2 Résultats expérimentaux et discussion
2.1Couche épitaxialeépaisseur et uniformité
L'épaisseur de la couche épitaxiale, la concentration de dopage et l'uniformité sont l'un des principaux indicateurs permettant de juger de la qualité des plaquettes épitaxiales. L'épaisseur, la concentration de dopage et l'uniformité avec précision contrôlables au sein de la plaquette sont la clé pour garantir les performances et la cohérence deDispositifs d'alimentation SiC, et l'épaisseur de la couche épitaxiale et l'uniformité de la concentration de dopage sont également des bases importantes pour mesurer la capacité de traitement de l'équipement épitaxial.
La figure 3 montre l'uniformité de l'épaisseur et la courbe de répartition de 150 mm et 200 mm.Plaquettes épitaxiales SiC. On peut voir sur la figure que la courbe de distribution de l'épaisseur de la couche épitaxiale est symétrique par rapport au point central de la tranche. La durée du processus épitaxial est de 600 s, l'épaisseur moyenne de la couche épitaxiale de la tranche épitaxiale de 150 mm est de 10,89 um et l'uniformité de l'épaisseur est de 1,05 %. Par calcul, le taux de croissance épitaxiale est de 65,3 um/h, ce qui correspond à un niveau de processus épitaxial rapide typique. Pendant le même temps de traitement épitaxial, l'épaisseur de la couche épitaxiale de la tranche épitaxiale de 200 mm est de 10,10 um, l'uniformité de l'épaisseur est inférieure à 1,36 % et le taux de croissance global est de 60,60 um/h, ce qui est légèrement inférieur à la croissance épitaxiale de 150 mm. taux. En effet, il y a une perte évidente en cours de route lorsque la source de silicium et la source de carbone s'écoulent de l'amont de la chambre de réaction à travers la surface de la tranche jusqu'en aval de la chambre de réaction, et que la surface de la tranche de 200 mm est plus grande que celle de 150 mm. Le gaz circule à travers la surface de la plaquette de 200 mm sur une distance plus longue, et la quantité de gaz source consommée en cours de route est plus importante. À condition que la tranche continue de tourner, l’épaisseur globale de la couche épitaxiale est plus fine, ce qui fait que le taux de croissance est plus lent. Dans l'ensemble, l'uniformité de l'épaisseur des tranches épitaxiales de 150 mm et 200 mm est excellente et la capacité de traitement de l'équipement peut répondre aux exigences des dispositifs de haute qualité.
2.2 Concentration et uniformité du dopage de la couche épitaxiale
La figure 4 montre l'uniformité de la concentration de dopage et la distribution des courbes de 150 mm et 200 mm.Plaquettes épitaxiales SiC. Comme le montre la figure, la courbe de distribution de concentration sur la tranche épitaxiale présente une symétrie évidente par rapport au centre de la tranche. L'uniformité de la concentration de dopage des couches épitaxiales de 150 mm et 200 mm est respectivement de 2,80 % et 2,66 %, ce qui peut être contrôlé à moins de 3 %, ce qui constitue un excellent niveau pour un équipement international similaire. La courbe de concentration de dopage de la couche épitaxiale est distribuée en forme de « W » le long de la direction du diamètre, qui est principalement déterminée par le champ d'écoulement du four épitaxial à paroi chaude horizontale, car la direction du flux d'air du four de croissance épitaxiale à flux d'air horizontal est de l'extrémité d'entrée d'air (en amont) et s'écoule depuis l'extrémité aval de manière laminaire à travers la surface de la tranche ; étant donné que le taux « d'épuisement en cours de route » de la source de carbone (C2H4) est supérieur à celui de la source de silicium (TCS), lorsque la tranche tourne, le rapport C/Si réel sur la surface de la tranche diminue progressivement du bord à le centre (la source de carbone au centre est moindre), selon la « théorie de la position concurrentielle » de C et N, la concentration de dopage au centre de la plaquette diminue progressivement vers le bord, afin d'obtenir une excellente concentration uniformité, le bord N2 est ajouté en compensation pendant le processus d'épitaxie pour ralentir la diminution de la concentration de dopage du centre vers le bord, de sorte que la courbe de concentration de dopage finale présente une forme en "W".
