Дар айни замон, саноати SiC аз 150 мм (6 дюйм) ба 200 мм (8 дюйм) табдил меёбад. Бо мақсади қонеъ кардани талаботи фаврӣ ба вафли калонҳаҷм ва баландсифати SiC гомоэпитаксиалӣ дар саноат, 150мм ва 200мм.Вафли гомоэпитаксиалии 4H-SiCдар субстратҳои ватанӣ бомуваффақият бо истифода аз таҷҳизоти рушди мустақили 200mm SiC эпитаксиалӣ омода карда шуданд. Раванди гомоэпитаксиалӣ барои 150 мм ва 200 мм мувофиқ таҳия карда шуд, ки дар он суръати афзоиши эпитаксиалӣ метавонад аз 60 м/соат зиёд бошад. Ҳангоми вохӯрӣ бо эпитаксияи баландсуръат, сифати вафли эпитаксиалӣ аъло аст. Якрангии ғафсӣ 150 мм ва 200 ммВафли эпитаксиалии SiCметавонад дар ҳудуди 1,5% назорат карда шавад, якрангии консентратсия камтар аз 3% аст, зичии нуқсони марговар камтар аз 0,3 зарраҳо / см2 аст ва решаи решаи эпитаксиалӣ квадратии Ra камтар аз 0,15 нм аст ва ҳама нишондиҳандаҳои раванди аслӣ дар дарачаи пешкадами саноат.
Карбиди кремний (SiC)яке аз намояндагони масолехи нимнокилхои насли сеюм мебошад. Он дорои хосиятҳои қувваи баланди майдони шикаста, гузариши аълои гармӣ, суръати баланди гардиши электронии пурқувват ва муқовимати радиатсионӣ мебошад. Он иқтидори коркарди энергияи дастгоҳҳои энергетикиро хеле васеъ кардааст ва метавонад ба талаботи хидматрасонии насли ояндаи таҷҳизоти электронии барқ барои дастгоҳҳои дорои қудрати баланд, андозаи хурд, ҳарорати баланд, радиатсияи баланд ва дигар шароити шадид ҷавобгӯ бошад. Он метавонад фазоро кам кунад, истеъмоли қувваи барқро кам кунад ва талаботи хунуккуниро кам кунад. Он ба мошинҳои нави энергетикӣ, нақлиёти роҳи оҳан, шабакаҳои интеллектуалӣ ва дигар соҳаҳо тағйироти инқилобӣ овард. Аз ин рӯ, нимноқилҳои карбиди кремний ҳамчун маводи идеалие эътироф карда шуданд, ки насли ояндаи дастгоҳҳои электронии пурқувватро роҳбарӣ мекунанд. Дар солҳои охир, ба шарофати дастгирии сиёсати миллӣ оид ба рушди саноати нимноқилҳои насли сеюм, тадқиқот ва таҳия ва сохтмони системаи саноати дастгоҳи 150 мм SiC асосан дар Чин анҷом дода шуд ва амнияти занҷири саноатӣ асосан кафолат дода шуд. Аз ин ру, дик-кати саноат тадричан ба назорат кардани арзиши аслй ва баланд бардоштани самаранокй. Тавре ки дар ҷадвали 1 нишон дода шудааст, дар муқоиса бо 150 мм, 200 мм SiC дорои сатҳи истифодаи канори баландтар аст ва истеҳсоли микросхемаҳои ягонаи вафлиро тақрибан 1,8 маротиба зиёд кардан мумкин аст. Пас аз пухта расидани технология, арзиши истеҳсолии як чип метавонад 30% кам карда шавад. Муваффакияти технологии 200 мм воситаи бевоситаи «кам кардани харочот ва баланд бардоштани самаранокй» мебошад, инчунин барои саноати нимнокилхои мамлакати ман «параллель» ва хатто «пешбарй» мебошад.
