Hazırda SiC sənayesi 150 mm-dən (6 düym) 200 mm-ə (8 düym) çevrilir. Sənayedə böyük ölçülü, yüksək keyfiyyətli SiC homoepitaxial vaflilərə təcili tələbatı ödəmək üçün 150mm və 200mm4H-SiC homoepitaxial vaflilərmüstəqil olaraq hazırlanmış 200 mm SiC epitaksial böyümə avadanlığından istifadə edərək yerli substratlarda uğurla hazırlanmışdır. 150mm və 200mm üçün uyğun bir homoepitaksial proses hazırlanmışdır ki, bu prosesdə epitaksial böyümə sürəti 60um/saatdan çox ola bilər. Yüksək sürətli epitaksiyaya cavab verərkən, epitaksial vafli keyfiyyət əladır. 150 mm və 200 mm qalınlığı vahidliyiSiC epitaksial vaflilər1,5% daxilində nəzarət edilə bilər, konsentrasiyanın vahidliyi 3% -dən azdır, ölümcül qüsur sıxlığı 0,3 hissəcik / sm2-dən azdır və epitaksial səth pürüzlülüyünün kök orta kvadratı Ra 0,15nm-dən azdır və bütün əsas proses göstəriciləri sənayenin qabaqcıl səviyyəsindədir.
Silikon karbid (SiC)üçüncü nəsil yarımkeçirici materialların nümayəndələrindən biridir. Yüksək dağılma sahəsi gücü, əla istilik keçiriciliyi, böyük elektron doyma sürüşmə sürəti və güclü radiasiya müqaviməti xüsusiyyətlərinə malikdir. O, enerji cihazlarının enerji emal imkanlarını xeyli genişləndirib və yüksək gücə malik, kiçik ölçülü, yüksək temperaturlu, yüksək radiasiyaya və digər ekstremal şəraitə malik cihazlar üçün növbəti nəsil enerji elektron avadanlıqlarının xidmət tələblərinə cavab verə bilər. Məkanı azalda, enerji istehlakını azalda və soyutma tələblərini azalda bilər. Bu, yeni enerji vasitələrinə, dəmir yolu nəqliyyatına, ağıllı şəbəkələrə və digər sahələrə inqilabi dəyişikliklər gətirdi. Buna görə də, silisium karbid yarımkeçiriciləri yüksək güclü elektron cihazların növbəti nəslinə rəhbərlik edəcək ideal material kimi tanınıb. Son illərdə üçüncü nəsil yarımkeçirici sənayesinin inkişafı üçün milli siyasət dəstəyi sayəsində 150 mm SiC cihaz sənaye sisteminin tədqiqatı və inkişafı və tikintisi əsasən Çində tamamlandı və sənaye zəncirinin təhlükəsizliyi əsasən təmin edildi. Buna görə də, sənayenin diqqəti tədricən xərclərə nəzarət və səmərəliliyin artırılmasına yönəlmişdir. Cədvəl 1-də göstərildiyi kimi, 150 mm ilə müqayisədə, 200 mm SiC daha yüksək kənar istifadə dərəcəsinə malikdir və tək vafli çiplərin çıxışı təxminən 1,8 dəfə artırıla bilər. Texnologiya yetişdikdən sonra bir çipin istehsal dəyəri 30% azaldıla bilər. 200 mm-lik texnoloji sıçrayış birbaşa "xərcləri azaltmaq və səmərəliliyi artırmaq" vasitəsidir və bu, həm də mənim ölkəmin yarımkeçirici sənayesinin "paralel işləməsi" və ya hətta "aparıcı" olması üçün açardır.
Si cihaz prosesindən fərqli olaraq,SiC yarımkeçirici güc qurğularıhamısı işlənir və təməl daşı kimi epitaksial təbəqələrlə hazırlanır. Epitaksial vaflilər SiC güc cihazları üçün əsas əsas materiallardır. Epitaksial təbəqənin keyfiyyəti cihazın məhsuldarlığını birbaşa müəyyənləşdirir və onun dəyəri çip istehsal xərclərinin 20% -ni təşkil edir. Buna görə də, epitaksial böyümə SiC güc cihazlarında vacib bir ara keçiddir. Epitaksial proses səviyyəsinin yuxarı həddi epitaksial avadanlıqla müəyyən edilir. Hazırda Çində 150mm SiC epitaksial avadanlığının lokalizasiya dərəcəsi nisbətən yüksəkdir, lakin 200mm-lik ümumi plan eyni zamanda beynəlxalq səviyyədən geri qalır. Buna görə də, yerli üçüncü nəsil yarımkeçiricilər sənayesinin inkişafı üçün böyük ölçülü, yüksək keyfiyyətli epitaksial material istehsalının təcili ehtiyaclarını və darboğaz problemlərini həll etmək üçün bu məqalə mənim ölkəmdə uğurla inkişaf etdirilən 200 mm SiC epitaksial avadanlığı təqdim edir və epitaksial prosesi öyrənir. Prosesin temperaturu, daşıyıcı qaz axınının sürəti, C/Si nisbəti və s. kimi proses parametrlərini optimallaşdırmaqla, konsentrasiyanın vahidliyi <3%, qalınlığın qeyri-bərabərliyi <1,5%, kobudluq Ra <0,2 nm və ölümcül qüsur sıxlığı <0,3 dənə/sm2 150 mm və 200 mm-dən müstəqil silkon02 ilə epitatal silkon200 mm-dən işlənmişdir. karbid epitaksial soba əldə edilir. Avadanlıq proses səviyyəsi yüksək keyfiyyətli SiC güc qurğusunun hazırlanması ehtiyaclarını ödəyə bilər.
