2 תוצאות ניסוי ודיון
2.1שכבה אפיטקסיאליתעובי ואחידות
עובי השכבה האפיטקסיאלית, ריכוז הסימום והאחידות הם אחד ממדדי הליבה לשיפוט איכות פרוסות אפיטקסיאליות. עובי הניתן לשליטה מדויקת, ריכוז סימום ואחידות בתוך הפרוסה הם המפתח להבטחת הביצועים והעקביות שלמכשירי כוח SiC, ועובי השכבה האפיטקסיאלית ואחידות ריכוז הסימום הם גם בסיסים חשובים למדידת יכולת התהליך של ציוד אפיטקסיאלי.
איור 3 מציג את אחידות העובי ועקומת הפיזור של 150 מ"מ ו-200 מ"מפרוסות אפיטקסיות SiC. ניתן לראות מהאיור שעקומת חלוקת עובי השכבה האפיטקסיאלית היא סימטרית לגבי נקודת המרכז של הפרוסה. זמן התהליך האפיטקסיאלי הוא 600 שניות, עובי השכבה האפיטקסיאלית הממוצעת של הפרוסה האפיטקסיאלית בגודל 150 מ"מ הוא 10.89 אום, ואחידות העובי היא 1.05%. לפי חישוב, קצב הצמיחה האפיטקסיאלי הוא 65.3 אום/שעה, שהיא רמת תהליך אפיטקסיאלי מהיר טיפוסי. באותו זמן תהליך אפיטקסיאלי, עובי השכבה האפיטקסיאלית של הפרוסה האפיטקסיאלית של 200 מ"מ הוא 10.10 אום, אחידות העובי היא בטווח של 1.36%, וקצב הצמיחה הכולל הוא 60.60 אום/שעה, שהוא מעט נמוך מהגידול האפיטקסיאלי של 150 מ"מ. קֶצֶב. הסיבה לכך היא הפסד ברור לאורך הדרך כאשר מקור הסיליקון ומקור הפחמן זורמים ממעלה הזרם של תא התגובה דרך פני השטח למורד תא התגובה, ושטח הפרוסות של 200 מ"מ גדול מ-150 מ"מ. הגז זורם דרך פני השטח של פרוסת ה-200 מ"מ למרחק רב יותר, וגז המקור הנצרך לאורך הדרך גדול יותר. בתנאי שהרקיק ממשיך להסתובב, העובי הכללי של השכבה האפיטקסיאלית דק יותר, כך שקצב הצמיחה איטי יותר. בסך הכל, אחידות העובי של פרוסות אפיטקסיאליות של 150 מ"מ ו-200 מ"מ מעולה, ויכולת התהליך של הציוד יכולה לעמוד בדרישות של מכשירים איכותיים.
2.2 ריכוז ואחידות של סימום שכבה אפיטקסיאלית
איור 4 מציג את אחידות ריכוז הסימום והתפלגות העקומה של 150 מ"מ ו-200 מ"מפרוסות אפיטקסיות SiC. כפי שניתן לראות מהאיור, לעקומת התפלגות הריכוז על הפרוסה האפיטקסיאלית יש סימטריה ברורה ביחס למרכז הפרוסה. אחידות ריכוז הסימום של השכבות האפיטקסיאליות של 150 מ"מ ו-200 מ"מ היא 2.80% ו-2.66% בהתאמה, שניתן לשלוט בה תוך 3%, שהיא רמה מצוינת עבור ציוד בינלאומי דומה. עקומת ריכוז הסימום של השכבה האפיטקסיאלית מופצת בצורת "W" לאורך כיוון הקוטר, אשר נקבעת בעיקר על ידי שדה הזרימה של תנור האפיטקסיאלי האופקי של הקיר החם, מכיוון שכיוון זרימת האוויר של תנור הגידול האפיטקסיאלי של זרימת האוויר האופקי הוא מ קצה כניסת האוויר (במעלה הזרם) וזורם החוצה מהקצה במורד הזרם בצורה למינרית דרך משטח הוופל; מכיוון ששיעור ה"דלדול לאורך הדרך" של מקור הפחמן (C2H4) גבוה מזה של מקור הסיליקון (TCS), כאשר הפרוסה מסתובבת, ה-C/Si בפועל על פני הפרוסה יורד בהדרגה מהקצה אל המרכז (מקור הפחמן במרכז קטן), לפי "תיאוריית המיקום התחרותי" של C ו-N, ריכוז הסימום במרכז הפרוסה יורד בהדרגה לכיוון הקצה, ב על מנת להשיג אחידות ריכוז מעולה, הקצה N2 מתווסף כפיצוי במהלך התהליך האפיטקסיאלי כדי להאט את הירידה בריכוז הסימום מהמרכז לקצה, כך שעקומת ריכוז הסימום הסופית מציגה צורת "W".
