8 inç SIC epitaksiyal fırını ve homoepitaksiyal süreç araştırması

Şu anda, SIC endüstrisi 150 mm'den (6 inç) ila 200 mm (8 inç) dönüşüyor. Sektördeki büyük, yüksek kaliteli SIC homoepitaksiyal gofretlere olan acil talebi karşılamak için, bağımsız olarak geliştirilen 200 mM SIC epitaksiyal büyüme ekipmanı kullanılarak yerli substratlar üzerinde 150 mm ve 200 mm 4H-sic homoepitaksiyal gofretler başarılı bir şekilde hazırlandı. 150 mm ve 200 mM için uygun bir homoepitaksiyal işlem geliştirildi, burada epitaksiyal büyüme oranının 60 uM/s'den fazla olabileceği. Yüksek hızlı epitaksiyi karşılarken, epitaksiyal gofret kalitesi mükemmeldir. 150 mm ve 200 mM SIC epitaksiyal gofret kalınlığı%1.5 içinde kontrol edilebilir, konsantrasyon homojenliği%3'ten azdır, ölümcül kusur yoğunluğu 0.3 partikül/cm2'den azdır ve epitaksiyal yüzey pürüzlülüğü kökü ortalama RA, 0.15 nm'den azdır ve tüm çekirdek süreç göstergeleri endüstrinin ileri seviyesindedir.

Silikon karbür (sic), üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin temsilcilerinden biridir. Yüksek parçalanma alan mukavemeti, mükemmel termal iletkenlik, büyük elektron doygunluğu sürüklenme hızı ve güçlü radyasyon direncinin özelliklerine sahiptir. Güç cihazlarının enerji işleme kapasitesini büyük ölçüde genişletmiştir ve yüksek güç, küçük boyutta, yüksek sıcaklık, yüksek radyasyon ve diğer aşırı koşullara sahip cihazlar için yeni nesil güç elektronik ekipmanlarının hizmet gereksinimlerini karşılayabilir. Alanı azaltabilir, güç tüketimini azaltabilir ve soğutma gereksinimlerini azaltabilir. Yeni enerji araçlarına, demiryolu taşımacılığına, akıllı ızgaralara ve diğer alanlara devrimci değişiklikler getirdi. Bu nedenle, silikon karbür yarı iletkenleri, yeni nesil yüksek güçlü güç elektronik cihazlarına öncülük edecek ideal malzeme olarak kabul edilmiştir. Son yıllarda, üçüncü nesil yarı iletken endüstrisinin geliştirilmesi için ulusal politika desteği sayesinde, 150 mm SIC cihaz endüstri sisteminin araştırma ve geliştirilmesi ve inşası temel olarak Çin'de tamamlanmıştır ve endüstriyel zincirin güvenliği temel olarak garanti edilmiştir. Bu nedenle, endüstrinin odağı yavaş yavaş maliyet kontrolü ve verimlilik iyileştirmesine geçmiştir. Tablo 1'de gösterildiği gibi, 150 mm ile karşılaştırıldığında, 200 mm SIC daha yüksek kenar kullanım oranına sahiptir ve tek gofret çiplerinin çıkışı yaklaşık 1.8 kez artırılabilir. Teknoloji olgunlaştıktan sonra, tek bir çipin üretim maliyeti%30 azaltılabilir. 200 mm'lik teknolojik atılım, "maliyetleri azaltmanın ve verimliliği artırmanın" doğrudan bir yoludur ve aynı zamanda ülkemin yarı iletken endüstrisinin "paralel" ve hatta "kurşun" çalışması için de anahtardır.

