Ar hyn o bryd, mae'r diwydiant SiC yn trawsnewid o 150 mm (6 modfedd) i 200 mm (8 modfedd). Er mwyn diwallu'r galw brys am wafferi homoepitaxial SiC maint mawr ac o ansawdd uchel yn y diwydiant, mae 150mm a 200mmWaferi homoepitaxial 4H-SiCwedi'u paratoi'n llwyddiannus ar swbstradau domestig gan ddefnyddio'r offer twf epitacsial SiC 200mm a ddatblygwyd yn annibynnol. Datblygwyd proses homoepitacsial sy'n addas ar gyfer 150mm a 200mm, lle gall y gyfradd twf epitacsial fod yn fwy na 60um/awr. Wrth fodloni'r epitacsi cyflymder uchel, mae ansawdd y wafer epitacsial yn rhagorol. Mae unffurfiaeth trwch 150 mm a 200 mmWafferi epitacsial SiCgellir ei reoli o fewn 1.5%, mae'r unffurfiaeth crynodiad yn llai na 3%, mae'r dwysedd diffyg angheuol yn llai na 0.3 gronyn/cm2, ac mae'r garwedd arwyneb epitacsial sgwâr cymedrig gwreiddyn Ra yn llai na 0.15nm, ac mae'r holl ddangosyddion proses craidd ar lefel uwch y diwydiant.
Silicon Carbid (SiC)yn un o gynrychiolwyr deunyddiau lled-ddargludyddion y drydedd genhedlaeth. Mae ganddo nodweddion cryfder maes chwalfa uchel, dargludedd thermol rhagorol, cyflymder drifft dirlawnder electronau mawr, a gwrthiant ymbelydredd cryf. Mae wedi ehangu gallu prosesu ynni dyfeisiau pŵer yn fawr a gall fodloni gofynion gwasanaeth y genhedlaeth nesaf o offer electronig pŵer ar gyfer dyfeisiau â phŵer uchel, maint bach, tymheredd uchel, ymbelydredd uchel ac amodau eithafol eraill. Gall leihau lle, lleihau'r defnydd o bŵer a lleihau gofynion oeri. Mae wedi dod â newidiadau chwyldroadol i gerbydau ynni newydd, cludiant rheilffyrdd, gridiau clyfar a meysydd eraill. Felly, mae lled-ddargludyddion silicon carbid wedi dod yn gydnabyddedig fel y deunydd delfrydol a fydd yn arwain y genhedlaeth nesaf o ddyfeisiau electronig pŵer pŵer uchel. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, diolch i'r gefnogaeth polisi cenedlaethol ar gyfer datblygu diwydiant lled-ddargludyddion y drydedd genhedlaeth, mae ymchwil a datblygu ac adeiladu system diwydiant dyfeisiau SiC 150 mm wedi'u cwblhau'n y bôn yn Tsieina, ac mae diogelwch y gadwyn ddiwydiannol wedi'i warantu'n y bôn. Felly, mae ffocws y diwydiant wedi symud yn raddol i reoli costau a gwella effeithlonrwydd. Fel y dangosir yn Nhabl 1, o'i gymharu â 150 mm, mae gan SiC 200 mm gyfradd defnyddio ymyl uwch, a gellir cynyddu allbwn sglodion wafer sengl tua 1.8 gwaith. Ar ôl i'r dechnoleg aeddfedu, gellir lleihau cost gweithgynhyrchu sglodion sengl 30%. Mae datblygiad technolegol 200 mm yn fodd uniongyrchol o "leihau costau a chynyddu effeithlonrwydd", ac mae hefyd yn allweddol i ddiwydiant lled-ddargludyddion fy ngwlad "redeg yn gyfochrog" neu hyd yn oed "arwain".
