8-palčna raziskava Epitaxial peči in homoepitaksialnih procesov

Trenutno se industrija SIC spreminja s 150 mm (6 palcev) do 200 mm (8 palcev). Da bi zadostili nujnemu povpraševanju po velikih, kakovostnih sic homoepitaksialnih reziščih v industriji, so bili na domačih podlagah uspešno pripravljeni 150 mm in 200 mm 4H-SIC homoepitaksialne rezine z uporabo neodvisno razvite 200 mm sic epitaksialne rastne opreme. Razvit je bil homoepitaksialni postopek, primeren za 150 mM in 200 mm, v katerem je lahko epitaksialna stopnja rasti večja od 60 μm/h. Medtem ko se srečuje z epitaksijo visoke hitrosti, je kakovost epitaksialne rezine odlična. Enakomernost debeline 150 mM in 200 mM Epitaksialne rezine SIC lahko nadziramo v 1,5%, koncentracijska enakomernost je manjša od 3%, smrtna gostota napak je manjša od 0,3 delcev/cm2, epitaksialna površinska hrapavost pa je v industriji manjša od 0,15 nm in vseh jedrnih indikatorjev.

Silicijev karbid (SIC) je eden od predstavnikov polprevodniških materialov tretje generacije. Ima značilnosti trdnosti visoke razčlenitve, odlične toplotne prevodnosti, velike hitrosti nasičenosti elektronov in močne odpornosti na sevanje. Močno razširil je zmogljivost energijske obdelave napajalnih naprav in lahko ustreza servisnim zahtevam naslednje generacije električne elektronske opreme za naprave z veliko močjo, majhno velikostjo, visoko temperaturo, visoko sevanjem in drugimi ekstremnimi pogoji. Lahko zmanjša prostor, zmanjša porabo energije in zmanjša potrebe po hlajenju. Prinesla je revolucionarne spremembe novih energetskih vozil, železniškega prevoza, pametnih omrežij in drugih polj. Zato so polprevodniki iz silicijevega karbida postali prepoznani kot idealen material, ki bo vodil naslednjo generacijo elektronskih naprav z visoko močjo. V zadnjih letih so na Kitajskem v osnovi dokončani, zahvaljujoč nacionalni politični podpori za razvoj polprevodniške industrije tretje generacije, raziskave in razvoj ter gradnja 150 mm sistema naprav SIC, in varnost industrijske verige je bila v bistvu zagotovljena. Zato se je osredotočenost industrije postopoma preusmerila na nadzor stroškov in izboljšanje učinkovitosti. Kot je prikazano v preglednici 1, ima v primerjavi s 150 mm 200 mm SIC višjo hitrost uporabe robov, izhod enojnih rezin čipov pa se lahko poveča za približno 1,8 -krat. Ko tehnologija dozoreva, se lahko stroške proizvodnje enega čipa znižajo za 30%. Tehnološki preboj v višini 200 mm je neposredno sredstvo za "zmanjšanje stroškov in povečanje učinkovitosti", za polprevodniško industrijo moje države pa je tudi ključnega pomena, da "vodi vzporedno" ali celo "vodi".

SIC polprevodniške naprave, ki se razlikujejo od postopka naprave SI, so vse obdelane in pripravljene z epitaksialnimi plastmi kot temeljni kamen. Epitaksialne rezine so bistveni osnovni materiali za naprave SIC Power. Kakovost epitaksialne plasti neposredno določa donos naprave, njegovi stroški pa predstavljajo 20% stroškov proizvodnje čipov. Zato je epitaksialna rast bistvena vmesna povezava v naprav SIC Power. Zgornja meja ravni epitaksialnega procesa je določena z epitaksialno opremo. Trenutno je lokalizacijska stopnja domače 150 mm Epitaksialne opreme SIC razmeroma visoka, vendar skupna postavitev 200 mm zaostaja za mednarodnim nivojem hkrati. Zato za reševanje nujnih potreb in ozkih grl v veliko kakovostnem izdelavi epitaksialnih materialov velike velikosti za razvoj domače polprevodniške industrije tretje generacije uvaja 200 mm sic epitaksialne opreme, ki je bila uspešno razvita v moji državi, in preučuje proces epitaksiala. Z optimizacijo procesnih parametrov, kot so temperatura procesa, hitrost pretoka nosilca, razmerje C/Si itd. pridobljeno. Raven procesa opreme lahko ustreza potrebam kakovostne priprave naprav SIC.

