8-palcový SIC Epitaxial Purnace a HomoePitaxial Research Research

V súčasnosti sa priemysel SIC transformuje zo 150 mm (6 palcov) na 200 mm (8 palcov). Aby sa uspokojil naliehavý dopyt po veľkých a kvalitných homoepitaxiálnych doštičkách SIC v priemysle, 150 mm a 200 mm 4H-SIC homoepitaxiálne doštičky boli úspešne pripravené na domácich substrátoch s použitím nezávisle vyvinutých 200 mm SIC epitaxiálnych rastových zariadení. Bol vyvinutý homoepitaxiálny proces vhodný pre 150 mm a 200 mm, v ktorom môže byť rýchlosť epitaxného rastu vyššia ako 60 μm/h. Pri stretávaní vysokorýchlostnej epitaxie je kvalita epitaxnej oblátky vynikajúca. Rovnomernosť hrúbky 150 mm a 200 mM epitaxných doštičiek SIC sa dá kontrolovať v rámci 1,5%, uniformita koncentrácie je menšia ako 3%, hustota smrteľnej defektu je menšia ako 0,3 častíc/cm2 a priemerná epitaxiálna priemerná hladina povrchu RA je menšia ako 0,15 nm a všetky jadrové ukazovatele procesu sú na pokročilej úrovni priemyslu.

Silikónový karbid (SIC) je jedným zo zástupcov polovodičových materiálov tretej generácie. Má charakteristiky vysokej sily poľa rozkladu, vynikajúcej tepelnej vodivosti, veľkej rýchlosti driftu elektrónov a silného odporu žiarenia. Veľmi rozšírila kapacitu energetického spracovania energetických zariadení a môže spĺňať servisné požiadavky novej generácie elektronického zariadenia pre zariadenia s vysokou energiou, malú veľkosť, vysokú teplotu, vysoké žiarenie a ďalšie extrémne podmienky. Môže znížiť priestor, znížiť spotrebu energie a znížiť požiadavky na chladenie. Priniesla revolučné zmeny v nových energetických vozidlách, železničnej preprave, inteligentných siete a iných poliach. Preto sa polovodičy karbidu kremíka stali uznanými ako ideálny materiál, ktorý povedie ďalšiu generáciu vysoko výkonných elektronických zariadení. V posledných rokoch sa vďaka národnej politickej podpore pre rozvoj odvetvia polovodičov tretej generácie, výskum a vývoj a výstavba priemyselného systému SIC zariadení 150 mm v Číne a bezpečnosť priemyselného reťazca bola v podstate zaručená. Zameriavanie tohto odvetvia sa preto postupne presunulo na kontrolu nákladov a zlepšenie efektívnosti. Ako je uvedené v tabuľke 1, v porovnaní s 150 mm má 200 mm SIC vyššiu rýchlosť využitia okrajov a výstup čipov s jednoduchými doštičkami sa môže zvýšiť približne 1,8 -krát. Po dozrievaní technológie je možné výrobné náklady jedného čipu znížiť o 30%. Technologický prielom 200 mm je priamym prostriedkom na „znižovanie nákladov a zvýšenie efektívnosti“ a je tiež kľúčom pre polovodičový priemysel mojej krajiny „prevádzkovať paralelne“ alebo dokonca „olovo“.

Na rozdiel od procesu zariadenia SI sú zariadenia SIC polovodičové napájacie zariadenia spracované a pripravené s epitaxnými vrstvami ako základný kameň. Epitaxiálne doštičky sú základné základné materiály pre zariadenia SIC Power. Kvalita epitaxnej vrstvy priamo určuje výnos zariadenia a jeho náklady predstavujú 20% nákladov na výrobu čipov. Preto je epitaxiálny rast nevyhnutným medziproduktom v zariadeniach SIC Power. Horná hranica úrovne epitaxného procesu je určená epitaxným zariadením. V súčasnosti je stupeň lokalizácie domáceho 150 mm SIC epitaxiálneho zariadenia relatívne vysoký, ale celkové usporiadanie 200 mm zaostáva za medzinárodnou úrovňou súčasne. Preto, aby sa vyriešilo naliehavé potreby a problémy s problémami veľkých, vysokokvalitných epitaxiálnych materiálov pre rozvoj domáceho priemyslu tretej generácie, tento dokument predstavuje epitaxiálne vybavenie 200 mm SIC, ktoré sa úspešne vyvinuli v mojej krajine a študuje epitaxiálny proces. Optimalizáciou procesných parametrov, ako je napríklad teplota procesu, prietok nosného plynu, pomer C/Si atď., Koncentračná uniformita <3%, nerovnomernosť hrúbky <1,5%, drsnosť RA <0,2 nm a hustota smrteľnej defekty <0,3 častice/cm2 epreaxu 30 mm gracio-feafue. Úroveň procesu zariadenia môže spĺňať potreby vysokokvalitnej prípravy SIC Power zariadenia.

