An-dràsta, tha gnìomhachas an SiC ag atharrachadh bho 150 mm (6 òirlich) gu 200 mm (8 òirlich). Gus coinneachadh ris an iarrtas èiginneach airson uaifearan homoepitaxial SiC mòr-mheudach, àrd-inbhe sa ghnìomhachas, tha 150mm agus 200mmUaifearan homoepitaxial 4H-SiCair an ullachadh gu soirbheachail air fo-stratan dachaigheil a’ cleachdadh an uidheamachd fàis epitaxial SiC 200mm a chaidh a leasachadh gu neo-eisimeileach. Chaidh pròiseas homoepitaxial a leasachadh a tha freagarrach airson 150mm agus 200mm, anns am faod an ìre fàis epitaxial a bhith nas àirde na 60um/h. Ged a tha e a’ coinneachadh ris an epitaxy àrd-astar, tha càileachd an uaifr epitaxial sàr-mhath. Tha an tighead cunbhalach de 150 mm agus 200 mmUibheagan epitaxial SiCfaodar smachd a chumail air taobh a-staigh 1.5%, tha an aonfhoirmeachd dùmhlachd nas lugha na 3%, tha dùmhlachd an locht marbhtach nas lugha na 0.3 mìrean / cm2, agus tha freumh garbh uachdar epitaxial Ra nas lugha na 0.15nm, agus tha a h-uile prìomh chomharradh pròiseas aig ìre adhartach a’ ghnìomhachais.
Carbaid Shilicon (SiC)’S e seo aon de na riochdairean airson stuthan leth-chonnsachaidh an treas ginealach. Tha feartan neart achaidh briseadh-sìos àrd aige, seoltachd teirmeach sàr-mhath, astar drift sàthaidh electron mòr, agus strì an aghaidh rèididheachd làidir. Tha e air comas giollachd lùtha innealan cumhachd a leudachadh gu mòr agus faodaidh e coinneachadh ri riatanasan seirbheis an ath ghinealaich de uidheamachd dealanach cumhachd airson innealan le cumhachd àrd, meud beag, teòthachd àrd, rèididheachd àrd agus suidheachaidhean anabarrach eile. Faodaidh e àite a lughdachadh, caitheamh cumhachd a lughdachadh agus riatanasan fuarachaidh a lughdachadh. Tha e air atharrachaidhean rèabhlaideach a thoirt gu carbadan lùtha ùra, còmhdhail rèile, lìonraidhean snasail agus raointean eile. Mar sin, tha leth-chonnsachaidhean silicon carbide air an aithneachadh mar an stuth air leth a stiùireas an ath ghinealach de dh’ innealan dealanach cumhachd àrd-chumhachd. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, le taing don taic poileasaidh nàiseanta airson leasachadh gnìomhachas leth-chonnsachaidh an treas ginealach, chaidh rannsachadh is leasachadh agus togail siostam gnìomhachas innealan SiC 150 mm a chrìochnachadh gu ìre mhòr ann an Sìona, agus tha tèarainteachd an t-sreath gnìomhachais air a ghealltainn gu ìre mhòr. Mar sin, tha fòcas a’ ghnìomhachais air gluasad mean air mhean gu smachd cosgais agus leasachadh èifeachdais. Mar a chithear ann an Clàr 1, an taca ri 150 mm, tha ìre cleachdaidh oir nas àirde aig SiC 200 mm, agus faodar toradh sliseagan wafer singilte a mheudachadh mu 1.8 uiread. Às deidh don teicneòlas aibidh, faodar cosgais saothrachaidh aon chip a lùghdachadh 30%. Tha an adhartas teicneòlach de 200 mm na dhòigh dhìreach air “cosgaisean a lughdachadh agus èifeachdas a mheudachadh”, agus tha e cuideachd na phrìomh dhòigh airson gnìomhachas leth-chonnsachaidh mo dhùthaich a bhith “a’ ruith co-shìnte” no eadhon “a’ stiùireadh”.
