2 Rezultatet eksperimentale dhe diskutimi
2.1Shtresa epitaksialetrashësia dhe uniformiteti
Trashësia e shtresës epitaksiale, përqendrimi i dopingut dhe uniformiteti janë një nga treguesit kryesorë për të gjykuar cilësinë e vaferave epitaksiale. Trashësia e kontrollueshme me saktësi, përqendrimi i dopingut dhe uniformiteti brenda vaferit janë çelësi për të siguruar performancën dhe qëndrueshmërinë ePajisjet e fuqisë SiC, dhe trashësia e shtresës epitaksiale dhe uniformiteti i përqendrimit të dopingut janë gjithashtu baza të rëndësishme për matjen e aftësisë së procesit të pajisjeve epitaksiale.
Figura 3 tregon uniformitetin e trashësisë dhe kurbën e shpërndarjes prej 150 mm dhe 200 mmVafera epitaksiale SiC. Nga figura mund të shihet se kurba e shpërndarjes së trashësisë së shtresës epitaksiale është simetrike në lidhje me pikën qendrore të vaferit. Koha e procesit epitaksial është 600 sekonda, trashësia mesatare e shtresës epitaksiale të vaferës epitaksiale 150 mm është 10.89 um dhe uniformiteti i trashësisë është 1.05%. Nga llogaritja, shkalla e rritjes epitaksiale është 65.3 um/h, që është një nivel tipik i procesit epitaksial të shpejtë. Në të njëjtën kohë të procesit epitaksial, trashësia e shtresës epitaksiale të vaferës epitaksiale 200 mm është 10,10 um, uniformiteti i trashësisë është brenda 1,36%, dhe shkalla e përgjithshme e rritjes është 60,60 um/h, që është pak më e ulët se rritja epitaksiale 150 mm norma. Kjo është për shkak se ka humbje të dukshme gjatë rrugës kur burimi i silikonit dhe burimi i karbonit rrjedhin nga rrjedha e sipërme e dhomës së reagimit përmes sipërfaqes së vaferit në rrjedhën e poshtme të dhomës së reagimit, dhe zona e vaferës 200 mm është më e madhe se 150 mm. Gazi rrjedh nëpër sipërfaqen e vaferës 200 mm për një distancë më të gjatë dhe gazi burimor i konsumuar gjatë rrugës është më i madh. Me kusht që vafera të vazhdojë të rrotullohet, trashësia e përgjithshme e shtresës epitaksiale është më e hollë, kështu që ritmi i rritjes është më i ngadalshëm. Në përgjithësi, uniformiteti i trashësisë së vaferave epitaksiale 150 mm dhe 200 mm është i shkëlqyeshëm dhe aftësia përpunuese e pajisjes mund të plotësojë kërkesat e pajisjeve me cilësi të lartë.
2.2 Përqendrimi dhe uniformiteti i dopingut të shtresës epitaksiale
Figura 4 tregon uniformitetin e përqendrimit të dopingut dhe shpërndarjen e kurbës prej 150 mm dhe 200 mmVafera epitaksiale SiC. Siç shihet nga figura, kurba e shpërndarjes së përqendrimit në vaferën epitaksiale ka simetri të dukshme në lidhje me qendrën e vaferës. Uniformiteti i përqendrimit të dopingut të shtresave epitaksiale 150 mm dhe 200 mm është përkatësisht 2.80% dhe 2.66%, që mund të kontrollohet brenda 3%, që është një nivel i shkëlqyer për pajisje të ngjashme ndërkombëtare. Kurba e përqendrimit të dopingut të shtresës epitaksiale shpërndahet në një formë "W" përgjatë drejtimit të diametrit, i cili përcaktohet kryesisht nga fusha e rrjedhës së furrës epitaksiale horizontale me mur të nxehtë, sepse drejtimi i rrjedhës së ajrit të furrës horizontale të rritjes epitaksiale është nga fundi i hyrjes së ajrit (në rrjedhën e sipërme) dhe rrjedh nga fundi i rrjedhës së poshtme në mënyrë laminare përmes sipërfaqes së vaferës; sepse shkalla e "shterrimit përgjatë rrugës" e burimit të karbonit (C2H4) është më e lartë se ajo e burimit të silikonit (TCS), kur vaferi rrotullohet, C/Si aktuale në sipërfaqen e vaferit zvogëlohet gradualisht nga skaji në qendra (burimi i karbonit në qendër është më i vogël), sipas "teorisë së pozicionit konkurrues" të C dhe N, përqendrimi i dopingut në qendër të vaferit zvogëlohet gradualisht drejt skajit, në për të përftuar një uniformitet të shkëlqyer të përqendrimit, skaji N2 shtohet si kompensim gjatë procesit epitaksial për të ngadalësuar uljen e përqendrimit të dopingut nga qendra në skaj, në mënyrë që kurba përfundimtare e përqendrimit të dopingut të paraqesë një formë "W".
