Хәзерге вакытта SiC индустриясе 150 мм (6 дюйм) дан 200 мм (8 дюйм) га үзгәрә. Зур күләмле, югары сыйфатлы SiC гомепитаксиаль ваферларга ашыгыч ихтыяҗны канәгатьләндерү өчен, 150 мм һәм 200 мм.4H-SiC гомепитаксиаль ваферлармөстәкыйль эшләнгән 200 мм SiC эпитаксиаль үсеш җиһазларын кулланып, эчке субстратларда уңышлы әзерләнделәр. 150 мм һәм 200 мм өчен яраклы гомепитаксиаль процесс эшләнде, анда эпитаксиаль үсеш темплары 60ум / сәдан зуррак булырга мөмкин. Speedгары тизлекле эпитаксия белән очрашканда, эпитаксиаль ваферның сыйфаты бик яхшы. Калынлыгы бердәмлеге 150 мм һәм 200 ммSiC эпитаксиаль ваферлар1,5% эчендә контрольдә булырга мөмкин, концентрация бердәмлеге 3% тан ким түгел, үлемгә китерүче җитешсезлек тыгызлыгы 0,3 кисәкчәләрдән / см2, ә эпитаксиаль өслекнең тупаслыгы тамыры Р квадратының 0,15нмнан ким булуын, һәм барлык процесс күрсәткечләре тармакның алдынгы дәрәҗәсе.
Кремний Карбид (SiC)өченче буын ярымүткәргеч материаллары вәкилләренең берсе. Бу югары ватылу кыры, искиткеч җылылык үткәрүчәнлеге, зур электрон туендыру тизлеге, көчле нурланышка каршы тору үзенчәлекләренә ия. Ул энергия җайланмаларының энергия эшкәртү сыйфатын шактый киңәйтте һәм киләсе буын электр энергиясе җиһазларының югары көче, кечкенә күләме, югары температурасы, югары нурланыш һәм башка экстремаль шартлары булган җайланмалар өчен хезмәт таләпләрен канәгатьләндерә ала. Ул урынны киметә, энергия куллануны киметә һәм суыту таләпләрен киметә ала. Ул яңа энергия машиналарына, тимер юл транспортына, акыллы челтәрләргә һәм башка өлкәләргә революцион үзгәрешләр китерде. Шуңа күрә, кремний карбид ярымүткәргечләр киләсе буынга югары көчле электрон җайланмаларны алып бара торган идеаль материал булып танылды. Соңгы елларда, өченче буын ярымүткәргеч сәнәгатен үстерүгә илкүләм политик ярдәм ярдәмендә, Кытайда 150 мм SiC җайланмасы индустриясе системасын тикшерү һәм эшкәртү тәмамланды, һәм сәнәгать чылбыры куркынычсызлыгы. нигездә гарантияләнгән. Шуңа күрә тармакның төп юнәлеше әкренләп чыгымнарны контрольдә тоту һәм нәтиҗәлелеген күтәрүгә күчә. 1-нче таблицада күрсәтелгәнчә, 150 мм белән чагыштырганда, 200 мм SiC куллану кыры югарырак, һәм бер вафин чиплар чыгару якынча 1,8 тапкырга артырга мөмкин. Технология җиткәч, бер чипның җитештерү бәясе 30% ка кимергә мөмкин. 200 мм технологик ачыш - турыдан-туры "чыгымнарны киметү һәм эффективлыкны арттыру" чарасы, һәм ул шулай ук минем илнең ярымүткәргеч индустриясе өчен "параллель" яки хәтта "әйдәп баручы" ачкыч.
Si җайланмасы процессыннан аерылып тора,SiC ярымүткәргеч электр җайланмаларыбарысы да эшкәртелә һәм эпитаксиаль катламнар белән нигез ташы итеп әзерләнә. Эпитаксиаль ваферлар SiC электр җайланмалары өчен төп материаллар. Эпитаксиаль катламның сыйфаты җайланманың уңышын турыдан-туры билгели, һәм аның бәясе чип җитештерү бәясенең 20% тәшкил итә. Шуңа күрә, эпитаксиаль үсеш SiC электр җайланмаларында мөһим арадаш бәйләнеш. Эпитаксиаль процесс дәрәҗәсенең югары чиге эпитаксиаль җиһаз белән билгеләнә. Хәзерге вакытта Кытайда 150 мм SiC эпитаксиаль җиһазның локализация дәрәҗәсе чагыштырмача югары, ләкин гомуми урнашуы 200 мм бер үк вакытта халыкара дәрәҗәдән артта кала. Шуңа күрә, өченче буын ярымүткәргеч сәнәгате үсеше өчен зур күләмле, югары сыйфатлы эпитаксиаль материал җитештерүнең актуаль ихтыяҗларын һәм авырлык проблемаларын чишү өчен, бу кәгазь минем илдә уңышлы эшләнгән 200 мм SiC эпитаксиаль җиһазны тәкъдим итә, һәм эпитаксиаль процессны өйрәнә. Процесс температурасын оптимальләштереп, процесс температурасы, ташучы газ агымы тизлеге, C / Si нисбәте һ.б., концентрация бердәмлеге <3%, калынлыгы бертөрле булмаганлык <1,5%, тупаслык Ra <0,2 нм һәм үлем җитешсезлеге тыгызлыгы <0,3 бөртек. / см2 150 мм һәм 200 мм SiC эпитаксиаль вафер, мөстәкыйль эшләнгән 200 мм кремний карбид эпитаксиаль мич белән алынган. Equipmentиһазлау процессы дәрәҗәсе югары сыйфатлы SiC электр җайланмасы әзерләү ихтыяҗларын канәгатьләндерә ала.
