Kwa sasa, tasnia ya SiC inabadilika kutoka milimita 150 (inchi 6) hadi milimita 200 (inchi 8). Ili kukidhi mahitaji ya haraka ya wafers kubwa na zenye ubora wa juu za SiC homoepitaxial katika tasnia, milimita 150 na 200.Wafers za homoepitaxial za 4H-SiCziliandaliwa kwa mafanikio kwenye substrates za ndani kwa kutumia vifaa vya ukuaji wa epitaxial vya 200mm SiC vilivyotengenezwa kwa kujitegemea. Mchakato wa homoepitaxial unaofaa kwa 150mm na 200mm ulitengenezwa, ambapo kiwango cha ukuaji wa epitaxial kinaweza kuwa zaidi ya 60um/h. Wakati wa kukidhi epitaxy ya kasi ya juu, ubora wa wafer wa epitaxial ni bora. Unene sawa wa 150 mm na 200 mmVigae vya SiC epitaxialinaweza kudhibitiwa ndani ya 1.5%, usawa wa mkusanyiko ni chini ya 3%, msongamano wa kasoro mbaya ni chini ya chembe 0.3/cm2, na wastani wa ukali wa uso wa epitaxial wa mzizi wa mraba Ra ni chini ya 0.15nm, na viashiria vyote vya mchakato wa msingi viko katika kiwango cha juu cha tasnia.
Kabidi ya Silikoni (SiC)ni mojawapo ya wawakilishi wa vifaa vya semiconductor vya kizazi cha tatu. Ina sifa za nguvu ya uwanja iliyoharibika sana, upitishaji bora wa joto, kasi kubwa ya kuteleza kwa elektroni, na upinzani mkubwa wa mionzi. Imepanua sana uwezo wa usindikaji wa nishati wa vifaa vya umeme na inaweza kukidhi mahitaji ya huduma ya kizazi kijacho cha vifaa vya umeme vya umeme kwa vifaa vyenye nguvu nyingi, saizi ndogo, halijoto ya juu, mionzi ya juu na hali zingine kali. Inaweza kupunguza nafasi, kupunguza matumizi ya nguvu na kupunguza mahitaji ya kupoeza. Imeleta mabadiliko ya mapinduzi kwa magari mapya ya nishati, usafiri wa reli, gridi mahiri na nyanja zingine. Kwa hivyo, semiconductor za kabidi ya silikoni zimetambuliwa kama nyenzo bora itakayoongoza kizazi kijacho cha vifaa vya umeme vya umeme vya nguvu nyingi. Katika miaka ya hivi karibuni, shukrani kwa usaidizi wa sera ya kitaifa kwa ajili ya maendeleo ya tasnia ya semiconductor ya kizazi cha tatu, utafiti na maendeleo na ujenzi wa mfumo wa tasnia ya vifaa vya SiC wa 150 mm umekamilika kimsingi nchini China, na usalama wa mnyororo wa viwanda umehakikishwa kimsingi. Kwa hivyo, mwelekeo wa tasnia umebadilika polepole hadi udhibiti wa gharama na uboreshaji wa ufanisi. Kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la 1, ikilinganishwa na milimita 150, SiC ya milimita 200 ina kiwango cha juu cha matumizi ya makali, na matokeo ya chipsi za wafer moja yanaweza kuongezeka kwa takriban mara 1.8. Baada ya teknolojia kukomaa, gharama ya utengenezaji wa chipsi moja inaweza kupunguzwa kwa 30%. Mafanikio ya kiteknolojia ya milimita 200 ni njia ya moja kwa moja ya "kupunguza gharama na kuongeza ufanisi", na pia ni ufunguo kwa tasnia ya nusu-semiconductor ya nchi yangu "kuendesha sambamba" au hata "kuongoza".
