איצט, טראנספארמירט זיך די SiC אינדוסטריע פון 150 מ"מ (6 אינטשעס) צו 200 מ"מ (8 אינטשעס). כדי צו באגעגענען די דרינגענדע נאכפראגע פאר גרויסע, הויך-קוואליטעט SiC האמאעפיטאקסיאלע וועיפערס אין דער אינדוסטריע, 150 מ"מ און 200 מ"מ...4H-SiC האָמאָעפּיטאַקסיאַל וועיפערסזענען געראָטן צוגעגרייט געוואָרן אויף היים־סובסטראַטן ניצנדיק די זעלבסטשטענדיק אַנטוויקלטע 200 מ״מ SiC עפּיטאַקסיאַל וואוקס־עקוויפּמענט. אַ האָמאָעפּיטאַקסיאַל פּראָצעס פּאַסיק פֿאַר 150 מ״מ און 200 מ״מ איז אַנטוויקלט געוואָרן, אין וועלכן די עפּיטאַקסיאַל וואוקס־ראַטע קען זיין גרעסער ווי 60µm/h. בשעת מען טרעפט די הויך־גיכקייט עפּיטאַקסיע, איז די עפּיטאַקסיאַל וועיפער־קוואַליטעט אויסגעצייכנט. די גרעב־איינהייטלעכקייט פון 150 מ״מ און 200 מ״מSiC עפּיטאַקסיאַל וועיפערסקען קאנטראלירט ווערן אינערהאלב 1.5%, די קאנצענטראציע איינהייטלעכקייט איז ווייניגער ווי 3%, די פאטאלע דעפעקט געדיכטקייט איז ווייניגער ווי 0.3 פארטיקלען/קמ2, און די עפּיטאַקסיאַל ייבערפלאַך ראַפנאַס וואָרצל מיינען קוואַדראַט ראַ איז ווייניגער ווי 0.15 נם, און אַלע קערן פּראָצעס ינדיקאַטאָרן זענען אויף די אַוואַנסירטע מדרגה פון די אינדוסטריע.
סיליקאָן קאַרבייד (SiC)איז איינער פון די פארשטייער פון די דריטע-דור האַלב-קאָנדוקטאָר מאַטעריאַלן. עס האט די כאַראַקטעריסטיקס פון הויך ברייקדאַון פעלד שטאַרקייט, ויסגעצייכנט טערמאַל קאַנדאַקטיוויטי, גרויס עלעקטראָן סאַטשעריישאַן דריפט גיכקייַט, און שטאַרק ראַדיאַציע קעגנשטעל. עס האט שטארק יקספּאַנדיד די ענערגיע פּראַסעסינג קאַפּאַציטעט פון מאַכט דעוויסעס און קענען טרעפן די סערוויס באדערפענישן פון די ווייַטער דור פון מאַכט עלעקטראָניש ויסריכט פֿאַר דעוויסעס מיט הויך מאַכט, קליין גרייס, הויך טעמפּעראַטור, הויך ראַדיאַציע און אנדערע עקסטרעם באדינגונגען. עס קענען רעדוצירן פּלאַץ, רעדוצירן מאַכט קאַנסאַמשאַן און רעדוצירן קאָאָלינג באדערפענישן. עס האט געבראכט רעוואלוציאנער ענדערונגען צו נייַע ענערגיע וועהיקלעס, באַן טראַנספּאָרטאַציע, קלוג גרידס און אנדערע פעלדער. דעריבער, סיליקאָן קאַרבייד האַלב-קאָנדוקטאָרן זענען געוואָרן דערקענט ווי די ידעאַל מאַטעריאַל וואָס וועט פירן די ווייַטער דור פון הויך-מאַכט מאַכט עלעקטראָניש דעוויסעס. אין די לעצטע יאָרן, דאַנק צו די נאציאנאלע פּאָליטיק שטיצע פֿאַר די אַנטוויקלונג פון די דריטע-דור האַלב-קאָנדוקטאָר אינדוסטריע, די פאָרשונג און אַנטוויקלונג און קאַנסטראַקשאַן פון די 150 מם SiC מיטל אינדוסטריע סיסטעם זענען געווען באַסיקלי געענדיקט אין טשיינאַ, און די זיכערהייט פון די