8 hüvelykes SIC epitaxiális kemence és homoepitaxiális folyamatkutatás

Jelenleg a SIC -ipar 150 mm -ről (6 hüvelyk) 200 mm -re (8 hüvelyk) átalakul. Annak érdekében, hogy kielégítsük a nagy méretű, magas színvonalú SIC homoepitaxiális ostyák sürgős igényét, az iparágban 150 mm és 200 mm-es 4H-SIC Homoepitaxialis ostyák sikeresen elkészítették a hazai szubsztrátokon, függetlenül kifejlesztett 200 mm-es SIC epitaxiális növekedési berendezéssel. Fejlesztettünk egy 150 mm -re és 200 mm -re alkalmas homoepitaxiális folyamatot, amelyben az epitaxiális növekedési sebesség nagyobb lehet, mint 60 μm/h. Miközben megfelel a nagysebességű epitaxisnak, az epitaxiális ostya minősége kiváló. A 150 mm és a 200 mm SIC epitaxiális ostyák vastagságát 1,5%-on belül lehet szabályozni, a koncentráció egységessége kevesebb, mint 3%, a halálos hiba sűrűsége kevesebb, mint 0,3 részecske/cm2, és az epitaxiális felületi durvaság gyökér átlagos RA -nál kevesebb, és az összes alapvető folyamatjelző az iparág fejlett szintjén áll.

A szilícium-karbid (sic) a harmadik generációs félvezető anyagok egyik képviselője. A nagy lebontási mező szilárdságának, a kiváló hővezetőképességnek, a nagy elektrontelítettség sodródási sebességének és az erős sugárzási ellenállásnak a jellemzői. Jelentősen kibővítette az energiafeldolgozó készülékek energiafeldolgozási kapacitását, és megfelelhet a nagy teljesítményű, kis méretű, magas hőmérsékletű, magas sugárzási és egyéb szélsőséges körülmények között lévő eszközök következő generációjának szolgáltatási követelményeinek. Csökkentheti a helyet, csökkentheti az energiafogyasztást és csökkentheti a hűtési követelményeket. Forradalmi változásokat hozott az új energia járművekben, a vasúti szállításban, az intelligens hálózatokban és más mezőkben. Ezért a szilícium-karbid félvezetők elismerték ideális anyagként, amely a nagy teljesítményű elektronikus eszközök következő generációját vezeti. Az utóbbi években, a harmadik generációs félvezető ipar fejlesztésének nemzeti politikai támogatásának köszönhetően, a 150 mm-es SIC eszközipar rendszerének kutatása és fejlesztése és építése alapvetően Kínában befejeződött, és az ipari lánc biztonsága alapvetően garantált. Ezért az iparág fókuszában fokozatosan a költségek ellenőrzésére és a hatékonyság javulására vált. Amint az az 1. táblázatban látható, a 150 mm -rel összehasonlítva a 200 mm -es SIC magasabb élhasználati sebességgel rendelkezik, és az egy ostyaverés chipek kimenetele körülbelül 1,8 -szor növekszik. A technológia érlése után az egyetlen chip gyártási költsége 30%-kal csökkenthető. A 200 mm -es technológiai áttörés közvetlen eszköze a "költségek csökkentésére és a hatékonyság növelésére", és ez a kulcsa az én országom félvezető iparának is, hogy "párhuzamos" vagy akár "vezetést" futtasson.

Az SI eszköz eljárásától eltérően a SIC félvezető tápegységeket mind az epitaxiális rétegekkel készítik, mint a sarokkövet. Az epitaxiális ostyák alapvető alapanyagok a SIC tápegységekhez. Az epitaxiális réteg minősége közvetlenül meghatározza az eszköz hozamát, és költsége a chip gyártási költségének 20% -át teszi ki. Ezért az epitaxiális növekedés alapvető közbenső kapcsolat a SIC tápegységekben. Az epitaxiális folyamat szintjének felső határát az epitaxiális berendezések határozzák meg. Jelenleg a háztartási 150 mm -es SIC epitaxiális berendezések lokalizációs mértéke viszonylag magas, de a 200 mm -es teljes elrendezés egyidejűleg elmarad a nemzetközi szint elől. Ezért a nagy méretű, magas színvonalú epitaxiális anyaggyártás sürgős igényeinek és szűk keresztmetszeti problémáinak megoldása érdekében a hazai harmadik generációs félvezető ipar fejlesztése érdekében ez a cikk bemutatja a 200 mm-es SIC epitaxiális berendezéseket, amelyek sikeresen kialakultak a hazámban, és tanulmányozzák az epitaxiális folyamatot. A folyamatparaméterek, például a folyamat hőmérséklete, a hordozógáz áramlási sebessége, a C/Si arány stb. Optimalizálásával, a koncentráció egységessége <3%, a vastagság nem egyenletessége <1,5%, a durvaság RA <0,2 nm és a halálos hibás sűrűség <0,3 részecskék/cm2 a 150 mm-es és 200 mm-es SIC epitaxialis sűrűséggel. A berendezés folyamata szintje kielégítheti a kiváló minőségű SIC-készülék előkészítésének igényeit.

