فرن الحالة الفائقة الباحث بحجم 8 بوصات وبحوث عملية المثليين

حاليًا ، تتحول صناعة SIC من 150 مم (6 بوصات) إلى 200 مم (8 بوصات). من أجل تلبية الطلب العاجل على الرقائق المثلية ذات الجودة العالية ذات الجودة العالية في هذه الصناعة ، تم إعداد 150 مم و 200 ملم 4H 4H-SIC من معدات النمو المحورية التي تم تطويرها بشكل مستقل. تم تطوير عملية تجزئة من حيث 150 مم و 200 مم ، حيث يمكن أن يكون معدل النمو الفوقي أكبر من 60 ميكرون/ساعة. أثناء مقابلة epitaxy عالية السرعة ، تكون جودة الرقاقة الفوقية ممتازة. يمكن التحكم في توحيد سماكة 150 مم و 200 مم من رقائق الفوقية في حدود 1.5 ٪ ، وتوحيد التركيز أقل من 3 ٪ ، وكثافة العيوب القاتلة أقل من 0.3 جسيمات/سم 2 ، وتكون جذر خشونة السطح الفوقي أقل من 0.15 نانومتر ، وجميع مؤشرات العمليات الأساسية في المركز المتقدم في الصناعة.

يعد Cilicon Carbide (SIC) أحد ممثلي مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث. لديها خصائص قوة الحقل العالي ، والتوصيل الحراري الممتاز ، وسرعة انجراف تشبع الإلكترون الكبيرة ، ومقاومة الإشعاع القوية. لقد وسعت بشكل كبير من قدرة معالجة الطاقة لأجهزة الطاقة ويمكنها تلبية متطلبات الخدمة في الجيل القادم من المعدات الإلكترونية للطاقة للأجهزة ذات الطاقة العالية ، والحجم الصغير ، ودرجة الحرارة العالية ، والإشعاع العالي وغيرها من الظروف القاسية. يمكن أن تقلل من المساحة ، وتقليل استهلاك الطاقة وتقليل متطلبات التبريد. لقد جلبت تغييرات ثورية في مركبات الطاقة الجديدة ونقل السكك الحديدية والشبكات الذكية وغيرها من الحقول. لذلك ، أصبحت أشباه الموصلات من السيليكون معترف بها باعتبارها المادة المثالية التي ستقود الجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية ذات الطاقة العالية. في السنوات الأخيرة ، بفضل دعم السياسة الوطنية لتطوير صناعة أشباه الموصلات من الجيل الثالث ، تم الانتهاء من البحث والتطوير وبناء نظام صناعة الأجهزة 150 مم بشكل أساسي في الصين ، وقد تم ضمان أمن السلسلة الصناعية بشكل أساسي. لذلك ، تحول تركيز الصناعة تدريجياً إلى التحكم في التكاليف وتحسين الكفاءة. كما هو مبين في الجدول 1 ، مقارنة مع 150 مم ، فإن 200 مم SIC لها معدل استخدام حافة أعلى ، ويمكن زيادة ناتج رقائق الرقاقة المفردة بنحو 1.8 مرة. بعد نضوج التكنولوجيا ، يمكن تخفيض تكلفة تصنيع شريحة واحدة بنسبة 30 ٪. يعد الاختراق التكنولوجي البالغ 200 ملم وسيلة مباشرة "لخفض التكاليف وزيادة الكفاءة" ، وهو أيضًا مفتاح صناعة أشباه الموصلات في بلدي "التشغيل الموازي" أو حتى "الرصاص".

