8-calowy piec epitaksjalny i badania procesowe homoepitaksjalne

Obecnie przemysł SIC przekształca się z 150 mm (6 cali) do 200 mm (8 cali). Aby zaspokoić pilne zapotrzebowanie na dużą, wysokiej jakości płytki homoepitaksyjne w branży, z powodzeniem przygotowano wafle homoepitaksyjne o długości 150 mm i 200 mM 4H-SIC. Opracowano proces homoepitaksjalny odpowiedni dla 150 mm i 200 mm, w którym szybkość wzrostu epitaxialnego może być większa niż 60 μm/h. Podczas spotkania z szybką epitaksją, jakość wafla epitaksjalnego jest doskonała. Jednomierność grubości 150 mm i 200 mM Wafle epitaksyjne SIC można kontrolować w odległości 1,5%, jednorodność stężenia jest mniejsza niż 3%, śmiertelna gęstość defektów jest mniejsza niż 0,3 cząstek/cm2, a średnia chropowatość powierzchni nabrzeżu średnia kwadratowa RA jest mniejsza niż 0,15 nm, a wszystkie wskaźniki procesów podstawowych.

Krzemowa węglika (SIC) jest jednym z przedstawicieli materiałów półprzewodników trzeciej generacji. Ma charakterystykę wysokiej wytrzymałości pola rozkładu, doskonałej przewodności cieplnej, dużej prędkości dryfu nasycenia elektronów i silnej odporności na promieniowanie. Znacznie poszerzył zdolność do przetwarzania energii urządzeń energetycznych i może spełniać wymagania serwisowe nowej generacji sprzętu elektronicznego energii dla urządzeń o wysokiej mocy, małej wielkości, wysokiej temperaturze, wysokim promieniowaniu i innych ekstremalnych warunkach. Może zmniejszyć przestrzeń, zmniejszyć zużycie energii i zmniejszyć wymagania chłodzenia. Wprowadził rewolucyjne zmiany w nowych pojazdach energetycznych, transporcie kolejowym, inteligentnych siatkach i innych dziedzin. Dlatego półprzewodniki z węglików krzemu zostaną uznane za idealny materiał, który poprowadzi następną generację urządzeń elektronicznych o dużej mocy. W ostatnich latach, dzięki krajowej wsparciu polityki dla rozwoju przemysłu półprzewodnikowego trzeciej generacji, badania i rozwój i budowa systemu branżowego urządzeń SIC 150 mM zostały zasadniczo ukończone w Chinach, a bezpieczeństwo łańcucha przemysłowego zostało zasadniczo gwarantowane. Dlatego koncentracja branży stopniowo przechodziła na kontrolę kosztów i poprawę wydajności. Jak pokazano w tabeli 1, w porównaniu z 150 mm, 200 mM SIC ma wyższą szybkość wykorzystania krawędzi, a wyjście z pojedynczych płytek można zwiększyć o około 1,8 razy. Po dojrzewaniu technologii koszt produkcji pojedynczego układu można zmniejszyć o 30%. Przełom technologiczny wynoszący 200 mm jest bezpośrednim sposobem „zmniejszenia kosztów i zwiększenia wydajności”, a także jest kluczem do tego, aby przemysł półprzewodnikowy mojego kraju „prowadził równolegle”, a nawet „ołowiu”.

Odmienne od procesu urządzenia SI, SIC Semiconductor Power Urządzenia są przetwarzane i przygotowywane z warstwami epitaxial jako kamień węgielny. Wafle epitaksjalne są niezbędnymi podstawowymi materiałami dla urządzeń zasilania SIC. Jakość warstwy epitaksjalnej bezpośrednio określa wydajność urządzenia, a jej koszty stanowią 20% kosztów produkcji układów. Dlatego wzrost epitaksjalny jest niezbędnym pośrednim łącznikiem w urządzeniach Power SIC. Górna granica poziomu procesu epitaksjalnego jest określana przez sprzęt epitaksjalny. Obecnie stopień lokalizacji krajowego 150 mM sprzętu epitaksyjnego SIC jest stosunkowo wysoki, ale ogólny układ 200 mm opóźnia się w tyle za poziomem międzynarodowym. Dlatego, aby rozwiązać pilne potrzeby i problemy z wąskim gardłem w produkcji materiałów epitaksjalnych o dużej jakości, w celu opracowania krajowego przemysłu półprzewodnikowego trzeciej generacji, ten artykuł wprowadza 200 mm SIC Epitaksial Equipment z powodzeniem rozwinięty w moim kraju, a badań proces epitaxialny. Dzięki optymalizacji parametrów procesu, takich jak temperatura procesu, szybkość przepływu gazu nośnika, stosunek C/SI itp., Jednomierność stężenia <3%, nierówności grubości <1,5%, chropowatość Ra <0,2 nm i gęstość defektu defektu śmiertelnego <0,3 cząstki/CM2 150 mm i 200 mM SII SIC TEPITAISAL TEPITAISALNE WAFERS SIC SIC TESIC SIC-SIC. Poziom procesu sprzętu może zaspokoić potrzeby przygotowania wysokiej jakości urządzenia SIC Power.

