Eins og er er SiC iðnaðurinn að breytast úr 150 mm (6 tommur) í 200 mm (8 tommur). Til að mæta brýnni eftirspurn eftir stórum, hágæða SiC homoepitaxial skífum í greininni eru 150 mm og 200 mm...4H-SiC homoepitaxial skífurvoru framleidd með góðum árangri á innlendum undirlögum með því að nota sjálfstætt þróaðan 200 mm SiC epitaxial vaxtarbúnað. Þróað var homoepitaxial ferli sem hentar fyrir 150 mm og 200 mm, þar sem epitaxial vaxtarhraðinn getur verið meiri en 60µm/klst. Þó að uppfylla kröfur um háhraða epitaxi, er gæði epitaxial skífunnar framúrskarandi. Þykktarjöfnunin á 150 mm og 200 mmSiC epitaxial skífurHægt er að stjórna innan 1,5%, styrkleiki er minni en 3%, þéttleiki banvænna galla er minni en 0,3 agnir/cm2 og rót meðaltals fernings yfirborðsgrófleikans Ra er minni en 0,15 nm og allir kjarnaferilsvísar eru á háþróuðu stigi iðnaðarins.
Kísillkarbíð (SiC)er einn af fulltrúum þriðju kynslóðar hálfleiðaraefna. Það hefur eiginleika eins og mikinn niðurbrotssviðsstyrk, framúrskarandi varmaleiðni, mikla mettunarhraða rafeinda og sterka geislunarþol. Það hefur aukið orkuvinnslugetu aflgjafa til muna og getur uppfyllt þjónustukröfur næstu kynslóðar aflgjafarbúnaðar fyrir tæki með mikla afl, litla stærð, hátt hitastig, mikla geislun og aðrar öfgakenndar aðstæður. Það getur minnkað pláss, dregið úr orkunotkun og dregið úr kæliþörf. Það hefur leitt til byltingarkenndra breytinga á nýjum orkutækjum, járnbrautarflutningum, snjallnetum og öðrum sviðum. Þess vegna hafa kísilkarbíð hálfleiðarar orðið viðurkenndir sem kjörinn efniviður sem mun leiða næstu kynslóð aflgjafarbúnaðar með miklum afli. Á undanförnum árum, þökk sé stuðningi við þjóðarstefnu við þróun þriðju kynslóðar hálfleiðaraiðnaðar, hefur rannsóknum, þróun og smíði á 150 mm SiC tækjakerfinu í Kína að mestu verið lokið og öryggi iðnaðarkeðjunnar hefur að mestu verið tryggt. Þess vegna hefur áhersla iðnaðarins smám saman færst yfir í kostnaðarstýringu og skilvirknibætingu. Eins og sést í töflu 1, samanborið við 150 mm, hefur 200 mm SiC hærri brúnnýtingu og framleiðslugeta stakra flísaflaga getur aukist um 1,8 sinnum. Eftir að tæknin þroskast er hægt að lækka framleiðslukostnað stakrar flísar um 30%. Tæknibyltingin með 200 mm er bein leið til að „draga úr kostnaði og auka skilvirkni“ og er einnig lykillinn að því að hálfleiðaraiðnaður landsins míns „rekist samsíða“ eða jafnvel „leiðir“.
Ólíkt ferlinu með Si tækinu,SiC hálfleiðaraafltækieru öll unnin og útbúin með epitaxial lögum sem hornstein. Epitaxial skífur eru nauðsynleg grunnefni fyrir SiC aflgjafatæki. Gæði epitaxial lagsins ræður beint afköstum tækisins og kostnaður þess nemur 20% af framleiðslukostnaði örgjörvans. Þess vegna er epitaxial vöxtur nauðsynlegur millistig í SiC aflgjafatækjum. Efri mörk epitaxial ferlisins eru ákvörðuð af epitaxial búnaði. Eins og er er staðsetningarstig 150 mm SiC epitaxial búnaðar í Kína tiltölulega hátt, en heildarútlit 200 mm er á eftir alþjóðlegu stigi á sama tíma. Til að leysa brýnar þarfir og flöskuhálsvandamál í framleiðslu stórra, hágæða epitaxial efna fyrir þróun innlendrar þriðju kynslóðar hálfleiðaraiðnaðar, kynnir þessi grein 200 mm SiC epitaxial búnað sem hefur verið þróaður með góðum árangri í mínu landi og rannsakar epitaxial ferlið. Með því að hámarka ferlisbreytur eins og ferlishita, flæðihraða burðargass, C/Si hlutfall o.s.frv., fæst einsleitni í styrk <3%, ójöfn þykkt <1,5%, grófleiki Ra <0,2 nm og þéttleiki banvænna galla <0,3 korn/cm2 fyrir 150 mm og 200 mm SiC epitaxial skífur með sjálfstætt þróaðri 200 mm kísilkarbíð epitaxial ofni. Ferli búnaðarins getur uppfyllt þarfir fyrir hágæða SiC aflgjafabúnað.