تختلف جميعها عن عملية جهاز SI ، يتم معالجة جميع أجهزة طاقة أشباه أشباه الموصلات وإعدادها بطبقات الحالة الفوقية مثل حجر الزاوية. رقائق المحوبين هي مواد أساسية أساسية لأجهزة الطاقة SIC. تحدد جودة الطبقة الفوقية مباشرة عائد الجهاز ، ويحدث تكلفة 20 ٪ من تكلفة تصنيع الرقائق. لذلك ، فإن النمو الفوقي هو رابط وسيط أساسي في أجهزة الطاقة SIC. يتم تحديد الحد الأعلى لمستوى العملية الفوقية بواسطة المعدات الفوقية. في الوقت الحاضر ، فإن درجة توطين المعدات الفوقية المحلية 150 ملم SIC مرتفعة نسبيًا ، لكن التصميم الكلي البالغ 200 ملم يتأخر وراء المستوى الدولي في نفس الوقت. لذلك ، من أجل حل الاحتياجات العاجلة ومشاكل عنق الزجاجة المتمثلة في تصنيع المواد الفائقة ذات الجودة العالية ذات الجودة العالية لتطوير صناعة أشباه الموصلات من الجيل الثالث المحلي ، تقدم هذه الورقة المعدات الفوقية البالغة 200 ملم التي تم تطويرها بنجاح في بلدي ، وتدرس العملية الفوقية. من خلال تحسين معلمات العملية مثل درجة حرارة العملية ، ومعدل تدفق الغاز الناقل ، ونسبة C/Si ، وما إلى ذلك ، فإن توحيد التركيز <3 ٪ ، عدم التمييز <1.5 ٪ ، RARNESS RA <0.2 نانومتر وكثافة عيب قاتلة <0.3 جسيمات/سم 2 من 150 مم و 200 مم من الخزانة ذات النفس. يمكن أن يلبي مستوى عملية المعدات احتياجات إعداد جهاز الطاقة عالي الجودة.

1 تجارب

1.1 مبدأ العملية الفوقية كذا

تشمل عملية النمو المثليين من الجنوب 4H-SIC بشكل أساسي خطوتين رئيسيتين ، وهما الحفر في درجة الحرارة العالية في الموقع من الركيزة 4H SIC وعملية ترسيب البخار الكيميائي المتجانس. الغرض الرئيسي من الحفر في الموقع هو إزالة الضرر تحت السطحي للركيزة بعد تلميع الويفر ، وسائل التلميع المتبقي ، والجزيئات ، وطبقة الأكسيد ، ويمكن تشكيل بنية خطوة ذرية منتظمة على سطح الركيزة عن طريق الحفر. عادة ما يتم الحفر في الموقع في جو الهيدروجين. وفقًا لمتطلبات العملية الفعلية ، يمكن أيضًا إضافة كمية صغيرة من الغاز المساعدة ، مثل كلوريد الهيدروجين أو البروبان أو الإيثيلين أو السيلان. تكون درجة حرارة حفر الهيدروجين في الموقع أعلى بشكل عام عن 1 600 ℃ ، ويتم التحكم بشكل عام في ضغط غرفة التفاعل دون 2 × 104 PA أثناء عملية الحفر.

