8-инчов SIC епитаксиална пещ и хомоепитаксиални изследвания на процесите

В момента индустрията SIC се трансформира от 150 мм (6 инча) до 200 мм (8 инча). За да се отговори на спешното търсене на големи размери, висококачествени SIC хомоепитаксиални вафли в индустрията, 150 mm и 200 mm 4H-SIC хомоепитаксиални вафли бяха успешно подготвени на битови субстрати, използвайки независимо разработеното оборудване за растеж на 200 mm SIC. Разработен е хомоепитаксиален процес, подходящ за 150 mm и 200 mm, при който скоростта на растеж на епитаксиалния растеж може да бъде по -голям от 60 μm/h. Докато се среща с високоскоростната епитаксия, качеството на епитаксиалните вафли е отлично. Единичността на дебелината от 150 mm и 200 mm SIC епитаксиални вафли може да бъде контролирана в рамките на 1,5%, равномерността на концентрацията е по -малка от 3%, фаталната плътност на дефектите е по -малка от 0,3 частици/cm2, а всички основни процеси са в средата на корена на коренната повърхност на основата е по -малко от 0,15 nm, а всички индикатори на основния процес са на нивото на авансовото ниво на индустрията.

Силиконов карбид (SIC) е един от представителите на полупроводниковите материали от трето поколение. Той има характеристиките на високата якост на разрушаване, отличната топлинна проводимост, голяма скорост на отклоняване на електроните и силна радиационна устойчивост. Той значително разшири капацитета на енергийната обработка на енергийните устройства и може да отговаря на изискванията за обслужване на следващото поколение електронно оборудване за мощност за устройства с висока мощност, малък размер, висока температура, висока радиация и други екстремни условия. Той може да намали пространството, да намали консумацията на енергия и да намали изискванията за охлаждане. Той донесе революционни промени в нови енергийни превозни средства, железопътен транспорт, интелигентни мрежи и други полета. Следователно полупроводниците от силициев карбид станаха признати за идеалния материал, който ще доведе до следващото поколение електронни устройства с висока мощност. През последните години, благодарение на подкрепата на националната политика за развитието на индустрията за полупроводници от трето поколение, изследванията и разработването и изграждането на системата за индустрията на 150 mm SIC устройства са завършени в Китай, а сигурността на индустриалната верига е основно гарантирана. Следователно фокусът на индустрията постепенно се насочи към контрол на разходите и подобряване на ефективността. Както е показано в таблица 1, в сравнение с 150 mm, 200 mm SIC има по -висока скорост на използване на ръба, а изходът на единични вафлени чипове може да се увеличи с около 1,8 пъти. След като технологията узрява, производствените разходи за един чип могат да бъдат намалени с 30%. Технологичният пробив от 200 mm е пряко средство за „намаляване на разходите и повишаване на ефективността“, а също така е и ключът за полупроводниковата индустрия на моята страна да „управлява паралелно“ или дори „олово“.

Различни от процеса на SI устройството, SIC полупроводниковите устройства за захранване се обработват и подготвят с епитаксиални слоеве като крайъгълен камък. Епитаксиалните вафли са основни основни материали за SIC захранващи устройства. Качеството на епитаксиалния слой директно определя добива на устройството, а разходите му представляват 20% от разходите за производство на чипове. Следователно, епитаксиалният растеж е съществена междинна връзка в SIC захранващите устройства. Горната граница на нивото на епитаксиалния процес се определя от епитаксиалното оборудване. Понастоящем степента на локализация на битовото 150 mm SIC епитаксиално оборудване е сравнително висока, но общото оформление от 200 mm изостава от международното ниво в същото време. Следователно, за да се решат спешните нужди и проблемите с препятствията от големи размери, висококачествени епитаксиални материали за развитието на вътрешното полупроводниково от трето поколение, този документ въвежда успешно разработеното епитаксиално оборудване от 200 mm. Чрез оптимизиране на параметрите на процеса като температура на процеса, дебит на газ на газ, съотношение C/SI и др., Еднородността на концентрацията <3%, неравности в дебелината <1,5%, грапавост RA <0,2 nm и фатална плътност на дефектите <0,3 частици/cm2 от 150 mm и 200 mm Sic епитаксиални вафли с саморазвитие 200 mm силикон с питкани с еднакви разрушени петна. Нивото на процеса на оборудване може да отговори на нуждите на висококачествената подготовка на устройството за захранване на SIC.

