Одоогийн байдлаар SiC үйлдвэрлэл 150 мм (6 инч)-ээс 200 мм (8 инч) болж өөрчлөгдөж байна. Том хэмжээтэй, өндөр чанартай SiC гомоэпитаксиал вафлины салбар дахь яаралтай эрэлтийг хангахын тулд 150 мм ба 200 мм-ийн4H-SiC гомеопитаксиал вафлибие даан боловсруулсан 200мм SiC эпитаксиал ургалтын төхөөрөмжийг ашиглан гэрийн суурь дээр амжилттай бэлтгэсэн. 150мм ба 200мм-д тохиромжтой гомеопитаксиал процессыг боловсруулсан бөгөөд эпитаксиал ургалтын хурд нь 60мкм/цаг-аас их байж болно. Өндөр хурдны эпитакситай нийцэж байгаа ч эпитаксиал вафлын чанар маш сайн. 150мм ба 200мм зузаантай жигд байдал.SiC эпитаксиаль вафли1.5% дотор хянаж болно, концентрацийн жигд байдал 3% -иас бага, үхлийн аюултай согогийн нягтрал 0.3 бөөм/см2-оос бага, эпитаксиал гадаргуугийн барзгаржилтын үндэс дундаж квадрат Ra нь 0.15нм-ээс бага бөгөөд бүх гол процессын үзүүлэлтүүд салбарын дэвшилтэт түвшинд байна.
Цахиурын карбид (SiC)гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч материалын төлөөлөгчдийн нэг юм. Энэ нь өндөр задралын талбайн хүч чадал, маш сайн дулаан дамжуулалт, электрон ханалтын өндөр хурд, хүчтэй цацрагийн эсэргүүцэл зэрэг шинж чанартай. Энэ нь цахилгаан төхөөрөмжийн эрчим хүчний боловсруулалтын хүчин чадлыг ихээхэн өргөжүүлж, өндөр хүчин чадалтай, жижиг хэмжээтэй, өндөр температуртай, өндөр цацраг идэвхт бодис болон бусад онцгой нөхцөлд төхөөрөмжүүдийн дараагийн үеийн цахилгаан электрон тоног төхөөрөмжийн үйлчилгээний шаардлагыг хангаж чадна. Энэ нь орон зайг багасгаж, эрчим хүчний хэрэглээг бууруулж, хөргөлтийн шаардлагыг бууруулж чадна. Энэ нь шинэ эрчим хүчний тээврийн хэрэгсэл, төмөр замын тээвэр, ухаалаг сүлжээ болон бусад салбарт хувьсгалт өөрчлөлтийг авчирсан. Тиймээс цахиурын карбидын хагас дамжуулагч нь дараагийн үеийн өндөр хүчин чадалтай цахилгаан электрон төхөөрөмжийг тэргүүлэх хамгийн тохиромжтой материал гэж хүлээн зөвшөөрөгдсөн. Сүүлийн жилүүдэд гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн хөгжлийг дэмжих үндэсний бодлогын дэмжлэгийн ачаар Хятадад 150 мм-ийн SiC төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн системийн судалгаа, хөгжүүлэлт, барилгын ажил үндсэндээ дуусч, үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээний аюулгүй байдал үндсэндээ баталгаажсан. Тиймээс салбарын анхаарал аажмаар зардлын хяналт, үр ашгийг дээшлүүлэхэд шилжсэн. Хүснэгт 1-т үзүүлсэнчлэн, 150 мм-тэй харьцуулахад 200 мм-ийн SiC нь ирмэгийн ашиглалтын түвшин өндөр бөгөөд дан вафли чипийн гаралтыг ойролцоогоор 1.8 дахин нэмэгдүүлэх боломжтой. Технологи хөгжсөний дараа дан чипийн үйлдвэрлэлийн өртгийг 30% бууруулж болно. 200 мм-ийн технологийн нээлт нь "зардлыг бууруулж, үр ашгийг нэмэгдүүлэх" шууд хэрэгсэл бөгөөд энэ нь манай улсын хагас дамжуулагчийн салбарын "зэрэгцээ ажиллах" эсвэл бүр "тэргүүлэх" түлхүүр юм.