SI aygıt işleminden farklı olarak, SIC yarı iletken güç cihazlarının hepsi köşe taşı olarak epitaksiyal katmanlarla işlenir ve hazırlanır. Epitaksiyal gofretler, SIC güç cihazları için temel temel malzemelerdir. Epitaksiyal tabakanın kalitesi doğrudan cihazın verimini belirler ve maliyeti çip üretim maliyetinin% 20'sini oluşturur. Bu nedenle, epitaksiyal büyüme SIC güç cihazlarında önemli bir ara bağlantıdır. Epitaksiyal işlem seviyesinin üst sınırı epitaksiyal ekipman ile belirlenir. Şu anda, yerel 150 mm SIC epitaksiyal ekipmanının lokalizasyon derecesi nispeten yüksektir, ancak 200 mm'lik toplam düzen aynı anda uluslararası seviyenin gerisinde kalır. Bu nedenle, yerel üçüncü nesil yarı iletken endüstrisinin geliştirilmesi için büyük boyutlu, yüksek kaliteli epitaksiyal malzeme üretiminin acil ihtiyaçlarını ve darboğaz sorunlarını çözmek için, bu makale ülkemde başarılı bir şekilde geliştirilen 200 mM SIC epitaksiyal ekipmanı tanıtmakta ve epitaksiyal süreci incelemektedir. Proses sıcaklığı, taşıyıcı gaz akış hızı, c/si oranı, vb. Gibi işlem parametrelerini optimize ederek, konsantrasyon homojenliği <%3, kalınlıkta%1.5, pürüzlülük RA <0.2 nm ve ölümcül kusur yoğunluğu <0.3 partikül/cm2, 150 mM ve 200 mM Sic epitaksiyal wafer'lar, kendi kendini geliştirilen 200 mM sic epitaksiyal wafers, kendiliğinden doyurucu fırınlı wafer'lardır. Ekipman işlem seviyesi, yüksek kaliteli SIC güç cihazı hazırlığının ihtiyaçlarını karşılayabilir.

1 deney

1.1 SIC epitaksiyal süreci prensibi

4H-SIC homoepitaksiyal büyüme işlemi esas olarak 2 anahtar adım içerir, yani 4H-SIC substrat ve homojen kimyasal buhar biriktirme işleminin yüksek sıcaklık içi aşınması. Substrat in-yerinde kazınmanın temel amacı, gofret parlatma, artık parlatma sıvısı, partiküller ve oksit tabakası sonrası substratın yeraltı hasarını uzaklaştırmaktır ve substrat yüzeyinde dağlama ile düzenli bir atomik adım yapısı oluşturulabilir. Yerinde dağlama genellikle bir hidrojen atmosferinde gerçekleştirilir. Gerçek işlem gereksinimlerine göre, hidrojen klorür, propan, etilen veya silan gibi az miktarda yardımcı gaz da eklenebilir. Yerinde hidrojen aşındırmasının sıcaklığı genellikle 1 600 ℃ üzerindedir ve reaksiyon odasının basıncı, dağlama işlemi sırasında genellikle 2 × 104 Pa'nın altında kontrol edilir.

