2 Eksperimentalni rezultati in razprava
2.1Epitaksialna plastdebelina in enakomernost
Debelina epitaksialne plasti, koncentracija dopinga in enakomernost so eden od ključnih kazalcev za presojo kakovosti epitaksialnih rezin. Natančno nadzorovana debelina, koncentracija dopinga in enakomernost znotraj rezine so ključ do zagotavljanja učinkovitosti in doslednostiSiC močnostne naprave, debelina epitaksialne plasti in enakomernost koncentracije dopinga pa sta prav tako pomembna osnova za merjenje procesne zmogljivosti epitaksialne opreme.
Slika 3 prikazuje enakomernost debeline in krivuljo porazdelitve 150 mm in 200 mmSiC epitaksialne rezine. Iz slike je razvidno, da je krivulja porazdelitve debeline epitaksialne plasti simetrična glede na središčno točko rezine. Čas epitaksialnega postopka je 600 s, povprečna debelina epitaksialne plasti 150 mm epitaksialne rezine je 10,89 um, enakomernost debeline pa 1,05 %. Po izračunu je stopnja epitaksialne rasti 65,3 um/h, kar je tipična stopnja hitrega epitaksialnega procesa. Pri istem času epitaksialnega postopka je debelina epitaksialne plasti 200 mm epitaksialne rezine 10,10 um, enakomernost debeline je znotraj 1,36 %, skupna hitrost rasti pa 60,60 um/h, kar je nekoliko nižje od 150 mm epitaksialne rasti. stopnja. To je zato, ker obstaja očitna izguba na poti, ko vir silicija in vir ogljika tečeta od zgornjega dela reakcijske komore skozi površino rezin do spodnjega dela reakcijske komore in je območje rezin 200 mm večje od 150 mm. Plin teče skozi površino 200 mm rezine na daljšo razdaljo, izvorni plin, porabljen na poti, pa je večji. Pod pogojem, da se rezina še naprej vrti, je celotna debelina epitaksialne plasti tanjša, zato je stopnja rasti počasnejša. Na splošno je enotnost debeline 150 mm in 200 mm epitaksialnih rezin odlična, procesna zmogljivost opreme pa lahko izpolni zahteve visokokakovostnih naprav.
2.2 Koncentracija in enakomernost dopiranja epitaksialne plasti
Slika 4 prikazuje enakomernost koncentracije dopinga in porazdelitev krivulje 150 mm in 200 mmSiC epitaksialne rezine. Kot je razvidno iz slike, ima krivulja porazdelitve koncentracije na epitaksialni rezini očitno simetrijo glede na središče rezine. Enotnost koncentracije dopinga 150 mm in 200 mm epitaksialnih plasti je 2,80 % oziroma 2,66 %, kar je mogoče nadzorovati znotraj 3 %, kar je odlična raven za podobno mednarodno opremo. Krivulja koncentracije dopinga epitaksialne plasti je porazdeljena v obliki črke "W" vzdolž smeri premera, ki je v glavnem določena s poljem toka vodoravne epitaksialne peči z vročo steno, ker je smer zračnega toka vodoravne epitaksialne rastne peči z zračnim tokom od vstopni konec zraka (navzgor) in teče ven iz spodnjega konca na laminaren način skozi površino rezine; ker je stopnja "sproti izčrpavanja" vira ogljika (C2H4) višja kot stopnja vira silicija (TCS), ko se rezina vrti, se dejanski C/Si na površini rezine postopoma zmanjšuje od roba do središče (vir ogljika v središču je manjši), se v skladu s "teorijo konkurenčnega položaja" C in N koncentracija dopinga v središču rezine postopoma zmanjšuje proti robu, da se doseže odlična enakomernost koncentracije, rob N2 je dodan kot kompenzacija med epitaksialnim postopkom, da se upočasni zmanjševanje koncentracije dopinga od središča proti robu, tako da ima končna krivulja koncentracije dopinga obliko "W".
2.3 Napake epitaksialne plasti
Poleg debeline in koncentracije dopinga je stopnja nadzora napak epitaksialne plasti tudi ključni parameter za merjenje kakovosti epitaksialnih rezin in pomemben pokazatelj procesne zmogljivosti epitaksialne opreme. Čeprav imata SBD in MOSFET različne zahteve glede napak, so bolj očitne napake površinske morfologije, kot so napake pri padcu, napake trikotnika, napake korenčka, napake kometa itd., opredeljene kot ubijalske napake naprav SBD in MOSFET. Verjetnost okvare čipov, ki vsebujejo te napake, je velika, zato je nadzor nad številom uničevalnih napak izjemno pomemben za izboljšanje izkoristka čipov in zmanjšanje stroškov. Slika 5 prikazuje porazdelitev uničevalnih napak 150 mm in 200 mm SiC epitaksialnih rezin. Pod pogojem, da ni očitnega neravnovesja v razmerju C/Si, je mogoče v bistvu odpraviti napake korenčka in kometne napake, medtem ko so napake pri padcu in trikotne napake povezane s kontrolo čistosti med delovanjem epitaksialne opreme, stopnjo nečistoče grafita deli v reakcijski komori in kakovost substrata. Iz tabele 2 je razvidno, da je gostoto ubijalskih napak 150 mm in 200 mm epitaksialnih rezin mogoče nadzorovati znotraj 0,3 delcev/cm2, kar je odlična raven za isto vrsto opreme. Raven nadzora gostote usodnih napak pri 150 mm epitaksialni rezini je boljša kot pri 200 mm epitaksialni rezini. To je zato, ker je postopek priprave substrata za 150 mm zrelejši od postopka za 200 mm, kakovost substrata je boljša in stopnja nadzora nečistoč v 150 mm grafitni reakcijski komori je boljša.
2.4 Hrapavost površine epitaksialne rezine
Slika 6 prikazuje AFM slike površine 150 mm in 200 mm SiC epitaksialnih rezin. Iz slike je razvidno, da je povprečna kvadratna hrapavost površine Ra epitaksialnih rezin 150 mm in 200 mm 0,129 nm oziroma 0,113 nm, površina epitaksialne plasti pa je gladka brez očitnega pojava agregacije v makro korakih. Ta pojav kaže, da rast epitaksialne plasti vedno ohranja način rasti stopenjskega toka med celotnim epitaksialnim procesom in ne pride do stopenjske agregacije. Vidimo lahko, da je z uporabo optimiziranega postopka epitaksialne rasti mogoče dobiti gladke epitaksialne plasti na 150 mm in 200 mm podlagah z majhnim kotom.
3 Zaključek
Homogene epitaksialne rezine 150 mm in 200 mm 4H-SiC so bile uspešno pripravljene na domačih substratih z uporabo samorazvite opreme za epitaksialno rast 200 mm SiC in razvit je bil homogeni epitaksialni postopek, primeren za 150 mm in 200 mm. Hitrost epitaksialne rasti je lahko večja od 60 μm/h. Medtem ko izpolnjuje zahteve po hitri epitaksiji, je kakovost epitaksialnih rezin odlična. Enakomernost debeline 150 mm in 200 mm SiC epitaksialnih rezin je mogoče nadzorovati znotraj 1,5 %, enakomernost koncentracije je manjša od 3 %, gostota smrtnih napak je manjša od 0,3 delcev/cm2 in povprečna kvadratna vrednost epitaksialne površinske hrapavosti Ra je manj kot 0,15 nm. Osnovni procesni indikatorji epitaksialnih rezin so na napredni ravni v industriji.
Vir: Posebna oprema elektronske industrije
Avtor: 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 objave: sep-04-2024