Si төхөөрөмжийн процессоос ялгаатай нь,SiC хагас дамжуулагч цахилгаан төхөөрөмжүүдбүгдийг нь эпитаксиал давхаргыг тулгын чулуу болгон боловсруулж, бэлтгэдэг. Эпитаксиал ваферууд нь SiC цахилгаан төхөөрөмжүүдийн зайлшгүй үндсэн материал юм. Эпитаксиал давхаргын чанар нь төхөөрөмжийн гарцыг шууд тодорхойлдог бөгөөд түүний өртөг нь чип үйлдвэрлэлийн өртгийн 20%-ийг эзэлдэг. Тиймээс эпитаксиал өсөлт нь SiC цахилгаан төхөөрөмжүүдийн чухал завсрын холбоос юм. Эпитаксиал процессын түвшний дээд хязгаарыг эпитаксиал тоног төхөөрөмж тодорхойлдог. Одоогийн байдлаар Хятадад 150 мм-ийн SiC эпитаксиал тоног төхөөрөмжийн нутагшуулалтын түвшин харьцангуй өндөр байгаа боловч 200 мм-ийн нийт зохион байгуулалт нь олон улсын түвшингээс хоцорч байна. Тиймээс дотоодын гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн хөгжилд зориулсан том хэмжээтэй, өндөр чанартай эпитаксиал материалын үйлдвэрлэлийн яаралтай хэрэгцээ, саад бэрхшээлийг шийдвэрлэхийн тулд энэхүү өгүүлэлд манай улсад амжилттай боловсруулсан 200 мм-ийн SiC эпитаксиал төхөөрөмжийг танилцуулж, эпитаксиал процессыг судалсан болно. Процессын температур, тээвэрлэгч хийн урсгалын хурд, C/Si харьцаа гэх мэт процессын параметрүүдийг оновчтой болгосноор бие даан боловсруулсан 200 мм-ийн цахиурын карбидын эпитаксиаль зуухтай 150 мм ба 200 мм-ийн SiC эпитаксиаль ваферуудын концентрацийн жигд байдал <3%, зузаан жигд бус байдал <1.5%, барзгаржилт Ra <0.2 нм, үхлийн аюултай согогийн нягтрал <0.3 ширхэг/см2 гэсэн үзүүлэлтүүдийг гаргаж авсан. Тоног төхөөрөмжийн процессын түвшин нь өндөр чанартай SiC цахилгаан төхөөрөмжийн бэлтгэлийн хэрэгцээг хангаж чадна.
1 туршилт
1.1 ЗарчимSiC эпитаксиалүйл явц
4H-SiC гомеопитаксиал өсөлтийн процесс нь голчлон 2 үндсэн үе шатыг агуулдаг бөгөөд энэ нь 4H-SiC субстратыг өндөр температурт in situ сийлбэрлэх болон нэгэн төрлийн химийн ууршуулах процесс юм. Субстрат in situ сийлбэрийн гол зорилго нь вафли өнгөлсөний дараа субстратын гадаргуугийн гэмтлийг арилгах, үлдэгдэл өнгөлгөөний шингэн, хэсгүүд болон исэлдэлтийн давхаргыг арилгах бөгөөд сийлбэрээр субстратын гадаргуу дээр ердийн атомын шатлалын бүтэц үүсгэж болно. In situ сийлбэрийг ихэвчлэн устөрөгчийн агаар мандалд хийдэг. Бодит процессын шаардлагын дагуу устөрөгчийн хлорид, пропан, этилен эсвэл силан зэрэг бага хэмжээний туслах хий нэмж болно. In situ устөрөгчийн сийлбэрийн температур ерөнхийдөө 1600 ℃-ээс дээш байдаг бөгөөд сийлбэрийн процессын явцад урвалын камерын даралтыг ерөнхийдөө 2×104 Па-аас доош хянадаг.
