2 Eksperimentalni rezultati i diskusija
2.1Epitaksijalni slojdebljina i ujednačenost
Debljina epitaksijalnog sloja, koncentracija dopinga i uniformnost su jedan od ključnih indikatora za procjenu kvaliteta epitaksijalnih pločica. Precizno kontrolirana debljina, koncentracija dopinga i uniformnost unutar vafla su ključ za osiguranje performansi i konzistentnostiSiC energetski uređaji, a debljina epitaksijalnog sloja i uniformnost koncentracije dopinga također su važne osnove za mjerenje procesne sposobnosti epitaksijalne opreme.
Slika 3 prikazuje ujednačenost debljine i krivulju raspodjele od 150 mm i 200 mmSiC epitaksijalne pločice. Sa slike se može vidjeti da je kriva raspodjele debljine epitaksijalnog sloja simetrična u odnosu na središnju tačku pločice. Vrijeme epitaksijalnog procesa je 600s, prosječna debljina epitaksijalnog sloja epitaksijalne pločice od 150 mm je 10,89 um, a ujednačenost debljine je 1,05%. Prema proračunu, stopa rasta epitaksija je 65,3 um/h, što je tipičan nivo brzog epitaksijalnog procesa. Pod istim vremenom epitaksijalnog procesa, debljina epitaksijalnog sloja epitaksijalne pločice od 200 mm je 10,10 um, ujednačenost debljine je unutar 1,36%, a ukupna stopa rasta je 60,60 um/h, što je nešto niže od epitaksijalnog rasta od 150 mm stopa. To je zato što postoji očigledan gubitak na putu kada izvor silicijuma i izvor ugljika teku od uzvodno od reakcione komore kroz površinu pločice do nizvodno od reakcione komore, a površina pločice od 200 mm je veća od 150 mm. Plin teče kroz površinu pločice od 200 mm na većoj udaljenosti, a izvornog plina koji se troši na tom putu je više. Pod uslovom da se pločica stalno rotira, ukupna debljina epitaksijalnog sloja je tanja, pa je i brzina rasta sporija. Sve u svemu, ujednačenost debljine epitaksijalnih pločica od 150 mm i 200 mm je odlična, a procesna sposobnost opreme može zadovoljiti zahtjeve visokokvalitetnih uređaja.
2.2 Koncentracija dopinga i uniformnost epitaksijalnog sloja
Slika 4 prikazuje ujednačenost koncentracije dopinga i distribuciju krivulje za 150 mm i 200 mmSiC epitaksijalne pločice. Kao što se može vidjeti sa slike, kriva raspodjele koncentracije na epitaksijalnoj pločici ima očiglednu simetriju u odnosu na centar pločice. Ujednačenost koncentracije dopinga u epitaksijalnim slojevima od 150 mm i 200 mm je 2,80% i 2,66% respektivno, što se može kontrolisati unutar 3%, što je odličan nivo za sličnu međunarodnu opremu. Kriva koncentracije dopinga epitaksijalnog sloja je raspoređena u obliku "W" duž smjera promjera, koji je uglavnom određen poljem strujanja epitaksijalne peći s horizontalnim vrućim zidom, jer je smjer strujanja zraka u peći za epitaksijalni rast horizontalnog toka zraka od kraj ulaza za zrak (uzvodno) i teče sa donjeg kraja na laminaran način kroz površinu pločice; jer je stopa "usputnog iscrpljivanja" izvora ugljika (C2H4) veća od one kod izvora silicijuma (TCS), kada se pločica rotira, stvarni C/Si na površini pločice postepeno se smanjuje od ruba do centru (izvor ugljika u centru je manji), prema "teoriji konkurentske pozicije" C i N, koncentracija dopinga u centru pločice postupno se smanjuje prema rubu, kako bi se postigla izvrsna ujednačenost koncentracije, rub N2 se dodaje kao kompenzacija tokom epitaksijalnog procesa kako bi se usporio pad koncentracije dopinga od centra do ruba, tako da konačna kriva koncentracije dopinga ima oblik "W".
