2 Resultados experimentales y discusión.
2.1capa epitaxialespesor y uniformidad
El espesor de la capa epitaxial, la concentración de dopaje y la uniformidad son uno de los indicadores principales para juzgar la calidad de las obleas epitaxiales. El espesor, la concentración de dopaje y la uniformidad controlables con precisión dentro de la oblea son la clave para garantizar el rendimiento y la consistencia deDispositivos de potencia de SiC, y el espesor de la capa epitaxial y la uniformidad de la concentración de dopaje también son bases importantes para medir la capacidad del proceso del equipo epitaxial.
La Figura 3 muestra la curva de uniformidad y distribución de espesores de 150 mm y 200 mm.Obleas epitaxiales de SiC. Puede verse en la figura que la curva de distribución del espesor de la capa epitaxial es simétrica con respecto al punto central de la oblea. El tiempo del proceso epitaxial es de 600 s, el espesor promedio de la capa epitaxial de la oblea epitaxial de 150 mm es de 10,89 um y la uniformidad del espesor es del 1,05 %. Según los cálculos, la tasa de crecimiento epitaxial es de 65,3 um/h, que es un nivel típico de proceso epitaxial rápido. En el mismo tiempo de proceso epitaxial, el espesor de la capa epitaxial de la oblea epitaxial de 200 mm es de 10,10 um, la uniformidad del espesor está dentro del 1,36% y la tasa de crecimiento general es de 60,60 um/h, que es ligeramente inferior al crecimiento epitaxial de 150 mm. tasa. Esto se debe a que hay una pérdida obvia en el camino cuando la fuente de silicio y la fuente de carbono fluyen desde aguas arriba de la cámara de reacción a través de la superficie de la oblea hasta aguas abajo de la cámara de reacción, y el área de la oblea de 200 mm es mayor que los 150 mm. El gas fluye a través de la superficie de la oblea de 200 mm a lo largo de una distancia más larga y el gas fuente consumido a lo largo del camino es mayor. Bajo la condición de que la oblea siga girando, el espesor total de la capa epitaxial es más delgado, por lo que la tasa de crecimiento es más lenta. En general, la uniformidad del espesor de las obleas epitaxiales de 150 mm y 200 mm es excelente y la capacidad de proceso del equipo puede cumplir con los requisitos de dispositivos de alta calidad.
2.2 Concentración y uniformidad del dopaje de la capa epitaxial.
La Figura 4 muestra la uniformidad de la concentración de dopaje y la distribución de la curva de 150 mm y 200 mm.Obleas epitaxiales de SiC. Como puede verse en la figura, la curva de distribución de concentración en la oblea epitaxial tiene una simetría obvia con respecto al centro de la oblea. La uniformidad de la concentración de dopaje de las capas epitaxiales de 150 mm y 200 mm es de 2,80% y 2,66% respectivamente, que se puede controlar dentro del 3%, lo cual es un nivel excelente para equipos internacionales similares. La curva de concentración de dopaje de la capa epitaxial se distribuye en forma de "W" a lo largo de la dirección del diámetro, que está determinada principalmente por el campo de flujo del horno epitaxial de pared caliente horizontal, porque la dirección del flujo de aire del horno de crecimiento epitaxial de flujo de aire horizontal es de el extremo de entrada de aire (aguas arriba) y sale desde el extremo aguas abajo de manera laminar a través de la superficie de la oblea; Debido a que la tasa de "agotamiento en el camino" de la fuente de carbono (C2H4) es mayor que la de la fuente de silicio (TCS), cuando la oblea gira, el C/Si real en la superficie de la oblea disminuye gradualmente desde el borde hasta el centro (la fuente de carbono en el centro es menor), según la "teoría de la posición competitiva" de C y N, la concentración de dopaje en el centro de la oblea disminuye gradualmente hacia el borde, para obtener una excelente uniformidad de concentración, la borde Se añade N2 como compensación durante el proceso epitaxial para ralentizar la disminución de la concentración de dopaje desde el centro hasta el borde, de modo que la curva final de concentración de dopaje presente una forma de "W".
