2 Experimentálne výsledky a diskusia
2.1Epitaxná vrstvahrúbka a rovnomernosť
Hrúbka epitaxnej vrstvy, koncentrácia dopingu a rovnomernosť sú jedným zo základných ukazovateľov na posúdenie kvality epitaxných plátkov. Presne kontrolovateľná hrúbka, dopingová koncentrácia a rovnomernosť v plátku sú kľúčom k zaisteniu výkonu a konzistencieSiC výkonové zariadeniaa hrúbka epitaxnej vrstvy a rovnomernosť koncentrácie dopingu sú tiež dôležitými základmi na meranie procesnej schopnosti epitaxného zariadenia.
Obrázok 3 ukazuje rovnomernosť hrúbky a krivku rozloženia 150 mm a 200 mmSiC epitaxné doštičky. Z obrázku je možné vidieť, že krivka distribúcie hrúbky epitaxnej vrstvy je symetrická okolo stredu plátku. Doba epitaxného procesu je 600 s, priemerná hrúbka epitaxnej vrstvy 150 mm epitaxiálneho plátku je 10,89 um a rovnomernosť hrúbky je 1,05 %. Podľa výpočtu je rýchlosť epitaxného rastu 65,3 um/h, čo je typická úroveň rýchleho epitaxného procesu. Pri rovnakom čase epitaxného procesu je hrúbka epitaxnej vrstvy 200 mm epitaxiálneho plátku 10,10 um, rovnomernosť hrúbky je v rozmedzí 1,36 % a celková rýchlosť rastu je 60,60 um/h, čo je o niečo menej ako 150 mm epitaxiálny rast. sadzba. Je to preto, že dochádza k zjavným stratám na ceste, keď zdroj kremíka a zdroj uhlíka prúdia z hornej časti reakčnej komory cez povrch plátku do spodnej časti reakčnej komory a plocha plátku s veľkosťou 200 mm je väčšia ako 150 mm. Plyn prúdi cez povrch 200 mm plátku na dlhšiu vzdialenosť a zdrojový plyn spotrebovaný po ceste je viac. Pod podmienkou, že sa plátok stále otáča, je celková hrúbka epitaxnej vrstvy tenšia, takže rýchlosť rastu je pomalšia. Celkovo je rovnomernosť hrúbky 150 mm a 200 mm epitaxných plátkov vynikajúca a procesná schopnosť zariadenia môže spĺňať požiadavky vysokokvalitných zariadení.
2.2 Koncentrácia a rovnomernosť dopingu epitaxnej vrstvy
Obrázok 4 ukazuje rovnomernosť koncentrácie dopingu a distribúciu krivky 150 mm a 200 mmSiC epitaxné doštičky. Ako je možné vidieť z obrázku, krivka distribúcie koncentrácie na epitaxiálnom plátku má zjavnú symetriu vzhľadom na stred plátku. Rovnomernosť koncentrácie dopingu 150 mm a 200 mm epitaxiálnych vrstiev je 2,80 % a 2,66 %, čo je možné kontrolovať v rozmedzí 3 %, čo je vynikajúca úroveň pre podobné medzinárodné zariadenia. Krivka dopingovej koncentrácie epitaxnej vrstvy je rozložená v tvare "W" pozdĺž smeru priemeru, ktorý je určený hlavne prietokovým poľom horizontálnej horúcej steny epitaxiálnej pece, pretože smer prúdenia vzduchu horizontálnej pece na epitaxiálny rast je od koniec vstupu vzduchu (proti prúdu) a vyteká z konca po prúde laminárnym spôsobom cez povrch plátku; pretože miera „priebežného vyčerpania“ zdroja uhlíka (C2H4) je vyššia ako u zdroja kremíka (TCS), keď sa plátok otáča, skutočný C/Si na povrchu plátku postupne klesá od okraja k stred (zdroj uhlíka v strede je menší), podľa „teórie konkurenčnej pozície“ C a N koncentrácia dopingu v strede plátku postupne klesá smerom k okraju, aby sa dosiahol vynikajúci rovnomernosti koncentrácie, okraj N2 sa pridáva ako kompenzácia počas epitaxného procesu, aby sa spomalil pokles koncentrácie dopingu od stredu k okraju, takže konečná krivka koncentrácie dopingu predstavuje tvar "W".
