I kēia manawa, ke hoʻololi nei ka ʻoihana SiC mai 150 mm (6 ʻīniha) a i 200 mm (8 ʻīniha). I mea e hoʻokō ai i ke koi wikiwiki no nā wafers homoepitaxial SiC nui a kiʻekiʻe i ka ʻoihana, 150mm a me 200mmNā wafers homoepitaxial 4H-SiCua hoʻomākaukau pono ʻia ma nā substrates home me ka hoʻohana ʻana i nā lako ulu epitaxial 200mm SiC i hoʻomohala kūʻokoʻa ʻia. Ua hoʻomohala ʻia kahi hana homoepitaxial kūpono no 150mm a me 200mm, kahi e hiki ai i ka nui o ka ulu ʻana o ka epitaxial ke ʻoi aku ma mua o 60um/h. ʻOiai e hoʻokō ana i ka epitaxy wikiwiki, maikaʻi loa ka maikaʻi o ka wafer epitaxial. ʻO ke ʻano like o ka mānoanoa o 150 mm a me 200 mmNā wafers epitaxial SiChiki ke hoʻomalu ʻia i loko o 1.5%, ʻoi aku ka like o ka hoʻohuihui ma mua o 3%, ʻoi aku ka nui o ka hemahema make ma mua o 0.3 mau ʻāpana / cm2, a ʻoi aku ka liʻiliʻi o ka epitaxial surface roughness root mean square Ra ma mua o 0.15nm, a aia nā ʻōkuhi hana koʻikoʻi āpau ma ka pae kiʻekiʻe o ka ʻoihana.
ʻO ke kalapona silika (SiC)ʻO ia kekahi o nā ʻelele o nā mea semiconductor hanauna ʻekolu. Loaʻa iā ia nā ʻano o ka ikaika kiʻekiʻe o ke kahua haki, ka conductivity thermal maikaʻi loa, ka wikiwiki o ka drift saturation electron nui, a me ke kūpaʻa radiation ikaika. Ua hoʻonui nui ia i ka hiki ke hana ikehu o nā mea mana a hiki ke hoʻokō i nā koi lawelawe o ka hanauna hou o nā lako uila mana no nā mea me ka mana kiʻekiʻe, ka liʻiliʻi, ka mahana kiʻekiʻe, ka radiation kiʻekiʻe a me nā kūlana koʻikoʻi ʻē aʻe. Hiki iā ia ke hōʻemi i ka hakahaka, hoʻemi i ka hoʻohana ʻana i ka mana a hoʻemi i nā koi hoʻoluʻu. Ua lawe mai ia i nā loli kipi i nā kaʻa ikehu hou, ka halihali kaʻaahi, nā grids akamai a me nā kahua ʻē aʻe. No laila, ua ʻike ʻia nā semiconductors silicon carbide ʻo ia ka mea kūpono e alakaʻi i ka hanauna hou o nā mea uila mana kiʻekiʻe. I nā makahiki i hala iho nei, mahalo i ke kākoʻo kulekele aupuni no ka hoʻomohala ʻana o ka ʻoihana semiconductor hanauna ʻekolu, ua hoʻopau ʻia ka noiʻi a me ka hoʻomohala ʻana a me ke kūkulu ʻana o ka ʻōnaehana ʻoihana mea 150 mm SiC ma Kina, a ua hōʻoia ʻia ka palekana o ke kaulahao ʻoihana. No laila, ua neʻe mālie ke kiko o ka ʻoihana i ka kaohi kumukūʻai a me ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka pono. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ka Papa 1, i hoʻohālikelike ʻia me 150 mm, ʻoi aku ka nui o ka hoʻohana ʻana o ka lihi o 200 mm SiC, a hiki ke hoʻonui ʻia ka hopena o nā ʻāpana wafer hoʻokahi ma kahi o 1.8 mau manawa. Ma hope o ka oʻo ʻana o ka ʻenehana, hiki ke hoʻemi ʻia ke kumukūʻai hana o kahi ʻāpana hoʻokahi ma 30%. ʻO ka holomua ʻenehana o 200 mm he ala pololei ia o ka "hoʻemi ʻana i nā kumukūʻai a me ka hoʻonui ʻana i ka pono", a ʻo ia hoʻi ke kī no ka ʻoihana semiconductor o koʻu ʻāina e "holo like" a i ʻole "alakaʻi".
