کوره epitaxial 8 اینچی SIC و تحقیقات فرآیند homoepitaxial

در حال حاضر ، صنعت SIC از 150 میلی متر (6 اینچ) به 200 میلی متر (8 اینچ) در حال تبدیل است. به منظور برآورده کردن تقاضای فوری برای ویفرهای Homoepitaxial با کیفیت بالا و با کیفیت بالا در این صنعت ، ویفرهای هموئوپیتاکسی 150 میلی متر و 200 میلی متر 4H-SIC با استفاده از تجهیزات رشد اپیتاکسیال 200 میلی متر SIC با موفقیت بر روی بسترهای داخلی تهیه شدند. یک فرآیند homoepitaxial مناسب برای 150 میلی متر و 200 میلی متر توسعه داده شد که در آن میزان رشد اپیتاکسیال می تواند بیشتر از 60 میکرومتر در ساعت باشد. در حالی که ملاقات با اپیتاکسی با سرعت بالا ، کیفیت ویفر epitaxial بسیار عالی است. یکنواختی ضخامت 150 میلی متر و 200 میلی متر ویفرهای اپیتاکسیال SIC می تواند در 1.5 ٪ کنترل شود ، یکنواختی غلظت کمتر از 3 ٪ است ، چگالی نقص کشنده کمتر از 0.3 ذرات در سانتی متر بر سانتی متر مربع است ، و ریشه زبری سطح اپی توپ میانگین میانگین مربع کمتر از 0.15 نانومتر است ، و تمام نشانگرهای فرآیند هسته اصلی در سطح پیشرفته است.

کاربید سیلیکون (SIC) یکی از نمایندگان مواد نیمه هادی نسل سوم است. این ویژگی دارای ویژگی های قدرت میدان شکست بالا ، هدایت حرارتی عالی ، سرعت رانش اشباع الکترون بزرگ و مقاومت شدید تابش است. این کشور ظرفیت پردازش انرژی دستگاه های برق را تا حد زیادی گسترش داده و می تواند نیازهای سرویس نسل بعدی تجهیزات الکترونیکی برق را برای دستگاه هایی با قدرت بالا ، اندازه کوچک ، دمای بالا ، اشعه بالا و سایر شرایط شدید برآورده کند. این می تواند فضا را کاهش دهد ، مصرف برق را کاهش داده و نیازهای خنک کننده را کاهش دهد. این تغییرات انقلابی در وسایل نقلیه انرژی جدید ، حمل و نقل ریلی ، شبکه های هوشمند و سایر زمینه ها به وجود آورده است. بنابراین ، نیمه هادی های کاربید سیلیکون به عنوان ماده ایده آل شناخته شده اند که منجر به نسل بعدی دستگاه های الکترونیکی با قدرت بالا خواهد شد. در سالهای اخیر ، به لطف حمایت از سیاست ملی برای توسعه صنعت نیمه هادی نسل سوم ، تحقیق و توسعه و ساخت سیستم صنعت دستگاه SIC 150 میلی متری اساساً در چین به اتمام رسیده است و امنیت زنجیره صنعتی اساساً تضمین شده است. بنابراین ، تمرکز صنعت به تدریج به کنترل هزینه و بهبود کارآیی تغییر یافته است. همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است ، در مقایسه با 150 میلی متر ، 200 میلی متر SIC میزان استفاده از لبه بالاتری دارد و می توان خروجی تراشه های ویفر منفرد را حدود 1.8 برابر افزایش داد. پس از بلوغ این فناوری ، هزینه تولید یک تراشه واحد 30 ٪ کاهش می یابد. پیشرفت فناوری 200 میلی متر وسیله ای مستقیم برای "کاهش هزینه ها و افزایش کارآیی" است ، و همچنین مهم است که صنعت نیمه هادی کشور من "موازی" یا حتی "سرب" باشد.

