Ayeuna, industri SiC nuju robah ti 150 mm (6 inci) ka 200 mm (8 inci). Pikeun minuhan paménta anu mendesak pikeun wafer homoepitaxial SiC ukuran ageung sareng kualitas luhur dina industri ieu, 150mm sareng 200mmWafer homoepitaxial 4H-SiCparantos hasil disiapkeun dina substrat domestik nganggo alat pertumbuhan epitaksial 200mm SiC anu dikembangkeun sacara mandiri. Prosés homoepitaksial anu cocog pikeun 150mm sareng 200mm parantos dikembangkeun, dimana laju pertumbuhan epitaksial tiasa langkung ageung tibatan 60um/jam. Sanaos nyumponan epitaksi kecepatan tinggi, kualitas wafer epitaksial saé pisan. Keseragaman ketebalan 150 mm sareng 200 mmWafer epitaksial SiCtiasa dikontrol dina 1,5%, keseragaman konsentrasi kirang ti 3%, kapadetan cacad fatal kirang ti 0,3 partikel / cm2, sareng karasana permukaan epitaksial root mean square Ra kirang ti 0,15 nm, sareng sadaya indikator prosés inti aya dina tingkat industri anu maju.
Silikon Karbida (SiC)mangrupikeun salah sahiji wawakil bahan semikonduktor generasi katilu. Éta ngagaduhan ciri kakuatan medan breakdown anu luhur, konduktivitas termal anu saé, kecepatan drift saturasi éléktron anu ageung, sareng résistansi radiasi anu kuat. Éta parantos ngalegaan kapasitas pamrosésan énergi alat-alat listrik sareng tiasa minuhan sarat layanan generasi salajengna tina alat éléktronik daya pikeun alat-alat kalayan kakuatan anu luhur, ukuran alit, suhu anu luhur, radiasi anu luhur sareng kaayaan ekstrim anu sanés. Éta tiasa ngirangan rohangan, ngirangan konsumsi daya sareng ngirangan sarat pendinginan. Éta parantos mawa parobihan révolusionér kana kendaraan énergi énggal, transportasi karéta api, jaringan pinter sareng widang sanésna. Ku alatan éta, semikonduktor silikon karbida parantos dikenal salaku bahan idéal anu bakal mingpin generasi salajengna tina alat éléktronik daya kakuatan anu luhur. Dina sababaraha taun ka pengker, hatur nuhun kana dukungan kawijakan nasional pikeun pamekaran industri semikonduktor generasi katilu, panalungtikan sareng pamekaran sareng konstruksi sistem industri alat SiC 150 mm parantos réngsé di Cina, sareng kaamanan ranté industri parantos dijamin. Ku alatan éta, fokus industri laun-laun ngalih ka kontrol biaya sareng perbaikan efisiensi. Sakumaha anu dipidangkeun dina Tabel 1, dibandingkeun sareng 150 mm, SiC 200 mm ngagaduhan tingkat panggunaan ujung anu langkung luhur, sareng kaluaran chip wafer tunggal tiasa ningkat sakitar 1,8 kali. Saatos téknologi dewasa, biaya manufaktur chip tunggal tiasa dikirangan ku 30%. Kamajuan téknologi 200 mm mangrupikeun cara langsung pikeun "ngurangan biaya sareng ningkatkeun efisiensi", sareng éta ogé konci pikeun industri semikonduktor nagara kuring pikeun "ngajalankeun paralel" atanapi bahkan "lead".
Béda ti prosés alat Si,Alat daya semikonduktor SiCSadayana diolah sareng disiapkeun nganggo lapisan epitaksial salaku landasanna. Wafer epitaksial mangrupikeun bahan dasar anu penting pikeun alat listrik SiC. Kualitas lapisan epitaksial sacara langsung nangtukeun hasil alat, sareng biayana nyumbang 20% tina biaya manufaktur chip. Ku alatan éta, kamekaran epitaksial mangrupikeun tautan antara anu penting dina alat listrik SiC. Wates luhur tingkat prosés epitaksial ditangtukeun ku alat epitaksial. Ayeuna, tingkat lokalisasi alat epitaksial SiC 150mm di Cina relatif luhur, tapi tata letak sakabéhna 200mm tinggaleun ti tingkat internasional dina waktos anu sami. Ku alatan éta, pikeun ngarengsekeun kabutuhan anu penting sareng masalah hambatan manufaktur bahan epitaksial ukuran ageung sareng kualitas luhur pikeun pamekaran industri semikonduktor generasi katilu domestik, makalah ieu ngenalkeun alat epitaksial SiC 200 mm anu suksés dikembangkeun di nagara kuring, sareng nalungtik prosés epitaksial. Ku cara ngaoptimalkeun parameter prosés sapertos suhu prosés, laju aliran gas pamawa, babandingan C/Si, jsb., keseragaman konsentrasi <3%, ketebalan anu henteu seragam <1,5%, karasana Ra <0,2 nm sareng kapadetan cacad fatal <0,3 butir/cm2 tina wafer epitaksial SiC 150 mm sareng 200 mm kalayan tungku epitaksial silikon karbida 200 mm anu dikembangkeun sacara mandiri bakal kahontal. Tingkat prosés alat-alat tiasa nyumponan kabutuhan persiapan alat listrik SiC anu kualitasna luhur.
