2 Risultati sperimentali e discussione
2.1Strato epitassialespessore e uniformità
Lo spessore dello strato epitassiale, la concentrazione del drogaggio e l'uniformità sono uno degli indicatori fondamentali per giudicare la qualità dei wafer epitassiali. Lo spessore accuratamente controllabile, la concentrazione del drogante e l'uniformità all'interno del wafer sono la chiave per garantire le prestazioni e la consistenza del waferDispositivi di potenza SiC, e anche lo spessore dello strato epitassiale e l'uniformità della concentrazione del drogante sono basi importanti per misurare la capacità di processo delle apparecchiature epitassiali.
La Figura 3 mostra l'uniformità dello spessore e la curva di distribuzione di 150 mm e 200 mmWafer epitassiali SiC. Dalla figura si può vedere che la curva di distribuzione dello spessore dello strato epitassiale è simmetrica rispetto al punto centrale del wafer. Il tempo del processo epitassiale è 600 s, lo spessore medio dello strato epitassiale del wafer epitassiale da 150 mm è 10,89 um e l'uniformità dello spessore è 1,05%. Secondo i calcoli, il tasso di crescita epitassiale è di 65,3 um/h, che è un tipico livello di processo epitassiale veloce. Con lo stesso tempo di processo epitassiale, lo spessore dello strato epitassiale del wafer epitassiale da 200 mm è 10,10 um, l'uniformità dello spessore è entro 1,36% e il tasso di crescita complessivo è 60,60 um/h, che è leggermente inferiore alla crescita epitassiale da 150 mm valutare. Questo perché si verifica un'evidente perdita lungo il percorso quando la fonte di silicio e la fonte di carbonio fluiscono da a monte della camera di reazione attraverso la superficie del wafer a valle della camera di reazione e l'area del wafer da 200 mm è maggiore di quella da 150 mm. Il gas scorre attraverso la superficie del wafer da 200 mm per una distanza maggiore e il gas sorgente consumato lungo il percorso è maggiore. A condizione che il wafer continui a ruotare, lo spessore complessivo dello strato epitassiale è più sottile, quindi il tasso di crescita è più lento. Nel complesso, l'uniformità dello spessore dei wafer epitassiali da 150 mm e 200 mm è eccellente e la capacità di processo dell'apparecchiatura può soddisfare i requisiti di dispositivi di alta qualità.
2.2 Concentrazione e uniformità del drogaggio dello strato epitassiale
La Figura 4 mostra l'uniformità della concentrazione di drogaggio e la distribuzione della curva di 150 mm e 200 mmWafer epitassiali SiC. Come si può vedere dalla figura, la curva di distribuzione della concentrazione sul wafer epitassiale ha un'evidente simmetria rispetto al centro del wafer. L'uniformità della concentrazione di drogaggio degli strati epitassiali da 150 mm e 200 mm è rispettivamente del 2,80% e del 2,66%, che può essere controllata entro il 3%, che è un livello eccellente per apparecchiature internazionali simili. La curva di concentrazione del drogaggio dello strato epitassiale è distribuita a forma di "W" lungo la direzione del diametro, che è determinata principalmente dal campo di flusso del forno epitassiale a pareti calde orizzontali, poiché la direzione del flusso d'aria del forno a crescita epitassiale con flusso d'aria orizzontale proviene da l'estremità di ingresso dell'aria (a monte) e fuoriesce dall'estremità a valle in modo laminare attraverso la superficie del wafer; poiché il tasso di "esaurimento lungo il percorso" della fonte di carbonio (C2H4) è superiore a quello della fonte di silicio (TCS), quando il wafer ruota, il C/Si effettivo sulla superficie del wafer diminuisce gradualmente dal bordo al al centro (la fonte di carbonio al centro è inferiore), secondo la "teoria della posizione competitiva" di C e N, la concentrazione di drogaggio al centro del wafer diminuisce gradualmente verso il bordo, per ottenere un'eccellente uniformità di concentrazione, il sul bordo N2 viene aggiunto come compensazione durante il processo epitassiale per rallentare la diminuzione della concentrazione di drogaggio dal centro verso il bordo, in modo che la curva di concentrazione di drogaggio finale presenti una forma a "W".
