2 Hasil eksperimen dan perbincangan
2.1Lapisan epitaxialketebalan dan keseragaman
Ketebalan lapisan epitaxial, kepekatan doping dan keseragaman adalah salah satu petunjuk teras untuk menilai kualiti wafer epitaxial. Ketebalan yang boleh dikawal dengan tepat, kepekatan doping dan keseragaman dalam wafer adalah kunci untuk memastikan prestasi dan konsistensiPeranti kuasa SiC, dan ketebalan lapisan epitaxial dan keseragaman kepekatan doping juga merupakan asas penting untuk mengukur keupayaan proses peralatan epitaxial.
Rajah 3 menunjukkan keseragaman ketebalan dan lengkung taburan 150 mm dan 200 mmwafer epitaxial SiC. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa keluk taburan ketebalan lapisan epitaxial adalah simetri mengenai titik tengah wafer. Masa proses epitaxial ialah 600s, purata ketebalan lapisan epitaxial wafer epitaxial 150mm ialah 10.89 um, dan keseragaman ketebalan ialah 1.05%. Dengan pengiraan, kadar pertumbuhan epitaxial ialah 65.3 um/j, iaitu tahap proses epitaxial yang biasa. Di bawah masa proses epitaxial yang sama, ketebalan lapisan epitaxial wafer epitaxial 200 mm ialah 10.10 um, keseragaman ketebalan adalah dalam 1.36%, dan kadar pertumbuhan keseluruhan ialah 60.60 um/j, yang lebih rendah sedikit daripada pertumbuhan epitaxial 150 mm. kadar. Ini kerana terdapat kehilangan yang jelas di sepanjang jalan apabila sumber silikon dan sumber karbon mengalir dari hulu kebuk tindak balas melalui permukaan wafer ke hilir kebuk tindak balas, dan kawasan wafer 200 mm lebih besar daripada 150 mm. Gas mengalir melalui permukaan wafer 200 mm untuk jarak yang lebih jauh, dan gas sumber yang digunakan sepanjang perjalanan adalah lebih banyak. Di bawah keadaan wafer terus berputar, ketebalan keseluruhan lapisan epitaxial lebih nipis, jadi kadar pertumbuhan lebih perlahan. Secara keseluruhannya, keseragaman ketebalan wafer epitaxial 150 mm dan 200 mm adalah sangat baik, dan keupayaan proses peralatan dapat memenuhi keperluan peranti berkualiti tinggi.
2.2 Kepekatan doping lapisan epitaxial dan keseragaman
Rajah 4 menunjukkan keseragaman kepekatan doping dan taburan lengkung 150 mm dan 200 mmwafer epitaxial SiC. Seperti yang dapat dilihat daripada rajah, lengkung taburan kepekatan pada wafer epitaxial mempunyai simetri yang jelas berbanding dengan pusat wafer. Keseragaman kepekatan doping bagi lapisan epitaxial 150 mm dan 200 mm ialah 2.80% dan 2.66% masing-masing, yang boleh dikawal dalam lingkungan 3%, yang merupakan tahap yang sangat baik untuk peralatan antarabangsa yang serupa. Lengkung kepekatan doping lapisan epitaxial diedarkan dalam bentuk "W" di sepanjang arah diameter, yang terutamanya ditentukan oleh medan aliran relau epitaxial dinding panas mendatar, kerana arah aliran udara relau pertumbuhan epitaxial aliran udara mendatar adalah dari hujung salur masuk udara (hulu) dan mengalir keluar dari hujung hiliran secara laminar melalui permukaan wafer; kerana kadar "penyusutan sepanjang jalan" sumber karbon (C2H4) adalah lebih tinggi daripada sumber silikon (TCS), apabila wafer berputar, C/Si sebenar pada permukaan wafer berkurangan secara beransur-ansur dari tepi ke pusat (sumber karbon di tengah kurang), menurut "teori kedudukan kompetitif" C dan N, kepekatan doping di tengah wafer secara beransur-ansur berkurangan ke arah tepi, supaya untuk mendapatkan keseragaman kepekatan yang sangat baik, tepi N2 ditambah sebagai pampasan semasa proses epitaxial untuk melambatkan penurunan kepekatan doping dari pusat ke tepi, supaya lengkung kepekatan doping akhir membentangkan bentuk "W".
