8-инчна СиЦ епитаксијална пећ и истраживање хомоепитаксијалног процеса

Тренутно, СиЦ индустрија се трансформише са 150 мм (6 инча) на 200 мм (8 инча). Да би се задовољила хитна потражња за великим, висококвалитетним СиЦ хомоепитаксијалним плочицама у индустрији, 150 мм и 200 мм 4Х-СиЦ хомоепитаксијалне плочице су успешно припремљене на домаћим подлогама користећи независно развијену опрему за епитаксијално раст од 200 мм СиЦ. Развијен је хомоепитаксијални процес погодан за 150 мм и 200 мм, у којем стопа раста епитаксија може бити већа од 60 μм/х. Док задовољава брзу епитаксију, квалитет епитаксијалне плочице је одличан. Уједначеност дебљине епитаксијалних плочица од 150 мм и 200 мм СиЦ може се контролисати унутар 1,5%, уједначеност концентрације је мања од 3%, густина фаталног дефекта је мања од 0,3 честице/цм2, а средњи квадратни корен епитаксијалне површине Ра је мање од 0,15 нм, а сви индикатори основних процеса су на напредном нивоу индустрије.

Силицијум карбид (СиЦ) је један од представника полупроводничких материјала треће генерације. Има карактеристике велике јачине поља пробоја, одличне топлотне проводљивости, велике брзине дрифта засићења електрона и јаке отпорности на зрачење. У великој мери је проширио капацитет обраде енергије енергетских уређаја и може да испуни захтеве услуга следеће генерације енергетске електронске опреме за уређаје велике снаге, мале величине, високе температуре, високог зрачења и других екстремних услова. Може смањити простор, смањити потрошњу енергије и смањити потребе за хлађењем. Донео је револуционарне промене у нова енергетска возила, железнички транспорт, паметне мреже и друга поља. Због тога су полупроводници од силицијум карбида постали препознати као идеалан материјал који ће предводити следећу генерацију електронских уређаја велике снаге. Последњих година, захваљујући подршци националне политике за развој индустрије полупроводника треће генерације, истраживање и развој и изградња 150 мм СиЦ система индустрије уређаја су у основи завршени у Кини, а безбедност индустријског ланца је у основи загарантована. Стога се фокус индустрије постепено померао на контролу трошкова и побољшање ефикасности. Као што је приказано у табели 1, у поређењу са 150 мм, 200 мм СиЦ има већу стопу искоришћења ивица, а излаз појединачних чипова плочице може се повећати за око 1,8 пута. Након што технологија сазре, трошкови производње једног чипа могу се смањити за 30%. Технолошки пробој од 200 мм је директно средство за „смањење трошкова и повећање ефикасности“, а такође је кључ за индустрију полупроводника моје земље да „иде паралелно“ или чак „води“.

За разлику од процеса Си уређаја, СиЦ полупроводнички енергетски уређаји су сви обрађени и припремљени са епитаксијалним слојевима као каменом темељцем. Епитаксијалне плочице су основни основни материјали за СиЦ енергетске уређаје. Квалитет епитаксијалног слоја директно одређује принос уређаја, а његов трошак чини 20% трошкова производње чипа. Стога је епитаксијални раст суштинска посредна карика у СиЦ енергетским уређајима. Горњу границу нивоа епитаксијалног процеса одређује епитаксијална опрема. Тренутно је степен локализације домаће епитаксијалне опреме од 150 мм СиЦ релативно висок, али укупан распоред од 200 мм истовремено заостаје за међународним нивоом. Стога, у циљу решавања хитних потреба и проблема уских грла производње епитаксијалних материјала великих димензија за развој домаће индустрије полупроводника треће генерације, овај рад представља епитаксијалну опрему од 200 мм СиЦ успешно развијену у мојој земљи, и проучава епитаксијални процес. Оптимизацијом параметара процеса као што су температура процеса, брзина протока гаса-носача, однос Ц/Си, итд., уједначеност концентрације <3%, неуједначеност дебљине <1,5%, храпавост Ра <0,2 нм и густина фаталних дефеката <0,3 честица /цм2 добијене су епитаксијалне плочице СиЦ од 150 мм и 200 мм са саморазвијеном епитаксијалном пећи од силицијум карбида од 200 мм. Ниво процеса опреме може задовољити потребе висококвалитетне припреме СиЦ уређаја за напајање.