متفاوت از فرآیند دستگاه SI ، دستگاه های قدرت نیمه هادی SIC همه با لایه های اپیتاکسیال به عنوان سنگ بنای آن پردازش و تهیه می شوند. ویفرهای اپیتاکسیال مواد اساسی اساسی برای دستگاه های برق SIC هستند. کیفیت لایه اپیتاکسیال به طور مستقیم عملکرد دستگاه را تعیین می کند و هزینه آن 20 ٪ از هزینه تولید تراشه را تشکیل می دهد. بنابراین ، رشد اپیتاکسیال یک پیوند واسطه ضروری در دستگاه های قدرت SIC است. حد بالایی سطح فرآیند اپیتاکسیال توسط تجهیزات اپیتاکسیال تعیین می شود. در حال حاضر ، درجه محلی سازی تجهیزات اپیتاکسیال 150 میلی متر داخلی نسبتاً زیاد است ، اما طرح کلی 200 میلی متر در همان زمان از سطح بین المللی عقب مانده است. بنابراین ، به منظور حل نیازهای فوری و مشکلات تنگنا در تولید مواد اپی کلیسا با کیفیت و با کیفیت بالا برای توسعه صنعت نیمه هادی نسل سوم داخلی ، این مقاله تجهیزات اپی کلیسای 200 میلی متری SIC را با موفقیت در کشور من توسعه داده و روند اپیتاکسی را مطالعه می کند. با بهینه سازی پارامترهای فرآیند مانند دمای فرآیند ، سرعت جریان گاز حامل ، نسبت C/Si و غیره ، یکنواختی غلظت <3 ٪ ، ضخامت غیر یکنواختی <1.5 ٪ ، زبری ra <0.2 نانومتر و چگالی نقص کشنده <0.3 ذرات/سانتی متر مربع از 150 میلی متر و 200 میلی متر با استفاده از موم با مورانسیک اپی اسکناس با ویفرهای خودران سطح فرآیند تجهیزات می تواند نیازهای تهیه دستگاه قدرت SIC با کیفیت بالا را برآورده کند.

1 آزمایش

1.1 اصل فرآیند اپیتاکسیال SIC

فرآیند رشد هموپیتاکسیال 4H-SIC عمدتاً شامل 2 مرحله کلیدی است ، یعنی اچ در دمای بالا درجا از بستر 4H-SIC و فرآیند رسوب بخار شیمیایی همگن. هدف اصلی اچ در محل بستر ، از بین بردن آسیب زیرسطحی بستر پس از پولیش ویفر ، مایع پولیش باقیمانده ، ذرات و لایه اکسید و یک ساختار مرحله اتمی منظم می تواند با اچ کردن بر روی سطح بستر تشکیل شود. اچ درجا معمولاً در جو هیدروژن انجام می شود. با توجه به الزامات فرآیند واقعی ، مقدار کمی از گاز کمکی نیز می تواند اضافه شود ، مانند کلرید هیدروژن ، پروپان ، اتیلن یا سیلین. دمای اچ کردن هیدروژن در محل به طور کلی بالاتر از 1 600 است و فشار محفظه واکنش به طور کلی در طی فرآیند اچینگ زیر 104 2 2 PA کنترل می شود.

