2 Resultados experimentais e discusión
2.1Capa epitaxialgrosor e uniformidade
O grosor da capa epitaxial, a concentración de dopaxe e a uniformidade son un dos indicadores fundamentais para xulgar a calidade das obleas epitaxiais. O grosor controlable con precisión, a concentración de dopaxe e a uniformidade dentro da oblea son a clave para garantir o rendemento e a consistencia da oblea.Dispositivos de potencia SiC, e o grosor da capa epitaxial e a uniformidade da concentración de dopaxe tamén son bases importantes para medir a capacidade de proceso dos equipos epitaxiais.
A figura 3 mostra a uniformidade do espesor e a curva de distribución de 150 mm e 200 mmObleas epitaxiais de SiC. Na figura pódese ver que a curva de distribución do espesor da capa epitaxial é simétrica respecto ao punto central da oblea. O tempo do proceso epitaxial é de 600 segundos, o grosor medio da capa epitaxial da oblea epitaxial de 150 mm é de 10,89 um e a uniformidade do grosor é do 1,05%. Por cálculo, a taxa de crecemento epitaxial é de 65,3 um/h, que é un nivel típico de proceso epitaxial rápido. Baixo o mesmo tempo de proceso epitaxial, o grosor da capa epitaxial da oblea epitaxial de 200 mm é de 10,10 um, a uniformidade do grosor está dentro do 1,36% e a taxa de crecemento global é de 60,60 um/h, que é lixeiramente inferior ao crecemento epitaxial de 150 mm. taxa. Isto débese a que hai unha perda obvia ao longo do camiño cando a fonte de silicio e a fonte de carbono flúen desde a auga arriba da cámara de reacción a través da superficie da oblea ata a augas abaixo da cámara de reacción, e a área da oblea de 200 mm é maior que a de 150 mm. O gas flúe a través da superficie da oblea de 200 mm durante unha distancia máis longa e o gas de orixe consumido ao longo do camiño é máis. A condición de que a oblea siga xirando, o grosor total da capa epitaxial é máis delgado, polo que a taxa de crecemento é máis lenta. En xeral, a uniformidade do grosor das obleas epitaxiais de 150 mm e 200 mm é excelente e a capacidade de proceso do equipo pode cumprir os requisitos de dispositivos de alta calidade.
2.2 Concentración e uniformidade do dopaxe da capa epitaxial
A figura 4 mostra a uniformidade da concentración de dopaxe e a distribución da curva de 150 mm e 200 mmObleas epitaxiais de SiC. Como se pode ver na figura, a curva de distribución da concentración na oblea epitaxial ten unha simetría evidente en relación ao centro da oblea. A uniformidade da concentración de dopaxe das capas epitaxiais de 150 mm e 200 mm é do 2,80% e do 2,66% respectivamente, o que se pode controlar nun 3%, o que supón un excelente nivel para equipos internacionais similares. A curva de concentración de dopaxe da capa epitaxial distribúese en forma de "W" ao longo da dirección do diámetro, que está determinada principalmente polo campo de fluxo do forno epitaxial de parede quente horizontal, porque a dirección do fluxo de aire do forno de crecemento epitaxial de fluxo de aire horizontal é de o extremo de entrada de aire (aguas arriba) e sae do extremo augas abaixo de forma laminar a través da superficie da oblea; porque a taxa de "esgotamento ao longo do camiño" da fonte de carbono (C2H4) é maior que a da fonte de silicio (TCS), cando a oblea xira, o C/Si real na superficie da oblea diminúe gradualmente dende o bordo ata no centro (a fonte de carbono no centro é menor), segundo a "teoría da posición competitiva" de C e N, a concentración de dopaxe no centro da oblea diminúe gradualmente cara ao bordo, para obter excelente uniformidade de concentración, o bordo N2 engádese como compensación durante o proceso epitaxial para ralentizar a diminución da concentración de dopaxe do centro ao bordo, de xeito que a curva de concentración de dopaxe final presenta unha forma "W".
