Gaur egun, SiC industria 150 mm-tik (6 hazbetetik) 200 mm-ra (8 hazbetera) eraldatzen ari da. Industrian tamaina handiko eta kalitate handiko SiC homoepitaxial obleen eskaera premiazkoa asetzeko, 150 mm-ko eta 200 mm-ko...4H-SiC homoepitaxial obleakEtxeko substratuetan arrakastaz prestatu ziren, modu independentean garatutako 200 mm-ko SiC epitaxial hazkuntza-ekipoa erabiliz. 150 mm eta 200 mm-rako egokia den prozesu homoepitaxial bat garatu zen, non epitaxial hazkuntza-tasa 60 um/h baino handiagoa izan daitekeen. Abiadura handiko epitaxia betetzen duen arren, epitaxial oblearen kalitatea bikaina da. 150 mm eta 200 mm-ko lodiera-uniformetasunaSiC epitaxial obleak% 1,5ean kontrola daiteke, kontzentrazioaren uniformetasuna % 3 baino txikiagoa da, akats hilgarrien dentsitatea 0,3 partikula/cm2 baino txikiagoa da, eta gainazal epitaxialaren zimurtasunaren erro karratu ertaina Ra 0,15 nm baino txikiagoa da, eta prozesuaren oinarrizko adierazle guztiak industriaren maila aurreratuan daude.
Silizio karburoa (SiC)hirugarren belaunaldiko erdieroale materialen ordezkarietako bat da. Haustura-eremuaren indar handia, eroankortasun termiko bikaina, elektroien saturazio-desbideratze-abiadura handia eta erradiazio-erresistentzia handia ditu ezaugarri. Potentzia-gailuen energia-prozesatzeko gaitasuna asko zabaldu du eta hurrengo belaunaldiko potentzia-ekipo elektronikoen zerbitzu-eskakizunak bete ditzake potentzia handiko, tamaina txikiko, tenperatura handiko, erradiazio handiko eta beste muturreko baldintza batzuetako gailuetarako. Espazioa murriztu, energia-kontsumoa murriztu eta hozte-eskakizunak murriztu ditzake. Aldaketa iraultzaileak ekarri ditu energia-ibilgailu berrietan, trenbide-garraioan, sare adimendunetan eta beste arlo batzuetan. Hori dela eta, silizio karburozko erdieroaleak hurrengo belaunaldiko potentzia handiko potentzia-gailu elektronikoen buru izango den material aproposa bezala aitortu dira. Azken urteotan, hirugarren belaunaldiko erdieroaleen industriaren garapenerako politika nazionalaren laguntzari esker, 150 mm-ko SiC gailuen industria-sistemaren ikerketa, garapena eta eraikuntza funtsean amaitu dira Txinan, eta industria-katearen segurtasuna funtsean bermatu da. Hori dela eta, industriaren arreta pixkanaka kostuen kontrola eta eraginkortasunaren hobekuntzara aldatu da. 1. taulan erakusten den bezala, 150 mm-koarekin alderatuta, 200 mm-ko SiC-k ertz-erabilera-tasa handiagoa du, eta txip bakarreko obleen ekoizpena 1,8 aldiz handitu daiteke gutxi gorabehera. Teknologia heldu ondoren, txip bakar baten fabrikazio-kostua % 30 murriztu daiteke. 200 mm-ko aurrerapen teknologikoa "kostuak murrizteko eta eraginkortasuna handitzeko" bide zuzena da, eta baita nire herrialdeko erdieroaleen industriak "paraleloan funtzionatzeko" edo baita "lidergoa izateko" gakoa ere.
Si gailuaren prozesutik desberdina,SiC erdieroaleen potentzia-gailuakguztiak prozesatu eta prestatzen dira geruza epitaxialak oinarri gisa hartuta. Oblea epitaxialak funtsezko oinarrizko materialak dira SiC potentzia gailuetarako. Geruza epitaxialaren kalitateak zuzenean zehazten du gailuaren errendimendua, eta bere kostuak txiparen fabrikazio kostuaren % 20a da. Beraz, hazkunde epitaxiala funtsezko tarteko lotura da SiC potentzia gailuetan. Prozesu epitaxialaren mailaren goiko muga ekipamendu epitaxialak zehazten du. Gaur egun, 150 mm-ko SiC ekipamendu epitaxialaren lokalizazio maila nahiko altua da Txinan, baina 200 mm-ko diseinu orokorra nazioarteko mailaren atzean dago aldi berean. Beraz, tamaina handiko eta kalitate handiko material epitaxialaren fabrikazioaren premia larriei eta arazo larriei aurre egiteko, hirugarren belaunaldiko erdieroaleen industriaren garapenerako, artikulu honek nire herrialdean arrakastaz garatutako 200 mm-ko SiC ekipamendu epitaxiala aurkezten du, eta prozesua aztertzen du. Prozesuaren parametroak optimizatuz, hala nola prozesuaren tenperatura, garraiatzaile-gasaren emaria, C/Si erlazioa, etab., 150 mm eta 200 mm-ko SiC epitaxial obleen kontzentrazio-uniformetasuna <%3, lodieraren ez-uniformetasuna <%1,5, zimurtasuna Ra <0,2 nm eta akats hilgarrien dentsitatea <0,3 ale/cm2 lortzen dira, modu independentean garatutako 200 mm-ko silizio karburozko epitaxial labeekin. Ekipamenduaren prozesu-mailak SiC potentzia-gailuen kalitate handiko prestaketaren beharrak ase ditzake.
