Lọwọlọwọ, ile-iṣẹ SiC n yipada lati 150 mm (inṣi 6) si 200 mm (inṣi 8). Lati le pade ibeere iyara fun iwọn-nla, didara SiC homoepitaxial wafers ni ile-iṣẹ, 150mm ati 200mm4H-SiC homoepitaxial wafersti pese sile ni aṣeyọri lori awọn sobusitireti ile ni lilo ohun elo idagbasoke 200mm SiC ti o ni idagbasoke ominira. Ilana homoepitaxial ti o dara fun 150mm ati 200mm ti ni idagbasoke, ninu eyiti oṣuwọn idagba epitaxial le tobi ju 60um / h. Lakoko ti o ba pade apọju iyara giga, didara wafer epitaxial jẹ dara julọ. Isokan sisanra ti 150 mm ati 200 mmSiC epitaxial wafersle ṣe iṣakoso laarin 1.5%, iṣọkan ifọkansi jẹ kere ju 3%, iwuwo abawọn apaniyan jẹ kere ju awọn patikulu 0.3 / cm2, ati gbongbo roughness dada epitaxial tumọ si square Ra kere ju 0.15nm, ati gbogbo awọn itọkasi ilana mojuto wa ni ipele ilọsiwaju ti ile-iṣẹ naa.
Silikoni Carbide (SiC)jẹ ọkan ninu awọn aṣoju ti awọn ohun elo semikondokito iran-kẹta. O ni awọn abuda ti agbara aaye didenukole giga, adaṣe igbona ti o dara julọ, iyara fifẹ itẹlọrun elekitironi nla, ati resistance itankalẹ to lagbara. O ti fẹ pupọ agbara sisẹ agbara ti awọn ẹrọ agbara ati pe o le pade awọn ibeere iṣẹ ti iran atẹle ti ohun elo itanna agbara fun awọn ẹrọ ti o ni agbara giga, iwọn kekere, iwọn otutu giga, itọsi giga ati awọn ipo iwọn otutu miiran. O le dinku aaye, dinku agbara agbara ati dinku awọn ibeere itutu agbaiye. O ti mu awọn ayipada rogbodiyan wa si awọn ọkọ agbara titun, gbigbe ọkọ oju-irin, awọn grids ọlọgbọn ati awọn aaye miiran. Nitorinaa, awọn semikondokito ohun alumọni carbide ti di mimọ bi ohun elo pipe ti yoo ṣe itọsọna iran atẹle ti awọn ẹrọ itanna agbara-giga. Ni awọn ọdun aipẹ, o ṣeun si atilẹyin eto imulo ti orilẹ-ede fun idagbasoke ti ile-iṣẹ semikondokito iran-kẹta, iwadii ati idagbasoke ati ikole ti eto ile-iṣẹ ẹrọ SiC 150 mm ti ni ipilẹ ni Ilu China, ati pe aabo ti pq ile-iṣẹ ti ni iṣeduro ipilẹ. Nitorinaa, idojukọ ti ile-iṣẹ naa ti yipada laiyara si iṣakoso idiyele ati ilọsiwaju ṣiṣe. Gẹgẹbi a ṣe han ni Tabili 1, ni akawe pẹlu 150 mm, 200 mm SiC ni iwọn lilo eti ti o ga julọ, ati pe abajade ti awọn eerun igi wafer kan le pọsi nipasẹ awọn akoko 1.8. Lẹhin ti imọ-ẹrọ ti dagba, idiyele iṣelọpọ ti chirún kan le dinku nipasẹ 30%. Aṣeyọri imọ-ẹrọ ti 200 mm jẹ ọna taara ti “idinku awọn idiyele ati jijẹ ṣiṣe”, ati pe o tun jẹ bọtini fun ile-iṣẹ semikondokito ti orilẹ-ede mi lati “ṣiṣẹ ni afiwe” tabi paapaa “asiwaju”.
