वर्तमान में, SiC उद्योग 150 मिमी (6 इंच) से 200 मिमी (8 इंच) में बदल रहा है। उद्योग में बड़े आकार, उच्च गुणवत्ता वाले SiC होमोएपिटैक्सियल वेफ़र्स की तत्काल मांग को पूरा करने के लिए, 150 मिमी और 200 मिमी4H-SiC होमोएपिटैक्सियल वेफर्सस्वतंत्र रूप से विकसित 200 मिमी SiC एपिटैक्सियल ग्रोथ उपकरण का उपयोग करके घरेलू सब्सट्रेट पर सफलतापूर्वक तैयार किया गया। 150 मिमी और 200 मिमी के लिए उपयुक्त एक होमियोएपिटैक्सियल प्रक्रिया विकसित की गई, जिसमें एपिटैक्सियल वृद्धि दर 60um/h से अधिक हो सकती है। उच्च गति वाले एपिटैक्सि को पूरा करते हुए, एपिटैक्सियल वेफर की गुणवत्ता उत्कृष्ट है। 150 मिमी और 200 मिमी की मोटाई एकरूपताSiC एपिटैक्सियल वेफर्स1.5% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, एकाग्रता एकरूपता 3% से कम है, घातक दोष घनत्व 0.3 कण / सेमी 2 से कम है, और एपीटैक्सियल सतह खुरदरापन मूल माध्य वर्ग रा 0.15 एनएम से कम है, और सभी कोर प्रक्रिया संकेतक उद्योग के उन्नत स्तर पर हैं।
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थों के प्रतिनिधियों में से एक है। इसमें उच्च विखंडन क्षेत्र शक्ति, उत्कृष्ट तापीय चालकता, बड़े इलेक्ट्रॉन संतृप्ति बहाव वेग और मजबूत विकिरण प्रतिरोध की विशेषताएं हैं। इसने बिजली उपकरणों की ऊर्जा प्रसंस्करण क्षमता का बहुत विस्तार किया है और उच्च शक्ति, छोटे आकार, उच्च तापमान, उच्च विकिरण और अन्य चरम स्थितियों वाले उपकरणों के लिए अगली पीढ़ी के बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की सेवा आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। यह स्थान को कम कर सकता है, बिजली की खपत को कम कर सकता है और शीतलन आवश्यकताओं को कम कर सकता है। इसने नई ऊर्जा वाहनों, रेल परिवहन, स्मार्ट ग्रिड और अन्य क्षेत्रों में क्रांतिकारी बदलाव लाए हैं। इसलिए, सिलिकॉन कार्बाइड अर्धचालक आदर्श सामग्री के रूप में पहचाने जाने लगे हैं जो अगली पीढ़ी के उच्च-शक्ति वाले बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का नेतृत्व करेंगे। हाल के वर्षों में, तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक उद्योग के विकास के लिए राष्ट्रीय नीति समर्थन के लिए धन्यवाद, 150 मिमी SiC डिवाइस उद्योग प्रणाली का अनुसंधान और विकास और निर्माण मूल रूप से चीन में पूरा हो गया है, और औद्योगिक श्रृंखला की सुरक्षा को मूल रूप से गारंटी दी गई है। इसलिए, उद्योग का ध्यान धीरे-धीरे लागत नियंत्रण और दक्षता में सुधार पर स्थानांतरित हो गया है। जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, 150 मिमी की तुलना में, 200 मिमी SiC में उच्च बढ़त उपयोग दर है, और एकल वेफर चिप्स का उत्पादन लगभग 1.8 गुना बढ़ाया जा सकता है। प्रौद्योगिकी परिपक्व होने के बाद, एकल चिप की विनिर्माण लागत 30% तक कम हो सकती है। 200 मिमी की तकनीकी सफलता "लागत कम करने और दक्षता बढ़ाने" का एक सीधा साधन है, और यह मेरे देश के अर्धचालक उद्योग के लिए "समानांतर चलने" या यहां तक कि "नेतृत्व" करने की कुंजी भी है।
