2 Rezultate experimentale și discuții
2.1Stratul epitaxialgrosime si uniformitate
Grosimea stratului epitaxial, concentrația de dopaj și uniformitatea sunt unul dintre indicatorii de bază pentru evaluarea calității plachetelor epitaxiale. Grosimea controlabilă cu precizie, concentrația de dopaj și uniformitatea în interiorul plăcilor sunt cheia pentru a asigura performanța și consistențaDispozitive de alimentare SiC, iar grosimea stratului epitaxial și uniformitatea concentrației de dopaj sunt, de asemenea, baze importante pentru măsurarea capacității de proces a echipamentului epitaxial.
Figura 3 prezintă uniformitatea grosimii și curba de distribuție de 150 mm și 200 mmPlaci epitaxiale de SiC. Din figură se poate observa că curba de distribuție a grosimii stratului epitaxial este simetrică față de punctul central al plachetei. Timpul procesului epitaxial este de 600 de secunde, grosimea medie a stratului epitaxial a plachetei epitaxiale de 150 mm este de 10,89 um, iar uniformitatea grosimii este de 1,05%. Prin calcul, rata de creștere epitaxială este de 65,3 um/h, care este un nivel tipic de proces epitaxial rapid. În același timp de proces epitaxial, grosimea stratului epitaxial al plachetei epitaxiale de 200 mm este de 10,10 um, uniformitatea grosimii este de 1,36%, iar rata de creștere globală este de 60,60 um/h, care este puțin mai mică decât creșterea epitaxială de 150 mm. rata. Acest lucru se datorează faptului că există o pierdere evidentă pe parcurs atunci când sursa de siliciu și sursa de carbon curg din amonte de camera de reacție prin suprafața plachetei în aval de camera de reacție, iar aria plachetei de 200 mm este mai mare decât cea de 150 mm. Gazul curge prin suprafața plachetei de 200 mm pe o distanță mai mare, iar gazul sursă consumat pe parcurs este mai mare. Cu condiția ca napolitana să se rotească în continuare, grosimea totală a stratului epitaxial este mai subțire, astfel încât rata de creștere este mai lentă. În general, uniformitatea grosimii plachetelor epitaxiale de 150 mm și 200 mm este excelentă, iar capacitatea de proces a echipamentului poate îndeplini cerințele dispozitivelor de înaltă calitate.
2.2 Concentrația și uniformitatea dopajului stratului epitaxial
Figura 4 prezintă uniformitatea concentrației de dopaj și distribuția curbei de 150 mm și 200 mmPlaci epitaxiale de SiC. După cum se poate observa din figură, curba de distribuție a concentrației pe placheta epitaxială are o simetrie evidentă față de centrul plachetei. Uniformitatea concentrației de dopaj a straturilor epitaxiale de 150 mm și 200 mm este de 2,80% și respectiv 2,66%, ceea ce poate fi controlat cu 3%, ceea ce este un nivel excelent pentru echipamente internaționale similare. Curba concentrației de dopaj a stratului epitaxial este distribuită în formă de „W” de-a lungul direcției diametrului, care este determinată în principal de câmpul de curgere al cuptorului epitaxial orizontal cu perete fierbinte, deoarece direcția fluxului de aer a cuptorului de creștere epitaxial a fluxului de aer orizontal este de la capătul de intrare a aerului (în amonte) și curge din capătul din aval într-o manieră laminară prin suprafața plachetei; deoarece rata de „epuizare de-a lungul drumului” a sursei de carbon (C2H4) este mai mare decât cea a sursei de siliciu (TCS), atunci când placheta se rotește, C/Si real de pe suprafața plachetei scade treptat de la margine la centru (sursa de carbon din centru este mai mică), conform „teoriei poziției competitive” a lui C și N, concentrația de dopaj în centrul plachetei scade treptat spre margine, pentru a obține uniformitate excelentă a concentrației, marginea N2 este adăugată ca compensare în timpul procesului epitaxial pentru a încetini scăderea concentrației de dopaj de la centru la margine, astfel încât curba finală a concentrației de dopaj să prezinte o formă „W”.
