Lọ́wọ́lọ́wọ́, ilé iṣẹ́ SiC ń yípadà láti 150 mm (6 inches) sí 200 mm (8 inches). Láti lè bá ìbéèrè kíákíá fún àwọn wafers SiC homoepitaxial tó tóbi tó sì ní agbára gíga mu nínú ilé iṣẹ́ náà, 150mm àti 200mmÀwọn ìṣẹ́po àwọ̀lékè homoepitaxial 4H-SiCA ṣe àṣeyọrí lórí àwọn ohun èlò ìdàgbàsókè epitaxial SiC 200mm tí a ṣe àgbékalẹ̀ rẹ̀ láìsí ìdíwọ́. A ṣe àgbékalẹ̀ ìlànà homoepitaxial tí ó yẹ fún 150mm àti 200mm, nínú èyí tí ìwọ̀n ìdàgbàsókè epitaxial lè ju 60um/h lọ. Bí ó tilẹ̀ ń pàdé epitaxial oníyára gíga, dídára epitaxial wafer jẹ́ ohun tó dára gan-an. Ìṣọ̀kan nínípọn ti 150 mm àti 200 mmÀwọn ìṣẹ́po kékeré SiCA le ṣakoso rẹ̀ láàrín 1.5%, ìbáramu ìfojúsùn náà kéré sí 3%, iwuwo àbùkù apanirun náà kéré sí 0.3 patikulu/cm2, àti ìwọ̀n rọ́ọ̀kì ojú ilẹ̀ epitaxial roughness root mean square Ra kéré sí 0.15nm, gbogbo àwọn àmì iṣẹ́ mojuto sì wà ní ìpele tó ga jùlọ ti ilé iṣẹ́ náà.
Silikoni Kabọidi (SiC)Ó jẹ́ ọ̀kan lára àwọn aṣojú àwọn ohun èlò semiconductor ìran kẹta. Ó ní àwọn ànímọ́ agbára pápá ìfọ́ tó ga, agbára ìdarí ooru tó dára, iyàrá ìtújáde electron ńlá, àti agbára ìdènà ìtànṣán tó lágbára. Ó ti fẹ̀ sí i agbára ìṣiṣẹ́ agbára àwọn ẹ̀rọ agbára púpọ̀, ó sì lè bá àwọn ohun èlò itanna agbára tó ń bọ̀ mu fún àwọn ẹ̀rọ pẹ̀lú agbára gíga, ìwọ̀n kékeré, iwọ̀n otútù gíga, ìtànṣán gíga àti àwọn ipò tó le koko mìíràn. Ó lè dín ààyè kù, dín agbára lílo kù àti dín àwọn ohun tí a nílò fún ìtútù kù. Ó ti mú àwọn àyípadà tó yípadà wá sí àwọn ọkọ̀ agbára tuntun, ìrìn ọkọ̀ ojú irin, àwọn grids ọlọ́gbọ́n àti àwọn pápá mìíràn. Nítorí náà, àwọn semiconductor silicon carbide ti di ohun èlò tó dára jùlọ tí yóò ṣe amọ̀nà ìran tuntun ti àwọn ẹ̀rọ itanna agbára gíga. Ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí, nítorí ìtìlẹ́yìn ètò ìṣèlú orílẹ̀-èdè fún ìdàgbàsókè ilé iṣẹ́ semiconductor ìran kẹta, ìwádìí àti ìdàgbàsókè àti ìkọ́lé ètò iṣẹ́ ẹ̀rọ SiC 150 mm ti parí ní China, ààbò ẹ̀wọ̀n ilé iṣẹ́ sì ti jẹ́ ìdánilójú. Nítorí náà, àfiyèsí ilé iṣẹ́ náà ti yípadà díẹ̀díẹ̀ sí ìṣàkóso iye owó àti ìdàgbàsókè iṣẹ́. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Táblì 1, ní ìfiwéra pẹ̀lú 150 mm, 200 mm SiC ní ìwọ̀n lílo ẹ̀gbẹ́ gíga, àti pé àbájáde àwọn ërún wafer kan ṣoṣo le pọ̀ sí i ní ìlọ́po 1.8. Lẹ́yìn tí ìmọ̀ ẹ̀rọ náà bá dàgbà, iye owó ìṣelọ́pọ́ ti ërún kan ṣoṣo le dínkù sí 30%. Ìṣẹ̀lẹ̀ ìmọ̀ ẹ̀rọ ti 200 mm jẹ́ ọ̀nà tààrà láti "dínkù owó àti mímú kí iṣẹ́ sunwọ̀n sí i", ó sì tún jẹ́ kọ́kọ́rọ́ fún ilé iṣẹ́ semiconductor orílẹ̀-èdè mi láti "ṣiṣẹ́ ní ìpele kan" tàbí "olùdarí".