1 experimenty

1.1 Princíp epitaxiálneho procesu SIC

Proces homoepitaxiálneho rastu 4H-SIC obsahuje hlavne 2 kľúčové kroky, konkrétne vysokoteplotné leptanie v situácii substrátu 4H a homogénny proces ukladania chemickej pary. Hlavným účelom leptania substrátu v situácii je odstránenie podpovrchového poškodenia substrátu po leštení doštičiek, zvyškovej leštiteľskej kvapaliny, častíc a oxidovej vrstve a pravidelnej štruktúry atómového kroku sa môže vytvoriť na povrchu substrátu leptaním. Leptanie in situ sa zvyčajne vykonáva v atmosfére vodíka. Podľa skutočných požiadaviek na proces sa môže pridať aj malé množstvo pomocného plynu, ako je chlorid vodíka, propán, etylén alebo silány. Teplota leptania vodíka in situ je všeobecne nad 1 600 ℃ a počas procesu leptania sa tlak reakčnej komory všeobecne reguluje pod 2 x 104 pA.

Po aktivácii povrchu substrátu pomocou leptania in situ vstúpi do procesu depozície chemického chemikálie, tj zdroj rastového zdroja (ako je etylén/propán, TCS/sila), zdroj dopingu (TMAL DOPING DOPINGU TMAL) a A-TYPE, ako je prieprový priečny priečny priečny plyt nosný plyn (zvyčajne vodík). Po reagovaní plynu vo vysokoteplotnej reakčnej komore časť prekurzoru reaguje chemicky a adsorbuje na povrchu doštičiek a na povrchu substrátu sa na povrchu substrátu vytvorí jednorazový homogénny 4H-SiC epitaxiálny epitaxný vrstva s špecifickou koncentráciou dopingu, špecifickou hrúbkou a vyššou kvalitou. Po rokoch technického prieskumu sa homoepitaxiálna technológia 4H-SIC v podstate dozrela a široko sa používa pri priemyselnej výrobe. Najčastejšie používaná homoepitaxiálna technológia 4H-SIC na svete má dve typické vlastnosti: (1) Použitie mimo osi (v porovnaní s <0001> Crystal Plane, smerom <11-20> smerom kryštálového smeru) šikmého substrátu Cut substrátu ako storočia, vysokokryzovitého storočia 4H-siC epitaxiálnej vrstvy bez toho, aby sa uložil na substrátovú forma vo forme rastu. Homoepitaxiálny rast homoepitaxie 4H-SIC používal pozitívny kryštalický substrát, to znamená rovinu <0001> Si pre rast. Hustota atómových krokov na povrchu pozitívneho kryštálového substrátu je nízka a terasy sú široké. Počas procesu epitaxie sa ľahko vyskytuje dvojrozmerný rast nukleacie za vzniku 3C kryštálového siC (3C-SIC). Na povrchu substrátu 4H-siC <0001> sa môžu zaviesť atómové kroky s vysokou hustotou, atómové kroky šírky terasy a adsorbovaný prekurzor môže účinne dosiahnuť atómovú polohu krokov s relatívne nízkou povrchovou energiou povrchovou difúziou. V kroku je poloha väzby prekurzorov atómu/molekulárnej skupiny jedinečná, takže v režime rastu kroku môže epitaxná vrstva dokonale zdediť sekvenciu stohovania dvojitého atómového vrstvy SI-C substrátu za vzniku jednej kryštálu s rovnakou kryštálovou fázou ako substrát. (2) Vysokorýchlostný epitaxiálny rast sa dosiahne zavedením zdroja kremíka obsahujúceho chlór. V konvenčných systémoch ukladania chemickej pary SIC sú hlavnými zdrojmi rastu silány a propán (alebo etylén). V procese zvýšenia rýchlosti rastu zvýšením prietokovej rýchlosti zdroja rastového zdroja, keďže rovnovážny čiastočný tlak zložky kremíka sa naďalej zvyšuje, je ľahké tvoriť kremíkové zhluky homogénnou nukleáciou plynnej fázy, čo významne znižuje rýchlosť využitia zdroja kremíku. Tvorba kremíkových zhlukov výrazne obmedzuje zlepšenie rýchlosti epitaxného rastu. Zároveň môžu kremíkové zhluky narušiť rast toku kroku a spôsobiť defektnú nukleáciu. Aby sa predišlo nukleácii homogénnej plynovej fázy a zvýšení rýchlosti epitaxného rastu, zavedenie zdrojov kremíkových kremíkov na báze chlóru je v súčasnosti hlavnou metódou na zvýšenie rýchlosti epitaxiálneho rastu 4H-SIC.

