Hozirgi vaqtda SiC sanoati 150 mm (6 dyuym) dan 200 mm (8 dyuym) ga o'tmoqda. Sanoatda katta o'lchamli, yuqori sifatli SiC gomeopitaksial plastinkalariga bo'lgan shoshilinch talabni qondirish uchun 150 mm va 200 mm4H-SiC gomeopitaksial plastinkalarMustaqil ravishda ishlab chiqilgan 200 mm SiC epitaksial o'sish uskunasi yordamida maishiy substratlarda muvaffaqiyatli tayyorlandi. 150 mm va 200 mm uchun mos keladigan gomeopitaksial jarayon ishlab chiqildi, unda epitaksial o'sish tezligi soatiga 60 mkm dan yuqori bo'lishi mumkin. Yuqori tezlikdagi epitaksial talablarga javob bergan holda, epitaksial plastinka sifati juda yaxshi. Qalinligi bir xilligi 150 mm va 200 mm.SiC epitaksial plitalari1,5% ichida nazorat qilinishi mumkin, konsentratsiya bir xilligi 3% dan kam, halokatli nuqson zichligi 0,3 zarracha/sm2 dan kam va epitaksial sirt pürüzlülüğünün o'rtacha kvadrat Ra ildizi 0,15 nm dan kam va barcha asosiy jarayon ko'rsatkichlari sanoatning ilg'or darajasida.
Silikon karbid (SiC)uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallarining vakillaridan biridir. U yuqori parchalanish maydonining kuchliligi, ajoyib issiqlik o'tkazuvchanligi, katta elektron to'yinganlik tezligi va kuchli radiatsiya qarshiligi xususiyatlariga ega. U energiya qurilmalarining energiyani qayta ishlash quvvatini sezilarli darajada kengaytirdi va yuqori quvvatli, kichik o'lchamli, yuqori haroratli, yuqori radiatsiyali va boshqa ekstremal sharoitlarga ega qurilmalar uchun keyingi avlod elektr elektron uskunalarining xizmat ko'rsatish talablariga javob bera oladi. U joyni kamaytirishi, energiya sarfini kamaytirishi va sovutish talablarini kamaytirishi mumkin. Bu yangi energiya vositalari, temir yo'l transporti, aqlli tarmoqlar va boshqa sohalarda inqilobiy o'zgarishlarni olib keldi. Shuning uchun kremniy karbid yarimo'tkazgichlari keyingi avlod yuqori quvvatli elektron qurilmalarni yetaklaydigan ideal material sifatida tan olindi. So'nggi yillarda uchinchi avlod yarimo'tkazgich sanoatini rivojlantirish bo'yicha milliy siyosatni qo'llab-quvvatlash tufayli Xitoyda 150 mm SiC qurilma sanoati tizimini tadqiq qilish va ishlab chiqish va qurish ishlari asosan yakunlandi va sanoat zanjirining xavfsizligi asosan kafolatlandi. Shuning uchun sanoatning diqqat markazida asta-sekin xarajatlarni nazorat qilish va samaradorlikni oshirishga o'tildi. 1-jadvalda ko'rsatilganidek, 150 mm bilan solishtirganda, 200 mm SiC yuqori chekka foydalanish darajasiga ega va bitta plastinka chiplarining chiqishi taxminan 1,8 baravarga oshirilishi mumkin. Texnologiya yetuklashgandan so'ng, bitta chipning ishlab chiqarish tannarxi 30% ga kamayishi mumkin. 200 mm texnologik yutuq "xarajatlarni kamaytirish va samaradorlikni oshirish" ning bevosita vositasidir va bu mening mamlakatim yarimo'tkazgich sanoati uchun "parallel ishlash" yoki hatto "yetakchilik qilish" kalitidir.