After the substrate surface is activated by in-situ etching, it enters the high-temperature chemical vapor deposition process, that is, the growth source (such as ethylene/propane, TCS/silane), doping source (n-type doping source nitrogen, p-type doping source TMAl), and auxiliary gas such as hydrogen chloride are transported to the reaction chamber through a large flow of carrier gas (usually هیدروژن). پس از واکنش گاز در محفظه واکنش دمای بالا ، بخشی از پیش ساز واکنش شیمیایی و جاذب بر روی سطح ویفر ، و یک لایه اپی کلیسای همگن 4H-SiC تک کریستالی با غلظت دوپینگ خاص ، ضخامت خاص و کیفیت بالاتر با استفاده از زیرمجاز تک کریستال 4H-Sic ایجاد می شود. پس از سالها اکتشاف فنی ، فناوری هموپیتاکسیال 4H-SIC اساساً بالغ شده و در تولید صنعتی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. پرکاربردترین فناوری Homoepitaxial 4H-SIC در جهان دارای دو ویژگی معمولی است: (1) استفاده از یک محور خارج از محور (نسبت به صفحه کریستالی <0001> ، به سمت جهت <11-20> جهت کریستال) به عنوان یک الگوی ، یک الگو ، با یک جریان 4H-CRYSTAL 4H-STAL-SIPTAL 4H-STAME در حالت قرار می گیرد. رشد هومپیتاکسیال در اوایل 4H-SIC از یک بستر کریستالی مثبت ، یعنی هواپیمای <0001> SI برای رشد استفاده کرد. چگالی مراحل اتمی روی سطح بستر کریستال مثبت کم است و تراس ها گسترده هستند. رشد هسته دو بعدی به راحتی در طی فرآیند اپیتاکسی رخ می دهد تا 3C Crystal Sic (3C-SIC) تشکیل شود. با برش خارج از محور ، با چگالی بالا و تراس باریک ، مراحل اتمی با عرض تراس باریک را می توان در سطح بستر 4H-SIC <0001> معرفی کرد ، و پیشرو جذب شده می تواند با انرژی سطح نسبتاً کم از طریق انتشار سطح به طور موثری به موقعیت مرحله اتمی برسد. در مرحله ، موقعیت پیوند گروهی پیش ساز اتم/مولکولی بی نظیر است ، بنابراین در حالت رشد جریان مرحله ، لایه اپی کلیسا می تواند به طور کامل توالی انباشت لایه اتمی SI-C را به ارث ببرد تا یک کریستال واحد با همان فاز کریستالی به عنوان بستر تشکیل شود. (2) رشد اپیتاکسی با سرعت بالا با معرفی یک منبع سیلیکون حاوی کلر حاصل می شود. در سیستم های رسوب بخار شیمیایی معمولی ، سیلین و پروپان (یا اتیلن) ​​منابع اصلی رشد هستند. در فرآیند افزایش نرخ رشد با افزایش سرعت جریان منبع رشد ، زیرا فشار جزئی تعادل مؤلفه سیلیکون همچنان در حال افزایش است ، به راحتی می توان خوشه های سیلیکون را با هسته فاز گازی همگن تشکیل داد ، که به طور قابل توجهی سرعت استفاده از منبع سیلیکون را کاهش می دهد. تشکیل خوشه های سیلیکون تا حد زیادی بهبود نرخ رشد اپیتاکسیال را محدود می کند. در عین حال ، خوشه های سیلیکون می توانند رشد جریان مرحله را مختل کرده و باعث ایجاد نقص هسته شوند. به منظور جلوگیری از هسته فاز گاز همگن و افزایش سرعت رشد اپیتاکسیال ، معرفی منابع سیلیکون مبتنی بر کلر در حال حاضر روش اصلی برای افزایش سرعت رشد اپیتاکسی 4H-SIC است.

1.2 200 میلی متر (8 اینچی) تجهیزات اپی کلیسای SIC و شرایط فرآیند

آزمایشات شرح داده شده در این مقاله همه بر روی تجهیزات افقی یکپارچه افقی یکپارچه سازگار با 150/200 میلی متر (6/8 اینچی) انجام شده است که به طور مستقل توسط 48 مین موسسه شرکت فناوری الکترونیک الکترونیک چین ساخته شده است. کوره epitaxial از بارگیری و تخلیه کاملاً اتوماتیک ویفر پشتیبانی می کند. شکل 1 یک نمودار شماتیک از ساختار داخلی محفظه واکنش تجهیزات اپیتاکسیال است. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، دیواره بیرونی محفظه واکنش یک زنگ کوارتز با یک لایه آب خنک شده با آب است ، و قسمت داخلی زنگ یک محفظه واکنش با دمای بالا است ، که از آن از عایق حرارتی کربن گرافیت خاص ، ساحلی گرافیت خاص ، پایه ساحلی گرافیت و غیره تشکیل شده است. منبع تغذیه القایی با فرکانس متوسط. همانطور که در شکل 1 (b) نشان داده شده است ، گاز حامل ، گاز واکنش و گاز دوپینگ همه از طریق سطح ویفر در یک جریان لامینار افقی از بالادست محفظه واکنش به پایین دست محفظه واکنش جریان می یابد و از انتهای گاز دم تخلیه می شود. برای اطمینان از قوام موجود در ویفر ، ویفر حمل شده توسط پایه شناور هوا همیشه در طی فرآیند چرخانده می شود.

