2 प्रायोगिक परिणाम आणि चर्चा
२.१एपिटॅक्सियल लेयरजाडी आणि एकसमानता
एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी, डोपिंग एकाग्रता आणि एकसमानता हे एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या गुणवत्तेचे मूल्यांकन करण्यासाठी मुख्य निर्देशकांपैकी एक आहेत. अचूकपणे नियंत्रित करण्यायोग्य जाडी, डोपिंग एकाग्रता आणि वेफरमधील एकसमानता हे कार्यप्रदर्शन आणि सातत्य सुनिश्चित करण्याची गुरुकिल्ली आहे.SiC पॉवर उपकरणे, आणि एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी आणि डोपिंग एकाग्रता एकसमानता हे देखील एपिटॅक्सियल उपकरणांची प्रक्रिया क्षमता मोजण्यासाठी महत्त्वाचे आधार आहेत.
आकृती 3 150 मिमी आणि 200 मिमी जाडीची एकसमानता आणि वितरण वक्र दर्शवतेSiC एपिटॅक्सियल वेफर्स. आकृतीवरून हे पाहिले जाऊ शकते की एपिटॅक्सियल लेयर जाडीचे वितरण वक्र वेफरच्या केंद्रबिंदूबद्दल सममितीय आहे. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेचा कालावधी 600s आहे, 150 मिमी एपिटॅक्सियल वेफरची सरासरी एपिटॅक्सियल लेयर जाडी 10.89 um आहे आणि जाडी एकसमानता 1.05% आहे. गणनेनुसार, एपिटॅक्सियल वाढीचा दर 65.3 um/h आहे, जो विशिष्ट वेगवान एपिटॅक्सियल प्रक्रिया पातळी आहे. त्याच एपिटॅक्सियल प्रक्रियेच्या वेळेत, 200 मिमी एपिटॅक्सियल वेफरची एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी 10.10 um आहे, जाडी एकसमानता 1.36% च्या आत आहे आणि एकूण वाढीचा दर 60.60 um/h आहे, जो 150 mm वाढीच्या ep पेक्षा किंचित कमी आहे. दर याचे कारण असे की जेव्हा सिलिकॉन स्त्रोत आणि कार्बन स्त्रोत प्रतिक्रिया चेंबरच्या अपस्ट्रीममधून वेफर पृष्ठभागाद्वारे प्रतिक्रिया चेंबरच्या डाउनस्ट्रीममध्ये वाहतात तेव्हा वाटेत स्पष्ट नुकसान होते आणि 200 मिमी वेफर क्षेत्र 150 मिमी पेक्षा मोठे असते. वायू 200 मिमी वेफरच्या पृष्ठभागावरून जास्त अंतरापर्यंत वाहतो आणि वाटेत वापरला जाणारा स्त्रोत वायू जास्त असतो. वेफर फिरत राहते अशा स्थितीत, एपिटॅक्सियल लेयरची एकूण जाडी पातळ असते, त्यामुळे वाढीचा वेग कमी होतो. एकूणच, 150 मिमी आणि 200 मिमी एपिटॅक्सियल वेफर्सची जाडी एकसमान आहे आणि उपकरणांची प्रक्रिया क्षमता उच्च-गुणवत्तेच्या उपकरणांच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकते.