Yatọ si ilana ẹrọ Si,Awọn ẹrọ agbara SiC semikondokitoGbogbo wọn ni a ṣe àgbékalẹ̀ wọn tí a sì pèsè wọn pẹ̀lú àwọn fẹlẹfẹlẹ epitaxial gẹ́gẹ́ bí igun ilé. Àwọn wafer Epitaxial jẹ́ àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ pàtàkì fún àwọn ẹ̀rọ agbára SiC. Dídára ti fẹlẹfẹlẹ epitaxial ń pinnu ìbísí ẹ̀rọ náà ní tààrà, iye owó rẹ̀ sì jẹ́ 20% ti iye owó ṣíṣe chip náà. Nítorí náà, ìdàgbàsókè epitaxial jẹ́ ọ̀nà àárín pàtàkì nínú àwọn ẹ̀rọ agbára SiC. Ààlà òkè ti ipele ilana epitaxial ni a ń pinnu nípasẹ̀ àwọn ẹ̀rọ epitaxial. Lọ́wọ́lọ́wọ́, ìwọ̀n àgbègbè ti ẹ̀rọ epitaxial 150mm SiC ní China ga díẹ̀, ṣùgbọ́n ìṣètò gbogbogbòò ti 200mm dúró sẹ́yìn ìpele àgbáyé ní àkókò kan náà. Nítorí náà, láti lè yanjú àwọn àìní kíákíá àti àwọn ìṣòro ìdènà ti iṣẹ́-ṣíṣe ohun èlò epitaxial ńlá, tí ó ga jùlọ fún ìdàgbàsókè ilé-iṣẹ́ semiconductor ìran kẹta ti orílẹ̀-èdè, ìwé yìí ṣe àfihàn ohun èlò epitaxial 200 mm SiC tí a ṣe ní àṣeyọrí ní orílẹ̀-èdè mi, ó sì ń kẹ́kọ̀ọ́ nípa ilana epitaxial. Nípa ṣíṣe àtúnṣe àwọn ìlànà iṣẹ́ bí iwọ̀n otútù iṣẹ́, ìwọ̀n ìṣàn gaasi agbérù, ìpíndọ́gba C/Si, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ, ìṣọ̀kan ìfojúsùn <3%, ìsanra àìdọ́gba <1.5%, ìrísí Ra <0.2 nm àti ìwúwo àbùkù ikú <0.3 ọkà/cm2 ti 150 mm àti 200 mm SiC àwọn wafers epitaxial pẹ̀lú iná ààrò silikoni carbide 200 mm tí a ṣe ní òmìnira ni a gba. Ipele ilana ẹrọ naa le pade awọn aini ti igbaradi ẹrọ agbara SiC ti o ga julọ.