2.3 Défauts de la couche épitaxiale
Outre l'épaisseur et la concentration de dopage, le niveau de contrôle des défauts de la couche épitaxiale est également un paramètre essentiel pour mesurer la qualité des tranches épitaxiales et un indicateur important de la capacité de traitement des équipements épitaxiaux. Bien que les SBD et les MOSFET aient des exigences différentes en matière de défauts, les défauts de morphologie de surface les plus évidents tels que les défauts de goutte, les défauts de triangle, les défauts de carotte, les défauts de comète, etc. sont définis comme des défauts mortels des dispositifs SBD et MOSFET. La probabilité de défaillance des puces contenant ces défauts est élevée, il est donc extrêmement important de contrôler le nombre de défauts tueurs pour améliorer le rendement des puces et réduire les coûts. La figure 5 montre la répartition des défauts tueurs de tranches épitaxiales SiC de 150 mm et 200 mm. À condition qu'il n'y ait pas de déséquilibre évident dans le rapport C/Si, les défauts de carotte et les défauts de comète peuvent être fondamentalement éliminés, tandis que les défauts de goutte et les défauts de triangle sont liés au contrôle de la propreté pendant le fonctionnement de l'équipement épitaxial, le niveau d'impureté du graphite pièces dans la chambre de réaction et la qualité du substrat. D'après le tableau 2, on peut voir que la densité de défauts tueurs des tranches épitaxiales de 150 mm et 200 mm peut être contrôlée à moins de 0,3 particules/cm2, ce qui est un excellent niveau pour le même type d'équipement. Le niveau de contrôle de la densité des défauts fatals d'une tranche épitaxiale de 150 mm est meilleur que celui d'une tranche épitaxiale de 200 mm. En effet, le processus de préparation du substrat de 150 mm est plus mature que celui de 200 mm, la qualité du substrat est meilleure et le niveau de contrôle des impuretés de la chambre de réaction en graphite de 150 mm est meilleur.
2.4 Rugosité de la surface des plaquettes épitaxiales
La figure 6 montre les images AFM de la surface de tranches épitaxiales SiC de 150 mm et 200 mm. Il peut être vu sur la figure que la rugosité quadratique moyenne de la surface Ra des tranches épitaxiales de 150 mm et 200 mm est respectivement de 0,129 nm et 0,113 nm, et que la surface de la couche épitaxiale est lisse sans phénomène d'agrégation macro-étape évident. Ce phénomène montre que la croissance de la couche épitaxiale maintient toujours le mode de croissance par étapes pendant tout le processus épitaxial, et qu'aucune agrégation par étapes ne se produit. On peut constater qu'en utilisant le processus de croissance épitaxiale optimisé, des couches épitaxiales lisses peuvent être obtenues sur des substrats à faible angle de 150 mm et 200 mm.
3 Conclusion
Les tranches épitaxiales homogènes de 4H-SiC de 150 mm et 200 mm ont été préparées avec succès sur des substrats domestiques à l'aide de l'équipement de croissance épitaxiale SiC de 200 mm auto-développé, et le processus d'épitaxie homogène adapté aux 150 mm et 200 mm a été développé. La vitesse de croissance épitaxiale peut être supérieure à 60 µm/h. Tout en répondant aux exigences de l'épitaxie à grande vitesse, la qualité de la plaquette épitaxiale est excellente. L'uniformité de l'épaisseur des tranches épitaxiales de SiC de 150 mm et 200 mm peut être contrôlée dans une plage de 1,5 %, l'uniformité de la concentration est inférieure à 3 %, la densité des défauts fatals est inférieure à 0,3 particules/cm2 et la valeur quadratique moyenne de la rugosité de la surface épitaxiale Ra. est inférieure à 0,15 nm. Les principaux indicateurs de processus des plaquettes épitaxiales se situent au niveau avancé de l'industrie.
Source : Équipement spécial de l’industrie électronique
Auteurs : Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48e Institut de recherche de China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Heure de publication : 04 septembre 2024