Kounye a, endistri SiC a ap transfòme soti nan 150 mm (6 pous) pou rive nan 200 mm (8 pous). Pou satisfè demann ijan pou gwo plak omoepitaksi SiC kalite siperyè nan endistri a, 150mm ak 200mm...4H-SiC waflè omoepitaksiyalYo te prepare avèk siksè sou substrat domestik yo lè l sèvi avèk ekipman kwasans epitaksi SiC 200mm ki te devlope endepandamman. Yo te devlope yon pwosesis omoepitaksi ki apwopriye pou 150mm ak 200mm, kote to kwasans epitaksi a ka pi gran pase 60um/h. Pandan ke li satisfè epitaksi gwo vitès la, bon jan kalite waf epitaksi a ekselan. Inifòmite epesè 150 mm ak 200 mmWaf epitaksyal SiC yoka kontwole nan 1.5%, inifòmite konsantrasyon an mwens pase 3%, dansite domaj fatal la mwens pase 0.3 patikil/cm2, epi sifas epitaksiyal la, ki se rasin kare mwayèn Ra a, mwens pase 0.15nm, epi tout endikatè pwosesis debaz yo nan nivo avanse nan endistri a.
Silisyòm Karbid (SiC)se youn nan reprezantan materyèl semi-kondiktè twazyèm jenerasyon an. Li gen karakteristik tankou gwo fòs chan mayetik, ekselan konduktivite tèmik, gwo vitès drift saturation elektwon, ak gwo rezistans radyasyon. Li elaji anpil kapasite pwosesis enèji aparèy pouvwa yo epi li ka satisfè egzijans sèvis pwochen jenerasyon ekipman elektwonik pouvwa pou aparèy ki gen gwo pouvwa, ti gwosè, gwo tanperati, gwo radyasyon ak lòt kondisyon ekstrèm. Li ka diminye espas, diminye konsomasyon enèji epi redwi bezwen refwadisman. Li te pote chanjman revolisyonè nan nouvo machin enèji, transpò tren, rezo entelijan ak lòt domèn. Se poutèt sa, semi-kondiktè carbure Silisyòm yo te vin rekonèt kòm materyèl ideyal ki pral dirije pwochen jenerasyon aparèy elektwonik pouvwa gwo pouvwa. Nan dènye ane yo, gras a sipò politik nasyonal pou devlopman endistri semi-kondiktè twazyèm jenerasyon an, rechèch ak devlopman ak konstriksyon sistèm endistri aparèy SiC 150 mm yo te fondamantalman fini nan Lachin, epi sekirite chèn endistriyèl la te fondamantalman garanti. Se poutèt sa, konsantre endistri a te piti piti deplase sou kontwòl pri ak amelyorasyon efikasite. Jan Tablo 1 montre a, konpare ak 150 mm, 200 mm SiC gen yon pi gwo pousantaj itilizasyon kwen, epi pwodiksyon chip wafer endividyèl yo ka ogmante apeprè 1.8 fwa. Apre teknoloji a fin matirite, pri fabrikasyon yon sèl chip ka redwi pa 30%. Avansman teknolojik 200 mm lan se yon mwayen dirèk pou "diminye depans ak ogmante efikasite", epi li se tou kle pou endistri semi-kondiktè peyi mwen an "kouri paralèl" oswa menm "dirije".
Diferan de pwosesis aparèy Si a,Aparèy pouvwa semi-kondiktè SiCYo tout trete epi prepare ak kouch epitaksi kòm fondasyon an. Plak epitaksi yo se materyèl debaz esansyèl pou aparèy pouvwa SiC. Kalite kouch epitaksi a detèmine dirèkteman sede aparèy la, epi pri li reprezante 20% nan pri fabrikasyon chip la. Se poutèt sa, kwasans epitaksi a se yon lyen entèmedyè esansyèl nan aparèy pouvwa SiC yo. Limit siperyè nivo pwosesis epitaksi a detèmine pa ekipman epitaksi. Kounye a, degre lokalizasyon ekipman epitaksi SiC 150mm nan Lachin relativman wo, men an menm tan, layout jeneral 200mm nan anreta dèyè nivo entènasyonal la. Se poutèt sa, pou rezoud bezwen ijan yo ak pwoblèm blokaj fabrikasyon materyèl epitaksi gwo gwosè ak kalite siperyè pou devlopman endistri semi-kondiktè twazyèm jenerasyon domestik la, papye sa a prezante ekipman epitaksi SiC 200 mm ki te devlope avèk siksè nan peyi mwen an, epi li etidye pwosesis epitaksi a. Lè yo optimize paramèt pwosesis yo tankou tanperati pwosesis la, to koule gaz vektè a, rapò C/Si, elatriye, yo jwenn inifòmite konsantrasyon <3%, non-inifòmite epesè <1.5%, aspèrite Ra <0.2 nm ak dansite domaj fatal <0.3 grenn/cm2 nan waf epitaksi SiC 150 mm ak 200 mm ak yon fou epitaksi Silisyòm karbid 200 mm devlope endepandamman. Nivo pwosesis ekipman an ka satisfè bezwen preparasyon aparèy pouvwa SiC kalite siperyè.
