2 Эксперыментальныя вынікі і абмеркаванне
2.1Эпітаксійны пласттаўшчыня і аднастайнасць
Таўшчыня эпітаксіяльнага пласта, канцэнтрацыя допінгу і аднастайнасць з'яўляюцца аднымі з асноўных паказчыкаў для ацэнкі якасці эпітаксіяльных пласцін. Дакладна кантраляваная таўшчыня, канцэнтрацыя допінгу і аднастайнасць ўнутры пласціны з'яўляюцца ключом да забеспячэння прадукцыйнасці і паслядоўнасціSiC сілавыя прылады, а таўшчыня эпітаксійнага пласта і аднастайнасць канцэнтрацыі допінгу таксама з'яўляюцца важнай асновай для вымярэння тэхналагічных здольнасцей эпітаксійнага абсталявання.
Малюнак 3 паказвае аднастайнасць таўшчыні і крывую размеркавання 150 мм і 200 ммЭпітаксіяльныя пласціны SiC. З малюнка відаць, што крывая размеркавання таўшчыні эпітаксійнага пласта сіметрычная адносна цэнтральнай кропкі пласціны. Час працэсу эпітаксіі складае 600 с, сярэдняя таўшчыня эпітаксіяльнага пласта 150-мм эпітаксіяльнай пласціны складае 10,89 мкм, а аднастайнасць таўшчыні складае 1,05%. Па разліку, хуткасць эпітаксіяльнага росту складае 65,3 мкм/г, што з'яўляецца тыповым узроўнем хуткага эпітаксіяльнага працэсу. Пры такім жа часе працэсу эпітаксіі таўшчыня эпітаксіяльнага пласта 200-мм эпітаксіяльнай пласціны складае 10,10 мкм, аднастайнасць таўшчыні знаходзіцца ў межах 1,36%, а агульная хуткасць росту складае 60,60 мкм/гадз, што крыху ніжэй, чым пры эпітаксіяльным нарошчванні 150 мм. стаўка. Гэта адбываецца таму, што ёсць відавочныя страты на шляху, калі крыніца крэмнію і крыніца вугляроду цякуць ад вышэй па плыні рэакцыйнай камеры праз паверхню пласціны да ніжняй часткі рэакцыйнай камеры, а плошча пласціны 200 мм большая за 150 мм. Газ цячэ праз паверхню 200-міліметровай пласціны на большую адлегласць, і на гэтым шляху расходуецца больш зыходнага газу. Пры ўмове, што пласціна працягвае круціцца, агульная таўшчыня эпітаксіяльнага пласта меншая, таму хуткасць росту павольней. У цэлым аднастайнасць таўшчыні эпітаксіяльных пласцін 150 мм і 200 мм выдатная, а тэхналагічныя магчымасці абсталявання могуць адпавядаць патрабаванням высакаякасных прылад.
2.2 Канцэнтрацыя і аднастайнасць легіравання эпітаксійнага пласта
На малюнку 4 паказаны аднастайнасць канцэнтрацыі допінгу і размеркаванне крывой 150 мм і 200 ммЭпітаксіяльныя пласціны SiC. Як відаць з малюнка, крывая размеркавання канцэнтрацыі на эпітаксіяльнай пласціне мае відавочную сіметрыю адносна цэнтра пласціны. Аднастайнасць канцэнтрацыі допінгу эпітаксіяльных слаёў 150 мм і 200 мм складае 2,80% і 2,66% адпаведна, якія можна кантраляваць у межах 3%, што з'яўляецца выдатным узроўнем для падобнага міжнароднага абсталявання. Крывая канцэнтрацыі легіравання эпітаксіяльнага пласта размяркоўваецца ў форме "W" уздоўж напрамку дыяметра, які ў асноўным вызначаецца полем патоку ў эпітаксіяльнай печы з гарызантальнай гарачай сценкай, таму што кірунак паветранага патоку ў эпітаксіяльнай печы з гарызантальным патокам паветра ад канец паветразаборніка (уверх па плыні) і выцякае з ніжняга канца ламінарным чынам праз паверхню пласціны; таму што хуткасць "знясілення" крыніцы вугляроду (C2H4) вышэй, чым у крыніцы крэмнія (TCS), калі пласціна круціцца, фактычнае C/Si на паверхні пласціны паступова памяншаецца ад краю да у цэнтры (крыніца вугляроду ў цэнтры менш), згодна з «тэорыяй канкурэнтнай пазіцыі» C і N, канцэнтрацыя допінгу ў цэнтры пласціны паступова памяншаецца да краю, каб атрымаць выдатную аднастайнасць канцэнтрацыі, край N2 дадаецца ў якасці кампенсацыі падчас працэсу эпітаксіі, каб запаволіць памяншэнне канцэнтрацыі допінгу ад цэнтра да краю, так што канчатковая крывая канцэнтрацыі допінгу мае форму "W".
