2 Πειραματικά αποτελέσματα και συζήτηση
2.1Επιταξιακό στρώμαπάχος και ομοιομορφία
Το πάχος του επιταξιακού στρώματος, η συγκέντρωση ντόπινγκ και η ομοιομορφία είναι ένας από τους βασικούς δείκτες για την αξιολόγηση της ποιότητας των επιταξιακών γκοφρετών. Το επακριβώς ελεγχόμενο πάχος, η συγκέντρωση ντόπινγκ και η ομοιομορφία μέσα στη γκοφρέτα είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της απόδοσης και της συνέπειας τουΣυσκευές ισχύος SiCκαι το πάχος του επιταξιακού στρώματος και η ομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ είναι επίσης σημαντικές βάσεις για τη μέτρηση της ικανότητας διεργασίας του επιταξιακού εξοπλισμού.
Το σχήμα 3 δείχνει την καμπύλη ομοιομορφίας πάχους και κατανομής 150 mm και 200 mmΕπιταξιακές γκοφρέτες SiC. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η καμπύλη κατανομής του επιταξιακού πάχους του στρώματος είναι συμμετρική ως προς το κεντρικό σημείο της γκοφρέτας. Ο χρόνος επιταξιακής διεργασίας είναι 600 δευτερόλεπτα, το μέσο πάχος επιταξιακής στρώσης της επιταξιακής γκοφρέτας 150 mm είναι 10,89 um και η ομοιομορφία πάχους είναι 1,05%. Υπολογίζοντας, ο ρυθμός επιταξιακής ανάπτυξης είναι 65,3 um/h, που είναι ένα τυπικό επίπεδο γρήγορης επιταξιακής διεργασίας. Κάτω από τον ίδιο χρόνο επιταξιακής διεργασίας, το πάχος επιταξιακής στρώσης της επιταξιακής γκοφρέτας 200 mm είναι 10,10 um, η ομοιομορφία πάχους είναι εντός 1,36% και ο συνολικός ρυθμός ανάπτυξης είναι 60,60 um/h, που είναι ελαφρώς χαμηλότερος από την επιταξιακή ανάπτυξη 150 mm τιμή. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχει εμφανής απώλεια στην πορεία όταν η πηγή πυριτίου και η πηγή άνθρακα ρέουν από το ανάντη του θαλάμου αντίδρασης μέσω της επιφάνειας του πλακιδίου προς τα κάτω του θαλάμου αντίδρασης και η περιοχή του πλακιδίου 200 mm είναι μεγαλύτερη από τα 150 mm. Το αέριο ρέει μέσω της επιφάνειας της πλακέτας 200 mm για μεγαλύτερη απόσταση και το αέριο πηγής που καταναλώνεται στην πορεία είναι περισσότερο. Υπό την προϋπόθεση ότι η γκοφρέτα συνεχίζει να περιστρέφεται, το συνολικό πάχος της επιταξιακής στρώσης είναι πιο λεπτό, επομένως ο ρυθμός ανάπτυξης είναι πιο αργός. Συνολικά, η ομοιομορφία πάχους των επιταξιακών γκοφρετών 150 mm και 200 mm είναι εξαιρετική και η ικανότητα επεξεργασίας του εξοπλισμού μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις συσκευών υψηλής ποιότητας.
