2 Experimentella resultat och diskussion
2.1Epitaxiallagertjocklek och enhetlighet
Epitaxiella lagertjocklek, dopningskoncentration och enhetlighet är en av kärnindikatorerna för att bedöma kvaliteten på epitaxiella wafers. Noggrant kontrollerbar tjocklek, dopningskoncentration och enhetlighet inom wafern är nyckeln till att säkerställa prestanda och konsistens hosSiC kraftenheter, och epitaxiell skikttjocklek och dopningskoncentrationens enhetlighet är också viktiga baser för att mäta processkapaciteten hos epitaxiell utrustning.
Figur 3 visar tjocklekslikformigheten och fördelningskurvan på 150 mm och 200 mmSiC epitaxiella wafers. Det kan ses från figuren att den epitaxiella skikttjockleksfördelningskurvan är symmetrisk kring skivans mittpunkt. Den epitaxiella processtiden är 600 s, den genomsnittliga epitaxiella skikttjockleken för den 150 mm epitaxiella skivan är 10,89 um, och tjocklekens enhetlighet är 1,05 %. Genom beräkning är den epitaxiella tillväxthastigheten 65,3 um/h, vilket är en typisk snabb epitaxiell processnivå. Under samma epitaxiella processtid är den epitaxiella skikttjockleken på den 200 mm epitaxiella skivan 10,10 um, tjocklekslikformigheten är inom 1,36 % och den totala tillväxthastigheten är 60,60 um/h, vilket är något lägre än den 150 mm epitaxiella tillväxten hastighet. Detta beror på att det finns uppenbar förlust längs vägen när kiselkällan och kolkällan strömmar från uppströms reaktionskammaren genom skivans yta till nedströms reaktionskammaren, och 200 mm skivarean är större än 150 mm. Gasen strömmar genom ytan på 200 mm skivan en längre sträcka, och källgasen som förbrukas längs vägen är mer. Under förutsättning att skivan fortsätter att rotera är den totala tjockleken av det epitaxiella lagret tunnare, så tillväxthastigheten är långsammare. Sammantaget är tjocklekslikformigheten för 150 mm och 200 mm epitaxiella wafers utmärkt, och utrustningens processkapacitet kan uppfylla kraven på högkvalitativa enheter.
2.2 Epitaxialskiktets dopningskoncentration och enhetlighet
Figur 4 visar dopningskoncentrationens enhetlighet och kurvfördelning på 150 mm och 200 mmSiC epitaxiella wafers. Som framgår av figuren har koncentrationsfördelningskurvan på den epitaxiella skivan uppenbar symmetri i förhållande till mitten av skivan. Dopningskoncentrationens enhetlighet för de 150 mm och 200 mm epitaxiella skikten är 2,80 % respektive 2,66 %, vilket kan kontrolleras inom 3 %, vilket är en utmärkt nivå för liknande internationell utrustning. Dopningskoncentrationskurvan för det epitaxiella skiktet är fördelad i en "W"-form längs diameterriktningen, vilket huvudsakligen bestäms av flödesfältet för den horisontella hetväggsepitaxialugnen, eftersom luftflödesriktningen för den horisontella luftflödesepitaxiella tillväxtugnen är från luftinloppsänden (uppströms) och strömmar ut från nedströmsänden på ett laminärt sätt genom skivans yta; eftersom kolkällans (C2H4) "utarmningshastighet längs vägen" är högre än den för kiselkällan (TCS), när skivan roterar, minskar den faktiska C/Si på skivans yta gradvis från kanten till centrum (kolkällan i mitten är mindre), enligt "konkurrenspositionsteorin" för C och N, minskar dopningskoncentrationen i mitten av skivan gradvis mot kanten, i För att erhålla utmärkt koncentrationslikformighet tillsätts kanten N2 som kompensation under den epitaxiella processen för att bromsa minskningen av dopningskoncentrationen från mitten till kanten, så att den slutliga dopningskoncentrationskurvan uppvisar en "W"-form.
2.3 Epitaxiallagerdefekter
Förutom tjocklek och dopningskoncentration är nivån av epitaxiallagerdefektkontroll också en kärnparameter för att mäta kvaliteten på epitaxiella wafers och en viktig indikator på processkapaciteten hos epitaxialutrustning. Även om SBD och MOSFET har olika krav på defekter, definieras de mer uppenbara ytmorfologiska defekterna som falldefekter, triangeldefekter, morotsdefekter, kometdefekter etc. som dödande defekter hos SBD- och MOSFET-enheter. Sannolikheten för fel på chips som innehåller dessa defekter är hög, så att kontrollera antalet mördardefekter är extremt viktigt för att förbättra flisutbytet och minska kostnaderna. Figur 5 visar fördelningen av dödande defekter av 150 mm och 200 mm SiC epitaxiella wafers. Under förutsättning att det inte finns någon uppenbar obalans i C/Si-förhållandet kan morotsdefekter och kometdefekter i princip elimineras, medan falldefekter och triangeldefekter är relaterade till renhetskontrollen under driften av epitaxiell utrustning, föroreningsnivån i grafit delar i reaktionskammaren, och kvaliteten på substratet. Av tabell 2 kan man se att mördardefektdensiteten på 150 mm och 200 mm epitaxiella wafers kan kontrolleras inom 0,3 partiklar/cm2, vilket är en utmärkt nivå för samma typ av utrustning. Den fatala defektdensitetskontrollnivån för 150 mm epitaxial wafer är bättre än den för 200 mm epitaxial wafer. Detta beror på att substratberedningsprocessen på 150 mm är mer mogen än den för 200 mm, substratkvaliteten är bättre och föroreningskontrollnivån för 150 mm grafitreaktionskammare är bättre.
2.4 Grovhet på epitaxial skivans yta
Figur 6 visar AFM-bilderna av ytan på 150 mm och 200 mm SiC epitaxiella wafers. Det kan ses från figuren att ytrotens genomsnittliga kvadratiska grovhet Ra för 150 mm och 200 mm epitaxiella skivor är 0,129 nm respektive 0,113 nm, och ytan på det epitaxiella skiktet är slät utan uppenbart makrostegaggregationsfenomen. Detta fenomen visar att tillväxten av det epitaxiella skiktet alltid upprätthåller stegflödestillväxtläget under hela epitaxialprocessen, och ingen stegaggregation inträffar. Det kan ses att genom att använda den optimerade epitaxiella tillväxtprocessen kan släta epitaxiella skikt erhållas på 150 mm och 200 mm lågvinklade substrat.
3 Slutsats
150 mm och 200 mm 4H-SiC homogena epitaxiella skivor framställdes framgångsrikt på hushållssubstrat med den egenutvecklade 200 mm SiC epitaxiella tillväxtutrustningen, och den homogena epitaxiella processen lämplig för 150 mm och 200 mm utvecklades. Den epitaxiella tillväxthastigheten kan vara större än 60 μm/h. Även om den uppfyller kraven på höghastighetsepitaxi är den epitaxiella waferkvaliteten utmärkt. Tjocklekslikformigheten för de 150 mm och 200 mm SiC epitaxialskivorna kan kontrolleras inom 1,5 %, koncentrationslikformigheten är mindre än 3 %, den dödliga defektdensiteten är mindre än 0,3 partiklar/cm2, och den epitaxiella ytgrovheten rotmedelvärde Ra är mindre än 0,15 nm. Kärnprocessindikatorerna för de epitaxiella waferna är på avancerad nivå i branschen.
Källa: Electronic Industry Special Equipment
Författare: 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)
Posttid: 2024-04-04