8-инчен SiC епитаксијална печка и истражување на хомоепитаксијален процес

Во моментов, SiC индустријата се трансформира од 150 mm (6 инчи) на 200 mm (8 инчи). Со цел да се задоволи итната побарувачка за големи димензии, висококвалитетни SiC хомоепитаксијални наполитанки во индустријата, хомоепитаксијалните наполитанки од 150 mm и 200 mm 4H-SiC беа успешно подготвени на домашни подлоги со користење на независно развиена опрема за епитаксијален раст на SiC од 200 mm. Развиен е хомоепитаксијален процес погоден за 150 mm и 200 mm, во кој стапката на епитаксијален раст може да биде поголема од 60 μm/h. Додека ја исполнувате епитаксијата со голема брзина, квалитетот на епитаксијалната нафора е одличен. Еднообразноста на дебелината на епитаксијалните наполитанки SiC од 150 mm и 200 mm може да се контролира во рамките на 1,5%, униформноста на концентрацијата е помала од 3%, густината на фаталниот дефект е помала од 0,3 честички/cm2, а коренот на епитаксијалната грубост на површината е среден квадрат Ra е помалку од 0,15 nm, а сите показатели за основните процеси се на напредно ниво на индустријата.

Силициум карбид (SiC) е еден од претставниците на полупроводничките материјали од третата генерација. Има карактеристики на висока јачина на полето за распаѓање, одлична топлинска спроводливост, голема брзина на нанос на заситеноста на електроните и силна отпорност на зрачење. Во голема мера го прошири капацитетот за обработка на енергија на енергетските уреди и може да ги исполни барањата за услуги на следната генерација на енергетска електронска опрема 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. Тој донесе револуционерни промени во новите енергетски возила, железничкиот транспорт, паметните мрежи и други области. Затоа, полупроводниците од силициум карбид станаа препознаени како идеален материјал што ќе ја предводи следната генерација електронски уреди со висока моќност. Во последниве години, благодарение на поддршката на националната политика за развојот на третата генерација полупроводничка индустрија, истражувањето и развојот и изградбата на системот за индустријата на уреди од 150 mm SiC беа во основа завршени во Кина, а безбедноста на индустрискиот синџир беше во основа загарантирана. Затоа, фокусот на индустријата постепено се префрли на контрола на трошоците и подобрување на ефикасноста. Како што е прикажано во Табела 1, во споредба со 150 mm, 200 mm SiC има повисока стапка на искористување на рабовите, а излезот на чиповите со единечни обланди може да се зголеми за околу 1,8 пати. Откако ќе созрее технологијата, трошоците за производство на еден чип може да се намалат за 30%. Технолошкиот пробив од 200 mm е директно средство за „намалување на трошоците и зголемување на ефикасноста“, а исто така е клучот за индустријата за полупроводници во мојата земја да „работи паралелно“ или дури „да води“.

Различно од процесот на уредот Si, полупроводничките уреди за напојување SiC се обработуваат и се подготвуваат со епитаксијални слоеви како камен-темелник. Епитаксијалните наполитанки се основни основни материјали за уредите за напојување на SiC. Квалитетот на епитаксијалниот слој директно го одредува приносот на уредот, а неговата цена изнесува 20% од трошоците за производство на чипови. Затоа, епитаксијалниот раст е суштинска средна врска во уредите за моќност на SiC. Горната граница на нивото на епитаксијалниот процес се определува со епитаксијална опрема. Во моментов, степенот на локализација на домашната епитаксијална опрема од 150 mm SiC е релативно висок, но целокупниот распоред од 200 mm заостанува зад меѓународното ниво во исто време. Затоа, со цел да се решат итните потреби и проблемите со тесно грло за производство на големи, висококвалитетни епитаксијални материјали за развој на домашната трета генерација полупроводничка индустрија, овој труд ја воведува епитаксиалната опрема од 200 mm SiC успешно развиена во мојата земја. и го проучува епитаксијалниот процес. Со оптимизирање на параметрите на процесот, како што се температурата на процесот, брзината на проток на гас-носител, односот C/Si, итн., униформноста на концентрацијата <3%, дебелината нерамномерност <1,5%, грубоста Ra <0,2 nm и густината на фаталниот дефект <0,3 честички /cm2 од 150 mm и 200 mm SiC епитаксијални наполитанки со самостојно развиена епитаксијална печка од силициум карбид од 200 mm. Нивото на процесот на опрема може да ги задоволи потребите за висококвалитетна подготовка на уреди за моќност на SiC.