Ìdánwò 1
1.1 Ìlànà tiÀrùn epitaxial SiCilana
Ilana idagbasoke homoepitaxial 4H-SiC ni awọn igbesẹ pataki meji, eyini ni, fifi iwọn otutu giga sinu situ ti substrate 4H-SiC ati ilana fifi ooru kemikali kan papọ. Idi pataki ti fifi epo sinu situ ni lati yọ ibajẹ isalẹ ilẹ ti substrate kuro lẹhin fifi omi wafer polishing, omi didan iyokù, awọn patikulu ati fẹlẹfẹlẹ oxide, ati pe a le ṣẹda eto igbese atomu deede lori dada substrate nipasẹ fifi epo sinu situ. Fi epo sinu situ ni a maa n ṣe ni afẹfẹ hydrogen. Gẹgẹbi awọn ibeere ilana gangan, a tun le fi iwọn kekere ti gaasi iranlọwọ kun, gẹgẹbi hydrogen chloride, propane, ethylene tabi silane. Iwọn otutu ti fifi epo sinu situ jẹ loke 1 600 ℃, ati titẹ ti yara iṣe ni a ṣakoso ni isalẹ 2 × 104 Pa lakoko ilana fifi epo sinu situ.
Lẹ́yìn tí a bá ti mú kí ojú ilẹ̀ náà ṣiṣẹ́ nípasẹ̀ ìfọ́ tí a fi sínú rẹ̀, ó wọ inú ìlànà ìfọ́ tí ó ga jùlọ, èyí ni pé, orísun ìdàgbàsókè (bíi ethylene/propane, TCS/silane), orísun doping (n-type doping source nitrogen, p-type doping source TMMal), àti gaasi auxiliary bíi hydrogen chloride ni a gbé lọ sí yàrá ìfọ́ tí ó ń ṣàn nípasẹ̀ ìṣàn gaasi tí ń gbé nǹkan (nígbà gbogbo hydrogen). Lẹ́yìn tí gaasi náà bá ti ṣe àtúnṣe nínú yàrá ìfọ́ tí ó ga jùlọ, apá kan nínú precursor náà máa ń ṣe àtúnṣe sí kẹ́míkà ó sì máa ń fà á mọ́ ojú ilẹ̀ wafer, àti pé a máa ń ṣe àtúnṣe epitaxial 4H-SiC kan ṣoṣo pẹ̀lú ìfọ́ tí ó kan pàtó, ìfúnpọ̀ pàtó, àti dídára tí ó ga jùlọ lórí ojú ilẹ̀ náà nípa lílo substrate 4H-SiC kan ṣoṣo gẹ́gẹ́ bí àwòṣe. Lẹ́yìn ọ̀pọ̀ ọdún ti ìwádìí ìmọ̀-ẹ̀rọ, ìmọ̀-ẹ̀rọ homoepitaxial 4H-SiC ti dàgbàsókè ní pàtàkì ó sì ti ń lò ó ní gbogbogbòò nínú iṣẹ́-ọnà ilé-iṣẹ́. Ìmọ̀-ẹ̀rọ homoepitaxial 4H-SiC tí a lò jùlọ ní àgbáyé ní àwọn ànímọ́ méjì tí ó wọ́pọ̀:
(1) Nípa lílo ohun èlò tí a fi off-axis (ní ìbámu pẹ̀lú crystal plane <0001>, sí ìtọ́sọ́nà crystal <11-20>) tí a gé gẹ́gẹ́ bí àwòṣe, a fi ìpele epitaxial 4H-SiC kan tí ó ní ìwẹ̀nùmọ́ gíga tí kò ní àwọn ohun ìdọ̀tí sí orí substrate náà ní ìrísí ìgbésẹ̀ ìṣàn-ṣíṣàn. Ìdàgbàsókè homoepitaxial 4H-SiC ní ìbẹ̀rẹ̀ lo ohun èlò kristali rere, ìyẹn ni, ohun èlò Si <0001> fún ìdàgbàsókè. Ìwọ̀n àwọn ìgbésẹ̀ atomu lórí ojú ohun èlò kristali rere kéré síi àti pé àwọn ibi ìtẹ̀sí náà gbòòrò. Ó rọrùn láti ṣe ìdàgbàsókè nucleation oníwọ̀n méjì nígbà tí epitaxy bá ń ṣiṣẹ́ láti ṣẹ̀dá crystal SiC 3C (3C-SiC). Nípa gígé ohun èlò tí ó wà ní off-axis, a lè ṣe àwọn ìgbésẹ̀ atomu oníwọ̀n gíga, tí ó ní ìwọ̀n tẹ́ẹ́rẹ́ lórí ojú ohun èlò substrate 4H-SiC <0001>, àti pé ohun èlò tí a fi adsorbed ṣe lè dé ipò atomiki ní ọ̀nà tí ó dára pẹ̀lú agbára ojú ilẹ̀ tí ó kéré nípasẹ̀ ìtànkálẹ̀ ojú ilẹ̀. Ní ìgbésẹ̀ náà, ipò ìsopọ̀ ẹgbẹ́ átọ́mù/mọ́lẹ́kì tí ó ṣáájú jẹ́ àrà ọ̀tọ̀, nítorí náà ní ipò ìdàgbàsókè ìṣàn ìgbésẹ̀, ìpele epitaxial lè jogún ìtẹ̀léra ìpele atomiki méjì Si-C ti substrate náà láti ṣẹ̀dá kristali kan ṣoṣo pẹ̀lú ìpele kristali kan náà gẹ́gẹ́ bí substrate náà.
