Industria SiC hodie a 150 mm (6 unciae) ad 200 mm (8 uncias) transformatur. Ut postulationi magnae magnitudinis et altae qualitatis laminarum homoepitaxialium SiC in industria occurratur, 150mm et 200mm...Lamellae homoepitaxiales 4H-SiCIn substratis domesticis feliciter praeparata sunt, apparatu SiC epitaxiali 200mm independenter evoluto. Processus homoepitaxialis aptus 150mm et 200mm elaboratus est, in quo celeritas epitaxialis maior quam 60µm/h esse potest. Dum celeritatem epitaxiae magnae attingit, qualitas lamellae epitaxialis excellit. Uniformitas crassitudinis 150 mm et 200 mm...Lamellae epitaxiales SiCIntra 1.5% regi potest, uniformitas concentrationis minor est quam 3%, densitas vitii fatalis minor est quam 0.3 particulae/cm2, et radix quadratica media asperitatis superficialis epitaxialis Ra minor est quam 0.15nm, et omnes indices processus principalis in gradu provecto industriae sunt.
Carbidum Silicii (SiC)Inter repraesentantes materias semiconductrices tertiae generationis numeratur. Proprietates habet altae roboris campi disruptionis, optimae conductivitatis thermalis, magnae velocitatis saturationis electronicae, et validae resistentiae radiationis. Capacitatem tractationis energiae instrumentorum potentiae magnopere auxit et requisitis servitii novae generationis instrumentorum electronicorum potentiae pro instrumentis magnae potentiae, parvae magnitudinis, altae temperaturae, altae radiationis, aliisque condicionibus extremis satisfacere potest. Spatium reducere, consumptionem energiae, et necessitates refrigerationis minuere potest. Mutationes revolutionarias vehiculis novae energiae, transportationi ferriviariae, retibus intelligentibus, aliisque campis attulit. Itaque, semiconducta carburi silicii ut materia idealis agnita sunt quae novam generationem instrumentorum electronicorum potentiae magnae potentiae ducet. Recentibus annis, gratia subsidii consilii nationalis ad progressionem industriae semiconductricis tertiae generationis, investigatio, progressio, et constructio systematis industriae instrumentorum SiC 150 mm in Sinis plerumque perfecta sunt, et securitas catenae industrialis plerumque confirmata est. Ergo, focus industriae gradatim ad moderationem sumptuum et emendationem efficientiae se convertit. Ut in Tabula 1 demonstratur, SiC 200 mm, comparatum cum 150 mm, maiorem usum marginis habet, et productio singularum lamellarum circiter 1.8 vicibus augeri potest. Postquam technologia matura est, sumptus fabricationis singularis lamellae 30% reduci potest. Progressio technologica 200 mm est modus directus "sumptus minuendi et efficientiam augendi", et etiam est clavis industriae semiconductorum patriae meae ut "parallele currat" vel etiam "ducat".
Differens a processu instrumenti Si,Instrumenta potentiae semiconductoria SiCOmnia cum stratis epitaxialibus ut fundamento angulari tractantur et praeparantur. Lamellae epitaxiales materiae basicae essentiales sunt pro machinis potentiae SiC. Qualitas strati epitaxialis directe determinat quantitatem machinae, et sumptus eius 20% sumptus fabricationis microplagulae constituit. Ergo, incrementum epitaxiale est nexus intermedius essentialis in machinis potentiae SiC. Limes superior gradus processus epitaxialis determinatur ab apparatu epitaxiali. Hodie, gradus localizationis apparatus epitaxialis SiC 150mm in Sinis relative altus est, sed dispositio generalis 200mm simul post gradum internationalem est. Ergo, ut necessitates urgentes et difficultates angustiarum fabricationis materiae epitaxialis magnae magnitudinis et altae qualitatis pro evolutione industriae semiconductorum domesticae tertiae generationis solvantur, haec dissertatio apparatum epitaxialem SiC 200 mm feliciter in patria mea elaboratum introducit, et processum epitaxialem investigat. Optimizatione parametrorum processus, velut temperatura processus, fluxus gasis vectoris, proportio C/Si, etc., efficiuntur; uniformitas concentrationis <3%, inuniformitas crassitudinis <1.5%, asperitas Ra <0.2 nm, et densitas vitiorum fatalium <0.3 grana/cm2 laminarum epitaxialium SiC 150 mm et 200 mm cum camino epitaxiali carburi silicii 200 mm independenter evoluto. Gradus processus apparatus necessitatibus praeparationis instrumentorum potentiae SiC altae qualitatis satisfacere potest.