1 Експерименти

1.1 Принцип епитаксијалног процеса СиЦ

Процес хомоепитаксијалног раста 4Х-СиЦ углавном укључује 2 кључна корака, наиме, високотемпературно нагризање 4Х-СиЦ супстрата и процес хомогеног хемијског таложења паре. Главна сврха нагризања подлоге на лицу места је уклањање површинских оштећења подлоге након полирања плочице, преостале течности за полирање, честица и оксидног слоја, а правилна атомска структура корака може се формирати на површини супстрата јеткањем. Нагризање на лицу места се обично изводи у атмосфери водоника. Према стварним захтевима процеса, може се додати и мала количина помоћног гаса, као што су хлороводоник, пропан, етилен или силан. Температура нагризања водоником на лицу места је генерално изнад 1 600 ℃, а притисак у реакционој комори се генерално контролише испод 2×104 Па током процеса јеткања.

Након што се површина супстрата активира нагризањем на лицу места, она улази у процес хемијског таложења на високој температури, односно у извор раста (као што је етилен/пропан, ТЦС/силан), извор допинга (н-тип извора допинга азота , извор допинга п-типа ТМАл) и помоћни гас као што је хлороводоник се транспортују у реакциону комору кроз велики проток носећег гаса (обично водоника). Након што гас реагује у високотемпературној реакционој комори, део прекурсора реагује хемијски и адсорбује се на површини плочице, а формира се монокристални хомогени 4Х-СиЦ епитаксијални слој са специфичном концентрацијом допинга, специфичном дебљином и вишим квалитетом. на површини супстрата користећи монокристалну 4Х-СиЦ подлогу као шаблон. Након година техничког истраживања, 4Х-СиЦ хомоепитаксијална технологија је у основи сазрела и широко се користи у индустријској производњи. Најраспрострањенија 4Х-СиЦ хомоепитаксијална технологија у свету има две типичне карактеристике: (1) Коришћење подлоге са косим сечењем (у односу на раван кристала <0001>, у правцу <11-20>). шаблон, монокристални 4Х-СиЦ епитаксијални слој високе чистоће без нечистоћа се наноси на супстрат у облику степенастог режима раста. Рани 4Х-СиЦ хомоепитаксијални раст користио је позитиван кристални супстрат, то јест <0001> Си раван за раст. Густина атомских степеница на површини позитивног кристалног супстрата је мала, а терасе су широке. Дводимензионални раст нуклеације се лако дешава током процеса епитаксије да би се формирао 3Ц кристал СиЦ (3Ц-СиЦ). Сечењем ван осе, атомске степенице високе густине, уске ширине терасе могу се увести на површину 4Х-СиЦ <0001> супстрата, а адсорбовани прекурсор може ефикасно да достигне позицију атомског корака са релативно малом површинском енергијом кроз површинску дифузију . У кораку, позиција везе прекурсора атома/молекулске групе је јединствена, тако да у режиму раста тока корака, епитаксијални слој може савршено наследити секвенцу двоструког атомског слоја Си-Ц супстрата како би формирао један кристал са истим кристалом. фаза као подлога. (2) Брзи епитаксијални раст се постиже увођењем извора силицијума који садржи хлор. У конвенционалним системима хемијског таложења СиЦ из паре, силан и пропан (или етилен) су главни извори раста. У процесу повећања брзине раста повећањем брзине протока извора раста, како равнотежни парцијални притисак силицијумске компоненте наставља да расте, лако је формирати кластера силицијума хомогеном нуклеацијом гасне фазе, што значајно смањује стопу искоришћења силицијумске компоненте. извор силицијума. Формирање силицијумских кластера у великој мери ограничава побољшање епитаксијалне брзине раста. Истовремено, кластери силицијума могу пореметити раст степена тока и изазвати нуклеацију дефекта. Да би се избегла хомогена нуклеација гасне фазе и повећала брзина епитаксијалног раста, увођење извора силицијума на бази хлора је тренутно главна метода за повећање епитаксијалне брзине раста 4Х-СиЦ.