Yn wahanol i'r broses ddyfais Si,Dyfeisiau pŵer lled-ddargludyddion SiCyn cael eu prosesu a'u paratoi gyda haenau epitacsial fel y gonglfaen. Mae wafferi epitacsial yn ddeunyddiau sylfaenol hanfodol ar gyfer dyfeisiau pŵer SiC. Mae ansawdd yr haen epitacsial yn pennu cynnyrch y ddyfais yn uniongyrchol, ac mae ei chost yn cyfrif am 20% o gost gweithgynhyrchu'r sglodion. Felly, mae twf epitacsial yn gyswllt canolradd hanfodol mewn dyfeisiau pŵer SiC. Mae terfyn uchaf lefel y broses epitacsial yn cael ei bennu gan offer epitacsial. Ar hyn o bryd, mae graddfa leoleiddio offer epitacsial SiC 150mm yn Tsieina yn gymharol uchel, ond mae cynllun cyffredinol 200mm ar ei hôl hi o'i gymharu â'r lefel ryngwladol ar yr un pryd. Felly, er mwyn datrys yr anghenion brys a phroblemau tagfeydd gweithgynhyrchu deunyddiau epitacsial maint mawr ac o ansawdd uchel ar gyfer datblygu'r diwydiant lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth domestig, mae'r papur hwn yn cyflwyno'r offer epitacsial SiC 200 mm a ddatblygwyd yn llwyddiannus yn fy ngwlad, ac yn astudio'r broses epitacsial. Drwy optimeiddio paramedrau'r broses megis tymheredd y broses, cyfradd llif nwy cludwr, cymhareb C/Si, ac ati, ceir unffurfiaeth crynodiad <3%, anunffurfiaeth trwch <1.5%, garwedd Ra <0.2 nm a dwysedd diffyg angheuol <0.3 grawn/cm2 o wafferi epitacsial SiC 150 mm a 200 mm gyda ffwrnais epitacsial silicon carbid 200 mm a ddatblygwyd yn annibynnol. Gall lefel proses yr offer ddiwallu anghenion paratoi dyfeisiau pŵer SiC o ansawdd uchel.
1 Arbrawf
1.1 EgwyddorSiC epitacsialproses
Mae'r broses twf homoepitaxial 4H-SiC yn cynnwys 2 gam allweddol yn bennaf, sef ysgythru in-situ tymheredd uchel o swbstrad 4H-SiC a phroses dyddodiad anwedd cemegol homogenaidd. Prif bwrpas ysgythru in-situ swbstrad yw cael gwared ar y difrod is-wyneb y swbstrad ar ôl caboli wafer, hylif caboli gweddilliol, gronynnau a haen ocsid, a gellir ffurfio strwythur cam atomig rheolaidd ar wyneb y swbstrad trwy ysgythru. Fel arfer, cynhelir ysgythru in-situ mewn awyrgylch hydrogen. Yn ôl gofynion gwirioneddol y broses, gellir ychwanegu ychydig bach o nwy ategol hefyd, fel hydrogen clorid, propan, ethylen neu silan. Mae tymheredd ysgythru hydrogen in-situ yn gyffredinol uwchlaw 1600 ℃, ac mae pwysau'r siambr adwaith yn gyffredinol yn cael ei reoli islaw 2 × 104 Pa yn ystod y broses ysgythru.
