2 Kísérleti eredmények és megbeszélés
2.1Epitaxiális rétegvastagsága és egyenletessége
Az epitaxiális rétegvastagság, a doppingkoncentráció és az egyenletesség az egyik alapvető mutató az epitaxiális lapkák minőségének megítélésében. A pontosan szabályozható vastagság, az adalékolás koncentrációja és az ostyán belüli egyenletesség a kulcs a teljesítmény és a konzisztencia biztosításához.SiC tápegységek, valamint az epitaxiális rétegvastagság és az adalékkoncentráció egyenletessége is fontos alapja az epitaxiális berendezések folyamatképességének mérésének.
A 3. ábra a 150 mm és 200 mm vastagság egyenletességét és eloszlási görbéjét mutatjaSiC epitaxiális lapkák. Az ábráról látható, hogy az epitaxiális rétegvastagság eloszlási görbe szimmetrikus az ostya középpontjára. Az epitaxiális folyamatidő 600 s, a 150 mm-es epitaxiális ostya átlagos epitaxiális rétegvastagsága 10,89 um, a vastagság egyenletessége 1,05%. Számítások szerint az epitaxiális növekedési sebesség 65,3 um/h, ami egy tipikus gyors epitaxiális folyamatszint. A 200 mm-es epitaxiális ostya epitaxiális rétegvastagsága azonos epitaxiális folyamatidő mellett 10,10 um, a vastagság egyenletessége 1,36%-on belül van, a teljes növekedési sebesség pedig 60,60 um/h, ami valamivel alacsonyabb, mint a 150 mm-es epitaxiális növekedés arány. Ennek az az oka, hogy az út során nyilvánvaló veszteség keletkezik, amikor a szilíciumforrás és a szénforrás a reakciókamra előtti részből az ostya felületén keresztül a reakciókamra utáni részébe áramlik, és a 200 mm-es lapkafelület nagyobb, mint a 150 mm. A 200 mm-es ostya felületén nagyobb távolságra áramlik át a gáz, és az útközben elfogyasztott forrásgáz is több. Abban az esetben, ha az ostya folyamatosan forog, az epitaxiális réteg teljes vastagsága vékonyabb, így a növekedési ütem lassabb. Összességében elmondható, hogy a 150 mm-es és 200 mm-es epitaxiális ostyák vastagsági egyenletessége kiváló, a berendezés feldolgozási képessége megfelel a minőségi eszközök követelményeinek.
2.2 Az epitaxiális réteg adalékolási koncentrációja és egyenletessége
A 4. ábra a 150 mm-es és 200 mm-es adalékkoncentráció egyenletességét és görbeeloszlását mutatjaSiC epitaxiális lapkák. Amint az ábrán látható, az epitaxiális szelet koncentráció-eloszlási görbéje nyilvánvaló szimmetriával rendelkezik az ostya középpontjához képest. A 150 mm-es és a 200 mm-es epitaxiális rétegek doppingkoncentráció-egységessége 2,80%, illetve 2,66%, ami 3%-on belül szabályozható, ami kiváló szint a hasonló nemzetközi berendezésekhez képest. Az epitaxiális réteg adalékolási koncentráció görbéje "W" alakban oszlik el az átmérő iránya mentén, amit főként a vízszintes melegfalú epitaxiális kemence áramlási tere határoz meg, mivel a vízszintes légáramú epitaxiális növesztő kemence légáramlási iránya kb. a levegő bemeneti végét (felfelé), és az alsó végből laminárisan kifolyik az ostya felületén keresztül; mivel a szénforrás (C2H4) "útközbeni kimerülése" nagyobb, mint a szilíciumforrásé (TCS), a lapka forgásakor a tényleges C/Si a lapka felületén fokozatosan csökken a szélétől a a középpont (a középen lévő szénforrás kevesebb), a C és N "versenyhelyzet elmélete" szerint az ostya közepén az adalékkoncentráció fokozatosan csökken a széle felé, hogy kiváló koncentrációt kapjunk. Az egyenletesség érdekében az N2 él kompenzációként kerül hozzáadásra az epitaxiális folyamat során, hogy lelassítsa az adalékkoncentráció csökkenését a középponttól a szélig, így a végső adalékolási koncentráció görbe "W" alakot mutat.