بعد تنشيط سطح الركيزة عن طريق الحفر في الموقع ، يدخل عملية ترسيب البخار الكيميائي العالي درجات الحرارة ، أي مصدر النمو (مثل الإيثيلين/البروبان ، TCS/Silane) ، مصدر المنشطات (N-ty-type carrogen strenaive charge strained charge strage to there at strene at kase kasirod strend (عادة الهيدروجين). بعد أن يتفاعل الغاز في غرفة التفاعل ذات درجة الحرارة العالية ، يتفاعل جزء من السلائف كيميائيًا ويُصمّع على سطح الرقاقة ، ويتم تكوين جودة محددة من الدرجة 4H SIC مع تركيز محدد لتركيز المنشطات ، وسماكة محددة ، وتشكل الجودة العليا على سطح الركيزة باستخدام النخاع 4H-SIC كمعامل. بعد سنوات من الاستكشاف التقني ، نضجت التكنولوجيا المثلية 4H-SIC بشكل أساسي وتستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي. تحتوي التكنولوجيا المثلية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في العالم في العالم على خصائصين نموذجيتين: (1) باستخدام المحور خارج (نسبة إلى المستوى الكريستالي <0001> ، باتجاه الاتجاه الكريستالي <11-20>) المائلة للركيزة المقطوعة كقالب ، وهو عبارة عن مجموعة من الوضعية الواحدة. استخدم النمو المثلي في وقت مبكر من 4H-SIC الركيزة البلورية الإيجابية ، أي المستوى <0001> SI للنمو. كثافة الخطوات الذرية على سطح الركيزة البلورية الإيجابية منخفضة وتكون المدرجات واسعة. من السهل حدوث نمو النواة ثنائي الأبعاد أثناء عملية epitaxy لتشكيل 3C Crystal SIC (3C-SIC). من خلال القطع خارج المحور ، يمكن إدخال الخطوات الذرية ذات الكثافة العالية ذات الكثافة الضيقة على سطح الركيزة 4H-SIC <001> ، ويمكن أن يصل السلائف الممتمدة بشكل فعال إلى موضع الخطوة الذرية مع طاقة سطحية منخفضة نسبيًا من خلال انتشار السطح. عند الخطوة ، يكون موضع ربط السلائف ذرة/المجموعة الجزيئية فريدة من نوعها ، لذلك في وضع نمو تدفق الخطوة ، يمكن للطبقة الفوقية أن ترث بشكل مثالي تسلسل تكديس الطبقة الذرية المزدوجة Si-C لتشكيل بلورة واحدة مع نفس المرحلة البلورية مثل الركيزة. (2) يتم تحقيق نمو الحالة الفوقية عالية السرعة من خلال إدخال مصدر سيليكون يحتوي على الكلور. في أنظمة ترسيب البخار الكيميائي التقليدي ، هما مصادر النمو الرئيسية. في عملية زيادة معدل النمو عن طريق زيادة معدل تدفق مصدر النمو ، حيث يستمر الضغط الجزئي في التوازن لمكون السيليكون ، من السهل تشكيل مجموعات السيليكون عن طريق نوى طور الغاز المتجانسة ، مما يقلل بشكل كبير من معدل استخدام مصدر السيليكون. يحد تكوين مجموعات السيليكون بشكل كبير من تحسين معدل النمو الفوقي. في الوقت نفسه ، يمكن أن تزعج مجموعات السيليكون نمو تدفق الخطوة وتسبب نوى العيوب. من أجل تجنب نواة طور الغاز المتجانسة وزيادة معدل النمو الفوقي ، يعد إدخال مصادر السيليكون القائمة على الكلور هو الطريقة السائدة لزيادة معدل النمو الفوقي لـ 4H-SIC.

1.2 200 ملم (8 بوصة) معدات الحالة الفائقة وشروط العملية

أجريت جميع التجارب الموصوفة في هذه الورقة على معدات محورية متجانسة متجانسة 150/200 ملم (6/8 بوصة) متجانسة متجانسة من قبل مؤسسة المعهد 48 لمجموعة تكنولوجيا الإلكترونيات الصينية. يدعم الفرن الفوقي التحميل التلقائي بالكامل وتفريغه. الشكل 1 هو رسم تخطيطي للبنية الداخلية لغرفة التفاعل للمعدات الفوقية. كما هو مبين في الشكل 1 ، فإن الجدار الخارجي لغرفة التفاعل هو جرس الكوارتز مع طبقة داخلية مبردة بالمياه ، وداخل الجرس هو غرفة تفاعل عالية درجة الحرارة ، والتي تتكون من العزل الحراري شعر الكربون المحسوس ، وتجويف الجرافيت العالي ، وتجويف الغازات الجرافيت داخل الجبال. إمدادات الطاقة الحثية المتوسطة التردد. كما هو مبين في الشكل 1 (ب) ، يتدفق كل من غاز الناقل وغاز التفاعل وغاز المنشطات عبر سطح الرقاقة في تدفق الصفحي الأفقي من الجزء العلوي من غرفة التفاعل إلى مجرى غرفة التفاعل ويتم تفريغهم من نهاية غاز الذيل. لضمان الاتساق داخل الرقاقة ، يتم دائمًا تدوير الرقاقة التي يحملها قاعدة الطفرات العائمة أثناء العملية.