Experimentum 1
1.1 PrincipiumSiC epitaxialisprocessus
Processus accretionis homoepitaxialis 4H-SiC duos praecipue gradus clavis comprehendit, scilicet, corrosionem in situ altae temperaturae substrati 4H-SiC et processum depositionis vaporis chemici homogenei. Propositum principale corrosionis in situ substrati est damnum subterraneum substrati post polituram lamellae, liquorem politurae residuum, particulas et stratum oxidi removere, et structuram graduum atomicorum regularium in superficie substrati per corrosionem formari posse. Corrosio in situ plerumque in atmosphaera hydrogenii perficitur. Secundum requisita processus actualis, parva quantitas gasis auxiliaris etiam addi potest, ut hydrogenii chloridum, propanum, ethylenum vel silanum. Temperatura corrosionis hydrogenii in situ plerumque supra 1600℃ est, et pressio camerae reactionis plerumque infra 2×10⁴ Pa durante processu corrosionis regitur.
Postquam superficies substrati per corrosionem in situ activata est, in processum depositionis vaporis chemici altae temperaturae ingreditur, id est, fons accretionis (velut ethylenum/propanum, TCS/silanum), fons dopandi (nitrogenium typi n, TMAl typi p), et gas auxiliaris, ut hydrogenii chloridum, ad cameram reactionis per magnum fluxum gasis vectoris (plerumque hydrogenii) transportantur. Postquam gas in camera reactionis altae temperaturae reagit, pars praecursoris chemice reagit et in superficiem lamellae adsorbetur, et stratum epitaxiale 4H-SiC monocrystallinum homogeneum cum concentratione dopandi specifica, crassitudine specifica, et qualitate altiore in superficie substrati formatur, substrato monocrystallino 4H-SiC ut exemplari utendo. Post annos explorationis technicae, technologia homoepitaxialis 4H-SiC fundamentaliter matura est et late in productione industriali adhibetur. Technologia homoepitaxialis 4H-SiC latissime in mundo adhibita duas proprietates typicas habet:
(1) Adhibendo substratum oblique incisum extra axem (relative ad planum crystallinum <0001>, versus directionem crystallinam <11-20>) ut exemplar, stratum epitaxiale monocrystallinum 4H-SiC altae puritatis sine impuritatibus in substrato deponitur in forma modi accretionis gradatim fluentis. Accretio homoepitaxialis 4H-SiC prima substratum crystallinum positivum, id est, planum Si <0001>, ad accretionem utebatur. Densitas graduum atomicorum in superficie substrati crystallini positivi humilis est et terrassae latae. Accretio nucleationis bidimensionalis facile fit per processum epitaxiae ad formandum crystallum SiC 3C (3C-SiC). Per sectionem extra axem, gradus atomici altae densitatis, angustae latitudinis terrassae in superficie substrati 4H-SiC <0001> introduci possunt, et praecursor adsorptus efficaciter positionem gradus atomici cum energia superficiali relative humili per diffusionem superficialem attingere potest. In hoc gradu, positio nexus inter atomi praecursores et greges moleculares unica est, ita in modo accretionis fluxus gradualis, stratum epitaxiale seriem accumulationis duplicis strati atomici Si-C substrati perfecte hereditare potest ut crystallum singularem cum eadem phase crystallina ac substratum formet.
(2) Incrementum epitaxiale celerrimum per introductionem fontis silicii chlorum continentis efficitur. In systematibus conventionalibus depositionis vaporis chemici SiC, silanum et propanum (vel ethylenum) fontes incrementi principales sunt. In processu augendi celeritatem incrementi per augmentum celeritatis fluxus fontis incrementi, dum pressio partialis aequilibrii componenti silicii pergit crescere, facile est formare globulos silicii per nucleationem phasis gasis homogeneae, quod significanter minuit ratem utilizationis fontis silicii. Formatio globulorum silicii magnopere limitat emendationem celeritatis incrementi epitaxialis. Simul, globuli silicii possunt perturbare incrementum fluxus gradualis et causare nucleationem vitiorum. Ad vitandam nucleationem phasis gasis homogeneae et augendam celeritatem incrementi epitaxialis, introductio fontium silicii chloro fundatorum nunc est methodus principalis ad augendam celeritatem incrementi epitaxialis 4H-SiC.