بستر مورد استفاده در این آزمایش یک 150 میلی متر تجاری ، 200 میلی متر (6 اینچ ، 8 اینچ) <1120> جهت 4 ° از زاویه خارج از زاویه N-Type 4H-SIC دو طرفه SIC SIC SIC تولید شده توسط Crystal Shanxi Shuoke است. Trichlorosilane (SIHCL3 ، TCS) و اتیلن (C2H4) به عنوان منبع اصلی رشد در آزمایش فرآیند مورد استفاده قرار می گیرند ، که در میان آنها به ترتیب به عنوان منبع سیلیکون و منبع کربن مورد استفاده قرار می گیرد (N2) به عنوان منبع دوپینگ نوع N و هیدروژن (H2) مورد استفاده قرار می گیرد و هیدروژن (H2) به عنوان رقیق کننده گاز استفاده می شود. دامنه دمای فرآیند اپیتاکسیال 1 600 ~ 1 660 ℃ ، فشار فرآیند 10 3 103 × 103 PA است ، و سرعت جریان گاز حامل H2 140 ～ 140 لیتر در دقیقه است.

1.3 آزمایش و توصیف ویفر اپیتاکسیال

طیف سنج مادون قرمز فوریه (سازنده تجهیزات Thermalfisher ، مدل IS50) و تستر غلظت پروب جیوه (سازنده تجهیزات Semilab ، مدل 530L) برای توصیف میانگین و توزیع ضخامت لایه اپی توپیال و غلظت دوپینگ استفاده شد. ضخامت و غلظت دوپینگ هر نقطه در لایه اپیتاکسیال با گرفتن نقاط در امتداد خط قطر که از خط طبیعی لبه مرجع اصلی در 45 درجه در مرکز ویفر با 5 میلی متر برداشت استفاده شد ، تعیین شد. برای ویفر 150 میلی متر ، 9 امتیاز در امتداد یک خط قطر واحد گرفته شد (دو قطر عمود بر یکدیگر بودند) ، و برای یک ویفر 200 میلی متری ، 21 امتیاز گرفته شد ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. زبری سطح لایه اپیتاکسیال ؛ نقص لایه اپیتاکسیال با استفاده از یک تستر نقص سطحی (سازنده تجهیزات چین الکترونیک Kefenghua ، Model Mars 4410 Pro) برای خصوصیات اندازه گیری شد.

2 نتیجه تجربی و بحث

2.1 ضخامت و یکنواختی لایه اپیتاکسیال

ضخامت لایه اپیتاکسیال ، غلظت دوپینگ و یکنواختی یکی از شاخص های اصلی برای قضاوت در مورد کیفیت ویفرهای اپیتاکسی است. ضخامت قابل کنترل ، غلظت دوپینگ و یکنواختی در ویفر ، کلید اطمینان از عملکرد و قوام دستگاه های قدرت SIC است و ضخامت لایه اپی توپیال و یکنواختی غلظت دوپینگ نیز پایه های مهمی برای اندازه گیری توانایی فرآیند تجهیزات اپی توپ است.

