በ 8 ኢንች ሲሲ ኤፒታክሲያል እቶን እና ሆሞኢፒታክሲያል ሂደት ላይ ምርምር-Ⅰ

በአሁኑ ጊዜ የሲሲ ኢንዱስትሪ ከ150 ሚሜ (6 ኢንች) ወደ 200 ሚሜ (8 ኢንች) እየተሸጋገረ ነው። በኢንዱስትሪው ውስጥ ትልቅ መጠን ያለው ከፍተኛ ጥራት ያለው የሲሲ ሆሞኢፒታክሲያል ቫፈር አስቸኳይ ፍላጎትን ለማሟላት 150 ሚሜ እና 200 ሚሜ4H-Sic homoepitaxial wafersበተናጥል የተሰራውን 200ሚ.ሜ የሲሲ ኤፒታክሲያል እድገት መሳሪያዎችን በመጠቀም በሀገር ውስጥ ንጣፎች ላይ በተሳካ ሁኔታ ተዘጋጅቷል። ለ 150 ሚሜ እና 200 ሚሜ ተስማሚ የሆነ የሆሞኢፒታክሲያል ሂደት ተዘጋጅቷል, በዚህ ጊዜ የኤፒታክሲያል እድገቱ ከ 60um / ሰ በላይ ሊሆን ይችላል. ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ኤፒታክሲን በሚያሟሉበት ጊዜ የኤፒታክሲያል ዋፈር ጥራት በጣም ጥሩ ነው። የ 150 ሚሜ እና 200 ሚሜ ውፍረት ተመሳሳይነትSiC epitaxial wafersበ 1.5% ውስጥ ቁጥጥር ሊደረግበት ይችላል, የማጎሪያው ተመሳሳይነት ከ 3% ያነሰ ነው, ገዳይ ጉድለት ጥግግት ከ 0.3 ቅንጣቶች / ሴሜ 2 ያነሰ ነው, እና epitaxial surface roughness root ማለት ካሬ ራ ከ 0.15nm ያነሰ ነው, እና ሁሉም ዋና የሂደቱ አመልካቾች በኢንዱስትሪው የላቀ ደረጃ ላይ ይገኛሉ.

ሲሊኮን ካርቦይድ (ሲሲ)የሶስተኛው ትውልድ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ተወካዮች አንዱ ነው. ከፍተኛ የብልሽት የመስክ ጥንካሬ፣ ምርጥ የሙቀት መቆጣጠሪያ፣ ትልቅ የኤሌክትሮን ሙሌት ተንሳፋፊ ፍጥነት እና ጠንካራ የጨረር መከላከያ ባህሪያት አሉት። የኃይል መሣሪያዎችን የኃይል ማቀነባበሪያ አቅም በከፍተኛ ሁኔታ አስፋፍቷል እና ለቀጣዩ ትውልድ የኃይል ኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎች ከፍተኛ ኃይል, አነስተኛ መጠን, ከፍተኛ ሙቀት, ከፍተኛ የጨረር እና ሌሎች አስቸጋሪ ሁኔታዎች ላላቸው መሳሪያዎች የአገልግሎት መስፈርቶችን ማሟላት ይችላል. ቦታን ይቀንሳል, የኃይል ፍጆታን ይቀንሳል እና የማቀዝቀዣ መስፈርቶችን ይቀንሳል. በአዳዲስ የኢነርጂ ተሽከርካሪዎች፣ በባቡር ትራንስፖርት፣ በስማርት ፍርግርግ እና በሌሎች መስኮች ላይ አብዮታዊ ለውጦችን አምጥቷል። ስለዚህ, የሲሊኮን ካርቦዳይድ ሴሚኮንዳክተሮች ቀጣዩን ከፍተኛ ኃይል ያለው የኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎችን የሚመራ እንደ ተስማሚ ቁሳቁስ እውቅና አግኝተዋል. በቅርብ ዓመታት ውስጥ, የሶስተኛ-ትውልድ ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ልማት ብሔራዊ ፖሊሲ ድጋፍ ምስጋና ይግባውና, ምርምር እና ልማት እና 150 ሚሜ SiC መሣሪያ ኢንዱስትሪ ሥርዓት ግንባታ በቻይና ውስጥ በመሠረቱ ተጠናቅቋል, እና የኢንዱስትሪ ሰንሰለት ደህንነት በመሠረቱ ዋስትና ተደርጓል. ስለዚህ የኢንዱስትሪው ትኩረት ቀስ በቀስ ወደ ወጪ ቁጥጥር እና ቅልጥፍና መሻሻል ተሸጋግሯል። በሰንጠረዥ 1 ላይ እንደሚታየው ከ 150 ሚሊ ሜትር ጋር ሲነጻጸር 200 ሚሜ ሲሲ ከፍ ያለ የጠርዝ አጠቃቀም መጠን ያለው ሲሆን የነጠላ ዋፈር ቺፖችን ውጤት በ 1.8 ጊዜ ያህል ሊጨምር ይችላል. ቴክኖሎጂው ከደረሰ በኋላ የአንድ ቺፕ የማምረት ዋጋ በ 30% ሊቀንስ ይችላል. የ200 ሚ.ሜ የቴክኖሎጂ ግኝት "ወጪን ለመቀነስ እና ቅልጥፍናን ለመጨመር" ቀጥተኛ ዘዴ ነው, እና ለአገሬ ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ "ትይዩ መሮጥ" ወይም "መምራት" ቁልፍ ነው.