Eadar-dhealaichte bhon phròiseas inneal Si,Innealan cumhachd leth-chonnsachaidh SiCTha iad uile air an giullachd agus air an ullachadh le sreathan epitaxial mar chlach-oisinn. Tha uaifearan epitaxial nan stuthan bunaiteach riatanach airson innealan cumhachd SiC. Tha càileachd an t-sreath epitaxial a’ dearbhadh toradh an inneil gu dìreach, agus tha a chosgais a’ dèanamh suas 20% de chosgais saothrachaidh a’ chip. Mar sin, tha fàs epitaxial na cheangal eadar-mheadhanach riatanach ann an innealan cumhachd SiC. Tha crìoch àrd ìre pròiseas epitaxial air a dhearbhadh le uidheamachd epitaxial. An-dràsta, tha ìre ionadail uidheamachd epitaxial SiC 150mm ann an Sìona an ìre mhath àrd, ach tha cruth iomlan 200mm air dheireadh air an ìre eadar-nàiseanta aig an aon àm. Mar sin, gus na feumalachdan èiginneach agus na duilgheadasan cnap-starra a thaobh saothrachadh stuthan epitaxial mòr-mheud, àrd-inbhe airson leasachadh gnìomhachas leth-chonnsachaidh treas ginealach dachaigheil, tha am pàipear seo a’ toirt a-steach an uidheamachd epitaxial SiC 200 mm a chaidh a leasachadh gu soirbheachail nam dhùthaich, agus a’ sgrùdadh a’ phròiseas epitaxial. Le bhith a’ leasachadh paramadairean a’ phròiseis leithid teòthachd a’ phròiseis, ìre sruthadh gas giùlain, co-mheas C/Si, msaa., gheibhear co-ionannachd dùmhlachd <3%, neo-cho-ionannachd tighead <1.5%, garbh-chruth Ra <0.2 nm agus dùmhlachd locht marbhtach <0.3 gràn/cm2 de wafers epitaxial SiC 150 mm agus 200 mm le fùirneis epitaxial silicon carbide 200 mm a chaidh a leasachadh gu neo-eisimeileach. Faodaidh ìre pròiseas an uidheamachd coinneachadh ri feumalachdan ullachadh inneal cumhachd SiC àrd-inbhe.
1 Deuchainn
1.1 PrionnsabalSiC epitaxialpròiseas
Tha am pròiseas fàis homoepitaxial 4H-SiC a’ toirt a-steach dà cheum chudromach sa mhòr-chuid, is iad sin, gràbhaladh in-situ aig teòthachd àrd de fho-strat 4H-SiC agus pròiseas tasgadh ceimigeach ceimigeach aon-ghnèitheach. Is e prìomh adhbhar gràbhaladh in-situ fo-strat milleadh fon uachdar a thoirt air falbh às deidh snasadh wafer, leaghan snasaidh fuigheallach, mìrean agus sreath ocsaid, agus faodar structar ceum atamach cunbhalach a chruthachadh air uachdar an fho-strat le bhith a’ gràbhaladh. Mar as trice bidh gràbhaladh in-situ air a dhèanamh ann an àile haidridean. A rèir riatanasan a’ phròiseis fhèin, faodar beagan gas cuideachail a chur ris cuideachd, leithid haidridean clòraid, propane, ethylene no silane. Mar as trice bidh teòthachd gràbhaladh haidridean in-situ os cionn 1600 ℃, agus mar as trice bidh cuideam an t-seòmair ath-bhualadh air a smachdachadh fo 2 × 104 Pa rè a’ phròiseas gràbhaladh.