ʻOkoʻa mai ke kaʻina hana hāmeʻa Si,Nā mea hana mana semiconductor SiCUa hana ʻia a hoʻomākaukau ʻia nā mea āpau me nā papa epitaxial ma ke ʻano he kihi. ʻO nā wafers Epitaxial nā mea kumu koʻikoʻi no nā mea hana mana SiC. ʻO ke ʻano o ka papa epitaxial e hoʻoholo pololei i ka hua o ka mea hana, a ʻo kona kumukūʻai he 20% o ke kumukūʻai hana chip. No laila, ʻo ka ulu ʻana o ka epitaxial kahi loulou waena koʻikoʻi i nā mea hana mana SiC. Hoʻoholo ʻia ka palena kiʻekiʻe o ka pae hana epitaxial e nā lako epitaxial. I kēia manawa, ʻoi aku ka kiʻekiʻe o ka localization o nā lako epitaxial 150mm SiC ma Kina, akā ʻo ka hoʻonohonoho holoʻokoʻa o 200mm e lohi ana ma hope o ka pae honua i ka manawa like. No laila, i mea e hoʻoponopono ai i nā pono wikiwiki a me nā pilikia bottleneck o ka hana ʻana i nā mea epitaxial nui a kiʻekiʻe no ka hoʻomohala ʻana o ka ʻoihana semiconductor hanauna ʻekolu o ka home, hoʻolauna kēia pepa i nā lako epitaxial 200 mm SiC i hoʻomohala pono ʻia ma koʻu ʻāina, a ke aʻo nei i ke kaʻina hana epitaxial. Ma ka hoʻonui ʻana i nā palena hana e like me ka mahana o ke kaʻina hana, ka nui o ke kahe ʻana o ke kinoea lawe, ka lakio C/Si, a pēlā aku, loaʻa ke ʻano like o ka nui <3%, ka ʻano like ʻole o ka mānoanoa <1.5%, ka ʻoʻoleʻa Ra <0.2 nm a me ka nui o ka hemahema make <0.3 grains/cm2 o 150 mm a me 200 mm SiC epitaxial wafers me ka umu epitaxial silicon carbide 200 mm i hoʻomohala kūʻokoʻa ʻia. Hiki i ka pae hana lako ke hoʻokō i nā pono o ka hoʻomākaukau ʻana i nā mea mana SiC kiʻekiʻe.
1 Hoʻokolohua
1.1 Kumumanaʻo oʻO ka epitaxial SiCkaʻina hana
ʻO ke kaʻina hana ulu homoepitaxial 4H-SiC e komo pū ana me 2 mau ʻanuʻu koʻikoʻi, ʻo ia hoʻi, ke kālai ʻana i ka substrate 4H-SiC me ka mahana kiʻekiʻe a me ke kaʻina hana hoʻokaʻawale kemika homogeneous. ʻO ke kumu nui o ke kālai ʻana i ka substrate, ʻo ia ka wehe ʻana i ka pōʻino o lalo o ka substrate ma hope o ka polishing wafer, ke koena o ka polishing wai, nā ʻāpana a me ka papa oxide, a hiki ke hoʻokumu ʻia kahi ʻano hana atomic maʻamau ma ka ʻili o ka substrate ma o ke kālai ʻana. Hoʻokō pinepine ʻia ke kālai ʻana i loko o kahi lewa hydrogen. Wahi a nā koi o ke kaʻina hana maoli, hiki ke hoʻohui ʻia kahi liʻiliʻi o ke kinoea kōkua, e like me ka hydrogen chloride, propane, ethylene a i ʻole silane. ʻO ka mahana o ke kālai ʻana i ka hydrogen ma loko o kahi maʻamau ma luna o 1 600 ℃, a ʻo ke kaomi o ke keʻena hopena e hoʻomalu pinepine ʻia ma lalo o 2 × 104 Pa i ka wā o ke kaʻina hana kālai ʻana.