2.3 Kecacatan lapisan epitaxial
Selain ketebalan dan kepekatan doping, tahap kawalan kecacatan lapisan epitaxial juga merupakan parameter teras untuk mengukur kualiti wafer epitaxial dan penunjuk penting keupayaan proses peralatan epitaxial. Walaupun SBD dan MOSFET mempunyai keperluan yang berbeza untuk kecacatan, kecacatan morfologi permukaan yang lebih jelas seperti kecacatan jatuh, kecacatan segi tiga, kecacatan lobak merah, kecacatan komet, dll. ditakrifkan sebagai kecacatan pembunuh peranti SBD dan MOSFET. Kebarangkalian kegagalan cip yang mengandungi kecacatan ini adalah tinggi, jadi mengawal bilangan kecacatan pembunuh adalah amat penting untuk meningkatkan hasil cip dan mengurangkan kos. Rajah 5 menunjukkan taburan kecacatan pembunuh bagi wafer epitaxial 150 mm dan 200 mm SiC. Di bawah syarat bahawa tiada ketidakseimbangan yang jelas dalam nisbah C/Si, kecacatan lobak merah dan kecacatan komet pada asasnya boleh dihapuskan, manakala kecacatan jatuh dan kecacatan segi tiga berkaitan dengan kawalan kebersihan semasa operasi peralatan epitaxial, tahap kekotoran grafit bahagian dalam ruang tindak balas, dan kualiti substrat. Daripada Jadual 2, dapat dilihat bahawa ketumpatan kecacatan pembunuh 150 mm dan 200 mm wafer epitaxial boleh dikawal dalam 0.3 zarah/cm2, yang merupakan tahap yang sangat baik untuk jenis peralatan yang sama. Tahap kawalan ketumpatan kecacatan maut bagi wafer epitaxial 150 mm adalah lebih baik daripada tahap wafer epitaxial 200 mm. Ini kerana proses penyediaan substrat 150 mm lebih matang daripada 200 mm, kualiti substrat lebih baik, dan tahap kawalan kekotoran ruang tindak balas grafit 150 mm lebih baik.
2.4 Kekasaran permukaan wafer epitaxial
Rajah 6 menunjukkan imej AFM bagi permukaan wafer epitaxial 150 mm dan 200 mm SiC. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa akar permukaan min kekasaran persegi Ra bagi wafer epitaxial 150 mm dan 200 mm masing-masing ialah 0.129 nm dan 0.113 nm, dan permukaan lapisan epitaxial adalah licin tanpa fenomena pengagregatan makro-langkah yang jelas. Fenomena ini menunjukkan bahawa pertumbuhan lapisan epitaxial sentiasa mengekalkan mod pertumbuhan aliran langkah semasa keseluruhan proses epitaxial, dan tiada pengagregatan langkah berlaku. Ia boleh dilihat bahawa dengan menggunakan proses pertumbuhan epitaxial yang dioptimumkan, lapisan epitaxial licin boleh diperolehi pada substrat sudut rendah 150 mm dan 200 mm.
3 Kesimpulan
Wafer epitaxial homogen 150 mm dan 200 mm 4H-SiC telah berjaya disediakan pada substrat domestik menggunakan peralatan pertumbuhan epitaxial 200 mm SiC yang dibangunkan sendiri, dan proses epitaxial homogen yang sesuai untuk 150 mm dan 200 mm telah dibangunkan. Kadar pertumbuhan epitaxial boleh melebihi 60 μm/j. Semasa memenuhi keperluan epitaksi berkelajuan tinggi, kualiti wafer epitaksi adalah sangat baik. Keseragaman ketebalan wafer epitaxial 150 mm dan 200 mm SiC boleh dikawal dalam 1.5%, keseragaman kepekatan kurang daripada 3%, ketumpatan kecacatan maut adalah kurang daripada 0.3 zarah/cm2, dan akar kekasaran permukaan epitaxial min persegi Ra adalah kurang daripada 0.15 nm. Penunjuk proses teras wafer epitaxial berada pada tahap lanjutan dalam industri.
Sumber: Peralatan Khas Industri Elektronik
Pengarang: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Institut Penyelidikan Kumpulan Teknologi Elektronik China ke-48, Changsha, Hunan 410111)
Masa siaran: Sep-04-2024