8-tolline sic epitaksiaalne ahi ja homoepitaksiaalse protsessi uurimine

Praegu muutub SIC -tööstus 150 mm (6 tolli) 200 mm -ni (8 tolli). Kiireloomulise nõudluse rahuldamiseks suurejooneliste, kvaliteetsete SIC homoepitaksiaalsete vahvlite järele tööstuses valmistati edukalt 150 mm ja 200 mM 4H-sic-sic homoepitaksiaalseid vahvleid edukalt kodumaistes substraatides, kasutades iseseisvalt välja töötatud 200 mm sici epitaksiaalse kasvu seadmeid. Töötati välja homoepitaksiaalne protsess, mis sobib 150 mm ja 200 mm, milles epitaksiaalne kasvukiirus võib olla suurem kui 60 μm/h. Kiire epitaksiaga kohtudes on epitaksiaalse vahvli kvaliteet suurepärane. Paksuse ühtlus 150 mm ja 200 mm sic epitaksiaalseid vahvleid saab kontrollida 1,5%piires, kontsentratsiooni ühtlus on väiksem kui 3%, surmaga lõppenud defekti tihedus on väiksem kui 0,3 osakest/cm2 ja epitaksiaalse pinna kareduse juure keskmine RA on väiksem kui 0,15 nm ja kõik tuumaprotsesside indikaatorid on tööstuse osas.

Ränikarbiid (sic) on üks kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalide esindajaid. Sellel on kõrge lagunemisvälja tugevuse omadused, suurepärane soojusjuhtivus, suur elektronide küllastuse triivi kiiruse ja tugev kiirguskindlus. See on toiteseadmete energiat töötlemisvõimsust märkimisväärselt laiendanud ja suudab vastata järgmise toiteelektroonikaseadme hooldusnõuetele suure võimsusega, väikese suurusega, kõrge temperatuuri, kõrge kiirguse ja muude ekstreemsete tingimustega seadmete jaoks. See võib vähendada ruumi, vähendada energiatarbimist ja vähendada jahutusnõudeid. See on toonud revolutsioonilisi muudatusi uutes energiasõidukites, raudteetranspordis, nutikates võredes ja muudes põldudes. Seetõttu on räni karbiidi pooljuhid tunnistatud ideaalse materjalina, mis juhib järgmise põlvkonna suure võimsusega elektroonikaseadmeid. Viimastel aastatel on tänu kolmanda põlvkonna pooljuhtide tööstuse arendamiseks riikliku poliitilise toetusele 150 mm SIC-seadme tööstuse süsteemi uurimine ja arendamine ja ehitamine Hiinas põhimõtteliselt lõpule viidud ning tööstusahela turvalisus on põhimõtteliselt tagatud. Seetõttu on tööstuse fookus järk -järgult nihkunud kulude kontrolli ja tõhususe parandamisele. Nagu on näidatud tabelis 1, võrreldes 150 mm, on 200 mm SIC servade kasutamise kiirus suurem ja üksikute vahvlite kiipide väljundit saab suurendada umbes 1,8 korda. Pärast tehnoloogia küpsemist saab ühe kiibi tootmiskulusid vähendada 30%. Tehnoloogiline läbimurre 200 mm on otsene vahend kulude vähendamiseks ja tõhususe suurendamiseks ning see on ka minu riigi pooljuhtide tööstuse võtmeks "paralleelne" või isegi "juhtpositsioon".