1 експерименти

1.1 Принцип на SIC епитаксиалния процес

4H-SIC хомоепитаксиалният процес на растеж включва главно 2 ключови стъпки, а именно високотемпературното ецване на 4H-SIC субстрат и хомогенен процес на отлагане на химически пари. Основната цел на ецването на субстрата е да се премахне подземното увреждане на субстрата след полиране на вафли, остатъчна полираща течност, частици и оксиден слой и редовна структура на атомната стъпка може да се образува върху повърхността на субстрата чрез ецване. Вграждането на място обикновено се извършва във водородна атмосфера. Според действителните изисквания на процеса може да се добави и малко количество спомагателен газ, като водороден хлорид, пропан, етилен или силан. Температурата на офорт на водородното място обикновено е над 1 600 ℃, а налягането на реакционната камера обикновено се контролира под 2 × 104 PA по време на процеса на офорт.

After the substrate surface is activated by in-situ etching, it enters the high-temperature chemical vapor deposition process, that is, the growth source (such as ethylene/propane, TCS/silane), doping source (n-type doping source nitrogen, p-type doping source TMAl), and auxiliary gas such as hydrogen chloride are transported to the reaction chamber through a large flow of carrier gas (обикновено водород). След като газът реагира в високотемпературната реакционна камера, част от предшественика реагира химически и се адсорби на повърхността на вафлите, а еднокристален хомогенен епитаксиален слой с 4H-SIC със специфична концентрация на допинг, специфична дебелина и по-високо качество се образува върху повърхността на субстрата, използвайки повърхността на субстрата, използвайки повърхността на субстрата, като се използва еднокристалската 4H-SIC-SIC-SIC-SIC-SICSTES като шарпан. След години на техническо проучване, 4H-SIC хомоепитаксиалната технология основно узрява и се използва широко в индустриалното производство. Най-широко използваната 4H-SIC хомоепитаксиална технология в света има две типични характеристики: (1) с помощта на извън оста (спрямо кристалната равнина <0001> към <11-20> кристална посока) нарязан субстрат като шаблон, еднокристален 4H-Crystal 4H-SIC, без шаблон. Ранният 4H-SIC хомоепитаксиален растеж използва положителен кристален субстрат, тоест равнината <0001> Si за растеж. Плътността на атомните стъпки върху повърхността на положителния кристален субстрат е ниска и терасите са широки. Двуизмерният растеж на нуклеацията е лесен за възникване по време на процеса на епитаксия, за да се образува 3C кристал SIC (3C-SIC). Чрез рязане извън оста, атомните стъпки с висока плътност, тесна тераса с ширина на терасата могат да бъдат въведени на повърхността на 4H-SIC <0001> субстрата, а адсорбираният прекурсор може ефективно да достигне позицията на атомната стъпка със сравнително ниска повърхностна енергия чрез повърхностна дифузия. На етапа позицията на свързване на атом/молекулярна група на предшественика е уникална, така че в режим на растеж на стъпката на потока епитаксиалният слой може перфектно да наследява Si-C двоен атомен слой последователност на субстрата, за да образува единичен кристал със същата кристална фаза като субстрата. (2) Високоскоростният епитаксиален растеж се постига чрез въвеждане на силиконов източник, съдържащ хлор. В конвенционалните системи за отлагане на химически пари SIC, силанът и пропанът (или етиленът) са основните източници на растеж. В процеса на увеличаване на темповете на растеж чрез увеличаване на скоростта на потока на източника на растеж, тъй като равновесното частично налягане на силициевия компонент продължава да се увеличава, е лесно да се образуват силициеви клъстери чрез хомогенно газово фазово ядро, което значително намалява скоростта на използване на източника на силиций. Образуването на силициеви клъстери значително ограничава подобряването на темповете на растеж на епитаксиалния растеж. В същото време силициевите клъстери могат да нарушат растежа на стъпковия поток и да причинят ядрено дефект. За да се избегне хомогенно газово фазово нуклеиране и да се увеличи темповете на растеж на епитаксиалния растеж, въвеждането на хлорни на базата на силиконови източници в момента е основният метод за увеличаване на епитаксиалния темп на растеж от 4H-SIC.

