2 Eksperimentu rezultāti un diskusija
2.1Epitaksiskais slānisbiezums un viendabīgums
Epitaksiskā slāņa biezums, dopinga koncentrācija un viendabīgums ir viens no galvenajiem rādītājiem, lai novērtētu epitaksiālo plāksnīšu kvalitāti. Precīzi kontrolējams biezums, dopinga koncentrācija un viendabīgums vafeles iekšienē ir atslēga, lai nodrošinātu vafeles veiktspēju un konsekvenci.SiC barošanas ierīces, un epitaksiskā slāņa biezums un dopinga koncentrācijas viendabīgums ir arī svarīgs pamats epitaksiālās iekārtas procesa spēju mērīšanai.
3. attēlā parādīta biezuma vienmērīgums un sadalījuma līkne 150 mm un 200 mmSiC epitaksiālās vafeles. No attēla var redzēt, ka epitaksiālā slāņa biezuma sadalījuma līkne ir simetriska attiecībā pret vafeles centra punktu. Epitaksiskā procesa laiks ir 600 s, 150 mm epitaksiālās vafeles vidējais epitaksiālā slāņa biezums ir 10,89 um, un biezuma vienmērīgums ir 1,05%. Pēc aprēķiniem epitaksijas augšanas ātrums ir 65,3 um/h, kas ir tipisks ātra epitaksijas procesa līmenis. Tajā pašā epitaksiskā procesa laikā 200 mm epitaksiālās plātnes epitaksiālā slāņa biezums ir 10,10 um, biezuma viendabīgums ir 1,36% robežās, un kopējais augšanas ātrums ir 60,60 um/h, kas ir nedaudz mazāks par 150 mm epitaksiālo augšanu. likme. Tas ir tāpēc, ka pa ceļam ir acīmredzami zudumi, kad silīcija avots un oglekļa avots plūst no reakcijas kameras augšpus caur plāksnīšu virsmu uz reakcijas kameras lejpus, un 200 mm plāksnītes laukums ir lielāks par 150 mm. Gāze plūst cauri 200 mm vafeles virsmai ilgākā attālumā, un pa ceļam patērētā avota gāze ir lielāka. Ja vafele turpina griezties, kopējais epitaksiālā slāņa biezums ir plānāks, tāpēc augšanas ātrums ir lēnāks. Kopumā 150 mm un 200 mm epitaksiālo plāksnīšu biezuma viendabīgums ir lielisks, un iekārtu apstrādes spēja atbilst augstas kvalitātes ierīču prasībām.
2.2. Epitaksiskā slāņa dopinga koncentrācija un viendabīgums
4. attēlā parādīta dopinga koncentrācijas vienmērība un līknes sadalījums 150 mm un 200 mmSiC epitaksiālās vafeles. Kā redzams attēlā, koncentrācijas sadalījuma līknei uz epitaksiālās plāksnes ir acīmredzama simetrija attiecībā pret vafeles centru. Dopinga koncentrācijas vienmērīgums 150 mm un 200 mm epitaksiālajos slāņos ir attiecīgi 2,80% un 2,66%, ko var kontrolēt 3% robežās, kas ir lielisks līmenis līdzīgām starptautiskām iekārtām. Epitaksiskā slāņa dopinga koncentrācijas līkne ir sadalīta "W" formā pa diametra virzienu, ko galvenokārt nosaka horizontālās karstās sienas epitaksiālās krāsns plūsmas lauks, jo horizontālās gaisa plūsmas epitaksiālās augšanas krāsns gaisa plūsmas virziens ir no plkst. gaisa ieplūdes gala (augšpus straumes) un izplūst no pakārtotā gala laminārā veidā caur vafeles virsmu; jo oglekļa avota (C2H4) "izsīkšanas ātrums ceļā" ir lielāks nekā silīcija avotam (TCS), vafelei griežoties, faktiskais C/Si uz vafeles virsmas pakāpeniski samazinās no malas līdz centrā (oglekļa avots centrā ir mazāks), saskaņā ar C un N "konkurējošās pozīcijas teoriju" dopinga koncentrācija vafeles centrā pakāpeniski samazinās virzienā uz malu, lai iegūtu izcilu koncentrācijas vienmērīgumu, mala N2 tiek pievienota kā kompensācija epitaksiskā procesa laikā, lai palēninātu dopinga koncentrācijas samazināšanos no centra līdz malai, lai gala dopinga koncentrācijas līknei būtu "W" forma.