1,2 200 mm (8-palcové) SIC epitaxiálne vybavenie a podmienky procesu

Experimenty opísané v tomto dokumente sa uskutočňovali na 150/200 mm (6/8 palcových) kompatibilných monolitických horizontálnych epitaxiálnych zariadeniach SIC SIC nezávisle vyvinutého 48. inštitútom spoločnosti China Electronics Technology Group Corporation. Epitaxiálna peca podporuje plne automatické nakladanie a vykladanie oblátok. Obrázok 1 je schematickým diagramom vnútornej štruktúry reakčnej komory epitaxiálneho zariadenia. Ako je znázornené na obrázku 1, vonkajšia stena reakčnej komory je kremeňový zvon s vodou chladeným medzivrstvom a vnútorná strana zvončeka je vysokoteplotná reakčná komora, ktorá sa skladá z tepelnej izolačnej uhlíkovej plsti, vysokokvalitný špeciálny grafitový dutina a grafitový plynový odstraňovač vo vnútri elektrického zbavenia plynu vo vnútri elektrickej ochrany na grate. vyhrievané stredne frekvenčným indukčným zdrojom energie. Ako je znázornené na obrázku 1 (b), nosný plyn, reakčný plyn a dopingový plyn tečú cez povrch doštičky v horizontálnom laminárnom toku z proti prúdu reakčnej komory do dolného prúdu reakčnej komory a sú prepustení z konca zadného plynu. Aby sa zabezpečila konzistentnosť v doštičke, oblátka prenášaná vzduchom plávajúcou základňou sa počas procesu vždy otáča.

Substrát použitý v experimente je komerčný 150 mm, 200 mm (6 palcov, 8 palcov) <1120> smer 4 ° vodivé vodivé substrátové substrát 4H-typu 4H-type 4H-SIC substrátom substrátu shanxi shuoke. Ako hlavné zdroje rastu v procesnom experimente sa používajú trichlórosilalán (SIHCL3, TCS) a etylén (C2H4), medzi hlavnými zdrojmi rastu v procesnom experimente, medzi ktorými sa TCS a C2H4 používajú ako zdroj kremíka a zdrojový zdroj (H2), sa používa vysokoškolský dusík (N2) ako plynný plyn a nosný plyn. Rozsah epitaxiálneho procesu je 1 600 ~ 1 660 ℃, procesný tlak je 8 × 103 ~ 12 × 103 PA a prietokom nosného plynu H2 je 100 ～ 140 l/min.

1.3 Testovanie a charakterizácia epitaxiálne oblátky

Na charakterizáciu priemeru a distribúcie hrúbky epitaxiálnej vrstvy a koncentrácie výrobcu zariadení Semilab, model 530L) sa použili Fourier Infračervený spektrometer (výrobca zariadení Thermalfisher, model IS50) a tester koncentrácie ortuťovej sondy (výrobca zariadení Semilab, model 530L); Hrúbka a dopingová koncentrácia každého bodu v epitaxiálnej vrstve sa stanovila priberaním bodov pozdĺž čiary priemeru, ktorý pretína normálnu čiaru hlavnej referenčnej hrany pri 45 ° v strede oblátky s odstránením okraja 5 mm. V prípade oblátky s rozmermi 150 mm sa zložilo 9 bodov pozdĺž jednej čiary priemeru (dva priemery boli kolmé na seba) a pre doštičku 200 mm sa použilo 21 bodov, ako je znázornené na obrázku 2. Mikroskop Atomic Force Microscope (výroba zariadení výroba zariadení (Epger Epgriy Dractive) na výber 30 μm μm × 30 μM oblasti v oblasti stredovej oblasti a okrajová hrana (5 mM Epgise Dractax Demandial) otestujte drsnosť povrchu epitaxnej vrstvy; Defekty epitaxnej vrstvy sa merali pomocou testera povrchových defektov (výrobca zariadení China Electronics Kefenghua, model Mars 4410 Pro) na charakterizáciu.

