8-tommer SIC Epitaxial Furnace and Homoepitaxial procesundersøgelse

I øjeblikket omdannes SIC -industrien fra 150 mm (6 tommer) til 200 mm (8 tommer). For at imødekomme den presserende efterspørgsel efter SIC-homoepitaxial-skiver i stor størrelse i branchen i stor størrelse i branchen blev 150 mm og 200 mm 4H-sic homoepitaxial skiver med succes fremstillet på indenlandske underlag ved hjælp af de uafhængigt udviklede 200 mm SIC-epitaksiale vækstudstyr. En homoepitaxial proces, der var egnet til 150 mm og 200 mm, blev udviklet, hvor den epitaksiale vækstrate kan være større end 60 μm/t. Mens man møder den højhastigheds epitaksi, er den epitaksiale skivkvalitet fremragende. Tykkelsesuniformiteten på 150 mm og 200 mm SIC -epitaksiale skiver kan kontrolleres inden for 1,5%, koncentrationsuniformiteten er mindre end 3%, den dødelige defektdensitet er mindre end 0,3 partikler/cm2, og den epitaksiale overfladefremhedsroot -gennemsnitlig firkant er mindre end 0,15 nm, og alle kerneprocesindikatorer er på den avancerede niveau af industrien.

Siliciumcarbid (SIC) er en af ​​repræsentanterne for tredje generation af halvledermaterialer. Det har egenskaberne ved høj nedbrydningsfeltstyrke, fremragende termisk ledningsevne, stor elektronmætningsdrifthastighed og stærk strålingsmodstand. Det har i høj grad udvidet energiforholdets energibehandlingskapacitet og kan imødekomme servicekravene i den næste generation af elektronisk udstyr til enheder til enheder med høj effekt, lille størrelse, høj temperatur, høj stråling og andre ekstreme forhold. Det kan reducere rummet, reducere strømforbruget og reducere kølekravene. Det har bragt revolutionerende ændringer til nye energikøretøjer, jernbanetransport, smarte gitter og andre felter. Derfor er siliciumcarbid-halvledere blevet anerkendt som det ideelle materiale, der vil føre den næste generation af elektroniske enheder med høj effekt. I de senere år, takket være den nationale politiske støtte til udviklingen af ​​den tredje generation af halvlederindustrien, er forskningen og udviklingen og konstruktionen af ​​det 150 mm Sic Device Industry-system dybest set afsluttet i Kina, og den industrielle kæde sikkerhed er dybest set garanteret. Derfor er industriens fokus gradvist skiftet til omkostningskontrol og effektivitetsforbedring. Som vist i tabel 1, sammenlignet med 150 mm, har 200 mm SIC en højere kantudnyttelseshastighed, og output fra enkelt Wafer -chips kan øges med ca. 1,8 gange. Efter teknologien modnes, kan produktionsomkostningerne for en enkelt chip reduceres med 30%. Det teknologiske gennembrud på 200 mm er et direkte middel til at "reducere omkostninger og øge effektiviteten", og det er også nøglen til mit lands halvlederindustri at "køre parallelt" eller endda "bly".

Forskellig fra SI -enhedsprocessen behandles SIC Semiconductor Power -enheder alle og fremstilles med epitaksiale lag som hjørnestenen. Epitaksiale skiver er vigtige basismaterialer til SIC -strømenheder. Kvaliteten af ​​det epitaksiale lag bestemmer direkte udbyttet af enheden, og dens omkostninger tegner sig for 20% af chipfremstillingsomkostningerne. Derfor er epitaksial vækst et essentielt mellemliggende led i SIC -strømenheder. Den øvre grænse for epitaksial procesniveau bestemmes af epitaksialudstyr. På nuværende tidspunkt er lokaliseringsgraden af ​​indenlandsk 150 mm SIC -epitaksialudstyr relativt højt, men det samlede layout på 200 mm hænger bag det internationale niveau på samme tid. Derfor for at løse de presserende behov og flaskehalsproblemer i storstørrelse af høj kvalitet, der er epitaksial materialefremstilling til udvikling af den indenlandske tredjegenerations halvlederindustri, introducerer dette papir 200 mm SIC-epitaksialudstyr, der med succes er udviklet i mit land, og studerer den epitaksiale proces. Ved at optimere procesparametrene såsom processtemperatur, bærergasstrømningshastighed, C/SI-forhold osv., Koncentrationsuniformiteten <3%, tykkelse ikke-ensartethed <1,5%, ruhed RA <0,2 nm og dødelig defekt tæthed <0,3 partikler/cm2 af 150 mm og 200 mm Sic Epitaxial Wafers med selvudviklet 200 mm silicon carbide Carbide hovedmøbelmøbelfabrikations møbelmøbelfabrikationsskaldelændene møbelmøbelfabrikationsskaldelændelace-møbelfabrikelænden Møbelfabrikelænden Møbelmøbelfabrikelænden Møbelmøbelfabrikelænden Møbelmøbelfabrikelænden Møbelmøbelfabrikelænden Møbelmøbelfabrikelænden Møbelmøbel Møbelfabrikelænden Møbelfyldning Hovedmøbel Hovedmøbler opnås. Udstyrets procesniveau kan imødekomme behovene i SIC-strømforberedelse af høj kvalitet.