ከሲ መሣሪያ ሂደት የተለየ ፣የሲሲ ሴሚኮንዳክተር ኃይል መሳሪያዎችሁሉም ተዘጋጅተው የሚዘጋጁት በ epitaxial layers እንደ የማዕዘን ድንጋይ ነው። ኤፒታክሲያል ዋፍሮች ለሲሲ ኃይል መሳሪያዎች አስፈላጊ መሠረታዊ ቁሳቁሶች ናቸው. የኤፒታክሲያል ንብርብር ጥራቱ የመሳሪያውን ምርት በቀጥታ የሚወስን ሲሆን ዋጋው 20% የሚሆነውን ቺፕ የማምረት ወጪን ይይዛል. ስለዚህ, ኤፒታክሲያል እድገት በሲሲ ኃይል መሳሪያዎች ውስጥ አስፈላጊው መካከለኛ አገናኝ ነው. የ epitaxial ሂደት ደረጃ የላይኛው ገደብ የሚወሰነው በኤፒታክሲያል መሳሪያዎች ነው. በአሁኑ ጊዜ በቻይና ውስጥ የ 150mm SiC epitaxial መሳሪያዎች የትርጉም ደረጃ በአንጻራዊነት ከፍተኛ ነው, ነገር ግን የ 200 ሚሜ አጠቃላይ አቀማመጥ በተመሳሳይ ጊዜ ከዓለም አቀፍ ደረጃ ኋላ ቀርቷል. ስለዚህ የአገር ውስጥ የሶስተኛ ትውልድ ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ልማት ትልቅ መጠን ያለው ከፍተኛ ጥራት ያለው ኤፒታክሲያል ቁሳቁስ ማምረቻ አስቸኳይ ፍላጎቶችን እና ማነቆ ችግሮችን ለመፍታት ይህ ወረቀት በአገሬ በተሳካ ሁኔታ የተገነባውን 200 ሚሜ ሲሲ ኤፒታክሲያል መሳሪያዎችን ያስተዋውቃል እና የኤፒታክሲያል ሂደትን ያጠናል ። እንደ ሂደት የሙቀት መጠን, ድምጸ ተያያዥ ሞደም ጋዝ ፍሰት መጠን, ሲ / ሲ ሬሾ, ወዘተ እንደ ሂደት ልኬቶችን በማመቻቸት, የማጎሪያ ወጥ <3%, ውፍረት ያልሆኑ ወጥነት <1.5%, ሸካራነት ራ <0.2 nm እና ገዳይ ጉድለት ጥግግት <0.3 እህሎች / cm2 ከ 150 ሚሜ እና 200 ሚሜ SiC epitaxial wafers ሲሊከን ካርቦሃይድሬት epitaxial የዳበረ ነው ሲሊከን ካርቦሃይድሬት epitaxial. የመሳሪያው ሂደት ደረጃ ከፍተኛ ጥራት ያለው የሲሲ ሃይል መሳሪያ ዝግጅት ፍላጎቶችን ሊያሟላ ይችላል.

