8-inch SiC epitaxial furnace lan riset proses homoepitaxial

Saiki, industri SiC ganti saka 150 mm (6 inci) dadi 200 mm (8 inci). Kanggo nyukupi panjaluk sing penting kanggo wafer homoepitaxial SiC ukuran gedhe, kualitas dhuwur ing industri, wafer homoepitaxial 150 mm lan 200 mm 4H-SiC kasil disiapake ing substrat domestik nggunakake peralatan pertumbuhan epitaxial 200 mm SiC sing dikembangake kanthi mandiri. Proses homoepitaxial sing cocog kanggo 150 mm lan 200 mm dikembangake, ing endi tingkat pertumbuhan epitaxial bisa luwih saka 60 μm / jam. Nalika ketemu epitaxy kacepetan dhuwur, kualitas wafer epitaxial apik banget. Keseragaman ketebalan 150 mm lan 200 mm SiC wafer epitaxial bisa dikontrol ing 1,5%, keseragaman konsentrasi kurang saka 3%, Kapadhetan cacat fatal kurang saka 0,3 partikel / cm2, lan kekasaran permukaan epitaxial rata-rata persegi Ra kurang saka 0,15 nm, lan kabeh pratondho proses inti ing tingkat majeng industri.

Silicon Carbide (SiC) minangka salah sawijining wakil saka bahan semikonduktor generasi katelu. Nduwe karakteristik kekuatan lapangan rusak sing dhuwur, konduktivitas termal sing apik, kecepatan drift jenuh elektron sing gedhe, lan resistensi radiasi sing kuwat. Wis ngembangake kapasitas pangolahan energi piranti daya lan bisa nyukupi syarat layanan peralatan elektronik generasi sabanjure kanggo piranti kanthi daya dhuwur, ukuran cilik, suhu dhuwur, radiasi dhuwur lan kahanan ekstrim liyane. Bisa nyuda papan, nyuda konsumsi daya lan nyuda syarat pendinginan. Iki wis nggawa owah-owahan revolusioner kanggo kendaraan energi anyar, transportasi rel, jaringan pinter lan lapangan liyane. Mula, semikonduktor karbida silikon wis diakoni minangka bahan sing cocog sing bakal mimpin piranti elektronik daya dhuwur generasi sabanjure. Ing taun-taun pungkasan, thanks kanggo dhukungan kabijakan nasional kanggo pangembangan industri semikonduktor generasi katelu, riset lan pangembangan lan konstruksi sistem industri piranti 150 mm SiC wis rampung ing China, lan keamanan rantai industri wis rampung. wis Sejatine dijamin. Mulane, fokus industri wis mboko sithik pindhah menyang kontrol biaya lan dandan efisiensi. Minangka ditampilake ing Tabel 1, dibandhingake karo 150 mm, 200 mm SiC wis tingkat pemanfaatan pinggiran luwih, lan output Kripik wafer siji bisa tambah dening bab 1,8 kaping. Sawise teknologi diwasa, biaya manufaktur chip siji bisa dikurangi 30%. Terobosan teknologi 200 mm minangka sarana langsung "ngirangi biaya lan nambah efisiensi", lan uga minangka kunci kanggo industri semikonduktor negaraku "mlaku paralel" utawa malah "timbal".

Beda karo proses piranti Si, piranti daya semikonduktor SiC kabeh diproses lan disiapake kanthi lapisan epitaxial minangka landasan. Wafer epitaxial minangka bahan dhasar sing penting kanggo piranti daya SiC. Kualitas lapisan epitaxial langsung nemtokake asil piranti kasebut, lan biaya kasebut 20% saka biaya manufaktur chip. Mulane, wutah epitaxial minangka link penengah penting ing piranti daya SiC. Watesan ndhuwur tingkat proses epitaxial ditemtokake dening peralatan epitaxial. Saiki, tingkat lokalisasi peralatan epitaxial 150 mm SiC domestik relatif dhuwur, nanging tata letak sakabèhé 200 mm lags ing tingkat internasional ing wektu sing padha. Mulane, kanggo ngatasi kabutuhan mendesak lan masalah bottleneck saka manufaktur bahan epitaxial ukuran gedhe lan berkualitas tinggi kanggo pangembangan industri semikonduktor generasi katelu domestik, makalah iki ngenalake peralatan epitaxial 200 mm SiC sing sukses dikembangake ing negaraku, lan nyinaoni proses epitaxial. Kanthi ngoptimalake parameter proses kayata suhu proses, laju aliran gas pembawa, rasio C / Si, lan liya-liyane, keseragaman konsentrasi <3%, ketebalan non-keseragaman <1,5%, kekasaran Ra <0,2 nm lan kapadhetan cacat fatal <0,3 partikel. / cm2 saka 150 mm lan 200 mm SiC wafers epitaxial karo poto-dikembangaké 200 mm silikon carbide tungku epitaxial dijupuk. Tingkat proses peralatan bisa nyukupi kabutuhan persiapan piranti daya SiC sing berkualitas.

