Επιταξιακός κλίβανος SiC 8 ιντσών και έρευνα ομοεπιταξικής διαδικασίας

Επί του παρόντος, η βιομηχανία SiC μεταμορφώνεται από 150 mm (6 ίντσες) σε 200 mm (8 ίντσες). Προκειμένου να καλυφθεί η επείγουσα ζήτηση για μεγάλου μεγέθους, υψηλής ποιότητας ομοεπιταξιακές γκοφρέτες SiC στη βιομηχανία, οι ομοεπιταξιακές γκοφρέτες 150 mm και 200 ​​mm 4H-SiC παρασκευάστηκαν με επιτυχία σε οικιακά υποστρώματα χρησιμοποιώντας τον ανεξάρτητα αναπτυγμένο εξοπλισμό επιταξιακής ανάπτυξης SiC 200 mm. Αναπτύχθηκε μια ομοεπιταξιακή διαδικασία κατάλληλη για 150 mm και 200 ​​mm, στην οποία ο ρυθμός επιταξιακής ανάπτυξης μπορεί να είναι μεγαλύτερος από 60 μm/h. Ενώ πληροί την επιταξία υψηλής ταχύτητας, η επιταξιακή ποιότητα της γκοφρέτας είναι εξαιρετική. Η ομοιομορφία πάχους των επιταξιακών γκοφρετών SiC 150 mm και 200 ​​mm μπορεί να ελεγχθεί εντός 1,5%, η ομοιομορφία συγκέντρωσης είναι μικρότερη από 3%, η πυκνότητα θανατηφόρου ελαττώματος είναι μικρότερη από 0,3 σωματίδια/cm2 και η μέση τραχύτητα της επιταξιακής επιφάνειας της ρίζας Ra είναι λιγότερο από 0,15 nm και όλοι οι βασικοί δείκτες διεργασιών βρίσκονται στο προηγμένο επίπεδο του κλάδου.

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένας από τους εκπροσώπους των υλικών ημιαγωγών τρίτης γενιάς. Έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής ισχύος πεδίου διάσπασης, της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας, της μεγάλης ταχύτητας μετατόπισης κορεσμού ηλεκτρονίων και της ισχυρής αντίστασης στην ακτινοβολία. Έχει επεκτείνει σημαντικά την ικανότητα επεξεργασίας ενέργειας των συσκευών ισχύος και μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις σέρβις της επόμενης γενιάς ηλεκτρονικού εξοπλισμού ισχύος για συσκευές με υψηλή ισχύ, μικρό μέγεθος, υψηλή θερμοκρασία, υψηλή ακτινοβολία και άλλες ακραίες συνθήκες. Μπορεί να μειώσει το χώρο, να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας και να μειώσει τις απαιτήσεις ψύξης. Έχει φέρει επαναστατικές αλλαγές στα νέα ενεργειακά οχήματα, τις σιδηροδρομικές μεταφορές, τα έξυπνα δίκτυα και άλλους τομείς. Ως εκ τούτου, οι ημιαγωγοί καρβιδίου του πυριτίου έχουν αναγνωριστεί ως το ιδανικό υλικό που θα οδηγήσει την επόμενη γενιά ηλεκτρονικών συσκευών υψηλής ισχύος. Τα τελευταία χρόνια, χάρη στην υποστήριξη της εθνικής πολιτικής για την ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών τρίτης γενιάς, η έρευνα και η ανάπτυξη και η κατασκευή του βιομηχανικού συστήματος συσκευών SiC 150 mm έχουν ουσιαστικά ολοκληρωθεί στην Κίνα και η ασφάλεια της βιομηχανικής αλυσίδας έχει ήταν βασικά εγγυημένη. Ως εκ τούτου, η εστίαση του κλάδου έχει σταδιακά μετατοπιστεί στον έλεγχο του κόστους και στη βελτίωση της αποδοτικότητας. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, σε σύγκριση με τα 150 mm, τα 200 mm SiC έχουν υψηλότερο ρυθμό χρησιμοποίησης των άκρων και η απόδοση των τσιπ μεμονωμένων πλακιδίων μπορεί να αυξηθεί κατά περίπου 1,8 φορές. Αφού ωριμάσει η τεχνολογία, το κόστος κατασκευής ενός τσιπ μπορεί να μειωθεί κατά 30%. Η τεχνολογική ανακάλυψη των 200 mm είναι ένα άμεσο μέσο «μείωσης του κόστους και αύξησης της απόδοσης» και είναι επίσης το κλειδί για τη βιομηχανία ημιαγωγών της χώρας μου να «τρέχει παράλληλα» ή ακόμα και να «ηγείται».

