8 colių SiC epitaksinė krosnies ir homoepitaksinio proceso tyrimai

Šiuo metu SIC pramonė keičiasi nuo 150 mm (6 colių) iki 200 mm (8 colių). Siekiant patenkinti skubų didelio dydžio, aukštos kokybės SIC homoepitaksinių vaflių paklausą pramonėje, 150 mm ir 200 mm 4H-SIC homoepitaksiniams vafliams buvo sėkmingai paruošti buitiniai substratai, naudojant nepriklausomai sukurtą 200 mm SiC epitaksinės augimo įrangą. Buvo sukurtas homoepitaksinis procesas, tinkamas 150 mm ir 200 mm, kurio metu epitaksinis augimo greitis gali būti didesnis nei 60 μm/h. Susitikdamas su greitaeigiu epitaksija, epitaksinė vaflių kokybė yra puiki. Storio vienodumas 150 mm ir 200 mm SiC epitaksiniams vafliams gali būti kontroliuojami per 1,5%, koncentracijos vienodumas yra mažesnis nei 3%, mirtinas defektų tankis yra mažesnis nei 0,3 dalelių/cm2, o epitaksinio paviršiaus šiurkštumo šaknies vidurkis RA yra mažesnis nei 0,15 nm, o visi pagrindiniai proceso rodikliai yra pažangių pramonės lygmenys.

Silicio karbidas (SIC) yra vienas iš trečiosios kartos puslaidininkių medžiagų atstovų. Jis pasižymi didelio skilimo lauko stiprumo savybėmis, puikiu šilumos laidumu, dideliu elektronų prisotinimo dreifo greičiu ir stipriu atsparumu radiacijai. Tai labai išplėtė energijos perdirbimo pajėgumą energijos prietaisų energijos perdirbimo pajėgumui ir gali atitikti naujos kartos galios elektroninės įrangos, turinčios didelę galią, mažą dydį, aukštą temperatūrą, aukštą radiaciją ir kitas ekstremalias sąlygas, aptarnavimo reikalavimus. Tai gali sumažinti erdvę, sumažinti energijos suvartojimą ir sumažinti aušinimo reikalavimus. Tai atnešė revoliucinių naujų energetinių transporto priemonių, geležinkelių transportavimo, išmaniųjų tinklų ir kitų laukų pokyčių. Todėl silicio karbido puslaidininkiai tapo pripažinti idealia medžiaga, kuri ves naujos kartos didelės galios elektroninius prietaisus. Pastaraisiais metais dėl nacionalinės politikos paramos trečiosios kartos puslaidininkių pramonės plėtrai, 150 mm SIC prietaisų pramonės sistemos tyrimai ir plėtra bei statyba iš esmės buvo baigti Kinijoje, o pramonės grandinės saugumas iš esmės buvo garantuotas. Todėl pramonės dėmesys palaipsniui perėjo prie išlaidų kontrolės ir efektyvumo pagerinimo. Kaip parodyta 1 lentelėje, palyginti su 150 mm, 200 mm SiC turi didesnį kraštų panaudojimo greitį, o pavienių plokštelių drožlių išvestis gali būti padidinta maždaug 1,8 karto. Po šios technologijos subrendimo vienos lusto gamybos išlaidos gali būti sumažintos 30%. 200 mm technologinis proveržis yra tiesioginė priemonė „sumažinti išlaidas ir padidinti efektyvumą“, be to, mano šalies puslaidininkių pramonei yra raktas į „paleisti lygiagrečiai“ ar net „švino“.

Skirtingai nuo SI įrenginio proceso, SIC puslaidininkių galios įtaisai yra apdorojami ir paruošiami su epitaksiniais sluoksniais kaip kertinis akmuo. Epitaksiniai vafliai yra pagrindinės pagrindinės SiC galios prietaisų medžiagos. Epitaksinio sluoksnio kokybė tiesiogiai nustato įrenginio išeigą, o jo išlaidos sudaro 20% lustų gamybos išlaidų. Todėl epitaksinis augimas yra esminis tarpinis ryšys SiC galios prietaisuose. Viršutinę epitaksialinio proceso lygio ribą nustato epitaksinė įranga. Šiuo metu 150 mm SiC epitaksialinės įrangos lokalizacijos laipsnis yra palyginti aukštas, tačiau bendras 200 mm išdėstymas atsilieka nuo tarptautinio lygio tuo pačiu metu. Todėl, siekiant išspręsti skubius didelio dydžio, aukštos kokybės epitaksinės medžiagos gamybos poreikius ir kliūtis, skirtas vidaus trečiosios kartos puslaidininkių pramonės plėtrai, šiame dokumente pateikiama 200 mm sic epitaksialinė įranga, sėkmingai sukurta mano šalyje, ir tiria epitaksinį procesą. Optimizuojant proceso parametrus, tokius kaip proceso temperatūra, nešiklio dujų srauto greitis, C/SI santykis ir kt., Koncentracijos vienodumas <3%, storio nevienodumas <1,5%, šiurkštumas RA <0,2 nm ir mirtinų defektų tankis <0,3 dalelės/cm2 iš 150 mm ir 200 mm SICPITAXialiniai pluoštai. Įrangos proceso lygis gali patenkinti aukštos kokybės SIC galios prietaiso paruošimo poreikius.

