Дар айни замон, саноати SiC аз 150 мм (6 дюйм) ба 200 мм (8 дюйм) табдил меёбад. Бо мақсади қонеъ кардани талаботи фаврӣ ба вафли калонҳаҷм ва баландсифати SiC гомоэпитаксиалӣ дар саноат, 150мм ва 200мм.Вафли гомоэпитаксиалии 4H-SiCдар субстратҳои ватанӣ бомуваффақият бо истифода аз таҷҳизоти рушди мустақили 200mm SiC эпитаксиалӣ омода карда шуданд. Раванди гомоэпитаксиалӣ барои 150 мм ва 200 мм мувофиқ таҳия карда шуд, ки дар он суръати афзоиши эпитаксиалӣ метавонад аз 60 м/соат зиёд бошад. Ҳангоми вохӯрӣ бо эпитаксияи баландсуръат, сифати вафли эпитаксиалӣ аъло аст. Якрангии ғафсӣ 150 мм ва 200 ммВафли эпитаксиалии SiCмумкин аст дар доираи 1,5% назорат, якрангии консентратсияи камтар аз 3%, зичии нуқсони марговар камтар аз 0,3 зарраҳо / см2 аст, ва решаи эпитаксиалӣ ноҳамворӣ реша миёна мураббаъ Ra камтар аз 0,15nm аст, ва ҳамаи нишондиҳандаҳои раванди аслӣ дар сатҳи пешрафтаи саноат мебошанд.
Карбиди кремний (SiC)яке аз намояндагони масолехи нимнокилхои насли сеюм мебошад. Он дорои хосиятҳои қувваи баланди майдони шикаста, гузариши аълои гармӣ, суръати баланди гардиши электронии пурқувват ва муқовимати радиатсионӣ мебошад. Он иқтидори коркарди энергияи дастгоҳҳои энергетикиро хеле васеъ кардааст ва метавонад ба талаботи хидматрасонии насли ояндаи таҷҳизоти электронии барқ барои дастгоҳҳои дорои қудрати баланд, андозаи хурд, ҳарорати баланд, радиатсияи баланд ва дигар шароити шадид ҷавобгӯ бошад. Он метавонад фазоро кам кунад, истеъмоли қувваи барқро кам кунад ва талаботи хунуккуниро кам кунад. Он ба мошинҳои нави энергетикӣ, нақлиёти роҳи оҳан, шабакаҳои интеллектуалӣ ва дигар соҳаҳо тағйироти инқилобӣ овард. Аз ин рӯ, нимноқилҳои карбиди кремний ҳамчун маводи идеалие эътироф карда шуданд, ки насли ояндаи дастгоҳҳои электронии пурқувватро роҳбарӣ мекунанд. Дар солҳои охир, ба шарофати дастгирии сиёсати миллӣ оид ба рушди саноати нимноқилҳои насли сеюм, тадқиқот ва таҳия ва сохтмони системаи саноати дастгоҳи 150 мм SiC асосан дар Чин анҷом дода шуд ва амнияти занҷири саноатӣ асосан кафолат дода шуд. Аз ин ру, дик-кати саноат тадричан ба назорат кардани арзиши аслй ва баланд бардоштани самаранокй. Тавре ки дар ҷадвали 1 нишон дода шудааст, дар муқоиса бо 150 мм, 200 мм SiC дорои сатҳи истифодаи канори баландтар аст ва истеҳсоли микросхемаҳои ягонаи вафлиро тақрибан 1,8 маротиба зиёд кардан мумкин аст. Пас аз пухта расидани технология, арзиши истеҳсолии як чип метавонад 30% кам карда шавад. Муваффакияти технологии 200 мм воситаи бевоситаи «кам кардани харочот ва баланд бардоштани самаранокй» мебошад, инчунин барои саноати нимнокилхои мамлакати ман «параллель» ва хатто «пешбарй» мебошад.