Yatọ si ilana ẹrọ Si,Awọn ẹrọ agbara semikondokito SiCti wa ni ilọsiwaju ati ki o pese sile pẹlu epitaxial Layer bi awọn igun. Awọn wafers Epitaxial jẹ awọn ohun elo ipilẹ pataki fun awọn ẹrọ agbara SiC. Didara Layer epitaxial taara pinnu ikore ti ẹrọ naa, ati pe idiyele rẹ jẹ 20% ti idiyele iṣelọpọ ërún. Nitorinaa, idagba epitaxial jẹ ọna asopọ agbedemeji pataki ni awọn ẹrọ agbara SiC. Iwọn oke ti ipele ilana epitaxial jẹ ipinnu nipasẹ ohun elo epitaxial. Ni lọwọlọwọ, alefa isọdi ti 150mm SiC ohun elo epitaxial ni Ilu China jẹ iwọn ti o ga, ṣugbọn ipilẹ gbogbogbo ti 200mm lags lẹhin ipele kariaye ni akoko kanna. Nitorinaa, lati le yanju awọn iwulo iyara ati awọn iṣoro igo ti iwọn nla, iṣelọpọ ohun elo epitaxial ti o ga julọ fun idagbasoke ile-iṣẹ ile-iṣẹ semikondokito iran-kẹta, iwe yii ṣafihan awọn ohun elo 200 mm SiC epitaxial ni aṣeyọri ni idagbasoke ni orilẹ-ede mi, ati ṣe iwadii ilana ilana epitaxial. Nipa iṣapeye awọn ilana ilana gẹgẹbi iwọn otutu ilana, oṣuwọn sisan gaasi ti ngbe, ipin C / Si, ati bẹbẹ lọ, isokan ifọkansi <3%, sisanra ti kii ṣe isokan <1.5%, roughness Ra <0.2 nm ati iwuwo abawọn apaniyan <0.3 oka / cm2 ti 150 mm ati 200 mm SiC epitaxial wafers 200 mm SiC epitaxial wafers ti ominira ti a gba ni ominira. Ipele ilana ẹrọ le pade awọn iwulo ti igbaradi ẹrọ agbara SiC ti o ga julọ.
1 Idanwo
1.1 Ilana tiSiC epitaxialilana
Ilana idagbasoke homoepitaxial 4H-SiC ni akọkọ pẹlu awọn igbesẹ bọtini 2, eyun, iwọn otutu ti o ga ni ipo etching ti 4H-SiC sobusitireti ati ilana isọsọ eepo oru kemikali. Idi akọkọ ti sobusitireti ni ipo etching ni lati yọkuro ibajẹ subsurface ti sobusitireti lẹhin didan wafer, omi didan ti o ku, awọn patikulu ati Layer oxide, ati ilana igbesẹ atomiki deede le ṣe agbekalẹ lori dada sobusitireti nipasẹ etching. Etching inu-ile ni a maa n ṣe ni afẹfẹ hydrogen kan. Gẹgẹbi awọn ibeere ilana gangan, iye kekere ti gaasi iranlọwọ tun le ṣafikun, gẹgẹbi hydrogen chloride, propane, ethylene tabi silane. Awọn iwọn otutu ti ni-nibe hydrogen etching ni gbogbo loke 1 600 ℃, ati awọn titẹ ti awọn lenu iyẹwu ti wa ni gbogbo dari ni isalẹ 2×104 Pa nigba ti etching ilana.
