2 ექსპერიმენტის შედეგები და დისკუსია
2.1ეპიტაქსიალური შრესისქე და ერთგვაროვნება
ეპიტაქსიალური ფენის სისქე, დოპინგური კონცენტრაცია და ერთგვაროვნება არის ეპიტაქსიური ვაფლის ხარისხის შეფასების ერთ-ერთი ძირითადი მაჩვენებელი. ზუსტად კონტროლირებადი სისქე, დოპინგის კონცენტრაცია და ერთგვაროვნება ვაფლის შიგნით არის გასაღები უზრუნველსაყოფად მუშაობისა და თანმიმდევრულობისთვის.SiC დენის მოწყობილობებიდა ეპიტაქსიალური ფენის სისქე და დოპინგის კონცენტრაციის ერთგვაროვნება ასევე მნიშვნელოვანი საფუძველია ეპიტაქსიალური აღჭურვილობის პროცესის შესაძლებლობების გასაზომად.
სურათი 3 გვიჩვენებს სისქის ერთგვაროვნებას და განაწილების მრუდი 150 მმ და 200 მმSiC ეპიტაქსიალური ვაფლები. ნახატიდან ჩანს, რომ ეპიტაქსიური შრის სისქის განაწილების მრუდი სიმეტრიულია ვაფლის ცენტრის მიმართ. ეპიტაქსიალური პროცესის დრო არის 600 წმ, 150 მმ ეპიტაქსიალური ვაფლის საშუალო ეპიტაქსიური ფენის სისქე არის 10.89 მმ, ხოლო სისქის ერთგვაროვნება 1.05%. გაანგარიშებით, ეპიტაქსიური ზრდის ტემპი არის 65.3 მკ/სთ, რაც ტიპიური სწრაფი ეპიტაქსიური პროცესის დონეა. იმავე ეპიტაქსიური პროცესის დროს, 200 მმ ეპიტაქსიალური ვაფლის ეპიტაქსიური ფენის სისქე არის 10.10 მმ, სისქის ერთგვაროვნება 1.36%-ის ფარგლებში და მთლიანი ზრდის ტემპი არის 60.60 მმ/სთ, რაც ოდნავ დაბალია 150 მმ ეპიტაქსიალურ ზრდაზე. განაკვეთი. ეს იმიტომ ხდება, რომ გზაზე აშკარა დანაკარგია, როდესაც სილიციუმის წყარო და ნახშირბადის წყარო მიედინება რეაქციის კამერის ზემოთ ვაფლის ზედაპირიდან რეაქციის კამერის ქვემოთ, ხოლო 200 მმ ვაფლის ფართობი უფრო დიდია ვიდრე 150 მმ. გაზი მიედინება 200 მმ ვაფლის ზედაპირზე უფრო დიდ მანძილზე, ხოლო გზაზე მოხმარებული წყაროს გაზი მეტია. იმ პირობით, რომ ვაფლი განაგრძობს ბრუნვას, ეპიტაქსიური ფენის საერთო სისქე უფრო თხელია, ამიტომ ზრდის ტემპი უფრო ნელია. საერთო ჯამში, 150 მმ და 200 მმ ეპიტაქსიალური ვაფლის სისქის ერთგვაროვნება შესანიშნავია და აღჭურვილობის პროცესის შესაძლებლობა შეუძლია დააკმაყოფილოს მაღალი ხარისხის მოწყობილობების მოთხოვნები.