الركيزة المستخدمة في التجربة عبارة عن مجموعة تجارية 150 مم ، 200 مم (6 بوصات ، 8 بوصات) <1120> الاتجاه 4 ° OFF-OFF-TYPE من النوع 4H من النوع 4H-SIC المصقول على الوجهين التي تنتجها شانشي شوكي كريستال. تُستخدم Trichlorosilane (SIHCL3 ، TCS) والإيثيلين (C2H4) كمصادر النمو الرئيسية في تجربة العملية ، من بينها يتم استخدام TCs و C2H4 كمصدر للسيليكون ومصدر الكربون على التوالي ، ويستخدم النيتروجين عالي الحمل. نطاق درجة حرارة العملية الفوقية هو 1 600 ~ 1 660 ℃ ، وضغط العملية هو 8 × 103 ~ 12 × 103 PA ، ومعدل تدفق غاز حاملة H2 هو 100 ～ 140 لتر/دقيقة.

1.3 اختبار الرقاقة الفوقي وتوصيفه

تم استخدام مطياف فورييه بالأشعة تحت الحمراء (الشركة المصنعة للمعدات Thermalfisher ، النموذج IS50) واختبار تركيز مسبار الزئبق (الشركة المصنعة للمعدات Semilab ، Model 530L) لوصف متوسط ​​وتوزيع سمك الطبقة الفوقية وتركيز المنشطات ؛ تم تحديد سماكة وتركيز المنشطات لكل نقطة في الطبقة الفوقية عن طريق أخذ نقاط على طول خط القطر الذي يتقاطع مع الخط العادي للحافة المرجعية الرئيسية عند 45 درجة في وسط الويفر مع إزالة حافة 5 مم. بالنسبة إلى رقاقة 150 مم ، تم أخذ 9 نقاط على طول خط قطر واحد (كان قطران عموديًا مع بعضهما البعض) ، وللقياس 200 مم ، تم أخذ 21 نقطة ، كما هو مبين في الشكل 2. خشونة السطح للطبقة الفوقية ؛ تم قياس عيوب الطبقة الفوقية باستخدام اختبار عيب السطح (الشركة المصنعة للمعدات Electronics Kefenghua ، Model Mars 4410 Pro) للتوصيف.

2 النتائج التجريبية والمناقشة

2.1 سمك الطبقة الفوقية والتوحيد

تعد سمك الطبقة الفوقية وتركيز المنشطات والتوحيد أحد المؤشرات الأساسية للحكم على جودة الرقائق الفوقية. يعد السُمك الذي يمكن التحكم فيه بدقة ، وتركيز المنشطات والتوحيد داخل الرقاقة هو المفتاح لضمان أداء واتساق أجهزة الطاقة SIC ، وسمك الطبقة الفوقية وتوحيد تركيز المنشطات أيضًا لقياس قدرة عملية المعدات الفوقية.