Тафовут аз раванди дастгоҳи Si,Дастгоҳҳои барқии нимноқилҳои SiCҳама бо қабатҳои эпитаксиалӣ ҳамчун санги асосӣ коркард ва омода карда мешаванд. Вафли эпитаксиалӣ маводи муҳими асосӣ барои дастгоҳҳои барқии SiC мебошанд. Сифати қабати эпитаксиалӣ ҳосили дастгоҳро бевосита муайян мекунад ва арзиши он 20% хароҷоти истеҳсоли чипро ташкил медиҳад. Аз ин рӯ, афзоиши эпитаксиалӣ як пайванди фосилавии муҳим дар дастгоҳҳои барқии SiC мебошад. Ҳудуди болоии сатҳи раванди эпитаксиалӣ тавассути таҷҳизоти эпитаксиалӣ муайян карда мешавад. Дар айни замон, дараҷаи маҳаллисозии таҷҳизоти эпитаксиалии 150 мм SiC дар Чин нисбатан баланд аст, аммо тарҳбандии умумии 200 мм дар айни замон аз сатҳи байналмилалӣ ақиб мемонад. Аз ин рӯ, дар ин мақола бо мақсади ҳалли эҳтиёҷоти таъхирнопазир ва мушкилоти истеҳсоли маводи эпитаксиалии калонҳаҷм ва баландсифат барои рушди саноати нимноқилҳои ватании насли сеюм, дар ин мақола таҷҳизоти эпитаксиалии 200 мм SiC, ки дар кишвари ман бомуваффақият таҳия карда шудаанд, ҷорӣ карда шуда, раванди эпитаксиалӣ омӯхта мешавад. Тавассути оптимизатсияи параметрҳои раванд ба монанди ҳарорати раванд, суръати ҷараёни гази интиқолдиҳанда, таносуби C/Si ва ғайра, якрангии консентратсия <3%, ғафсӣ якрангӣ <1,5%, ноҳамворӣ Ra <0,2 нм ва зичии камбудиҳои марговар <0,3 дона/см2 аз 150 мм ва силиконҳои 200 мм2 силиконҳои мустақил ба вуҷуд омадаанд. печи эпитаксиалии карбид ба даст оварда мешаванд. Сатҳи раванди таҷҳизот метавонад эҳтиёҷоти омодасозии дастгоҳи барқии SiC-ро қонеъ гардонад.
1 Таҷриба
1.1 ПринсипиSiC эпитаксиалӣраванд
Раванди афзоиши гомоэпитаксиалии 4H-SiC асосан 2 марҳилаи калидиро дар бар мегирад, яъне, дар ҳарорати баланд дар макон пошидани субстрат 4H-SiC ва раванди таҳшиншавии буғи якхелаи кимиёвӣ. Мақсади асосии пошидани субстрат дар ҷои ин бартараф кардани зарари зеризаминии субстрат пас аз сайқал додани вафли, моеъи боқимондаи сайқалдиҳӣ, зарраҳо ва қабати оксид мебошад ва метавонад дар сатҳи субстрат бо роҳи etching як сохтори қадами атомии муқаррарӣ ташкил карда шавад. Одатан дар муҳити ҳидрогенӣ кандакорӣ карда мешавад. Мувофиқи талаботи воқеии раванд, миқдори ками гази ёрирасон низ метавонад илова карда шавад, ба монанди хлориди гидроген, пропан, этилен ё силан. Ҳарорати сӯзишвории гидроген дар ин ҷо одатан аз 1 600 ℃ зиёд аст ва фишори камераи реаксия одатан дар ҷараёни коркард аз 2 × 104 Па назорат карда мешавад.