Erinedes Si -seadme protsessist, töödeldakse SIC pooljuhtide toiteseadmeid ja valmistatakse nurgakivina epitaksiaalsete kihtidega. Epitaksiaalsed vahvlid on SIC toiteseadmete jaoks olulised põhimaterjalid. Epitaksiaalse kihi kvaliteet määrab otseselt seadme saagise ja selle kulud moodustavad 20% kiibi tootmiskuludest. Seetõttu on epitaksiaalne kasv SIC -energiaseadmete oluline vaheühendus. Epitaksiaalse protsessi taseme ülemine piir määrab epitaksiaalse seadme abil. Praegu on kodumaiste 150 mm sic epitaksiaalsete seadmete lokaliseerimisaste suhteliselt kõrge, kuid üldine paigutus 200 mm jääb samal ajal rahvusvahelisest tasandist maha. Seetõttu, et lahendada kiireloomuliste vajaduste ja kitsaskohaprobleemide lahendamise suure kvaliteediga epitaksiaalse materjali tootmiseks kodumaise kolmanda põlvkonna pooljuhtide tööstuse arendamiseks, tutvustab see artikkel minu riigis edukalt välja töötatud 200 mm sic-epitaksiaadmeid ja uurib epitaksiaalset protsessi. Optimeerides protsessi parameetreid nagu protsessi temperatuur, kandegaasi voolukiirus, C/SI suhe jne, on kontsentratsiooni ühtlus <3%, paksus ebaühtlus <1,5%, karedus RA <0,2 nm ja fataalne defekttihedus <0,3 osakest/cm2 150 mm ja 200 mm SIC epitaksiaalse epilisega kabinet. Seadmete protsessi tase suudab vastata kvaliteetse SIC-toiteseadme ettevalmistamise vajadustele.

1 katsed

1.1 SIC epitaksiaalse protsessi põhimõte

4H-SIC homoepitaksiaalse kasvuprotsess hõlmab peamiselt 2 võtmeetappi, nimelt 4H-SIC substraadi ja homogeense keemilise aurude sadestamise protsessi kõrge temperatuuriga söövitamist. Substraadi in situ söövitamise peamine eesmärk on substraadi pinnakahjustuste eemaldamine pärast vahvli poleerimist, jääkvedelikku, osakesi ja oksiidikihti ning substraadi pinnale saab söövituse abil moodustada regulaarse aatomi astme struktuuri. SITU-sisene söövitus viiakse tavaliselt läbi vesiniku atmosfääris. Tegelike protsessinõuete kohaselt võib lisada ka väikese koguse abigaasi, näiteks vesinikkloriid, propaan, etüleen või silaan. Vesiniku in situ sisemise temperatuuri on üldiselt üle 1 600 ℃ ja söövitamisprotsessi ajal kontrollitakse reaktsioonikambri rõhku tavaliselt alla 2 × 104 PA.

