8인치 SiC 에피택시로 및 호모에피택셜 공정 연구-Ⅱ

 

2 실험 결과 및 논의


2.1에피택셜층두께와 균일성

에피택셜 층 두께, 도핑 농도 및 균일성은 에피택셜 웨이퍼의 품질을 판단하는 핵심 지표 중 하나입니다. 정확하게 제어 가능한 두께, 웨이퍼 내 도핑 농도 및 균일성은 웨이퍼의 성능과 일관성을 보장하는 핵심입니다.SiC 전력 장치, 에피택셜 층 두께 및 도핑 농도 균일성도 에피택셜 장비의 공정 능력을 측정하는 데 중요한 기반입니다.

그림 3은 150mm와 200mm의 두께 균일성과 분포 곡선을 보여줍니다.SiC 에피택셜 웨이퍼. 그림에서 에피택시층 두께 분포 곡선이 웨이퍼 중심점을 기준으로 대칭임을 알 수 있습니다. 에피택셜 공정 시간은 600초이고, 150mm 에피택셜 웨이퍼의 평균 에피택셜 층 두께는 10.89um이고, 두께 균일성은 1.05%입니다. 계산에 따르면 에피택셜 성장 속도는 65.3um/h이며 이는 일반적인 빠른 에피택셜 공정 수준입니다. 동일한 에피택셜 공정 시간에서 200mm 에피택셜 웨이퍼의 에피택셜 층 두께는 10.10um이고, 두께 균일성은 1.36% 이내이며, 전체 성장 속도는 60.60um/h로, 이는 150mm 에피택셜 성장보다 약간 낮습니다. 비율. 이는 실리콘 소스와 탄소 소스가 반응 챔버의 상류에서 웨이퍼 표면을 통해 반응 챔버의 하류로 흐를 때 명백한 손실이 있고, 200mm 웨이퍼 면적이 150mm보다 크기 때문입니다. 가스는 200mm 웨이퍼 표면을 통해 더 먼 거리를 흐르며, 그 과정에서 소비되는 소스 가스도 더 많습니다. 웨이퍼가 계속 회전하는 조건에서는 에피택셜 층의 전체 두께가 얇아지므로 성장 속도가 느려집니다. 전반적으로 150mm 및 200mm 에피택시 웨이퍼의 두께 균일성은 우수하며 장비의 공정 능력은 고품질 장치의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

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2.2 에피택시층 도핑 농도 및 균일성

그림 4는 150mm와 200mm의 도핑 농도 균일성과 곡선 분포를 보여줍니다.SiC 에피택셜 웨이퍼. 그림에서 볼 수 있듯이 에피택셜 웨이퍼의 농도 분포 곡선은 웨이퍼 중심을 기준으로 뚜렷한 대칭을 이루고 있습니다. 150mm와 200mm 에피층의 도핑 농도 균일성은 각각 2.80%와 2.66%로 3% 이내로 제어할 수 있어 유사한 국제 장비로는 우수한 수준이다. 에피택셜 층의 도핑 농도 곡선은 직경 방향을 따라 "W" 형태로 분포하는데, 이는 수평 기류 에피택셜 성장로의 기류 방향이 공기 입구 끝(상류)은 웨이퍼 표면을 통해 층류 방식으로 하류 끝으로부터 흘러나갑니다. 탄소 소스(C2H4)의 "방향 고갈" 비율이 실리콘 소스(TCS)보다 높기 때문에 웨이퍼가 회전할 때 웨이퍼 표면의 실제 C/Si는 가장자리에서 점차적으로 감소합니다. C와 N의 "경쟁 위치 이론"에 따르면 중앙(중앙의 탄소원이 적음)에서는 우수한 농도 균일성을 얻기 위해 웨이퍼 중앙의 도핑 농도가 가장자리로 갈수록 점차 감소합니다. 모서리 N2가 추가됩니다. 에피택셜 공정 중 중앙에서 가장자리까지 도핑 농도 감소를 늦추기 위한 보상으로 최종 도핑 농도 곡선이 "W" 모양을 나타냅니다.

