2 પ્રાયોગિક પરિણામો અને ચર્ચા
2.1એપિટેક્સિયલ સ્તરજાડાઈ અને એકરૂપતા
એપિટેક્સિયલ લેયરની જાડાઈ, ડોપિંગ એકાગ્રતા અને એકરૂપતા એપિટેક્સિયલ વેફર્સની ગુણવત્તા નક્કી કરવા માટેના મુખ્ય સૂચકોમાંના એક છે. સચોટ રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય તેવી જાડાઈ, ડોપિંગ એકાગ્રતા અને વેફરની અંદર એકરૂપતા એ કાર્યક્ષમતા અને સુસંગતતાને સુનિશ્ચિત કરવાની ચાવી છે.SiC પાવર ઉપકરણો, અને એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ અને ડોપિંગ એકાગ્રતા એકરૂપતા પણ એપિટેક્સિયલ સાધનોની પ્રક્રિયા ક્ષમતાને માપવા માટે મહત્વપૂર્ણ પાયા છે.
આકૃતિ 3 150 mm અને 200 mm ની જાડાઈ એકરૂપતા અને વિતરણ વળાંક દર્શાવે છેSiC એપિટેક્સિયલ વેફર્સ. તે આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે કે એપિટેક્સિયલ સ્તર જાડાઈ વિતરણ વળાંક વેફરના કેન્દ્ર બિંદુ વિશે સપ્રમાણ છે. એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયાનો સમય 600s છે, 150mm એપિટેક્સિયલ વેફરની સરેરાશ એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ 10.89 um છે, અને જાડાઈ એકરૂપતા 1.05% છે. ગણતરી દ્વારા, એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ દર 65.3 um/h છે, જે એક લાક્ષણિક ઝડપી એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા સ્તર છે. સમાન એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા સમય હેઠળ, 200 mm એપિટેક્સિયલ વેફરની એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ 10.10 um છે, જાડાઈ એકરૂપતા 1.36% ની અંદર છે, અને એકંદર વૃદ્ધિ દર 60.60 um/h છે, જે 150 mm વૃદ્ધિ epita કરતાં થોડો ઓછો છે. દર આનું કારણ એ છે કે જ્યારે સિલિકોન સ્ત્રોત અને કાર્બન સ્ત્રોત પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરના અપસ્ટ્રીમમાંથી વેફર સપાટી દ્વારા પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરના ડાઉનસ્ટ્રીમ તરફ વહે છે ત્યારે રસ્તામાં સ્પષ્ટ નુકશાન થાય છે અને 200 મીમી વેફર વિસ્તાર 150 મીમી કરતા મોટો હોય છે. ગેસ 200 મીમી વેફરની સપાટી પરથી લાંબા અંતર સુધી વહે છે, અને રસ્તામાં ગેસનો સ્ત્રોત વધુ વપરાશે છે. વેફર ફરતી રહે તે સ્થિતિમાં, એપિટેક્સિયલ સ્તરની એકંદર જાડાઈ પાતળી હોય છે, તેથી વૃદ્ધિ દર ધીમો હોય છે. એકંદરે, 150 mm અને 200 mm એપિટેક્સિયલ વેફર્સની જાડાઈની એકરૂપતા ઉત્તમ છે, અને સાધનોની પ્રક્રિયા ક્ષમતા ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ઉપકરણોની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે.