1 Esperimentu
1.1 PrintzipioaSiC epitaxialaprozesu
4H-SiC homoepitaxial hazkuntza prozesuak bi urrats nagusi ditu batez ere: 4H-SiC substratuaren tenperatura altuko in situ grabatzea eta lurrun bidezko deposizio kimiko homogeneoa. Substratuaren in situ grabatzearen helburu nagusia substratuaren gainazaleko kalteak kentzea da, oblearen leunketaren ondoren, hondar leunketa-likidoa, partikulak eta oxido geruza, eta substratuaren gainazalean egitura atomiko erregular bat sor daiteke grabatzearen bidez. In situ grabatzea normalean hidrogeno atmosferan egiten da. Prozesuaren benetako eskakizunen arabera, gas laguntzaile kantitate txiki bat ere gehi daiteke, hala nola hidrogeno kloruroa, propanoa, etilenoa edo silanoa. In situ hidrogeno grabatzearen tenperatura normalean 1 600 ℃-tik gorakoa da, eta erreakzio-ganberaren presioa normalean 2 × 104 Pa-tik behera kontrolatzen da grabatze-prozesuan zehar.
Substratuaren gainazala in situ grabatuz aktibatu ondoren, tenperatura altuko lurrun-deposizio kimikoaren prozesuan sartzen da, hau da, hazkuntza-iturria (etileno/propano, TCS/silano, adibidez), dopatze-iturria (n motako nitrogeno dopatze-iturria, p motako TMAl dopatze-iturria) eta gas laguntzailea, hala nola hidrogeno kloruroa, erreakzio-ganberara garraiatzen dira garraiatzaile-gasaren fluxu handi baten bidez (normalean hidrogenoa). Gasak tenperatura altuko erreakzio-ganberan erreakzionatu ondoren, aitzindariaren zati bat kimikoki erreakzionatzen da eta oblearen gainazalean itsasten da, eta dopatze-kontzentrazio espezifiko, lodiera espezifiko eta kalitate handiagoa duen 4H-SiC epitaxial geruza homogeneo monokristal bat sortzen da substratuaren gainazalean, 4H-SiC substratu monokristala txantiloi gisa erabiliz. Urteetako esplorazio teknikoaren ondoren, 4H-SiC homoepitaxial teknologia funtsean heldu da eta industria-ekoizpenean asko erabiltzen da. Munduan gehien erabiltzen den 4H-SiC homoepitaxial teknologiak bi ezaugarri tipiko ditu:
(1) Txantiloi gisa ardatzetik kanpo (<0001> kristal-planoarekiko, <11-20> kristal-norabiderantz) moztutako substratu zeihar bat erabiliz, purutasun handiko kristal bakarreko 4H-SiC epitaxial geruza bat, ezpurutasunik gabe, substratuan metatzen da, hazkuntza-maila-fluxu moduan. Hasierako 4H-SiC homoepitaxial hazkuntzak kristal-substratu positibo bat erabiltzen zuen, hau da, <0001> Si planoa, hazkuntzarako. Kristal-substratu positiboaren gainazaleko urrats atomikoen dentsitatea baxua da eta terrazak zabalak dira. Bi dimentsioko nukleazio-hazkuntza erraza da epitaxia-prozesuan 3C kristal-SiC (3C-SiC) eratzeko. Ardatzetik kanpo ebakiz, dentsitate handiko eta terraza-zabalera estuko urrats atomikoak sar daitezke 4H-SiC <0001> substratuaren gainazalean, eta adsorbatutako aitzindariak urrats atomikoen posizioa eraginkortasunez irits daiteke gainazaleko energia nahiko baxuarekin, gainazaleko difusioaren bidez. Urratsean, aitzindari atomo/molekularen talde lotura-posizioa bakarra da, beraz, urratsezko fluxu-hazkunde moduan, epitaxial geruzak substratuaren Si-C geruza atomiko bikoitzaren pilatze-sekuentzia ezin hobeto heredatu dezake substratuaren kristal-fase berdina duen kristal bakar bat osatzeko.
(2) Abiadura handiko hazkunde epitaxiala lortzen da kloroa duen silizio iturri bat sartuz. SiC lurrun kimiko bidezko deposizio sistemetan, silanoa eta propanoa (edo etilenoa) dira hazkunde iturri nagusiak. Hazkunde iturriaren fluxu-tasa handituz hazkunde-tasa handitzeko prozesuan, silizio osagaiaren oreka-presio partziala handitzen jarraitzen duen heinean, erraza da silizio multzoak sortzea fase gaseoso homogeneoko nukleazio bidez, eta horrek silizio iturriaren erabilera-tasa nabarmen murrizten du. Silizio multzoen eraketak asko mugatzen du hazkunde epitaxialaren tasaren hobekuntza. Aldi berean, silizio multzoek urrats-fluxuaren hazkundea oztopatu eta akatsen nukleazioa eragin dezakete. Fase gaseoso homogeneoko nukleazioa saihesteko eta hazkunde epitaxialaren tasa handitzeko, kloroan oinarritutako silizio iturrien sarrera da gaur egun 4H-SiC-ren hazkunde epitaxialaren tasa handitzeko metodo nagusia.