Тафовут аз раванди дастгоҳи Si,Дастгоҳҳои барқии нимноқилҳои SiCҳама бо қабатҳои эпитаксиалӣ ҳамчун санги асосӣ коркард ва омода карда мешаванд. Вафли эпитаксиалӣ маводи муҳими асосӣ барои дастгоҳҳои барқии SiC мебошанд. Сифати қабати эпитаксиалӣ ҳосили дастгоҳро бевосита муайян мекунад ва арзиши он 20% хароҷоти истеҳсоли чипро ташкил медиҳад. Аз ин рӯ, афзоиши эпитаксиалӣ як пайванди фосилавии муҳим дар дастгоҳҳои барқии SiC мебошад. Ҳудуди болоии сатҳи раванди эпитаксиалӣ бо таҷҳизоти эпитаксиалӣ муайян карда мешавад. Дар айни замон, дараҷаи маҳаллисозии таҷҳизоти эпитаксиалии 150 мм SiC дар Чин нисбатан баланд аст, аммо тарҳбандии умумии 200 мм дар айни замон аз сатҳи байналмилалӣ ақиб мемонад. Аз ин рӯ, дар ин мақола бо мақсади ҳалли эҳтиёҷоти таъхирнопазир ва мушкилиҳои истеҳсоли маводи калонҳаҷм ва баландсифати эпитаксиалӣ барои рушди саноати ватании насли сеюми нимноқилҳо, дар ин мақола таҷҳизоти эпитаксиалии 200 мм SiC, ки дар кишвари ман бомуваффақият таҳия шудааст, ҷорӣ карда мешавад. ва процесси эпитаксиалиро меомузад. Тавассути оптимизатсияи параметрҳои раванд ба монанди ҳарорати раванд, суръати ҷараёни гази интиқолдиҳанда, таносуби C/Si ва ғайра, якрангии консентратсия <3%, ғафсӣ якрангӣ <1,5%, ноҳамворӣ Ra <0,2 нм ва зичии камбудиҳои марговар <0,3 дона. /см2 аз 150 мм ва 200 мм SiC пластинка бо печи эпитаксиалии карбиди кремнийи 200 мм мустакилона сохташуда гирифта мешавад. Сатҳи раванди таҷҳизот метавонад эҳтиёҷоти омодасозии дастгоҳи барқии SiC-ро қонеъ гардонад.
1 Таҷриба
1.1 ПринсипиSiC эпитаксиалӣраванд
Раванди афзоиши гомоэпитаксиалии 4H-SiC асосан 2 марҳилаи калидиро дар бар мегирад, яъне, дар ҳарорати баланд дар макон пошидани субстрат 4H-SiC ва раванди таҳшиншавии буғи якхелаи кимиёвӣ. Мақсади асосии пошидани субстрат дар ҷои ин бартараф кардани зарари зеризаминии субстрат пас аз сайқал додани вафли, моеъи боқимондаи сайқалдиҳӣ, зарраҳо ва қабати оксид мебошад ва метавонад дар сатҳи субстрат бо роҳи etching як сохтори қадами атомии муқаррарӣ ташкил карда шавад. Одатан дар муҳити ҳидрогенӣ кандакорӣ карда мешавад. Мувофиқи талаботи воқеии раванд, миқдори ками гази ёрирасон низ метавонад илова карда шавад, ба монанди хлориди гидроген, пропан, этилен ё силан. Ҳарорати сӯзишвории гидроген дар ин ҷо одатан аз 1 600 ℃ зиёд аст ва фишори камераи реаксия одатан дар ҷараёни коркард аз 2 × 104 Па назорат карда мешавад.