شکل 3 یکنواختی ضخامت و منحنی توزیع 150 میلی متر و 200 میلی متر ویفرهای اپیتاکسیال SIC را نشان می دهد. از این شکل می توان مشاهده کرد که منحنی توزیع ضخامت لایه اپیتاکسیال در مورد نقطه مرکزی ویفر متقارن است. زمان فرآیند اپیتاکسیال 600 ثانیه است ، میانگین ضخامت لایه اپیتاکسیال از ویفر اپی کلیسای 150 میلی متر 10.89 میکرومتر و یکنواختی ضخامت 1.05 ٪ است. با محاسبه ، نرخ رشد اپیتاکسیال 65.3 میکرومتر در ساعت است که یک سطح فرآیند سریع اپیتاکسیال سریع است. در همان زمان فرآیند اپیتاکسیال ، ضخامت لایه اپیتاکسیال 200 میلی متر ویفر اپیتاکسیال 10.10 میکرومتر ، یکنواختی ضخامت در 1.36 ٪ است و میزان رشد کلی 60.60 میکرومتر در ساعت است که کمی پایین تر از سرعت رشد اپیتاکسی 150 میلی متر است. این امر به این دلیل است که در طول مسیر از بین رفتن آشکار وجود دارد که منبع سیلیکون و منبع کربن از بالادست محفظه واکنش از طریق سطح ویفر به پایین دست محفظه واکنش ، و منطقه ویفر 200 میلی متر از 150 میلی متر بزرگتر است. گاز در سطح ویفر 200 میلی متر برای فاصله طولانی تر جریان می یابد و گاز منبع مصرف شده در طول مسیر بیشتر است. تحت این شرط که ویفر در حال چرخش باشد ، ضخامت کلی لایه اپیتاکسیال نازک تر است ، بنابراین سرعت رشد کندتر است. به طور کلی ، یکنواختی ضخامت 150 میلی متر و 200 میلی متر ویفرهای اپیتاکسیال بسیار عالی است و قابلیت فرآیند تجهیزات می تواند نیازهای دستگاههای با کیفیت بالا را برآورده کند.

2.2 غلظت دوپینگ لایه اپیتاکسیال و یکنواختی

شکل 4 یکنواختی غلظت دوپینگ و توزیع منحنی 150 میلی متر و 200 میلی متر ویفرهای اپیتاکسیال SIC را نشان می دهد. همانطور که از شکل مشاهده می شود ، منحنی توزیع غلظت بر روی ویفر اپی کلیسا نسبت به مرکز ویفر تقارن آشکار دارد. یکنواختی غلظت دوپینگ لایه های اپیتاکسیال 150 میلی متر و 200 میلی متر به ترتیب 2.80 ٪ و 2.66 ٪ است که می تواند در 3 ٪ کنترل شود ، که یک سطح عالی در بین تجهیزات مشابه بین المللی است. منحنی غلظت دوپینگ لایه اپی کلیسا به شکل "W" در امتداد جهت قطر توزیع می شود ، که عمدتاً توسط میدان جریان کوره اپی توپیال دیواره داغ افقی تعیین می شود ، زیرا جهت جریان جریان هوا از کوره رشد جریان هوا افقی از سطح سوسا است. از آنجا که میزان "کاهش در طول راه" منبع کربن (C2H4) بالاتر از منبع سیلیکون (TCS) است ، هنگامی که ویفر می چرخد ​​، C/Si واقعی بر روی سطح ویفر به تدریج از لبه به مرکز کاهش می یابد (منبع کربن در مرکز کمتر است) ، مطابق با "نظریه وضعیت رقابتی" از CRANCATION OF CRANCHARATION OF TRACATION در مرکز کارآزمایی ، کارآیی دوپ ، دوپ را در حال کارآیی دوپینگ در حال کارآیی دوپ ، دوپینگ در حال کارآیی دوپینگ در حال کارآیی دوپینگ در حال کارآزمایی می کند. به منظور به دست آوردن یکنواختی غلظت عالی ، لبه N2 به عنوان جبران خسارت در طی فرآیند اپیتاکسیال اضافه می شود تا کاهش غلظت دوپینگ از مرکز به لبه کاهش یابد ، به طوری که منحنی غلظت دوپینگ نهایی شکل "W" را نشان می دهد.