2.2 એપિટેક્સિયલ લેયર ડોપિંગ એકાગ્રતા અને એકરૂપતા
આકૃતિ 4 ડોપિંગ સાંદ્રતાની એકરૂપતા અને 150 mm અને 200 mm નું વળાંક વિતરણ દર્શાવે છેSiC એપિટેક્સિયલ વેફર્સ. આકૃતિમાંથી જોઈ શકાય છે તેમ, એપિટેક્સિયલ વેફર પર સાંદ્રતા વિતરણ વળાંક વેફરના કેન્દ્રની તુલનામાં સ્પષ્ટ સમપ્રમાણતા ધરાવે છે. 150 mm અને 200 mm એપિટેક્સિયલ સ્તરોની ડોપિંગ સાંદ્રતા એકરૂપતા અનુક્રમે 2.80% અને 2.66% છે, જે 3% ની અંદર નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જે સમાન આંતરરાષ્ટ્રીય ઉપકરણો માટે ઉત્તમ સ્તર છે. એપિટેક્સિયલ સ્તરની ડોપિંગ સાંદ્રતા વળાંક વ્યાસની દિશા સાથે "ડબલ્યુ" આકારમાં વિતરિત કરવામાં આવે છે, જે મુખ્યત્વે આડી ગરમ દિવાલ એપિટેક્સિયલ ભઠ્ઠીના પ્રવાહ ક્ષેત્ર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, કારણ કે આડી એરફ્લો એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ ભઠ્ઠીની એરફ્લો દિશા છે. એર ઇનલેટ એન્ડ (અપસ્ટ્રીમ) અને ડાઉનસ્ટ્રીમ છેડેથી લેમિનર રીતે બહાર વહે છે વેફર સપાટી; કારણ કે કાર્બન સ્ત્રોત (C2H4) નો "સાથે-માર્ગ અવક્ષય" દર સિલિકોન સ્ત્રોત (TCS) કરતા વધારે છે, જ્યારે વેફર ફરે છે, ત્યારે વેફરની સપાટી પર વાસ્તવિક C/Si ધીમે ધીમે ધારથી ઘટે છે. કેન્દ્ર (કેન્દ્રમાં કાર્બન સ્ત્રોત ઓછો છે), C અને N ના "સ્પર્ધાત્મક સ્થિતિ સિદ્ધાંત" અનુસાર, કેન્દ્રમાં ડોપિંગ સાંદ્રતા વેફર ધીમે ધીમે ધાર તરફ ઘટે છે, ઉત્કૃષ્ટ એકાગ્રતા એકરૂપતા પ્રાપ્ત કરવા માટે, કેન્દ્રથી ધાર સુધી ડોપિંગ સાંદ્રતામાં ઘટાડો ધીમો કરવા માટે એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા દરમિયાન વળતર તરીકે ધાર N2 ઉમેરવામાં આવે છે, જેથી અંતિમ ડોપિંગ સાંદ્રતા વળાંક રજૂ કરે છે. "W" આકાર.
2.3 એપિટેક્સિયલ લેયર ખામી
જાડાઈ અને ડોપિંગ એકાગ્રતા ઉપરાંત, એપિટેક્સિયલ લેયર ડિફેક્ટ કંટ્રોલનું સ્તર એપિટેક્સિયલ વેફર્સની ગુણવત્તાને માપવા માટેનું મુખ્ય પરિમાણ અને એપિટેક્સિયલ સાધનોની પ્રક્રિયા ક્ષમતાનું મહત્વનું સૂચક છે. જોકે SBD અને MOSFET માં ખામીઓ માટે અલગ-અલગ આવશ્યકતાઓ છે, વધુ સ્પષ્ટ સપાટીના મોર્ફોલોજી ખામીઓ જેમ કે ડ્રોપ ખામી, ત્રિકોણ ખામી, ગાજર ખામી, ધૂમકેતુ ખામી વગેરેને SBD અને MOSFET ઉપકરણોની કિલર ખામી તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. આ ખામીઓ ધરાવતી ચિપ્સની નિષ્ફળતાની સંભાવના વધારે છે, તેથી ચિપની ઉપજ સુધારવા અને ખર્ચ ઘટાડવા માટે કિલર ખામીઓની સંખ્યાને નિયંત્રિત કરવી અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. આકૃતિ 5 150 mm અને 200 mm SiC એપિટેક્સિયલ વેફર્સની કિલર ખામીઓનું વિતરણ દર્શાવે છે. C/Si ગુણોત્તરમાં કોઈ સ્પષ્ટ અસંતુલન ન હોય તેવી શરત હેઠળ, ગાજર ખામી અને ધૂમકેતુની ખામી મૂળભૂત રીતે દૂર કરી શકાય છે, જ્યારે ડ્રોપ ખામી અને ત્રિકોણ ખામી એપિટેક્સિયલ સાધનોના સંચાલન દરમિયાન સ્વચ્છતા નિયંત્રણ સાથે સંબંધિત છે, ગ્રેફાઇટની અશુદ્ધતા સ્તર. પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરના ભાગો અને સબસ્ટ્રેટની ગુણવત્તા. કોષ્ટક 2 થી, તે જોઈ શકાય છે કે 150 mm અને 200 mm એપિટેક્સિયલ વેફરની કિલર ડિફેક્ટ ડેન્સિટી 0.3 કણો/cm2 ની અંદર નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જે સમાન પ્રકારના સાધનો માટે ઉત્તમ સ્તર છે. 150 mm એપિટેક્સિયલ વેફરનું જીવલેણ ખામી ઘનતા નિયંત્રણ સ્તર 200 mm એપિટેક્સિયલ વેફર કરતાં વધુ સારું છે. આનું કારણ એ છે કે 150 mm ની સબસ્ટ્રેટ તૈયાર કરવાની પ્રક્રિયા 200 mm કરતા વધુ પરિપક્વ છે, સબસ્ટ્રેટની ગુણવત્તા વધુ સારી છે અને 150 mm ગ્રેફાઇટ પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરની અશુદ્ધતા નિયંત્રણ સ્તર વધુ સારું છે.