 

1 ሙከራ

 

1.1 የSiC epitaxialሂደት

የ 4H-SiC ሆሞኢፒታክሲያል የእድገት ሂደት በዋናነት 2 ቁልፍ እርምጃዎችን ያጠቃልላል፣ እነሱም በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ የ4H-SiC substrate እና ተመሳሳይ የሆነ የኬሚካል የእንፋሎት ማስቀመጫ ሂደት። የ substrate ውስጥ-መታከክ ዋና ዓላማ wafer polishing, ቀሪ polishing ፈሳሽ, ቅንጣቶች እና ኦክሳይድ ንብርብር በኋላ substrate ያለውን substrate ጉዳት ለማስወገድ ነው, እና መደበኛ የአቶሚክ እርምጃ መዋቅር በ substrate ወለል ላይ ሊፈጠር ይችላል. በቦታው ላይ ማሳከክ ብዙውን ጊዜ በሃይድሮጂን ከባቢ አየር ውስጥ ይከናወናል. በእውነተኛው የሂደቱ መስፈርቶች መሰረት አነስተኛ መጠን ያለው ረዳት ጋዝ እንደ ሃይድሮጂን ክሎራይድ, ፕሮፔን, ኤቲሊን ወይም ሲሊን የመሳሰሉ ሊጨመሩ ይችላሉ. በቦታው ላይ ያለው የሃይድሮጂን ኢክሽን የሙቀት መጠን በአጠቃላይ ከ 1 600 ℃ በላይ ነው, እና የአጸፋው ክፍል ግፊት በአጠቃላይ ከ 2 × 104 ፓ በታች ቁጥጥር ይደረግበታል በሂደቱ ውስጥ.

የንዑስ ፕላስቲኩን ወለል በቦታ ውስጥ ማሳከክ ከተነቃ በኋላ ወደ ከፍተኛ የሙቀት ኬሚካላዊ የእንፋሎት ማጠራቀሚያ ሂደት ውስጥ ይገባል, ማለትም የእድገት ምንጭ (እንደ ኤቲሊን / ፕሮፔን, ቲሲኤስ / ሲላን), የዶፒንግ ምንጭ (n-type doping source ናይትሮጅን, ፒ-አይነት የዶፒንግ ምንጭ ቲኤምኤል) እና ረዳት ጋዝ እንደ ሃይድሮጂን ክሎራይድ ወደ ሃይድሮጂን ቻምበር በትልቅ ጋዝ ውስጥ ይጓጓዛሉ. ጋዝ ከፍተኛ ሙቀት ምላሽ ክፍል ውስጥ ምላሽ በኋላ, precursor ክፍል ኬሚካላዊ ምላሽ እና wafer ወለል ላይ adsorbs, እና ነጠላ-ክሪስታል homogenous 4H-SiC epitaxial ንብርብር የተወሰነ doping ትኩረት, የተወሰነ ውፍረት, እና ከፍተኛ ጥራት ያለው ነጠላ-ክሪስታል 4H-SiC substrate በመጠቀም substrate ወለል ላይ ተቋቋመ. ከዓመታት የቴክኒክ ፍለጋ በኋላ፣ 4H-SiC ሆሞኢፒታክሲያል ቴክኖሎጂ በመሠረቱ ብስለት እና በኢንዱስትሪ ምርት ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላል። በአለም ላይ በብዛት ጥቅም ላይ የዋለው 4H-SiC ሆሞኢፒታክሲያል ቴክኖሎጂ ሁለት ዓይነተኛ ባህሪያት አሉት።
(1) ኦፍ-ዘንግ በመጠቀም (ከ<0001> ክሪስታል አውሮፕላን አንጻር፣ ወደ <11-20> ክሪስታል አቅጣጫ) ገደላማ ቁረጥ እንደ አብነት ፣ ከፍተኛ-ንፅህና ያለው ነጠላ-ክሪስታል 4H-SiC ኤፒታክሲያል ንብርብር ከቆሻሻ ውጭ በደረጃ-ፍሰት የእድገት ሁኔታ ውስጥ ባለው ንጣፍ ላይ ይቀመጣል። ቀደምት የ 4H-SiC ሆሞኢፒታክሲያል እድገት አወንታዊ ክሪስታል ንጣፍ ማለትም <0001> Si አውሮፕላን ለእድገት ተጠቅሟል። በአዎንታዊው ክሪስታል ንጣፍ ወለል ላይ የአቶሚክ እርከኖች እፍጋታቸው ዝቅተኛ እና እርከኖቹ ሰፊ ናቸው። ባለ ሁለት-ልኬት ኒውክሊየሽን እድገት በኤፒታክሲ ሂደት ውስጥ 3C ክሪስታል ሲሲ (3ሲ-ሲሲ) ለመፍጠር ቀላል ነው። ከዘንግ ውጭ በመቁረጥ ፣ ከፍተኛ ጥግግት ፣ ጠባብ የእርከን ስፋት አቶሚክ ደረጃዎች በ 4H-SiC <0001> substrate ላይ ሊተዋወቁ ይችላሉ ፣ እና የ adsorbed precursor በገጽታ ስርጭት በኩል በአንፃራዊነት ዝቅተኛ የገጽታ ሃይል ወደ አቶሚክ ደረጃ ቦታ መድረስ ይችላል። በደረጃው የቅድሚያ አቶም/የሞለኪውላር ቡድን ትስስር አቀማመጥ ልዩ ነው፣ስለዚህ በደረጃ ፍሰት እድገት ሁነታ፣ኤፒታክሲያል ንብርብር በትክክል የሲ-ሲ ድርብ አቶሚክ ንብርብር መደራረብን ቅደም ተከተል በመውረስ ከስር ስርአቱ ጋር ተመሳሳይ ክሪስታል ደረጃ ያለው።
(2) ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ኤፒታክሲያል እድገት የሚገኘው ክሎሪን የያዘውን የሲሊኮን ምንጭ በማስተዋወቅ ነው። በተለመደው የሲሲ ኬሚካላዊ የእንፋሎት ማጠራቀሚያ ዘዴዎች, silane እና propane (ወይም ኤቲሊን) ዋና የእድገት ምንጮች ናቸው. የእድገት ምንጭን ፍሰት መጠን በመጨመር የእድገቱን ፍጥነት በመጨመር የሲሊኮን ክፍል ተመጣጣኝ ከፊል ግፊት እየጨመረ በሄደ መጠን የሲሊኮን ክላስተር በተመሳሳይ የጋዝ ክፍል ኒዩክሊየሽን መፍጠር ቀላል ሲሆን ይህም የሲሊኮን ምንጭን የመጠቀም መጠን በእጅጉ ይቀንሳል. የሲሊኮን ክምችቶች መፈጠር የኤፒታክሲያል የእድገት መጠን መሻሻልን በእጅጉ ይገድባል. በተመሳሳይ ጊዜ የሲሊኮን ስብስቦች የእርምጃውን ፍሰት እድገት ሊረብሹ እና ጉድለትን ሊያስከትሉ ይችላሉ. ተመሳሳይነት ያለው የጋዝ ደረጃ ኒውክሊየስን ለማስወገድ እና የኤፒታክሲያል እድገትን ለመጨመር በክሎሪን ላይ የተመሰረቱ የሲሊኮን ምንጮችን ማስተዋወቅ በአሁኑ ጊዜ የ 4H-SiC ኤፒታክሲያል እድገትን ለመጨመር ዋናው ዘዴ ነው.

