Hivi sasa, sekta ya SiC inabadilika kutoka 150 mm (inchi 6) hadi 200 mm (inchi 8). Ili kukidhi mahitaji ya haraka ya kaki za ukubwa mkubwa, za ubora wa juu za SiC homoepitaxial katika tasnia, 150mm na 200mm.4H-SiC kaki za homoepitaxialyalitayarishwa kwa ufanisi kwenye substrates za ndani kwa kutumia vifaa vya ukuaji wa epitaxial vya 200mm SiC. Mchakato wa homoepitaxial unaofaa kwa 150mm na 200mm ulitengenezwa, ambapo kiwango cha ukuaji wa epitaxial kinaweza kuwa zaidi ya 60um / h. Wakati unakutana na epitaksi ya kasi ya juu, ubora wa kaki wa epitaxial ni bora. Usawa wa unene wa 150 mm na 200 mmKaki za epitaxial za SiCinaweza kudhibitiwa ndani ya 1.5%, usawa wa mkusanyiko ni chini ya 3%, msongamano mbaya wa kasoro ni chini ya chembe 0.3 / cm2, na ukali wa uso wa epitaxial maana ya mraba Ra ni chini ya 0.15nm, na viashiria vyote vya mchakato wa msingi viko kiwango cha juu cha tasnia.
Silicon Carbide (SiC)ni mmoja wa wawakilishi wa vifaa vya semiconductor ya kizazi cha tatu. Ina sifa za uthabiti wa hali ya juu wa shamba, upitishaji bora wa mafuta, kasi kubwa ya kuteleza kwa elektroni, na upinzani mkali wa mionzi. Imepanua sana uwezo wa usindikaji wa nishati ya vifaa vya nguvu na inaweza kukidhi mahitaji ya huduma ya kizazi kijacho cha vifaa vya umeme vya nguvu kwa vifaa vyenye nguvu ya juu, ukubwa mdogo, joto la juu, mionzi ya juu na hali nyingine kali. Inaweza kupunguza nafasi, kupunguza matumizi ya nguvu na kupunguza mahitaji ya baridi. Imeleta mabadiliko ya kimapinduzi kwa magari mapya ya nishati, usafiri wa reli, gridi mahiri na nyanja zingine. Kwa hivyo, semiconductors ya silicon carbide imetambuliwa kama nyenzo bora ambayo itaongoza kizazi kijacho cha vifaa vya elektroniki vya nguvu ya juu. Katika miaka ya hivi karibuni, kutokana na msaada wa sera ya kitaifa kwa ajili ya maendeleo ya sekta ya kizazi cha tatu ya semiconductor, utafiti na maendeleo na ujenzi wa mfumo wa tasnia ya vifaa vya 150 mm SiC umekamilika nchini China, na usalama wa mnyororo wa viwanda umekamilika. imehakikishiwa kimsingi. Kwa hivyo, mwelekeo wa tasnia umebadilika polepole kwa udhibiti wa gharama na uboreshaji wa ufanisi. Kama inavyoonyeshwa katika Jedwali 1, ikilinganishwa na mm 150, SiC ya mm 200 ina kiwango cha juu cha matumizi, na matokeo ya chipsi za kaki moja yanaweza kuongezeka kwa takriban mara 1.8. Baada ya teknolojia kukomaa, gharama ya utengenezaji wa chip moja inaweza kupunguzwa kwa 30%. Mafanikio ya kiteknolojia ya mm 200 ni njia ya moja kwa moja ya "kupunguza gharama na kuongeza ufanisi", na pia ni ufunguo wa sekta ya semiconductor ya nchi yangu "kuendesha sambamba" au hata "kuongoza".