1 kísérlet

1.1 A SIC epitaxiális folyamat alapelve

A 4H-SIC homoepitaxiális növekedési folyamat elsősorban 2 kulcsfontosságú lépést tartalmaz, nevezetesen a 4H-SIC szubsztrát és a homogén kémiai gőzlerakódási eljárás magas hőmérsékletű in-situ maratását. A szubsztrát in-situ maratásának fő célja a szubsztrát felszín alatti károsodásának eltávolítása a ostya polírozása, a maradék polírozó folyadék, a részecskék és az oxidréteg után, és a szubsztrát felületén maratás útján normál atomi lépés szerkezetet lehet képezni. Az in situ maratást általában hidrogén atmoszférában hajtják végre. A tényleges folyamatigény szerint kis mennyiségű kiegészítő gázt is hozzá lehet adni, például hidrogén -kloridot, propánt, etilént vagy szilánt. Az in situ hidrogénmaratás hőmérséklete általában 1 600 ℃ felett van, és a reakció kamra nyomását általában 2 × 104 pa alatt szabályozzák a maratási folyamat során.

Miután a szubsztrátfelületet in situ maratás aktiválja, belép a magas hőmérsékletű kémiai gőzlerakódási folyamatba, azaz a növekedési forrásba (például etilén/propán, TCS/szilán), a dopping forrás (N-típusú dopping-forrás nitrogén, a P-Sype-dopping-dopping TMAL) és a Hidrogén-Chloride to-t. (általában hidrogén). Miután a gáz reagál a magas hőmérsékletű reakciókamrában, a prekurzor egy része kémiailag reagál és adszorbeál az ostya felületén, és egykristályos homogén 4H-SIC epitaxiális réteggel, specifikus doppingkoncentrációval, specifikus vastagsággal és magasabb színvonalú képződik a szubsztrát felületén, az egysortos 4H-SIC szubsztrátus mellett. Évekig tartó technikai feltárás után a 4H-SIC homoepitaxiális technológia alapvetően érett és széles körben használják az ipari termelésben. A világon a legszélesebb körben alkalmazott 4H-SIC homoepitaxiális technológiának két tipikus tulajdonsága van: (1) off-tengelyt használva (a <0001> kristály síkhoz viszonyítva, a <11-20> kristályirányú) ferde vágott szubsztráthoz, mint egy sablon, a nagymértékű, egyrétegű 4H-SIC epitaxiális réteg, a PoStrate-nál. A korai 4H-SIC homoepitaxiális növekedés pozitív kristályszubsztrátot használt, vagyis a növekedéshez a <0001> Si síkot. Az atomi lépések sűrűsége a pozitív kristályszubsztrát felületén alacsony, és a teraszok szélesek. A kétdimenziós nukleációnövekedés az epitaxia folyamat során könnyen előfordulhat, hogy 3C kristály (3C-SIC) képződjön. A tengelyen kívüli vágással, a nagy sűrűségű, keskeny terasz szélességű atomi lépései bevezethetők a 4H-SIC <0001> szubsztrát felületén, és az adszorbeált prekurzor hatékonyan elérheti az atomi lépés helyzetét a felületi diffúzió révén viszonylag alacsony felületi energiával. A lépésnél a prekurzor atom/molekuláris csoportos kötési helyzete egyedi, tehát a lépésáram növekedési módban az epitaxiális réteg tökéletesen örökölheti a szubsztrát Si-C kettős atomréteg-egymásra rakási szekvenciáját, hogy egyetlen kristályt képezzenek, ugyanolyan kristályfázisú, mint a szubsztrát. (2) A nagysebességű epitaxiális növekedést egy klór-tartalmú szilíciumforrás bevezetésével érik el. A hagyományos SIC kémiai gőzlerakódási rendszerekben a szilán és a propán (vagy etilén) a fő növekedési források. A növekedési ütem növelése során a növekedési forrás áramlási sebességének növelésével, mivel a szilíciumkomponens egyensúlyi részleges nyomása tovább növekszik, könnyű a szilícium -klaszterek képződése homogén gázfázis -nukleációval, amely jelentősen csökkenti a szilíciumforrás felhasználási sebességét. A szilíciumcsoportok kialakulása jelentősen korlátozza az epitaxiális növekedési ütem javulását. Ugyanakkor a szilícium -klaszterek megzavarhatják a lépésáram növekedését, és hibás nukleációt okozhatnak. A homogén gázfázisú nukleáció elkerülése és az epitaxiális növekedési sebesség növelése érdekében a klór-alapú szilíciumforrások bevezetése jelenleg a mainstream módszer a 4H-SIC epitaxiális növekedési ütemének növelésére.

