2 Resultats experimentals i discussió
2.1Capa epitaxialgruix i uniformitat
El gruix de la capa epitaxial, la concentració de dopatge i la uniformitat són un dels indicadors bàsics per jutjar la qualitat de les hòsties epitaxials. El gruix controlable amb precisió, la concentració de dopatge i la uniformitat dins de l'hòstia són la clau per garantir el rendiment i la consistència deDispositius de potència SiC, i el gruix de la capa epitaxial i la uniformitat de la concentració de dopatge també són bases importants per mesurar la capacitat de procés dels equips epitaxials.
La figura 3 mostra la corba de distribució i uniformitat del gruix de 150 mm i 200 mmHòsties epitaxials de SiC. A la figura es pot veure que la corba de distribució del gruix de la capa epitaxial és simètrica respecte al punt central de l'hòstia. El temps del procés epitaxial és de 600 segons, el gruix mitjà de la capa epitaxial de l'hòstia epitaxial de 150 mm és de 10,89 um i la uniformitat del gruix és de l'1,05%. Per càlcul, la taxa de creixement epitaxial és de 65,3 um/h, que és un nivell típic de procés epitaxial ràpid. Amb el mateix temps de procés epitaxial, el gruix de la capa epitaxial de l'hòstia epitaxial de 200 mm és de 10,10 um, la uniformitat del gruix és de l'1,36% i la taxa de creixement global és de 60,60 um/h, que és lleugerament inferior al creixement epitaxial de 150 mm. taxa. Això es deu al fet que hi ha una pèrdua òbvia al llarg del camí quan la font de silici i la font de carboni flueixen des de l'aigua amunt de la cambra de reacció a través de la superfície de l'hòstia fins a la part baixa de la cambra de reacció, i l'àrea de l'hòstia de 200 mm és més gran que els 150 mm. El gas flueix a través de la superfície de l'hòstia de 200 mm durant una distància més llarga i el gas d'origen consumit al llarg del camí és més gran. Amb la condició que l'hòstia segueixi girant, el gruix total de la capa epitaxial és més prim, de manera que la velocitat de creixement és més lenta. En general, la uniformitat del gruix de les hòsties epitaxials de 150 mm i 200 mm és excel·lent i la capacitat de procés de l'equip pot complir els requisits dels dispositius d'alta qualitat.
2.2 Concentració i uniformitat del dopatge de la capa epitaxial
La figura 4 mostra la uniformitat de la concentració de dopatge i la distribució de la corba de 150 mm i 200 mmHòsties epitaxials de SiC. Com es pot veure a la figura, la corba de distribució de concentració a l'hòstia epitaxial té una simetria òbvia respecte al centre de l'hòstia. La uniformitat de concentració de dopatge de les capes epitaxials de 150 mm i 200 mm és del 2,80% i el 2,66% respectivament, que es pot controlar dins del 3%, que és un nivell excel·lent per a equips internacionals similars. La corba de concentració de dopatge de la capa epitaxial es distribueix en forma "W" al llarg de la direcció del diàmetre, que es determina principalment pel camp de flux del forn epitaxial horitzontal de paret calenta, perquè la direcció del flux d'aire del forn de creixement epitaxial de flux d'aire horitzontal és de l'extrem d'entrada d'aire (aigües amunt) i surt des de l'extrem aigües avall de manera laminar a través de la superfície de l'hòstia; com que la taxa d'"esgotament al llarg del camí" de la font de carboni (C2H4) és més alta que la de la font de silici (TCS), quan l'hòstia gira, el C/Si real a la superfície de l'hòstia disminueix gradualment des de la vora fins a al centre (la font de carboni al centre és menor), segons la "teoria de la posició competitiva" de C i N, la concentració de dopatge al centre de l'hòstia disminueix gradualment cap a la vora, per tal d'obtenir excel·lent uniformitat de concentració, la vora N2 s'afegeix com a compensació durant el procés epitaxial per frenar la disminució de la concentració de dopatge del centre a la vora, de manera que la corba de concentració de dopatge final presenta una forma "W".