Substrat yüzeyi yerinde dağlama ile aktive edildikten sonra, yüksek sıcaklıklı kimyasal buhar biriktirme işlemine, yani büyüme kaynağı (etilen/propan, TCS/silan gibi), doping kaynağı (N-tipi doping kaynağı azot, p-tipi doping kaynağı tmall'ın taşıma olduğu gibi, bir akışlı gazı olduğu gibi, büyük akışlı gaz, bir akışlı gaza girer. gaz (genellikle hidrojen). Gaz, yüksek sıcaklık reaksiyon odasında reaksiyona girdikten sonra, öncülün bir kısmı kimyasal olarak reaksiyona girer ve gofret yüzeyinde adsorbe olurlar ve tek kristal homojen 4H-SIC epitaksiyal tabakası, spesifik kalınlık ve daha yüksek kalite, templat yüzeyinde tempetrat yüzey üzerinde oluşur. Yıllarca süren teknik keşiften sonra, 4H-SIC homoepitaksiyal teknoloji temel olarak olgunlaşmıştır ve endüstriyel üretimde yaygın olarak kullanılmaktadır. Dünyada en yaygın olarak kullanılan 4H-SIC homoepitaksiyal teknolojisi iki tipik özelliğe sahiptir: (1) bir eksen dışı (<0001> kristal düzlemine göre, <11-20> kristal yönüne doğru) bir şablon olarak, yüksek saflıklı tek-kristal 4H-SIC epitaksiyal tabakası olmadan, alt tabaka olarak, söndürülür. Erken 4H-SIC homoepitaksiyal büyüme pozitif bir kristal substrat, yani büyüme için <0001> Si düzlemi kullandı. Pozitif kristal substratın yüzeyinde atomik adımların yoğunluğu düşüktür ve teraslar geniştir. Epitaksi işlemi sırasında 3C kristal sic (3C-SIC) oluşturmak için iki boyutlu çekirdeklenme büyümesinin ortaya çıkması kolaydır. Eksen dışı kesme ile 4H-Sic <0001> substratının yüzeyinde yüksek yoğunluklu, dar teras genişliği atomik adımları eklenebilir ve adsorbe edilen öncü, yüzey difüzyonu yoluyla nispeten düşük yüzey enerjisi ile atomik aşama pozisyonuna etkili bir şekilde ulaşabilir. Adımda, öncü atom/moleküler grup bağlama konumu benzersizdir, bu nedenle adım akışı büyüme modunda, epitaksiyal tabaka, substratın aynı kristal fazına sahip tek bir kristal oluşturmak üzere Si-C çift atomik tabaka istifleme dizisini mükemmel bir şekilde miras alabilir. (2) Klor içeren bir silikon kaynağı getirilerek yüksek hızlı epitaksiyal büyüme elde edilir. Geleneksel SIC kimyasal buhar biriktirme sistemlerinde, silan ve propan (veya etilen) ana büyüme kaynaklarıdır. Silikon bileşeninin denge kısmi basıncı artmaya devam ettikçe, silikon kaynağının kullanım hızını önemli ölçüde azaltan homojen gaz fazı çekirdeklenmesi ile silikon kümeleri oluşturmak kolaydır. Silikon kümelerinin oluşumu epitaksiyal büyüme oranının iyileşmesini büyük ölçüde sınırlar. Aynı zamanda, silikon kümeleri adım akışı büyümesini bozabilir ve kusur çekirdekleşmesine neden olabilir. Homojen gaz fazı çekirdeklenmesini önlemek ve epitaksiyal büyüme oranını arttırmak için, klor bazlı silikon kaynaklarının sokulması şu anda 4H-SIC epitaksiyal büyüme oranını arttırmak için ana akım yöntemidir.

1.2 200 mm (8 inç) SIC epitaksiyal ekipman ve işlem koşulları

Bu makalede tarif edilen deneylerin tümü, 48. Çin Electronics Technology Group Corporation tarafından bağımsız olarak geliştirilen 150/200 mm (6/8 inç) uyumlu monolitik yatay sıcak duvar sic epitaksiyal ekipmanı üzerinde gerçekleştirilmiştir. Epitaksiyal fırın tam otomatik gofret yüklemesini ve boşaltılmayı destekler. Şekil 1, epitaksiyal ekipmanın reaksiyon odasının iç yapısının şematik bir diyagramıdır. Şekil 1'de gösterildiği gibi, reaksiyon odasının dış duvarı, su soğutmalı bir ara katlı bir kuvars çantır ve çanın içi, termal yalıtım karbon keçesi, yüksek saflıkta özel grafit boşluk, grafit gazı yüzer dönme tabanı vb. Orta frekans indüksiyon güç kaynağı. Şekil 1 (b) 'de gösterildiği gibi, taşıyıcı gazı, reaksiyon gazı ve doping gazı, reaksiyon odasının yukarı akışından reaksiyon odasının aşağı akışına kadar yatay bir laminer akışta gofret yüzeyinden akar ve kuyruk gazı ucundan boşaltılır. Gofret içindeki tutarlılığı sağlamak için, hava yüzen taban tarafından taşınan gofret her zaman işlem sırasında döndürülür.

