2 Eksperimentelle resultater og diskusjon
2.1Epitaksialt lagtykkelse og jevnhet
Epitaksial lagtykkelse, dopingkonsentrasjon og jevnhet er en av kjerneindikatorene for å bedømme kvaliteten på epitaksiale wafere. Nøyaktig kontrollerbar tykkelse, dopingkonsentrasjon og jevnhet i waferen er nøkkelen til å sikre ytelsen og konsistensen tilSiC kraftenheter, og epitaksial lagtykkelse og dopingkonsentrasjonens ensartethet er også viktige grunnlag for å måle prosesskapasiteten til epitaksielt utstyr.
Figur 3 viser tykkelsesuniformitet og fordelingskurve på 150 mm og 200 mmSiC epitaksiale wafere. Det kan sees av figuren at den epitaksiale lagtykkelsesfordelingskurven er symmetrisk om senterpunktet til waferen. Den epitaksiale prosesstiden er 600s, den gjennomsnittlige epitaksiale lagtykkelsen til den 150 mm epitaksiale waferen er 10,89 um, og tykkelsesuniformiteten er 1,05%. Ved beregning er den epitaksiale veksthastigheten 65,3 um/t, som er et typisk raskt epitaksielt prosessnivå. Under den samme epitaksiale prosesstiden er den epitaksiale lagtykkelsen på 200 mm epitaksial wafer 10,10 um, tykkelsesuniformiteten er innenfor 1,36 %, og den totale veksthastigheten er 60,60 um/t, noe som er litt lavere enn 150 mm epitaksial vekst sats. Dette er fordi det er åpenbart tap underveis når silisiumkilden og karbonkilden strømmer fra oppstrøms for reaksjonskammeret gjennom waferoverflaten til nedstrøms for reaksjonskammeret, og 200 mm waferarealet er større enn 150 mm. Gassen strømmer gjennom overflaten på 200 mm waferen over en lengre strekning, og kildegassen som forbrukes underveis er mer. Under forutsetning av at waferen fortsetter å rotere, er den totale tykkelsen på epitaksiallaget tynnere, slik at veksthastigheten er langsommere. Samlet sett er tykkelsesensartetheten til 150 mm og 200 mm epitaksiale wafere utmerket, og prosessevnen til utstyret kan oppfylle kravene til høykvalitetsenheter.
2.2 Epitaksiallags dopingkonsentrasjon og jevnhet
Figur 4 viser dopingkonsentrasjonens jevnhet og kurvefordeling på 150 mm og 200 mmSiC epitaksiale wafere. Som det fremgår av figuren, har konsentrasjonsfordelingskurven på epitaksialplaten åpenbar symmetri i forhold til midten av skiven. Ensartetheten av dopingkonsentrasjonen til de 150 mm og 200 mm epitaksiale lagene er henholdsvis 2,80 % og 2,66 %, som kan kontrolleres innenfor 3 %, som er et utmerket nivå for tilsvarende internasjonalt utstyr. Dopingkonsentrasjonskurven til epitaksiallaget er fordelt i en "W"-form langs diameterretningen, som hovedsakelig bestemmes av strømningsfeltet til den horisontale varmvegg-epitaksiale ovnen, fordi luftstrømretningen til den horisontale luftstrømmen-epitaksiale vekstovnen er fra luftinnløpsenden (oppstrøms) og strømmer ut fra nedstrømsenden på en laminær måte gjennom waferoverflaten; fordi "underveis utarmingshastigheten" for karbonkilden (C2H4) er høyere enn for silisiumkilden (TCS), når waferen roterer, reduseres den faktiske C/Si på waferoverflaten gradvis fra kanten til sentrum (karbonkilden i midten er mindre), i henhold til "konkurranseposisjonsteorien" til C og N, avtar dopingkonsentrasjonen i midten av skiven gradvis mot kanten, i For å oppnå utmerket konsentrasjonsuniformitet tilsettes kanten N2 som kompensasjon under epitaksialprosessen for å bremse nedgangen i dopingkonsentrasjonen fra sentrum til kanten, slik at den endelige dopingkonsentrasjonskurven presenterer en "W"-form.
