8palcový sic epitaxiální pec a výzkum homoepitaxiálního procesu

V současné době se průmysl SIC transformuje ze 150 mm (6 palců) na 200 mm (8 palců). Aby bylo možné uspokojit naléhavou poptávku po vysoce kvalitních homoepitaxiálních destičkách ve velkém velikosti v oboru, 150 mm a 200 mm 4H-SIC homoepitaxiálních oplatků byly úspěšně připraveny na domácí substráty pomocí nezávisle vyvinuté 200 mm SIC epitaxiální růstové zařízení. Byl vyvinut homoepitaxiální proces vhodný pro 150 mm a 200 mM, při kterém může být rychlost růstu epitaxiálního růstu větší než 60 μm/h. Při setkání s vysokorychlostní epitaxy je kvalita epitaxiálních oplatků vynikající. Uniformita tloušťky 150 mm a 200 mm sic epitaxiálních destiček lze řídit v rámci 1,5%, jednotnost koncentrace je menší než 3%, hustota fatálních defektů je menší než 0,3 částic/cm2 a epitaxiální kořen kořenní průměrná čtvercová RA je menší než 0,15 nm a ukazatele základních procesních průmyslu jsou na pokročilé úrovni průmyslu.

Karbid Silicon (SIC) je jedním ze zástupců polovodičových materiálů třetí generace. Má vlastnosti vysoké pevnosti pole, vynikající tepelné vodivosti, velké rychlosti nasycení elektronů a silnou odolnost proti záření. Velmi rozšířila kapacitu energetického zpracování energetických zařízení a může splňovat požadavky na služby příští generace energetického elektronického zařízení pro zařízení s vysokou výkonem, malou velikostí, vysokou teplotou, vysokým zářením a dalšími extrémními podmínkami. Může snížit prostor, snížit spotřebu energie a snížit požadavky na chlazení. Přinesla revoluční změny nových energetických vozidel, železniční dopravě, inteligentních sítích a jiných polích. Proto se polovodiče křemíku karbidu uznávají jako ideální materiál, který povede další generaci vysoce výkonných elektronických zařízení. V posledních letech byla díky podpoře národní politiky pro rozvoj polovodičového průmyslu třetí generace výzkum a vývoj a výstavba průmyslu 150 mm průmyslového průmyslu v Číně v zásadě dokončena a bezpečnost průmyslového řetězce byla v zásadě zaručena. Proto se zaměření průmyslu postupně posunulo na kontrolu nákladů a zlepšení efektivity. Jak je uvedeno v tabulce 1, ve srovnání s 150 mm, 200 mm SIC má vyšší rychlost využití okraje a výstup jednotlivých chipsů může být zvýšen asi 1,8krát. Poté, co technologie dozrává, mohou být výrobní náklady na jeden čip sníženy o 30%. Technologický průlom 200 mm je přímým prostředkem „snížení nákladů a zvyšování efektivity“ a je také klíčem pro polovodičový průmysl mé země „běžet paralelně“ nebo dokonce „olovo“.

Na rozdíl od procesu zařízení SI jsou napájecí zařízení SIC polovodičová zařízení zpracovávána a připravena s epitaxiálními vrstvami jako základním kamenem. Epitaxiální destičky jsou základními základními materiály pro zařízení SIC. Kvalita epitaxiální vrstvy přímo určuje výnos zařízení a jeho náklady představují 20% nákladů na výrobu čipů. Epitaxiální růst je proto nezbytným přechodným spojením v zařízeních SIC. Horní hranice úrovně epitaxiálního procesu je určena epitaxiálním zařízením. V současné době je stupeň lokalizace domácího epitaxiálního zařízení o délce 150 mm relativně vysoký, ale celkové rozložení 200 mm zaostaněno za mezinárodní úrovní současně. Proto za účelem vyřešení naléhavých potřeb a problémů s úzkými mírami vysoce kvalitních vysoce kvalitních epitaxiálních materiálů pro rozvoj polovodičového průmyslu třetí generace zavádí tento dokument 200 mm sic epitaxiální zařízení úspěšně vyvinuté v mé zemi a studuje epitaxiální proces. Optimalizací procesních parametrů, jako je teplota procesu, průtok nosného plynu, poměr C/SI atd., Jednotnost koncentrace <3%, tloušťka nerovnoměrnost <1,5%, drsnost RA <0,2 nm a fatální defekt hustota <0,3 částice/cm2 150 mm a 200 mm sic epitaxiálních vazic. Úroveň procesu zařízení může splňovat potřeby vysoce kvalitní přípravy SIC Power Device.