Ma hope o ka hoʻāla ʻia ʻana o ka ʻili o ka substrate e ka etching in-situ, komo ia i ke kaʻina hana hoʻoheheʻe kemika wela kiʻekiʻe, ʻo ia hoʻi, ke kumu ulu (e like me ka ethylene/propane, TCS/silane), ke kumu doping (n-type doping source nitrogen, p-type doping source TMAl), a me ke kinoea kōkua e like me ka hydrogen chloride e lawe ʻia i ke keʻena hana ma o kahi kahe nui o ke kinoea lawe (ʻo ia hoʻi ka hydrogen). Ma hope o ka hana ʻana o ke kinoea i loko o ke keʻena hana wela kiʻekiʻe, hana kekahi hapa o ka precursor i ke kemika a adsorbs ma luna o ka ʻili wafer, a ua hoʻokumu ʻia kahi papa epitaxial 4H-SiC homogeneous hoʻokahi-crystal me kahi doping concentration kikoʻī, ka mānoanoa kikoʻī, a me ke ʻano kiʻekiʻe ma luna o ka ʻili substrate me ka hoʻohana ʻana i ka substrate 4H-SiC kristal hoʻokahi ma ke ʻano he template. Ma hope o nā makahiki o ka ʻimi loea, ua oʻo nui ka ʻenehana homoepitaxial 4H-SiC a ua hoʻohana nui ʻia i ka hana ʻoihana. ʻO ka ʻenehana homoepitaxial 4H-SiC i hoʻohana nui ʻia ma ka honua he ʻelua mau ʻano maʻamau:
(1) Ma ka hoʻohana ʻana i kahi substrate ʻoki oblique off-axis (e pili ana i ka mokulele kristal <0001>, e kū pono ana i ke kuhikuhi kristal <11-20>) ma ke ʻano he template, ua waiho ʻia kahi papa epitaxial kristal hoʻokahi kiʻekiʻe me ka ʻole o nā haumia ma luna o ka substrate ma ke ʻano o ke ʻano ulu ʻanuʻu. Ua hoʻohana ka ulu homoepitaxial 4H-SiC mua i kahi substrate kristal maikaʻi, ʻo ia hoʻi, ka mokulele <0001> Si no ka ulu ʻana. He haʻahaʻa ka nui o nā ʻanuʻu atomika ma luna o ka ʻili o ka substrate kristal maikaʻi a he ākea nā terraces. He maʻalahi ka ulu ʻana o ka nucleation ʻelua-dimensional i ka wā o ke kaʻina epitaxy e hana i ka crystal 3C SiC (3C-SiC). Ma ka ʻoki ʻana ma waho o ke axis, hiki ke hoʻokomo ʻia nā ʻanuʻu atomika kiʻekiʻe a haiki ka laulā terrace ma luna o ka substrate 4H-SiC <0001>, a hiki i ka precursor adsorbed ke hiki i ke kūlana ʻanuʻu atomika me ka ikehu ʻili haʻahaʻa ma o ka hoʻolaha ʻana o ka ʻili. Ma ke ʻanuʻu, he kū hoʻokahi ke kūlana hoʻopaʻa ʻana o ka atom/molecular group precursor, no laila ma ke ʻano ulu ʻana o ke kahe ʻanuʻu, hiki i ka papa epitaxial ke hoʻoilina pono i ka moʻo hoʻonohonoho papa atomika pālua Si-C o ka substrate e hana i hoʻokahi kristal me ka pae kristal like me ka substrate.
(2) Hoʻokō ʻia ka ulu ʻana o ka epitaxial wikiwiki ma ka hoʻolauna ʻana i kahi kumu silicon i loaʻa ka chlorine. I loko o nā ʻōnaehana hoʻokahe mahu kemika SiC maʻamau, ʻo silane a me propane (a i ʻole ethylene) nā kumu ulu nui. I ke kaʻina hana o ka hoʻonui ʻana i ka wikiwiki o ka ulu ʻana ma ka hoʻonui ʻana i ka wikiwiki o ke kahe ʻana o ke kumu ulu, ʻoiai ke hoʻomau nei ka piʻi ʻana o ke kaomi hapa kaulike o ka ʻāpana silicon, he maʻalahi ke hana i nā hui silicon ma o ka nucleation gas homogeneous, kahi e hōʻemi nui ai i ka wikiwiki o ka hoʻohana ʻana o ke kumu silicon. ʻO ka hoʻokumu ʻana o nā hui silicon e kaupalena nui i ka hoʻomaikaʻi ʻana o ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ka epitaxial. I ka manawa like, hiki i nā hui silicon ke hoʻopilikia i ka ulu ʻana o ke kahe ʻanuʻu a hoʻoulu i ka nucleation kīnā. I mea e pale aku ai i ka nucleation gas homogeneous a hoʻonui i ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ka epitaxial, ʻo ka hoʻolauna ʻana i nā kumu silicon i hoʻokumu ʻia i ka chlorine i kēia manawa ke ʻano nui e hoʻonui ai i ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ka epitaxial o 4H-SiC.