Διαφορετικά από τη διαδικασία της συσκευής Si, οι συσκευές ισχύος ημιαγωγών SiC υποβάλλονται σε επεξεργασία και προετοιμάζονται με επιταξιακά στρώματα ως ακρογωνιαίο λίθο. Οι επιταξιακές γκοφρέτες είναι απαραίτητα βασικά υλικά για συσκευές ισχύος SiC. Η ποιότητα του επιταξιακού στρώματος καθορίζει άμεσα την απόδοση της συσκευής και το κόστος της αντιστοιχεί στο 20% του κόστους κατασκευής του τσιπ. Επομένως, η επιταξιακή ανάπτυξη είναι ένας ουσιαστικός ενδιάμεσος κρίκος στις συσκευές ισχύος SiC. Το ανώτερο όριο του επιπέδου επιταξιακής διεργασίας καθορίζεται από τον επιταξιακό εξοπλισμό. Προς το παρόν, ο βαθμός εντοπισμού του εγχώριου επιταξιακού εξοπλισμού SiC 150 mm είναι σχετικά υψηλός, αλλά η συνολική διάταξη των 200 mm υστερεί σε σχέση με το διεθνές επίπεδο ταυτόχρονα. Ως εκ τούτου, προκειμένου να λυθούν οι επείγουσες ανάγκες και τα προβλήματα συμφόρησης της κατασκευής επιταξιακού υλικού μεγάλου μεγέθους, υψηλής ποιότητας για την ανάπτυξη της εγχώριας βιομηχανίας ημιαγωγών τρίτης γενιάς, αυτή η εργασία παρουσιάζει τον επιταξιακό εξοπλισμό 200 mm SiC που αναπτύχθηκε με επιτυχία στη χώρα μου. και μελετά την επιταξιακή διαδικασία. Με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων διεργασίας όπως η θερμοκρασία διεργασίας, ο ρυθμός ροής του φέροντος αερίου, ο λόγος C/Si κ.λπ., η ομοιομορφία συγκέντρωσης <3%, η ανομοιομορφία πάχους <1,5%, η τραχύτητα Ra <0,2 nm και η πυκνότητα θανατηφόρου ελαττώματος <0,3 σωματίδια /cm2 από 150 mm και 200 ​​mm SiC επιταξιακές γκοφρέτες με αυτοαναπτυγμένο επιταξιακό κλίβανο καρβιδίου του πυριτίου 200 mm λαμβάνονται. Το επίπεδο διαδικασίας εξοπλισμού μπορεί να καλύψει τις ανάγκες της υψηλής ποιότητας προετοιμασίας συσκευών ισχύος SiC.