2.3 Defecte ale stratului epitaxial
În plus față de grosime și concentrație de dopaj, nivelul de control al defectelor stratului epitaxial este, de asemenea, un parametru de bază pentru măsurarea calității plachetelor epitaxiale și un indicator important al capacității de proces a echipamentului epitaxial. Deși SBD și MOSFET au cerințe diferite pentru defecte, defecte mai evidente de morfologie a suprafeței, cum ar fi defecte de picătură, defecte de triunghi, defecte de morcov, defecte de cometă etc. sunt definite ca defecte ucigașe ale dispozitivelor SBD și MOSFET. Probabilitatea de defectare a cipurilor care conțin aceste defecte este mare, astfel încât controlul numărului de defecte ucigașe este extrem de important pentru îmbunătățirea randamentului cipurilor și reducerea costurilor. Figura 5 prezintă distribuția defectelor ucigașe ale plachetelor epitaxiale SiC de 150 mm și 200 mm. Cu condiția să nu existe un dezechilibru evident în raportul C/Si, defectele morcovului și defectele cometei pot fi practic eliminate, în timp ce defectele de picătură și defectele triunghiulare sunt legate de controlul curățeniei în timpul funcționării echipamentelor epitaxiale, nivelul de impurități al grafitului. părțile din camera de reacție și calitatea substratului. Din Tabelul 2, se poate observa că densitatea defectelor ucigașe a plachetelor epitaxiale de 150 mm și 200 mm poate fi controlată cu 0,3 particule/cm2, ceea ce este un nivel excelent pentru același tip de echipament. Nivelul de control al densității defectelor fatale al plachetei epitaxiale de 150 mm este mai bun decât al plăcii epitaxiale de 200 mm. Acest lucru se datorează faptului că procesul de pregătire a substratului de 150 mm este mai matur decât cel de 200 mm, calitatea substratului este mai bună, iar nivelul de control al impurităților din camera de reacție din grafit de 150 mm este mai bun.
2.4 Rugozitatea suprafeței plachetei epitaxiale
Figura 6 prezintă imaginile AFM ale suprafeței plachetelor epitaxiale SiC de 150 mm și 200 mm. Se poate observa din figură că rugozitatea pătrată medie a rădăcinii suprafeței Ra a plachetelor epitaxiale de 150 mm și 200 mm este de 0,129 nm și, respectiv, 0,113 nm, iar suprafața stratului epitaxial este netedă, fără un fenomen evident de agregare în macro-etape. Acest fenomen arată că creșterea stratului epitaxial menține întotdeauna modul de creștere a fluxului în trepte pe parcursul întregului proces epitaxial și nu are loc nicio agregare în trepte. Se poate observa că prin utilizarea procesului de creștere epitaxială optimizat, se pot obține straturi epitaxiale netede pe substraturi cu unghi mic de 150 mm și 200 mm.
3 Concluzie
Placile epitaxiale omogene 4H-SiC de 150 mm și 200 mm au fost preparate cu succes pe substraturi domestice folosind echipamentul de creștere epitaxială SiC de 200 mm auto-dezvoltat și a fost dezvoltat procesul epitaxial omogen potrivit pentru 150 mm și 200 mm. Rata de creștere epitaxială poate fi mai mare de 60 μm/h. În timp ce îndeplinește cerințele de epitaxie de mare viteză, calitatea plachetei epitaxiale este excelentă. Uniformitatea grosimii plachetelor epitaxiale de 150 mm și 200 mm SiC poate fi controlată cu 1,5%, uniformitatea concentrației este mai mică de 3%, densitatea defectului fatal este mai mică de 0,3 particule/cm2 și rădăcina pătrată medie a rugozității suprafeței epitaxiale Ra. este mai mică de 0,15 nm. Indicatorii de bază de proces ai plachetelor epitaxiale sunt la nivel avansat în industrie.
Sursa: Echipamente speciale pentru industria electronică
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(al 48-lea Institut de Cercetare din China Electronics Technology Group Corporation, Changsha, Hunan 410111)
Ora postării: 04-sept-2024