2 Eksperimentalni rezultati i rasprava
2.1Epitaksijalni slojdebljine i ujednačenosti
Debljina epitaksijalnog sloja, koncentracija dopinga i ujednačenost jedan su od ključnih pokazatelja za ocjenu kvalitete epitaksijalnih pločica. Precizno kontrolirana debljina, koncentracija dopinga i ujednačenost unutar pločice ključni su za osiguranje učinkovitosti i dosljednostiSiC energetski uređaji, a debljina epitaksijalnog sloja i jednolikost koncentracije dopinga također su važne osnove za mjerenje procesne sposobnosti epitaksijalne opreme.
Slika 3 prikazuje ravnomjernost debljine i krivulju raspodjele za 150 mm i 200 mmSiC epitaksijalne pločice. Na slici se može vidjeti da je krivulja raspodjele debljine epitaksijalnog sloja simetrična oko središnje točke pločice. Vrijeme epitaksijalnog procesa je 600 s, prosječna debljina epitaksijalnog sloja epitaksijalne ploče od 150 mm je 10,89 um, a ujednačenost debljine je 1,05%. Izračunom, stopa epitaksijalnog rasta je 65,3 um/h, što je tipična razina brzog epitaksijalnog procesa. Pod istim vremenom epitaksijalnog procesa, debljina epitaksijalnog sloja epitaksijalne ploče od 200 mm je 10,10 um, ujednačenost debljine je unutar 1,36%, a ukupna stopa rasta je 60,60 um/h, što je malo niže od epitaksijalnog rasta od 150 mm stopa. To je zato što postoji očit gubitak na putu kada izvor silicija i izvor ugljika teku od uzvodne strane reakcijske komore kroz površinu pločice do nizvodne strane reakcijske komore, a područje pločice od 200 mm je veće od 150 mm. Plin teče kroz površinu pločice od 200 mm na većoj udaljenosti, a izvorni plin koji se na tom putu troši je veći. Pod uvjetom da se pločica stalno okreće, ukupna debljina epitaksijalnog sloja je tanja, pa je stopa rasta sporija. Sve u svemu, ujednačenost debljine epitaksijalnih pločica od 150 mm i 200 mm je izvrsna, a procesna sposobnost opreme može zadovoljiti zahtjeve visokokvalitetnih uređaja.
2.2 Koncentracija i jednolikost dopiranja epitaksijalnog sloja
Slika 4 prikazuje jednolikost koncentracije dopinga i distribuciju krivulje za 150 mm i 200 mmSiC epitaksijalne pločice. Kao što se može vidjeti sa slike, krivulja distribucije koncentracije na epitaksijalnoj pločici ima očitu simetriju u odnosu na središte pločice. Uniformnost koncentracije dopinga epitaksijalnih slojeva od 150 mm i 200 mm je 2,80% odnosno 2,66%, što se može kontrolirati unutar 3%, što je izvrsna razina za sličnu međunarodnu opremu. Krivulja koncentracije dopinga epitaksijalnog sloja raspoređena je u obliku "W" duž smjera promjera, koji je uglavnom određen poljem protoka horizontalne epitaksijalne peći s vrućim zidom, jer je smjer protoka zraka horizontalne epitaksijalne peći za rast zraka od kraj ulaza za zrak (uzvodno) i istječe iz nizvodno kraja na laminaran način kroz površinu pločice; budući da je stopa "usputnog iscrpljivanja" izvora ugljika (C2H4) veća nego kod izvora silicija (TCS), kada se pločica rotira, stvarni C/Si na površini pločice postupno se smanjuje od ruba do središte (izvor ugljika u središtu je manji), prema "teoriji kompetitivnog položaja" C i N, koncentracija dopinga u središtu pločice postupno se smanjuje prema rubu, kako bi se postigla izvrsna jednolikost koncentracije, rub N2 je dodan kao kompenzacija tijekom epitaksijalnog procesa kako bi se usporio pad koncentracije dopinga od središta prema rubu, tako da konačna krivulja koncentracije dopinga ima "W" oblik.