1 eksperymenty

1.1 Zasada SIC procesu epitaksjalnego

Proces wzrostu homoepitaksyjnego 4H-SIC obejmuje głównie 2 kluczowe etapy, a mianowicie trawienie w wysokiej temperaturze podłoża 4H-SIC i homogeniczny proces osadzania pary chemicznej. Głównym celem trawienia podłoża in situ jest usunięcie uszkodzenia podpowierzchniowego podłoża po polerowaniu opłat, resztkowej cieczy polerowania, cząsteczkach i warstwie tlenku oraz regularnej strukturze etomowej kroku na powierzchni podłoża przez trawienie. Trawienie in situ jest zwykle przeprowadzane w atmosferze wodoru. Zgodnie z rzeczywistymi wymaganiami procesu można również dodać niewielką ilość gazu pomocniczego, takiego jak chlorek wodoru, propan, etylen lub silan. Temperatura trawienia wodoru w site jest ogólnie powyżej 1 600 ℃, a ciśnienie komory reakcji jest ogólnie kontrolowane poniżej 2 × 104 Pa podczas procesu trawienia.

Po aktywacji powierzchni substratu przez trawienie in-situ, wchodzi on do procesu osadzania pary w wysokiej temperaturze, to znaczy źródło wzrostu (takie jak etylen/propan, TCS/Silan), źródło domek (azotowanie z dopracowaniem typu N, są azotem źródłowym. gaz (zwykle wodór). Po tym, jak gaz reaguje w komorze reakcyjnej o wysokiej temperaturze, część prekursora reaguje chemicznie i adsorbuje się na powierzchni opłat, a na powierzchni podłoża z pojedynczą kryształą przy użyciu podłoża z pojedynczą krystaliczną podłoża 4H-SIC. Po latach eksploracji technicznej technologia homoepitaksyjna 4H-SIC zasadniczo dojrzeła i jest szeroko stosowana w produkcji przemysłowej. Najczęściej stosowana technologia homoepitaksyjna 4H-SIC na świecie ma dwie typowe cechy: (1) przy użyciu pozaosiowej (w stosunku do płaszczyzny kryształowej <0001>, w kierunku kryształu <11-20> podłoża wyciętego w postaci podłoża stopnia w trybie stopnia stopnia. Wczesny wzrost homoepitaksyjny 4H-SIC zastosowano dodatnie podłoże kryształowe, to znaczy płaszczyznę <0001> SI do wzrostu. Gęstość kroków atomowych na powierzchni dodatniego podłoża kryształowego jest niski, a tarasy są szerokie. W trakcie procesu epitaksji w procesie epitaxii w procesie epitaxii jest dwuwymiarowy wzrost zarodkowania. Przez cięcie poza osi można wprowadzić stopnie atomowe o wysokiej gęstości, wąską szerokość tarasu na powierzchni podłoża 4H-SIC <0001>, a adsorbowany prekursor może skutecznie osiągnąć pozycję atomową ze stosunkowo niską energią powierzchniową poprzez dyfuzję powierzchni. Na etapie pozycja wiązania atomu prekursorowego/grupy molekularnej jest unikalna, więc w trybie wzrostu przepływu kroku warstwa epitaksjalna może doskonale odziedziczyć sekwencję układania podwójnej warstwy atomowej SI-C, tworząc pojedynczy kryształ o tej samej fazie kryształowej co substrat. (2) Szybki wzrost epitaksjalny osiąga się poprzez wprowadzenie źródła krzemu zawierającego chlor. W konwencjonalnych systemach osadzania pary SIC Silan i propan (lub etylen) są głównymi źródłami wzrostu. W procesie zwiększania szybkości wzrostu poprzez zwiększenie szybkości przepływu źródła wzrostu, ponieważ równowaga ciśnienie częściowe składnika krzemu nadal rośnie, łatwo jest utworzyć klastry krzemu przez jednorodne zarodkowanie fazy gazowej, co znacznie zmniejsza szybkość wykorzystania źródła silikonu. Tworzenie klastrów krzemowych znacznie ogranicza poprawę epitaksjalnego tempa wzrostu. Jednocześnie klastry krzemu mogą zakłócać wzrost przepływu kroku i powodować zarodkowanie wad. Aby uniknąć jednorodnego zarodkowania fazy gazowej i zwiększyć stopę wzrostu epitaksjalnego, wprowadzenie źródeł krzemu na bazie chloru jest obecnie metodą głównego nurtu w celu zwiększenia liczby wzrostu epitaksjalnego 4H-SIC.

