Op it stuit transformearret de SiC-yndustry fan 150 mm (6 inch) nei 200 mm (8 inch). Om te foldwaan oan de driuwende fraach nei grutte, heechweardige SiC homoepitaxiale wafers yn 'e yndustry, binne 150 mm en 200 mm4H-SiC homoepitaksiale waferswaarden mei súkses taret op húshâldlike substraten mei de ûnôfhinklik ûntwikkele 200 mm SiC epitaksiale groeiapparatuer. In homoepitaksiaal proses geskikt foar 150 mm en 200 mm waard ûntwikkele, wêrby't de epitaksiale groeisnelheid grutter kin wêze as 60 µm/oere. Wylst foldien wurdt oan de hege-snelheidsepitaksy, is de kwaliteit fan 'e epitaksiale wafer poerbêst. De dikte-uniformiteit fan 150 mm en 200 mmSiC epitaksiale waferskin binnen 1,5% kontroleare wurde, de konsintraasjeuniformiteit is minder as 3%, de fatale defektdichtheid is minder as 0,3 dieltsjes/cm2, en de epitaksiale oerflakteruwheid woartelgemiddelde kwadraat Ra is minder as 0,15 nm, en alle kearnprosesindikatoaren binne op it avansearre nivo fan 'e yndustry.
Silisiumkarbid (SiC)is ien fan 'e fertsjintwurdigers fan 'e healgeleidermaterialen fan 'e tredde generaasje. It hat de skaaimerken fan hege trochbraakfjildsterkte, poerbêste termyske geliedingsfermogen, grutte driftsnelheid fan elektronsaturaasje, en sterke strielingsresistinsje. It hat de enerzjyferwurkingskapasiteit fan krêftapparaten sterk útwreide en kin foldwaan oan 'e tsjinsteasken fan 'e folgjende generaasje krêftelektronika-apparatuer foar apparaten mei hege krêft, lytse grutte, hege temperatuer, hege strieling en oare ekstreme omstannichheden. It kin romte ferminderje, enerzjyferbrûk ferminderje en koeleasken ferminderje. It hat revolúsjonêre feroarings brocht yn nije enerzjyauto's, spoarferfier, tûke grids en oare fjilden. Dêrom binne silisiumkarbide healgeleiders erkend as it ideale materiaal dat de folgjende generaasje krêftelektronika-apparaten mei hege krêft sil liede. Yn 'e lêste jierren, tanksij de nasjonale beliedsstipe foar de ûntwikkeling fan 'e healgeleideryndustry fan 'e tredde generaasje, binne it ûndersyk en de ûntwikkeling en de bou fan it 150 mm SiC-apparaatyndustrysysteem yn prinsipe foltôge yn Sina, en is de feiligens fan 'e yndustriële keten yn prinsipe garandearre. Dêrom is de fokus fan 'e yndustry stadichoan ferskowe nei kostenkontrôle en effisjinsjeferbettering. Lykas te sjen is yn tabel 1, hat 200 mm SiC, yn ferliking mei 150 mm, in hegere rânebenuttingsgraad, en kin de útfier fan ienkele waferchips mei sawat 1,8 kear ferhege wurde. Nei't de technology folwoeksener is, kinne de produksjekosten fan in inkele chip mei 30% fermindere wurde. De technologyske trochbraak fan 200 mm is in direkt middel om "kosten te ferminderjen en effisjinsje te ferheegjen", en it is ek de kaai foar de healgeleideryndustry fan myn lân om "parallel" of sels "liedend" te rinnen.
Ferskillend fan it Si-apparaatproses,SiC healgelieder-krêftapparatenwurde allegear ferwurke en taret mei epitaksiale lagen as hoekstien. Epitaksiale wafers binne essensjele basismaterialen foar SiC-krêftapparaten. De kwaliteit fan 'e epitaksiale laach bepaalt direkt de opbringst fan it apparaat, en de kosten dêrfan binne goed foar 20% fan 'e produksjekosten fan 'e chip. Dêrom is epitaksiale groei in essensjele tuskenskeakeling yn SiC-krêftapparaten. De boppeste limyt fan it epitaksiale prosesnivo wurdt bepaald troch epitaksiale apparatuer. Op it stuit is de lokalisaasjegraad fan 150 mm SiC epitaksiale apparatuer yn Sina relatyf heech, mar de algemiene yndieling fan 200 mm bliuwt tagelyk efter op it ynternasjonaal nivo. Dêrom, om de driuwende behoeften en knelpuntenproblemen fan grutte, heechweardige produksje fan epitaksiale materialen op te lossen foar de ûntwikkeling fan 'e ynlânske healgeleideryndustry fan 'e tredde generaasje, yntrodusearret dit artikel de 200 mm SiC epitaksiale apparatuer dy't mei súkses yn myn lân ûntwikkele is, en bestudearret it epitaksiale proses. Troch it optimalisearjen fan de prosesparameters lykas prosestemperatuer, streamsnelheid fan it dragergas, C/Si-ferhâlding, ensfh., wurde de konsintraasjeuniformiteit <3%, dikte-net-uniformiteit <1,5%, rûchheid Ra <0,2 nm en fatale defekttichtens <0,3 kerrels/cm2 fan 150 mm en 200 mm SiC epitaksiale wafers mei ûnôfhinklik ûntwikkele 200 mm silisiumkarbide epitaksiale ovens krigen. It apparatuerprosesnivo kin foldwaan oan 'e behoeften fan tarieding fan SiC-krêftapparaten fan hege kwaliteit.