1,2 200 mm (8 hüvelyk) SIC epitaxiális berendezések és folyamatfeltételek

A cikkben leírt kísérleteket mind egy 150/200 mm-es (6/8 hüvelykes) kompatibilis monolitikus vízszintes forró falon végeztük, a Kínai Electronics Technology Group Corporation által függetlenül kifejlesztett függetlenül fejlesztették ki. Az epitaxiális kemence támogatja a teljesen automatikus ostya betöltését és kirakodását. Az 1. ábra az epitaxiális berendezés reakciókamra belső szerkezetének vázlatos diagramja. Amint az az 1. ábrán látható, a reakciókamra külső fala egy kvarc harang, vízhűtéses réteggel, és a csengő belseje egy magas hőmérsékletű reakciókamra, amely hőszigetelő szén filcből áll, a nagy porosságú speciális grafit üreg, a grafit gázgyűjtő alapja, stb. Az egész kvartz harang borítja a hengeres indiai indítványt, és a reakciókamrán belül a csengőben van, és a csengőben lévő csengőben van. Közepes frekvenciájú indukciós tápegység. Amint az az 1. ábra (b) ábrán látható, a hordozógáz, a reakciógáz és a doppinggáz az ostya felületén folyik át egy vízszintes lamináris áramlásban a reakció kamra felfelé a reakció kamra lefelé irányuló áramlásáig, és a farokgáz végétől ürítik. A ostyaon belüli konzisztencia biztosítása érdekében a lég úszó alap által hordozott ostya mindig forog a folyamat során.

A kísérletben használt szubsztrát egy 150 mm, 200 mm (6 hüvelyk, 8 hüvelyk) <1120> irányú, 4 ° -os irányszögű vezetőképes N-típusú 4H-SIC kétoldalas, polírozott SIC szubsztrát, amelyet Shanxi Shuoke Crystal készített. A triklór-szilánt (SIHCL3, TCS) és az etilént (C2H4) használják a fő növekedési forrásokként a folyamat kísérletében, amelyek között a TC-ket és a C2H4-et szilíciumforrásként használják, és szénforrásként, nagy porosságú nitrogén (N2) használják N-type-dopping forrásként, és hidrogént (H2) használunk, és hordozó gázként és hordozóként használják. Az epitaxiális folyamat hőmérsékleti tartománya 1 600 ~ 1 660 ℃, a folyamatnyomás 8 × 103 ~ 12 × 103 PA, a H2 hordozó gázáramlási sebessége pedig 100 ～ 140 L/perc.

1.3 epitaxiális ostya tesztelése és jellemzése

A Fourier infravörös spektrométert (berendezések gyártója termálfegyek, IS50 modell) és a Mercury Probe koncentráció teszterét (Semilab berendezés gyártója, 530L modell) használtuk az epitaxiális réteg vastagságának és a dopping koncentrációjának átlagos és eloszlásának jellemzésére; Az epitaxiális réteg minden pontjának vastagságát és doppingkoncentrációját úgy határoztuk meg, hogy pontokat vettünk az átmérőjű vonal mentén, amely a fő referencia széle normál vonalát keresztezi 45 ° -on az ostya közepén, 5 mm -es szél eltávolításával. Egy 150 mm -es ostya esetében 9 pontot vettünk egyetlen átmérőjű vonal mentén (két átmérő merőleges volt egymásra), és egy 200 mm -es ostya esetében 21 pontot vettünk, amint azt a 2. ábra mutatja. Egy atomi erőmikroszkópot (Bersziógyártó, Bruker, modell méretű ikon) használtunk, az EPITAX -t a középső területen, a középső területen (5 mM Edge) ikonra). tesztelje az epitaxiális réteg felületi érdességét; Az epitaxiális réteg hibáit felszíni hibás tesztelővel (a China Electronics Kefenghua berendezésgyártó, a Mars 4410 Pro modell) felhasználásával mértük.