1 Експерименти

1.1 Принцип на SiC епитаксијален процес

Процесот на хомоепитаксијален раст 4H-SiC главно вклучува 2 клучни чекори, имено, високотемпературно офортување на подлогата 4H-SiC и хомоген процес на хемиско таложење на пареа. Главната цел на ин-situ офортувањето на подлогата е да се отстрани подповршинското оштетување на подлогата по полирање на нафора, преостаната течност за полирање, честички и оксиден слој, а на површината на подлогата со офорт може да се формира редовна структура на атомски чекор. Ин-situ офорт обично се врши во водородна атмосфера. Според вистинските барања на процесот, може да се додаде и мала количина на помошен гас, како што се водород хлорид, пропан, етилен или силиан. Температурата на in-situ водородното офорт е генерално над 1600 ℃, а притисокот на комората за реакција генерално се контролира под 2×104 Pa за време на процесот на офорт.

Откако површината на подлогата ќе се активира со ин-situ офорт, таа влегува во процесот на хемиско таложење на пареа со висока температура, односно во изворот на раст (како што се етилен/пропан, TCS/силан), извор на допинг (n-тип извор на допинг азот , извор на допинг од р-тип TMAl) и помошен гас како што е водород хлорид се транспортираат во комората за реакција преку голем проток на гас-носител (обично водород). Откако гасот реагира во комората за реакција со висока температура, дел од претходникот реагира хемиски и се адсорбира на површината на обланда, и се формира еднокристален хомоген епитаксијален слој 4H-SiC со специфична концентрација на допинг, специфична дебелина и повисок квалитет. на површината на подлогата користејќи ја еднокристалната 4H-SiC подлога како шаблон. По долгогодишно техничко истражување, хомоепитаксијалната технологија 4H-SiC во основа созрева и широко се користи во индустриското производство. Најшироко користената хомоепитаксијална технологија 4H-SiC во светот има две типични карактеристики: (1) Користење на надвор од оската (во однос на кристалната рамнина <0001>, кон кристалната насока <11-20>) косо исечена подлога како шаблон, еднокристален 4H-SiC епитаксијален слој со висока чистота без нечистотии се депонира на подлогата во форма на режим на раст со чекор-проток. Раниот хомоепитаксијален раст на 4H-SiC користел позитивен кристален супстрат, односно <0001> Si рамнина за раст. Густината на атомските чекори на површината на позитивниот кристален супстрат е мала, а терасите се широки. Дводимензионалниот раст на нуклеацијата е лесно да се случи за време на процесот на епитаксијата за да се формира 3C кристален SiC (3C-SiC). Со сечење надвор од оската, атомските скалила со висока густина и тесна ширина на терасата може да се воведат на површината на подлогата 4H-SiC <0001>, а адсорбираниот претходник може ефективно да ја достигне положбата на атомскиот чекор со релативно ниска површинска енергија преку дифузија на површината . На чекорот, позицијата за поврзување на претходник атом/молекуларна група е единствена, така што во режимот на раст на протокот во чекор, епитаксијалниот слој може совршено да ја наследи секвенцата на натрупување двоен атомски слој Si-C на подлогата за да формира еден кристал со истиот кристал. фаза како подлога. (2) Епитаксијалниот раст со голема брзина се постигнува со воведување на извор на силициум што содржи хлор. Во конвенционалните системи за таложење на хемиска пареа на SiC, силинот и пропанот (или етиленот) се главните извори на раст. Во процесот на зголемување на стапката на раст преку зголемување на стапката на проток на изворот на раст, бидејќи парцијалниот рамнотежен притисок на силициумската компонента продолжува да се зголемува, лесно е да се формираат силиконски кластери со хомогена нуклеација на гасна фаза, што значително ја намалува стапката на искористеност на извор на силикон. Формирањето силиконски кластери во голема мера го ограничува подобрувањето на епитаксиалната стапка на раст. Во исто време, силиконските кластери можат да го нарушат растот на протокот во чекор и да предизвикаат нуклеација на дефекти. Со цел да се избегне хомогена нуклеација на гасната фаза и да се зголеми стапката на епитаксијален раст, воведувањето на силициумски извори базирани на хлор во моментов е мејнстрим метод за зголемување на стапката на епитаксијален раст на 4H-SiC.