2.2 एपिटॅक्सियल लेयर डोपिंग एकाग्रता आणि एकसमानता
आकृती 4 डोपिंग एकाग्रता एकसमानता आणि 150 मिमी आणि 200 मिमी वक्र वितरण दर्शवतेSiC एपिटॅक्सियल वेफर्स. आकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, एपिटॅक्सियल वेफरवरील एकाग्रता वितरण वक्र वेफरच्या केंद्राशी संबंधित स्पष्ट सममिती आहे. 150 मिमी आणि 200 मिमी एपिटॅक्सियल लेयर्सची डोपिंग एकाग्रता एकसमानता अनुक्रमे 2.80% आणि 2.66% आहे, जी 3% च्या आत नियंत्रित केली जाऊ शकते, जे समान आंतरराष्ट्रीय उपकरणांसाठी एक उत्कृष्ट स्तर आहे. एपिटॅक्सियल लेयरचे डोपिंग एकाग्रता वक्र व्यासाच्या दिशेने "डब्ल्यू" आकारात वितरीत केले जाते, जे प्रामुख्याने क्षैतिज गरम भिंतीच्या एपिटॅक्सियल भट्टीच्या प्रवाह क्षेत्राद्वारे निर्धारित केले जाते, कारण क्षैतिज वायुप्रवाह एपिटॅक्सियल ग्रोथ फर्नेसची वायुप्रवाह दिशा आहे. एअर इनलेट एंड (अपस्ट्रीम) आणि डाउनस्ट्रीमच्या टोकापासून वेफरच्या पृष्ठभागाद्वारे लॅमिनार पद्धतीने बाहेर वाहते; कारण कार्बन स्रोत (C2H4) चा "अलाँग-द-वे डिप्लेशन" रेट सिलिकॉन सोर्स (TCS) पेक्षा जास्त आहे, जेव्हा वेफर फिरते, तेव्हा वेफर पृष्ठभागावरील वास्तविक C/Si हळूहळू काठावरुन कमी होते केंद्र (मध्यभागी कार्बन स्त्रोत कमी आहे), C आणि N च्या "स्पर्धात्मक स्थिती सिद्धांत" नुसार, वेफरच्या मध्यभागी डोपिंग एकाग्रता हळूहळू काठाच्या दिशेने कमी होते, उत्कृष्ट एकाग्रता एकसमानता प्राप्त करण्यासाठी, डोपिंग एकाग्रता केंद्रापासून काठापर्यंत कमी होण्यासाठी एपिटॅक्सियल प्रक्रियेदरम्यान भरपाई म्हणून edge N2 जोडले जाते, जेणेकरून अंतिम डोपिंग एकाग्रता वक्र "W" आकार सादर करते.
2.3 एपिटॅक्सियल लेयर दोष
जाडी आणि डोपिंग एकाग्रता व्यतिरिक्त, एपिटॅक्सियल लेयर दोष नियंत्रणाची पातळी देखील एपिटॅक्सियल वेफर्सची गुणवत्ता मोजण्यासाठी एक कोर पॅरामीटर आहे आणि एपिटॅक्सियल उपकरणांच्या प्रक्रियेच्या क्षमतेचे महत्त्वपूर्ण सूचक आहे. जरी SBD आणि MOSFET मध्ये दोषांसाठी भिन्न आवश्यकता आहेत, तरीही अधिक स्पष्ट पृष्ठभाग आकारविज्ञान दोष जसे की ड्रॉप दोष, त्रिकोण दोष, गाजर दोष, धूमकेतू दोष इ. SBD आणि MOSFET उपकरणांचे किलर दोष म्हणून परिभाषित केले जातात. हे दोष असलेल्या चिप्सच्या अयशस्वी होण्याची शक्यता जास्त आहे, म्हणून किलर दोषांची संख्या नियंत्रित करणे चिप उत्पादन सुधारण्यासाठी आणि खर्च कमी करण्यासाठी अत्यंत महत्वाचे आहे. आकृती 5 150 मिमी आणि 200 मिमी SiC एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या किलर दोषांचे वितरण दर्शविते. C/Si गुणोत्तरामध्ये कोणतेही स्पष्ट असंतुलन नाही या स्थितीत, गाजर दोष आणि धूमकेतू दोष मुळात काढून टाकले जाऊ शकतात, तर ड्रॉप दोष आणि त्रिकोण दोष हे एपिटॅक्सियल उपकरणांच्या ऑपरेशन दरम्यान स्वच्छता नियंत्रणाशी संबंधित आहेत, ग्रेफाइटची अशुद्धता पातळी. प्रतिक्रिया कक्षातील भाग आणि सब्सट्रेटची गुणवत्ता. तक्ता 2 वरून, हे पाहिले जाऊ शकते की 150 मिमी आणि 200 मिमी एपिटॅक्सियल वेफर्सची किलर डिफेक्ट घनता 0.3 कण/cm2 मध्ये नियंत्रित केली जाऊ शकते, जी समान प्रकारच्या उपकरणांसाठी एक उत्कृष्ट पातळी आहे. 150 मिमी एपिटॅक्सियल वेफरची घातक दोष घनता नियंत्रण पातळी 200 मिमी एपिटॅक्सियल वेफरपेक्षा चांगली आहे. याचे कारण असे की 150 मिमीची सब्सट्रेट तयार करण्याची प्रक्रिया 200 मिमीपेक्षा जास्त परिपक्व आहे, सब्सट्रेटची गुणवत्ता चांगली आहे आणि 150 मिमी ग्रेफाइट प्रतिक्रिया चेंबरची अशुद्धता नियंत्रण पातळी चांगली आहे.
