Bħalissa, l-industrija tas-SiC qed tinbidel minn 150 mm (6 pulzieri) għal 200 mm (8 pulzieri). Sabiex tintlaħaq id-domanda urġenti għal wejfers omoepitassiali tas-SiC ta’ daqs kbir u ta’ kwalità għolja fl-industrija, 150mm u 200mmWejfers omoepitassiali 4H-SiCġew ippreparati b'suċċess fuq sottostrati domestiċi bl-użu tat-tagħmir tat-tkabbir epitassjali tas-SiC ta' 200mm żviluppat b'mod indipendenti. Ġie żviluppat proċess omoepitassiali adattat għal 150mm u 200mm, li fih ir-rata ta' tkabbir epitassjali tista' tkun akbar minn 60um/siegħa. Filwaqt li tissodisfa l-epitassija b'veloċità għolja, il-kwalità tal-wejfer epitassjali hija eċċellenti. L-uniformità tal-ħxuna ta' 150 mm u 200 mmWejfers epitassjali tas-SiCjista' jiġi kkontrollat fi żmien 1.5%, l-uniformità tal-konċentrazzjoni hija inqas minn 3%, id-densità tad-difett fatali hija inqas minn 0.3 partiċelli/cm2, u l-għerq kwadrat medju tal-ħruxija tal-wiċċ epitassjali Ra huwa inqas minn 0.15nm, u l-indikaturi kollha tal-proċess ewlieni huma fil-livell avvanzat tal-industrija.
Karbur tas-Silikon (SiC)huwa wieħed mir-rappreżentanti tal-materjali semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni. Għandu l-karatteristiċi ta' saħħa għolja tal-kamp tat-tkissir, konduttività termali eċċellenti, veloċità kbira tad-drift tas-saturazzjoni tal-elettroni, u reżistenza qawwija għar-radjazzjoni. Espandiet ħafna l-kapaċità tal-ipproċessar tal-enerġija tal-apparati tal-enerġija u tista' tissodisfa r-rekwiżiti tas-servizz tal-ġenerazzjoni li jmiss ta' tagħmir elettroniku tal-enerġija għal apparati b'qawwa għolja, daqs żgħir, temperatura għolja, radjazzjoni għolja u kundizzjonijiet estremi oħra. Jista' jnaqqas l-ispazju, inaqqas il-konsum tal-enerġija u jnaqqas ir-rekwiżiti tat-tkessiħ. Ġab miegħu bidliet rivoluzzjonarji fil-vetturi tal-enerġija ġodda, it-trasport ferrovjarju, il-grids intelliġenti u oqsma oħra. Għalhekk, is-semikondutturi tal-karbur tas-silikon saru rikonoxxuti bħala l-materjal ideali li se jmexxi l-ġenerazzjoni li jmiss ta' apparati elettroniċi tal-enerġija ta' qawwa għolja. Fi snin reċenti, grazzi għall-appoġġ tal-politika nazzjonali għall-iżvilupp tal-industrija tas-semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni, ir-riċerka u l-iżvilupp u l-kostruzzjoni tas-sistema tal-industrija tal-apparati SiC ta' 150 mm tlestew bażikament fiċ-Ċina, u s-sigurtà tal-katina industrijali ġiet bażikament garantita. Għalhekk, il-fokus tal-industrija gradwalment inbidel għall-kontroll tal-ispejjeż u t-titjib tal-effiċjenza. Kif muri fit-Tabella 1, meta mqabbel ma' 150 mm, 200 mm SiC għandu rata ogħla ta' utilizzazzjoni tat-tarf, u l-produzzjoni ta' ċipep ta' wejfer wieħed tista' tiżdied b'madwar 1.8 darbiet. Wara li t-teknoloġija timmatura, l-ispiża tal-manifattura ta' ċippa waħda tista' titnaqqas bi 30%. L-avvanz teknoloġiku ta' 200 mm huwa mezz dirett biex "tnaqqas l-ispejjeż u żżid l-effiċjenza", u huwa wkoll iċ-ċavetta biex l-industrija tas-semikondutturi ta' pajjiżi "taħdem b'mod parallel" jew saħansitra "tmexxi".