1 experimenty

1.1 Princip epitaxiálního procesu SIC

Proces homoepitaxiálního růstu 4H-SIC zahrnuje hlavně 2 klíčové kroky, konkrétně vysokoteplotní in-situ leptání 4H-SIC substrátu a homogenní chemické depozice par. Hlavním účelem leptání substrátu in-situ je odstranění podpovrchového poškození substrátu po leštění v destičce, zbytkové leštící kapaliny, částice a oxidovou vrstvu a pravidelná struktura atomového kroku lze vytvořit na povrchu substrátu leptání. Leptání in-situ se obvykle provádí v atmosféře vodíku. Podle skutečných požadavků na procesy lze přidat také malé množství pomocného plynu, jako je chlorid vodíku, propan, ethylen nebo silan. Teplota lektu vodíku na situaci je obecně nad 1 600 ℃ a tlak reakční komory je obecně kontrolován pod 2 × 104 PA během leptacího procesu.

Poté, co je povrch substrátu aktivován leptáním in situ, vstupuje do procesu depozice chemických párů s vysokou teplotou, tj. Zdroj růstu (jako je ethylen/propan, TCS/silane), zdroj dopingu (n-typ dopingový zdroj, dopingový doping Tmal), jako je to, jako je to, jako je to, jako je to, jako je to, jako je to, jako je doping s tmalem P-Tmal) nosný plyn (obvykle vodík). Poté, co plyn reaguje v reakční komoře s vysokou teplotou, reaguje část prekurzoru chemicky a adsorbuje na povrchu oplatky a na povrchu substrátu 4H-SiC se se specifickou koncentrací a vyšší kvalitou reaguje na substráži s jedním krystalem 4H-SIC. Po letech technického průzkumu byla homoepitaxiální technologie 4H-SIC v zásadě vyzrála a je široce používána v průmyslové výrobě. The most widely used 4H-SiC homoepitaxial technology in the world has two typical characteristics: (1) Using an off-axis (relative to the <0001> crystal plane, toward the <11-20> crystal direction) oblique cut substrate as a template, a high-purity single-crystal 4H-SiC epitaxial layer without impurities is deposited on the substrate in the form of step-flow growth mode. Počátek 4H-SIC homoepitaxiální růst používal pozitivní krystalový substrát, tj. Rovina <0001> pro růst. Hustota atomových kroků na povrchu pozitivního krystalového substrátu je nízká a terasy jsou široké. Dvourozměrný růst nukleace se během procesu epitaxy snadno vyskytuje k vytvoření krystalu 3C (3C-SIC). Off-osou řezání lze na povrchu substrátu 4H-SiC <0001> zavést atomové kroky s vysokou hustotou, a adsorbovaný prekurzor může účinně dosáhnout atomové krokové polohy s relativně nízkou povrchovou energií pomocí povrchové difúze. V kroku je pozice vazby prekurzoru/molekulární skupiny jedinečná, takže v režimu růstu krokového toku může epitaxiální vrstva dokonale zdědit dvojitou atomovou sekvenci substrátu SI-C, aby vytvořila jediný krystal se stejnou krystalovou fází jako substrát. (2) Vysokorychlostní epitaxiální růst je dosažen zavedením zdroje křemíku obsahujícího chlor. V konvenčních SIC chemických systémech depozice párů jsou hlavní zdroje růstu silan a propan (nebo ethylen). V procesu zvyšování rychlosti růstu zvýšením průtoku zdroje růstu, protože rovnovážný částečný tlak silikonové složky se stále zvyšuje, je snadné tvořit klastry křemíku homogenní nukleací plynné fáze, což výrazně snižuje rychlost využití silikonu. Tvorba klastrů křemíku výrazně omezuje zlepšení rychlosti růstu epitaxiálního růstu. Současně mohou klastry křemíku narušit růst krokového toku a způsobit nukleaci defektů. Aby se zabránilo homogenní nukleaci plynné fáze a zvýšilo rychlost růstu epitaxiálního, zavedení zdrojů křemíku na bázi chloru je v současné době hlavní metodou pro zvýšení rychlosti epitaxiálního růstu 4H-SiC.