1 eksperimentai

1.1 SiC epitaksinio proceso principas

4H-SIC homoepitaksinio augimo procesas daugiausia apima 2 pagrindinius žingsnius, būtent, aukštos temperatūros 4H-SIC substrato ir homogeninio cheminio garų nusėdimo proceso in situ ėsdinimą. Pagrindinis substrato in situ ėsdinimo tikslas yra pašalinti substrato požeminį pažeidimą po vaflių poliravimo, likusio poliravimo skysčio, dalelių ir oksido sluoksnio, o ant substrato paviršiaus gali būti suformuota įprasta atominė pakopos struktūra. In situ ėsdinimas paprastai atliekamas vandenilio atmosferoje. Remiantis faktiniais proceso reikalavimais, taip pat galima pridėti nedidelį kiekį pagalbinių dujų, tokių kaip vandenilio chloridas, propanas, etilenas ar silanas. In situ vandenilio ėsdinimo temperatūra paprastai yra didesnė nei 1 600 ℃, o reakcijos kameros slėgis paprastai kontroliuojamas žemiau 2 × 104 PA ėsdinimo proceso metu.

Po substrato paviršiaus suaktyvinus in situ ėsdinant, jis patenka Vežėjo dujos (paprastai vandenilis). Po to, kai dujos reaguoja aukštos temperatūros reakcijos kameroje, dalis pirmtako reaguoja chemiškai ir adsorbuoja vaflių paviršiuje, o vieno kristalo homogeninis 4H-SIC epitaksinis sluoksnis su specifine dopingo koncentracija, specifinis storio ir aukštesnės kokybės, formuojamos ant substrato paviršiaus, naudojant vieno krovinio 4H-SIC-SICS substrate. Po daugelio metų techninių tyrinėjimų 4H-SIC homoepitaksinė technologija iš esmės subrendo ir yra plačiai naudojama pramoninėje gamyboje. The most widely used 4H-SiC homoepitaxial technology in the world has two typical characteristics: (1) Using an off-axis (relative to the <0001> crystal plane, toward the <11-20> crystal direction) oblique cut substrate as a template, a high-purity single-crystal 4H-SiC epitaxial layer without impurities is deposited on the substrate in the form of step-flow growth mode. Ankstyvame 4H-SIC homoepitaksiniame augime augimui buvo naudojamas teigiamas kristalų substratas, tai yra <0001> SI plokštuma. Atominių žingsnių tankis teigiamo kristalų substrato paviršiuje yra mažas, o terasos yra plačios. Dviejų matmenų branduolių augimą lengva atsirasti epitaksijos proceso metu, kad būtų sudarytas 3C kristalų sic (3C-SIC). Pjaustant ne ašį, 4H-SIC <0001> substrato paviršiuje galima įvesti didelio tankio, siauros terasos pločio atominius žingsnius, o adsorbuotas pirmtakas gali efektyviai pasiekti atominės pakopos padėtį su santykinai maža paviršiaus energija per paviršiaus difuziją. Žingsnis, pirmtako atomo/molekulinės grupės surišimo padėtis yra unikali, todėl žingsnio srauto augimo režime epitaksinis sluoksnis gali puikiai paveldėti substrato Si-c dvigubo atominio sluoksnio sukravimo seką, kad susidarytų vienas kristalas su ta pačia kristalo faze kaip ir substrate. (2) Greičio epitaksinis augimas pasiekiamas įvedant chloro turintį silicio šaltinį. Įprastinėse SiC cheminio garų nusėdimo sistemose pagrindiniai augimo šaltiniai yra silanas ir propanas (arba etilenas). Padidinant augimo greitį padidinant augimo šaltinio srautą, nes silicio komponento pusiausvyros dalinis slėgis ir toliau didėja, nesunku suformuoti silicio klasterius homogeniškos dujų fazės branduoliu, o tai žymiai sumažina silicio šaltinio panaudojimo greitį. Silicio klasterių formavimas labai riboja epitaksinio augimo greičio pagerėjimą. Tuo pačiu metu silicio klasteriai gali sutrikdyti žingsnio srauto augimą ir sukelti defektų branduolį. Norint išvengti homogeninės dujų fazės branduolio ir padidinti epitaksinio augimo greitį, šiuo metu yra pagrindinis chloro pagrindu pagamintų silicio šaltinių įvedimas, siekiant padidinti 4H-SIC epitaksinio augimo greitį.