Às dèidh don uachdar fo-strat a bhith air a ghnìomhachadh le gràbhaladh in-situ, bidh e a’ dol a-steach don phròiseas tasgadh smùid ceimigeach aig teòthachd àrd, is e sin, tha an stòr fàis (leithid ethylene/propane, TCS/silane), an stòr doping (stòr doping seòrsa-n naitridean, stòr doping seòrsa-p TMAl), agus gas co-phàirteach leithid haidridean clòraid air an giùlan chun t-seòmar ath-bhualadh tro shruth mòr de ghas giùlain (mar as trice haidridean). Às dèidh don ghas ath-bhualadh anns an t-seòmar ath-bhualadh àrd-teodhachd, bidh pàirt den ro-ruithear ag ath-bhualadh gu ceimigeach agus a’ gabhail a-steach air uachdar an wafer, agus tha sreath epitaxial 4H-SiC aon-ghnèitheach aon-chriostail le dùmhlachd doping sònraichte, tiugh sònraichte, agus càileachd nas àirde air a chruthachadh air uachdar an fho-strat a’ cleachdadh an fho-strat 4H-SiC aon-chriostail mar theamplaid. Às dèidh bliadhnaichean de sgrùdadh teicnigeach, tha an teicneòlas homoepitaxial 4H-SiC air aibidh gu ìre mhòr agus tha e air a chleachdadh gu farsaing ann an cinneasachadh gnìomhachais. Tha dà fheart àbhaisteach aig an teicneòlas homoepitaxial 4H-SiC as fharsainge a thathas a’ cleachdadh san t-saoghal:
(1) A’ cleachdadh fo-strat gearraidh claon far-axis (an coimeas ris a’ phlèana criostail <0001>, a dh’ionnsaigh stiùireadh a’ chriostail <11-20>) mar theamplaid, tha sreath epitaxial 4H-SiC aon-chriostail àrd-ghlan gun neo-chunbhalachdan air a thasgadh air an fho-strat ann an cruth modh fàis ceum-sruth. Chleachd fàs homoepitaxial 4H-SiC tràth fo-strat criostail dheimhinneach, is e sin, am plèana Si <0001> airson fàs. Tha dùmhlachd nan ceumannan atamach air uachdar an fho-strat criostail dheimhinneach ìosal agus tha na h-àrd-ùrlaran farsaing. Tha fàs niùclasach dà-thaobhach furasta tachairt rè a’ phròiseas epitaxy gus criostal 3C SiC (3C-SiC) a chruthachadh. Le gearradh far-axis, faodar ceumannan atamach àrd-dùmhlachd, leud àrd-ùrlar cumhang a thoirt a-steach air uachdar an fho-strat 4H-SiC <0001>, agus faodaidh an ro-ruithear adsorbaichte ruighinn air suidheachadh ceum atamach gu h-èifeachdach le lùth uachdar an ìre mhath ìosal tro sgaoileadh uachdar. Aig a’ cheum, tha suidheachadh ceangail an ataim ro-ruithear/buidheann mhóileciuil gun samhail, agus mar sin ann am modh fàis sruth ceum air cheum, faodaidh an sreath epitaxial sreath cruachaidh sreath atamach dùbailte Si-C an t-substrate a shealbhachadh gu foirfe gus criostal singilte a chruthachadh leis an aon ìre criostail ris an t-substrate.
(2) Gheibhear fàs epitaxial aig astar luath le bhith a’ toirt a-steach stòr silicon anns a bheil clòirin. Ann an siostaman tasgadh smùid ceimigeach SiC àbhaisteach, is e silane agus propane (no ethylene) na prìomh thùsan fàis. Ann am pròiseas àrdachadh an ìre fàis le bhith ag àrdachadh ìre sruthadh an stòr fàis, mar a bhios cuideam pàirteach cothromachaidh a’ phàirt silicon a’ sìor dhol am meud, tha e furasta cruinneachaidhean silicon a chruthachadh le niùclasachadh ìre gas aon-ghnèitheach, a lughdaicheas ìre cleachdaidh an stòr silicon gu mòr. Tha cruthachadh cruinneachaidhean silicon a’ cuingealachadh gu mòr leasachadh ìre fàis epitaxial. Aig an aon àm, faodaidh cruinneachaidhean silicon buaireadh a dhèanamh air fàs sruthadh ceum agus niùclasachadh lochdan adhbhrachadh. Gus casg a chuir air niùclasachadh ìre gas aon-ghnèitheach agus an ìre fàis epitaxial a mheudachadh, is e toirt a-steach stòran silicon stèidhichte air clòirin an dòigh prìomh-shruthach an-dràsta airson ìre fàis epitaxial 4H-SiC a mheudachadh.