1,2 200 mm (8-calowe) SIC Epitaksial Sprzęt i warunki procesowe

Eksperymenty opisane w tym artykule zostały przeprowadzone na kompatybilnym monolitycznym sprzęcie do gorącej ściany SIC, opracowanego przez 48. Instytutu Electronics Technology Group 150/200 mm (6/8 cala). Piec epitaksjalny obsługuje w pełni automatyczne ładowanie i rozładunek opłat. Rycina 1 jest schematem wewnętrznej struktury komory reakcyjnej sprzętu epitaksjalnego. Jak pokazano na rycinie 1, zewnętrzna ściana komory reakcyjnej jest dzwonkiem kwarcowym z chłodzoną wodą między warstwą, a wnętrze dzwonka jest komorą reakcyjną o wysokiej temperaturze, która składa się z cylindrycznej indukcyjnej odczucia indukcyjnej, i reakcji w jamie elektrycznej, elektrycznie w jamie elektrycznej, elektrycznej w jamie elektromagnetycznej. zasilacz indukcyjny o średniej częstotliwości. Jak pokazano na rycinie 1 (b), gaz nośnika, gaz reakcyjny i dom domieszkowy przepływają przez powierzchnię opłatek w poziomym przepływu laminarnym z góry komory reakcyjnej do poniżej komory reakcyjnej i są rozładowane z końca gazu ogona. Aby zapewnić spójność w płytce, wafel przenoszony przez pływającą bazę powietrza jest zawsze obracany podczas procesu.

Podłoża zastosowanym w eksperymencie to komercyjny 150 mm, 200 mm (6 cali, 8 cali) <1120> Kierunek 4 ° przewodzący podwójny podwójny podłoże SIC typu N typu N, wytwarzany przez kryształ Shanxi Shuoke. Trichlorosilan (SIHCL3, TCS) i etylen (C2H4) są wykorzystywane jako główne źródła wzrostu w eksperymencie procesowym, wśród których TCS i C2H4 są stosowane odpowiednio jako źródło krzemowe i węgiel, odpowiednio, azot o wysokiej czwartej bezpieczeństwa (N2) jest wykorzystywany jako źródło domowe typu N, a wodór (H2). Epitaksjalny zakres temperatury procesu wynosi 1 600 ~ 1 660 ℃, ciśnienie procesu wynosi 8 × 103 ~ 12 × 103 PA, a szybkość przepływu gazu nośnika H2 wynosi 100 ～ 140 l/min.

1.3 Testowanie i charakterystyka epitaksjalnego wafla

W celu scharakteryzowania średniej i rozkładu grubości i rozkładu grubości warstwy termfisheru, model termfisher, model IS50) i tester koncentracji sondy rtęci (producent sprzętu, model 530L) do scharakteryzowania średniej i rozkładu grubości warstwy epitaxialnej i stężenia domieszkowania; Grubość i stężenie domieszkowania każdego punktu w warstwie epitaksjalnej określono przez przejmowanie punktów wzdłuż linii średnicy, przecinając normalną linię głównej krawędzi odniesienia w 45 ° w środku opłatek z usuwaniem krawędzi 5 mm. W przypadku wafla 150 mm 9 punktów wzięto wzdłuż linii jednej średnicy (dwie średnice były do ​​siebie prostopadłe), a dla wafla 200 mm pobrano 21 punktów, jak pokazano na ryc. 2. Obszaru siły atomowej (rozdzielczość EXTEGATER Producent wyposażenia), do wyboru ikony wymiaru modelu). Przetestuj chropowatość powierzchni warstwy epitaksjalnej; Wady warstwy epitaksjalnej zmierzono za pomocą testera defektu powierzchniowego (producent sprzętu China Electronics Kefenghua, Model Mars 4410 Pro) do charakterystyki.