1.2 200 mm (8-'īniha) Nā lako epitaxial SiC a me nā kūlana hana
Ua mālama ʻia nā hoʻokolohua i wehewehe ʻia ma kēia pepa ma luna o kahi lako epitaxial SiC paia wela monolithic horizontal 150/200 mm (6/8-'īniha) i hoʻomohala kūʻokoʻa ʻia e ka 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Kākoʻo ka umu epitaxial i ka hoʻouka a me ka wehe ʻana i ka wafer piha. ʻO ke Kiʻi 1 kahi kiʻikuhi schematic o ke ʻano kūloko o ke keʻena hana o nā lako epitaxial. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 1, ʻo ka paia waho o ke keʻena hana he bele quartz me kahi interlayer i hoʻomaʻalili ʻia i ka wai, a ʻo loko o ka bele he keʻena hana wela kiʻekiʻe, i haku ʻia me ka carbon insulation thermal felt, ka lua graphite kūikawā kiʻekiʻe-maʻemaʻe, ke kumu wili graphite gas-floating, a pēlā aku. Ua uhi ʻia ka bele quartz holoʻokoʻa me kahi cylindrical induction coil, a ua hoʻomehana ʻia ke keʻena hana i loko o ka bele e kahi lako mana induction alapine waena. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 1 (b), ke kahe ʻana o ke kinoea lawe, ke kinoea pane, a me ke kinoea doping ma o ka ʻili wafer ma ke kahe laminar ākea mai luna o ke keʻena pane a i lalo o ke keʻena pane a ua hoʻokuʻu ʻia mai ka hopena kinoea huelo. No ka hōʻoia ʻana i ke kūlike i loko o ka wafer, ua hoʻohuli mau ʻia ka wafer i lawe ʻia e ke kumu lana ea i ka wā o ke kaʻina hana.
ʻO ke substrate i hoʻohana ʻia ma ka hoʻokolohua he 150 mm, 200 mm (6 ʻīniha, 8 ʻīniha) <1120> kuhikuhi 4°off-angle conductive n-type 4H-SiC pālua ʻaoʻao poli SiC i hana ʻia e Shanxi Shuoke Crystal. Hoʻohana ʻia ʻo Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) a me ethylene (C2H4) ma ke ʻano he kumu ulu nui ma ka hoʻokolohua hana, ma waena o ia mau mea e hoʻohana ʻia ai ʻo TCS a me C2H4 ma ke ʻano he kumu silicon a me ke kumu kalapona, hoʻohana ʻia ka nitrogen maʻemaʻe kiʻekiʻe (N2) ma ke ʻano he kumu doping n-type, a hoʻohana ʻia ka hydrogen (H2) ma ke ʻano he kinoea dilution a me ke kinoea lawe. ʻO ka pae mahana o ke kaʻina hana epitaxial he 1 600 ~ 1 660 ℃, ʻo ke kaomi hana he 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, a ʻo ka nui o ke kahe ʻana o ke kinoea lawe H2 he 100 ~ 140 L/min.
1.3 Ka hoʻāʻo ʻana a me ke ʻano o ka wafer Epitaxial
Ua hoʻohana ʻia ka spectrometer infrared Fourier (mea hana lako ʻo Thermalfisher, kumu hoʻohālike iS50) a me ka mea hoʻāʻo hoʻohuihui mercury (mea hana lako ʻo Semilab, kumu hoʻohālike 530L) e wehewehe i ka awelika a me ka hoʻolaha ʻana o ka mānoanoa o ka papa epitaxial a me ka hoʻohuihui doping; ua hoʻoholo ʻia ka mānoanoa a me ka hoʻohuihui doping o kēlā me kēia kiko i loko o ka papa epitaxial ma ka lawe ʻana i nā kiko ma ka laina diameter e hui pū ana i ka laina maʻamau o ka lihi kuhikuhi nui ma 45° ma ke kikowaena o ka wafer me ka wehe ʻana o ka lihi 5 mm. No kahi wafer 150 mm, ua lawe ʻia he 9 mau kiko ma kahi laina diameter hoʻokahi (ʻelua mau diameters i kū pololei kekahi i kekahi), a no kahi wafer 200 mm, ua lawe ʻia he 21 mau kiko, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 2. Ua hoʻohana ʻia kahi microscope ikaika atomika (mea hana lako ʻo Bruker, kumu hoʻohālike Dimension Icon) e koho i nā wahi 30 μm × 30 μm ma ka wahi kikowaena a me ka ʻāpana lihi (wehe ʻana o ka lihi 5 mm) o ka wafer epitaxial e hoʻāʻo i ka ʻili o ka papa epitaxial; Ua ana ʻia nā hemahema o ka papa epitaxial me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hoʻāʻo hemahema o ka ʻili (mea hana lako ʻo China Electronics. Ua hōʻike ʻia ka mea kiʻi 3D e kahi sensor radar (hoʻohālike Mars 4410 pro) mai Kefenghua.
Ka manawa hoʻouna: Sep-04-2024