1 Эксперимент
1.1 принцибыSiC эпитаксиальпроцесс
4H-SiC гомепитаксиаль үсеш процессы, нигездә, 2 төп адымны үз эченә ала, ягъни 4H-SiC субстратының югары температурада урнашуы һәм бертөрле химик пар парлау процессы. Субстрат эчендәге эфирның төп максаты - вафер полировкасыннан соң субстратның җир асты зыянын бетерү, калдыкларны полировкалау сыеклыгы, кисәкчәләр һәм оксид катламы, һәм субстрат өслегендә даими атом адым структурасы барлыкка килергә мөмкин. Гадәттә водород атмосферасында үткәрелә. Факттагы процесс таләпләренә туры китереп, водород хлорид, пропан, этилен яки силан кебек аз күләмле ярдәмче газ да кушылырга мөмкин. Водород эфирының температурасы гадәттә 1 600 above өстендә, һәм реакция камерасы басымы гадәттә 2 × 104 Па астыннан контрольдә тотыла.
Субстрат өслеге ситу-эфир белән активлашканнан соң, ул югары температуралы химик парны чүпләү процессына керә, ягъни үсеш чыганагы (этилен / пропан, TCS / силан кебек), допинг чыганагы (n-тип допинг чыганагы азот) , p тибындагы допинг чыганагы TMAl), һәм водород хлорид кебек ярдәмче газ реакция камерасына ташучы газның зур агымы (гадәттә водород) аша җибәрелә. Газ югары температуралы реакция камерасында реакцияләнгәннән соң, прекурсорның бер өлеше вафин өслегендә химик һәм adsorbs реакцияләнә, һәм билгеле бер допинг концентрациясе, калынлыгы һәм югары сыйфаты булган бер кристалл бертөрле 4H-SiC эпитаксиаль катлам барлыкка килә. шаблон буларак бер кристалл 4H-SiC субстратын кулланып субстрат өслегендә. Озак еллар техник эзләнүләрдән соң, 4H-SiC гомепитаксиаль технология нигездә өлгерде һәм сәнәгать производствосында киң кулланыла. Дөньяда иң киң кулланылган 4H-SiC гомепитаксиаль технология ике типик үзенчәлеккә ия:
. этап агымының үсеш режимы формасында субстратка урнаштырылган. 4H-SiC башында гомепитаксиаль үсеш уңай кристалл субстрат кулланган, ягъни үсеш өчен <0001> Si яссылыгы. Позитив кристалл субстрат өслегендәге атом адымнарының тыгызлыгы түбән, террасалар киң. Ике үлчәмле нуклеяция үсеше эпитакси процесс вакытында 3C кристалл SiC (3C-SiC) формалаштыру өчен җиңел. Октан тыш кисү белән, 4H-SiC <0001> субстрат өслегендә югары тыгызлыклы, тар террас киңлеге атом адымнары кертелергә мөмкин, һәм adsorbed прекурсор өслек диффузиясе аша чагыштырмача түбән энергия белән атом адымына эффектив ирешә ала. . Адымда прекурсор атом / молекуляр төркем бәйләнеш позициясе уникаль, шуңа күрә адым агымының үсеш режимында эпитаксиаль катлам Si-C икеләтә атом катламы субстратның эзлеклелеген камил мирас итеп ала, шул ук кристалл белән бер кристалл формалаштыра. субстрат буларак фаза.
