Айни замон, саноати SiC аз 150 мм (6 дюйм) ба 200 мм (8 дюйм) табдил меёбад. Барои қонеъ кардани талаботи фаврӣ ба пластинаҳои гомоэпитаксиалии SiC бо андозаи калон ва баландсифат дар саноат, 150 мм ва 200 мм...Вафлиҳои гомеопитаксиалии 4H-SiCбомуваффақият дар субстратҳои ватанӣ бо истифода аз таҷҳизоти парвариши эпитаксиалии SiC 200 мм, ки мустақилона таҳия шудаанд, омода карда шуданд. Раванди гомеопитаксиалӣ, ки барои 150 мм ва 200 мм мувофиқ аст, таҳия карда шуд, ки дар он суръати афзоиши эпитаксиалӣ метавонад аз 60 мкм/соат зиёдтар бошад. Ҳангоми қонеъ кардани талаботи эпитаксиалии баландсуръат, сифати вафли эпитаксиалӣ аъло аст. Яксонии ғафсӣ 150 мм ва 200 ммВафли эпитаксиалии SiCметавонад дар давоми 1.5% назорат карда шавад, якрангии консентратсия камтар аз 3%, зичии нуқсони марговар камтар аз 0.3 зарра/см2 ва ноҳамвории сатҳи эпитаксиалӣ, ки решаи миёнаи квадратии Ra-ро ташкил медиҳад, камтар аз 0.15 нм аст ва ҳамаи нишондиҳандаҳои раванди аслӣ дар сатҳи пешрафтаи саноат қарор доранд.
Карбиди кремний (SiC)яке аз намояндагони маводҳои нимноқилҳои насли сеюм мебошад. Он дорои хусусиятҳои қувваи баланди майдони вайроншавӣ, гузаронандагии аълои гармӣ, суръати баланди сершавии электронҳо ва муқовимати қавии радиатсия мебошад. Он иқтидори коркарди энергияи дастгоҳҳои барқиро хеле васеъ кардааст ва метавонад ба талаботи хидматрасонии таҷҳизоти электронии барқии насли оянда барои дастгоҳҳо бо қувваи баланд, андозаи хурд, ҳарорати баланд, радиатсияи баланд ва дигар шароити шадид ҷавобгӯ бошад. Он метавонад фазо кам кунад, истеъмоли энергияро кам кунад ва талаботи хунуккуниро кам кунад. Он ба воситаҳои нақлиёти нави энергетикӣ, нақлиёти роҳи оҳан, шабакаҳои интеллектуалӣ ва дигар соҳаҳо тағйироти инқилобӣ ворид кардааст. Аз ин рӯ, нимноқилҳои карбидии кремний ҳамчун маводи беҳтарине эътироф шудаанд, ки насли ояндаи дастгоҳҳои электронии барқии баландқудратро роҳбарӣ мекунад. Дар солҳои охир, ба шарофати дастгирии сиёсати миллӣ барои рушди саноати нимноқилҳои насли сеюм, таҳқиқот ва таҳия ва сохтмони системаи саноати дастгоҳҳои SiC 150 мм дар Чин асосан ба анҷом расонида шудаанд ва амнияти занҷираи саноатӣ асосан кафолат дода шудааст. Аз ин рӯ, таваҷҷӯҳи соҳа тадриҷан ба назорати хароҷот ва беҳтар кардани самаранокӣ равона шудааст. Тавре ки дар Ҷадвали 1 нишон дода шудааст, дар муқоиса бо 150 мм, SiC 200 мм сатҳи истифодаи канори баландтар дорад ва ҳосили чипҳои вафлии якхеларо тақрибан 1,8 маротиба зиёд кардан мумкин аст. Пас аз пухта расидани технология, арзиши истеҳсоли як чипро 30% кам кардан мумкин аст. Пешрафти технологӣ дар 200 мм воситаи мустақими "кам кардани хароҷот ва баланд бардоштани самаранокӣ" аст ва инчунин калиди "мувозӣ кор кардан" ё ҳатто "пешсафӣ"-и саноати нимноқилҳои кишвари ман аст.
