Häzirki wagtda SiC senagaty 150 mm-den (6 dýuým) 200 mm-e (8 dýuým) öwrülýär. Senagatda uly göwrümli, ýokary hilli SiC gomeopitaksial waferlerine bolan gyssagly islegi kanagatlandyrmak üçin 150 mm we 200 mm4H-SiC gomeopitaksial waferlergaraşsyz işlenip düzülen 200 mm SiC epitaksial ösüş enjamlaryny ulanyp, öý substratlarynda üstünlikli taýýarlanyldy. 150 mm we 200 mm üçin amatly gomeepitaksial proses işlenip düzüldi, onda epitaksial ösüş tizligi sagatda 60 mkm-den ýokary bolup biler. Ýokary tizlikli epitaksial talaplara laýyk gelýän bolsa-da, epitaksial plastinkanyň hili ajaýyp. Galyňlygy birmeňzeşligi 150 mm we 200 mmSiC epitaksial waferleri1,5% aralygynda gözegçilik edilip bilner, konsentrasiýanyň deňligi 3% -den az, ölüm howply kemçilikleriň dykyzlygy 0,3 bölejik/sm2-den az, epitaksial ýüzüň gödekliginiň orta kwadrat Ra köküniň ortaça kwadratlygy 0,15 nm-den az we ähli esasy proses görkezijileri senagatyň ösen derejesinde.
Kremniý karbidi (SiC)Üçünji nesil ýarymgeçiriji materiallarynyň wekilleriniň biridir. Ol ýokary dargama meýdanynyň güýji, ajaýyp ýylylyk geçirijiligi, uly elektron doýgunlygynyň sürüş tizligi we güýçli radiasiýa garşylygy ýaly häsiýetlere eýedir. Ol güýç enjamlarynyň energiýa işläp bejeriş kuwwatyny ep-esli giňeltdi we ýokary kuwwatly, kiçi ölçegli, ýokary temperaturaly, ýokary radiasiýaly we beýleki ekstremal şertlerdäki enjamlar üçin geljekki nesil güýç elektron enjamlarynyň hyzmat talaplaryna laýyk gelip biler. Ol giňişligi azaldyp, energiýa sarp edilişini azaldyp we sowadyş talaplaryny azaldyp biler. Ol täze energiýa ulaglaryna, demir ýol ulaglaryna, akylly torlara we beýleki ugurlara rewolýusiýa üýtgeşmeleri getirdi. Şonuň üçin kremniý karbid ýarymgeçirijileri ýokary kuwwatly kuwwatly elektron enjamlaryň indiki nesline ýolbaşçylyk etjek ideal material hökmünde ykrar edildi. Soňky ýyllarda üçünji nesil ýarymgeçiriji senagatynyň ösüşine milli syýasat goldawynyň netijesinde, Hytaýda 150 mm SiC enjam senagaty ulgamynyň ylmy-barlag işleri we gurluşygy esasan tamamlandy we senagat zynjyrynyň howpsuzlygy esasan kepillendirildi. Şonuň üçin pudagyň üns merkezi çykdajylaryň gözegçiligine we netijeliligiň ýokarlandyrylmagyna geçdi. 1-nji tablisada görkezilişi ýaly, 150 mm bilen deňeşdirilende, 200 mm SiC has ýokary gyra ulanyş derejesine eýedir we ýeke wafer çipleriniň önümçiligi takmynan 1,8 esse artdyrylyp bilner. Tehnologiýa kämilleşenden soň, ýeke çipiň önümçilik çykdajylaryny 30% azaltmaga bolýar. 200 mm tehnologik üstünlik "çykdajylary azaltmak we netijeliligi ýokarlandyrmak" üçin gönüden-göni serişde bolup, şeýle hem meniň ýurdumyň ýarymgeçiriji senagaty üçin "parallel işlemegiň" ýa-da hatda "öňdebarmagyň" açarydyr.