2.3 פגמים בשכבה אפיטקסיאלית
בנוסף לעובי וריכוז הסימום, רמת בקרת פגמי השכבה האפיטקסיאלית היא גם פרמטר מרכזי למדידת איכות פרוסות אפיטקסיאליות ואינדיקטור חשוב ליכולת התהליך של ציוד אפיטקסיאלי. למרות של-SBD ו-MOSFET יש דרישות שונות לפגמים, הפגמים המורפולוגיים הברורים יותר של פני השטח כגון פגמי נפילה, פגמי משולש, פגמי גזר, פגמי שביט וכו' מוגדרים כפגמים קטלניים של מכשירי SBD ו-MOSFET. ההסתברות לכשל של שבבים המכילים פגמים אלו היא גבוהה, ולכן שליטה במספר הפגמים הרוצחים חשובה ביותר לשיפור תפוקת השבבים והפחתת עלויות. איור 5 מציג את התפלגות הפגמים הרוצחים של פרוסות אפיטקסיאליות של 150 מ"מ ו-200 מ"מ. בתנאי שאין חוסר איזון ברור ביחס C/Si, ניתן בעצם לבטל פגמי גזר ופגמי שביט, בעוד פגמי טיפה ולקויי משולשים קשורים לבקרת הניקיון במהלך פעולת הציוד האפיטקסיאלי, רמת הטומאה של הגרפיט. חלקים בתא התגובה, ואיכות המצע. מטבלה 2 ניתן לראות כי ניתן לשלוט בצפיפות הפגמים הקטלניים של פרוסות אפיטקסיאליות של 150 מ"מ ו-200 מ"מ בתוך 0.3 חלקיקים/סמ"ר, שזו רמה מצוינת עבור אותו סוג ציוד. רמת בקרת צפיפות הפגמים הקטלנית של פרוס אפיטקסיאלי 150 מ"מ טובה מזו של פרוס אפיטקסיאלי 200 מ"מ. הסיבה לכך היא שתהליך הכנת המצע של 150 מ"מ בוגר יותר מזה של 200 מ"מ, איכות המצע טובה יותר ורמת בקרת הטומאה של תא תגובה גרפיט 150 מ"מ טובה יותר.
2.4 חספוס של משטח פרוס אפיטקסיאלי
איור 6 מציג את תמונות AFM של פני השטח של פרוסות אפיטקסיאליות של 150 מ"מ ו-200 מ"מ. ניתן לראות מהאיור שממוצע החספוס המרובע Ra של שורש פני השטח של פרוסות אפיטקסיאליות של 150 מ"מ ו-200 מ"מ הוא 0.129 ננומטר ו-0.113 ננומטר בהתאמה, והמשטח של השכבה האפיטקסיאלית חלק ללא תופעת צבירה ברורה של צעדי מאקרו. תופעה זו מראה כי הצמיחה של השכבה האפיטקסיאלית תמיד שומרת על מצב הצמיחה של זרימת מדרגה במהלך כל התהליך האפיטקסיאלי, ולא מתרחשת צבירת שלב. ניתן לראות כי על ידי שימוש בתהליך הצמיחה האפיטקסיאלי המאופטימלי, ניתן להשיג שכבות אפיטקסיאליות חלקות על מצעים בעלי זווית נמוכה של 150 מ"מ ו-200 מ"מ.
3 מסקנה
פרוסות האפיטקסיאליות ההומוגניות בגודל 150 מ"מ ו-200 מ"מ 4H-SiC הוכנו בהצלחה על מצעים ביתיים באמצעות ציוד גידול אפיטקסיאלי 200 מ"מ SiC שפותח בעצמו, והתהליך האפיטקסיאלי ההומוגני המתאים ל-150 מ"מ ו-200 מ"מ פותח. קצב הצמיחה האפיטקסיאלי יכול להיות גדול מ-60 מיקרומטר לשעה. תוך עמידה בדרישת האפיטקסיה המהירה, איכות הפרוסה האפיטקסיאלית מצוינת. ניתן לשלוט באחידות העובי של פרוסות האפיטקסיאליות SiC בגודל 150 מ"מ ו-200 מ"מ בתוך 1.5%, אחידות הריכוז היא פחות מ-3%, צפיפות הפגם הקטלני היא פחות מ-0.3 חלקיקים/סמ"ר, וממוצע החספוס של פני השטח האפיטקסיאלי Ra הוא פחות מ-0.15 ננומטר. מדדי תהליך הליבה של פרוסות האפיטקסיאליות הם ברמה המתקדמת בתעשייה.
מקור: Electronic Industry Equipment Special Equipment
מחבר: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(מכון המחקר ה-48 של China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
זמן פרסום: 04-04-2024