Аз раванди дастгоҳи Si фарқ мекунад,Дастгоҳҳои барқии нимноқилҳои SiCҳама бо қабатҳои эпитаксиалӣ ҳамчун санги асосӣ коркард ва омода карда мешаванд. Вафлҳои эпитаксиалӣ маводи асосии муҳим барои дастгоҳҳои барқии SiC мебошанд. Сифати қабати эпитаксиалӣ мустақиман ҳосилнокии дастгоҳро муайян мекунад ва арзиши он 20% арзиши истеҳсоли чипро ташкил медиҳад. Аз ин рӯ, афзоиши эпитаксиалӣ як ҳалқаи муҳими миёнаравӣ дар дастгоҳҳои барқии SiC мебошад. Ҳадди болоии сатҳи раванди эпитаксиалӣ аз ҷониби таҷҳизоти эпитаксиалӣ муайян карда мешавад. Дар айни замон, дараҷаи маҳаллисозии таҷҳизоти эпитаксиалии SiC 150 мм дар Чин нисбатан баланд аст, аммо тарҳбандии умумии 200 мм дар айни замон аз сатҳи байналмилалӣ қафо мемонад. Аз ин рӯ, барои ҳалли ниёзҳои фаврӣ ва мушкилоти монеаҳои истеҳсоли маводи эпитаксиалии андозаи калон ва баландсифат барои рушди саноати нимноқилҳои насли сеюми ватанӣ, ин мақола таҷҳизоти эпитаксиалии SiC 200 мм-ро, ки дар кишвари ман бомуваффақият таҳия шудааст, муаррифӣ мекунад ва раванди эпитаксиалиро меомӯзад. Бо роҳи беҳсозии параметрҳои раванд, ба монанди ҳарорати раванд, суръати ҷараёни гази интиқолдиҳанда, таносуби C/Si ва ғайра, якрангии консентратсия <3%, нобаробарии ғафсӣ <1.5%, ноҳамвории Ra <0.2 нм ва зичии нуқсони марговар <0.3 донаҳо/см2 аз пластинаҳои эпитаксиалии SiC 150 мм ва 200 мм бо кӯраи эпитаксиалии карбиди кремний 200 мм, ки мустақилона таҳия шудаанд, ба даст оварда мешавад. Сатҳи раванди таҷҳизот метавонад ба ниёзҳои омодасозии дастгоҳи барқии SiC босифат ҷавобгӯ бошад.
1 Таҷриба
1.1 ПринсипиSiC эпитаксиалӣраванд
Раванди афзоиши гомеопитаксиалии 4H-SiC асосан аз 2 марҳилаи асосӣ иборат аст, яъне кандакории дарунии ҳарорати баланд дар зеризаминии субстрати 4H-SiC ва раванди ҷойгиркунии буғи кимиёвии якхела. Мақсади асосии кандакории дарунии субстрат бартараф кардани осеби зеризаминии субстрат пас аз сайқал додани вафли, моеъи боқимондаи сайқалдиҳӣ, зарраҳо ва қабати оксид мебошад ва бо кандакорӣ дар сатҳи субстрат сохтори зинаи атомии муқаррарӣ ташкил карда мешавад. Кандакории дарунии он одатан дар атмосфераи гидроген анҷом дода мешавад. Мувофиқи талаботи воқеии раванд, миқдори ками гази ёрирасон, ба монанди хлориди гидроген, пропан, этилен ё силан низ илова карда мешавад. Ҳарорати кандакории дарунии гидроген одатан аз 1600 ℃ болотар аст ва фишори камераи реаксия одатан дар раванди кандакорӣ дар зери 2×104 Па назорат карда мешавад.
