2 Katsetulemused ja arutelu
2.1Epitaksiaalne kihtpaksus ja ühtlus
Epitaksiaalse kihi paksus, dopingu kontsentratsioon ja ühtlus on üks peamisi näitajaid epitaksiaalsete vahvlite kvaliteedi hindamisel. Täpselt kontrollitav paksus, dopingu kontsentratsioon ja ühtlus vahvli sees on võti, et tagada vahvli jõudlus ja järjepidevus.SiC toiteseadmed, ning epitaksiaalse kihi paksus ja dopingukontsentratsiooni ühtlus on samuti olulised alused epitaksiaalseadmete protsessivõime mõõtmisel.
Joonisel 3 on näidatud paksuse ühtlus ja jaotuskõver 150 mm ja 200 mmSiC epitaksiaalsed vahvlid. Jooniselt on näha, et epitaksiaalne kihi paksuse jaotuskõver on sümmeetriline vahvli keskpunkti suhtes. Epitaksiaalse protsessi aeg on 600 s, 150 mm epitaksiaalse vahvli keskmine epitaksiaalse kihi paksus on 10,89 um ja paksuse ühtlus on 1,05%. Arvutuste kohaselt on epitaksiaalne kasvukiirus 65,3 um/h, mis on tüüpiline kiire epitaksiaalse protsessi tase. Sama epitaksiaalse protsessi ajal on 200 mm epitaksiaalse vahvli epitaksiaalse kihi paksus 10,10 um, paksuse ühtlus jääb 1,36% piiresse ja üldine kasvukiirus on 60,60 um/h, mis on veidi madalam kui 150 mm epitaksiaalne kasv. määra. Selle põhjuseks on ilmselge kadu, kui räniallikas ja süsinikuallikas voolavad reaktsioonikambri ülesvoolust läbi vahvlipinna reaktsioonikambri allavoolu ja 200 mm vahvli pindala on suurem kui 150 mm. Gaas voolab läbi 200 mm vahvli pinna pikema vahemaa ning lähtegaasi kulub teekonnal rohkem. Tingimusel, et vahvel jätkab pöörlemist, on epitaksiaalse kihi üldine paksus õhem, seega on kasvukiirus aeglasem. Üldiselt on 150 mm ja 200 mm epitaksiaalplaatide paksuse ühtlus suurepärane ning seadmete protsessivõime vastab kvaliteetsete seadmete nõuetele.
2.2 Epitaksiaalse kihi dopingu kontsentratsioon ja ühtlus
Joonisel 4 on näidatud dopingu kontsentratsiooni ühtlus ja kõvera jaotus 150 mm ja 200 mmSiC epitaksiaalsed vahvlid. Nagu jooniselt näha, on epitaksiaalplaadi kontsentratsiooni jaotuskõveral plaadi keskpunkti suhtes ilmne sümmeetria. 150 mm ja 200 mm epitaksiaalsete kihtide dopingukontsentratsiooni ühtlus on vastavalt 2,80% ja 2,66%, mida saab kontrollida 3% piires, mis on sarnaste rahvusvaheliste seadmete jaoks suurepärane tase. Epitaksiaalse kihi dopingukontsentratsiooni kõver jaotub "W"-kujuliselt piki läbimõõdu suunda, mille määrab peamiselt horisontaalse kuumseina epitaksiaalahju vooluväli, kuna horisontaalse õhuvoolu epitaksiaalse kasvuahju õhuvoolu suund on alates õhu sisselaskeots (ülesvoolu) ja voolab allavoolu otsast laminaarselt läbi vahvli pinna; kuna süsinikuallika (C2H4) "teel kahanemise" kiirus on kõrgem kui räniallika (TCS) oma, väheneb vahvli pöörlemisel tegelik C/Si vahvli pinnal järk-järgult servast kuni keskosa (keskmes on süsinikuallikat vähem), vastavalt C ja N "konkureeriva positsiooni teooriale" väheneb dopingu kontsentratsioon vahvli keskel järk-järgult serva suunas, et saavutada suurepärane kontsentratsioon Ühtsuse tagamiseks lisatakse serv N2 kompensatsioonina epitaksiaalse protsessi ajal, et aeglustada dopingu kontsentratsiooni vähenemist keskelt servani, nii et lõplik dopingukontsentratsiooni kõver on "W" kujuga.