1 Πειράματα

1.1 Αρχή της επιταξιακής διεργασίας SiC

Η διαδικασία ομοεπιταξιακής ανάπτυξης 4H-SiC περιλαμβάνει κυρίως 2 βασικά βήματα, συγκεκριμένα, επιτόπια χάραξη υψηλής θερμοκρασίας του υποστρώματος 4H-SiC και διαδικασία ομοιογενούς χημικής εναπόθεσης ατμών. Ο κύριος σκοπός της επιτόπιας χάραξης του υποστρώματος είναι η αφαίρεση της υποεπιφανειακής ζημιάς του υποστρώματος μετά από γυάλισμα με γκοφρέτα, υπολειμματικό γυαλιστικό υγρό, σωματίδια και στρώμα οξειδίου και μπορεί να σχηματιστεί μια κανονική δομή ατομικού βήματος στην επιφάνεια του υποστρώματος με χάραξη. Η επιτόπια χάραξη πραγματοποιείται συνήθως σε ατμόσφαιρα υδρογόνου. Σύμφωνα με τις πραγματικές απαιτήσεις της διαδικασίας, μπορεί επίσης να προστεθεί μια μικρή ποσότητα βοηθητικού αερίου, όπως υδροχλώριο, προπάνιο, αιθυλένιο ή σιλάνιο. Η θερμοκρασία της επιτόπιας χάραξης υδρογόνου είναι γενικά πάνω από 1 600 ℃ και η πίεση του θαλάμου αντίδρασης γενικά ελέγχεται κάτω από 2×104 Pa κατά τη διαδικασία χάραξης.

Αφού η επιφάνεια του υποστρώματος ενεργοποιηθεί με επιτόπια χάραξη, εισέρχεται στη διαδικασία εναπόθεσης χημικών ατμών σε υψηλή θερμοκρασία, δηλαδή στην πηγή ανάπτυξης (όπως αιθυλένιο/προπάνιο, TCS/σιλάνιο), πηγή ντόπινγκ (πηγή ντόπινγκ τύπου άζωτο). , πηγή ντόπινγκ τύπου p TMAl) και βοηθητικό αέριο όπως υδροχλώριο μεταφέρονται στον θάλαμο αντίδρασης μέσω μεγάλης ροής αερίου-φορέα (συνήθως υδρογόνο). Αφού το αέριο αντιδράσει στον θάλαμο αντίδρασης υψηλής θερμοκρασίας, μέρος του προδρόμου αντιδρά χημικά και προσροφάται στην επιφάνεια του πλακιδίου και σχηματίζεται ένα μονοκρυσταλλικό ομοιογενές επιταξιακό στρώμα 4H-SiC με συγκεκριμένη συγκέντρωση ντόπινγκ, ειδικό πάχος και υψηλότερη ποιότητα. στην επιφάνεια του υποστρώματος χρησιμοποιώντας το μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα 4H-SiC ως πρότυπο. Μετά από χρόνια τεχνικής εξερεύνησης, η ομοεπιταξιακή τεχνολογία 4H-SiC έχει βασικά ωριμάσει και χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική παραγωγή. Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη ομοεπιταξιακή τεχνολογία 4H-SiC στον κόσμο έχει δύο τυπικά χαρακτηριστικά: (1) Χρήση λοξής κοπής υποστρώματος εκτός άξονα (σε σχέση με το <0001> κρυσταλλικό επίπεδο, προς την κατεύθυνση του κρυστάλλου <11-20>) πρότυπο, ένα υψηλής καθαρότητας μονοκρυσταλλικό επιταξιακό στρώμα 4H-SiC χωρίς ακαθαρσίες εναποτίθεται στο υπόστρωμα με τη μορφή τρόπου ανάπτυξης σταδιακής ροής. Η πρώιμη ομοεπιταξιακή ανάπτυξη 4H-SiC χρησιμοποίησε ένα θετικό κρυσταλλικό υπόστρωμα, δηλαδή το επίπεδο Si <0001> για ανάπτυξη. Η πυκνότητα των ατομικών βημάτων στην επιφάνεια του θετικού κρυσταλλικού υποστρώματος είναι χαμηλή και οι βεράντες είναι φαρδιές. Η δισδιάστατη ανάπτυξη πυρήνων είναι εύκολο να συμβεί κατά τη διαδικασία της επιταξίας για να σχηματιστεί 3C κρυστάλλινο SiC (3C-SiC). Με κοπή εκτός άξονα, μπορούν να εισαχθούν ατομικά βήματα υψηλής πυκνότητας, στενού πλάτους βεράντας στην επιφάνεια του υποστρώματος 4H-SiC <0001> και ο προσροφημένος πρόδρομος μπορεί να φτάσει αποτελεσματικά στη θέση ατομικού βήματος με σχετικά χαμηλή επιφανειακή ενέργεια μέσω της διάχυσης της επιφάνειας . Στο στάδιο, η θέση σύνδεσης ατόμου προδρόμου/μοριακής ομάδας είναι μοναδική, έτσι στη λειτουργία ανάπτυξης βηματικής ροής, το επιταξιακό στρώμα μπορεί τέλεια να κληρονομήσει την αλληλουχία στοίβαξης διπλού ατομικού στρώματος Si-C του υποστρώματος για να σχηματίσει έναν μονό κρύσταλλο με τον ίδιο κρύσταλλο φάση ως υπόστρωμα. (2) Η επιταξιακή ανάπτυξη υψηλής ταχύτητας επιτυγχάνεται με την εισαγωγή μιας πηγής πυριτίου που περιέχει χλώριο. Στα συμβατικά συστήματα εναπόθεσης χημικών ατμών SiC, το σιλάνιο και το προπάνιο (ή το αιθυλένιο) είναι οι κύριες πηγές ανάπτυξης. Στη διαδικασία αύξησης του ρυθμού ανάπτυξης αυξάνοντας τον ρυθμό ροής της πηγής ανάπτυξης, καθώς η μερική πίεση ισορροπίας του συστατικού πυριτίου συνεχίζει να αυξάνεται, είναι εύκολο να σχηματιστούν συστάδες πυριτίου με ομοιογενή πυρήνωση αέριας φάσης, γεγονός που μειώνει σημαντικά τον ρυθμό χρήσης του πηγή πυριτίου. Ο σχηματισμός συστάδων πυριτίου περιορίζει σημαντικά τη βελτίωση του επιταξιακού ρυθμού ανάπτυξης. Ταυτόχρονα, οι συστάδες πυριτίου μπορούν να διαταράξουν την ανάπτυξη της βηματικής ροής και να προκαλέσουν πυρήνωση ελαττώματος. Προκειμένου να αποφευχθεί ο σχηματισμός πυρήνων ομογενούς αέριας φάσης και να αυξηθεί ο επιταξιακός ρυθμός ανάπτυξης, η εισαγωγή πηγών πυριτίου με βάση το χλώριο είναι επί του παρόντος η κύρια μέθοδος για την αύξηση του επιταξιακού ρυθμού ανάπτυξης του 4H-SiC.