1,2 200 mm (8 colių) SiC epitaksinė įranga ir proceso sąlygos

Visi šiame dokumente aprašyti eksperimentai buvo atlikti su 150/200 mm (6/8 colių) suderinamu monolitiniu horizontalią horizontalią karštos sienos sic epitaksialinę įrangą, kurią nepriklausomai sukūrė 48-asis Kinijos elektronikos technologijų grupės institutas. Epitaksinė krosnis palaiko visiškai automatinį vaflių pakrovimą ir iškrovimą. 1 paveikslas yra epitaksinės įrangos reakcijos kameros vidinės struktūros schema. Kaip parodyta 1 paveiksle, reakcijos kameros išorinė siena yra kvarco varpas su vandeniu aušinamu tarpsluoksniu, o varpo vidus yra aukštos temperatūros reakcijos kamera, kurią sudaro šiluminis izoliacijos anglies veltinis, aukšto grūdo specialusis grafito ertmė, grafito dujų pluošto besisukanti bazė ir tt. Visas kvarco varpas yra padengtas cilindriškos indukcinės indukcijos kantriais ir reakcijos kameroje ir tt. Electials Electionals Electionals Elections Elections Electional Internations Electial International Internations Electial International Internation Electial Internation International Internation Electial Internation Internation Energe Vidutinio dažnio indukcijos maitinimo šaltiniu. Kaip parodyta 1 (b) paveiksle, nešiklio dujos, reakcijos dujos ir dopingo dujos - per vaflinio paviršių horizontaliame laminariniame sraute iš reakcijos kameros prieš srovę į reakcijos kameros pasroviui ir yra išleidžiami iš uodegos dujų galo. Siekiant užtikrinti vaflinio konsistenciją, proceso metu visada pasukamas ore plūduriuojančios bazės vaflis.

Eksperimente naudojamas substratas yra komercinis 150 mm, 200 mm (6 colių, 8 colių) <1120> 4 ° kampo laidus N-tipo 4H-SIC dvipusis poliruotas SiC substratas, pagamintas Shanxi Shooke Crystal. Trichlorozilanas (SIHCL3, TCS) ir etilenas (C2H4) naudojami kaip pagrindiniai augimo šaltiniai proceso eksperimente, tarp kurių TCS ir C2H4 yra naudojami kaip silicio šaltinis ir anglies šaltinis, naudojami didelio grynumo azoto (N2), naudojami kaip skiedikliai (N2). Epitaksinio proceso temperatūros diapazonas yra 1 600 ~ 1 660 ℃, proceso slėgis yra 8 × 103 ~ 12 × 103 PA, o H2 nešiklio dujų srautas yra 100 ～ 140 l/min.

1.3 Epitaksinis vaflių bandymas ir apibūdinimas

Furjė infraraudonųjų spindulių spektrometras (įrangos gamintojas „Thermalfisher“, „Model IS50“) ir „Mercury“ zondo koncentracijos testeris (įrangos gamintojas „Semilab“, 530L modelis) buvo naudojami apibūdinti epitaksinio sluoksnio storio vidurkį ir pasiskirstymą ir paskirstymo koncentraciją; Kiekvieno epitaksialinio sluoksnio taško storis ir dopingo koncentracija buvo nustatyta paimant taškus išilgai skersmens linijos, kertančios normalią pagrindinio etaloninio krašto liniją 45 ° kampu, vaflinio centre, su 5 mm krašto pašalinimu. 150 mm plokštelei buvo paimta 9 taškai išilgai vienos skersmens linijos (du skersmenys buvo statmeni vienas kitam), o 200 mm vafliui buvo paimta 21 taškas, kaip parodyta 2 paveiksle. Atominės jėgos mikroskopo (įrangos gamintojas Bruker, modelio dimensijų piktograma) buvo naudojamas 30 μm × 30 μm plotų centriniam plotui ir krašto krašto pašalinimo modelio parinkimui). vaflis, skirtas išbandyti epitaksinio sluoksnio paviršiaus šiurkštumą; Epitaksinio sluoksnio defektai buvo išmatuoti naudojant paviršiaus defektų testerį (įrangos gamintojui „China Electronics Kefenghua“, „Model Mars 4410 Pro“) apibūdinti.