يوضح الشكل 3 منحنى توحيد السمك والتوزيع من رقائق سعة 150 مم و 200 ملم. يمكن أن نرى من الشكل أن منحنى توزيع سمك الطبقة الفوقية متماثل حول نقطة الوسط للرقاقة. وقت العملية الفوقية هو 600 ثانية ، وهو متوسط ​​سمك الطبقة الفوقية للرقاقة الفوقية 150 ملم هو 10.89 ميكرون ، وتوحيد السمك هو 1.05 ٪. عن طريق الحساب ، يكون معدل النمو الفوقي 65.3 ميكرومتر/ساعة ، وهو مستوى العملية الفائقة السريعة النموذجي. تحت نفس الوقت للعملية الفوقية ، يكون سماكة الطبقة الفوقية للرقاقة الفوقية 200 ملم هي 10.10 ميكرون ، وتوحيد السماكة في حدود 1.36 ٪ ، ومعدل النمو الكلي هو 60.60 ميكرون/ساعة ، وهو أقل قليلاً من معدل النمو الفصلي 150 ملم. وذلك لأن هناك خسارة واضحة على طول الطريق عندما يتدفق مصدر السيليكون ومصدر الكربون من المنبع من غرفة التفاعل من خلال سطح الرقاقة إلى أسفل مجرى غرفة التفاعل ، وتكون منطقة الويفر 200 مم أكبر من 150 مم. يتدفق الغاز عبر سطح رقاقة 200 ملم لمسافة أطول ، ويكون الغاز المصدر المستهلك على طول الطريق أكثر. في ظل الحالة التي يستمر فيها الرقاقة في الدوران ، يكون سمك الطبقة الفوقية الإجمالية أرق ، وبالتالي يكون معدل النمو أبطأ. بشكل عام ، فإن توحيد سمك 150 مم و 200 مم من الرقاقات الفوقية ممتازة ، ويمكن أن تفي قدرة العملية بالمعدات بمتطلبات الأجهزة عالية الجودة.

2.2 تركيز المنشطات الطبقة الفوقية والتوحيد

يوضح الشكل 4 توحيد تركيز المنشطات وتوزيع المنحنى من رقائق حكيمة 150 مم و 200 مم. كما يتضح من الشكل ، فإن منحنى توزيع التركيز على الرقاقة الفوقية له تناسق واضح بالنسبة لمركز الرقاقة. إن توحيد تركيز المنشطات للطبقات الفوقية 150 مم و 200 مم هو 2.80 ٪ و 2.66 ٪ على التوالي ، والتي يمكن السيطرة عليها في غضون 3 ٪ ، وهو مستوى ممتاز بين المعدات الدولية المماثلة. يتم توزيع منحنى تركيز المنشطات للطبقة الفوقية في شكل "W" على طول اتجاه القطر ، والذي يتم تحديده بشكل رئيسي عن طريق حقل تدفق الفرن الفوقي الحار الأفقي ، لأن اتجاه تدفق الهواء للهواء من الطرف المتردد من خلال الطرف المتردد من خلال الطرف المتدفق من الطرف. نظرًا لأن معدل "استنزاف الطريق" لمصدر الكربون (C2H4) أعلى من معدل مصدر السيليكون (TCS) ، عندما يدور الرقبة ، ينخفض ​​C/Si الفعلي على سطح الرقاقة تدريجياً من الحافة إلى الوسط (مصدر الكربون في الوسط أقل) ، وفقًا لنظرية الموضع التنافسية "من C و N ، فإن هذا الوسط يتجول في الوسط. من أجل الحصول على توحيد تركيز ممتاز ، تتم إضافة الحافة N2 كتعويض أثناء العملية الفوقية لإبطاء الانخفاض في تركيز المنشطات من المركز إلى الحافة ، بحيث يعرض منحنى تركيز المنشطات النهائي شكل "W".