2.3 Defectes de la capa epitaxial
A més del gruix i la concentració de dopatge, el nivell de control de defecte de la capa epitaxial també és un paràmetre bàsic per mesurar la qualitat de les hòsties epitaxials i un indicador important de la capacitat de procés dels equips epitaxials. Tot i que SBD i MOSFET tenen requisits diferents per als defectes, els defectes de morfologia superficial més evidents, com ara defectes de gota, defectes de triangles, defectes de pastanaga, defectes de cometa, etc., es defineixen com a defectes mortals dels dispositius SBD i MOSFET. La probabilitat de fallada dels xips que contenen aquests defectes és alta, de manera que controlar el nombre de defectes mortals és extremadament important per millorar el rendiment de les fitxes i reduir els costos. La figura 5 mostra la distribució dels defectes assassins de les hòsties epitaxials de SiC de 150 mm i 200 mm. Amb la condició que no hi hagi un desequilibri evident en la relació C/Si, els defectes de la pastanaga i els defectes del cometa es poden eliminar bàsicament, mentre que els defectes de caiguda i els defectes del triangular estan relacionats amb el control de la neteja durant el funcionament de l'equip epitaxial, el nivell d'impuresa del grafit. parts a la cambra de reacció i la qualitat del substrat. A la taula 2, es pot veure que la densitat de defecte assassí de les hòsties epitaxials de 150 mm i 200 mm es pot controlar dins de 0,3 partícules/cm2, que és un nivell excel·lent per al mateix tipus d'equip. El nivell de control de densitat de defecte fatal de l'hòstia epitaxial de 150 mm és millor que el de l'hòstia epitaxial de 200 mm. Això es deu al fet que el procés de preparació del substrat de 150 mm és més madur que el de 200 mm, la qualitat del substrat és millor i el nivell de control d'impureses de la cambra de reacció de grafit de 150 mm és millor.
2.4 Rugositat de la superfície de l'hòstia epitaxial
La figura 6 mostra les imatges AFM de la superfície de les hòsties epitaxials de SiC de 150 mm i 200 mm. Es pot veure a la figura que la rugositat quadrada mitjana de l'arrel superficial Ra de les hòsties epitaxials de 150 mm i 200 mm és de 0,129 nm i 0,113 nm, respectivament, i la superfície de la capa epitaxial és llisa sense un fenomen d'agregació de macroetapes evident. Aquest fenomen mostra que el creixement de la capa epitaxial sempre manté el mode de creixement del flux de pas durant tot el procés epitaxial i no es produeix cap agregació de pas. Es pot veure que utilitzant el procés de creixement epitaxial optimitzat, es poden obtenir capes epitaxials llises en substrats d'angle baix de 150 mm i 200 mm.
3 Conclusió
Les hòsties epitaxials homogènies 4H-SiC de 150 mm i 200 mm es van preparar amb èxit en substrats domèstics mitjançant l'equip de creixement epitaxial de 200 mm SiC de desenvolupament propi, i es va desenvolupar el procés epitaxial homogeni adequat per a 150 mm i 200 mm. La taxa de creixement epitaxial pot ser superior a 60 μm/h. Tot i que compleix el requisit d'epitaxia d'alta velocitat, la qualitat de l'hòstia epitaxial és excel·lent. La uniformitat del gruix de les hòsties epitaxials de SiC de 150 mm i 200 mm es pot controlar en un 1,5%, la uniformitat de concentració és inferior al 3%, la densitat del defecte mortal és inferior a 0,3 partícules/cm2 i la rugositat de la superfície epitaxial mitjana quadrada Ra és inferior a 0,15 nm. Els indicadors bàsics del procés de les hòsties epitaxials es troben al nivell avançat de la indústria.
Font: Equips especials per a la indústria electrònica
Autors: 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)
Hora de publicació: 04-set-2024