1 poskusi

1.1 Načelo Epitaksialnega procesa SIC

Postopek homoepitaksialne rasti 4H-SIC vključuje predvsem dva ključna koraka, in sicer visokotemperaturni in-situ jedkanico s 4H-SIC substratom in homogenim postopkom odlaganja kemičnih hlapov. Glavni namen jedkanja na in-situ je odstraniti škodo podzemne površine po poliranju rezin, preostalega polirajočega tekočine, delcev in oksidne plasti ter redno strukturo atomske korake se lahko na površini substrata oblikujejo z jedkanjem. In-situ jedkanica se običajno izvaja v vodikovi atmosferi. V skladu z dejanskimi zahtevami procesa lahko dodamo tudi majhno količino pomožnega plina, kot so vodikov klorid, propan, etilen ali silan. Temperatura in-situ je jedkanica vodika na splošno nad 1 600 ℃, tlak reakcijske komore pa je med postopkom jedkanja na splošno nadzorovan pod 2 × 104 PA.

Po tem, ko se površina substrata aktivira z jedkanjem in situ, vstopi v visokotemperaturni postopek nanašanja kemičnih hlapov, to je vir rasti (na primer etilen/propan, TCS/Silan), vir dopinga (N-tipa dopinški vir nitrogena, P-tipa doping vir, ki se prenaša v hidrogeni komani, kot je hidrogeni vir, kot je Hydrogen, in avtirial, kot amiliarni plin, in avtilica, kot je auxily velik pretok nosilnega plina (običajno vodik). Potem ko plin reagira v visokotemperaturni reakcijski komori, del predhodnika reagira kemično in adsorbira na površini rezin, enokristalni homogeni 4H-SIC epitaksialni sloj s specifično koncentracijo dopinga, specifično debelino in večjo kakovostjo na površini substrata s pomočjo enokristalnega 4H-SIC substrata. Po letih tehničnega raziskovanja je homoepitaksialna tehnologija 4H-SIC v osnovi dozorela in se pogosto uporablja v industrijski proizvodnji. Najpogosteje uporabljena homoepitaksialna tehnologija 4H-SIC na svetu ima dve značilni značilnosti: (1) z uporabo osi (glede na kristalno ravnino <0001> proti smeri kristala <11-20>) poševno razrezajo substrat kot predloge, ki je v obliki ene kristalne rasti. Zgodnja homoepitaksialna rast 4H-SIC je za rast uporabila pozitiven kristalni substrat, to je <0001> Si ravnino SI. Gostota atomskih korakov na površini pozitivnega kristalnega substrata je nizka, terase pa široke. Dvodimenzionalna rast nukleacije je med postopkom epitaksija enostavno nastati tako, da tvori 3C kristalni sic (3C-SIC). Z rezanjem zunaj osi lahko na površini 4H-SIC <0001> substrata vnesemo ozke atomske korake širine terase, adsorbirani predhodniki pa lahko učinkovito dosežejo položaj atomskega koraka z relativno nizko površinsko energijo s površinsko difuzijo. Na koraku je položaj vezanja atoma/molekularnega predhodnika edinstven, tako da lahko v načinu rasti koraka pretok epitaksialni sloj odlično podeduje zaporedje zlaganja dvojne atomske plasti SI-C, da tvori en sam kristal z isto kristalno fazo kot substrat. (2) Epitaksialna rast visoke hitrosti dosežemo z uvedbo silicijevega vira, ki vsebuje klor. V običajnih sistemih za nalaganje kemičnih hlapov SIC sta glavni viri rasti Silan in propan (ali etilen). V procesu povečanja hitrosti rasti s povečanjem hitrosti pretoka vira rasti, saj se ravnotežni delni tlak silicijeve komponente še naprej povečuje, je enostavno oblikovati silicijeve grozde s homogenim plinskim faznim nukleacijo, kar znatno zmanjša hitrost uporabe vira silicija. Oblikovanje silicijevih grozdov močno omejuje izboljšanje stopnje epitaksialne rasti. Obenem lahko silicijevi grozdi motijo ​​rast korakov in povzročijo nukleacijo napak. Da bi se izognili nukleaciji homogene plinske faze in povečali stopnjo epitaksialne rasti, je uvedba silicijevih virov na osnovi klora trenutno glavna metoda za povečanje stopnje epitaksialne rasti 4H-SIC.