2.3 Epitaksiaalse kihi defektid
Lisaks paksusele ja dopingu kontsentratsioonile on epitaksiaalkihi defektide kontrolli tase ka põhiparameeter epitaksiaalplaatide kvaliteedi mõõtmisel ja oluline näitaja epitaksiaalseadmete protsessivõimekuse kohta. Kuigi SBD-l ja MOSFET-il on defektidele erinevad nõuded, on SBD- ja MOSFET-seadmete tapmisdefektidena määratletud ilmsemad pinnamorfoloogilised vead, nagu tilkdefektid, kolmnurga defektid, porgandidefektid, komeedi defektid jne. Neid defekte sisaldavate kiipide rikke tõenäosus on suur, seega on tapvate defektide arvu kontrollimine äärmiselt oluline kiibi saagise parandamiseks ja kulude vähendamiseks. Joonisel 5 on kujutatud 150 mm ja 200 mm SiC epitaksiaalplaatide tapmisdefektide jaotus. Tingimusel, et C/Si vahekorras puudub ilmselge tasakaalustamatus, saab porgandi defektid ja komeedi defektid põhimõtteliselt kõrvaldada, kukkumisdefektid ja kolmnurga defektid aga on seotud puhtuse kontrolliga epitaksiaalseadmete töötamise ajal, grafiidi lisanditasemega. osad reaktsioonikambris ja substraadi kvaliteet. Tabelist 2 on näha, et 150 mm ja 200 mm epitaksiaalsete vahvlite tapvate defektide tihedust saab reguleerida 0,3 osakese/cm2 piires, mis on sama tüüpi seadmete jaoks suurepärane tase. 150 mm epitaksiaalse vahvli surmava defekti tiheduse kontrolli tase on parem kui 200 mm epitaksiaalsel vahvlil. Selle põhjuseks on asjaolu, et 150 mm substraadi ettevalmistusprotsess on küpsem kui 200 mm, substraadi kvaliteet on parem ja 150 mm grafiidi reaktsioonikambri lisandite kontrolli tase on parem.
2.4 Epitaksiaalse vahvli pinna karedus
Joonisel 6 on kujutatud AFM-kujutised 150 mm ja 200 mm SiC epitaksiaalplaatide pinnalt. Jooniselt on näha, et 150 mm ja 200 mm epitaksiaalsete vahvlite pinna ruutkeskmine karedus Ra on vastavalt 0, 129 nm ja 0, 113 nm ning epitaksiaalse kihi pind on sile ilma ilmse makroastmelise agregatsiooni nähtuseta. See nähtus näitab, et epitaksiaalse kihi kasv säilitab kogu epitaksiaalse protsessi jooksul alati astmelise voolu kasvurežiimi ja astmelist agregatsiooni ei toimu. On näha, et optimeeritud epitaksiaalset kasvuprotsessi kasutades saab 150 mm ja 200 mm madala nurga all olevatele aluspindadele saada siledad epitaksiaalsed kihid.
3 Järeldus
150 mm ja 200 mm 4H-SiC homogeensed epitaksiaalsed vahvlid valmistati edukalt kodumaistel aluspindadel, kasutades ise väljatöötatud 200 mm SiC epitaksiaalset kasvuseadet ning töötati välja homogeenne epitaksiaalprotsess, mis sobib 150 mm ja 200 mm jaoks. Epitaksiaalne kasvukiirus võib olla suurem kui 60 μm/h. Kuigi epitaksiaalplaadi kvaliteet on kiire, on see suurepärane. 150 mm ja 200 mm SiC epitaksiaalplaatide paksuse ühtlust saab reguleerida 1,5% piires, kontsentratsiooni ühtlus on alla 3%, surmava defekti tihedus on väiksem kui 0,3 osakest/cm2 ja epitaksiaalse pinna kareduse ruutkeskmine Ra on väiksem kui 0,15 nm. Epitaksiaalplaatide põhiprotsessinäitajad on tööstuses kõrgtasemel.
Allikas: Elektroonikatööstuse eriseadmed
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)
Postitusaeg: 04.04.2024