2 ผลการทดลองและการอภิปราย
2.1ชั้นอีปิเทเชียลความหนาและความสม่ำเสมอ
ความหนาของชั้นเอปิแอกเซียล ความเข้มข้นของสารโด๊ป และความสม่ำเสมอเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดหลักในการตัดสินคุณภาพของเวเฟอร์เอพิแอกเซียล ความหนาที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ ความเข้มข้นของสารต้องห้าม และความสม่ำเสมอภายในแผ่นเวเฟอร์เป็นกุญแจสำคัญในการรับรองประสิทธิภาพและความสม่ำเสมอของอุปกรณ์จ่ายไฟ SiCและความหนาของชั้นอีพิแทกเซียลและความสม่ำเสมอของความเข้มข้นของสารโด๊ปยังเป็นฐานสำคัญสำหรับการวัดความสามารถในกระบวนการของอุปกรณ์อีพิแอกเซียล
รูปที่ 3 แสดงความสม่ำเสมอของความหนาและเส้นโค้งการกระจาย 150 มม. และ 200 มมเวเฟอร์ SiC epitaxis- จากรูปจะเห็นได้ว่าเส้นโค้งการกระจายความหนาของชั้น epitaxis มีความสมมาตรเกี่ยวกับจุดศูนย์กลางของแผ่นเวเฟอร์ เวลากระบวนการ epitaxis คือ 600 วินาที ความหนาของชั้น epitaxis โดยเฉลี่ยของเวเฟอร์ epitaxis 150 มม. คือ 10.89 um และความสม่ำเสมอของความหนาคือ 1.05% โดยการคำนวณ อัตราการเติบโตของเยื่อบุผิวคือ 65.3 ไมโครเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งเป็นระดับกระบวนการเยื่อบุผิวที่รวดเร็วโดยทั่วไป ภายใต้เวลากระบวนการ epitaxis เดียวกัน ความหนาของชั้น epitaxis ของเวเฟอร์ epitaxis 200 มม. คือ 10.10 um ความสม่ำเสมอของความหนาอยู่ภายใน 1.36% และอัตราการเติบโตโดยรวมคือ 60.60 um/h ซึ่งต่ำกว่าการเติบโตของ epitaxial 150 มม. เล็กน้อย ประเมิน. ทั้งนี้เนื่องจากมีการสูญเสียอย่างเห็นได้ชัดตลอดทางเมื่อแหล่งซิลิคอนและแหล่งคาร์บอนไหลจากต้นน้ำของห้องปฏิกิริยาผ่านพื้นผิวเวเฟอร์ไปยังปลายน้ำของห้องปฏิกิริยา และพื้นที่เวเฟอร์ 200 มม. มีขนาดใหญ่กว่า 150 มม. ก๊าซจะไหลผ่านพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ขนาด 200 มม. ในระยะทางที่ไกลขึ้น และก๊าซต้นทางที่ใช้ไปพร้อมกันจะมีมากขึ้น ภายใต้เงื่อนไขที่แผ่นเวเฟอร์หมุนอยู่ตลอดเวลา ความหนาโดยรวมของชั้นเอพิเทเชียลจะบางลง ดังนั้นอัตราการเติบโตจึงช้าลง โดยรวมแล้ว ความสม่ำเสมอของความหนาของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล 150 มม. และ 200 มม. นั้นดีเยี่ยม และความสามารถในกระบวนการของอุปกรณ์สามารถตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์คุณภาพสูงได้
2.2 ความเข้มข้นและความสม่ำเสมอของการเติมยาสลบในชั้น epitaxis