2 Experimentálne výsledky a diskusia

2.1 hrúbka epitaxnej vrstvy a rovnomernosť

Hrúbka epitaxnej vrstvy, koncentrácia dopingu a rovnomernosť sú jedným z hlavných ukazovateľov na posudzovanie kvality epitaxiálnych doštičiek. Kľúčom k zabezpečeniu výkonnosti a konzistentnosti siC ​​výkonových zariadení a rovnomernosť epitaxiálnej vrstvy a rovnomernosť dopingu sú tiež dôležité základy výkonu a konzistencie výkonu epitaxiálneho zariadenia, presne kontrolovateľná hrúbka, koncentrácia dopingu a rovnomernosť v doštičke k zabezpečeniu výkonu a konzistencie výkonových zariadení SIC a hrúbka epitaxnej vrstvy a rovnomernosť koncentrácie dopingu.

Obrázok 3 zobrazuje krivku rovnomernosti a distribúcie hrúbky 150 mm a 200 mm SIC epitaxiálne doštičky. Z obrázku je zrejmé, že krivka distribúcie hrúbky epitaxnej vrstvy je symetrická okolo stredného bodu oblátky. Čas epitaxného procesu je 600 s, priemerná hrúbka epitaxnej vrstvy 150 mm epitaxnej doštičky je 10,89 μm a rovnomernosť hrúbky je 1,05%. Výpočtom je rýchlosť epitaxného rastu 65,3 μm/h, čo je typická rýchla úroveň epitaxného procesu. Pri rovnakom čase epitaxného procesu je hrúbka epitaxnej vrstvy 200 mM epitaxnej doštičky 10,10 μm, rovnomernosť hrúbky je v rozmedzí 1,36%a celková rýchlosť rastu je 60,60 μm/h, čo je o niečo nižšia ako rýchlosť 150 mm epitaxiálneho rastu. Je to preto, že na ceste dochádza k zjavnej strate, keď zdroj zdroja kremíka a zdroja uhlíka z protiprúdovej komory cez povrch doštičky do následného prúdu reakčnej komory a plocha oblátok 200 mm je väčšia ako 150 mm. Plyn preteká povrchom oblátky 200 mm na dlhšiu vzdialenosť a zdrojový plyn spotrebovaný pozdĺž cesty je viac. Pod podmienkou, že oblátka sa neustále otáča, je celková hrúbka epitaxnej vrstvy tenšia, takže rýchlosť rastu je pomalšia. Celkovo je rovnomernosť hrúbky 150 mm a 200 mm epitaxiálne doštičky vynikajúca a procesná schopnosť zariadenia môže spĺňať požiadavky vysokokvalitných zariadení.

2.2 Koncentrácia dopingu a rovnomernosť epitaxnej vrstvy

Obrázok 4 zobrazuje rovnomernosť dopingovej koncentrácie a distribúciu kriviek 150 mM a 200 mM epitaxiálnych doštičiek SIC. Ako je zrejmé z obrázku, krivka distribúcie koncentrácie na epitaxiálnej oblátku má zjavnú symetriu vzhľadom na stred oblátky. Dopingová koncentrácia uniformity 150 mM a 200 mM epitaxiálnych vrstiev je 2,80% a 2,66%, čo je možné kontrolovať v rámci 3%, čo je vynikajúca úroveň medzi medzinárodnými podobnými zariadeniami. Krivka dopingovej koncentrácie epitaxiálnej vrstvy je distribuovaná v tvare „W“ pozdĺž smeru priemeru, ktorý je určený hlavne prietokovým poľom horizontálnej horúcej steny epitaxnej pece, pretože smer prúdenia vzduchu z horizontálneho prúdu vzduchu epitaxnej rastovej pecy je z letového prúdu vzduchu; Pretože rýchlosť „vyčerpania“ uhlíkového zdroja (C2H4) je vyššia ako rýchlosť zdroja kremíka (TCS), keď sa doštička otáča, skutočná C/Si na povrchu oblátky postupne klesá z okraja do stredu (zdroj uhlíka v centre) podľa „konkurenčnej teórie polohy“ C a N, koncentrácie Doping Doping koncentrácie v stredisku v stredisku. Aby sa dosiahla vynikajúca jednotnosť koncentrácie, okraj N2 sa pridá ako kompenzácia počas epitaxiálneho procesu, aby sa spomalilo zníženie koncentrácie dopingu zo stredu na okraj, takže konečná krivka koncentrácie dopingu predstavuje tvar „W“.