Епитаксијална опрема од 1,2 200 mm (8 инчи) SiC и услови на процесот

Експериментите опишани во овој труд сите беа спроведени на 150/200 mm (6/8-инчи) компатибилна монолитна SiC епитаксијална опрема со хоризонтален топол ѕид, независно развиена од 48-от Институт за кинеска електронска технолошка групација. Епитаксијалната печка поддржува целосно автоматско полнење и растоварување на нафора. Слика 1 е шематски дијаграм на внатрешната структура на комората за реакција на епитаксијалната опрема. Како што е прикажано на слика 1, надворешниот ѕид на комората за реакција е кварцно ѕвоно со меѓуслој што се лади со вода, а внатрешноста на ѕвоното е комора за реакција со висока температура, која е составена од термоизолациски јаглероден филц, со висока чистота. специјална графитна празнина, графитна ротирачка основа што лебди со гас, итн. Целото кварценско ѕвоно е покриено со цилиндрична индукциска намотка, а комората за реакција во внатрешноста на ѕвоното електромагнетно се загрева со индукциско напојување со средна фреквенција. Како што е прикажано на Слика 1 (б), носачкиот гас, реакциониот гас и допинг гасот течат низ површината на обландата во хоризонтален ламинарен проток од возводно на комората за реакција до низводно од комората за реакција и се испуштаат од опашката гасен крај. За да се обезбеди конзистентност во нафората, обландата што ја носи воздушната лебдечка основа секогаш се ротира во текот на процесот.

Подлогата користена во експериментот е комерцијална 150 mm, 200 mm (6 инчи, 8 инчи) <1120> правец 4° надвор од аголот проводен n-тип 4H-SiC двострана полиран SiC подлога произведена од Shanxi Shuoke Crystal. Трихлоросилан (SiHCl3, TCS) и етилен (C2H4) се користат како главни извори на раст во процесот на експеримент, меѓу кои TCS и C2H4 се користат како извор на силициум и извор на јаглерод соодветно, азот со висока чистота (N2) се користи како n- тип извор на допинг, а водородот (H2) се користи како гас за разредување и гас-носител. Епитаксијалниот температурен опсег на процесот е 1 600 ~ 1 660 ℃, притисокот на процесот е 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, а брзината на проток на носачкиот гас H2 е 100 ~ 140 L/min.

1.3 Епитаксијално тестирање и карактеризација на нафора

Фуриеовиот инфрацрвен спектрометар (производител на опрема Thermalfisher, модел iS50) и тестер за концентрација на жива сонда (производител на опрема Semilab, модел 530L) беа користени за карактеризирање на средната вредност и распределбата на дебелината на епитаксијалниот слој и концентрацијата на допинг; дебелината и концентрацијата на допинг на секоја точка во епитаксијалниот слој беа одредени со земање точки по должината на линијата на дијаметар што ја пресекува нормалната линија на главниот референтен раб на 45° во центарот на обландата со отстранување на рабовите од 5 mm. За обланда од 150 mm, земени се 9 точки по линија со еден дијаметар (два дијаметри беа нормални еден на друг), а за нафора од 200 mm, земени се 21 точка, како што е прикажано на слика 2. Микроскоп со атомска сила (производител на опремата Bruker, модел Dimension Icon) се користеше за избор на области од 30 μm×30 μm во средишната област и областа на рабовите (отстранување на рабовите од 5 mm) на епитаксијалната обланда за тестирање на грубоста на површината на епитаксијалниот слој; дефектите на епитаксијалниот слој беа измерени со помош на тестерот за површински дефекти (производител на опрема China Electronics Kefenghua, модел Mars 4410 pro) 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 показатели за оценување на квалитетот на епитаксијалните наполитанки. Прецизно контролираната дебелина, концентрацијата на допинг и униформноста во нафората се клучот за обезбедување на перформансите и конзистентноста на уредите за напојување на SiC, а дебелината на епитаксијалниот слој и униформноста на концентрацијата на допинг се исто така важни основи за мерење на способноста на процесот на епитаксијалната опрема.