Si qurilmasi jarayonidan farqli o'laroq,SiC yarimo'tkazgichli quvvat qurilmalaribarchasi epitaksial qatlamlar poydevor sifatida qayta ishlanadi va tayyorlanadi. Epitaksial plitalar SiC quvvat qurilmalari uchun muhim asosiy materiallardir. Epitaksial qatlamning sifati qurilmaning hosildorligini bevosita belgilaydi va uning narxi chip ishlab chiqarish narxining 20% ni tashkil qiladi. Shuning uchun, epitaksial o'sish SiC quvvat qurilmalarida muhim oraliq bo'g'in hisoblanadi. Epitaksial jarayon darajasining yuqori chegarasi epitaksial uskunalar bilan belgilanadi. Hozirgi vaqtda Xitoyda 150 mm SiC epitaksial uskunalarining mahalliylashtirish darajasi nisbatan yuqori, ammo 200 mm ning umumiy joylashuvi xalqaro darajadan bir vaqtning o'zida orqada qolmoqda. Shuning uchun, mahalliy uchinchi avlod yarimo'tkazgich sanoatini rivojlantirish uchun katta o'lchamli, yuqori sifatli epitaksial material ishlab chiqarishning shoshilinch ehtiyojlari va to'siq muammolarini hal qilish maqsadida, ushbu maqolada mening mamlakatimda muvaffaqiyatli ishlab chiqilgan 200 mm SiC epitaksial uskunalari taqdim etiladi va epitaksial jarayon o'rganiladi. Jarayon harorati, tashuvchi gaz oqim tezligi, C/Si nisbati va boshqalar kabi jarayon parametrlarini optimallashtirish orqali mustaqil ravishda ishlab chiqilgan 200 mm kremniy karbidli epitaksial pechga ega 150 mm va 200 mm SiC epitaksial plitalarining konsentratsiya bir xilligi <3%, qalinlik bir xil emasligi <1,5%, pürüzlülük Ra <0,2 nm va halokatli nuqson zichligi <0,3 dona/sm2 olinadi. Uskunaning jarayon darajasi yuqori sifatli SiC quvvat qurilmasini tayyorlash ehtiyojlarini qondirishi mumkin.
1 ta tajriba
1.1 PrintsipSiC epitaksialjarayon
4H-SiC gomeopitaksial o'sish jarayoni asosan 2 ta asosiy bosqichni o'z ichiga oladi, ya'ni 4H-SiC substratini yuqori haroratda joyida o'yib ishlov berish va bir hil kimyoviy bug'larni cho'ktirish jarayoni. Substratni joyida o'yib ishlov berishning asosiy maqsadi plastinkani abrazivlashdan keyin substratning yer osti shikastlanishini, qoldiq abraziv suyuqlikni, zarrachalarni va oksid qatlamini olib tashlashdir va substrat yuzasida o'yib ishlov berish orqali muntazam atom bosqichi tuzilishini hosil qilish mumkin. Joyida o'yib ishlov berish odatda vodorod atmosferasida amalga oshiriladi. Haqiqiy jarayon talablariga muvofiq, oz miqdordagi yordamchi gaz, masalan, vodorod xlorid, propan, etilen yoki silan qo'shilishi mumkin. Joyida vodorod o'yib ishlov berish harorati odatda 1600 ℃ dan yuqori va reaksiya kamerasining bosimi odatda o'yib ishlov berish jarayonida 2 × 104 Pa dan pastda boshqariladi.
