Учурда SiC өнөр жайы 150 ммден (6 дюйм) 200 ммге (8 дюйм) өтүүдө. Өнөр жайдагы чоң өлчөмдөгү, жогорку сапаттагы SiC гомоэпитаксиалдык пластиналарына болгон шашылыш суроо-талапты канааттандыруу үчүн 150 мм жана 200 мм4H-SiC гомеопитаксиалдык пластиналарыөз алдынча иштелип чыккан 200 мм SiC эпитаксиалдык өстүрүү жабдууларын колдонуу менен үй шартында жасалган субстраттарда ийгиликтүү даярдалган. 150 мм жана 200 мм үчүн ылайыктуу гомеопитаксиалдык процесс иштелип чыккан, анда эпитаксиалдык өсүү ылдамдыгы 60 мкм/сааттан жогору болушу мүмкүн. Жогорку ылдамдыктагы эпитаксиалдык талаптарга жооп бергенде, эпитаксиалдык пластинанын сапаты эң сонун. Калыңдыгы бирдей 150 мм жана 200 мм.SiC эпитаксиалдык пластиналары1,5% чегинде башкарылса болот, концентрациянын бирдейлиги 3% дан аз, өлүмгө алып келүүчү кемчилик тыгыздыгы 0,3 бөлүкчө/см2 дан аз, ал эми эпитаксиалдык беттин оройлугунун орточо квадраттык Ra 0,15 нм дан аз, жана бардык негизги процесстик көрсөткүчтөр тармактын өнүккөн деңгээлинде.
Кремний карбиди (SiC)үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдардын өкүлдөрүнүн бири. Ал жогорку бузулуу талаасынын күчү, эң сонун жылуулук өткөрүмдүүлүгү, чоң электрондордун каныккандыгынын дрейф ылдамдыгы жана күчтүү радиацияга туруктуулук мүнөздөмөлөрүнө ээ. Ал электр түзүлүштөрүнүн энергияны иштетүү кубаттуулугун бир топ кеңейтти жана жогорку кубаттуулуктагы, кичинекей өлчөмдөгү, жогорку температурадагы, жогорку радиациядагы жана башка экстремалдык шарттардагы түзмөктөр үчүн кийинки муундагы электрдик электрондук жабдуулардын тейлөө талаптарына жооп бере алат. Ал мейкиндикти азайтып, энергия керектөөнү азайтып жана муздатуу талаптарын азайта алат. Ал жаңы энергиялык унааларга, темир жол транспортуна, акылдуу тармактарга жана башка тармактарга революциялык өзгөрүүлөрдү алып келди. Ошондуктан, кремний карбиддик жарым өткөргүчтөрү кийинки муундагы жогорку кубаттуулуктагы электрондук түзмөктөрдү жетектөөчү идеалдуу материал катары таанылды. Акыркы жылдары үчүнчү муундагы жарым өткөргүчтөр өнөр жайын өнүктүрүү боюнча улуттук саясаттын колдоосунун аркасында Кытайда 150 мм SiC түзмөктөр өнөр жай системасын изилдөө жана иштеп чыгуу жана куруу иштери негизинен аяктады жана өнөр жай чынжырынын коопсуздугу негизинен кепилденди. Ошондуктан, тармактын көңүлү акырындык менен чыгымдарды көзөмөлдөөгө жана натыйжалуулукту жогорулатууга бурулду. 1-таблицада көрсөтүлгөндөй, 150 мм менен салыштырганда, 200 мм SiC четин пайдалануу көрсөткүчү жогору жана бир пластиналуу чиптердин чыгышын болжол менен 1,8 эсеге көбөйтүүгө болот. Технология жетилгенден кийин, бир чиптин өндүрүш наркын 30% га төмөндөтүүгө болот. 200 мм технологиялык жетишкендик "чыгымдарды азайтуунун жана натыйжалуулукту жогорулатуунун" түздөн-түз каражаты болуп саналат жана ошондой эле менин өлкөмдүн жарым өткөргүч өнөр жайы үчүн "параллелдүү иштөөнүн" же ал тургай "алдыңкы" болушунун ачкычы болуп саналат.