1 Eksperimint
1.1 Prinsipe fanSiC epitaksiaalproses
It 4H-SiC homoepitaxiale groeiproses omfettet benammen 2 wichtige stappen, nammentlik hege-temperatuer in-situ etsen fan 4H-SiC substraat en homogeen gemysk dampôfsettingsproses. It wichtichste doel fan substraat in-situ etsen is om de ûndergrûnske skea fan it substraat nei waferpolearjen, oerbleaune polearjende floeistof, dieltsjes en oksidelaach te ferwiderjen, en in regelmjittige atoomstapstruktuer kin wurde foarme op it substraatoerflak troch etsen. In-situ etsen wurdt meastal útfierd yn in wetterstofatmosfear. Neffens de werklike proseseasken kin ek in lytse hoemannichte helpgas tafoege wurde, lykas wetterstofchloride, propaan, etyleen of silaan. De temperatuer fan in-situ wetterstofetsen is oer it algemien boppe 1600 ℃, en de druk fan 'e reaksjekeamer wurdt oer it algemien kontroleare ûnder 2 × 104 Pa tidens it etsproses.
Nei't it substraatoerflak aktivearre is troch in-situ etsen, giet it yn it hege-temperatuer gemyske dampôfsettingsproses, dat wol sizze, de groeiboarne (lykas etyleen/propaan, TCS/silaan), dopingboarne (n-type dopingboarne stikstof, p-type dopingboarne TMAl), en helpgas lykas wetterstofchloride wurde nei de reaksjekeamer ferfierd fia in grutte stream fan dragergas (meastal wetterstof). Nei't it gas reagearre hat yn 'e hege-temperatuerreaksjekeamer, reagearret in diel fan 'e foarrinner gemysk en adsorbearret it op it waferoerflak, en wurdt in ienkristal homogene 4H-SiC epitaksiale laach mei in spesifike dopingkonsintraasje, spesifike dikte en hegere kwaliteit foarme op it substraatoerflak mei it ienkristal 4H-SiC-substraat as sjabloan. Nei jierren fan technyske ferkenning is de 4H-SiC homoepitaksiale technology yn prinsipe folwoeksen wurden en wurdt it breed brûkt yn yndustriële produksje. De meast brûkte 4H-SiC homoepitaksiale technology yn 'e wrâld hat twa typyske skaaimerken:
(1) Mei in off-axis (relatyf oan it <0001> kristalflak, nei de <11-20> kristalrjochting) skean snijd substraat as sjabloan, wurdt in heechsuvere ienkristal 4H-SiC epitaksiale laach sûnder ûnreinheden op it substraat ôfset yn 'e foarm fan stapsgewijze groeimodus. Iere 4H-SiC homoepitaksiale groei brûkte in posityf kristalsubstraat, dat is it <0001> Si-flak foar groei. De tichtens fan atoomstappen op it oerflak fan it positive kristalsubstraat is leech en de terrassen binne breed. Twadiminsjonale nukleaasjegroei komt maklik foar tidens it epitaksyproses om 3C kristal SiC (3C-SiC) te foarmjen. Troch off-axis snijden kinne atoomstappen mei hege tichtens en smelle terrasbreedte ynfierd wurde op it oerflak fan it 4H-SiC <0001> substraat, en de adsorbearre foargonger kin effektyf de atoomstapposysje berikke mei relatyf lege oerflakenerzjy troch oerflakdiffúzje. By de stap is de bindingsposysje fan it foargongeratoom/molekulêre groep unyk, dus yn 'e stapsgewijze groeimodus kin de epitaksiale laach de stapelsekwinsje fan 'e dûbele atoomlaach fan Si-C fan it substraat perfekt ervje om in ienkristal te foarmjen mei deselde kristalfaze as it substraat.