Пас аз он ки сатҳи субстрат тавассути ҷӯйборкунии дарунсохт фаъол карда мешавад, он ба раванди таҳшиншавии буғи кимиёвии ҳарорати баланд, яъне манбаи афзоиш (ба монанди этилен/пропан, TCS/силан), манбаи допинг (нитрогени навъи n-манбаи допинг) ворид мешавад. , манбаи допинги навъи p TMAl) ва гази ёрирасон ба монанди хлориди гидроген ба камераи реаксия тавассути ҷараёни зиёди гази интиқолдиҳанда (одатан гидроген) интиқол дода мешавад. Пас аз реаксияи газ дар камераи реаксияи ҳарорати баланд, як қисми прекурсор ба таври кимиёвӣ реаксия карда, дар сатҳи вафли адсорбсия мешавад ва қабати эпитаксиалии яккристалии якхела 4H-SiC бо консентратсияи мушаххаси допинг, ғафсии мушаххас ва сифати баландтар ба вуҷуд меояд. дар сатҳи субстрат бо истифода аз як кристалл 4H-SiC субстрат ҳамчун қолаб. Пас аз солҳои кофтукови техникӣ, технологияи гомоэпитаксиалии 4H-SiC асосан ба камол расид ва дар истеҳсолоти саноатӣ васеъ истифода мешавад. Технологияи аз ҳама васеъ истифодашавандаи гомоэпитаксиалии 4H-SiC дар ҷаҳон ду хусусияти хос дорад:
(1) Бо истифода аз меҳвари берун аз меҳвар (нисбат ба ҳамвории кристалл <0001, ба самти кристалл <11-20>) субстрати буриши монеа ҳамчун қолаб, қабати эпитаксиалии яккристалли 4H-SiC бе ифлосиҳо дар оксиген дар шакли реҷаи афзоиши зинавӣ ҷойгир карда мешавад. Дар аввали афзоиши гомоэпитаксиалии 4H-SiC субстрати кристалии мусбӣ, яъне ҳавопаймои <0001> Si барои афзоиш истифода мешуд. Зичии қадамҳои атомӣ дар рӯи субстрати кристаллии мусбат паст ва террасҳо васеъ мебошанд. Дар ҷараёни эпитаксия афзоиши нуклеатсияи дученака ба осонӣ ба вуҷуд омада, кристалл 3C SiC (3C-SiC) ба вуҷуд меояд. Бо буридани берун аз меҳвар, қадамҳои атомии зичии баланд ва паҳнои тангро дар рӯи субстрати 4H-SiC <0001> ҷорӣ кардан мумкин аст ва прекурсори адсорбшуда ба таври муассир метавонад ба мавқеи қадами атомӣ бо энергияи нисбатан ками рӯизаминӣ тавассути диффузияи рӯизаминӣ бирасад. . Дар қадам, мавқеи пайванди пешакии атом/гурӯҳи молекулавӣ беназир аст, бинобар ин дар ҳолати афзоиши ҷараёни қадам, қабати эпитаксиалӣ метавонад пайдарпаии қабати дукаратаи атомии Si-C-ро ба таври комил мерос гирад, то як кристали ягонаро бо ҳамон кристалл ташкил кунад. фаза ҳамчун субстрат.
(2) Рушди эпитаксиалӣ бо суръати баланд тавассути ворид кардани манбаи кремнийи дорои хлор ба даст оварда мешавад. Дар системаҳои муқаррарии буғҳои кимиёвии SiC, силан ва пропан (ё этилен) манбаи асосии афзоиш мебошанд. Дар раванди афзоиши суръати афзоиш тавассути афзоиши суръати ҷараёни манбаи афзоиш, бо афзоиши фишори қисман мувозинати ҷузъи кремний, ташаккул додани кластерҳои кремний тавассути ядрои фазаҳои якхелаи газ осон аст, ки ин суръати истифодаи газро ба таври назаррас коҳиш медиҳад. манбаи кремний. Ташаккули кластерҳои кремний такмили суръати афзоиши эпитаксиалиро хеле маҳдуд мекунад. Ҳамзамон, кластерҳои кремний метавонанд афзоиши ҷараёни қадамро халалдор кунанд ва нуклеатсияи нуқсонро ба вуҷуд оранд. Бо мақсади роҳ надодан ба нуклеатсияи якхелаи газ ва баланд бардоштани суръати афзоиши эпитаксиалӣ, ҷорӣ намудани манбаъҳои кремний дар асоси хлор дар айни замон усули асосии баланд бардоштани суръати афзоиши эпитаксиалии 4H-SiC мебошад.
