8-дюймовая эпитаксиальная печь SIC и исследование гомоэпитаксиального процесса

В настоящее время индустрия SIC трансформируется от 150 мм (6 дюймов) до 200 мм (8 дюймов). Чтобы удовлетворить срочный спрос на высококачественные высококачественные гомоэпитаксиальные пластины SIC в отрасли, гомоэпитаксиальные вафли 150 мм и 200 мМ 4H-SIC были успешно подготовлены на внутренних субстратах с использованием независимо разработанного эпитаксиального оборудования SIC SIC SIC. Был разработан гомоэпитаксиальный процесс, подходящий для 150 мм и 200 мм, в котором эпитаксиальная скорость роста может превышать 60 мкм/ч. При встрече с высокоскоростной эпитаксией, качество эпитаксиальной пластины отлично. Однородность толщины эпитаксиальных вафель 150 мМ и 200 мм может контролироваться в пределах 1,5%, однородность концентрации составляет менее 3%, плотность смертельной дефекта составляет менее 0,3 частицы/см2, а эпитаксиальная поверхностная шероховатость средней квадратной RA составляет менее 0,15 нм, а все индикаторы процесса основного процесса находятся на продвинутом уровне.

Карбид кремния (sic) является одним из представителей полупроводниковых материалов третьего поколения. Он имеет характеристики высокой прочности поля разрушения, превосходную теплопроводность, большую скорость дрейфа насыщенности электронов и сильное сопротивление радиации. Он значительно расширил способность обработки энергетики и может соответствовать требованиям обслуживания электронного оборудования следующего поколения для устройств с высокой мощностью, малым размером, высокой температурой, высоким излучением и другими экстремальными условиями. Это может уменьшить пространство, уменьшить энергопотребление и уменьшить требования к охлаждению. Это принесло революционные изменения в новых энергетических транспортных средствах, железнодорожных транспортных средствах, интеллектуальных сетках и других областях. Следовательно, кремниевые карбид полупроводники стали признанными как идеальный материал, который приведет к следующему поколению мощных электронных устройств. В последние годы, благодаря поддержке национальной политики для разработки полупроводниковой промышленности третьего поколения, исследования и разработки и строительство индустрии устройств 150 мм были в основном завершены в Китае, а безопасность промышленной цепочки была в основном гарантирована. Следовательно, фокус отрасли постепенно переключился на контроль затрат и повышение эффективности. Как показано в таблице 1, по сравнению с 150 мм, 200 мм SIC имеет более высокую частоту использования краев, а выходные чипы для отдельных пластин можно увеличить примерно в 1,8 раза. После того, как технология созревает, стоимость производства одного чипа может быть снижена на 30%. Технологический прорыв в 200 мм является прямым средством «снижения затрат и повышения эффективности», а также ключ для полупроводниковой промышленности моей страны, чтобы «проходить параллельно» или даже «лидерство».

В отличие от процесса устройства SI, SIC полупроводниковые мощные устройства обрабатываются и подготовлены с эпитаксиальными слоями в качестве краеугольного камня. Эпитаксиальные пластины являются основными основными материалами для силовых устройств SIC. Качество эпитаксиального слоя непосредственно определяет доходность устройства, а его стоимость составляет 20% от стоимости производства чипов. Следовательно, эпитаксиальный рост является важным промежуточным звеном в силовых устройствах SIC. Верхний предел уровня эпитаксиального процесса определяется эпитаксиальным оборудованием. В настоящее время степень локализации внутреннего эпитаксиального оборудования SIC 150 мм относительно высока, но общая планировка 200 мм отстает от международного уровня одновременно. Поэтому, чтобы решить неотложные потребности и проблемы с узким местом большего, высококачественного производства эпитаксиальных материалов для развития внутренней полупроводниковой промышленности третьего поколения, эта статья вводит 200-мм SIC EpiTaxial Equipmial, успешно разработанное в моей стране, и изучает эпитаксиальный процесс. Оптимизируя параметры процесса, такие как температура процесса, скорость потока газа носителя, отношение C/Si и т. Д., Работа концентрации <3%, неравномерность толщины <1,5%, RA <0,2 нм и плотность смертельных дефектов <0,3 частицы/CM2 из 150 мМ, а 200 мМ-эпитаксиальные эпитаксиальные эпитаксиальные эпитаксиальные эпитаксиальные эпитаксиальные эпитаксиальные эпитаксиальные эпитаксиальные. Уровень процесса оборудования может удовлетворить потребности высококачественной подготовки силовых устройств SIC.