2.3 Defekti epitaksijalnog sloja
Uz debljinu i koncentraciju dopinga, razina kontrole defekata epitaksijalnog sloja također je ključni parametar za mjerenje kvalitete epitaksijalnih pločica i važan pokazatelj sposobnosti procesa epitaksijalne opreme. Iako SBD i MOSFET imaju različite zahtjeve za nedostatke, očitiji defekti morfologije površine kao što su defekti u obliku kapi, defekti trokuta, defekti mrkve, defekti kometa itd. definirani su kao ubojiti defekti SBD i MOSFET uređaja. Vjerojatnost kvara čipova koji sadrže te nedostatke je velika, pa je kontrola broja ubojitih defekata iznimno važna za poboljšanje prinosa čipova i smanjenje troškova. Slika 5 prikazuje distribuciju killer defekata 150 mm i 200 mm SiC epitaksijalnih pločica. Pod uvjetom da nema očite neravnoteže u omjeru C/Si, defekti mrkve i komet defekti mogu se u osnovi eliminirati, dok su defekti pada i trokuta povezani s kontrolom čistoće tijekom rada epitaksijalne opreme, razine nečistoće grafita dijelova u reakcijskoj komori i kvalitetu podloge. Iz tablice 2 može se vidjeti da se gustoća ubojitih defekata epitaksijalnih pločica od 150 mm i 200 mm može kontrolirati unutar 0,3 čestice/cm2, što je izvrsna razina za istu vrstu opreme. Razina kontrole gustoće fatalnih defekata kod epitaksijalne pločice od 150 mm bolja je nego kod epitaksijalne pločice od 200 mm. To je zato što je postupak pripreme supstrata od 150 mm zreliji od onog od 200 mm, kvaliteta supstrata je bolja, a razina kontrole nečistoće u grafitnoj reakcijskoj komori od 150 mm je bolja.
2.4 Hrapavost površine epitaksijalne ploče
Slika 6 prikazuje AFM slike površine SiC epitaksijalnih ploča od 150 mm i 200 mm. Na slici se može vidjeti da je površinska srednja kvadratna hrapavost Ra epitaksijalnih ploča od 150 mm i 200 mm 0,129 nm odnosno 0,113 nm, a površina epitaksijalnog sloja je glatka bez očitog fenomena agregacije makro koraka. Ovaj fenomen pokazuje da rast epitaksijalnog sloja uvijek održava stepenasti način rasta tijekom cijelog epitaksijalnog procesa i ne dolazi do stepenaste agregacije. Može se vidjeti da se korištenjem optimiziranog procesa epitaksijalnog rasta mogu dobiti glatki epitaksijalni slojevi na podlogama s malim kutom od 150 mm i 200 mm.
3 Zaključak
Homogene epitaksijalne pločice od 150 mm i 200 mm 4H-SiC uspješno su pripremljene na domaćim podlogama pomoću opreme za epitaksijalni rast od 200 mm SiC koju smo sami razvili, a razvijen je i homogeni epitaksijalni postupak prikladan za 150 mm i 200 mm. Brzina epitaksijalnog rasta može biti veća od 60 μm/h. Iako ispunjava zahtjeve za brzom epitaksijom, kvaliteta epitaksijalne pločice je izvrsna. Ujednačenost debljine 150 mm i 200 mm SiC epitaksijalnih ploča može se kontrolirati unutar 1,5%, ujednačenost koncentracije je manja od 3%, gustoća fatalnih defekata je manja od 0,3 čestice/cm2, a hrapavost epitaksijalne površine korijen srednjeg kvadrata Ra manja je od 0,15 nm. Osnovni pokazatelji procesa epitaksijalnih pločica su na naprednoj razini u industriji.
Izvor: Posebna oprema elektroničke industrije
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48. istraživački institut China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Vrijeme objave: 4. rujna 2024