Одоогийн байдлаар SiC үйлдвэрлэл 150 мм (6 инч) -ээс 200 мм (8 инч) болж өөрчлөгдөж байна. Аж үйлдвэрт том оврын, өндөр чанартай SiC гомоэпитаксиаль хавтангийн яаралтай хэрэгцээг хангахын тулд 150мм, 200мм.4H-SiC гомоэпитаксиаль хавтанбие даан боловсруулсан 200 мм-ийн SiC эпитаксиаль өсөлтийн төхөөрөмжийг ашиглан дотоодын субстрат дээр амжилттай бэлтгэгдсэн. 150мм ба 200мм-т тохирсон гомоэпитаксиаль процессыг боловсруулсан бөгөөд эпитаксиаль өсөлтийн хурд нь 60мм/цагаас их байж болно. Өндөр хурдны эпитаксийг хангахын зэрэгцээ эпитаксиаль хавтангийн чанар маш сайн байдаг. 150 мм ба 200 мм зузаантай жигд байнаSiC эпитаксиаль хавтан1.5% дотор хянах боломжтой, концентрацийн жигд байдал 3% -иас бага, үхлийн согогийн нягт нь 0.3 ширхэг/см2-аас бага, эпитаксиаль гадаргуугийн тэгш бус байдлын үндсэн квадрат Ra нь 0.15 нм-ээс бага, үндсэн процессын бүх үзүүлэлтүүд нь салбарын ахисан түвшинд байна.
Цахиурын карбид (SiC)гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч материалын төлөөлөгчдийн нэг юм. Энэ нь задралын талбайн өндөр хүч чадал, маш сайн дулаан дамжуулалт, их хэмжээний электрон ханалтын шилжилтийн хурд, цацрагийн хүчтэй эсэргүүцэл зэрэг шинж чанартай. Энэ нь эрчим хүчний төхөөрөмжүүдийн эрчим хүч боловсруулах хүчин чадлыг ихээхэн өргөжүүлсэн бөгөөд өндөр хүчин чадалтай, жижиг хэмжээтэй, өндөр температуртай, өндөр цацраг туяа болон бусад онцгой нөхцөлтэй төхөөрөмжүүдийн дараагийн үеийн цахилгаан электрон төхөөрөмжийн үйлчилгээний шаардлагыг хангаж чадна. Энэ нь зайг багасгаж, эрчим хүчний хэрэглээг бууруулж, хөргөлтийн хэрэгцээг бууруулж чадна. Энэ нь шинэ эрчим хүчний тээврийн хэрэгсэл, төмөр замын тээвэр, ухаалаг сүлжээ болон бусад салбарт хувьсгалт өөрчлөлтүүдийг авчирсан. Тиймээс цахиурын карбидын хагас дамжуулагч нь дараагийн үеийн өндөр хүчин чадалтай электрон төхөөрөмжүүдийг удирдах хамгийн тохиромжтой материал болжээ. Сүүлийн жилүүдэд, гурав дахь үеийн хагас дамжуулагчийн аж үйлдвэрийг хөгжүүлэх үндэсний бодлогоор дэмжсэний ачаар Хятадад 150 мм-ийн SiC төхөөрөмжийн аж үйлдвэрийн системийн судалгаа, хөгжүүлэлт, бүтээн байгуулалт үндсэндээ дуусч, аж үйлдвэрийн гинжин хэлхээний аюулгүй байдал үндсэндээ баталгаажсан байна. Тиймээс энэ салбарын анхаарал аажмаар зардалд хяналт тавьж, үр ашгийг дээшлүүлэхэд шилжсэн. Хүснэгт 1-ээс харахад 150 мм-тэй харьцуулахад 200 мм-ийн SiC нь захын ашиглалтын түвшин өндөр бөгөөд дан хавтан чипний гаралтыг ойролцоогоор 1.8 дахин нэмэгдүүлэх боломжтой. Технологи боловсорч гүйцсэний дараа нэг чипний үйлдвэрлэлийн өртөг 30% -иар буурах боломжтой. 200 мм-ийн технологийн нээлт нь "зардлыг бууруулж, үр ашгийг нэмэгдүүлэх" шууд хэрэгсэл бөгөөд энэ нь манай улсын хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийг "зэрэгцээ ажиллуулах" эсвэл бүр "тэргүүлэх" гол түлхүүр юм.