1 Eksperyans
1.1 Prensip laSiC epitaksyèlpwosesis
Pwosesis kwasans omoepitaksi 4H-SiC a gen ladan sitou 2 etap kle, sètadi, grave in situ nan tanperati ki wo nan substrat 4H-SiC la ak pwosesis depo vapè chimik omojèn. Objektif prensipal grave in situ substrat la se retire domaj anba sifas substrat la apre polisaj waf la, likid polisaj ki rete, patikil ak kouch oksid, epi yon estrikti etap atomik regilye ka fòme sou sifas substrat la pa grave. Grave in situ anjeneral fèt nan yon atmosfè idwojèn. Selon egzijans pwosesis aktyèl la, yo ka ajoute yon ti kantite gaz oksilyè tou, tankou klori idwojèn, propan, etilèn oswa silan. Tanperati grave idwojèn in situ a jeneralman pi wo pase 1 600 ℃, epi presyon chanm reyaksyon an jeneralman kontwole anba 2 × 104 Pa pandan pwosesis grave a.
Apre sifas substrat la aktive pa grave in-situ, li antre nan pwosesis depo vapè chimik tanperati ki wo a, sa vle di, sous kwasans lan (tankou etilèn/propan, TCS/silan), sous dopan an (azòt sous dopan tip n, TMAl sous dopan tip p), ak gaz oksilyè tankou klori idwojèn yo transpòte nan chanm reyaksyon an atravè yon gwo koule gaz transpòtè (anjeneral idwojèn). Apre gaz la reyaji nan chanm reyaksyon tanperati ki wo a, yon pati nan prekisè a reyaji chimikman epi li adsorbe sou sifas waf la, epi yon kouch epitaksyal 4H-SiC omojèn monokristal ak yon konsantrasyon dopan espesifik, yon epesè espesifik, ak yon pi bon kalite fòme sou sifas substrat la lè l sèvi avèk substrat monokristal 4H-SiC la kòm yon modèl. Apre plizyè ane eksplorasyon teknik, teknoloji omoepitaksi 4H-SiC la te fondamantalman matirite epi li lajman itilize nan pwodiksyon endistriyèl. Teknoloji omoepitaksi 4H-SiC ki pi lajman itilize nan mond lan gen de karakteristik tipik:
(1) Lè l sèvi avèk yon substrat koupe oblik ki pa sou aks la (relatif a plan kristal <0001> la, nan direksyon direksyon kristal <11-20> la) kòm modèl, yo depoze yon kouch epitaksyal 4H-SiC monokristal ki gen gwo pite san enpurte sou substrat la sou fòm yon mòd kwasans etap pa etap. Premye kwasans omoepitaksi 4H-SiC la te itilize yon substrat kristal pozitif, sa vle di, plan Si <0001> la pou kwasans lan. Dansite etap atomik yo sou sifas substrat kristal pozitif la ba epi teras yo laj. Kwasans nikleyasyon bidimensyonèl fasil pou rive pandan pwosesis epitaksi a pou fòme kristal SiC 3C (3C-SiC). Lè yo koupe pa sou aks la, yo ka prezante etap atomik ki gen gwo dansite ak yon lajè teras etwat sou sifas substrat 4H-SiC <0001> la, epi prekisè adsorbe a ka efektivman rive nan pozisyon etap atomik la ak yon enèji sifas relativman ba atravè difizyon sifas. Nan etap sa a, pozisyon lyezon gwoup atòm/molekilè prekisè a inik, kidonk nan mòd kwasans koule etap pa etap la, kouch epitaksyèl la ka eritye sekans anpileman doub kouch atomik Si-C substrat la pou fòme yon sèl kristal ak menm faz kristal ak substrat la.
(2) Kwasans epitaksiyal rapid reyalize lè yo entwodui yon sous silikon ki gen klò. Nan sistèm depo vapè chimik SiC konvansyonèl yo, silan ak propan (oswa etilèn) se prensipal sous kwasans yo. Nan pwosesis ogmantasyon to kwasans lan lè yo ogmante to koule sous kwasans lan, pandan presyon pasyèl ekilib konpozan silikon an kontinye ogmante, li fasil pou fòme gwoup silikon pa nikleyasyon faz gaz omojèn, sa ki siyifikativman diminye to itilizasyon sous silikon an. Fòmasyon gwoup silikon yo limite anpil amelyorasyon to kwasans epitaksiyal la. An menm tan, gwoup silikon yo ka deranje kwasans koule etap pa etap la epi lakòz nikleyasyon domaj. Pou evite nikleyasyon faz gaz omojèn epi ogmante to kwasans epitaksiyal la, entwodiksyon sous silikon ki baze sou klò se kounye a metòd prensipal la pou ogmante to kwasans epitaksiyal 4H-SiC la.