1.2 200 mm (8-инчов) SIC епитаксиално оборудване и условия на процеса

Експериментите, описани в този документ, са проведени на съвместим монолитен хоризонтален хоризонтален хоризонтален хоризонтален хоризонтален хоризонт на гореща стена 150 mm (6/8-инчов), независимо от 48-ия институт на Китайската електронична технологична група. Епитаксиалната пещ поддържа напълно автоматично натоварване и разтоварване на вафли. Фигура 1 е схематична схема на вътрешната структура на реакционната камера на епитаксиалното оборудване. Както е показано на фигура 1, външната стена на камерата за реакцията е кварцов звънец с междинно играч с вода, а вътрешността на камбаната е високотемпературна реакционна камера, която е съставена от термична изолация на въглерод, цялата специална графитна кухина на графита, с въртяща се основна основа на газовия газ и др. Цялата камера на кварц е покрита с цилиндрична обработка на камера, а цялата камера на Quartz е покрита с въртяща се основа на Quartz, графитна газовина, и др Средно честотна индукция захранване. Както е показано на фигура 1 (б), носещият газ, реакционният газ и допинг газ всички преминават през повърхността на вафли в хоризонтален ламинарен поток от нагоре течението на реакционната камера до надолу по течението на реакционната камера и се изхвърлят от края на опашния газ. За да се гарантира консистенцията в рамките, вафлата, носена от въздушната плаваща основа, винаги се завърта по време на процеса.

Субстратът, използван в експеримента, е търговски 150 mm, 200 mm (6 инча, 8 инча) <1120> посока 4 ° извън ъгъла проводим N-тип 4H-SIC двустранен полиран SIC субстрат, произведен от кристал Shanxi Shuoke. Trichlorosilane (SiHCl3, TCS) and ethylene (C2H4) are used as the main growth sources in the process experiment, among which TCS and C2H4 are used as silicon source and carbon source respectively, high-purity nitrogen (N2) is used as n-type doping source, and hydrogen (H2) is used as dilution gas and carrier gas. Епитаксиалният диапазон на температурата на процеса е 1 600 ~ 1 660 ℃, налягането на процеса е 8 × 103 ~ 12 × 103 PA, а дебитът на газовия дебит на H2 е 100 ～ 140 L/min.

1.3 Епитаксиални тестове и характеризиране на вафли

Инфрачервеният спектрометър на Фурие (Термилален производител на оборудване, модел IS50) и тестер за концентрация на сонда на живак (Semilab, модел 530L), за характеризиране на средната стойност и разпределението на дебелината на епитаксиалния слой и концентрацията на допинг; Дебелината и концентрацията на допинг на всяка точка в епитаксиалния слой се определят чрез вземане на точки по линията на диаметъра, пресичащи нормалната линия на основния референтен ръб на 45 ° в центъра на вафлата с 5 mm отстраняване на ръба. 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 тествайте грапавостта на повърхността на епитаксиалния слой; Дефектите на епитаксиалния слой бяха измерени с помощта на тестер на повърхностния дефект (производител на оборудване Китай електроника Kefenghua, Model Mars 4410 Pro) за характеристика.