2.4 एपिटॅक्सियल वेफर पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा
आकृती 6 150 मिमी आणि 200 मिमी SiC एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या पृष्ठभागाच्या AFM प्रतिमा दर्शविते. आकृतीवरून असे दिसून येते की 150 मिमी आणि 200 मिमी एपिटॅक्सियल वेफर्सच्या पृष्ठभागाच्या मूळचा चौरस खडबडीत Raa अनुक्रमे 0.129 nm आणि 0.113 nm आहे आणि एपिटॅक्सियल लेयरची पृष्ठभाग स्पष्ट मॅक्रो-स्टेप एकत्रीकरणाच्या घटनेशिवाय गुळगुळीत आहे. ही घटना दर्शविते की एपिटॅक्सियल लेयरची वाढ संपूर्ण एपिटॅक्सियल प्रक्रियेदरम्यान नेहमीच स्टेप फ्लो ग्रोथ मोड राखते आणि कोणतेही चरण एकत्रीकरण होत नाही. हे पाहिले जाऊ शकते की ऑप्टिमाइझ केलेल्या एपिटॅक्सियल वाढ प्रक्रियेचा वापर करून, 150 मिमी आणि 200 मिमी कमी-कोन सब्सट्रेट्सवर गुळगुळीत एपिटॅक्सियल स्तर मिळवता येतात.
3 निष्कर्ष
150 मिमी आणि 200 मिमी 4H-SiC एकसंध एपिटॅक्सियल वेफर्स स्व-विकसित 200 मिमी SiC एपिटॅक्सियल ग्रोथ उपकरणे वापरून घरगुती सब्सट्रेट्सवर यशस्वीरित्या तयार केले गेले आणि 150 मिमी आणि 200 मिमीसाठी योग्य एकसंध एपिटॅक्सियल प्रक्रिया विकसित केली गेली. एपिटॅक्सियल वाढीचा दर 60 μm/h पेक्षा जास्त असू शकतो. हाय-स्पीड एपिटॅक्सीची आवश्यकता पूर्ण करताना, एपिटॅक्सियल वेफरची गुणवत्ता उत्कृष्ट आहे. 150 मिमी आणि 200 मिमी SiC एपिटॅक्सियल वेफर्सची जाडी एकसमानता 1.5% च्या आत नियंत्रित केली जाऊ शकते, एकाग्रता एकसमानता 3% पेक्षा कमी आहे, घातक दोष घनता 0.3 कण/सेमी 2 पेक्षा कमी आहे आणि एपिटॅक्सियल पृष्ठभागाच्या खडबडीत मूळ स्क्वेअर रा. 0.15 एनएम पेक्षा कमी आहे. एपिटॅक्सियल वेफर्सचे मुख्य प्रक्रिया निर्देशक उद्योगात प्रगत स्तरावर आहेत.
स्रोत: इलेक्ट्रॉनिक उद्योग विशेष उपकरणे
लेखक: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48 वी रिसर्च इन्स्टिट्यूट ऑफ चायना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नॉलॉजी ग्रुप कॉर्पोरेशन, चांगशा, हुनान 410111)
पोस्ट वेळ: सप्टेंबर-04-2024