 

1.2 200 ሚሜ (8-ኢንች) የሲሲ ኤፒታክሲያል መሳሪያዎች እና የሂደት ሁኔታዎች

በዚህ ጽሑፍ ውስጥ የተገለጹት ሙከራዎች ሁሉም የተካሄዱት በ150/200 ሚሜ (6/8-ኢንች) ተኳሃኝ በሆነ የሞኖሊቲክ አግድም ግድግዳ ላይ ሲሲ ኤፒታክሲያል መሳሪያዎች በ48ኛው የቻይና ኤሌክትሮኒክስ ቴክኖሎጂ ቡድን ኮርፖሬሽን በተዘጋጀው ነው። የኤፒታክሲያል እቶን ሙሉ በሙሉ በራስ ሰር የዋፈር መጫን እና ማራገፍን ይደግፋል። ምስል 1 የ epitaxial መሳሪያዎች ምላሽ ክፍል ውስጣዊ መዋቅር ንድፍ ንድፍ ነው. በስእል 1 ላይ እንደሚታየው የውጨኛው ግድግዳ ምላሽ ክፍል ውሃ-የቀዘቀዘ interlayer ጋር ኳርትዝ ደወል ነው, እና ደወሉ ውስጥ ከፍተኛ ሙቀት ምላሽ ክፍል ነው, ይህም አማቂ ማገጃ ካርቦን ተሰማኝ, ከፍተኛ-ንፅህና ልዩ ግራፋይት አቅልጠው, ግራፋይት ጋዝ-ተንሳፋፊ የሚሽከረከር መሠረት, ደወል ጋር ሙሉ በሙሉ quartz እና coartz ጋር የተሸፈነ ነው coartz. በደወል ውስጥ ያለው የምላሽ ክፍል ኤሌክትሮማግኔቲክ በሆነ መካከለኛ ድግግሞሽ ኢንዳክሽን የኃይል አቅርቦት ይሞቃል። በስእል 1 (ለ) ላይ እንደሚታየው ተሸካሚው ጋዝ፣ ምላሽ ጋዝ እና ዶፒንግ ጋዝ ሁሉም በዋፈር ወለል ውስጥ በአግድም ላሚናር ፍሰት ከምላሽ ክፍል የላይኛው ክፍል ወደ የምላሽ ክፍል የታችኛው ተፋሰስ እና ከጅራት ጋዝ ጫፍ ይወጣሉ። በቫፈር ውስጥ ያለውን ወጥነት ለማረጋገጥ በአየር ተንሳፋፊው መሠረት የተሸከመው ቫውቸር ሁልጊዜ በሂደቱ ውስጥ ይሽከረከራል.

