Attualmente, l'industria di u SiC si trasforma da 150 mm (6 pollici) à 200 mm (8 pollici). Per risponde à a dumanda urgente di wafer omoepitassiali di SiC di grande dimensione è di alta qualità in l'industria, 150 mm è 200 mmWafer omoepitassiali 4H-SiCsò stati preparati cù successu nantu à sustrati domestichi utilizendu l'equipaggiu di crescita epitassiale di SiC di 200 mm sviluppatu indipindentamente. Hè statu sviluppatu un prucessu omoepitassiale adattatu per 150 mm è 200 mm, in u quale a velocità di crescita epitassiale pò esse superiore à 60 um/h. Pur rispondendu à l'epitassia à alta velocità, a qualità di u wafer epitassiale hè eccellente. L'uniformità di spessore di 150 mm è 200 mmWafer epitassiali di SiCpò esse cuntrullatu in 1,5%, l'uniformità di a cuncentrazione hè menu di 3%, a densità di difetti fatali hè menu di 0,3 particelle / cm2, è a rugosità superficiale epitassiale Ra hè menu di 0,15 nm, è tutti l'indicatori di prucessu core sò à u livellu avanzatu di l'industria.
Carburu di Siliciu (SiC)hè unu di i rapprisentanti di i materiali semiconduttori di terza generazione. Hà e caratteristiche di alta forza di campu di rottura, eccellente cunduttività termica, grande velocità di deriva di saturazione di l'elettroni è forte resistenza à a radiazione. Hà allargatu assai a capacità di trasfurmazione di l'energia di i dispositivi di putenza è pò risponde à i requisiti di serviziu di a prossima generazione di apparecchiature elettroniche di putenza per dispositivi cù alta putenza, piccule dimensioni, alta temperatura, alta radiazione è altre cundizioni estreme. Pò riduce u spaziu, riduce u cunsumu di energia è riduce i requisiti di raffreddamentu. Hà purtatu cambiamenti rivoluzionarii à i veiculi di nova energia, u trasportu ferroviariu, e rete intelligenti è altri campi. Dunque, i semiconduttori di carburo di siliciu sò stati ricunnisciuti cum'è u materiale ideale chì guiderà a prossima generazione di dispositivi elettronichi di putenza di alta putenza. In l'ultimi anni, grazie à u sustegnu puliticu naziunale per u sviluppu di l'industria di i semiconduttori di terza generazione, a ricerca è u sviluppu è a custruzzione di u sistema industriale di dispositivi SiC di 150 mm sò stati basicamente cumpletati in Cina, è a sicurezza di a catena industriale hè stata basicamente garantita. Dunque, l'attenzione di l'industria s'hè gradualmente spostata versu u cuntrollu di i costi è u miglioramentu di l'efficienza. Cum'è mostratu in a Tavula 1, paragunatu à 150 mm, 200 mm SiC hà un tassu di utilizzazione di u bordu più altu, è a pruduzzione di chip di wafer unicu pò esse aumentata di circa 1,8 volte. Dopu chì a tecnulugia hè matura, u costu di fabricazione di un chip unicu pò esse riduttu di 30%. A scuperta tecnologica di 200 mm hè un mezzu direttu per "riduce i costi è aumentà l'efficienza", è hè ancu a chjave per l'industria di semiconduttori di u mo paese per "funziunà in parallelu" o ancu "guidà".
Differente da u prucessu di u dispusitivu Si,Dispositivi di putenza à semiconduttore SiCsò tutti trasfurmati è preparati cù strati epitassiali cum'è petra angulare. I wafer epitassiali sò materiali di basa essenziali per i dispositivi di putenza SiC. A qualità di u stratu epitassiale determina direttamente u rendimentu di u dispositivu, è u so costu rapprisenta u 20% di u costu di fabricazione di chip. Dunque, a crescita epitassiale hè un ligame intermediu essenziale in i dispositivi di putenza SiC. U limite superiore di u livellu di u prucessu epitassiale hè determinatu da l'equipaggiu epitassiale. Attualmente, u gradu di lucalizazione di l'equipaggiu epitassiale SiC di 150 mm in Cina hè relativamente altu, ma u layout generale di 200 mm hè in ritardu rispetto à u livellu internaziunale à u listessu tempu. Dunque, per risolve i bisogni urgenti è i prublemi di colli di bottiglia di a fabricazione di materiale epitassiale di grande dimensione è di alta qualità per u sviluppu di l'industria domestica di semiconduttori di terza generazione, questu articulu introduce l'equipaggiu epitassiale SiC di 200 mm sviluppatu cù successu in u mo paese, è studia u prucessu epitassiale. Ottimizendu i parametri di prucessu cum'è a temperatura di u prucessu, u flussu di gas vettore, u rapportu C/Si, ecc., si ottenenu l'uniformità di cuncentrazione <3%, a non uniformità di spessore <1,5%, a rugosità Ra <0,2 nm è a densità di difetti fatali <0,3 grani/cm2 di wafer epitassiali SiC di 150 mm è 200 mm cù un fornu epitassiale di carburo di siliciu di 200 mm sviluppatu indipindentamente. U livellu di prucessu di l'equipaggiu pò risponde à i bisogni di preparazione di dispositivi di putenza SiC di alta qualità.
