Учурда SiC өнөр жайы 150 ммден (6 дюйм) 200 ммге (8 дюйм) чейин өзгөрүүдө. Өнөр жайда ири өлчөмдөгү, жогорку сапаттагы SiC гомоэпитаксиалдык пластинкаларга болгон шашылыш суроо-талапты канааттандыруу үчүн, 150мм жана 200мм.4H-SiC гомоэпитаксиалдык пластиналарөз алдынча иштелип чыккан 200mm SiC эпитаксиалдык өстүрүүчү жабдууларды колдонуу менен ата мекендик субстраттарда ийгиликтүү даярдалган. 150мм жана 200мм үчүн ылайыктуу гомоэпитаксиалдык процесс иштелип чыккан, анда эпитаксиалдык өсүү темпи 60ум/сааттан жогору болушу мүмкүн. Жогорку ылдамдыктагы эпитаксияга жооп бергенде, эпитаксиалдык пластинанын сапаты эң сонун. 150 мм жана 200 мм калыңдыгы бирдейSiC эпитаксиалдык пластиналар1,5% чегинде көзөмөлдөнсө болот, концентрациясынын бирдейлиги 3% дан аз, өлүмгө учураган кемтик тыгыздыгы 0,3 бөлүкчөлөр / см2ден аз, ал эми эпитаксиалдык беттик тегиздик тамырдын квадраты Ra 0,15 нмден аз жана бардык негизги процесстин көрсөткүчтөрү өнөр жайдын алдыңкы деңгээлинде.
Кремний карбиди (SiC)үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдардын өкүлдөрүнүн бири болуп саналат. Бул жогорку талкалануу талаасынын күчү, мыкты жылуулук өткөрүмдүүлүк, чоң электрон каныккан дрейф ылдамдыгы жана күчтүү нурланууга каршылык өзгөчөлүктөрүнө ээ. Бул абдан кубаттуу түзмөктөрдүн энергияны кайра иштетүү мүмкүнчүлүктөрүн кеңейтти жана жогорку кубаттуулугу, чакан өлчөмү, жогорку температура, жогорку радиация жана башка экстремалдык шарттар менен түзүлүштөр үчүн электр электрондук жабдуулардын кийинки муундагы тейлөө талаптарына жооп бере алат. Бул мейкиндикти азайтып, электр энергиясын керектөөнү азайтат жана муздатуу талаптарын азайтат. Бул жаңы энергетикалык унааларга, темир жол транспортуна, акылдуу тармактарга жана башка тармактарга революциялык өзгөрүүлөрдү алып келди. Демек, кремний карбидинин жарым өткөргүчтөрү жогорку кубаттуулуктагы электрондук түзүлүштөрдүн кийинки муунун алып келе турган идеалдуу материал катары таанылды. Акыркы жылдары, үчүнчү муундагы жарым өткөргүч өнөр жайын өнүктүрүү боюнча улуттук саясатты колдоо аркасында, изилдөө жана иштеп чыгуу жана 150 мм SiC аппарат өнөр жай системасын куруу Кытайда негизинен аяктады, жана өнөр жай чынжырынын коопсуздугу негизинен кепилденди. Ошондуктан, тармактын көңүлү акырындык менен чыгымдарды көзөмөлдөөгө жана эффективдүүлүктү жогорулатууга бурулду. 1-таблицада көрсөтүлгөндөй, 150 мм менен салыштырганда, 200 мм SiC жээкти пайдалануу ылдамдыгына ээ жана бир пластинка микросхемасынын өндүрүшүн болжол менен 1,8 эсеге көбөйтүүгө болот. Технология жетилгенден кийин, бир чиптин өндүрүштүк наркы 30% га кыскарышы мүмкүн. 200 мм технологиялык ачылыш «чыгашаларды азайтуунун жана эффективдуулугун жогорулатуунун» тузден-туз каражаты болуп саналат, ал ошондой эле менин елкемдун жарым еткеруучу енер жайынын «параллель иштеши» же ал тургай «коргошундун» ачкычы болуп саналат.