2.3 Az epitaxiális réteg hibái
A vastagságon és a doppingkoncentráción kívül az epitaxiális réteg hibaellenőrzési szintje is alapvető paraméter az epitaxiális lapkák minőségének mérésére, és fontos mutatója az epitaxiális berendezések feldolgozási képességének. Bár az SBD és a MOSFET eltérő követelményeket támaszt a hibákkal szemben, a nyilvánvalóbb felületi morfológiai hibák, mint például a csepphibák, a háromszöghibák, a sárgarépa-hibák, az üstököshibák stb., az SBD és MOSFET eszközök gyilkos hibáiként vannak meghatározva. Az ezeket a hibákat tartalmazó forgácsok meghibásodásának valószínűsége nagy, ezért a gyilkos hibák számának szabályozása rendkívül fontos a forgácshozam javítása és a költségek csökkentése szempontjából. Az 5. ábra a 150 mm-es és 200 mm-es SiC epitaxiális lapkák killer defektusainak eloszlását mutatja. Ha a C/Si arányban nincs nyilvánvaló egyensúlyhiány, a sárgarépa- és üstököshibák alapvetően kiküszöbölhetők, míg a csepphibák és a háromszöghibák az epitaxiális berendezések működése során történő tisztaságszabályozáshoz, a grafit szennyezettségi szintjéhez kapcsolódnak. a reakciókamrában lévő részek és a szubsztrát minősége. A 2. táblázatból látható, hogy a 150 mm-es és a 200 mm-es epitaxiális ostyák gyilkos hibasűrűsége 0,3 részecske/cm2-en belül szabályozható, ami ugyanilyen típusú berendezés esetén kiváló szint. A 150 mm-es epitaxiális lapka végzetes hibasűrűség-ellenőrzési szintje jobb, mint a 200 mm-es epitaxiális lapka. Ennek az az oka, hogy a 150 mm-es hordozó előkészítési folyamata érettebb, mint a 200 mm-esé, jobb az aljzatminőség, és jobb a 150 mm-es grafit reakciókamra szennyeződés-ellenőrzési szintje.
2.4 Epitaxiális lapka felületi érdesség
A 6. ábra a 150 mm-es és 200 mm-es SiC epitaxiális lapkák felületének AFM képeit mutatja. Az ábrán látható, hogy a 150 mm-es és 200 mm-es epitaxiális lapkák felületi négyzetgyökértéke 0,129 nm, illetve 0,113 nm, az epitaxiális réteg felülete pedig sima, nyilvánvaló makrolépéses aggregációs jelenség nélkül. Ez a jelenség azt mutatja, hogy az epitaxiális réteg növekedése a teljes epitaxiális folyamat során mindig fenntartja a lépcsős áramlási növekedési módot, és nem lép fel lépcsős aggregáció. Látható, hogy az optimalizált epitaxiális növekedési eljárással 150 mm-es és 200 mm-es kisszögű szubsztrátumokon sima epitaxiális rétegek nyerhetők.
3 Következtetés
A 150 mm-es és 200 mm-es 4H-SiC homogén epitaxiális ostyákat a saját fejlesztésű 200 mm-es SiC epitaxiális növesztő berendezéssel hazai szubsztrátumokon sikeresen elkészítettük, és kidolgoztuk a 150 mm-es és 200 mm-es homogén epitaxiális eljárást. Az epitaxiális növekedési sebesség nagyobb lehet, mint 60 μm/h. A nagy sebességű epitaxia követelményeinek eleget téve az epitaxiális ostya minősége kiváló. A 150 mm-es és 200 mm-es SiC epitaxiális lapkák vastagsági egyenletessége 1,5%-on belül szabályozható, a koncentráció egyenletessége kevesebb, mint 3%, a végzetes hiba sűrűsége kisebb, mint 0,3 részecske/cm2, és az epitaxiális felületi érdesség Ra négyzetes átlaga kisebb, mint 0,15 nm. Az epitaxiális lapkák alapvető folyamatmutatói az iparban haladó szinten állnak.
Forrás: Electronic Industry Special Equipment
Szerző: 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)
Feladás időpontja: 2024.04.04