2 Experimentele resultaten en discussie
2.1Epitaxiale laagdikte en uniformiteit
Epitaxiale laagdikte, dopingconcentratie en uniformiteit zijn één van de kernindicatoren voor het beoordelen van de kwaliteit van epitaxiale wafers. Nauwkeurig regelbare dikte, dopingconcentratie en uniformiteit binnen de wafer zijn de sleutel tot het garanderen van de prestaties en consistentie vanSiC-voedingsapparaten, en epitaxiale laagdikte en uniformiteit van de doteringsconcentratie zijn ook belangrijke basis voor het meten van de procesmogelijkheden van epitaxiale apparatuur.
Figuur 3 toont de dikte-uniformiteit en distributiecurve van 150 mm en 200 mmSiC epitaxiale wafels. Uit de figuur blijkt dat de epitaxiale laagdikteverdelingskromme symmetrisch is rond het middelpunt van de wafel. De epitaxiale procestijd is 600s, de gemiddelde epitaxiale laagdikte van de epitaxiale wafel van 150 mm is 10,89 um en de dikte-uniformiteit is 1,05%. Volgens berekening bedraagt de epitaxiale groeisnelheid 65,3 µm/uur, wat een typisch snel epitaxiaal procesniveau is. Onder dezelfde epitaxiale procestijd is de epitaxiale laagdikte van de epitaxiale wafel van 200 mm 10,10 um, de dikte-uniformiteit ligt binnen 1,36% en de totale groeisnelheid is 60,60 um/u, wat iets lager is dan de epitaxiale groei van 150 mm tarief. Dit komt omdat er onderweg duidelijk verlies optreedt wanneer de siliciumbron en de koolstofbron van stroomopwaarts van de reactiekamer door het wafeloppervlak naar stroomafwaarts van de reactiekamer stromen, en het wafeloppervlak van 200 mm groter is dan de 150 mm. Het gas stroomt over een langere afstand door het oppervlak van de 200 mm-wafel en het brongas dat onderweg wordt verbruikt, is groter. Onder de voorwaarde dat de wafel blijft roteren, is de totale dikte van de epitaxiale laag dunner, waardoor de groeisnelheid langzamer is. Over het geheel genomen is de dikte-uniformiteit van epitaxiale wafers van 150 mm en 200 mm uitstekend, en kan de procescapaciteit van de apparatuur voldoen aan de eisen van hoogwaardige apparaten.
2.2 Dopingconcentratie en uniformiteit in de epitaxiale laag
Figuur 4 toont de uniformiteit van de doteringsconcentratie en de curveverdeling van 150 mm en 200 mmSiC epitaxiale wafels. Zoals uit de figuur blijkt, heeft de concentratieverdelingskromme op de epitaxiale wafel een duidelijke symmetrie ten opzichte van het midden van de wafel. De uniformiteit van de dopingconcentratie van de epitaxiale lagen van 150 mm en 200 mm is respectievelijk 2,80% en 2,66%, wat binnen 3% kan worden gecontroleerd, wat een uitstekend niveau is voor vergelijkbare internationale apparatuur. De doteringsconcentratiecurve van de epitaxiale laag is verdeeld in een "W" -vorm langs de diameterrichting, die voornamelijk wordt bepaald door het stromingsveld van de horizontale epitaxiale oven met hete wand, omdat de luchtstroomrichting van de epitaxiale groeioven met horizontale luchtstroom afkomstig is van het luchtinlaatuiteinde (stroomopwaarts) en stroomt vanaf het stroomafwaartse uiteinde op laminaire wijze door het wafeloppervlak; Omdat de "langsweg uitputting"-snelheid van de koolstofbron (C2H4) hoger is dan die van de siliciumbron (TCS), neemt de werkelijke C/Si op het wafeloppervlak geleidelijk af vanaf de rand tot aan het oppervlak. het midden (de koolstofbron in het midden is minder), volgens de "competitieve positietheorie" van C en N neemt de doteringsconcentratie in het midden van de wafer geleidelijk af naar de rand toe, om een uitstekende concentratie-uniformiteit te verkrijgen, de rand N2 wordt toegevoegd als compensatie tijdens het epitaxiale proces om de afname van de doteringsconcentratie van het midden naar de rand te vertragen, zodat de uiteindelijke doteringsconcentratiecurve een "W" -vorm vertoont.