2.3 Defekty epitaxiálnej vrstvy

Okrem koncentrácie hrúbky a dopingu je hladina regulácie defektov epitaxnej vrstvy tiež základným parametrom na meranie kvality epitaxiálnych doštičiek a dôležitým ukazovateľom schopnosti procesu epitaxiálneho zariadenia. Aj keď SBD a MOSFET majú rôzne požiadavky na defekty, zrejmejšie defekty morfológie povrchu, ako sú defekty kvapiek, defekty trojuholníka, defekty mrkvy a defekty kométy, sú definované ako defekty zabijáka pre zariadenia SBD a MOSFET. Pravdepodobnosť zlyhania čipov obsahujúcich tieto defekty je vysoká, takže kontrola počtu defektov vrahov je mimoriadne dôležitá na zlepšenie výnosu ChIP a zníženie nákladov. Obrázok 5 zobrazuje distribúciu vražedných defektov 150 mm a 200 mm SIC epitaxiálne doštičky. Pod podmienkou, že v pomere C/Si nie je zrejmá nerovnováha, môžu byť v podstate eliminované defekty mrkvy a defekty kométy, zatiaľ čo defekty kvapiek a defekty trojuholníka súvisia s kontrolou čistoty počas prevádzky epitaxiálneho zariadenia, úroveň nečistôt v reakčnej komore a kvalita substrátu. Z tabuľky 2 vidíme, že hustota smrteľnej defektu 150 mm a 200 mm epitaxiálne doštičky sa dajú regulovať v rámci 0,3 častíc/cm2, čo je vynikajúca úroveň pre rovnaký typ zariadenia. Hladina regulácie hustoty fatálneho defektu 150 mM epitaxnej oblátky je lepšia ako úroveň epitaxnej doštičky 200 mM. Je to preto, že proces prípravy substrátu 150 mm je zrelejší ako proces 200 mm, kvalita substrátu je lepšia a úroveň regulácie nečistôt 150 mm grafitovej reakčnej komory je lepšia.

2.4 Epitaxiálna drsnosť povrchu oblátky

Obrázok 6 zobrazuje obrazy AFM povrchu 150 mm a 200 mm SIC epitaxiálne doštičky. Ako je zrejmé z obrázku, priemerná drsnosť povrchovej koreňa RA RA RA 150 mm a 200 mM epitaxiálne doštičky je 0,129 nm a 0,113 nm a povrch epitaxnej vrstvy je hladký, bez zjavného agregácie makro-krokov agregácie, čo naznačuje, že rast epitaxnej vrstvy vždy udržiava rastový režim postupného toku počas celého epitaxného procesu. Je zrejmé, že epitaxná vrstva s hladkým povrchom je možné získať na substrátoch s nízkym uhlom 150 mm a 200 mm pomocou optimalizovaného procesu epitaxiálneho rastu.

3. Závery

150 mm a 200 mm 4H-siC homoepitaxiálne doštičky boli úspešne pripravené na domácich substrátoch s použitím samostatne vyvinutých 200 mm epitaxiálnych rastových zariadení SIC a bol vyvinutý homoepitaxiálny proces vhodný pre 150 mm a 200 mm. Rýchlosť epitaxiálneho rastu môže byť vyššia ako 60 μm/h. Pri splnení požiadavky na vysokorýchlostnú epitaxiu je kvalita epitaxnej oblátky vynikajúca. Uniformita hrúbky 150 mm a 200 mM SIC epitaxiálne doštičky sa dajú regulovať v rámci 1,5%, uniformita koncentrácie je menšia ako 3%, hustota smrteľného defektu je menšia ako 0,3 častíc/cm2 a priemerná priemerná štvorcová RA je epitaxiálna hladina RA. Základné ukazovatele procesu epitaxiálnych doštičiek sú na pokročilej úrovni v priemysle.

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

Vetek Semiconductor je profesionálny čínsky výrobcaStrop potiahnutý CVD SIC, CVD SIC povlaková dýzaaVstupný prsteň.  Vetek Semiconductor sa zaväzuje poskytovať pokročilé riešenia pre rôzne výrobky SIC Wafer pre polovodičový priemysel.

Ak máte záujem8-palcová SIC Epitaxial Pec a HomoePitaxial Process, Neváhajte a kontaktujte nás priamo.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -mail: anny@veteksemi.com