2 النتائج التجريبية ومناقشتها
2.1الطبقة الفوقيةسمك والتوحيد
تعد سماكة الطبقة الفوقي وتركيز المنشطات والتوحيد أحد المؤشرات الأساسية للحكم على جودة الرقائق الفوقي. تعد السماكة التي يمكن التحكم فيها بدقة وتركيز المنشطات والتوحيد داخل الرقاقة هي المفتاح لضمان الأداء والاتساقأجهزة الطاقة كربيد السيليكونيعد سمك الطبقة الفوقي وتوحيد تركيز المنشطات أيضًا من القواعد المهمة لقياس قدرة عملية المعدات الفوقي.
ويبين الشكل 3 توحيد السمك ومنحنى التوزيع 150 ملم و200 ملمرقائق كربيد الفوقي. يمكن أن نرى من الشكل أن منحنى توزيع سماكة الطبقة الفوقية متماثل حول النقطة المركزية للرقاقة. وقت العملية الفوقي هو 600 ثانية، ومتوسط سمك الطبقة الفوقي للرقاقة الفوقي 150 مم هو 10.89 ميكرومتر، وتوحيد السماكة هو 1.05%. من خلال الحساب، يبلغ معدل النمو الفوقي 65.3 ميكرومتر/ساعة، وهو مستوى عملية الفوقي السريع النموذجي. في نفس وقت العملية الفوقي، يبلغ سمك الطبقة الفوقي للرقاقة الفوقي 200 مم 10.10 مم، ويكون تجانس السماكة ضمن 1.36%، ويبلغ معدل النمو الإجمالي 60.60 مم/ساعة، وهو أقل قليلاً من النمو الفوقي 150 مم معدل. وذلك لأن هناك خسارة واضحة على طول الطريق عندما يتدفق مصدر السيليكون ومصدر الكربون من المنبع لغرفة التفاعل عبر سطح الرقاقة إلى المصب لغرفة التفاعل، وتكون مساحة الرقاقة 200 مم أكبر من 150 مم. يتدفق الغاز عبر سطح الرقاقة مقاس 200 مم لمسافة أطول، ويكون الغاز المصدر المستهلك على طول الطريق أكثر. في حالة استمرار الرقاقة في الدوران، يكون السمك الإجمالي للطبقة الفوقي أرق، وبالتالي يكون معدل النمو أبطأ. بشكل عام، يعد تجانس السماكة للرقائق الفوقية 150 مم و200 مم ممتازًا، وقدرة المعالجة للمعدات يمكن أن تلبي متطلبات الأجهزة عالية الجودة.
2.2 تركيز المنشطات في الطبقة الفوقية وتجانسها
ويبين الشكل 4 توحيد تركيز المنشطات وتوزيع المنحنى بمقدار 150 ملم و200 ملمرقائق كربيد الفوقي. كما يتبين من الشكل، فإن منحنى توزيع التركيز على الرقاقة الفوقية له تناظر واضح بالنسبة إلى مركز الرقاقة. إن انتظام تركيز المنشطات للطبقات الفوقية 150 مم و200 مم هو 2.80% و2.66% على التوالي، والتي يمكن التحكم فيها خلال 3%، وهو مستوى ممتاز للمعدات الدولية المماثلة. يتم توزيع منحنى تركيز المنشطات للطبقة الفوقي في شكل "W" على طول اتجاه القطر، والذي يتم تحديده بشكل أساسي من خلال مجال التدفق للفرن الفوقي ذو الجدار الساخن الأفقي، لأن اتجاه تدفق الهواء لفرن النمو الفوقي لتدفق الهواء الأفقي هو من نهاية مدخل الهواء (المنبع) ويتدفق من نهاية المصب بطريقة رقائقية من خلال سطح الرقاقة؛ نظرًا لأن معدل "الاستنفاد على طول الطريق" لمصدر الكربون (C2H4) أعلى من معدل مصدر السيليكون (TCS)، فعندما تدور الرقاقة، يتناقص C/Si الفعلي على سطح الرقاقة تدريجيًا من الحافة إلى المركز (مصدر الكربون في المركز أقل)، وفقًا لـ "نظرية الوضع التنافسي" لـ C وN، فإن تركيز المنشطات في وسط الرقاقة يتناقص تدريجيًا نحو الحافة، من أجل الحصول على تركيز ممتاز التوحيد، تتم إضافة الحافة N2 كتعويض أثناء العملية الفوقي لإبطاء الانخفاض في تركيز المنشطات من المركز إلى الحافة، بحيث يظهر منحنى تركيز المنشطات النهائي على شكل "W".
