2 Resultados experimentais e discussão
2.1Camada epitaxialespessura e uniformidade
A espessura da camada epitaxial, a concentração de dopagem e a uniformidade são um dos principais indicadores para julgar a qualidade dos wafers epitaxiais. Espessura controlável com precisão, concentração de dopagem e uniformidade dentro do wafer são a chave para garantir o desempenho e a consistência doDispositivos de energia SiC, e a espessura da camada epitaxial e a uniformidade da concentração de dopagem também são bases importantes para medir a capacidade do processo do equipamento epitaxial.
A Figura 3 mostra a uniformidade da espessura e curva de distribuição de 150 mm e 200 mmBolachas epitaxiais de SiC. Pode-se observar na figura que a curva de distribuição da espessura da camada epitaxial é simétrica em relação ao ponto central do wafer. O tempo de processo epitaxial é de 600s, a espessura média da camada epitaxial do wafer epitaxial de 150 mm é de 10,89 um e a uniformidade de espessura é de 1,05%. Por cálculo, a taxa de crescimento epitaxial é de 65,3 um/h, que é um nível típico de processo epitaxial rápido. Sob o mesmo tempo de processo epitaxial, a espessura da camada epitaxial do wafer epitaxial de 200 mm é de 10,10 um, a uniformidade da espessura está dentro de 1,36% e a taxa de crescimento geral é de 60,60 um/h, que é ligeiramente inferior ao crescimento epitaxial de 150 mm. avaliar. Isso ocorre porque há uma perda óbvia ao longo do caminho quando a fonte de silício e a fonte de carbono fluem a montante da câmara de reação através da superfície do wafer para a jusante da câmara de reação, e a área do wafer de 200 mm é maior que 150 mm. O gás flui através da superfície do wafer de 200 mm por uma distância maior, e o gás fonte consumido ao longo do caminho é maior. Sob a condição de que o wafer continue girando, a espessura total da camada epitaxial é mais fina, então a taxa de crescimento é mais lenta. No geral, a uniformidade da espessura dos wafers epitaxiais de 150 mm e 200 mm é excelente e a capacidade de processo do equipamento pode atender aos requisitos de dispositivos de alta qualidade.
2.2 Concentração e uniformidade de dopagem da camada epitaxial
A Figura 4 mostra a uniformidade da concentração de dopagem e a distribuição da curva de 150 mm e 200 mmBolachas epitaxiais de SiC. Como pode ser visto na figura, a curva de distribuição de concentração no wafer epitaxial tem simetria óbvia em relação ao centro do wafer. A uniformidade da concentração de dopagem das camadas epitaxiais de 150 mm e 200 mm é de 2,80% e 2,66% respectivamente, o que pode ser controlado dentro de 3%, o que é um nível excelente para equipamentos internacionais similares. A curva de concentração de dopagem da camada epitaxial é distribuída em forma de "W" ao longo da direção do diâmetro, que é determinada principalmente pelo campo de fluxo do forno epitaxial de parede quente horizontal, porque a direção do fluxo de ar do forno de crescimento epitaxial de fluxo de ar horizontal é de a extremidade de entrada de ar (a montante) e flui para fora da extremidade a jusante de maneira laminar através da superfície do wafer; porque a taxa de "esgotamento ao longo do caminho" da fonte de carbono (C2H4) é maior do que a da fonte de silício (TCS), quando o wafer gira, o C/Si real na superfície do wafer diminui gradualmente da borda para no centro (a fonte de carbono no centro é menor), de acordo com a "teoria da posição competitiva" de C e N, a concentração de dopagem no centro do wafer diminui gradualmente em direção à borda, a fim de obter excelente uniformidade de concentração, o borda N2 é adicionado como compensação durante o processo epitaxial para retardar a diminuição da concentração de dopagem do centro para a borda, de modo que a curva de concentração de dopagem final apresente um formato de “W”.
2.3 Defeitos da camada epitaxial
Além da espessura e da concentração de dopagem, o nível de controle de defeitos da camada epitaxial também é um parâmetro central para medir a qualidade dos wafers epitaxiais e um importante indicador da capacidade do processo do equipamento epitaxial. Embora SBD e MOSFET tenham requisitos diferentes para defeitos, os defeitos de morfologia de superfície mais óbvios, como defeitos de gota, defeitos triangulares, defeitos de cenoura, defeitos de cometa, etc., são definidos como defeitos matadores de dispositivos SBD e MOSFET. A probabilidade de falha de chips contendo esses defeitos é alta, portanto, controlar o número de defeitos assassinos é extremamente importante para melhorar o rendimento dos chips e reduzir custos. A Figura 5 mostra a distribuição de defeitos assassinos de wafers epitaxiais de SiC de 150 mm e 200 mm. Sob a condição de que não haja desequilíbrio óbvio na relação C/Si, os defeitos cenoura e cometa podem ser basicamente eliminados, enquanto os defeitos de gota e os defeitos triangulares estão relacionados ao controle de limpeza durante a operação do equipamento epitaxial, o nível de impureza de grafite peças na câmara de reação e a qualidade do substrato. Na Tabela 2, pode-se observar que a densidade do defeito assassino dos wafers epitaxiais de 150 mm e 200 mm pode ser controlada dentro de 0,3 partículas/cm2, o que é um nível excelente para o mesmo tipo de equipamento. O nível de controle de densidade de defeito fatal do wafer epitaxial de 150 mm é melhor do que o do wafer epitaxial de 200 mm. Isso ocorre porque o processo de preparação do substrato de 150 mm é mais maduro que o de 200 mm, a qualidade do substrato é melhor e o nível de controle de impurezas da câmara de reação de grafite de 150 mm é melhor.
2.4 Rugosidade da superfície do wafer epitaxial
A Figura 6 mostra as imagens AFM da superfície de wafers epitaxiais de SiC de 150 mm e 200 mm. Pode-se ver na figura que a rugosidade quadrada média da raiz superficial Ra de wafers epitaxiais de 150 mm e 200 mm é de 0,129 nm e 0,113 nm, respectivamente, e a superfície da camada epitaxial é lisa, sem fenômeno óbvio de agregação de macroetapas. Este fenômeno mostra que o crescimento da camada epitaxial sempre mantém o modo de crescimento do fluxo escalonado durante todo o processo epitaxial, e nenhuma agregação escalonada ocorre. Pode-se observar que usando o processo de crescimento epitaxial otimizado, camadas epitaxiais lisas podem ser obtidas em substratos de ângulo baixo de 150 mm e 200 mm.
3 Conclusão
Os wafers epitaxiais homogêneos 4H-SiC de 150 mm e 200 mm foram preparados com sucesso em substratos domésticos usando o equipamento de crescimento epitaxial SiC de 200 mm desenvolvido pela própria empresa, e o processo epitaxial homogêneo adequado para 150 mm e 200 mm foi desenvolvido. A taxa de crescimento epitaxial pode ser superior a 60 μm/h. Embora atenda aos requisitos de epitaxia de alta velocidade, a qualidade do wafer epitaxial é excelente. A uniformidade da espessura dos wafers epitaxiais de SiC de 150 mm e 200 mm pode ser controlada dentro de 1,5%, a uniformidade da concentração é inferior a 3%, a densidade do defeito fatal é inferior a 0,3 partículas/cm2 e a raiz da rugosidade da superfície epitaxial média quadrada Ra é inferior a 0,15 nm. Os principais indicadores do processo dos wafers epitaxiais estão no nível avançado da indústria.
Fonte: Equipamentos Especiais da Indústria Eletrônica
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(48º Instituto de Pesquisa da China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Horário da postagem: 04/09/2024