2 Hasil percobaan dan pembahasan
2.1Lapisan epitaksiketebalan dan keseragaman
Ketebalan lapisan epitaksi, konsentrasi doping, dan keseragaman merupakan salah satu indikator inti untuk menilai kualitas wafer epitaksi. Ketebalan yang dapat dikontrol secara akurat, konsentrasi doping, dan keseragaman dalam wafer adalah kunci untuk memastikan kinerja dan konsistensiPerangkat listrik SiC, dan ketebalan lapisan epitaksi serta keseragaman konsentrasi doping juga merupakan dasar penting untuk mengukur kemampuan proses peralatan epitaksi.
Gambar 3 menunjukkan keseragaman ketebalan dan kurva distribusi 150 mm dan 200 mmwafer epitaksi SiC. Terlihat dari gambar bahwa kurva distribusi ketebalan lapisan epitaksial simetris terhadap titik pusat wafer. Waktu proses epitaksi 600 detik, rata-rata ketebalan lapisan epitaksi wafer epitaksi 150mm adalah 10,89 um, dan keseragaman ketebalan 1,05%. Berdasarkan perhitungan, laju pertumbuhan epitaksi adalah 65,3 um/jam, yang merupakan tingkat proses epitaksi cepat pada umumnya. Di bawah waktu proses epitaksi yang sama, ketebalan lapisan epitaksi dari wafer epitaksi 200 mm adalah 10,10 um, keseragaman ketebalan berada dalam 1,36%, dan tingkat pertumbuhan keseluruhan adalah 60,60 um/jam, yang sedikit lebih rendah dari pertumbuhan epitaksi 150 mm kecepatan. Hal ini karena terdapat kerugian yang jelas di sepanjang jalan ketika sumber silikon dan sumber karbon mengalir dari hulu ruang reaksi melalui permukaan wafer ke hilir ruang reaksi, dan area wafer 200 mm lebih besar dari 150 mm. Gas mengalir melalui permukaan wafer 200 mm untuk jarak yang lebih jauh, dan sumber gas yang dikonsumsi sepanjang jalan tersebut lebih banyak. Dalam kondisi wafer terus berputar, ketebalan lapisan epitaksial secara keseluruhan lebih tipis, sehingga laju pertumbuhannya lebih lambat. Secara keseluruhan, keseragaman ketebalan wafer epitaksi 150 mm dan 200 mm sangat baik, dan kemampuan proses peralatan dapat memenuhi persyaratan perangkat berkualitas tinggi.
2.2 Konsentrasi dan keseragaman doping lapisan epitaksi
Gambar 4 menunjukkan keseragaman konsentrasi doping dan distribusi kurva 150 mm dan 200 mmwafer epitaksi SiC. Seperti dapat dilihat dari gambar, kurva distribusi konsentrasi pada wafer epitaksial mempunyai simetri yang jelas dibandingkan dengan pusat wafer. Keseragaman konsentrasi doping lapisan epitaksi 150 mm dan 200 mm masing-masing adalah 2,80% dan 2,66%, yang dapat dikontrol dalam 3%, yang merupakan tingkat yang sangat baik untuk peralatan internasional serupa. Kurva konsentrasi doping lapisan epitaksi didistribusikan dalam bentuk "W" sepanjang arah diameter, yang terutama ditentukan oleh bidang aliran tungku epitaksi dinding panas horizontal, karena arah aliran udara dari tungku pertumbuhan epitaksi aliran udara horizontal berasal dari ujung saluran masuk udara (hulu) dan mengalir keluar dari ujung hilir secara laminar melalui permukaan wafer; karena laju "penipisan sepanjang jalan" sumber karbon (C2H4) lebih tinggi dibandingkan dengan sumber silikon (TCS), ketika wafer berputar, C/Si sebenarnya pada permukaan wafer secara bertahap menurun dari tepi ke tepi. pusat (sumber karbon di tengah lebih sedikit), menurut "teori posisi kompetitif" C dan N, konsentrasi doping di tengah wafer secara bertahap menurun ke arah tepi, untuk mendapatkan keseragaman konsentrasi yang sangat baik, the tepi N2 ditambahkan sebagai kompensasi selama proses epitaksial untuk memperlambat penurunan konsentrasi doping dari pusat ke tepi, sehingga kurva konsentrasi doping akhir berbentuk "W".