รูปที่ 4 แสดงความสม่ำเสมอของความเข้มข้นของสารต้องห้ามและการกระจายเส้นโค้งที่ 150 มม. และ 200 มมเวเฟอร์ SiC epitaxis- ดังที่เห็นได้จากรูปภาพ เส้นโค้งการกระจายความเข้มข้นบนแผ่นเวเฟอร์ epitaxis มีความสมมาตรที่ชัดเจนเมื่อเทียบกับจุดศูนย์กลางของแผ่นเวเฟอร์ ความสม่ำเสมอของความเข้มข้นของสารกระตุ้นของชั้นเอปิแทกเซียล 150 มม. และ 200 มม. คือ 2.80% และ 2.66% ตามลำดับ ซึ่งสามารถควบคุมได้ภายใน 3% ซึ่งเป็นระดับที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุปกรณ์ระดับนานาชาติที่คล้ายคลึงกัน เส้นโค้งความเข้มข้นของยาสลบของชั้น epitaxial มีการกระจายเป็นรูป "W" ตามทิศทางเส้นผ่านศูนย์กลาง ซึ่งส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยสนามการไหลของเตา epitaxial ผนังร้อนแนวนอน เนื่องจากทิศทางการไหลของอากาศของเตาการเจริญเติบโต epitaxis การไหลของอากาศในแนวนอนมาจาก ปลายช่องอากาศเข้า (ต้นน้ำ) และไหลออกจากปลายน้ำในลักษณะราบเรียบผ่านพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ เนื่องจากอัตราการ "พร่องไปตลอดทาง" ของแหล่งคาร์บอน (C2H4) สูงกว่าอัตราของแหล่งซิลิคอน (TCS) เมื่อเวเฟอร์หมุน C/Si จริงบนพื้นผิวเวเฟอร์จะค่อยๆ ลดลงจากขอบถึง ศูนย์กลาง (แหล่งคาร์บอนที่อยู่ตรงกลางน้อยกว่า) ตาม "ทฤษฎีตำแหน่งการแข่งขัน" ของ C และ N ความเข้มข้นของสารต้องห้ามในศูนย์กลางของแผ่นเวเฟอร์จะค่อยๆลดลงไปทางขอบ เพื่อให้ได้ความสม่ำเสมอของความเข้มข้นที่ดีเยี่ยม ขอบ N2 จะถูกเพิ่มเป็นการชดเชยในระหว่างกระบวนการอีพิแทกเซียล เพื่อชะลอการลดลงของความเข้มข้นของสารต้องห้ามจากศูนย์กลางไปยังขอบ เพื่อให้เส้นโค้งความเข้มข้นของสารต้องห้ามสุดท้ายแสดงรูปร่าง "W"
2.3 ข้อบกพร่องของชั้นเยื่อบุผิว
นอกจากความหนาและความเข้มข้นของสารโด๊ปแล้ว ระดับของการควบคุมข้อบกพร่องของชั้นเอพิแทกเซียลยังเป็นพารามิเตอร์หลักในการวัดคุณภาพของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล และเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของความสามารถในกระบวนการของอุปกรณ์เอพิแอกเซียล แม้ว่า SBD และ MOSFET จะมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับข้อบกพร่อง แต่ข้อบกพร่องทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่ชัดเจนยิ่งขึ้น เช่น ข้อบกพร่องจากการตกหล่น ข้อบกพร่องสามเหลี่ยม ข้อบกพร่องแครอท ข้อบกพร่องของดาวหาง ฯลฯ ได้รับการกำหนดให้เป็นข้อบกพร่องร้ายแรงของอุปกรณ์ SBD และ MOSFET ความน่าจะเป็นที่จะเกิดความล้มเหลวของชิปที่มีข้อบกพร่องเหล่านี้มีสูง ดังนั้นการควบคุมจำนวนข้อบกพร่องที่ร้ายแรงจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเพิ่มผลผลิตของชิปและลดต้นทุน รูปที่ 5 แสดงการกระจายของข้อบกพร่องร้ายแรงของเวเฟอร์ SiC epitaxis ขนาด 150 มม. และ 200 มม. ภายใต้เงื่อนไขที่ว่าไม่มีความไม่สมดุลที่ชัดเจนในอัตราส่วน C/Si โดยทั่วไปสามารถกำจัดข้อบกพร่องของแครอทและข้อบกพร่องของดาวหางได้ ในขณะที่ข้อบกพร่องจากการตกหล่นและข้อบกพร่องรูปสามเหลี่ยมเกี่ยวข้องกับการควบคุมความสะอาดในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ epitaxis