2.3 Difetti dello strato epitassiale
Oltre allo spessore e alla concentrazione del drogante, anche il livello di controllo dei difetti dello strato epitassiale è un parametro fondamentale per misurare la qualità dei wafer epitassiali e un indicatore importante della capacità di processo delle apparecchiature epitassiali. Sebbene SBD e MOSFET abbiano requisiti diversi per i difetti, i difetti di morfologia superficiale più evidenti come difetti di goccia, difetti di triangolo, difetti di carota, difetti di cometa, ecc. sono definiti come difetti killer dei dispositivi SBD e MOSFET. La probabilità di guasto dei chip contenenti questi difetti è elevata, quindi il controllo del numero di difetti killer è estremamente importante per migliorare la resa dei chip e ridurre i costi. La Figura 5 mostra la distribuzione dei difetti killer dei wafer epitassiali SiC da 150 mm e 200 mm. A condizione che non vi sia uno squilibrio evidente nel rapporto C/Si, i difetti della carota e dei difetti della cometa possono essere sostanzialmente eliminati, mentre i difetti della goccia e i difetti del triangolo sono legati al controllo della pulizia durante il funzionamento dell'attrezzatura epitassiale, al livello di impurità della grafite parti nella camera di reazione e la qualità del substrato. Dalla Tabella 2 si può vedere che la densità del difetto killer dei wafer epitassiali da 150 mm e 200 mm può essere controllata entro 0,3 particelle/cm2, che è un livello eccellente per lo stesso tipo di apparecchiatura. Il livello di controllo della densità dei difetti fatali del wafer epitassiale da 150 mm è migliore di quello del wafer epitassiale da 200 mm. Questo perché il processo di preparazione del substrato da 150 mm è più maturo di quello da 200 mm, la qualità del substrato è migliore e il livello di controllo delle impurità della camera di reazione in grafite da 150 mm è migliore.
2.4 Rugosità superficiale del wafer epitassiale
La Figura 6 mostra le immagini AFM della superficie dei wafer epitassiali SiC da 150 mm e 200 mm. Dalla figura si può vedere che la radice superficiale media della ruvidità quadrata Ra dei wafer epitassiali da 150 mm e 200 mm è rispettivamente di 0,129 nm e 0,113 nm e la superficie dello strato epitassiale è liscia senza evidenti fenomeni di aggregazione a macrofasi. Questo fenomeno mostra che la crescita dello strato epitassiale mantiene sempre la modalità di crescita del flusso a gradini durante l'intero processo epitassiale e non si verifica alcuna aggregazione a gradini. Si può vedere che utilizzando il processo di crescita epitassiale ottimizzato, è possibile ottenere strati epitassiali lisci su substrati ad angolo basso da 150 mm e 200 mm.
3 Conclusione
I wafer epitassiali omogenei 4H-SiC da 150 mm e 200 mm sono stati preparati con successo su substrati domestici utilizzando l'apparecchiatura di crescita epitassiale SiC da 200 mm sviluppata internamente ed è stato sviluppato il processo epitassiale omogeneo adatto per 150 mm e 200 mm. Il tasso di crescita epitassiale può essere maggiore di 60 μm/h. Pur soddisfacendo i requisiti di epitassia ad alta velocità, la qualità del wafer epitassiale è eccellente. L'uniformità dello spessore dei wafer epitassiali SiC da 150 mm e 200 mm può essere controllata entro l'1,5%, l'uniformità della concentrazione è inferiore al 3%, la densità del difetto fatale è inferiore a 0,3 particelle/cm2 e la radice quadrata media della rugosità superficiale epitassiale Ra è inferiore a 0,15 nm. Gli indicatori di processo principali dei wafer epitassiali sono al livello avanzato del settore.
Fonte: Attrezzature speciali dell'industria elettronica
Autore: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48° Istituto di ricerca della China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Orario di pubblicazione: 04-settembre-2024