Επιταξιακός εξοπλισμός και συνθήκες διεργασίας SiC 1,2 200 mm (8 ιντσών).

Τα πειράματα που περιγράφονται σε αυτό το έγγραφο διεξήχθησαν όλα σε ένα συμβατό μονολιθικό οριζόντιο θερμό τοίχο SiC επιταξιακό εξοπλισμό 150/200 mm (6/8 ιντσών) που αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από το 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Ο επιταξιακός κλίβανος υποστηρίζει πλήρως αυτόματη φόρτωση και εκφόρτωση πλακιδίων. Το σχήμα 1 είναι ένα σχηματικό διάγραμμα της εσωτερικής δομής του θαλάμου αντίδρασης του επιταξιακού εξοπλισμού. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1, το εξωτερικό τοίχωμα του θαλάμου αντίδρασης είναι ένα κουδούνι χαλαζία με ένα υδρόψυκτο ενδιάμεσο στρώμα και το εσωτερικό του κουδουνιού είναι ένας θάλαμος αντίδρασης υψηλής θερμοκρασίας, ο οποίος αποτελείται από θερμομονωτική τσόχα άνθρακα, υψηλής καθαρότητας ειδική κοιλότητα γραφίτη, περιστρεφόμενη βάση με αέριο γραφίτη, κ.λπ. Ολόκληρο το κουδούνι χαλαζία καλύπτεται με ένα κυλινδρικό επαγωγικό πηνίο και ο θάλαμος αντίδρασης μέσα στο κουδούνι θερμαίνεται ηλεκτρομαγνητικά μέσω επαγωγικής τροφοδοσίας μέσης συχνότητας. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1 (β), το φέρον αέριο, το αέριο αντίδρασης και το αέριο ντόπινγκ ρέουν όλα διαμέσου της επιφάνειας του πλακιδίου σε μια οριζόντια στρωτή ροή από το ανάντη του θαλάμου αντίδρασης προς τα κατάντη του θαλάμου αντίδρασης και απορρίπτονται από την ουρά τέλος αερίου. Για να εξασφαλιστεί η συνοχή μέσα στη γκοφρέτα, η γκοφρέτα που μεταφέρεται από την πλωτή βάση αέρα περιστρέφεται πάντα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.