אינדוסטריעלע קייט איז געווען באַסיקלי געראַנטיד. דעריבער, דער פאָקוס פון די אינדוסטריע האט ביסלעכווייַז געביטן צו קאָסטן קאָנטראָל און עפעקטיווקייַט פֿאַרבעסערונג. ווי געוויזן אין טאַבעלע 1, קאַמפּערד מיט 150 מ"מ, האט 200 מ"מ SiC אַ העכערע עדזש נוצן קורס, און די פּראָדוקציע פון איין וועיפער טשיפּס קען ווערן געוואקסן מיט אַרום 1.8 מאָל. נאָך דעם ווי די טעכנאָלאָגיע ווערט צייַטיק, קען די פּראָדוקציע קאָסטן פון אַ איין טשיפּ ווערן רידוסט מיט 30%. דער טעקנאַלאַדזשישער דורכברוך פון 200 מ"מ איז אַ דירעקט מיטל פון "רעדוצירן קאָסטן און פאַרגרעסערן עפעקטיווקייט", און עס איז אויך דער שליסל פֿאַר מיין לאַנד'ס האַלב-קאָנדוקטאָר אינדוסטריע צו "לויפן פּאַראַלעל" אָדער אפילו "פירן".
אַנדערש פֿון דעם Si מיטל פּראָצעס,SiC האַלב-קאָנדוקטאָר מאַכט דעוויסעסווערן אלע פראצעסירט און צוגעגרייט מיט עפּיטאַקסיאַל שיכטן אלס דער ווינקלשטיין. עפּיטאַקסיאַל וועיפערס זענען וויכטיגע גרונט מאַטעריאַלן פֿאַר SiC מאַכט דעוויסעס. די קוואַליטעט פון דער עפּיטאַקסיאַל שיכט באַשטימט גלייך די פּראָדוקציע פון די דעווייס, און איר קאָסטן איז אַקאַונטאַד פֿאַר 20% פון די טשיפּ מאַנופאַקטורינג קאָסטן. דעריבער, עפּיטאַקסיאַל וווּקס איז אַ וויכטיגע ינטערמידייט לינק אין SiC מאַכט דעוויסעס. די אויבערשטער גרענעץ פון עפּיטאַקסיאַל פּראָצעס מדרגה איז באַשטימט דורך עפּיטאַקסיאַל ויסריכט. איצט, די לאָקאַליזאַציע גראַד פון 150 מם SiC עפּיטאַקסיאַל ויסריכט אין טשיינאַ איז לעפיערעך הויך, אָבער די קוילעלדיק אויסלייג פון 200 מם איז הינטער די אינטערנאַציאָנאַלע מדרגה אין דער זעלביקער צייט. דעריבער, צו סאָלווע די דרינגלעך באדערפענישן און פלאַשנעק פּראָבלעמס פון גרויס-גרייס, הויך-קוואַליטעט עפּיטאַקסיאַל מאַטעריאַל מאַנופאַקטורינג פֿאַר די אַנטוויקלונג פון די היגע דריט-דור האַלב-קאַנדוקטאָר אינדוסטריע, דעם פּאַפּיר ינטראַדוסיז די 200 מם SiC עפּיטאַקסיאַל ויסריכט הצלחה דעוועלאָפּעד אין מיין לאַנד, און שטודירט די עפּיטאַקסיאַל פּראָצעס. דורך אָפּטימיזירן די פּראָצעס פּאַראַמעטערס ווי פּראָצעס טעמפּעראַטור, טרעגער גאַז לויפן קורס, C/Si פאַרהעלטעניש, אאז"וו, ווערט באַקומען די קאָנצענטראַציע יוניפאָרמאַטי <3%, גרעב ניט-יוניפאָרמאַטי <1.5%, ראַפנאַס Ra <0.2 נם און פאַטאַל דעפעקט געדיכטקייט <0.3 גריינז/קמ2 פון 150 מם און 200 מם SiC עפּיטאַקסיאַל וועיפערס מיט זעלבסטשטענדיק דעוועלאָפּעד 200 מם סיליקאָן קאַרבייד עפּיטאַקסיאַל אויוון. דער ויסריכט פּראָצעס מדרגה קען טרעפן די באדערפענישן פון הויך-קוואַליטעט SiC מאַכט מיטל צוגרייטונג.