Pärast substraadi pinna aktiveerimist in situ söövitumisega siseneb see kõrge temperatuuriga keemilise aurude sadestumisprotsessi, see tähendab kasvuallika (näiteks etüleen/propaan, TCS/silaan), leviala allika (N-tüüpi doping allika lämmastik, mis on läbi voolavad, P-Type dopingu allika TMAL) ja Auksilialina. kandegaasi (tavaliselt vesinik). Pärast seda, kui gaas reageerib kõrge temperatuuriga reaktsioonikambris, reageerib osa eelkäijast keemiliselt ja adsorbid vahvli pinnal ning ühekristalliline homogeenne 4H-sic epitaksiaalne kiht, millel on konkreetne dopingukontsentratsioon, spetsiifiline paksus ja kõrgem kvaliteet, moodustatakse substraadi pinnal ühe-crystaalse 4H-sic-i templi korral. Pärast aastatepikkust tehnilist uurimist on 4H-SIC homoepitaksiaalne tehnoloogia põhimõtteliselt küpsenud ja seda kasutatakse laialdaselt tööstuslikus tootmises. Kõige laialdasemalt kasutatava 4H-sic homoepitaksiaalse tehnoloogia maailmas on kaks tüüpilist omadust: (1) kasutades teljevälist telje (võrreldes <0001> kristalltasapinnaga, kristallsuuna <11-20> suunas) kaldus substraadi poole kui mall, majutatud maardlaks, mis on maardlate režiim, mis on majunud, kui maardlaks on suure puiduga ühekordse e-sc-sic-i-sic-e-e-e-e-epitaal-lati. Varase 4H-SIC homoepitaksiaalse kasvu kasutas positiivset kristallisubstraat, see tähendab kasvu jaoks <0001> Si tasapinda. Positiivse kristalli substraadi pinna aatomietappide tihedus on madal ja terrassid laiad. Kahemõõtmelist tuuma moodustumise kasvu on epitaksia protsessi ajal lihtne tekitada, et moodustada 3C kristall-sic (3C-SIC). Teljevälise lõikamise abil saab 4H-SIC <0001> substraadi pinnale sisse viia suure tihedusega terrassi laiuse aatomi aatomi aatomi etappe ning adsorbeeritud eelkäija suudab pinna difusiooni kaudu tõhusalt jõuda aatomi astme positsiooniga suhteliselt madala pinnaenergiaga. Etapis on eelkäija aatomi/molekulaarse rühma sidumispositsioon ainulaadne, nii et astmevoolu kasvurežiimis suudab epitaksiaalne kiht täiuslikult pärida substraadi SI-C topelt aatomikihi virnastamisjärjestuse, moodustades substraadiga sama kristalliga ühe kristalli. (2) Kiire epitaksiaalne kasv saavutatakse kloori sisaldava räni allika tutvustamisega. Tavalistes SIC -keemiliste aurude sadestussüsteemides on peamised kasvuallikad silaan ja propaan (või etüleeni). Kasvukiiruse suurendamise protsessis kasvuallika voolukiiruse suurendamisel, kuna räni komponendi tasakaaluosaline rõhk kasvab jätkuvalt, on räni klastreid lihtne moodustada homogeense gaasifaasi tuumaga, mis vähendab märkimisväärselt räni allika kasutamise määra. Räni klastrite moodustumine piirab epitaksiaalse kasvukiiruse paranemist. Samal ajal võivad räni klastrid häirida astmevoolu kasvu ja põhjustada defekti tuuma moodustumist. Homogeense gaasifaasi tuuma moodustumise vältimiseks ja epitaksiaalse kasvukiiruse suurendamiseks on klooripõhiste räni allikate kasutuselevõtt praegu peavoolu meetod 4H-SIC epitaksiaalse kasvukiiruse suurendamiseks.

1,2 200 mm (8-tolline) sic epitaksiaadmed ja protsessitingimused

Selles artiklis kirjeldatud katsed viidi läbi kõik 150/200 mm (6/8-tollise) ühilduva monoliitse horisontaalse kuuma seina sic epitaksiaalses seadmes, mille on iseseisvalt välja töötanud China Electronics Technology Group Corporation 48. instituudi poolt. Epitaksiahju ahi toetab täisautomaatset vahvli laadimist ja mahalaadimist. Joonis 1 on epitaksiaalse seadme reaktsioonikambri sisemise struktuuri skemaatiline diagramm. Nagu on näidatud joonisel 1, on reaktsioonikambri välissein veejahutusega vaherajaga kvartkell ja kellukese sisekülg on kõrgtemperatuuriga reaktsioonikamber, mis koosneb termilisest isolatsiooni süsinikust, kõrge puhtusarjaga spetsiaalse grafiidõõne, grafiitgaaside baastuva pöörleva alusega jne. Kogu Quartzi kellukese on kaetud Belliga, mis on Cullindricu Cumberiga kaetud CAMICICE CEMICICE COMICALICAY CAMBRAALICACTIOONICE CAMBRICICE CAMBRAALICE CAMBRAAL-iga. keskmise sagedusega induktsiooni toiteallikas. Nagu on näidatud joonisel 1 (b), voolavad kandegaas, reaktsioongaas ja dopingugaas kõik vahvli pinna horisontaalses laminaarse voolu kaudu reaktsiooni kambrist ülesvoolu reaktsioonikambrist allavoolu ja lastakse sabagaasi otsast välja. Vahvli järjepidevuse tagamiseks pööratakse õhus ujuva aluse kantavat vahvlit protsessi ajal alati.

