2 نتایج تجربی و بحث
2.1لایه اپیتاکسیالضخامت و یکنواختی
ضخامت لایه اپیتاکسیال، غلظت دوپینگ و یکنواختی یکی از شاخص های اصلی برای قضاوت در مورد کیفیت ویفرهای اپیتاکسیال است. ضخامت قابل کنترل دقیق، غلظت دوپینگ و یکنواختی درون ویفر، کلید تضمین عملکرد و سازگاری ویفر است.دستگاه های قدرت SiCو ضخامت لایه اپیتاکسیال و یکنواختی غلظت دوپینگ نیز پایه های مهمی برای اندازه گیری قابلیت فرآیند تجهیزات اپیتاکسیال هستند.
شکل 3 یکنواختی ضخامت و منحنی توزیع 150 میلی متر و 200 میلی متر را نشان می دهدویفرهای اپیتاکسیال SiC. از شکل می توان دریافت که منحنی توزیع ضخامت لایه همپایه با نقطه مرکزی ویفر متقارن است. زمان فرآیند اپیتاکسیال 600 ثانیه است، متوسط ضخامت لایه اپیتاکسیال ویفر اپیتاکسیال 150 میلی متری 10.89 میکرومتر و یکنواختی ضخامت 1.05٪ است. با محاسبه، نرخ رشد اپیتاکسیال 65.3 um/h است که یک سطح فرآیند اپیتاکسیال سریع معمولی است. در همان زمان فرآیند همپایی، ضخامت لایه اپیتاکسیال ویفر اپیتاکسیال 200 میلی متری 10.10 میکرومتر است، یکنواختی ضخامت در محدوده 1.36٪ است و نرخ رشد کلی 60.60 um/h است که کمی کمتر از رشد اپیتاکسیال 150 میلی متری است. نرخ این به این دلیل است که وقتی منبع سیلیکون و منبع کربن از بالادست محفظه واکنش از طریق سطح ویفر به پایین دست محفظه واکنش جریان می‌یابند، در طول مسیر تلفات آشکاری وجود دارد و مساحت ویفر 200 میلی‌متری بزرگتر از 150 میلی‌متر است. گاز از سطح ویفر 200 میلی متری برای مسافت طولانی تری عبور می کند و گاز منبع مصرفی در طول مسیر بیشتر است. در شرایطی که ویفر به چرخش خود ادامه می دهد، ضخامت کلی لایه همپای نازک تر است، بنابراین سرعت رشد کندتر است. به طور کلی، یکنواختی ضخامت ویفرهای اپیتاکسیال 150 میلی‌متر و 200 میلی‌متر عالی است و قابلیت پردازش تجهیزات می‌تواند نیازهای دستگاه‌های باکیفیت را برآورده کند.
2.2 غلظت و یکنواختی دوپینگ لایه همپایی
شکل 4 یکنواختی غلظت دوپینگ و توزیع منحنی 150 میلی متر و 200 میلی متر را نشان می دهد.ویفرهای اپیتاکسیال SiC. همانطور که از شکل مشاهده می شود، منحنی توزیع غلظت بر روی ویفر اپیتاکسیال دارای تقارن آشکار نسبت به مرکز ویفر است. یکنواختی غلظت دوپینگ لایه‌های اپیتاکسیال 150 میلی‌متری و 200 میلی‌متری به ترتیب 80/2 و 66/2 درصد است که می‌توان آن را در 3 درصد کنترل کرد که سطح عالی برای تجهیزات بین‌المللی مشابه است. منحنی غلظت دوپینگ لایه اپیتاکسیال به شکل "W" در امتداد جهت قطر توزیع می شود که عمدتاً توسط میدان جریان کوره همپایه دیوار داغ افقی تعیین می شود، زیرا جهت جریان هوای کوره رشد همپایه جریان هوا افقی از انتهای ورودی هوا (بالا دست) و از انتهای پایین دست به صورت آرام از سطح ویفر خارج می شود. از آنجایی که نرخ "تهی شدن در طول مسیر" منبع کربن (C2H4) بیشتر از منبع سیلیکونی (TCS) است، هنگامی که ویفر می چرخد، C/Si واقعی روی سطح ویفر به تدریج از لبه به کاهش می یابد. مرکز (منبع کربن در مرکز کمتر است)، با توجه به "تئوری موقعیت رقابتی" C و N، غلظت دوپینگ در مرکز ویفر به تدریج به سمت لبه کاهش می یابد، در برای به دست آوردن یکنواختی غلظت عالی، لبه N2 به عنوان جبران در طول فرآیند همپایی اضافه می شود تا کاهش غلظت دوپینگ از مرکز به لبه را کاهش دهد، به طوری که منحنی غلظت دوپینگ نهایی شکل "W" را ارائه می دهد.