2.2 ეპიტაქსიალური ფენის დოპინგ კონცენტრაცია და ერთგვაროვნება
სურათი 4 გვიჩვენებს დოპინგის კონცენტრაციის ერთგვაროვნებას და მრუდის განაწილებას 150 მმ და 200 მმSiC ეპიტაქსიალური ვაფლები. როგორც ნახატიდან ჩანს, ეპიტაქსიალურ ვაფლზე კონცენტრაციის განაწილების მრუდი აშკარა სიმეტრია აქვს ვაფლის ცენტრთან მიმართებაში. 150 მმ და 200 მმ ეპიტაქსიალური ფენების დოპინგური კონცენტრაციის ერთგვაროვნება არის 2.80% და 2.66% შესაბამისად, რაც შეიძლება 3%-ის ფარგლებში კონტროლდებოდეს, რაც შესანიშნავი დონეა მსგავსი საერთაშორისო აღჭურვილობისთვის. ეპიტაქსიური ფენის დოპინგური კონცენტრაციის მრუდი ნაწილდება "W" ფორმაში დიამეტრის მიმართულებით, რაც ძირითადად განისაზღვრება ჰორიზონტალური ცხელი კედლის ეპიტაქსიალური ღუმელის დინების ველით, რადგან ჰორიზონტალური ჰაერის ნაკადის ეპიტაქსიალური ზრდის ღუმელის ჰაერის ნაკადის მიმართულება არის ჰაერის შესასვლელი ბოლო (ზემო დინება) და მიედინება ქვედა დინების ბოლოდან ლამინირებულად ვაფლის ზედაპირის გავლით; იმის გამო, რომ ნახშირბადის წყაროს (C2H4) „გზაში ამოწურვის“ სიჩქარე უფრო მაღალია, ვიდრე სილიციუმის წყაროს (TCS), როდესაც ვაფლი ბრუნავს, ვაფლის ზედაპირზე ფაქტობრივი C/Si თანდათან მცირდება კიდემდე. ცენტრი (ნახშირბადის წყარო ცენტრში ნაკლებია), C და N-ის "კონკურენტული პოზიციის თეორიის" მიხედვით, დოპინგის კონცენტრაცია ვაფლის ცენტრში თანდათან მცირდება კიდეებისკენ, შესანიშნავი კონცენტრაციის ერთგვაროვნების მისაღებად, ზღვარი N2 ემატება როგორც კომპენსაცია ეპიტაქსიური პროცესის დროს, რათა შეანელოს დოპინგის კონცენტრაციის შემცირება ცენტრიდან კიდემდე, ისე, რომ დოპინგის კონცენტრაციის საბოლოო მრუდი წარმოადგენდეს "W" ფორმას.
2.3 ეპიტაქსიური შრის დეფექტები
გარდა სისქისა და დოპინგის კონცენტრაციისა, ეპიტაქსიალური ფენის დეფექტის კონტროლის დონე ასევე არის ეპიტაქსიური ვაფლის ხარისხის გაზომვის ძირითადი პარამეტრი და ეპიტაქსიალური აღჭურვილობის პროცესის შესაძლებლობების მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი. მიუხედავად იმისა, რომ SBD-ს და MOSFET-ს აქვთ სხვადასხვა მოთხოვნები დეფექტების მიმართ, უფრო აშკარა ზედაპირის მორფოლოგიური დეფექტები, როგორიცაა ვარდნის დეფექტები, სამკუთხედის დეფექტები, სტაფილოს დეფექტები, კომეტის დეფექტები და ა.შ. განისაზღვრება, როგორც SBD და MOSFET მოწყობილობების მკვლელი დეფექტები. ამ დეფექტების შემცველი ჩიპების გაუმართაობის ალბათობა მაღალია, ამიტომ მკვლელი დეფექტების რაოდენობის კონტროლი ძალზე მნიშვნელოვანია ჩიპების მოსავლიანობის გასაუმჯობესებლად და ხარჯების შესამცირებლად. სურათი 5 გვიჩვენებს 150 მმ და 200 მმ SiC ეპიტაქსიალური ვაფლის მკვლელი დეფექტების განაწილებას. იმ პირობით, რომ არ არის აშკარა დისბალანსი C/Si თანაფარდობაში, სტაფილოს დეფექტები და კომეტის დეფექტები ძირითადად შეიძლება აღმოიფხვრას, ხოლო ვარდნის დეფექტები და სამკუთხედის დეფექტები დაკავშირებულია სისუფთავის კონტროლთან ეპიტაქსიალური აღჭურვილობის მუშაობის დროს, გრაფიტის მინარევების დონეს. ნაწილები რეაქციის პალატაში და სუბსტრატის ხარისხი. ცხრილიდან 2 ჩანს, რომ 150 მმ და 200 მმ ეპიტაქსიალური ვაფლის მკვლელი დეფექტის სიმკვრივის კონტროლი შესაძლებელია 0.3 ნაწილაკების/სმ2 ფარგლებში, რაც შესანიშნავი დონეა იგივე ტიპის აღჭურვილობისთვის. 150 მმ ეპიტაქსიალური ვაფლის სასიკვდილო დეფექტის სიმკვრივის კონტროლის დონე უკეთესია, ვიდრე 200 მმ ეპიტაქსიალური ვაფლის. ეს იმიტომ ხდება, რომ 150 მმ სუბსტრატის მომზადების პროცესი უფრო მომწიფებულია, ვიდრე 200 მმ, სუბსტრატის ხარისხი უკეთესია და 150 მმ გრაფიტის რეაქციის კამერის მინარევების კონტროლის დონე უკეთესია.