Katses kasutatav substraat on kommerts 150 mm, 200 mm (6 tolli, 8 tolli) <1120> suunda 4 ° nurgavälise juhtiv N-tüüpi 4H-sic kahepoolset poleeritud SIC substraati, mille on toodetud Shanxi Shuoke kristall. Protsessikatse peamiste kasvuallikatena kasutatakse triklorosilaani (Sihcl3, TCS) ja etüleeni (C2H4), mille hulgas vastavalt Räni allikana ja süsinikuallikana kasutatakse vastavalt TC-sid ja C2H4, kasutatakse N-tüüpi dopinguallikana (H2) ja kandegaasi ja kandega gaasi ja kandega gaasit ja kanderühma (N2) kõrge puhtusallikana (N2). Epitaksiaalse protsessi temperatuurivahemik on 1 600 ~ 1 660 ℃, protsessi rõhk on 8 × 103 ~ 12 × 103 PA ja H2 kandegaasi voolukiirus on 100 ～ 140 l/min.

1.3 Epitaksiaalse vahvli testimine ja iseloomustamine

Epitaksiaalse kihi paksuse ja dopingukontsentratsiooni keskmise ja jaotuse iseloomustamiseks kasutati Fourieri infrapunaspektromeetrit (seadmete tootja Termofisher, mudel IS50) ja elavhõbeda sondi kontsentratsiooni testijat (seadmete tootja semilab, mudel 530L) ja epitaksiaalse kihi paksuse ja dopingukontsentratsiooni keskmise ja jaotuse iseloomustamiseks; Epitaksiaalse kihi iga punkti paksused ja dopingukontsentratsioon määrati, võttes punkte mööda läbimõõduga joont, mis ristub peamise võrdlusserva normaalse joonega temperatuuril 45 ° vahvli keskel 5 mm serva eemaldamisega. 150 mm vahvli jaoks võeti ühe läbimõõduga joonel 9 punkti (kaks läbimõõtu olid üksteisega risti) ja 200 mm vahvli jaoks võeti 21 punkti, nagu on näidatud joonisel 2. Atomjõudude mikroskoop (seadme tootja bruker, mudeli mõõtme ikoon) kasutati EP -i eemaldumiseks 5 mm piirkonda (EP -piirkond) EPIM -i piirkonda (EP -i piirkonnas) EPIL -i piirkonnas (EP -i piirkonnas) servas (EP -i piirkonnas) servas (EP -i piirkonnas) ja serva piirkonnas (EP -i piirkonnas) servas. testige epitaksiaalse kihi pinna karedust; Epitaksiaalse kihi defekte mõõdeti iseloomustamiseks pinnadefekti testija (seadmete tootja China Electronics Kefenghua, Model Mars 4410 Pro) abil.

2 eksperimentaalsed tulemused ja arutelu

2.1 epitaksiaalse kihi paksus ja ühtlus

Epitaksiaalse kihi paksus, dopingukontsentratsioon ja ühtlus on epitaksiaalsete vahvlite kvaliteedi hindamisel üks põhinäitajaid. Täpselt juhitav paksus, dopingukontsentratsioon ja vahvli ühtlus on võtmeks SIC -energiaseadmete jõudluse ja konsistentsi tagamiseks ning epitaksiaalse kihi paksus ja dopingu kontsentratsiooni ühtlus on samuti olulised alused epitaksiaalsete seadmete protsessi võimekuse mõõtmiseks.

