Aktualisht, industria e SiC po transformohet nga 150 mm (6 inç) në 200 mm (8 inç). Për të përmbushur kërkesën urgjente për pllaka homoepitaksiale SiC me madhësi të madhe dhe cilësi të lartë në industri, prodhohen pllaka 150 mm dhe 200 mm.Napolita homoepitaksiale 4H-SiCu përgatitën me sukses në substrate shtëpiake duke përdorur pajisjet e rritjes epitaksiale SiC 200 mm të zhvilluara në mënyrë të pavarur. U zhvillua një proces homoepitaksial i përshtatshëm për 150 mm dhe 200 mm, në të cilin shkalla e rritjes epitaksiale mund të jetë më e madhe se 60 μm/orë. Ndërsa përmbush epitaksi me shpejtësi të lartë, cilësia e pllakës epitaksiale është e shkëlqyer. Uniformiteti i trashësisë prej 150 mm dhe 200 mmNapolita epitaksiale SiCmund të kontrollohet brenda 1.5%, uniformiteti i përqendrimit është më pak se 3%, dendësia e defektit fatal është më pak se 0.3 grimca/cm2, dhe Ra mesatare katrore e rrënjës së vrazhdësisë së sipërfaqes epitaksiale është më pak se 0.15nm, dhe të gjithë treguesit e procesit kryesor janë në nivelin e përparuar të industrisë.
Karbid silikoni (SiC)është një nga përfaqësuesit e materialeve gjysmëpërçuese të gjeneratës së tretë. Ka karakteristikat e forcës së lartë të fushës së zbërthimit, përçueshmërisë së shkëlqyer termike, shpejtësisë së madhe të ngopjes së elektroneve dhe rezistencës së fortë ndaj rrezatimit. Ka zgjeruar shumë kapacitetin e përpunimit të energjisë të pajisjeve të energjisë dhe mund të përmbushë kërkesat e shërbimit të gjeneratës së ardhshme të pajisjeve elektronike të energjisë për pajisje me fuqi të lartë, madhësi të vogël, temperaturë të lartë, rrezatim të lartë dhe kushte të tjera ekstreme. Mund të zvogëlojë hapësirën, të zvogëlojë konsumin e energjisë dhe të zvogëlojë kërkesat e ftohjes. Ka sjellë ndryshime revolucionare në automjetet e reja të energjisë, transportin hekurudhor, rrjetet inteligjente dhe fusha të tjera. Prandaj, gjysmëpërçuesit e karabit të silikonit janë njohur si materiali ideal që do të udhëheqë gjeneratën e ardhshme të pajisjeve elektronike të energjisë me fuqi të lartë. Në vitet e fundit, falë mbështetjes së politikave kombëtare për zhvillimin e industrisë së gjysmëpërçuesve të gjeneratës së tretë, kërkimi, zhvillimi dhe ndërtimi i sistemit të industrisë së pajisjeve SiC 150 mm janë përfunduar në thelb në Kinë, dhe siguria e zinxhirit industrial është garantuar në thelb. Prandaj, fokusi i industrisë është zhvendosur gradualisht në kontrollin e kostos dhe përmirësimin e efikasitetit. Siç tregohet në Tabelën 1, krahasuar me 150 mm, SiC 200 mm ka një shkallë më të lartë shfrytëzimi të skajeve, dhe prodhimi i çipave të vetme të pllakave mund të rritet me rreth 1.8 herë. Pasi teknologjia të zhvillohet, kostoja e prodhimit të një çipi të vetëm mund të ulet me 30%. Përparimi teknologjik i 200 mm është një mjet i drejtpërdrejtë për "uljen e kostove dhe rritjen e efikasitetit", dhe është gjithashtu çelësi që industria gjysmëpërçuese e vendit tim të "ecë paralelisht" ose edhe të "udhëheqë".