Deneyde kullanılan substrat, ticari 150 mm, 200 mm (6 inç, 8 inç) <1120> yön 4 ° açılı iletken N-Tipi 4H-SIC çift taraflı cilalı SIC substrat, Shanxi Shuoke Crystal tarafından üretilen. Triklorosilan (SIHCL3, TCS) ve etilen (C2H4), işlem deneyinde ana büyüme kaynakları olarak kullanılır, bunlar arasında sırasıyla silikon kaynağı ve karbon kaynağı olarak kullanılır, yüksek saflıkta azot (N2), N-tipe doping kaynağı olarak kullanılır ve hidrojen (H2), dilüsyon gazı olarak kullanılır. Epitaksiyal işlem sıcaklık aralığı 1 600 ~ 1 660 ℃, işlem basıncı 8 × 103 ~ 12 × 103 PA'dır ve H2 taşıyıcı gaz akış hızı 100 ～ 140 L/dak.

1.3 Epitaksiyal gofret testi ve karakterizasyonu

Epitaksiyal tabaka kalınlığı ve doping konsantrasyonunun ortalamasını ve dağılımını karakterize etmek için Fourier kızılötesi spektrometre (ekipman üreticisi termalfisher, model IS50) ve cıva prob konsantrasyon test cihazı (ekipman üreticisi Semilab, model 530L); Epitaksiyal tabakadaki her bir noktanın kalınlığı ve doping konsantrasyonu, 5 mm kenar çıkarma ile gofretin merkezinde 45 ° 'de ana referans kenarının normal çizgisini kesen çap hattı boyunca noktalar alınarak belirlendi. 150 mm'lik bir gofret için, tek bir çaplı hat boyunca 9 puan alındı ​​(iki çap birbirine dikti) ve 200 mm'lik bir gofret için, Şekil 2'de gösterildiği gibi 21 puan alındı. epitaksiyal tabakanın yüzey pürüzlülüğü; Epitaksiyal tabakanın kusurları, karakterizasyon için bir yüzey kusur test cihazı (ekipman üreticisi Çin Electronics Kefenghua, Model Mars 4410 Pro) kullanılarak ölçüldü.

2 deneysel sonuç ve tartışma

2.1 Epitaksiyal tabaka kalınlığı ve tekdüzeliği

Epitaksiyal tabaka kalınlığı, doping konsantrasyonu ve tekdüzeliği, epitaksiyal gofretlerin kalitesini değerlendirmek için temel göstergelerden biridir. Doğru kontrol edilebilir kalınlık, doping konsantrasyonu ve gofret içindeki homojenlik, SIC güç cihazlarının performansını ve tutarlılığını sağlamanın anahtarıdır ve epitaksiyal tabaka kalınlığı ve doping konsantrasyonu homojenliği de epitaksiyal ekipmanların işlem kapasitesini ölçmek için önemli bazlardır.