Слика 3 ја прикажува униформноста на дебелината и кривата на дистрибуција на епитаксијалните наполитанки SiC од 150 mm и 200 mm. Од сликата може да се види дека кривата на дистрибуција на дебелината на епиаксијалниот слој е симетрична во однос на централната точка на нафората. Времето на процесот на епитаксија е 600 секунди, просечната дебелина на епитаксијалниот слој на епитаксијалната обланда од 150 mm е 10,89 μm, а униформноста на дебелината е 1,05%. Со пресметка, стапката на епитаксијален раст е 65,3 μm/h, што е типично ниво на брз епитаксијален процес. Во исто време на епитаксијален процес, дебелината на епитаксијалниот слој на епитаксијалната обланда од 200 mm е 10,10 μm, униформноста на дебелината е во рамките на 1,36%, а вкупната стапка на раст е 60,60 μm/h, што е малку пониско од епитаксиалниот раст од 150 mm стапка. Тоа е затоа што постои очигледна загуба на патот кога изворот на силициум и изворот на јаглерод течат од спротиводно на реакционата комора низ површината на обланда до низводно од комората за реакција, а површината на обландата од 200 mm е поголема од 150 mm. Гасот тече низ површината на обландата од 200 mm на подолго растојание, а изворниот гас што се троши по пат е повеќе. Под услов обландата да продолжи да ротира, вкупната дебелина на епитаксијалниот слој е потенка, така што стапката на раст е побавна. Севкупно, униформноста на дебелината на епитаксијалните наполитанки од 150 mm и 200 mm е одлична, а способноста за процесирање на опремата може да ги задоволи барањата на висококвалитетните уреди.

2.2 Концентрација и униформност на допинг на епитаксијален слој

Слика 4 ја прикажува униформноста на концентрацијата на допинг и дистрибуцијата на кривата на епитаксијалните наполитанки SiC од 150 mm и 200 mm. Како што може да се види од сликата, кривата на дистрибуција на концентрацијата на епитаксијалната обланда има очигледна симетрија во однос на центарот на обландата. Еднообразноста на концентрацијата на допинг на епитаксијалните слоеви од 150 mm и 200 mm е соодветно 2,80% и 2,66%, што може да се контролира во рамките на 3%, што е одлично ниво меѓу меѓународната слична опрема. Кривата на концентрацијата на допингот на епитаксијалниот слој е распоредена во форма „W“ долж насоката на дијаметарот, што главно се определува од полето на проток на хоризонталната епитаксијална печка со топол ѕид, бидејќи насоката на протокот на воздух на хоризонталната печка за епитаксијален раст на протокот на воздух е од крајот на влезот на воздухот (нагорно) и истекува од низводниот крај во ламинарен проток низ површината на обландата; бидејќи стапката на „исцрпување на патот“ на изворот на јаглерод (C2H4) е повисока од онаа на изворот на силициум (TCS), кога нафората се ротира, вистинскиот C/Si на површината на обландата постепено се намалува од работ до центарот (изворот на јаглерод во центарот е помал), според „теоријата за конкурентна позиција“ на C и N, концентрацијата на допинг во центарот на нафората постепено се намалува кон работ. Со цел да се добие одлична униформност на концентрацијата, работ N2 се додава како компензација за време на епитаксијалниот процес за да се забави намалувањето на концентрацијата на допинг од центарот кон работ, така што крајната крива на концентрацијата на допинг дава форма „W“.

