דערווייַל, די SiC אינדוסטריע איז טראַנספאָרמינג זיך פון 150 מם (6 אינטשעס) צו 200 מם (8 אינטשעס). אין סדר צו טרעפן די דרינגלעך פאָדערונג פֿאַר גרויס-גרייס, הויך-קוואַליטעט סיק האָמעפּיטאַקסיאַל ווייפערז אין די אינדוסטריע, 150 מם און 200 מם4H-SiC כאָומיעפּיטאַקסיאַל ווייפערזזענען הצלחה צוגעגרייט אויף דינער סאַבסטרייץ ניצן די ינדיפּענדאַנטלי דעוועלאָפּעד 200 מם סיק עפּיטאַקסיאַל גראָוט ויסריכט. א האָמעפּיטאַקסיאַל פּראָצעס פּאַסיק פֿאַר 150 מם און 200 מם איז דעוועלאָפּעד, אין וואָס די עפּיטאַקסיאַל גראָוט קורס קענען זיין גרעסער ווי 60ום / ה. בשעת באַגעגעניש די הויך-גיכקייַט עפּיטאַקסי, די עפּיטאַקסיאַל ווייפער קוואַליטעט איז ויסגעצייכנט. די גרעב יונאַפאָרמאַטי פון 150 מם און 200 מםSiC עפּיטאַקסיאַל ווייפערזקענען זיין קאַנטראָולד ין 1.5%, די קאַנסאַנטריישאַן יונאַפאָרמאַטי איז ווייניקער ווי 3%, די פאַטאַל כיסאָרן געדיכטקייַט איז ווייניקער ווי 0.3 פּאַרטיקאַלז / קמ2, און די עפּיטאַקסיאַל ייבערפלאַך ראַפנאַס וואָרצל מיטל קוואַדראַט ראַ איז ווייניקער ווי 0.15נם, און אַלע האַרץ פּראָצעס ינדיקאַטאָרס זענען ביי די אַוואַנסירטע מדרגה פון די אינדוסטריע.
סיליציום קאַרבידע (SiC)איז איינער פון די פארשטייערס פון די דריט-דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַלס. עס האט די טשאַראַקטעריסטיקס פון הויך ברייקדאַון פעלד שטאַרקייַט, ויסגעצייכנט טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי, גרויס עלעקטראָן זעטיקונג דריפט גיכקייַט און שטאַרק ראַדיאַציע קעגנשטעל. עס האט זייער יקספּאַנדיד די ענערגיע פּראַסעסינג קאַפּאַציטעט פון מאַכט דעוויסעס און קענען טרעפן די סערוויס רעקווירעמענץ פון דער ווייַטער דור פון מאַכט עלעקטראָניש ויסריכט פֿאַר דעוויסעס מיט הויך מאַכט, קליין גרייס, הויך טעמפּעראַטור, הויך ראַדיאַציע און אנדערע עקסטרעם טנאָים. עס קענען רעדוצירן פּלאַץ, רעדוצירן מאַכט קאַנסאַמשאַן און רעדוצירן קאָאָלינג רעקווירעמענץ. עס האט געבראכט רעוואלוציאנערע ענדערונגען צו נייַע ענערגיע וועהיקלעס, רעלס טראַנספּערטיישאַן, קלוג גרידס און אנדערע פעלדער. דעריבער, סיליציום קאַרבידע סעמיקאַנדאַקטערז האָבן ווערן דערקענט ווי די ידעאַל מאַטעריאַל וואָס וועט פירן די ווייַטער דור פון הויך-מאַכט עלעקטראָניש דעוויסעס. אין די לעצטע יאָרן, דאַנק צו די נאציאנאלע פּאָליטיק שטיצן פֿאַר דער אַנטוויקלונג פון די דריט-דור סעמיקאַנדאַקטער אינדוסטריע, די פאָרשונג און אַנטוויקלונג און קאַנסטראַקשאַן פון די 150 מם סיק מיטל אינדוסטריע סיסטעם איז בייסיקלי געענדיקט אין טשיינאַ, און די זיכערהייט פון די ינדאַסטרי קייט האט געווען בייסיקלי געראַנטיד. דעריבער, דער פאָקוס פון די אינדוסטריע איז ביסלעכווייַז שיפטיד צו פּרייַז קאָנטראָל און עפעקטיווקייַט פֿאַרבעסערונג. ווי געוויזן אין טאַבלע 1, קאַמפּערד מיט 150 מם, 200 מם סיק האט אַ העכער ברעג יוטאַלאַזיישאַן קורס, און די רעזולטאַט פון איין ווייפער טשיפּס קענען זיין געוואקסן מיט וועגן 1.8 מאל. נאָך די טעכנאָלאָגיע מאַטיורז, די מאַנופאַקטורינג פּרייַז פון אַ איין שפּאָן קענען זיין רידוסט מיט 30%. די טעקנאַלאַדזשיקאַל ברייקטרו פון 200 מם איז אַ דירעקט מיטל פון "רידוסינג קאָס און ינקריסינג עפעקטיווקייַט", און עס איז אויך דער שליסל פֿאַר מיין לאַנד ס סעמיקאַנדאַקטער אינדוסטריע צו "לויפן פּאַראַלעל" אָדער אפילו "פירן".