2 Експериментални резултати и дискусии

2.1 Дебелина и равномерност на епитаксиалния слой

Епитаксиалната дебелина на слоя, концентрацията на допинг и равномерността са един от основните показатели за преценка на качеството на епитаксиалните вафли. Точната контролируема дебелина, концентрацията на допинг и равномерността в рамките на вафлата са ключът за осигуряване на производителността и консистенцията на устройствата за захранване на SIC и дебелината на епитаксиалния слой и равномерността на концентрацията на допинг също са важни основи за измерване на способността на процеса на епитаксиално оборудване.

Фигура 3 показва равномерността на дебелината и кривата на разпределение на 150 mm и 200 mm SIC епитаксиални вафли. От фигурата може да се види, че кривата на разпределение на дебелината на епитаксиалния слой е симетрична около централната точка на вафлата. Времето на епитаксиалния процес е 600 s, средната дебелина на епитаксиалния слой на 150 mm епитаксиална вафла е 10,89 μm, а равномерността на дебелината е 1,05%. Чрез изчисляване скоростта на растеж на епитаксиалния растеж е 65,3 µm/h, което е типично бързо ниво на епитаксиален процес. При едно и също време на епитаксиален процес, дебелината на епитаксиалния слой на епитаксиалната вафла от 200 mm е 10,10 µm, равномерността на дебелината е в рамките на 1,36%, а общият темп на растеж е 60,60 µm/h, което е малко по -ниско от 150 mm епитаксиален темп на растеж. Това е така, защото по пътя има очевидна загуба, когато източникът на силиций и източникът на въглерод тече от горната част на реакционната камера през повърхността на вафли до надолу по течението на реакционната камера, а площта на вафлата от 200 mm е по -голяма от 150 mm. Газът тече през повърхността на вафлата от 200 мм за по -голямо разстояние, а изходният газ, консумиран по пътя, е повече. При условие, че вафлата продължава да се върти, общата дебелина на епитаксиалния слой е по -тънка, така че темпът на растеж е по -бавен. Като цяло еднаквостта на дебелината от 150 mm и 200 mm епитаксиални вафли е отлична и способността на процеса на оборудването може да отговаря на изискванията на висококачествените устройства.

2.2 Епитаксиална концентрация и равномерност на слоя

Фигура 4 показва равномерността на концентрацията на допинг и разпределението на кривата на 150 mM и 200 mm SIC епитаксиални вафли. Както се вижда от фигурата, кривата на разпределение на концентрацията върху епитаксиалната вафла има очевидна симетрия спрямо центъра на вафлата. Допинската концентрация еднаквост на епитаксиалните слоеве от 150 mm и 200 mm е съответно 2,80% и 2,66%, което може да бъде контролирано в рамките на 3%, което е отлично ниво сред международното подобно оборудване. 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; Тъй като скоростта на изчерпване на „покрай пътя“ на източника на въглерод (C2H4) е по-висока от тази на източника на силиций (TCS), когато вафлата се върти, действителният C/SI на повърхността на вафлата постепенно намалява от ръба към центъра (източникът на въглерод в центъра е по-малко), според „конкурентната теория на позицията“ на C и N, изпускателната концентрация в центъра на Wafer Diffle Diffle “, която е по-малко. За да се получи отлична равномерност на концентрацията, ръбът N2 се добавя като компенсация по време на епитаксиалния процес, за да се забави намаляването на концентрацията на допинг от центъра до ръба, така че крайната крива на концентрация на допинг да представя форма "W".

