8-tuumainen sic-epitaksiaalinen uuni ja homoepitaksiaaliprosessitutkimus

Tällä hetkellä SIC -teollisuus muuttuu 150 mm (6 tuumaa) 200 mm (8 tuumaa). Alan korkealaatuisten SIC-homoepitaksiaalisten kiekkojen kiireellisen kysynnän tyydyttämiseksi teollisuudessa valmistettiin 150 mm ja 200 mm 4H-SIC-homoepitaksiaalikiekot onnistuneesti kotimaisilla substraateilla käyttämällä itsenäisesti kehitettyjä 200 mm: n epitaksiaalisia kasvulaitteita. Kehitettiin 150 mm ja 200 mm: lle sopiva homoepitaksiaalinen prosessi, jossa epitaksiaalisen kasvunopeus voi olla yli 60 μm/h. Nopeaa epitaksia täyttäessään epitaksiaalinen kiekkojen laatu on erinomainen. 150 mm ja 200 mM sic -epitaksiaalikiekkojen paksuuden tasaisuutta voidaan hallita 1,5%: n sisällä, pitoisuuden tasaisuus on vähemmän kuin 3%, kohtalokas vikatiheys on alle 0,3 hiukkasia/cm2 ja epitaksiaalinen pinnan karheus juuren keskimääräinen RA on vähemmän kuin 0,15 nm ja kaikki ydinprosessien indikaattorit ovat teollisuuden edenneessä tasossa.

Piharbidi (SiC) on yksi kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalien edustajista. Sillä on ominaisuudet suuresta hajoamiskentän lujuudesta, erinomaisesta lämmönjohtavuudesta, suuresta elektronien kylläisyyden ajo -nopeudesta ja voimakkaasta säteilykestävyydestä. Se on laajentanut huomattavasti teholaitteiden energiankäsittelykapasiteettia ja voi täyttää seuraavan sukupolven sähkö elektronisten laitteiden huoltovaatimukset laitteille, joilla on korkeateho, pieni koko, korkea lämpötila, korkea säteily ja muut äärimmäiset olosuhteet. Se voi vähentää tilaa, vähentää virrankulutusta ja vähentää jäähdytysvaatimuksia. Se on tuonut vallankumouksellisia muutoksia uusiin energiaajoneuvoihin, rautatiekuljetukseen, älykkäisiin verkkoihin ja muihin kenttiin. Siksi piikarbidi-puolijohteet on tunnustettu ihanteelliseksi materiaaliksi, joka johtaa seuraavan sukupolven suuritehoisia elektronisia laitteita. Viime vuosina kolmannen sukupolven puolijohdeteollisuuden kehittämisen kansallisen politiikan tuen ansiosta 150 mm: n SIC-laiteteollisuusjärjestelmän tutkimus ja kehittäminen ja rakentaminen on perustellut periaatteessa Kiinassa, ja teollisuusketjun turvallisuus on periaatteessa taattu. Siksi teollisuuden painopiste on vähitellen siirtynyt kustannusten hallintaan ja tehokkuuden parantamiseen. Kuten taulukossa 1 esitetään, verrattuna 150 mm: iin, 200 mm: n sic: llä on korkeampi reunan käyttöaste, ja yhden kiekkojen sirujen lähtö voidaan lisätä noin 1,8 kertaa. Teknologian kypsymisen jälkeen yhden sirun valmistuskustannukset voidaan vähentää 30%. 200 mm: n teknologinen läpimurto on suora keino "vähentää kustannuksia ja lisätä tehokkuutta", ja se on myös avain kotimaani puolijohdeteollisuudelle "ajaa rinnakkain" tai jopa "lyijyä".