1 эксперименты

1.1 Принцип эпитаксиального процесса SIC

Процесс гомоэпитаксиального роста 4H-SIC в основном включает в себя 2 ключевых этапа, а именно, высокотемпературное травление на месте 4H-SIC субстрата и гомогенный процесс химического отложения пара. Основной целью субстрата на месте травление является удаление подповерхностного повреждения субстрата после полировки пластин, остаточной полировки, частиц и оксидного слоя, а на поверхности субстрата может образована регулярная атомная структура. Торюн на месте обычно проводится в атмосфере водорода. В соответствии с фактическими требованиями процесса также можно добавить небольшое количество вспомогательного газа, например, хлорид водорода, пропан, этилен или силан. Температура травления водорода на месте, как правило, выше 1 600 ℃, а давление реакционной камеры обычно контролируется ниже 2 × 104 Па во время процесса травления.

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 газ -носитель (обычно водород). После того, как газ реагирует в высокотемпературной реакционной камере, часть предшественника реагирует химически, а адсорб на поверхности пластины, а однокристаллический гомогенный 4H-сик эпитаксиальный слой с определенной концентрацией легирования, специфической толщиной и более высоким качеством образуется на поверхности субстрата с использованием субстрата в одном каристалле 4H-SIC. После многих лет технического разведки, гомоэпитаксиальная технология 4H-SIC в основном повзрослела и широко используется в промышленном производстве. Наиболее широко используемая гомоэпитаксиальная технология 4H-SIC в мире имеет две типичные характеристики: (1) с использованием внеосевой (относительно плоскости <0001>, в направлении <11-20> направления кристаллического) наклонного подложка в качестве температуры, а также высококристаллический 4H-сик-режим. В начале 4H-SIC гомоэпитаксиальный рост использовал положительный кристаллический субстрат, то есть плоскость <0001> SI для роста. Плотность атомных ступеней на поверхности положительного кристаллического субстрата низкая, а террасы широки. Двумерное рост нуклеации легко произойти во время процесса эпитаксии с образованием 3C-кристалла SIC (3C-SIC). Благодаря вне осевой резки на поверхности субстрата 4H-SIC <0001> может быть введена атомные ступени ширины ширины террасы высокой плотности, а адсорбированный предшественник может эффективно достигать атомного положения с относительно низкой поверхностной энергией посредством диффузии поверхности. На этапе положение связывания атома/молекулярной группы предшественника является уникальным, поэтому в режиме роста потока эпитаксиальный слой может прекрасно наследовать последовательность укладки атомного слоя Si-C, образуя мольсталл с той же кристаллической фазой, что и подложка. (2) Высокоскоростный эпитаксиальный рост достигается путем введения источника кремния, содержащего хлор. В обычных системах химического осаждения паров SIC, салановые и пропан (или этилен) являются основными источниками роста. В процессе увеличения скорости роста за счет увеличения скорости потока роста, поскольку равновесное парциальное давление кремниевого компонента продолжает увеличиваться, легко образовывать кремниевые кластеры с помощью однородной нуклеации газовой фазы, что значительно снижает скорость использования источника кремния. Образование кремниевых кластеров значительно ограничивает улучшение эпитаксиальной скорости роста. В то же время кремниевые кластеры могут нарушать рост шага и вызвать зарождение дефекта. Чтобы избежать зарождения гомогенной газовой фазы и увеличить эпитаксиальную скорость роста, внедрение кремниевых источников на основе хлора в настоящее время является основным методом для увеличения эпитаксиальной скорости роста 4H-SIC.

1,2 200 мм (8-дюймовый) SIC Эпитаксиальное оборудование и условия процесса

Эксперименты, описанные в этой статье, были проведены на 150/200 мм (6/8-дюймовый), совместимое с эпитаксиальным оборудованием SIC SIC, независимо разработанного 48-го института китайской группы электроники. Эпитаксиальная печь поддерживает полностью автоматическую загрузку и разгрузку. Рисунок 1 представляет собой схематическую диаграмму внутренней структуры реакционной камеры эпитаксиального оборудования. Как показано на рисунке 1, внешняя стенка реакционной камеры представляет собой кварцевый колокол с водяным промежуточным слоем, а внутренняя часть колокольчика-это высокотемпературная реакционная камера, которая состоит из термической изоляционной углеродной, специальной графитовой полости, графитовой оболочки, и т. Д. посредством среднего частого индукционного источника питания. Как показано на рисунке 1 (b), газ -носитель, реакционный газ и легирующий газ все текут через поверхность пластины в горизонтальном ламинарном потоке от верхней части реакционной камеры до нижней части реакционной камеры и разряжаются из конца хвостового газа. Чтобы обеспечить консистенцию в пластине, пластина, переносимая плавающей основанием воздуха, всегда вращается во время процесса.

