8-инчен SIC епитаксична печка и истражување на хомопитаксијален процес

Во моментов, индустријата SIC се трансформира од 150 mm (6 инчи) на 200 mm (8 инчи). Со цел да се исполни итната побарувачка за високо-квалитетни SIC хомопитаксијални нафори во индустријата, 150 mm и 200 mm 4H-SIC хомопитаксијални нафора беа успешно подготвени на домашни подлоги со помош на независно развиена 200 mM SIC епитаксична опрема за раст. Развиен е хомопитаксијален процес погоден за 150 мм и 200 мм, во кој епитаксијалната стапка на раст може да биде поголема од 60 μm/ч. Додека се среќава со голема брзина на епитаксијата, квалитетот на епитаксијалниот нафта е одличен. Дебелината униформност од 150 mm и 200 mM SIC епитаксијални нафора може да се контролира во рок од 1,5%, униформноста на концентрацијата е помала од 3%, фаталната густина на дефекти е помала од 0,3 честички/cm2, а епитаксијалната површина на грубоста на коренот на коренот на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината на површината, што е помалку од 0,15 nm, а сите индикатори на јадрото на процесите се на напредно ниво на индустријата.

Силикон карбид (SIC) е еден од претставниците на полупроводничките материјали од трета генерација. Има карактеристики на висока јачина на полето на дефект, одлична топлинска спроводливост, голема брзина на наноси на заситеност на електрони и силна отпорност на зрачење. Во голема мерка го прошири капацитетот за обработка на енергија на електричните уреди и може да ги исполни барањата за услуги на следната генерација на електронска опрема за напојување за уреди со голема моќност, мала големина, висока температура, високо зрачење и други екстремни услови. Може да го намали просторот, да ја намали потрошувачката на енергија и да ги намали барањата за ладење. Донесе револуционерни промени во новите енергетски возила, железнички транспорт, паметни мрежи и други полиња. Затоа, полупроводниците на силиконски карбид станаа препознаени како идеален материјал што ќе го води следната генерација на електронски уреди со голема моќност. Во последниве години, благодарение на поддршката на националната политика за развој на индустријата за полупроводници од трета генерација, истражувањето и развојот и изградбата на системот за индустрија за уреди од 150 мм SIC во основа се завршени во Кина, а безбедноста на индустрискиот ланец во основа е загарантирана. Затоа, фокусот на индустријата постепено се префрли на контрола на трошоците и подобрување на ефикасноста. Како што е прикажано на Табела 1, во споредба со 150 mm, 200 mm SIC има поголема стапка на искористување на работ, а излезот на чипови со единечни нафори може да се зголеми за околу 1,8 пати. После созревањето на технологијата, трошоците за производство на еден чип може да се намалат за 30%. Технолошкиот пробив од 200 мм е директно средство за „намалување на трошоците и зголемување на ефикасноста“, а исто така е и клучот за полупроводничката индустрија на мојата земја да „работи паралелно“ или дури и „олово“.

Различни од процесот на уредот SI, SIC полупроводничките уреди за напојување се обработуваат и подготвуваат со епитаксични слоеви како камен -темелник. Епитаксијалните нафора се основни основни материјали за SIC уредите за напојување. Квалитетот на епитаксијалниот слој директно го одредува приносот на уредот, а неговата цена претставува 20% од трошоците за производство на чипови. Затоа, епитаксијалниот раст е суштинска средна врска во уредите за напојување SIC. Горната граница на нивото на епитаксијален процес се определува со епитаксична опрема. Во моментов, степенот на локализација на домашната епитаксијална опрема од 150 мм Sic е релативно висок, но целокупниот распоред од 200 мм заостанува зад меѓународното ниво во исто време. Затоа, за да се решат итните потреби и проблеми со тесно грло на големите, висококвалитетни епитаксични материјали за производство на развој на домашната индустрија за полупроводници од трета генерација, овој труд ја воведува епитаксијалната опрема од 200 мм успешно развиена во мојата земја и го проучува епитаксијалниот процес. By optimizing the process parameters such as process temperature, carrier gas flow rate, C/Si ratio, etc., the concentration uniformity <3%, thickness non-uniformity <1.5%, roughness Ra <0.2 nm and fatal defect density <0.3 particles/cm2 of 150 mm and 200 mm SiC epitaxial wafers with self-developed 200 mm silicon carbide epitaxial furnace се добиваат. Нивото на процесот на опрема може да ги задоволи потребите на подготовката на уредот со висококвалитетно SIC за напојување.