1 eksperimenter

1.1 Princip om sic epitaksial proces

Den 4H-SIC homoepitaxial vækstproces inkluderer hovedsageligt 2 nøgletrin, nemlig høj-temperatur in-situ ætsning af 4H-SIC-substrat og homogen kemisk dampaflejringsproces. Hovedformålet med ætsning af substratet in-situ er at fjerne underjordisk skade på underlaget efter waferpolering, resterende poleringsvæske, partikler og oxidlag og en regelmæssig atomtrinstruktur kan dannes på substratoverfladen ved ætsning. I-situ-ætsning udføres normalt i en brintatmosfære. I henhold til de faktiske processkrav kan en lille mængde hjælpegas også tilsættes, såsom hydrogenchlorid, propan, ethylen eller silan. Temperaturen på in-situ-hydrogenetsning er generelt over 1 600 ℃, og reaktionskammerets tryk kontrolleres generelt under 2 × 104 PA under ætsningsprocessen.

Efter at underlagsoverfladen er aktiveret ved ætsning in-situ, går det ind i den kemiske dampaflejringsproces med høj temperatur, det vil sige vækstkilden (såsom ethylen/propan, TCS/Silane), dopingkilde (N-type dopingkilde nitrogen, p-type doping kilde tmal) og en suuxiliariarisk gas, såsom hydrogen chlorid er t-t-type doping kilde tmal) og auxiliiariary gas, såsom hydrogenidididet er to-t-doping kilden Kammer gennem en stor strøm af bærergas (normalt brint). Efter at gassen reagerer i højtemperaturreaktionskammeret reagerer en del af forløberen kemisk og adsorberer på skiveoverfladen, og en enkelt-krystal homogen 4H-Sic-epitaksial lag med en specifik dopingkoncentration, specifik tykkelse og højere kvalitet dannes på substratoverfladen ved anvendelse af enkelt-crystal 4H-SIC-understratet som en temp. Efter mange års teknisk efterforskning er 4H-Sic Homoepitaxial-teknologien dybest set modnet og er vidt brugt i industriel produktion. Den mest anvendte 4H-SIC homoepitaxial teknologi i verden har to typiske egenskaber: (1) ved hjælp af en off-akse (i forhold til <0001> krystalplanet mod <11-20> krystalretning) skråt skåret underlag som en template, er en høj-puritet enkeltkrystall 4H-sic-sic-apitaksial lag uden forseelse deponeret på understratet i form af strep-flow. Tidlig 4H-Sic homoepitaxial vækst anvendte et positivt krystalsubstrat, det vil sige <0001> SI-planet for vækst. Tætheden af ​​atomtrin på overfladen af ​​det positive krystalsubstrat er lavt, og terrasserne er brede. To-dimensionel nukleationsvækst er let at forekomme under epitaxy-processen til dannelse af 3C Crystal SIC (3C-SIC). Ved skæring af akseklipning kan atomtrin med høj densitet, smal terrassebredde indføres på overfladen af ​​4H-SIC <0001> substratet, og de adsorberede forløber kan effektivt nå den atomtrinposition med relativt lav overfladeenergi gennem overfladediffusion. På trinnet er precursoratom/molekylær gruppebindingsposition unik, så i trinstrømningsvæksttilstand kan det epitaksiale lag perfekt arve Si-C dobbelt atomlagets stablingssekvens af substratet for at danne en enkelt krystal med den samme krystalfase som underlag. (2) Højhastigheds epitaksial vækst opnås ved at indføre en klorholdig siliciumkilde. I konventionelle SIC -kemiske dampaflejringssystemer er silan og propan (eller ethylen) de vigtigste vækstkilder. I processen med at øge væksthastigheden ved at øge vækstkildenstrømningshastigheden, da ligevægtsdelt tryk af siliciumkomponenten fortsætter med at stige, er det let at danne siliciumklynger ved hjælp af homogen gasfase -nucleation, hvilket markant reducerer anvendelseshastigheden for siliciumkilden. Dannelsen af ​​siliciumklynger begrænser forbedringen af ​​den epitaksiale vækstrate. På samme tid kan siliciumklynger forstyrre trinstrømmen og forårsage defekt nucleation. For at undgå homogen gasfase-nucleation og øge den epitaksiale vækstrate er introduktionen af ​​klorbaserede siliciumkilder i øjeblikket mainstream-metoden til at øge den epitaksiale vækstrate på 4H-SIC.

