Моментално, индустријата за SiC се трансформира од 150 mm (6 инчи) на 200 mm (8 инчи). Со цел да се задоволи итната побарувачка за големи, висококвалитетни SiC хомеепитаксијални плочки во индустријата, се користат 150 mm и 200 mm.4H-SiC хомеепитаксијални плочкибеа успешно подготвени на домашни подлоги користејќи ја независно развиената опрема за епитаксијален раст од 200 mm SiC. Развиен е хомеепитаксијален процес погоден за 150 mm и 200 mm, во кој стапката на епитаксијален раст може да биде поголема од 60 μm/h. Додека ги исполнува барањата за епитаксија со голема брзина, квалитетот на епитаксијалната плочка е одличен. Униформноста на дебелината од 150 mm и 200 mmSiC епитаксијални плочкиможе да се контролира во рамките на 1,5%, униформноста на концентрацијата е помала од 3%, густината на фаталниот дефект е помала од 0,3 честички/cm2, а средниот квадратен корен на грубоста на епитаксијалната површина Ra е помал од 0,15nm, а сите индикатори за основни процеси се на напредно ниво на индустријата.
Силициум карбид (SiC)е еден од претставниците на полупроводничките материјали од третата генерација. Има карактеристики на висока јачина на распаѓачкото поле, одлична топлинска спроводливост, голема брзина на поместување на сатурација на електрони и силна отпорност на зрачење. Значително го прошири капацитетот за обработка на енергија на енергетските уреди и може да ги задоволи барањата за сервис на следната генерација на енергетска електронска опрема за уреди со голема моќност, мала големина, висока температура, високо зрачење и други екстремни услови. Може да го намали просторот, да ја намали потрошувачката на енергија и да ги намали барањата за ладење. Донесе револуционерни промени во возилата за нова енергија, железничкиот транспорт, паметните мрежи и други области. Затоа, силициум карбидните полупроводници станаа признати како идеален материјал што ќе ја предводи следната генерација на енергетски електронски уреди со голема моќност. Во последниве години, благодарение на националната политичка поддршка за развој на полупроводничката индустрија од третата генерација, истражувањето, развојот и изградбата на индустрискиот систем за уреди од 150 mm SiC се во основа завршени во Кина, а безбедноста на индустрискиот синџир е во основа загарантирана. Затоа, фокусот на индустријата постепено се префрли на контрола на трошоците и подобрување на ефикасноста. Како што е прикажано во Табела 1, во споредба со 150 mm, 200 mm SiC има поголема стапка на искористеност на работ, а производството на единечни плочести чипови може да се зголеми за околу 1,8 пати. Откако технологијата ќе созрее, трошоците за производство на еден чип може да се намалат за 30%. Технолошкиот пробив од 200 mm е директно средство за „намалување на трошоците и зголемување на ефикасноста“, а исто така е клучен за полупроводничката индустрија во мојата земја да „работи паралелно“ или дури и да „води“.
Различно од процесот на Si уред,SiC полупроводнички енергетски уредиСите се обработуваат и подготвуваат со епитаксијални слоеви како камен-темелник. Епитаксијалните плочки се основни материјали за SiC енергетските уреди. Квалитетот на епитаксијалниот слој директно го одредува приносот на уредот, а неговата цена сочинува 20% од трошоците за производство на чип. Затоа, епитаксијалниот раст е суштинска средна алка во SiC енергетските уреди. Горната граница на нивото на епитаксијалниот процес се одредува со епитаксијалната опрема. Во моментов, степенот на локализација на 150 mm SiC епитаксијална опрема во Кина е релативно висок, но целокупниот распоред на 200 mm заостанува зад меѓународното ниво во исто време. Затоа, со цел да се решат итните потреби и проблемите со тесните грла на производството на големи, висококвалитетни епитаксијални материјали за развој на домашната индустрија за полупроводници од трета генерација, овој труд ја претставува 200 mm SiC епитаксијална опрема успешно развиена во мојата земја и го проучува епитаксијалниот процес. Со оптимизирање на параметрите на процесот, како што се температурата на процесот, брзината на проток на носечкиот гас, односот C/Si итн., се добиваат униформност на концентрацијата <3%, неуниформност на дебелината <1,5%, грубост Ra <0,2 nm и густина на фатален дефект <0,3 зрна/cm2 на епитаксијални плочки од SiC од 150 mm и 200 mm со независно развиена епитаксијална печка од силициум карбид од 200 mm. Нивото на процесот на опрема може да ги задоволи потребите за висококвалитетна подготовка на SiC енергетски уреди.