Joonisel 3 on näidatud paksuse ühtlus ja jaotuskõver 150 mm ja 200 mm sic epitaksiaalseid vahvleid. Jooniselt on näha, et epitaksiaalse kihi paksuse jaotuskõver on vahvli keskpunkti suhtes sümmeetriline. Epitaksiaalse protsessi aeg on 600 s, 150 mm epitaksiaalse vahvli keskmine epitaksiaalse kihi paksus on 10,89 μm ja paksuse ühtlus on 1,05%. Arvutamisel on epitaksiaalne kasvukiirus 65,3 μm/h, mis on tüüpiline kiire epitaksiaalse protsessi tase. Sama epitaksiaalse protsessi aja jooksul on 200 mM epitaksiaalse vahvli epitaksiaalse kihi paksus 10,10 μm, paksuse ühtlus on 1,36%ja üldine kasvukiirus 60,60 μm/h, mis on pisut madalam kui 150 mm epitaksiaalse kasvukiirusega. Selle põhjuseks on asjaolu, et räni allikas ja süsinikuallika voolab reaktsioonikambrist ülesvoolu läbi vahvli pinna ja reaktsioonikambrist allavoolu, ja 200 mm vahvli pindala on suurem kui 150 mm. Gaas voolab läbi 200 mm vahvli pinna pikema vahemaa tagant ja teel tarbitud lähtegaas on rohkem. Tingimusel, et vahvel pöörleb, on epitaksiaalse kihi üldine paksus õhem, seega on kasvukiirus aeglasem. Üldiselt on paksuse ühtlus 150 mm ja 200 mm epitaksiaalsed vahvlid suurepärased ning seadmete protsessivõime võib vastata kvaliteetsete seadmete nõuetele.

2.2 Epitaksiaalse kihi dopingu kontsentratsioon ja ühtlus

Joonisel 4 on näidatud dopingukontsentratsiooni ühtlus ja kõvera jaotus 150 mm ja 200 mM sic epitaksiaalsed vahvlid. Nagu jooniselt näha, on epitaksiaalse vahvli kontsentratsiooni jaotuse kõveral ilmselge sümmeetria vahvli keskpunkti suhtes. 150 mm ja 200 mM epitaksiaalsete kihtide dopingu kontsentratsiooni ühtlus on vastavalt 2,80% ja 2,66%, mida saab juhtida 3% piires, mis on rahvusvaheliste sarnaste seadmete seas suurepärane tase. Epitaksiaalse kihi dopingukontsentratsiooni kõver jaotatakse läbi läbimõõdu suunas "W" kuju, mis määratakse peamiselt horisontaalse kuuma seina epitaksiaalse ahju vooluväljaga, kuna horisontaalse õhuvoolu õhuvoolu suund on õhuvoolu epitaksiaalse kasvu ahjust õhu sisselaskeava otsast (ülesvoolust) väljastpoolt; Kuna süsinikuallika (C2H4) "piki ammendumise määr" on kõrgem kui räniallika (TCS) oma, väheneb vahvli pöörlemisel vahvli pinna tegelik C/SI järk-järgult keskpunkti servast (süsinikallikas on keskpunktis väiksem) vastavalt "Konkurentsiasutuse teooriale" COP-ile. Suurepärase kontsentratsiooni ühtluse saavutamiseks lisatakse serva N2 kompensatsioonina epitaksiaalse protsessi ajal, et aeglustada dopingukontsentratsiooni langust keskpunktist servani, nii et lõplik dopingukontsentratsiooni kõver kujutaks "W" kuju.

