Тренутно, SiC индустрија се трансформише са 150 mm (6 инча) на 200 mm (8 инча). Да би се задовољила хитна потражња за SiC хомоепитаксијалним плочицама великих димензија и високог квалитета у индустрији, користе се плочице од 150 mm и 200 mm.4H-SiC хомоепитаксијалне плочицеУспешно су припремљени на домаћим подлогама коришћењем независно развијене опреме за епитаксијални раст SiC-а од 200 мм. Развијен је хомоепитаксијални поступак погодан за 150 мм и 200 мм, у којем брзина епитаксијалног раста може бити већа од 60 μm/h. Уз задовољавање услова епитаксијалне епитаксијалне дебљине од 150 мм и 200 мм, квалитет епитаксијалне плочице је одличан. Уједначеност дебљине од 150 мм и 200 ммSiC епитаксијалне плочицеможе се контролисати унутар 1,5%, униформност концентрације је мања од 3%, густина фаталних дефеката је мања од 0,3 честице/цм2, а средња квадратна вредност храпавости епитаксијалне површине Ra је мања од 0,15 нм, а сви индикатори основног процеса су на напредном нивоу индустрије.
Силицијум карбид (SiC)је један од представника полупроводничких материјала треће генерације. Има карактеристике високе јачине пробојног поља, одличне топлотне проводљивости, велике брзине дрифта засићења електрона и јаке отпорности на зрачење. Значајно је проширио капацитет обраде енергије енергетских уређаја и може да задовољи захтеве за сервисирање следеће генерације енергетске електронске опреме за уређаје са великом снагом, малом величином, високом температуром, високим зрачењем и другим екстремним условима. Може да смањи простор, смањи потрошњу енергије и смањи потребе за хлађењем. Донео је револуционарне промене у нова енергетска возила, железнички транспорт, паметне мреже и друга поља. Стога су силицијум карбидни полупроводници постали препознати као идеалан материјал који ће предводити следећу генерацију енергетских електронских уређаја велике снаге. Последњих година, захваљујући националној политици подршке за развој полупроводничке индустрије треће генерације, истраживање, развој и изградња система индустрије SiC уређаја од 150 мм су у основи завршени у Кини, а безбедност индустријског ланца је у основи загарантована. Стога се фокус индустрије постепено померао на контролу трошкова и побољшање ефикасности. Као што је приказано у Табели 1, у поређењу са 150 мм, SiC од 200 мм има већу стопу искоришћења ивице, а производња појединачних плочица може се повећати за око 1,8 пута. Након што технологија сазри, трошкови производње једног чипа могу се смањити за 30%. Технолошки пробој од 200 мм је директно средство за „смањење трошкова и повећање ефикасности“, а такође је кључ за полупроводничку индустрију моје земље да „ради паралелно“ или чак „предњачи“.
За разлику од процеса Si уређаја,SiC полупроводнички уређаји за напајањеСви се обрађују и припремају са епитаксијалним слојевима као темељцем. Епитаксијалне плочице су основни материјали за SiC уређаје за напајање. Квалитет епитаксијалног слоја директно одређује принос уређаја, а његова цена чини 20% трошкова производње чипа. Стога је епитаксијални раст суштинска посредна карика у SiC уређајима за напајање. Горња граница нивоа епитаксијалног процеса одређена је епитаксијалном опремом. Тренутно је степен локализације 150 мм SiC епитаксијалне опреме у Кини релативно висок, али укупни распоред 200 мм истовремено заостаје за међународним нивоом. Стога, како би се решиле хитне потребе и проблеми уског грла у производњи великих, висококвалитетних епитаксијалних материјала за развој домаће индустрије полупроводника треће генерације, овај рад представља 200 мм SiC епитаксијално опрему успешно развијену у мојој земљи и проучава епитаксијални процес. Оптимизацијом процесних параметара као што су температура процеса, брзина протока носећег гаса, однос C/Si итд., добијају се униформност концентрације <3%, неуниформност дебљине <1,5%, храпавост Ra <0,2 nm и густина фаталних дефеката <0,3 зрна/цм2 SiC епитаксијалних плочица од 150 mm и 200 mm са независно развијеном пећи за епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епитаксијалну епиак ...