Uidheam agus suidheachaidhean pròiseis SiC epitaxial 1.2 200 mm (8-òirleach)
Chaidh na deuchainnean a tha air am mìneachadh sa phàipear seo uile a dhèanamh air uidheamachd epitaxial SiC balla teth còmhnard monolithach co-chòrdail 150/200 mm (6/8-òirleach) a chaidh a leasachadh gu neo-eisimeileach leis an 48mh Institiud de Chorporra Buidheann Teicneòlais Leictreonaic Shìona. Tha an àmhainn epitaxial a’ toirt taic do luchdachadh is dì-luchdachadh wafer gu tur fèin-ghluasadach. Tha Figear 1 na dhiagram sgemataig de structar a-staigh seòmar ath-bhualadh an uidheamachd epitaxial. Mar a chithear ann am Figear 1, tha balla a-muigh seòmar ath-bhualadh na chlag grian-chlach le eadar-fhilleadh fuaraichte le uisge, agus tha taobh a-staigh a’ chlag na sheòmar ath-bhualadh àrd-theodhachd, a tha air a dhèanamh suas de fhailt gualain inslithe teirmeach, cuas grafait sònraichte àrd-ghlanachd, bonn rothlach gas grafait fleòdraidh, msaa. Tha clag a’ ghrian-chlach gu lèir còmhdaichte le coil inntrigidh siolandair, agus tha an seòmar ath-bhualadh taobh a-staigh a’ chlag air a theasachadh gu electromagnetic le solar cumhachd inntrigidh meadhanach-tricead. Mar a chithear ann am Figear 1 (b), bidh an gas giùlain, gas ath-bhualaidh, agus gas dopaidh uile a’ sruthadh tro uachdar an uaifle ann an sruth laminar còmhnard bhon t-seòmar ath-bhualaidh suas chun an t-seòmar ath-bhualaidh sìos agus gan leigeil a-mach bho cheann a’ ghasa earbaill. Gus dèanamh cinnteach à cunbhalachd taobh a-staigh an uaifle, bidh an t-uaifle a tha air a ghiùlan leis a’ bhunait èadhair fleòdraidh an-còmhnaidh air a thionndadh rè a’ phròiseis.
’S e am bun-stuth a chaidh a chleachdadh san deuchainn bun-stuth SiC snasta dà-thaobhach seòrsa-n 4H-SiC malairteach 150 mm, 200 mm (6 òirlich, 8 òirlich) <1120> le treòrachadh 4° far-cheàrn giùlaineach, air a dhèanamh le Shanxi Shuoke Crystal. Bithear a’ cleachdadh trichlorosilane (SiHCl3, TCS) agus ethylene (C2H4) mar na prìomh thùsan fàis san deuchainn phròiseis, agus nam measg sin bithear a’ cleachdadh TCS agus C2H4 mar thùs silicon agus stòr gualain fa leth, bithear a’ cleachdadh naitridean àrd-ghlan (N2) mar thùs doping seòrsa-n, agus bithear a’ cleachdadh haidridean (H2) mar ghas caolachaidh agus gas giùlain. Tha raon teòthachd a’ phròiseis epitaxial eadar 1600 agus 1660 ℃, tha cuideam a’ phròiseis eadar 8 × 103 agus 12 × 103 Pa, agus tha ìre sruthadh gas giùlain H2 eadar 100 agus 140 L/min.
1.3 Deuchainn agus comharrachadh wafer epitaxial
Chaidh speactrometer infridhearg Fourier (neach-dèanamh uidheamachd Thermalfisher, modail iS50) agus inneal-deuchainn dùmhlachd probe mearcair (neach-dèanamh uidheamachd Semilab, modail 530L) a chleachdadh gus meadhan agus sgaoileadh tighead an t-sreath epitaxial agus dùmhlachd doping a chomharrachadh; chaidh tighead agus dùmhlachd doping gach puing anns an t-sreath epitaxial a dhearbhadh le bhith a’ gabhail phuingean air an loidhne trast-thomhas a’ dol tarsainn air loidhne àbhaisteach a’ phrìomh oir iomraidh aig 45° ann am meadhan a’ chliath-bhàta le toirt air falbh oir 5 mm. Airson cliath-bhàta 150 mm, chaidh 9 puingean a ghabhail air loidhne aon trast-thomhas (bha dà thrast-thomhas ceart-cheàrnach ri chèile), agus airson cliath-bhàta 200 mm, chaidh 21 puingean a ghabhail, mar a chithear ann am Figear 2. Chaidh miocroscop feachd atamach (neach-dèanamh uidheamachd Bruker, modail Dimension Icon) a chleachdadh gus raointean 30 μm × 30 μm a thaghadh anns an raon meadhanach agus an raon oir (toirt air falbh oir 5 mm) den chliath-bhàta epitaxial gus garbh-chruth uachdar an t-sreath epitaxial a dhearbhadh; Chaidh lochdan an t-sreath epitaxial a thomhas le bhith a’ cleachdadh inneal-deuchainn lochdan uachdar (neach-dèanamh uidheamachd China Electronics). Chaidh an ìomhaigh 3D a chomharrachadh le mothachaire radar (modail Mars 4410 pro) bho Kefenghua.
Àm puist: Sultain-04-2024