Şekil 3, 150 mm ve 200 mm SIC epitaksiyal gofretler kalınlığı ve dağılım eğrisini göstermektedir. Rakamdan, epitaksiyal tabaka kalınlığı dağılım eğrisinin gofretin merkez noktası hakkında simetrik olduğu görülebilir. Epitaksiyal işlem süresi 600 s'dir, 150 mm epitaksiyal gofretin ortalama epitaksiyal tabaka kalınlığı 10.89 μm'dir ve kalınlık homojenliği%1.05'tir. Hesaplama ile epitaksiyal büyüme oranı, tipik bir hızlı epitaksiyal süreç seviyesi olan 65.3 μm/s'dir. Aynı epitaksiyal işlem süresi altında, 200 mM epitaksiyal gofretin epitaksiyal tabaka kalınlığı 10.10 μm, kalınlık homojenliği%1.36'dır ve toplam büyüme oranı 60.60 μm/s'dir, bu da 150 mM epitaksiyal büyüme oranından biraz daha düşüktür. Bunun nedeni, silikon kaynağı ve karbon kaynağı reaksiyon odasının yukarı akışından gofret yüzeyinden reaksiyon odasının akış aşağısına kadar akışının açık bir kayıp olması ve 200 mm gofret alanı 150 mm'den daha büyüktür. Gaz, 200 mm gofretin yüzeyinden daha uzun bir mesafe akar ve yol boyunca tüketilen kaynak gaz daha fazladır. Gofretin dönmesi koşulunda, epitaksiyal tabakanın toplam kalınlığı daha incedir, bu nedenle büyüme hızı daha yavaştır. Genel olarak, 150 mm ve 200 mm epitaksiyal gofret kalınlığı mükemmeldir ve ekipmanın işlem kapasitesi yüksek kaliteli cihazların gereksinimlerini karşılayabilir.

2.2 Epitaksiyal Katman Doping Konsantrasyonu ve Tekdüzelik

Şekil 4, 150 mm ve 200 mM SIC epitaksiyal gofretlerin doping konsantrasyon homojenliğini ve eğri dağılımını göstermektedir. Şekilden görülebileceği gibi, epitaksiyal gofret üzerindeki konsantrasyon dağılım eğrisi, gofretin merkezine göre belirgin bir simetriye sahiptir. 150 mm ve 200 mM epitaksiyal katmanların doping konsantrasyon homojenliği sırasıyla% 2.80 ve% 2.66'dır, bu da% 3 içinde kontrol edilebilir, bu da uluslararası benzer ekipmanlar arasında mükemmel bir seviyedir. Epitaksiyal tabakanın doping konsantrasyon eğrisi, esas olarak yatay sıcak duvar epitaksiyal fırınının akış alanı tarafından belirlenen, çapı yönü boyunca bir "W" şeklinde dağıtılır, çünkü yatay hava akışı epitaksiyal büyüme fırınının hava akış yönü, havaya uçuştan (yukarı akıştan (yukarı akıştan) akıştan akar; Karbon kaynağının (C2H4) "yol boyunca tükenme" oranı silikon kaynağından (TCS) daha yüksek olduğundan, gofret döndüğünde, gofret yüzeyindeki gerçek C/Si, kenardan kenardan yavaş yavaş azalır (merkezdeki karbon kaynağı daha azdır), gaganın "rekabetçi pozisyon teorisine" göre, vaftiz için doprama, yavaş yavaş azalır. Mükemmel konsantrasyon homojenliği elde etmek için, nihai doping konsantrasyon eğrisi bir "W" şekli sunar, böylece doping konsantrasyonundaki azalmayı merkezden kenara yavaşlatmak için epitaksiyal süreç sırasında N2 kenar N2 tazminat olarak eklenir.