2 Wyniki eksperymentalne i dyskusja

2.1 Grubość i jednolitość warstwy epitaksjalnej

Grubość warstwy epitaksjalnej, stężenie domieszkowania i jednolitość są jednym z podstawowych wskaźników oceny jakości waflów epitaksjalnych. Dokładnie kontrolowana grubość, stężenie domieszkowania i jednorodność w płytce są kluczem do zapewnienia wydajności i konsystencji urządzeń mocy SIC, a jednolitość grubości warstwy epitaksjalnej i stężenia domieszkowania są również ważnymi zasadami do pomiaru możliwości procesu sprzętu epitaxialnego.

Rycina 3 pokazuje krzywą jednolitości i rozkładu grubości 150 mm i 200 mm Wafle epitaksyjne SIC. Z figury można zauważyć, że krzywa rozkładu grubości warstwy epitaxialnej jest symetryczna wokół środkowego punktu wafla. Czas procesu epitaksjalnego wynosi 600 s, średnia grubość warstwy epitaksjalnej 150 mm wafla epitaksjalnego wynosi 10,89 μm, a jednolitość grubości wynosi 1,05%. Według obliczeń stopa wzrostu epitaksjalnego wynosi 65,3 μm/h, co jest typowym szybkim poziomem procesu epitaksjalnego. W tym samym czasie procesu epitaksjalnego grubość warstwy epitaksjalnej 200 mm wafla epitaksjalnego wynosi 10,10 μm, jednolitość grubości wynosi 1,36%, a ogólna szybkość wzrostu wynosi 60,60 μm/h, co jest nieco niższe niż 150 mm szybkość wzrostu epitaxialnego. Wynika to z faktu, że po drodze jest oczywista strata, gdy źródło krzemu i źródło węgla przepływają z góry komory reakcyjnej przez powierzchnię opłatek do poniżej komory reakcji, a powierzchnia wafla 200 mm jest większa niż 150 mm. Gaz przepływa przez powierzchnię wafla 200 mm na dłuższą odległość, a po drodze spożywany gaz źródłowy. Pod warunkiem, że wafel ciągle się obraca, ogólna grubość warstwy epitaksjalnej jest cieńsza, więc tempo wzrostu jest wolniejsze. Ogólnie rzecz biorąc, równomierność grubości 150 mm i 200 mm wafle epitaksyjne jest doskonałe, a możliwości procesu sprzętu może spełniać wymagania urządzeń wysokiej jakości.

2.2 Stężenie i jednolitość warstwy epitaksjalnej

Rycina 4 pokazuje jednorodność stężenia domieszkowania i rozkład krzywej 150 mm i 200 mm Wafle epitaksjalne SIC. Jak widać na rysunku, krzywa rozkładu stężenia na waflu epitaksjalnym ma oczywistą symetrię w stosunku do środka wafla. Jednomierność stężenia domieszkowania wynoszących warstw epitaksjalnych 150 mm i 200 mm wynosi odpowiednio 2,80% i 2,66%, co można kontrolować w ciągu 3%, co jest doskonałym poziomem wśród podobnego sprzętu międzynarodowego. Krzywa stężenia domieszkowania warstwy epitaksjalnej jest rozmieszczona w kształcie „W” wzdłuż kierunku średnicy, który jest głównie determinowany przez pole przepływowe poziomego pieca na wlotu gorącej ściany, a kierunek przepływu powietrza w temperaturze przepływu powietrza pochodzi z pieca wyborczego na powierzchni; Ponieważ szybkość „wyczerpania się ze sobą” źródła węgla (C2H4) jest wyższa niż źródło krzemu (TCS), gdy wafel obraca się, rzeczywista C/Si na powierzchni opłatek stopniowo zmniejsza się od krawędzi do środka (źródło węgla w środku jest mniejsze), według „teorii pozycji konkurencyjnej” C i N, stężenie domina w środku skraju. Aby uzyskać doskonałą jednorodność stężenia, krawędź N2 jest dodawana jako kompensacja podczas procesu epitaksjalnego, aby spowolnić spadek stężenia domieszkowania od środka do krawędzi, tak że końcowa krzywa stężenia domieszkowania ma kształt „W”.