1.2 200 мм (8 инча) СиЦ епитаксијална опрема и услови процеса

Експерименти описани у овом раду су сви спроведени на 150/200 мм (6/8 инча) компатибилној монолитној хоризонталној СиЦ епитаксијалној опреми са врућим зидом коју је независно развио 48. Институт Кине Елецтроницс Тецхнологи Гроуп Цорпоратион. Епитаксијална пећ подржава потпуно аутоматско пуњење и пражњење плочица. Слика 1 је шематски дијаграм унутрашње структуре реакционе коморе епитаксијалне опреме. Као што је приказано на слици 1, спољни зид реакционе коморе је кварцно звоно са водено хлађеним међуслојем, а унутрашњост звона је високотемпературна реакциона комора, која се састоји од термоизолационог угљеничног филца, високе чистоће. специјална графитна шупљина, графитна гасна ротирајућа база итд. Целокупно кварцно звоно је прекривено цилиндричним индукционим намотајем, а реакциона комора унутар звона се електромагнетно загрева индукционим напајањем средње фреквенције. Као што је приказано на Слици 1 (б), гас носач, реакциони гас и гас за допуну теку кроз површину плочице у хоризонталном ламинарном току од узводно од реакционе коморе до низводно од реакционе коморе и испуштају се из репа гас крај. Да би се обезбедила конзистентност у плочици, обланда коју носи ваздушна плутајућа база се увек ротира током процеса.

Подлога коришћена у експерименту је комерцијална 150 мм, 200 мм (6 инча, 8 инча) <1120> смер 4° ван угла проводљива н-тип 4Х-СиЦ двострано полирани СиЦ супстрат произведен од Сханки Схуоке Цристал. Трихлоросилан (СиХЦл3, ТЦС) и етилен (Ц2Х4) се користе као главни извори раста у процесном експерименту, међу којима се ТЦС и Ц2Х4 користе као извор силицијума и извор угљеника, азот високе чистоће (Н2) се користи као н- тип извора допинга, а водоник (Х2) се користи као гас за разблаживање и гас носач. Температурни опсег епитаксијалног процеса је 1 600 ~1 660 ℃, процесни притисак је 8×103 ~12×103 Па, а брзина протока гаса Х2 је 100～140 Л/мин.

1.3 Епитаксијално испитивање и карактеризација плочице

Фуријеов инфрацрвени спектрометар (произвођач опреме Тхермалфисхер, модел иС50) и тестер концентрације живине сонде (произвођач опреме Семилаб, модел 530Л) коришћени су за карактеризацију средње вредности и дистрибуције дебљине епитаксијалног слоја и концентрације допинга; дебљина и концентрација допинга сваке тачке у епитаксијалном слоју су одређене узимањем тачака дуж линије пречника које секу нормалну линију главне референтне ивице под углом од 45° у центру плочице са уклањањем ивице од 5 мм. За плочицу од 150 мм узето је 9 тачака дуж једне линије пречника (два пречника су била окомита један на други), а за плочицу од 200 мм узета је 21 тачка, као што је приказано на слици 2. Микроскоп атомске силе (произвођач опреме Брукер, модел Дименсион Ицон) је коришћен за одабир области од 30 μм×30 μм у средишњој области и области ивице (5 мм уклањање ивице) епитаксијалне плочице да би се тестирала храпавост површине епитаксијалног слоја; дефекти епитаксијалног слоја су мерени помоћу тестера површинских дефеката (произвођач опреме Цхина Елецтроницс Кефенгхуа, модел Марс 4410 про) за карактеризацију.