2 Kísérleti eredmények és megbeszélések

2.1 epitaxiális réteg vastagsága és egységessége

Az epitaxiális réteg vastagsága, a doppingkoncentráció és az egységesség az egyik alapmutató az epitaxiális ostyák minőségének megítélésére. Az ostya pontosan szabályozható vastagsága, doppingkoncentrációja és egységessége a kulcsa a SIC tápegységek teljesítményének és konzisztenciájának biztosításához, valamint az epitaxiális réteg vastagságának és a dopping koncentráció egységességének biztosításához szintén fontos alapok az epitaxiális berendezések folyamatképességének méréséhez.

A 3. ábra a vastagság és az eloszlási görbét mutatja 150 mm és 200 mm -es epitaxiális ostyák. Az ábrából látható, hogy az epitaxiális réteg vastagsági eloszlási görbe szimmetrikus az ostya középpontjában. Az epitaxiális folyamatidő 600 s, a 150 mm -es epitaxiális ostya átlagos epitaxiális réteg vastagsága 10,89 μm, a vastagság egyenletessége 1,05%. Számítással az epitaxiális növekedési sebesség 65,3 μm/h, ami egy tipikus gyors epitaxiális folyamat szintje. Ugyanebben az epitaxiális folyamatidőben a 200 mM epitaxiális ostya epitaxiális réteg vastagsága 10,10 μm, a vastagság egységessége 1,36%-on belül van, és a teljes növekedési sebesség 60,60 μm/h, ami valamivel alacsonyabb, mint a 150 mm -es epitaxiális növekedési ütem. Ennek oka az, hogy az út mentén nyilvánvaló veszteség van, amikor a szilíciumforrás és a szénforrás a reakció kamra felfelé történő felfelé áramlik a ostya felületén a reakció kamra lefelé, és a 200 mm -es ostya területe nagyobb, mint a 150 mm. A gáz hosszabb távolságra átfolyik a 200 mm -es ostya felületén, és az út mentén elfogyasztott forrásgáz több. Az a feltétellel, hogy az ostya folyamatosan forog, az epitaxiális réteg teljes vastagsága vékonyabb, tehát a növekedési sebesség lassabb. Összességében a 150 mm és a 200 mm-es epitaxiális ostyák vastagságú egységessége kiváló, és a berendezés folyamatképessége megfelel a kiváló minőségű eszközök követelményeinek.

2.2 epitaxiális réteg dopping koncentrációja és egységessége

A 4. ábra a 150 mm és 200 mm -es epitaxiális ostyák doppingkoncentráció egységességét és görbe eloszlását mutatja. Amint az az ábrán látható, az epitaxiális ostya koncentráció -eloszlási görbéjének nyilvánvaló szimmetriája van az ostya közepéhez képest. A 150 mm és 200 mM epitaxiális rétegek doppingkoncentráció egységessége 2,80%, illetve 2,66%, amelyet 3% -on belül lehet szabályozni, ami kiváló szint a nemzetközi hasonló berendezések között. Az epitaxiális réteg doppingkoncentrációs görbéjét "W" alakban oszlanak meg az átmérőjű irány mentén, amelyet elsősorban a vízszintes forró fal epitaxiális kemence áramlási mezője határoz meg, mivel a vízszintes légáram -epitaxiális növekedési kemence légáramlási iránya a laminár áramláson keresztül a laminár áramláson keresztül a laminár áramláson keresztül; Mivel a szénforrás (C2H4) „az út mentén történő kimerülési” sebessége magasabb, mint a szilíciumforrás (TCS )é, amikor a ostya forog, az ostya felületén lévő tényleges C/SI fokozatosan csökken a szélről a középpontba (a szénforrás a középpontban kevesebb), a C és N élvonalának "versenyképes elmélete" felé. A kiváló koncentráció egységesség elérése érdekében az N2 élt kompenzációként adják hozzá az epitaxiális folyamat során, hogy lelassítsák a dopping koncentrációjának csökkenését a középponttól a szélig, így a végső doppingkoncentráció -görbe "W" alakot jelent.

