Nuntempe, la SiC-industrio transformiĝas de 150 mm (6 coloj) al 200 mm (8 coloj). Por kontentigi la urĝan postulon pri grand-grandaj, altkvalitaj SiC-homoepitaksaj oblatoj en la industrio, 150mm kaj 200mm...4H-SiC homoepitaksaj oblatojestis sukcese preparitaj sur hejmaj substratoj uzante la sendepende evoluigitan 200mm SiC-epitaksan kreskigan ekipaĵon. Homoepitaksa procezo taŭga por 150mm kaj 200mm estis evoluigita, en kiu la epitaksa kreskorapideco povas esti pli granda ol 60um/h. Dum plenumante la altrapidan epitaksion, la epitaksa kvalito de la oblato estas bonega. La dikecohomogeneco de 150 mm kaj 200 mmSiC-epitaksaj oblatojpovas esti kontrolita ene de 1.5%, la koncentriĝa homogeneco estas malpli ol 3%, la denseco de mortiga difekto estas malpli ol 0.3 partikloj/cm2, kaj la epitaksa surfaca malglateco radika meza kvadrata Ra estas malpli ol 0.15nm, kaj ĉiuj kernaj procezaj indikiloj estas je la altnivela nivelo de la industrio.
Silicia Karbido (SiC)estas unu el la reprezentantoj de la triageneraciaj duonkonduktaĵaj materialoj. Ĝi havas la karakterizaĵojn de alta disfala kampoforto, bonega varmokondukteco, granda elektrona saturiĝa drivrapido, kaj forta radiada rezisto. Ĝi multe vastigis la energiprilaboran kapaciton de potencaj aparatoj kaj povas plenumi la servajn postulojn de la sekva generacio de potencelektronikaj ekipaĵoj por aparatoj kun alta potenco, malgranda grandeco, alta temperaturo, alta radiado kaj aliaj ekstremaj kondiĉoj. Ĝi povas redukti spacon, redukti energikonsumon kaj redukti malvarmigajn postulojn. Ĝi alportis revoluciajn ŝanĝojn al novenergiaj veturiloj, fervoja transporto, inteligentaj retoj kaj aliaj kampoj. Tial, siliciaj karbidaj duonkonduktaĵoj estas agnoskitaj kiel la ideala materialo, kiu gvidos la sekvan generacion de altpotencaj potencelektronikaj aparatoj. En la lastaj jaroj, danke al la nacia politika subteno por la disvolviĝo de la triageneracia duonkonduktaĵa industrio, la esplorado kaj disvolviĝo kaj konstruado de la 150 mm SiC-aparata industria sistemo estis baze kompletigitaj en Ĉinio, kaj la sekureco de la industria ĉeno estis baze garantiita. Tial, la fokuso de la industrio iom post iom ŝanĝiĝis al kostokontrolo kaj plibonigo de efikeco. Kiel montrite en Tabelo 1, kompare kun 150 mm, 200 mm SiC havas pli altan rando-utiligan indicon, kaj la produktado de unuopaj blatoj povas esti pliigita je ĉirkaŭ 1.8-oble. Post kiam la teknologio maturiĝos, la fabrikadkosto de unuopa blato povas esti reduktita je 30%. La teknologia sukceso de 200 mm estas rekta rimedo por "redukti kostojn kaj pliigi efikecon", kaj ĝi ankaŭ estas la ŝlosilo por ke la duonkonduktaĵa industrio de mia lando "funkciu paralele" aŭ eĉ "gvidu".
Malsame ol la Si-aparata procezo,SiC-duonkonduktaĵaj potencaj aparatojestas ĉiuj prilaboritaj kaj preparitaj kun epitaksiaj tavoloj kiel la bazŝtono. Epitaksiaj obleoj estas esencaj bazmaterialoj por SiC-potencaj aparatoj. La kvalito de la epitaksia tavolo rekte determinas la rendimenton de la aparato, kaj ĝia kosto konsistigas 20% de la ico-fabrikada kosto. Tial, epitaksia kresko estas esenca meza ligo en SiC-potencaj aparatoj. La supra limo de la epitaksia proceznivelo estas determinita de epitaksia ekipaĵo. Nuntempe, la lokaliza grado de 150mm SiC-epitaksa ekipaĵo en Ĉinio estas relative alta, sed la ĝenerala aranĝo de 200mm samtempe postrestas kompare kun la internacia nivelo. Tial, por solvi la urĝajn bezonojn kaj proplempunktojn de grand-grandeca, altkvalita epitaksia materiala fabrikado por la disvolviĝo de la hejma triageneracia duonkonduktaĵa industrio, ĉi tiu artikolo prezentas la 200 mm SiC-epitaksan ekipaĵon sukcese disvolvitan en mia lando, kaj studas la epitaksian procezon. Per optimumigo de la procezaj parametroj kiel proceza temperaturo, flukvanto de transportgaso, C/Si-proporcio, ktp., oni atingas koncentriĝan homogenecon <3%, dikecon nehomogenecon <1.5%, krudecon Ra <0.2 nm kaj densecon de mortigaj difektoj <0.3 grajnoj/cm2 de 150 mm kaj 200 mm SiC-epitaksaj obleoj kun sendepende evoluigita 200 mm silicia karbida epitaksa forno. La ekipaĵa proceza nivelo povas kontentigi la bezonojn de altkvalita SiC-potencaparata preparado.
