Хәзерге вакытта SiC сәнәгате 150 мм (6 дюйм) тан 200 мм (8 дюйм) га кадәр үзгәрә. Сәнәгатьтә зур күләмле, югары сыйфатлы SiC гомоэпитаксиаль пластиналарына булган кичектергесез ихтыяҗны канәгатьләндерү өчен, 150 мм һәм 200 мм4H-SiC гомеопитаксиаль пластиналармөстәкыйль рәвештә эшләнгән 200 мм SiC эпитаксиаль үстерү җиһазларын кулланып, көнкүреш субстратларында уңышлы әзерләнде. 150 мм һәм 200 мм өчен яраклы гомеопитаксиаль процесс эшләнде, анда эпитаксиаль үсеш тизлеге сәгатенә 60 мкм дан артык булырга мөмкин. Югары тизлекле эпитаксиаль таләпләргә туры китереп, эпитаксиаль пластина сыйфаты бик яхшы. Калынлык бердәйлеге 150 мм һәм 200 мм.SiC эпитаксиаль пластиналары1,5% эчендә контрольдә тотарга мөмкин, концентрация бердәмлеге 3% тан кимрәк, үлемгә китерә торган кимчелек тыгызлыгы 0,3 кисәкчә/см2 тан кимрәк, эпитаксиаль өслек тигезсезлегенең уртача квадрат Ra тамыры 0,15 нм тан кимрәк, һәм барлык төп процесс күрсәткечләре сәнәгатьнең алдынгы дәрәҗәсендә.
Кремний карбиды (SiC)өченче буын ярымүткәргеч материаллары вәкилләренең берсе. Ул югары җимерелү кыры көче, искиткеч җылылык үткәрүчәнлеге, зур электрон туендыру тизлеге һәм көчле нурланышка каршы торучанлык үзенчәлекләренә ия. Ул көч җайланмаларының энергия эшкәртү куәтен шактый киңәйтте һәм югары куәтле, кечкенә зурлыктагы, югары температуралы, югары нурланышлы һәм башка экстремаль шартлардагы җайланмалар өчен киләсе буын көч электрон җиһазларының хезмәт күрсәтү таләпләрен канәгатьләндерә ала. Ул урынны киметә, энергия куллануны киметә һәм суыту таләпләрен киметә ала. Ул яңа энергия транспорт чараларына, тимер юл транспортына, акыллы челтәрләргә һәм башка өлкәләргә революцион үзгәрешләр китерде. Шуңа күрә кремний карбиды ярымүткәргечләре киләсе буын югары куәтле электрон җайланмаларны җитәкләячәк идеаль материал буларак танылды. Соңгы елларда, өченче буын ярымүткәргеч сәнәгатен үстерүгә милли сәясәт ярдәме аркасында, Кытайда 150 мм SiC җайланма сәнәгате системасын тикшерү һәм эшләү һәм төзү эшләре, нигездә, тәмамланды, һәм сәнәгать чылбырының куркынычсызлыгы, нигездә, гарантияләнде. Шуңа күрә, сәнәгатьнең игътибары әкренләп чыгымнарны контрольдә тотуга һәм нәтиҗәлелекне арттыруга күчте. 1 нче таблицада күрсәтелгәнчә, 150 мм белән чагыштырганда, 200 мм SiC югарырак кырый куллану күрсәткеченә ия, һәм бер пластиналы чипларның чыгару күләмен якынча 1,8 тапкыр арттырырга мөмкин. Технология өлгергәннән соң, бер чипның җитештерү бәясен 30% ка киметергә мөмкин. 200 мм технологик ачыш "чыгымнарны киметү һәм нәтиҗәлелекне арттыру"ның турыдан-туры чарасы, һәм ул шулай ук минем илемнең ярымүткәргечләр сәнәгате өчен "параллель эшләү" яки хәтта "алдынгы" булу өчен ачкыч булып тора.