2.2 Συγκέντρωση και ομοιομορφία ντόπινγκ επιταξιακής στιβάδας
Το σχήμα 4 δείχνει την ομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ και την κατανομή καμπύλης 150 mm και 200 mmΕπιταξιακές γκοφρέτες SiC. Όπως φαίνεται από το σχήμα, η καμπύλη κατανομής της συγκέντρωσης στην επιταξιακή γκοφρέτα έχει εμφανή συμμετρία σε σχέση με το κέντρο της γκοφρέτας. Η ομοιομορφία συγκέντρωσης ντόπινγκ των επιταξιακών στρωμάτων 150 mm και 200 mm είναι 2,80% και 2,66% αντίστοιχα, η οποία μπορεί να ελεγχθεί εντός 3%, που είναι ένα εξαιρετικό επίπεδο για παρόμοιο διεθνή εξοπλισμό. Η καμπύλη συγκέντρωσης ντόπινγκ του επιταξιακού στρώματος κατανέμεται σε σχήμα "W" κατά μήκος της κατεύθυνσης της διαμέτρου, η οποία καθορίζεται κυρίως από το πεδίο ροής του επιταξιακού κλιβάνου οριζόντιου θερμού τοιχώματος, επειδή η κατεύθυνση ροής αέρα του κλιβάνου επιταξιακής ανάπτυξης οριζόντιας ροής αέρα είναι από το άκρο εισόδου αέρα (ανοδικά) και ρέει έξω από το άκρο του κατάντη με στρωτό τρόπο διαμέσου της επιφάνειας του πλακιδίου. επειδή ο ρυθμός "κατά μήκος εξάντλησης" της πηγής άνθρακα (C2H4) είναι υψηλότερος από εκείνον της πηγής πυριτίου (TCS), όταν η γκοφρέτα περιστρέφεται, το πραγματικό C/Si στην επιφάνεια του πλακιδίου μειώνεται σταδιακά από την άκρη σε το κέντρο (η πηγή άνθρακα στο κέντρο είναι μικρότερη), σύμφωνα με τη «θεωρία ανταγωνιστικής θέσης» των C και N, η συγκέντρωση ντόπινγκ στο κέντρο της γκοφρέτας μειώνεται σταδιακά προς την άκρη, σε Προκειμένου να επιτευχθεί εξαιρετική ομοιομορφία συγκέντρωσης, το άκρο Ν2 προστίθεται ως αντιστάθμιση κατά τη διάρκεια της επιταξιακής διαδικασίας για να επιβραδυνθεί η μείωση της συγκέντρωσης ντόπινγκ από το κέντρο προς την άκρη, έτσι ώστε η τελική καμπύλη συγκέντρωσης ντόπινγκ να παρουσιάζει σχήμα "W".
2.3 Ελαττώματα επιταξιακού στρώματος
Εκτός από το πάχος και τη συγκέντρωση ντόπινγκ, το επίπεδο ελέγχου ελαττώματος επιταξιακού στρώματος είναι επίσης μια βασική παράμετρος για τη μέτρηση της ποιότητας των επιταξιακών πλακών και ένας σημαντικός δείκτης της ικανότητας διεργασίας του επιταξιακού εξοπλισμού. Αν και το SBD και το MOSFET έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για ελαττώματα, τα πιο εμφανή ελαττώματα μορφολογίας της επιφάνειας, όπως ελαττώματα πτώσης, ελαττώματα τριγώνου, ελαττώματα καρότου, ελαττώματα κομήτη κ.λπ. ορίζονται ως ελαττώματα φονικών συσκευών SBD και MOSFET. Η πιθανότητα αποτυχίας των τσιπ που περιέχουν αυτά τα ελαττώματα είναι υψηλή, επομένως ο έλεγχος του αριθμού των ελαττωμάτων είναι εξαιρετικά σημαντικός για τη βελτίωση της απόδοσης των τσιπ και τη μείωση του κόστους. Το Σχήμα 5 δείχνει την κατανομή των ελαττωμάτων δολοφονίας των επιταξιακών δισκίων SiC 150 mm και 200 mm. Υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει εμφανής ανισορροπία στην αναλογία C/Si, τα ελαττώματα καρότου και τα ελαττώματα του κομήτη μπορούν βασικά να εξαλειφθούν, ενώ τα ελαττώματα πτώσης και ελαττώματα τριγώνου σχετίζονται με τον έλεγχο καθαριότητας κατά τη λειτουργία του επιταξιακού εξοπλισμού, το επίπεδο ακαθαρσίας του γραφίτη μέρη στο θάλαμο αντίδρασης και την ποιότητα του υποστρώματος. Από τον Πίνακα 2, μπορεί να φανεί ότι η πυκνότητα ελαττώματος δολοφονίας των επιταξιακών πλακιδίων 150 mm και 200 mm μπορεί να ελεγχθεί εντός 0,3 σωματιδίων/cm2, το οποίο είναι ένα εξαιρετικό επίπεδο για τον ίδιο τύπο εξοπλισμού. Το επίπεδο ελέγχου πυκνότητας θανατηφόρου ελαττώματος της επιταξιακής γκοφρέτας 150 mm είναι καλύτερο από αυτό της επιταξιακής γκοφρέτας 200 mm. Αυτό συμβαίνει επειδή η διαδικασία προετοιμασίας του υποστρώματος των 150 mm είναι πιο ώριμη από αυτή των 200 mm, η ποιότητα του υποστρώματος είναι καλύτερη και το επίπεδο ελέγχου ακαθαρσιών του θαλάμου αντίδρασης γραφίτη 150 mm είναι καλύτερο.
