2 Kokeiden tulokset ja keskustelu
2.1Epitaksiaalinen kerrospaksuus ja tasaisuus
Epitaksiaalisen kerroksen paksuus, dopingpitoisuus ja tasaisuus ovat yksi keskeisistä indikaattoreista arvioitaessa epitaksiaalisten kiekkojen laatua. Tarkasti säädettävä paksuus, seostuspitoisuus ja tasaisuus kiekon sisällä ovat avainasemassa vohvelin suorituskyvyn ja yhtenäisyyden varmistamiseksi.SiC teholaitteet, ja epitaksiaalikerroksen paksuus ja seostuspitoisuuden tasaisuus ovat myös tärkeitä perusteita epitaksiaalisten laitteiden prosessikyvyn mittaamiselle.
Kuvassa 3 on esitetty paksuuden tasaisuus ja jakautumiskäyrä 150 mm ja 200 mmSiC epitaksiaaliset kiekot. Kuvasta voidaan nähdä, että epitaksiaalinen kerrospaksuuden jakautumiskäyrä on symmetrinen kiekon keskipisteen suhteen. Epitaksiaalinen prosessiaika on 600 sekuntia, 150 mm:n epitaksiaalisen kiekon keskimääräinen epitaksiaalikerroksen paksuus on 10,89 um ja paksuuden tasaisuus on 1,05 %. Laskennallisesti epitaksiaalinen kasvunopeus on 65,3 um/h, mikä on tyypillinen nopea epitaksiaalinen prosessitaso. Samalla epitaksiaalisella prosessiajalla 200 mm:n epitaksiaalisen kiekon epitaksiaalisen kerroksen paksuus on 10,10 um, paksuuden tasaisuus on 1,36 %:n sisällä ja kokonaiskasvunopeus on 60,60 um/h, mikä on hieman pienempi kuin 150 mm:n epitaksiaalinen kasvu korko. Tämä johtuu siitä, että matkan varrella tapahtuu ilmeistä menetystä, kun piilähde ja hiilen lähde virtaavat reaktiokammion ylävirrasta kiekon pinnan kautta reaktiokammion alavirtaan, ja 200 mm kiekon pinta-ala on suurempi kuin 150 mm. Kaasu virtaa 200 mm:n kiekon pinnan läpi pidemmän matkan, ja matkan varrella kulutettua lähdekaasua on enemmän. Sillä ehdolla, että kiekko jatkaa pyörimistä, epitaksiaalikerroksen kokonaispaksuus on ohuempi, joten kasvunopeus on hitaampi. Kaiken kaikkiaan 150 mm:n ja 200 mm:n epitaksiaalisten kiekkojen paksuuden tasaisuus on erinomainen ja laitteiston prosessikyky täyttää korkealaatuisten laitteiden vaatimukset.
2.2 Epitaksiaalikerroksen seostuspitoisuus ja tasaisuus
Kuvassa 4 on esitetty seostuspitoisuuden tasaisuus ja käyräjakauma 150 mm ja 200 mmSiC epitaksiaaliset kiekot. Kuten kuvasta voidaan nähdä, pitoisuusjakaumakäyrällä epitaksiaalisella kiekolla on ilmeinen symmetria kiekon keskustaan nähden. 150 mm:n ja 200 mm:n epitaksiaalisten kerrosten dopingpitoisuuden tasaisuus on 2,80 % ja 2,66 %, mikä on säädettävissä 3 %:n sisällä, mikä on erinomainen taso vastaaville kansainvälisille laitteille. Epitaksikerroksen seostuspitoisuuskäyrä on jakautunut "W"-muotoon halkaisijan suunnassa, jonka pääosin määrittää vaakasuuntaisen kuumaseinämäisen epitaksiaalisen uunin virtauskenttä, koska vaakasuuntaisen ilmavirran epitaksiaalisen kasvuuunin ilmavirran suunta on ilman sisääntulopää (ylävirtaan) ja virtaa ulos alavirran päästä laminaarisesti kiekon pinnan läpi; koska hiilen lähteen (C2H4) matkan varrella kuluva nopeus on korkeampi kuin piilähteen (TCS), kiekon pyöriessä todellinen C/Si kiekon pinnalla pienenee vähitellen reunasta keskusta (keskellä oleva hiilen lähde on vähemmän), C:n ja N:n "kilpailevan aseman teorian" mukaan dopingpitoisuus kiekon keskellä pienenee vähitellen reunaa kohti, jotta saavutetaan erinomainen pitoisuus. yhtenäisyyden vuoksi reuna N2 lisätään kompensaatioksi epitaksiaalisessa prosessissa dopingpitoisuuden vähenemisen hidastamiseksi keskustasta reunaan, niin että lopullinen seostuspitoisuuskäyrä on "W"-muotoinen.