1 Esperimentu
1.1 Principiu diSiC epitaxialeprucessu
U prucessu di crescita omoepitassiale 4H-SiC include principalmente 2 tappe chjave, vale à dì, incisione in situ à alta temperatura di u substratu 4H-SiC è u prucessu di deposizione chimica di vapore omogeneu. U scopu principale di l'incisione in situ di u substratu hè di rimuovere i danni sottuterranei di u substratu dopu a lucidatura di u wafer, u liquidu di lucidatura residuale, e particelle è u stratu d'ossidu, è una struttura à passi atomichi regulari pò esse furmata nantu à a superficia di u substratu per incisione. L'incisione in situ hè generalmente realizata in una atmosfera d'idrogenu. Sicondu i requisiti attuali di u prucessu, si pò ancu aghjunghje una piccula quantità di gas ausiliariu, cum'è u cloruru d'idrogenu, u propanu, l'etilene o u silanu. A temperatura di l'incisione à l'idrogenu in situ hè generalmente superiore à 1 600 ℃, è a pressione di a camera di reazione hè generalmente cuntrullata sottu à 2 × 104 Pa durante u prucessu di incisione.
Dopu chì a superficia di u substratu hè stata attivata da l'incisione in situ, entra in u prucessu di deposizione chimica da vapore à alta temperatura, vale à dì, a fonte di crescita (cum'è etilene/propanu, TCS/silanu), a fonte di doping (fonte di doping di tipu n azotu, fonte di doping di tipu p TMAl), è u gas ausiliariu cum'è u cloruru d'idrogenu sò trasportati à a camera di reazione attraversu un grande flussu di gas vettore (di solitu idrogenu). Dopu chì u gas reagisce in a camera di reazione à alta temperatura, una parte di u precursore reagisce chimicamente è si adsorbe nantu à a superficia di a cialda, è un stratu epitassiale omogeneu 4H-SiC monocristallinu cù una cuncentrazione di doping specifica, un spessore specificu è una qualità superiore hè furmatu nantu à a superficia di u substratu utilizendu u substratu monocristallinu 4H-SiC cum'è mudellu. Dopu anni di esplorazione tecnica, a tecnulugia omoepitassiale 4H-SiC hè basicamente matura è hè largamente aduprata in a pruduzzione industriale. A tecnulugia omoepitassiale 4H-SiC più aduprata in u mondu hà duie caratteristiche tipiche:
(1) Utilizendu un substratu tagliatu oblicu fora d'asse (relativu à u pianu cristallinu <0001>, versu a direzzione di u cristallu <11-20>) cum'è mudellu, un stratu epitassiale di cristallu unicu 4H-SiC d'alta purità senza impurità hè depositatu nantu à u substratu in forma di modu di crescita à flussu graduale. A crescita omoepitassiale iniziale di 4H-SiC utilizava un substratu di cristallu pusitivu, vale à dì, u pianu Si <0001> per a crescita. A densità di i passi atomichi nantu à a superficia di u substratu di cristallu pusitivu hè bassa è e terrazze sò larghe. A crescita di nucleazione bidimensionale hè faciule da verificà durante u prucessu di epitaxia per furmà u cristallu SiC 3C (3C-SiC). Per mezu di u tagliu fora d'asse, si ponu introdurre passi atomichi di alta densità è di larghezza di terrazza stretta nantu à a superficia di u substratu 4H-SiC <0001>, è u precursore adsorbitu pò ghjunghje efficacemente à a pusizione di u passu atomicu cù una energia superficiale relativamente bassa per via di a diffusione superficiale. À u passu, a pusizione di ligame di l'atomu precursore / gruppu moleculare hè unica, dunque in u modu di crescita di u flussu à passi, u stratu epitassiale pò eredità perfettamente a sequenza di impilamentu di u doppiu stratu atomicu Si-C di u substratu per furmà un cristallu unicu cù a stessa fase cristallina cum'è u substratu.