ซึ่งเป็นระดับสิ่งเจือปนของกราไฟท์ ชิ้นส่วนในห้องปฏิกิริยา และคุณภาพของสารตั้งต้น จากตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าความหนาแน่นของจุดบกพร่องนักฆ่าที่ 150 มม. และ 200 มม. สามารถควบคุมได้ภายใน 0.3 อนุภาค/ซม.2 ซึ่งเป็นระดับที่ดีเยี่ยมสำหรับอุปกรณ์ประเภทเดียวกัน ระดับการควบคุมความหนาแน่นของข้อบกพร่องร้ายแรงของเวเฟอร์เอปิแอกเชียล 150 มม. ดีกว่าระดับการควบคุมความหนาแน่นของข้อบกพร่องร้ายแรง 200 มม. เนื่องจากกระบวนการเตรียมซับสเตรตขนาด 150 มม. มีความสมบูรณ์มากกว่า 200 มม. คุณภาพของซับสเตรตก็ดีกว่า และระดับการควบคุมสิ่งเจือปนของห้องปฏิกิริยากราไฟท์ 150 มม. จะดีกว่า
2.4 ความขรุขระของพื้นผิวเวเฟอร์แบบ Epitaxis
รูปที่ 6 แสดงภาพ AFM ของพื้นผิวของเวเฟอร์ SiC epitaxis ขนาด 150 มม. และ 200 มม. จะเห็นได้จากรูปที่รากพื้นผิวเฉลี่ยความหยาบสี่เหลี่ยม Ra ของเวเฟอร์เอพิแทกเซียล 150 มม. และ 200 มม. เท่ากับ 0.129 นาโนเมตรและ 0.113 นาโนเมตร ตามลำดับ และพื้นผิวของชั้นเอพิแทกเซียลนั้นเรียบโดยไม่มีปรากฏการณ์การรวมตัวแบบขั้นมาโครที่ชัดเจน ปรากฏการณ์นี้แสดงให้เห็นว่าการเติบโตของชั้นอีพิแทกเซียลจะรักษาโหมดการเติบโตของการไหลของขั้นตอนไว้เสมอในระหว่างกระบวนการเอพิแทกเซียลทั้งหมด และไม่มีการรวมกลุ่มเกิดขึ้น จะเห็นได้ว่าโดยการใช้กระบวนการการเจริญเติบโตของอีพิเทกเซียลที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม จะทำให้ได้ชั้นเอพิแทกเซียลที่เรียบบนพื้นผิวที่มีมุมต่ำขนาด 150 มม. และ 200 มม.
3 บทสรุป
เวเฟอร์เอพิแทกเซียลที่เป็นเนื้อเดียวกันขนาด 150 มม. และ 200 มม. 4H-SiC ได้รับการเตรียมอย่างประสบความสำเร็จบนพื้นผิวในประเทศโดยใช้อุปกรณ์การเจริญเติบโตของเอพิแทกเซียล SiC ขนาด 200 มม. ที่พัฒนาขึ้นเอง และกระบวนการเอพิแทกเซียลที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งเหมาะสำหรับ 150 มม. และ 200 มม. ได้รับการพัฒนา อัตราการเติบโตของเยื่อบุผิวสามารถมากกว่า 60 μm/h แม้ว่าจะเป็นไปตามข้อกำหนด epitaxy ความเร็วสูง แต่คุณภาพของเวเฟอร์ epitaxis ก็ดีเยี่ยม ความสม่ำเสมอของความหนาของเวเฟอร์ SiC epitaxis ขนาด 150 มม. และ 200 มม. สามารถควบคุมได้ภายใน 1.5% ความสม่ำเสมอของความเข้มข้นน้อยกว่า 3% ความหนาแน่นของข้อบกพร่องร้ายแรงน้อยกว่า 0.3 อนุภาค / cm2 และความหยาบของพื้นผิว epitaxis รากหมายถึงกำลังสอง Ra น้อยกว่า 0.15 นาโนเมตร ตัวบ่งชี้กระบวนการหลักของเวเฟอร์เอพิแทกเซียลอยู่ในระดับขั้นสูงในอุตสาหกรรม
ที่มา: อุปกรณ์พิเศษอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์
ผู้แต่ง: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(สถาบันวิจัยแห่งที่ 48 ของ China Electronics Technology Group Corporation, ฉางซา, หูหนาน 410111)
เวลาโพสต์: Sep-04-2024