1,2 200 mm (8-palčna) Epitaksialna oprema in pogoji procesa

Vsi poskusi, opisani v tem prispevku, so bili izvedeni na 150/200 mm (6/8-palčni) združljivi monolitni horizontalni horizontalni stenski sic epitaksialni opremi, ki jo je neodvisno razvil 48. Inštitut za kitajsko elektronsko tehnološko skupino Corporation. Epitaksialna peč podpira popolnoma samodejno nalaganje in razkladanje rezin. Slika 1 je shematični diagram notranje strukture reakcijske komore epitaksialne opreme. Kot je prikazano na sliki 1, je zunanja stena reakcijske komore kremenčev zvon z vodno hlajenim vmesnim slojem, notranjost zvona pa je visokotemperaturna reakcijska komora, ki je sestavljena iz toplotne izolacijske ogljikove klobučevine, visoka čista posebna grafitna votlina, grafitni plin, ki se vrti, in celoten kremenčevo zvonček je zakrit s cylind. Bell je zvonček, ki je pokrit s cylind. segreva s srednjefrekvenčnim indukcijskim napajanjem. Kot je prikazano na sliki 1 (b), nosilni plin, reakcijski plin in dopinški plin pretaka skozi površino rezin v vodoravnem laminarnem toku od zgoraj od reakcijske komore do navzdol od reakcijske komore in se odvajajo s konca repnega plina. Za zagotovitev doslednosti znotraj rezine se med postopkom vedno zasuka rezina, ki jo nosi zračna plavalna podlaga.

Substrat, uporabljen v poskusu, je komercialni 150 mm, 200 mm (6 palcev, 8 palcev) <1120> smeri 4 ° zunajkotni prevodni dvostranski polirani sic-tip 4H-SIC, ki ga proizvaja kristal Shanxi Shuoke. Triklorosilan (SIHCL3, TCS) in etilen (C2H4) se uporabljata kot glavni viri rasti v procesnem poskusu, med katerimi se TCS in C2H4 uporabljata kot vir silicija in ogljikovega vira, se uporablja dušik z visoko naravo (N2), ki se uporablja kot N-tipa dopinški vir in hidrogen (H2), in hidrogen (H2) in hidrogen (H2) in hidrogen (H2) in hidrogen (H2) in hidrogen (H2), ki se je uporabljal, in honorirski vir (H2), in hidrogen (H2), ki se uporablja kot nosilca dopinga (H2). Temperaturno območje epitaksialnega procesa je 1 600 ~ 1 660 ℃, procesni tlak je 8 × 103 ~ 12 × 103 PA, hitrost pretoka nosilca H2 pa 100 ～ 140 l/min.