Si डिवाइस प्रक्रिया से अलग,SiC अर्धचालक विद्युत उपकरणसभी को आधारशिला के रूप में एपिटैक्सियल परतों के साथ संसाधित और तैयार किया जाता है। एपिटैक्सियल वेफर्स SiC पावर उपकरणों के लिए आवश्यक बुनियादी सामग्री हैं। एपिटैक्सियल परत की गुणवत्ता सीधे डिवाइस की उपज को निर्धारित करती है, और इसकी लागत चिप निर्माण लागत का 20% है। इसलिए, SiC पावर उपकरणों में एपिटैक्सियल विकास एक आवश्यक मध्यवर्ती कड़ी है। एपिटैक्सियल प्रक्रिया स्तर की ऊपरी सीमा एपिटैक्सियल उपकरण द्वारा निर्धारित की जाती है। वर्तमान में, चीन में 150 मिमी SiC एपिटैक्सियल उपकरणों की स्थानीयकरण डिग्री अपेक्षाकृत अधिक है, लेकिन 200 मिमी का समग्र लेआउट एक ही समय में अंतरराष्ट्रीय स्तर से पीछे है। इसलिए, घरेलू तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक उद्योग के विकास के लिए बड़े आकार, उच्च गुणवत्ता वाले एपिटैक्सियल सामग्री निर्माण की तत्काल जरूरतों और अड़चन की समस्याओं को हल करने के लिए, प्रक्रिया तापमान, वाहक गैस प्रवाह दर, सी/सी अनुपात आदि जैसे प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित करके, स्वतंत्र रूप से विकसित 200 मिमी सिलिकॉन कार्बाइड एपिटैक्सियल भट्टी के साथ 150 मिमी और 200 मिमी SiC एपिटैक्सियल वेफर्स की सांद्रता एकरूपता <3%, मोटाई गैर-एकरूपता <1.5%, खुरदरापन Ra <0.2 एनएम और घातक दोष घनत्व <0.3 ग्रेन/सेमी2 प्राप्त किया जाता है। उपकरण प्रक्रिया स्तर उच्च गुणवत्ता वाले SiC पावर डिवाइस तैयारी की जरूरतों को पूरा कर सकता है।
1 प्रयोग
1.1 सिद्धांतSiC एपिटैक्सियलप्रक्रिया
4H-SiC होमियोएपिटैक्सियल वृद्धि प्रक्रिया में मुख्य रूप से 2 प्रमुख चरण शामिल हैं, अर्थात् 4H-SiC सब्सट्रेट की उच्च तापमान वाली इन-सीटू नक़्क़ाशी और सजातीय रासायनिक वाष्प जमाव प्रक्रिया। सब्सट्रेट इन-सीटू नक़्क़ाशी का मुख्य उद्देश्य वेफ़र पॉलिशिंग, अवशिष्ट पॉलिशिंग तरल, कणों और ऑक्साइड परत के बाद सब्सट्रेट की उपसतह क्षति को दूर करना है, और नक़्क़ाशी द्वारा सब्सट्रेट सतह पर एक नियमित परमाणु चरण संरचना का निर्माण किया जा सकता है। इन-सीटू नक़्क़ाशी आमतौर पर हाइड्रोजन वातावरण में की जाती है। वास्तविक प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुसार, हाइड्रोजन क्लोराइड, प्रोपेन, एथिलीन या सिलेन जैसी थोड़ी मात्रा में सहायक गैस भी डाली जा सकती है। इन-सीटू हाइड्रोजन नक़्क़ाशी का तापमान आम तौर पर 1 600 ℃ से ऊपर होता है, और नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान प्रतिक्रिया कक्ष का दबाव आम तौर पर 2 × 104 Pa से नीचे नियंत्रित किया जाता है।
सब्सट्रेट सतह को इन-सीटू नक़्क़ाशी द्वारा सक्रिय किए जाने के बाद, यह उच्च तापमान रासायनिक वाष्प जमाव प्रक्रिया में प्रवेश करता है, अर्थात, वृद्धि स्रोत (जैसे एथिलीन/प्रोपेन, टीसीएस/सिलेन), डोपिंग स्रोत (एन-प्रकार डोपिंग स्रोत नाइट्रोजन, पी-प्रकार डोपिंग स्रोत टीएमएएल), और हाइड्रोजन क्लोराइड जैसे सहायक गैस को वाहक गैस (आमतौर पर हाइड्रोजन) के बड़े प्रवाह के माध्यम से प्रतिक्रिया कक्ष में ले जाया जाता है। उच्च तापमान प्रतिक्रिया कक्ष में गैस की प्रतिक्रिया के बाद, अग्रदूत का हिस्सा रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करता है और वेफर सतह पर सोख लेता है, और एकल-क्रिस्टल 4H-SiC सब्सट्रेट को टेम्पलेट के रूप में उपयोग करके सब्सट्रेट सतह पर एक विशिष्ट डोपिंग सांद्रता, विशिष्ट मोटाई और उच्च गुणवत्ता वाली एकल-क्रिस्टल सजातीय 4H-SiC एपिटैक्सियल परत बनाई जाती है। तकनीकी अन्वेषण के वर्षों के बाद, 4H-SiC होमोएपिटैक्सियल तकनीक मूल रूप से परिपक्व हो गई है और इसका व्यापक रूप से औद्योगिक उत्पादन में उपयोग किया जाता है। विश्व में सर्वाधिक व्यापक रूप से प्रयुक्त 4H-SiC होमियोएपिटैक्सियल प्रौद्योगिकी की दो विशिष्ट विशेषताएं हैं:
(1) ऑफ-एक्सिस (<0001> क्रिस्टल प्लेन के सापेक्ष, <11-20> क्रिस्टल दिशा की ओर) तिरछे कटे हुए सब्सट्रेट को टेम्पलेट के रूप में उपयोग करके, अशुद्धियों के बिना एक उच्च शुद्धता वाले एकल-क्रिस्टल 4H-SiC एपिटैक्सियल परत को स्टेप-फ्लो ग्रोथ मोड के रूप में सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है। शुरुआती 4H-SiC होमोएपिटैक्सियल ग्रोथ ने ग्रोथ के लिए एक पॉजिटिव क्रिस्टल सब्सट्रेट, यानी <0001> Si प्लेन का इस्तेमाल किया। पॉजिटिव क्रिस्टल सब्सट्रेट की सतह पर परमाणु चरणों का घनत्व कम है और टेरेस चौड़े हैं। 3C क्रिस्टल SiC (3C-SiC) बनाने के लिए एपिटैक्सी प्रक्रिया के दौरान दो-आयामी न्यूक्लियेशन ग्रोथ होना आसान है। ऑफ-एक्सिस कटिंग द्वारा, उच्च घनत्व, संकीर्ण टेरेस चौड़ाई वाले परमाणु चरणों को 4H-SiC <0001> सब्सट्रेट की सतह पर पेश किया जा सकता है, और अवशोषित अग्रदूत सतह प्रसार के माध्यम से अपेक्षाकृत कम सतह ऊर्जा के साथ परमाणु चरण स्थिति तक प्रभावी रूप से पहुंच सकता है। चरण में, अग्रगामी परमाणु/आणविक समूह बंधन स्थिति अद्वितीय होती है, इसलिए चरण प्रवाह वृद्धि मोड में, एपीटैक्सियल परत सब्सट्रेट के Si-C दोहरे परमाणु परत स्टैकिंग अनुक्रम को पूर्ण रूप से ग्रहण कर सकती है, जिससे सब्सट्रेट के समान क्रिस्टल चरण वाला एकल क्रिस्टल बन सकता है।
(2) क्लोरीन युक्त सिलिकॉन स्रोत को पेश करके उच्च गति वाले एपिटैक्सियल विकास को प्राप्त किया जाता है। पारंपरिक SiC रासायनिक वाष्प जमाव प्रणालियों में, सिलेन और प्रोपेन (या एथिलीन) मुख्य विकास स्रोत हैं। विकास स्रोत प्रवाह दर को बढ़ाकर विकास दर बढ़ाने की प्रक्रिया में, जैसे-जैसे सिलिकॉन घटक का संतुलन आंशिक दबाव बढ़ता रहता है, सजातीय गैस चरण न्यूक्लिएशन द्वारा सिलिकॉन क्लस्टर बनाना आसान होता है, जो सिलिकॉन स्रोत की उपयोग दर को काफी कम कर देता है। सिलिकॉन क्लस्टर का निर्माण एपिटैक्सियल विकास दर के सुधार को बहुत सीमित करता है। इसी समय, सिलिकॉन क्लस्टर चरण प्रवाह विकास को परेशान कर सकते हैं और दोष न्यूक्लिएशन का कारण बन सकते हैं। सजातीय गैस चरण न्यूक्लिएशन से बचने और एपिटैक्सियल विकास दर को बढ़ाने के लिए, क्लोरीन आधारित सिलिकॉन स्रोतों की शुरूआत वर्तमान में 4H-SiC की एपिटैक्सियल विकास दर को बढ़ाने के लिए मुख्यधारा की विधि है।
1.2 200 मिमी (8-इंच) SiC एपिटैक्सियल उपकरण और प्रक्रिया की स्थिति