Субстратын гадаргууг in-situ сийлбэрээр идэвхжүүлсний дараа өндөр температурт химийн ууршуулах 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) болон устөрөгчийн хлорид зэрэг туслах хий нь тээвэрлэгч хий (ихэвчлэн устөрөгч)-ийн их хэмжээний урсгалаар урвалын камерт дамждаг. Хий нь өндөр температурт урвалд орсны дараа урьдал бодисын нэг хэсэг нь химийн урвалд орж, вафлийн гадаргуу дээр адсорбцлогдож, дан талст 4H-SiC субстратыг загвар болгон ашиглан субстратын гадаргуу дээр тодорхой допингийн концентраци, тодорхой зузаан, илүү өндөр чанартай дан талст нэгэн төрлийн 4H-SiC эпитаксиал давхарга үүсдэг. Олон жилийн техникийн судалгааны дараа 4H-SiC гомоэпитаксиал технологи үндсэндээ боловсорч гүйцсэн бөгөөд үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг. Дэлхийд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг 4H-SiC гомоэпитаксиал технологи нь хоёр ердийн шинж чанартай:
(1) Тэнхлэгээс гадуур (<0001> талстын хавтгайтай харьцуулахад, <11-20> талстын чиглэлд) ташуу зүссэн субстратыг загвар болгон ашиглан хольцгүй өндөр цэвэршилттэй дан талст 4H-SiC эпитаксиал давхаргыг субстрат дээр шаталсан урсгалын өсөлтийн горим хэлбэрээр хуримтлуулдаг. 4H-SiC гомеопитаксиал өсөлтийн эхэн үед эерэг талстын субстрат буюу <0001> Si хавтгайг өсөлтөд ашигласан. Эерэг талстын субстратын гадаргуу дээрх атомын шатлалын нягтрал бага, тавцангууд нь өргөн байдаг. Эпитакси процессын явцад хоёр хэмжээст цөмжилтийн өсөлт амархан явагдаж, 3C талстын SiC (3C-SiC) үүсдэг. Тэнхлэгээс гадуур зүсэлт хийснээр 4H-SiC <0001> субстратын гадаргуу дээр өндөр нягтралтай, нарийн тавцангийн өргөнтэй атомын шатлалуудыг нэвтрүүлж болох бөгөөд адсорбцлогдсон урьдал бодис нь гадаргуугийн диффузийн замаар харьцангуй бага гадаргуугийн энергитэй атомын шатлалын байрлалд үр дүнтэй хүрч чаддаг. Шат шатанд урьдал атом/молекулын бүлгийн холбооны байрлал өвөрмөц байдаг тул шаталсан урсгалын өсөлтийн горимд эпитаксиаль давхарга нь субстратын Si-C давхар атомын давхаргын давхаргын дарааллыг төгс өвлөн авч, субстраттай ижил талст фазтай дан талст үүсгэж чаддаг.
(2) Хлор агуулсан цахиурын эх үүсвэрийг нэвтрүүлснээр өндөр хурдтай эпитаксиал өсөлтийг бий болгодог. Уламжлалт SiC химийн ууршуулах 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 тэнцвэрийн парциал даралт үргэлжлэн нэмэгдэхийн хэрээр нэгэн төрлийн хийн фазын цөмжилтөөр цахиурын кластер үүсгэхэд хялбар байдаг бөгөөд энэ нь цахиурын эх үүсвэрийн ашиглалтын хурдыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг. Цахиурын кластер үүсэх нь эпитаксиал өсөлтийн хурдыг сайжруулахад ихээхэн хязгаарлалт тавьдаг. Үүний зэрэгцээ цахиурын кластерууд нь шаталсан урсгалын өсөлтийг алдагдуулж, согогийн цөмжилт үүсгэж болзошгүй. Нэг төрлийн хийн фазын цөмжилтөөс зайлсхийж, эпитаксиал өсөлтийн хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд хлор дээр суурилсан цахиурын эх үүсвэрийг нэвтрүүлэх нь одоогоор 4H-SiC-ийн эпитаксиал өсөлтийн хурдыг нэмэгдүүлэх гол арга юм.