Si җайланмасы процессыннан аерылып тора,SiC ярымүткәргеч көч җайланмаларыбарысы да эпитаксиаль катламнар нигез ташы итеп эшкәртелә һәм әзерләнә. Эпитаксиаль пластиналар SiC көч җайланмалары өчен мөһим төп материаллар булып тора. Эпитаксиаль катламның сыйфаты җайланманың уңышын турыдан-туры билгели, һәм аның бәясе чип җитештерү бәясенең 20% ын тәшкил итә. Шуңа күрә эпитаксиаль үсеш SiC көч җайланмаларында мөһим арадаш звено булып тора. Эпитаксиаль процесс дәрәҗәсенең югары чиге эпитаксиаль җиһазлар белән билгеләнә. Хәзерге вакытта Кытайда 150 мм SiC эпитаксиаль җиһазларының локализация дәрәҗәсе чагыштырмача югары, ләкин шул ук вакытта 200 мм гомуми планлаштыру халыкара дәрәҗәдән артта кала. Шуңа күрә, өченче буын ярымүткәргеч сәнәгатен үстерү өчен зур күләмле, югары сыйфатлы эпитаксиаль материал җитештерүнең кичектергесез ихтыяҗларын һәм киртә проблемаларын хәл итү өчен, бу мәкаләдә минем илдә уңышлы эшләнгән 200 мм SiC эпитаксиаль җиһазлары тәкъдим ителә һәм эпитаксиаль процесс өйрәнелә. Процесс температурасы, ташучы газ агымы тизлеге, C/Si нисбәте һ.б. кебек процесс параметрларын оптимальләштерү юлы белән, мөстәкыйль рәвештә эшләнгән 200 мм кремний карбиды эпитаксиаль миче белән 150 мм һәм 200 мм SiC эпитаксиаль пластиналарының концентрация бердәмлеге <3%, калынлык тигез булмаганлыгы <1,5%, тупаслыгы Ra <0,2 нм һәм үлемгә китерә торган кимчелек тыгызлыгы <0,3 бөртек/см2 алына. Җиһазларның процесс дәрәҗәсе югары сыйфатлы SiC көч җайланмасын әзерләү ихтыяҗларын канәгатьләндерә ала.
1 эксперимент
1.1 ПринципыSiC эпитаксиальпроцесс
4H-SiC гомоэпитаксиаль үсеш процессы, нигездә, 2 төп адымны үз эченә ала, атап әйткәндә, 4H-SiC субстратын югары температурада in situ эшкәртү һәм гомоген химик пар урнаштыру процессы. Субстрат in situ эшкәртүнең төп максаты - пластинаны ялтыратудан соң субстратның җир асты зыянын, калдык ялтырату сыекчасын, кисәкчәләрне һәм оксид катламын бетерү, һәм ялтырату ярдәмендә субстрат өслегендә гадәти атом баскыч структурасы формалашырга мөмкин. In situ эшкәртү гадәттә водород атмосферасында башкарыла. Чын процесс таләпләренә туры китереп, аз күләмдә ярдәмче газ да өстәргә мөмкин, мәсәлән, водород хлориды, пропан, этилен яки силан. In situ водород эшкәртү температурасы, гадәттә, 1600 ℃ тан югарырак, һәм ялтырату процессында реакция камерасының басымы, гадәттә, 2 × 104 Па дан түбән контрольдә тотыла.