2 Експериментални резултати и дискусија

2.1 Дебљина и униформност епитаксијалног слоја

Дебљина епитаксијалног слоја, концентрација допинга и униформност су један од кључних индикатора за процену квалитета епитаксијалних плочица. Дебљина која се може прецизно контролисати, концентрација допинга и униформност унутар плочице су кључ за обезбеђивање перформанси и конзистентности СиЦ енергетских уређаја, а дебљина епитаксијалног слоја и униформност концентрације допинга су такође важне основе за мерење процесне способности епитаксијалне опреме.

Слика 3 приказује уједначеност дебљине и криву дистрибуције епитаксијалних плоча од 150 мм и 200 мм СиЦ. Са слике се може видети да је крива расподеле дебљине епитаксијалног слоја симетрична у односу на централну тачку плочице. Време епитаксијалног процеса је 600 с, просечна дебљина епитаксијалног слоја епитаксијалне плочице од 150 мм је 10,89 μм, а уједначеност дебљине је 1,05%. Према прорачуну, стопа раста епитаксија је 65,3 μм/х, што је типичан ниво брзог епитаксијалног процеса. Под истим временом епитаксијалног процеса, дебљина епитаксијалног слоја епитаксијалне плочице од 200 мм је 10,10 μм, уједначеност дебљине је унутар 1,36%, а укупна стопа раста је 60,60 μм/х, што је нешто ниже од епитаксијалног раста од 150 мм стопа. То је зато што постоји очигледан губитак на путу када извор силицијума и извор угљеника теку од узводно од реакционе коморе кроз површину плочице до низводно од реакционе коморе, а површина плочице од 200 мм је већа од 150 мм. Гас протиче кроз површину плочице од 200 мм на већој удаљености, а изворног гаса који се троши на путу је више. Под условом да се плочица стално ротира, укупна дебљина епитаксијалног слоја је тања, па је и брзина раста спорија. Све у свему, уједначеност дебљине епитаксијалних плочица од 150 мм и 200 мм је одлична, а процесна способност опреме може задовољити захтеве висококвалитетних уређаја.

2.2 Концентрација допинга и униформност епитаксијалног слоја

Слика 4 приказује уједначеност концентрације допинга и дистрибуцију криве епитаксијалних плочица СиЦ од 150 мм и 200 мм. Као што се може видети са слике, крива расподеле концентрације на епитаксијалној плочици има очигледну симетрију у односу на центар плочице. Уједначеност концентрације допинга епитаксијалних слојева од 150 мм и 200 мм је 2,80% и 2,66% респективно, што се може контролисати у оквиру 3%, што је одличан ниво међу међународном сличном опремом. Крива концентрације допинга епитаксијалног слоја је распоређена у облику "В" дуж смера пречника, који је углавном одређен пољем струјања епитаксијалне пећи са хоризонталним врућим зидом, јер је смер струјања ваздуха у пећи за епитаксијални раст хоризонталног тока ваздуха од крај улаза за ваздух (узводно) и тече са доњег краја у ламинарном току кроз површину плочице; јер је стопа "успутног исцрпљивања" извора угљеника (Ц2Х4) већа од оне код извора силицијума (ТЦС), када се плочица ротира, стварни Ц/Си на површини плочице постепено се смањује од ивице до центар (извор угљеника у центру је мањи), према „теорији конкурентске позиције“ Ц и Н, концентрација допинга у центру плочице постепено опада према ивици. Да би се постигла одлична уједначеност концентрације, ивица Н2 се додаје као компензација током епитаксијалног процеса да би се успорило смањење концентрације допинга од центра до ивице, тако да коначна крива концентрације допинга представља облик "В".