Differenti mill-proċess tal-apparat Si,Apparati tal-enerġija tas-semikondutturi SiCHuma kollha pproċessati u ppreparati b'saffi epitassjali bħala l-pedament. Il-wejfers epitassjali huma materjali bażiċi essenzjali għall-apparati tal-enerġija SiC. Il-kwalità tas-saff epitassjali tiddetermina direttament ir-rendiment tal-apparat, u l-ispiża tiegħu tammonta għal 20% tal-ispiża tal-manifattura taċ-ċippa. Għalhekk, it-tkabbir epitassjali huwa rabta intermedja essenzjali fl-apparati tal-enerġija SiC. Il-limitu massimu tal-livell tal-proċess epitassjali huwa determinat minn tagħmir epitassjali. Fil-preżent, il-grad ta' lokalizzazzjoni tat-tagħmir epitassjali SiC ta' 150mm fiċ-Ċina huwa relattivament għoli, iżda t-tqassim ġenerali ta' 200mm huwa lura mil-livell internazzjonali fl-istess ħin. Għalhekk, sabiex jiġu solvuti l-ħtiġijiet urġenti u l-problemi ta' konġestjoni tal-manifattura ta' materjal epitassjali ta' daqs kbir u kwalità għolja għall-iżvilupp tal-industrija domestika tas-semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni, dan id-dokument jintroduċi t-tagħmir epitassjali SiC ta' 200 mm żviluppat b'suċċess f'pajjiżi, u jistudja l-proċess epitassjali. Billi jiġu ottimizzati l-parametri tal-proċess bħat-temperatura tal-proċess, ir-rata tal-fluss tal-gass trasportatur, il-proporzjon C/Si, eċċ., jinkisbu uniformità tal-konċentrazzjoni <3%, nuqqas ta' uniformità tal-ħxuna <1.5%, ħruxija Ra <0.2 nm u densità ta' difetti fatali <0.3 qmuħ/cm2 ta' wejfers epitassjali SiC ta' 150 mm u 200 mm b'forn epitassjali tal-karbur tas-silikon ta' 200 mm żviluppat b'mod indipendenti. Il-livell tal-proċess tat-tagħmir jista' jissodisfa l-ħtiġijiet ta' preparazzjoni ta' apparati tal-enerġija SiC ta' kwalità għolja.
Esperiment 1
1.1 Prinċipju ta'Epitassjali tas-SiCproċess
Il-proċess ta' tkabbir omoepitassiali ta' 4H-SiC jinkludi prinċipalment żewġ passi ewlenin, jiġifieri, inċiżjoni in situ f'temperatura għolja tas-sottostrat 4H-SiC u proċess omoġenju ta' depożizzjoni kimika bil-fwar. L-iskop ewlieni tal-inċiżjoni in situ tas-sottostrat huwa li titneħħa l-ħsara taħt il-wiċċ tas-sottostrat wara l-illustrar tal-wejfer, il-likwidu tal-illustrar residwu, il-partiċelli u s-saff tal-ossidu, u struttura regolari ta' passi atomiċi tista' tiġi ffurmata fuq il-wiċċ tas-sottostrat permezz tal-inċiżjoni. L-inċiżjoni in situ ġeneralment titwettaq f'atmosfera ta' idroġenu. Skont ir-rekwiżiti attwali tal-proċess, jista' jiżdied ukoll ammont żgħir ta' gass awżiljarju, bħal klorur tal-idroġenu, propan, etilene jew silane. It-temperatura tal-inċiżjoni tal-idroġenu in situ ġeneralment hija 'l fuq minn 1 600 ℃, u l-pressjoni tal-kamra tar-reazzjoni ġeneralment hija kkontrollata taħt 2 × 104 Pa matul il-proċess tal-inċiżjoni.