(2) speedгары тизлекле эпитаксиаль үсеш хлорлы кремний чыганагын кертеп ирешелә. Гадәттәге SiC химик пар парламенты системаларында силан һәм пропан (яки этилен) төп үсеш чыганаклары булып тора. Sourceсеш чыганагы агым темпын арттырып, үсеш темпын арттыру процессында, кремний компонентының тигезлек өлешчә басымы арта барган саен, бертөрле газ фазасы нуклеяциясе ярдәмендә кремний кластерларын формалаштыру җиңел, бу куллану дәрәҗәсен сизелерлек киметә. кремний чыганагы. Кремний кластерларының формалашуы эпитаксиаль үсеш темпларын яхшыртуны чикли. Шул ук вакытта кремний кластерлары адым агымының үсешен бозырга һәм җитешсезлек нуклеациясенә китерергә мөмкин. Бер тигез газ фазасы нуклеяциясен булдырмас өчен һәм эпитаксиаль үсеш темпын арттыру өчен, хлор нигезендәге кремний чыганакларын кертү хәзерге вакытта 4H-SiC эпитаксиаль үсеш темпларын арттыру өчен төп ысул булып тора.
1,2 200 мм (8 дюйм) SiC эпитаксиаль җиһаз һәм процесс шартлары
Бу кәгазьдә сурәтләнгән экспериментлар барысы да 150/200 мм (6/8 дюйм) туры килгән монолит горизонталь кайнар стенада SiC эпитаксиаль җиһазда үткәрелде, Кытай электроника технологияләре төркеме корпорациясе 48-нче институты тарафыннан мөстәкыйль эшләнгән. Эпитаксиаль мич тулы автоматик ваферны йөкләү һәм бушатуны тәэмин итә. Рәсем 1 - эпитаксиаль җиһазларның реакция палатасының эчке төзелешенең схематик схемасы. 1 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, реакция палатасының тышкы дивары - су белән суытылган интерлаерлы кварц кыңгыравы, һәм кыңгырауның эчке өлеше - югары температуралы реакция камерасы, ул җылылык изоляциясе углерод, югары чисталык. махсус графит куышлыгы, графит газында йөзүче база һ.б. Барлык кварц кыңгырау цилиндрик индукция кәтүге белән капланган, һәм кыңгырау эчендәге реакция камерасы урта ешлыклы индукция электр белән тәэмин итү белән электромагнит белән җылытыла. 1-нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, ташучы газ, реакция газы, һәм допинг газы барысы да вафер өслегеннән горизонталь ламинар агымда реакция камерасының югары агымыннан реакция камерасының аскы агымына агып чыга һәм койрыктан чыгарыла. газ бетү. Вафер эчендәге эзлеклелекне тәэмин итү өчен, һава йөзүче база белән йөртелгән вафер процесс вакытында һәрвакыт әйләнә.
Экспериментта кулланылган субстрат - коммерция 150 мм, 200 мм (6 дюйм, 8 дюйм) <1120> юнәлеш 4 ° почмаклы үткәргеч n-тип 4H-SiC ике яклы шомартылган SiC субстрат, Шаньси Шуок Кристалл җитештергән. Трихлоросилан (SiHCl3, TCS) һәм этилен (C2H4) процесс экспериментында төп үсеш чыганаклары буларак кулланыла, алар арасында TCS һәм C2H4 кремний чыганагы һәм углерод чыганагы буларак кулланыла, югары чисталыклы азот (N2) n- буларак кулланыла. допинг чыганагы, водород (H2) эретү газы һәм ташучы газ буларак кулланыла. Эпитаксиаль процессның температура диапазоны 1 600 ~ 1 660 ℃, процесс басымы 8 × 103 ~ 12 × 103 Па, һәм H2 ташучы газ агымы 100 ～ 140 L / мин.
1.3 Эпитаксиаль вафер тесты һәм характеристика
Эпитаксиаль катлам калынлыгының һәм допинг концентрациясенең уртача һәм таралышын характерлау өчен Фурье инфракызыл спектрометр (җиһаз җитештерүче Термальфишер, iS50 моделе) һәм сымап зонасы концентрациясе сынаучы (җиһаз җитештерүче Семилаб, модель 530L) кулланылды; эпитаксиаль катламдагы һәр ноктаның калынлыгы һәм допинг концентрациясе диаметр сызыгы буенча төп белешмә кырының нормаль сызыгын кисешкән нокталар белән билгеләнде, вафер уртасында 5 мм читен алып. 150 мм вафер өчен 9 балл бер диаметр сызыгы буенча алынды (ике диаметр бер-берсенә перпендикуляр иде), һәм 200 мм вафер өчен 2 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә 21 балл алынды. Атом көче микроскопы (җиһаз җитештерүче) Брукер, үлчәм үлчәм иконасы) эпитаксиаль катламның өслеген тупаслыгын сынау өчен үзәк мәйданда 30 мм × 30 мм мәйданны һәм эпитаксиаль вафиның кыр кырын (5 мм читтән чыгару) сайлау өчен кулланылды; эпитаксиаль катламның җитешсезлекләре өслек җитешсезлеген сынаучы ярдәмендә үлчәнде (җиһаз җитештерүче China Electronics 3D имагеры Кефенхуадан радар сенсоры (Марс 4410 про) белән характерланган.
Пост вакыты: 04-2024 сентябрь