Si enjam prosesinden tapawutlylykda,SiC ýarymgeçiriji güýç enjamlaryhemmesi epitaksial gatlaklar esasy daş hökmünde işlenip taýýarlanýar. Epitaksial plitalar SiC güýç enjamlary üçin möhüm esasy materiallardyr. Epitaksial gatlagyň hili enjamyň öndürijiligini gönüden-göni kesgitleýär we onuň bahasy çip öndürmek üçin çykdajylaryň 20% -ni düzýär. Şonuň üçin epitaksial ösüş SiC güýç enjamlarynda möhüm aralyk halkadyr. Epitaksial proses derejesiniň ýokarky çägi epitaksial enjamlar bilen kesgitlenýär. Häzirki wagtda Hytaýda 150 mm SiC epitaksial enjamlarynyň ýerlileşdiriliş derejesi deňeşdirme boýunça ýokary, ýöne 200 mm-iň umumy düzülişi şol bir wagtyň özünde halkara derejesinden yza galýar. Şonuň üçin, ýerli üçünji nesil ýarymgeçiriji senagatyny ösdürmek üçin uly göwrümli, ýokary hilli epitaksial material önümçiliginiň gyssagly zerurlyklaryny we päsgelçiliklerini çözmek üçin, bu makala meniň ýurdumda üstünlikli işlenip düzülen 200 mm SiC epitaksial enjamlaryny tanyşdyrýar we epitaksial prosesi öwrenýär. Prosesiň temperaturasy, daşaýjy gazyň akymynyň tizligi, C/Si gatnaşygy ýaly proses parametrlerini optimizirlemek arkaly, garaşsyz işlenip düzülen 200 mm kremniý karbid epitaksial peçli 150 mm we 200 mm SiC epitaksial plitalarynyň konsentrasiýa deňligi <3%, galyňlyk deň dälligi <1.5%, gödeklik Ra <0.2 nm we ölüm howply kemçilik dykyzlygy <0.3 däne/sm2 gazanylýar. Enjamyň proses derejesi ýokary hilli SiC güýç enjamlaryny taýýarlamak zerurlyklaryny kanagatlandyryp biler.
1 synag
1.1 PrinsipSiC epitaksialproses
4H-SiC gomoepitaksial ösüş prosesi esasan 2 esasy ädimi öz içine alýar, ýagny 4H-SiC substratynyň ýokary temperaturada in-situ aşındyrylmagy we birmeňzeş himiki bug çökündirilmegi prosesi. Substrat in-situ aşındyrylmagynyň esasy maksady, wafer jylaňdyrylandan soň substratyň ýerasty zeperini, galan jylaňdyryjy suwuklygy, bölejikleri we oksid gatlagyny aýyrmakdyr we aşındyrylyp, substrat ýüzünde yzygiderli atom basgançak gurluşy emele gelip biler. In-situ aşındyrylma adatça wodorod atmosferasynda amala aşyrylýar. Hakyky proses talaplaryna laýyklykda, az mukdarda kömekçi gaz, meselem, wodorod hlorid, propan, etilen ýa-da silan hem goşulyp bilner. In-situ wodorod aşındyrylmasynyň temperaturasy, adatça, 1600 ℃-den ýokarydyr we aşındyrylma prosesinde reaksiýa kamerasynyň basyşy, adatça, 2×104 Pa-dan aşak gözegçilik edilýär.