Lẹhin ti awọn sobusitireti dada ti wa ni mu ṣiṣẹ nipa ni-situ etching, ti o ti nwọ ga-otutu kemikali oru ilana iwadi oro, ti o ni, awọn idagbasoke orisun (gẹgẹ bi awọn ethylene/propane, TCS/silane), doping orisun (n-type doping orisun nitrogen, p-type doping orisun TMAl), ati awọn iranlọwọ gaasi gẹgẹbi hydrogen chloride ti hydrogenflower ti wa ni gbigbe si kan ti o tobi gaasi. Lẹhin ti gaasi fesi ninu awọn ga-otutu lenu iyẹwu, ara awọn ṣaaju reacts chemically ati adsorbs lori wafer dada, ati ki o kan nikan-crystal isokan 4H-SiC epitaxial Layer pẹlu kan pato doping fojusi, pato sisanra, ati awọn ti o ga didara ti wa ni akoso lori sobusitireti dada lilo awọn nikan-gara 4H-Si.C sobusitireti bi a awoṣe kan. Lẹhin awọn ọdun ti iṣawari imọ-ẹrọ, imọ-ẹrọ homoepitaxial 4H-SiC ti dagba ati pe o jẹ lilo pupọ ni iṣelọpọ ile-iṣẹ. Imọ-ẹrọ homoepitaxial 4H-SiC ti a lo pupọ julọ ni agbaye ni awọn abuda aṣoju meji:
(1) Lilo ọna ti o wa ni pipa (i ibatan si <0001> ọkọ ofurufu gara, si ọna <11-20> itọnisọna gara) oblique ge sobusitireti bi awoṣe kan, ti o ga-mimọ ẹyọkan-crystal 4H-SiC epitaxial Layer laisi impurities ti wa ni ipamọ lori sobusitireti ni irisi ipo idagbasoke-igbesẹ. Ni kutukutu 4H-SiC idagbasoke homoepitaxial lo sobusitireti crystal rere kan, iyẹn ni, ọkọ ofurufu <0001> Si fun idagbasoke. Awọn iwuwo ti awọn atomiki awọn igbesẹ ti lori dada ti awọn rere sobusitireti gara jẹ kekere ati awọn filati wa ni fife. Idagba iparun onisẹpo meji jẹ rọrun lati waye lakoko ilana epitaxy lati ṣe 3C crystal SiC (3C-SiC). Nipa gige-ipo-apa, iwuwo giga, awọn igbesẹ atomiki iwọn filati dín le ṣe afihan lori dada ti 4H-SiC <0001> sobusitireti, ati aṣaaju adsorbed le ni imunadoko de ipo igbesẹ atomiki pẹlu agbara dada kekere nipasẹ itankale dada. Ni ipele naa, ipo isọpọ ẹgbẹ atomiki iṣaaju / molikula jẹ alailẹgbẹ, nitorinaa ni ipo idagba ṣiṣan igbesẹ, Layer epitaxial le jogun ni pipe ni ọna Si-C ilọpo atomiki Layer atomiki ti sobusitireti lati ṣe agbekalẹ okuta kan kan pẹlu ipele kisita kanna bi sobusitireti.
(2) Idagba epitaxial ti o ga julọ ti waye nipasẹ iṣafihan orisun ohun alumọni ti o ni chlorine. Ni awọn eto idasile kẹmika SiC ti aṣa, silane ati propane (tabi ethylene) jẹ awọn orisun idagbasoke akọkọ. Ninu ilana ti jijẹ oṣuwọn idagbasoke nipasẹ jijẹ oṣuwọn sisan orisun idagbasoke, bi iwọntunwọnsi titẹ apakan ti paati ohun alumọni tẹsiwaju lati pọ si, o rọrun lati ṣẹda awọn iṣupọ ohun alumọni nipasẹ iparun ipele gaasi isokan, eyiti o dinku ni pataki oṣuwọn lilo ti orisun ohun alumọni. Ibiyi ti awọn iṣupọ ohun alumọni ṣe idiwọ ilọsiwaju ti oṣuwọn idagbasoke epitaxial pupọ. Ni akoko kanna, awọn iṣupọ ohun alumọni le ṣe idamu idagbasoke ṣiṣan igbesẹ ati fa iparun abawọn. Lati yago fun iparun ipele gaasi isokan ati mu iwọn idagba epitaxial pọ si, iṣafihan awọn orisun silikoni ti o da lori chlorine jẹ ọna akọkọ lati mu iwọn idagba epitaxial ti 4H-SiC pọ si.