1 Tilraun
1.1 Meginregla umSiC epitaxialferli
4H-SiC homoepitaxial vaxtarferlið felur aðallega í sér tvö lykilþrep, þ.e. háhita-in-situ etsun á 4H-SiC undirlaginu og einsleita efnafræðilega gufuútfellingu. Megintilgangur in-situ etsunar á undirlaginu er að fjarlægja skemmdir undir yfirborði undirlagsins eftir slípun á skífum, leifar af slípunarvökva, agnir og oxíðlag, og hægt er að mynda reglulega atómskrefabyggingu á yfirborði undirlagsins með etsuninni. In-situ etsun er venjulega framkvæmd í vetnislofti. Samkvæmt raunverulegum kröfum ferlisins er einnig hægt að bæta við litlu magni af hjálpargasi, svo sem vetnisklóríði, própani, etýleni eða silani. Hitastig in-situ vetnisetsunarinnar er almennt yfir 1600 ℃ og þrýstingurinn í hvarfklefanum er almennt stýrður undir 2 × 104 Pa meðan á etsuninni stendur.
Eftir að yfirborð undirlagsins hefur verið virkjað með etsun á staðnum fer það í háhita efnafræðilega gufuútfellingarferli, þ.e. vaxtargjafinn (eins og etýlen/própan, TCS/sílan), lyfjagjafinn (n-gerð lyfjagjafi köfnunarefni, p-gerð lyfjagjafi TMAl) og hjálpargas eins og vetnisklóríð eru flutt í hvarfklefann í gegnum stóran straum af burðargasi (venjulega vetni). Eftir að gasið hvarfast í háhita hvarfklefanum hvarfast hluti af forveranum efnafræðilega og aðsogast á yfirborð skífunnar og einskristalla einsleitt 4H-SiC epitaxial lag með ákveðnum lyfjastyrk, ákveðinni þykkt og hærri gæðum myndast á yfirborði undirlagsins með því að nota einskristalla 4H-SiC undirlagið sem sniðmát. Eftir ára tæknilegar rannsóknir hefur 4H-SiC homoepitaxial tæknin í grundvallaratriðum þroskast og er mikið notuð í iðnaðarframleiðslu. Mest notaða 4H-SiC homoepitaxial tæknin í heiminum hefur tvo dæmigerða eiginleika:
(1) Með því að nota skáskorið undirlag utan ássins (miðað við <0001> kristalplanið, í átt að <11-20> kristalstefnunni) sem sniðmát, er hreint einkristallað 4H-SiC epitaxiallag án óhreininda sett á undirlagið í formi þrepaflæðisvaxtarham. Snemma 4H-SiC homoepitaxial vöxtur notaði jákvætt kristal undirlag, þ.e. <0001> Si planið fyrir vöxt. Þéttleiki atómþrepa á yfirborði jákvæða kristal undirlagsins er lágur og veröndin eru breið. Tvívíddar kjarnamyndun á sér stað auðveldlega við epitaxisferlið til að mynda 3C kristal SiC (3C-SiC). Með því að skera utan ássins er hægt að koma með þrönga veröndarbreidd atómþrepa með mikilli þéttleika á yfirborð 4H-SiC <0001> undirlagsins og aðsogaða forverinn getur á áhrifaríkan hátt náð atómþrepastöðu með tiltölulega lágri yfirborðsorku í gegnum yfirborðsdreifingu. Í skrefinu er tengistaðsetning forveratóms/sameindahóps einstök, þannig að í skrefflæðisvaxtarham getur epitaxiallagið erft fullkomlega tvöfalda Si-C atómlagsstaflansröð undirlagsins til að mynda einn kristal með sama kristalfasa og undirlagið.