1 експеримент
1.1 ПринципSiC епитаксијалнипроцес
Процес хомоепитаксијалног раста 4H-SiC углавном обухвата 2 кључна корака, наиме, in-situ нагризање 4H-SiC подлоге на високој температури и процес хомогеног хемијског таложења из паре. Главна сврха in-situ нагризања подлоге је уклањање подповршинских оштећења подлоге након полирања плочице, преостале течности за полирање, честица и оксидног слоја, и формирање правилне атомске степенасте структуре на површини подлоге нагризањем. In-situ нагризање се обично изводи у атмосфери водоника. У складу са стварним захтевима процеса, може се додати и мала количина помоћног гаса, као што су хлороводоник, пропан, етилен или силан. Температура in-situ нагризања водоником је генерално изнад 1600 ℃, а притисак у реакционој комори се генерално контролише испод 2×10⁴ Па током процеса нагризања.
Након што се површина подлоге активира in-situ нагризањем, она улази у процес хемијског таложења из парне фазе на високој температури, односно извор раста (као што је етилен/пропан, TCS/силан), извор допирања (извор допирања n-типа азот, извор допирања p-типа TMAl) и помоћни гас као што је хлороводоник се транспортују у реакциону комору кроз велики проток носачког гаса (обично водоника). Након што гас реагује у реакционој комори на високој температури, део прекурсора хемијски реагује и адсорбује се на површини плочице, а на површини подлоге се формира хомогени 4H-SiC епитаксијални слој од монокристала са специфичном концентрацијом допирања, специфичном дебљином и вишим квалитетом користећи монокристалну 4H-SiC подлогу као шаблон. Након година техничког истраживања, 4H-SiC хомоепитаксијална технологија је у основи сазрела и широко се користи у индустријској производњи. Најшире коришћена 4H-SiC хомоепитаксијална технологија у свету има две типичне карактеристике:
(1) Коришћењем ваносне (у односу на кристалну раван <0001>, према правцу кристала <11-20>) косо исечене подлоге као шаблона, епитаксијални слој високо чистог монокристала 4H-SiC без нечистоћа је нанесен на подлогу у облику степенастог раста. Рани хомоепитаксијални раст 4H-SiC користио је позитивну кристалну подлогу, односно <0001> Si раван за раст. Густина атомских степеница на површини позитивне кристалне подлоге је ниска, а терасе су широке. Дводимензионални раст нуклеације се лако одвија током процеса епитаксе да би се формирао 3C кристал SiC (3C-SiC). Ваносним сечењем, атомски степеници високе густине и уске ширине терасе могу се увести на површину 4H-SiC <0001> подлоге, а адсорбовани прекурсор може ефикасно достићи положај атомског степеница са релативно ниском површинском енергијом путем површинске дифузије. У том кораку, положај везивања атома прекурсора/молекуларне групе је јединствен, тако да у режиму раста са степенастим протоком, епитаксијални слој може савршено наследити секвенцу слагања двоструког атомског слоја Si-C супстрата да би формирао један кристал са истом кристалном фазом као и супстрат.
(2) Брзи епитаксијални раст се постиже увођењем извора силицијума који садржи хлор. У конвенционалним системима за хемијско таложење из паре SiC, силан и пропан (или етилен) су главни извори раста. У процесу повећања брзине раста повећањем брзине протока извора раста, како се равнотежни парцијални притисак компоненте силицијума наставља повећавати, лако је формирати кластере силицијума хомогеном нуклеацијом у гасној фази, што значајно смањује стопу искоришћења извора силицијума. Формирање кластера силицијума значајно ограничава побољшање брзине епитаксијалног раста. Истовремено, кластери силицијума могу пореметити раст степенастим током и изазвати нуклеацију дефеката. Да би се избегла хомогена нуклеација у гасној фази и повећала брзина епитаксијалног раста, увођење извора силицијума на бази хлора је тренутно главна метода за повећање брзине епитаксијалног раста 4H-SiC.