2.3 Defekty epitaxnej vrstvy
Okrem hrúbky a koncentrácie dopingu je úroveň kontroly defektov epitaxnej vrstvy tiež základným parametrom na meranie kvality epitaxných plátkov a dôležitým ukazovateľom procesnej schopnosti epitaxného zariadenia. Hoci SBD a MOSFET majú odlišné požiadavky na defekty, zreteľnejšie defekty povrchovej morfológie, ako sú defekty kvapôčok, defekty trojuholníka, defekty mrkvy, defekty komét atď., sú definované ako vražedné defekty zariadení SBD a MOSFET. Pravdepodobnosť zlyhania čipov obsahujúcich tieto defekty je vysoká, takže kontrola počtu ničivých defektov je mimoriadne dôležitá pre zlepšenie výťažnosti čipov a zníženie nákladov. Obrázok 5 ukazuje distribúciu ničivých defektov 150 mm a 200 mm SiC epitaxných plátkov. Za predpokladu, že neexistuje zjavná nerovnováha v pomere C/Si, je možné v zásade eliminovať defekty mrkvy a defekty komét, zatiaľ čo defekty kvapiek a defekty trojuholníka súvisia s kontrolou čistoty počas prevádzky epitaxného zariadenia, úrovňou nečistôt grafitu časti v reakčnej komore a kvalitu substrátu. Z tabuľky 2 je možné vidieť, že hustotu vražedných defektov 150 mm a 200 mm epitaxných plátkov možno regulovať v rozmedzí 0,3 častíc/cm2, čo je vynikajúca úroveň pre rovnaký typ zariadenia. Úroveň kontroly hustoty fatálnych defektov pri 150 mm epitaxnom plátku je lepšia ako pri 200 mm epitaxnom plátku. Je to preto, že proces prípravy substrátu 150 mm je zrelší ako proces 200 mm, kvalita substrátu je lepšia a úroveň kontroly nečistôt v 150 mm grafitovej reakčnej komore je lepšia.
2.4 Drsnosť povrchu epitaxnej doštičky
Obrázok 6 ukazuje AFM snímky povrchu 150 mm a 200 mm SiC epitaxných plátkov. Z obrázku je možné vidieť, že stredná kvadratická drsnosť povrchu Ra 150 mm a 200 mm epitaxných plátkov je 0,129 nm, respektíve 0,113 nm, a povrch epitaxnej vrstvy je hladký bez zjavného fenoménu makrokrokovej agregácie. Tento jav ukazuje, že rast epitaxnej vrstvy si vždy zachováva režim stupňovitého toku počas celého epitaxného procesu a nedochádza k žiadnej stupňovitej agregácii. Je možné vidieť, že použitím optimalizovaného procesu epitaxného rastu možno získať hladké epitaxné vrstvy na substrátoch s nízkym uhlom 150 mm a 200 mm.
3 Záver
150 mm a 200 mm homogénne epitaxné doštičky 4H-SiC boli úspešne pripravené na domácich substrátoch pomocou vlastného 200 mm zariadenia na epitaxný rast SiC a bol vyvinutý homogénny epitaxný proces vhodný pre 150 mm a 200 mm. Rýchlosť epitaxného rastu môže byť väčšia ako 60 μm/h. Pri splnení požiadavky na vysokorýchlostnú epitaxiu je kvalita epitaxnej doštičky vynikajúca. Rovnomernosť hrúbky 150 mm a 200 mm epitaxných plátkov SiC môže byť kontrolovaná v rámci 1,5 %, rovnomernosť koncentrácie je menšia ako 3 %, hustota fatálnych defektov je menšia ako 0,3 častice/cm2 a odmocnina Ra. je menšia ako 0,15 nm. Hlavné procesné indikátory epitaxných plátkov sú v tomto odvetví na pokročilej úrovni.
Zdroj: Electronic Industry Special Equipment
Autor: 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)
Čas odoslania: 04.09.2024