SIC -puolijohdevoimalaitteet eroavat SI -laiteprosessista ja valmistetaan kulmakivenä epitaksiaalikerroksilla. Epitaksiaaliset kiekot ovat välttämättömiä perusmateriaaleja sic -voimalaitteille. Epitaksiaalikerroksen laatu määrittää suoraan laitteen saannon, ja sen kustannusten osuus sirujen valmistuskustannuksista on 20%. Siksi epitaksiaalikasvu on välttämätön välilankki sic -teholaitteissa. Epitaksiaalisen prosessitason yläraja määritetään epitaksiaalilaitteilla. Tällä hetkellä kotimaisten 150 mm: n sic -epitaksiaalilaitteiden lokalisointiaste on suhteellisen korkea, mutta 200 mm: n kokonaisasetus on samanaikaisesti kansainvälisen tason jälkeen. Siksi, jotta voidaan ratkaista kiireelliset tarpeet ja pullonkaula-ongelmat suurikokoisten, korkealaatuisten epitaksiaalimateriaalien valmistuksessa kotimaisen kolmannen sukupolven puolijohdeteollisuuden kehittämiseksi, tämä artikkeli esittelee maassani 200 mm: n epitaksiaalilaitteet ja tutkitaan epitaksiaalista prosessia. Optimoimalla prosessiparametrit, kuten prosessilämpötila, kantajakaasun virtausnopeus, C/Si-suhde jne., Konsentraation tasaisuus <3%, paksuus epäyhtenäisyys <1,5%, karkeus RA <0,2 nm ja kohtalokas vikatiheys <0,3 hiukkasia/cm2 150 mm: n ja 200 mm: n epitaksiaalikalvolla. Laiteprosessitaso voi vastata korkealaatuisen SIC-virran laitteen valmistelun tarpeisiin.

1 kokeilu

1.1 SIC -epitaksiaaliprosessin periaate

4H-SIC-homoepitaksiaalikasvuprosessi sisältää pääasiassa 2 avainvaihetta, nimittäin 4H-SIC-substraatin ja homogeenisen kemiallisen höyryn laskeutumisprosessin korkean lämpötilan in situ -suunnittelua. Substraatin insitu-etsauksen päätarkoitus on poistaa substraatin pintavaurio kiekkojen kiillottamisen, jäännöskiillotuksen nesteen, hiukkasten ja oksidikerroksen jälkeen, ja substraatin pinnalle voidaan muodostaa säännöllinen atomivaiheinen rakenne syövyttämällä. Insitu-etsaus suoritetaan yleensä vety-ilmakehässä. Todellisten prosessivaatimusten mukaan voidaan lisätä myös pieni määrä apukaasua, kuten vetykloridia, propaania, etyleeniä tai silaania. In situ -vety-syövytyksen lämpötila on yleensä yli 1 600 ℃, ja reaktiokammion painetta säädetään yleensä alle 2 x 104 patengointiprosessin aikana.