Substrat yuzasi joyida o'yib ishlov berish orqali faollashtirilgandan so'ng, u yuqori haroratli kimyoviy bug'larni cho'ktirish jarayoniga, ya'ni o'sish manbai (masalan, etilen/propan, TCS/silan), qo'shimcha manba (n-turdagi qo'shimcha manba azot, p-turdagi qo'shimcha manba TMAl) va vodorod xlorid kabi yordamchi gaz katta tashuvchi gaz oqimi (odatda vodorod) orqali reaksiya kamerasiga tashiladi. Gaz yuqori haroratli reaksiya kamerasida reaksiyaga kirishgandan so'ng, prekursorning bir qismi kimyoviy reaksiyaga kirishadi va plastinka yuzasida adsorblanadi va substrat yuzasida shablon sifatida bitta kristalli 4H-SiC substratidan foydalangan holda ma'lum bir qo'shimcha konsentratsiyasi, ma'lum qalinligi va yuqori sifatli bitta kristalli bir hil 4H-SiC epitaksial qatlam hosil bo'ladi. Yillar davomida texnik tadqiqotlar olib borilgandan so'ng, 4H-SiC gomeopitaksial texnologiyasi asosan yetuklikka erishdi va sanoat ishlab chiqarishida keng qo'llaniladi. Dunyoda eng ko'p ishlatiladigan 4H-SiC gomeopitaksial texnologiyasi ikkita tipik xususiyatga ega:
(1) Shablon sifatida o'qdan tashqarida (<0001> kristall tekisligiga nisbatan, <11-20> kristall yo'nalishiga qarab) qiyshiq kesilgan substratdan foydalanib, substratga aralashmalarsiz yuqori tozalikdagi monokristalli 4H-SiC epitaksial qatlami bosqichma-bosqich o'sish rejimi shaklida yotqiziladi. Dastlabki 4H-SiC gomeopitaksial o'sishida o'sish uchun musbat kristall substrat, ya'ni <0001> Si tekisligi ishlatilgan. Musbat kristall substrat yuzasida atom pog'onalari zichligi past va terrasalar keng. Epitaksi jarayonida 3C kristall SiC (3C-SiC) hosil qilish uchun ikki o'lchovli yadrolanish o'sishi oson sodir bo'ladi. O'qdan tashqarida kesish orqali 4H-SiC <0001> substrat yuzasiga yuqori zichlikdagi, tor teras kengligidagi atom pog'onalari kiritilishi mumkin va adsorblangan prekursor sirt diffuziyasi orqali nisbatan past sirt energiyasi bilan atom pog'onasi holatiga samarali ravishda yetib borishi mumkin. Bosqichda, oldingi atom/molekulyar guruh bog'lanish pozitsiyasi noyobdir, shuning uchun bosqichma-bosqich oqim o'sish rejimida epitaksial qatlam substratning Si-C qo'shaloq atom qatlami ketma-ketligini mukammal darajada meros qilib olishi va substrat bilan bir xil kristall fazasiga ega bo'lgan bitta kristall hosil qilishi mumkin.
(2) Yuqori tezlikdagi epitaksial o'sish xlor o'z ichiga olgan kremniy manbasini kiritish orqali amalga oshiriladi. An'anaviy SiC kimyoviy bug'lanish tizimlarida silan va propan (yoki etilen) asosiy o'sish manbalari hisoblanadi. O'sish manbai oqim tezligini oshirish orqali o'sish tezligini oshirish jarayonida, kremniy komponentining muvozanat parsial bosimi ortib borishi bilan, bir hil gaz fazali yadrolanish orqali kremniy klasterlarini hosil qilish oson, bu esa kremniy manbasidan foydalanish tezligini sezilarli darajada kamaytiradi. Kremniy klasterlarining hosil bo'lishi epitaksial o'sish tezligining yaxshilanishini sezilarli darajada cheklaydi. Shu bilan birga, kremniy klasterlari bosqichma-bosqich oqim o'sishini buzishi va nuqsonli yadrolanishga olib kelishi mumkin. Bir hil gaz fazali yadrolanishning oldini olish va epitaksial o'sish tezligini oshirish uchun xlor asosidagi kremniy manbalarini kiritish hozirda 4H-SiC ning epitaksial o'sish tezligini oshirishning asosiy usuli hisoblanadi.