1 Eksperimento
1.1 Principo deSiC epitaksiaprocezo
La homoepitaksa kreskoprocezo de 4H-SiC ĉefe inkluzivas du ŝlosilajn paŝojn, nome alttemperaturan surlokan gravuradon de 4H-SiC-substrato kaj homogenan kemian vapordeponan procezon. La ĉefa celo de la surloka gravurado de la substrato estas forigi la subterajn difektojn de la substrato post la polurado de la obleto, restantan poluran likvaĵon, partiklojn kaj oksidan tavolon, kaj regula atomŝtupa strukturo povas esti formita sur la substrata surfaco per gravurado. Surloka gravurado kutime efektiviĝas en hidrogena atmosfero. Laŭ la faktaj postuloj de la procezo, malgranda kvanto da helpa gaso ankaŭ povas esti aldonita, kiel ekzemple hidrogena klorido, propano, etileno aŭ silano. La temperaturo de la surloka hidrogena gravurado estas ĝenerale super 1 600 ℃, kaj la premo de la reakcia ĉambro estas ĝenerale kontrolita sub 2 × 10⁴ Pa dum la gravuradoprocezo.
Post kiam la substrata surfaco estas aktivigita per surloka gravurado, ĝi eniras la alt-temperaturan kemian vaporan deponadprocezon, tio estas, la kreskofonto (kiel etileno/propano, TCS/silano), dopfonto (n-tipa dopfonto nitrogeno, p-tipa dopfonto TMAl), kaj helpgaso kiel hidrogena klorido estas transportataj al la reakcia ĉambro tra granda fluo de portanta gaso (kutime hidrogeno). Post kiam la gaso reagas en la alt-temperatura reakcia ĉambro, parto de la antaŭulo reagas kemie kaj adsorbiĝas sur la surfacon de la platplato, kaj unu-kristala homogena 4H-SiC-epitaksa tavolo kun specifa dopkoncentriĝo, specifa dikeco kaj pli alta kvalito formiĝas sur la substrata surfaco uzante la unu-kristalan 4H-SiC-substraton kiel ŝablonon. Post jaroj da teknika esplorado, la 4H-SiC-homoepitaksa teknologio baze maturiĝis kaj estas vaste uzata en industria produktado. La plej vaste uzata 4H-SiC-homoepitaksa teknologio en la mondo havas du tipajn karakterizaĵojn:
(1) Uzante ekster-aksan (relative al la kristala ebeno <0001>, direkte al la kristala direkto <11-20>) oblikvan tranĉitan substraton kiel ŝablonon, alt-pureca unu-kristala 4H-SiC epitaksa tavolo sen malpuraĵoj estas deponita sur la substraton en la formo de paŝo-flua kreskoreĝimo. Frua 4H-SiC homoepitaksa kresko uzis pozitivan kristalan substraton, tio estas, la <0001> Si ebenon por kresko. La denseco de atomŝtupoj sur la surfaco de la pozitiva kristala substrato estas malalta kaj la terasoj estas larĝaj. Dudimensia nuklea kresko facile okazas dum la epitaksa procezo por formi 3C kristalan SiC (3C-SiC). Per ekster-aksa tranĉado, alt-densecaj, mallarĝaj teraslarĝaj atomŝtupoj povas esti enkondukitaj sur la surfacon de la 4H-SiC <0001> substrato, kaj la adsorbita antaŭulo povas efike atingi la atomŝtupan pozicion kun relative malalta surfaca energio per surfaca difuzo. Ĉe la paŝo, la ligpozicio de la antaŭula atomo/molekula grupo estas unika, do en la paŝa fluokreskoreĝimo, la epitaksa tavolo povas perfekte heredi la Si-C duoblan atomtavolan stakigan sekvencon de la substrato por formi unuopan kristalon kun la sama kristala fazo kiel la substrato.