2.4 ვაფლის ზედაპირის ეპიტაქსიალური უხეშობა
სურათი 6 გვიჩვენებს AFM სურათებს 150 მმ და 200 მმ SiC ეპიტაქსიალური ვაფლის ზედაპირის. ნახატიდან ჩანს, რომ ზედაპირის ფესვის საშუალო კვადრატული უხეშობა Ra 150 მმ და 200 მმ ეპიტაქსიალური ვაფლის არის 0,129 ნმ და 0,113 ნმ შესაბამისად, ხოლო ეპიტაქსიური ფენის ზედაპირი გლუვია აშკარა მაკროსაფეხურიანი აგრეგაციის ფენომენის გარეშე. ეს ფენომენი გვიჩვენებს, რომ ეპიტაქსიური ფენის ზრდა ყოველთვის ინარჩუნებს საფეხურების ნაკადის ზრდის რეჟიმს მთელი ეპიტაქსიური პროცესის განმავლობაში და არ ხდება საფეხურების აგრეგაცია. ჩანს, რომ ოპტიმიზირებული ეპიტაქსიური ზრდის პროცესის გამოყენებით, გლუვი ეპიტაქსიალური ფენების მიღება შესაძლებელია 150 მმ და 200 მმ დაბალკუთხიან სუბსტრატებზე.
3 დასკვნა
150 მმ და 200 მმ 4H-SiC ჰომოგენური ეპიტაქსიალური ვაფლები წარმატებით მომზადდა შიდა სუბსტრატებზე, თვითგანვითარებული 200 მმ SiC ეპიტაქსიალური ზრდის აღჭურვილობის გამოყენებით, და შეიქმნა ჰომოგენური ეპიტაქსიური პროცესი, რომელიც შესაფერისია 150 მმ და 200 მმ-ისთვის. ეპიტაქსიური ზრდის სიჩქარე შეიძლება იყოს 60 მკმ/სთ-ზე მეტი. მაღალი სიჩქარის ეპიტაქსიის მოთხოვნის დაკმაყოფილებისას, ეპიტაქსიალური ვაფლის ხარისხი შესანიშნავია. 150 მმ და 200 მმ SiC ეპიტაქსიალური ვაფლის სისქის ერთგვაროვნება შეიძლება კონტროლდებოდეს 1,5%-ში, კონცენტრაციის ერთგვაროვნება 3-ზე ნაკლები, ფატალური დეფექტის სიმკვრივე 0,3 ნაწილაკ/სმ2-ზე ნაკლებია და ეპიტაქსიური ზედაპირის უხეშობის ფესვის საშუალო კვადრატი Ra. არის 0,15 ნმ-ზე ნაკლები. ეპიტაქსიური ვაფლის ძირითადი პროცესის ინდიკატორები ინდუსტრიაში მოწინავე დონეზეა.
წყარო: Electronic Industry Special Equipment
ავტორი: სიე ტიანლე, ლი პინი, იან იუ, გონგ ქსიაოლიანგ, ბა საი, ჩენ გუოკინი, ვან შენგჩიანი
(ჩინეთის Electronics Technology Group Corporation 48th Research Institute, Changsha, Hunan 410111)
გამოქვეყნების დრო: სექ-04-2024