2.3 epitaxiális réteghiányok

A vastagság és a doppingkoncentráció mellett az epitaxiális réteghiba -szabályozás szintje alapvető paraméter az epitaxiális ostyák minőségének mérésére, valamint az epitaxiális berendezések folyamatképességének fontos mutatója. Noha az SBD és a MOSFET eltérő követelményekkel bír a hibákra, a nyilvánvalóbb felületi morfológiai hibák, például a csepphibák, a háromszög hibák, a sárgarépa -hibák és az üstököshibák gyilkos hibáiként vannak meghatározva az SBD és a MOSFET eszközöknél. Az ezeket a hibákat tartalmazó chipek kudarcának valószínűsége magas, tehát a gyilkos hibák számának ellenőrzése rendkívül fontos a chip hozamának javítása és a költségek csökkentése érdekében. Az 5. ábra a 150 mm és a 200 mm -es SIC epitaxiális ostyák gyilkos hibáinak eloszlását mutatja. Annak feltétellel, hogy a C/Si arányban nincs nyilvánvaló egyensúlyhiány, a sárgarépa -hibák és az üstököshibák alapvetően kiküszöbölhetők, míg a csepphibák és a háromszög hibák az epitaxiális berendezések működése során a tisztaság -szabályozáshoz kapcsolódnak, a grafit alkatrészek szennyeződési szintjéhez a reakciókamrában és az altermék minőségéhez. A 2. táblázatból láthatjuk, hogy a 150 mm és a 200 mm -es epitaxiális ostyák halálos hibás sűrűsége 0,3 részecskén/cm2 -en belül szabályozható, ami kiváló szint az azonos típusú berendezések számára. A 150 mm -es epitaxiális ostya végzetes hibás sűrűség -ellenőrzési szintje jobb, mint a 200 mm -es epitaxiális ostya. Ennek oka az, hogy a 150 mm -es szubsztrát -előkészítési folyamat érettebb, mint a 200 mm, a szubsztrát minősége jobb, és a szennyeződés -szabályozási szint a 150 mm -es grafit reakció kamra jobb.

2.4 epitaxiális ostya felületi érdessége

A 6. ábra a 150 mm és a 200 mm -es SIC epitaxiális ostyák AFM képeit mutatja. Amint az ábrán látható, a 150 mm és a 200 mm-es epitaxiális ostyák felszíni gyökér átlagos durvaságának átlagos gyökérzetének átlagos gyökérzetének átlagos gyökere 0,129 nm és 0,113 nm, és az epitaxiális réteg felülete sima, anélkül, hogy nyilvánvaló makro-lépési aggregálódási jelenség lenne, ami azt jelzi, hogy az epitaxiális réteg növekedése mindig fenntartja az egész epitaxiális folyamat során az egész epitaxis folyamat során, és nem lépést tesz. Látható, hogy a sima felületű epitaxiális réteg 150 mm és 200 mm-es alacsony szögű szubsztrátokon kapható az optimalizált epitaxiális növekedési folyamat alkalmazásával.

3. Következtetések

150 mm és 200 mm-es 4H-SIC homoepitaxiális ostyákat sikeresen elkészítettünk a háztartási szubsztrátokon, önfejlesztett 200 mm-es SIC epitaxiális növekedési berendezéssel, és egy 150 mm-re és 200 mm-re alkalmas homoepitaxiális eljárást fejlesztettünk ki. Az epitaxiális növekedési sebesség nagyobb lehet, mint 60 μm/h. Miközben megfelelnek a nagysebességű epitaxi követelménynek, az epitaxiális ostya minősége kiváló. A 150 mm és a 200 mm SIC epitaxiális ostyák vastagságát 1,5%-on belül lehet szabályozni, a koncentráció egységessége kevesebb, mint 3%, a halálos hiba sűrűsége kevesebb, mint 0,3 részecske/cm2, és az epitaxiális felületi durvaság gyökér átlagos RA kevesebb, mint 0,15 nm. Az epitaxiális ostyák alapvető folyamatok mutatói az iparágban előrehaladott szinten vannak.

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

A Vetek Semiconductor egy professzionális kínai gyártóCVD SIC bevonatú mennyezet, CVD SIC bevonat fúvóka, ésSIC bevonó bemeneti gyűrű-  A Vetek Semiconductor elkötelezett amellett, hogy fejlett megoldásokat kínáljon a félvezető ipar számára nyújtott különféle SIC ostya termékek számára.

Ha érdekel8 hüvelykes SIC epitaxiális kemence és homoepitaxiális folyamat, Kérjük, bátran forduljon hozzánk közvetlenül.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -mail: anny@veteksemi.com