1 Eksperimen

1.1 Prinsip proses epitaxial SiC

Proses pertumbuhan homoepitaxial 4H-SiC utamane kalebu 2 langkah kunci, yaiku, etsa ing-situ suhu dhuwur saka substrat 4H-SiC lan proses deposisi uap kimia homogen. Tujuan utama etsa ing papan yaiku mbusak karusakan subsurface saka landasan sawise polishing wafer, cairan polishing residual, partikel lan lapisan oksida, lan struktur langkah atom biasa bisa dibentuk ing permukaan substrat kanthi etsa. In-situ etching biasane ditindakake ing atmosfer hidrogen. Miturut syarat proses nyata, jumlah cilik saka gas tambahan uga bisa ditambahake, kayata hidrogen klorida, propana, etilena utawa silane. Suhu etsa hidrogen ing-situ umume ndhuwur 1 600 ℃, lan tekanan saka kamar reaksi umume dikontrol ing ngisor 2 × 104 Pa sajrone proses etsa.

Sawise lumahing landasan diaktifake dening etching in-situ, iku lumebu ing suhu dhuwur proses deposisi uap kimia, yaiku, sumber wutah (kayata etilena / propana, TCS / silane), sumber doping (n-jinis doping sumber nitrogen. , sumber doping tipe-p TMAl), lan gas tambahan kayata hidrogen klorida diangkut menyang kamar reaksi liwat aliran gedhe saka gas pembawa (biasane hidrogen). Sawise gas ditanggepi ing kamar reaksi suhu dhuwur, bagéan saka prekursor reaksi kimia lan adsorbs ing lumahing wafer, lan siji-kristal homogen lapisan epitaxial 4H-SiC karo konsentrasi doping tartamtu, kekandelan tartamtu, lan kualitas sing luwih dhuwur kawangun. ing lumahing substrat nggunakake siji-kristal 4H-SiC substrat minangka cithakan. Sawise pirang-pirang taun eksplorasi teknis, teknologi homoepitaxial 4H-SiC wis mateng lan akeh digunakake ing produksi industri. Teknologi homoepitaxial 4H-SiC sing paling akeh digunakake ing donya nduweni rong ciri khas: (1) Nggunakake sumbu mati (relatif karo bidang kristal <0001>, menyang arah kristal <11-20>) substrat potong miring minangka Cithakan, lapisan epitaxial 4H-SiC kristal siji-kemurnian dhuwur tanpa impurities disimpen ing landasan ing wangun mode wutah langkah-aliran. Wutah homoepitaxial 4H-SiC awal nggunakake substrat kristal positif, yaiku, bidang <0001> Si kanggo wutah. Kapadhetan langkah-langkah atom ing lumahing substrat kristal positif kurang lan terraces amba. Wutah nukleasi rong dimensi gampang kedadeyan sajrone proses epitaksi kanggo mbentuk kristal 3C SiC (3C-SiC). Kanthi nglereni sumbu mati, dhuwur-Kapadhetan, langkah-langkah atom amba teras sempit bisa dienalake ing permukaan substrat 4H-SiC <0001>, lan prekursor adsorbed kanthi efektif bisa nggayuh posisi langkah atom kanthi energi permukaan sing relatif kurang liwat difusi permukaan. . Ing langkah kasebut, posisi ikatan gugus atom/molekul prekursor unik, saéngga ing mode pertumbuhan aliran langkah, lapisan epitaxial kanthi becik bisa marisi urutan tumpukan lapisan atom kaping pindho Si-C saka landasan kanggo mbentuk kristal siji kanthi kristal sing padha. fase minangka substrat. (2) Wutah epitaxial kanthi kacepetan dhuwur digayuh kanthi ngenalake sumber silikon sing ngemot klorin. Ing sistem deposisi uap kimia SiC konvensional, silane lan propana (utawa etilena) minangka sumber pertumbuhan utama. Ing proses nambah tingkat wutah kanthi nambah tingkat aliran sumber wutah, minangka tekanan sebagean keseimbangn saka komponen silikon terus kanggo nambah, iku gampang kanggo mbentuk kluster silikon dening nukleasi phase gas podho, kang Ngartekno nyuda tingkat pemanfaatan saka sumber silikon. Pembentukan kluster silikon mbatesi paningkatan tingkat pertumbuhan epitaxial. Ing wektu sing padha, kluster silikon bisa ngganggu pertumbuhan aliran langkah lan nyebabake nukleasi cacat. Kanggo ngindhari nukleasi fase gas homogen lan ningkatake tingkat pertumbuhan epitaxial, introduksi sumber silikon basis klorin saiki dadi cara utama kanggo nambah tingkat pertumbuhan epitaxial 4H-SiC.