אַנדערש פון די סי מיטל פּראָצעס,סיק סעמיקאַנדאַקטער מאַכט דעוויסעסזענען אַלע פּראַסעסט און צוגעגרייט מיט עפּיטאַקסיאַל לייַערס ווי די קאָרנערסטאָון. עפּיטאַקסיאַל ווייפערז זענען יקערדיק יקערדיק מאַטעריאַלס פֿאַר SiC מאַכט דעוויסעס. די קוואַליטעט פון די עפּיטאַקסיאַל שיכטע גלייך דיטערמאַנז די טראָגן פון די מיטל, און זייַן פּרייַז אַקאַונץ פֿאַר 20% פון די שפּאָן מאַנופאַקטורינג פּרייַז. דעריבער, עפּיטאַקסיאַל גראָוט איז אַ יקערדיק ינטערמידייט פֿאַרבינדונג אין SiC מאַכט דעוויסעס. דער אויבערשטער שיעור פון עפּיטאַקסיאַל פּראָצעס מדרגה איז באשלאסן דורך עפּיטאַקסיאַל ויסריכט. דערווייַל, די לאָוקאַלאַזיישאַן גראַד פון 150 מם סיק עפּיטאַקסיאַל ויסריכט אין טשיינאַ איז לעפיערעך הויך, אָבער די קוילעלדיק אויסלייג פון 200 מם לאַגז הינטער די אינטערנאַציאָנאַלע מדרגה אין דער זעלביקער צייט. דעריבער, אין סדר צו סאָלווע די דרינגלעך באדערפענישן און באַטאַלנעק פּראָבלעמס פון גרויס-גרייס, הויך-קוואַליטעט עפּיטאַקסיאַל מאַטעריאַל מאַנופאַקטורינג פֿאַר דער אַנטוויקלונג פון די דינער דריט-דור סעמיקאַנדאַקטער אינדוסטריע, דעם פּאַפּיר ינטראַדוסיז די 200 מם SiC עפּיטאַקסיאַל ויסריכט הצלחה דעוועלאָפּעד אין מיין לאַנד, און לערנען די עפּיטאַקסיאַל פּראָצעס. דורך אָפּטימיזינג די פּראָצעס פּאַראַמעטערס אַזאַ ווי פּראָצעס טעמפּעראַטור, טרעגער גאַז לויפן קורס, C / סי פאַרהעלטעניש, אאז"ו ו, די קאַנסאַנטריישאַן יונאַפאָרמאַטי <3%, גרעב ניט-וניפאָרמאַטי <1.5%, ראַפנאַס ראַ <0.2 נם און פאַטאַל דעפעקט געדיכטקייַט <0.3 גריינז /cm2 פון 150 מם און 200 מם סיק עפּיטאַקסיאַל ווייפערז מיט ינדיפּענדאַנטלי דעוועלאָפּעד 200 מם סיליציום קאַרבידע עפּיטאַקסיאַל אויוון זענען באקומען. די ויסריכט פּראָצעס מדרגה קענען טרעפן די באדערפענישן פון הויך-קוואַליטעט SiC מאַכט מיטל צוגרייטונג.