2.3 نقص لایه اپیتاکسیال
علاوه بر ضخامت و غلظت دوپینگ، سطح کنترل نقص لایه اپیتاکسیال نیز یک پارامتر اصلی برای اندازه گیری کیفیت ویفرهای اپیتاکسیال و شاخص مهمی از قابلیت فرآیند تجهیزات اپیتاکسیال است. اگرچه SBD و MOSFET الزامات متفاوتی برای عیوب دارند، اما عیوب آشکارتر مورفولوژی سطح مانند عیوب سقوط، نقص مثلث، نقص هویج، نقص دنباله دار و غیره به عنوان نقص های کشنده دستگاه های SBD و MOSFET تعریف می شوند. احتمال خرابی تراشه های حاوی این عیوب زیاد است، بنابراین کنترل تعداد عیوب کشنده برای بهبود عملکرد تراشه و کاهش هزینه ها بسیار مهم است. شکل 5 توزیع عیوب کشنده ویفرهای اپیتاکسیال SiC 150 میلی متری و 200 میلی متری را نشان می دهد. در شرایطی که عدم تعادل آشکاری در نسبت C/Si وجود نداشته باشد، عیوب هویج و عیوب دنباله دار را می توان اساساً از بین برد، در حالی که عیوب سقوط و نقص مثلث به کنترل تمیزی در حین کار تجهیزات همپایی، سطح ناخالصی گرافیت مربوط می شود. قطعات در محفظه واکنش و کیفیت بستر. از جدول 2 می توان دریافت که تراکم نقص کشنده ویفرهای همپای 150 میلی متر و 200 میلی متر را می توان در 0.3 ذرات بر سانتی متر مربع کنترل کرد که یک سطح عالی برای همان نوع تجهیزات است. سطح کنترل تراکم نقص کشنده ویفر اپیتاکسیال 150 میلی متر بهتر از ویفر اپیتاکسیال 200 میلی متر است. این به این دلیل است که فرآیند آماده سازی بستر 150 میلی متری بالغ تر از 200 میلی متر است، کیفیت بستر بهتر است و سطح کنترل ناخالصی اتاق واکنش گرافیت 150 میلی متری بهتر است.
2.4 زبری سطح ویفر اپیتاکسیال
شکل 6 تصاویر AFM از سطح ویفرهای اپیتاکسیال SiC 150 میلی متری و 200 میلی متری را نشان می دهد. از شکل مشاهده می شود که ریشه سطح متوسط زبری مربع Ra ویفرهای همپای 150 میلی متر و 200 میلی متر به ترتیب 0.129 نانومتر و 0.113 نانومتر است و سطح لایه اپیتاکسیال صاف و بدون پدیده تجمع ماکرو گام واضح است. این پدیده نشان می دهد که رشد لایه اپیتاکسیال همیشه حالت رشد جریان پله را در کل فرآیند همپایی حفظ می کند و هیچ تجمع پله ای رخ نمی دهد. مشاهده می شود که با استفاده از فرآیند رشد اپیتاکسیال بهینه می توان لایه های همپایی صاف را بر روی بسترهای 150 میلی متری و 200 میلی متری با زاویه کم به دست آورد.
3 نتیجه گیری
ویفرهای همگن 150 میلی‌متری و 200 میلی‌متری 4H-SiC با موفقیت بر روی بسترهای خانگی با استفاده از تجهیزات رشد همگن SiC 200 میلی‌متری ساخته شدند و فرآیند همگن همگن مناسب برای 150 میلی‌متر و 200 میلی‌متر توسعه یافت. سرعت رشد اپیتاکسیال می تواند بیشتر از 60 میکرومتر در ساعت باشد. در حالی که نیاز به اپیتاکسی با سرعت بالا را برآورده می کند، کیفیت ویفر اپیتاکسیال عالی است. یکنواختی ضخامت ویفرهای اپیتاکسیال SiC 150 میلی متر و 200 میلی متر را می توان در 1.5٪، یکنواختی غلظت کمتر از 3٪، تراکم نقص کشنده کمتر از 0.3 ذرات بر سانتی متر مربع، و ریشه زبری سطح همپایه میانگین مربع Ra است. کمتر از 0.15 نانومتر است. شاخص های فرآیند اصلی ویفرهای اپیتاکسیال در سطح پیشرفته در صنعت هستند.
منبع: تجهیزات ویژه صنعت الکترونیک
نویسنده: زی تیانله، لی پینگ، یانگ یو، گونگ شیائولیانگ، با سای، چن گوکین، وان شنگ کیانگ
(چهل و هشتمین موسسه تحقیقاتی شرکت گروه فناوری الکترونیک چین، چانگشا، هونان 410111)
زمان ارسال: سپتامبر-04-2024