Si төхөөрөмжийн процессоос ялгаатай ньSiC хагас дамжуулагч цахилгаан төхөөрөмжбүгдийг нь боловсруулж, эпитаксиаль давхаргуудаар тулгын чулуу болгон бэлтгэдэг. Эпитаксиаль хавтан нь SiC цахилгаан төхөөрөмжүүдэд зайлшгүй шаардлагатай үндсэн материал юм. Эпитаксиаль давхаргын чанар нь төхөөрөмжийн гарцыг шууд тодорхойлдог бөгөөд түүний өртөг нь чип үйлдвэрлэх зардлын 20% -ийг эзэлдэг. Тиймээс эпитаксиаль өсөлт нь SiC цахилгаан төхөөрөмжүүдийн чухал завсрын холбоос юм. Эпитаксийн үйл явцын түвшний дээд хязгаарыг эпитаксийн төхөөрөмжөөр тодорхойлно. Одоогийн байдлаар Хятадад 150 мм-ийн SiC эпитаксиаль төхөөрөмжийг нутагшуулах түвшин харьцангуй өндөр байгаа боловч 200 мм-ийн ерөнхий зохион байгуулалт нь олон улсын түвшингээс хоцорч байна. Иймд дотоодын гурав дахь үеийн хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийг хөгжүүлэхэд том оврын, өндөр чанартай эпитаксийн материалын үйлдвэрлэлийн тулгамдсан хэрэгцээ, хүндрэл бэрхшээлийг шийдвэрлэхийн тулд энэхүү нийтлэлд манай улсад амжилттай зохион бүтээгдсэн 200 мм-ийн SiC эпитаксийн төхөөрөмжийг танилцуулж, эпитаксийн үйл явцыг судлах болно. Температурын температур, зөөвөрлөгчийн хийн урсгалын хурд, C/Si харьцаа гэх мэт процессын параметрүүдийг оновчтой болгосноор концентрацийн жигд байдал <3%, зузаан жигд бус байдал <1.5%, барзгар байдал Ra <0.2 нм, үхэлд хүргэх согогийн нягтрал <0.3 мөхлөг/см2 150 мм, 200 мм-ээс бие даасан силикон 200 мм-ийн силикон 0.0 С-тэй эпитаксиаль валюттай. карбидын эпитаксиаль зуухыг олж авдаг. Тоног төхөөрөмжийн процессын түвшин нь өндөр чанарын SiC тэжээлийн төхөөрөмжийг бэлтгэх хэрэгцээг хангаж чадна.
1 Туршилт
1.1-ийн зарчимSiC эпитаксиальүйл явц
4H-SiC гомоэпитаксиаль өсөлтийн процесс нь үндсэндээ 4H-SiC субстратыг өндөр температурт газар дээр нь сийлбэрлэх, нэгэн төрлийн химийн уурын хуримтлуулах үйл явц зэрэг 2 үндсэн үе шатыг агуулдаг. Субстратын газар дээр нь сийлбэрлэх гол зорилго нь вафель өнгөлгөөний дараа субстратын гүний гэмтэл, үлдэгдэл өнгөлгөөний шингэн, тоосонцор, исэлдлийн давхаргыг арилгах бөгөөд эш татан сийлбэрлэх замаар субстратын гадаргуу дээр ердийн атомын шат бүтэц бий болно. In-situ сийлбэрийг ихэвчлэн устөрөгчийн уур амьсгалд хийдэг. Бодит процессын шаардлагын дагуу устөрөгчийн хлорид, пропан, этилен эсвэл силан гэх мэт бага хэмжээний туслах хий нэмж болно. Байшин дахь устөрөгчийн сийлбэрийн температур ерөнхийдөө 1600 ℃-аас дээш байдаг ба сийлбэр хийх явцад урвалын камерын даралтыг ерөнхийдөө 2 × 104 Па-аас доош хянадаг.