Tofauti na mchakato wa kifaa cha Si,Vifaa vya umeme vya semiconductor vya SiCZote husindikwa na kutayarishwa kwa kutumia tabaka za epitaxial kama jiwe la msingi. Wafers za epitaxial ni nyenzo muhimu za msingi kwa vifaa vya umeme vya SiC. Ubora wa safu ya epitaxial huamua moja kwa moja mavuno ya kifaa, na gharama yake huchangia 20% ya gharama ya utengenezaji wa chips. Kwa hivyo, ukuaji wa epitaxial ni kiungo muhimu cha kati katika vifaa vya umeme vya SiC. Kikomo cha juu cha kiwango cha mchakato wa epitaxial huamuliwa na vifaa vya epitaxial. Kwa sasa, kiwango cha ujanibishaji wa vifaa vya epitaxial vya 150mm SiC nchini China ni cha juu kiasi, lakini mpangilio wa jumla wa 200mm uko nyuma ya kiwango cha kimataifa kwa wakati mmoja. Kwa hivyo, ili kutatua mahitaji ya haraka na matatizo ya vikwazo vya utengenezaji wa nyenzo kubwa na za ubora wa juu za epitaxial kwa ajili ya maendeleo ya tasnia ya ndani ya kizazi cha tatu cha semiconductor, karatasi hii inaanzisha vifaa vya epitaxial vya SiC vya 200 mm vilivyotengenezwa kwa mafanikio katika nchi yangu, na inasoma mchakato wa epitaxial. Kwa kuboresha vigezo vya mchakato kama vile halijoto ya mchakato, kiwango cha mtiririko wa gesi inayobeba, uwiano wa C/Si, n.k., usawa wa mkusanyiko <3%, unene usio sawa <1.5%, ukali wa Ra <0.2 nm na msongamano wa kasoro mbaya <0.3 chembe/cm2 ya 150 mm na 200 mm wafers za epitaxial za SiC zenye tanuru ya epitaxial ya silikoni ya 200 mm iliyotengenezwa kwa kujitegemea hupatikana. Kiwango cha mchakato wa vifaa kinaweza kukidhi mahitaji ya utayarishaji wa kifaa cha nguvu cha SiC cha ubora wa juu.
Jaribio 1
1.1 Kanuni yaEpitaxial ya SiCmchakato
Mchakato wa ukuaji wa homoepitaxial wa 4H-SiC unajumuisha hatua mbili muhimu, yaani, uchongaji wa hali ya juu ndani ya substrate ya 4H-SiC na mchakato wa uwekaji wa mvuke wa kemikali sare. Madhumuni makuu ya uchongaji wa substrate ndani ya substrate ni kuondoa uharibifu wa chini ya substrate baada ya kung'arisha kwa wafer, kioevu cha kung'arisha kilichobaki, chembe na safu ya oksidi, na muundo wa hatua ya kawaida ya atomiki unaweza kuundwa kwenye uso wa substrate kwa uchongaji. Uchongaji wa ndani ya in-si kwa kawaida hufanywa katika angahewa ya hidrojeni. Kulingana na mahitaji halisi ya mchakato, kiasi kidogo cha gesi saidizi kinaweza pia kuongezwa, kama vile kloridi hidrojeni, propane, ethilini au silane. Joto la uchongaji wa hidrojeni ndani ya in-si kwa ujumla huwa juu ya 1600 ℃, na shinikizo la chumba cha mmenyuko kwa ujumla hudhibitiwa chini ya 2×104 Pa wakati wa mchakato wa uchongaji.