(2) Hege-snelheid epitaksiale groei wurdt berikt troch it ynfieren fan in chloor-hâldende silisiumboarne. Yn konvinsjonele SiC gemyske dampôfsettingssystemen binne silaan en propaan (of etyleen) de wichtichste groeiboarnen. Yn it proses fan it ferheegjen fan de groeisnelheid troch it ferheegjen fan de streamsnelheid fan 'e groeiboarne, as de lykwichtspartialdruk fan 'e silisiumkomponint trochgiet mei tanimmen, is it maklik om silisiumklusters te foarmjen troch homogene gasfaze-nukleaasje, wat de benuttingsgraad fan 'e silisiumboarne signifikant ferminderet. De foarming fan silisiumklusters beheint de ferbettering fan 'e epitaksiale groeisnelheid sterk. Tagelyk kinne silisiumklusters de stapstreamgroei fersteure en defektnukleaasje feroarsaakje. Om homogene gasfaze-nukleaasje te foarkommen en de epitaksiale groeisnelheid te ferheegjen, is de ynfiering fan chloor-basearre silisiumboarnen op it stuit de mainstreammetoade om de epitaksiale groeisnelheid fan 4H-SiC te ferheegjen.
1.2 200 mm (8-inch) SiC epitaksiale apparatuer en prosesbetingsten
De eksperiminten dy't yn dit artikel beskreaun binne, waarden allegear útfierd op in 150/200 mm (6/8-inch) kompatible monolityske horizontale hjitte muorre SiC epitaksiale apparatuer, ûnôfhinklik ûntwikkele troch it 48e Ynstitút fan Sina Electronics Technology Group Corporation. De epitaksiale oven stipet folslein automatysk waferladen en lossen. Figuer 1 is in skematysk diagram fan 'e ynterne struktuer fan' e reaksjekeamer fan 'e epitaksiale apparatuer. Lykas te sjen is yn figuer 1, is de bûtenste muorre fan' e reaksjekeamer in kwarts klok mei in wetterkuolle tuskenlaach, en de binnenkant fan 'e klok is in hege-temperatuer reaksjekeamer, dy't bestiet út termyske isolaasje koalstoffilt, spesjale grafitytholte mei hege suverens, grafytgas-driuwende rotearjende basis, ensfh. De heule kwarts klok is bedekt mei in silindryske ynduksjespoel, en de reaksjekeamer yn 'e klok wurdt elektromagnetysk ferwaarme troch in middelfrekwinsje-ynduksjestroomfoarsjenning. Lykas te sjen is yn figuer 1 (b), streame it dragergas, reaksjegas en dopinggas allegear troch it waferoerflak yn in horizontale laminêre stream fan 'e stroomopwaarts fan 'e reaksjekeamer nei de stroomafwaarts fan 'e reaksjekeamer en wurde ôffierd fan it sturtgasein. Om de konsistinsje binnen de wafer te garandearjen, wurdt de wafer dy't troch de loftdriuwende basis droegen wurdt altyd rotearre tidens it proses.
It substraat dat yn it eksperimint brûkt wurdt, is in kommersjeel 150 mm, 200 mm (6 inch, 8 inch) <1120> rjochting 4°off-hoeke geliedend n-type 4H-SiC dûbelsidich gepoleerd SiC-substraat produsearre troch Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilaan (SiHCl3, TCS) en etyleen (C2H4) wurde brûkt as de wichtichste groeiboarnen yn it proseseksperimint, wêrûnder TCS en C2H4 brûkt wurde as respektivelik silisiumboarne en koalstofboarne, heechsuvere stikstof (N2) wurdt brûkt as n-type dopingboarne, en wetterstof (H2) wurdt brûkt as ferdunningsgas en dragergas. It temperatuerberik fan it epitaksiale proses is 1600 ~1660 ℃, de prosesdruk is 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, en de streamsnelheid fan it H2-dragergas is 100 ~ 140 L/min.
1.3 Epitaksiale wafertesten en karakterisaasje
Fourier-ynfrareadspektrometer (apparatuerfabrikant Thermalfisher, model iS50) en kwikprobe-konsintraasjetester (apparatuerfabrikant Semilab, model 530L) waarden brûkt om it gemiddelde en de ferdieling fan 'e dikte fan 'e epitaksiale laach en de dopingkonsintraasje te karakterisearjen; de dikte en dopingkonsintraasje fan elk punt yn 'e epitaksiale laach waarden bepaald troch punten te nimmen lâns de diameterline dy't de normale line fan 'e haadreferinsjerâne ûnder 45° yn it sintrum fan 'e wafer snijt mei 5 mm râneferwidering. Foar in wafer fan 150 mm waarden 9 punten nommen lâns in line mei ien diameter (twa diameters stiene loodrecht op elkoar), en foar in wafer fan 200 mm waarden 21 punten nommen, lykas te sjen is yn figuer 2. In atoomkrêftmikroskoop (apparatuerfabrikant Bruker, model Dimension Icon) waard brûkt om gebieten fan 30 μm × 30 μm yn it sintrumgebiet en it rânegebiet (5 mm râneferwidering) fan 'e epitaksiale wafer te selektearjen om de oerflakterûchheid fan 'e epitaksiale laach te testen; De defekten fan 'e epitaksiale laach waarden metten mei in oerflakdefekttester (apparatuerfabrikant China Electronics). De 3D-ôfbylding waard karakterisearre troch in radarsensor (model Mars 4410 pro) fan Kefenghua.
Pleatsingstiid: 4 septimber 2024