1 Təcrübə
1.1 PrinsipSiC epitaksialproses
4H-SiC homoepitaksial böyümə prosesi əsasən 2 əsas addımı, yəni 4H-SiC substratının yüksək temperaturda in-situ aşındırılmasını və homogen kimyəvi buxar çökmə prosesini əhatə edir. Substratın yerində aşındırılmasının əsas məqsədi vafli cilalamadan sonra substratın yeraltı zədələnməsini, qalıq cilalama mayesini, hissəcikləri və oksid qatını aradan qaldırmaqdır və aşındırma yolu ilə substratın səthində müntəzəm atom pilləli struktur formalaşdırıla bilər. In-situ aşındırma adətən hidrogen atmosferində aparılır. Faktiki proses tələblərinə uyğun olaraq, hidrogen xlorid, propan, etilen və ya silan kimi az miqdarda köməkçi qaz da əlavə edilə bilər. Yerdə hidrogen aşındırmanın temperaturu ümumiyyətlə 1 600 ℃-dən yuxarıdır və aşındırma prosesi zamanı reaksiya kamerasının təzyiqi ümumiyyətlə 2 × 104 Pa-dan aşağı idarə olunur.
Substratın səthi in-situ aşındırma yolu ilə aktivləşdirildikdən sonra yüksək temperaturda kimyəvi buxar çökmə prosesinə, yəni böyümə mənbəyinə (məsələn, etilen/propan, TCS/silan), dopinq mənbəyinə (n-tipli dopinq mənbəyi azot, p-tipli dopinq mənbəyi TMAl) və köməkçi qaz, məsələn, hidrogenin böyük kamera axınına daşınması reaksiyasına daxil olur. daşıyıcı qaz (adətən hidrogen). Qaz yüksək temperaturlu reaksiya kamerasında reaksiya verdikdən sonra, prekursorun bir hissəsi kimyəvi reaksiyaya girir və vafli səthində adsorbsiya olunur və substrat səthində tək kristallı 4H-SiC substratı kimi istifadə edərək, xüsusi qatqı konsentrasiyası, xüsusi qalınlıq və daha yüksək keyfiyyətə malik monokristallı homojen 4H-SiC epitaksial təbəqə əmələ gəlir. İllərlə aparılan texniki kəşfiyyatdan sonra 4H-SiC homoepitaxial texnologiyası əsasən yetişdi və sənaye istehsalında geniş istifadə olunur. Dünyada ən çox istifadə edilən 4H-SiC homoepitaxial texnologiyası iki tipik xüsusiyyətə malikdir:
(1) Şablon kimi oxdan kənar (<0001> kristal müstəvisinə nisbətdə, <11-20> kristal istiqamətinə doğru) əyri kəsilmiş substratdan istifadə edərək, yüksək təmizlikli, çirkləri olmayan bir kristal 4H-SiC epitaksial təbəqə mərhələli artım rejimi şəklində substratda yerləşdirilir. Erkən 4H-SiC homoepitaxial artım müsbət kristal substratdan, yəni böyümə üçün <0001> Si müstəvisindən istifadə etdi. Müsbət kristal substratın səthində atom pillələrinin sıxlığı azdır və terraslar genişdir. 3C kristal SiC (3C-SiC) əmələ gətirmək üçün epitaksiya prosesi zamanı ikiölçülü nüvələşmə artımı asanlıqla baş verir. Oxdan kənar kəsmə yolu ilə 4H-SiC <0001> substratın səthinə yüksək sıxlıqlı, dar terras enli atom pillələri daxil edilə bilər və adsorbsiya edilmiş prekursor səth diffuziyası vasitəsilə nisbətən aşağı səth enerjisi ilə atom pilləsi mövqeyinə effektiv şəkildə çata bilər. Addımda, prekursor atom/molekulyar qrup birləşməsi mövqeyi unikaldır, buna görə də addım axınının böyüməsi rejimində epitaksial təbəqə substrat ilə eyni kristal fazaya malik tək kristal yaratmaq üçün substratın Si-C ikiqat atom təbəqəsinin yığma ardıcıllığını mükəmməl şəkildə miras ala bilər.