Ar ôl i wyneb y swbstrad gael ei actifadu trwy ysgythru in-situ, mae'n mynd i mewn i'r broses dyddodiad anwedd cemegol tymheredd uchel, hynny yw, mae'r ffynhonnell twf (megis ethylen/propan, TCS/silane), y ffynhonnell dopio (nitrogen ffynhonnell dopio math-n, TMAl ffynhonnell dopio math-p), a nwy ategol fel hydrogen clorid yn cael eu cludo i'r siambr adwaith trwy lif mawr o nwy cludwr (hydrogen fel arfer). Ar ôl i'r nwy adweithio yn y siambr adwaith tymheredd uchel, mae rhan o'r rhagflaenydd yn adweithio'n gemegol ac yn amsugno ar wyneb y wafer, ac mae haen epitacsial 4H-SiC homogenaidd un grisial gyda chrynodiad dopio penodol, trwch penodol, ac ansawdd uwch yn cael ei ffurfio ar wyneb y swbstrad gan ddefnyddio'r swbstrad 4H-SiC un grisial fel templed. Ar ôl blynyddoedd o archwilio technegol, mae'r dechnoleg homoepitacsial 4H-SiC wedi aeddfedu'n y bôn ac fe'i defnyddir yn helaeth mewn cynhyrchu diwydiannol. Mae gan y dechnoleg homoepitacsial 4H-SiC a ddefnyddir fwyaf eang yn y byd ddau nodwedd nodweddiadol:
(1) Gan ddefnyddio swbstrad torri gogwydd oddi ar yr echel (o'i gymharu â'r plân grisial <0001>, tuag at gyfeiriad y grisial <11-20>) fel templed, mae haen epitacsial 4H-SiC un grisial purdeb uchel heb amhureddau yn cael ei dyddodi ar y swbstrad ar ffurf modd twf llif-cam. Defnyddiodd twf homoepitacsial 4H-SiC cynnar swbstrad grisial positif, hynny yw, y plân Si <0001> ar gyfer twf. Mae dwysedd y camau atomig ar wyneb y swbstrad grisial positif yn isel ac mae'r terasau'n llydan. Mae twf niwcleiad dau ddimensiwn yn hawdd digwydd yn ystod y broses epitacsi i ffurfio grisial 3C SiC (3C-SiC). Trwy dorri oddi ar yr echel, gellir cyflwyno camau atomig dwysedd uchel, lled teras cul ar wyneb y swbstrad 4H-SiC <0001>, a gall y rhagflaenydd wedi'i amsugno gyrraedd safle'r cam atomig yn effeithiol gydag egni arwyneb cymharol isel trwy drylediad arwyneb. Yn y cam, mae safle bondio'r atom rhagflaenydd/grŵp moleciwlaidd yn unigryw, felly yn y modd twf llif cam, gall yr haen epitacsial etifeddu dilyniant pentyrru haen atomig dwbl Si-C y swbstrad yn berffaith i ffurfio grisial sengl gyda'r un cyfnod grisial â'r swbstrad.
(2) Cyflawnir twf epitacsial cyflym trwy gyflwyno ffynhonnell silicon sy'n cynnwys clorin. Mewn systemau dyddodiad anwedd cemegol SiC confensiynol, silan a phropan (neu ethylen) yw'r prif ffynonellau twf. Yn y broses o gynyddu'r gyfradd twf trwy gynyddu cyfradd llif y ffynhonnell twf, wrth i bwysau rhannol ecwilibriwm y gydran silicon barhau i gynyddu, mae'n hawdd ffurfio clystyrau silicon trwy niwcleiad cyfnod nwy homogenaidd, sy'n lleihau cyfradd defnyddio'r ffynhonnell silicon yn sylweddol. Mae ffurfio clystyrau silicon yn cyfyngu'n fawr ar welliant y gyfradd twf epitacsial. Ar yr un pryd, gall clystyrau silicon amharu ar dwf llif y cam ac achosi niwcleiad diffygion. Er mwyn osgoi niwcleiad cyfnod nwy homogenaidd a chynyddu'r gyfradd twf epitacsial, cyflwyno ffynonellau silicon sy'n seiliedig ar glorin yw'r dull prif ffrwd ar hyn o bryd i gynyddu cyfradd twf epitacsial 4H-SiC.