1.2 Опрема за епитаксијалну SiC опрему од 200 mm (8 inča) и услови процеса
Експерименти описани у овом раду спроведени су на монолитној хоризонталној епитаксијалној опреми од SiC са топлим зидом, компатибилној са 150/200 мм (6/8 инча), коју је независно развио 48. институт Кинеске корпорације за електронску технологију. Епитаксијална пећ подржава потпуно аутоматско утоваривање и истовар плочица. Слика 1 је шематски дијаграм унутрашње структуре реакционе коморе епитаксијалне опреме. Као што је приказано на слици 1, спољашњи зид реакционе коморе је кварцно звоно са водено хлађеним међуслојем, а унутрашњост звона је реакциона комора високе температуре, која се састоји од топлотно изолованог угљеничног филца, шупљине од високочистог посебног графита, ротирајуће базе од графитног гаса итд. Читаво кварцно звоно је прекривено цилиндричним индукционим калемом, а реакциона комора унутар звона се електромагнетски загрева средњефреквентним индукционим напајањем. Као што је приказано на слици 1 (б), гас носач, реакциони гас и допирајући гас теку кроз површину плочице у хоризонталном ламинарном току од узводно до низводно од реакционе коморе и испуштају се из краја заосталог гаса. Да би се осигурала конзистентност унутар вафле, вафла коју носи ваздушна плутајућа база се увек ротира током процеса.
Подлога која се користи у експерименту је комерцијална проводљива двострано полирана SiC подлога n-типа 4H-SiC димензија <1120>, правац 4° ван угла, произведена од стране Shanxi Shuoke Crystal. Трихлоросилан (SiHCl3, TCS) и етилен (C2H4) коришћени су као главни извори раста у експерименталном процесу, међу којима су TCS и C2H4 коришћени као извор силицијума и угљеника, респективно, азот високе чистоће (N2) се користи као извор допирања n-типа, а водоник (H2) се користи као гас за разблаживање и гас носач. Температурни опсег епитаксијалног процеса је 1 600 ~ 1 660 ℃, процесни притисак је 8×103 ~ 12×103 Pa, а брзина протока гаса носача H2 је 100～140 L/min.
1.3 Епитаксијално тестирање и карактеризација плочица
Фуријеов инфрацрвени спектрометар (произвођач опреме Thermalfisher, модел iS50) и тестер концентрације живе сонде (произвођач опреме Semilab, модел 530L) коришћени су за карактеризацију средње вредности и расподеле дебљине епитаксијалног слоја и концентрације допинга; дебљина и концентрација допинга сваке тачке у епитаксијалном слоју одређене су узимањем тачака дуж линије пречника која сече нормалу главне референтне ивице под углом од 45° у центру плочице са уклањањем ивице од 5 mm. За плочицу од 150 mm, узето је 9 тачака дуж једне линије пречника (два пречника су била нормална један на други), а за плочицу од 200 mm, узето је 21 тачка, као што је приказано на слици 2. Атомски силови микроскоп (произвођач опреме Bruker, модел Dimension Icon) коришћен је за одабир подручја од 30 μm×30 μm у централном подручју и подручју ивице (уклањање ивице од 5 mm) епитаксијалне плочице ради тестирања храпавости површине епитаксијалног слоја; Дефекти епитаксијалног слоја мерени су помоћу уређаја за мерење површинских дефеката (произвођач опреме China Electronics). 3Д снимач је окарактерисан радарским сензором (модел Mars 4410 pro) компаније Kefenghua.
Време објаве: 04.09.2024.