2 Экспериментальные результаты и обсуждение
2.1Эпитаксиальный слойтолщина и однородность
Толщина эпитаксиального слоя, концентрация легирующей добавки и однородность являются одними из основных показателей для оценки качества эпитаксиальных пластин. Точно контролируемая толщина, концентрация легирующей примеси и однородность внутри пластины являются ключом к обеспечению производительности и стабильности процесса.Силовые устройства SiCТолщина эпитаксиального слоя и однородность концентрации легирующей примеси также являются важной основой для измерения технологических возможностей эпитаксиального оборудования.
На рис. 3 показаны кривая однородности и распределения толщины для 150 мм и 200 мм.Эпитаксиальные пластины SiC. Из рисунка видно, что кривая распределения толщины эпитаксиального слоя симметрична относительно центральной точки пластины. Время эпитаксиального процесса составляет 600 с, средняя толщина эпитаксиального слоя эпитаксиальной пластины диаметром 150 мм составляет 10,89 мкм, а однородность толщины составляет 1,05%. Согласно расчетам, скорость эпитаксиального роста составляет 65,3 мкм/ч, что является типичным уровнем быстрого эпитаксиального процесса. При том же времени эпитаксиального процесса толщина эпитаксиального слоя эпитаксиальной пластины диаметром 200 мм составляет 10,10 мкм, однородность толщины находится в пределах 1,36%, а общая скорость роста составляет 60,60 мкм/ч, что немного ниже, чем при эпитаксиальном росте толщиной 150 мм. ставка. Это связано с очевидными потерями на пути, когда источник кремния и источник углерода текут от входной части реакционной камеры через поверхность пластины к выходной части реакционной камеры, а площадь пластины размером 200 мм больше, чем площадь пластины 150 мм. Газ течет через поверхность пластины диаметром 200 мм на большее расстояние, и исходный газ расходуется на этом пути больше. При условии, что пластина продолжает вращаться, общая толщина эпитаксиального слоя становится тоньше, поэтому скорость роста замедляется. В целом однородность толщины эпитаксиальных пластин толщиной 150 и 200 мм превосходна, а технологические возможности оборудования могут соответствовать требованиям высококачественных устройств.
2.2. Концентрация и однородность легирования эпитаксиального слоя
На рис. 4 показаны однородность концентрации легирования и кривая распределения 150 мм и 200 мм.Эпитаксиальные пластины SiC. Как видно из рисунка, кривая распределения концентрации на эпитаксиальной пластине имеет явную симметрию относительно центра пластины. Однородность концентрации легирования эпитаксиальных слоев толщиной 150 и 200 мм составляет 2,80% и 2,66% соответственно, что можно контролировать в пределах 3%, что является отличным уровнем для аналогичного зарубежного оборудования. Кривая концентрации легирования эпитаксиального слоя имеет W-образную форму вдоль направления диаметра, что в основном определяется полем потока горизонтальной эпитаксиальной печи с горячими стенками, поскольку направление воздушного потока в печи для эпитаксиального выращивания с горизонтальным потоком воздуха составляет от воздухозаборный конец (вверх по потоку) и вытекает из выходного конца ламинарно через поверхность пластины; поскольку скорость «попутного истощения» источника углерода (C2H4) выше, чем у источника кремния (TCS), когда пластина вращается, фактическое содержание C/Si на поверхности пластины постепенно уменьшается от края к В центре (источник углерода в центре меньше), согласно «теории конкурентного положения» C и N, концентрация легирования в центре пластины постепенно уменьшается к краю, чтобы получить превосходную однородность концентрации, Край N2 добавляется в качестве компенсации во время эпитаксиального процесса, чтобы замедлить уменьшение концентрации легирования от центра к краю, чтобы конечная кривая концентрации легирования имела W-образную форму.