2.3. Epitaksiskā slāņa defekti
Papildus biezumam un dopinga koncentrācijai epitaksiālā slāņa defektu kontroles līmenis ir arī galvenais parametrs epitaksiālo plāksnīšu kvalitātes mērīšanai un svarīgs epitaksiālo iekārtu procesa spējas rādītājs. Lai gan SBD un MOSFET ir atšķirīgas prasības attiecībā uz defektiem, acīmredzamāki virsmas morfoloģijas defekti, piemēram, kritiena defekti, trīsstūra defekti, burkānu defekti, komētas defekti utt., tiek definēti kā SBD un MOSFET ierīču slepkavas defekti. Šos defektus saturošo mikroshēmu atteices varbūtība ir augsta, tāpēc slepkavas defektu skaita kontrole ir ārkārtīgi svarīga, lai uzlabotu mikroshēmu ražu un samazinātu izmaksas. 5. attēlā parādīts 150 mm un 200 mm SiC epitaksiālo plāksnīšu slepkavas defektu sadalījums. Ja nav acīmredzamas C/Si attiecības nelīdzsvarotības, burkānu defektus un komētas defektus pamatā var novērst, savukārt kritiena defekti un trijstūra defekti ir saistīti ar tīrības kontroli epitaksiālās iekārtas darbības laikā, grafīta piemaisījumu līmeni. daļas reakcijas kamerā un substrāta kvalitāti. No 2. tabulas var redzēt, ka 150 mm un 200 mm epitaksiālo plāksnīšu slepkavas defektu blīvumu var kontrolēt 0,3 daļiņu/cm2 robežās, kas ir lielisks līmenis tāda paša veida iekārtām. 150 mm epitaksiālās plāksnītes nāvējošā defekta blīvuma kontroles līmenis ir labāks nekā 200 mm epitaksiālās plāksnītes. Tas ir tāpēc, ka 150 mm substrāta sagatavošanas process ir vairāk nobriedis nekā 200 mm, substrāta kvalitāte ir labāka un 150 mm grafīta reakcijas kameras piemaisījumu kontroles līmenis ir labāks.
2.4. Epitaksiālās vafeles virsmas raupjums
6. attēlā parādīti 150 mm un 200 mm SiC epitaksiālo plāksnīšu virsmas AFM attēli. No attēla redzams, ka 150 mm un 200 mm epitaksiālo plāksnīšu virsmas vidējais kvadrātveida raupjums Ra ir attiecīgi 0,129 nm un 0,113 nm, un epitaksiālā slāņa virsma ir gluda bez acīmredzamas makropakāpju agregācijas parādības. Šī parādība parāda, ka epitaksiskā slāņa augšana vienmēr saglabā soļu plūsmas augšanas režīmu visa epitaksiskā procesa laikā, un soļu agregācija nenotiek. Redzams, ka, izmantojot optimizēto epitaksiālo augšanas procesu, uz 150 mm un 200 mm zema leņķa substrātiem var iegūt gludus epitaksiālos slāņus.
3 Secinājums
150 mm un 200 mm 4H-SiC viendabīgās epitaksiālās vafeles tika veiksmīgi sagatavotas uz sadzīves substrātiem, izmantojot pašu izstrādātu 200 mm SiC epitaksiālo augšanas iekārtu, un tika izstrādāts viendabīgs epitaksiālais process, kas piemērots 150 mm un 200 mm. Epitaksiskais augšanas ātrums var būt lielāks par 60 μm/h. Lai gan atbilst ātrgaitas epitaksijas prasībām, epitaksijas plāksnīšu kvalitāte ir lieliska. 150 mm un 200 mm SiC epitaksiālo plāksnīšu biezuma viendabīgumu var kontrolēt 1,5% robežās, koncentrācijas vienmērīgums ir mazāks par 3%, nāvējošā defekta blīvums ir mazāks par 0,3 daļiņām/cm2, un epitaksiālās virsmas raupjuma vidējā vērtība ir kvadrātveida Ra. ir mazāks par 0,15 nm. Epitaksiālo plāksnīšu galvenie procesa rādītāji šajā nozarē ir augstākā līmenī.
Avots: Electronic Industry Special Equipment
Autors: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Izlikšanas laiks: Sep-04-2024