इस पत्र में वर्णित सभी प्रयोग 48वें इंस्टीट्यूट ऑफ चाइना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नोलॉजी ग्रुप कॉर्पोरेशन द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित 150/200 मिमी (6/8-इंच) संगत मोनोलिथिक क्षैतिज गर्म दीवार SiC एपिटैक्सियल उपकरण पर किए गए थे। एपिटैक्सियल भट्ठी पूरी तरह से स्वचालित वेफर लोडिंग और अनलोडिंग का समर्थन करती है। चित्रा 1 एपिटैक्सियल उपकरण के प्रतिक्रिया कक्ष की आंतरिक संरचना का एक योजनाबद्ध आरेख है। जैसा कि चित्रा 1 में दिखाया गया है, प्रतिक्रिया कक्ष की बाहरी दीवार एक वाटर-कूल्ड इंटरलेयर के साथ एक क्वार्ट्ज घंटी है, और घंटी के अंदर एक उच्च तापमान प्रतिक्रिया कक्ष है, जो थर्मल इन्सुलेशन कार्बन फेल्ट, उच्च शुद्धता वाले विशेष ग्रेफाइट गुहा, ग्रेफाइट गैस-फ्लोटिंग घूर्णन आधार आदि से बना है जैसा कि चित्र 1 (बी) में दिखाया गया है, वाहक गैस, प्रतिक्रिया गैस और डोपिंग गैस सभी प्रतिक्रिया कक्ष के अपस्ट्रीम से प्रतिक्रिया कक्ष के डाउनस्ट्रीम तक क्षैतिज लेमिनर प्रवाह में वेफर सतह के माध्यम से प्रवाहित होते हैं और टेल गैस के सिरे से डिस्चार्ज होते हैं। वेफर के भीतर स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, एयर फ्लोटिंग बेस द्वारा ले जाए जाने वाले वेफर को प्रक्रिया के दौरान हमेशा घुमाया जाता है।
प्रयोग में प्रयुक्त सब्सट्रेट शांक्सी शुओके क्रिस्टल द्वारा निर्मित एक वाणिज्यिक 150 मिमी, 200 मिमी (6 इंच, 8 इंच) <1120> दिशा 4° ऑफ-एंगल कंडक्टिव एन-टाइप 4H-SiC डबल-साइड पॉलिश SiC सब्सट्रेट है। प्रक्रिया प्रयोग में मुख्य वृद्धि स्रोतों के रूप में ट्राइक्लोरोसिलेन (SiHCl3, TCS) और एथिलीन (C2H4) का उपयोग किया जाता है, जिनमें से TCS और C2H4 का उपयोग क्रमशः सिलिकॉन स्रोत और कार्बन स्रोत के रूप में किया जाता है, उच्च शुद्धता वाले नाइट्रोजन (N2) का उपयोग एन-टाइप डोपिंग स्रोत के रूप में किया जाता है, और हाइड्रोजन (H2) का उपयोग कमजोर पड़ने वाली गैस और वाहक गैस के रूप में किया जाता है। एपिटैक्सियल प्रक्रिया की तापमान सीमा 1 600 ~ 1 660 ℃ है, प्रक्रिया दबाव 8×103 ~12×103 Pa है, और H2 वाहक गैस प्रवाह दर 100～140 L/min है।
1.3 एपिटैक्सियल वेफर परीक्षण और लक्षण वर्णन
फूरियर इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर (उपकरण निर्माता थर्मलफिशर, मॉडल iS50) और पारा जांच सांद्रता परीक्षक (उपकरण निर्माता सेमिलैब, मॉडल 530L) का उपयोग एपिटैक्सियल परत की मोटाई और डोपिंग सांद्रता के औसत और वितरण को चिह्नित करने के लिए किया गया था; एपिटैक्सियल परत में प्रत्येक बिंदु की मोटाई और डोपिंग सांद्रता को 5 मिमी किनारे हटाने के साथ वेफर के केंद्र में 45 डिग्री पर मुख्य संदर्भ किनारे की सामान्य रेखा को प्रतिच्छेद करने वाली व्यास रेखा के साथ बिंदुओं को लेकर निर्धारित किया गया था। 150 मिमी वेफर के लिए, एक एकल व्यास रेखा के साथ 9 बिंदु लिए गए थे (दो व्यास एक दूसरे के लंबवत थे), और 200 मिमी वेफर के लिए, 21 बिंदु लिए गए थे, जैसा कि चित्रा 2 में दिखाया गया है। एपिटैक्सियल परत की सतह खुरदरापन का परीक्षण करने के लिए एपिटैक्सियल वेफर के केंद्र क्षेत्र और किनारे क्षेत्र (5 मिमी किनारे को हटाने) में 30 माइक्रोन × 30 माइक्रोन क्षेत्रों का चयन करने के लिए एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप (उपकरण निर्माता ब्रूकर, मॉडल डायमेंशन आइकन) का उपयोग किया गया था; एपिटैक्सियल परत के दोषों को एक सतह दोष परीक्षक (उपकरण निर्माता चाइना इलेक्ट्रॉनिक्स) का उपयोग करके मापा गया था। 3 डी इमेजर को केफेंघुआ से एक रडार सेंसर (मॉडल मार्स 4410 प्रो) द्वारा चिह्नित किया गया था।
पोस्ट करने का समय: सितम्बर-04-2024