Si аппарат процессинен айырмаланып,SiC жарым өткөргүчтүү электр түзүлүштөрүбаары иштетилет жана негизги таш катары эпитаксиалдык катмарлар менен даярдалат. Эпитаксиалдык пластиналар SiC кубаттуулугу үчүн негизги материалдар болуп саналат. Эпитаксиалдык катмардын сапаты аппараттын түшүмдүүлүгүн түздөн-түз аныктайт жана анын баасы чипти өндүрүүгө кеткен чыгымдын 20% түзөт. Ошондуктан, эпитаксиалдык өсүш SiC кубаттуулук түзүлүштөрүндө маанилүү аралык байланыш болуп саналат. Эпитаксиалдык процесстин жогорку чеги эпитаксиалдык жабдуулар менен аныкталат. Азыркы учурда, Кытайда 150mm SiC epitaxial жабдууларды локалдаштыруу даражасы салыштырмалуу жогору, бирок 200mm жалпы макети ошол эле учурда эл аралык денгээлде артта. Ошондуктан, ата мекендик үчүнчү муундагы жарым өткөргүч өнөр жайын өнүктүрүү үчүн ири өлчөмдөгү, жогорку сапаттагы эпитаксиалдык материалды өндүрүүнүн актуалдуу муктаждыктарын жана көйгөйлөрүн чечүү үчүн, бул эмгекте менин өлкөмдө ийгиликтүү иштелип чыккан 200 мм SiC эпитаксиалдык жабдуулар киргизилген жана эпитаксиалдык процесс изилденет. Процесстин температурасы, ташуучу газдын агымынын ылдамдыгы, C/Si катышы ж.б. сыяктуу процесстин параметрлерин оптималдаштыруу аркылуу концентрациянын бирдейлиги <3%, калыңдыгы бирдей эместиги <1,5%, бүдүрлүүлүгү Ra <0,2 нм жана өлүмгө алып келүүчү кемчиликтердин тыгыздыгы <0,3 дан/см2 150 мм жана 200 мм сикон02 менен өз алдынча иштелип чыккан epitaxial сикон02. карбид эпитаксиалдык меш алынат. Жабдуу процессинин деңгээли жогорку сапаттагы SiC кубаттуулук түзүлүшүн даярдоо муктаждыктарын канааттандыра алат.
1 Эксперимент
1.1 ПринцибиSiC эпитаксиалдыкпроцесс
4H-SiC гомоэпитаксиалдык өсүү процесси, негизинен, 2 негизги кадамдарды камтыйт, атап айтканда, 4H-SiC субстраттын жогорку температурадагы in-situ оюу жана бир тектүү химиялык бууларды жайгаштыруу процесси. субстрат in-situ оюп негизги максаты пластинка жылтыратуу кийин субстрат жер астындагы зыян алып салуу болуп саналат, калдык жылтыратуучу суюктук, бөлүкчөлөр жана кычкыл катмары, жана үзгүлтүксүз атомдук кадам структурасы этч менен субстрат бетинде түзүлүшү мүмкүн. In-situ оюу адатта суутек атмосферасында жүргүзүлөт. Иш жүзүндө жараян талаптарына ылайык, кошумча газдын бир аз өлчөмдө да кошулушу мүмкүн, мисалы, суутек хлориди, пропан, этилен же силан. In-situ суутек оюу температурасы жалпысынан 1 600 ℃ жогору, ал эми реакция камерасынын басымы жалпысынан 2×104 Па дан төмөн көзөмөлдөнөт.