በሙከራው ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውለው ንብረቱ 150 ሚሜ፣ 200 ሚሜ (6 ኢንች፣ 8 ኢንች) <1120> አቅጣጫ 4° Off-angle conductive n-type 4H-SiC ባለ ሁለት ጎን የተወለወለ የሲሲ ኮምፓክት በሻንዚ ሹኬ ክሪስታል የተሰራ። Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) እና ኤቲሊን (C2H4) በሂደቱ ሙከራ ውስጥ እንደ ዋና የእድገት ምንጮች ጥቅም ላይ ይውላሉ, ከእነዚህም መካከል TCS እና C2H4 እንደ ሲሊከን ምንጭ እና የካርቦን ምንጭ, ከፍተኛ-ንፅህና ናይትሮጅን (N2) እንደ n-አይነት doping ምንጭ, እና ሃይድሮጂን (H2) እንደ ማቅለጫ ጋዝ እና ተሸካሚ ጋዝ ጥቅም ላይ ይውላል. የኤፒታክሲያል ሂደት የሙቀት መጠን 1 600 ~ 1 660 ℃, የሂደቱ ግፊት 8 × 103 ~ 12 × 103 ፒኤ, እና የ H2 ተሸካሚ ጋዝ ፍሰት መጠን 100 ~ 140 ሊ / ደቂቃ ነው.

 

1.3 ኤፒታክሲያል ዋፈር ምርመራ እና ባህሪ

ፎሪየር ኢንፍራሬድ ስፔክትሮሜትር (የመሳሪያዎች አምራች Thermalfisher, model iS50) እና የሜርኩሪ መመርመሪያ ማጎሪያ ሞካሪ (የመሳሪያው አምራች Semilab, ሞዴል 530L) የኤፒታክሲያል ንብርብር ውፍረት እና የዶፒንግ ትኩረትን አማካይ እና ስርጭትን ለመለየት ጥቅም ላይ ውለዋል; በኤፒታክሲያል ንብርብር ውስጥ ያለው የእያንዳንዱ ነጥብ ውፍረት እና የዶፒንግ ትኩረት የሚወሰነው በዲያሜትር መስመር ላይ የዋናውን የማጣቀሻ ጠርዝ መደበኛ መስመር በ 45 ° በቫፈር መሃከል በ 5 ሚሜ ጠርዝ በማስወገድ በዲያሜትር መስመር ላይ ነጥቦችን በመውሰድ ነው. ለ 150 ሚሜ ዋፍር, 9 ነጥቦች በአንድ ዲያሜትር መስመር ላይ ተወስደዋል (ሁለት ዲያሜትሮች እርስ በእርሳቸው ቀጥ ያሉ ናቸው), እና ለ 200 ሚ.ሜትር ዋፈር, በስእል 2 እንደሚታየው 21 ነጥቦች ተወስደዋል. የአቶሚክ ኃይል ማይክሮስኮፕ (የመሳሪያው አምራች ብሩከር, ሞዴል ልኬት አዶ) በ 30 ሚሜ ኤም ኤም x 30 μm አካባቢ እና በመካከለኛው ጠርዝ ላይ ያለውን ቦታ ለመምረጥ ጥቅም ላይ ይውላል. የ epitaxial ንብርብሩን ገጽታ ለመፈተሽ epitaxial wafer; የኤፒታክሲያል ንብርብር ጉድለቶች የሚለካው የገጽታ ጉድለት መሞከሪያን በመጠቀም ነው (የመሳሪያዎች አምራች ቻይና ኤሌክትሮኒክስ የ 3 ዲ አምሳያ በ Kefenhua በራዳር ዳሳሽ (ሞዴል ማርስ 4410 ፕሮ) ተለይቷል።