1,2 200 mm (8-inci) peralatan epitaxial SiC lan kahanan proses

Eksperimen sing diterangake ing kertas iki kabeh ditindakake ing peralatan epitaxial SiC tembok panas horisontal monolithic 150/200 mm (6/8-inci) sing kompatibel kanthi mandiri dikembangake dening 48th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Tungku epitaxial ndhukung loading lan unloading wafer kanthi otomatis. Gambar 1 minangka diagram skematis saka struktur internal kamar reaksi saka peralatan epitaxial. Minangka ditampilake ing Figure 1, tembok njaba saka kamar reaksi iku lonceng kuarsa karo interlayer banyu-digawe adhem, lan nang lonceng punika kamar reaksi suhu dhuwur, kang dumadi saka insulasi termal karbon felt, dhuwur-kemurnian. rongga grafit khusus, basa puteran grafit gas-ngambang, lan sapiturute Lonceng kuarsa kabeh ditutupi karo kumparan induksi bentuke silinder, lan kamar reaksi ing njero lonceng digawe panas kanthi elektromagnetik kanthi sumber daya induksi frekuensi medium. Kaya sing dituduhake ing Gambar 1 (b), gas pembawa, gas reaksi, lan gas doping kabeh mili liwat permukaan wafer kanthi aliran laminar horisontal saka hulu kamar reaksi menyang hilir kamar reaksi lan dibuwang saka buntut. gas mburi. Kanggo mesthekake konsistensi ing wafer, wafer sing digawa dening basis ngambang udhara tansah diputer sajrone proses kasebut.

Substrat sing digunakake ing eksperimen yaiku 150 mm, 200 mm (6 inci, 8 inci) komersial <1120> arah 4° konduktif konduktif n-jinis 4H-SiC sisi ganda polesan SiC substrat diprodhuksi dening Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) lan etilena (C2H4) digunakake minangka sumber pertumbuhan utama ing eksperimen proses, ing antarane TCS lan C2H4 digunakake minangka sumber silikon lan sumber karbon, nitrogen kemurnian dhuwur (N2) digunakake minangka n- sumber doping jinis, lan hidrogen (H2) digunakake minangka gas pengenceran lan gas pembawa. Kisaran suhu proses epitaxial yaiku 1 600 ~ 1 660 ℃, tekanan proses yaiku 8 × 103 ~ 12 × 103 Pa, lan tingkat aliran gas pembawa H2 yaiku 100 ~ 140 L / min.

1.3 Pengujian wafer epitaxial lan karakterisasi

Spektrometer infra merah Fourier (produsen peralatan Thermalfisher, model iS50) lan tester konsentrasi probe merkuri (produsen peralatan Semilab, model 530L) digunakake kanggo nemtokake rata-rata lan distribusi ketebalan lapisan epitaxial lan konsentrasi doping; kekandelan lan konsentrasi doping saben titik ing lapisan epitaxial ditemtokake dening njupuk TCTerms sadawane garis diameteripun intersecting garis normal pinggiran referensi utama ing 45 ° ing tengah wafer karo 5 mm aman pinggiran. Kanggo wafer 150 mm, 9 titik dijupuk ing sadawane garis diameter siji (loro dhiameter jejeg saben liyane), lan kanggo wafer 200 mm dijupuk 21 titik, kaya sing dituduhake ing Gambar 2. Mikroskop gaya atom (produsen peralatan Bruker, model Dimension Icon) digunakake kanggo milih 30 μm × 30 μm wilayah ing wilayah tengah lan area pinggiran (5 mm mbusak pinggiran) saka wafer epitaxial kanggo nyoba roughness lumahing lapisan epitaxial; cacat lapisan epitaxial diukur nggunakake tester cacat lumahing (produsen peralatan China Electronics Kefenghua, model Mars 4410 pro) kanggo karakterisasi.