2 eksperimentiniai rezultatai ir diskusija

2.1 Epitaksinis sluoksnio storis ir vienodumas

Epitaksinis sluoksnio storis, dopingo koncentracija ir vienodumas yra vienas iš pagrindinių rodiklių, vertinančių epitaksinių plokštelių kokybę. Tikslai kontroliuojamas storis, dopingo koncentracija ir vienodumas vafliuose yra raktas užtikrinant SIC galios įtaisų veikimą ir nuoseklumą, o epitaksinio sluoksnio storio ir dopingo koncentracijos vienodumas taip pat yra svarbūs pagrindai epitaksinės įrangos proceso galimybei išmatuoti.

3 paveiksle parodytas 150 mm ir 200 mm SiC epitaksinių vaflių storio vienodumas ir pasiskirstymo kreivė. Iš figūros matyti, kad epitaksinio sluoksnio storio pasiskirstymo kreivė yra simetriška vaflio vidurio taške. Epitaksinio proceso laikas yra 600 s, vidutinis 150 mm epitaksinio vaflio epitaksinio sluoksnio storis yra 10,89 μm, o storio vienodumas yra 1,05%. Skaičiuojant epitaksinio augimo greitis yra 65,3 μm/h, kuris yra tipiškas greito epitaksinio proceso lygis. Per tą patį epitaksinio proceso laiką 200 mm epitaksinio vaflio epitaksinio sluoksnio storis yra 10,10 μm, storio vienodumas yra 1,36%, o bendras augimo greitis yra 60,60 μm/h, kuris yra šiek tiek mažesnis nei 150 mm epitaksinis augimo greitis. Taip yra todėl, kad kelyje yra akivaizdžių nuostolių, kai silicio šaltinis ir anglies šaltinis teka iš reakcijos kameros prieš srovę per vaflio paviršių į reakcijos kameros pasroviui, o 200 mm vaflių plotas yra didesnis nei 150 mm. Dujos teka per 200 mm plokštelės paviršių didesniam atstumui, o pakeliui sunaudotos šaltinio dujos yra daugiau. Esant sąlygoms, kad vaflis nuolat besisuka, bendras epitaksinio sluoksnio storis yra plonesnis, todėl augimo greitis yra lėtesnis. Apskritai, puikus 150 mm ir 200 mm epitaksinių vaflių storio vienodumas yra puikus, o įrangos proceso galimybė gali atitikti aukštos kokybės prietaisų reikalavimus.

2.2 Epitaksinis sluoksnio dopingo koncentracija ir vienodumas

4 paveiksle parodytas 150 mm ir 200 mm SiC epitaksinių plokštelių dopingo koncentracijos vienodumas ir kreivės pasiskirstymas. Kaip matyti iš paveikslo, epitaksinio vaflio koncentracijos pasiskirstymo kreivė turi akivaizdžią simetriją, palyginti su vaflio centru. 150 mm ir 200 mm epitaksinių sluoksnių dopingo koncentracijos vienodumas yra atitinkamai 2,80% ir 2,66%, o tai gali būti kontroliuojama per 3%, o tai yra puikus lygis tarp panašios tarptautinės įrangos. Epitaksinio sluoksnio dopingo koncentracijos kreivė pasiskirsto „W“ forma išilgai skersmens krypties, kurią daugiausia lemia horizontalios karšto sienos epitaksinės krosnies srauto laukas, nes oro srauto kryptis iš horizontalios oro srauto epitaksinės augimo krosnies yra nuo oro srauto; because the "along-the-way depletion" rate of the carbon source (C2H4) is higher than that of the silicon source (TCS), when the wafer rotates, the actual C/Si on the wafer surface gradually decreases from the edge to the center (the carbon source in the center is less), according to the "competitive position theory" of C and N, the doping concentration in the center of the wafer gradually decreases toward kraštas. Norint gauti puikų koncentracijos vienodumą, EDGE N2 pridedamas kaip kompensacija epitaksinio proceso metu, siekiant sulėtinti dopingo koncentracijos sumažėjimą iš centro į kraštą, kad galutinė dopingo koncentracijos kreivė būtų „W“ forma.