(2) Hraðvaxtur í epitaxial er náð með því að nota klór-innihaldandi kísilgjafa. Í hefðbundnum SiC efnagufuútfellingarkerfum eru silan og própan (eða etýlen) helstu vaxtargjafarnir. Þegar vaxtarhraða er aukinn með því að auka flæðishraða vaxtargjafans, þegar jafnvægisþrýstingur kísilþáttarins heldur áfram að aukast, er auðvelt að mynda kísilklasa með einsleitri gasfasa kjarnamyndun, sem dregur verulega úr nýtingarhlutfalli kísilgjafans. Myndun kísilklasa takmarkar mjög bættan vaxtarhraða í epitaxial. Á sama tíma geta kísilklasar truflað vöxtinn í skrefflæði og valdið gallakjarnamyndun. Til að forðast einsleita gasfasa kjarnamyndun og auka vaxtarhraða í epitaxial er notkun klór-byggðra kísilgjafa nú algengasta aðferðin til að auka vaxtarhraða í epitaxial 4H-SiC.
1,2 200 mm (8 tommu) SiC epitaxial búnaður og ferlisskilyrði
Tilraunirnar sem lýst er í þessari grein voru allar framkvæmdar á 150/200 mm (6/8 tommu) samhæfðum, láréttum, heitveggs SiC epitaxialbúnaði sem 48. Institute of China Electronics Technology Group Corporation þróaði sjálfstætt. Epitaxialofninn styður fullkomlega sjálfvirka hleðslu og losun skífa. Mynd 1 er skýringarmynd af innri uppbyggingu hvarfhólfsins í epitaxialbúnaðinum. Eins og sést á mynd 1 er ytri veggur hvarfhólfsins kvarsbjalla með vatnskældu millilagi og innri hluti bjöllunnar er háhitaviðbragðshólf, sem er samsett úr einangrandi kolefnisfilt, sérstöku grafítholi með mikilli hreinleika, fljótandi snúningsbotni sem notar grafítgas o.s.frv. Öll kvarsbjallan er þakin sívalningslaga spólu og hvarfhólfið inni í bjöllunni er rafsegulhitað með miðlungs tíðni spanstraumsgjafa. Eins og sést á mynd 1 (b), flæða burðargasið, hvarfgasið og efnisblöndunargasið öll í gegnum yfirborð skífunnar í láréttri lagskiptri straumi frá uppstreymi hvarfhólfsins að niðurstreymi hvarfhólfsins og eru losuð frá enda enda gassins. Til að tryggja samræmi innan skífunnar er skífan, sem berst af loftfljótandi botni, alltaf snúið meðan á ferlinu stendur.
Undirlagið sem notað var í tilrauninni er 150 mm, 200 mm (6 tommur, 8 tommur) <1120> stefna 4° skekkjuhorns leiðandi n-gerð 4H-SiC tvíhliða slípað SiC undirlag, framleitt af Shanxi Shuoke Crystal. Tríklórsílan (SiHCl3, TCS) og etýlen (C2H4) eru notuð sem helstu vaxtargjafar í ferlinu, þar á meðal eru TCS og C2H4 notuð sem kísillgjafi og kolefnisgjafi, hágæða köfnunarefni (N2) er notað sem n-gerð íblöndunarefni og vetni (H2) er notað sem þynningargas og burðargas. Hitastigið í epitaxial ferlinu er 1600 ~ 1660 ℃, ferlisþrýstingurinn er 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa og flæðishraði H2 burðargassins er 100 ~ 140 L/mín.
1.3 Prófun og einkenni á epitaxial skífum
Fourier innrauða litrófsmælir (framleiðandi búnaðar Thermalfisher, gerð iS50) og kvikasilfursmælir (framleiðandi búnaðar Semilab, gerð 530L) voru notaðir til að lýsa meðaltali og dreifingu þykktar og lyfjafræðilegrar styrks epitaxiallagsins; þykkt og lyfjafræðileg styrkur hvers punkts í epitaxiallaginu voru ákvörðuð með því að taka punkta meðfram þvermálslínunni sem sker normallínu aðalviðmiðunarbrúnarinnar við 45° horn í miðju skífunnar með 5 mm brúnafjarlægingu. Fyrir 150 mm skífu voru 9 punktar teknir meðfram línu með einni þvermáli (tveir þvermál voru hornréttir hvor á annan) og fyrir 200 mm skífu voru 21 punktur tekinn, eins og sýnt er á mynd 2. Atómkraftssmásjá (framleiðandi búnaðar Bruker, gerð Dimension Icon) var notuð til að velja 30 μm × 30 μm svæði í miðjusvæðinu og brúnsvæðinu (5 mm brúnafjarlæging) epitaxiallagsins til að prófa yfirborðsgrófleika epitaxiallagsins; Gallar í epitaxiallaginu voru mældir með yfirborðsgallaprófara (búnaðarframleiðandi China Electronics). 3D myndgreiningartækið var greint með ratsjárskynjara (gerð Mars 4410 pro) frá Kefenghua.
Birtingartími: 4. september 2024