Substrat ýüzü in-situ aşındyrma arkaly işjeňleşdirilenden soň, ýokary temperaturaly himiki bug çökündi prosesine girýär, ýagny ösüş çeşmesi (etilen/propan, TCS/silan ýaly), lehim çeşmesi (n-tipli lehim çeşmesi azot, p-tipli lehim çeşmesi TMAl) we wodorod hlorid ýaly kömekçi gaz daşaýjy gazyň (köplenç wodorod) uly akymy arkaly reaksiýa kamerasyna daşalýar. Gaz ýokary temperaturaly reaksiýa kamerasynda reaksiýa girenden soň, prekursoryň bir bölegi himiki taýdan reaksiýa girýär we plastina ýüzünde adsorbsiýalanýar we substrat ýüzünde belli bir lehim konsentrasiýasyna, belli bir galyňlygyna we has ýokary hilli bir kristally birmeňzeş 4H-SiC epitaksial gatlagy şablon hökmünde bir kristally 4H-SiC substrat ulanylyp emele gelýär. Tehniki gözlegleriň ýyllaryndan soň, 4H-SiC gomoepitaksial tehnologiýasy esasan kämilleşdi we senagat önümçiliginde giňden ulanylýar. Dünýäde iň köp ulanylýan 4H-SiC gomoepitaksial tehnologiýasynyň iki tipik aýratynlygy bar:
(1) Şablon hökmünde okdan daşary (<0001> kristal tekizligine görä, <11-20> kristal ugry boýunça) egri kesilen substrat ulanylyp, basgançakly ösüş usuly görnüşinde substrata garyndysyz ýokary arassalykly bir kristally 4H-SiC epitaksial gatlagy goýulýar. Irki 4H-SiC gomoepitaksial ösüşde ösüş üçin oňyn kristal substraty, ýagny <0001> Si tekizligi ulanyldy. Oňyn kristal substratynyň ýüzünde atom basgançaklarynyň dykyzlygy pes we terrasalar giň. 3C kristal SiC (3C-SiC) emele getirmek üçin epitaksia prosesi wagtynda iki ölçegli ýadro ösüşi aňsatlyk bilen ýüze çykýar. Okdan daşary kesmek arkaly 4H-SiC <0001> substratynyň ýüzünde ýokary dykyzlykly, dar terras giňligindäki atom basgançaklary girizilip bilner we adsorbsiýa edilen prekursor ýüz diffuziýasy arkaly deňeşdirme boýunça pes ýüz energiýasy bilen atom basgançak ýagdaýyna netijeli ýetip biler. Basgançakda, öňki atom/molekulýar toparyň baglanyşyk ýagdaýy özboluşlydyr, şonuň üçin basgançak akymynyň ösüş režiminde epitaksial gatlak substratyň Si-C goşa atom gatlagynyň üst-üst düzüliş tertibini kämil miras alyp, substrat bilen bir kristal fazasyna eýe bolan ýeke kristal emele getirip biler.
(2) Hlor saklaýan kremniý çeşmesini girizmek arkaly ýokary tizlikli epitaksial ösüş gazanylýar. Adaty SiC himiki bug çökündi ulgamlarynda silan we propan (ýa-da etilen) esasy ösüş çeşmeleri bolup durýar. Ösüş çeşmesiniň akym tizligini ýokarlandyrmak arkaly ösüş tizligini ýokarlandyrmak prosesinde, kremniý komponentiniň deňagramly parsial basyşy artmagyny dowam etdirýän mahaly, kremniý klasterlerini birmeňzeş gaz faza ýadrolaşmasy arkaly döretmek aňsat, bu bolsa kremniý çeşmesiniň ulanylyş tizligini ep-esli azaldýar. Kremniý klasterleriniň emele gelmegi epitaksial ösüş tizliginiň gowulanmagyny ep-esli çäklendirýär. Şol bir wagtyň özünde, kremniý klasterleri basgançak akymynyň ösüşini bozup we kemçilikli ýadrolaşmaga sebäp bolup biler. Birmeňzeş gaz faza ýadrolaşmasynyň öňüni almak we epitaksial ösüş tizligini ýokarlandyrmak üçin, hlor esasly kremniý çeşmelerini girizmek häzirki wagtda 4H-SiC-niň epitaksial ösüş tizligini ýokarlandyrmagyň esasy usulydyr.