1.2 Ekipman epitaksyèl SiC 200 mm (8 pous) ak kondisyon pwosesis
Eksperyans ki dekri nan papye sa a te fèt sou yon ekipman epitaksyal SiC miray cho orizontal monolitik konpatib 150/200 mm (6/8-pous) devlope endepandamman pa 48yèm Enstiti Lachin Elektwonik Teknoloji Gwoup Kòporasyon an. Founo epitaksyal la sipòte chajman ak dechajman waf konplètman otomatik. Figi 1 se yon dyagram eskematik estrikti entèn chanm reyaksyon ekipman epitaksyal la. Jan yo montre nan Figi 1, miray ekstèn chanm reyaksyon an se yon klòch kwatz ak yon kouch entèmedyè ki refwadi ak dlo, epi andedan klòch la se yon chanm reyaksyon tanperati ki wo, ki konpoze de santi kabòn izolasyon tèmik, kavite grafit espesyal ki gen gwo pite, baz wotasyon k ap flote ak gaz grafit, elatriye. Tout klòch kwatz la kouvri ak yon bobin endiksyon silendrik, epi chanm reyaksyon ki andedan klòch la chofe elektwomayetikman pa yon ekipman pou pouvwa endiksyon mwayen frekans. Jan yo montre nan Figi 1 (b), gaz vektè a, gaz reyaksyon an, ak gaz dopan an tout koule nan sifas waf la nan yon koule laminè orizontal soti an amon chanm reyaksyon an rive an aval chanm reyaksyon an epi yo dechaje nan bout gaz ke a. Pou asire konsistans nan waf la, waf ki pote pa baz k ap flote nan lè a toujou vire pandan pwosesis la.
Substra yo itilize nan eksperyans lan se yon substrat SiC poli doub fas 4H-SiC komèsyal ki mezire 150 mm, 200 mm (6 pous, 8 pous) direksyon <1120> 4°deyò ang kondiktif tip n, pwodui pa Shanxi Shuoke Crystal. Triklorosilan (SiHCl3, TCS) ak etilèn (C2H4) yo itilize kòm sous prensipal kwasans nan eksperyans pwosesis la, pami yo TCS ak C2H4 yo itilize kòm sous Silisyòm ak sous kabòn respektivman, azòt ki gen gwo pite (N2) itilize kòm sous dopan tip n, epi idwojèn (H2) itilize kòm gaz dilisyon ak gaz vektè. Ranje tanperati pwosesis epitaksyal la se 1 600 ~1 660 ℃, presyon pwosesis la se 8 × 103 ~12 × 103 Pa, epi to koule gaz vektè H2 a se 100 ~ 140 L/min.
1.3 Tès ak karakterizasyon waf epitaksiyal
Yo te itilize yon espektwomèt enfrawouj Fourier (manifakti ekipman Thermalfisher, modèl iS50) ak yon aparèy pou teste konsantrasyon sond mèki (manifakti ekipman Semilab, modèl 530L) pou karakterize mwayèn ak distribisyon epesè kouch epitaksi ak konsantrasyon dopan; yo te detèmine epesè ak konsantrasyon dopan chak pwen nan kouch epitaksi a lè yo te pran pwen sou liy dyamèt ki kwaze liy nòmal kwen referans prensipal la a 45° nan sant waf la ak yon retire kwen 5 mm. Pou yon waf 150 mm, yo te pran 9 pwen sou yon sèl liy dyamèt (de dyamèt te pèpandikilè youn ak lòt), epi pou yon waf 200 mm, yo te pran 21 pwen, jan yo montre nan Figi 2. Yo te itilize yon mikwoskòp fòs atomik (manifakti ekipman Bruker, modèl Dimension Icon) pou chwazi zòn 30 μm × 30 μm nan zòn sant lan ak zòn kwen an (retire kwen 5 mm) nan waf epitaksi a pou teste aspè sifas kouch epitaksi a; Yo te mezire domaj kouch epitaksyal la lè l sèvi avèk yon aparèy pou teste domaj sifas (manifakti ekipman China Electronics). Yo te karakterize imajè 3D a pa yon detèktè rada (modèl Mars 4410 pro) ki soti nan Kefenghua.
Dat piblikasyon: 4 septanm 2024