2 Hasil eksperimen lan diskusi

2.1 Kekandelan lan keseragaman lapisan epitaxial

Kekandelan lapisan epitaxial, konsentrasi doping lan keseragaman minangka salah sawijining indikator inti kanggo nemtokake kualitas wafer epitaxial. Kekandelan sing bisa dikontrol kanthi akurat, konsentrasi doping lan keseragaman ing wafer minangka kunci kanggo njamin kinerja lan konsistensi piranti daya SiC, lan ketebalan lapisan epitaxial lan keseragaman konsentrasi doping uga dadi basis penting kanggo ngukur kemampuan proses peralatan epitaxial.

Figure 3 nuduhake kekandelan uniformity lan kurva distribusi 150 mm lan 200 mm SiC wafer epitaxial. Bisa dideleng saka gambar yen kurva distribusi ketebalan lapisan epitaxial simetris babagan titik tengah wafer. Wektu proses epitaxial yaiku 600 s, rata-rata ketebalan lapisan epitaxial saka wafer epitaxial 150 mm yaiku 10,89 μm, lan keseragaman ketebalan 1,05%. Miturut pitungan, tingkat pertumbuhan epitaxial yaiku 65,3 μm / jam, sing minangka tingkat proses epitaxial cepet sing khas. Ing wektu proses epitaxial sing padha, kekandelan lapisan epitaxial saka wafer epitaxial 200 mm yaiku 10,10 μm, keseragaman ketebalan ana ing 1,36%, lan tingkat wutah sakabèhé 60,60 μm / h, sing rada murah tinimbang wutah epitaxial 150 mm. rate. Iki amarga ana mundhut ketok ing dalan nalika sumber silikon lan sumber karbon mili saka hulu kamar reaksi liwat lumahing wafer menyang hilir saka kamar reaksi, lan area wafer 200 mm luwih gedhe tinimbang 150 mm. Gas mili liwat lumahing wafer 200 mm kanggo kadohan maneh, lan gas sumber migunakaken sadawane dalan luwih. Ing kondisi wafer terus muter, kekandelan sakabèhé saka lapisan epitaxial luwih tipis, supaya tingkat wutah luwih alon. Sakabèhé, kekandelan uniformity saka 150 mm lan 200 mm wafer epitaxial apik banget, lan kemampuan proses peralatan bisa nyukupi syarat piranti kualitas.

2.2 Konsentrasi doping lapisan epitaxial lan keseragaman

Gambar 4 nuduhake keseragaman konsentrasi doping lan distribusi kurva 150 mm lan 200 mm SiC wafer epitaxial. Kaya sing bisa dideleng saka gambar kasebut, kurva distribusi konsentrasi ing wafer epitaxial nduweni simetri sing jelas relatif marang tengah wafer. Keseragaman konsentrasi doping saka lapisan epitaxial 150 mm lan 200 mm yaiku 2,80% lan 2,66%, sing bisa dikontrol sajrone 3%, sing minangka tingkat sing apik banget ing antarane peralatan internasional sing padha. Kurva konsentrasi doping saka lapisan epitaxial disebarake ing wangun "W" ing sadawane arah diameter, sing utamané ditemtokake dening lapangan aliran tungku epitaxial tembok panas horisontal, amarga arah aliran udara saka tungku pertumbuhan epitaxial aliran udara horisontal yaiku saka ujung inlet udara (upstream) lan mili metu saka mburi hilir ing aliran laminar liwat lumahing wafer; amarga tingkat "along-the-way depletion" saka sumber karbon (C2H4) luwih dhuwur tinimbang sumber silikon (TCS), nalika wafer muter, C / Si nyata ing lumahing wafer mboko sithik sudo saka pinggiran kanggo tengah (sumber karbon ing tengah kurang), miturut "teori posisi kompetitif" saka C lan N, konsentrasi doping ing tengah wafer mboko sithik sudo menyang pinggiran. Kanggo entuk keseragaman konsentrasi sing apik, pinggiran N2 ditambahake minangka ganti rugi sajrone proses epitaxial kanggo nyuda konsentrasi doping saka tengah menyang pinggir, saengga kurva konsentrasi doping pungkasan nampilake bentuk "W".