1 Ékspérimén
1.1 Prinsip tinaSiC epitaksialprosés
Prosés kamekaran homoepitaxial 4H-SiC utamina ngawengku 2 léngkah konci, nyaéta, étsa in-situ suhu luhur tina substrat 4H-SiC sareng prosés déposisi uap kimia homogen. Tujuan utama étsa in-situ substrat nyaéta pikeun miceun karusakan handapeun permukaan substrat saatos pemolesan wafer, sésa cairan pemoles, partikel sareng lapisan oksida, sareng struktur léngkah atom anu teratur tiasa dibentuk dina permukaan substrat ku cara étsa. Étsa in-situ biasana dilaksanakeun dina atmosfir hidrogén. Numutkeun sarat prosés anu saleresna, sajumlah alit gas bantu ogé tiasa ditambihkeun, sapertos hidrogén klorida, propana, étiléna atanapi silana. Suhu étsa hidrogén in-situ umumna di luhur 1 600 ℃, sareng tekanan ruang réaksi umumna dikontrol di handap 2 × 104 Pa salami prosés étsa.
Saatos permukaan substrat diaktipkeun ku cara ngetsa in-situ, éta lebet kana prosés déposisi uap kimia suhu luhur, nyaéta, sumber kamekaran (sapertos etilena/propana, TCS/silane), sumber doping (sumber doping tipe-n nitrogén, sumber doping tipe-p TMAl), sareng gas bantu sapertos hidrogén klorida diangkut ka ruang réaksi ngalangkungan aliran gas pembawa anu ageung (biasana hidrogén). Saatos gas réaksi dina ruang réaksi suhu luhur, sabagian prékursor réaksi sacara kimiawi sareng nyerep dina permukaan wafer, sareng lapisan epitaksial 4H-SiC homogen kristal tunggal kalayan konsentrasi doping khusus, ketebalan khusus, sareng kualitas anu langkung luhur kabentuk dina permukaan substrat nganggo substrat 4H-SiC kristal tunggal salaku citakan. Saatos mangtaun-taun éksplorasi téknis, téknologi homoepitaksial 4H-SiC sacara dasarna parantos dewasa sareng seueur dianggo dina produksi industri. Téhnologi homoepitaksial 4H-SiC anu paling seueur dianggo di dunya gaduh dua ciri khas:
(1) Ngagunakeun substrat potongan miring anu teu saluyu sareng sumbu (relatif kana bidang kristal <0001>, nuju arah kristal <11-20>) salaku citakan, lapisan epitaksial 4H-SiC kristal tunggal murni tanpa pangotor disimpen dina substrat dina bentuk modeu pertumbuhan aliran léngkah. Pertumbuhan homoepitaksial 4H-SiC awal nganggo substrat kristal positif, nyaéta bidang <0001> Si pikeun pertumbuhan. Kapadetan léngkah atom dina permukaan substrat kristal positif rendah sareng terasna lega. Pertumbuhan nukleasi dua diménsi gampang kajadian salami prosés epitaksi pikeun ngabentuk kristal 3C SiC (3C-SiC). Ku cara motong di luar sumbu, léngkah atom anu kapadetan luhur sareng lébar teras anu sempit tiasa diwanohkeun dina permukaan substrat 4H-SiC <0001>, sareng prékursor anu diadsorpsi tiasa sacara efektif ngahontal posisi léngkah atom kalayan énergi permukaan anu relatif rendah ngalangkungan difusi permukaan. Dina léngkahna, posisi beungkeutan atom/gugus molekul prékursor téh unik, jadi dina modeu tumuwuhna aliran léngkah, lapisan epitaksial bisa sacara sampurna ngawaris runtuyan susun lapisan atom ganda Si-C tina substrat pikeun ngabentuk kristal tunggal kalayan fase kristal anu sarua jeung substrat.