2.3 Epitaksinis sluoksnio defektai

Be storio ir dopingo koncentracijos, epitaksinio sluoksnio defektų valdymo lygis taip pat yra pagrindinis epitaksinių vaflių kokybės matavimo parametras ir svarbus epitaksinės įrangos proceso galimybės rodiklis. Nors SBD ir MOSFET turi skirtingus defektų reikalavimus, akivaizdesni paviršiaus morfologijos defektai, tokie kaip kritimo defektai, trikampio defektai, morkų defektai ir kometos defektai, yra apibrėžiami kaip SBD ir MOSFET prietaisų žudikų defektai. Lustų, turinčių šiuos defektus, gedimo tikimybė yra didelė, todėl žudikų defektų skaičius yra ypač svarbus siekiant pagerinti lusto derlių ir sumažinti išlaidas. 5 paveiksle parodytas 150 mm ir 200 mm SiC epitaksinių plokštelių žudikų defektų pasiskirstymas. Esant sąlygoms, kad nėra akivaizdaus C/SI santykio disbalanso, morkų defektai ir kometos defektai gali būti iš esmės pašalinti, o kritimo defektai ir trikampio defektai yra susiję su švaros kontrole atliekant epitaksialinę įrangą, grafito dalių priemaišų lygį reakcijos kameroje ir substrato kokybę. Iš 2 lentelės matome, kad mirtiną 150 mm ir 200 mm epitaksinių vaflių defektų tankį galima valdyti 0,3 daleles/cm2, o tai yra puikus to paties tipo įrangos lygis. Mirtino defektų tankio kontrolės lygis 150 mm epitaksiniame vafliuose yra geresnis nei 200 mm epitaksinio vaflio. Taip yra todėl, kad 150 mm substrato paruošimo procesas yra labiau subrendęs nei 200 mm, substrato kokybė yra geresnė, o 150 mm grafito reakcijos kameros priemaišų kontrolės lygis yra geresnis.

2.4 Epitaksinio vaflinio paviršiaus šiurkštumas

6 paveiksle pavaizduoti 150 mm ir 200 mm SiC epitaksinių plokštelių AFM vaizdai. Kaip matyti iš paveikslo, paviršiaus šaknies vidurkio kvadratinis šiurkštumas RA yra 150 mm ir 200 mm epitaksiniais vafliais yra atitinkamai 0,129 nm ir 0,113 nm, o epitaksinio sluoksnio paviršius yra sklandus, be akivaizdaus makrokomandos agregacijos fenomeno, kuris rodo, kad epitaksinio sluoksnio augimas visada palaiko žingsnio augimo režimą, o ne. Galima pastebėti, kad epitaksinį sluoksnį su lygiu paviršiumi galima gauti 150 mm ir 200 mm žemo kampo substratų, naudojant optimizuotą epitaksinio augimo procesą.

3. Išvados

150 mm ir 200 mm 4H-SIC homoepitaksiniams vafliams buvo sėkmingai paruošti buitiniai substratai, naudojant savarankiškai sukurtą 200 mm SiC epitaksinio augimo įrangą ir buvo sukurtas homoepitaksinis procesas, tinkamas 150 mm ir 200 mm. Epitaksinis augimo greitis gali būti didesnis nei 60 μm/h. Vykdant greitojo epitaksijos reikalavimą, epitaksinė vaflių kokybė yra puiki. 150 mm ir 200 mm storio vienodumas gali būti kontroliuojamas per 1,5%, koncentracijos vienodumas yra mažesnis nei 3%, mirtinas defektų tankis yra mažesnis nei 0,3 nm, o epitaksinio paviršiaus grubumo šaknies vidurkis yra mažesnis nei 0,15 nm. Pagrindiniai epitaksinių vaflių proceso rodikliai yra pažengę į pramonę.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- "

„Vetek Semiconductor“ yra profesionalus kinų gamintojasCVD SIC dengtos lubos, CVD SIC dangos antgalis, irSiC dangos įleidimo žiedas.  „Vetek Semiconductor“ yra įsipareigojęs pateikti patobulintus sprendimus įvairiems „SiC Wafer“ produktams puslaidininkių pramonei.

Jei jus domina8 colių sic epitaksinė krosnies ir homoepitaksinis procesas, nedvejodami susisiekite su mumis tiesiogiai.

Mob: +86-180 6922 0752

„WhatsApp“: +86 180 6922 0752

El. Paštas: anny@veteksemi.com