1 експерименти

1.1 Принцип на SIC епитаксичен процес

Процесот на раст на хомоепитаксија со 4H-SIC главно вклучува 2 клучни чекори, имено, високо-температурна ин-лице место за гравирање на подлогата од 4H-SIC и хомогениот процес на таложење на хемиски пареа. Главната цел на подлогата на подлогата во рамките на подлогата е да се отстрани оштетувањето на подземјето на подлогата по полирањето на нафта, течноста за преостаната полирање, честичките и оксидниот слој, и да се формира редовна структура на атомски чекор на површината на подлогата со гравирање. Интерентско гравирање обично се врши во водородна атмосфера. Според реалните барања за процеси, може да се додаде и мала количина помошен гас, како што се водород хлорид, пропан, етилен или силан. Температурата на водородното гравирање на водород е генерално над 1 600 ℃, а притисокот на комората за реакција генерално се контролира под 2 × 104 PA за време на процесот на гравирање.

After the substrate surface is activated by in-situ etching, it enters the high-temperature chemical vapor deposition process, that is, the growth source (such as ethylene/propane, TCS/silane), doping source (n-type doping source nitrogen, p-type doping source TMAl), and auxiliary gas such as hydrogen chloride are transported to the reaction Комора низ голем проток на носач на гас (обично водород). Откако гасот реагира во комората за реакција со висока температура, дел од претходникот реагира хемиски и adsorbs на површината на нафтата, а еднокристален хомоген епитаксичен слој 4H-SIC со специфична концентрација на допинг, специфична дебелина и повисок квалитет се формира на површината на подлогата со употреба на единечен кристален 4H-SIC подложен како метеж. После долгогодишно техничко истражување, хомоепитаксијалната технологија 4H-SIC во основа созреа и се користи во индустриското производство. Најшироко користената хомоепитаксијална технологија 4H-SIC во светот има две типични карактеристики: (1) со употреба на оска (во однос на кристалната рамнина <0001>, кон насоката на кристалот <11-20>) коси под-подлога како урнек, високо-чистење единечен кристал епитаксичен слој на епитаксичен слој без нечистотии, се депонира на режимот за раст. Раниот раст на хомоепитаксија на 4H-SIC користеше позитивен кристален подлога, односно авионот <0001> SI за раст. Густината на атомските чекори на површината на позитивната кристална подлога е мала, а терасите се широки. Дводимензионалниот раст на нуклеацијата е лесен за време на процесот на епитаксијата за да се формира 3C кристал Sic (3C-SIC). Со сечење надвор од оската, атомските чекори со висока густина, тесна ширина на терасата можат да се воведат на површината на подлогата 4H-SIC <0001>, а асорбиран претходник може ефикасно да ја достигне позицијата на атомскиот чекор со релативно ниска површинска енергија преку дифузија на површината. На чекор, положбата на сврзување на атом/молекуларна група на атом/молекуларна група е уникатна, така што во режимот на раст на протокот на чекор, епитаксијалниот слој може совршено да ја наследи секвенцата за редење на двојно атомски слој на Si-C на подлогата за да формира единечен кристал со иста кристална фаза како подлогата. (2) Епитаксијалниот раст на голема брзина се постигнува со воведување на извор на силикон што содржи хлор. Во конвенционалните системи за таложење на хемиски пареа SIC, силенот и пропан (или етилен) се главните извори на раст. Во процесот на зголемување на стапката на раст со зголемување на стапката на проток на извор на раст, бидејќи рамнотежниот делумен притисок на силиконската компонента продолжува да се зголемува, лесно е да се формираат силиконски кластери со хомогена нуклеација на гасна фаза, што значително ја намалува стапката на употреба на изворот на силикон. Формирањето на силиконски кластери во голема мерка го ограничува подобрувањето на стапката на епитаксичен раст. Во исто време, силиконските јата можат да го нарушат растот на протокот на чекор и да предизвикаат нуклеација на дефекти. Со цел да се избегне хомогена нуклеација на фазата на гас и да се зголеми епитаксилната стапка на раст, воведувањето на силиконски извори на хлор базирана на хлор е моментално методот на мејнстрим за зголемување на епитаксилната стапка на раст на 4H-SIC.