2.3 Дефекти епитаксијалног слоја

Поред дебљине и концентрације допинга, ниво контроле дефекта епитаксијалног слоја је такође кључни параметар за мерење квалитета епитаксијалних плочица и важан показатељ процесне способности епитаксијалне опреме. Иако СБД и МОСФЕТ имају различите захтеве за дефекте, очигледнији дефекти површинске морфологије као што су дефекти пада, дефекти троугла, дефекти шаргарепе и дефекти комете се дефинишу као дефекти убице за СБД и МОСФЕТ уређаје. Вероватноћа квара чипова који садрже ове дефекте је велика, тако да је контрола броја дефекта убица изузетно важна за побољшање приноса чипова и смањење трошкова. Слика 5 приказује дистрибуцију убиствених дефеката 150 мм и 200 мм СиЦ епитаксијалних плочица. Под условом да не постоји очигледан дисбаланс у односу Ц/Си, дефекти шаргарепе и дефекти комете могу се у основи елиминисати, док се дефекти пада и троуглови односе на контролу чистоће током рада епитаксијалне опреме, ниво нечистоће графита. делова у реакционој комори и квалитет супстрата. Из табеле 2 можемо видети да се фатална густина дефекта епитаксијалних плочица од 150 мм и 200 мм може контролисати унутар 0,3 честице/цм2, што је одличан ниво за исту врсту опреме. Ниво контроле густине фаталних дефеката код епитаксијалне плочице од 150 мм је бољи него код епитаксијалне плочице од 200 мм. То је зато што је процес припреме супстрата од 150 мм зрелији од оног од 200 мм, квалитет подлоге је бољи, а ниво контроле нечистоћа у реакционој комори графита од 150 мм је бољи.

2.4 Епитаксијална храпавост површине плочице

Слика 6 приказује АФМ слике површине епитаксијалних плоча од 150 мм и 200 мм СиЦ. Као што се може видети са слике, средња квадратна храпавост површине Ра од 150 мм и 200 мм епитаксијалне плочице је 0,129 нм и 0,113 нм респективно, а површина епитаксијалног слоја је глатка, без очигледне појаве макростепене агрегације, што указује на то да раст епитаксијалног слоја увек одржава режим раста тока корака током целог епитаксијалног процеса и да се не дешава степенасто агрегирање. Може се видети да се епитаксијални слој са глатком површином може добити на подлогама са малим углом од 150 мм и 200 мм коришћењем оптимизованог процеса епитаксијалног раста.

3. Закључци

Хомоепитаксијалне плочице од 150 мм и 200 мм 4Х-СиЦ успешно су припремљене на домаћим супстратима користећи саморазвијену опрему за епитаксијални раст од 200 мм СиЦ, а развијен је и хомоепитаксиални процес погодан за 150 мм и 200 мм. Брзина епитаксијалног раста може бити већа од 60 μм/х. Иако испуњава захтеве за брзу епитаксију, квалитет епитаксијалне плочице је одличан. Уједначеност дебљине епитаксијалних плочица од 150 мм и 200 мм СиЦ може се контролисати унутар 1,5%, уједначеност концентрације је мања од 3%, густина фаталног дефекта је мања од 0,3 честице/цм2, а средњи квадратни корен епитаксијалне површине Ра је мање од 0,15 нм. Основни индикатори процеса епитаксијалних плочица су на напредном нивоу у индустрији.

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

ВеТек Семицондуцтор је професионални кинески произвођачЦВД СиЦ обложени плафон, ЦВД СиЦ млазница за премазивање, иУлазни прстен за СиЦ премаз.  ВеТек Семицондуцтор је посвећен пружању напредних решења за различите СиЦ Вафер производе за индустрију полупроводника.

Ако сте заинтересовани за8-инчна СиЦ епитаксијална пећ и хомоепитаксијални процес, слободно нас контактирајте директно.

Моб: +86-180 6922 0752

ВхатсАПП: +86 180 6922 0752

Е-пошта: анни@ветексеми.цом