1,2 200 mm (8-tommer) sic epitaksialudstyr og procesforhold

Eksperimenterne, der er beskrevet i dette papir, blev alle udført på et 150/200 mm (6/8-tommer) kompatibelt monolitisk vandret varmt væg-sic-epitaksialudstyr uafhængigt udviklet af det 48. Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Den epitaksiale ovn understøtter fuldautomatisk belastning og losning af losning. Figur 1 er et skematisk diagram over den interne struktur i reaktionskammeret for det epitaksiale udstyr. Som vist i figur 1 er den ydre væg af reaktionskammeret en kvartsklokke med en vandkølet mellemlag, og indersiden af ​​klokken er et højtemperaturreaktionskammer, der er sammensat af termisk isolering Carbon-filt, højrulitetsspecialgrafithulen, grafitgasfladende roterende base osv. Elektromagnetisk opvarmet af en mellemfrekvent induktionseffektforsyning. Som vist i figur 1 (b) strømmer bærergas, reaktionsgas og dopinggas alle gennem skiveoverfladen i en vandret laminær strømning fra opstrøms for reaktionskammeret til nedstrøms for reaktionskammeret og udledes fra hale gasenden. For at sikre konsistensen inden i skiven drejes den skive, der bæres af den flydende flydende base, altid under processen.

Det substrat, der anvendes i eksperimentet, er en kommerciel 150 mm, 200 mm (6 tommer, 8 tommer) <1120> retning 4 ° off-vinkel ledende N-type 4H-SIC dobbeltsidet poleret SIC-underlag produceret af Shanxi Shuoke Crystal. Trichlorosilan (SIHCL3, TCS) og ethylen (C2H4) anvendes som de vigtigste vækstkilder i proceseksperimentet, blandt hvilke TCS og C2H4 bruges som siliciumkilde og carbonkilde, der anvendes højrulitet nitrogen (N2). Det epitaksiale processtemperaturområde er 1 600 ~ 1 660 ℃, processtrykket er 8 × 103 ~ 12 × 103 PA, og H2 -bærergasstrømningshastigheden er 100 ～ 140 L/min.

1.3 Epitaksial wafer -test og karakterisering

Fourier infrarød spektrometer (udstyrsproducent Thermalfisher, Model IS50) og Mercury Probe Concentration Tester (udstyrsproducent Semilab, Model 530L) blev anvendt til at karakterisere middelværdien og fordelingen af ​​epitaksial lagtykkelse og dopingkoncentration; Tykkelsen og dopingkoncentrationen af ​​hvert punkt i det epitaksiale lag blev bestemt ved at tage punkter langs diameterlinjen, der krydsede den normale linje af hovedreferencekanten ved 45 ° i midten af ​​skiven med 5 mm kantfjernelse. For en 150 mm skive blev 9 point taget langs en enkelt diameterlinie (to diametre var vinkelret på hinanden), og for en 200 mm wafer blev 21 point taget, som vist i figur 2. Et atomkraftmikroskop (udstyrsproducent Bruker, modeldimensionikon) blev anvendt til at vælge 30 μm × 30 μm områder i midten af ​​det midterste område og området (5 mmdant fjernelse) af Epitakialet WAFLE WHAFe WAFLE WAFALE WAFAL overfladen ruhed af det epitaksiale lag; Manglerne i det epitaksiale lag blev målt under anvendelse af en overfladedefekttester (udstyrsproducent China Electronics Kefenghua, Model Mars 4410 Pro) til karakterisering.

