2 Wyniki eksperymentów i dyskusja
2.1Warstwa epitaksjalnagrubość i jednolitość
Grubość warstwy epitaksjalnej, stężenie domieszki i jednorodność są jednymi z podstawowych wskaźników oceny jakości płytek epitaksjalnych. Dokładnie kontrolowana grubość, stężenie domieszki i jednorodność w obrębie płytki są kluczem do zapewnienia wydajności i konsystencjiUrządzenia zasilające SiCi grubość warstwy epitaksjalnej oraz jednorodność stężenia domieszki są również ważnymi podstawami pomiaru zdolności procesowej sprzętu epitaksjalnego.
Rysunek 3 przedstawia krzywą równomierności i rozkładu grubości dla 150 mm i 200 mmPłytki epitaksjalne SiC. Z rysunku widać, że krzywa rozkładu grubości warstwy epitaksjalnej jest symetryczna względem punktu środkowego płytki. Czas procesu epitaksjalnego wynosi 600 s, średnia grubość warstwy epitaksjalnej płytki epitaksjalnej o średnicy 150 mm wynosi 10,89 µm, a jednorodność grubości wynosi 1,05%. Z obliczeń wynika, że szybkość wzrostu epitaksjalnego wynosi 65,3 µm/h, co jest typowym poziomem szybkiego procesu epitaksjalnego. W tym samym czasie procesu epitaksjalnego grubość warstwy epitaksjalnej płytki epitaksjalnej o średnicy 200 mm wynosi 10,10 um, jednorodność grubości mieści się w granicach 1,36%, a ogólna szybkość wzrostu wynosi 60,60 um/h, czyli jest nieco niższa niż wzrost epitaksjalny 150 mm wskaźnik. Dzieje się tak dlatego, że po drodze występują oczywiste straty, gdy źródło krzemu i źródło węgla przepływają od góry komory reakcyjnej przez powierzchnię płytki do dołu za komorą reakcyjną, a powierzchnia płytki o średnicy 200 mm jest większa niż 150 mm. Gaz przepływa przez powierzchnię płytki o średnicy 200 mm na większą odległość, a gazu źródłowego zużywa się po drodze więcej. Pod warunkiem, że płytka się obraca, całkowita grubość warstwy epitaksjalnej jest cieńsza, więc tempo wzrostu jest wolniejsze. Ogólnie rzecz biorąc, jednorodność grubości płytek epitaksjalnych o średnicy 150 mm i 200 mm jest doskonała, a możliwości procesowe sprzętu mogą spełniać wymagania urządzeń wysokiej jakości.
2.2 Stężenie i jednorodność domieszkowania warstwy epitaksjalnej
Figura 4 przedstawia jednorodność stężenia domieszki i rozkład krzywej dla 150 mm i 200 mmPłytki epitaksjalne SiC. Jak widać z rysunku, krzywa rozkładu stężeń na płytce epitaksjalnej ma wyraźną symetrię względem środka płytki. Jednorodność stężenia domieszki w warstwach epitaksjalnych o grubości 150 mm i 200 mm wynosi odpowiednio 2,80% i 2,66%, co można kontrolować w zakresie 3%, co stanowi doskonały poziom dla podobnego sprzętu międzynarodowego. Krzywa stężenia domieszkowania warstwy epitaksjalnej jest rozłożona w kształcie litery „W” wzdłuż kierunku średnicy, co jest zdeterminowane głównie przez pole przepływu poziomego pieca epitaksjalnego z gorącymi ścianami, ponieważ kierunek przepływu powietrza w piecu epitaksjalnym z poziomym przepływem powietrza jest z koniec wlotowy powietrza (powyżej) i wypływa z końca dolnego w sposób laminarny przez powierzchnię płytki; ponieważ stopień „wyczerpywania się po drodze” źródła węgla (C2H4) jest wyższy niż źródła krzemu (TCS), gdy płytka się obraca, rzeczywiste stężenie C/Si na powierzchni płytki stopniowo maleje od krawędzi do w środku (źródło węgla w środku jest mniejsze), zgodnie z „teorią pozycji konkurencyjnej” C i N, stężenie domieszki w środku płytki stopniowo maleje w kierunku krawędzi, aby uzyskać doskonałe stężenie jednorodności, krawędź N2 jest dodawana jako kompensacja podczas procesu epitaksjalnego, aby spowolnić spadek stężenia domieszki od środka do krawędzi, tak że końcowa krzywa stężenia domieszki ma kształt litery „W”.