2.3 Epitaksiaalikerroksen viat
Paksuuden ja dopingpitoisuuden lisäksi epitaksiaalisten kerrosten vikojen hallinnan taso on myös keskeinen parametri epitaksiaalisten kiekkojen laadun mittaamisessa ja tärkeä indikaattori epitaksiaalisten laitteiden prosessikyvystä. Vaikka SBD:llä ja MOSFET:llä on erilaiset vaatimukset virheille, ilmeisemmät pintamorfologiset viat, kuten pudotusvirheet, kolmiovirheet, porkkanavirheet, komeettavirheet jne., määritellään SBD- ja MOSFET-laitteiden tappaviksi virheiksi. Näitä vikoja sisältävien lastujen rikkoutumisen todennäköisyys on suuri, joten tappavien vikojen määrän hallinta on erittäin tärkeää haketuoton parantamiseksi ja kustannusten vähentämiseksi. Kuvassa 5 on esitetty 150 mm ja 200 mm SiC epitaksiaalisten kiekkojen tappajavikojen jakautuminen. Edellyttäen, että C/Si-suhteessa ei ole ilmeistä epätasapainoa, porkkanavirheet ja komeettavirheet voidaan periaatteessa eliminoida, kun taas pudotusvirheet ja kolmiovirheet liittyvät puhtauden hallintaan epitaksiaalisten laitteiden käytön aikana, grafiitin epäpuhtausaste. osat reaktiokammiossa ja substraatin laatu. Taulukosta 2 voidaan nähdä, että 150 mm:n ja 200 mm:n epitaksiaalisten kiekkojen tappava vikatiheys on säädettävissä 0,3 hiukkasen/cm2 sisällä, mikä on erinomainen taso samantyyppisille laitteille. 150 mm:n epitaksiaalisen kiekon kohtalokas vikatiheyden hallintataso on parempi kuin 200 mm:n epitaksiaalisen kiekon. Tämä johtuu siitä, että 150 mm:n substraatin valmistusprosessi on kypsempi kuin 200 mm:n, substraatin laatu on parempi ja 150 mm:n grafiitin reaktiokammion epäpuhtauksien valvontataso on parempi.
2.4 Epitaksiaalisen kiekon pinnan karheus
Kuvassa 6 on AFM-kuvat 150 mm ja 200 mm SiC epitaksiaalisten kiekkojen pinnasta. Kuvasta voidaan nähdä, että 150 mm:n ja 200 mm:n epitaksiaalisten kiekkojen pintajuurikeskiarvoinen neliökarheus Ra on 0,129 nm ja 0,113 nm, ja epitaksiaalikerroksen pinta on sileä ilman ilmeistä makrovaiheen aggregaatioilmiötä. Tämä ilmiö osoittaa, että epitaksiaalikerroksen kasvu säilyttää aina askelvirtauskasvumoodin koko epitaksiaalisen prosessin ajan, eikä askelaggregaatiota tapahdu. Voidaan nähdä, että optimoitua epitaksiaalista kasvuprosessia käyttämällä voidaan saada sileät epitaksiaaliset kerrokset 150 mm ja 200 mm matalakulmaisille substraateille.
3 Johtopäätös
150 mm ja 200 mm 4H-SiC homogeeniset epitaksiaaliset kiekot valmistettiin onnistuneesti kotimaisille substraateille käyttämällä itse kehitettyä 200 mm SiC epitaksiaalista kasvatuslaitteistoa ja kehitettiin homogeeninen epitaksiaaliprosessi, joka soveltuu 150 mm ja 200 mm:lle. Epitaksiaalinen kasvunopeus voi olla suurempi kuin 60 μm/h. Vaikka se täyttää nopean epitaksivaatimuksen, epitaksiaalisen kiekon laatu on erinomainen. 150 mm:n ja 200 mm:n SiC-epitaksiaalisten kiekkojen paksuuden tasaisuutta voidaan säätää 1,5 %:n sisällä, pitoisuuden tasaisuus on alle 3 %, fataalivirheen tiheys on alle 0,3 hiukkasta/cm2 ja epitaksiaalisen pinnan karheuden neliökeskiarvo Ra. on pienempi kuin 0,15 nm. Epitaksiaalisten kiekkojen ydinprosessi-indikaattorit ovat alan edistyneellä tasolla.
Lähde: Elektroniikkateollisuuden erikoislaitteet
Kirjailija: 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)
Postitusaika: 04.09.2024