1.2 Apparatus epitaxialis SiC 200 mm (8 pollicum) et condiciones processus
Experimenta in hoc articulo descripta omnia in apparatu epitaxiali SiC, monolithico horizontali pariete calido, compatibili, 150/200 mm (6/8 pollicis), a 48o Instituto Corporationis Technologiae Electronicae Sinensis, independenter elaborato, peracta sunt. Fornax epitaxialis onerationem et exonerationem laminarum omnino automaticam sustinet. Figura 1 diagramma schematicum structurae internae camerae reactionis apparatus epitaxialis est. Ut in Figura 1 demonstratur, paries exterior camerae reactionis est campana quartz cum interstrato aqua refrigerato, et interior campanae est camera reactionis altae temperaturae, quae ex feltro carbonis insulationis thermalis, cavitate graphitae specialis altae puritatis, basi rotante gase graphitae fluitante, etc. constat. Tota campana quartz spira inductionis cylindrica tegitur, et camera reactionis intra campanam electromagnetice calefacta est per fontem potentiae inductionis mediae frequentiae. Ut in Figura 1 (b) demonstratur, gas vector, gas reactionis, et gas dopans omnia per superficiem laminae fluunt in fluxu laminari horizontali ab superiore parte camerae reactionis ad inferiorem partem camerae reactionis et ex fine gasis caudae emittuntur. Ad constantiam intra laminam conservandam, lamina a basi aere fluitante portata semper rotatur per processum.
Substratum in experimento adhibitum est substratum commerciale SiC 4H-SiC, conductivum n-typi, bifronte politum, 150 mm, 200 mm (6 pollices, 8 pollices), directione <1120>, 4° aberrante angulo, a Shanxi Shuoke Crystal productum. Trichlorosilanum (SiHCl3, TCS) et aethylenum (C2H4) ut fontes principales accretionis in experimento processus adhibentur, inter quos TCS et C2H4 ut fons silicii et fons carbonis respective, nitrogenium altae puritatis (N2) ut fons dopandi n-typi, et hydrogenium (H2) ut gas dilutionis et gas vectoris. Temperaturae processus epitaxialis est 1600 ~ 1660 ℃, pressio processus est 8×10³ ~ 12×10³ Pa, et fluxus gasis vectoris H2 est 100 ~ 140 L/min.
1.3 Examinatio et characterizatio lamellae epitaxialis
Spectrometrum Fourier infrarubrum (a fabricatore apparatuum Thermalfisher, exemplar iS50) et probator concentrationis specilli mercurii (a fabricatore apparatuum Semilab, exemplar 530L) adhibiti sunt ad mediam et distributionem crassitudinis strati epitaxialis et concentrationis dopantis describendam; crassitudo et concentratio dopantis cuiusque puncti in strato epitaxiali determinatae sunt sumendo puncta secundum lineam diametri quae lineam normalem marginis referentialis principalis ad 45° in centro lamellae secat cum 5 mm remotione marginis. Pro lamella 150 mm, 9 puncta secundum lineam diametri unicam sumpta sunt (duo diametri inter se perpendiculares erant), et pro lamella 200 mm, 21 puncta sumpta sunt, ut in Figura 2 demonstratur. Microscopium vim atomicam (a fabricatore apparatuum Bruker, exemplar Dimension Icon) adhibitum est ad areas 30 μm × 30 μm in area media et area marginis (5 mm remotione marginis) lamellae epitaxialis eligendas ad asperitatem superficiei strati epitaxialis probandam; Vitia strati epitaxialis mensurata sunt per instrumentum ad vitia superficialia examinanda (fabricatore apparatus China Electronics). Imaginator tridimensionalis sensore radarico (exemplar Mars 4410 pro) a Kefenghua fabricato descriptus est.
Tempus publicationis: IV Non. Sept. MMXXIV