1 עקספּערימענט
1.1 פּרינציפּ פֿוןSiC עפּיטאַקסיאַלפּראָצעס
דער 4H-SiC האָמעאָפּיטאַקסיאַל וואוקס פּראָצעס נעמט הויפּטזעכלעך איין צוויי שליסל טריט, נעמליך, הויך-טעמפּעראַטור אין-סיטו עטשינג פון 4H-SiC סאַבסטראַט און האָמאָגענע כעמישער פארע דעפּאַזישאַן פּראָצעס. דער הויפּט ציל פון סאַבסטראַט אין-סיטו עטשינג איז צו באַזייַטיקן די אונטערערדישע שעדיקן פון די סאַבסטראַט נאָך וועיפער פּאַלישינג, רעשט פּאַלישינג פליסיק, פּאַרטיקאַלז און אָקסייד שיכט, און אַ רעגולער אַטאָמישע טריט סטרוקטור קען זיין געשאפן אויף די סאַבסטראַט ייבערפלאַך דורך עטשינג. אין-סיטו עטשינג איז יוזשאַוואַלי דורכגעפירט אין אַ הידראָגען אַטמאָספער. לויט די פאַקטיש פּראָצעס רעקווירעמענץ, אַ קליין סומע פון הילף גאַז קען אויך זיין צוגעגעבן, אַזאַ ווי הידראָגען קלאָריד, פּראָפּאַן, עטאַלין אָדער סילאַנע. די טעמפּעראַטור פון אין-סיטו הידראָגען עטשינג איז בכלל העכער 1600 ℃, און דער דרוק פון די רעאַקציע קאַמער איז בכלל קאַנטראָולד אונטער 2×104 Pa בעשאַס די עטשינג פּראָצעס.
נאכדעם וואס די סובסטראט ייבערפלאך ווערט אקטיוויזירט דורך אין-סיטו עטשינג, גייט עס אריין אין דעם הויך-טעמפּעראַטור כעמישן פארע דעפאזיציע פראצעס, דאס הייסט, די וואוקס מקור (ווי עטילען/פראפאן, TCS/סילאן), דאפינג מקור (n-טיפ דאפינג מקור שטיקשטאף, p-טיפ דאפינג מקור TMAl), און הילפס גאז ווי וואסערשטאף קלאריד ווערן טראנספארטירט צו דער רעאקציע קאמער דורך א גרויסן שטראם פון טרעגער גאז (געווענליך וואסערשטאף). נאכדעם וואס דער גאז רעאגירט אין דער הויך-טעמפּעראַטור רעאקציע קאמער, רעאגירט א טייל פון דעם פארגייער כעמיש און אדסארבירט אויף דער וועיפער ייבערפלאך, און אן איינציק-קריסטאל האמאגענע 4H-SiC עפיטאקסיאלע שיכט מיט א ספעציפישע דאפינג קאנצענטראציע, ספעציפישע גרעב, און העכערע קוואליטעט ווערט געשאפן אויף דער סובסטראט ייבערפלאך ניצנדיג דעם איינציק-קריסטאל 4H-SiC סובסטראט אלס א טעמפלאט. נאך יארן פון טעכנישער אויספארשונג, האט די 4H-SiC האמאָעפּיטאקסיאלע טעכנאלאגיע באזיסלעך אויסגעוואקסן און ווערט ברייט גענוצט אין אינדוסטריעלער פראדוקציע. די מערסט ברייט גענוצטע 4H-SiC האמאָעפּיטאקסיאלע טעכנאלאגיע אין דער וועלט האט צוויי טיפישע אייגנשאפטן:
(1) ניצנדיק אַן אָפֿ-אַקס (רעלאַטיוו צו דער <0001> קריסטאַל פלאַך, צו דער <11-20> קריסטאַל ריכטונג) אָבליק שנייַדן סאַבסטראַט ווי אַ טעמפּלאַט, אַ הויך-ריינקייט איין-קריסטאַל 4H-SiC עפּיטאַקסיאַל שיכט אָן ימפּיוראַטיז איז דעפּאַזאַטירט אויף דעם סאַבסטראַט אין דער פאָרעם פון שריט-פלוס וווּקס מאָדע. פרי 4H-SiC האָמאָעפּיטאַקסיאַל וווּקס געניצט אַ positive קריסטאַל סאַבסטראַט, דאָס הייסט, די <0001> Si פלאַך פֿאַר וווּקס. די געדיכטקייט פון אַטאָם טריט אויף דער ייבערפלאַך פון די positive קריסטאַל סאַבסטראַט איז נידעריק און די טעראַסעס זענען ברייט. צוויי-דימענשאַנאַל נוקלעאַטיאָן וווּקס איז גרינג צו פּאַסירן בעשאַס די עפּיטאַקסי פּראָצעס צו פאָרעם 3C קריסטאַל SiC (3C-SiC). דורך אָפֿ-אַקס קאַטינג, הויך-געדיכטקייט, שמאָל טעראַסע ברייט אַטאָם טריט קענען זיין ינטראָודוסט אויף דער ייבערפלאַך פון די 4H-SiC <0001> סאַבסטראַט, און די אַדסאָרבד פּריקורסאָר קענען יפעקטיוולי דערגרייכן די אַטאָם טריט שטעלע מיט לעפיערעך נידעריק ייבערפלאַך ענערגיע דורך ייבערפלאַך דיפוזיע. ביים שריט, איז די פארבערייטונג פאזיציע פון די פארבערייטונג אטאם/מאלעקולארע גרופע איינציגארטיג, אזוי אין דעם שריט-פלוס וואוקס מאדע, קען די עפּיטאקסיאלע שיכט פערפעקט ירשענען די סי-C דאבל אטאמישע שיכט סטאַקינג סיקוואַנס פון דעם סאַבסטראַט צו פארמירן אן איינציקן קריסטאל מיט דער זעלבער קריסטאל פאזע ווי דער סאַבסטראַט.
(2) הויך-גיך עפּיטאַקסיאַל וווּקס ווערט דערגרייכט דורך אײַנפֿירן אַ קלאָר-האַלטיקע סיליקאָן מקור. אין קאַנווענשאַנעלע SiC כעמישע פארע דעפּאַזישאַן סיסטעמען, זענען סילאַנע און פּראָפּאַן (אָדער עטאַלין) די הויפּט וווּקס מקורים. אין דעם פּראָצעס פון פאַרגרעסערן די וווּקס קורס דורך פאַרגרעסערן די וווּקס מקור לויפן קורס, ווי דער גלייכגעוויכט פּאַרציעלע דרוק פון די סיליקאָן קאָמפּאָנענט פאָרזעצט צו פאַרגרעסערן, איז עס גרינג צו פאָרעם סיליקאָן קלאַסטערס דורך כאָומאַדזשיניאַס גאַז פאַסע נוקלעאַטיאָן, וואָס באַדייטנד ראַדוסאַז די נוצן קורס פון די סיליקאָן מקור. די פאָרמירונג פון סיליקאָן קלאַסטערס באגרענעצט זייער די פֿאַרבעסערונג פון די עפּיטאַקסיאַל וווּקס קורס. אין דער זעלביקער צייט, קענען סיליקאָן קלאַסטערס שטערן די סטעפּ לויפן וווּקס און פאַרשאַפן דעפעקט נוקלעאַטיאָן. כּדי צו ויסמיידן כאָומאַדזשיניאַס גאַז פאַסע נוקלעאַטיאָן און פאַרגרעסערן די עפּיטאַקסיאַל וווּקס קורס, איז די אײַנפֿירן פון קלאָר-באַזירט סיליקאָן מקורים איצט די הויפּטשטראָם מעטאָד צו פאַרגרעסערן די עפּיטאַקסיאַל וווּקס קורס פון 4H-SiC.