Offer epitacsial SiC 1.2 200 mm (8 modfedd) ac amodau proses
Cynhaliwyd yr arbrofion a ddisgrifir yn y papur hwn i gyd ar offer epitacsial SiC wal boeth llorweddol monolithig cydnaws 150/200 mm (6/8-modfedd) a ddatblygwyd yn annibynnol gan Gorfforaeth Grŵp Technoleg Electroneg Sefydliad 48fed Tsieina. Mae'r ffwrnais epitacsial yn cefnogi llwytho a dadlwytho wafferi cwbl awtomatig. Mae Ffigur 1 yn ddiagram sgematig o strwythur mewnol siambr adwaith yr offer epitacsial. Fel y dangosir yn Ffigur 1, mae wal allanol y siambr adwaith yn gloch cwarts gyda rhynghaen wedi'i hoeri â dŵr, ac mae tu mewn i'r gloch yn siambr adwaith tymheredd uchel, sy'n cynnwys ffelt carbon inswleiddio thermol, ceudod graffit arbennig purdeb uchel, sylfaen gylchdroi nwy graffit arnofiol, ac ati. Mae'r gloch cwarts gyfan wedi'i gorchuddio â choil sefydlu silindrog, ac mae'r siambr adwaith y tu mewn i'r gloch yn cael ei chynhesu'n electromagnetig gan gyflenwad pŵer sefydlu amledd canolig. Fel y dangosir yn Ffigur 1 (b), mae'r nwy cludwr, y nwy adwaith, a'r nwy dopio i gyd yn llifo trwy wyneb y wafer mewn llif laminar llorweddol o ochr i fyny'r siambr adwaith i ochr i lawr yr afon o'r siambr adwaith ac yn cael eu rhyddhau o ben y nwy cynffon. Er mwyn sicrhau'r cysondeb o fewn y wafer, mae'r wafer sy'n cael ei chario gan y sylfaen arnofiol aer bob amser yn cael ei gylchdroi yn ystod y broses.
Y swbstrad a ddefnyddir yn yr arbrawf yw swbstrad SiC caboledig dwy ochr dargludol math-n 4H-SiC masnachol 150 mm, 200 mm (6 modfedd, 8 modfedd) cyfeiriad <1120> 4° oddi ar yr ongl a gynhyrchwyd gan Shanxi Shuoke Crystal. Defnyddir trichlorosilane (SiHCl3, TCS) ac ethylen (C2H4) fel y prif ffynonellau twf yn yr arbrawf proses, ac ymhlith y rhain defnyddir TCS a C2H4 fel ffynhonnell silicon a ffynhonnell garbon yn y drefn honno, defnyddir nitrogen purdeb uchel (N2) fel ffynhonnell dopio math-n, a defnyddir hydrogen (H2) fel nwy gwanhau a nwy cludwr. Yr ystod tymheredd ar gyfer y broses epitacsial yw 1600 ~1660 ℃, y pwysau proses yw 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, a chyfradd llif nwy cludwr H2 yw 100 ~ 140 L/mun.
1.3 Profi a nodweddu wafer epitacsial
Defnyddiwyd sbectromedr is-goch Fourier (gwneuthurwr offer Thermalfisher, model iS50) a phrofwr crynodiad chwiliedydd mercwri (gwneuthurwr offer Semilab, model 530L) i nodweddu cymedr a dosbarthiad trwch yr haen epitacsial a chrynodiad dopio; penderfynwyd trwch a chrynodiad dopio pob pwynt yn yr haen epitacsial trwy gymryd pwyntiau ar hyd y llinell ddiamedr sy'n croestorri llinell normal yr ymyl gyfeirio prif ar 45° yng nghanol y wafer gyda thynnu ymyl o 5 mm. Ar gyfer wafer 150 mm, cymerwyd 9 pwynt ar hyd llinell un diamedr (roedd dau ddiamedr yn berpendicwlar i'w gilydd), ac ar gyfer wafer 200 mm, cymerwyd 21 pwynt, fel y dangosir yn Ffigur 2. Defnyddiwyd microsgop grym atomig (gwneuthurwr offer Bruker, model Dimension Icon) i ddewis ardaloedd 30 μm × 30 μm yn ardal y canol ac ardal yr ymyl (tynnu ymyl o 5 mm) y wafer epitacsial i brofi garwedd arwyneb yr haen epitacsial; Mesurwyd diffygion yr haen epitacsial gan ddefnyddio profwr diffygion arwyneb (gwneuthurwr offer China Electronics). Nodweddwyd y delweddydd 3D gan synhwyrydd radar (model Mars 4410 pro) gan Kefenghua.
Amser postio: Medi-04-2024