1 експеримент
1.1 Принцип наSiC епитаксијаленпроцес
Процесот на хомоепитаксијален раст на 4H-SiC главно вклучува 2 клучни чекори, имено, високотемпературно in-situ јорганизирање на 4H-SiC подлогата и хомоген процес на хемиско таложење со пареа. Главната цел на in-situ јорганизирањето на подлогата е да се отстрани оштетувањето од површината на подлогата по полирањето на плочката, преостанатата течност за полирање, честичките и оксидниот слој, а на површината на подлогата може да се формира правилна атомска чекорна структура со јорганизирање. In-situ јорганизирањето обично се изведува во водородна атмосфера. Според реалните барања на процесот, може да се додаде и мала количина на помошен гас, како што се водород хлорид, пропан, етилен или силан. Температурата на in-situ јорганизирањето со водород е генерално над 1600 ℃, а притисокот во реакционата комора е генерално контролиран под 2×104 Pa за време на процесот на јорганизирање.
Откако површината на подлогата ќе се активира со in-situ јоргање, таа влегува во процесот на хемиско таложење на пареа на висока температура, односно изворот на раст (како што се етилен/пропан, TCS/силан), изворот на допирање (n-тип извор на допирање азот, p-тип извор на допирање TMAl) и помошен гас како што е водород хлорид се транспортираат до реакционата комора преку голем проток на носечки гас (обично водород). Откако гасот ќе реагира во реакционата комора на висока температура, дел од прекурсорот реагира хемиски и се адсорбира на површината на плочката, а на површината на подлогата се формира монокристален хомоген 4H-SiC епитаксијален слој со специфична концентрација на допирање, специфична дебелина и повисок квалитет, користејќи ја монокристалната 4H-SiC подлога како шаблон. По години техничко истражување, 4H-SiC хомоепитаксијалната технологија во основа созреала и е широко користена во индустриското производство. Најшироко користената 4H-SiC хомоепитаксијална технологија во светот има две типични карактеристики:
(1) Користејќи неоска (во однос на кристалната рамнина <0001>, кон правецот на кристалот <11-20>) косо исечена подлога како шаблон, високочист монокристален 4H-SiC епитаксијален слој без нечистотии се таложи на подлогата во форма на режим на раст со чекорен тек. Раниот 4H-SiC хомеепитаксијален раст користел позитивен кристален супстрат, односно <0001> Si рамнина за раст. Густината на атомските чекори на површината на позитивниот кристален супстрат е мала, а терасите се широки. Дводимензионалниот раст на нуклеацијата лесно се јавува за време на процесот на епитаксија за да се формира 3C кристален SiC (3C-SiC). Со неоска сечење, на површината на 4H-SiC <0001> подлогата може да се воведат атомски чекори со висока густина и тесна ширина на терасата, а адсорбираниот прекурсор може ефикасно да ја достигне позицијата на атомскиот чекор со релативно ниска површинска енергија преку површинска дифузија. Во чекорот, положбата на поврзување на прекурсорскиот атом/молекуларна група е единствена, па затоа во чекорниот режим на раст, епитаксијалниот слој може совршено да ја наследи секвенцата на натрупување на двојниот атомски слој Si-C на подлогата за да формира монокристал со иста кристална фаза како и подлогата.
(2) Брзиот епитаксијален раст се постигнува со воведување на извор на силициум што содржи хлор. Во конвенционалните системи за хемиско таложење на пареа на SiC, силанот и пропанот (или етиленот) се главните извори на раст. Во процесот на зголемување на стапката на раст со зголемување на стапката на проток на изворот на раст, како што рамнотежниот парцијален притисок на силициумската компонента продолжува да се зголемува, лесно е да се формираат силициумски кластери со хомогена гасна фаза на нуклеација, што значително ја намалува стапката на искористување на изворот на силициум. Формирањето на силициумски кластери во голема мера го ограничува подобрувањето на епитаксијалната стапка на раст. Во исто време, силициумските кластери можат да го нарушат растот на постепениот тек и да предизвикаат дефектно нуклеирање. За да се избегне хомогена гасна фаза на нуклеација и да се зголеми епитаксијалната стапка на раст, воведувањето на силициумски извори на база на хлор во моментов е мејнстрим метод за зголемување на епитаксијалната стапка на раст на 4H-SiC.