Субстрат, используемый в эксперименте, представляет собой коммерческий 150 мм 200 мм (6 дюймов, 8 дюймов) <1120> Направление 4 ° с углом проводящего двухстороннего двойного полированного SIC-субстрата Shanxi Shuoke Crystal. Трихлорзилан (SIHCL3, TCS) и этилен (C2H4) используются в качестве основных источников роста в процессе эксперимента, среди которых TCS и C2H4 используются в качестве источника кремния и источника углерода соответственно, азот высокого содержания используется в качестве газа и газов для перьев. Эпитаксиальный диапазон температуры процесса составляет 1 600 ~ 1 660 ℃, давление процесса составляет 8 × 103 ~ 12 × 103 PA, а скорость потока газа H2 составляет 100 ～ 140 л/мин.

1.3 Эпитаксиальное тестирование и характеристика пластин

Инфракрасный спектрометр Фурье (производитель оборудования Thermalfisher, модель IS50) и тестер концентрации ртути (Semilab Security Semilab, модель 530L) использовали для характеристики среднего и распределения толщины эпитаксиального слоя и концентрации легирования; Толщина и допинг концентрации каждой точки в эпитаксиальном слое определяли путем взятия точек вдоль линии диаметра, пересекающей нормальную линию основного опорного края при 45 ° в центре пластины с удалением края 5 мм. Для 150 -мм пластины 9 точек были взяты вдоль линии одного диаметра (два диаметра были перпендикулярны друг другу), а для пластины 200 мМ были взяты 21 точку, как показано на рисунке 2. Для выбора 30 мкм × 30 мкм в области эрэк -области (5 ММ -области (5 ММ -области (5 ММ -области) использовали на рисунке 2. шероховатость поверхности эпитаксиального слоя; Дефекты эпитаксиального слоя измеряли с использованием тестера поверхностного дефекта (производитель оборудования China Electronics Kefenghua, Model Mars 4410 Pro) для характеристики.

2 экспериментальные результаты и обсуждение

2.1 Толщина и однородность эпитаксиального слоя

Эпитаксиальная толщина слоя, концентрация легирования и однородность являются одним из основных показателей для оценки качества эпитаксиальных пластин. Точно контролируемая толщина, концентрация легирования и однородность внутри пластины являются ключом к обеспечению производительности и консистенции силовых устройств SIC, а также важные основы эпитаксиального слоя и однородность концентрации легирования также являются важными основаниями для измерения способности процесса эпитаксиального оборудования.

На рисунке 3 показана однородность толщины и кривую распределения 150 мм и 200 мм эпитаксиальных пластин SIC. Из рисунка видно, что кривая распределения толщины эпитаксиального слоя является симметричной относительно центральной точки пластины. Время эпитаксиального процесса составляет 600 с, средняя эпитаксиальная толщина слоя 150 мМ эпитаксиальной пластины составляет 10,89 мкм, а однородность толщины составляет 1,05%. По расчету, эпитаксиальная скорость роста составляет 65,3 мкм/ч, что является типичным быстрым эпитаксиальным уровнем процесса. В то же время эпитаксиального процесса толщина эпитаксиального слоя 200 -мм эпитаксиальной пластины составляет 10,10 мкм, однородность толщины составляет 1,36%, а общая скорость роста составляет 60,60 мкм/ч, что немного ниже, чем скорость эпитаксиального роста 150 мМ. Это связано с тем, что по пути есть очевидная потеря, когда источник кремниевого источника и источник углерода по течению от верхней части реакционной камеры через поверхность пластины до нижней части реакционной камеры, а площадь пластины 200 мМ больше 150 мм. Газ течет через поверхность пластины 200 мм на более длительное расстояние, а источник, потребляемый по пути, больше. При условии, что пластина продолжает вращаться, общая толщина эпитаксиального слоя более тонкая, поэтому скорость роста медленнее. В целом, однородность толщины 150 мм и 200 мм эпитаксиальных вафель является превосходной, а возможность процесса оборудования может соответствовать требованиям высококачественных устройств.