Субстратын гадаргуу нь газар дээр нь сийлбэрлэх замаар идэвхжсэний дараа өндөр температурт химийн уур хуримтлуулах процесст ордог, өөрөөр хэлбэл өсөлтийн эх үүсвэр (этилен/пропан, TCS/силан гэх мэт), допингийн эх үүсвэр (n-төрлийн допингийн эх үүсвэр азот, p-төрлийн допингийн эх үүсвэр TMAl), нэмэлт хий, тухайлбал, устөрөгчийн урсацын урвалаар дамжин их хэмжээний устөрөгчийн сав руу шилжинэ. тээвэрлэгч хий (ихэвчлэн устөрөгч). Өндөр температурын урвалын камерт хий нь урвалд орсны дараа прекурсорын нэг хэсэг нь химийн урвалд орж, өрмөнцөрийн гадаргуу дээр шингээх ба нэг талст 4H-SiC субстратыг субстрат болгон ашиглан субстратын гадаргуу дээр тодорхой допингийн агууламжтай, тодорхой зузаантай, илүү өндөр чанартай нэг талст 4H-SiC эпитаксиаль давхарга үүсдэг. Техникийн хайгуулын олон жилийн дараа 4H-SiC гомоэпитаксиал технологи нь үндсэндээ боловсорч гүйцсэн бөгөөд үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг. Дэлхийд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг 4H-SiC гомоэпитаксиал технологи нь хоёр онцлог шинж чанартай байдаг.
(1) Загвар болгон тэнхлэгээс гадуур (<0001> болор хавтгайтай харьцуулахад, <11-20> талст чиглэл рүү) ташуу зүссэн субстратыг ашиглан хольцгүй өндөр цэвэршилттэй нэг талст 4H-SiC эпитаксиаль давхаргыг үе шаттай өсөлтийн горим хэлбэрээр субстрат дээр байрлуулна. 4H-SiC гомоэпитаксиаль өсөлтийн эхэн үед эерэг талст субстрат, өөрөөр хэлбэл өсөлтөд <0001> Si хавтгайг ашигласан. Эерэг талст субстратын гадаргуу дээрх атомын алхамуудын нягтрал бага, дэнж нь өргөн байна. Хоёр хэмжээст бөөмийн өсөлт нь 3С талст SiC (3C-SiC) үүсгэх эпитаксийн процессын явцад амархан үүсдэг. Тэнхлэгээс гадуур зүсэлт хийснээр 4H-SiC <0001> субстратын гадаргуу дээр өндөр нягтралтай, нарийхан дэнжийн өргөнтэй атомын алхмуудыг нэвтрүүлж, шингэсэн прекурсор нь гадаргуугийн тархалтаар харьцангуй бага гадаргуугийн энергитэй атомын шатлалын байрлалд үр дүнтэй хүрч чадна. Алхам дээр урьдал атом/молекулын бүлгийн холболтын байрлал өвөрмөц байдаг тул алхамын урсацын өсөлтийн горимд эпитаксиаль давхарга нь субстратын Si-C давхар атомын давхаргын овоолсон дарааллыг төгс өвлөн, субстраттай ижил талст фаз бүхий нэг талст үүсгэх боломжтой.
(2) Хлор агуулсан цахиурын эх үүсвэрийг нэвтрүүлэх замаар өндөр хурдтай эпитаксиаль өсөлтийг бий болгодог. Уламжлалт SiC химийн уурын хуримтлуулах системд силан ба пропан (эсвэл этилен) нь өсөлтийн гол эх үүсвэр болдог. Өсөлтийн эх үүсвэрийн урсгалын хурдыг нэмэгдүүлэх замаар өсөлтийн хурдыг нэмэгдүүлэх явцад цахиурын бүрэлдэхүүн хэсгийн тэнцвэрт хэсэгчилсэн даралт нэмэгдсээр байгаа тул нэгэн төрлийн хийн фазын бөөмжилтөөр цахиурын бөөгнөрөл үүсэхэд хялбар байдаг бөгөөд энэ нь цахиурын эх үүсвэрийн ашиглалтын хурдыг ихээхэн бууруулдаг. Цахиурын бөөгнөрөл үүсэх нь эпитаксиаль өсөлтийн хурдыг сайжруулахад ихээхэн саад учруулдаг. Үүний зэрэгцээ цахиурын бөөгнөрөл нь шаталсан урсгалын өсөлтийг алдагдуулж, бөөмжилтийг гажиг үүсгэдэг. Нэг төрлийн хийн фазын бөөмжилтөөс зайлсхийх, эпитаксиаль өсөлтийн хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд хлор дээр суурилсан цахиурын эх үүсвэрийг нэвтрүүлэх нь 4H-SiC-ийн эпитаксиаль өсөлтийн хурдыг нэмэгдүүлэх үндсэн арга юм.
