2 Експериментални резултати и обсъждане
2.1Епитаксиален слойдебелина и равномерност
Дебелината на епитаксиалния слой, концентрацията на допинг и еднородността са едни от основните показатели за оценка на качеството на епитаксиалните пластини. Прецизно контролируемата дебелина, концентрацията на допинг и еднородността в пластината са ключът към осигуряване на производителност и консистенция наСилови устройства от SiC, а дебелината на епитаксиалния слой и еднородността на концентрацията на допинг също са важни основи за измерване на способността на процеса на епитаксиалното оборудване.
Фигура 3 показва равномерността на дебелината и кривата на разпределение на 150 mm и 200 mmSiC епитаксиални пластини. От фигурата може да се види, че кривата на разпределение на дебелината на епитаксиалния слой е симетрична спрямо централната точка на пластината. Времето на епитаксиалния процес е 600 s, средната дебелина на епитаксиалния слой на 150 mm епитаксиална пластина е 10,89 um, а равномерността на дебелината е 1,05%. Чрез изчисление скоростта на епитаксиален растеж е 65,3 um/h, което е типично ниво на бърз епитаксиален процес. При същото време на епитаксиален процес, дебелината на епитаксиалния слой на 200 mm епитаксиална пластина е 10,10 um, еднородността на дебелината е в рамките на 1,36%, а общата скорост на растеж е 60,60 um/h, което е малко по-ниско от 150 mm епитаксиален растеж скорост. Това е така, защото има очевидна загуба по пътя, когато източникът на силиций и източникът на въглерод протичат от горната част на реакционната камера през повърхността на пластината към долната част на реакционната камера, а площта на пластината от 200 mm е по-голяма от 150 mm. Газът тече през повърхността на 200 mm пластина за по-дълго разстояние, а изходният газ, изразходван по пътя, е повече. При условие, че пластината продължава да се върти, общата дебелина на епитаксиалния слой е по-тънка, така че скоростта на растеж е по-бавна. Като цяло, еднаквостта на дебелината на епитаксиалните пластини от 150 mm и 200 mm е отлична и способността за обработка на оборудването може да отговори на изискванията на висококачествени устройства.
2.2 Концентрация и еднородност на легиране на епитаксиален слой
Фигура 4 показва равномерността на концентрацията на допинг и разпределението на кривата на 150 mm и 200 mmSiC епитаксиални пластини. Както може да се види от фигурата, кривата на разпределение на концентрацията върху епитаксиалната пластина има очевидна симетрия спрямо центъра на пластината. Еднородността на концентрацията на допинг на епитаксиалните слоеве от 150 mm и 200 mm е съответно 2,80% и 2,66%, което може да се контролира в рамките на 3%, което е отлично ниво за подобно международно оборудване. Кривата на концентрация на допинг на епитаксиалния слой е разпределена във форма "W" по посока на диаметъра, което се определя главно от полето на потока на епитаксиалната пещ с хоризонтална гореща стена, тъй като посоката на въздушния поток на пещта за епитаксиален растеж на хоризонталния въздушен поток е от края на входа за въздух (нагоре) и изтича от края надолу по потока по ламинарен начин през повърхността на пластината; тъй като скоростта на "изчерпване по пътя" на източника на въглерод (C2H4) е по-висока от тази на източника на силиций (TCS), когато пластината се върти, действителното C/Si на повърхността на пластината постепенно намалява от ръба до центъра (източникът на въглерод в центъра е по-малък), според "теорията за конкурентната позиция" на C и N, концентрацията на допинг в центъра на пластината постепенно намалява към ръба, за да се получи отлична еднородност на концентрацията, ръбът N2 се добавя като компенсация по време на епитаксиалния процес, за да се забави намаляването на концентрацията на допинг от центъра към ръба, така че крайната крива на концентрация на допинг да има "W" форма.
2.3 Дефекти на епитаксиалния слой
В допълнение към дебелината и концентрацията на допинг, нивото на контрол на дефектите на епитаксиалния слой също е основен параметър за измерване на качеството на епитаксиалните пластини и важен показател за способността на процеса на епитаксиалното оборудване. Въпреки че SBD и MOSFET имат различни изисквания за дефекти, по-очевидните дефекти на морфологията на повърхността като капкови дефекти, триъгълни дефекти, моркови дефекти, кометни дефекти и т.н. се определят като убийствени дефекти на SBD и MOSFET устройства. Вероятността от повреда на чипове, съдържащи тези дефекти, е висока, така че контролирането на броя на дефектите убийци е изключително важно за подобряване на добива на чипове и намаляване на разходите. Фигура 5 показва разпределението на убийствените дефекти на 150 mm и 200 mm SiC епитаксиални пластини. При условие, че няма очевиден дисбаланс в съотношението C/Si, дефектите на моркова и кометните дефекти могат да бъдат основно елиминирани, докато дефектите на капки и триъгълните дефекти са свързани с контрола на чистотата по време на работа на епитаксиалното оборудване, нивото на примеси на графита части в реакционната камера и качеството на субстрата. От таблица 2 може да се види, че плътността на унищожителните дефекти на епитаксиални пластини от 150 mm и 200 mm може да се контролира в рамките на 0,3 частици/cm2, което е отлично ниво за същия тип оборудване. Нивото на контрол на плътността на фаталните дефекти на 150 mm епитаксиална пластина е по-добро от това на 200 mm епитаксиална пластина. Това е така, защото процесът на подготовка на субстрата при 150 mm е по-зрял от този при 200 mm, качеството на субстрата е по-добро и нивото на контрол на примесите в 150 mm графитна реакционна камера е по-добро.
2.4 Грапавост на повърхността на епитаксиална пластина
Фигура 6 показва AFM изображения на повърхността на 150 mm и 200 mm SiC епитаксиални пластини. Може да се види от фигурата, че повърхностната средноквадратична грапавост Ra на епитаксиални пластини от 150 mm и 200 mm е съответно 0,129 nm и 0,113 nm, а повърхността на епитаксиалния слой е гладка без очевиден феномен на агрегиране на макростъпки. Това явление показва, че растежът на епитаксиалния слой винаги поддържа режима на растеж на стъпковия поток по време на целия епитаксиален процес и не настъпва стъпково агрегиране. Може да се види, че чрез използване на оптимизиран процес на епитаксиален растеж могат да се получат гладки епитаксиални слоеве върху 150 mm и 200 mm субстрати с нисък ъгъл.
3 Заключение
Хомогенните епитаксиални пластини от 150 mm и 200 mm 4H-SiC бяха успешно подготвени върху домашни субстрати с помощта на самостоятелно разработеното оборудване за епитаксиален растеж от 200 mm SiC и беше разработен хомогенният епитаксиален процес, подходящ за 150 mm и 200 mm. Скоростта на епитаксиален растеж може да бъде по-голяма от 60 μm/h. Докато отговаря на изискването за високоскоростна епитаксия, качеството на епитаксиалната пластина е отлично. Еднаквостта на дебелината на 150 mm и 200 mm SiC епитаксиални пластини може да се контролира в рамките на 1,5%, еднородността на концентрацията е по-малка от 3%, плътността на фаталните дефекти е по-малка от 0,3 частици/cm2, а епитаксиалната грапавост на повърхността е средноквадратичен Ra е по-малко от 0,15 nm. Основните показатели на процеса на епитаксиалните пластини са на най-високото ниво в индустрията.
Източник: Electronic Industry Special Equipment
Автор: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48-ми изследователски институт на China Electronics Technology Group Corporation, Чанша, Хунан 410111)
Време на публикуване: 04 септември 2024 г