1.2 200 mm-ko (8 hazbeteko) SiC epitaxial ekipamendua eta prozesu baldintzak
Artikulu honetan deskribatutako esperimentu guztiak 48. Txinako Elektronika Teknologia Taldearen Korporazioak modu independentean garatutako 150/200 mm-ko (6/8 hazbeteko) SiC epitaxial ekipamendu monolitiko horizontal bero batean egin ziren. Labe epitaxialak obleen karga eta deskarga automatikoak onartzen ditu. 1. irudia ekipamendu epitaxialaren erreakzio ganberaren barne egituraren eskema-diagrama bat da. 1. irudian erakusten den bezala, erreakzio ganberaren kanpoko horma ur-hoztutako tarteko geruza duen kuartzozko kanpai bat da, eta kanpaiaren barnealdea tenperatura altuko erreakzio ganbera bat da, isolamendu termikoko karbono feltroz, purutasun handiko grafito barrunbe bereziz, grafito gasez flotatzen den oinarri birakari batez eta abarrez osatua. Kuartzozko kanpai osoa indukzio-bobina zilindriko batez estalita dago, eta kanpaiaren barruko erreakzio ganbera maiztasun ertaineko indukzio-iturri batek berotzen du elektromagnetikoki. 1 (b) irudian erakusten den bezala, eramaile-gasa, erreakzio-gasa eta dopatze-gasa oblearen gainazaletik zehar isurtzen dira fluxu laminar horizontal batean, erreakzio-ganberaren goiko aldetik erreakzio-ganberaren beheko aldera, eta isats-gasaren muturretik isurtzen dira. Oblearen barruko koherentzia bermatzeko, airezko oinarri flotatzaileak daraman oblea beti biratzen da prozesuan zehar.
Esperimentuan erabilitako substratua Shanxi Shuoke Crystal-ek ekoitzitako 150 mm-ko, 200 mm-ko (6 hazbete, 8 hazbete) <1120> norabideko 4°-angelutik kanpo eroalea den n motako 4H-SiC bi aldetako SiC substratu leundu komertziala da. Triklorosilanoa (SiHCl3, TCS) eta etilenoa (C2H4) erabili dira hazkuntza-iturri nagusi gisa prozesu-esperimentuan, eta horien artean TCS eta C2H4 silizio-iturri eta karbono-iturri gisa, hurrenez hurren, nitrogeno purua (N2) n motako dopatze-iturri gisa, eta hidrogenoa (H2) diluzio-gas eta garraiatzaile-gas gisa. Prozesu epitaxialaren tenperatura-tartea 1 600 ~1 660 ℃ da, prozesu-presioa 8 × 103 ~12 × 103 Pa da, eta H2 garraiatzaile-gasaren emaria 100 ~ 140 L/min da.
1.3 Oblea epitaxialen probak eta karakterizazioa
Fourier infragorri espektrometroa (Thermalfisher ekipamendu fabrikatzailea, iS50 modeloa) eta merkurio zunda kontzentrazio probatzailea (Semilab ekipamendu fabrikatzailea, 530L modeloa) erabili ziren epitaxial geruzaren lodieraren eta dopaje kontzentrazioaren batez bestekoa eta banaketa karakterizatzeko; epitaxial geruzako puntu bakoitzaren lodiera eta dopaje kontzentrazioa zehaztu ziren, oblearen erdigunean 45°-tan erreferentzia ertz nagusiaren lerro normala gurutzatzen duen diametro-lerroan zehar puntuak hartuz, 5 mm-ko ertz-kentzearekin. 150 mm-ko oblea baterako, 9 puntu hartu ziren diametro-lerro bakarrean zehar (bi diametro elkarren perpendikularrak ziren), eta 200 mm-ko oblea baterako, 21 puntu hartu ziren, 2. irudian erakusten den bezala. Indar atomikoko mikroskopio bat (Bruker ekipamendu fabrikatzailea, Dimension Icon modeloa) erabili zen epitaxial oblearen erdiko eremuan eta ertzeko eremuan (5 mm-ko ertz-kentzea) 30 μm × 30 μm-ko eremuak hautatzeko, epitaxial geruzaren gainazaleko zimurtasuna probatzeko; Epitaxial geruzaren akatsak gainazaleko akatsen probatzaile bat erabiliz neurtu ziren (China Electronics ekipamenduen fabrikatzailea). 3D irudi-sortzailea Kefenghua-ko radar sentsore batekin (Mars 4410 pro modeloa) karakterizatu zen.
Argitaratze data: 2024ko irailaren 4a