Baada ya uso wa substrate kuamilishwa kwa kuchomwa ndani ya situ, huingia katika mchakato wa uwekaji wa mvuke wa kemikali wa halijoto ya juu, yaani, chanzo cha ukuaji (kama vile ethilini/propane, TCS/silane), chanzo cha doping (nitrojeni chanzo cha doping aina ya n, chanzo cha doping aina ya p TAl), na gesi saidizi kama vile kloridi hidrojeni husafirishwa hadi kwenye chumba cha mmenyuko kupitia mtiririko mkubwa wa gesi inayobeba (kawaida hidrojeni). Baada ya gesi kuitikia katika chumba cha mmenyuko wa halijoto ya juu, sehemu ya mtangulizi humenyuka kwa kemikali na kufyonza kwenye uso wa wafer, na safu moja ya epitaxial ya 4H-SiC yenye fuwele moja yenye mkusanyiko maalum wa doping, unene maalum, na ubora wa juu huundwa kwenye uso wa substrate kwa kutumia substrate ya fuwele moja ya 4H-SiC kama kiolezo. Baada ya miaka ya uchunguzi wa kiufundi, teknolojia ya homoepitaxial ya 4H-SiC imekomaa kimsingi na inatumika sana katika uzalishaji wa viwandani. Teknolojia ya homoepitaxial ya 4H-SiC inayotumika sana duniani ina sifa mbili za kawaida:
(1) Kwa kutumia mhimili usio na mhimili (ukilinganisha na ndege ya fuwele ya <0001>, kuelekea mwelekeo wa fuwele ya <11-20>) kama kiolezo, safu ya epitaxial ya fuwele moja ya 4H-SiC yenye usafi wa hali ya juu bila uchafu huwekwa kwenye sehemu ya msingi katika mfumo wa hali ya ukuaji wa mtiririko wa hatua. Ukuaji wa awali wa homoepitaxial ya 4H-SiC ulitumia sehemu ya fuwele chanya, yaani, ndege ya <0001> Si kwa ukuaji. Msongamano wa hatua za atomiki kwenye uso wa sehemu ya fuwele chanya ni mdogo na matuta ni mapana. Ukuaji wa nuclei ya pande mbili ni rahisi kutokea wakati wa mchakato wa epitaxy ili kuunda fuwele ya 3C SiC (3C-SiC). Kwa kukata nje ya mhimili, hatua za atomiki zenye msongamano mkubwa na upana mwembamba wa mtaro zinaweza kuletwa kwenye uso wa sehemu ya msingi ya 4H-SiC <0001>, na mtangulizi aliyenyonywa anaweza kufikia kwa ufanisi nafasi ya hatua ya atomiki na nishati ya chini ya uso kupitia usambazaji wa uso. Katika hatua, nafasi ya kuunganisha atomi/kikundi cha molekuli ni ya kipekee, kwa hivyo katika hali ya ukuaji wa mtiririko wa hatua, safu ya epitaxial inaweza kurithi kikamilifu mlolongo wa upangaji wa safu mbili za atomiki za Si-C za substrate ili kuunda fuwele moja yenye awamu sawa ya fuwele na substrate.
(2) Ukuaji wa kasi ya juu wa epitaxial hupatikana kwa kuanzisha chanzo cha silikoni chenye klorini. Katika mifumo ya kawaida ya uwekaji wa mvuke wa kemikali ya SiC, silane na propane (au ethilini) ndio vyanzo vikuu vya ukuaji. Katika mchakato wa kuongeza kiwango cha ukuaji kwa kuongeza kiwango cha mtiririko wa chanzo cha ukuaji, kadri shinikizo la sehemu ya usawa wa sehemu ya silikoni linavyoendelea kuongezeka, ni rahisi kuunda vikundi vya silikoni kwa kutumia nucleation ya awamu ya gesi inayofanana, ambayo hupunguza kwa kiasi kikubwa kiwango cha matumizi ya chanzo cha silikoni. Uundaji wa vikundi vya silikoni hupunguza sana uboreshaji wa kiwango cha ukuaji wa epitaxial. Wakati huo huo, vikundi vya silikoni vinaweza kuvuruga ukuaji wa mtiririko wa hatua na kusababisha nucleation ya kasoro. Ili kuepuka nucleation ya awamu ya gesi inayofanana na kuongeza kiwango cha ukuaji wa epitaxial, kuanzishwa kwa vyanzo vya silikoni vyenye klorini kwa sasa ndiyo njia kuu ya kuongeza kiwango cha ukuaji wa epitaxial cha 4H-SiC.
