer nalika prosésna.
Substrat anu digunakeun dina percobaan nyaéta komérsial 150 mm, 200 mm (6 inci, 8 inci) <1120> arah 4 ° off-sudut conductive n-tipe 4H-SiC dua kali sided digosok substrat SiC dihasilkeun ku Shanxi Shuoke Kristal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) jeung étiléna (C2H4) dipaké salaku sumber tumuwuh utama dina percobaan prosés, diantarana TCS jeung C2H4 dipaké salaku sumber silikon jeung sumber karbon masing-masing, nitrogén purity tinggi (N2) dipaké salaku n- jenis sumber doping, sarta hidrogén (H2) dipaké salaku gas éncér jeung gas carrier. Kisaran suhu prosés epitaxial nyaéta 1 600 ~ 1 660 ℃, tekanan prosés nyaéta 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, sareng laju aliran gas pamawa H2 nyaéta 100 ~ 140 L / mnt.
1.3 Uji wafer epitaxial sareng karakterisasi
Fourier spéktrométer infra red (produsén parabot Thermalfisher, modél iS50) jeung tester konsentrasi usik raksa (pabrikan parabot Semilab, modél 530L) dipaké pikeun characterize rata-rata jeung distribusi ketebalan lapisan epitaxial jeung konsentrasi doping; ketebalan jeung konsentrasi doping unggal titik dina lapisan epitaxial ditangtukeun ku nyokot titik sapanjang garis diaméterna intersecting garis normal ujung rujukan utama dina 45 ° di tengah wafer kalawan 5 mm ngaleupaskeun ujung. Pikeun wafer 150 mm dicokot 9 titik sapanjang garis diaméterna tunggal (dua diaméterna jejeg saling), sarta pikeun wafer 200 mm dicokot 21 titik, ditémbongkeun saperti dina Gambar 2. Mikroskop gaya atom (produsén pakakas). Bruker, modél Diménsi Ikon) ieu dipaké pikeun milih 30 μm × 30 μm wewengkon di wewengkon puseur jeung wewengkon ujung (5 mm ujung. ngaleupaskeun) tina wafer epitaxial pikeun nguji roughness permukaan lapisan epitaxial; cacad lapisan epitaxial diukur maké tester cacad permukaan (produsén parabot China Electronics The 3D imager dicirikeun ku sensor radar (model Mars 4410 pro) ti Kefenghua.
waktos pos: Sep-04-2024