1.2 Епитаксијална опрема и услови за обработка на SiC од 200 mm (8 инчи)
Експериментите опишани во овој труд беа спроведени на 150/200 mm (6/8-инчи) компатибилна монолитна хоризонтална SiC епитаксијална опрема со топол ѕид, независно развиена од 48-от Институт на Кинеската корпорација за електронска технологија. Епитаксијалната печка поддржува целосно автоматско полнење и истовар на плочки. Слика 1 е шематски дијаграм на внатрешната структура на реакционата комора на епитаксијалната опрема. Како што е прикажано на Слика 1, надворешниот ѕид на реакционата комора е кварцно ѕвоно со меѓуслој ладен со вода, а внатрешноста на ѕвоното е реакциона комора на висока температура, која е составена од термоизолациски јаглероден филц, специјална графитна празнина со висока чистота, ротирачка основа со графитен гас, итн. Целото кварцно ѕвоно е покриено со цилиндрична индукциска намотка, а реакционата комора во ѕвоното е електромагнетно загреана со среднофреквентно индукциско напојување. Како што е прикажано на Слика 1 (б), гасот-носач, реакцискиот гас и гасот за допирање течат низ површината на плочката во хоризонтален ламинарен тек од горниот тек на реакциската комора до долниот тек на реакциската комора и се испуштаат од крајот на опашкиот гас. За да се обезбеди конзистентност во рамките на плочката, плочката што ја носи воздушната лебдечка основа секогаш се ротира за време на процесот.
Подлогата што се користи во експериментот е комерцијална двострано полирана SiC подлога од n-тип 4H-SiC со дијаметар од 150 mm, 200 mm (6 инчи, 8 инчи) <1120> во правец 4° надвор од агол, произведена од Shanxi Shuoke Crystal. Трихлоросилан (SiHCl3, TCS) и етилен (C2H4) се користат како главни извори на раст во експериментот, меѓу кои TCS и C2H4 се користат како извор на силициум и извор на јаглерод, соодветно, азот со висока чистота (N2) се користи како извор на допир од n-тип, а водородот (H2) се користи како гас за разредување и гас-носач. Температурниот опсег на епитаксијалниот процес е 1600 ~1660 ℃, притисокот на процесот е 8×103 ~12×103 Pa, а брзината на проток на гасот-носач H2 е 100~140 L/min.
1.3 Епитаксијално тестирање и карактеризација на плочка
За карактеризирање на средната вредност и распределбата на дебелината на епитаксијалниот слој и концентрацијата на допинг беа користени Фуриеов инфрацрвен спектрометар (производител на опрема Thermalfisher, модел iS50) и тестер на концентрација на жива сонда (производител на опрема Semilab, модел 530L); дебелината и концентрацијата на допинг на секоја точка во епитаксијалниот слој беа одредени со земање точки по линијата на дијаметарот што ја сече нормалната линија на главниот референтен раб под агол од 45° во центарот на плочката со отстранување на работ од 5 mm. За плочка од 150 mm, беа земени 9 точки по линијата на еден дијаметар (два дијаметри беа нормални еден на друг), а за плочка од 200 mm, беа земени 21 точка, како што е прикажано на Слика 2. За избор на области од 30 μm×30 μm во централната област и површината на работ (отстранување на работ од 5 mm) на епитаксијалната плочка беше користен атомски силовен микроскоп (производител на опрема Bruker, модел Dimension Icon) за тестирање на површинската грубост на епитаксијалниот слој; Дефектите на епитаксијалниот слој беа измерени со помош на тестер за површински дефекти (производител на опрема China Electronics). 3D снимачот беше карактеризиран со радарски сензор (модел Mars 4410 pro) од Kefenghua.
Време на објавување: 04.09.2024