(2) Ìdàgbàsókè epitaxial iyara-giga ni a ṣe àṣeyọrí nípa fífi orísun silicon tí ó ní chlorine hàn. Nínú àwọn ètò ìforúkọsílẹ̀ èéfín kẹ́míkà SiC ìbílẹ̀, silane àti propane (tàbí ethylene) ni àwọn orísun ìdàgbàsókè pàtàkì. Nínú ìlànà gbígbé ìwọ̀n ìdàgbàsókè sókè nípa mímú ìwọ̀n ìṣàn orísun ìdàgbàsókè pọ̀ sí i, bí ìwọ̀n ìfúnpọ̀ apá kan ti èròjà silicon bá ń tẹ̀síwájú láti pọ̀ sí i, ó rọrùn láti ṣẹ̀dá àwọn ìṣùpọ̀ silicon nípa lílo èròjà gaasi oníṣọ̀kan, èyí tí ó dín ìwọ̀n lílo orísun silicon kù gidigidi. Ṣíṣẹ̀dá àwọn ìṣùpọ̀ silicon ń dín ìdàgbàsókè epitaxial kù gidigidi. Ní àkókò kan náà, àwọn ìṣùpọ̀ silicon lè da ìdàgbàsókè ìṣàn ìgbésẹ̀ rú kí wọ́n sì fa àbùkù nucleation. Láti yẹra fún ìṣọ̀kan gaasi oníṣọ̀kan àti láti mú ìwọ̀n ìdàgbàsókè epitaxial pọ̀ sí i, fífi àwọn orísun silicon tí ó dá lórí chlorine sílẹ̀ ni ọ̀nà pàtàkì lọ́wọ́lọ́wọ́ láti mú ìwọ̀n ìdàgbàsókè epitaxial ti 4H-SiC pọ̀ sí i.
1.2 200 mm (8-inch) Ohun èlò epitaxial SiC àti àwọn ipò iṣẹ́
Àwọn àdánwò tí a ṣàlàyé nínú ìwé yìí ni a ṣe lórí ohun èlò ìgbóná ara SiC tí ó ní ìpele 150/200 mm (6/8-inch) tí ó báramu pẹ̀lú ohun èlò ìgbóná ara tí ó ní ìpele 150/200 mm (6/8-inch) tí ó báramu nípasẹ̀ 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Ilé ìgbóná ara epitaxial ń ṣe àtìlẹ́yìn fún gbígbé ẹrù àti ṣíṣí ẹrù wafer láìdáwọ́dúró. Àwòrán 1 jẹ́ àwòrán onípele ti ìṣètò inú yàrá ìhùwàsí ti ohun èlò ìgbóná ara epitaxial. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 1, ògiri ìta yàrá ìhùwàsí jẹ́ agogo quartz pẹ̀lú àárín ìpele tí ó tutù omi, àti inú agogo náà jẹ́ yàrá ìhùwàsí tí ó ní ìgbóná ara, èyí tí a fi èrò carbon tí ó ń dènà ooru, ihò graphite pàtàkì tí ó ní ìwẹ̀nùmọ́ gíga, ìpìlẹ̀ yíyípo gaasi graphite, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. Gbogbo agogo quartz ni a fi okùn induction cylindrical bo, yàrá ìhùwàsí inú agogo náà sì ni a fi iná electromagnetic gbóná nípasẹ̀ agbára induction frequency àárín. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 1 (b), gáàsì agbérù, gáàsì agbérù, àti gáàsì doping gbogbo wọn ń ṣàn gba ojú wafer ní ìṣàn laminar petele láti òkè yàrá agbérù sí ìsàlẹ̀ yàrá agbérù, wọ́n sì ń tú u jáde láti orí gáàsì ìrù. Láti rí i dájú pé ó dúró ṣinṣin nínú wafer náà, wafer tí afẹ́fẹ́ ń gbé máa ń yípo nígbà gbogbo nígbà tí a bá ń ṣe é.