Пас аз он ки сатҳи субстрат тавассути ҷӯйборкунӣ дар ҷои кор фаъол карда мешавад, он ба раванди таҳшиншавии буғи кимиёвии баландҳарорат ворид мешавад, яъне манбаи афзоиш (ба монанди этилен/пропан, TCS/силан), манбаи допинг (нитрогени навъи n, манбаи допинги навъи TMAl) ва тавассути реаксияи газҳои ёрирасон, ба монанди реаксияи гидроген ба ҷараёни газҳои гидроген интиқол дода мешавад. гази интиқолдиҳанда (одатан гидроген). Пас аз реаксияи газ дар камераи реаксияи ҳарорати баланд, як қисми прекурсор ба таври кимиёвӣ реаксия карда, дар сатҳи вафли адсорбсия мешавад ва қабати эпитаксиалии яккристалии якхела 4H-SiC бо консентратсияи мушаххаси допинг, ғафсии мушаххас ва сифати баландтар дар сатҳи субстрат бо истифода аз як кристалл ҳамчун субстрат 4H-SiC ба вуҷуд меояд. Пас аз солҳои кофтукови техникӣ, технологияи гомоэпитаксиалии 4H-SiC асосан ба камол расид ва дар истеҳсолоти саноатӣ васеъ истифода мешавад. Технологияи аз ҳама васеъ истифодашавандаи гомоэпитаксиалии 4H-SiC дар ҷаҳон ду хусусияти хос дорад:
(1) Бо истифода аз меҳвари берун аз меҳвар (нисбат ба ҳамвории кристалл <0001, ба самти кристалл <11-20>) субстрати буришшудаи монеа ҳамчун қолаб, қабати эпитаксиалии яккристаллии 4H-SiC бе ифлосиҳо дар шакли реҷаи афзоиши қадам ба субстрат гузошта мешавад. Дар аввали афзоиши гомоэпитаксиалии 4H-SiC субстрати мусбии кристалл, яъне ҳавопаймои <0001> Si барои афзоиш истифода мешуд. Зичии қадамҳои атомӣ дар рӯи субстрати кристаллии мусбат паст ва террасҳо васеъ мебошанд. Дар ҷараёни эпитаксия афзоиши нуклеатсияи дученака ба осонӣ ба вуҷуд омада, кристалл 3C SiC (3C-SiC) ба вуҷуд меояд. Бо буридани берун аз меҳвар, қадамҳои атомии зичии баланд ва паҳнои тангро дар рӯи субстрати 4H-SiC <0001> ҷорӣ кардан мумкин аст ва прекурсори адсорбшуда ба таври муассир метавонад ба мавқеи қадами атомӣ бо энергияи нисбатан ками рӯизаминӣ тавассути диффузияи сатҳ бирасад. Дар марҳила, мавқеи пайванди пешгузаштаи атом / гурӯҳи молекулавӣ беназир аст, аз ин рӯ дар ҳолати афзоиши ҷараёни қадам, қабати эпитаксиалӣ метавонад пайдарпайии қабати дукаратаи атомии Si-C-ро ба таври комил мерос гирад, то як кристаллро бо ҳамон фазаи кристалл ҳамчун субстрат ташкил кунад.
(2) Рушди эпитаксиалӣ бо суръати баланд тавассути ворид кардани манбаи кремнийи дорои хлор ба даст оварда мешавад. Дар системаҳои муқаррарии буғҳои кимиёвии SiC, силан ва пропан (ё этилен) манбаи асосии афзоиш мебошанд. Дар раванди афзоиши суръати афзоиш тавассути афзоиши суръати ҷараёни манбаи афзоиш, зеро фишори қисман мувозинати ҷузъи кремний афзоиш меёбад, ташаккул додани кластерҳои кремний тавассути ядросозии фазаи якхелаи газ осон аст, ки ин суръати истифодаи манбаи кремнийро ба таври назаррас коҳиш медиҳад. Ташаккули кластерҳои кремний такмили суръати афзоиши эпитаксиалиро хеле маҳдуд мекунад. Дар айни замон, кластерҳои кремний метавонанд афзоиши ҷараёни қадамро халалдор кунанд ва нуклеатсияи нуқсонро ба вуҷуд оранд. Бо мақсади роҳ надодан ба нуклеатсияи якхелаи газ ва баланд бардоштани суръати афзоиши эпитаксиалӣ, ҷорӣ намудани манбаъҳои кремний дар асоси хлор дар айни замон усули асосии баланд бардоштани суръати афзоиши эпитаксиалии 4H-SiC мебошад.