1.3 Epitaksialno testiranje in karakterizacija rezin

Fourierjeva infrardeča spektrometer (proizvajalec opreme Thermalfisher, model IS50) in tester za koncentracijo sonde živega srebra (proizvajalec opreme Semilab, model 530L) sta bila uporabljena za karakterizacijo srednje in porazdelitve debeline epitaksialne plasti in koncentracije dopinga; Koncentracija debeline in dopinga vsake točke v epitaksialni plasti sta bila določena tako, da smo vzeli točke vzdolž premerne črte, ki sekajo normalno črto glavnega referenčnega roba pri 45 ° na sredini rezine z odstranitvijo 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 test the površinska hrapavost epitaksialne plasti; Napake epitaksialne plasti so bile izmerjene z uporabo testerja površinske napake (proizvajalec opreme China Electronics Kefenghua, Model Mars 4410 Pro) za karakterizacijo.

2 eksperimentalni rezultati in razprava

2.1 Epitaksialna debelina in enakomernost

Epitaksialna debelina plasti, koncentracija dopinga in enakomernost so eden glavnih kazalnikov za presojo kakovosti epitaksialnih rezin. Natančno nadzorovana debelina, koncentracija dopinga in enakomernost v rezini so ključni za zagotavljanje zmogljivosti in skladnosti naprav SIC, debelina epitaksialne plasti in enotnost koncentracije dopinga pa sta tudi pomembna osnova za merjenje sposobnosti procesne epitaksialne opreme.

Slika 3 prikazuje enotnost debeline in krivulja porazdelitve 150 mm in 200 mm Epitaksialne rezine. Iz slike je razvidno, da je krivulja porazdelitve debeline epitaksialne plasti simetrična glede sredinske točke rezine. Čas epitaksialnega procesa je 600 s, povprečna debelina epitaksialne plasti 150 mm epitaksialne rezine je 10,89 μm, debelina pa 1,05%. Z izračunom je stopnja epitaksialne rasti 65,3 μm/h, kar je tipična hitrost hitrega epitaksialnega procesa. V istem času epitaksialnega procesa je debelina epitaksialne plasti 200 mM epitaksialne rezine 10,10 μm, enakomernost debeline pa je znotraj 1,36%, skupna hitrost rasti pa 60,60 μm/h, kar je nekoliko nižje od 150 mm epitaksialne hitrosti epitaksialne rasti. To je zato, ker je na poti očitna izguba, ko silicijev vir in vir ogljika pretaka od zgornjega toka reakcijske komore skozi površino rezin do navzdol od reakcijske komore, območje 200 mm pa je večje od 150 mm. Plin teče skozi površino 200 mm rezine za daljšo razdaljo, izvorni plin, porabljen na poti, pa je več. Pod pogojem, da se rezina še naprej vrti, je celotna debelina epitaksialne plasti tanjša, zato je hitrost rasti počasnejša. Na splošno je enotnost debeline 150 mm in 200 mm epitaksialne rezine odlična, procesna zmogljivost opreme pa lahko ustreza zahtevam visokokakovostnih naprav.

2.2 Epitaksialna koncentracija dopinga in enotnost dopinga

Slika 4 prikazuje enakomernost dopinške koncentracije in porazdelitev krivulje 150 mM in 200 mM Epitaksialne rezine SIC. Kot je razvidno iz slike, ima krivulja porazdelitve koncentracije na epitaksialni rezini očitno simetrijo glede na sredino rezine. Enakomernost koncentracije dopinga 150 mM in 200 mM epitaksialnih slojev je 2,80% oziroma 2,66%, kar je mogoče nadzorovati v 3%, kar je odlična raven med mednarodno podobno opremo. The doping concentration curve of the epitaxial layer is distributed in a "W" shape along the diameter direction, which is mainly determined by the flow field of the horizontal hot wall epitaxial furnace, because the airflow direction of the horizontal airflow epitaxial growth furnace is from the air inlet end (upstream) and flows out from the downstream end in a laminar flow through the wafer surface; Ker je hitrost "vzdolž izčrpavanja" vira ogljika (C2H4) višja od stopnje silicijevega vira (TCS), se dejanski c/si na površino rezine postopoma zmanjšuje od roba do središča (vir ogljika v središču je manjša), ki se stopnje CORFER spusti "teorija tekmovanja dopinga". Da bi dosegli odlično enakomernost koncentracije, se rob N2 med epitaksialnim postopkom doda kot kompenzacija, da se upočasni zmanjšanje koncentracije dopinga od središča do roba, tako da končna krivulja koncentracije dopinga predstavlja "W" obliko.

