2 Eksperimentelle resultater og diskussion
2.1Epitaksialt lagtykkelse og ensartethed
Epitaksial lagtykkelse, dopingkoncentration og ensartethed er en af kerneindikatorerne for bedømmelse af kvaliteten af epitaksiale wafere. Nøjagtig kontrollerbar tykkelse, dopingkoncentration og ensartethed i waferen er nøglen til at sikre ydeevne og konsistens afSiC strømudstyr, og epitaksial lagtykkelse og dopingkoncentrationens ensartethed er også vigtige grundlag for at måle epitaksialt udstyrs proceskapacitet.
Figur 3 viser tykkelsesensartetheden og fordelingskurven på 150 mm og 200 mmSiC epitaksiale wafere. Det kan ses af figuren, at den epitaksiale lagtykkelsesfordelingskurve er symmetrisk omkring waferens midtpunkt. Den epitaksiale procestid er 600s, den gennemsnitlige epitaksiale lagtykkelse af den 150 mm epitaksiale wafer er 10,89 um, og tykkelsesensartetheden er 1,05%. Ved beregning er den epitaksiale væksthastighed 65,3 um/h, hvilket er et typisk hurtigt epitaksielt procesniveau. Under den samme epitaksiale procestid er den epitaksiale lagtykkelse på den 200 mm epitaksiale wafer 10,10 um, tykkelsesensartetheden er inden for 1,36 %, og den samlede væksthastighed er 60,60 um/h, hvilket er lidt lavere end den 150 mm epitaksielle vækst. sats. Dette skyldes, at der er åbenlyst tab undervejs, når siliciumkilden og kulstofkilden strømmer fra opstrøms for reaktionskammeret gennem waferoverfladen til nedstrøms for reaktionskammeret, og 200 mm waferarealet er større end de 150 mm. Gassen strømmer gennem overfladen af 200 mm waferen over en længere afstand, og kildegassen, der forbruges undervejs, er mere. Under den betingelse, at waferen bliver ved med at rotere, er den samlede tykkelse af det epitaksiale lag tyndere, så væksthastigheden er langsommere. Samlet set er tykkelsesensartetheden af 150 mm og 200 mm epitaksiale wafere fremragende, og udstyrets procesevne kan opfylde kravene til højkvalitetsenheder.
2.2 Epitaksiallags dopingkoncentration og ensartethed
Figur 4 viser ensartetheden af dopingkoncentrationen og kurvefordelingen på 150 mm og 200 mmSiC epitaksiale wafere. Som det kan ses af figuren, har koncentrationsfordelingskurven på den epitaksiale wafer tydelig symmetri i forhold til midten af waferen. Dopingkoncentrationens ensartethed af de 150 mm og 200 mm epitaksiale lag er henholdsvis 2,80 % og 2,66 %, hvilket kan kontrolleres inden for 3 %, hvilket er et fremragende niveau for lignende internationalt udstyr. Det epitaksiale lags dopingkoncentrationskurve er fordelt i en "W"-form langs diameterretningen, som hovedsageligt bestemmes af strømningsfeltet for den horisontale hotwall-epitaksiale ovn, fordi luftstrømsretningen for den horisontale luftstrømsepitaksiale vækstovn er fra luftindløbsenden (opstrøms) og strømmer ud fra nedstrømsenden på en laminær måde gennem waferoverfladen; fordi kulstofkildens (C2H4) "undervejs-udtømningshastighed" er højere end siliciumkildens (TCS), når waferen roterer, falder den faktiske C/Si på waferoverfladen gradvist fra kanten til midten (kulstofkilden i midten er mindre), ifølge "konkurrencepositionsteorien" for C og N, falder dopingkoncentrationen i midten af waferen gradvist mod kanten, i For at opnå fremragende koncentrationsensartethed tilsættes kanten N2 som kompensation under epitaksialprocessen for at bremse faldet i dopingkoncentrationen fra midten til kanten, således at den endelige dopingkoncentrationskurve viser en "W"-form.
2.3 Epitaksiale lagdefekter
Ud over tykkelse og dopingkoncentration er niveauet af epitaksial lagdefektkontrol også en kerneparameter til måling af kvaliteten af epitaksiale wafere og en vigtig indikator for epitaksialt udstyrs procesevne. Selvom SBD og MOSFET har forskellige krav til defekter, defineres de mere åbenlyse overflademorfologiske defekter såsom falddefekter, trekantdefekter, gulerodsdefekter, kometdefekter osv. som dræberdefekter af SBD og MOSFET enheder. Sandsynligheden for svigt af spåner, der indeholder disse defekter, er høj, så det er ekstremt vigtigt at kontrollere antallet af dræbende defekter for at forbedre spånudbyttet og reducere omkostningerne. Figur 5 viser fordelingen af dræberdefekter på 150 mm og 200 mm SiC epitaksiale wafere. Under den betingelse, at der ikke er nogen åbenlys ubalance i C/Si-forholdet, kan gulerodsfejl og kometdefekter grundlæggende elimineres, mens faldfejl og trekantsfejl er relateret til renhedskontrollen under driften af epitaksialt udstyr, urenhedsniveauet af grafit dele i reaktionskammeret, og kvaliteten af substratet. Af tabel 2 kan det ses, at dræberdefektdensiteten på 150 mm og 200 mm epitaksiale wafere kan kontrolleres inden for 0,3 partikler/cm2, hvilket er et fremragende niveau for samme type udstyr. Det fatale defektdensitetskontrolniveau for 150 mm epitaksial wafer er bedre end 200 mm epitaksial wafer. Dette skyldes, at substratforberedelsesprocessen på 150 mm er mere moden end den på 200 mm, substratkvaliteten er bedre, og urenhedskontrolniveauet i 150 mm grafitreaktionskammer er bedre.
2.4 Epitaksial waferoverfladeruhed
Figur 6 viser AFM-billederne af overfladen af 150 mm og 200 mm SiC epitaksiale wafere. Det kan ses fra figuren, at overfladens middelkvadratruhed Ra på 150 mm og 200 mm epitaksiale wafere er henholdsvis 0,129 nm og 0,113 nm, og overfladen af det epitaksiale lag er glat uden indlysende makro-trins aggregeringsfænomen. Dette fænomen viser, at væksten af det epitaksiale lag altid opretholder trinstrømningsvæksttilstanden under hele epitaksialprocessen, og der forekommer ingen trinaggregering. Det kan ses, at ved at bruge den optimerede epitaksiale vækstproces, kan glatte epitaksiale lag opnås på 150 mm og 200 mm lavvinklede substrater.
3 Konklusion
De 150 mm og 200 mm 4H-SiC homogene epitaksiale wafere blev med succes fremstillet på husholdningssubstrater ved hjælp af det selvudviklede 200 mm SiC epitaksiale vækstudstyr, og den homogene epitaksiale proces, der er egnet til 150 mm og 200 mm, blev udviklet. Den epitaksielle væksthastighed kan være større end 60 μm/t. Mens den opfylder højhastigheds-epitaksikravet, er den epitaksiale wafer-kvalitet fremragende. Tykkelsens ensartethed af de 150 mm og 200 mm SiC epitaksiale wafere kan kontrolleres inden for 1,5 %, koncentrationens ensartethed er mindre end 3 %, den fatale defekttæthed er mindre end 0,3 partikler/cm2, og den epitaksiale overfladeruhed, kvadratisk middel Ra. er mindre end 0,15 nm. Kerneprocesindikatorerne for de epitaksiale wafere er på det avancerede niveau i industrien.
Kilde: Electronic Industry Special Equipment
Forfatter: 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)
Indlægstid: Sep-04-2024