1 עקספּערימענט
1.1 פּרינציפּ פוןSiC עפּיטאַקסיאַלפּראָצעס
די 4H-SiC כאָומיעפּיטאַקסיאַל גראָוט פּראָצעס דער הויפּט כולל 2 שליסל סטעפּס, ניימלי, הויך-טעמפּעראַטור אין-סיטו עטשינג פון 4H-SiC סאַבסטרייט און כאָומאַדזשיניאַס כעמישער פארע דעפּאַזישאַן פּראָצעס. דער הויפּט ציל פון סאַבסטרייט אין-סיטו עטשינג איז צו באַזייַטיקן די סאַבסטרייט שעדיקן פון די סאַבסטרייט נאָך ווייפער פּאַלישינג, ריזידזשואַל פּאַלישינג פליסיק, פּאַרטיקאַלז און אַקסייד שיכטע, און אַ רעגולער אַטאָמישע שריט סטרוקטור קענען זיין געשאפן אויף די סאַבסטרייט ייבערפלאַך דורך עטשינג. אין-סיטו עטשינג איז יוזשאַוואַלי געפירט אויס אין אַ הידראָגען אַטמאָספער. לויט די פאַקטיש פּראָצעס באדערפענישן, אַ קליין סומע פון אַגזיליערי גאַז קענען אויך זיין צוגעגעבן, אַזאַ ווי הידראָגען קלאָרייד, פּראָפּאַנע, עטאַלין אָדער סילאַן. די טעמפּעראַטור פון ינ-סיטו הידראָגען עטשינג איז בכלל העכער 1 600 ℃, און די דרוק פון די אָפּרוף קאַמער איז בכלל קאַנטראָולד אונטער 2 × 104 פּאַ בעשאַס די עטשינג פּראָצעס.
נאָך די סאַבסטרייט ייבערפלאַך איז אַקטיווייטיד דורך ינ-סיטו עטשינג, עס גייט אריין די הויך-טעמפּעראַטור כעמישער פארע דעפּאַזישאַן פּראָצעס, דאָס איז, די גראָוט מקור (אַזאַ ווי עטאַלין / פּראָפּאַנע, TCS / סילאַן), דאָפּינג מקור (n-טיפּ דאָפּינג מקור ניטראָגען). , פּ-טיפּ דאָפּינג מקור טמאַל), און אַגזיליערי גאַז אַזאַ ווי הידראָגען קלאָרייד זענען טראַנספּאָרטאַד צו די אָפּרוף קאַמער דורך אַ גרויס לויפן פון טראַנספּאָרט גאַז (יוזשאַוואַלי הידראָגען). נאָך די גאַז ריאַקץ אין די הויך-טעמפּעראַטור אָפּרוף קאַמער, טייל פון די פּריקערסער ריאַקץ כעמיש און אַדסאָרבז אויף די ווייפער ייבערפלאַך, און אַ איין-קריסטאַל כאָומאַדזשיניאַס 4H-SiC עפּיטאַקסיאַל שיכטע מיט אַ ספּעציפיש דאָפּינג קאַנסאַנטריישאַן, ספּעציפיש גרעב און העכער קוואַליטעט איז געשאפן. אויף די סאַבסטרייט ייבערפלאַך ניצן די איין-קריסטאַל 4H-SiC סאַבסטרייט ווי אַ מוסטער. נאָך יאָרן פון טעכניש עקספּלעריישאַן, די 4H-SiC האָמאָעפּיטאַקסיאַל טעכנאָלאָגיע איז בייסיקלי מאַטיורד און איז וויידלי געניצט אין ינדאַסטרי פּראָדוקציע. די מערסט וויידלי געוויינט 4H-SiC האָמאָעפּיטאַקסיאַל טעכנאָלאָגיע אין דער וועלט האט צוויי טיפּיש קעראַקטעריסטיקס:
(1) ניצן אַ אַוועק-אַקס (לעפיערעך צו די <0001> קריסטאַל פלאַך, צו די <11-20> קריסטאַל ריכטונג) אַבליק שנייַדן סאַבסטרייט ווי אַ מוסטער, אַ הויך-ריינקייַט איין-קריסטאַל 4H-SiC עפּיטאַקסיאַל שיכטע אָן ימפּיוראַטיז איז דאַפּאַזיטיד אויף די סאַבסטרייט אין די פאָרעם פון שריט-לויפן וווּקס מאָדע. פרי 4H-SiC האָמאָעפּיטאַקסיאַל גראָוט געניצט אַ positive קריסטאַל סאַבסטרייט, דאָס איז די <0001> סי פלאַך פֿאַר וווּקס. די געדיכטקייַט פון אַטאָמישע סטעפּס אויף די ייבערפלאַך פון די positive קריסטאַל סאַבסטרייט איז נידעריק און די טערראַסעס זענען ברייט. צוויי-דימענשאַנאַל נוקלעאַטיאָן גראָוט איז גרינג צו פאַלן בעשאַס די עפּיטאַקסי פּראָצעס צו פאָרעם 3C קריסטאַל סיק (3C-SiC). דורך אַוועק-אַקס קאַטינג, הויך-געדיכטקייַט, שמאָל טעראַסע ברייט אַטאָמישע סטעפּס קענען זיין באַקענענ אויף די ייבערפלאַך פון די 4H-SiC <0001> סאַבסטרייט, און די אַדסאָרבעד פּריקערסער קענען יפעקטיוולי דערגרייכן די אַטאָמישע שריט שטעלע מיט לעפיערעך נידעריק ייבערפלאַך ענערגיע דורך ייבערפלאַך דיפיוזשאַן. . אין דעם שריט, די פּריקערסער אַטאָם / מאָלעקולאַר גרופּע באַנדינג שטעלע איז יינציק, אַזוי אין די סטעפּ לויפן וווּקס מאָדע, די עפּיטאַקסיאַל שיכטע קענען בישליימעס ירשענען די סי-C טאָפּל אַטאָמישע שיכטע סטאַקינג סיקוואַנס פון די סאַבסטרייט צו פאָרעם אַ איין קריסטאַל מיט דער זעלביקער קריסטאַל. פאַסע ווי די סאַבסטרייט.