2.3 Wady warstwy epitaksjalne

Oprócz grubości i stężenia domieszkowania poziom kontroli defektu warstwy epitaksjalnej jest również parametrem podstawowym do pomiaru jakości waflów epitaksjalnych i ważnym wskaźnikiem możliwości procesu sprzętu epitaksjalnego. Chociaż SBD i MOSFET mają różne wymagania dotyczące defektów, bardziej oczywiste wady morfologii powierzchni, takie jak wady kropli, wady trójkąta, defekty marchwi i wady komety są definiowane jako wady zabójcze dla urządzeń SBD i MOSFET. Prawdopodobieństwo awarii układów zawierających te wady jest wysokie, więc kontrolowanie liczby wad zabójczych jest niezwykle ważne dla poprawy wydajności ChIP i zmniejszenia kosztów. Rycina 5 pokazuje rozkład wad zabójczych 150 mm i 200 mm Wafle epitaksyjne SIC. Pod warunkiem, że nie ma oczywistej nierównowagi w stosunku C/SI, defekty marchwi i wady komety mogą być zasadniczo wyeliminowane, podczas gdy wady zrzutu i wady trójkąta są powiązane z kontrolą czystości podczas obsługi urządzeń epitaksjalnych, poziom zanieczyszczenia części grafitowych w komorze reakcyjnej oraz jakością podłoża. Z tabeli 2 widzimy, że gęstość defektów śmiertelnych 150 mm i 200 mm Wafle epitaksjalne można kontrolować w ciągu 0,3 cząstek/cm2, co jest doskonałym poziomem dla tego samego rodzaju sprzętu. Poziom kontroli gęstości defektu śmiertelnego wynoszący 150 mm wafla epitaksyjna jest lepszy niż w przypadku wafla epitaksjalnego 200 mm. Wynika to z faktu, że proces przygotowania podłoża 150 mm jest bardziej dojrzały niż 200 mm, jakość substratu jest lepsza, a poziom kontroli zanieczyszczeń 150 mm komory reakcji grafitowej jest lepszy.

2.4 Chropowatość powierzchni wafla epitaksjalnego

Rycina 6 pokazuje obrazy AFM powierzchni 150 mm i 200 mM Epitaksjalne płytki SIC. Jak widać na rysunku, średnia chropowatość kwadratowa powierzchniowa Ra wynosząca 150 mm i 200 mM wafle epitaksjalne wynosi odpowiednio 0,129 nm i 0,113 nm, a powierzchnia warstwy epitaksjalnej jest gładka, bez oczywistych zjawisk agregacji makro kroku, co wskazuje, że wzrost wzrostu stopniowego wzrostu. Można zauważyć, że warstwę epitaksjalną o gładkiej powierzchni można uzyskać na podłożach o niskim kątu 150 mm i 200 mm za pomocą zoptymalizowanego procesu wzrostu epitaksjalnego.

3. Wnioski

Wafle homoepitaksyjne o długości 150 mm i 200 mM 4H-SIC zostały pomyślnie przygotowane na podłożach krajowych przy użyciu samozwańczego urządzenia do wzrostu epitaksjalnego SIC, a opracowano proces homoepitaxialny odpowiedni dla 150 mm i 200 mm. Szybkość wzrostu epitaksjalnego może być większa niż 60 μm/h. Podczas spełnienia wymagań o szybkiej epitaksji jakość wafla epitaksjalnego jest doskonała. Jednomierność grubości 150 mm i 200 mM Wafle epitaksyjne SIC można kontrolować w odległości 1,5%, jednorodność stężenia jest mniejsza niż 3%, śmiertelna gęstość defektów jest mniejsza niż 0,3 cząstek/cm2, a średnia chropowatość powierzchni nabrzeżnej powierzchni średnia kwadratowa Ra jest mniejsza niż 0,15 nm. Podstawowe wskaźniki procesu waflów epitaksjalnych są na poziomie zaawansowanym w branży.

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

Vetek Semiconductor jest profesjonalnym chińskim producentemCVD SIC powlekany sufit, Dysza powlekania CVD SIC, IPierścień wlotowy powłoki sic.  Vetek Semiconductor jest zaangażowany w dostarczanie zaawansowanych rozwiązań dla różnych produktów SIC wafel dla przemysłu półprzewodnikowego.

Jeśli jesteś zainteresowany8-calowy piec epitaksjalny i proces homoepitaxialny, prosimy o kontakt bezpośrednio.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -mail: anny@veteksemi.com