Kun substraatin pinta aktivoidaan insitu-syövytyksellä, se menee korkean lämpötilan kemiallisen höyryn laskeutumisprosessiin, toisin sanoen kasvulähteeseen (kuten eteeni/propaaniin, TCS/silaani), Doping-lähteen (N-tyypin doping-lähteen typpi, p-tyyppinen doping-lähteen tmal) ja AUX-kaasun läpi kantokaasua (yleensä vety). Kun kaasu reagoi korkean lämpötilan reaktiokammiossa, osa prekursorista reagoi kemiallisesti ja adsorbit kiekkojen pinnalla ja yksikiteisen homogeenisen 4H-SIC-epitaksiaalikerroksen, jolla on spesifinen seostuspitoisuus, spesifinen paksuus, ja korkealaatuisempi laatu muodostuu substraattien pinnalle yksikristalla 4H-SIC-substraatilla. Vuosien teknisen etsinnän jälkeen 4H-SIC-homoepitaksiaalitekniikka on periaatteessa kypsynyt ja sitä käytetään laajasti teollisuustuotannossa. Maailman laajimmin käytetyillä 4H-SIC-homoepitaksiaalitekniikalla on kaksi tyypillistä ominaisuutta: (1) käyttämällä off-akselia (suhteessa <0001> kiditasoa, kohti <11-20> kidesuunnan suuntaa) vino leikattu substraatti mallina, korkean kierrossuuntainen 4H-SIC EPITAXIAL -kerroksen määrää ilman epämääräisyyttä substraattissa muodossa. Varhainen 4H-SIC-homoepitaksiaalikasvu käytti positiivista kidesubstraattia, ts. <0001> Si-tasoa kasvulle. Positiivisen kidesubstraatin pinnalla olevien atomivaiheiden tiheys on alhainen ja terassit ovat leveitä. Kaksiulotteinen ytimenmuodostuskasvu on helppo esiintyä epitaksiprosessin aikana 3C-kidekiteisen (3C-SIC) muodostamiseksi. Akselin ulkopuolisen leikkauksen, korkean tiheyden, kapean terassin leveyden atomivaiheet voidaan tuoda 4H-SIC <0001> -alustan pinnalle, ja adsorboitu esiasteri voi tehokkaasti saavuttaa atomivaiheasennon suhteellisen alhaisella pintaenergialla pinnan diffuusion kautta. Vaiheessa prekursorin atomi/molekyyliryhmän sitoutuminen on ainutlaatuinen, joten vaiheen virtauksen kasvutilassa epitaksiaalinen kerros voi täydellisesti periä substraatin SI-C-kaksoisatomikerroksen pinoamisjakson muodostaakseen yhden kiteen saman kidehaasin kanssa kuin substraatti. (2) Nopea epitaksiaalinen kasvu saavutetaan ottamalla käyttöön klooria sisältävä piin lähde. Tavanomaisissa sic -kemiallisissa höyryn laskeutumisjärjestelmissä silaani ja propaania (tai eteeni) ovat tärkeimmät kasvulähteet. Kasvunopeuden lisäämisprosessissa kasvattamalla kasvun lähteen virtausnopeutta, koska piin komponentin tasapaino -osittainen paine kasvaa edelleen, piisiluklusterien muodostaminen on helppoa homogeenisen kaasufaasin ytimen avulla, mikä vähentää merkittävästi piinlähteen käyttöastetta. Piuklusterien muodostuminen rajoittaa huomattavasti epitaksiaalisen kasvunopeuden paranemista. Samanaikaisesti piisiklusterit voivat häiritä askelvirtausta ja aiheuttaa vikaydinmuodostumista. Homogeenisen kaasufaasin ytimen välttämiseksi ja epitaksiaalisen kasvunopeuden lisäämiseksi klooripohjaisten piinlähteiden käyttöönotto on tällä hetkellä valtavirran menetelmä 4H-SIC: n epitaksiaalisen kasvunopeuden lisäämiseksi.

1,2 200 mm (8 tuuman) sic-epitaksiaalilaitteet ja prosessiolosuhteet

Tässä artikkelissa kuvatut kokeet suoritettiin 150/200 mm (6/8-tuumaisella) yhteensopivalla monoliittisella vaakasuuntaisella kuuma seinällä sic-epitaksiaalilaitteilla, jotka ovat itsenäisesti kehittäneet China Electronics Technology Group Corporationin 48. instituutti. Epitaksiaalinen uuni tukee täysin automaattista kiekkojen lastausta ja purkamista. Kuvio 1 on kaavio epitaksiaalilaitteiden reaktiokammion sisäisestä rakenteesta. Kuten kuviossa 1 esitetään, reaktiokammion ulkoseinä on kvartsikello, jolla on vesijäähdytteinen välikerros, ja kellon sisäosa on korkean lämpötilan reaktiokammio, joka koostuu lämpöeristyksen hiilihuidun, korkean sävyisen erityisen grafiittikammion, grafiittien kaasujen kiertävän pohjasta jne. Koko kvartsikampanja peittää sylindrimainen induktio. Keskitaajuuden induktiovirtalähde. Kuten kuviossa 1 (b) esitetään, kantoaaltokaasu, reaktiokaasu ja seosin kaasu virtaavat kiekkojen pinnan läpi vaakasuorassa laminaarivirtauksessa reaktiokammion ylävirtaan reaktiokammion alavirtaan ja puretaan hännän kaasupäästä. Kiekkojen johdonmukaisuuden varmistamiseksi ilman kelluvan pohjan kuljettama kiekko pyörii aina prosessin aikana.