2 eksperimentelle resultater og diskussion

2.1 Epitaksial lagtykkelse og ensartethed

Epitaksial lagtykkelse, dopingkoncentration og ensartethed er en af ​​kerneindikatorerne for at bedømme kvaliteten af ​​epitaksiale skiver. Nøjagtigt kontrollerbar tykkelse, dopingkoncentration og ensartethed inden for skiven er nøglen til at sikre ydeevnen og konsistensen af ​​SIC -effektenheder, og epitaksial lagtykkelse og dopingkoncentration Ensartethed er også vigtige baser til måling af processevne for epitaksial udstyr.

Figur 3 viser tykkelsesuniformiteten og distributionskurven på 150 mm og 200 mm SIC -epitaksiale skiver. Det kan ses fra figuren, at den epitaksiale lagtykkelsesfordelingskurve er symmetrisk omkring midtpunktet for skiven. Den epitaksiale processtid er 600 s, den gennemsnitlige epitaksiale lagtykkelse af den 150 mm epitaksiale skive er 10,89 μm, og tykkelsesuniformiteten er 1,05%. Ved beregning er den epitaksiale vækstrate 65,3 μm/t, hvilket er et typisk hurtigt epitaksial procesniveau. Under den samme epitaksiale procestid er den epitaksiale lagtykkelse af den 200 mm epitaksiale skive 10,10 μm, tykkelsesuniformiteten er inden for 1,36%, og den samlede vækstrate er 60,60 μm/t, hvilket er lidt lavere end 150 mm epitaksial væksthastighed. Dette skyldes, at der er åbenlyst tab undervejs, når siliciumkilden og kulstofkilden strømmer fra opstrøms for reaktionskammeret gennem skiveoverfladen til nedstrøms for reaktionskammeret, og området 200 mm er større end 150 mm. Gasen strømmer gennem overfladen af ​​200 mm skiven i en længere afstand, og kildegassen, der forbruges undervejs, er mere. Under betingelsen af, at skiven fortsætter med at rotere, er den samlede tykkelse af det epitaksiale lag tyndere, så vækstraten er langsommere. Generelt er tykkelsesuniformiteten på 150 mm og 200 mm epitaksiale skiver fremragende, og udstyrets kapacitet kan opfylde kravene i enheder af høj kvalitet.

2.2 Epitaksial lag Dopingkoncentration og ensartethed

Figur 4 viser dopingkoncentrationens ensartethed og kurvedistribution på 150 mM og 200 mM SIC -epitaksiale skiver. Som det kan ses af figuren, har koncentrationsfordelingskurven på den epitaksiale skive åbenlyst symmetri i forhold til midten af ​​skiven. Dopingkoncentrationsuniformiteten af ​​de 150 mm og 200 mm epitaksiale lag er henholdsvis 2,80% og 2,66%, hvilket kan kontrolleres inden for 3%, hvilket er et fremragende niveau blandt internationalt lignende udstyr. Dopingkoncentrationskurven for det epitaksiale lag fordeles i en "W" -form langs diameterretningen, som hovedsageligt bestemmes af strømningsfeltet i den vandrette varme væg -epitaksialov Fordi "langs-vejen udtømning" af kulstofkilden (C2H4) er højere end siliciumkilden (TCS), når skiven roterer, falder den faktiske C/Si på skiven gradvist fra kanten til midten (kulstofkilden i midten aftager mod den "konkurrencedygtige position" af C og N, dæmpningen i centrumet i den centrale nedgang i forholdet. For at opnå fremragende koncentrationsuniformitet tilsættes kanten N2 som kompensation under den epitaksiale proces for at bremse faldet i dopingkoncentration fra midten til kanten, så den endelige dopingkoncentrationskurve præsenterer en "W" -form.