Ndryshe nga procesi i pajisjes Si,Pajisjet e energjisë gjysmëpërçuese SiCTë gjitha përpunohen dhe përgatiten me shtresa epitaksiale si gur themeli. Napolitanet epitaksiale janë materiale thelbësore bazë për pajisjet e energjisë SiC. Cilësia e shtresës epitaksiale përcakton drejtpërdrejt rendimentin e pajisjes, dhe kostoja e saj përbën 20% të kostos së prodhimit të çipit. Prandaj, rritja epitaksiale është një lidhje thelbësore e ndërmjetme në pajisjet e energjisë SiC. Kufiri i sipërm i nivelit të procesit epitaksial përcaktohet nga pajisjet epitaksiale. Aktualisht, shkalla e lokalizimit të pajisjeve epitaksiale SiC 150 mm në Kinë është relativisht e lartë, por paraqitja e përgjithshme e 200 mm mbetet prapa nivelit ndërkombëtar në të njëjtën kohë. Prandaj, për të zgjidhur nevojat urgjente dhe problemet e ngushta të prodhimit të materialeve epitaksiale me cilësi të lartë dhe në madhësi të madhe për zhvillimin e industrisë vendase të gjysmëpërçuesve të gjeneratës së tretë, ky punim prezanton pajisjet epitaksiale SiC 200 mm të zhvilluara me sukses në vendin tim, dhe studion procesin epitaksial. Duke optimizuar parametrat e procesit, siç janë temperatura e procesit, shkalla e rrjedhjes së gazit mbartës, raporti C/Si, etj., arrihen uniformiteti i përqendrimit <3%, jo-uniformiteti i trashësisë <1.5%, vrazhdësia Ra <0.2 nm dhe dendësia e defekteve fatale <0.3 kokrriza/cm2 të pllakave epitaksiale SiC 150 mm dhe 200 mm me furrë epitaksiale prej karbidi silici 200 mm të zhvilluar në mënyrë të pavarur. Niveli i procesit të pajisjeve mund të përmbushë nevojat e përgatitjes së pajisjeve të fuqisë SiC me cilësi të lartë.
1 Eksperiment
1.1 Parimi iSiC epitaksialproces
Procesi i rritjes homoepitaksiale të 4H-SiC përfshin kryesisht 2 hapa kryesorë, përkatësisht, gdhendjen in-situ në temperaturë të lartë të substratit 4H-SiC dhe procesin e depozitimit homogjen të avullit kimik. Qëllimi kryesor i gdhendjes in-situ të substratit është heqja e dëmtimeve nënsipërfaqësore të substratit pas lustrimit të pllakës, lëngut të lëmuar të mbetur, grimcave dhe shtresës së oksidit, dhe një strukturë e rregullt atomike mund të formohet në sipërfaqen e substratit me anë të gdhendjes. Gdhendja in-situ zakonisht kryhet në një atmosferë hidrogjeni. Sipas kërkesave aktuale të procesit, mund të shtohet edhe një sasi e vogël gazi ndihmës, siç është klorur hidrogjeni, propan, etilen ose silan. Temperatura e gdhendjes in-situ me hidrogjen është përgjithësisht mbi 1600 ℃, dhe presioni i dhomës së reagimit përgjithësisht kontrollohet nën 2×104 Pa gjatë procesit të gdhendjes.
