2 Experimentální výsledky a diskuse
2.1Epitaxní vrstvatloušťka a rovnoměrnost
Tloušťka epitaxní vrstvy, koncentrace dopingu a jednotnost jsou jedním ze základních ukazatelů pro posuzování kvality epitaxních plátků. Přesně kontrolovatelná tloušťka, koncentrace dopingu a stejnoměrnost v waferu jsou klíčem k zajištění výkonu a konzistenceSiC napájecí zařízenía tloušťka epitaxní vrstvy a rovnoměrnost koncentrace dopingu jsou také důležitými základy pro měření procesní schopnosti epitaxního zařízení.
Obrázek 3 ukazuje rovnoměrnost tloušťky a distribuční křivku 150 mm a 200 mmSiC epitaxní destičky. Z obrázku je vidět, že křivka distribuce tloušťky epitaxní vrstvy je symetrická kolem středu destičky. Doba epitaxního procesu je 600 s, průměrná tloušťka epitaxní vrstvy 150mm epitaxního plátku je 10,89 um a rovnoměrnost tloušťky je 1,05 %. Podle výpočtu je rychlost epitaxního růstu 65,3 um/h, což je typická úroveň rychlého epitaxního procesu. Při stejné době epitaxního procesu je tloušťka epitaxní vrstvy 200 mm epitaxního plátku 10,10 um, stejnoměrnost tloušťky je v rámci 1,36 % a celková rychlost růstu je 60,60 um/h, což je o něco méně než 150 mm epitaxní růst hodnotit. Je to proto, že dochází ke zjevným ztrátám na cestě, když zdroj křemíku a zdroj uhlíku proudí z horní části reakční komory přes povrch plátku do dolní části reakční komory a plocha plátku 200 mm je větší než 150 mm. Plyn proudí povrchem 200mm waferu na delší vzdálenost a zdrojového plynu spotřebovaného cestou je více. Za podmínky, že se plátek stále otáčí, je celková tloušťka epitaxní vrstvy tenčí, takže rychlost růstu je pomalejší. Celkově je rovnoměrnost tloušťky 150 mm a 200 mm epitaxních plátků vynikající a procesní schopnost zařízení může splňovat požadavky vysoce kvalitních zařízení.
2.2 Koncentrace a uniformita dopingu epitaxní vrstvy
Obrázek 4 ukazuje rovnoměrnost koncentrace dopingu a distribuci křivky 150 mm a 200 mmSiC epitaxní destičky. Jak je vidět z obrázku, křivka distribuce koncentrace na epitaxním plátku má zjevnou symetrii vzhledem ke středu plátku. Rovnoměrnost koncentrace dopingu u 150 mm a 200 mm epitaxních vrstev je 2,80 % a 2,66 %, v daném pořadí, což lze kontrolovat v rozmezí 3 %, což je vynikající úroveň pro podobná mezinárodní zařízení. Křivka dopingové koncentrace epitaxní vrstvy je rozložena ve tvaru "W" podél směru průměru, který je dán hlavně průtokovým polem horizontální horkostěnné epitaxní pece, protože směr proudění vzduchu horizontální vzduchové epitaxní růstové pece je od konec vstupu vzduchu (proti proudu) a vytéká z konce po proudu laminárním způsobem přes povrch plátku; protože rychlost "podélného vyčerpání" zdroje uhlíku (C2H4) je vyšší než u zdroje křemíku (TCS), když se plátek otáčí, skutečný C/Si na povrchu plátku postupně klesá od okraje k střed (zdroj uhlíku ve středu je menší), podle „teorie konkurenčních pozic“ C a N koncentrace dopingu ve středu destičky postupně klesá směrem k okraji, aby se dosáhlo vynikající stejnoměrnosti koncentrace, okraj N2 je přidán jako kompenzace během epitaxního procesu, aby se zpomalil pokles koncentrace dopingu od středu k okraji, takže konečná křivka koncentrace dopingu má tvar "W".
2.3 Defekty epitaxní vrstvy
Kromě tloušťky a koncentrace dopingu je úroveň kontroly defektů epitaxní vrstvy také klíčovým parametrem pro měření kvality epitaxních plátků a důležitým ukazatelem procesní schopnosti epitaxního zařízení. Ačkoli SBD a MOSFET mají různé požadavky na defekty, zjevnější defekty morfologie povrchu, jako jsou defekty kapek, defekty trojúhelníku, defekty mrkve, defekty komet atd., jsou definovány jako vražedné defekty zařízení SBD a MOSFET. Pravděpodobnost selhání čipů obsahujících tyto defekty je vysoká, takže kontrola počtu zabijáckých defektů je extrémně důležitá pro zlepšení výtěžnosti čipu a snížení nákladů. Obrázek 5 ukazuje rozložení zabijáckých defektů 150 mm a 200 mm SiC epitaxních plátků. Za podmínky, že nedochází ke zjevné nerovnováze v poměru C/Si, lze v zásadě eliminovat vady mrkve a vady komet, zatímco vady kapky a vady trojúhelníku souvisejí s kontrolou čistoty během provozu epitaxního zařízení, úrovní nečistot grafitu části v reakční komoře a kvalitu substrátu. Z tabulky 2 je vidět, že hustotu zabijáckých defektů 150 mm a 200 mm epitaxních plátků lze řídit v rozmezí 0,3 částic/cm2, což je vynikající úroveň pro stejný typ zařízení. Úroveň kontroly hustoty fatálních defektů u 150 mm epitaxního plátku je lepší než u 200 mm epitaxního plátku. Je to proto, že proces přípravy substrátu 150 mm je vyzrálejší než proces 200 mm, kvalita substrátu je lepší a úroveň kontroly nečistot v grafitové reakční komoře 150 mm je lepší.
2.4 Drsnost povrchu epitaxního plátku
Obrázek 6 ukazuje snímky AFM povrchu 150 mm a 200 mm SiC epitaxních plátků. Z obrázku je vidět, že střední kvadratická drsnost povrchu Ra 150 mm a 200 mm epitaxních plátků je 0,129 nm, respektive 0,113 nm, a povrch epitaxní vrstvy je hladký bez zjevného makrokrokového agregačního fenoménu. Tento jev ukazuje, že růst epitaxní vrstvy vždy udržuje režim stupňovitého toku během celého epitaxního procesu a nedochází k žádné stupňovité agregaci. Je vidět, že použitím optimalizovaného procesu epitaxního růstu lze získat hladké epitaxní vrstvy na 150 mm a 200 mm substrátech s nízkým úhlem.
3 Závěr
150 mm a 200 mm homogenní epitaxní destičky 4H-SiC byly úspěšně připraveny na domácích substrátech pomocí vlastního 200 mm zařízení pro epitaxní růst SiC a byl vyvinut homogenní epitaxní proces vhodný pro 150 mm a 200 mm. Rychlost epitaxního růstu může být vyšší než 60 μm/h. Při splnění požadavku na vysokorychlostní epitaxi je kvalita epitaxního plátku vynikající. Rovnoměrnost tloušťky 150 mm a 200 mm SiC epitaxních plátků může být řízena v rozmezí 1,5 %, stejnoměrnost koncentrace je menší než 3 %, hustota fatálních defektů je menší než 0,3 částic/cm2 a střední kvadratická hodnota drsnosti epitaxního povrchu Ra je menší než 0,15 nm. Hlavní procesní indikátory epitaxních plátků jsou na pokročilé úrovni v průmyslu.
Zdroj: Electronic Industry Special Equipment
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)
Čas odeslání: září 04-2024