2.2. Концентрация легирования и однородность эпитаксиального слоя и однородность

На рисунке 4 показана однородность концентрации допинга и распределение кривой 150 мм и 200 мм эпитаксиальных вафель. Как видно из рисунка, кривая распределения концентрации на эпитаксиальной пластине имеет очевидную симметрию по сравнению с центром пластины. Единообразие концентрации допинга эпитаксиальных слоев 150 мМ и 200 мМ составляет 2,80% и 2,66% соответственно, что можно контролировать в пределах 3%, что является отличным уровнем между международным аналогичным оборудованием. 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; Поскольку скорость «источника истощения вдоль истощения» (C2H4) выше, чем в кремниевом источнике (TCS), когда вращается пластина, фактический C/Si на поверхности пластины постепенно уменьшается от края к центру (источник углерода в центре меньше), в соответствии с «конкурентной теорией положения» C и N, концентрации в центре. Чтобы получить превосходную однородность концентрации, край N2 добавляется в качестве компенсации во время эпитаксиального процесса, чтобы замедлить снижение концентрации легирования от центра к краю, так что конечная кривая концентрации легирования представляет собой форму «W».

2.3 Дефекты эпитаксиального слоя

В дополнение к толщине и концентрации допинга, уровень управления дефектом эпитаксиального слоя также является параметром ядра для измерения качества эпитаксиальных пластин и важным показателем возможности процесса эпитаксиального оборудования. Хотя SBD и MOSFET имеют разные требования для дефектов, более очевидные дефекты морфологии поверхности, такие как дефекты капель, дефекты треугольника, дефекты морковки и дефекты кометы, определяются как дефекты убийц для устройств SBD и MOSFET. Вероятность сбоя чипов, содержащих эти дефекты, высока, поэтому контроль количества дефектов убийцы чрезвычайно важен для повышения доходности чипа и снижения затрат. На рисунке 5 показано распределение дефектов убийц 150 мм и 200 мм эпитаксиальных пластин SIC. При условии, что нет очевидного дисбаланса в соотношении C/Si, дефекты морковки и дефекты кометы могут быть в основном устранены, в то время как дефекты капель и дефекты треугольника связаны с контролем чистоты во время работы эпитаксиального оборудования, уровня примесь деталей графита в реакционной камере и качеством субстрата. Из таблицы 2 мы видим, что плотность смертельных дефектов 150 мм и 200 мм эпитаксиальных пластин можно контролировать в пределах 0,3 частиц/см2, что является превосходным уровнем для того же типа оборудования. Уровень контроля плотности дефекта в эпитаксиальной пластине 150 мМ лучше, чем у 200 мМ эпитаксиальной пластины. Это связано с тем, что процесс препарата субстрата 150 мМ более зрелый, чем в 200 мм, качество субстрата лучше, а уровень контроля примесей в камере графита 150 мМ лучше.

2.4 Эпитаксиальная шероховатость поверхности пластины

На рисунке 6 показаны изображения AFM поверхности 150 мм и 200 мм эпитаксиальных пластин SIC. Как видно из рисунка, средняя шероховатость квадрата поверхностного корня RA 150 мМ и 200 мМ эпитаксиальных вафель составляет 0,129 нм и 0,113 нм соответственно, а поверхность эпитаксиального слоя гладкая, без очевидного макроэп-агрегационного феномена, что указывает на то, что рост эпитаксиального слоя всегда поддерживает поля по всему всплеску. Можно видеть, что эпитаксиальный слой с гладкой поверхностью может быть получен на субстратах с низким углом 150 мм и 200 мм с использованием оптимизированного процесса эпитаксиального роста.

3. Выводы

Гомоэпитаксиальные пластины 150 мм и 200 мМ 4H-SIC были успешно подготовлены на внутренних субстратах с использованием саморазвитого эпитаксиального оборудования для роста 200 мм и гомоэпитаксиального процесса, подходящего для 150 мм и 200 мм. Эпитаксиальная скорость роста может быть более 60 мкм/ч. При удовлетворении высокоскоростной требования эпитаксии, качество эпитаксиальной пластины отлично. Однородность толщины 150 мМ и 200 мм эпитаксиальных пластин SIC может контролироваться в пределах 1,5%, однородность концентрации составляет менее 3%, плотность смертельного дефекта составляет менее 0,3 частицы/см2, а средняя квадратная ra в квадратной ra эпитаксиальной поверхности составляет менее 0,15 нм. Основные показатели процесса эпитаксиальных пластин находятся на продвинутом уровне в отрасли.

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

Vetek Semiconductor - профессиональный китайский производительПотолок с покрытием CVD SIC, Cvd SIC Coating сопла, иSIC Covert Inlet RingПолем  Vetek Semiconductor стремится предоставлять передовые решения для различных продуктов SIC пластин для полупроводниковой промышленности.

Если вы заинтересованы8-дюймовая эпитаксиальная печь SIC и гомоэпитаксиальный процесс, пожалуйста, не стесняйтесь связываться с нами напрямую.

Толпа: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

Электронная почта: anny@veteksemi.com