1,2 200 мм (8-инчи) SIC епитаксична опрема и услови на процеси

Експериментите опишани во овој труд беа спроведени на 150/200 mm (6/8-инчен) компатибилен монолитен хоризонтален хоризонтален врел wallид SIC епитаксијална опрема независно развиена од 48-от Институт за технологија за технологија на електроника во Кина. Епитаксијалната печка поддржува целосно автоматско вчитување и истовар на нафора. Слика 1 е шематски дијаграм на внатрешната структура на комората на реакција на епитаксијалната опрема. Како што е прикажано на Слика 1, надворешниот wallид на комората за реакција е кварцно bellвонче со воден ладен меѓуслојни, а внатрешноста на bellвончето е високо-температурна комора на реакција, која е составена од термичка изолација јаглерод, јаглерод, специјална графитна празнина, графит гас-лепење на ротирање, итн. Електромагнетно загреано со снабдување со моќност на индукција со средна фреквенција. Како што е прикажано на Слика 1 (б), гасот на носачот, реакциониот гас и гасот за допинг, целиот проток низ површината на нафтата во хоризонтален ламинарен проток од низводно на комората на реакција до низводниот на комората на реакција и се испуштаат од крајот на гасот на опашката. За да се обезбеди конзистентност во нафтата, нафтата што ја носи лебдечката основа на воздухот секогаш се ротира во текот на процесот.

Подлогата што се користи во експериментот е комерцијална 150 mm, 200 mm (6 инчи, 8 инчи) <1120> насока 4 ° Off-Ange Anformative N-Type 4H-SIC двострана полиран SIC супстрат произведен од кристалот Shanxi Shuoke. Трихлорозилан (SIHCL3, TCS) и етилен (C2H4) се користат како главни извори на раст во експериментот за процеси, меѓу кои TCS и C2H4 се користат како извор на силициум и извор на јаглерод, соодветно, се користи и газ со висока чистота (N2). Опсегот на температура на епитаксијалниот процес е 1 600 ~ 1 660 ℃, притисокот на процесот е 8 × 103 ~ 12 × 103 PA, а стапката на проток на гас на носачот H2 е 100 ～ 140 l/min.

1.3 Тестирање и карактеризација на епитаксијално нафта и карактеризација

Фјуриер инфрацрвен спектрометар (производител на опрема Термалфишер, модел IS50) и тестер за концентрација на сондата на жива (производител на опрема Semilab, Model 530L) беа користени за да се карактеризираат средната и дистрибуцијата на дебелината на епитаксијалниот слој и концентрацијата на допинг; Дебелината и концентрацијата на допинг на секоја точка во епитаксијалниот слој беа утврдени со преземање на точки по должината на дијаметарот што ја пресекуваат нормалната линија на главниот референтен раб на 45 ° во центарот на нафтата со отстранување на работ на 5 мм. За нафта од 150 мм, земени се 9 поени по должината на единечна линија со дијаметар (два дијаметар беа нормални едни на други), а за нафора од 200 мм беа земени 21 точки, како што е прикажано на Слика 2. површинска грубост на епитаксијалниот слој; Дефектите на епитаксијалниот слој беа измерени со употреба на тестер за површински дефекти (производител на опрема Кина електроника Кефенгуа, Модел Марс 4410 Про) за карактеризација.