Το υπόστρωμα που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα είναι ένα εμπορικό υπόστρωμα 150 mm, 200 mm (6 ίντσες, 8 ίντσες) <1120> κατεύθυνσης 4° εκτός γωνίας αγώγιμο n-τύπου 4H-SiC διπλής όψης γυαλισμένο υπόστρωμα SiC που παράγεται από την Shanxi Shuoke Crystal. Το τριχλωροσιλάνιο (SiHCl3, TCS) και το αιθυλένιο (C2H4) χρησιμοποιούνται ως οι κύριες πηγές ανάπτυξης στο πείραμα της διαδικασίας, μεταξύ των οποίων τα TCS και C2H4 χρησιμοποιούνται ως πηγή πυριτίου και πηγή άνθρακα αντίστοιχα, άζωτο υψηλής καθαρότητας (N2) χρησιμοποιείται ως n- τύπου ντόπινγκ, και το υδρογόνο (Η2) χρησιμοποιείται ως αέριο αραίωσης και φέρον αέριο. Το εύρος θερμοκρασίας επιταξιακής διεργασίας είναι 1 600 ~ 1 660 ℃, η πίεση διεργασίας είναι 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa και ο ρυθμός ροής αερίου φέροντος H2 είναι 100 ~ 140 L/min.

1.3 Δοκιμή επιταξιακής γκοφρέτας και χαρακτηρισμός

Φασματόμετρο υπερύθρου Fourier (κατασκευαστής εξοπλισμού Thermalfisher, μοντέλο iS50) και ελεγκτής συγκέντρωσης ανιχνευτή υδραργύρου (κατασκευαστής εξοπλισμού Semilab, μοντέλο 530L) χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό του μέσου όρου και της κατανομής του πάχους της επιταξιακής στιβάδας και της συγκέντρωσης ντόπινγκ. Το πάχος και η συγκέντρωση ντόπινγκ κάθε σημείου στην επιταξιακή στιβάδα προσδιορίστηκαν λαμβάνοντας σημεία κατά μήκος της γραμμής διαμέτρου που τέμνει την κανονική γραμμή της κύριας ακμής αναφοράς στις 45° στο κέντρο του πλακιδίου με αφαίρεση άκρου 5 mm. Για μια γκοφρέτα 150 mm, λήφθηκαν 9 σημεία κατά μήκος μιας γραμμής μονής διαμέτρου (δύο διάμετροι ήταν κάθετες μεταξύ τους) και για μια γκοφρέτα 200 mm, ελήφθησαν 21 σημεία, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (κατασκευαστής εξοπλισμού Το Bruker, μοντέλο Dimension Icon) χρησιμοποιήθηκε για την επιλογή περιοχών 30 μm×30 μm στην κεντρική περιοχή και την περιοχή ακμής (αφαίρεση άκρου 5 mm) του επιταξιακού πλακιδίου για τη δοκιμή της τραχύτητας της επιφάνειας του επιταξιακού στρώματος. Τα ελαττώματα της επιταξιακής στρώσης μετρήθηκαν χρησιμοποιώντας έναν ελεγκτή ελαττωμάτων επιφάνειας (κατασκευαστής εξοπλισμού China Electronics Kefenghua, μοντέλο Mars 4410 pro) για χαρακτηρισμό.