Ohun èlò tí a lò nínú ìdánwò náà ni 150 mm, 200 mm (6 inches, 8 inches) <1120> ìtọ́sọ́nà 4° off-angle conductive n-type 4H-SiC onígun méjì tí Shanxi Shuoke Crystal ṣe. A lo Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) àti ethylene (C2H4) gẹ́gẹ́ bí orísun ìdàgbàsókè pàtàkì nínú ìdánwò náà, lára èyí tí a lò TCS àti C2H4 gẹ́gẹ́ bí orísun silicon àti orísun erogba lẹ́sẹẹsẹ, a lo nitrogen oníwẹ́ (N2) gẹ́gẹ́ bí orísun doping irú n, a sì lo hydrogen (H2) gẹ́gẹ́ bí gaasi dídín àti gaasi tí ń gbé e kiri. Ìwọ̀n otútù ti ìlànà epitaxial jẹ́ 1 600 ~1 660 ℃, ìfúnpá ìlànà náà jẹ́ 8×103 ~12×103 Pa, àti ìwọ̀n ìṣàn gaasi tí ń gbé e kiri H2 jẹ́ 100～140 L/min.
1.3 Ìdánwò àti ìṣàfihàn wafer epitaxial
A lo ẹ̀rọ ìṣàyẹ̀wò infrared Fourier (olùpèsè ẹ̀rọ Thermalfisher, model iS50) àti ẹ̀rọ ìṣàyẹ̀wò ìfọkànsí mercury probe (olùpèsè ẹ̀rọ Semilab, model 530L) láti ṣe àfihàn ìwọ̀n àti ìpínkiri ìfúnpọ̀ epitaxial àti ìfọkànsí doping; a pinnu ìwọ̀n àti ìfọkànsí doping ti ojú kọ̀ọ̀kan nínú ìfọkànsí epitaxial nípa gbígbé àwọn ojú kan ní ìlà ìlà tí ó so ìlà déédé ti etí ìtọ́kasí pàtàkì ní 45° ní àárín wafer pẹ̀lú yíyọ etí 5 mm. Fún wafer 150 mm, a mú àwọn ojú 9 ní ìlà ìlà kan ṣoṣo (àwọn ìlà méjì wà ní ìdúróṣinṣin sí ara wọn), àti fún wafer 200 mm, a mú àwọn ojú 21, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 2. A lo microscope agbára atomiki (olùpèsè ẹ̀rọ Bruker, model Dimension Icon) láti yan àwọn agbègbè 30 μm×30 μm ní agbègbè àárín àti agbègbè etí (yíyọ etí 5 mm) ti wafer epitaxial láti dán bí ojú ti fẹlẹfẹlẹ epitaxial ṣe rí gan-an tó; A fi ẹ̀rọ ìdánwò àbùkù ojú ilẹ̀ (olùpèsè ẹ̀rọ China Electronics) wọ́n àbùkù náà. A fi ẹ̀rọ 3D ṣe àfihàn ẹ̀rọ rédà (model Mars 4410 pro) láti Kefenghua.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Sep-04-2024