2.3 نقص لایه اپیتاکسیال

علاوه بر ضخامت و غلظت دوپینگ ، سطح کنترل نقص لایه اپیتاکسیال نیز یک پارامتر اصلی برای اندازه گیری کیفیت ویفرهای اپیتاکسیال و یک شاخص مهم از توانایی فرآیند تجهیزات اپیتاکسیال است. اگرچه SBD و MOSFET نیازهای متفاوتی برای نقص دارند ، اما نقص مورفولوژی سطح واضح تر مانند نقص قطره ، نقص مثلث ، نقص هویج و نقص دنباله دار به عنوان نقص قاتل برای دستگاه های SBD و MOSFET تعریف می شود. احتمال عدم موفقیت تراشه های حاوی این نقص ها زیاد است ، بنابراین کنترل تعداد نقص قاتل برای بهبود عملکرد تراشه و کاهش هزینه ها بسیار مهم است. شکل 5 توزیع نقص قاتل 150 میلی متر و 200 میلی متر ویفرهای اپیتاکسیال SIC را نشان می دهد. در شرط عدم عدم تعادل آشکار در نسبت C/SI ، نقص هویج و نقص دنباله دار اساساً از بین می رود ، در حالی که نقص قطره و نقص مثلث مربوط به کنترل پاکیزگی در حین بهره برداری از تجهیزات اپی توپیال ، سطح ناخالصی قطعات گرافیتی در محفظه واکنش و کیفیت بستر است. از جدول 2 ، می توانیم ببینیم که چگالی نقص کشنده 150 میلی متر و 200 میلی متر ویفرهای اپیتاکسیال را می توان در 0.3 ذرات در سانتی متر مربع کنترل کرد که این یک سطح عالی برای همان نوع تجهیزات است. سطح کنترل چگالی نقص کشنده 150 میلی متر ویفر اپیتاکسیال بهتر از 200 میلی متر ویفر اپیتاکسیال است. این امر به این دلیل است که فرآیند آماده سازی بستر 150 میلی متر از 200 میلی متر بالغ تر است ، کیفیت بستر بهتر است و سطح کنترل ناخالصی محفظه واکنش گرافیتی 150 میلی متر بهتر است.

2.4 زبری سطح ویفر اپیتاکسیال

شکل 6 تصاویر AFM از سطح 150 میلی متر و 200 میلی متر ویفرهای اپیتاکسیال SIC را نشان می دهد. همانطور که از شکل مشاهده می شود ، میانگین ناهمواری مربع از 150 میلی متر و 200 میلی متر ویفرهای اپیتاکسیال به ترتیب 0.129 نانومتر و 0.113 نانومتر است ، و سطح لایه اپی توپ صاف است ، بدون آنکه پدیده تجمع ماکرو گام آشکار باشد ، که نشان می دهد رشد نانوذرات نابلایی همیشه در طول روند رشد گام به گام حفظ می شود. مشاهده می شود که با استفاده از فرآیند رشد اپیتاکسیال بهینه سازی شده ، می توان لایه اپی کلیسا با یک سطح صاف را در بسترهای 150 میلی متر و 200 میلی متر با زاویه کم بدست آورد.

3. نتیجه گیری

ویفرهای هموپیتاکسیال 150 میلی متر و 200 میلی متر 4H-SIC با استفاده از تجهیزات رشد اپیتاکسیال 200 میلی متر SIC با موفقیت در بسترهای داخلی تهیه شد و یک فرآیند هموئوپیتاکسی مناسب برای 150 میلی متر و 200 میلی متر تهیه شد. نرخ رشد اپیتاکسیال می تواند بیش از 60 میکرومتر در ساعت باشد. در حالی که برآورده کردن نیازهای Epitaxy با سرعت بالا ، کیفیت ویفر epitaxial بسیار عالی است. یکنواختی ضخامت 150 میلی متر و 200 میلی متر ویفرهای اپیتاکسیال SIC را می توان در 1.5 ٪ کنترل کرد ، یکنواختی غلظت کمتر از 3 ٪ ، چگالی نقص کشنده کمتر از 0.3 ذرات در سانتی متر مربع است ، و سطح زبری سطح اپیتاکسیال میانگین مربع مربع کمتر از 15/0 نانومتر است. شاخص های فرآیند اصلی ویفرهای اپیتاکسیال در سطح پیشرفته صنعت قرار دارند.

:

نیمه هادی Vetek یک تولید کننده حرفه ای چینی استسقف پوشش داده شده CVD, نازل پوشش CVD SICوتحلقه ورودی پوشش SICبشر  نیمه هادی Vetek متعهد به ارائه راه حل های پیشرفته برای محصولات مختلف ویفر SIC برای صنعت نیمه هادی است.

اگر علاقه مند هستیدکوره epitaxial 8 اینچی SIC و فرآیند homoepitaxial، لطفاً مستقیماً با ما تماس بگیرید.

اوباش: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

ایمیل: anny@veteksemi.com