2 Πειραματικά αποτελέσματα και συζήτηση

2.1 Πάχος επιταξιακής στρώσης και ομοιομορφία

Το πάχος του επιταξιακού στρώματος, η συγκέντρωση ντόπινγκ και η ομοιομορφία είναι ένας από τους βασικούς δείκτες για την αξιολόγηση της ποιότητας των επιταξιακών γκοφρετών. Το επακριβώς ελεγχόμενο πάχος, η συγκέντρωση ντόπινγκ και η ομοιομορφία εντός της γκοφρέτας είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της απόδοσης και της συνέπειας των συσκευών ισχύος SiC και το πάχος της επιταξιακής στρώσης και η ομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ είναι επίσης σημαντικές βάσεις για τη μέτρηση της ικανότητας διαδικασίας του επιταξιακού εξοπλισμού.

Το σχήμα 3 δείχνει την ομοιομορφία πάχους και την καμπύλη κατανομής των επιταξιακών δισκίων SiC 150 mm και 200 ​​mm. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η καμπύλη κατανομής του επιταξιακού πάχους του στρώματος είναι συμμετρική ως προς το κεντρικό σημείο της γκοφρέτας. Ο επιταξιακός χρόνος διεργασίας είναι 600 s, το μέσο πάχος επιταξιακής στρώσης της επιταξιακής γκοφρέτας 150 mm είναι 10,89 μm και η ομοιομορφία πάχους είναι 1,05%. Με υπολογισμό, ο επιταξιακός ρυθμός ανάπτυξης είναι 65,3 μm/h, που είναι ένα τυπικό επίπεδο γρήγορης επιταξιακής διεργασίας. Στον ίδιο χρόνο επιταξιακής διεργασίας, το πάχος επιταξιακής στρώσης της επιταξιακής γκοφρέτας 200 mm είναι 10,10 μm, η ομοιομορφία πάχους είναι εντός 1,36% και ο συνολικός ρυθμός ανάπτυξης είναι 60,60 μm/h, που είναι ελαφρώς χαμηλότερος από την επιταξιακή ανάπτυξη των 150 mm τιμή. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχει εμφανής απώλεια στην πορεία όταν η πηγή πυριτίου και η πηγή άνθρακα ρέουν από το ανάντη του θαλάμου αντίδρασης μέσω της επιφάνειας του πλακιδίου προς τα κάτω του θαλάμου αντίδρασης και η περιοχή του πλακιδίου 200 mm είναι μεγαλύτερη από τα 150 mm. Το αέριο ρέει μέσω της επιφάνειας της πλακέτας 200 mm για μεγαλύτερη απόσταση και το αέριο πηγής που καταναλώνεται στην πορεία είναι περισσότερο. Υπό την προϋπόθεση ότι η γκοφρέτα συνεχίζει να περιστρέφεται, το συνολικό πάχος της επιταξιακής στρώσης είναι πιο λεπτό, επομένως ο ρυθμός ανάπτυξης είναι πιο αργός. Συνολικά, η ομοιομορφία πάχους των επιταξιακών γκοφρετών 150 mm και 200 ​​mm είναι εξαιρετική και η ικανότητα επεξεργασίας του εξοπλισμού μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις συσκευών υψηλής ποιότητας.