2.3 عيوب الطبقة الفوقية
بالإضافة إلى السُمك وتركيز المنشطات، يعد مستوى التحكم في عيوب الطبقة الفوقي أيضًا معلمة أساسية لقياس جودة الرقائق الفوقي ومؤشرًا مهمًا لقدرة المعالجة للمعدات الفوقي. على الرغم من أن SBD وMOSFET لهما متطلبات مختلفة للعيوب، إلا أن العيوب المورفولوجية السطحية الأكثر وضوحًا مثل عيوب السقوط وعيوب المثلث وعيوب الجزرة وعيوب المذنب وما إلى ذلك يتم تعريفها على أنها عيوب قاتلة لأجهزة SBD وMOSFET. إن احتمال فشل الرقائق التي تحتوي على هذه العيوب مرتفع، لذا فإن التحكم في عدد العيوب القاتلة يعد أمرًا في غاية الأهمية لتحسين إنتاجية الرقائق وخفض التكاليف. يوضح الشكل 5 توزيع العيوب القاتلة للرقائق الفوقي 150 مم و200 مم من SiC. في حالة عدم وجود خلل واضح في نسبة C/Si، يمكن إزالة عيوب الجزرة وعيوب المذنب بشكل أساسي، في حين ترتبط عيوب السقوط وعيوب المثلث بالتحكم في النظافة أثناء تشغيل المعدات الفوقي، ومستوى شوائب الجرافيت الأجزاء الموجودة في غرفة التفاعل، ونوعية الركيزة. من الجدول 2، يمكن ملاحظة أنه يمكن التحكم في كثافة العيب القاتل البالغة 150 مم و200 مم من الرقائق الفوقية ضمن 0.3 جسيمات/سم2، وهو مستوى ممتاز لنفس النوع من المعدات. يعد مستوى التحكم في كثافة العيب القاتل للرقاقة الفوقي مقاس 150 مم أفضل من مستوى الرقاقة الفوقي مقاس 200 مم. وذلك لأن عملية تحضير الركيزة 150 مم أكثر نضجًا من 200 مم، وجودة الركيزة أفضل، ومستوى التحكم في الشوائب في غرفة تفاعل الجرافيت 150 مم أفضل.
2.4 خشونة سطح الرقاقة الفوقي
يوضح الشكل 6 صور AFM لسطح الرقائق الفوقي SiC مقاس 150 مم و200 مم. يمكن أن نرى من الشكل أن الجذر السطحي يعني خشونة مربعة Ra البالغة 150 مم و 200 مم من الرقائق الفوقية هي 0.129 نانومتر و0.113 نانومتر على التوالي، وسطح الطبقة الفوقي أملس بدون ظاهرة تجميع واضحة للخطوات الكلية. توضح هذه الظاهرة أن نمو الطبقة الفوقي يحافظ دائمًا على وضع نمو التدفق التدريجي أثناء العملية الفوقي بأكملها، ولا يحدث أي تجميع للخطوات. ويمكن ملاحظة أنه باستخدام عملية النمو الفوقي الأمثل، يمكن الحصول على طبقات الفوقي الملساء على ركائز منخفضة الزاوية مقاس 150 مم و200 مم.
3 الاستنتاج
تم تحضير الرقاقات الفوقي المتجانسة 150 مم و200 مم 4H-SiC بنجاح على ركائز محلية باستخدام معدات النمو الفوقي 200 مم SiC المطورة ذاتيًا، وتم تطوير عملية الفوقي المتجانسة المناسبة لـ 150 مم و200 مم. يمكن أن يكون معدل النمو الفوقي أكبر من 60 ميكرومتر / ساعة. مع تلبية متطلبات السرعة العالية، فإن جودة الرقاقة الفوقية ممتازة. يمكن التحكم في تجانس السمك للرقائق الفوقية من كربيد السيليكون مقاس 150 مم و200 مم في حدود 1.5%، وتوحيد التركيز أقل من 3%، وكثافة الخلل المميت أقل من 0.3 جسيمات/سم2، ومتوسط جذر خشونة السطح الفوقي مربع Ra أقل من 0.15 نانومتر. مؤشرات العملية الأساسية للرقائق الفوقي هي على المستوى المتقدم في الصناعة.
المصدر: المعدات الخاصة بالصناعة الإلكترونية
المؤلف: شيه تيانله، لي بينغ، يانغ يو، غونغ شياو ليانغ، با ساي، تشن غوكين، وان شينغ تشيانغ
(معهد الأبحاث الثامن والأربعون لشركة مجموعة تكنولوجيا الإلكترونيات الصينية، تشانغشا، هونان 410111)
وقت النشر: 04 سبتمبر 2024