1.2 200 מ״מ (8-אינטש) SiC עפּיטאַקסיאַל עקוויפּמענט און פּראָצעס באַדינגונגען
די עקספּערימענטן באַשריבן אין דעם פּאַפּיר זענען אַלע דורכגעפירט געוואָרן אויף אַ 150/200 מם (6/8-אינטש) קאָמפּאַטיבל מאָנאָליטישער האָריזאָנטאַלער הייסער וואַנט SiC עפּיטאַקסיאַלער עקוויפּמענט, וואָס איז אומאָפּהענגיק דעוועלאָפּעד געוואָרן דורך די 48סטע אינסטיטוט פון כינע עלעקטראָניק טעכנאָלאָגיע גרופע קאָרפּאָראַציע. דער עפּיטאַקסיאַלער אויוון שטיצט גאָר אויטאָמאַטישע וועיפער לאָודינג און אַנלאָודינג. פיגור 1 איז אַ סכעמאַטישע דיאַגראַמע פון דער אינערלעכער סטרוקטור פון דער רעאַקציע קאַמער פון דער עפּיטאַקסיאַלער עקוויפּמענט. ווי געוויזן אין פיגור 1, די אויסערלעכע וואַנט פון דער רעאַקציע קאַמער איז אַ קוואַרץ גלאָק מיט אַ וואַסער-געקילטן צווישן-שיכט, און די אינעווייניק פון דער גלאָק איז אַ הויך-טעמפּעראַטור רעאַקציע קאַמער, וואָס איז צוזאַמענגעשטעלט פון טערמישער איזאָלאַציע קאַרבאָן פילץ, הויך-ריינקייט ספּעציעלע גראַפיט קאַוואַטי, גראַפיט גאַז-פלאָוטינג ראָטייטינג באַזע, עטק. די גאנצע קוואַרץ גלאָק איז באדעקט מיט אַ סילינדריקאַלער אינדוקציע שפּול, און די רעאַקציע קאַמער אינעווייניק פון דער גלאָק איז עלעקטראָמאַגנעטיקאַלי געהייצט דורך אַ מיטל-פרעקווענץ אינדוקציע מאַכט צושטעל. ווי געוויזן אין פיגור 1 (ב), פליסט דער טרעגער גאז, רעאקציע גאז, און דאפּינג גאז אלע דורך די וועיפער אייבערפלאך אין א האריזאנטאלן לאמינארן שטראם פון די אויבערפלאך פון די רעאקציע קאמער צו די אונטערגרונט פון די רעאקציע קאמער און ווערן ארויסגעלאזט פון די עק גאז עק. כדי צו פארזיכערן די קאנסיסטענץ אינעם וועיפער, ווערט דער וועיפער וואס ווערט געטראגן דורך די לופט שווימענדיקע באזע שטענדיג דרייט בעת דעם פראצעס.