2.3 Epitaksiale lagfejl

Ud over tykkelse og dopingkoncentration er niveauet af epitaksial lag defektstyring også en kerneparameter til måling af kvaliteten af ​​epitaksiale skivere og en vigtig indikator for procesens kapacitet for epitaksialudstyr. Selvom SBD og MOSFET har forskellige krav til defekter, er mere åbenlyse overflademorfologiske defekter såsom dropdefekter, trekantfejl, guleroddefekter og kometdefekter defineret som dræberdefekter for SBD- og MOSFET -enheder. Sandsynligheden for svigt i chips, der indeholder disse defekter, er høj, så det er ekstremt vigtigt at kontrollere antallet af morderdefekter til at forbedre chipudbyttet og reducere omkostningerne. Figur 5 viser fordelingen af ​​dræberdefekter på 150 mm og 200 mm SIC -epitaksiale skiver. Under betingelse af, at der ikke er nogen åbenlyst ubalance i C/SI -forholdet, kan guleroddefekter og kometdefekter dybest set fjernes, mens dropdefekter og trekantdefekter er relateret til rengøringskontrollen under driften af ​​epitaksialudstyr, urenhedsniveauet for grafitdele i reaktionskammeret og kvaliteten af ​​substratet. Fra tabel 2 kan vi se, at den dødelige defektdensitet på 150 mm og 200 mm epitaksiale skiver kan kontrolleres inden for 0,3 partikler/cm2, hvilket er et fremragende niveau for den samme type udstyr. Kontrolniveauet for dødelig defektdensitet på 150 mm epitaksial skive er bedre end niveauet for 200 mm epitaksial skive. Dette skyldes, at 150 mm -substratforberedelsesprocessen er mere moden end 200 mm, underlagskvaliteten er bedre, og urenhedskontrolniveauet på 150 mm grafitreaktionskammer er bedre.

2.4 Epitaksial Wafer Surface Roughness

Figur 6 viser AFM -billederne af overfladen på 150 mm og 200 mm SIC -epitaksiale skiver. Som det kan ses af figuren, er overfladestrodens gennemsnitlige kvadratruhed RA på 150 mm og 200 mm epitaksiale skiver 0,129 nm og 0,113 nm henholdsvis, og overfladen af ​​den epitaksiale lag opretholder altid, uden åbenlys makro-trin-aggregeringsfænomen, hvilket indikerer, at væksten af ​​epitaksialt lag altid opretholder trinstrømmen under hele epitaxialprocessen, og ingen trin. Det kan ses, at det epitaksiale lag med en glat overflade kan opnås på 150 mm og 200 mm lavvinkelunderlag ved anvendelse af den optimerede epitaksiale vækstproces.

3. konklusioner

150 mm og 200 mm 4H-Sic homoepitaxial skiver blev med succes fremstillet på indenlandske underlag under anvendelse af de selvudviklede 200 mm SIC-epitaksiale vækstudstyr, og en homoepitaxial proces, der var egnet til 150 mm og 200 mm, blev udviklet. Den epitaksiale vækstrate kan være større end 60 μm/t. Mens man opfylder kravet om højhastigheds-epitaksy, er den epitaksiale skivkvalitet fremragende. Tykkelsesuniformiteten på 150 mm og 200 mm SIC -epitaksiale skiver kan kontrolleres inden for 1,5%, koncentrationsuniformiteten er mindre end 3%, den dødelige defektdensitet er mindre end 0,3 partikler/cm2, og den epitaksiale overfladeruheds rod -gennemsnitlig firkant er mindre end 0,15 nm. Kerneprocesindikatorerne for de epitaksiale skiver er på det avancerede niveau i branchen.

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

Vetek Semiconductor er en professionel kinesisk producent afCVD sic coated loft, CVD sic coating dyseogSic Coating Inlet Ring.  Vetek Semiconductor er forpligtet til at levere avancerede løsninger til forskellige SIC Wafer -produkter til halvlederindustrien.

Hvis du er interesseret i8-tommer Sic Epitaxial Furnace og Homoepitaxial proces, er du velkommen til at kontakte os direkte.

Mob: +86-180 6922 0752

Whatsapp: +86 180 6922 0752

E -mail: Anny@veteksemi.com