Vifaa vya epitaxial vya SiC vya 1.2 mm 200 (inchi 8) na hali ya mchakato
Majaribio yaliyoelezwa katika karatasi hii yote yalifanywa kwenye kifaa cha epitaxial cha ukuta wa moto wa SiC chenye urefu wa 150/200 mm (inchi 6/8) kinacholingana na ukuta wa moto wa SiC chenye urefu wa milimita 150/200 (inchi 6/8) kilichotengenezwa kwa kujitegemea na Taasisi ya 48 ya Shirika la Teknolojia ya Elektroniki la China. Tanuru ya epitaxial inasaidia upakiaji na upakuaji wa wafer kiotomatiki. Mchoro 1 ni mchoro wa kielelezo wa muundo wa ndani wa chumba cha mmenyuko cha vifaa vya epitaxial. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, ukuta wa nje wa chumba cha mmenyuko ni kengele ya quartz yenye safu ya kati iliyopozwa na maji, na ndani ya kengele ni chumba cha mmenyuko cha halijoto ya juu, ambacho kinaundwa na kaboni iliyohisiwa na joto, uwazi maalum wa grafiti, msingi unaozunguka wa gesi ya grafiti, n.k. Kengele nzima ya quartz imefunikwa na koili ya uingizaji ya silinda, na chumba cha mmenyuko ndani ya kengele hupashwa joto kwa njia ya sumakuumeme na usambazaji wa umeme wa uingizaji wa masafa ya kati. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1 (b), gesi ya kubeba, gesi ya mmenyuko, na gesi ya doping zote hutiririka kupitia uso wa wafer katika mtiririko wa laminar mlalo kutoka juu ya chumba cha mmenyuko hadi chini ya chumba cha mmenyuko na hutolewa kutoka mwisho wa gesi ya mkia. Ili kuhakikisha uthabiti ndani ya wafer, wafer iliyobebwa na msingi unaoelea wa hewa huzungushwa kila wakati wakati wa mchakato.
Substrate iliyotumika katika jaribio ni substrate ya kibiashara ya 150 mm, 200 mm (inchi 6, inchi 8) <1120> yenye mwelekeo wa 4°off-angle inayopitisha hewa aina ya n-aina ya 4H-SiC iliyosuguliwa pande mbili ya SiC inayozalishwa na Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) na ethilini (C2H4) hutumika kama vyanzo vikuu vya ukuaji katika jaribio la mchakato, ambapo TCS na C2H4 hutumika kama chanzo cha silikoni na chanzo cha kaboni mtawalia, nitrojeni yenye usafi wa hali ya juu (N2) hutumika kama chanzo cha doping aina ya n, na hidrojeni (H2) hutumika kama gesi ya utenganishaji na gesi ya uchukuzi. Kiwango cha halijoto cha mchakato wa epitaxial ni 1600 ~1660 ℃, shinikizo la mchakato ni 8×103 ~12×103 Pa, na kiwango cha mtiririko wa gesi ya uchukuzi wa H2 ni 100~140 L/min.
1.3 Upimaji na uainishaji wa wafer ya Epitaxial
Spektromita ya infrared ya nne (mtengenezaji wa vifaa Thermalfisher, modeli iS50) na kipimaji cha mkusanyiko wa probe ya zebaki (mtengenezaji wa vifaa Semilab, modeli 530L) zilitumika kubainisha wastani na usambazaji wa unene wa safu ya epitaxial na mkusanyiko wa doping; unene na mkusanyiko wa doping wa kila nukta kwenye safu ya epitaxial ziliamuliwa kwa kuchukua nukta kando ya mstari wa kipenyo unaokatiza mstari wa kawaida wa ukingo mkuu wa marejeleo kwa 45° katikati ya wafer na kuondolewa kwa ukingo wa 5 mm. Kwa wafer ya 150 mm, nukta 9 zilichukuliwa kando ya mstari mmoja wa kipenyo (vipenyo viwili vilikuwa sawa), na kwa wafer ya 200 mm, nukta 21 zilichukuliwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2. Darubini ya nguvu ya atomiki (mtengenezaji wa vifaa Bruker, modeli ya Dimension Icon) ilitumika kuchagua maeneo ya 30 μm×30 μm katika eneo la katikati na eneo la ukingo (kuondolewa kwa ukingo wa 5 mm) wa wafer ya epitaxial ili kujaribu ukali wa uso wa safu ya epitaxial; Kasoro za safu ya epitaxial zilipimwa kwa kutumia kipima kasoro za uso (mtengenezaji wa vifaa vya China Electronics. Kipima picha cha 3D kilikuwa na kihisi cha rada (modeli ya Mars 4410 pro) kutoka Kefenghua.
Muda wa chapisho: Septemba-04-2024