1.2 200 mm (8 dyuym) SiC epitaksial uskunasi va jarayon shartlari
Ushbu maqolada tasvirlangan tajribalar 48-chi Xitoy Elektron Texnologiyalari Instituti Guruhi Korporatsiyasi tomonidan mustaqil ravishda ishlab chiqilgan 150/200 mm (6/8 dyuym) mos keladigan monolit gorizontal issiq devorli SiC epitaksial uskunasida o'tkazildi. Epitaksial pech to'liq avtomatik plastinka yuklash va tushirishni qo'llab-quvvatlaydi. 1-rasm epitaksial uskunaning reaksiya kamerasining ichki tuzilishining sxematik diagrammasi. 1-rasmda ko'rsatilganidek, reaksiya kamerasining tashqi devori suv bilan sovutilgan qatlamli kvarts qo'ng'irog'i va qo'ng'iroqning ichki qismi yuqori haroratli reaksiya kamerasi bo'lib, u issiqlik izolyatsiyasi uglerod kigizi, yuqori tozalikdagi maxsus grafit bo'shlig'i, grafit gazida suzuvchi aylanuvchi asos va boshqalardan iborat. Butun kvarts qo'ng'irog'i silindrsimon induksion bobin bilan qoplangan va qo'ng'iroq ichidagi reaksiya kamerasi o'rta chastotali induksion quvvat manbai tomonidan elektromagnit tarzda isitiladi. 1(b)-rasmda ko'rsatilganidek, tashuvchi gaz, reaksiya gazi va qo'shimcha gazning barchasi plastinka yuzasi orqali gorizontal laminar oqimda reaksiya kamerasining yuqori oqimidan reaksiya kamerasining pastki oqimigacha oqadi va quyruq gaz uchidan chiqariladi. Plastinka ichidagi mustahkamlikni ta'minlash uchun havo suzuvchi asos tomonidan olib boriladigan plastinka jarayon davomida doimo aylanadi.
Tajribada ishlatiladigan substrat Shanxi Shuoke Crystal tomonidan ishlab chiqarilgan tijorat 150 mm, 200 mm (6 dyuym, 8 dyuym) <1120> yo'nalish 4° burchakka o'tkazuvchan n-turdagi 4H-SiC ikki tomonlama abrazivlangan SiC substratidir. Jarayon tajribasida asosiy o'sish manbalari sifatida trixlorosilan (SiHCl3, TCS) va etilen (C2H4) ishlatiladi, ular orasida mos ravishda TCS va C2H4 kremniy manbai va uglerod manbai sifatida, yuqori tozalikdagi azot (N2) n-turdagi qo'shimcha manba sifatida va vodorod (H2) suyultirish gazi va tashuvchi gaz sifatida ishlatiladi. Epitaksial jarayonning harorat diapazoni 1 600 ~ 1 660 ℃, jarayon bosimi 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa va H2 tashuvchi gaz oqim tezligi 100 ~ 140 L/min.
1.3 Epitaksial plastinkalarni sinash va tavsiflash
Epitaksial qatlam qalinligi va qo'shimcha konsentratsiyasining o'rtacha qiymati va taqsimotini tavsiflash uchun Furye infraqizil spektrometri (uskunalar ishlab chiqaruvchisi Thermalfisher, iS50 modeli) va simob zond konsentratsiyasi sinov qurilmasi (uskunalar ishlab chiqaruvchisi Semilab, 530L modeli) ishlatilgan; epitaksial qatlamdagi har bir nuqtaning qalinligi va qo'shimcha konsentratsiyasi plastinka markazida 45° da asosiy mos yozuvlar chekkasining normal chizig'i bilan kesishgan diametr chizig'i bo'ylab nuqtalarni 5 mm chekka olib tashlash bilan olish orqali aniqlandi. 150 mm plastinka uchun bitta diametr chizig'i bo'ylab 9 nuqta olingan (ikki diametr bir-biriga perpendikulyar) va 200 mm plastinka uchun 21 nuqta olingan, 2-rasmda ko'rsatilganidek. Epitaksial qatlamning sirt pürüzlülüğünü sinash uchun epitaksial plastinkaning markaziy sohasida va chekka sohasida (5 mm chekka olib tashlash) 30 μm × 30 μm maydonlarni tanlash uchun atom kuch mikroskopi (uskunalar ishlab chiqaruvchisi Bruker, model Dimension Icon) ishlatilgan; Epitaksial qatlamning nuqsonlari sirt nuqsonlarini tekshirgich (uskunalar ishlab chiqaruvchisi China Electronics) yordamida o'lchandi. 3D tasvirlagich Kefenghua kompaniyasining radar sensori (Mars 4410 pro modeli) bilan tavsiflangan.
Joylashtirilgan vaqt: 2024-yil 4-sentabr