Субстрат өслеге in-situ гравюра ярдәмендә активлаштырылганнан соң, ул югары температуралы химик пар чыгару процессына керә, ягъни үсеш чыганагы (мәсәлән, этилен/пропан, TCS/силан), легирлау чыганагы (n-тип легирлау чыганагы азот, p-тип легирлау чыганагы TMal) һәм водород хлориды кебек ярдәмче газ зур ташучы газ агымы (гадәттә водород) аша реакция камерасына күчерелә. Газ югары температуралы реакция камерасында реакциягә кергәннән соң, прекурсорның бер өлеше химик рәвештә реакциягә керә һәм пластина өслегендә адсорбцияләнә, һәм субстрат өслегендә шаблон буларак монокристалл 4H-SiC субстратын кулланып, билгеле бер легирлау концентрациясе, билгеле бер калынлыгы һәм югарырак сыйфаты булган монокристалл гомоген 4H-SiC эпитаксиаль катламы барлыкка килә. Еллар буе техник тикшеренүләрдән соң, 4H-SiC гомоэпитаксиаль технологиясе нигездә өлгерде һәм сәнәгать җитештерүендә киң кулланыла. Дөньяда иң киң кулланыла торган 4H-SiC гомоэпитаксиаль технологиясенең ике типик үзенчәлеге бар:
(1) Шаблон буларак, күчәрдән читтә урнашкан (<0001> кристалл яссылыгына карата, <11-20> кристалл юнәлешенә таба) кыек киселгән субстрат кулланып, субстратка катнашмаларсыз югары сафлыклы монокристалл 4H-SiC эпитаксиаль катламы баскычлы үсеш режимы рәвешендә урнаштырыла. Башта 4H-SiC гомеопитаксиаль үсешендә үсеш өчен уңай кристалл субстраты, ягъни <0001> Si яссылыгы кулланылган. Уңай кристалл субстраты өслегендәге атом баскычларының тыгызлыгы түбән, ә террасалар киң. Эпитаксиаль процесс вакытында 3C кристалл SiC (3C-SiC) формалаштыру өчен ике үлчәмле нуклеация үсеше җиңел була. Күчәрдән читтә урнашкан кисү ярдәмендә 4H-SiC <0001> субстраты өслегенә югары тыгызлыктагы, тар терраса киңлегендәге атом баскычлары кертелергә мөмкин, һәм адсорбцияләнгән прекурсор өслек диффузиясе аша чагыштырмача түбән өслек энергиясе белән атом баскычы позициясенә нәтиҗәле рәвештә ирешә ала. Баскычта, алдагы атом/молекуляр төркем бәйләнеше позициясе уникаль, шуңа күрә баскыч агымы үсеш режимында эпитаксиаль катлам субстратның Si-C икеләтә атом катламы катламнарының катламлашу эзлеклелеген камил рәвештә мирас итеп ала һәм субстрат белән бер үк кристалл фазасы булган монокристалл формалаштыра ала.
(2) Хлорлы кремний чыганагын кертү юлы белән югары тизлекле эпитаксиаль үсешкә ирешелә. Гадәти SiC химик пар урнаштыру системаларында силан һәм пропан (яки этилен) төп үсеш чыганаклары булып тора. Үсеш чыганагы агымы тизлеген арттыру юлы белән үсеш тизлеген арттыру процессында, кремний компонентының тигезлек парциаль басымы артуын дәвам иткәндә, гомоген газ фазасының нуклеациясе юлы белән кремний кластерларын формалаштыру җиңел, бу кремний чыганагын куллану тизлеген сизелерлек киметә. Кремний кластерларының формалашуы эпитаксиаль үсеш тизлегенең яхшыруын сизелерлек чикли. Шул ук вакытта, кремний кластерлары баскыч агымы үсешен бозарга һәм кимчелекле нуклеациягә китерергә мөмкин. Гомоген газ фазасының нуклеациясен булдырмас өчен һәм эпитаксиаль үсеш тизлеген арттыру өчен, хлор нигезендәге кремний чыганакларын кертү хәзерге вакытта 4H-SiC эпитаксиаль үсеш тизлеген арттыруның төп ысулы булып тора.