1,2 200 mm (8-inch) SiC epitaxial itanna ati ilana awọn ipo
Awọn adanwo ti a ṣalaye ninu iwe yii ni gbogbo wọn ṣe lori 150/200 mm (6/8-inch) ibaramu monolithic petele gbona odi SiC epitaxial ẹrọ ni ominira ni idagbasoke nipasẹ 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Ileru epitaxial ṣe atilẹyin ikojọpọ wafer ni kikun ati gbigbejade. Nọmba 1 jẹ aworan atọka ti eto inu ti iyẹwu ifaseyin ti ohun elo epitaxial. Gẹgẹbi o ti han ni Nọmba 1, odi ita ti iyẹwu ifa jẹ agogo quartz kan pẹlu interlayer ti o tutu, ati inu ti Belii jẹ iyẹwu ti o ni iwọn otutu ti o ga, eyiti o jẹ ti erogba idabobo ti o gbona, ti o ga-mimọ pataki graphite cavity, graphite-floating rotating base, bbl Gbogbo wa ni ipilẹ quartz ti a bo pẹlu quartz bell. Iyẹwu ifasẹyin inu Belii jẹ kikan itanna nipasẹ ipese agbara fifa irọbi alabọde-igbohunsafẹfẹ. Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 1 (b), gaasi ti ngbe, gaasi ifaseyin, ati gaasi doping gbogbo n ṣan nipasẹ dada wafer ni ṣiṣan laminar petele lati oke ti iyẹwu ifa si isalẹ ti iyẹwu ifaseyin ati pe o ti yọkuro lati opin gaasi iru. Lati rii daju pe aitasera laarin wafer, wafer ti a gbe nipasẹ ipilẹ oju omi afẹfẹ nigbagbogbo n yi lakoko ilana naa.
Sobusitireti ti a lo ninu idanwo naa jẹ 150 mm ti iṣowo, 200 mm (inṣi 6, 8 inches) <1120> itọsọna 4 ° pipa-angle conductive n-type 4H-SiC didan apa meji SiC sobusitireti ti a ṣe nipasẹ Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) ati ethylene (C2H4) ni a lo bi awọn orisun idagbasoke akọkọ ninu idanwo ilana, laarin eyiti TCS ati C2H4 ti wa ni lilo bi orisun silikoni ati orisun erogba lẹsẹsẹ, nitrogen giga-mimọ (N2) ni a lo bi orisun doping iru n, ati hydrogen (H2) ti lo bi gaasi dilution ati gaasi ti ngbe. Iwọn iwọn otutu ti ilana ilana epitaxial jẹ 1 600 ~ 1 660 ℃, titẹ ilana jẹ 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, ati H2 ti ngbe gaasi sisan oṣuwọn jẹ 100 ~ 140 L / min.
1.3 Epitaxial wafer igbeyewo ati karakitariasesonu
Fourier infurarẹẹdi spectrometer (olupese ohun elo Thermalfisher, awoṣe iS50) ati oluyẹwo ifọkansi mercury (olupese ohun elo Semilab, awoṣe 530L) ni a lo lati ṣe afihan itumọ ati pinpin sisanra Layer epitaxial ati ifọkansi doping; sisanra ati ifọkansi doping ti aaye kọọkan ni Layer epitaxial ni a pinnu nipasẹ gbigbe awọn aaye lẹgbẹẹ ila ila opin ti o npa laini deede ti eti itọkasi akọkọ ni 45 ° ni aarin wafer pẹlu yiyọ 5 mm eti. Fun 150 mm wafer, awọn aaye 9 ni a mu pẹlu laini ila opin kan (awọn iwọn ila opin meji jẹ papẹndikula si ara wọn), ati fun 200 mm wafer, awọn aaye 21 ni a mu, gẹgẹbi o ti han ni Nọmba 2. Apoti agbara atomiki (olupese ohun elo Bruker, awoṣe Dimension Icon) ni a lo lati yan 30 μm × 30 μm ni agbegbe eti ati awọn agbegbe ti o wa ni eti agbegbe naa wafer epitaxial lati ṣe idanwo awọn aibikita dada ti Layer epitaxial; awọn abawọn ti Layer epitaxial ni a ṣe iwọn nipa lilo oluyẹwo abawọn oju-ara (olupese ohun elo China Electronics Aworan 3D ti a ṣe afihan nipasẹ sensọ radar (awoṣe Mars 4410 pro) lati Kefenghua.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹsan-04-2024