2.3 Epitaxiale laagdefecten
Naast de dikte en de doteringsconcentratie is het niveau van controle op epitaxiale laagdefecten ook een kernparameter voor het meten van de kwaliteit van epitaxiale wafers en een belangrijke indicator voor de procesmogelijkheden van epitaxiale apparatuur. Hoewel SBD en MOSFET verschillende eisen stellen aan defecten, worden de meer voor de hand liggende defecten in de oppervlaktemorfologie, zoals druppeldefecten, driehoeksdefecten, worteldefecten, komeetdefecten, enz. gedefinieerd als dodelijke defecten van SBD- en MOSFET-apparaten. De kans op falen van chips die deze defecten bevatten is hoog, dus het beheersen van het aantal killer-defecten is van groot belang voor het verbeteren van de chipopbrengst en het verlagen van de kosten. Figuur 5 toont de verdeling van killer-defecten van epitaxiale SiC-wafels van 150 mm en 200 mm. Op voorwaarde dat er geen duidelijk onevenwicht is in de C/Si-verhouding, kunnen worteldefecten en komeetdefecten in principe worden geëlimineerd, terwijl valdefecten en driehoeksdefecten verband houden met de zuiverheidscontrole tijdens de werking van epitaxiale apparatuur, het onzuiverheidsniveau van grafiet onderdelen in de reactiekamer en de kwaliteit van het substraat. Uit Tabel 2 blijkt dat de killer-defectdichtheid van epitaxiale wafers van 150 mm en 200 mm kan worden geregeld binnen 0,3 deeltjes/cm2, wat een uitstekend niveau is voor hetzelfde type apparatuur. Het controleniveau van de fatale defectdichtheid van een epitaxiale wafel van 150 mm is beter dan dat van een epitaxiale wafel van 200 mm. Dit komt omdat het substraatvoorbereidingsproces van 150 mm volwassener is dan dat van 200 mm, de substraatkwaliteit beter is en het onzuiverheidscontroleniveau van de grafietreactiekamer van 150 mm beter is.
2.4 Epitaxiale oppervlakteruwheid van de wafel
Figuur 6 toont de AFM-beelden van het oppervlak van epitaxiale SiC-wafels van 150 mm en 200 mm. Uit de figuur blijkt dat de gemiddelde oppervlakteruwheid Ra van epitaxiale wafels van 150 mm en 200 mm respectievelijk 0,129 nm en 0,113 nm bedraagt, en dat het oppervlak van de epitaxiale laag glad is zonder duidelijk macrostapaggregatieverschijnsel. Dit fenomeen laat zien dat de groei van de epitaxiale laag altijd de stapvormige groeimodus handhaaft gedurende het gehele epitaxiale proces, en dat er geen stapaggregatie plaatsvindt. Het is duidelijk dat door gebruik te maken van het geoptimaliseerde epitaxiale groeiproces gladde epitaxiale lagen kunnen worden verkregen op substraten met een lage hoek van 150 mm en 200 mm.
3 Conclusie
De 150 mm en 200 mm 4H-SiC homogene epitaxiale wafels werden met succes bereid op huishoudelijke substraten met behulp van de zelf ontwikkelde 200 mm SiC epitaxiale groeiapparatuur, en het homogene epitaxiale proces geschikt voor 150 mm en 200 mm werd ontwikkeld. De epitaxiale groeisnelheid kan groter zijn dan 60 μm/uur. Hoewel wordt voldaan aan de eis voor snelle epitaxie, is de kwaliteit van de epitaxiale wafel uitstekend. De dikte-uniformiteit van de epitaxiale SiC-wafels van 150 mm en 200 mm kan binnen 1,5% worden geregeld, de concentratie-uniformiteit is minder dan 3%, de fatale defectdichtheid is minder dan 0,3 deeltjes / cm2 en de wortelgemiddelde kwadratische Ra van de epitaxiale oppervlakteruwheid kleiner is dan 0,15 nm. De kernprocesindicatoren van de epitaxiale wafers bevinden zich op het geavanceerde niveau in de industrie.
Bron: Speciale apparatuur voor de elektronische industrie
Auteur: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48e Onderzoeksinstituut van China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Posttijd: 04-sep-2024