2.2 Συγκέντρωση και ομοιομορφία ντόπινγκ επιταξιακής στιβάδας

Το Σχήμα 4 δείχνει την ομοιομορφία της συγκέντρωσης ντόπινγκ και την κατανομή της καμπύλης των επιταξιακών δισκίων SiC 150 mm και 200 ​​mm. Όπως φαίνεται από το σχήμα, η καμπύλη κατανομής της συγκέντρωσης στην επιταξιακή γκοφρέτα έχει εμφανή συμμετρία σε σχέση με το κέντρο της γκοφρέτας. Η ομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ των επιταξιακών στρωμάτων των 150 mm και 200 ​​mm είναι 2,80% και 2,66% αντίστοιχα, η οποία μπορεί να ελεγχθεί εντός 3%, που είναι ένα εξαιρετικό επίπεδο μεταξύ του διεθνούς παρόμοιου εξοπλισμού. Η καμπύλη συγκέντρωσης ντόπινγκ του επιταξιακού στρώματος κατανέμεται σε σχήμα "W" κατά μήκος της κατεύθυνσης της διαμέτρου, η οποία καθορίζεται κυρίως από το πεδίο ροής του επιταξιακού κλιβάνου οριζόντιου θερμού τοιχώματος, επειδή η κατεύθυνση ροής αέρα του κλιβάνου επιταξιακής ανάπτυξης οριζόντιας ροής αέρα είναι από το άκρο εισόδου αέρα (ανοδικά) και ρέει έξω από το κατάντη άκρο με στρωτή ροή διαμέσου της επιφάνειας του πλακιδίου. επειδή ο ρυθμός "κατά μήκος εξάντλησης" της πηγής άνθρακα (C2H4) είναι υψηλότερος από εκείνον της πηγής πυριτίου (TCS), όταν η γκοφρέτα περιστρέφεται, το πραγματικό C/Si στην επιφάνεια του πλακιδίου μειώνεται σταδιακά από την άκρη σε το κέντρο (η πηγή άνθρακα στο κέντρο είναι μικρότερη), σύμφωνα με τη «θεωρία ανταγωνιστικής θέσης» των C και N, η συγκέντρωση ντόπινγκ στο κέντρο της γκοφρέτας μειώνεται σταδιακά προς την άκρη. Προκειμένου να επιτευχθεί εξαιρετική ομοιομορφία συγκέντρωσης, το άκρο Ν2 προστίθεται ως αντιστάθμιση κατά τη διάρκεια της επιταξιακής διαδικασίας για να επιβραδυνθεί η μείωση της συγκέντρωσης ντόπινγκ από το κέντρο προς την άκρη, έτσι ώστε η τελική καμπύλη συγκέντρωσης ντόπινγκ να παρουσιάζει σχήμα "W".

2.3 Ελαττώματα επιταξιακού στρώματος

Εκτός από το πάχος και τη συγκέντρωση ντόπινγκ, το επίπεδο ελέγχου ελαττώματος επιταξιακού στρώματος είναι επίσης μια βασική παράμετρος για τη μέτρηση της ποιότητας των επιταξιακών πλακών και ένας σημαντικός δείκτης της ικανότητας διεργασίας του επιταξιακού εξοπλισμού. Παρόλο που το SBD και το MOSFET έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για ελαττώματα, πιο εμφανή ελαττώματα μορφολογίας επιφάνειας, όπως ελαττώματα πτώσης, ελαττώματα τριγώνου, ελαττώματα καρότου και ελαττώματα κομήτη ορίζονται ως ελαττώματα δολοφονίας για συσκευές SBD και MOSFET. Η πιθανότητα αποτυχίας των τσιπ που περιέχουν αυτά τα ελαττώματα είναι υψηλή, επομένως ο έλεγχος του αριθμού των ελαττωμάτων είναι εξαιρετικά σημαντικός για τη βελτίωση της απόδοσης των τσιπ και τη μείωση του κόστους. Το Σχήμα 5 δείχνει την κατανομή των ελαττωμάτων δολοφονίας των επιταξιακών πλακιδίων SiC 150 mm και 200 ​​mm. Υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει εμφανής ανισορροπία στην αναλογία C/Si, τα ελαττώματα καρότου και τα ελαττώματα του κομήτη μπορούν βασικά να εξαλειφθούν, ενώ τα ελαττώματα πτώσης και ελαττώματα τριγώνου σχετίζονται με τον έλεγχο καθαριότητας κατά τη λειτουργία του επιταξιακού εξοπλισμού, το επίπεδο ακαθαρσίας του γραφίτη μέρη στο θάλαμο αντίδρασης και την ποιότητα του υποστρώματος. Από τον Πίνακα 2, μπορούμε να δούμε ότι η πυκνότητα θανατηφόρου ελαττώματος των επιταξιακών πλακών 150 mm και 200 ​​mm μπορεί να ελεγχθεί εντός 0,3 σωματιδίων/cm2, το οποίο είναι ένα εξαιρετικό επίπεδο για τον ίδιο τύπο εξοπλισμού. Το επίπεδο ελέγχου πυκνότητας θανατηφόρου ελαττώματος της επιταξιακής γκοφρέτας 150 mm είναι καλύτερο από αυτό της επιταξιακής γκοφρέτας 200 mm. Αυτό συμβαίνει επειδή η διαδικασία προετοιμασίας υποστρώματος 150 mm είναι πιο ώριμη από αυτή των 200 mm, η ποιότητα του υποστρώματος είναι καλύτερη και το επίπεδο ελέγχου ακαθαρσιών του θαλάμου αντίδρασης γραφίτη 150 mm είναι καλύτερο.