2.3 Дефекти на епитаксијалниот слој

Покрај дебелината и концентрацијата на допинг, нивото на контрола на дефектите на епитаксијалниот слој е исто така основен параметар за мерење на квалитетот на епитаксијалните наполитанки и важен показател за процесната способност на епитаксијалната опрема. Иако SBD и MOSFET имаат различни барања за дефекти, поочигледните површински морфолошки дефекти како што се дефекти на пад, дефекти на триаголник, дефекти на морков и дефекти на кометата се дефинирани како дефекти убијци за уредите SBD и MOSFET. Веројатноста за неуспех на чиповите што ги содржат овие дефекти е голема, така што контролирањето на бројот на дефекти на убиецот е исклучително важно за подобрување на приносот на чиповите и намалување на трошоците. Слика 5 ја прикажува дистрибуцијата на дефекти на убијци од 150 mm и 200 mm SiC епитаксијални наполитанки. Под услов да нема очигледна нерамнотежа во односот C/Si, дефектите на морковот и дефектите на кометата можат во основа да се отстранат, додека дефектите на падот и дефектите на триаголникот се поврзани со контролата на чистотата за време на работата на епитаксијалната опрема, нивото на нечистотија на графитот делови во комората за реакција и квалитетот на подлогата. Од Табела 2, можеме да видиме дека густината на фаталниот дефект од епитаксијалните наполитанки од 150 mm и 200 mm може да се контролира во рамките на 0,3 честички/cm2, што е одлично ниво за истиот тип на опрема. Нивото на контрола на густината на фаталниот дефект на епитаксијалната обланда од 150 mm е подобро од онаа на епитаксијалната обланда од 200 mm. Тоа е затоа што процесот на подготовка на подлогата од 150 mm е позрел од оној на 200 mm, квалитетот на подлогата е подобар, а нивото на контрола на нечистотијата на комората за реакција на графит од 150 mm е подобро.

2.4 Епитаксијална грубост на површината на обландата

Слика 6 ги прикажува AFM сликите на површината од епитаксијални наполитанки SiC од 150 mm и 200 mm. Како што може да се види од сликата, средната квадратна грубост на површинскиот корен Ra од 150 mm и 200 mm епитаксијални обланди е соодветно 0,129 nm и 0,113 nm, а површината на епитаксијалниот слој е мазна, без очигледен феномен на макро-чекор агрегација, што покажува дека растот на епитаксијалниот слој секогаш го одржува режимот на раст на протокот на чекори во текот на целиот епитаксијален процес, и не се случува агрегација на чекори. Може да се види дека епитаксијалниот слој со мазна површина може да се добие на подлоги со низок агол од 150 mm и 200 mm со користење на оптимизираниот процес на епитаксијален раст.

3. Заклучоци

Хомоепитаксијалните наполитанки 4H-SiC од 150 mm и 200 mm беа успешно подготвени на домашни подлоги со користење на саморазвиената опрема за епитаксијален раст на SiC од 200 mm и беше развиен хомоепитаксијален процес погоден за 150 mm и 200 mm. Епитаксијалната стапка на раст може да биде поголема од 60 μm/h. И покрај тоа што ги исполнувате барањата за епитаксија со голема брзина, квалитетот на епитаксијалната обланда е одличен. Еднообразноста на дебелината на епитаксијалните наполитанки SiC од 150 mm и 200 mm може да се контролира во рамките на 1,5%, униформноста на концентрацијата е помала од 3%, густината на фаталниот дефект е помала од 0,3 честички/cm2, а коренот на епитаксијалната грубост на површината е среден квадрат Ra е помалку од 0,15 nm. Основните показатели за процесот на епитаксијалните наполитанки се на напредно ниво во индустријата.

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

VeTek Semiconductor е професионален кинески производител наCVD SiC обложен таван, CVD SiC млазница за обложување, иВлезен прстен за обложување SiC.  VeTek Semiconductor е посветен на обезбедување напредни решенија за различни SiC Wafer производи за индустријата за полупроводници.

Доколку ве интересираЕпитаксијална печка од 8 инчи SiC и хомоепитаксијален процес, Ве молиме слободно контактирајте не директно.

Моб: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

Е-пошта: anny@veteksemi.com