Tofauti na mchakato wa kifaa cha Si,Vifaa vya nguvu vya semiconductor vya SiCzote zinachakatwa na kutayarishwa kwa tabaka za epitaxial kama msingi. Kaki za Epitaxial ni nyenzo muhimu za msingi kwa vifaa vya nguvu vya SiC. Ubora wa safu ya epitaxial huamua moja kwa moja mavuno ya kifaa, na gharama yake ni 20% ya gharama ya utengenezaji wa chip. Kwa hiyo, ukuaji wa epitaxial ni kiungo muhimu cha kati katika vifaa vya nguvu vya SiC. Kikomo cha juu cha kiwango cha mchakato wa epitaxial kinatambuliwa na vifaa vya epitaxial. Kwa sasa, kiwango cha ujanibishaji cha vifaa vya epitaxial vya 150mm SiC nchini China ni cha juu, lakini mpangilio wa jumla wa 200mm uko nyuma ya kiwango cha kimataifa kwa wakati mmoja. Kwa hivyo, ili kutatua mahitaji ya dharura na shida za shida za utengenezaji wa nyenzo za ukubwa mkubwa, za hali ya juu kwa maendeleo ya tasnia ya semiconductor ya kizazi cha tatu, karatasi hii inaleta vifaa vya epitaxial vya 200 mm SiC vilivyotengenezwa kwa mafanikio katika nchi yangu, na inasoma mchakato wa epitaxial. Kwa kuboresha vigezo vya mchakato kama vile joto la mchakato, kasi ya mtiririko wa gesi ya mtoa huduma, uwiano wa C/Si, n.k., usawa wa mkusanyiko <3%, unene usio na usawa <1.5%, ukali Ra <0.2 nm na msongamano mbaya wa kasoro <0.3 nafaka /cm2 ya 150 mm na 200 mm kaki za epitaxial za SiC zilizo na tanuru ya epitaxial ya carbide ya silicon iliyotengenezwa kwa kujitegemea ya 200 mm hupatikana. Kiwango cha mchakato wa vifaa kinaweza kukidhi mahitaji ya utayarishaji wa kifaa cha nguvu cha SiC cha hali ya juu.
1 Jaribio
1.1 Kanuni yaSiC epitaxialmchakato
Mchakato wa ukuaji wa homoepitaxial wa 4H-SiC hujumuisha hasa hatua 2 muhimu, ambazo ni, uwekaji wa halijoto ya juu ndani ya situ ya substrate ya 4H-SiC na mchakato wa uwekaji wa mvuke wa kemikali homogeneous. Kusudi kuu la kuweka substrate katika-situ ni kuondoa uharibifu wa uso wa chini wa substrate baada ya kung'arisha kaki, kioevu kilichobaki cha kung'arisha, chembe na safu ya oksidi, na muundo wa hatua ya atomiki wa kawaida unaweza kuundwa kwenye uso wa substrate kwa etching. Uchoraji wa in-situ kawaida hufanywa katika angahewa ya hidrojeni. Kwa mujibu wa mahitaji halisi ya mchakato, kiasi kidogo cha gesi ya msaidizi pia inaweza kuongezwa, kama vile kloridi hidrojeni, propane, ethilini au silane. Joto la etching ya hidrojeni katika-situ kwa ujumla ni zaidi ya 1 600 ℃, na shinikizo la chumba cha mmenyuko kwa ujumla hudhibitiwa chini ya 2 × 104 Pa wakati wa mchakato wa etching.