Kokeessa käytetty substraatti on kaupallinen 150 mm, 200 mm (6 tuumaa, 8 tuumaa) <1120> Suunta 4 ° kulman johtavaa N-tyyppistä 4H-SIC kaksipuolista kiillotettua sic-substraattia, jonka Shanxi Shuoke Crystal on tuottanut. Prosessikokeessa käytetään triklorosilaania (SIHCL3, TCS) ja etyleeniä (C2H4) tärkeimpiä kasvulähteitä, joista TC: tä ja C2H4: tä käytetään vastaavasti piin lähteenä ja hiililähteenä, korkean puhtaan typpeä (N2) käytetään N-tyyppisenä doping-lähteenä ja vety (H2) -kaasua ja kantaja-aineena. Epitaksiaalisen prosessin lämpötila -alue on 1 600 ~ 1 660 ℃, prosessipaine on 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, ja H2 -kantajakaasun virtausnopeus on 100 ～ 140 l/min.

1.3 Epitaksiaalinen kiekkojen testaus ja karakterisointi

Fourier -infrapunaspektrometriä (laitteiden valmistaja Thermalfisher, malli IS50) ja elohopean koettimen pitoisuustesteriä (laitteiden valmistaja Semilab, malli 530L) käytettiin epitaksiaalikerroksen paksuuden ja seostuspitoisuuden keskiarvon ja jakautumisen karakterisoimiseksi; Epitaksiaalikerroksen kunkin pisteen paksuus ja seostuskonsentraatio määritettiin ottamalla pisteitä halkaisijaltaan linjaa pitkin, joka katkaisee päävertailun reunan normaalin viivan 45 °: ssa kiekon keskellä 5 mm: n reunan poistolla. 150 mm: n kiekkoon otettiin 9 pistettä yhden halkaisijaltaan linjaa pitkin (kaksi halkaisijaa oli kohtisuorassa toisiinsa nähden), ja 200 mm: n kiekkoon otettiin 21 pistettä, kuten kuvassa 2 esitetään. Atomivoimamikroskooppi (laitevalmistaja Bruker, mallin mittakuvake) käytettiin 30 μm: n reuna -alueen ja 5 mm: n reuna -alueen ja 5 mm: n reuna -alueen (5 mm: n reuna -alueen (5 MM kiekko epitaksiaalikerroksen pinnan karheuden testaamiseksi; Epitaksiaalikerroksen viat mitattiin käyttämällä pintavirheetesteriä (laitteiden valmistaja China Electronics Kefenghua, malli Mars 4410 Pro) karakterisointia varten.

2 kokeellista tulosta ja keskustelu

2.1 Epitaksiaalikerroksen paksuus ja tasaisuus

Epitaksiaalikerroksen paksuus, dopingpitoisuus ja tasaisuus ovat yksi ydinindikaattoreista epitaksiaalisten kiekkojen laadun arvioimiseksi. Tarkka hallittavissa oleva paksuus, seostuspitoisuus ja kiekkojen yhtenäisyys ovat avain sic -tehopalaitteiden suorituskyvyn ja konsistenssin varmistamiseen, ja epitaksiaalikerroksen paksuus ja seosinpitoisuuden tasaisuus ovat myös tärkeitä emäksiä epitaksiaalilaitteiden prosessikaation mittaamiseksi.