2.3 Wady warstwy epitaksjalnej
Oprócz grubości i stężenia domieszkowania, poziom kontroli defektów warstwy epitaksjalnej jest również podstawowym parametrem pomiaru jakości płytek epitaksjalnych i ważnym wskaźnikiem możliwości procesowych sprzętu epitaksjalnego. Chociaż SBD i MOSFET mają różne wymagania dotyczące defektów, bardziej oczywiste defekty morfologii powierzchni, takie jak defekty kropli, defekty trójkąta, defekty marchewki, defekty komet itp. są definiowane jako defekty zabójcze urządzeń SBD i MOSFET. Prawdopodobieństwo awarii chipów zawierających te defekty jest wysokie, dlatego kontrolowanie liczby defektów zabójczych jest niezwykle ważne dla poprawy wydajności chipów i zmniejszenia kosztów. Rysunek 5 przedstawia rozkład defektów zabójczych w płytkach epitaksjalnych SiC o średnicy 150 mm i 200 mm. Pod warunkiem, że nie występuje oczywista nierównowaga w stosunku C/Si, można w zasadzie wyeliminować defekty marchewkowe i kometowe, natomiast defekty kropelkowe i trójkątne związane są z kontrolą czystości podczas pracy urządzeń epitaksjalnych, poziomem zanieczyszczeń grafitu części w komorze reakcyjnej oraz jakość substratu. Z Tabeli 2 widać, że gęstość defektów zabójczych dla płytek epitaksjalnych o średnicy 150 mm i 200 mm można kontrolować w zakresie 0,3 cząstek/cm2, co stanowi doskonały poziom dla tego samego typu sprzętu. Poziom kontroli gęstości defektów krytycznych w przypadku płytki epitaksjalnej o średnicy 150 mm jest lepszy niż w przypadku płytki epitaksjalnej o średnicy 200 mm. Dzieje się tak dlatego, że proces przygotowania podłoża 150 mm jest bardziej dojrzały niż w przypadku 200 mm, jakość podłoża jest lepsza, a poziom kontroli zanieczyszczeń w grafitowej komorze reakcyjnej 150 mm jest lepszy.
2.4 Chropowatość powierzchni płytek epitaksjalnych
Rysunek 6 przedstawia obrazy AFM powierzchni płytek epitaksjalnych SiC o średnicy 150 mm i 200 mm. Z rysunku można zobaczyć, że średnia kwadratowa chropowatość powierzchni Ra płytek epitaksjalnych o średnicy 150 mm i 200 mm wynosi odpowiednio 0,129 nm i 0,113 nm, a powierzchnia warstwy epitaksjalnej jest gładka bez oczywistego zjawiska agregacji makrostopniowej. Zjawisko to pokazuje, że wzrost warstwy epitaksjalnej zawsze utrzymuje tryb wzrostu schodkowego podczas całego procesu epitaksjalnego i nie następuje agregacja schodkowa. Można zauważyć, że stosując zoptymalizowany proces wzrostu epitaksjalnego, można uzyskać gładkie warstwy epitaksjalne na podłożach o niskim kącie 150 mm i 200 mm.
3 Wniosek
Jednorodne płytki epitaksjalne 4H-SiC o średnicy 150 mm i 200 mm z powodzeniem przygotowano na podłożach domowych przy użyciu samodzielnie opracowanego sprzętu do wzrostu epitaksjalnego SiC o grubości 200 mm i opracowano jednorodny proces epitaksjalny odpowiedni dla 150 mm i 200 mm. Szybkość wzrostu epitaksjalnego może przekraczać 60 μm/h. Jakość płytek epitaksjalnych jest doskonała, spełniając wymagania dotyczące epitaksji o dużej prędkości. Jednorodność grubości płytek epitaksjalnych SiC o średnicy 150 mm i 200 mm można kontrolować w zakresie 1,5%, jednorodność stężenia jest mniejsza niż 3%, gęstość defektów krytycznych jest mniejsza niż 0,3 cząstek/cm2, a średni kwadrat Ra chropowatości powierzchni epitaksjalnej jest mniejsza niż 0,15 nm. Podstawowe wskaźniki procesu płytek epitaksjalnych znajdują się na zaawansowanym poziomie w branży.
Źródło: Sprzęt specjalny przemysłu elektronicznego
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48. Instytut Badawczy China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Czas publikacji: 04 września 2024 r