1,2 200 мм (8 дюйм) Таҷҳизоти эпитаксиалии SiC ва шароити раванд
Таҷрибаҳое, ки дар ин мақола тавсиф шудаанд, ҳама дар як таҷҳизоти монолитии уфуқии гарми девори 150/200 мм (6/8 дюйм) гузаронида шуданд, ки аз ҷониби Институти 48-уми Корпоратсияи электроникаи технологии Чин мустақилона таҳия шудааст. Танӯри эпитаксиалӣ боркунӣ ва борфарории вафли пурраи автоматиро дастгирӣ мекунад. Дар расми 1 диаграммаи схематикии сохти дохилии камераи реакционии аппаратураи эпитаксиалй оварда шудааст. Тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст, девори берунии камераи реаксия занги кварцӣ бо қабати об хунукшуда ва даруни занг камераи реаксияи ҳарорати баланд аст, ки аз намаки гармии изолятсияи карбон, тозагии баланд иборат аст. ковокии махсуси графитй, асоси гардиши гази графитй ва гайра Тамоми занги кварцй бо печи индуксионии силиндрй пушонида шуда, камераи реакционии даруни занги бо кувваи электри магнитии индуксионии миёнабасомад гарм карда мешавад. Тавре ки дар расми 1 (б) нишон дода шудааст, гази интиқолдиҳанда, гази реаксия ва гази допинг ҳама аз рӯи пластинка дар ҷараёни ламинарии уфуқӣ аз болооби камераи реаксия ба поёни камераи реаксия ҷорӣ шуда, аз дум хориҷ карда мешаванд. охири газ. Барои таъмини мувофиқат дар дохили вафли, вафли тавассути пойгоҳи шинокунандаи ҳаво ҳамеша дар ҷараёни раванд гардиш карда мешавад.
Субстрате, ки дар таҷриба истифода мешавад, як субстрати тиҷории 150 мм, 200 мм (6 дюйм, 8 дюйм) <1120> самти 4° берун аз кунҷи гузаронандаи n-навъи 4H-SiC субстрати дуҷонибаи сайқалёфтаи SiC мебошад, ки аз ҷониби Shanxi Shuoke Crystal истеҳсол шудааст. Дар таҷрибаи раванд ҳамчун манбаи асосии афзоиш трихлоросилан (SiHCl3, TCS) ва этилен (C2H4) истифода мешаванд, ки дар байни онҳо TCS ва C2H4 ҳамчун манбаи кремний ва манбаи карбон истифода мешаванд, нитрогени тозаи баланд (N2) ҳамчун n- истифода мешаванд. манбаи навъи допинг ва гидроген (H2) ҳамчун гази ҳалкунанда ва гази интиқолдиҳанда истифода мешавад. Диапазони ҳарорати раванди эпитаксиалӣ 1 600 ~ 1 660 ℃, фишори раванд 8 × 103 ~ 12 × 103 Па ва суръати ҷараёни гази интиқолдиҳандаи H2 100 ~ 140 л/дақ аст.
1.3 Санҷиши вафли эпитаксиалӣ ва тавсифи
Спектрометри инфрасурх Фурье (истеҳсолкунандаи таҷҳизот Thermalfisher, модели iS50) ва санҷиши консентратсияи симоб (истеҳсолкунандаи таҷҳизот Semilab, модели 530L) барои тавсифи миёна ва тақсимоти ғафсии қабати эпитаксиалӣ ва консентратсияи допинг истифода шуданд; ғафсӣ ва консентратсияи допинги ҳар як нуқта дар қабати эпитаксиалӣ бо роҳи гирифтани нуқтаҳое, ки дар хати диаметраш бо хати муқаррарии канори истинод дар 45° дар маркази вафель бо хориҷ кардани канори 5 мм бурида мешаванд, муайян карда шуданд. Барои пластинкаи 150 мм 9 нуқта аз қад-қади хати ягонаи диаметри (ду диаметраш ба ҳамдигар перпендикуляр буданд) ва барои пластинкаи 200 мм 21 нуқта гирифта шудааст, ки дар расми 2 нишон дода шудааст. Микроскопи қувваи атомӣ (истеҳсолкунандаи таҷҳизот) Bruker, модели Dimension Icon) барои интихоби минтақаҳои 30 μm × 30 μm дар майдони марказӣ ва майдони канори (бардоштани канори 5 мм) вафли эпитаксиалӣ барои санҷиши ноҳамвории сатҳи қабати эпитаксиалӣ истифода шуд; нуқсонҳои қабати эпитаксиалӣ бо истифода аз санҷиши нуқсонҳои рӯизаминӣ (истеҳсолкунандаи таҷҳизот China Electronics Тасвиргари 3D бо сенсори радарӣ (модели Mars 4410 pro) аз Kefenghua тавсиф карда шуд.
Вақти фиристодан: сентябр-04-2024