2.3 Defectos da capa epitaxial
Ademais do espesor e a concentración de dopaxe, o nivel de control de defectos da capa epitaxial tamén é un parámetro básico para medir a calidade das obleas epitaxiais e un indicador importante da capacidade de proceso dos equipos epitaxiais. Aínda que SBD e MOSFET teñen diferentes requisitos para os defectos, os defectos de morfoloxía superficial máis obvios, como os defectos de caída, os defectos de triángulo, os defectos de cenoria, os defectos de cometa, etc., defínense como defectos mortales dos dispositivos SBD e MOSFET. A probabilidade de falla dos chips que conteñan estes defectos é alta, polo que controlar o número de defectos mortales é extremadamente importante para mellorar o rendemento de chip e reducir os custos. A figura 5 mostra a distribución dos defectos asasinas das obleas epitaxiais de SiC de 150 mm e 200 mm. Baixo a condición de que non haxa un desequilibrio evidente na relación C/Si, os defectos da cenoria e os defectos do cometa pódense eliminar basicamente, mentres que os defectos de caída e os defectos do triángulo están relacionados co control da limpeza durante o funcionamento do equipo epitaxial, o nivel de impurezas do grafito. partes da cámara de reacción e a calidade do substrato. A partir da Táboa 2, pódese ver que a densidade de defectos mortales das obleas epitaxiais de 150 mm e 200 mm pódese controlar dentro de 0,3 partículas/cm2, o que é un excelente nivel para o mesmo tipo de equipo. O nivel de control da densidade de defectos mortais da oblea epitaxial de 150 mm é mellor que o da oblea epitaxial de 200 mm. Isto débese a que o proceso de preparación do substrato de 150 mm é máis maduro que o de 200 mm, a calidade do substrato é mellor e o nivel de control de impurezas da cámara de reacción de grafito de 150 mm é mellor.
2.4 Rugosidade da superficie da oblea epitaxial
A figura 6 mostra as imaxes AFM da superficie das obleas epitaxiais de SiC de 150 mm e 200 mm. Pódese ver na figura que a rugosidade cadrada media da raíz da superficie Ra das obleas epitaxiais de 150 mm e 200 mm é de 0,129 nm e 0,113 nm respectivamente, e a superficie da capa epitaxial é lisa sen un fenómeno de agregación macro-paso evidente. Este fenómeno mostra que o crecemento da capa epitaxial sempre mantén o modo de crecemento de fluxo escalonado durante todo o proceso epitaxial, e non se produce ningunha agregación escalonada. Pódese ver que usando o proceso de crecemento epitaxial optimizado pódense obter capas epitaxiais lisas en substratos de baixo ángulo de 150 mm e 200 mm.
3 Conclusión
As obleas epitaxiais homoxéneas 4H-SiC de 150 mm e 200 mm preparáronse con éxito en substratos domésticos utilizando o equipo de crecemento epitaxial de SiC de 200 mm de desenvolvemento propio, e desenvolveuse o proceso epitaxial homoxéneo adecuado para 150 mm e 200 mm. A taxa de crecemento epitaxial pode ser superior a 60 μm/h. Aínda que cumpre o requisito de epitaxia de alta velocidade, a calidade da oblea epitaxial é excelente. A uniformidade do grosor das obleas epitaxiais de SiC de 150 mm e 200 mm pódese controlar nun 1,5%, a uniformidade da concentración é inferior ao 3%, a densidade do defecto fatal é inferior a 0,3 partículas/cm2 e a raíz cuadrada media da rugosidade da superficie epitaxial Ra. é inferior a 0,15 nm. Os indicadores básicos do proceso das obleas epitaxiais están ao nivel avanzado da industria.
Fonte: Equipamento Especial Industria Electrónica
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)
Hora de publicación: 04-09-2024