2.3 Cacat lapisan epitaksi
Selain ketebalan dan konsentrasi doping, tingkat pengendalian cacat lapisan epitaksi juga merupakan parameter inti untuk mengukur kualitas wafer epitaksi dan indikator penting kemampuan proses peralatan epitaksi. Meskipun SBD dan MOSFET memiliki persyaratan cacat yang berbeda, cacat morfologi permukaan yang lebih jelas seperti cacat jatuh, cacat segitiga, cacat wortel, cacat komet, dll. didefinisikan sebagai cacat mematikan pada perangkat SBD dan MOSFET. Kemungkinan kegagalan chip yang mengandung cacat ini tinggi, sehingga mengendalikan jumlah cacat yang mematikan sangatlah penting untuk meningkatkan hasil chip dan mengurangi biaya. Gambar 5 menunjukkan distribusi cacat mematikan pada wafer epitaksi SiC 150 mm dan 200 mm. Dengan kondisi tidak adanya ketidakseimbangan yang jelas dalam rasio C/Si, cacat wortel dan cacat komet pada dasarnya dapat dihilangkan, sedangkan cacat jatuh dan cacat segitiga berkaitan dengan pengendalian kebersihan selama pengoperasian peralatan epitaksi, tingkat pengotor grafit. bagian dalam ruang reaksi, dan kualitas substrat. Dari Tabel 2, terlihat bahwa kepadatan cacat mematikan pada wafer epitaksi 150 mm dan 200 mm dapat dikontrol dalam 0,3 partikel/cm2, yang merupakan tingkat yang sangat baik untuk jenis peralatan yang sama. Tingkat pengendalian kepadatan cacat fatal wafer epitaksi 150 mm lebih baik dibandingkan wafer epitaksi 200 mm. Hal ini dikarenakan proses preparasi substrat 150 mm lebih matang dibandingkan dengan 200 mm, kualitas substrat lebih baik, dan tingkat pengendalian pengotor pada ruang reaksi grafit 150 mm lebih baik.
2.4 Kekasaran permukaan wafer epitaksi
Gambar 6 menunjukkan gambar AFM dari permukaan wafer epitaksi SiC 150 mm dan 200 mm. Dapat dilihat dari gambar bahwa akar rata-rata permukaan kekasaran kuadrat Ra wafer epitaksi 150 mm dan 200 mm masing-masing adalah 0,129 nm dan 0,113 nm, dan permukaan lapisan epitaksi halus tanpa fenomena agregasi langkah makro yang jelas. Fenomena ini menunjukkan bahwa pertumbuhan lapisan epitaksi selalu mempertahankan mode pertumbuhan aliran bertahap selama seluruh proses epitaksi, dan tidak terjadi agregasi bertahap. Terlihat bahwa dengan menggunakan proses pertumbuhan epitaksi yang dioptimalkan, lapisan epitaksi halus dapat diperoleh pada substrat sudut rendah 150 mm dan 200 mm.
3 Kesimpulan
Wafer epitaksi homogen 4H-SiC 150 mm dan 200 mm berhasil dibuat pada substrat domestik menggunakan peralatan pertumbuhan epitaksi SiC 200 mm yang dikembangkan sendiri, dan proses epitaksi homogen yang sesuai untuk 150 mm dan 200 mm dikembangkan. Laju pertumbuhan epitaksial bisa lebih besar dari 60 m/jam. Meskipun memenuhi persyaratan epitaksi berkecepatan tinggi, kualitas wafer epitaksi sangat baik. Keseragaman ketebalan wafer epitaksi SiC 150 mm dan 200 mm dapat dikontrol dalam 1,5%, keseragaman konsentrasi kurang dari 3%, kepadatan cacat fatal kurang dari 0,3 partikel/cm2, dan akar rata-rata kekasaran permukaan epitaksi Ra kurang dari 0,15 nm. Indikator proses inti wafer epitaksi berada pada tingkat lanjutan di industri.
Sumber: Peralatan Khusus Industri Elektronika
Penulis: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Institut Penelitian Perusahaan Grup Teknologi Elektronik China ke-48, Changsha, Hunan 410111)
Waktu posting: 04-Sep-2024