Pasi sipërfaqja e substratit aktivizohet me anë të gdhendjes in-situ, ajo hyn në procesin e depozitimit kimik të avullit në temperaturë të lartë, domethënë, burimi i rritjes (siç është etileni/propani, TCS/silani), burimi i dopingut (burimi i dopingut të tipit n, azoti, burimi i dopingut të tipit p TMAl) dhe gazi ndihmës si kloruri i hidrogjenit transportohen në dhomën e reagimit përmes një rrjedhe të madhe të gazit bartës (zakonisht hidrogjeni). Pasi gazi reagon në dhomën e reagimit të temperaturës së lartë, një pjesë e pararendësit reagon kimikisht dhe adsorbohet në sipërfaqen e pllakës, dhe një shtresë epitaksiale homogjene 4H-SiC me një kristal të vetëm me një përqendrim specifik dopingu, trashësi specifike dhe cilësi më të lartë formohet në sipërfaqen e substratit duke përdorur substratin 4H-SiC me një kristal të vetëm si shabllon. Pas viteve të tëra eksplorimi teknik, teknologjia homoepitaksiale 4H-SiC është pjekur në thelb dhe përdoret gjerësisht në prodhimin industrial. Teknologjia homoepitaksiale 4H-SiC më e përdorur në botë ka dy karakteristika tipike:
(1) Duke përdorur një substrat të prerë të pjerrët jashtë boshtit (në lidhje me planin kristalor <0001>, drejt drejtimit kristalor <11-20>) si shabllon, një shtresë epitaksiale 4H-SiC me kristal të vetëm me pastërti të lartë pa papastërti depozitohet në substrat në formën e mënyrës së rritjes me rrjedhë hap pas hapi. Rritja e hershme homoepitaksiale 4H-SiC përdori një substrat kristali pozitiv, domethënë planin Si <0001> për rritje. Dendësia e hapave atomikë në sipërfaqen e substratit kristalor pozitiv është e ulët dhe tarracat janë të gjera. Rritja dy-dimensionale e bërthamëzimit është e lehtë të ndodhë gjatë procesit të epitaksi për të formuar SiC kristal 3C (3C-SiC). Me prerje jashtë boshtit, hapa atomikë me dendësi të lartë dhe gjerësi të ngushtë të tarracës mund të futen në sipërfaqen e substratit 4H-SiC <0001>, dhe pararendësi i adsorbuar mund të arrijë në mënyrë efektive pozicionin e hapit atomik me energji sipërfaqësore relativisht të ulët përmes difuzionit sipërfaqësor. Në këtë hap, pozicioni i lidhjes atom/grup molekular pararendës është unik, kështu që në modalitetin e rritjes së rrjedhës së hapit, shtresa epitaksiale mund të trashëgojë në mënyrë të përsosur sekuencën e grumbullimit të shtresës atomike të dyfishtë Si-C të substratit për të formuar një kristal të vetëm me të njëjtën fazë kristalore si substrati.
(2) Rritja epitaksiale me shpejtësi të lartë arrihet duke futur një burim silikoni që përmban klor. Në sistemet konvencionale të depozitimit kimik të avullit të SiC, silani dhe propani (ose etileni) janë burimet kryesore të rritjes. Në procesin e rritjes së shkallës së rritjes duke rritur shkallën e rrjedhjes së burimit të rritjes, ndërsa presioni i pjesshëm i ekuilibrit të përbërësit të silikonit vazhdon të rritet, është e lehtë të formohen grumbuj silikoni me anë të bërthamëzimit homogjen të fazës së gazit, gjë që zvogëlon ndjeshëm shkallën e shfrytëzimit të burimit të silikonit. Formimi i grumbujve të silikonit kufizon shumë përmirësimin e shkallës së rritjes epitaksiale. Në të njëjtën kohë, grumbujt e silikonit mund të shqetësojnë rritjen e rrjedhës së shkallës dhe të shkaktojnë bërthamëzimin e defekteve. Për të shmangur bërthamëzimin homogjen të fazës së gazit dhe për të rritur shkallën e rritjes epitaksiale, futja e burimeve të silikonit me bazë klori është aktualisht metoda kryesore për të rritur shkallën e rritjes epitaksiale të 4H-SiC.