1.2 200 мм (8 инч) SiC эпитаксиал тоног төхөөрөмж ба үйл явцын нөхцөл
Энэхүү өгүүлэлд дурдсан туршилтуудыг бүгдийг нь Хятадын Электроник Технологийн Группийн 48-р хүрээлэнгийн бие даан боловсруулсан 150/200 мм (6/8 инч) хэмжээтэй цул хэвтээ халуун ханатай SiC эпитаксиал төхөөрөмж дээр хийсэн. Эпитаксиал зуух нь бүрэн автомат вафли ачаалах, буулгах ажиллагааг дэмждэг. Зураг 1-т эпитаксиал төхөөрөмжийн урвалын камерын дотоод бүтцийн бүдүүвч диаграммыг харуулав. Зураг 1-т үзүүлсэнчлэн урвалын камерын гадна хана нь усан хөргөлттэй завсрын давхаргатай кварц хонх бөгөөд хонхны дотор тал нь дулаан тусгаарлагч нүүрстөрөгчийн эсгий, өндөр цэвэршилттэй тусгай бал чулуун хөндий, бал чулуун хий хөвдөг эргэлдэгч суурь гэх мэтээс бүрдсэн өндөр температурт урвалын камер юм. Кварц хонхыг бүхэлд нь цилиндр индукцийн ороомогоор бүрхсэн бөгөөд хонхны доторх урвалын камерыг дунд давтамжийн индукцийн цахилгаан хангамжаар цахилгаан соронзон аргаар халаадаг. Зураг 1 (b)-д үзүүлсэнчлэн, тээвэрлэгч хий, урвалын хий болон допинг хий нь бүгд вафлийн гадаргуугаар урвалын камерын дээд хэсгээс урвалын камерын доод хэсэг хүртэл хэвтээ ламинар урсгалаар урсаж, сүүлний хийн үзүүрээс гадагшилдаг. Вафлийн доторх тогтвортой байдлыг хангахын тулд агаарын хөвөгч суурийн зөөвөрлөсөн вафлийг процессын явцад үргэлж эргэлдүүлдэг.
Туршилтад ашигласан суурь нь Shanxi Shuoke Crystal-ийн үйлдвэрлэсэн 150 мм, 200 мм (6 инч, 8 инч) <1120> чиглэлтэй, 4°-аас хазайсан өнцгөөр дамжуулагч n-төрлийн 4H-SiC хоёр талт өнгөлсөн SiC суурь юм. Туршилтын гол өсөлтийн эх үүсвэр болгон трихлорсилан (SiHCl3, TCS) болон этилен (C2H4)-ийг ашигласан бөгөөд үүнд TCS болон C2H4-ийг тус тус цахиурын эх үүсвэр, нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр, өндөр цэвэршилттэй азот (N2)-ийг n-төрлийн хольцын эх үүсвэр, устөрөгч (H2)-ийг шингэрүүлэх хий болон тээвэрлэгч хий болгон ашигладаг. Эпитаксиал процессын температурын хүрээ нь 1600 ~ 1660 ℃, процессын даралт нь 8×103 ~ 12×103 Па, H2 тээвэрлэгч хийн урсгалын хурд нь 100 ~ 140 л/мин байна.
1.3 Эпитаксиал вафлийн шинжилгээ ба шинж чанар
Эпитаксиал давхаргын зузаан болон хольцын концентрацийн дундаж болон тархалтыг тодорхойлохын тулд Фурьегийн хэт улаан туяаны спектрометр (тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч Thermalfisher, загвар iS50) болон мөнгөн усны датчикийн концентрацийн шалгагч (тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч Semilab, загвар 530L)-ийг ашигласан; эпитаксиал давхаргын цэг бүрийн зузаан болон хольцын концентрацийг 5 мм-ийн ирмэгийг авч, гол лавлах ирмэгийн хэвийн шугамтай огтлолцсон диаметрийн шугамын дагуух цэгүүдийг авч тодорхойлсон. 150 мм-ийн вафлийн хувьд нэг диаметрийн шугамын дагуу 9 цэгийг авсан (хоёр диаметр нь хоорондоо перпендикуляр байсан), 200 мм-ийн вафийн хувьд 21 цэгийг авсан бөгөөд үүнийг Зураг 2-т үзүүлэв. Эпитаксиал давхаргын гадаргуугийн барзгар байдлыг шалгахын тулд төвийн талбай болон эпитаксиал вафийн ирмэгийн талбайд (5 мм-ийн ирмэгийг авч) 30 μм×30 μм талбайг сонгоход атомын хүчний микроскоп (тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч Bruker, загвар Dimension Icon) ашигласан; Эпитаксиал давхаргын согогийг гадаргуугийн согогийн шалгагч (тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч China Electronics) ашиглан хэмжсэн. 3D дүрслэлийн төхөөрөмжийг Kefenghua компанийн радарын мэдрэгч (Mars 4410 pro загвар)-аар тодорхойлсон.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 9-р сарын 4