1.2 200 мм (8 дюйм) SiC эпитаксиаль җиһазлары һәм процесс шартлары
Бу мәкаләдә сурәтләнгән экспериментлар барысы да 48 нче Кытай электроника технологияләре институты корпорациясе тарафыннан мөстәкыйль рәвештә эшләнгән 150/200 мм (6/8 дюйм) зурлыктагы монолит горизонталь кайнар стеналы SiC эпитаксиаль җиһазларында үткәрелде. Эпитаксиаль мич тулысынча автоматик рәвештә пластиналарны йөкләү һәм бушатуны тәэмин итә. 1 нче рәсемдә эпитаксиаль җиһазларның реакция камерасының эчке структурасының схематик диаграммасы күрсәтелгән. 1 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, реакция камерасының тышкы стенасы су белән суытылган катламлы кварц кыңгыравы, ә кыңгыравының эчке өлеше югары температуралы реакция камерасы, ул җылылык изоляцияләүче углерод киез, югары чисталыклы махсус графит куышлыгы, графит газы белән йөзүче әйләнүче нигез һ.б.дан тора. Бөтен кварц кыңгыравы цилиндрик индукцион катушка белән капланган, һәм кыңгыравының эчендәге реакция камерасы урта ешлыклы индукцион электр чыганагы белән электромагнит рәвештә җылытыла. 1 нче рәсемдә (b) күрсәтелгәнчә, ташучы газ, реакция газы һәм кушылма газ барысы да пластина өслеге аша реакция камерасының өске агымыннан реакция камерасының аскы агымына горизонталь ламинар агым белән ага һәм койрык газ очыннан чыгарыла. Пластинада консистенцияне тәэмин итү өчен, һавада йөзүче нигез белән ташылган пластина процесс барышында һәрвакыт әйләндерелә.
Экспериментта кулланылган субстрат - Shanxi Shuoke Crystal тарафыннан җитештерелгән коммерция максатларында кулланылган 150 мм, 200 мм (6 дюйм, 8 дюйм) <1120> юнәлешле 4° почмактан читтә урнашкан үткәргеч n-тип 4H-SiC ике яклы ялтыратылган SiC субстраты. Процесс экспериментында төп үсеш чыганаклары буларак трихлорсилан (SiHCl3, TCS) һәм этилен (C2H4) кулланыла, алар арасында TCS һәм C2H4 кремний чыганагы һәм углерод чыганагы буларак, югары сафлыклы азот (N2) n-тип легирлау чыганагы буларак, ә водород (H2) сыекландыру газы һәм ташучы газ буларак кулланыла. Эпитаксиаль процессның температура диапазоны 1600 ~ 1660 ℃, процесс басымы 8 × 103 ~ 12 × 103 Па, ә H2 ташучы газ агымы тизлеге 100 ~ 140 л/мин.
1.3 Эпитаксиаль пластиналарны сынау һәм характеристика
Эпитаксиаль катлам калынлыгының һәм кушылма концентрациясенең уртача күрсәткечен һәм бүленешен характерлау өчен Фурье инфракызыл спектрометры (җиһаз җитештерүчесе Thermalfisher, iS50 моделе) һәм терекөмеш зонд концентрациясен тикшерүче (җиһаз җитештерүчесе Semilab, 530L моделе) кулланылды; эпитаксиаль катламдагы һәр ноктаның калынлыгы һәм кушылма концентрациясе пластина үзәгендә 45° почмакта төп эталон кырының нормаль сызыгы белән кисешкән диаметр сызыгы буенча нокталарны алып, 5 мм кырын алып ташлау юлы белән билгеләнде. 150 мм пластина өчен бер диаметр сызыгы буенча 9 нокта алынды (ике диаметр бер-берсенә перпендикуляр иде), ә 200 мм пластина өчен 21 нокта алынды, 2 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә. Эпитаксиаль катламның өслек тигезсезлеген тикшерү өчен, эпитаксиаль пластинаның үзәк өлкәсендә һәм кырые өлкәсендә (5 мм кырын алып ташлау) 30 мкм × 30 мкм мәйданнарны сайлап алу өчен атом көче микроскобы (җиһаз җитештерүчесе Bruker, Dimension Icon моделе) кулланылды; Эпитаксиаль катламның кимчелекләре өслек кимчелеген тикшерүче җайланма ярдәмендә үлчәнде (җиһаз җитештерүчесе China Electronics). 3D сурәтләү җайланмасы Kefenghua компаниясенең радар сенсоры (Mars 4410 pro моделе) белән характерланды.
Бастырылган вакыты: 2024 елның 4 сентябре