2.3. Дефекты эпитаксиального слоя
Помимо толщины и концентрации легирования, уровень контроля дефектов эпитаксиального слоя также является основным параметром для измерения качества эпитаксиальных пластин и важным показателем технологических возможностей эпитаксиального оборудования. Хотя SBD и MOSFET предъявляют разные требования к дефектам, более очевидные дефекты морфологии поверхности, такие как каплевидные дефекты, дефекты треугольника, дефекты «морковь», дефекты «комета» и т. д., определяются как критические дефекты устройств SBD и MOSFET. Вероятность выхода из строя чипов, содержащих эти дефекты, высока, поэтому контроль количества дефектов-убийц чрезвычайно важен для повышения производительности чипов и снижения затрат. На рис. 5 показано распределение дефектов-киллеров на эпитаксиальных пластинах SiC диаметром 150 и 200 мм. При условии отсутствия явного дисбаланса в соотношении C/Si дефекты «морковь» и «комета» могут быть в основном устранены, а дефекты «капля» и «треугольник» связаны с контролем чистоты при работе эпитаксиального оборудования, уровня примесей графита. деталей в реакционной камере и качество подложки. Из таблицы 2 видно, что плотность дефектов-киллеров эпитаксиальных пластин диаметром 150 и 200 мм можно контролировать в пределах 0,3 частиц/см2, что является отличным уровнем для оборудования такого типа. Уровень контроля плотности фатальных дефектов для эпитаксиальной пластины диаметром 150 мм лучше, чем для эпитаксиальной пластины диаметром 200 мм. Это связано с тем, что процесс подготовки подложки размером 150 мм более зрелый, чем процесс подготовки подложки размером 200 мм, качество подложки лучше, а уровень контроля примесей в графитовой реакционной камере размером 150 мм лучше.
2.4. Шероховатость поверхности эпитаксиальной пластины
На рис. 6 представлены АСМ-изображения поверхности эпитаксиальных пластин SiC диаметром 150 и 200 мм. Из рисунка видно, что среднеквадратическая шероховатость поверхности Ra эпитаксиальных пластин диаметром 150 мм и 200 мм составляет 0,129 нм и 0,113 нм соответственно, а поверхность эпитаксиального слоя гладкая без явного явления макроступенчатой агрегации. Это явление показывает, что рост эпитаксиального слоя всегда сохраняет режим ступенчатого течения в течение всего эпитаксиального процесса и ступенчатая агрегация не происходит. Видно, что с помощью оптимизированного процесса эпитаксиального выращивания можно получить гладкие эпитаксиальные слои на малоугловых подложках шириной 150 мм и 200 мм.
3 Заключение
Однородные эпитаксиальные пластины 4H-SiC размером 150 мм и 200 мм были успешно изготовлены на отечественных подложках с использованием оборудования для эпитаксиального роста SiC диаметром 200 мм собственной разработки, а также был разработан процесс гомогенной эпитаксиальной эпитаксии, подходящий для пластин толщиной 150 мм и 200 мм. Скорость эпитаксиального роста может достигать более 60 мкм/ч. Несмотря на соответствие требованиям высокоскоростной эпитаксии, качество эпитаксиальных пластин является превосходным. Однородность толщины эпитаксиальных пластин SiC толщиной 150 и 200 мм можно контролировать в пределах 1,5%, однородность концентрации менее 3%, плотность фатальных дефектов менее 0,3 частиц/см2, среднеквадратичная шероховатость эпитаксиальной поверхности Ra составляет менее 0,15 нм. Основные технологические показатели эпитаксиальных пластин находятся на передовом уровне в отрасли.
Источник: Специальное оборудование электронной промышленности.
Автор: Се Тяньлэ, Ли Пин, Ян Юй, Гун Сяолян, Ба Сай, Чэнь Гоцинь, Ван Шэнцян
(48-й научно-исследовательский институт Китайской корпорации электронных технологий, Чанша, Хунань, 410111)
Время публикации: 04 сентября 2024 г.