Baada ya uso wa substrate kuamilishwa na etching ya in-situ, huingia kwenye mchakato wa uwekaji wa mvuke wa kemikali wa halijoto ya juu, yaani, chanzo cha ukuaji (kama vile ethilini/propane, TCS/silane), chanzo cha dawa za kuongeza nguvu (nitrojeni ya chanzo cha doping). , chanzo cha doping cha aina ya TMAl), na gesi saidizi kama vile kloridi hidrojeni husafirishwa hadi kwenye chemba ya athari kupitia mtiririko mkubwa wa gesi ya kubeba (kwa kawaida hidrojeni). Baada ya gesi kuitikia kwenye chumba cha mmenyuko wa joto la juu, sehemu ya kitangulizi humenyuka kemikali na adsorbs juu ya uso wa kaki, na safu ya epitaxial ya kioo moja ya 4H-SiC yenye mkusanyiko maalum wa doping, unene maalum, na ubora wa juu huundwa. kwenye uso wa mkatetaka kwa kutumia substrate ya kioo moja ya 4H-SiC kama kiolezo. Baada ya miaka mingi ya uchunguzi wa kiufundi, teknolojia ya 4H-SiC homoepitaxial kimsingi imepevuka na inatumika sana katika uzalishaji wa viwandani. Teknolojia inayotumika zaidi ya 4H-SiC homoepitaxial ulimwenguni ina sifa mbili za kawaida:
(1) Kwa kutumia mhimili wa nje (inayohusiana na <0001> ndege ya fuwele, kuelekea <11-20> mwelekeo wa fuwele) sehemu ndogo iliyokatwa kama kiolezo, safu ya juu ya ubora wa kioo-4H-SiC epitaxial bila uchafu ni iliyowekwa kwenye substrate kwa namna ya hali ya ukuaji wa mtiririko wa hatua. Ukuaji wa awali wa homoepitaxial wa 4H-SiC ulitumia substrate chanya ya fuwele, yaani, <0001> Si ndege kwa ukuaji. Msongamano wa hatua za atomiki kwenye uso wa substrate chanya ya kioo ni chini na matuta ni mapana. Ukuaji wa nukleo wa pande mbili ni rahisi kutokea wakati wa mchakato wa epitaksi kuunda 3C fuwele SiC (3C-SiC). Kwa kukata kwa mhimili usio na mhimili, msongamano mkubwa, hatua za atomiki za upana wa mtaro mwembamba zinaweza kuletwa kwenye uso wa substrate ya 4H-SiC <0001>, na kitangulizi cha adsorbed kinaweza kufikia nafasi ya hatua ya atomiki kwa nishati ya chini ya uso kwa njia ya kueneza kwa uso. . Katika hatua hiyo, nafasi ya uunganisho wa atomi/kikundi cha molekuli ni ya kipekee, kwa hivyo katika hali ya ukuaji wa mtiririko wa hatua, safu ya epitaxial inaweza kurithi kikamilifu safu mbili za safu ya atomiki ya Si-C ya substrate kuunda fuwele moja yenye fuwele sawa. awamu kama substrate.
(2) Ukuaji wa kasi ya juu wa epitaxial hupatikana kwa kuanzisha chanzo cha silicon kilicho na klorini. Katika mifumo ya kawaida ya uwekaji wa mvuke wa kemikali ya SiC, silane na propane (au ethilini) ndio vyanzo kuu vya ukuaji. Katika mchakato wa kuongeza kiwango cha ukuaji kwa kuongeza kiwango cha mtiririko wa chanzo cha ukuaji, kadiri shinikizo la sehemu ya usawa la sehemu ya silicon inavyoendelea kuongezeka, ni rahisi kuunda nguzo za silicon kwa uundaji wa awamu ya gesi ya homogeneous, ambayo hupunguza kwa kiasi kikubwa kiwango cha utumiaji. chanzo cha silicon. Uundaji wa nguzo za silicon hupunguza sana uboreshaji wa kiwango cha ukuaji wa epitaxial. Wakati huo huo, nguzo za silicon zinaweza kuvuruga ukuaji wa mtiririko wa hatua na kusababisha nucleation ya kasoro. Ili kuzuia uanzishaji wa awamu ya gesi yenye usawa na kuongeza kasi ya ukuaji wa epitaxial, kuanzishwa kwa vyanzo vya silicon vinavyotokana na klorini kwa sasa ndiyo njia kuu ya kuongeza kasi ya ukuaji wa epitaxial ya 4H-SiC.