2.3 Epitaksiyal katman kusurları

Kalınlık ve doping konsantrasyonuna ek olarak, epitaksiyal tabaka defekt kontrolünün seviyesi aynı zamanda epitaksiyal gofretlerin kalitesini ölçmek için bir çekirdek parametredir ve epitaksiyal ekipmanın süreç kapasitesinin önemli bir göstergesidir. SBD ve MOSFET'in kusurlar için farklı gereksinimleri olmasına rağmen, damla kusurları, üçgen kusurları, havuç kusurları ve kuyruklu yıldız kusurları gibi daha belirgin yüzey morfolojisi kusurları SBD ve MOSFET cihazları için katil kusurlar olarak tanımlanır. Bu kusurları içeren yongaların başarısız olma olasılığı yüksektir, bu nedenle çip verimini artırmak ve maliyetleri azaltmak için katil kusur sayısının kontrol edilmesi son derece önemlidir. Şekil 5, 150 mm ve 200 mM SIC epitaksiyal gofretlerin katil kusurlarının dağılımını göstermektedir. C/Si oranında belirgin bir dengesizlik olmaması koşulunda, havuç kusurları ve kuyruklu yıldız kusurları temel olarak ortadan kaldırılabilirken, damla kusurları ve üçgen kusurları, epitaksiyal ekipmanların çalışması sırasında temizlik kontrolü, reaksiyon odasındaki grafit parçalarının safsızlık seviyesi ve substrat kalitesi ile ilişkilidir. Tablo 2'den, 150 mm ve 200 mm epitaksiyal gofretlerin ölümcül kusur yoğunluğunun, aynı tip ekipman için mükemmel bir seviye olan 0.3 parçacık/cm2 içinde kontrol edilebileceğini görebiliriz. 150 mm epitaksiyal gofretin ölümcül kusur yoğunluk kontrol seviyesi 200 mm epitaksiyal gofretinkinden daha iyidir. Bunun nedeni, 150 mm substrat hazırlama işleminin 200 mm'den daha olgun olması, substrat kalitesi daha iyi ve 150 mm grafit reaksiyon odasının safsızlık kontrol seviyesi daha iyi.

2.4 Epitaksiyal gofret yüzey pürüzlülüğü

Şekil 6, 150 mm ve 200 mM SIC epitaksiyal gofret yüzeyinin AFM görüntülerini göstermektedir. Şekilden görülebileceği gibi, 150 mm ve 200 mm epitaksiyal gofretlerin yüzey kök ortalama kare pürüzlülüğü sırasıyla 0.129 nm ve 0.113 nm'dir ve epitaksiyal tabakanın yüzeyi pürüzsüzdür, belirgin bir makro-adım agregasyon fenomeni olmadan, epitaksiyal tabakanın her zaman aşamalı olarak büyüme modunu sürdürdüğünü gösterir, bu da her zaman aşamalı olarak, octing sırasında step büyüme modunu sürdürür. Pürüzsüz bir yüzeye sahip epitaksiyal tabakanın, optimize edilmiş epitaksiyal büyüme işlemi kullanılarak 150 mm ve 200 mm düşük açılı substratlarda elde edilebileceği görülebilir.

3. Sonuçlar

150 mm ve 200 mM 4H-sic homoepitaksiyal gofretler, kendi kendini geliştiren 200 mM SIC epitaksiyal büyüme ekipmanı kullanılarak yerli substratlar üzerinde başarıyla hazırlandı ve 150 mM ve 200 mM için uygun bir homoepitaksiyal işlem geliştirildi. Epitaksiyal büyüme oranı 60 μm/s'den fazla olabilir. Yüksek hızlı epitaksi gereksinimini karşılarken, epitaksiyal gofret kalitesi mükemmeldir. 150 mm ve 200 mM SIC epitaksiyal gofret kalınlığı%1.5 içinde kontrol edilebilir, konsantrasyon homojenliği%3'ten az, ölümcül kusur yoğunluğu 0.3 partikül/cm2'den azdır ve epitaksiyal yüzey pürüzlülüğü kökü ortalama kare RA 0.15 nm'den azdır. Epitaksiyal gofretlerin temel süreç göstergeleri sektördeki ileri düzeydedir.

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

Vetek Semiconductor, profesyonel bir Çinli üreticisidir.CVD SIC kaplı tavan, CVD SIC kaplama nozumu, VeSic kaplama giriş halkası.  Vetek Semiconductor, yarı iletken endüstrisi için çeşitli SIC gofret ürünleri için gelişmiş çözümler sağlamaya kararlıdır.

Eğer ilgileniyorsanız8 inçlik epitaksiyal fırın ve homoepitaksiyal işlem, lütfen doğrudan bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -posta: Anny@veteksemi.com