2.3 Defectos de la capa epitaxial
Además del espesor y la concentración de dopaje, el nivel de control de defectos de la capa epitaxial también es un parámetro central para medir la calidad de las obleas epitaxiales y un indicador importante de la capacidad de proceso del equipo epitaxial. Aunque SBD y MOSFET tienen diferentes requisitos para los defectos, los defectos de morfología de la superficie más obvios, como defectos de gota, defectos de triángulo, defectos de zanahoria, defectos de cometa, etc., se definen como defectos mortales de los dispositivos SBD y MOSFET. La probabilidad de falla de los chips que contienen estos defectos es alta, por lo que controlar la cantidad de defectos asesinos es extremadamente importante para mejorar el rendimiento del chip y reducir los costos. La Figura 5 muestra la distribución de defectos asesinos de obleas epitaxiales de SiC de 150 mm y 200 mm. Bajo la condición de que no haya un desequilibrio obvio en la relación C/Si, los defectos de zanahoria y los defectos de cometa se pueden eliminar básicamente, mientras que los defectos de gota y los defectos de triángulo están relacionados con el control de limpieza durante la operación del equipo epitaxial, el nivel de impureza del grafito. piezas en la cámara de reacción y la calidad del sustrato. En la Tabla 2, se puede ver que la densidad de defectos asesinos de las obleas epitaxiales de 150 mm y 200 mm se puede controlar dentro de 0,3 partículas/cm2, que es un nivel excelente para el mismo tipo de equipo. El nivel de control de densidad de defectos fatales de la oblea epitaxial de 150 mm es mejor que el de la oblea epitaxial de 200 mm. Esto se debe a que el proceso de preparación del sustrato de 150 mm es más maduro que el de 200 mm, la calidad del sustrato es mejor y el nivel de control de impurezas de la cámara de reacción de grafito de 150 mm es mejor.
2.4 Rugosidad de la superficie de la oblea epitaxial
La Figura 6 muestra las imágenes AFM de la superficie de obleas epitaxiales de SiC de 150 mm y 200 mm. Se puede ver en la figura que la rugosidad cuadrática media de la superficie Ra de las obleas epitaxiales de 150 mm y 200 mm es de 0,129 nm y 0,113 nm respectivamente, y la superficie de la capa epitaxial es lisa sin un fenómeno obvio de agregación de macropasos. Este fenómeno muestra que el crecimiento de la capa epitaxial siempre mantiene el modo de crecimiento del flujo escalonado durante todo el proceso epitaxial y no se produce agregación escalonada. Se puede ver que utilizando el proceso de crecimiento epitaxial optimizado, se pueden obtener capas epitaxiales suaves en sustratos de ángulo bajo de 150 mm y 200 mm.
3 Conclusión
Las obleas epitaxiales homogéneas de 4H-SiC de 150 mm y 200 mm se prepararon con éxito en sustratos domésticos utilizando el equipo de crecimiento epitaxial de SiC de 200 mm de desarrollo propio, y se desarrolló el proceso epitaxial homogéneo adecuado para 150 mm y 200 mm. La tasa de crecimiento epitaxial puede ser superior a 60 μm/h. Si bien cumple con el requisito de epitaxia de alta velocidad, la calidad de la oblea epitaxial es excelente. La uniformidad del espesor de las obleas epitaxiales de SiC de 150 mm y 200 mm se puede controlar dentro del 1,5%, la uniformidad de la concentración es inferior al 3%, la densidad de defectos fatales es inferior a 0,3 partículas/cm2 y la rugosidad cuadrática media de la superficie epitaxial Ra es inferior a 0,15 nm. Los indicadores de proceso básicos de las obleas epitaxiales se encuentran en el nivel avanzado de la industria.
Fuente: Equipos especiales de la industria electrónica
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48.º Instituto de Investigación de la Corporación del Grupo de Tecnología Electrónica de China, Changsha, Hunan 410111)
Hora de publicación: 04-sep-2024