2.3 Cacat lapisan epitaxial

Saliyane kekandelan lan konsentrasi doping, tingkat kontrol cacat lapisan epitaxial uga minangka parameter inti kanggo ngukur kualitas wafer epitaxial lan indikator penting saka kemampuan proses peralatan epitaxial. Sanajan SBD lan MOSFET duwe syarat sing beda kanggo cacat, cacat morfologi permukaan sing luwih jelas kayata cacat gulung, cacat segi telu, cacat wortel, lan cacat komet ditetepake minangka cacat pembunuh kanggo piranti SBD lan MOSFET. Kemungkinan gagal Kripik sing ngemot cacat kasebut dhuwur, mula ngontrol jumlah cacat pembunuh penting banget kanggo nambah asil chip lan nyuda biaya. Gambar 5 nuduhake distribusi cacat pembunuh 150 mm lan 200 mm SiC wafer epitaxial. Ing kondisi sing ora ana imbalance ketok ing rasio C / Si, cacat wortel lan cacat komet bisa Sejatine ngilangi, nalika gulung cacat lan cacat segi telu ana hubungane karo kontrol kebersihan sak operasi peralatan epitaxial, tingkat impurity grafit. bagean ing kamar reaksi, lan kualitas substrate. Saka Tabel 2, kita bisa ndeleng manawa Kapadhetan cacat fatal saka 150 mm lan 200 mm wafer epitaxial bisa kontrol ing 0,3 partikel / cm2, kang tingkat banget kanggo jinis padha peralatan. Tingkat kontrol kapadhetan cacat fatal saka wafer epitaxial 150 mm luwih apik tinimbang wafer epitaxial 200 mm. Iki amarga proses persiapan substrat 150 mm luwih diwasa tinimbang 200 mm, kualitas substrate luwih apik, lan tingkat kontrol impurity 150 mm kamar reaksi grafit luwih apik.

2.4 Kekasaran permukaan wafer epitaxial

Figure 6 nuduhake gambar AFM saka lumahing 150 mm lan 200 mm SiC wafer epitaxial. Minangka bisa dideleng saka gambar, ROOT lumahing rata-rata kothak roughness Ra saka 150 mm lan 200 mm wafer epitaxial punika 0,129 nm lan 0,113 nm mungguh, lan lumahing lapisan epitaxial Gamelan, tanpa ketok macro-step aggregation fénoména, kang. nuduhake yen wutah saka lapisan epitaxial tansah njogo mode wutah aliran langkah sak kabeh proses epitaxial, lan ora ana agregasi langkah. Bisa dideleng yen lapisan epitaxial kanthi permukaan sing mulus bisa dipikolehi ing substrat sudut rendah 150 mm lan 200 mm kanthi nggunakake proses pertumbuhan epitaxial sing dioptimalake.

3. Kesimpulan

Wafer homoepitaxial 150 mm lan 200 mm 4H-SiC kasil disiapake ing substrat domestik kanthi nggunakake peralatan pertumbuhan epitaxial 200 mm SiC sing dikembangake dhewe, lan proses homoepitaxial sing cocog kanggo 150 mm lan 200 mm dikembangake. Tingkat pertumbuhan epitaxial bisa luwih saka 60 μm / jam. Nalika nyukupi syarat epitaksi kanthi kacepetan dhuwur, kualitas wafer epitaxial apik banget. Keseragaman ketebalan 150 mm lan 200 mm SiC wafer epitaxial bisa dikontrol ing 1,5%, keseragaman konsentrasi kurang saka 3%, Kapadhetan cacat fatal kurang saka 0,3 partikel / cm2, lan kekasaran permukaan epitaxial rata-rata persegi Ra kurang saka 0,15 nm. Indikator proses inti saka wafer epitaxial ana ing tingkat lanjut ing industri.

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

VeTek Semiconductor minangka produsen profesional CinaCVD SiC Dilapisi Langit-langit, Nozzle Coating CVD SiC, lanSiC Coating Inlet Ring.  VeTek Semiconductor setya nyedhiyakake solusi canggih kanggo macem-macem produk SiC Wafer kanggo industri semikonduktor.

Yen sampeyan kasengsem ingtungku epitaxial SiC 8 inci lan proses homoepitaxial, please aran gratis kanggo hubungi kita langsung.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

Email: anny@veteksemi.com