2.3 Defekti epitaksijalnog sloja
Pored debljine i koncentracije dopinga, nivo kontrole defekta epitaksijalnog sloja je takođe ključni parametar za merenje kvaliteta epitaksijalnih pločica i važan pokazatelj procesne sposobnosti epitaksijalne opreme. Iako SBD i MOSFET imaju različite zahtjeve za defekte, očigledniji defekti površinske morfologije kao što su defekti kapljica, defekti trougla, defekti šargarepe, defekti komete, itd. su definirani kao ubojiti defekti SBD i MOSFET uređaja. Vjerojatnost kvara čipova koji sadrže ove defekte je velika, tako da je kontrola broja ubojitih defekata izuzetno važna za poboljšanje prinosa čipova i smanjenje troškova. Slika 5 prikazuje distribuciju killer defekata 150 mm i 200 mm SiC epitaksijalnih pločica. Pod uslovom da ne postoji očigledan disbalans u C/Si omjeru, defekti šargarepe i defekti komete mogu se u osnovi eliminirati, dok su defekti kapljica i defekti trokuta povezani sa kontrolom čistoće tokom rada epitaksijalne opreme, nivoom nečistoće grafita. dijelova u reakcionoj komori, te kvalitetu supstrata. Iz Tabele 2 se može vidjeti da se gustoća defekta od 150 mm i epitaksijalne pločice od 200 mm može kontrolisati unutar 0,3 čestice/cm2, što je odličan nivo za istu vrstu opreme. Nivo kontrole gustine fatalnih defekata kod epitaksijalne pločice od 150 mm je bolji nego kod epitaksijalne pločice od 200 mm. To je zato što je proces pripreme supstrata od 150 mm zreliji od onog od 200 mm, kvalitet podloge je bolji, a nivo kontrole nečistoća u grafitnoj reakcijskoj komori od 150 mm je bolji.
2.4 Epitaksijalna hrapavost površine pločice
Slika 6 prikazuje AFM slike površine epitaksijalnih ploča od 150 mm i 200 mm SiC. Sa slike se može vidjeti da je srednja kvadratna hrapavost površine korijena Ra epitaksijalne pločice od 150 mm i 200 mm 0,129 nm i 0,113 nm respektivno, a površina epitaksijalnog sloja je glatka bez očigledne pojave agregacije u makro-stepeni. Ovaj fenomen pokazuje da rast epitaksijalnog sloja uvijek održava način rasta toka koraka tokom cijelog epitaksijalnog procesa i ne dolazi do stepenaste agregacije. Može se vidjeti da se primjenom optimiziranog procesa epitaksijalnog rasta mogu dobiti glatki epitaksijalni slojevi na podlogama niskog kuta od 150 mm i 200 mm.
3 Zaključak
Homogene epitaksijalne pločice od 150 mm i 200 mm 4H-SiC uspješno su pripremljene na domaćim supstratima korištenjem samorazvijene opreme za epitaksijalni rast od 200 mm SiC, a razvijen je homogeni epitaksijalni proces pogodan za 150 mm i 200 mm. Brzina epitaksijalnog rasta može biti veća od 60 μm/h. Iako ispunjava zahtjeve za brzu epitaksiju, kvalitet epitaksijalne pločice je odličan. Ujednačenost debljine epitaksijalnih pločica od 150 mm i 200 mm SiC može se kontrolisati unutar 1,5%, ujednačenost koncentracije je manja od 3%, gustina fatalnog defekta je manja od 0,3 čestica/cm2, a epitaksijalna površinska hrapavost korijen srednji kvadrat Ra je manji od 0,15 nm. Osnovni indikatori procesa epitaksijalnih pločica su na naprednom nivou u industriji.
Izvor: Specijalna oprema elektronske industrije
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Vrijeme objave: Sep-04-2024