2 експериментални резултати и дискусија

2.1 Дебелина и униформност на епитаксијалниот слој

Дебелината на епитаксијалниот слој, концентрацијата на допинг и униформноста се еден од основните индикатори за проценка на квалитетот на епитаксијалните нафора. Точно контролираната дебелина, концентрацијата на допинг и униформноста во рамките на нафтата се клучот за обезбедување на перформанси и конзистентност на SIC -уредите за напојување, а дебелината на епитаксијалниот слој и униформноста на концентрацијата на допинг се исто така важни основи за мерење на процесот на способност на епитаксична опрема.

На Слика 3 е прикажана кривата на униформност и дистрибуција на дебелина од 150 mm и 200 mm SIC епитаксични нафора. Од сликата може да се види дека кривата на дистрибуција на дебелина на епитаксијалниот слој е симетрична за централната точка на нафтата. Времето на епитаксијален процес е 600 секунди, просечната дебелина на епитаксијалниот слој на епитаксијалниот нафта од 150 мм е 10,89 μm, а униформноста на дебелината е 1,05%. Со пресметката, стапката на епитаксичен раст е 65,3 μm/h, што е типично брзо ниво на епитаксијален процес. Под истото време на епитаксијален процес, дебелината на епитаксијалниот слој на епитаксијалниот нафора од 200 mm е 10,10 μm, униформноста на дебелината е во рамките на 1,36%, а целокупната стапка на раст е 60,60 μm/h, што е малку пониско од стапката на раст на епитаксијалниот раст од 150 mM. Ова е затоа што постои очигледна загуба на патот кога изворот на силикон и изворот на јаглерод проток од нагорниот дел на комората на реакција преку површината на нафтата до низводниот дел на комората на реакција, а областа на нафора од 200 мм е поголема од 150 мм. Гасот тече низ површината на нафтата од 200 мм на подолго растојание, а изворниот гас што се консумира на патот е повеќе. Под услов нафтата да се ротира, целокупната дебелина на епитаксијалниот слој е потенка, така што стапката на раст е побавна. Севкупно, униформноста на дебелината од 150 мм и 200 мм епитаксични нафора е одлична, а процесната способност на опремата може да ги исполни барањата на висококвалитетни уреди.

2.2 Концентрација на допинг на епитаксијален слој и униформност

На слика 4 е прикажана униформноста на концентрацијата на допинг и дистрибуцијата на кривата на 150 mm и 200 mM SIC епитаксични нафора. Како што може да се види од сликата, кривата на дистрибуција на концентрација на епитаксијалниот нафта има очигледна симетрија во однос на центарот на нафтата. Униформноста на концентрацијата на допинг на епитаксијалните слоеви од 150 мм и 200 мм е 2,80% и 2,66%, соодветно, што може да се контролира во рок од 3%, што е одлично ниво меѓу меѓународната слична опрема. Кривата на концентрација на допинг на епитаксијалниот слој се дистрибуира во форма "W" по должината на насоката на дијаметарот, што главно се определува со полето на проток на хоризонталната епитаксична печка на топол wallид, бидејќи насоката на протокот на воздухот на хоризонталниот проток на воздухот епитаксијален раст на печката за раст е од крајот на вметнувањето на воздухот (низводно) и проток на крајниот дел од вметнувањето на воздухот; Бидејќи стапката на „осиромашување на патот“ на изворот на јаглерод (C2H4) е повисока од онаа на изворот на силикон (TCS), кога нафора ротира, вистинската C/Si на површината на нафора постепено се намалува од работ до центарот (изворот на јаглерод во центарот е помал), според „теоријата на конкурентска позиција“ на C и N, концентрацијата во центарот на центарот (постепено до постепено постепено постепено. Со цел да се добие одлична униформност на концентрацијата, Edge N2 се додава како компензација за време на епитаксијалниот процес за да се забави намалувањето на концентрацијата на допинг од центарот до работ, така што конечната крива на концентрација на допинг претставува форма „W“.