1,2 200 mm (8palcové) SiC epitaxiální vybavení a procesní podmínky

Pokusy popsané v tomto článku byly provedeny na 150/200 mm (6/8-palcové) kompatibilní monolitické horizontální horké stěny SIC epitaxiální zařízení nezávisle vyvinuté 48. institutem čínské elektronické technologické skupiny Corporation. Epitaxiální pec podporuje plně automatické načítání a vykládání oplatky. Obrázek 1 je schematický diagram vnitřní struktury reakční komory epitaxiálního zařízení. As shown in Figure 1, the outer wall of the reaction chamber is a quartz bell with a water-cooled interlayer, and the inside of the bell is a high-temperature reaction chamber, which is composed of thermal insulation carbon felt, high-purity special graphite cavity, graphite gas-floating rotating base, etc. The entire quartz bell is covered with a cylindrical induction coil, and the reaction chamber inside the bell is electromagnetically Vyhříváno středně frekvenční indukční napájecí zdroj. Jak je znázorněno na obrázku 1 (b), nosný plyn, reakční plyn a dopingový plyn protékají povrchem oplatky v horizontálním laminárním toku z upstresu reakční komory do po proudu od reakční komory a jsou vypouštěny z konce ocasního plynu. Aby byla zajištěna konzistence v rámci oplatky, během procesu je vždy otočena oplatka nesená vzduchovou základnou.

Substrát používaný v experimentu je komerční 150 mm, 200 mm (6 palců, 8 palců) <1120> směr 4 ° vodivý vodivý N-typ 4H-SiC oboustranný leštěný SIC substrát produkovaný Shanxi Shuoke Crystal. Jako hlavní zdroje růstu v procesním experimentu se používají trichlorosilan (SIHCL3, TCS) a ethylen (C2H4), mezi nimiž se jako zdroj křemíku používá jako zdroj TCS a H2), jako je zdroj n-typu a vodík (H2) se používají jako zdroj křemíku. Rozsah teploty epitaxiálního procesu je 1 600 ~ 1 660 ℃, procesní tlak je 8 × 103 ~ 12 × 103 pa a průtok nosného plynu H2 je 100 ～ 140 l/min.

1.3 Testování a charakterizace epitaxiálních destiček

K charakterizaci průměru a distribuce tloušťky epitaxiální vrstvy a dopingové koncentrace byly použity tester koncentrace rtuti a koncentraci koncentrace rtuti a koncentraci koncentrace rtuti a koncentraci koncentrace rtuti a dopingové koncentrace; Tloušťka a dopingová koncentrace každého bodu v epitaxiální vrstvě byla stanovena pomocí bodů podél průměru, která protínala normální linii hlavní referenční okraje při 45 ° ve středu oplatky odstraněním 5 mm. For a 150 mm wafer, 9 points were taken along a single diameter line (two diameters were perpendicular to each other), and for a 200 mm wafer, 21 points were taken, as shown in Figure 2. An atomic force microscope (equipment manufacturer Bruker, model Dimension Icon) was used to select 30 μm×30 μm areas in the center area and the edge area (5 mm edge removal) of the epitaxial wafer to otestujte povrchovou drsnost epitaxiální vrstvy; Vady epitaxiální vrstvy byly měřeny pomocí testeru povrchových vad (výrobce zařízení China Electronics Kefenghua, model Mars 4410 Pro) pro charakterizaci.