Kuvio 3 esittää paksuuden yhtenäisyys- ja jakautumiskäyrää 150 mm ja 200 mm sic -epitaksiaalikiekkoja. Kuvasta voidaan nähdä, että epitaksiaalikerroksen paksuuden jakautumiskäyrä on symmetrinen kiekon keskipisteen ympärillä. Epitaksiaalinen prosessiaika on 600 s, 150 mm: n epitaksiaalisen kiekon keskimääräinen epitaksiaalikerroksen paksuus on 10,89 μm ja paksuuden tasaisuus on 1,05%. Laskemalla epitaksiaalinen kasvunopeus on 65,3 μm/h, mikä on tyypillinen nopea epitaksiaalinen prosessitaso. Saman epitaksiaalisen prosessin aikana 200 mm: n epitaksiaalisen kiekon epitaksiaalikerroksen paksuus on 10,10 μm, paksuuden tasaisuus on 1,36%ja yleinen kasvunopeus on 60,60 μm/h, mikä on hiukan pienempi kuin 150 mm: n epitaksiaalinen kasvuvauhti. Tämä johtuu siitä, että matkan varrella on ilmeistä menetystä, kun piin lähde- ja hiililähteen virtaus reaktiokammion ylävirtaan kiekkopinnan läpi reaktiokammion alavirtaan ja 200 mm: n kiekko -alue on suurempi kuin 150 mm. Kaasu virtaa 200 mm: n kiekon pinnan läpi pidemmän matkan, ja matkan varrella kulutettu lähdekaasu on enemmän. Sillä olosuhteissa, että kiekko pyörii, epitaksiaalikerroksen yleinen paksuus on ohuempi, joten kasvunopeus on hitaampi. Kaiken kaikkiaan 150 mm: n ja 200 mm: n epitaksiaaliset kiekot ovat erinomaisia, ja laitteiden prosessikyky voi täyttää korkealaatuisten laitteiden vaatimukset.

2.2 Epitaksiaalikerroksen dopingpitoisuus ja tasaisuus

Kuvio 4 esittää dopingkonsentraation yhtenäisyyttä ja käyrän jakautumista 150 mM ja 200 mM sic -epitaksiaalikiekkoja. Kuten kuvasta voidaan nähdä, epitaksiaalikivan pitoisuusjakaumakäyrä on ilmeinen symmetria verrattuna kiekon keskustaan. 150 mm: n ja 200 mm: n epitaksiaalikerroksen dopingpitoisuuden yhtenäisyys on vastaavasti 2,80% ja 2,66%, jota voidaan hallita 3%: n sisällä, mikä on erinomainen taso kansainvälisten vastaavien laitteiden keskuudessa. Epitaksiaalikerroksen dopingpitoisuuskäyrä jakautuu "W" -muotoon halkaisijan suuntaa pitkin, joka määritetään pääasiassa vaakasuuntaisen kuuman seinämän epitaksiaalisen uunin virtauskentän avulla, koska vaakasuuntaisen ilmavirran epitaksiaalisen kasvun ilmavirran suunta on ilmavirtauksen (ylävirta) ja virtaa ulos; Koska "hiililähteen (C2H4) nopeus" -suunnassa ", pii-lähteen (TCS) nopeus (TCS), kun kiekko kiertää, varsinainen C/Si-kiekkojen pinnalla vähenee vähitellen reunasta keskustaan ​​(keskustan hiililähde on pienempi)," kilpailukykyisen sijaintiteorian "C- ja N-reunan pitoisuuden keskipisteessä. Erinomaisen konsentraation tasaisuuden saamiseksi reuna N2 lisätään kompensointina epitaksiaaliprosessin aikana hidastaakseen dopingipitoisuuden vähenemistä keskustasta reunaan siten, että lopullinen dopingpitoisuuskäyrä on "W" -muoto.