(2) Yüksək sürətli epitaksial böyümə xlor tərkibli silikon mənbəyinin tətbiqi ilə əldə edilir. Adi SiC kimyəvi buxar çökmə sistemlərində silan və propan (yaxud etilen) əsas artım mənbələridir. Artım mənbəyi axınının sürətini artırmaqla böyümə sürətinin artırılması prosesində, silisium komponentinin tarazlıq qismən təzyiqi artmağa davam etdikcə, homojen qaz fazasının nüvələşməsi ilə silikon klasterləri yaratmaq asandır, bu da silikon mənbəyinin istifadə dərəcəsini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Silikon klasterlərin əmələ gəlməsi epitaksial böyümə sürətinin yaxşılaşdırılmasını xeyli məhdudlaşdırır. Eyni zamanda, silisium klasterləri addım axınının böyüməsini poza bilər və qüsurlu nüvələşməyə səbəb ola bilər. Homojen qaz fazasının nüvələşməsinin qarşısını almaq və epitaksial böyümə sürətini artırmaq üçün, xlor əsaslı silisium mənbələrinin tətbiqi hazırda 4H-SiC-nin epitaksial böyümə sürətini artırmaq üçün əsas üsuldur.
1.2 200 mm (8 düym) SiC epitaksial avadanlıq və proses şəraiti
Bu yazıda təsvir edilən təcrübələrin hamısı Çin Elektron Texnologiyaları Qrupu Korporasiyasının 48-ci İnstitutu tərəfindən müstəqil olaraq hazırlanmış 150/200 mm (6/8 düym) uyğun monolit üfüqi isti divar SiC epitaksial avadanlığında aparılmışdır. Epitaksial soba vaflinin tam avtomatik yüklənməsini və boşaldılmasını dəstəkləyir. Şəkil 1 epitaksial avadanlığın reaksiya kamerasının daxili strukturunun sxematik diaqramıdır. Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, reaksiya kamerasının xarici divarı su ilə soyudulmuş interlaylı kvars zəngidir və zəngin daxili hissəsi istilik izolyasiya edən karbon keçədən, yüksək təmizlikli xüsusi qrafit boşluğundan, qrafit qazı ilə üzən fırlanan əsasdan və s. ibarət yüksək temperaturlu reaksiya kamerasıdır. zəngin içərisindəki reaksiya kamerası orta tezlikli induksiya enerji təchizatı ilə elektromaqnitlə qızdırılır. Şəkil 1 (b)-də göstərildiyi kimi, daşıyıcı qaz, reaksiya qazı və qatqı qazı hamısı üfüqi laminar axınla vafli səthdən reaksiya kamerasının yuxarı hissəsindən reaksiya kamerasının aşağı axınına doğru axır və quyruq qazının ucundan axıdılır. Gofretin içərisində tutarlılığı təmin etmək üçün havada üzən baza ilə daşınan vafli proses zamanı həmişə fırlanır.
Təcrübədə istifadə olunan substrat Shanxi Shuoke Crystal tərəfindən istehsal olunan 150 mm, 200 mm (6 düym, 8 düym) <1120> istiqaməti 4° bucaqdan kənar keçirici n-tipli 4H-SiC ikitərəfli cilalanmış SiC substratıdır. Proses təcrübəsində əsas artım mənbələri kimi triklorosilan (SiHCl3, TCS) və etilen (C2H4) istifadə olunur ki, bunlar arasında silikon mənbəyi və karbon mənbəyi kimi müvafiq olaraq TCS və C2H4, n tipli dopinq mənbəyi kimi yüksək saflıqda olan azot (N2), qazlaşdırıcı qaz kimi isə hidrogen (H2) istifadə olunur. Epitaksial prosesin temperatur diapazonu 1 600 ~ 1 660 ℃, proses təzyiqi 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, H2 daşıyıcı qaz axını sürəti isə 100 ~ 140 L/dəq.
1.3 Epitaksial vafli sınağı və xarakteristikası
Furye infraqırmızı spektrometri (avadanlıq istehsalçısı Thermalfisher, model iS50) və civə zondu konsentrasiyası test cihazı (avadanlıq istehsalçısı Semilab, model 530L) epitaksial təbəqənin qalınlığının və dopinq konsentrasiyasının orta və paylanmasını xarakterizə etmək üçün istifadə edilmişdir; epitaksial təbəqənin hər bir nöqtəsinin qalınlığı və dopinq konsentrasiyası 5 mm kənar çıxarılmaqla vaflinin mərkəzində 45°-də əsas istinad kənarının normal xətti ilə kəsişən diametr xətti boyunca nöqtələr alaraq müəyyən edilmişdir. 150 mm-lik vafli üçün tək diametrli xətt boyunca 9 nöqtə (iki diametr bir-birinə perpendikulyar idi) və Şəkil 2-də göstərildiyi kimi 200 mm-lik vafli üçün 21 nöqtə götürüldü. Atom qüvvəsi mikroskopu (avadanlıq istehsalçısı Bruker, Ölçü İkonu modeli) mərkəzdə 30 μm kənar sahəni və kənarın kənar sahəsi ×30 mm removal sahəsini seçmək üçün istifadə edilmişdir. epitaksial təbəqənin səthi pürüzlülüyünü yoxlamaq üçün epitaksial plastin; epitaksial təbəqənin qüsurları səth qüsuru test cihazı (avadanlıq istehsalçısı China Electronics) istifadə edərək ölçüldü.
Göndərmə vaxtı: 04 sentyabr 2024-cü il