1,2 200 мм (8 дюйм) Таҷҳизоти эпитаксиалии SiC ва шароити раванд
Таҷрибаҳое, ки дар ин мақола тавсиф шудаанд, ҳама дар як таҷҳизоти монолитии уфуқии гарми девори 150/200 мм (6/8 дюйм) гузаронида шуданд, ки аз ҷониби Институти 48-уми Корпоратсияи электроникаи технологии Чин мустақилона таҳия шудааст. Танӯри эпитаксиалӣ боркунӣ ва борфарории вафли пурраи автоматиро дастгирӣ мекунад. Дар расми 1 диаграммаи схематикии сохти дохилии камераи реакционии аппаратураи эпитаксиалй оварда шудааст. Тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст, девори берунии камераи реаксия занги кварси бо қабати об хунукшуда ва даруни занг камераи реаксияи ҳарорати баланд аст, ки аз намаки гармии изолятсия, холигии махсуси графити тоза, графити гази шинокунанда ва ғайра иборат аст. камераи реакционии дохили занги бо қувваи барқи индуксионии миёнабасомад ба таври электромагнитӣ гарм карда мешавад. Тавре ки дар расми 1 (б) нишон дода шудааст, гази интиқолдиҳанда, гази реаксиявӣ ва гази допингӣ ҳама аз рӯи пластинка дар ҷараёни ламинарии уфуқӣ аз болооби камераи реаксия ба поёни камераи реаксия ҷорӣ шуда, аз охири гази думдор хориҷ карда мешаванд. Барои таъмини мувофиқат дар дохили вафли, вафли тавассути пойгоҳи шинокунандаи ҳаво ҳамеша дар ҷараёни раванд гардиш карда мешавад.
Субстрате, ки дар таҷриба истифода мешавад, як субстрати тиҷории 150 мм, 200 мм (6 дюйм, 8 дюйм) <1120> самти 4° берун аз кунҷи гузаронандаи n-навъи 4H-SiC субстрати дуҷонибаи сайқалёфтаи SiC мебошад, ки аз ҷониби Shanxi Shuoke Crystal истеҳсол шудааст. Дар таҷрибаи раванд ҳамчун манбаи асосии афзоиш трихлоросилан (SiHCl3, TCS) ва этилен (C2H4) истифода мешаванд, ки дар байни онҳо TCS ва C2H4 ҳамчун манбаи кремний ва манбаи карбон, нитрогени тозаи баланд (N2) ҳамчун манбаи допинги навъи n ва гидроген (H2) ҳамчун гази обдор истифода мешаванд. Диапазони ҳарорати раванди эпитаксиалӣ 1 600 ~ 1 660 ℃, фишори раванд 8 × 103 ~ 12 × 103 Па ва суръати ҷараёни гази интиқолдиҳандаи H2 100 ~ 140 л/дақ аст.
1.3 Санҷиши вафли эпитаксиалӣ ва тавсифи
Спектрометри инфрасурх Фурье (истеҳсолкунандаи таҷҳизот Thermalfisher, модели iS50) ва санҷиши консентратсияи симоб (истеҳсолкунандаи таҷҳизот Semilab, модели 530L) барои тавсифи миёна ва тақсимоти ғафсии қабати эпитаксиалӣ ва консентратсияи допинг истифода шуданд; ғафсӣ ва консентратсияи допинги ҳар як нуқта дар қабати эпитаксиалӣ бо роҳи гирифтани нуқтаҳое, ки дар хати диаметраш бо хати муқаррарии канори истинод дар 45° дар маркази вафель бо хориҷ кардани канори 5 мм бурида мешаванд, муайян карда шуданд. Барои вафли 150 мм, 9 нуқта дар қад-қади хати ягонаи диаметри (ду диаметр ба ҳамдигар перпендикуляр буданд) ва барои вафли 200 мм, 21 нуқта гирифта шуданд, тавре ки дар расми 2 нишон дода шудааст. Микроскопи қувваи атомӣ (истеҳсолкунандаи таҷҳизот Bruker, модели Dimension Icon) барои интихоби 30 мкм майдони канори майдони канори марказ истифода шуд аз пласти эпитаксиалӣ барои санҷидани ноҳамвории сатҳи қабати эпитаксиалӣ; нуқсонҳои қабати эпитаксиалӣ бо истифода аз санҷиши нуқсонҳои рӯизаминӣ (истеҳсолкунандаи таҷҳизот China Electronics Тасвиргари 3D бо сенсори радарӣ (модели Mars 4410 pro) аз Kefenghua тавсиф карда шуд.
Вақти фиристодан: сентябр-04-2024