2.3 Epitaksiale lagdefekter
I tillegg til tykkelse og dopingkonsentrasjon er nivået av epitaksial lagdefektkontroll også en kjerneparameter for å måle kvaliteten på epitaksiale wafere og en viktig indikator på prosesskapasiteten til epitaksialt utstyr. Selv om SBD og MOSFET har forskjellige krav til defekter, er de mer åpenbare overflatemorfologidefektene som falldefekter, trekantdefekter, gulrotdefekter, kometdefekter osv. definert som drepende defekter av SBD- og MOSFET-enheter. Sannsynligheten for svikt på brikker som inneholder disse defektene er høy, så det er ekstremt viktig å kontrollere antall morderdefekter for å forbedre brikkeutbyttet og redusere kostnadene. Figur 5 viser fordelingen av drepende defekter på 150 mm og 200 mm SiC epitaksiale wafere. Under forutsetning av at det ikke er noen åpenbar ubalanse i C/Si-forholdet, kan gulrotdefekter og kometdefekter i utgangspunktet elimineres, mens falldefekter og trekantdefekter er relatert til renslighetskontrollen under driften av epitaksielt utstyr, urenhetsnivået til grafitt deler i reaksjonskammeret, og kvaliteten på underlaget. Fra tabell 2 kan man se at morderdefekttettheten på 150 mm og 200 mm epitaksiale wafere kan kontrolleres innenfor 0,3 partikler/cm2, som er et utmerket nivå for samme type utstyr. Det fatale defekttetthetskontrollnivået for 150 mm epitaksial wafer er bedre enn 200 mm epitaksial wafer. Dette er fordi substratprepareringsprosessen på 150 mm er mer moden enn den på 200 mm, substratkvaliteten er bedre, og urenhetskontrollnivået til 150 mm grafittreaksjonskammer er bedre.
2.4 Epitaksial wafer overflateruhet
Figur 6 viser AFM-bildene av overflaten til 150 mm og 200 mm SiC epitaksiale wafere. Det kan sees fra figuren at overflaterotens gjennomsnittlige kvadratruhet Ra på 150 mm og 200 mm epitaksiale wafere er henholdsvis 0,129 nm og 0,113 nm, og overflaten av det epitaksiale laget er glatt uten åpenbare makro-trinns aggregeringsfenomen. Dette fenomenet viser at veksten av epitaksiallaget alltid opprettholder trinnflyt-vekstmodusen under hele epitaksialprosessen, og ingen trinnaggregering forekommer. Det kan sees at ved å bruke den optimaliserte epitaksiale vekstprosessen, kan glatte epitaksiale lag oppnås på 150 mm og 200 mm lavvinklede underlag.
3 Konklusjon
De 150 mm og 200 mm 4H-SiC homogene epitaksiale wafere ble med suksess preparert på husholdningssubstrater ved å bruke det egenutviklede 200 mm SiC epitaksiale vekstutstyret, og den homogene epitaksiale prosessen egnet for 150 mm og 200 mm ble utviklet. Den epitaksielle veksthastigheten kan være større enn 60 μm/t. Selv om den oppfyller høyhastighets epitaksikravet, er den epitaksiale waferkvaliteten utmerket. Tykkelsen til de 150 mm og 200 mm SiC epitaksiale wafere kan kontrolleres innenfor 1,5 %, konsentrasjonsuniformiteten er mindre enn 3 %, den dødelige defekttettheten er mindre enn 0,3 partikler/cm2, og den epitaksiale overflateruheten roten gjennomsnittlig kvadrat Ra er mindre enn 0,15 nm. Kjerneprosessindikatorene til epitaksiale wafere er på avansert nivå i industrien.
Kilde: Electronic Industry Special Equipment
Forfatter: 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)
Innleggstid: Sep-04-2024