(2) Alt-rapida epitaksia kresko estas atingita per enkonduko de klor-entenanta silicia fonto. En konvenciaj kemiaj vaporaj deponaj sistemoj de SiC, silano kaj propano (aŭ etileno) estas la ĉefaj kreskofontoj. En la procezo de pliigo de la kreskorapideco per pliigo de la flukvanto de la kreskofonto, dum la ekvilibra parta premo de la silicia komponanto daŭre pliiĝas, estas facile formi siliciajn aretojn per homogena gasfaza nukleado, kiu signife reduktas la utiligoftecon de la silicia fonto. La formado de siliciaj aretoj multe limigas la plibonigon de la epitaksia kreskorapideco. Samtempe, siliciaj aretoj povas ĝeni la paŝofluokreskon kaj kaŭzi difektnukleadon. Por eviti homogenan gasfazan nukleadon kaj pliigi la epitaksian kreskorapidecon, la enkonduko de klor-bazitaj siliciaj fontoj estas nuntempe la ĉefa metodo por pliigi la epitaksian kreskorapidecon de 4H-SiC.
1.2 200 mm (8-cola) SiC-epitaksa ekipaĵo kaj procezkondiĉoj
La eksperimentoj priskribitaj en ĉi tiu artikolo estis ĉiuj faritaj sur 150/200 mm (6/8-cola) kongrua monolita horizontala varmamura SiC-epitaksa ekipaĵo sendepende evoluigita de la 48-a Instituto de Ĉina Elektronika Teknologia Grupo-Korporacio. La epitaksa forno subtenas plene aŭtomatan ŝarĝadon kaj malŝarĝadon de oblatoj. Figuro 1 estas skema diagramo de la interna strukturo de la reakcia ĉambro de la epitaksa ekipaĵo. Kiel montrite en Figuro 1, la ekstera muro de la reakcia ĉambro estas kvarca sonorilo kun akvomalvarmigita intertavolo, kaj la interno de la sonorilo estas alttemperatura reakcia ĉambro, kiu konsistas el termika izolado de karbonfelto, altpureca speciala grafita kavaĵo, grafita gaso-flosanta rotacianta bazo, ktp. La tuta kvarca sonorilo estas kovrita per cilindra induktora bobeno, kaj la reakcia ĉambro interne de la sonorilo estas elektromagnete varmigita per mezfrekvenca induktora elektrofonto. Kiel montrite en Figuro 1 (b), la portanta gaso, reakcia gaso, kaj dopanta gaso ĉiuj fluas tra la surfaco de la silo laŭ horizontala lamena fluo de la kontraŭflua parto de la reakcia ĉambro al la malsupra parto de la reakcia ĉambro kaj estas eligitaj de la fina gasa fino. Por certigi la konsistencon ene de la silo, la silo portata de la aerŝvebanta bazo ĉiam rotacias dum la procezo.
La substrato uzita en la eksperimento estas komerca 150 mm, 200 mm (6 coloj, 8 coloj) <1120> direkto 4°-ekster-angula konduktiva n-tipa 4H-SiC duflanka polurita SiC-substrato produktita de Shanxi Shuoke Crystal. Triklorosilano (SiHCl3, TCS) kaj etileno (C2H4) estas uzataj kiel la ĉefaj kreskofontoj en la proceza eksperimento, inter kiuj TCS kaj C2H4 estas uzataj kiel silicia fonto kaj karbona fonto respektive, altpureca nitrogeno (N2) estas uzata kiel n-tipa dopfonto, kaj hidrogeno (H2) estas uzata kiel dilua gaso kaj portanta gaso. La temperaturintervalo de la epitaksia procezo estas 1 600 ~ 1 660 ℃, la proceza premo estas 8×10³ ~ 12×10³ Pa, kaj la H2-portanta gasa flukvanto estas 100~140 L/min.
1.3 Epitaksa oblato-testado kaj karakterizado
Fourier-infraruĝa spektrometro (ekipaĵfabrikisto Thermalfisher, modelo iS50) kaj hidrarga sondila koncentriĝtestilo (ekipaĵfabrikisto Semilab, modelo 530L) estis uzitaj por karakterizi la averaĝon kaj distribuon de epitaksia tavoldikeco kaj dopkoncentriĝo; la dikeco kaj dopkoncentriĝo de ĉiu punkto en la epitaksia tavolo estis determinitaj per prenado de punktoj laŭlonge de la diametra linio intersekcanta la normalan linion de la ĉefa referenca rando je 45° en la centro de la oblato kun 5 mm randforigo. Por 150 mm oblato, 9 punktoj estis prenitaj laŭlonge de ununura diametra linio (du diametroj estis perpendikularaj unu al la alia), kaj por 200 mm oblato, 21 punktoj estis prenitaj, kiel montrite en Figuro 2. Atomforta mikroskopo (ekipaĵfabrikisto Bruker, modelo Dimension Icon) estis uzita por selekti 30 μm×30 μm areojn en la centra areo kaj la randareo (5 mm randforigo) de la epitaksia oblato por testi la surfacan malglatecon de la epitaksia tavolo; La difektoj de la epitaksa tavolo estis mezuritaj per surfacdifekto-testilo (ekipaĵfabrikisto China Electronics). La 3D-bildilo estis karakterizita per radarsensilo (modelo Mars 4410 pro) de Kefenghua.
Afiŝtempo: 04-09-2024