(2) הויך-גיכקייַט עפּיטאַקסיאַל גראָוט איז אַטשיווד דורך ינטראָודוסינג אַ קלאָרין-מיט סיליציום מקור. אין קאַנווענשאַנאַל סיק כעמישער פארע דעפּאַזישאַן סיסטעמען, סילאַן און פּראָפּאַנע (אָדער עטאַלין) זענען די הויפּט גראָוט קוואלן. אין דעם פּראָצעס פון ינקריסינג די וווּקס קורס דורך ינקריסינג די גראָוט מקור לויפן קורס, ווי די יקוואַליבריאַם פּאַרטיייש דרוק פון די סיליציום קאָמפּאָנענט האלט צו פאַרגרעסערן, עס איז גרינג צו פאָרעם סיליציום קלאַסטערז דורך כאָומאַדזשיניאַס גאַז פאַסע נוקלעאַטיאָן, וואָס באטייטיק ראַדוסאַז די יוטאַלאַזיישאַן קורס פון די סיליציום מקור. די פאָרמירונג פון סיליציום קלאַסטערז זייער לימאַץ די פֿאַרבעסערונג פון די עפּיטאַקסיאַל וווּקס קורס. אין דער זעלביקער צייט, סיליציום קלאַסטערז קענען שטערן די גראָוט פון סטעפּ לויפן און גרונט כיסאָרן נוקלעאַטיאָן. אין סדר צו ויסמיידן כאָומאַדזשיניאַס גאַז פאַסע נוקלעאַטיאָן און פאַרגרעסערן די עפּיטאַקסיאַל וווּקס קורס, די הקדמה פון קלאָרין-באזירט סיליציום קוואלן איז דערווייַל די מיינסטרים אופֿן צו פאַרגרעסערן די עפּיטאַקסיאַל וווּקס קורס פון 4H-SiC.
1.2 200 מם (8-אינטש) סיק עפּיטאַקסיאַל ויסריכט און פּראָצעס טנאָים
די יקספּעראַמאַנץ דיסקרייבד אין דעם פּאַפּיר זענען אַלע געפירט אויף אַ 150/200 מם (6/8-אינטש) קאַמפּאַטאַבאַל מאַנאַליטיק האָריזאָנטאַל הייס וואַנט סיק עפּיטאַקסיאַל ויסריכט ינדיפּענדאַנטלי דעוועלאָפּעד דורך די 48 אינסטיטוט פון טשיינאַ עלעקטראָניק טעכנאָלאָגיע גרופע קאָרפּאָראַטיאָן. די עפּיטאַקסיאַל אויוון שטיצט גאָר אָטאַמאַטיק וואַפער לאָודינג און אַנלאָודינג. פיגורע 1 איז אַ סכעמאַטיש דיאַגראַמע פון די ינערלעך סטרוקטור פון די אָפּרוף קאַמער פון עפּיטאַקסיאַל ויסריכט. ווי געוויזן אין פיגורע 1, די ויסווייניקסט וואַנט פון די אָפּרוף קאַמער איז אַ קוואַרץ גלאָק מיט אַ וואַסער-קולד ינטערלייַער, און די ין פון די גלאָק איז אַ הויך-טעמפּעראַטור אָפּרוף קאַמער, וואָס איז פארפאסט פון טערמאַל ינסאַליישאַן טשאַד פּעלץ, הויך-ריינקייַט ספּעציעלע גראַפייט קאַוואַטי, גראַפייט גאַז-פלאָוטינג ראָוטייטינג באַזע, אאז"ו ו די גאנצע קוואַרץ גלאָק איז באדעקט מיט אַ סילינדריקאַל ינדאַקשאַן שפּול, און דער אָפּרוף קאַמער ין די גלאָק איז ילעקטראָומאַגנעטיקלי העאַטעד דורך אַ מיטל-אָפטקייַט ינדאַקשאַן מאַכט צושטעלן. ווי געוויזן אין פיגורע 1 (ב), די טרעגער גאַז, אָפּרוף גאַז, און דאָפּינג גאַז אַלע לויפן דורך די ווייפער ייבערפלאַך אין אַ האָריזאָנטאַל לאַמאַנער לויפן פון די אַפּסטרים פון די אָפּרוף קאַמער צו די דאַונסטרים פון די אָפּרוף קאַמער און זענען דיסטשאַרדזשד פון די עק. גאַז סוף. צו ענשור די קאָנסיסטענסי אין די ווייפער, די ווייפער געפירט דורך די לופט פלאָוטינג באַזע איז שטענדיק ראָוטייטיד בעשאַס דעם פּראָצעס.