2.3 Defektet e shtresës epitaksiale
Përveç trashësisë dhe përqendrimit të dopingut, niveli i kontrollit të defektit të shtresës epitaksiale është gjithashtu një parametër thelbësor për matjen e cilësisë së vaferave epitaksiale dhe një tregues i rëndësishëm i aftësisë së procesit të pajisjeve epitaksiale. Megjithëse SBD dhe MOSFET kanë kërkesa të ndryshme për defekte, defektet më të dukshme morfologjike sipërfaqësore si defektet e rënies, defektet e trekëndëshit, defektet e karotës, defektet e kometës, etj. përcaktohen si defekte vrasëse të pajisjeve SBD dhe MOSFET. Probabiliteti i dështimit të çipave që përmbajnë këto defekte është i lartë, kështu që kontrolli i numrit të defekteve vrasëse është jashtëzakonisht i rëndësishëm për përmirësimin e rendimentit të çipave dhe uljen e kostove. Figura 5 tregon shpërndarjen e defekteve vrasëse të vaferave epitaksiale SiC 150 mm dhe 200 mm. Me kusht që të mos ketë çekuilibër të dukshëm në raportin C/Si, defektet e karotës dhe defektet e kometës mund të eliminohen në thelb, ndërsa defektet në rënie dhe defektet e trekëndëshit lidhen me kontrollin e pastërtisë gjatë funksionimit të pajisjeve epitaksiale, nivelin e papastërtisë së grafitit. pjesët në dhomën e reaksionit dhe cilësinë e substratit. Nga tabela 2, mund të shihet se densiteti i defektit vrasës prej vaferash epitaksiale 150 mm dhe 200 mm mund të kontrollohet brenda 0.3 grimcave/cm2, që është një nivel i shkëlqyer për të njëjtin lloj pajisje. Niveli i kontrollit të densitetit të defektit fatal i vaferës epitaksiale 150 mm është më i mirë se ai i vaferës epitaksiale 200 mm. Kjo për shkak se procesi i përgatitjes së nënshtresës prej 150 mm është më i pjekur se ai i 200 mm, cilësia e nënshtresës është më e mirë dhe niveli i kontrollit të papastërtive të dhomës së reagimit të grafitit 150 mm është më i mirë.
2.4 Vrazhdësi epitaksiale e sipërfaqes së vaferës
Figura 6 tregon imazhet AFM të sipërfaqes së vaferave epitaksiale SiC 150 mm dhe 200 mm. Nga figura mund të shihet se vrazhdësia mesatare katrore e rrënjës së sipërfaqes Ra e vaferave epitaksiale 150 mm dhe 200 mm është përkatësisht 0,129 nm dhe 0,113 nm, dhe sipërfaqja e shtresës epitaksiale është e lëmuar pa fenomen të dukshëm të grumbullimit makro-hap. Ky fenomen tregon se rritja e shtresës epitaksiale ruan gjithmonë mënyrën e rritjes së rrjedhës së hapit gjatë gjithë procesit epitaksial dhe nuk ndodh asnjë grumbullim hapash. Mund të shihet se duke përdorur procesin e optimizuar të rritjes epitaksiale, mund të përftohen shtresa epitaksiale të lëmuara në nënshtresa me kënd të ulët 150 mm dhe 200 mm.
3 Përfundim
Vaferat epitaksiale homogjene 150 mm dhe 200 mm 4H-SiC u përgatitën me sukses në nënshtresa shtëpiake duke përdorur pajisjen e vetë-zhvilluar të rritjes epitaksiale SiC 200 mm dhe u zhvillua procesi epitaksial homogjen i përshtatshëm për 150 mm dhe 200 mm. Shpejtësia e rritjes epitaksiale mund të jetë më e madhe se 60 μm/h. Ndërsa plotëson kërkesat e epitaksisë me shpejtësi të lartë, cilësia e vaferës epitaksiale është e shkëlqyer. Uniformiteti i trashësisë së vaferave epitaksiale SiC 150 mm dhe 200 mm mund të kontrollohet brenda 1.5%, uniformiteti i përqendrimit është më pak se 3%, densiteti i defektit fatal është më pak se 0.3 grimca/cm2 dhe rrënja e vrazhdësisë së sipërfaqes epitaksiale mesatare katrore Ra është më pak se 0,15 nm. Treguesit kryesorë të procesit të vaferave epitaksiale janë në nivelin e avancuar në industri.
Burimi: Electronic Industry Equipment Special
Autor: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Instituti i 48-të i Kërkimit të Korporatës së Grupit të Teknologjisë Elektronike të Kinës, Changsha, Hunan 410111)
Koha e postimit: Shtator-04-2024