Wara li l-wiċċ tas-sottostrat jiġi attivat permezz ta' inċiżjoni in situ, jidħol fil-proċess ta' depożizzjoni kimika tal-fwar f'temperatura għolja, jiġifieri, is-sors tat-tkabbir (bħal etilene/propan, TCS/silane), is-sors tad-doping (sors tad-doping tat-tip n nitroġenu, sors tad-doping tat-tip p TMAl), u gass awżiljarju bħall-klorur tal-idroġenu jiġu ttrasportati lejn il-kamra tar-reazzjoni permezz ta' fluss kbir ta' gass trasportatur (ġeneralment idroġenu). Wara li l-gass jirreaġixxi fil-kamra tar-reazzjoni f'temperatura għolja, parti mill-prekursur tirreaġixxi kimikament u tassorbi fuq il-wiċċ tal-wejfer, u saff epitassjali omoġenju 4H-SiC ta' kristall wieħed b'konċentrazzjoni speċifika ta' doping, ħxuna speċifika, u kwalità ogħla jiġi ffurmat fuq il-wiċċ tas-sottostrat bl-użu tas-sottostrat 4H-SiC ta' kristall wieħed bħala mudell. Wara snin ta' esplorazzjoni teknika, it-teknoloġija omoepitassiali 4H-SiC bażikament immaturat u tintuża ħafna fil-produzzjoni industrijali. L-aktar teknoloġija omoepitassiali 4H-SiC użata ħafna fid-dinja għandha żewġ karatteristiċi tipiċi:
(1) Bl-użu ta' sottostrat maqtugħ oblikwament barra mill-assi (relattiv għall-pjan tal-kristall <0001>, lejn id-direzzjoni tal-kristall <11-20>) bħala mudell, saff epitassjali 4H-SiC ta' kristall wieħed ta' purità għolja mingħajr impuritajiet jiġi depożitat fuq is-sottostrat fil-forma ta' mod ta' tkabbir ta' fluss pass pass. It-tkabbir omoepitassiali bikri ta' 4H-SiC uża sottostrat ta' kristall pożittiv, jiġifieri, il-pjan Si <0001> għat-tkabbir. Id-densità tal-passi atomiċi fuq il-wiċċ tas-sottostrat tal-kristall pożittiv hija baxxa u t-terrazzi huma wesgħin. It-tkabbir tan-nukleazzjoni bidimensjonali huwa faċli li jseħħ matul il-proċess ta' epitassja biex jifforma kristall 3C SiC (3C-SiC). Permezz ta' qtugħ barra mill-assi, passi atomiċi ta' densità għolja u wisa' ta' terrazzin dojoq jistgħu jiġu introdotti fuq il-wiċċ tas-sottostrat 4H-SiC <0001>, u l-prekursur assorbit jista' jilħaq b'mod effettiv il-pożizzjoni tal-pass atomiku b'enerġija tal-wiċċ relattivament baxxa permezz tad-diffużjoni tal-wiċċ. Fil-pass, il-pożizzjoni tal-irbit tal-atomu/grupp molekulari prekursur hija unika, għalhekk fil-modalità tat-tkabbir tal-fluss tal-pass, is-saff epitassjali jista' jiret perfettament is-sekwenza tal-istivar tas-saff atomiku doppju Si-C tas-sottostrat biex jifforma kristall wieħed bl-istess fażi tal-kristall bħas-sottostrat.
(2) Tkabbir epitassjali b'veloċità għolja jinkiseb bl-introduzzjoni ta' sors tas-silikon li fih il-kloru. Fis-sistemi konvenzjonali ta' depożizzjoni kimika tal-fwar tas-SiC, is-silane u l-propan (jew l-etilene) huma s-sorsi ewlenin tat-tkabbir. Fil-proċess li tiżdied ir-rata tat-tkabbir billi tiżdied ir-rata tal-fluss tas-sors tat-tkabbir, hekk kif il-pressjoni parzjali tal-ekwilibriju tal-komponent tas-silikon tkompli tiżdied, huwa faċli li jiġu ffurmati raggruppamenti tas-silikon permezz ta' nukleazzjoni omoġenja tal-fażi tal-gass, li tnaqqas b'mod sinifikanti r-rata ta' utilizzazzjoni tas-sors tas-silikon. Il-formazzjoni ta' raggruppamenti tas-silikon tillimita ħafna t-titjib tar-rata tat-tkabbir epitassjali. Fl-istess ħin, ir-raggruppamenti tas-silikon jistgħu jfixklu t-tkabbir tal-fluss pass pass u jikkawżaw nukleazzjoni ta' difetti. Sabiex tiġi evitata nukleazzjoni omoġenja tal-fażi tal-gass u tiżdied ir-rata tat-tkabbir epitassjali, l-introduzzjoni ta' sorsi tas-silikon ibbażati fuq il-kloru bħalissa hija l-metodu ewlieni biex tiżdied ir-rata tat-tkabbir epitassjali ta' 4H-SiC.