Si түзмөгүнүн процессинен айырмаланып,SiC жарым өткөргүч кубат берүүчү түзүлүштөрбаары негизги таш катары эпитаксиалдык катмарлар менен иштетилип жана даярдалат. Эпитаксиалдык пластиналар SiC кубаттуулуктагы түзүлүштөр үчүн маанилүү негизги материалдар болуп саналат. Эпитаксиалдык катмардын сапаты түзүлүштүн өндүрүмдүүлүгүн түздөн-түз аныктайт жана анын баасы чип өндүрүшүнүн 20% түзөт. Ошондуктан, эпитаксиалдык өсүү SiC кубаттуулуктагы түзүлүштөрдөгү маанилүү аралык звено болуп саналат. Эпитаксиалдык процесстин деңгээлинин жогорку чеги эпитаксиалдык жабдуулар менен аныкталат. Учурда Кытайда 150 мм SiC эпитаксиалдык жабдууларынын локализациялоо даражасы салыштырмалуу жогору, бирок 200 мм жалпы жайгашуусу ошол эле учурда эл аралык деңгээлден артта калууда. Ошондуктан, ата мекендик үчүнчү муундагы жарым өткөргүчтөр өнөр жайын өнүктүрүү үчүн ири өлчөмдөгү, жогорку сапаттагы эпитаксиалдык материалдарды өндүрүүнүн шашылыш муктаждыктарын жана тоскоолдук көйгөйлөрүн чечүү максатында, бул макалада менин өлкөмдө ийгиликтүү иштелип чыккан 200 мм SiC эпитаксиалдык жабдуулары тааныштырылат жана эпитаксиалдык процесс изилденет. Процесстин температурасы, алып жүрүүчү газдын агым ылдамдыгы, C/Si катышы ж.б. сыяктуу процесстин параметрлерин оптималдаштыруу менен, 150 мм жана 200 мм SiC эпитаксиалдык пластиналарынын концентрациясынын бирдейлиги <3%, калыңдыгы бирдей эместиги <1,5%, оройлугу Ra <0,2 нм жана өлүмгө алып келүүчү кемчилик тыгыздыгы <0,3 дан/см2 өз алдынча иштелип чыккан 200 мм кремний карбиддик эпитаксиалдык меш менен алынат. Жабдуулардын процесс деңгээли жогорку сапаттагы SiC кубаттуулуктагы түзүлүштү даярдоо муктаждыктарын канааттандыра алат.
1 эксперимент
1.1 ПринцибиSiC эпитаксиалдыкпроцесс
4H-SiC гомоэпитаксиалдык өстүрүү процесси негизинен 2 негизги кадамды камтыйт, атап айтканда, 4H-SiC субстратын жогорку температурада in situ оюу жана бир тектүү химиялык буу чөктүрүү процесси. Субстратты in situ оюунун негизги максаты - пластинаны жылтыратуудан кийин субстраттын жер астындагы бузулууларын, калдык жылтыратуу суюктугун, бөлүкчөлөрдү жана кычкыл катмарын жок кылуу жана оюу аркылуу субстраттын бетинде кадимки атомдук баскычтуу түзүлүштү түзүүгө болот. In situ оюу адатта суутек атмосферасында жүргүзүлөт. Иш жүзүндөгү процесстин талаптарына ылайык, аз өлчөмдөгү жардамчы газды, мисалы, суутек хлоридин, пропанды, этиленди же силанды кошууга болот. In situ суутек оюунун температурасы, адатта, 1600 ℃ жогору, ал эми оюу процессинде реакция камерасынын басымы, адатта, 2×104 Па төмөн көзөмөлдөнөт.