(2) A crescita epitassiale à alta velocità hè ottenuta introducendu una fonte di siliciu chì cuntene cloru. In i sistemi cunvinziunali di deposizione chimica di vapore di SiC, u silanu è u propanu (o etilene) sò e principali fonti di crescita. In u prucessu di aumentu di u ritmu di crescita aumentendu u ritmu di flussu di a fonte di crescita, mentre a pressione parziale d'equilibriu di u cumpunente di siliciu cuntinueghja à aumentà, hè faciule furmà cluster di siliciu per nucleazione omogenea in fase gassosa, chì riduce significativamente u ritmu di utilizzazione di a fonte di siliciu. A furmazione di cluster di siliciu limita assai u miglioramentu di u ritmu di crescita epitassiale. À u listessu tempu, i cluster di siliciu ponu disturbà a crescita di u flussu à passi è causà nucleazione di difetti. Per evità a nucleazione omogenea in fase gassosa è aumentà u ritmu di crescita epitassiale, l'introduzione di fonti di siliciu à basa di cloru hè attualmente u metudu principale per aumentà u ritmu di crescita epitassiale di 4H-SiC.
1.2 Attrezzatura epitassiale di SiC di 200 mm (8 pollici) è cundizioni di prucessu
L'esperimenti descritti in questu articulu sò stati tutti realizati nantu à un equipagiu epitassiale di SiC à parete calda orizzontale monolitica cumpatibile di 150/200 mm (6/8 pollici) sviluppatu indipindentamente da u 48esimu Istitutu di China Electronics Technology Group Corporation. U fornu epitassiale supporta u caricamentu è u scaricamentu di wafer cumpletamente automaticu. A Figura 1 hè un diagramma schematicu di a struttura interna di a camera di reazione di l'equipagiu epitassiale. Cum'è mostratu in a Figura 1, a parete esterna di a camera di reazione hè una campana di quarzu cù un interstrato raffreddato à acqua, è l'internu di a campana hè una camera di reazione à alta temperatura, chì hè cumposta da feltro di carbone isolante termicu, cavità di grafite speciale di alta purezza, basa rotante flottante à gas di grafite, ecc. Tutta a campana di quarzu hè cuperta da una bobina di induzione cilindrica, è a camera di reazione in a campana hè riscaldata elettromagneticamente da un alimentatore di induzione di media frequenza. Cum'è mostratu in a Figura 1 (b), u gasu di trasportu, u gasu di reazione è u gasu di doping scorrenu tutti attraversu a superficia di a cialda in un flussu laminare urizzuntale da a monte di a camera di reazione à a valle di a camera di reazione è sò scaricati da l'estremità di u gasu di coda. Per assicurà a cunsistenza in a cialda, a cialda purtata da a basa flottante à l'aria hè sempre rotata durante u prucessu.
U sustratu utilizatu in l'esperimentu hè un sustratu SiC lucidatu à doppia faccia 4H-SiC di tipu n conduttivu di 150 mm, 200 mm (6 pollici, 8 pollici) in direzione <1120> 4° fora di angulu, pruduttu da Shanxi Shuoke Crystal. U triclorosilanu (SiHCl3, TCS) è l'etilene (C2H4) sò utilizati cum'è e principali fonti di crescita in l'esperimentu di prucessu, frà e quali TCS è C2H4 sò utilizati rispettivamente cum'è fonte di siliciu è fonte di carbone, l'azotu di alta purezza (N2) hè utilizatu cum'è fonte di doping di tipu n, è l'idrogenu (H2) hè utilizatu cum'è gas di diluzione è gas di trasportu. L'intervallu di temperatura di u prucessu epitassiale hè 1 600 ~ 1 660 ℃, a pressione di u prucessu hè 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, è a velocità di flussu di gas di trasportu H2 hè 100 ~ 140 L / min.
1.3 Test è caratterizazione di wafer epitassiali
Un spettrometru à infrarossi di Fourier (fabricante di apparecchiature Thermalfisher, mudellu iS50) è un tester di concentrazione di sonda à mercuriu (fabricante di apparecchiature Semilab, mudellu 530L) sò stati utilizati per caratterizà a media è a distribuzione di u spessore di u stratu epitassiale è di a concentrazione di doping; u spessore è a concentrazione di doping di ogni puntu in u stratu epitassiale sò stati determinati pigliendu punti longu a linea di diametru chì interseca a linea nurmale di u bordu di riferimentu principale à 45° à u centru di a cialda cù una rimozione di u bordu di 5 mm. Per una cialda di 150 mm, 9 punti sò stati presi longu una sola linea di diametru (dui diametri eranu perpendiculari trà di elli), è per una cialda di 200 mm, 21 punti sò stati presi, cum'è mostratu in a Figura 2. Un microscopiu à forza atomica (fabricante di apparecchiature Bruker, mudellu Dimension Icon) hè statu utilizatu per selezziunà zone di 30 μm × 30 μm in a zona centrale è in a zona di u bordu (rimozione di u bordu di 5 mm) di a cialda epitassiale per testà a rugosità superficiale di u stratu epitassiale; I difetti di u stratu epitassiale sò stati misurati cù un tester di difetti di superficia (fabricante di apparecchiature China Electronics). L'imager 3D hè statu caratterizatu da un sensore radar (mudellu Mars 4410 pro) di Kefenghua.
Data di publicazione: 04 di settembre di u 2024