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2.3 에피택셜층 결함

두께 및 도핑 농도 외에도 에피택셜 층 결함 제어 수준도 에피택셜 웨이퍼 품질을 측정하는 핵심 매개변수이자 에피택셜 장비의 공정 능력을 나타내는 중요한 지표입니다. SBD와 MOSFET은 결함에 대한 요구 사항이 다르지만 낙하 결함, 삼각형 결함, 당근 결함, 혜성 결함 등과 같은 보다 명백한 표면 형태 결함은 SBD 및 MOSFET 장치의 킬러 결함으로 정의됩니다. 이러한 결함이 포함된 칩의 불량 확률은 높기 때문에 칩 수율 향상과 비용 절감을 위해서는 킬러 결함 수를 제어하는 ​​것이 매우 중요합니다. 그림 5는 150mm 및 200mm SiC 에피택셜 웨이퍼의 킬러 결함 분포를 보여줍니다. C/Si 비율에 뚜렷한 불균형이 없는 조건에서 당근 결함과 혜성 결함은 기본적으로 제거될 수 있으며, 낙하 결함과 삼각형 결함은 에피택셜 장비 작동 중 청정도 제어, 흑연의 불순물 수준과 관련이 있습니다. 반응 챔버의 부품 및 기판의 품질. 표 2에서 볼 수 있듯이 150mm 및 200mm 에피택시 웨이퍼의 킬러 결함 밀도는 0.3 입자/cm2 이내로 제어할 수 있으며 이는 동일한 유형의 장비에 대해 탁월한 수준입니다. 150mm 에피택셜 웨이퍼의 치명적인 결함 밀도 제어 수준은 200mm 에피택셜 웨이퍼보다 우수합니다. 이는 150mm의 기판 준비 공정이 200mm의 기판 준비 공정보다 성숙하고 기판 품질이 더 좋으며 150mm 흑연 반응 챔버의 불순물 제어 수준이 더 좋기 때문입니다.

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2.4 에피택셜 웨이퍼 표면 거칠기

그림 6은 150mm 및 200mm SiC 에피택셜 웨이퍼 표면의 AFM 이미지를 보여줍니다. 그림에서 볼 수 있듯이 150mm 및 200mm 에피택시 웨이퍼의 표면 평균 제곱근 거칠기 Ra는 각각 0.129nm 및 0.113nm이며, 에피택시층 표면은 명백한 매크로 단계 응집 현상 없이 매끄러워집니다. 이러한 현상은 에피택시층의 성장이 전체 에피택셜 공정 동안 항상 계단식 흐름 성장 모드를 유지하며, 계단식 집합이 발생하지 않음을 보여줍니다. 최적화된 에피택셜 성장 프로세스를 사용하면 150mm 및 200mm 로우 앵글 기판에서 매끄러운 에피택셜 층을 얻을 수 있음을 알 수 있습니다.

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3 결론

자체 개발한 200mm SiC 에피택셜 성장 장비를 이용하여 국내 기판에서 150mm 및 200mm 4H-SiC 균질 에피택시 웨이퍼를 성공적으로 제조하고, 150mm 및 200mm에 적합한 균질 에피택셜 공정을 개발했습니다. 에피택셜 성장 속도는 60μm/h보다 클 수 있습니다. 고속 에피택시 요구 사항을 충족하는 동시에 에피택시 웨이퍼 품질도 우수합니다. 150mm 및 200mm SiC 에피택시 웨이퍼의 두께 균일성은 1.5% 이내로 제어할 수 있으며, 농도 균일성은 3% 미만, 치명적인 결함 밀도는 0.3 입자/cm2 미만, 에피택시 표면 거칠기 평균 제곱근 Ra 0.15nm 미만이다. 에피택셜 웨이퍼의 핵심 공정 지표는 업계 고급 수준입니다.

출처: 전자산업 특수장비
저자: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(410111 후난성 창사 중국전자기술집단공사 제48연구소)


게시 시간: 2024년 9월 4일
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