2.3 Epitaksiaalikerroksen viat

Paksuuden ja seostamiskonsentraation lisäksi epitaksiaalikerroksen vianhallinnan taso on myös ydinparametri epitaksiaalisten kiekkojen laadun mittaamiseksi ja epitaksiaalilaitteiden prosessikykyjen tärkeä indikaattori. Vaikka SBD: llä ja MOSFET: llä on erilaisia ​​vaatimuksia vikoista, selvempiä pintamorfologiavirheitä, kuten pudotusvirheitä, kolmiovirheitä, porkkanan vaurioita ja komeettavirheitä, määritellään SBD- ja MOSFET -laitteiden tappajavikoiksi. Näitä vikoja sisältävien sirujen epäonnistumisen todennäköisyys on korkea, joten tappajavaurioiden lukumäärän hallinta on erittäin tärkeää siruntuoton parantamiseksi ja kustannusten vähentämiseksi. Kuvio 5 esittää tappajavirheiden jakautumisen 150 mm ja 200 mm sic -epitaksiaalikivojen. Sillä ehdossa, että C/Si -suhteessa ei ole selvää epätasapainoa, porkkanan viat ja komeettavirheet voidaan periaatteessa eliminoida, kun taas pudotusvirheet ja kolmiovirheet liittyvät puhtauden hallintaan epitaksiaalilaitteiden toiminnan aikana, reaktiokammion grafiittiosien epäpuhtausasteen ja substraatin laadun aikana. Taulukosta 2 voidaan nähdä, että kohtalokas vikatiheys 150 mm ja 200 mm epitaksiaalikivoja voidaan hallita 0,3 hiukkasessa/cm2: n sisällä, mikä on erinomainen taso saman tyyppisille laitteille. 150 mm: n epitaksiaalisen kiekon kohtalokas vikatiheyden hallintataso on parempi kuin 200 mm: n epitaksiaalikiekko. Tämä johtuu siitä, että 150 mm: n substraatin valmistusprosessi on kypsempi kuin 200 mm, substraatin laatu on parempi ja epäpuhtauksien hallintataso 150 mm grafiittireaktiokammio on parempi.

2.4 Epitaksiaalinen kiekkojen pinnan karheus

Kuvio 6 näyttää AFM -kuvat 150 mm ja 200 mm sic -epitaksiaalikiekkojen pinnasta. Kuten kuviosta voidaan nähdä, pintajuuren keskimääräinen neliömäinen karheus RA on 150 mm ja 200 mm epitaksiaalikiekkoja, vastaavasti 0,129 nm ja 0,113 nm, ja epitaksiaalisen kerroksen pinta on sileä, ilman ilmeistä makrovaiheisen aggregaation ilmiötapaa, joka osoittaa, että epitaksiaalikerroksen kasvua aggregoivan ja aggreggaation aggressiivisen askeleen kasvua. Voidaan nähdä, että epitaksiaalikerros, jolla on sileä pinta, voidaan saada 150 mm ja 200 mm: n matalakulmalustalla käyttämällä optimoitua epitaksiaalista kasvuprosessia.

3. Päätelmät

Kotimaan substraateilla valmistettiin onnistuneesti 150 mm ja 200 mm 4H-SIC-homoepitaksiaalikiekkoja käyttämällä itse kehitettyjä 200 mm: n epitaksiaalisia kasvulaitteita, ja kehitettiin 150 mm: lle ja 200 mm: lle sopivaa homoepitaksiaalista prosessia. Epitaksiaalinen kasvunopeus voi olla yli 60 μm/h. Epitaksiaalinen kiekkojen laatu on erinomainen täyttäessään nopeaa epitaksivaatimusta. 150 mM ja 200 mM sic -epitaksiaalikiekkoja voidaan hallita 1,5%: n paksuuden tasaisuutta 1,5%: n sisällä, pitoisuuden tasaisuus on alle 3%, kohtalokas vikatiheys on alle 0,3 hiukkasia/cm2 ja epitaksiaalinen pinnan karheus juuren keskimääräinen neliö RA on alle 0,15 nm. Epitaksiaalisten kiekkojen ydinprosessin indikaattorit ovat alan edistyneellä tasolla.

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

Vetek Semiconductor on ammattimainen kiinalainen valmistajaCVD sic -päällysteinen katto, Cvd sic pinnoitussuutinjaSic -pinnoitteen tulorengas.  Vetek Semiconductor on sitoutunut tarjoamaan edistyneitä ratkaisuja erilaisille sic -kiekkotuotteille puolijohdeteollisuudelle.

Jos olet kiinnostunut8-tuumainen sic-epitaksiaalinen uuni ja homoepitaksiaalinen prosessi, ota rohkeasti yhteyttä suoraan.

MOB: +86-180 6922 0752

Whatsapp: +86 180 6922 0752

Sähköposti: anny@veteemiemi.com