1.2 200 mm (8 dýuým) SiC epitaksial enjamlary we proses şertleri
Bu makalada beýan edilen tejribeleriň hemmesi Hytaýyň 48-nji Elektronika Tehnologiýa Topary Korporasiýasy tarapyndan garaşsyz işlenip düzülen 150/200 mm (6/8 dýuým) gabat gelýän monolit gorizontal gyzgyn diwarly SiC epitaksial enjamynda geçirildi. Epitaksial peç doly awtomatiki wafer ýüklemegi we düşürmegi goldaýar. 1-nji surat epitaksial enjamyň reaksiýa kamerasynyň içki gurluşynyň shematiki diagrammasydyr. 1-nji suratda görkezilişi ýaly, reaksiýa kamerasynyň daşky diwary suw bilen sowadylýan aralyk gatlagy bolan kwars jaňydyr we jaňyň iç tarapy ýokary temperaturaly reaksiýa kamerasydyr, ol ýylylyk izolýasiýa uglerodly keçeden, ýokary arassa ýörite grafit boşlugyndan, grafit gazy bilen ýüzýän aýlanýan esasdan we ş.m. ybarat. Tutuş kwars jaňy silindrik induksiýa spiraly bilen örtülen we jaňyň içindäki reaksiýa kamerasy orta ýygylykly induksiýa energiýa çeşmesi bilen elektromagnit usulda gyzdyrylýar. 1-nji suratda (b) görkezilişi ýaly, daşaýjy gaz, reaksiýa gazy we lehimleýji gaz plastinanyň ýüzünden gorizontal laminar akymda reaksiýa kamerasynyň ýokarky akymyndan reaksiýa kamerasynyň aşaky akymyna akýar we guýruk gazynyň ujundan çykarylýar. Plastinanyň içinde yzygiderliligi üpjün etmek üçin, howada ýüzýän esas tarapyndan daşalýan plastin prosesiň dowamynda hemişe aýlanýar.
Synagda ulanylan substrat, Shanxi Shuoke Crystal tarapyndan öndürilen, 150 mm, 200 mm (6 dýuým, 8 dýuým) <1120> ugurly, 4° burçdan daşary geçiriji n-tipli 4H-SiC iki taraply jylaňly SiC substratydyr. Tejribe prosesinde esasy ösüş çeşmeleri hökmünde trihlorsilan (SiHCl3, TCS) we etilen (C2H4) ulanylýar, olaryň arasynda degişlilikde kremniý çeşmesi we uglerod çeşmesi hökmünde TCS we C2H4, n-tipli lehim çeşmesi hökmünde ýokary arassa azot (N2) we suwuklandyryjy gaz we daşaýjy gaz hökmünde wodorod (H2) ulanylýar. Epitaksial prosesiň temperatura diapazony 1 600 ~ 1 660 ℃, proses basyşy 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa we H2 daşaýjy gaz akym tizligi 100 ~ 140 L/min.
1.3 Epitaksial wafer synagy we häsiýetlendirmesi
Epitaksial gatlagyň galyňlygynyň we doping konsentrasiýasynyň ortaça we paýlanyşyny häsiýetlendirmek üçin Furýe infragyzyl spektrometri (enjam öndüriji Thermalfisher, model iS50) we simap zondynyň konsentrasiýasyny barlaýjy (enjam öndüriji Semilab, model 530L) ulanyldy; epitaksial gatlagyň her bir nokadynyň galyňlygy we doping konsentrasiýasy, 5 mm gyra aýrylyp, waferiň merkezinde 45°-da esasy salgylanma gyrasynyň adaty çyzygy bilen kesişýän diametr çyzygy boýunça nokatlary almak arkaly kesgitlenildi. 150 mm wafer üçin bir diametr çyzygy boýunça 9 nokat alyndy (iki diametr biri-birine perpendikulýardy) we 200 mm wafer üçin 21 nokat alyndy, 2-nji suratda görkezilişi ýaly. Epitaksial gatlagyň ýüzüniň gödekligini barlamak üçin epitaksial waferiň merkezi meýdanynda we gyra meýdanynda (5 mm gyra aýrylmagy) 30 μm × 30 μm meýdanlary saýlamak üçin atom güýji mikroskopy (enjam öndüriji Bruker, model Dimension Icon) ulanyldy; Epitaksial gatlagyň kemçilikleri ýüzleý kemçilikleri barlaýjy enjam (enjam öndürijisi Hytaý Elektronika) arkaly ölçeldi. 3D şekil enjamy Kefenghua kompaniýasynyň radar sensory (Mars 4410 pro modeli) bilen häsiýetlendirildi.
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 4-nji sentýabry