2.3 epitaksiaalse kihi defektid

Lisaks paksusele ja dopingukontsentratsioonile on ka epitaksiaalse kihi defektide kontrolli tase ka põhiparameeter epitaksiaalsete vahvlite kvaliteedi mõõtmiseks ja oluliseks näitajaks epitaksiaalsete seadmete protsesside võimele. Ehkki SBD -l ja MOSFET -il on puuduste osas erinevad nõuded, määratletakse ilmsemad pinna morfoloogia defektid, näiteks languse defektid, kolmnurgadefektid, porgandi defektid ja komeedi defektid SBD ja MOSFET -seadmete tapja defektidena. Neid defekte sisaldavate laastude rikke tõenäosus on kõrge, seega on tapja defektide arvu kontrollimine kiibi saagise parandamiseks ja kulude vähendamiseks äärmiselt oluline. Joonis 5 näitab tapja defektide jaotust 150 mm ja 200 mm sic epitaksiaalseid vahvleid. Tingimusel, et C/SI suhte osas ei ole ilmset tasakaalustamatust, saab põhimõtteliselt elimineerida porgandi ja komeedi defektid, samas kui languse puudused ja kolmnurgadefektid on seotud epitaksiaalsete seadmete toimimise ajal puhtuse kontrolliga, reaktsioonikambris sisalduvate grafiidiosade lisataseme ja substraadi kvaliteeti. Tabelist 2 näeme, et surmaga lõppenud defekti tihedus 150 mm ja 200 mM epitaksiaalseid vahvleid saab juhtida 0,3 osakese/cm2 piires, mis on sama tüüpi seadmete jaoks suurepärane tase. Surmaga lõppenud defekti tiheduse kontrolli tase 150 mM epitaksiaalne vahvl on parem kui 200 mM epitaksiaalse vahvli korral. Selle põhjuseks on asjaolu, et 150 mm substraadi ettevalmistamise protsess on küpsem kui 200 mm, substraadi kvaliteet on parem ja lisandite tõrjetase 150 mm grafiidi reaktsioonikambriga on parem.

2.4 Epitaksiaalse vahvli pinna karedus

Joonis 6 näitab AFM -pilte pinnast 150 mm ja 200 mm sic epitaksiaalseid vahvleid. Nagu jooniselt võib näha, on pinnajuure keskmine ruudukujuline karedus RA 150 mm ja 200 mM epitaksiaalsed vahvlid vastavalt 0,129 nm ja 0,113 nm ning epitaksiaalse kihi pind on sile, ilma ilmselge makro-sammuga liitmise fenomenonita, mis näitab, et e-astmeline astmeline astmeline arv on järk-järgult. On näha, et optimeeritud epitaksiaalse kasvuprotsessi abil saab sileda pinnaga epitaksiaalse kihi saada 150 mm ja 200 mm madala nurga all oleva substraatidega.

3. Järeldused

150 mm ja 200 mm 4H-sic homoepitaksiaalseid vahvleid valmistati edukalt kodumaistel substraatidel, kasutades iseenda arendatud 200 mm sic-epitaksiaalse kasvu seadmeid, ja töötati välja homoepitaksiaalne protsess, mis sobis 150 mm ja 200 mM jaoks. Epitaksiaalne kasvukiirus võib olla suurem kui 60 μm/h. Kiire epitaksia nõude täitmise ajal on epitaksiaalse vahvli kvaliteet suurepärane. Paksuse ühtlus 150 mm ja 200 mM sic epitaksiaalseid vahvleid saab kontrollida 1,5%piires, kontsentratsiooni ühtlus on väiksem kui 3%, fataalse defekti tihedus on väiksem kui 0,3 osakest/cm2 ja epitaksiaalse pinna kareduse keskmine ruut RA on väiksem kui 0,15 nm. Epitaksiaalsete vahvlite põhiprotsesside näitaja on tööstuse arenenud tasemel.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Vetek Semiconductor on Hiina professionaalne tootjaCVD sic -kaetud lagi, CVD sic katteotsikjaSic -katte sisselaskerõngas.  Vetek Semiconductor on pühendunud täiustatud lahenduste pakkumisele erinevatele SIC -vahvlite toodetele pooljuhtide tööstusele.

Kui olete huvitatud8-tolline sic epitaksiaalne ahi ja homoepitaksiaalne protsess, võtke meiega otse ühendust.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -post: anny@veteksemi.com