1.2 Tagħmir epitassjali tas-SiC ta' 200 mm (8 pulzieri) u kundizzjonijiet tal-proċess
L-esperimenti deskritti f'dan id-dokument twettqu kollha fuq tagħmir epitassjali SiC b'ħajt sħun orizzontali monolitiku kompatibbli ma' 150/200 mm (6/8 pulzieri) żviluppat b'mod indipendenti mit-48 Istitut tal-Korporazzjoni tal-Grupp tat-Teknoloġija Elettronika taċ-Ċina. Il-forn epitassjali jappoġġja tagħbija u ħatt tal-wejfer kompletament awtomatiċi. Il-Figura 1 hija dijagramma skematika tal-istruttura interna tal-kamra tar-reazzjoni tat-tagħmir epitassjali. Kif muri fil-Figura 1, il-ħajt ta' barra tal-kamra tar-reazzjoni huwa qanpiena tal-kwarz b'saff intermedju mkessaħ bl-ilma, u l-intern tal-qanpiena huwa kamra tar-reazzjoni b'temperatura għolja, li hija magħmula minn feltru tal-karbonju ta' insulazzjoni termali, kavità tal-grafita speċjali ta' purità għolja, bażi li ddur li żżomm f'wiċċ l-ilma bil-gass tal-grafita, eċċ. Il-qanpiena tal-kwarz kollha hija mgħottija b'koljatura ta' induzzjoni ċilindrika, u l-kamra tar-reazzjoni ġewwa l-qanpiena hija msaħħna elettromanjetikament minn provvista ta' enerġija ta' induzzjoni ta' frekwenza medja. Kif muri fil-Figura 1(b), il-gass trasportatur, il-gass tar-reazzjoni, u l-gass tad-doping kollha jiċċirkolaw mill-wiċċ tal-wejfer fi fluss laminari orizzontali mill-parti ta' fuq tal-kamra tar-reazzjoni sal-parti ta' isfel tal-kamra tar-reazzjoni u jiġu skarikati mit-tarf tal-gass tad-denb. Biex tiġi żgurata l-konsistenza fil-wejfer, il-wejfer li jinġarr mill-bażi li żżomm f'wiċċ l-arja dejjem idur matul il-proċess.
Is-sottostrat użat fl-esperiment huwa sottostrat SiC illustrat b'żewġ naħat tat-tip n 4H-SiC konduttiv b'direzzjoni <1120> ta' 150 mm, 200 mm (6 pulzieri, 8 pulzieri) prodott minn Shanxi Shuoke Crystal, b'forma kummerċjali ta' 150 mm, 200 mm (6 pulzieri, 8 pulzieri) u direzzjoni <1120> ta' 4°off-angle. It-trichlorosilane (SiHCl3, TCS) u l-etilene (C2H4) jintużaw bħala s-sorsi ewlenin tat-tkabbir fl-esperiment tal-proċess, fosthom TCS u C2H4 jintużaw bħala sors tas-silikon u sors tal-karbonju rispettivament, nitroġenu ta' purità għolja (N2) jintuża bħala sors ta' doping tat-tip n, u idroġenu (H2) jintuża bħala gass ta' dilwizzjoni u gass trasportatur. Il-firxa tat-temperatura tal-proċess epitassjali hija 1 600 ~1 660 ℃, il-pressjoni tal-proċess hija 8×103 ~12×103 Pa, u r-rata tal-fluss tal-gass trasportatur H2 hija 100～140 L/min.
1.3 Ittestjar u karatterizzazzjoni tal-wejfer epitassjali
Spettrometru tal-infra-aħmar Fourier (manifattur tat-tagħmir Thermalfisher, mudell iS50) u tester tal-konċentrazzjoni tas-sonda tal-merkurju (manifattur tat-tagħmir Semilab, mudell 530L) intużaw biex jikkaratterizzaw il-medja u d-distribuzzjoni tal-ħxuna tas-saff epitassjali u l-konċentrazzjoni tad-doping; il-ħxuna u l-konċentrazzjoni tad-doping ta' kull punt fis-saff epitassjali ġew determinati billi ttieħdu punti tul il-linja tad-dijametru li tinterseka l-linja normali tat-tarf ta' referenza prinċipali f'45° fiċ-ċentru tal-wejfer b'tneħħija tat-tarf ta' 5 mm. Għal wejfer ta' 150 mm, ittieħdu 9 punti tul linja ta' dijametru wieħed (żewġ dijametri kienu perpendikolari għal xulxin), u għal wejfer ta' 200 mm, ittieħdu 21 punt, kif muri fil-Figura 2. Mikroskopju tal-forza atomika (manifattur tat-tagħmir Bruker, mudell Dimension Icon) intuża biex jintgħażlu żoni ta' 30 μm × 30 μm fiż-żona taċ-ċentru u ż-żona tat-tarf (tneħħija tat-tarf ta' 5 mm) tal-wejfer epitassjali biex jiġi ttestjat il-ħruxija tal-wiċċ tas-saff epitassjali; Id-difetti tas-saff epitassjali tkejlu bl-użu ta' tester tad-difetti tal-wiċċ (manifattur tat-tagħmir China Electronics). L-imager 3D kien ikkaratterizzat minn sensur tar-radar (mudell Mars 4410 pro) minn Kefenghua.
Ħin tal-posta: 04 ta' Settembru 2024