2.3 Дефекти на епитаксиалния слой

В допълнение към дебелината и концентрацията на допинг, нивото на дефект на епитаксиалния слой също е основен параметър за измерване на качеството на епитаксиалните вафли и важен показател за способността на процеса на епитаксиално оборудване. Въпреки че SBD и MOSFET имат различни изисквания за дефекти, по -очевидни дефекти на морфологията на повърхността като дефекти на спад, дефекти на триъгълника, дефекти на морковите и дефекти на кометата се определят като дефекти на убийците за устройства на SBD и MOSFET. Вероятността за неуспех на чиповете, съдържащи тези дефекти, е висока, така че контролът на броя на дефектите на убийците е изключително важен за подобряване на добива на чипс и намаляване на разходите. Фигура 5 показва разпределението на дефектите на убийците от 150 mm и 200 mm SIC епитаксиални вафли. При условие, че няма очевиден дисбаланс в съотношението C/Si, дефектите на морковите и дефектите на кометата могат да бъдат елиминирани, докато дефектите на спада и дефектите на триъгълника са свързани с контрола на чистотата по време на работата на епитаксиалното оборудване, нивото на примесите на графитните части в реакционната камера и качеството на субстрата. От таблица 2 можем да видим, че фаталната плътност на дефектите от 150 mm и 200 mm епитаксиални вафли може да бъде контролирана в рамките на 0,3 частици/cm2, което е отлично ниво за същия тип оборудване. Нивото на контрол на плътността на фаталния дефект от 150 mm епитаксиална вафла е по -добро от това от 200 mm епитаксиална вафла от 200 mm. Това е така, защото процесът на подготовка на субстрата от 150 mm е по -зрял от този на 200 mm, качеството на субстрата е по -добро, а нивото на контрол на примесите от 150 mm графитна реакционна камера е по -добро.

2.4 Епитаксиална грапавост на повърхността на вафли

Фигура 6 показва AFM изображенията на повърхността на 150 mm и 200 mm SIC епитаксиални вафли. Както се вижда от фигурата, повърхностният корен среден квадрат грапавост RA от 150 mm и 200 mm епитаксиални вафли е съответно 0,129 nm и 0,113 nm, а повърхността на епитаксиалния слой е гладка, без очевиден макро-стъпков агрегационен феномен, който показва, че растежът на епитаксиалния слой винаги поддържа стъпковия поток по време на растежа по време на целия епитаксиален слой винаги поддържа стъпковия растеж по време на целия епитаксен процес, а без стъпка се появява стъпка на потока. Вижда се, че епитаксиалният слой с гладка повърхност може да се получи на субстрати с нисък ъгъл от 150 mm и 200 mm, като се използва оптимизираният процес на растеж на епитаксиалния растеж.

3. Заключения

150 mm и 200 mm 4H-SIC хомоепитаксиални вафли са успешно подготвени на домашни субстрати, използвайки саморазвитото 200 mm Epitaxial Epitaxial Epitaxial Growth оборудване и е разработен хомоепитаксиален процес, подходящ за 150 mm и 200 mm. Епитаксиалният темп на растеж може да бъде по -голям от 60 μm/h. Докато отговаря на изискването за високоскоростна епитаксия, качеството на епитаксиалните вафли е отлично. Единичността на дебелината от 150 mm и 200 mm SIC епитаксиални вафли може да бъде контролирана в рамките на 1,5%, равномерността на концентрацията е по -малка от 3%, фаталната плътност на дефектите е по -малка от 0,3 частици/cm2, а епитаксиалната повърхностна грапавост на корена е по -малка от 0,15 nm. Основните показатели на процеса на епитаксиалните вафли са на напреднало ниво в индустрията.

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

Vetek Semiconductor е професионален китайски производител наCVD SIC покритие таван, CVD SIC покритие на дюзаиSIC покритие на входния пръстен.  Vetek Semiconductor се ангажира да предоставя усъвършенствани решения за различни продукти на SIC вафли за полупроводниковата индустрия.

Ако се интересувате от8-инчов SIC епитаксиален пещ и хомоепитаксиален процес, Моля, не се колебайте да се свържете директно с нас.

MOB: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

Имейл: anny@veteksemi.com