2.3 Дэфекты эпітаксійнага пласта
У дадатак да таўшчыні і канцэнтрацыі допінгу, узровень кантролю дэфектаў эпітаксіяльнага пласта таксама з'яўляецца асноўным параметрам для вымярэння якасці эпітаксіяльных пласцін і важным паказчыкам тэхналагічных магчымасцей эпітаксіяльнага абсталявання. Нягледзячы на тое, што SBD і MOSFET маюць розныя патрабаванні да дэфектаў, больш відавочныя дэфекты марфалогіі паверхні, такія як кроплявыя дэфекты, дэфекты трохвугольніка, дэфекты «морквы», дэфекты каметы і г.д., вызначаюцца як дэфекты-забойцы прылад SBD і MOSFET. Верагоднасць выхаду з ладу чыпаў, якія змяшчаюць гэтыя дэфекты, высокая, таму кантроль колькасці дэфектаў-забойцаў надзвычай важны для павышэння выхаду чыпаў і зніжэння выдаткаў. На малюнку 5 паказана размеркаванне дэфектаў-забойцаў эпітаксіяльных пласцін SiC памерам 150 мм і 200 мм. Пры ўмове, што няма відавочнага дысбалансу ў суадносінах C/Si, дэфекты морквы і каметы могуць быць у асноўным ліквідаваны, у той час як дэфекты кроплі і дэфекты трохвугольніка звязаны з кантролем чысціні падчас працы эпітаксіяльнага абсталявання, узровень прымешак графіту частак у рэакцыйнай камеры, а таксама якасць падкладкі. З табліцы 2 відаць, што шчыльнасць дэфектаў-забойцаў эпітаксіяльных пласцін 150 мм і 200 мм можна кантраляваць у межах 0,3 часціц/см2, што з'яўляецца выдатным узроўнем для такога ж тыпу абсталявання. Узровень кантролю шчыльнасці фатальных дэфектаў для эпітаксіяльнай пласціны 150 мм лепш, чым для эпітаксіяльнай пласціны 200 мм. Гэта адбываецца таму, што працэс падрыхтоўкі падкладкі 150 мм больш спелы, чым працэс 200 мм, якасць падкладкі лепш, а ўзровень кантролю прымешак 150 мм графітавай рэакцыйнай камеры лепш.
2.4 Шурпатасць паверхні эпітаксійнай пласціны
На малюнку 6 паказаны выявы АСМ паверхні эпітаксіяльных пласцін SiC таўшчынёй 150 мм і 200 мм. На малюнку відаць, што сярэднеквадратычная шурпатасць паверхні Ra эпітаксіяльных пласцін памерам 150 мм і 200 мм складае 0,129 нм і 0,113 нм адпаведна, а паверхня эпітаксіяльнага пласта гладкая без відавочнага з'явы агрэгацыі з макраступенямі. Гэта з'ява паказвае, што пры росце эпітаксіяльнага пласта заўсёды падтрымліваецца рэжым росту ступенчатай плыні на працягу ўсяго працэсу эпітаксіі, і не адбываецца ступенчатай агрэгацыі. Відаць, што пры выкарыстанні аптымізаванага працэсу эпітаксіяльнага росту можна атрымаць гладкія эпітаксіяльныя пласты на падкладках з нізкім вуглом таўшчынёй 150 мм і 200 мм.
3 Заключэнне
Аднародныя эпітаксіяльныя пласціны 4H-SiC памерам 150 мм і 200 мм былі паспяхова падрыхтаваны на айчынных падкладках з выкарыстаннем абсталявання для эпітаксіяльнага вырошчвання 200 мм SiC уласнай распрацоўкі, і быў распрацаваны аднастайны працэс эпітаксіі, прыдатны для 150 мм і 200 мм. Хуткасць эпітаксіяльнага росту можа быць большай за 60 мкм/г. Адпавядаючы патрабаванням да высакахуткаснай эпітаксіі, якасць эпітаксіяльнай пласціны выдатная. Аднастайнасць таўшчыні эпітаксіяльных пласцін SiC памерам 150 мм і 200 мм можна кантраляваць у межах 1,5%, аднастайнасць канцэнтрацыі складае менш за 3%, шчыльнасць фатальных дэфектаў складае менш за 0,3 часціцы/см2, а сярэднеквадратычнае значэнне шурпатасці эпітаксіяльнай паверхні Ra складае менш за 0,15 нм. Асноўныя паказчыкі працэсу эпітаксіяльных пласцін знаходзяцца на перадавым узроўні ў галіны.
Крыніца: спецыяльнае абсталяванне для электроннай прамысловасці
Аўтар: Се Цяньлэ, Лі Пін, Ян Юй, Гун Сяолян, Ба Сай, Чэнь Гоцынь, Ван Шэнцян
(48-ы навукова-даследчы інстытут Кітайскай карпарацыі Electronics Technology Group, Чанша, Хунань 410111)
Час публікацыі: 4 верасня 2024 г