2.4 Επιταξιακή τραχύτητα επιφάνειας γκοφρέτας

Το σχήμα 6 δείχνει τις εικόνες AFM της επιφάνειας των επιταξιακών πλακιδίων SiC 150 mm και 200 ​​mm. Όπως φαίνεται από το σχήμα, η μέση τετραγωνική τραχύτητα της επιφανειακής ρίζας Ra των επιταξιακών πλακιδίων 150 mm και 200 ​​mm είναι 0,129 nm και 0,113 nm αντίστοιχα, και η επιφάνεια του επιταξιακού στρώματος είναι λεία, χωρίς εμφανές φαινόμενο συσσωμάτωσης μακρο-βήματος, το οποίο υποδηλώνει ότι η ανάπτυξη του επιταξιακού στρώματος διατηρεί πάντα τον τρόπο ανάπτυξης βηματικής ροής κατά τη διάρκεια ολόκληρης της επιταξιακής διαδικασίας και δεν λαμβάνει χώρα συσσωμάτωση βημάτων. Μπορεί να φανεί ότι το επιταξιακό στρώμα με λεία επιφάνεια μπορεί να ληφθεί σε υποστρώματα χαμηλής γωνίας 150 mm και 200 ​​mm χρησιμοποιώντας τη βελτιστοποιημένη διαδικασία επιταξιακής ανάπτυξης.

3. Συμπεράσματα

Οι ομοεπιταξιακές γκοφρέτες 4H-SiC 150 mm και 200 ​​mm παρασκευάστηκαν με επιτυχία σε οικιακά υποστρώματα χρησιμοποιώντας τον αυτοαναπτυγμένο εξοπλισμό επιταξιακής ανάπτυξης SiC 200 mm και αναπτύχθηκε μια ομοεπιταξιακή διαδικασία κατάλληλη για 150 mm και 200 ​​mm. Ο επιταξιακός ρυθμός ανάπτυξης μπορεί να είναι μεγαλύτερος από 60 μm/h. Ενώ πληροί την απαίτηση επιταξίας υψηλής ταχύτητας, η επιταξιακή ποιότητα της γκοφρέτας είναι εξαιρετική. Η ομοιομορφία πάχους των επιταξιακών πλακών SiC 150 mm και 200 ​​mm μπορεί να ελεγχθεί εντός 1,5%, η ομοιομορφία συγκέντρωσης είναι μικρότερη από 3%, η πυκνότητα θανατηφόρου ελαττώματος είναι μικρότερη από 0,3 σωματίδια/cm2 και η μέση τραχύτητα της επιταξιακής επιφάνειας της ρίζας Ra είναι λιγότερο από 0,15 nm. Οι βασικοί δείκτες διεργασίας των επιταξιακών γκοφρετών βρίσκονται σε προηγμένο επίπεδο στον κλάδο.

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

Η VeTek Semiconductor είναι επαγγελματίας κινέζος κατασκευαστήςΟροφή με επίστρωση CVD SiC, Ακροφύσιο επίστρωσης CVD SiC, καιΔακτύλιος εισόδου επίστρωσης SiC.  Η VeTek Semiconductor δεσμεύεται να παρέχει προηγμένες λύσεις για διάφορα προϊόντα SiC Wafer για τη βιομηχανία ημιαγωγών.

Αν σας ενδιαφέρειΕπιταξιακός κλίβανος SiC 8 ιντσών και ομοεπιταξιακή διαδικασία, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας απευθείας.

Κιν: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

Email: anny@veteksemi.com