Пас аз фаъол шудани сатҳи субстрат бо роҳи кандакорӣ дар ҷои худ, он ба раванди ҷойгиркунии буғи кимиёвии ҳарорати баланд, яъне манбаи афзоиш (масалан, этилен/пропан, TCS/силан), манбаи допинг (нитрогени манбаи допинги навъи n, манбаи допинги навъи p TMAl) ва гази ёрирасон, ба монанди хлориди гидроген, тавассути ҷараёни калони гази интиқолдиҳанда (одатан гидроген) ба камераи реаксия интиқол дода мешаванд. Пас аз реаксияи газ дар камераи реаксияи ҳарорати баланд, қисми прекурсор ба таври кимиёвӣ реаксия карда, дар сатҳи вафл адсорбсия мешавад ва дар сатҳи субстрат бо истифода аз субстрати яккристаллии 4H-SiC ҳамчун қолаб, қабати эпитаксиалии якхелаи 4H-SiC бо консентратсияи мушаххаси допинг, ғафсии мушаххас ва сифати баландтар ташкил карда мешавад. Пас аз солҳои ҷустуҷӯи техникӣ, технологияи гомоэпитаксиалии 4H-SiC асосан пухта расидааст ва дар истеҳсолоти саноатӣ васеъ истифода мешавад. Технологияи гомоэпитаксиалии 4H-SiC, ки дар ҷаҳон васеъ истифода мешавад, ду хусусияти хос дорад:
(1) Бо истифода аз як субстрати буриши каҷ аз меҳвар (нисбат ба сатҳи кристаллии <0001>, ба самти самти кристаллии <11-20>) ҳамчун қолаб, қабати эпитаксиалии монокристаллии 4H-SiC бо тозагии баланд бе ифлосӣ дар шакли ҳолати афзоиши ҷараёни зина ба зина ба субстрат гузошта мешавад. Афзоиши аввали гомеопитаксиалии 4H-SiC барои афзоиш субстрати кристаллии мусбат, яъне сатҳи <0001> Si-ро истифода бурд. Зичии зинаҳои атомӣ дар сатҳи субстрати кристаллии мусбат паст ва террасаҳо васеъ мебошанд. Афзоиши дученака дар раванди эпитакси барои ташкили кристаллии 3C SiC (3C-SiC) ба осонӣ ба амал меояд. Бо буридани берун аз меҳвар, зинаҳои атомии зичии баланд ва паҳнои террасаи тангро дар сатҳи субстрати 4H-SiC <0001> ворид кардан мумкин аст ва прекурсори адсорбсияшуда метавонад ба таври муассир ба мавқеи зинаи атомӣ бо энергияи нисбатан пасти сатҳ тавассути диффузияи сатҳӣ бирасад. Дар зина, мавқеи пайванди атоми пешгузашта/гурӯҳи молекулавӣ беназир аст, аз ин рӯ, дар ҳолати афзоиши ҷараёни зина, қабати эпитаксиалӣ метавонад пайдарпайии қабати атомии дугонаи Si-C-и субстратро ба таври комил мерос гирад, то як кристаллро бо ҳамон фазаи кристаллӣ бо субстрат ташкил диҳад.
(2) Афзоиши эпитаксиалии баландсуръат бо ворид кардани манбаи кремнийи дорои хлор ба даст оварда мешавад. Дар системаҳои анъанавии буғгузории кимиёвии SiC, силан ва пропан (ё этилен) манбаъҳои асосии афзоиш мебошанд. Дар раванди афзоиши суръати афзоиш бо афзоиши суръати ҷараёни манбаи афзоиш, бо афзоиши фишори парсиалии мувозинати ҷузъи кремний, ташкили кластерҳои кремний бо роҳи ядрошавии фазаи газии якхела осон аст, ки суръати истифодаи манбаи кремнийро ба таври назаррас коҳиш медиҳад. Ташаккули кластерҳои кремний беҳтар шудани суръати афзоиши эпитаксиалиро хеле маҳдуд мекунад. Дар айни замон, кластерҳои кремний метавонанд афзоиши ҷараёни зинаро халалдор кунанд ва боиси нуклеатсияи нуқсон шаванд. Барои пешгирӣ аз ядрошавии фазаи газии якхела ва афзоиши суръати афзоиши эпитаксиалӣ, ҷорӣ кардани манбаъҳои кремнийи дар асоси хлор айни замон усули асосии афзоиши суръати афзоиши эпитаксиалии 4H-SiC мебошад.
