2 実験結果と考察
2.1エピタキシャル層厚さと均一性
エピタキシャル層の厚さ、ドーピング濃度および均一性は、エピタキシャルウェーハの品質を判断するための中心的な指標の 1 つです。正確に制御可能な厚さ、ドーピング濃度、ウェーハ内の均一性が、デバイスの性能と一貫性を確保する鍵となります。SiCパワーデバイス、エピタキシャル層の厚さとドーピング濃度の均一性も、エピタキシャル装置のプロセス能力を測定するための重要な基準です。
図 3 に 150 mm と 200 mm の厚さの均一性と分布曲線を示します。SiCエピタキシャルウェーハ。この図から、エピタキシャル層の厚さ分布曲線はウェーハの中心点に対して対称であることがわかります。エピタキシャルプロセス時間は６００秒、１５０ｍｍエピタキシャルウェーハの平均エピタキシャル層厚さは１０．８９μｍ、厚さ均一性は１．０５％である。計算によると、エピタキシャル成長速度は 65.3 um/h であり、これは典型的な高速エピタキシャル プロセス レベルです。同じエピタキシャルプロセス時間の下では、200 mmエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の厚さは10.10 um、厚さの均一性は1.36%以内、全体の成長速度は60.60 um/hで、150 mmのエピタキシャル成長よりわずかに低くなります。レート。これは、シリコンソースや炭素ソースが反応室の上流側からウェーハ表面を通って反応室の下流側に流れる際に明らかにロスがあり、ウェーハ面積が150mmよりも200mmの方が大きいためである。 200mmウエハの表面をガスが流れる距離は長くなり、途中で消費される原料ガスも多くなります。ウェーハが回転し続ける条件下では、エピタキシャル層全体の厚さが薄くなるため、成長速度が遅くなります。全体として、150 mm および 200 mm のエピタキシャル ウェーハの厚さの均一性は優れており、装置のプロセス能力は高品質デバイスの要件を満たすことができます。
2.2 エピタキシャル層のドーピング濃度と均一性
図 4 は、150 mm と 200 mm のドーピング濃度の均一性と曲線分布を示しています。SiCエピタキシャルウェーハ。図からわかるように、エピタキシャルウェーハ上の濃度分布曲線はウェーハ中心に対して明らかな対称性を持っています。 150 mm と 200 mm のエピタキシャル層のドーピング濃度の均一性はそれぞれ 2.80% と 2.66% で、3% 以内に制御できます。これは、同様の国際的な装置としては優れたレベルです。エピタキシャル層のドーピング濃度曲線は直径方向に沿って「W」字型に分布します。これは主に横型ホットウォールエピタキシャル炉の流れ場によって決定されます。これは、横型気流エピタキシャル成長炉の気流方向が垂直方向であるためです。空気は入口端（上流）から流れ出し、下流端からウェーハ表面を層流状に流れ出します。炭素源 (C2H4) の「途中での消耗」速度はシリコン源 (TCS) の速度よりも高いため、ウェーハが回転すると、ウェーハ表面上の実際の C/Si はエッジから端に向かって徐々に減少します。中心（中心の炭素源は少ない）、C と N の「競合位置理論」に従って、優れた濃度均一性を得るために、ウェーハ中心のドーピング濃度はエッジに向かって徐々に減少します。エッジ N2 は、エピタキシャル プロセス中に補償として追加され、中心からエッジへのドーピング濃度の減少を遅くするため、最終的なドーピング濃度曲線は「W」字型になります。
2.3 エピタキシャル層の欠陥
厚さとドーピング濃度に加えて、エピタキシャル層の欠陥制御のレベルもエピタキシャルウェーハの品質を測定するための中心的なパラメータであり、エピタキシャル装置のプロセス能力の重要な指標です。 SBD と MOSFET では欠陥に対する要件が異なりますが、ドロップ欠陥、三角形欠陥、キャロット欠陥、コメット欠陥などのより明白な表面形態欠陥は、SBD および MOSFET デバイスのキラー欠陥として定義されています。これらの欠陥を含むチップは故障する確率が高いため、キラー欠陥の数を制御することは、チップの歩留まりを向上させ、コストを削減するために非常に重要です。図5は、150mmおよび200mmのSiCエピタキシャルウェーハのキラー欠陥の分布を示しています。 C/Si比に明らかな不均衡がない条件下では、キャロット欠陥とコメット欠陥は基本的に除去できますが、ドロップ欠陥と三角欠陥はエピタキシャル装置の稼働中の清浄度管理、グラファイトの不純物レベルに関係します。反応チャンバー内の部品、および基板の品質。表 2 より、150 mm および 200 mm エピタキシャル ウェーハのキラー欠陥密度は 0.3 個/cm2 以内に制御できており、同種の装置としては優れたレベルであることがわかります。 150mmエピタキシャルウェーハの致命欠陥密度制御レベルは200mmエピタキシャルウェーハより優れています。これは、150 mm の基板準備プロセスが 200 mm の基板準備プロセスよりも成熟しており、基板の品質が優れており、150 mm グラファイト反応チャンバーの不純物制御レベルが優れているためです。
2.4 エピタキシャルウェーハの表面粗さ
図6は、150 mmおよび200 mmのSiCエピタキシャルウェーハの表面のAFM画像を示しています。図から、150 mmおよび200 mmのエピタキシャルウェーハの表面二乗平均粗さRaはそれぞれ0.129 nmおよび0.113 nmであり、エピタキシャル層の表面は明らかなマクロステップ凝集現象がなく滑らかであることがわかります。この現象は、エピタキシャル層の成長がエピタキシャルプロセス全体を通じて常にステップフロー成長モードを維持し、ステップ凝集が発生しないことを示しています。最適化されたエピタキシャル成長プロセスを使用することにより、150 mm および 200 mm のローアングル基板上に滑らかなエピタキシャル層が得られることがわかります。
3 結論
自社開発の200mm SiCエピタキシャル成長装置を用いて、国産基板上に150mmおよび200mmの均質4H-SiCエピタキシャルウェーハの作製に成功し、150mmおよび200mmに適した均質エピタキシャルプロセスを開発した。エピタキシャル成長速度は 60 μm/h を超える場合があります。高速エピタキシーの要件を満たしながらも、エピタキシャルウェーハの品質は優れています。 150 mm および 200 mm の SiC エピタキシャル ウェーハの厚さ均一性は 1.5% 以内に制御でき、濃度均一性は 3% 未満、致命的欠陥密度は 0.3 個/cm2 未満、エピタキシャル表面粗さの二乗平均平方根 Ra は以下です。 0.15nm未満です。エピタキシャルウェーハのコアプロセス指標は業界最高レベルにあります。
出典: 電子産業特殊機器
著者: Xie Tianle、Li Ping、Yang Yu、Gong Xiaoliang、Ba Sai、Chen Guoqin、Wan Shengqiang
(中国電子技術集団有限公司第 48 研究所、湖南省長沙、410111)
投稿日時: 2024 年 9 月 4 日