די סאַבסטרייט געניצט אין דער עקספּערימענט איז אַ געשעפט 150 מם, 200 מם (6 אינטשעס, 8 אינטשעס) <1120> ריכטונג 4 ° אַוועק-ווינקל קאַנדאַקטיוו n-טיפּ 4H-Sic טאָפּל-סיידאַד פּאַלישט סיק סאַבסטרייט געשאפן דורך שאַנקסי שואָקע קריסטאַל. טריטשלאָראָסילאַנע (SiHCl3, TCS) און עטאַלין (C2H4) זענען געניצט ווי די הויפּט גראָוט קוואלן אין דעם פּראָצעס עקספּערימענט, צווישן וואָס TCS און C2H4 זענען געניצט ווי סיליציום מקור און טשאַד מקור ריספּעקטיוולי, הויך-ריינקייַט ניטראָגען (N2) איז געניצט ווי n- טיפּ דאָפּינג מקור, און הידראָגען (H2) איז געניצט ווי דיילושאַן גאַז און טרעגער גאַז. די טעמפּעראַטור קייט פון די עפּיטאַקסיאַל פּראָצעס איז 1 600 ~ 1 660 ℃, דער פּראָצעס דרוק איז 8 × 103 ~ 12 × 103 פּאַ, און די H2 טרעגער גאַז לויפן קורס איז 100 ~ 140 ל / מין.
1.3 עפּיטאַקסיאַל ווייפער טעסטינג און כאַראַקטעריזיישאַן
פאָוריער ינפרערעד ספּעקטראָמעטער (עקוויפּמענט פאַבריקאַנט טערמאַלפישער, מאָדעל יס50) און קוועקזילבער זאָנד קאַנסאַנטריישאַן טעסטער (עקוויפּמענט פאַבריקאַנט Semilab, מאָדעל 530 ל) זענען געניצט צו קעראַקטערייז די דורכשניטלעך און פאַרשפּרייטונג פון עפּיטאַקסיאַל שיכטע גרעב און דאָפּינג קאַנסאַנטריישאַן; די גרעב און דאָפּינג קאַנסאַנטריישאַן פון יעדער פונט אין די עפּיטאַקסיאַל שיכטע זענען באשלאסן דורך גענומען פונקטן צוזאמען די דיאַמעטער שורה ינטערסעקטינג די נאָרמאַל שורה פון די הויפּט רעפֿערענץ ברעג ביי 45 ° אין די צענטער פון די ווייפער מיט 5 מם ברעג באַזייַטיקונג. פֿאַר אַ 150 מם ווייפער, 9 פונקטן זענען גענומען צוזאמען אַ איין דיאַמעטער שורה (צוויי דיאַמעטערס זענען פּערפּענדיקולאַר צו יעדער אנדערער), און פֿאַר אַ 200 מם ווייפער, 21 פונקטן זענען גענומען, ווי געוויזן אין פיגורע 2. אַן אַטאָמישע קראַפט מיקראָסקאָפּ (עקוויפּמענט פאַבריקאַנט Bruker, מאָדעל ויסמעסטונג יקאָן) איז געניצט צו אויסקלייַבן 30 μm × 30 μm געביטן אין די צענטער געגנט און די ברעג געגנט (5 מם ברעג) באַזייַטיקונג) פון די עפּיטאַקסיאַל ווייפער צו פּרובירן די ייבערפלאַך ראַפנאַס פון די עפּיטאַקסיאַל שיכטע; די חסרונות פון די עפּיטאַקסיאַל שיכטע זענען געמאסטן ניצן אַ ייבערפלאַך דעפעקט טעסטער (עקוויפּמענט פאַבריקאַנט טשיינאַ עלעקטראָניקס די 3 ד ימאַדזשער איז קעראַקטערייזד דורך אַ ראַדאַר סענסער (מאָדעל מאַרס 4410 פּראָ) פון Kefenghua.
פּאָסטן צייט: סעפטעמבער 04-2024