1.2 200 мм (8 инч) SiC эпитаксийн төхөөрөмж ба процессын нөхцөл
Энэхүү баримт бичигт дурдсан туршилтуудыг Хятадын Электроникийн Технологийн Групп Корпорацийн 48-р Хүрээлэнгийн бие даан бүтээсэн 150/200 мм (6/8 инч) хэмжээтэй нийцтэй цул хэвтээ халуун хана SiC эпитаксиаль төхөөрөмж дээр хийсэн. Эпитаксиаль зуух нь вафель ачаалах, буулгах ажлыг бүрэн автоматаар дэмждэг. Зураг 1 нь эпитаксиаль төхөөрөмжийн урвалын камерын дотоод бүтцийн бүдүүвч диаграмм юм. 1-р зурагт үзүүлснээр урвалын камерын гадна хана нь усан хөргөлттэй завсрын давхаргатай кварцын хонх бөгөөд хонхны дотор тал нь дулаан тусгаарлах нүүрстөрөгчийн эсгий, өндөр цэвэршилттэй тусгай бал чулуун хөндий, бал чулуун хий дээр хөвдөг эргэдэг суурь гэх мэт өндөр температурт урвалын камер юм. хонхны доторх урвалын камер нь дунд давтамжийн индукцийн тэжээлийн эх үүсвэрээр цахилгаан соронзон халдаг. Зураг 1 (b)-д үзүүлснээр зөөгч хий, урвалын хий, допингийн хий нь бүгд урвалын тасалгааны дээд талаас урвалын камерын доод урсгал хүртэл хэвтээ ламинар урсгалаар вафель гадаргуугаар урсаж, сүүлний хийн төгсгөлөөс гадагшилдаг. Өрөөн доторх тууштай байдлыг хангахын тулд агаарын хөвөгч баазаар зөөвөрлөгдөж буй вафель нь процессын явцад үргэлж эргэлддэг.
Туршилтанд ашигласан субстрат нь Shanxi Shuoke Crystal-ийн үйлдвэрлэсэн 150 мм, 200 мм (6 инч, 8 инч) <1120> чиглэлтэй, 4°-н өнцөгт дамжуулагч n төрлийн 4H-SiC хоёр талт өнгөлсөн SiC субстрат юм. Технологийн туршилтын өсөлтийн гол эх үүсвэр болох трихлоросилан (SiHCl3, TCS) ба этилен (C2H4)-ийг цахиурын эх үүсвэр, нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болгон TCS болон C2H4, n төрлийн допингийн эх үүсвэр болгон өндөр цэвэршилттэй азот (N2), устөрөгчийг (H2) хий, шингэрүүлэгч хий болгон ашигладаг. Эпитаксиаль процессын температурын хүрээ 1 600 ~ 1 660 ℃, процессын даралт 8 × 103 ~ 12 × 103 Па, H2 зөөгч хийн урсгалын хурд 100 ~ 140 л/мин байна.
1.3 Эпитаксиаль хавтангийн туршилт ба шинж чанар
Фурье хэт улаан туяаны спектрометр (тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч Thermalfisher, загвар iS50) болон мөнгөн усны датчикийн концентрацийг шалгагч (тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч Semilab, загвар 530L) нь эпитаксиаль давхаргын зузаан ба допингийн концентрацийн дундаж ба тархалтыг тодорхойлоход ашигласан; Эпитаксиаль давхаргын цэг бүрийн зузаан ба допингийн концентрацийг 5 мм-ийн ирмэгийг зайлуулж, өрөмний төвд 45 ° -ын гол жишиг ирмэгийн хэвийн шугамыг огтолж буй диаметрийн шугамын дагуу цэгүүдийг авч тодорхойлно. 150 мм-ийн хавтангийн хувьд нэг диаметртэй шугамын дагуу 9 цэг (хоёр диаметр нь бие биедээ перпендикуляр), 200 мм-ийн хавтан дээр 21 цэгийг авсан бөгөөд үүнийг Зураг 2-т үзүүлэв. Атомын хүчний микроскоп (тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч Bruker, Dimension Icon загвар) -ийг сонгохдоо 30 мкм талбайн ирмэг ба захын талбай х35 мм-ийг сонгоход ашигласан. эпитаксиаль давхаргын гадаргуугийн тэгш бус байдлыг шалгахын тулд эпитаксиаль хавтангийн; эпитаксиаль давхаргын согогийг гадаргуугийн согог шалгагч (тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч China Electronics) ашиглан хэмжсэн 3 хэмжээст дүрслэл нь Кефэнхуагийн радарын мэдрэгчээр (Марс 4410 pro загвар) тодорхойлогддог.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 9-р сарын 04-ний өдөр