(2) Tumuwuhna epitaksial anu gancang kahontal ku cara ngenalkeun sumber silikon anu ngandung klorin. Dina sistem déposisi uap kimia SiC konvensional, silana sareng propana (atanapi etiléna) mangrupikeun sumber tumuh utama. Dina prosés ningkatkeun laju tumuh ku cara ningkatkeun laju aliran sumber tumuh, sabab tekanan parsial kasaimbangan komponén silikon terus ningkat, gampang pikeun ngabentuk gugusan silikon ku nukleasi fase gas homogen, anu sacara signifikan ngirangan laju panggunaan sumber silikon. Pembentukan gugusan silikon ngawatesan pisan paningkatan laju tumuh epitaksial. Dina waktos anu sami, gugusan silikon tiasa ngaganggu tumuh aliran léngkah sareng nyababkeun nukleasi cacad. Pikeun nyingkahan nukleasi fase gas homogen sareng ningkatkeun laju tumuh epitaksial, ngenalkeun sumber silikon berbasis klorin ayeuna mangrupikeun metode utama pikeun ningkatkeun laju tumuh epitaksial 4H-SiC.
1.2 200 mm (8 inci) parabot epitaksial SiC sareng kaayaan prosésna
Ékspérimén-ékspérimén anu dijelaskeun dina ieu tulisan sadayana dilaksanakeun dina alat épitaksial témbok panas SiC horizontal monolitik anu cocog sareng 150/200 mm (6/8 inci) anu dikembangkeun sacara mandiri ku 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Tungku épitaksial ngadukung pemuatan sareng pembongkaran wafer otomatis pinuh. Gambar 1 mangrupikeun diagram skematis struktur internal ruang réaksi alat épitaksial. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 1, témbok luar ruang réaksi nyaéta bel kuarsa kalayan lapisan interlayer anu didinginkan ku cai, sareng bagian jero bel nyaéta ruang réaksi suhu luhur, anu diwangun ku insulasi termal karbon felt, rongga grafit khusus kemurnian tinggi, dasar puteran anu ngambang gas grafit, jsb. Sakabéh bel kuarsa ditutupan ku koil induksi silinder, sareng ruang réaksi di jero bel dipanaskeun sacara éléktromagnétik ku catu daya induksi frékuénsi sedeng. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 1 (b), gas pamawa, gas réaksi, sareng gas doping sadayana ngalir ngaliwatan permukaan wafer dina aliran laminar horizontal ti hulu rohangan réaksi ka hilir rohangan réaksi sareng dikaluarkeun tina tungtung gas buntut. Pikeun mastikeun konsistensi dina wafer, wafer anu dibawa ku dasar hawa anu ngambang salawasna diputer salami prosés.
Substrat anu dianggo dina ékspérimén ieu nyaéta substrat SiC poles dua sisi konduktif tipe-n 4H-SiC arah 4° off-angle komérsial anu dihasilkeun ku Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) sareng etilena (C2H4) dianggo salaku sumber kamekaran utama dina ékspérimén prosés, diantarana TCS sareng C2H4 dianggo salaku sumber silikon sareng sumber karbon, nitrogén murni tinggi (N2) dianggo salaku sumber doping tipe-n, sareng hidrogén (H2) dianggo salaku gas pangenceran sareng gas pamawa. Kisaran suhu prosés epitaksial nyaéta 1 600 ~ 1 660 ℃, tekanan prosés nyaéta 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, sareng laju aliran gas pamawa H2 nyaéta 100 ~ 140 L/mnt.
1.3 Uji coba sareng karakterisasi wafer epitaksial
Spéktrométer infrabeureum Fourier (pabrikan alat Thermalfisher, modél iS50) sareng panguji konsentrasi probe raksa (pabrikan alat Semilab, modél 530L) dianggo pikeun ngacirikeun rata-rata sareng distribusi ketebalan lapisan epitaksial sareng konsentrasi doping; ketebalan sareng konsentrasi doping unggal titik dina lapisan epitaksial ditangtukeun ku cara nyandak titik-titik sapanjang garis diaméter anu motong garis normal ujung rujukan utama dina 45° di tengah wafer kalayan panyabutan ujung 5 mm. Pikeun wafer 150 mm, 9 titik dicandak sapanjang garis diaméter tunggal (dua diaméter silih tegak lurus), sareng pikeun wafer 200 mm, 21 titik dicandak, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2. Mikroskop gaya atom (pabrikan alat Bruker, modél Dimension Icon) dianggo pikeun milih daérah 30 μm × 30 μm di daérah tengah sareng daérah ujung (panyabutan ujung 5 mm) tina wafer epitaksial pikeun nguji karasana permukaan lapisan epitaksial; Cacad lapisan epitaksial diukur nganggo alat uji cacad permukaan (pabrikan alat China Electronics). Imager 3D dicirikeun ku sénsor radar (modél Mars 4410 pro) ti Kefenghua.
Waktos posting: Sep-04-2024