Субстрат бети in-situ оюу жолу менен активдештирилгенден кийин, ал жогорку температурадагы химиялык буу туташтыруу процессине кирет, башкача айтканда, өсүү булагына (мисалы, этилен/пропан, TCS/силан), допинг булагы (n-тип кошулган азот, p-тибиндеги допинг булагы TMAl) жана көмөкчү газдар, мисалы, суутектин чоң камерасы аркылуу реакцияга өтөт. ташуучу газ (көбүнчө суутек). Газ жогорку температурадагы реакция камерасында реакцияга киргенден кийин, прекурсордун бир бөлүгү химиялык реакцияга кирип, пластинка бетинде адсорбцияланат, ал эми субстраттын бир кристаллдуу 4H-SiC субстрат субстрат катары колдонулуп, конкреттүү допинг концентрациясы, өзгөчө калыңдыгы жана жогорку сапаттагы монокристаллдуу гомогендүү 4H-SiC эпитаксиалдык катмары пайда болот. Көп жылдык техникалык чалгындоодон кийин 4H-SiC гомоэпитаксиалдык технологиясы негизинен жетилип, өнөр жай өндүрүшүндө кеңири колдонулат. Дүйнөдө эң көп колдонулган 4H-SiC гомоэпитаксиалдык технологиясы эки типтүү өзгөчөлүктөргө ээ:
(1) Үлгү катары огунан тышкаркы (<0001> кристаллдык тегиздикке салыштырмалуу, <11-20> кристаллдык багытты көздөй) кыйгач кесилген субстрат, аралашмаларсыз жогорку тазалыктагы монокристаллдуу 4H-SiC эпитаксиалдык катмары субстратка кадам агымынын өсүү режими түрүндө жайгаштырылат. Эрте 4H-SiC гомоэпитаксиалдык өсүш оң кристаллдык субстрат, башкача айтканда, өсүү үчүн <0001> Si тегиздигин колдонгон. Оң кристаллдык субстраттын бетиндеги атомдук кадамдардын тыгыздыгы аз жана террасалары кең. Эки өлчөмдүү нуклеациянын өсүшү 3C кристалл SiC (3C-SiC) пайда кылуу үчүн эпитакс процессинде оңой болот. 4H-SiC <0001> субстраттын бетине жогорку тыгыздыктагы, тар терраса туурасы атомдук кадамдарды киргизүүгө болот жана адсорбцияланган прекурсор беттик диффузия аркылуу салыштырмалуу аз беттик энергия менен атомдук кадам абалына натыйжалуу жете алат. Кадамда, прекурсордун атом/молекулярдык топтун байланыш абалы уникалдуу, ошондуктан кадам агымынын өсүү режиминде эпитаксиалдык катмар субстраттын Si-C кош атомдук катмарынын тизилишин кемчиликсиз мурастап, субстрат сыяктуу эле кристалл фазасы менен бир кристалл түзө алат.
(2) Жогорку ылдамдыктагы эпитаксиалдык өсүш хлор камтыган кремний булагын киргизүү менен ишке ашат. Кадимки SiC химиялык буу тутумдарында силан жана пропан (же этилен) өсүштүн негизги булагы болуп саналат. Өсүү булагынын агымынын ылдамдыгын жогорулатуу жолу менен өсүү темпин жогорулатуу процессинде кремний компонентинин тең салмактуу парциалдык басымы жогорулаган сайын, бир тектүү газ фазасынын нуклеациясы аркылуу кремний кластерлерин түзүү оңой, бул кремний булагынын пайдалануу ылдамдыгын олуттуу төмөндөтөт. Кремний кластерлеринин пайда болушу эпитаксиалдык өсүү темпин жакшыртууну бир топ чектейт. Ошол эле учурда, кремний кластерлери кадам агымынын өсүшүн бузуп, дефект нуклеациясын жаратышы мүмкүн. Бир тектүү газ фазасынын нуклеациясын болтурбоо жана эпитаксиалдык өсүү темпин жогорулатуу үчүн, хлор негизиндеги кремний булактарын киргизүү азыркы учурда 4H-SiC эпитаксиалдык өсүш темпин жогорулатуунун негизги ыкмасы болуп саналат.