Таҷҳизоти эпитаксиалии 1.2 200 мм (8 дюйм) SiC ва шароити раванд
Таҷрибаҳое, ки дар ин мақола тавсиф шудаанд, ҳама дар таҷҳизоти эпитаксиалии гарми девори гарми уфуқии монолитӣ бо андозаи 150/200 мм (6/8 дюйм), ки мустақилона аз ҷониби Институти 48-уми Корпоратсияи Гурӯҳи Технологияҳои Электроникаи Чин таҳия шудааст, гузаронида шуданд. Кӯраи эпитаксиалӣ боркунӣ ва холӣ кардани вафли пурра автоматиро дастгирӣ мекунад. Расми 1 диаграммаи схематикии сохтори дохилии камераи реаксияи таҷҳизоти эпитаксиалӣ мебошад. Тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст, девори берунии камераи реаксия занги кварсӣ бо қабати байниҳамдигарии бо об хунукшуда ва даруни занг камераи реаксияи баландҳарорат аст, ки аз намадҳои гармидиҳии карбонӣ, ковокии махсуси графити тозагии баланд, пойгоҳи гардиши шинокунандаи гази графитӣ ва ғайра иборат аст. Тамоми занги кварсӣ бо спирали индуксионии силиндрӣ пӯшонида шудааст ва камераи реаксия дар дохили занг бо манбаи барқи индуксионии басомади миёна электромагнитӣ гарм карда мешавад. Тавре ки дар расми 1 (b) нишон дода шудааст, гази интиқолдиҳанда, гази реаксия ва гази легиркунанда ҳама аз сатҳи вафли дар ҷараёни ламинарии уфуқӣ аз болооби камераи реаксия ба поёноби камераи реаксия мегузаранд ва аз нӯги гази дум холӣ карда мешаванд. Барои таъмини мувофиқат дар дохили вафли, вафли интиқолшаванда аз ҷониби пойгоҳи шинокунандаи ҳавоӣ ҳамеша дар давоми раванд чарх мезанад.
Субстрате, ки дар таҷриба истифода шудааст, як субстрати сайқалёфтаи дутарафаи SiC бо диаметри 150 мм, 200 мм (6 дюйм, 8 дюйм) <1120> бо самти 4° берун аз кунҷи гузаронандаи навъи n-4H-SiC мебошад, ки аз ҷониби Shanxi Shuoke Crystal истеҳсол шудааст. Дар таҷриба трихлорсилан (SiHCl3, TCS) ва этилен (C2H4) ҳамчун манбаъҳои асосии афзоиш истифода мешаванд, ки дар байни онҳо TCS ва C2H4 мутаносибан ҳамчун манбаи кремний ва манбаи карбон, нитрогени тозаи баланд (N2) ҳамчун манбаи допинги навъи n ва гидроген (H2) ҳамчун гази обёрӣ ва гази интиқолдиҳанда истифода мешаванд. Диапазони ҳарорати раванди эпитаксиалӣ 1600 ~ 1660 ℃, фишори раванд 8×103 ~ 12×103 Па ва суръати ҷараёни гази интиқолдиҳандаи H2 100 ~ 140 л/дақ аст.
1.3 Санҷиш ва тавсифи вафли эпитаксиалӣ
Спектрометри инфрасурхи Фурйе (истеҳсолкунандаи таҷҳизот Thermalfisher, модели iS50) ва санҷандаи консентратсияи зондҳои симоб (истеҳсолкунандаи таҷҳизот Semilab, модели 530L) барои тавсифи миёна ва тақсимоти ғафсии қабати эпитаксиалӣ ва консентратсияи легиркунӣ истифода шуданд; ғафсӣ ва консентратсияи легиркунии ҳар як нуқта дар қабати эпитаксиалӣ бо гирифтани нуқтаҳо дар баробари хати диаметр, ки бо хати муқаррарии канори асосии истинодӣ дар 45° дар маркази пластина бо хориҷ кардани канори 5 мм бурида мешаванд, муайян карда шуданд. Барои пластинаи 150 мм, 9 нуқта дар баробари хати ягонаи диаметрӣ гирифта шуд (ду диаметр ба якдигар амудӣ буданд) ва барои пластинаи 200 мм, 21 нуқта гирифта шуд, чунон ки дар расми 2 нишон дода шудааст. Барои интихоби минтақаҳои 30 мкм × 30 мкм дар минтақаи марказӣ ва минтақаи канорӣ (хориҷ кардани канори 5 мм)-и пластинаи эпитаксиалӣ барои санҷидани ноҳамвории сатҳи қабати эпитаксиалӣ, микроскопи қувваи атомӣ (истеҳсолкунандаи таҷҳизот Bruker, модели Dimension Icon) истифода шуд; Нуқсонҳои қабати эпитаксиалӣ бо истифода аз санҷандаи нуқсонҳои сатҳӣ (истеҳсолкунандаи таҷҳизот China Electronics) чен карда шуданд. Тасвиргари сеандоза бо сенсори радарӣ (модели Mars 4410 pro) аз Kefenghua тавсиф карда шуд.
Вақти нашр: 04 сентябри соли 2024