1.2 200 mm (8-inch) SiC epitaxial vifaa na hali ya mchakato
Majaribio yaliyofafanuliwa katika karatasi hii yote yalifanywa kwenye kifaa cha joto cha SiC cha ukuta wa mlalo wa 150/200 mm (6/8-inch) kilichoundwa kwa kujitegemea na Taasisi ya 48 ya Taasisi ya China Electronics Technology Group Corporation. Tanuru ya epitaxial inasaidia upakiaji na upakuaji wa kaki kiotomatiki. Mchoro wa 1 ni mchoro wa mchoro wa muundo wa ndani wa chumba cha mmenyuko wa vifaa vya epitaxial. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro wa 1, ukuta wa nje wa chumba cha athari ni kengele ya quartz na kiunganishi kilichopozwa na maji, na ndani ya kengele ni chumba cha athari ya joto la juu, ambalo linajumuisha insulation ya mafuta ya kaboni iliyohisi, usafi wa juu. kaviti maalum ya grafiti, msingi unaozunguka wa gesi ya grafiti, n.k. Kengele nzima ya quartz imefunikwa na coil ya induction ya silinda, na chumba cha majibu ndani ya kengele huwashwa kwa umeme kwa usambazaji wa umeme wa masafa ya kati. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (b), gesi ya kibebea, gesi ya athari, na gesi ya doping zote hutiririka kupitia uso wa kaki katika mtiririko wa laminari ulio mlalo kutoka kwenye mkondo wa juu wa chemba ya athari hadi chini ya chemba ya athari na hutolewa kutoka mkiani. mwisho wa gesi. Ili kuhakikisha uthabiti ndani ya kaki, kaki iliyobebwa na msingi wa kuelea hewa daima huzungushwa wakati wa mchakato.
Sehemu ndogo iliyotumiwa katika jaribio ni ya kibiashara ya mm 150, 200 mm (inchi 6, inchi 8) <1120> mwelekeo wa 4° off-angle conductive n-aina ya 4H-SiC iliyong'arishwa ya pande mbili ya SiC inayozalishwa na Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) na ethilini (C2H4) hutumika kama vyanzo vikuu vya ukuaji katika jaribio la mchakato, ambapo TCS na C2H4 hutumika kama chanzo cha silikoni na chanzo cha kaboni mtawalia, naitrojeni ya kiwango cha juu (N2) hutumika kama n- aina ya chanzo cha doping, na hidrojeni (H2) hutumiwa kama gesi ya dilution na gesi ya carrier. Kiwango cha joto cha mchakato wa epitaxial ni 1 600 ~ 1 660 ℃, shinikizo la mchakato ni 8×103 ~ 12×103 Pa, na kiwango cha mtiririko wa gesi ya carrier H2 ni 100～140 L/min.
1.3 Majaribio ya kaki ya Epitaxial na uainishaji
Kipimo cha infrared cha Fourier (mtengenezaji wa vifaa Thermalfisher, modeli iS50) na kipimaji cha ukolezi cha uchunguzi wa zebaki (mtengenezaji wa vifaa Semilab, mfano wa 530L) vilitumika kubainisha wastani na usambazaji wa unene wa safu ya epitaxial na ukolezi wa doping; unene na ukolezi wa doping wa kila nukta katika safu ya epitaxial iliamuliwa kwa kuchukua pointi kando ya mstari wa kipenyo unaokatiza mstari wa kawaida wa ukingo mkuu wa kumbukumbu katika 45 ° katikati ya kaki na kuondolewa kwa 5 mm. Kwa kaki ya mm 150, pointi 9 zilichukuliwa kwa mstari mmoja wa kipenyo (kipenyo viwili vilikuwa perpendicular kwa kila mmoja), na kwa kaki ya mm 200, pointi 21 zilichukuliwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2. Darubini ya nguvu ya atomiki (mtengenezaji wa vifaa). Bruker, Aikoni ya Dimension ya mfano) ilitumika kuteua maeneo 30 μm×30 μm katika eneo la katikati na eneo la ukingo (kuondolewa kwa makali ya mm 5) ya kaki ya epitaxial ili kupima ukali wa uso wa safu ya epitaxial; kasoro za safu ya epitaxial zilipimwa kwa kutumia kifaa cha kupima kasoro ya uso (mtengenezaji wa vifaa vya China Electronics Kipicha cha 3D kilikuwa na kitambuzi cha rada (mfano wa Mars 4410 pro) kutoka Kefenghua.
Muda wa kutuma: Sep-04-2024