2.3 Дефекти на епитаксијален слој

Покрај дебелината и концентрацијата на допинг, нивото на контрола на дефект на епитаксијален слој е исто така основен параметар за мерење на квалитетот на епитаксијалните нафора и важен индикатор за процесот на способност на епитаксична опрема. Иако SBD и MOSFET имаат различни барања за дефекти, поочигледни дефекти на површинската морфологија, како што се дефекти на капки, дефекти на триаголник, дефекти на морковот и дефекти на кометата се дефинираат како дефекти на убијци за уредите SBD и MOSFET. Веројатноста за неуспех на чипови што ги содржат овие дефекти е голема, така што контролирањето на бројот на дефекти на убијците е исклучително важна за подобрување на приносот на чипови и намалување на трошоците. На Слика 5 е прикажана дистрибуцијата на дефекти на убијците од 150 мм и 200 мм SIC епитаксични нафора. Под услов да не постои очигледна нерамнотежа во односот C/Si, дефектите на морковот и дефектите на кометата можат во основа да се елиминираат, додека дефектите на капките и дефектите на триаголникот се поврзани со чистотата за време на работата на епитаксијалната опрема, нивото на нечистотија на деловите од графит во комората на реакција и квалитетот на подлогата. Од Табела 2, можеме да видиме дека фаталната густина на дефект од 150 мм и 200 мм епитаксијални нафора може да се контролира во рамките на 0,3 честички/cm2, што е одлично ниво за ист вид опрема. Фаталното ниво на контрола на густината на дефектот од 150 мм епитаксијален нафора е подобро од оној од 200 мм епитаксијален нафта. Ова е затоа што процесот на подготовка на подлогата од 150 мм е позрел од оној од 200 мм, квалитетот на подлогата е подобар, а нивото на контрола на нечистотијата од 150 мм комора за реакција на графит е подобро.

2,4 епитаксична грубост на површината на нафта

На Слика 6 се прикажани AFM сликите на површината од 150 mm и 200 mm SIC епитаксијални нафора. As can be seen from the figure, the surface root mean square roughness Ra of 150 mm and 200 mm epitaxial wafers is 0.129 nm and 0.113 nm respectively, and the surface of the epitaxial layer is smooth, without obvious macro-step aggregation phenomenon, which indicates that the growth of the epitaxial layer always maintains the step flow growth mode during the entire epitaxial process, and no step aggregation occurs. Може да се види дека епитаксијалниот слој со мазна површина може да се добие на подлоги од 150 mm и 200 mm со низок агол со употреба на оптимизиран процес на раст на епитаксија.

3. Заклучоци

Успешно беа подготвени 150 mm и 200 mm 4H-SIC хомопитаксијални нафора на домашни подлоги со употреба на само-развиена опрема за епитаксичен раст на 200 mM SIC и беше развиен хомопитаксијален процес погоден за 150 mm и 200 mm. Епитаксилната стапка на раст може да биде поголема од 60 μm/h. Додека го исполнувате барањето со голема брзина на епитаксијата, квалитетот на епитаксијалниот нафта е одличен. Дебелината униформност од 150 mm и 200 mM SIC епитаксијални нафора може да се контролира во рок од 1,5%, униформноста на концентрацијата е помала од 3%, фаталната густина на дефекти е помала од 0,3 честички/cm2, а епитаксијалната површина на корен на корен на површината на површината на површината, средно од 0,15 nm е помала од 0,15 nm. Индикаторите за основни процеси на епитаксијалните нафора се на напредно ниво во индустријата.

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

Полупроводник на Ветек е професионален кинески производител наCVD SIC обложен таван, CVD SIC -облога за обложување, иSIC Inlet Ring Ring.  Полупроводникот на Ветек е посветен на обезбедување на напредни решенија за разни производи за нафта SIC за индустријата за полупроводници.

Доколку ве интересира8-инчен SIC епитаксијална печка и хомопитаксијален процес, Ве молиме слободно контактирајте не директно.

МОБ: +86-180 6922 0752

Whatsapp: +86 180 6922 0752

Е -пошта: anny@veteksemi.com