1,2 200 мм (8 дюйм) SiC эпитаксиалдык жабдуулар жана процесс шарттары
Бул документте сүрөттөлгөн эксперименттердин бардыгы 150/200 мм (6/8 дюйм) шайкеш монолиттүү горизонталдуу ысык дубал SiC эпитаксиалдык жабдыкта өз алдынча Кытай Электроника Технология Групп Корпорациясынын 48-Институту тарабынан иштелип чыккан. Эпитаксиалдык меш толугу менен автоматтык пластинкаларды жүктөө жана түшүрүүнү колдойт. 1-сүрөт эпитаксиалдык жабдуулардын реакциялык камерасынын ички түзүлүшүнүн схемалык схемасы. 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, реакциялык камеранын сырткы дубалы суу менен муздатуучу катмары бар кварц коңгуроосу, ал эми коңгуроонун ички жагы жылуулук изоляциялоочу көмүр кийизден, жогорку тазалыктагы атайын графит көңдөйүнөн, графиттик газ сүзүүчү айланма негизден жана башкалардан турган жогорку температуралуу реакция камерасы. коңгуроонун ичиндеги реакция камерасы орто жыштыктагы индукциялык электр булагы аркылуу электромагниттик ысытылат. 1(b)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, алып жүрүүчү газ, реакциялык газ жана допингдик газдын бардыгы пластинка бетинен горизонталдуу ламинардуу агымда реакция камерасынын өйдө жагына чейин реакция камерасынын ылдый жагына агып өтөт жана куйрук газдын учунан чыгарылат. Вафлидеги ырааттуулукту камсыз кылуу үчүн абада калкып жүрүүчү база тарабынан жасалган пластинка процесстин жүрүшүндө ар дайым айланып турат.
Экспериментте колдонулган субстрат коммерциялык 150 мм, 200 мм (6 дюйм, 8 дюйм) <1120> багыты 4 ° өчүк бурч өткөргүч n-түрү 4H-SiC эки тараптуу жылмаланган SiC субстраты Shanxi Shuoke Crystal тарабынан өндүрүлгөн. Технологиялык экспериментте негизги өсүү булактары катары трихлоросилан (SiHCl3, TCS) жана этилен (C2H4) колдонулат, алардын арасында кремний булагы жана көмүртек булагы катары TCS жана C2H4, n-типтеги допинг булагы катары жогорку таза азот (N2), ал эми суутек (H2) газы катары колдонулат. Эпитаксиалдык процесстин температура диапазону 1 600 ~ 1 660 ℃, процесстин басымы 8 × 103 ~ 12 × 103 Па, H2 ташуучу газ агымынын ылдамдыгы 100 ~ 140 L/мин.
1.3 Эпитаксиалдык пластиналарды сыноо жана мүнөздөмө
Фурье инфракызыл спектрометри (жабдуу өндүрүүчү Thermalfisher, модели iS50) жана сымап зонду концентрациясын текшерүүчү (жабдыктарды чыгаруучу Semilab, модель 530L) эпитаксиалдык катмардын калыңдыгын жана допинг концентрациясын орточо жана бөлүштүрүүнү мүнөздөш үчүн колдонулган; эпитаксиалдык катмардагы ар бир чекиттин калыңдыгы жана допинг концентрациясы 5 мм четин алып салуу менен пластинанын борборунда 45° негизги таяныч четинин нормалдуу сызыгын кесип өткөн диаметр сызыгы боюнча чекиттерди алуу менен аныкталган. 150 мм пластинка үчүн бир диаметр сызыгы боюнча 9 чекит алынды (эки диаметр бири-бирине перпендикуляр болгон) жана 200 мм пластинка үчүн 21 упай алынды, 2-сүрөттө көрсөтүлгөн. Атомдук күч микроскобу (жабдуу өндүрүүчү Bruker, Өлчөм сүрөтчөсү) 30 мкм чет аянтын жана борбордогу 30 мкм жээк аянтын тандоо үчүн колдонулган. эпитаксиалдык пластинанын эпитаксиалдык катмарынын бетинин тегиздигин текшерүү үчүн; эпитаксиалдык катмардын кемчиликтери беттик кемтикти текшерүүчү (жабдуу өндүрүүчүсү China Electronics 3D сүрөтчүсү Кефэнхуадан келген радар сенсору (Марс 4410 pro модели) менен мүнөздөлгөн.
Посттун убактысы: 04-04-2024