Субстраттын бети in-situ оюу менен активдештирилгенден кийин, ал жогорку температурадагы химиялык буу чөктүрүү процессине кирет, башкача айтканда, өсүү булагын (мисалы, этилен/пропан, TCS/силан), легирлөө булагын (n-типтеги легирлөө булагынын азоту, p-типтеги легирлөө булагынын TMAl) жана суутек хлориди сыяктуу көмөкчү газ ташуучу газдын (адатта суутектин) чоң агымы аркылуу реакция камерасына жеткирилет. Газ жогорку температурадагы реакция камерасында реакцияга киргенден кийин, прекурсордун бир бөлүгү химиялык жол менен реакцияга кирип, пластинанын бетинде адсорбцияланат, ал эми субстраттын бетинде шаблон катары монокристалл 4H-SiC субстратын колдонуу менен белгилүү бир легирлөө концентрациясына, белгилүү бир калыңдыкка жана жогорку сапатка ээ монокристаллдык бир тектүү 4H-SiC эпитаксиалдык катмары пайда болот. Көп жылдык техникалык изилдөөлөрдөн кийин, 4H-SiC гомоэпитаксиалдык технологиясы негизинен жетилип, өнөр жай өндүрүшүндө кеңири колдонулат. Дүйнөдө эң көп колдонулган 4H-SiC гомоэпитаксиалдык технологиясынын эки типтүү мүнөздөмөсү бар:
(1) Шаблон катары огунан тышкары (<0001> кристалл тегиздигине салыштырмалуу, <11-20> кристалл багытын көздөй) кыйгач кесилген субстратты колдонуп, кошулмалары жок жогорку тазалыктагы бир кристаллдуу 4H-SiC эпитаксиалдык катмары субстратка баскычтуу өсүү режими түрүндө чөктүрүлөт. 4H-SiC гомеопитаксиалдык өсүүнүн алгачкы этабында өсүү үчүн оң кристалл субстраты, башкача айтканда, <0001> Si тегиздиги колдонулган. Оң кристалл субстратынын бетиндеги атомдук тепкичтердин тыгыздыгы төмөн жана террасалар кең. Эпитаксия процессинде 3C кристалл SiC (3C-SiC) пайда кылуу үчүн эки өлчөмдүү нуклеация өсүшү оңой болот. Огунан тышкары кесүү аркылуу 4H-SiC <0001> субстратынын бетине жогорку тыгыздыктагы, кууш терраса туурасындагы атомдук тепкичтерди киргизүүгө болот жана адсорбцияланган прекурсор беттик диффузия аркылуу салыштырмалуу төмөн беттик энергия менен атомдук тепкич абалына натыйжалуу жете алат. Кадамда прекурсордук атомдун/молекулярдык топтун байланыш абалы уникалдуу, андыктан кадамдык агымдын өсүү режиминде эпитаксиалдык катмар субстрат менен бирдей кристаллдык фазага ээ болгон бир кристалл түзүү үчүн субстраттын Si-C кош атомдук катмарынын үймөк ырааттуулугун кемчиликсиз мурастай алат.
(2) Эпитаксиалдык өсүштүн жогорку ылдамдыгы хлор камтыган кремний булагын киргизүү менен ишке ашырылат. Кадимки SiC химиялык буу топтоо системаларында силан жана пропан (же этилен) өсүүнүн негизги булактары болуп саналат. Өсүү булагынын агым ылдамдыгын жогорулатуу менен өсүү ылдамдыгын жогорулатуу процессинде, кремний компонентинин тең салмактуулук парциалдык басымы жогорулай берген сайын, кремний кластерлерин бир тектүү газ фазасынын нуклеациясы менен түзүү оңой, бул кремний булагын пайдалануу ылдамдыгын бир кыйла төмөндөтөт. Кремний кластерлеринин пайда болушу эпитаксиалдык өсүү ылдамдыгынын жакшырышын бир топ чектейт. Ошол эле учурда, кремний кластерлери баскычтуу агымдын өсүшүн бузуп, кемчиликтүү нуклеацияны пайда кылышы мүмкүн. Бир тектүү газ фазасынын нуклеациясынан качуу жана эпитаксиалдык өсүү ылдамдыгын жогорулатуу үчүн, хлор негизиндеги кремний булактарын киргизүү учурда 4H-SiC эпитаксиалдык өсүү ылдамдыгын жогорулатуунун негизги ыкмасы болуп саналат.