2 experimentální výsledky a diskuse

2.1 Tloušťka epitaxiální vrstvy a uniformita

Tloušťka epitaxiální vrstvy, koncentrace dopingu a uniformita jsou jedním z hlavních ukazatelů pro posouzení kvality epitaxiálních destiček. Klíčem k zajištění výkonu a konzistence zařízení SiC napájecími zařízeními jsou také důležitými základy pro měření procesní schopnosti epitaxiálního zařízení jsou také klíčem k zajištění výkonu a konzistence sic napájecích zařízení a tloušťky dopingu a uniformita dopingu a uniformita v destičce.

Obrázek 3 ukazuje tloušťkovou uniformitu a distribuční křivku 150 mm a 200 mm sic epitaxiálních destiček. Z obrázku je vidět, že křivka distribuce tloušťky epitaxiální vrstvy je symetrická o středovém bodě oplatky. Doba epitaxiálního procesu je 600 s, průměrná tloušťka epitaxiální vrstvy 150 mm epitaxiální oplatky je 10,89 μm a uniformita tloušťky je 1,05%. Výpočtem je rychlost růstu epitaxiálního růstu 65,3 μm/h, což je typická úroveň rychlého epitaxiálního procesu. Ve stejné době epitaxiálního procesu je tloušťka epitaxiální vrstvy epitaxiální oplatky 200 mm 10,10 μm, uniformita tloušťky je v rámci 1,36%a celková rychlost růstu je 60,60 μm/h, což je mírně nižší než 150 mm epitaxiální růst. Je to proto, že dochází k zřejmé ztrátě na cestě, kdy zdroj křemíku a zdroj uhlíku proudí z proti proudu reakční komory přes povrch oplatky k po proudu od reakční komory a plocha o 200 mm je větší než 150 mm. Plyn protéká povrchem 200 mm oplatky na delší vzdálenost a zdrojový plyn se spotřebovaný podél cesty je více. Pod podmínkou, že se oplatka neustále otáčí, je celková tloušťka epitaxiální vrstvy tenčí, takže rychlost růstu je pomalejší. Celkově je jednotnost tloušťky 150 mm a 200 mm epitaxiálních destiček vynikající a schopnost procesu zařízení může splňovat požadavky vysoce kvalitních zařízení.

2.2 Koncentrace a uniformita epitaxiální vrstvy

Obrázek 4 ukazuje dopingovou koncentrační uniformitu a distribuci křivky 150 mm a 200 mm sic epitaxiálních destiček. Jak je vidět z obrázku, křivka distribuce koncentrace na epitaxiální destičce má zjevnou symetrii vzhledem ke středu oplatky. Dopingová koncentrace uniformity 150 mm a 200 mm epitaxiální vrstvy je 2,80% a 2,66%, což lze řídit v rámci 3%, což je vynikající úroveň mezi mezinárodním podobným vybavením. Křivka koncentrace dopingu epitaxiální vrstvy je distribuována ve tvaru „W“ podél směru průměru, který je určen hlavně průtokovým polem vodorovné epitaxiální pece horké stěny, protože směr proudu vzduchu v průtoku vodorovného proudu vzduchu je z vrstevnicového povrchu; Vzhledem k tomu, že rychlost „podél vyčerpání“ uhlíku (C2H4) je vyšší než rychlost zdroje křemíku (TCS), když se otočí oplatka, skutečná C/SI na povrchu oplatky se postupně snižuje od hrany k středu (zdroj uhlíku v centru), podle „konkurenční teorie polohy“ C a N je dopolední koncentka do středu center. Aby se získala vynikající jednotnost koncentrace, přidá se hrana N2 jako kompenzace během epitaxiálního procesu ke zpomalení poklesu koncentrace dopingu ze středu na okraj, takže konečná křivka koncentrace dopingu představuje tvar „W“.