2.4 Επιταξιακή τραχύτητα επιφάνειας γκοφρέτας
Το σχήμα 6 δείχνει τις εικόνες AFM της επιφάνειας των επιταξιακών πλακιδίων SiC 150 mm και 200 mm. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η μέση τετραγωνική τραχύτητα της επιφάνειας της ρίζας Ra των επιταξιακών πλακιδίων 150 mm και 200 mm είναι 0,129 nm και 0,113 nm αντίστοιχα, και η επιφάνεια του επιταξιακού στρώματος είναι λεία χωρίς εμφανές φαινόμενο συσσωμάτωσης μακρο-βήματος. Αυτό το φαινόμενο δείχνει ότι η ανάπτυξη του επιταξιακού στρώματος διατηρεί πάντα τον τρόπο ανάπτυξης βηματικής ροής κατά τη διάρκεια ολόκληρης της επιταξιακής διαδικασίας, και δεν λαμβάνει χώρα συσσωμάτωση βημάτων. Μπορεί να φανεί ότι χρησιμοποιώντας τη βελτιστοποιημένη διαδικασία επιταξιακής ανάπτυξης, μπορούν να ληφθούν λείες επιταξιακές στρώσεις σε υποστρώματα χαμηλής γωνίας 150 mm και 200 mm.
3 Συμπέρασμα
Οι ομοιογενείς επιταξιακές γκοφρέτες 4H-SiC 150 mm και 200 mm παρασκευάστηκαν με επιτυχία σε οικιακά υποστρώματα χρησιμοποιώντας τον αυτοαναπτυγμένο εξοπλισμό επιταξιακής ανάπτυξης SiC 200 mm και αναπτύχθηκε η ομοιογενής επιταξιακή διαδικασία κατάλληλη για 150 mm και 200 mm. Ο επιταξιακός ρυθμός ανάπτυξης μπορεί να είναι μεγαλύτερος από 60 μm/h. Ενώ πληροί την απαίτηση επιταξίας υψηλής ταχύτητας, η επιταξιακή ποιότητα γκοφρέτας είναι εξαιρετική. Η ομοιομορφία πάχους των επιταξιακών πλακών SiC 150 mm και 200 mm μπορεί να ελεγχθεί εντός 1,5%, η ομοιομορφία συγκέντρωσης είναι μικρότερη από 3%, η πυκνότητα θανατηφόρου ελαττώματος είναι μικρότερη από 0,3 σωματίδια/cm2 και η μέση τραχύτητα της επιταξιακής επιφάνειας ρίζας Ra είναι μικρότερη από 0,15 nm. Οι βασικοί δείκτες διεργασίας των επιταξιακών γκοφρετών βρίσκονται σε προηγμένο επίπεδο στον κλάδο.
Πηγή: Ειδικός Εξοπλισμός Ηλεκτρονικής Βιομηχανίας
Συγγραφέας: 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)
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-04-2024