2.4 એપિટેક્સિયલ વેફર સપાટીની ખરબચડી
આકૃતિ 6 150 mm અને 200 mm SiC એપિટેક્સિયલ વેફર્સની સપાટીની AFM છબીઓ દર્શાવે છે. તે આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે કે 150 mm અને 200 mm એપિટેક્સિયલ વેફરની સપાટીના મૂળનો સરેરાશ ચોરસ રફનેસ Ra અનુક્રમે 0.129 nm અને 0.113 nm છે, અને એપિટેક્સિયલ સ્તરની સપાટી સ્પષ્ટ મેક્રો-સ્ટેપ એકત્રીકરણની ઘટના વિના સરળ છે. આ ઘટના દર્શાવે છે કે એપિટેક્સિયલ સ્તરની વૃદ્ધિ સમગ્ર એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા દરમિયાન હંમેશા સ્ટેપ ફ્લો ગ્રોથ મોડને જાળવી રાખે છે, અને કોઈ પગલું એકત્રીકરણ થતું નથી. તે જોઈ શકાય છે કે ઑપ્ટિમાઇઝ એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને, 150 mm અને 200 mm લો-એન્ગલ સબસ્ટ્રેટ્સ પર સરળ એપિટેક્સિયલ સ્તરો મેળવી શકાય છે.
3 નિષ્કર્ષ
150 mm અને 200 mm 4H-SiC હોમોજિનિયસ એપિટેક્સિયલ વેફર્સ સ્વ-વિકસિત 200 mm SiC એપિટાક્સિયલ ગ્રોથ સાધનોનો ઉપયોગ કરીને સ્થાનિક સબસ્ટ્રેટ પર સફળતાપૂર્વક તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા, અને 150 mm અને 200 mm માટે યોગ્ય સજાતીય એપિટેક્સિયલ પ્રક્રિયા વિકસાવવામાં આવી હતી. એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ દર 60 μm/h કરતાં વધુ હોઈ શકે છે. હાઇ-સ્પીડ એપિટેક્સીની જરૂરિયાત પૂરી કરતી વખતે, એપિટેક્સિયલ વેફરની ગુણવત્તા ઉત્તમ છે. 150 mm અને 200 mm SiC એપિટાક્સિયલ વેફર્સની જાડાઈ એકરૂપતાને 1.5% ની અંદર નિયંત્રિત કરી શકાય છે, એકાગ્રતા એકરૂપતા 3% કરતા ઓછી છે, જીવલેણ ખામી ઘનતા 0.3 કણો/cm2 કરતા ઓછી છે, અને એપિટેક્સિયલ સપાટીની ખરબચડી રુટ એટલે ચોરસ રા. 0.15 એનએમ કરતા ઓછું છે. એપિટેક્સિયલ વેફર્સના મુખ્ય પ્રક્રિયા સૂચકાંકો ઉદ્યોગમાં અદ્યતન સ્તરે છે.
સ્ત્રોત: ઇલેક્ટ્રોનિક ઇન્ડસ્ટ્રી સ્પેશિયલ ઇક્વિપમેન્ટ
લેખક: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48મી રિસર્ચ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ચાઇના ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ટેકનોલોજી ગ્રુપ કોર્પોરેશન, ચાંગશા, હુનાન 410111)
પોસ્ટ સમય: સપ્ટે-04-2024