דער סאַבסטראַט געניצט אין דעם עקספּערימענט איז אַ קאמערציעלער 150 מם, 200 מם (6 אינטשעס, 8 אינטשעס) <1120> ריכטונג 4° אַוועק-ווינקל קאַנדאַקטיוו n-טיפּ 4H-SiC טאָפּל-זייַטיקער פּאַלישט SiC סאַבסטראַט פּראָדוצירט דורך שאַנקסי שואָקע קריסטאַל. טריכלאָראָסילאַן (SiHCl3, TCS) און עטאַלין (C2H4) ווערן געניצט ווי די הויפּט וווּקס קוואלן אין דעם פּראָצעס עקספּערימענט, צווישן וועלכע TCS און C2H4 ווערן געניצט ווי סיליקאָן מקור און קאַרבאָן מקור ריספּעקטיוולי, הויך-ריינקייט ניטראָגען (N2) ווערט געניצט ווי n-טיפּ דאָפּינג מקור, און הידראָגען (H2) ווערט געניצט ווי דיילושאַן גאַז און טרעגער גאַז. די טעמפּעראַטור קייט פון די עפּיטאַקסיאַל פּראָצעס איז 1600 ~1660 ℃, דער פּראָצעס דרוק איז 8×103 ~12×103 פּאַ, און די H2 טרעגער גאַז לויפן קורס איז 100～140 ל/מין.
1.3 עפּיטאַקסיאַל וועיפער טעסטינג און כאַראַקטעריזאַציע
פוריע אינפראַרעד ספּעקטראָמעטער (עקוויפּמענט פאַבריקאַנט Thermalfisher, מאָדעל iS50) און קוועקזילבער פּראָבע קאָנצענטראַציע טעסטער (עקוויפּמענט פאַבריקאַנט Semilab, מאָדעל 530L) זענען געניצט געוואָרן צו כאַראַקטעריזירן דעם דורכשניט און פאַרשפּרייטונג פון עפּיטאַקסיאַל שיכט גרעב און דאָפּינג קאָנצענטראַציע; די גרעב און דאָפּינג קאָנצענטראַציע פון יעדן פּונקט אין דער עפּיטאַקסיאַל שיכט זענען באַשטימט געוואָרן דורך נעמען פּונקטן צוזאמען דער דיאַמעטער ליניע וואָס שניידן די נאָרמאַל ליניע פון דער הויפּט רעפערענץ ברעג ביי 45° אין צענטער פון דער וועיפער מיט 5 מם ברעג באַזייַטיקונג. פֿאַר אַ 150 מם וועיפער, 9 פּונקטן זענען גענומען צוזאמען אַ איין דיאַמעטער ליניע (צוויי דיאַמעטערס זענען געווען פּערפּענדיקולאַר צו יעדער אנדערער), און פֿאַר אַ 200 מם וועיפער, 21 פּונקטן זענען גענומען, ווי געוויזן אין פיגור 2. אַן אַטאָמישער קראַפט מיקראָסקאָפּ (עקוויפּמענט פאַבריקאַנט Bruker, מאָדעל Dimension Icon) איז געניצט געוואָרן צו סעלעקטירן 30 μm×30 μm געביטן אין דער צענטער געגנט און די ברעג געגנט (5 מם ברעג באַזייַטיקונג) פון דער עפּיטאַקסיאַל וועיפער צו פּרובירן די ייבערפלאַך ראַפנאַס פון דער עפּיטאַקסיאַל שיכט; די חסרונות פון דער עפּיטאַקסיאַל שיכט זענען געמאָסטן געוואָרן מיט אַ ייבערפלאַך חסרון טעסטער (עקוויפּמענט פאַבריקאַנט טשיינאַ עלעקטראָניקס). דער 3D בילדער איז געווען קעראַקטעריזירט דורך אַ ראַדאַר סענסאָר (מאָדעל מאַרס 4410 פּראָ) פון קעפענגהואַ.
פּאָסט צייט: סעפּטעמבער 04, 2024