1.2 Pajisjet epitaksiale SiC 200 mm (8 inç) dhe kushtet e procesit
Eksperimentet e përshkruara në këtë punim u kryen të gjitha në një pajisje epitaksiale SiC me mur të nxehtë monolitik horizontal 150/200 mm (6/8 inç) të zhvilluar në mënyrë të pavarur nga Instituti i 48-të i Korporatës së Grupit të Teknologjisë Elektronike të Kinës. Furra epitaksiale mbështet ngarkimin dhe shkarkimin plotësisht automatik të pllakave. Figura 1 është një diagram skematik i strukturës së brendshme të dhomës së reagimit të pajisjes epitaksiale. Siç tregohet në Figurën 1, muri i jashtëm i dhomës së reagimit është një kambanë kuarci me një shtresë të ndërmjetme të ftohur me ujë, dhe pjesa e brendshme e kambanës është një dhomë reagimi me temperaturë të lartë, e cila është e përbërë nga ndjeri karboni me izolim termik, zgavër grafiti special me pastërti të lartë, bazë rrotulluese me gaz grafiti, etj. E gjithë kambana e kuarcit është e mbuluar me një spirale induksioni cilindrike, dhe dhoma e reagimit brenda kambanës nxehet elektromagnetikisht nga një furnizim me energji induksioni me frekuencë të mesme. Siç tregohet në Figurën 1 (b), gazi bartës, gazi i reagimit dhe gazi dopues rrjedhin të gjithë përmes sipërfaqes së pllakës në një rrjedhë laminare horizontale nga rrjedha e sipërme e dhomës së reagimit në rrjedhën e poshtme të dhomës së reagimit dhe shkarkohen nga fundi i gazit të bishtit. Për të siguruar konsistencën brenda pllakës, pllaka e mbajtur nga baza lundruese e ajrit rrotullohet gjithmonë gjatë procesit.
Substrati i përdorur në eksperiment është një substrat komercial SiC i lëmuar dypalësh 4H-SiC i tipit n me diametër 150 mm, 200 mm (6 inç, 8 inç) <1120> me kënd të kundërt 4°, i prodhuar nga Shanxi Shuoke Crystal. Triklorosilani (SiHCl3, TCS) dhe etileni (C2H4) përdoren si burimet kryesore të rritjes në eksperimentin e procesit, ndër të cilët TCS dhe C2H4 përdoren si burim silici dhe burim karboni përkatësisht, azoti me pastërti të lartë (N2) përdoret si burim dopingu i tipit n, dhe hidrogjeni (H2) përdoret si gaz hollues dhe gaz bartës. Diapazoni i temperaturës së procesit epitaksial është 1600 ~1660 ℃, presioni i procesit është 8×103 ~12×103 Pa, dhe shkalla e rrjedhjes së gazit bartës H2 është 100~140 L/min.
1.3 Testimi dhe karakterizimi i pllakave epitaksiale
Spektrometri infra i kuq Furier (prodhuesi i pajisjeve Thermalfisher, modeli iS50) dhe testuesi i përqendrimit të sondës së merkurit (prodhuesi i pajisjeve Semilab, modeli 530L) u përdorën për të karakterizuar mesataren dhe shpërndarjen e trashësisë së shtresës epitaksiale dhe përqendrimit të dopingut; trashësia dhe përqendrimi i dopingut i secilës pikë në shtresën epitaksiale u përcaktuan duke marrë pika përgjatë vijës së diametrit që kryqëzon vijën normale të skajit kryesor të referencës në 45° në qendër të pllakës me heqje të skajit prej 5 mm. Për një pllakë 150 mm, u morën 9 pika përgjatë një vije të vetme diametri (dy diametra ishin pingul me njëri-tjetrin), dhe për një pllakë 200 mm, u morën 21 pika, siç tregohet në Figurën 2. Një mikroskop force atomike (prodhuesi i pajisjeve Bruker, modeli Dimension Icon) u përdor për të zgjedhur zonat 30 μm×30 μm në zonën qendrore dhe zonën e skajit (heqje e skajit prej 5 mm) të pllakës epitaksiale për të testuar vrazhdësinë sipërfaqësore të shtresës epitaksiale; Defektet e shtresës epitaksiale u matën duke përdorur një testues të defekteve sipërfaqësore (prodhuesi i pajisjeve China Electronics). Imazheri 3D u karakterizua nga një sensor radari (modeli Mars 4410 pro) nga Kefenghua.
Koha e postimit: 04 shtator 2024