2.3 napake epitaksialne plasti

Poleg debeline in koncentracije dopinga je raven krmiljenja napak v epitaksialni plasti tudi jedrna parameter za merjenje kakovosti epitaksialnih rezin in pomemben pokazatelj procesne zmogljivosti epitaksialne opreme. Čeprav imata SBD in MOSFET različne zahteve za napake, so bolj očitne okvare površinske morfologije, kot so okvare kapljic, trikotne napake, korenčke in okvare kometov, opredeljene kot morilske napake za naprave SBD in MOSFET. Verjetnost neuspeha čipov, ki vsebujejo te napake, je velika, zato je nadzor števila napak ubijanja izredno pomembno za izboljšanje donosa čipov in zmanjšanje stroškov. Slika 5 prikazuje porazdelitev napak ubijanja 150 mm in 200 mm sic epitaksialnih rezin. Pod pogojem, da v razmerju C/Si ni očitnega neravnovesja, je mogoče okvare korenčkov in kometov v osnovi odpraviti, medtem ko so okvare kapljic in napake v trikotniku povezane s kontrolo čistoče med delovanjem epitaksialne opreme, nečistoče stopnje grafičnih delov v reakcijski komori in kakovosti substrata. Iz tabele 2 lahko razberemo, da je mogoče usodno gostoto napak 150 mM in 200 mM epitaksialne rezine nadzorovati znotraj 0,3 delcev/cm2, kar je odlična raven za isto vrsto opreme. Stopnja nadzora gostote smrtne napake 150 mM epitaksialne rezine je boljša od stopnje 200 mM epitaksialne rezine. To je zato, ker je 150 mm postopek priprave substrata bolj zrel kot pri 200 mm, kakovost substrata je boljša, stopnja nadzora nečistoče 150 mm grafitne reakcijske komore pa je boljša.

2.4 Epitaksialna hrapavost površine rezin

Slika 6 prikazuje slike AFM površine 150 mm in 200 mm Epitaksialne rezine. 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 se pojavi. Vidimo, da lahko epitaksialni sloj z gladko površino dobimo na 150 mm in 200 mm nizkokotnih substratih z uporabo optimiziranega procesa rasti epitaksiala.

3. Zaključki

150 mm in 200 mm 4H-SIC homoepitaksialne rezine so bili uspešno pripravljeni na domačih substratih z uporabo samorazvite 200 mm sic epitaksialne rastne opreme in razviti je bil homoepitaksialni postopek, primeren za 150 mm in 200 mm. Epitaksialna stopnja rasti je lahko večja od 60 μm/h. Medtem ko izpolnjuje zahteve po hitri epitaksiji, je kakovost epitaksialne rezine odlična. Enakomernost debeline 150 mM in 200 mM Epitaksialne rezine SIC lahko nadziramo v 1,5%, koncentracijska enakomernost je manjša od 3%, smrtna gostota okvare je manjša od 0,3 delcev/cm2, epitaksialna površinska hrapavost pa je povprečna kvadrat RA manj kot 0,15 nm. Osnovni kazalniki procesov epitaksialnih rezin so na napredni ravni v industriji.

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

Vetek Semiconductor je profesionalni kitajski proizvajalecCVD sic prevlečena strop, Šoba s sic prevleko CVDinSic prevlečen zahodni obroč.  Vetek Semiconductor se zavezuje k zagotavljanju naprednih rešitev za različne izdelke SIC rezin za industrijo polprevodnikov.

Če vas zanima8-palčni sic epitaksialni peč in homoepitaksialni postopek, prosimo, da nas kontaktirate neposredno.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -pošta: anny@veteksemi.com