2.3 عيوب الطبقة الفوقية

بالإضافة إلى سماكة وتركيز المنشطات ، فإن مستوى التحكم في عيوب الطبقة الفوقية هو أيضًا معلمة أساسية لقياس جودة الرقائق الفوقية ومؤشر مهم على قدرة عملية المعدات الفوقية. على الرغم من أن SBD و MOSFET لهما متطلبات مختلفة للعيوب ، إلا أن عيوب مورفولوجيا السطح الأكثر وضوحًا مثل عيوب الانخفاض ، وعيوب المثلثات ، وعيوب الجزر ، وعيوب المذنب يتم تعريفها على أنها عيوب قاتلة لأجهزة SBD و MOSFET. يعد احتمال فشل الرقائق التي تحتوي على هذه العيوب عالية ، لذا فإن التحكم في عدد العيوب القاتلة أمر مهم للغاية لتحسين محصول الرقائق وتقليل التكاليف. يوضح الشكل 5 توزيع عيوب قاتلة من رقائق حكيمة 150 مم و 200 مم. في حالة عدم وجود خلل واضح في نسبة C/Si ، يمكن القضاء على عيوب الجزر وعيوب المذنب بشكل أساسي ، في حين ترتبط عيوب الانخفاض وعيوب المثلث بالتحكم في النظافة أثناء تشغيل المعدات الفوقية ، ومستوى الشوائب من أجزاء الجرافيت في غرفة التفاعل ، وجودة التربية. من الجدول 2 ، يمكننا أن نرى أن كثافة العيوب القاتلة البالغة 150 مم و 200 ملم يمكن التحكم في رقائق الفوقية في 0.3 جزيئات/سم 2 ، وهو مستوى ممتاز لنفس النوع من المعدات. مستوى التحكم في كثافة العيوب المميتة البالغ 150 مم من الرقاقة الفوقية أفضل من الرقاقة الفوقية 200 ملم. وذلك لأن عملية تحضير الركيزة 150 مم أكثر نضجًا من 200 ملم ، تكون جودة الركيزة أفضل ، ومستوى التحكم في الشوائب البالغ 150 مم من غرفة تفاعل الجرافيت أفضل.

2.4 خشونة سطح الرقاقة الفوقية

يوضح الشكل 6 صور AFM لسطح 150 مم و 200 مم من رقائق الفوقية. كما يتضح من الشكل ، فإن الجذر السطحي يعني الخشونة المربعة RA من 150 مم و 200 مم من الرقاقات الفوقية هو 0.129 نانومتر و 0.113 نانومتر على التوالي ، وسطح الطبقة الفضائية على نحو سلس ، دون أن يتجهز الخطوة الكلية في الخطوة الكاملة. يمكن ملاحظة أنه يمكن الحصول على الطبقة الفوقية ذات سطح أملس على ركائز منخفضة الزاوية 150 مم و 200 مم باستخدام عملية النمو الفوقي المحسّن.

3. الاستنتاجات

تم تحضير رقائق محوبية محلية من الجنسيات المثلي 150 مم و 200 مم 4H بنجاح على الركائز المحلية باستخدام معدات النمو الفوقية ذات الذكاء التي تم تطويرها ذاتيًا ، وتم تطوير عملية محوبية من المناسبة لـ 150 مم و 200 مم. يمكن أن يكون معدل النمو الفوقي أكبر من 60 ميكرون/ساعة. أثناء تلبية متطلبات Epitaxy عالية السرعة ، تكون جودة الرقاقة الفوقية ممتازة. يمكن التحكم في توحيد سماكة 150 مم و 200 مم من الرقاقات الفوقية كذا في حدود 1.5 ٪ ، وتكون توحيد التركيز أقل من 3 ٪ ، وكثافة العيب المميتة أقل من 0.3 جزيئات/سم 2 ، و RA الجذر الخشبية السطحي chans أقل من 0.15 نانومتر. مؤشرات العملية الأساسية للرقصات الفوقية في المستوى المتقدم في الصناعة.

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

الفيتوك شبه الموصلات هي الشركة المصنعة الصينية المحترفةCVD SIC سقف مغلف, فوهة طلاء CVD SIC، وحلقة مدخل طلاء كذا.  تلتزم Vetek Semiconductor بتوفير حلول متقدمة لمختلف منتجات Wefer SIC لصناعة أشباه الموصلات.

إذا كنت مهتمًا بـ8 بوصة كذا الفرن الفائقة وعملية المثليين، لا تتردد في الاتصال بنا مباشرة.

الغوغاء: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

البريد الإلكتروني: anny@veteksemi.com