2.3 Defekty epitaxiální vrstvy

Kromě tloušťky a koncentrace dopingu je úroveň kontroly defektů epitaxiální vrstvy také parametrem pro měření kvality epitaxiálních destiček a důležitým indikátorem procesní schopnosti epitaxiálního zařízení. Ačkoli SBD a MOSFET mají různé požadavky na defekty, zjevnější defekty morfologie povrchu, jako jsou defekty drop, trojúhelníkové defekty, vady mrkve a vady komety, jsou definovány jako defekty zabijáků pro zařízení SBD a MOSFET. Pravděpodobnost selhání čipů obsahujících tyto defekty je vysoká, takže kontrola počtu vad zabijáka je nesmírně důležitá pro zlepšení výnosu čipů a snížení nákladů. Obrázek 5 ukazuje distribuci defektů zabijáků 150 mm a 200 mm sic epitaxiálních destiček. Za podmínky, že v poměru C/SI není zjevná nerovnováha, mohou být defekty mrkve a vady komety v podstatě eliminovány, zatímco defekty poklesu a trojúhelníky souvisejí s kontrolou čistoty během provozu epitaxiálních zařízení, úroveň nečistoty v reakční komoře a kvalita substrátu. Z tabulky 2 můžeme vidět, že fatální hustota defektů 150 mm a 200 mm epitaxiálních destiček lze řídit v rámci 0,3 částic/cm2, což je vynikající úroveň pro stejný typ zařízení. Úroveň regulace hustoty defektu 150 mm epitaxiální destičky je lepší než u epitaxiální destičky 200 mm. Je to proto, že proces přípravy substrátu 150 mm je zralejší než proces 200 mm, kvalita substrátu je lepší a úroveň kontroly nečistoty 150 mm grafitové reakční komory je lepší.

2.4 Drsnost povrchu epitaxiálních destiček

Obrázek 6 ukazuje AFM obrazy povrchu 150 mm a 200 mm sic epitaxiálních destiček. As can be seen from the figure, the surface root mean square roughness Ra of 150 mm and 200 mm epitaxial wafers is 0.129 nm and 0.113 nm respectively, and the surface of the epitaxial layer is smooth, without obvious macro-step aggregation phenomenon, which indicates that the growth of the epitaxial layer always maintains the step flow growth mode during the entire epitaxial process, and no step aggregation occurs. Je vidět, že epitaxiální vrstva s hladkým povrchem lze získat na substrátech 150 mm a 200 mM nízkoúhelníkem pomocí optimalizovaného procesu epitaxiálního růstu.

3. závěry

150 mm a 200 mm 4H-SIC homoepitaxiální destičky byly úspěšně připraveny na domácí substráty pomocí samostatně vyvinutého 200 mm sic epitaxiálního růstového zařízení a byl vyvinut homoepitaxiální proces vhodný pro 150 mm a 200 mm. Rychlost růstu epitaxiálního růstu může být větší než 60 μm/h. Při splnění vysokorychlostního požadavku na epitaxii je kvalita epitaxiálních oplatků vynikající. Uniformita tloušťky 150 mm a 200 mm sic epitaxiálních destiček lze řídit v rámci 1,5%, koncentrační uniformita je menší než 3%, hustota fatální defektů je menší než 0,3 částice/cm2 a epitaxiální drsnost povrchu kořen středního čtverce RA je menší než 0,15 nm. Hlavní procesní ukazatele epitaxiálních destiček jsou na pokročilé úrovni v oboru.

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

Vetek Semiconductor je profesionální čínský výrobceCVD SIC potažený strop, CVD sic povlak, aSic povlak vstupní prsten.  Vetek Semiconductor se zavázal poskytovat pokročilá řešení pro různé výrobky SIC Wafer pro polovodičový průmysl.

Pokud máte zájem8palcový sic epitaxiální pec a homoepitaxiální proces, prosím, neváhejte nás kontaktovat přímo.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -mail: anny@veteksemi.com