1.2 200 мм (8 дюймдук) SiC эпитаксиалдык жабдуулары жана процесстин шарттары
Бул макалада сүрөттөлгөн эксперименттердин баары Кытайдын Электроника Технологиялары Топ Корпорациясынын 48-Институту тарабынан өз алдынча иштелип чыккан 150/200 мм (6/8 дюйм) шайкеш келген монолиттик горизонталдуу ысык дубал SiC эпитаксиалдык жабдууларында жүргүзүлдү. Эпитаксиалдык меш толугу менен автоматтык түрдө пластинаны жүктөө жана түшүрүүнү колдойт. 1-сүрөттө эпитаксиалдык жабдуулардын реакция камерасынын ички түзүлүшүнүн схемалык диаграммасы көрсөтүлгөн. 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, реакция камерасынын сырткы дубалы суу менен муздатылган катмары бар кварц коңгуроосу, ал эми коңгуроонун ички бөлүгү жогорку температурадагы реакция камерасы болуп саналат, ал жылуулук изоляциялоочу көмүртек кийизинен, жогорку тазалыктагы атайын графит көңдөйүнөн, графит газы менен калкып жүрүүчү айлануучу негизден ж.б. турат. Кварц коңгуроосу толугу менен цилиндр формасындагы индукциялык катушка менен капталган, ал эми коңгуроонун ичиндеги реакция камерасы орто жыштыктагы индукциялык кубат булагы менен электромагниттик түрдө жылытылат. 1-сүрөттө (b) көрсөтүлгөндөй, алып жүрүүчү газ, реакция газы жана легирлөөчү газдын баары пластинанын бети аркылуу реакция камерасынын жогорку агымынан реакция камерасынын төмөнкү агымына чейин горизонталдуу ламинардык агым менен агат жана куйрук газынын учунан чыгарылат. Пластинанын ичиндеги консистенцияны камсыз кылуу үчүн, аба калкып жүрүүчү негиз тарабынан алып жүрүлгөн пластина процесстин жүрүшүндө ар дайым айландырылат.
Экспериментте колдонулган субстрат - Shanxi Shuoke Crystal тарабынан өндүрүлгөн коммерциялык 150 мм, 200 мм (6 дюйм, 8 дюйм) <1120> багыты 4° бурчтан четтетилген өткөргүч n-типтеги 4H-SiC эки тараптуу жылмаланган SiC субстраты. Процесстик экспериментте негизги өстүрүү булактары катары трихлорсилан (SiHCl3, TCS) жана этилен (C2H4) колдонулат, алардын ичинен TCS жана C2H4 тиешелүү түрдө кремний булагы жана көмүртек булагы катары, жогорку тазалыктагы азот (N2) n-типтеги кошулма булагы катары, ал эми суутек (H2) суюлтуу газы жана алып жүрүүчү газ катары колдонулат. Эпитаксиалдык процесстин температура диапазону 1 600 ~ 1 660 ℃, процесстин басымы 8 × 103 ~ 12 × 103 Па жана H2 алып жүрүүчү газынын агым ылдамдыгы 100 ~ 140 л/мин.
1.3 Эпитаксиалдык пластинаны текшерүү жана мүнөздөө
Эпитаксиалдык катмардын калыңдыгынын жана кошулма концентрациясынын орточо маанисин жана бөлүштүрүлүшүн мүнөздөө үчүн Фурье инфракызыл спектрометри (жабдуу өндүрүүчүсү Thermalfisher, iS50 модели) жана сымап зондунун концентрациясын текшерүүчү (жабдуу өндүрүүчүсү Semilab, 530L модели) колдонулган; эпитаксиалдык катмардагы ар бир чекиттин калыңдыгы жана кошулма концентрациясы пластинанын борборунда 45° бурчта негизги эталондук четтин нормалдуу сызыгы менен кесилишкен диаметр сызыгы боюнча чекиттерди 5 мм четин алып салуу менен алуу менен аныкталган. 150 мм пластина үчүн бир диаметр сызыгы боюнча 9 чекит алынган (эки диаметр бири-бирине перпендикуляр болгон), ал эми 200 мм пластина үчүн 21 чекит алынган, 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Эпитаксиалдык катмардын бетинин тегиз эместигин текшерүү үчүн эпитаксиалдык пластинанын борбордук аймагындагы жана четки аймагындагы (5 мм четин алып салуу) 30 мкм × 30 мкм аянттарды тандоо үчүн атомдук күч микроскобу (жабдуу өндүрүүчүсү Bruker, Dimension Icon модели) колдонулган; Эпитаксиалдык катмардын кемчиликтери беттик кемчиликтерди текшерүүчү аспаптын (жабдуу өндүрүүчүсү China Electronics) жардамы менен өлчөнгөн. 3D сүрөт тартуучу аппарат Kefenghua компаниясынын радар сенсору (Mars 4410 pro модели) менен мүнөздөлгөн.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 4-сентябры